(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
手動操作されるトルクレンチ本体と、前記トルクレンチ本体に対して揺動可能に連結されると共にトグル機構を介して固定され、締結体と連結されるヘッド部と、該ヘッド部に設けた電動モータと、前記電動モータ駆動用の主電源スイッチと、により構成し、前記電動モータによる仮締め後、本締めにより前記トルクレンチ本体を介して前記締結体に加わる締付トルクが前記トグル機構に設定したトルク値に達すると、該トグル機構が作動して前記トルクレンチ本体と前記ヘッド部との固定状態が解除されると共にトグル作動スイッチをオンするトルクレンチであって、
前記電動モータの駆動制御回路は、前記電動モータを駆動するための駆動回路部と、駆動電源との接続により給電され、前記駆動回路部を制御する制御回路部と、本締め未完了を報知する第２報知手段と、を有し、
前記主電源スイッチは、スイッチオンの信号を前記制御回路部に送信し、
前記制御回路部は、前記電源スイッチのオン信号を受信後前記駆動回路部に駆動開始信号を出力し、前記電動モータの通電電流が仮締めトルク値に対応する停止目標電流に到達後さらに通電して該電動モータを停止すべく前記駆動回路部の駆動動作を停止させ、さらに前記制御回路部は前記仮締付完了後に第２タイマーを開始させ、該第２タイマーが終了する前に前記トグル作動スイッチがオンしない場合に前記第２報知手段を報知動作させることを特徴とするトルクレンチ。
【請求項２】
前記制御回路部は、前記停止目標電流に達したことを検出すると、第１タイマー時間経過後または該停止目標電流よりも大きな所定の電流値に到達後に仮締付完了として前記駆動回路部の駆動動作を停止させることを特徴とする。
【請求項３】
仮締付完了を報知する第１報知手段を有し、前記制御回路部は前記仮締付完了後に該第１報知手段を報知動作させることを特徴とする請求項１または２に記載のトルクレンチ。
【請求項４】
前記電動モータはブラスレスモータであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のトルクレンチ。
【請求項５】
前記制御回路部は、前記主電源スイッチのオフで前記電動モータへの通電を遮断することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のトルクレンチ。
【請求項６】
前記制御回路部は、前記停止目標電流を変更可能としたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のトルクレンチ。
【請求項７】
前記制御回路部は、前記電動モータの回転数を変更可能としたことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のトルクレンチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動駆動により一定のトルク値までボルトあるいはナット等の締結体を仮締めし、その後は手動で目的とするトルク値まで締め付ける半自動式のトルクレンチに関する。
【背景技術】
【０００２】
半自動式のトルクレンチとしては、駆動源にエアーモータを使用した構成のものが提案されている（特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に記載のトルクレンチは、手動操作されるトルクレンチ本体と、前記トルクレンチ本体に対して揺動可能に連結されると共に、トグル機構を介して固定されたヘッド部と、該ヘッド部に設けたエアーモータとにより構成し、該エアーモータの駆動力により該ヘッド部に設けたラチェット機構付きの駆動軸を回転させ、該駆動軸に装着される例えばソケットによりボルトを締め付ける。トルクレンチ本体は、チューブ状に形成したハンドル部の先端部に回動自在に前記ヘッド部を取り付け、前記ハンドル部内に挿入された該ヘッド部の挿入端部と該ハンドル部とを前記トグル機構により連結している。
【０００４】
このトグル機構は、ハンドル部内に配置したばね部材により前記ヘッド部側にばね付勢される移動体と、該ヘッドの挿入端との間に連結されるリンク部材とにより構成され、該リンク部材は該ハンドルの軸方向に対して傾斜した状態をトグル非作動状態として該可動ヘッドを該ハンドル部に対して揺動不能の固定状態とし、該ハンドル部と一体化している。
【０００５】
そして、エアーモータによる仮締め後、前記ハンドル部を手動操作により引いて（回動して）締付力を増し、前記ばね部材のばね力で設定される設定トルク値に達すると、前記リンク部材を介して前記移動体が該ばね部材のばね力に抗して後進し、該リンク部材が前記ハンドル部の軸心と平行となるまで回動するとトグル動作が行われ、該可動ヘッドが該ハンドル部に対して固定状態が解除されて揺動する。これにより、作業者はボルトが設定トルク値まで締め付けられたことを確認することができることになる。
【０００６】
上記したエアーモータを駆動源とする半自動式のトルクレンチにあっては、トルクレンチの他にエアーコンプレッサー等の圧縮空気源を必要とすることなどから、電動モータを用いた半自動トルクレンチの提供が望まれている。
【０００７】
ところで、電動モータによりボルトあるいはナット等の締結体を締め付ける電動工具として、電源とモータとの間に直列にモータ駆動用のスイッチである主電源イッチを接続し、また前記モータと前記主電源スイッチとの間にスイッチ回路を設け、モータへの通電電流が所定電流を超えると該スイッチ回路をＯＦＦする電動工具が提案されている（特許文献２）。
【特許文献１】特許第３６３３９６８号公報
【特許文献２】特開２００７−０４９８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
半自動式のトルクレンチを電動駆動式とする場合、作業者がトリガーを引いて主電源スイッチをＯＮすると仮締めトルクまで電動モータによりボルトあるいはナットが締め付けられることになるが、次の手締め作業に移行する際に主電源スイッチをＯＦＦすると、スイッチの接触端子部がアークによって損傷することがある。
【０００９】
また、電動モータへの通電電流に基づいてモータへの通電を停止し、設定トルク値で仮締めすると、ボルトが被締結部材に着座した際の摩擦力等の影響を受けて実際よりも小さいトルク値で仮締めが終了することがあった。
【００１０】
本発明は、半自動式のトルクレンチの駆動源として電動モータを使用し、主電源スイッチの損傷を防ぎ、設定トルク値にできるだけ近い値で仮締めでき、さらに仮締め後に手動操作による本締め作業忘れを防止できるといった使い勝手の良いトルクレンチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的を実現するトルクレンチの第１の構成は、手動操作されるトルクレンチ本体と、前記トルクレンチ本体に対して揺動可能に連結されると共にトグル機構を介して固定され、締結体と連結されるヘッド部と、該ヘッド部に設けた電動モータと、前記電動モータ駆動用の主電源スイッチと、により構成し、前記電動モータによる仮締め後、本締めにより前記トルクレンチ本体を介して前記締結体に加わる締付トルクが前記トグル機構に設定したトルク値に達すると、該トグル機構が作動して前記トルクレンチ本体と前記ヘッド部との固定状態が解除されると共にトグル作動スイッチをオンするトルクレンチであって、前記電動モータの駆動制御回路は、前記電動モータを駆動するための駆動回路部と、駆動電源との接続により給電され、前記駆動回路部を制御する制御回路部と、本締め未完了を報知する第２報知手段と、を有し、前記主電源スイッチは、スイッチオンの信号を前記制御回路部に送信し、前記制御回路部は、前記電源スイッチのオン信号を受信後前記駆動回路部に駆動開始信号を出力し、前記電動モータの通電電流が仮締めトルク値に対応する停止目標電流に到達後さらに通電して該電動モータを停止すべく前記駆動回路部の駆動動作を停止させ、さらに前記制御回路部は前記仮締付完了後に第２タイマーを開始させ、該第２タイマーが終了する前に前記トグル作動スイッチがオンしない場合に前記第２報知手段を報知動作させることを特徴とする。
【００１２】
本発明の目的を実現するトルクレンチの第２の構成は、上記した構成のトルクレンチにおいて、前記制御回路部は、前記停止目標電流に達したことを検出すると、第１タイマー時間経過後または該停止目標電流よりも大きな所定の電流値に到達後に仮締付完了として前記駆動回路部の駆動動作を停止させることを特徴とする。
【００１３】
本発明の目的を実現するトルクレンチの第３の構成は、上記したいずれかの構成で、仮締付完了を報知する第１報知手段を有し、前記制御回路部は前記仮締付完了後に該第１報知手段を報知動作させることを特徴とする。
【００１５】
本発明の目的を実現するトルクレンチの第４の構成は、上記したいずれかの構成で、前記電動モータはブラスレスモータであることを特徴とする。
【００１６】
本発明の目的を実現するトルクレンチの第５の構成は、上記したいずれかの構成で、前記制御回路部は、前記主電源スイッチのオフで前記電動モータへの通電を遮断することを特徴とする。
【００１７】
本発明の目的を実現するトルクレンチの第６の構成は、上記したいずれかの構成で、前記制御回路部は、前記停止目標電流を変更可能としたことを特徴とする。
【００１８】
本発明の目的を実現するトルクレンチの第７の構成は、上記したいずれかの構成で、前記制御回路部は、前記電動モータの回転数を変更可能としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に係る発明によれば、電動モータによる仮締めは、停止目標電流で締結されるトルク値よりも大きなトルク値でボルトやねじ等の締結体を締め付けるので、実際の仮締付トルクが安定する。
【００２０】
また、主電源スイッチのオンで直接電動モータに通電するのではなく、例えばＡＣ電源にコンセントを接続するだけで主電源スイッチのオン・オフとは無関係に制御回路部（ＣＰＵ）が起動しているため、主電源スイッチのオンにより制御回路部にスイッチオンの信号を送信し、前記制御回路部は、前記電源スイッチのオン信号を受信後駆動回路部に駆動開始信号を出力するので、主電源スイッチがオンしてから僅かな時間の経過後にモータの駆動回路部に電流を流して電動モータを駆動するため、例えば主電源スイッチの接点にアークが発生するのを防止でき、主電源スイッチの寿命を延ばすことができ、また主電源スイッチの小容量化を図ることができる。
さらに、万が一に仮締め後に本締付を忘れていても、ＬＥＤ等の第２報知手段で本締め未完了であることを報知するので、作業者に対して本締め作業忘れを気付かせることができる。
【００２１】
請求項２に係る発明によれば、簡単な構成で仮締付を行うためのトルクの発生時間を得ることができる。
【００２２】
請求項３に係る発明によれば、ＬＥＤ等の第１報知手段で仮締付完了が報知されるので、作業者は本締付を行うことが自然と促され、本締付忘れを未然に防止することができる。
【００２３】
請求項４に係る発明によれば、万が一に仮締め後に本締付を忘れていても、ＬＥＤ等の第２報知手段で本締め未完了であることを報知するので、作業者に対して本締め作業忘れを気付かせることができる。
【００２４】
請求項４に係る発明によれば、ブラシレスモータはブラシがないため、長期間をメインテナンスフリーで使用することができる。
【００２６】
請求項５に係る発明によれば、主電源スイッチのオフで電動モータへの通電が遮断されるので、制御部のトラブルによる電動モータの暴走を未然に防止できる。
【００２７】
請求項６に係る発明によれば、停止目標電流を変更可能としているので、種々の締付トルク値に対応することができる。
【００２８】
請求項７に係る発明によれば、低回転での締付あるいは高回転での締付を自由に選択することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下本発明を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００３０】
図１から図３は本発明の実施形態を示す。図１は本発明によるトルクレンチの実施形態を示す外観図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は一部破断正面図である。図２は図１に設けられている電動モータの駆動制御回路を示す図、図３は図２の動作を示すタイミングチャートである。
【００３１】
図１において、トルクレンチ２０は、作業者により手動操作されるトルクレンチ本体２１と、トルクレンチ本体２１に対して不図示の支軸を介して揺動可能に連結されたヘッド部２２と、ヘッド部２２に取り付けられた電動モータであるブラシレスモータ１２及びモータ駆動制御回路（図２）を有する電動駆動装置２３とにより構成し、商用電源（例えばＡＣ１００Ｖ）を駆動電源とし、電源コード２４が該モータ駆動回路に接続されている。
【００３２】
また、ヘッド部２２とトルクレンチ本体２１とはトグル機構（不図示）を介して連結されている。ブラシレスモータ１２の回転軸１２Ａは、トルクレンチ本体２１の長さ方向と平行に配置され、回転軸１２Ａの軸端部に不図示の減速機構が接続され、該減速機構の出力軸に不図示の第１べベルギアが取り付けられている。
【００３３】
一方、ヘッド部２２には、ブラシレスモータ１２の回転軸１２Ａと直交する軸方向に出力軸が配置され、この出力軸に前記第１べベルギアと噛合する第２べベルギア（不図示）が取り付けられ、ブラシレスモータ１２の回転を該出力軸に伝達する。前記出力軸の先端部をなす角軸に形成された角軸部２２ａは、ヘッド部２２の本体部２２ｂより外方に突出し、この角軸部２２ａに不図示のソケットが取り外し可能に装着される。そして、前記ソケットをボルト、ねじあるいはナット等の締結体に嵌合した状態でトリガー２５を指で引くと、主電源スイッチ２がオンし、ブラシレスモータ１２が起動して前記締結体を締付ける。なお、ヘッド部２２の出力軸は、不図示のラチェット機構により一方向にのみ回転する。
【００３４】
ブラシレスモータ１２の回転で前記締結体を仮締めすると、ブラシレスモータ１２の駆動が停止する。そして、作業者はトルクレンチ本体２１を構成するハンドル部２１ａを手で引くと締結体がさらに締め付けられ、設定トルク値に達すると前記トグル機構が作動して締め付けが完了する。
【００３５】
トルクレンチ本体２１のチューブ状に形成したハンドル部２１ａの先端部には、ヘッド部２２の後端部が挿入されると共に不図示の支軸を介して揺動自在に取り付けられ、ヘッド部２２の後端部とハンドル部２１ａとを前記トグル機構により連結している。
【００３６】
このトグル機構は、ハンドル部２１ａ内に配置したばね部材（不図示）によりヘッド部２２側にばね付勢される移動体（不図示）と、ヘッド部２２の後端部との間に連結されるリンク部材（不図示）とにより構成され、前記リンク部材はハンドル部２１ａの軸方向に対して傾斜した状態をトグル非作動状態としてヘッド部をハンドル部２１ａに対して揺動不能の固定状態とし、ハンドル部２１ａと一体化している。
【００３７】
そして、ハンドル部２１ａを手動操作により引いて（回動して）締付力を増し、前記ばね部材のばね力で設定される設定トルク値に達すると、前記リンク部材を介して前記移動体が該ばね部材のばね力に抗して後進し、該リンク部材がハンドル部２１ａの軸心と平行となるまで回動するとトグル動作が行われ、ヘッド部２２がハンドル部２１ａに対して固定状態が解除されて揺動する。これにより、作業者はボルトが設定トルク値まで締め付けられたことを確認することができることになる。その際、ヘッド部２２の揺動により不図示のトグル作動スイッチがオンして締付完了信号を出力する。
【００３８】
次に、モータ駆動制御回路を図２に基づいて説明する。
【００３９】
図２において、本実施形態のモータ駆動制御回路は、駆動電源であるＡＣ１００Ｖ電源１によりブラシレスモータ１２を駆動制御するもので、駆動回路部５と、駆動回路部５を制御するＣＰＵで構成される制御回路部１０と、整流器３と平滑コンデンサ４で構成される整流回路と、仮締付完了を報知する緑色表示の仮締付完了ＬＥＤ８Ｇおよび本締付が未完了を報知するための赤色表示の本締未完了ＬＥＤ８Ｒで構成される報知部と、仮締付におけるモータ１２の停止電流を変更するための停止電流設定用の第１可変抵抗器７ａおよびモータ１２の回転数を変更するためのモータ回転数設定用の第２可変抵抗器７ｂで構成される調整回路部と、モータ１２の通電電流を検知するための検知抵抗器９ａと、主電源スイッチ２と、トグル作動スイッチ１１と、主電源スイッチ２のオン・オフを検知する分圧抵抗器９ｂ、９ｃと、電圧降下用の抵抗器６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄにより構成している。
【００４０】
駆動回路部５は、トランジスタからなるスイッチング素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆおよびスイッチング素子用ドライバ５Ａ、５Ｂ，５Ｃを図示の如く接続したブラシレスモータ１２を駆動するための公知の回路構成としている。ブラシレスモータ１２には、マグネットロータの位置を検知するホール素子１２ｄ、１２ｅ、１２ｆが所定間隔で配置され、制御回路１０はこれらホール素子からの検知信号に基づいてスイッチング素子用ドライバ５Ａ、５Ｂ，５Ｃを駆動して、スイッチング素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆをオン・オフ制御し、ブラシレスモータ１２の巻線１２ａ、１２ｂ、１２ｃに選択的に通電することでブラシレスモータ１２を回転制御する。
【００４１】
本実施形態において、電源コード２４と前記整流回路とを直結し、電源コード２４を駆動電源１に接続すると制御回路部１０が起動するようにしている。
【００４２】
また、主電源スイッチ２は、前記整流回路と駆動回路部５と間に直列に接続されている。
【００４３】
以下、制御回路部１０の動作を図３に示すタイミングチャートを参照して説明する。
【００４４】
制御回路部１０は、主電源スイッチ２のオンで分圧抵抗器９ｂ、９ｃにより検知した閉信号が入力されると、駆動回路部５への駆動開始指示を行いモータ１２を主電源スイッチ２のオンより若干遅れて開始させる。すなわち、主電源スイッチ２がオンした時点で駆動回路部５は制御回路部１０により動作開始の指示を受けていないので、駆動回路部５には電流が流れずモータ１２はまだ回転していない。そして、制御回路部１０が分圧抵抗器９ｂ、９ｃよりオン（閉）信号を受信後、駆動開始信号をスイッチング素子用ドライバ５Ａ、５Ｂ，５Ｃに出力し、駆動回路部５に電流が流れてモータ１２が回転する。したがって、主電源スイッチ２の接点が閉じた後に、モータ駆動電流が主電源スイッチ２に流れるので、主電源スイッチ２の接点にはアークが発生しない。
【００４５】
ブラシレスモータ１２によるねじの自動締付が開始され、ねじの締付によりモータ１２の負荷抵抗が増して通電電流が大きくなり、通電電流が設定した仮締付完了状態に達したことを第１可変抵抗器７ａで検知した検知電圧であると判断すると、第１タイマーＴ１を作動し、該第１タイマーＴ１が完了するとモータを自動停止させる。
【００４６】
制御回路部１０は、モータ１２の自動停止と共に、前記報知部の仮締付完了を報知する緑色表示の仮締付完了ＬＥＤ８Ｇを消灯状態から点滅状態とし、作業者に手作業による本締を促すようにしている。
【００４７】
作業者がトリガー２５から指を離して主電源スイッチ２がオフし、手動で本締付を行い締付完了により前記トグル機構が作動すると、トグル作動スイッチ１１がオンし、仮締付完了ＬＥＤ８Ｇの点滅が消えて連続点灯となる。これにより、当該ネジの締付が終了し、次のネジの締付を同様にして行う。なお、次のねじ締付作業のために主電源スイッチ２を再オンすると、ＬＥＤ８Ｇは消灯し初期状態に戻る。主電源スイッチ２をオフした時点でモータ１２が既に駆動停止されているので、主電源スイッチ２の接点間にアークが発生することがない。このように、主電源スイッチ２をオン・オフした場合に接点間にアークが発生しないので、スイッチの寿命を延ばすことができ、またスイッチの容量を小さくすることができる。
【００４８】
一方、図３（ｂ）に示すように、モータ自動停止（第１タイマーＴ１完了）から締付完了限界時間である第２タイマーＴ２が開始し、この第２タイマーＴ２内で本締が完了したか否かをチェックする。すなわち、第２タイマーＴ２内でトグル作動スイッチ１１がオンしたか否かをチェックし、第２タイマーＴ２内でトグル作動スイッチ１１がオンする正常時では、本締未完了ＬＥＤ８Ｒの消灯状態を維持する。また、第２タイマーＴ２内でトグル作動スイッチ１１がオンしない、すなわち本締付を行っていない異常状時では、第２タイマーＴ２の終了後に本締付未完了ＬＥＤ８Ｒを連続的に点灯させて作業者に本締付が済んでいないことの注意を喚起する。そして、締付未完了ＬＥＤ８Ｒの連続点灯中の異常時に作業者が本締付を実行して本締付が完了すると、トグル作動スイッチ１１がオンして締付未完了ＬＥＤ８Ｒの連続点灯を停止して消灯させ、異常解除状態となる。
【００４９】
なお、制御回路部１０は、停止目標電流を検知後第１タイマー時間Ｔ１の経過後にモータ１２を自動停止させているが、第１タイマーを用いずに、モータ停止電圧（電流）を設定し、このモータ停止電圧（電流）までモータ１２を駆動させるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明によるトルクレンチの実施形態を示す外観図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は一部破断正面図。
【図２】図１に設けられている電動モータの駆動制御回路を示す図。
【図３】図２の動作を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
【００５１】
１  ＡＣ１００Ｖ電源
２  主電源スイッチ
３  整流器
４  平滑コンデンサ
５  駆動回路部
５ａ〜５ｆ  スイッチング素子
５Ａ〜５Ｃ  スイッチング素子用ドライバ
６ａ〜６ｄ  抵抗器
７ａ  第１可変抵抗器
７ｂ  第２可変抵抗器
８Ｇ  仮締付完了ＬＥＤ
８Ｒ  本締未完了ＬＥＤ
９ａ  検知抵抗器
９ｂ、９ｃ  分圧抵抗器
１０  制御回路部（ＣＰＵ）
１１  トグル作動スイッチ
１２  ブラシレスモータ
１２Ａ  回転軸
１２ａ〜１２ｃ  ブラシレスモータの巻線
１２ｄ〜１２ｆ  ホール素子
２０  トルクレンチ
２１  トルクレンチ本体
２１ａ  ハンドル部
２２  ヘッド部
２２ａ  角軸部          ２２ｂ  本体部
２３  電動駆動装置
２４  電源コード
２５  トリガー
【図１】
0005415689.tif 000002
【図２】
0005415689.tif 000003
【図３】
0005415689.tif 000004