(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータにより回転するライナーと、ライナー内部に設けられたシール部と、ライナー中心部に設けられた出力軸と、前記ライナー内部にオイルと空気を密封したオイルパルス発生装置において、封入するオイルの空気溶解度を、そのオイルの大気圧時の飽和空気溶解度の７０％以上としたことを特徴とするオイルパルスねじ締め工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気や電動モータにより回転駆動されて衝撃力を発生するオイルパルス発生装置を備えたねじ締め工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ねじ締め用のインパクト装置としては、オイルの圧縮を利用したオイルパルス発生装置があり、金属同士の衝突がないため低騒音型のねじ締め工具として用いられている。
【０００３】
上記したオイルパルス発生装置へのオイル充填方法は、真空容器内に充填するオイルを入れた後、オイル給油口を開放した状態でオイルパルス発生装置を埋没させ、真空引きによりオイルパルス発生装置内の隅々の空気を排出し、その後大気圧に開放することでオイルパルス発生装置内にオイルが充填される。
【０００４】
前記した方法でオイルパルス発生装置内にオイルを充填した後、オイル給油口からオイルを数％取り除き、給油口を閉鎖する。そしてこのオイルパルス発生装置をねじ締め工具に組み込んでねじ締めを行い、所定のトルクが発生しているか確認し、完成品としている。外れている場合には、給油口を開いてオイル量を調整し、給油口を閉鎖してトルクを確認する。また、電動モータの場合には締め付け時の電流も測定し、所定の値であることを確認する。
【０００５】
ここで、オイル給油口からオイルを数％取り除き、給油口を閉鎖することは、逆に空気を数％封入することであり、この封入した空気は使用時に、オイルが熱膨張してライナー内部が超高圧になり、部品の変形やオイル漏れとなるのを防止する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来のオイルパルスねじ締め工具は、数ヶ月経過するとねじ締め時のトルクが変わらないものと、トルクが増加するものがあり、製品毎に締め付けトルクのばらつきが発生する問題点があった。以下、長期間の経過によるトルク増加の現象を経時変化と呼ぶ。
【０００７】
電動モータの場合、経時変化が発生すると、トルクと締め付け時の電流値が大きくなり、モータの寿命が著しく短くなるとともに、スイッチあるいは配線系の焼損等の不具合が生じる問題点があった。
【０００８】
本発明は、経時変化の大小が、初期に封入するオイルの空気溶解度によって影響され、オイルの空気溶解が少ないと経時変化が大きく、オイルの空気溶解が大気圧で略飽和していると経時変化が少ないことに着目し、オイルに対する空気の溶解度を適正にし、長期間後でも初期状態の特性が得られるインパクトねじ締め工具を得ることを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、オイルパルス発生装置に封入するオイル中に溶解する空気溶解度を、大気圧時におけるオイル中の飽和空気溶解度に近い値となるオイル充填手段とした。
【００１０】
第一の例は、従来から行われている真空操作で、オイルパルス発生装置内にオイルを充填し、その後オイルに空気を溶解させる方法である。前記真空操作とは、真空容器内に封入するオイルを入れた後、オイルパルス発生装置のオイル給油口を開放した状態でオイル中に埋没させ、真空容器上部管に接続した真空ポンプによりオイルパルス発生装置内の隅々の空気を排出し、その後大気圧に開放することでオイルパルス発生装置内にオイルを充填する方法である。その後、オイルの空気飽和溶解度が空気圧力に比例することを活用し、開放状態としたオイルパルス発生装置を加圧容器内に設置し、加圧容器に接続したコンプレッサー等により高圧に加圧する。次にオイル給油口を閉鎖し、加圧容器内に設けたモーターによりオイルパルス発生装置の出力軸を回転させると、オイルパルス発生装置内のオイルが攪拌され、より均一にかつ短時間でオイル中に空気を溶解させることが可能である。
【００１１】
第二の例は、真空操作によりオイルパルス発生装置内にオイルを充填した後、略飽和空気溶解度のオイルを満たしたオイル容器中に、オイル給油口を開放した状態でオイルパルス発生装置を埋没させ、出力軸をモータ等で回転させると、ライナー内部のシール部で分割された容積が脈動することにより、ライナー内部のオイルとオイル容器内のオイルが往来し、オイルパルス発生装置内のオイルとオイル容器内のオイルを置換することができる。ここで、オイル容器中のオイルは空気を泡状に発生させておくことで、空気を飽和させたオイルとすることができる。
【００１２】
第三の例は、空気を飽和させたオイルをポンプで吸引するか、あるいは空気を飽和させたオイルを注射器及びスポイト等で吸い取して、オイルを充填していないオイルパルス発生装置にオイル給油口から直接給油することもできる。
【００１３】
またその他の例としては、オイルパルス発生装置の組立時に空気を飽和させたオイルを注ぎ込むか、あるいは空気を飽和させたオイルで満たしたオイル容器中でオイルパルス発生装置を組み立てることにより、オイルパルス発生装置内に空気を飽和させたオイルを封入することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下実施例図面を参照して本発明を説明する。図１はこの発明に係わるオイルパルスインパクトねじ締め工具の要部断面図で、図２はオイルパルス発生装置の横断面図である。
【００１５】
概略構造は、ハウジング１内に後方より電動モータ２、減速装置部６、オイルパルス発生装置１１、出力軸１６は十字ねじ回しビット１８が連結可能となっている。
【００１６】
減速機構部６はリングギヤ７、遊星歯車８及びキャリア１０から構成され、キャリア１０はオイルパルス発生装置１１に連結されている。オイルパルス発生装置１１は公知の形式であり、外側からライナーケース１２及びライナー１３と中央部に配置されたベーン１４とスプリング１５が組み込まれた出力軸１６から構成されており、ライナー１３と出力軸１６間には、容積比で約９２％のオイルと約８％空気の混合液１９が充満されている。
【００１７】
衝撃トルク発生時の動作は、充電可能の電池（図示せず）から電源を供給されるモータ２が、ハンドル３に配置されているスイッチ４を入れると駆動し、モータ２の動力はモータ２の先端に連結されているピニオン５を介して減速機構部６に伝達される。さらに、減速機構部６の遊星歯車軸９を支持しているキャリア１０を介してオイルパルス発生装置１１に伝達される。オイルパルス発生装置１１のライナーケース１２及びライナー１３がモータ２により反時計回りに回転駆動され、図２の（ａ）の状態から図２の（ｂ）の状態になり、出力軸シール部１６ａとライナーシール部１３ａ及びベーン１４ａとライナーシール部１３ｃにより閉鎖された圧縮部２１ａが生じ、同様に出力軸シール部１６ｂとライナーシール部１３ｂ及びベーン１４ｂとライナーシール部１３ｄにより閉鎖された圧縮部２１ｂが生ずる。ここで出力軸１６の中央部は貫通しており圧縮部２１ａと２１ｂ間の２１ｃも圧縮部となる。この圧縮部ではライナーの回転により次第に体積が減少していくが、まず圧縮部に封じ込められた空気が空気ばねとして働き、徐々に圧力を上昇させ、圧縮部の高圧によりベーン１４を反時計方向に回転する力が働き、出力軸１６が反時計回りに回転する。同時に圧縮部２１ａと２１ｂ間の高圧のオイルが、出力軸シール部１６ａと１６ｂから非圧縮部２０ａと２０ｂに漏れるので、ライナー１３が更に回転し、ライナー１３と出力軸１６あるいはベーン１４間のシールが開放されると、オイルと空気の混合液１９がシール隙間から非圧縮部２０ａ、２０ｂに流動していき、トルクが急激に減少し図２の（ｃ）の状態になる。その後更にライナーが回転するとライナー１３と出力軸１６あるいはベーン１４間のシールにより再度トルクが発生する状態となる。
【００１８】
オイルパルス発生装置に使用するオイルには、大気圧で約９〜１０％の空気が飽和溶解するため、初期調整時にオイルパルス発生装置内に封入するオイルの空気溶解度が少ないと、経時変化が大きくなることが判明し、初期封入時のオイルの空気溶解度を適正にする必要がある。
【００１９】
以下、オイルパルス発生装置１１内に充填するオイル中の空気溶解度を、使用するオイルの飽和空気溶解度に対して少なくとも７０％とする理由を説明する。
【００２０】
オイルパルス発生装置１１内の初期調整時に充填される空気とオイルの混合液１９の容積をＬとする。この混合液１９の容積比率を空気：オイル＝ｑ：１−ｑとすると、空気容積はＬ１＝Ｌ×ｑ、オイル容積はＬ２＝Ｌ×（１−ｑ）となる。また、初期封入したオイル中にすでに溶解している空気の比率すなわち初期空気溶解度をｍとすると、オイル中の空気量はＧ２＝Ｌ×（１−ｑ）×ｍ、オイルと分離している空気量はＧ１＝Ｌ１となる。
【００２１】
長期間経過後のオイルは、飽和空気溶解度に向かって空気を溶解していくため、オイル中へ空気が溶解して移動した分、オイルと分離している空気量が少なくなる。
【００２２】
またオイルパルス発生装置１１内は密閉されているため、混合液１９中の空気容積Ｌ１には変化がなく、オイルと分離している空気の圧力が減少する。オイル中へ移動した空気量をＧ３とすると、長期間経過後の圧力Ｐは式１で表される。なお、Ｐ0は初期封入の大気圧（約１ｋｇｆ／ｃｍ2）である。
【００２３】
【式１】
0003890808.tif 000002
【００２４】
また、空気がオイル中に移動したため、オイル中の空気量は増加する。
【００２５】
図３に示すように、オイル中に飽和する空気の溶解度Ｋは、ヘンリーの法則に従って圧力Ｐに比例するのでＫ＝ａ×Ｐで表され、ａは比例定数で図３の場合ａ＝０．１である。そこでオイル中に溶解する空気量Ｇ３は、オイルと分離している空気の圧力Ｐに従うこととなるため、長期間経過後のオイル中に溶解する空気溶解度Ｋは式２で表される。
【００２６】
【式２】
0003890808.tif 000003
【００２７】
式１と式２より長期間経過後の圧力Ｐは式３となる。従って長期間経過後の圧力Ｐは、オイルの初期空気溶解度ｍと、混合液１９中の空気容積比ｑで表すことができる。
【００２８】
【式３】
0003890808.tif 000004
【００２９】
また、オイルと分離している空気量は減少してＧ１−Ｇ３となり、全容積Ｌに対する空気容積内の空気量比率は見かけ上ｑ‘＝（Ｇ１−Ｇ３）／Ｌに減少する。
【００３０】
見かけ上の空気容積比率が小さくなると、トルク発生時に圧縮部で使用される空気量が少なくなり、反面圧縮部のオイル量が増加し、圧力を発生する時間が長くなることでトルクが増加し、モータ電流が増加することとなる。
【００３１】
例１として図４のＡの変化の場合であるが、初期調整時においてオイルパルス発生装置１１内の混合液１９中の空気容積比ｑ＝８％として、モータ電流値を約２６Ａに設定し、オイル中の空気溶解度ｍ＝７％とした。このオイルパルス発生装置１１をインパクト工具に組み込み２ヶ月間未使用状態で放置したところモータ電流は約３２Ａに上昇していた。ここでオイル中の空気溶解度ｍを測定したところ、ｍ＝８．９％となり、空気容積比ｑ‘＝６．７％と予想される。この場合若干の経時変化が発生していたが、モータ電流は実用上問題が生じない範囲（図４のＤの範囲）である。
【００３２】
例２として図４のＢの変化の場合であるが、初期調整時の空気容積比とモータ電流値は図４Ａと同じで、オイル中の空気溶解度ｍ＝５％と少なくした。この状態で２ヶ月間未使用状態で放置したところモータ電流は約４０Ａに上昇しており、オイル中の空気溶解度ｍ＝７．３％であり、空気容積比ｑ‘＝５．９％と予想される。この場合、経時変化後のモータ電流は実用上問題が生じない範囲（図４のＤの範囲）から著しく逸脱しており、モータ寿命が著しく短くなる不具合が発生した。
【００３３】
従って例１のように、初期設定時のオイル中の空気溶解度は、少なくとも７％以上とすることが必要である。なおこのオイルは図３に示したように、大気圧における飽和空気溶解度が１０％であるため、言い換えると初期設定時のオイル中の空気溶解度は、使用するオイルの飽和空気溶解度の少なくとも７０％以上とすることが必要である。ここで、以下にオイルパルス発生装置１１内のオイルを飽和空気溶解度の７０％以上とする実施例を示す。
【００３４】
図５はオイルパルス発生装置１１内にオイル２３を充填する従来方法である。真空容器２２内にオイルパルス発生装置１１が埋没する程度のオイル２３を満たし、真空ポンプ２４にて容器２２内の空気を排出する。ここでオイルパルス発生装置１１のオイル給油口１７を開放しておくと、オイルパルス発生装置１１内の空気も排出され、数分間真空ポンプ２４を運転した後、大気圧に開放することでオイルパルス発生装置１１内にオイル２３が充填される。この真空操作でオイル２３を充填すると、オイルパルス発生装置１１内の隅々までオイル２３を充填することが可能である。ただし真空容器２２内とオイルパルス発生装置１１内の空気を排出すると共に、オイル２３中に溶解している空気も排出されるため、オイルパルス発生装置１１内に充填したオイルは、飽和空気溶解度の７０％に達していない場合もある。
【００３５】
図６は図５による充填方法の後に、オイルパルス発生装置１１内のオイル２３中の空気溶解度を向上させる方法である。また図７に、加圧圧力とモータの回転、及び栓の開閉タイミング説明図を示す。圧力容器２５内にオイルパルス発生装置１１を給油口１７を開放させた状態で設置し、加圧容器２５に接続したコンプレッサー等の加圧装置３０により加圧容器２５内の圧力を上昇させる。オイル２３中に溶解する空気溶解度はヘンリーの法則に従い、圧力を上昇させれば、空気に接触している近辺のオイル２３の空気溶解度が上昇するが、給油口閉鎖後、加圧容器２５内に設置したモータによりオイルパルス発生装置１１の出力軸１６を回転させると、オイルパルス発生装置１１内のオイル２３が攪拌され、より均一に空気溶解度が増加する。そこでモータ回転時に電磁昇降機器２７等により給油口１７を栓２９で封鎖し、モータ２６の停止後に栓２９を開放する動作を数回繰り返すことにより、空気溶解度は飽和状態に近くなる。
【００３６】
また、図６のモータ２６及び電磁昇降器２７等がない場合、加圧容器２５に給油口１７を開放させた状態でオイルパルス発生装置１１を設置し、数分間加圧を行った後減圧してオイルパルス発生装置１１を取り出す。次に給油口１７に栓をした状態で出力軸１６を回転させオイル２３を攪拌する。更に再度加圧容器２５に給油口１７を開放させた状態でオイルパルス発生装置１１を設置し加圧する。この操作を数回繰り返すことでオイルパルス発生装置１１内のオイル２３中の空気溶解度を向上させることが可能で、例えばオイルパルス発生装置１１内に初期封入したオイル２３が、大気圧時の飽和空気溶解度に対して２０％の場合、７．５ｋｇｆ／ｃｍ2、５分の加圧と攪拌を３回行った後は、約８０％となっていた。
【００３７】
図８も図６と同様に、オイルパルス発生装置１１内のオイル２３中の空気溶解度を向上させる方法である。オイル容器３１内にオイルパルス発生装置１１が埋没する程度のオイル３５を満たし、オイルパルス発生装置１１のオイル給油口１７を開放した状態で出力軸１６をモータ３２等で回転させると、ライナー内部のシール部で分割された容積が脈動することにより、ライナー内部のオイル２３とオイル容器３１内のオイル３５が往来し、オイルパルス発生装置１１内のオイル２３とオイル容器３１内のオイル３５を置換することができる。ここでオイル容器３１内のオイル３５の空気溶解度を、大気圧時の飽和空気溶解度に対して７０％以上にしておくために、空気ポンプ３６から空気を泡状で溶解させる泡発生器３７をオイル３５中に配置し、動作させておく。なおオイルパルス発生装置１１内の容積が脈動して突出したオイル３８が、給油口１７付近の液面に極力戻らないように、モータシャフト３３に付随させたオイル遮蔽円板３４によりオイル容器３１の内壁に飛ばすようにするとよい。例えば、オイルパルス発生装置１１内に約８ｃｃのオイル２３をオイル容器３１内のオイル３５と置換させる場合、出力軸１６を６０ｒｐｍで３分間回転させれば約９９％以上置換され、オイルパルス発生装置１１内のオイル２３の空気溶解度は、オイル容器３１内のオイル３５とほぼ同じになる。
【００３８】
図９及び図１０は、オイルパルス発生装置１１内に空気を略飽和させたオイル３５を充填させる方法である。図９はオイルパルス発生装置１１内に直接ポンプ３９等で給油口１７から空気を略飽和させたオイル３５を充填させる手段で、空気を略飽和させたオイル３５を注射器及びスポイト等で吸い取り、直接給油口１７から充填させることもできる。
【００３９】
図１０はオイルパルス発生装置１１の、最終組立工程であるライナーケース１２を組む前に、ビーカー４０等から空気を略飽和させたオイル３５を、ライナー１３と出力軸１６間に充満させ、その後ライナーケース１２を組み立てる。また、この組立を空気を略飽和させたオイル３５中で行うことで、オイルパルス発生装置１１内に空気を略飽和させたオイル３５を充填することも可能である。
【００４０】
上記図９及び図１０の方法は、比較的簡単にしかも迅速にオイルパルス発生装置１１内に空気を略飽和させたオイル３１を充填することが可能であるが、このオイルパルス発生装置１１をインパクト工具に組み込み、初期目標のトルク及びモータ電流を調整する時に、トルク及び電流が図６〜図８の方法で充填した場合よりバラツキが大きい。これは、オイルパルス発生装置１１内の部品間隙間に残存している空気が調整時に出てくる場合もあれば、出ない場合もあるため、初期調整時の混合液１９のオイルと空気の比率が変化するためである。
【００４１】
また、オイル中の空気の溶解や排出は、空気と接触しているオイルの表面から行われるため、大気圧下で空気を略飽和させたオイルを用いて、図５の真空容器２２のオイル２３の表面積を少なくし、真空引きの時間を短くすることにより、オイルパルス発生装置１１内のオイル２３は大気圧時の飽和空気溶解度に対して７０％以上を達成できる。
【００４２】
但し、図６及び図７の例よりも、オイルパルス発生装置１１内のオイル２３は空気溶解度が低下する。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、オイルパルス発生装置に充填させたオイルは空気を溶解しており、その溶解度は使用するオイルの大気圧時の空気を飽和溶解度の少なくとも７０％としたことにより、長期間放置しても放置前の状態と同等のトルクと電流が確保されるため、当インパクトねじ締め工具を持つ作業者は常に同じ状態でねじ締めすることができ、またねじ締めの信頼性が低下することはない。さらにモータ寿命も短くなることもなくスイッチあるいは配線系の焼損等の不具合も生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のオイルパルスねじ締め工具の要部断面図である。
【図２】オイルパルス発生装置の横断面図である。
【図３】圧力とオイル中の飽和空気溶解度の関係図である。
【図４】オイルパルス発生装置内の混合液中の空気容積比率とモータ電流の例である。
【図５】真空容器内におけるオイルパルス発生装置内へのオイル充填方法断面図である。
【図６】本発明の加圧容器内におけるオイルパルス発生装置内への空気溶解方法断面図である。
【図７】本発明の加圧容器内におけるオイルパルス発生装置内への空気溶解方法における加圧圧力とモータ回転、及び栓の開閉タイミングの説明図である。
【図８】本発明の他実施例であるオイル容器内におけるオイルパルス発生装置内のオイルと、空気を略飽和させたオイルとの置換方法断面図である。
【図９】本発明の他実施例であるオイルパルス発生装置内への、ポンプによる空気を略飽和させたオイルの充填方法断面図である。
【図１０】本発明の他実施例であるオイルパルス発生装置内への、組立時における空気を略飽和させたオイルの充填方法断面図である。
【符号の説明】
１はハウジング、２はモータ、６は減速機構部、９は遊星歯車軸、１１はオイルパルス発生装置、１５はスプリング、１３はライナー、１６は出力軸、２２は真空容器、２４は真空ポンプ、２５は圧力容器、２８は昇降軸、３０は加圧装置、３１はオイル容器、３３は連結軸、３７は泡発生器、３６は空気ポンプ、３９は液輸送ポンプ、４１はビーカー、Ｃは初期設定時のモータ電流範囲。
【図１】
0003890808.tif 000005
【図２】
0003890808.tif 000006
【図３】
0003890808.tif 000007
【図４】
0003890808.tif 000008
【図５】
0003890808.tif 000009
【図６】
0003890808.tif 000010
【図７】
0003890808.tif 000011
【図８】
0003890808.tif 000012
【図９】
0003890808.tif 000013
【図１０】
0003890808.tif 000014