JP4362657B2 - 電動式衝撃締め付け工具 - Google Patents

Description

この発明は、電動式衝撃締め付け工具に関するものである。

従来の電動式衝撃締め付け工具では、通常、インナロータ型電動モータの出力軸の回転を減速機を介して衝撃発生部に伝達し、前記衝撃発生部において発生する衝撃力によりメインシャフトに強力なトルクを発生させるようにしている（例えば、特許文献１。）。

しかしながら、上記従来の電動式衝撃締め付け工具では、以下に示すような問題がある。
（問題点１）
インナーロータ型電動モータでは、図２０に示すように、トルクは磁石ｇからロータｒとそれに圧入された細く惰弱な出力軸ｓに伝達されるようになっており、前記出力軸ｓの先端部に設けられたソケットｋを介して衝撃発生部へとトルクが伝達される。

ここで、上記衝撃発生部の回転速度は、ボルト等の着座による締め付け抵抗の増加に伴って高トルクが発生するために一挙に減少することとなるが、このような現象により、一定速度で回転しようとする電動モータの出力軸には高トルク発生毎に大きな捩れ力が働くことになる。

したがって、出力軸ｓとロータｒ、もしくは出力軸ｓとソケットｋの圧入部が空滑りして、力が伝達しなくなる。また、ブラシ式モータである場合には整流子とロータの位置が崩れて、電動モータは短期間で適正な動きをしなくなるか、もしくは動作しなくなる。

上記の内容を解決するため、出力軸ｓを太くする必要があるが、その場合、ワンサイズ又はツーサイズ大きな電動モータを使用しなければならない。
（問題点２）
インナロータ型電動モータのうちブラシレスの場合、レンチに使用されるような小型サイズのものではハイパワーを入力すると無負荷回転速度は４００００〜５００００ｒｐｍ程度まで上がるため、主として磁極数を増やすことで回転数を低くし、そのトルクを上げるようにしている。

上記手法による回転数の低下は、電動モータの大きさ及び重量を考慮すると磁極数を二倍程度にするのが限界であり、そのときの回転数は１／２程度である。したがって、比較的大きな減速機が必要となり、電動式衝撃締め付け工具は前記減速機分だけ重くなってしまう。
（問題点３）
インナロータ型電動モータを使用した電動式衝撃締め付け工具では、通常、減速機構（遊星歯車機構）を備えているため、減速している分だけ出力が大きくなるが、その力は内歯車で受けることになることから外側ケースに伝わる。したがって、作業者にとってはそのケースに伝達された力が比較的大きな反力として感じられ、作業性も悪く疲労度を増すことになり、長時間使用できない。

したがって、電動式衝撃締め付け工具を取り扱う業界では、小型、軽量で、低反力且つ耐久性を有する電動式衝撃締め付け工具が開発されるのを待ち望んでいる。
特開平５−１２３９７５

そこで、この発明では、小型、軽量で、低反力且つ耐久性を有する電動式衝撃締め付け工具を提供することを課題とする。

（請求項１記載の発明）
この発明は、電動モータの出力部の回転を衝撃発生部に伝達し、前記衝撃発生部において発生する衝撃力によりメインシャフトに強力なトルクを発生させる電動式衝撃締め付け工具において、電動モータが、アウタロータ型電動モータである。
（請求項２記載の発明）
この発明の電動式衝撃締め付け工具は、上記請求項１記載の発明に関し、アウタロータ型電動モータは、低速・高トルク特性を有するものである。
（請求項３記載の発明）
この発明の電動式衝撃締め付け工具は、上記請求項１又は２記載の発明に関し、衝撃発生部とアウタロータ型電動モータ先端のロータフランジ部とが一体回転するようになっている。

この発明の電動式衝撃締め付け工具によると、小型、軽量で、低反力且つ耐久性を有するものとすることができる。

以下にこの発明の電動式衝撃締め付け工具を実施するための最良の形態としての実施例について詳細に説明する。

この実施例１は、この発明の電動式衝撃締め付け工具のうち電動式インパルスレンチＲに関するものである。
（この電動式インパルスレンチＲの基本構成について）
この電動式インパルスレンチＲは、図１に示すように、アウタロータ型電動モータＭの出力部であるロータ６の回転を直接油圧パルス発生部Ｐ（課題を解決するための手段の欄に記載の衝撃発生部に相当する）のライナ１０２に伝達して、前記油圧パルス発生部Ｐにおいて発生する衝撃パルスによりメインシャフト１０７に強力なトルクを発生させるものであり、バッテリー電源７により上記アウタロータ型電動モータＭを回転駆動せしめている。
（アウタロータ型電動モータＭの基本構成及び動作について）
アウタロータ型電動モータＭは、図１〜図３に示すように、筒部１０と当該筒部の一端側に設けられたフランジ部１１から成る支持体１と、前記筒部１０内に設けた一対の軸受Ｂのインナーレースを介して設けられる回転軸２と、前記筒部１０の外周面に固定され且つ６個の磁極部３０を持つステータ３と、前記ステータ３に巻き付けられたコイル４と、前記ステータ３の外周側に隙間を設けて筒缶部６０内面側に貼設された磁石５と、前記磁石５を内周面に保持する筒缶部６０、上記回転軸２に密嵌されたロータフランジ部６１及びロータフランジ部６１に設けられたソケット部６２から成るロータ６とから構成されている。なお、このアウタロータ型電動モータＭは、図１に示すように支持体１を図示しないビス等を介してレンチ本体内部に脱落不能に取り付けられている。

このアウタロータ型電動モータＭでは、図４〜図８に示す如き原理でロータ６は回転駆動せしめられる。ここで、ステータ３のコイル４は２極（２歯）にＳ極，Ｎ極を励磁し（励磁された極のみを実線で示す）、ステータ３のコイル４に対向してロータ６のＮ極，Ｓ極が引きつけられる。なお、ロータ６の磁極対は３６０°／７＝５１．４３°毎に配置され、ステータ３の極は３６０°／６＝６０°毎に配置されている。
(A) ステータ３のコイル４の励磁位置が６０°回転する（図４の状態から図５の状態に変化）。
(B) 前記の如く励磁位置が６０°回転すると、それに対応してロータ６の磁石５が引き付けられるが、励磁されたステータ３の磁極部３０に最も近いロータ６の磁石５中の(3) が引き付けられる（図５の状態から図６の状態に変化）。つまり、ステータ3 のコイル４の磁極が６０°回転すると、ロータ６は８．５７°（３６０°／４２）だけ回転する（計算式：３６０°／６−３６０°／７＝３６０°／４２）。
(C) ステータ3 のコイル４の励磁位置が更に６０°回転する（図６の状態から図７の状態に変化）と、それに対応してロータ６の磁石５中の(5) が引き付けられ、ロータ６は８．５７°（３６０°／４２）だけ回転する（図７の状態から図８の状態に変化）。
(D) 上記(A) 〜(C) を繰り返すことによりロータ６は回転することとなるが、ステータ３の磁極が１回転（６×６０°）したときのロータ６の回転は３６０°／７だけ回転することになる。効率が同一であれば、７倍のトルクが得られることになる。
（油圧パルス発生部Ｐの基本構成及び動作について）
油圧パルス発生部Ｐは、図１や図９に示すように、ライナケース１０１内にライナ１０２を設け、前記ライナ１０２内にメインシャフト１０７を嵌挿してライナ１０２をメインシャフト１０７に対して回動自在とし、このライナ１０２内にトルクを発生するための作動油（オイル）を充填してライナ１０２の両端に取り付けたライナ下板１０３とライナ上板１０４によって密封している。

前記ライナ下板１０３には図９に示すようにメインシャフト１０７を挿通するための孔１３０が形成されており、この孔１３０の構成壁面とメインシャフト１０７の外周面との間にできた室１０８内にこれら相互間の気密性（流体密性）を確保するためのＯリング１８０を収容させてある。

なお、前記ライナケース１０１とライナ１０２は相互に結合されており、アウタロータ型電動モータＭの回転によりこれらは一体的に回転せしめられる。

ライナ１０２内部は図１１に示すように断面楕円形のライナ室１２０を形成しており、メインシャフト１０７の対向する２個の溝部１７０，１７０にバネ１０６を介してブレード１０５を嵌挿し、該ブレード１０５がライナ１０２の断面楕円形内面に出没可能に当接するものとしている。前記二枚のブレード１０５，１０５間のメインシャフト１０７の外周面には図１３や図１４に示すように二本の突条を背向形成してなる第２シール面１７１，１７２を設けてあり、前記第２シール面１７１は図１３に示すように階段状に、第２シール面１７２は図１４に示すように直線状に、それぞれ形成してある。

ライナ１０２の内周面には図１１に示すように、断面楕円形の長軸の両端及び短軸の両側に山形状に盛り上げてなる突状の第１シール面１２１，１２２，１２３，１２４を設けてある。そして、上記メインシャフト１０７に対してライナ１０２が１回転しているときに一度だけ、図１０の（１）（２）、図１１や図１２に示すように、第１シール面１２１と第２シール面１７１が、第１シール面１２２と第２シール面１７２が、第１シール面１２３と一方のブレード１０５の外端面が、第１シール面１２４と他方のブレード１０５の外端面が、それぞれ合致（メインシャフト１０７の軸芯方向全域で気密状態を保つべく合致）し、これにより上記ライナ室１２０が２つの高圧室Ｈと２つの低圧室Ｌの４室に密閉区画されるようになっている。これを実現するため、第１シール面１２１は第２シール面１７１と同じく階段状に、第１シール面１２２は第２シール面１７２と同じく直線状に、それぞれ形成してある。

上記油圧パルス発生装置Ｐは上記のような構成であるから、これを使用した２ブレード式インパルスレンチＲは以下のように機能する。

レバーＳＬを操作すると、アウタローラ型電動モータＭは高速で回転し、これに伴いライナ１０２も回転する。

ライナ１０２の回転に伴うライナ室１２０は、ライナ１０２が１回転する間に９０°間隔で図１０の（１）（２）−（３）−（４）−（５）に示したように変化する。
「図１０の（１）及び（２）の状態」
図１０の（１）及びこれを拡大した図１１の状態では、第１シール面１２１と第２シール面１７１が、第１シール面１２２と第２シール面１７２が、第１シール面１２３と一方のブレード１０５の外端面が、第１シール面１２４と他方のブレード１０５の外端面が、それぞれ合致（メインシャフト１０７の軸芯方向全域で気密状態を保つべく合致）し、これにより上記ライナ室２０が２つの高圧室Ｈと２つの低圧室Ｌの４室に密閉区画されている。

そして、図１０の（２）及びこれを拡大した図１２に示す如く、さらにアウタロータ型電動モータＭの回転によってライナ１０２が回転すると、高圧室Ｈの容積は減少するためオイルは圧縮されて瞬間的に高圧が発生し、この高圧はブレード１０５を低圧室Ｌ側に押しやる。メインシャフト１０７には上下ブレード１０５，１０５を介して瞬間的に偶力が作用して強力なトルクが発生する。
「図１０の（３）の状態」
図１０の（３）は、メインシャフト１０７にトルクが発生した後、ライナ１０２が９０°回転した状態を示している。

ライナ室１２０は上下のブレード１０５，１０５を挟んで形成された高圧室Ｈと低圧室Ｌが連通して一室となりトルクは発生せず、ライナ１０２はアウタロータ型電動モータＭの回転によりさらに回転する。
「図１０の（４）の状態」
図１０の（４）は、図１０の（３）の状態からさらに９０°回転した状態で打撃時より１８０°回転した状態を示している。

第１シール面１２１と第２シール面１７２は合致せず、第１シール面１２２と第２シール面１７１とは極一部で合致しているのである。そのため、これらのシール面間ではシールが行われず、圧力変化は生じないためトルクは発生しない。ライナ２はそのまま回転する。
「図１０の（５）の状態」
図１０の（５）は、図１０の（４）の状態から更に９０°回転し、打撃時より２７０°回転した状態を示している。

この状態では図１０の（３）の状態と実質的に同じであり、トルクは発生しない。さらに、回転すると図１０の（１）の状態に戻り、第１シール面１２１と第２シール面１７１が、第１シール面１２２と第２シール面１７２が、第１シール面１２３と一方のブレード１０５の外端面が、第１シール面１２４と他方のブレード１０５の外端面が、それぞれ合致し、再び打撃力を発生する。

このようにして、ライナ１０２の１回転につき、１打撃力が発生する。
（アウタロータ型電動モータＭと油圧パルス発生部Ｐの結合について）
アウタロータ型電動モータＭと油圧パルス発生部Ｐとの結合は、図１に示す如く、アウタロータ型電動モータＭのソケット部６２に油圧パルス発生部Ｐのライナ上板１０４の六角部を嵌入する態様で、回転を伝達できるようにしてある。
（この電動式インパルスレンチＲの優れた点について）
(1) インナロータ型電動モータは、図２１に示すようにロータ６’の径がモータ外径の２／３程度であるのに対して、アウタロータ型電動モータは、図２２に示すようにロータ６自体がモータ外径であるので、同一磁力で駆動した場合、アウタロータ型電動モータはインナロータ型モータに比べて出力トルクは１．５倍程度に大きくなる。換言すれば、出力トルクを同一とした場合、アウタロータ型電動モータはインナロータ型モータに比べてそのモータ外径が２／３倍程度に小さくなる。

したがって、電動式インパルスレンチの駆動源としてアウタロータ型電動モータを使用した場合、小型・軽量化を図ることができる。

また、アウタロータ型電動モータのうち、図２２に示す如くステータ３の磁極部３０を６極、ロータ６の磁石５を４極としたものは、ロータ６の回転速度はステータ３における回転磁界と同じ速度（４００００〜５００００ｒｐｍ）であるが、この実施例のアウタロータ型電動モータＭの如きステータ３の磁極部３０を６極、ロータ６磁石５を１４極のものでは、ロータ６の回転速度はステータ３における回転磁界の１／７の速度（６０００〜７０００ｒｐｍ）にすることができる。つまり、この実施例のアウタロータ型電動モータは、高トルク特性だけでなく低速特性をも有する。

したがって、この電動式インパルスレンチＲでは減速機を不要にでき、その結果減速機が無くなった分だけ小型、軽量化できると共に作業者が受ける反力を低減できる。

上記の二つの要素から、この電動式インパルスレンチＲは、従来のものと比較してかなり小型で軽量化できる。
(2) この電動式インパルスレンチＲにおいても、油圧パルス発生部Ｐのライナ１０２の回転速度は、ボルト等の着座後の締め付け抵抗の増加に伴い高トルクが発生するために一挙に減少することには変わりがない。

しかしながら、この電動式インパルスレンチＲでは、ライナ１０２から作用する捩じれ力は、従来の強度的に惰弱な細い出力軸で伝達されるのではなく、図２の黒塗りの矢印で示した経路（ロータ６においてソケット部６２→ロータフランジ部６１→筒缶部６０ロータ６の経路）で伝達されることになるから、前記捩じれ力に対して非常に強度があるものとなる。

したがって、先行技術で示した電動式衝撃締め付け工具の如き、電動モータが短期間で適正な動きをしなくなるか又は動作しなくなるようなことはない。つまり、この電動式インパルスレンチＲは、耐久性に優れたものとなる。
(3) 上記した内容から、この電動式インパルスレンチＲの構成によると、小型、軽量で、低反力且つ耐久性を有するものとなる。
（アウタロータ型電動モータＭと油圧パルス発生部Ｐとの連結の他の形態について）
上記実施例のアウタロータ型電動モータＭにかえて、ロータ６を図１５や図１６に示す形態とすることができる。この電動式インパルスレンチＲの構成によると、小型、軽量で、且つ耐久性を有するものとなり、その上でそれぞれ以下に示す如き効果を奏する。

図１５の構成を採用した場合、継手部が油圧パルス発生部Ｐの外周に位置するので、全長を短くでき、伝達強度に余裕がでる。

図１６に示す構成は、油圧パルス発生部Ｐとアウタロータ型電動モータＭのロータ６とを一体化させたものであるが、この場合、継手部が不要になるので全長を短くできる。

この欄に示した内容については以下の実施例２、３においても同様に適用できる。

この実施例２は、この発明の電動式衝撃締め付け工具のうちハンマ式衝撃機構部８（課題が解決するための手段の欄に記載の衝撃発生部に相当する）を有する電動式ハンマレンチＲ１に関するものである。

この電動式ハンマレンチＲ１は、図１７に示すように、ハンマ８０とアンビル８１から成るハンマ衝撃機構部８を有しており、アウタロータ型電動モータＭの回転に伴いハンマ８０が回転してアンビル８１を打撃したときに、アンビル８１に衝撃力が発生するようになっている。そして、前記衝撃力がトルクとしてボルトに伝わり、ボルト等の締め付けが行われる。なお、衝撃力は、ハンマ８が一回転する毎に一回発生するようになっている。

この電動式ハンマレンチＲ１においても、実施例１と同様にアウタロータ型電動モータＭを使用しているので、同様に優れた機能を有していることが明らかである。

この実施例３は、この発明の電動式衝撃締め付け工具のうちクラッチ式衝撃発生部９（課題を解決するための手段の欄に記載の衝撃発生部に相当する）を有する電動式クラッチレンチＲ２に関するものである。

この電動式クラッチレンチＲ２は、図１８に示すように、ロアクラッチ９０ａとこれに噛み合うアッパクラッチ９０ｂを持つクラッチ部９０と、メインシャフト９１と、前記ロアクラッチ９０ａに対してアッパクラッチ９０ｂを押し付けるべく付勢するコイルバネ９２を有したクラッチ式衝撃発生部９を備えており、アウタロータ型電動モータＭの回転力をクラッチ部９０を介してメインシャフト９１に締め付けトルクとして伝達するものである。

この電動式クラッチレンチＲ２におけるクラッチ式衝撃発生部９は、ロアクラッチ９０ａとアッパクラッチ９０ｂ相互の噛み合い部９３がテーパ状となったクラッチで噛み合っており、ボルト等が一定以上のトルクで締め付けられた状態になると、ロアクラッチ９０ａの止まろうとする力の方が噛み合い部９３の噛み合い力よりも大きくなり、ロアクラッチ９０ａに対するアッパクラッチ９０ｂの噛み合いが外れる（ロアクラッチ９０ａのテーパ部を乗り越える）。その後アッパクラッチ９０ｂは再度ロアクラッチ９０ａと噛み合うことになるが、同様の動作を繰り返し、ロアクラッチ９０ａに対するアッパクラッチ９０ｂの噛み合いが外れるたびに、衝撃力が発生する（図１８参照）。

この電動式ハンマレンチＲ２においても、実施例１と同様にアウタロータ型電動モータＭを使用しているので、同様に優れた機能を有していることが明らかである。
（その他）
上記実施例１〜３における電動式衝撃締め付け工具は一例であり、アウタロータ型電動モータの出力部の回転を衝撃発生部に伝達し、前記衝撃発生部において発生する衝撃力によりメインシャフトに強力なトルクを発生させる形態であれば、この発明の技術的範囲に属するものである。

また、上記実施例では、ステータ３に６個の磁極部３０を設ているが、例えば、ステータ３の磁極部３０となり得る部分を１２個形成し、一つ置きにコイル４を巻き付けて６個の磁極部３０を構成させるようにしてもよい。

さらに、ステータ３に形成される磁極部３０の個数は、６個に限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。
（参考形態について）
アウタロータ型電動モータＭは、図１９に示すタイプの電動レンチにも使用できる。この電動レンチは、アウターロータ型電動モータＭの回転力を２又は３段の遊星歯車７５→一対の傘歯車７６→出力軸７７を介して、ネジ等を締めつけ得るようにしたものである。この電動レンチではアウターロータ型電動モータＭが上述した如く遊星歯車の段数を減少させ得るので、レンチ全体の重量を軽量化にできる。

この発明の実施例１の電動式衝撃締め付け工具（電動式インパルスレンチ）の主要部断面図。 前記電動式インパルスレンチに組み込まれているアウタロータ型電動モータの横断面図。 前記電動式インパルスレンチに組み込まれているアウタロータ型電動モータの縦断面図。 前記アウタロータ型電動モータの動作原理の説明図。 前記アウタロータ型電動モータの動作原理の説明図。 前記アウタロータ型電動モータの動作原理の説明図。 前記アウタロータ型電動モータの動作原理の説明図。 前記アウタロータ型電動モータの動作原理の説明図。 油圧パルス発生部の断面図。 前記電動式インパルスレンチの使用状態における油圧パルス発生部の図９のＡ−Ａ断面図であって、一回転の動きを第１〜第５段階で示した断面図。 前記油圧パルス発生部における第１段階目の拡大断面図。 前記油圧パルス発生部における第２段階目の拡大断面図。 メインシャフトの斜視図。 メインシャフトの斜視図。 他の実施の形態におけるアウタロータ型電動モータのロータの説明図。 他の実施の形態におけるアウタロータ型電動モータのロータの説明図。 この発明の実施例２の電動式衝撃締め付け工具（ハンマー式打撃機構部を有する電動式のレンチ）の断面図。 この発明の実施例３の電動式衝撃締め付け工具（クラッチ式打撃機構部を有する電動式のレンチ）の断面図。 参考形態の電動レンチの概念図。 インナロータ型電動モータの横断面図。 インナロータ型電動モータの縦断面図。 アウタロータ型電動モータの縦断面図。 他の実施の形態におけるアウタロータ型電動モータの説明図。

符号の説明

Ｒ 電動式インパルスレンチ（電動式衝撃締め付け工具）
Ｍ アウタロータ型電動モータ
Ｐ 油圧パルス発生部
１ 支持体
２ 回転軸
３ ステータ
３０ 磁極部
４ コイル
５ 磁石
６ ロータ
７ バッテリ
１０２ ライナ
１０７ メインシャフト

Claims (6)

1. 電動モータの出力部の回転を衝撃発生部に伝達し、前記衝撃発生部において発生する衝撃力によりメインシャフトに強力なトルクを発生させる電動式衝撃締め付け工具において、電動モータは、磁極部を持つステータと、前記ステータの外周側に隙間を設けて貼設された磁石と、前記磁石を内周面に保持する筒缶部を有するロータとを備えるアウタロータ型電動モータであることを特徴とする電動式衝撃締め付け工具。
2. 前記アウタロータ型電動モータは、筒部を有する支持体と、前記筒部内に一対の軸受を介して設けられた回転軸と、前記回転軸に密嵌されたロータフランジ部とを有することを特徴とする請求項１に記載の電動式衝撃締め付け工具。
3. 前記衝撃発生部と前記アウタロータ型電動モータのロータフランジ部とが一体回転することを特徴とする請求項２に記載の電動式衝撃締め付け工具。
4. 前記ロータフランジ部は衝撃発生部に結合されるソケット部を有し、前記ソケット部と衝撃発生部とが結合したことを特徴とする請求項２〜３のいずれかに記載の電動式衝撃締め付け工具。
5. 前記ソケット部に衝撃発生部のライナ上板の六角部を嵌入して結合されることを特徴とする請求項４に記載の電動式衝撃締め付け工具。
6. 前記電動モータは、６個の磁極部を有し、磁極部の２個をＳ極、Ｎ極に励磁するものであり、前記励磁位置を６０°回転させて変化させることによってロータを回転させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電動式衝撃締め付け工具。

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