締付工具
【課題】 作業者が、ネジ類から受ける反力に抗して、支持しやすい締付工具を具現化する。
【解決手段】 締付工具は、モータと、ネジ類に係合する工具と、モータと工具との間に介装されている一対のクラッチ部材と、一対のクラッチ部材の少なくとも一方を他方に押圧する付勢手段を備えている。一対のクラッチ部材には、少なくとも第１係合部と第２係合部が形成されている。第１係合部は、工具に加えられているトルクが第１所定値以上となると、一対のクラッチ部材の係合を解除する。第２係合部は、工具に加えられているトルクが第１所定値よりも大きい第２所定値以上となると、一対のクラッチ部材の係合を解除する。そして、一対のクラッチ部材は、第１係合部の係合が解除された後に、第２係合部が係合することを特徴とする。
【解決手段】 締付工具は、モータと、ネジ類に係合する工具と、モータと工具との間に介装されている一対のクラッチ部材と、一対のクラッチ部材の少なくとも一方を他方に押圧する付勢手段を備えている。一対のクラッチ部材には、少なくとも第１係合部と第２係合部が形成されている。第１係合部は、工具に加えられているトルクが第１所定値以上となると、一対のクラッチ部材の係合を解除する。第２係合部は、工具に加えられているトルクが第１所定値よりも大きい第２所定値以上となると、一対のクラッチ部材の係合を解除する。そして、一対のクラッチ部材は、第１係合部の係合が解除された後に、第２係合部が係合することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネジ類（ボルト、ナット、スクリュウ等）を締付ける締付工具に関する。特に、モータから工具へ伝達するトルクを制限するクラッチ機構を備える締付工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータから工具へ伝達するトルクを制限するクラッチ機構を備え、ネジ類を規定された締付トルクで締付ける締付工具が開発されている（例えば特許文献１）。クラッチ機構は、一対のクラッチ部材と、一対のクラッチ部材の一方を他方に押圧する付勢手段を用いて構成されている。一対のクラッチ部材は、一方がモータ側に接続されており、他方が工具側に接続されている。クラッチ機構では、一対のクラッチ部材が互いに係合することによってモータからのトルクが工具へ伝達され、一対のクラッチ部材の係合が解除されることによってモータから工具へのトルク伝達が遮断される。
一対のクラッチ部材には、係合部が形成されている。係合部は、工具に加えられているトルクが所定値未満のときには一対のクラッチ部材の係合を維持し、工具に加えられているトルクが所定値以上となると一対のクラッチ部材の係合を解除するように構成されている。
【特許文献１】実公昭５０−３３７５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
締付工具では、ネジ類を締付けている間、ネジ類から反力を受ける。作業者は、ネジ類から受ける反力に抗して、締付工具を支持する必要がある。
従来の締付工具では、ネジ類の頭部が母材に着座した時点から、締付トルクが所定値に到達する時点まで、ネジ類から受ける反力が急激に増大する。作業者は、急激に増大していく反力に抗して、締付工具を支持し続ける必要があり、比較的に大きな力を締付工具に加え続けなければならない。
本発明は、上記の問題を解決する。本発明は、ネジ類から受ける反力に抗して、作業者が支持しやすい締付工具を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によって具現化される締付工具は、モータと、ネジ類に係合する工具と、モータと工具との間に介装されており、互いに係合することによってモータからのトルクを工具へ伝達し、互いの係合を解除することによってモータから工具へのトルク伝達を遮断する一対のクラッチ部材と、一対のクラッチ部材の少なくとも一方を他方に押圧する付勢手段とを備えている。一対のクラッチ部材には、少なくとも第１係合部と第２係合部が設けられている。第１係合部は、工具に加えられているトルクが第１所定値未満のときには一対のクラッチ部材の係合を維持し、工具に加えられているトルクが第１所定値以上となると一対のクラッチ部材の係合を解除する。第２係合部は、工具に加えられているトルクが第１所定値よりも大きい第２所定値未満のときには一対のクラッチ部材の係合を維持し、工具に加えられているトルクが第２所定値以上となると一対のクラッチ部材の係合を解除する。一対のクラッチ部材は、第１係合部の係合が解除された後に、第２係合部が係合することを特徴とする。
【０００５】
この締付工具では、一対のクラッチ部材が、先ず第１係合部によって係合される。一対のクラッチ部材は、ネジ類から工具に加えられているトルク（即ち、モータが現に加えているトルクであり、反力に等しい）が第１所定値に達するまで、係合した状態が維持される。そして、ネジ類から工具に加えられているトルクが第１所定値に達すると、一対のクラッチ部材の係合が解除される。一対のクラッチ部材の係合が解除されると、モータから工具へのトルク伝達が遮断される。その結果、締付工具がネジ類から受ける反力は、第１所定値に到達した時点で一旦低下する。
一対のクラッチ部材は、第１係合部による係合が解除されると、続いて第２係合部によって係合される。一対のクラッチ部材は、ネジ類から工具に加えられているトルクが第２所定値に達するまで、係合した状態が維持される。そして、ネジ類から工具に加えられているトルクが第２所定値に達すると、一対のクラッチ部材の係合が解除される。この段階で、ネジ類の締付トルクは第２所定値に達しており、締付工具がネジ類から受ける反力も第２所定値まで増大する。
この締付工具では、ネジ類を第２所定値の締付トルクによって締付ける際に、締付トルクが第１所定値に到達した時点で、一対のクラッチの係合が一旦解除される。それにより、締付工具がネジ類から受ける反力は、第１所定値に到達した時点で一旦低下し、その後に第２所定値まで増大する。締付工具がネジ類から受ける反力は、ネジ類が着座した時点で突然に増大するが、先ずは第１所定値に制限されることで、作業者は締付工具を無理なく支持し続けることができる。そして、締付工具がネジ類から受ける反力は、続いて第２所定値まで増大するが、作業者はその増大を予期することができるので、作業者は締付工具を無理なく支持し続けることができる。
【０００６】
第１係合部と第２係合部のそれぞれには、他方のクラッチ部材と当接する傾斜面が形成されていることが好ましい。この場合、第１係合部の傾斜面よりも、第２係合部の傾斜面のほうが、傾斜角度が大きいことが好ましい。
各係合部に他方のクラッチ部材と当接する傾斜面を形成すると、前記した第１所定値や第２所定値は、傾斜面の傾斜角度によって調整することが可能となる。このとき、第１係合部の傾斜面のよりも、第２係合部の傾斜面の方が、傾斜角度が大きくなるように形成することによって、第１所定値よりも第２所定値の方が大きくなるように定めることができる。
【０００７】
上記の締付工具では、一対のクラッチ部材の第２係合部の係合が解除された時に、モータの駆動を中止させるモータ制御手段が付加されていることが好ましい。
それにより、ネジ類の締付トルクが第２所定値に到達した時点で、モータの動作を中止させることができる。
【０００８】
モータ制御手段は、一対のクラッチ部材の係合が所定回数に亘って解除された時に、モータの駆動を中止させることが好ましい。
上記した締付工具では、ネジ類の締付トルクが第２所定値に到達するまでに、一対のクラッチ部材が複数回に亘って係合解除される。そのことから、一対のクラッチ部材が係合解除された回数を計数し、その回数が所定回数に到達した時点でモータの駆動を中止させることによって、ネジ類の締付トルクが規定されたトルクに到達した時点で、モータの動作を中止させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、締付工具がネジ類から受ける反力に抗して作業者が支持しやすい締付工具を具現化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
最初に、以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
（形態１） 締付工具は、第１クラッチ部材と第２クラッチ部材を備えている。第１クラッチ部材はモータ側に接続されており、第２クラッチ部材は工具側に接続されている。
（形態２） 第１クラッチ部材と第２クラッチ部材の一方には、第１係合部と第２係合部と第３係合部が設けられている。第１クラッチ部材と第２クラッチ部材の他方には、第１係合部と第２係合部と第３係合部に当接する当接部が設けられている。当接部は、第１クラッチ部材と第２クラッチ部材との相対回転位置に応じて、第１係合部と第２係合部と第３係合部のいずれかに当接する。
（形態３） 締付工具は、一対のクラッチ部材の係合が解除されたことを検出する手段を備えている。
【実施例】
【００１１】
図１は、実施例１の電動ドライバ１０の内部構成を示している。図１に示すように、電動ドライバ１０は、ハウジング１２と、ハウジングに内蔵されているモータ１４と、ハウジング１２に対して回転可能に支持されている工具チャック１６と、ハウジング１２に対して回転可能に支持されているスピンドル１５と、モータ１４の回転トルクをスピンドル１５に伝達する減速機２２およびクラッチ機構２０を備えている。工具チャック１６は、スピンドル１５に対して固定されている。工具チャック１６は、ネジ類（ボルト、ナット、スクリュウ等）に係合する工具（例えばドライバビット）１８を着脱可能に構成されている。電動ドライバ１０は、モータ１４を回転させることによって、工具チャック１６に装着されたドライバビット１８を回転させる。
電動ドライバ１０は、作業者が操作するトリガスイッチ２４と、作業者に視認可能に設けられている表示ランプ２６と、モータ１４や表示ランプ２６等の動作を制御する制御回路２８と、電源となる電池パック（図９に示す）１００を接続するためのコネクタ３０を備えている。
【００１２】
図２は、電動ドライバ１０の減速機２２およびクラッチ機構２０を拡大して示している。図２に示すように、減速機２２は、第１太陽ギヤ３２と、３つの第１衛星ギヤ３４（一部は図示省略）と、内歯ギヤ３６と、第２太陽ギヤ３８と、３つの第２衛星ギヤ（一部は図示省略）４０と、出力部材４２を備えている。第１太陽ギヤ３２は、モータ１４の出力軸１４ａに固定されている。第１衛星ギヤ３４は、第１太陽ギヤ３２と内歯ギヤ３６の両者に噛合しており、第１太陽ギヤ３２の回転を受けて自転しながら第１太陽ギヤ３２の周囲を公転する。第２太陽ギヤ３８には、第１衛星ギヤ３４の自転軸３５が固定されており、第１衛星ギヤ３４の公転運動に従動して回転するようになっている。第２衛星ギヤ４０は、第２太陽ギヤ３８と内歯ギヤ３６の両者に噛合しており、第２太陽ギヤ３８の回転を受けて自転しながら第２太陽ギヤ３８の周囲を公転する。出力部材４２には、第２衛星ギヤ４０の自転軸４１が固定されており、第２衛星ギヤ４０の公転運動に従動して回転する。このように、減速機２２は、２段階に設けられた遊星ギヤ構造を備えており、モータ１４の回転運動を所定の減速比で減速し、出力部材４２の回転運動に出力する。即ち、出力部材４２の回転トルクは、モータ１４の回転トルクに対して、その減速比の逆数倍に増幅される。
【００１３】
クラッチ機構２０は、第１クラッチ部材５６と、第２クラッチ部材５８と、３つの当接球体６４（一部図示省略）と、圧縮バネ６２と、３つの接続球体６３（一部図示省略）と、バネ拘束部材６６と、調整部材６８を備えている。
第１クラッチ部材５６は、減速機２２の出力部材４２に固定されており、モータ１４の回転に伴って出力部材４２とともに回転する。一方、第２クラッチ部材５８は、スピンドル１５に設けられている。第２クラッチ部材５８は、接続球体６３を介してスピンドル１５に接続されており、スピンドル１５に対して相対回転不能に接続されているとともに、スピンドル１５の軸方向には移動可能に支持されている。
第１クラッチ部材５６には、第１対向面５６ａが形成されている。第２クラッチ部材５８には、第２対向面５８ａが形成されている。第１クラッチ部材５６の第１対向面５６ａと第２クラッチ部材５８の第２対向面５８ａは、互いに対向している。当接球体６４は、第１クラッチ部材５６の第１対向面５６ａと第２クラッチ部材５８の第２対向面５８ａとの間に介在している。圧縮バネ６２は、第２クラッチ部材５８を第１クラッチ部材５６に向けて付勢している。第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８は、当接球体６４を介して回転方向に関して係合する。第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８は、互いに係合することによってモータ１４からのトルクをスピンドル１５側へと伝達し、互いの係合を解除することによってモータ１４からスピンドル１５へのトルク伝達を遮断する。
バネ拘束部材６６は、圧縮バネ６２の反第２クラッチ部材５８側の端部を拘束している。調整部材６８は、スピンドル１５の側面に螺合しており、回転することによってスピンドル１５の軸方向に移動する。調整部材６８がスピンドル１５の軸方向に沿って移動することによって、バネ拘束部材６６もスピンドル１５の軸方向に沿って移動する。作業者は、調整部材６８を回転させることによって、圧縮バネ６２が第２クラッチ部材５８を第１クラッチ部材５６側へと押圧する押圧力を調整することができる。
【００１４】
図２に示すように、電動ドライバ１０は、第２クラッチ部材５８の移動に伴って移動する連動部材５４と、連動部材５４の移動に伴ってオン／オフする検出スイッチ５２と、連動部材５４を検出スイッチ５２側に向けて付勢している付勢バネ６０を備えている。第２クラッチ部材５８が第１クラッチ部材５６側に位置している状態では、連動部材５４は付勢バネ６０による付勢力を受けて検出スイッチ５２側に位置している。このとき、検出スイッチ５２はオン状態となる。即ち、第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８が係合している間、検出スイッチ５２はオン状態となる。一方、第２クラッチ部材５８が第１クラッチ部材５６から離間する方向に移動すると、連動部材５４も検出スイッチ５２から離間する方向に移動する。このとき、検出スイッチ５２はオフ状態となる。即ち、第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８の係合が解除されている状態では、検出スイッチ５２はオフ状態となる。
【００１５】
次に、第１クラッチ部材５６の第１対向面５６ａと第２クラッチ部材５８の第２対向面５８ａについて説明する。
図３は、第１対向面５６ａ側からみた第１クラッチ部材５６を示している。図３に示すように、第１クラッチ部材５６の第１対向面５６ａには、当接球体６４が遊嵌するための凹部５７が３箇所に形成されている。凹部５７は、略半球形状に形成されている。３箇所の凹部５７は、周方向に沿って等間隔に配置されている。当接球体６４は、第１クラッチ部材５６の凹部５７によって保持され、第１クラッチ部材５６と略一体となって回転する。そのことから、当接球体６４は第１クラッチ部材５６の一部とみなすこともでき、第１クラッチ部材５６と当接球体６４を一体に形成するようにしてもよい。
図４は、第２対向面５８ａ側からみた第２クラッチ部材５８を示している。図５は、図４に示す円形切断線Ｖにおける断面を展開して示している。図４、図５に示すように、第２クラッチ部材５８の第２対向面５８ａには、周方向に沿って伸びている溝部５８ｂが形成されている。溝部５８ｂは、第１クラッチ部材５６の凹部５７と対向する位置に設けられている。溝部５８ｂには、第１係合突起部５９ａと第２係合突起部５９ｂと第３係合突起部５９ｃとを一組とする係合突起部群５９ａ、５９ｂ、５９ｃが３組形成されている。３組の係合突起部群５９ａ、５９ｂ、５９ｃは、周方向に沿って等間隔に配置されている。
図６は、一組の係合突起部群５９ａ、５９ｂ、５９ｃを拡大して示している。図６に示すように、一組の係合突起部群５９ａ、５９ｂ、５９ｃでは、第２クラッチ部材５８に対して第１クラッチ部材５６が相対回転する方向に沿って、第１係合突起部５９ａ、第２係合突起部５９ｂ、第３係合突起部５９ｃの順に配置されている。
各係合突起部５９ａ、５９ｂ、５９ｃには、当接斜面６１ａ、６１ｂ、６１ｃが形成されている。当接斜面６１ａ、６１ｂ、６１ｃには、第１クラッチ部材５６がモータ１４によって回転させられたときに、第１クラッチ部材５６側に保持されている当接球体６４が当接する。第１係合突起部５９ａでは、第１当接斜面６１ａが傾斜角度θ１で形成されている。第２係合突起部５９ｂでは、第２当接斜面６１ｂが傾斜角度θ２で形成されている。第３係合突起部５９ｃでは、第３当接斜面６１ｃが傾斜角度θ３で形成されている。そして、傾斜角度θ１、θ２、θ３の大小関係は、θ１＜θ２＜θ３となっている。
【００１６】
図７、図８を参照して、クラッチ機構２０の動作について説明する。図７、図８は、第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８を周方向に展開して示している。図７に示すように、モータ１４によって第１クラッチ部材５６が回転させられると、第１クラッチ部材５６の凹部５７に遊嵌している当接球体６４が、第２クラッチ部材５８の第１係合突起部５９ａの第１当接斜面６１ａに当接する。当接球体６４は第１係合突起部５９ａを乗り越えようとするが、圧縮バネ６２による付勢力によって、当接球体６４が第１係合突起部５９ａを乗り越えることが抑止される。第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８は回転方向に関して係合した状態となり、両者は一体となって回転する。それにより、モータ１４の出力するトルクは、クラッチ機構２０を介してスピンドル１５へと伝達される。このとき、検出スイッチ５２はオン状態となる。
一方、図８に示すように、スピンドル１５に回転を規制するトルクを加えると、圧縮バネ６２の付勢力に逆らって、当接球体６４は第１係合突起部５９ａを乗り越える。このとき、第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８は回転方向に関して係合解除され、モータ１４からスピンドル１５へのトルク伝達が遮断される。即ち、電動ドライバ１０によってネジを締付けたときに、その締付トルクが第１の所定値（例えばＲ１）に達すると、第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８間のトルク伝達が遮断される。このときの第１トルクＲ１は、主に、圧縮バネ６２による付勢力と、第１当接斜面６１ａの傾斜角度θ１に応じて決まる。第１当接斜面６１ａの傾斜角度θ１が大きいほど、第１トルクＲ１は大きくなる。
【００１７】
当接球体６４が第１係合突起部５９ａを乗り越えると、第１クラッチ部材５６は第２クラッチ部材５８に対して相対回転し、当接球体６４は第２係合突起部５９ｂの第２当接斜面６１ｂに当接する。それにより、第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８は、回転方向に関して再び係合する。そして、ネジ類に加えている締付トルクが第２の所定値（例えばＲ２）となると、当接球体６４は第２係合突起部５９ｂを乗り越える。当接球体６４が第２係合突起部５９ｂを乗り越えることによって、第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８間のトルク伝達は再び遮断される。このときの第２トルクＲ２は、主に、圧縮バネ６２による付勢力と、第２当接斜面６１ｂの傾斜角度θ２に応じて決まる。第２当接斜面６１ｂの傾斜角度θ２は、第１当接斜面６１ａの傾斜角度θ１よりも大きいことから、第２トルクＲ２は第１トルクＲ１よりも大きくなる。
【００１８】
当接球体６４が第２係合突起部５９ｂを乗り越えると、第１クラッチ部材５６は第２クラッチ部材５８に対して相対回転し、当接球体６４が第３係合突起部５９ｃの第３当接斜面６１ｃに当接する。それにより、第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８は、回転方向に関して再び係合する。そして、ネジ類に加えている締付トルクが第３の所定値（例えばＲ３）となると、当接球体６４は第３係合突起部５９ｃを乗り越える。当接球体６４が第３係合突起部５９ｃを乗り越えることによって、第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８間のトルク伝達は再び遮断される。このときの第３トルクＲ３は、主に、圧縮バネ６２による付勢力と、第３当接斜面６１ｃの傾斜角度θ３に応じて決まる。第３当接斜面６１ｃの傾斜角度θ３は、第２当接斜面６１ｂの傾斜角度θ２よりも大きいことから、第３トルクＲ３は第２トルクＲ２よりも大きくなる。即ち、第１トルクＲ１＜第２トルクＲ２＜第３トルクＲ３の関係となっている。
当接球体６４は、第３係合突起部５９ｂｃを乗り越えると、第１係合突起部５９ａの第１当接斜面６１ａに再び当接し、クラッチ機構２０は図７に示す状態に戻る。
このように、クラッチ機構２０では、ネジ類に加えているトルクが第１トルクＲ１となった時点で一時的にトルク伝達が遮断され、次いで、ネジ類に加えているトルクが第２トルクＲ２となった時点で一時的にトルク伝達が遮断され、次いで、ネジ類に加えている締付トルクが第３トルクＲ３となった時点でトルク伝達が遮断される。
【００１９】
図９は、電動ドライバ１０の回路構成を模式的に示している。図９に示すように、電動ドライバ１０では、コネクタ３０に接続された電池パック１００から、モータ１４に電力が供給されるとともに、制御回路２８に電力が供給される。モータ１４をコネクタ３０を介して電池パック１００に接続する回路上には、半導体スイッチ８０が介挿されている。半導体スイッチ８０は、制御回路２８から出力される駆動信号によって、オン状態とオフ状態が切換えられる。
制御回路２８は、マイクロコンピュータや定電圧電源回路等を備えている。制御回路２８には、トリガスイッチ２４や検出スイッチ５２や表示ランプ２６が接続されている。制御回路２８は、トリガスイッチ２４の出力信号と、検出スイッチ５２の出力信号に基づいて、半導体スイッチ８０や表示ランプ２６の動作を制御する。
【００２０】
図１０は、電動ドライバ１０の各部の動作を経時的に示すタイムチャートである。図１０を参照して、制御回路２８の動作等について説明する。図１０中の（Ａ）はトリガスイッチ２４のオン／オフ状態を示している。（Ｂ）は半導体スイッチ８０のオン／オフ状態を示している。（Ｃ）はドライバビット１８がネジ類から受ける反力トルクを示している。ドライバビット１８がネジ類から受ける反力トルクは、ドライバビット１８がネジ類に加えているトルクに略等しい。（Ｄ）は検出スイッチ５２のオン／オフ状態を示している。（Ｅ）は表示ランプ２６のオン／オフ状態を示している。
先ず、作業者は、ドライバビット１８をネジに係合させ、トリガスイッチ２４をオン操作する。この時点を時刻ｔ１とする。時刻ｔ１においてトリガスイッチ２４にオン操作が加えられると、制御回路２８は半導体スイッチ８０に駆動信号を出力し、半導体スイッチ８０をオンさせる。半導体スイッチ８０がオンすることによって、モータ１４が電池パック１００（詳しくは電池パックに内蔵されている電池）に電気的に接続され、モータ１４が回転を開始する。クラッチ機構２０では、第１クラッチ部材５６側に保持されている当接球体６４が、第２クラッチ部材５８側に設けられている第１係合突起部５９ａの第１当接斜面６１ａに当接し、モータ１４からのトルクがスピンドル１５側へと伝達される。モータ１４によってドライバビット１８は回転させられることとなり、ネジ類は母材へとねじ込まれていく。なお、作業者がトリガスイッチ２４のオン操作を中止すると、制御回路２８は半導体スイッチ８０へ駆動信号の出力を中止し、モータ１４は停止する。ここでは、後述する時刻ｔ５まで、作業者がトリガスイッチ２４のオン操作を継続するものとする。
【００２１】
図１０の（Ｃ）に示すように、ドライバビット１８がネジ類から受ける反力トルクは、ネジの頭部が着座するまでは比較的に小さな値で推移し、ネジ類の頭部が着座した時点（図中のＸ）から急速に増大する。時刻ｔ２において、ドライバビット１８がネジから受ける反力トルク、即ち、ネジに加えている締付トルクが第１トルクＲ１に到達すると、当接球体６４が第１係合突起部５９ａを乗り越え、第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８との間のトルク伝達が遮断される。第１係合突起部５９ａを乗り越えた当接球体６４は、続いて第２係合突起部５９ｂの第２当接斜面６１ｂに当接する。それにより、第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８とは再び係合し、モータ１４の出力するトルクがスピンドル１５側へと伝達される。
時刻ｔ３において、ドライバビット１８がネジから受ける反力トルク、即ち、ネジの締付トルクが第２トルクＲ２に到達すると、当接球体６４が第２係合突起部５９ｂを乗り越え、第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８との間のトルク伝達が遮断される。第２係合突起部５９ｂを乗り越えた当接球体６４は、続いて第３係合突起部５９ｃの第３当接斜面６１ｃに当接する。それにより、第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８とは再び係合し、モータ１４の出力するトルクがスピンドル１５側へと伝達される。
時刻ｔ４において、ドライバビット１８がネジから受ける反力トルク、即ち、ネジの締付トルクが第３トルクＲ３に到達すると、当接球体６４が第３係合突起部５９ｃを乗り越え、第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８との間のトルク伝達が遮断される。
このように、クラッチ機構２０では、ネジ類の締付トルクが第１トルクＲ１に達した時点と、ネジ類の締付トルクが第２トルクＲ２に達した時点と、ネジ類の締付トルクが第３トルクＲ３に達した時点の３回に亘って、トルク伝達が一時的に遮断される。電動ドライバ１０がネジ類から受ける反力トルクは、ネジ類が着座した時点で突然に増大するが、先ずは第１トルクＲ１に制限されることで、作業者は締付工具を無理なく支持し続けることができる。電動ドライバ１０がネジ類から受ける反力は、続いて第１トルクＲ１よりも大きい第２トルクＲ２まで増大するが、作業者はその増大を予期することができるので、作業者は締付工具を無理なく支持し続けることができる。そして、電動ドライバ１０がネジ類から受ける反力は、続いて第２トルクＲ２よりも大きい第３トルクＲ３まで増大するが、作業者はその増大を予期することができるので、作業者は締付工具を無理なく支持し続けることができる。作業者は、ネジ類から受ける反力トルクに抗して、電動ドライバ１０を無理なく支持し続けることができる。
【００２２】
図１０の（Ｄ）に示すように、検出スイッチ５２は、クラッチ機構２０がトルク伝達を遮断する時点（時刻ｔ２、ｔ３、ｔ４）において一時的にオフ状態となる。検出スイッチ５２が１度目のオフ状態となった時点（時刻ｔ２）は、ネジ類の締付トルクが第１トルクＲ１に到達した時点に対応する。検出スイッチ５２が２度目のオフ状態となった時点（時刻ｔ３）は、ネジ類の締付トルクが第２トルクＲ２に到達した時点に対応する。検出スイッチ５２が３度目のオフ状態となった時点（時刻ｔ４）は、ネジ類の締付トルクが第３トルクＲ３に到達した時点を示す。制御回路２８は、検出スイッチ５２がオフ状態となった回数を計数しており、検出スイッチ５２が３度目のオフ状態となったときに、図１０の（Ｂ）に示すように半導体スイッチ８０をオフするとともに、図１０（Ｅ）に示すように表示ランプをオンさせる。それにより、モータ１４の回転が中止されるとともに、ネジの締付トルクが第３トルクＲ３に到達したことが作業者に報知される。作業者は、表示ランプ２６の点灯を確認した後、トリガスイッチ２４をオフ操作する（時刻ｔ５）。制御回路２８は、トリガスイッチ２４のオフ操作を受けて、表示ランプ２６を消灯する。以上により、締付工具１０は、第３トルクＲ３に等しい締付トルクによってネジ類を締付けた後に、動作を終了する。先に説明したように、第３トルクＲ３の値は、調整部材６８を操作することによって調整することができる。第３トルクＲ３の値を締付トルクの目標値に等しく設定しておくことによって、目標とする締付トルクによってネジを締付けることができる。また、第３トルクＲ３の値を調整することによって、第１トルクＲ２や第２トルクＲ２の値も併せて調整される。
なお、制御回路２８がネジ類の締付けを完了したと判断する検出スイッチ５２のオフ回数は、クラッチ機構２０に設けられている係合突起部５９ａ、５９ｂ、５９ｃの種類数に対応している。そのことから、例えばクラッチ機構２０に２種類の係合突起部に設けられている場合には、検出スイッチ５２が２度目のオフ状態となった時点で、制御回路２８がネジ類の締付けが完了したと判断することとなる。
【００２３】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、検出スイッチが、当接球体６４が第３係合突起部５９ｃを乗り越えたときのみを検出するようにしてもよい。この場合、例えば第３係合突起部５９ｃの高さを、他の係合突起部５９ａ、５９ｂの高さと相違させ、当接球体６４が第３係合突起部５９ｃを乗り越えたときのみ、検出スイッチ５２がオフするように構成することができる。
第１クラッチ部材５６の第１対向面５６ａの構成と、第２クラッチ部材５８の第２対向面５６ａの構成は、相互に反転させることができる。即ち、第１クラッチ部材５６側に係合突起部５９ａ、５９ｂ、５９ｃを設け、第２クラッチ部材５８側に当接球体６４を保持させてもよい。当接球体６４は、クラッチ部材５６、５８と一体に設けることもできる。
【００２４】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】電動ドライバの構成を示す図。
【図２】減速機とクラッチ機構の構成を拡大して示す図。
【図３】第１クラッチ部材を第１対向面側から見た図。
【図４】第２クラッチ部材の第２対向面側から見た図。
【図５】図４のＶ線による断面を展開して示す図。
【図６】係合突起部群を拡大して示す図。
【図７】第１クラッチ部材と第２クラッチ部材が係合している状態を示す図。
【図８】第１クラッチ部材と第２クラッチ部材が係合解除された状態を示す図。
【図９】電動ドライバの電気構成を模式的に示す図。
【図１０】電動ドライバの動作の流れを示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００２６】
１０・・電動ドライバ
１２・・ハウジング
１４・・モータ
１５・・スピンドル
１６・・工具チャック
１８、・・ドライバビット（工具）
２０・・クラッチ機構
２２・・減速機
２４・・トリガスイッチ
２６・・表示ランプ
２８・・制御回路
３０・・コネクタ
５２・・検出スイッチ
５６・・第１クラッチ部材
５７・・凹部
５８・・第２クラッチ部材
５８ｂ・・溝部
５９ａ、５９ｂ、５９ｃ・・係合突起部群
６１ａ、６１ｂ、６１ｃ・・当接斜面
６２・・圧縮バネ
６３・・接続球体
６４・・当接球体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネジ類（ボルト、ナット、スクリュウ等）を締付ける締付工具に関する。特に、モータから工具へ伝達するトルクを制限するクラッチ機構を備える締付工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータから工具へ伝達するトルクを制限するクラッチ機構を備え、ネジ類を規定された締付トルクで締付ける締付工具が開発されている（例えば特許文献１）。クラッチ機構は、一対のクラッチ部材と、一対のクラッチ部材の一方を他方に押圧する付勢手段を用いて構成されている。一対のクラッチ部材は、一方がモータ側に接続されており、他方が工具側に接続されている。クラッチ機構では、一対のクラッチ部材が互いに係合することによってモータからのトルクが工具へ伝達され、一対のクラッチ部材の係合が解除されることによってモータから工具へのトルク伝達が遮断される。
一対のクラッチ部材には、係合部が形成されている。係合部は、工具に加えられているトルクが所定値未満のときには一対のクラッチ部材の係合を維持し、工具に加えられているトルクが所定値以上となると一対のクラッチ部材の係合を解除するように構成されている。
【特許文献１】実公昭５０−３３７５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
締付工具では、ネジ類を締付けている間、ネジ類から反力を受ける。作業者は、ネジ類から受ける反力に抗して、締付工具を支持する必要がある。
従来の締付工具では、ネジ類の頭部が母材に着座した時点から、締付トルクが所定値に到達する時点まで、ネジ類から受ける反力が急激に増大する。作業者は、急激に増大していく反力に抗して、締付工具を支持し続ける必要があり、比較的に大きな力を締付工具に加え続けなければならない。
本発明は、上記の問題を解決する。本発明は、ネジ類から受ける反力に抗して、作業者が支持しやすい締付工具を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によって具現化される締付工具は、モータと、ネジ類に係合する工具と、モータと工具との間に介装されており、互いに係合することによってモータからのトルクを工具へ伝達し、互いの係合を解除することによってモータから工具へのトルク伝達を遮断する一対のクラッチ部材と、一対のクラッチ部材の少なくとも一方を他方に押圧する付勢手段とを備えている。一対のクラッチ部材には、少なくとも第１係合部と第２係合部が設けられている。第１係合部は、工具に加えられているトルクが第１所定値未満のときには一対のクラッチ部材の係合を維持し、工具に加えられているトルクが第１所定値以上となると一対のクラッチ部材の係合を解除する。第２係合部は、工具に加えられているトルクが第１所定値よりも大きい第２所定値未満のときには一対のクラッチ部材の係合を維持し、工具に加えられているトルクが第２所定値以上となると一対のクラッチ部材の係合を解除する。一対のクラッチ部材は、第１係合部の係合が解除された後に、第２係合部が係合することを特徴とする。
【０００５】
この締付工具では、一対のクラッチ部材が、先ず第１係合部によって係合される。一対のクラッチ部材は、ネジ類から工具に加えられているトルク（即ち、モータが現に加えているトルクであり、反力に等しい）が第１所定値に達するまで、係合した状態が維持される。そして、ネジ類から工具に加えられているトルクが第１所定値に達すると、一対のクラッチ部材の係合が解除される。一対のクラッチ部材の係合が解除されると、モータから工具へのトルク伝達が遮断される。その結果、締付工具がネジ類から受ける反力は、第１所定値に到達した時点で一旦低下する。
一対のクラッチ部材は、第１係合部による係合が解除されると、続いて第２係合部によって係合される。一対のクラッチ部材は、ネジ類から工具に加えられているトルクが第２所定値に達するまで、係合した状態が維持される。そして、ネジ類から工具に加えられているトルクが第２所定値に達すると、一対のクラッチ部材の係合が解除される。この段階で、ネジ類の締付トルクは第２所定値に達しており、締付工具がネジ類から受ける反力も第２所定値まで増大する。
この締付工具では、ネジ類を第２所定値の締付トルクによって締付ける際に、締付トルクが第１所定値に到達した時点で、一対のクラッチの係合が一旦解除される。それにより、締付工具がネジ類から受ける反力は、第１所定値に到達した時点で一旦低下し、その後に第２所定値まで増大する。締付工具がネジ類から受ける反力は、ネジ類が着座した時点で突然に増大するが、先ずは第１所定値に制限されることで、作業者は締付工具を無理なく支持し続けることができる。そして、締付工具がネジ類から受ける反力は、続いて第２所定値まで増大するが、作業者はその増大を予期することができるので、作業者は締付工具を無理なく支持し続けることができる。
【０００６】
第１係合部と第２係合部のそれぞれには、他方のクラッチ部材と当接する傾斜面が形成されていることが好ましい。この場合、第１係合部の傾斜面よりも、第２係合部の傾斜面のほうが、傾斜角度が大きいことが好ましい。
各係合部に他方のクラッチ部材と当接する傾斜面を形成すると、前記した第１所定値や第２所定値は、傾斜面の傾斜角度によって調整することが可能となる。このとき、第１係合部の傾斜面のよりも、第２係合部の傾斜面の方が、傾斜角度が大きくなるように形成することによって、第１所定値よりも第２所定値の方が大きくなるように定めることができる。
【０００７】
上記の締付工具では、一対のクラッチ部材の第２係合部の係合が解除された時に、モータの駆動を中止させるモータ制御手段が付加されていることが好ましい。
それにより、ネジ類の締付トルクが第２所定値に到達した時点で、モータの動作を中止させることができる。
【０００８】
モータ制御手段は、一対のクラッチ部材の係合が所定回数に亘って解除された時に、モータの駆動を中止させることが好ましい。
上記した締付工具では、ネジ類の締付トルクが第２所定値に到達するまでに、一対のクラッチ部材が複数回に亘って係合解除される。そのことから、一対のクラッチ部材が係合解除された回数を計数し、その回数が所定回数に到達した時点でモータの駆動を中止させることによって、ネジ類の締付トルクが規定されたトルクに到達した時点で、モータの動作を中止させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、締付工具がネジ類から受ける反力に抗して作業者が支持しやすい締付工具を具現化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
最初に、以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
（形態１） 締付工具は、第１クラッチ部材と第２クラッチ部材を備えている。第１クラッチ部材はモータ側に接続されており、第２クラッチ部材は工具側に接続されている。
（形態２） 第１クラッチ部材と第２クラッチ部材の一方には、第１係合部と第２係合部と第３係合部が設けられている。第１クラッチ部材と第２クラッチ部材の他方には、第１係合部と第２係合部と第３係合部に当接する当接部が設けられている。当接部は、第１クラッチ部材と第２クラッチ部材との相対回転位置に応じて、第１係合部と第２係合部と第３係合部のいずれかに当接する。
（形態３） 締付工具は、一対のクラッチ部材の係合が解除されたことを検出する手段を備えている。
【実施例】
【００１１】
図１は、実施例１の電動ドライバ１０の内部構成を示している。図１に示すように、電動ドライバ１０は、ハウジング１２と、ハウジングに内蔵されているモータ１４と、ハウジング１２に対して回転可能に支持されている工具チャック１６と、ハウジング１２に対して回転可能に支持されているスピンドル１５と、モータ１４の回転トルクをスピンドル１５に伝達する減速機２２およびクラッチ機構２０を備えている。工具チャック１６は、スピンドル１５に対して固定されている。工具チャック１６は、ネジ類（ボルト、ナット、スクリュウ等）に係合する工具（例えばドライバビット）１８を着脱可能に構成されている。電動ドライバ１０は、モータ１４を回転させることによって、工具チャック１６に装着されたドライバビット１８を回転させる。
電動ドライバ１０は、作業者が操作するトリガスイッチ２４と、作業者に視認可能に設けられている表示ランプ２６と、モータ１４や表示ランプ２６等の動作を制御する制御回路２８と、電源となる電池パック（図９に示す）１００を接続するためのコネクタ３０を備えている。
【００１２】
図２は、電動ドライバ１０の減速機２２およびクラッチ機構２０を拡大して示している。図２に示すように、減速機２２は、第１太陽ギヤ３２と、３つの第１衛星ギヤ３４（一部は図示省略）と、内歯ギヤ３６と、第２太陽ギヤ３８と、３つの第２衛星ギヤ（一部は図示省略）４０と、出力部材４２を備えている。第１太陽ギヤ３２は、モータ１４の出力軸１４ａに固定されている。第１衛星ギヤ３４は、第１太陽ギヤ３２と内歯ギヤ３６の両者に噛合しており、第１太陽ギヤ３２の回転を受けて自転しながら第１太陽ギヤ３２の周囲を公転する。第２太陽ギヤ３８には、第１衛星ギヤ３４の自転軸３５が固定されており、第１衛星ギヤ３４の公転運動に従動して回転するようになっている。第２衛星ギヤ４０は、第２太陽ギヤ３８と内歯ギヤ３６の両者に噛合しており、第２太陽ギヤ３８の回転を受けて自転しながら第２太陽ギヤ３８の周囲を公転する。出力部材４２には、第２衛星ギヤ４０の自転軸４１が固定されており、第２衛星ギヤ４０の公転運動に従動して回転する。このように、減速機２２は、２段階に設けられた遊星ギヤ構造を備えており、モータ１４の回転運動を所定の減速比で減速し、出力部材４２の回転運動に出力する。即ち、出力部材４２の回転トルクは、モータ１４の回転トルクに対して、その減速比の逆数倍に増幅される。
【００１３】
クラッチ機構２０は、第１クラッチ部材５６と、第２クラッチ部材５８と、３つの当接球体６４（一部図示省略）と、圧縮バネ６２と、３つの接続球体６３（一部図示省略）と、バネ拘束部材６６と、調整部材６８を備えている。
第１クラッチ部材５６は、減速機２２の出力部材４２に固定されており、モータ１４の回転に伴って出力部材４２とともに回転する。一方、第２クラッチ部材５８は、スピンドル１５に設けられている。第２クラッチ部材５８は、接続球体６３を介してスピンドル１５に接続されており、スピンドル１５に対して相対回転不能に接続されているとともに、スピンドル１５の軸方向には移動可能に支持されている。
第１クラッチ部材５６には、第１対向面５６ａが形成されている。第２クラッチ部材５８には、第２対向面５８ａが形成されている。第１クラッチ部材５６の第１対向面５６ａと第２クラッチ部材５８の第２対向面５８ａは、互いに対向している。当接球体６４は、第１クラッチ部材５６の第１対向面５６ａと第２クラッチ部材５８の第２対向面５８ａとの間に介在している。圧縮バネ６２は、第２クラッチ部材５８を第１クラッチ部材５６に向けて付勢している。第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８は、当接球体６４を介して回転方向に関して係合する。第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８は、互いに係合することによってモータ１４からのトルクをスピンドル１５側へと伝達し、互いの係合を解除することによってモータ１４からスピンドル１５へのトルク伝達を遮断する。
バネ拘束部材６６は、圧縮バネ６２の反第２クラッチ部材５８側の端部を拘束している。調整部材６８は、スピンドル１５の側面に螺合しており、回転することによってスピンドル１５の軸方向に移動する。調整部材６８がスピンドル１５の軸方向に沿って移動することによって、バネ拘束部材６６もスピンドル１５の軸方向に沿って移動する。作業者は、調整部材６８を回転させることによって、圧縮バネ６２が第２クラッチ部材５８を第１クラッチ部材５６側へと押圧する押圧力を調整することができる。
【００１４】
図２に示すように、電動ドライバ１０は、第２クラッチ部材５８の移動に伴って移動する連動部材５４と、連動部材５４の移動に伴ってオン／オフする検出スイッチ５２と、連動部材５４を検出スイッチ５２側に向けて付勢している付勢バネ６０を備えている。第２クラッチ部材５８が第１クラッチ部材５６側に位置している状態では、連動部材５４は付勢バネ６０による付勢力を受けて検出スイッチ５２側に位置している。このとき、検出スイッチ５２はオン状態となる。即ち、第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８が係合している間、検出スイッチ５２はオン状態となる。一方、第２クラッチ部材５８が第１クラッチ部材５６から離間する方向に移動すると、連動部材５４も検出スイッチ５２から離間する方向に移動する。このとき、検出スイッチ５２はオフ状態となる。即ち、第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８の係合が解除されている状態では、検出スイッチ５２はオフ状態となる。
【００１５】
次に、第１クラッチ部材５６の第１対向面５６ａと第２クラッチ部材５８の第２対向面５８ａについて説明する。
図３は、第１対向面５６ａ側からみた第１クラッチ部材５６を示している。図３に示すように、第１クラッチ部材５６の第１対向面５６ａには、当接球体６４が遊嵌するための凹部５７が３箇所に形成されている。凹部５７は、略半球形状に形成されている。３箇所の凹部５７は、周方向に沿って等間隔に配置されている。当接球体６４は、第１クラッチ部材５６の凹部５７によって保持され、第１クラッチ部材５６と略一体となって回転する。そのことから、当接球体６４は第１クラッチ部材５６の一部とみなすこともでき、第１クラッチ部材５６と当接球体６４を一体に形成するようにしてもよい。
図４は、第２対向面５８ａ側からみた第２クラッチ部材５８を示している。図５は、図４に示す円形切断線Ｖにおける断面を展開して示している。図４、図５に示すように、第２クラッチ部材５８の第２対向面５８ａには、周方向に沿って伸びている溝部５８ｂが形成されている。溝部５８ｂは、第１クラッチ部材５６の凹部５７と対向する位置に設けられている。溝部５８ｂには、第１係合突起部５９ａと第２係合突起部５９ｂと第３係合突起部５９ｃとを一組とする係合突起部群５９ａ、５９ｂ、５９ｃが３組形成されている。３組の係合突起部群５９ａ、５９ｂ、５９ｃは、周方向に沿って等間隔に配置されている。
図６は、一組の係合突起部群５９ａ、５９ｂ、５９ｃを拡大して示している。図６に示すように、一組の係合突起部群５９ａ、５９ｂ、５９ｃでは、第２クラッチ部材５８に対して第１クラッチ部材５６が相対回転する方向に沿って、第１係合突起部５９ａ、第２係合突起部５９ｂ、第３係合突起部５９ｃの順に配置されている。
各係合突起部５９ａ、５９ｂ、５９ｃには、当接斜面６１ａ、６１ｂ、６１ｃが形成されている。当接斜面６１ａ、６１ｂ、６１ｃには、第１クラッチ部材５６がモータ１４によって回転させられたときに、第１クラッチ部材５６側に保持されている当接球体６４が当接する。第１係合突起部５９ａでは、第１当接斜面６１ａが傾斜角度θ１で形成されている。第２係合突起部５９ｂでは、第２当接斜面６１ｂが傾斜角度θ２で形成されている。第３係合突起部５９ｃでは、第３当接斜面６１ｃが傾斜角度θ３で形成されている。そして、傾斜角度θ１、θ２、θ３の大小関係は、θ１＜θ２＜θ３となっている。
【００１６】
図７、図８を参照して、クラッチ機構２０の動作について説明する。図７、図８は、第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８を周方向に展開して示している。図７に示すように、モータ１４によって第１クラッチ部材５６が回転させられると、第１クラッチ部材５６の凹部５７に遊嵌している当接球体６４が、第２クラッチ部材５８の第１係合突起部５９ａの第１当接斜面６１ａに当接する。当接球体６４は第１係合突起部５９ａを乗り越えようとするが、圧縮バネ６２による付勢力によって、当接球体６４が第１係合突起部５９ａを乗り越えることが抑止される。第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８は回転方向に関して係合した状態となり、両者は一体となって回転する。それにより、モータ１４の出力するトルクは、クラッチ機構２０を介してスピンドル１５へと伝達される。このとき、検出スイッチ５２はオン状態となる。
一方、図８に示すように、スピンドル１５に回転を規制するトルクを加えると、圧縮バネ６２の付勢力に逆らって、当接球体６４は第１係合突起部５９ａを乗り越える。このとき、第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８は回転方向に関して係合解除され、モータ１４からスピンドル１５へのトルク伝達が遮断される。即ち、電動ドライバ１０によってネジを締付けたときに、その締付トルクが第１の所定値（例えばＲ１）に達すると、第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８間のトルク伝達が遮断される。このときの第１トルクＲ１は、主に、圧縮バネ６２による付勢力と、第１当接斜面６１ａの傾斜角度θ１に応じて決まる。第１当接斜面６１ａの傾斜角度θ１が大きいほど、第１トルクＲ１は大きくなる。
【００１７】
当接球体６４が第１係合突起部５９ａを乗り越えると、第１クラッチ部材５６は第２クラッチ部材５８に対して相対回転し、当接球体６４は第２係合突起部５９ｂの第２当接斜面６１ｂに当接する。それにより、第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８は、回転方向に関して再び係合する。そして、ネジ類に加えている締付トルクが第２の所定値（例えばＲ２）となると、当接球体６４は第２係合突起部５９ｂを乗り越える。当接球体６４が第２係合突起部５９ｂを乗り越えることによって、第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８間のトルク伝達は再び遮断される。このときの第２トルクＲ２は、主に、圧縮バネ６２による付勢力と、第２当接斜面６１ｂの傾斜角度θ２に応じて決まる。第２当接斜面６１ｂの傾斜角度θ２は、第１当接斜面６１ａの傾斜角度θ１よりも大きいことから、第２トルクＲ２は第１トルクＲ１よりも大きくなる。
【００１８】
当接球体６４が第２係合突起部５９ｂを乗り越えると、第１クラッチ部材５６は第２クラッチ部材５８に対して相対回転し、当接球体６４が第３係合突起部５９ｃの第３当接斜面６１ｃに当接する。それにより、第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８は、回転方向に関して再び係合する。そして、ネジ類に加えている締付トルクが第３の所定値（例えばＲ３）となると、当接球体６４は第３係合突起部５９ｃを乗り越える。当接球体６４が第３係合突起部５９ｃを乗り越えることによって、第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８間のトルク伝達は再び遮断される。このときの第３トルクＲ３は、主に、圧縮バネ６２による付勢力と、第３当接斜面６１ｃの傾斜角度θ３に応じて決まる。第３当接斜面６１ｃの傾斜角度θ３は、第２当接斜面６１ｂの傾斜角度θ２よりも大きいことから、第３トルクＲ３は第２トルクＲ２よりも大きくなる。即ち、第１トルクＲ１＜第２トルクＲ２＜第３トルクＲ３の関係となっている。
当接球体６４は、第３係合突起部５９ｂｃを乗り越えると、第１係合突起部５９ａの第１当接斜面６１ａに再び当接し、クラッチ機構２０は図７に示す状態に戻る。
このように、クラッチ機構２０では、ネジ類に加えているトルクが第１トルクＲ１となった時点で一時的にトルク伝達が遮断され、次いで、ネジ類に加えているトルクが第２トルクＲ２となった時点で一時的にトルク伝達が遮断され、次いで、ネジ類に加えている締付トルクが第３トルクＲ３となった時点でトルク伝達が遮断される。
【００１９】
図９は、電動ドライバ１０の回路構成を模式的に示している。図９に示すように、電動ドライバ１０では、コネクタ３０に接続された電池パック１００から、モータ１４に電力が供給されるとともに、制御回路２８に電力が供給される。モータ１４をコネクタ３０を介して電池パック１００に接続する回路上には、半導体スイッチ８０が介挿されている。半導体スイッチ８０は、制御回路２８から出力される駆動信号によって、オン状態とオフ状態が切換えられる。
制御回路２８は、マイクロコンピュータや定電圧電源回路等を備えている。制御回路２８には、トリガスイッチ２４や検出スイッチ５２や表示ランプ２６が接続されている。制御回路２８は、トリガスイッチ２４の出力信号と、検出スイッチ５２の出力信号に基づいて、半導体スイッチ８０や表示ランプ２６の動作を制御する。
【００２０】
図１０は、電動ドライバ１０の各部の動作を経時的に示すタイムチャートである。図１０を参照して、制御回路２８の動作等について説明する。図１０中の（Ａ）はトリガスイッチ２４のオン／オフ状態を示している。（Ｂ）は半導体スイッチ８０のオン／オフ状態を示している。（Ｃ）はドライバビット１８がネジ類から受ける反力トルクを示している。ドライバビット１８がネジ類から受ける反力トルクは、ドライバビット１８がネジ類に加えているトルクに略等しい。（Ｄ）は検出スイッチ５２のオン／オフ状態を示している。（Ｅ）は表示ランプ２６のオン／オフ状態を示している。
先ず、作業者は、ドライバビット１８をネジに係合させ、トリガスイッチ２４をオン操作する。この時点を時刻ｔ１とする。時刻ｔ１においてトリガスイッチ２４にオン操作が加えられると、制御回路２８は半導体スイッチ８０に駆動信号を出力し、半導体スイッチ８０をオンさせる。半導体スイッチ８０がオンすることによって、モータ１４が電池パック１００（詳しくは電池パックに内蔵されている電池）に電気的に接続され、モータ１４が回転を開始する。クラッチ機構２０では、第１クラッチ部材５６側に保持されている当接球体６４が、第２クラッチ部材５８側に設けられている第１係合突起部５９ａの第１当接斜面６１ａに当接し、モータ１４からのトルクがスピンドル１５側へと伝達される。モータ１４によってドライバビット１８は回転させられることとなり、ネジ類は母材へとねじ込まれていく。なお、作業者がトリガスイッチ２４のオン操作を中止すると、制御回路２８は半導体スイッチ８０へ駆動信号の出力を中止し、モータ１４は停止する。ここでは、後述する時刻ｔ５まで、作業者がトリガスイッチ２４のオン操作を継続するものとする。
【００２１】
図１０の（Ｃ）に示すように、ドライバビット１８がネジ類から受ける反力トルクは、ネジの頭部が着座するまでは比較的に小さな値で推移し、ネジ類の頭部が着座した時点（図中のＸ）から急速に増大する。時刻ｔ２において、ドライバビット１８がネジから受ける反力トルク、即ち、ネジに加えている締付トルクが第１トルクＲ１に到達すると、当接球体６４が第１係合突起部５９ａを乗り越え、第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８との間のトルク伝達が遮断される。第１係合突起部５９ａを乗り越えた当接球体６４は、続いて第２係合突起部５９ｂの第２当接斜面６１ｂに当接する。それにより、第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８とは再び係合し、モータ１４の出力するトルクがスピンドル１５側へと伝達される。
時刻ｔ３において、ドライバビット１８がネジから受ける反力トルク、即ち、ネジの締付トルクが第２トルクＲ２に到達すると、当接球体６４が第２係合突起部５９ｂを乗り越え、第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８との間のトルク伝達が遮断される。第２係合突起部５９ｂを乗り越えた当接球体６４は、続いて第３係合突起部５９ｃの第３当接斜面６１ｃに当接する。それにより、第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８とは再び係合し、モータ１４の出力するトルクがスピンドル１５側へと伝達される。
時刻ｔ４において、ドライバビット１８がネジから受ける反力トルク、即ち、ネジの締付トルクが第３トルクＲ３に到達すると、当接球体６４が第３係合突起部５９ｃを乗り越え、第１クラッチ部材５６と第２クラッチ部材５８との間のトルク伝達が遮断される。
このように、クラッチ機構２０では、ネジ類の締付トルクが第１トルクＲ１に達した時点と、ネジ類の締付トルクが第２トルクＲ２に達した時点と、ネジ類の締付トルクが第３トルクＲ３に達した時点の３回に亘って、トルク伝達が一時的に遮断される。電動ドライバ１０がネジ類から受ける反力トルクは、ネジ類が着座した時点で突然に増大するが、先ずは第１トルクＲ１に制限されることで、作業者は締付工具を無理なく支持し続けることができる。電動ドライバ１０がネジ類から受ける反力は、続いて第１トルクＲ１よりも大きい第２トルクＲ２まで増大するが、作業者はその増大を予期することができるので、作業者は締付工具を無理なく支持し続けることができる。そして、電動ドライバ１０がネジ類から受ける反力は、続いて第２トルクＲ２よりも大きい第３トルクＲ３まで増大するが、作業者はその増大を予期することができるので、作業者は締付工具を無理なく支持し続けることができる。作業者は、ネジ類から受ける反力トルクに抗して、電動ドライバ１０を無理なく支持し続けることができる。
【００２２】
図１０の（Ｄ）に示すように、検出スイッチ５２は、クラッチ機構２０がトルク伝達を遮断する時点（時刻ｔ２、ｔ３、ｔ４）において一時的にオフ状態となる。検出スイッチ５２が１度目のオフ状態となった時点（時刻ｔ２）は、ネジ類の締付トルクが第１トルクＲ１に到達した時点に対応する。検出スイッチ５２が２度目のオフ状態となった時点（時刻ｔ３）は、ネジ類の締付トルクが第２トルクＲ２に到達した時点に対応する。検出スイッチ５２が３度目のオフ状態となった時点（時刻ｔ４）は、ネジ類の締付トルクが第３トルクＲ３に到達した時点を示す。制御回路２８は、検出スイッチ５２がオフ状態となった回数を計数しており、検出スイッチ５２が３度目のオフ状態となったときに、図１０の（Ｂ）に示すように半導体スイッチ８０をオフするとともに、図１０（Ｅ）に示すように表示ランプをオンさせる。それにより、モータ１４の回転が中止されるとともに、ネジの締付トルクが第３トルクＲ３に到達したことが作業者に報知される。作業者は、表示ランプ２６の点灯を確認した後、トリガスイッチ２４をオフ操作する（時刻ｔ５）。制御回路２８は、トリガスイッチ２４のオフ操作を受けて、表示ランプ２６を消灯する。以上により、締付工具１０は、第３トルクＲ３に等しい締付トルクによってネジ類を締付けた後に、動作を終了する。先に説明したように、第３トルクＲ３の値は、調整部材６８を操作することによって調整することができる。第３トルクＲ３の値を締付トルクの目標値に等しく設定しておくことによって、目標とする締付トルクによってネジを締付けることができる。また、第３トルクＲ３の値を調整することによって、第１トルクＲ２や第２トルクＲ２の値も併せて調整される。
なお、制御回路２８がネジ類の締付けを完了したと判断する検出スイッチ５２のオフ回数は、クラッチ機構２０に設けられている係合突起部５９ａ、５９ｂ、５９ｃの種類数に対応している。そのことから、例えばクラッチ機構２０に２種類の係合突起部に設けられている場合には、検出スイッチ５２が２度目のオフ状態となった時点で、制御回路２８がネジ類の締付けが完了したと判断することとなる。
【００２３】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、検出スイッチが、当接球体６４が第３係合突起部５９ｃを乗り越えたときのみを検出するようにしてもよい。この場合、例えば第３係合突起部５９ｃの高さを、他の係合突起部５９ａ、５９ｂの高さと相違させ、当接球体６４が第３係合突起部５９ｃを乗り越えたときのみ、検出スイッチ５２がオフするように構成することができる。
第１クラッチ部材５６の第１対向面５６ａの構成と、第２クラッチ部材５８の第２対向面５６ａの構成は、相互に反転させることができる。即ち、第１クラッチ部材５６側に係合突起部５９ａ、５９ｂ、５９ｃを設け、第２クラッチ部材５８側に当接球体６４を保持させてもよい。当接球体６４は、クラッチ部材５６、５８と一体に設けることもできる。
【００２４】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】電動ドライバの構成を示す図。
【図２】減速機とクラッチ機構の構成を拡大して示す図。
【図３】第１クラッチ部材を第１対向面側から見た図。
【図４】第２クラッチ部材の第２対向面側から見た図。
【図５】図４のＶ線による断面を展開して示す図。
【図６】係合突起部群を拡大して示す図。
【図７】第１クラッチ部材と第２クラッチ部材が係合している状態を示す図。
【図８】第１クラッチ部材と第２クラッチ部材が係合解除された状態を示す図。
【図９】電動ドライバの電気構成を模式的に示す図。
【図１０】電動ドライバの動作の流れを示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００２６】
１０・・電動ドライバ
１２・・ハウジング
１４・・モータ
１５・・スピンドル
１６・・工具チャック
１８、・・ドライバビット（工具）
２０・・クラッチ機構
２２・・減速機
２４・・トリガスイッチ
２６・・表示ランプ
２８・・制御回路
３０・・コネクタ
５２・・検出スイッチ
５６・・第１クラッチ部材
５７・・凹部
５８・・第２クラッチ部材
５８ｂ・・溝部
５９ａ、５９ｂ、５９ｃ・・係合突起部群
６１ａ、６１ｂ、６１ｃ・・当接斜面
６２・・圧縮バネ
６３・・接続球体
６４・・当接球体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、
ネジ類に係合する工具と、
モータと工具との間に介装されており、互いに係合することによってモータからのトルクを工具へ伝達し、互いの係合を解除することによってモータから工具へのトルク伝達を遮断する一対のクラッチ部材と、
一対のクラッチ部材の少なくとも一方を他方に押圧する付勢手段とを備え、
一対のクラッチ部材には、少なくとも第１係合部と第２係合部が設けられており、
第１係合部は、工具に加えられているトルクが第１所定値未満のときには一対のクラッチ部材の係合を維持し、工具に加えられているトルクが第１所定値以上となると一対のクラッチ部材の係合を解除し、
第２係合部は、工具に加えられているトルクが第１所定値よりも大きい第２所定値未満のときには一対のクラッチ部材の係合を維持し、工具に加えられているトルクが第２所定値以上となると一対のクラッチ部材の係合を解除し、
一対のクラッチ部材は、第１係合部の係合が解除された後に、第２係合部が係合することを特徴とする締付工具。
【請求項２】
前記第１係合部と第２係合部のそれぞれには、他方のクラッチ部材と当接する傾斜面が形成されており、
第１係合部の傾斜面よりも、第２係合部の傾斜面のほうが、傾斜角度が大きいことを特徴とする請求項１の締付工具。
【請求項３】
前記一対のクラッチ部材の前記第２係合部の係合が解除された時に、前記モータの駆動を中止させるモータ制御手段が付加されていることを特徴とする請求項１又は２の締付工具。
【請求項４】
前記モータ制御手段は、前記一対のクラッチ部材の係合が所定回数に亘って解除された時に、前記モータの駆動を中止させることを特徴とする請求項３の締付工具。
【請求項１】
モータと、
ネジ類に係合する工具と、
モータと工具との間に介装されており、互いに係合することによってモータからのトルクを工具へ伝達し、互いの係合を解除することによってモータから工具へのトルク伝達を遮断する一対のクラッチ部材と、
一対のクラッチ部材の少なくとも一方を他方に押圧する付勢手段とを備え、
一対のクラッチ部材には、少なくとも第１係合部と第２係合部が設けられており、
第１係合部は、工具に加えられているトルクが第１所定値未満のときには一対のクラッチ部材の係合を維持し、工具に加えられているトルクが第１所定値以上となると一対のクラッチ部材の係合を解除し、
第２係合部は、工具に加えられているトルクが第１所定値よりも大きい第２所定値未満のときには一対のクラッチ部材の係合を維持し、工具に加えられているトルクが第２所定値以上となると一対のクラッチ部材の係合を解除し、
一対のクラッチ部材は、第１係合部の係合が解除された後に、第２係合部が係合することを特徴とする締付工具。
【請求項２】
前記第１係合部と第２係合部のそれぞれには、他方のクラッチ部材と当接する傾斜面が形成されており、
第１係合部の傾斜面よりも、第２係合部の傾斜面のほうが、傾斜角度が大きいことを特徴とする請求項１の締付工具。
【請求項３】
前記一対のクラッチ部材の前記第２係合部の係合が解除された時に、前記モータの駆動を中止させるモータ制御手段が付加されていることを特徴とする請求項１又は２の締付工具。
【請求項４】
前記モータ制御手段は、前記一対のクラッチ部材の係合が所定回数に亘って解除された時に、前記モータの駆動を中止させることを特徴とする請求項３の締付工具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−２１００５９（Ｐ２００７−２１００５９Ａ）
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１４２７（Ｐ２００６−３１４２７）
【出願日】平成１８年２月８日（２００６．２．８）
【出願人】（０００１３７２９２）株式会社マキタ (1,210)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月８日（２００６．２．８）
【出願人】（０００１３７２９２）株式会社マキタ (1,210)
【Ｆターム（参考）】
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