JP5288160B2

JP5288160B2 - ねじ締め機

Info

Publication number: JP5288160B2
Application number: JP2008059297A
Authority: JP
Inventors: 慎一郎佐藤
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2007-10-02
Filing date: 2008-03-10
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2028-03-10
Also published as: JP2009101500A; JP6268679B2; JP2009101499A; WO2009044928A1; JP2016101657A; JP5534286B2; JP5888569B2; JP2014156007A; US20100236889A1; JP2009101502A; JP5534287B2; JP2009101501A; EP2205402A1; JP2009101503A

Description

本発明はねじ締め機に関する。

従来、天井や壁に石膏ボード等の板材をネジ止めにより施工しているが、このネジ止めを行う工具としてねじ締め機がある。このねじ締め機は、特許文献１に示されるように、モータとモータにより駆動されてネジを締める先端工具との間に、順に第一のクラッチエレメントと中間クラッチと第二のクラッチエレメントとを有している。この特許文献１に示されるねじ締め機では、モータ側に位置する第一クラッチエレメント上のカム山が中間クラッチ上のモータ側カム山と係合して中間クラッチを回転させ、更に中間クラッチの係合メンバが第二クラッチエレメントを回転させている。
特公平３−５９５２号公報

しかし、従来のねじ締め機ではモータを全速状態でクラッチをかみ合わせる為、中間クラッチを用い段階的に動力を伝達する構成であってもクラッチ間の何れかの段階において大きく速度差のある衝突が発生し、騒音が発生して操作性を悪化させると共にカム山を摩耗させて寿命の低下を招いていた。

そこで本発明は、低衝撃で低騒音、かつ高寿命のねじ締め機を提供することを目的とする。

上記課題を解決する為に本発明は、回転駆動される出力軸部を備える駆動部と、回転駆動されてネジを締め付ける先端工具を装着可能な先端工具装着部と、を備え、該先端工具装着部と該駆動部との間に、該駆動部によって回転駆動される駆動部材と、該先端工具装着部が後方に移動すると該駆動部材と当接する従動部材と、を設け、該駆動部材と該従動部材との間の摩擦のみによって該先端工具装着部にトルクを伝達することで該先端工具によってネジを締めるように構成し、該駆動部材と該従動部材とを収容し該駆動部に回転駆動される収容部と、該駆動部材と該従動部材とを同軸上で支持し該先端工具装着部に固定されるシャフトとを有し、該駆動部材は該収容部と一体に同軸回転し、該従動部材は該シャフトと一体に同軸回転するねじ締め機を提供する。

このような構成によると、摩擦クラッチの摩擦力により、駆動部の回転力を先端工具に伝達することができる。この時に、駆動部材の駆動側接触面と従動部材の従動側接触面との間の摩擦のみにより回転力を伝達するため、駆動部と先端工具とが非伝達状態から伝達状態へと変わる際の衝撃の発生を抑制することができる。また先端工具装着部側を細くすることができる。更に駆動部材と一体回転する収容部の慣性質量を大きくすることができる為、伝達位置において駆動部材と従動部材との間に摩擦力が発生した際に、収容部の回転数の低下を抑制することができる。

本発明のねじ締め機によれば、低衝撃で低騒音、かつ高寿命とすることができる。

以下、本発明の第一の実施の形態によるねじ締め機について図１乃至図６に基づき説明する。図１に示されるねじ締め機１は、ハウジング２と、モータ３と、クラッチ部４と、先端工具装着部５とから主に構成され、先端工具装着部５に先端工具であるビット１０が装着されている。このねじ締め機１において、ビット１０が取り付けられる位置を、前側とし、後述のハンドル２１を後側として前後方向を規定する。

ハウジング２は、ねじ締め機１の外殻を成しており、その後端部分に把持部となるハンドル２１を有している。ハンドル２１にはトリガ２１Ａとスイッチ２１Ｄが設けられており、トリガ２１Ａによりモータ３の駆動制御を行い、スイッチ２１Ｄによりモータ３の回転方向（正転・反転）の制御を行っている。またハンドル２１には図示せぬ外部電源に接続される電源コード２１Ｂが設けられるとともに、ハンドル２１内部には電源コード２１Ｂからトリガ２１Ａを介してモータ３に接続する回路部２１Ｃが設けられている。

モータ３はハウジング２内においてハンドル２１の前側に設けられており、前後方向を軸方向とする出力軸部である回転軸部３１を有している。回転軸部３１は、ベアリング３１Ａでハウジング２に支持されており、その先端にピニオン３２を有している。また回転軸部３１の基端部分には同軸回転するファン３３が固定されている。回転軸部３１及び回転軸部３１により回転駆動される部材において、ネジを締め込む方向の回転を正転と定義し、ネジを外す方向の回転を反転と定義する。

クラッチ部４は、図２に示されるように、クラッチドラム４１とスプラインシャフト４２と、駆動部材である１０枚の第一クラッチプレート４３と、従動部材である１０枚の第二クラッチプレート４４とワンウェイクラッチ４５とから主に構成されている。クラッチドラム４１は、前側に略筒状に構成されて第一クラッチプレート４３及び第二クラッチプレート４４を収容する空間が形成された収容部４１Ｄを備えており、この筒状の収容部４１Ｄの軸方向を回転軸方向として、第一軸受となるベアリング４７Ａと軸受４７Ｂとを介してハウジング２に回転可能に支承されている。図１及び図３に示されるように、クラッチドラム４１において、収容部４１Ｄの後端に位置する部分の外周にはピニオン３２と噛合するギア４１Ａが設けられており、収容部４１Ｄの内部には、図２及び図３に示されるように、軸方向に延びる複数の凸部４１Ｂが周方向に渡って均等配置されている。収容部４１Ｄの内部において、図１に示されるように凸部４１Ｂの後端部分となる位置には、壁部４１Ｃが規定されており、壁部４１Ｃにワンウェイクラッチ４５が装着されている。またクラッチドラム４１において、ベアリング４７Ａにより支持され、ワンウェイクラッチ４５の後側になる箇所には、図３に示されるように孔４１ａが形成され、孔４１ａ内にはバネ４６（図１、図２）が配置されている。

スプラインシャフト４２は、先端工具装着部５に同軸回転可能に固定されており、図１に示されるようにクラッチドラム４１の筒部分の内部においてワンウェイクラッチ４５により支持され、その端部がバネ４６と当接して前側へと付勢されている。またスプラインシャフト４２の表面において、クラッチドラム４１内に曝される箇所には、図２および図４に示されるように、軸方向に延びる複数の凸部４２Ａが周方向に渡って均等配置されている。

第一クラッチプレート４３は、図５に示されるように、外周にクラッチドラム４１の凸部４１Ｂと噛合する凹部４３ａが形成され内部にスプラインシャフト４２が貫通する孔４３ｂが形成され、第二クラッチプレート４４と接触する駆動部側接触面を備えて板状に構成されている。図１に示されるように、凹部４３ａと凸部４１Ｂとが噛合するように第一クラッチプレート４３がクラッチドラム４１の内部に整列して装着された状態で、第一クラッチプレート４３はクラッチドラム４１に対して軸方向への移動は許容されるが周方向への回転は制限される。また１０枚の第一クラッチプレート４３のうち、最後端に位置する第一クラッチプレート４３は壁部４１Ｃに当接可能である。

第二クラッチプレート４４は、図６に示されるように、直径が凸部４１Ｂと干渉しない程度の円板状で、第一クラッチプレート４３と接触する従動部側接触面を備えて構成され、中央部分にスプラインシャフト４２が貫通し凸部４２Ａと噛合する凹部４４ａが形成された孔４４ｂが穿孔されている。凹部４４ａと凸部４２Ａとが噛合するように第二クラッチプレート４４がスプラインシャフト４２に装着された状態で、スプラインシャフト４２に対して第二クラッチプレート４４は、軸方向への移動は許容されるが周方向への回転は制限される。また１０枚の第二クラッチプレート４４のうち、最前端に位置する第二クラッチプレート４４は、先端工具装着部５の後端部である後述の当接部５１Ａに当接可能である。

第一クラッチプレート４３と第二クラッチプレート４４とは、壁部４１Ｃ位置から前側に向かって交互に並んで配置され第一クラッチを構成している。第一クラッチプレート４３と第二クラッチプレート４４とはそれぞれ軸方向への移動が許容されているため、最も前側に位置する第二クラッチプレート４４が先端工具装着部５の後端部に当接して後方へと付勢されることにより第一クラッチプレート４３及び第二クラッチプレート４４も後方側（伝達位置）へと移動し、隣り合う第一クラッチプレート４３の駆動部側接触面と第二クラッチプレート４４の従動部側接触面との間に摩擦が発生する。この発生した摩擦により、クラッチドラム４１とスプラインシャフト４２とが第一クラッチプレート４３と第二クラッチプレート４４とを介して共回りして同軸に一体回転する。最も前側に位置する第二クラッチプレート４４が後方へと付勢されない状態（遮断位置）では、隣り合う第一クラッチプレート４３と第二クラッチプレート４４との間の摩擦は発生しないか発生しても僅かである為、クラッチドラム４１とスプラインシャフト４２との第一クラッチプレート４３と第二クラッチプレート４４とを介しての一体回転は抑制される。またそれぞれ１０枚の第一クラッチプレート４３と第二クラッチプレート４４との間の摩擦力により動力の伝達を行っている為、それぞれ一枚当たりに掛かる摩擦力等の応力が低減され、クラッチ部４の高寿命化を図っている。尚、最も後端の第一クラッチプレート４３は第一クラッチプレート４３と共回りする壁部４１Ｃに当接し、最も前端の第二クラッチプレート４４は第二クラッチプレート４４と共回りする当接部５１Ａと当接する為、最も後端の第一クラッチプレート４３と壁部４１Ｃとの間、及び最も前端の第二クラッチプレート４４と先端工具装着部５との間に摩擦が発生することは無い。これにより、壁部４１Ｃを備えるクラッチドラム４１及び先端工具装着部５の耐久性を増している。

尚、スプラインシャフト４２は、第一クラッチプレート４３と第二クラッチプレート４４とが第一軸受であるベアリング４７Ａと第二軸受である後述の軸受５２との間に位置するようにベアリング４７Ａと後述の軸受５２とに間接的に支持されている。よって摩擦が発生した際にスプラインシャフト４２に負担がかかったとしても、スプラインシャフト４２の両端が支持されている為、ひびりやぶれの発生は抑制される。

ワンウェイクラッチ４５は、壁部４１Ｃに装着されてスプラインシャフト４２の後端部を支持しており、クラッチドラム４１が反転した際に第一クラッチプレート４３と第二クラッチプレート４４ととは別系統でスプラインシャフト４２に動力を伝達し、クラッチドラム４１が正転した際にはスプラインシャフト４２に動力伝達不能に構成されている。第一クラッチプレート４３と第二クラッチプレート４４とにおいては、摩擦力が発生しない限り、クラッチドラム４１からスプラインシャフト４２に正転方向、反転方向の駆動力は伝達されない。しかしワンウェイクラッチ４５は、反転方向においては常にクラッチドラム４１からスプラインシャフト４２へと駆動力を伝達している為、第一クラッチプレート４３と第二クラッチプレート４４との間に摩擦が発生しない場合においても先端工具装着部５を反転させることが可能になる。

クラッチドラム４１と先端工具装着部５とを比較すると、回転軸と直交する方向の径がスプラインシャフト４２に駆動力を伝達する駆動側であるクラッチドラム４１が大径に構成されている。よってハウジング２において、先端工具装着部５側を細くすることができ、より狭い箇所における図示せぬネジの施工を可能にしている。また第一クラッチプレート４３と一体回転するクラッチドラム４１の慣性質量を大きくすることができる為、伝達位置において第一クラッチプレート４３と第二クラッチプレート４４との間に摩擦力が発生した際に、クラッチドラム４１及びクラッチドラム４１に接続されるモータ３の回転数の低下を抑制することができる。

また図１に示されるように、クラッチドラム４１の第一クラッチプレート４３及び第二クラッチプレート４４を収容する収容部４１Ｄの開口部分には、第一シール部材４８が配置されている。第一シール部材４８は、収容部４１Ｄと後述のソケット５１との間の隙間を埋め、収容部４１Ｄ内部を密閉した状態に保っている。ソケット５１は後述の軸受５２で回転可能に支持されている為、ソケット５１周辺には回転抵抗を減らす為のグリスが充填されている。このグリスが収容部４１Ｄ内に侵入して第一クラッチプレート４３及び第二クラッチプレート４４に付着すると摩擦係数が変化し、第一クラッチプレート４３及び第二クラッチプレート４４を介してクラッチドラム４１からスプラインシャフト４２に好適に駆動力を伝達することができなくなる。よって第一シール部材４８を配して収容部４１Ｄ内にグリスが入ることを防止することにより、第一クラッチプレート４３と第二クラッチプレート４４との間の摩擦係数の変化を防止し、安定した作業を行うことが可能になる。

先端工具装着部５は、主にソケット５１から構成されている。ソケット５１は、最前端にビット１０が装着される装着孔５１ａが形成され、最後端でスプラインシャフト４２に嵌合して接続されており、ハウジング２に設けられた第二軸受である軸受５２で周方向に回転可能及び軸方向に移動可能に支持されている。ソケット５１がスプラインシャフト４２に勘合して装着されていることにより、先端工具装着部５およびスプラインシャフト４２に係る全長を短くすることができ、これによりねじ締め機１の全長を短くすることが可能になる。

ソケット５１の最後端のスプラインシャフト４２との接続箇所近傍位置には、最前側の第二クラッチプレート４４と当接可能な当接部５１Ａが規定されている。この先端工具装着部５が後退することにより当接部５１Ａが第二クラッチプレート４４に当接して第二クラッチプレート４４を第一クラッチプレート４３に押し付ける。

またソケット５１の軸受５２前側位置にはソケット５１周辺に充填されているグリスの外部への流出を防止する第二シール部材５３が設けられており、ソケット５１及び第二シール部材５３の周囲にはカバー５４が設けられている。カバー５４は着脱容易に構成されており、その先端部分からビット１０の先端が僅かに露出するように構成されている。

先端工具装着部５は、先端に装着されたビット１０が図示せぬネジに当接する反力によって後退することにより、第一クラッチプレート４３と第二クラッチプレート４４との間に摩擦を発生させている。しかし図示せぬネジが締め込まれて図示せぬ被加工部材に埋没した状態ではそれ以上ネジを締める必要がない為、カバー５４の先端部分が図示せぬ被加工部材と当接してビット１０へのネジからの反力を打ち消し、第一クラッチプレート４３と第二クラッチプレート４４との間の摩擦を低減してビット１０への動力の伝達を遮断している。

上記構成のねじ締め機１を使用してネジを施工する際には、ビット１０を図示せぬネジの頭に合わせた状態で、ビット１０を図示せぬネジに押し付ける。このビット１０を押し付けた反力により、ソケット５１がクラッチドラム４１側へと移動し、当接部５１Ａが第二クラッチプレート４４に当接し、第一クラッチプレート４３と第二クラッチプレート４４との間に摩擦を発生させる。これによりクラッチドラム４１とスプラインシャフト４２とを共回り可能にし、モータ３からの正転方向の出力をソケット５１及びビット１０に伝達することができる。この時に、第一クラッチプレート４３と第二クラッチプレート４４との間の摩擦が徐々に大きくなる為、クラッチドラム４１とスプラインシャフト４２とが共回りし始める際に発生する衝撃を大幅に抑制し、騒音を低減することが可能となっている。またビット１０への押し付け強さに応じて摩擦力が変化する為、使用者が押し付ける力を加減することにより、ビット１０の回転を容易に制御することができる。

ネジの施工が終わり、ビット１０をネジから放した状態では、バネ４６の付勢力により、スプラインシャフト４２及びソケット５１は前側へと移動する。これにより当接部５１Ａと第二クラッチプレート４４との当接が解消し、第一クラッチプレート４３と第二クラッチプレート４４との間の摩擦が小さくなり、モータ３からの出力がソケット５１に伝達されることが抑制される。

ネジを打ち間違えた際に図示せぬ被加工部材から図示せぬネジを外すときは、スイッチ２１Ｄを反転側にして、モータ３を反転させる。この時に、図示せぬネジの頭が図示せぬ被加工部材から突出していれば、ビット１０が図示せぬネジに当接した反力により第一クラッチプレート４３と第二クラッチプレート４４との間の摩擦が発生し、ビット１０に反転方向の駆動力が伝達されて好適に図示せぬネジを外すことができる。しかし図示せぬネジの頭が図示せぬ被加工部材から突出していない場合（ネジが被加工部材に埋没している場合）はカバー５４が邪魔になり、ビット１０が図示せぬネジに当接したとしても充分な反力が得られず、第一クラッチプレート４３と第二クラッチプレート４４との間に充分な摩擦が発生しない場合がある。この場合においては、第一クラッチプレート４３と第二クラッチプレート４４とを介してクラッチドラム４１からスプラインシャフト４２へと動力を伝達することができないが、反転方向の駆動力であるためワンウェイクラッチ４５を介してクラッチドラム４１からスプラインシャフト４２へと動力を伝達することは可能になっている。よってモータ３を反転させた際にビット１０にネジによる反力が得られない場合であっても、好適に図示せぬネジを外すことができる。

次に本発明の第二の実施の形態に係るねじ締め機について図７に基づき説明する。図７に示されるねじ締め機１０１は、主な構成において、第一の実施の形態に係るねじ締め機１と同じである為、変更箇所のみ説明する。クラッチドラム１４１において、壁部１４１Ｃには、溝が形成されており、この溝内に第一バネ１４１Ｄ（バネ定数：ｋ_１）が配置されている。第一バネ１４１Ｄは、前端が壁部１４１の第一クラッチプレート１４３と対向する面から突出しており、第一クラッチプレート１４３と当接可能に構成されている。

ソケット１５１と最前に位置する第二クラッチプレート１４４との間には、第二バネ１５１Ａ（バネ定数：ｋ_２）が配置されており、ソケット１５１が後方へと移動した際に、第二バネ１５１Ａにより第二クラッチプレート１４４が後方へと付勢される。

ねじ締め機１０１でネジを施工する場合、ビット１１０を図示せぬネジに押し付けると、第一クラッチプレート１４３と第二クラッチプレート１４４とは第一バネ１４１Ｄと第二バネ１５１Ａとに挟まれる。この時に第一クラッチプレート１４３と第二クラッチプレート１４４との間の摩擦力は、第一クラッチプレート１４３が距離Ｌ移動するまでは、第一バネ１４１Ｄと第二バネ１５１Ａとの合成バネ定数（ｋ_１・ｋ_２／（ｋ_１＋ｋ_２））を係数として大きくなる。第一クラッチプレート１４３が距離Ｌ移動した後は、最後端の第一クラッチプレート１４３が壁部１４１Ｃと当接する為、第一バネ１４１Ｄの付勢力の影響を受けなくなり、第二バネ１５１Ａのバネ定数（ｋ_２）を係数として前記摩擦力が大きくなる。従って、ねじ締め機１０１を図示せぬネジに押し付けた当初から第一バネ１４３が所定の伸縮量：Ｌ移動するまでの間は、第一クラッチプレート１４３と第二クラッチプレート１４４に係るバネ定数を小さくして容易にクラッチ１０４が動作するようにし、所定の伸縮量：Ｌ以上移動した後はバネ定数を大きくして、クラッチ１０４がロックし難くすることができる。

尚、第二の実施の形態においては、直列的に第一バネと第二バネとを配置したが、これに限らず並列的に第一バネ（バネ定数：ｋ_１）と第二バネ（バネ定数：ｋ_２）とを配置してもよい。この場合には、クラッチドラムの壁部に第一クラッチプレートを当接させるとともに、ソケットが所定量移動するまでは第一バネのみを第二クラッチプレートに当接させて付勢させる。ソケットが所定量以上移動した際には、第一バネと第二バネとを第二クラッチプレートに当接させて付勢させる。このような構成を採ることにより、ソケット所定量移動するまでは、バネ定数：ｋ_１を係数としてクラッチの摩擦力が大きくなり、所定量移動した後はバネ定数：ｋ_１＋ｋ_２を係数としてクラッチの摩擦力が大きくなる為、第二の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また第二の実施の形態のように第一バネと第二バネとが直列に配置されている場合は、ねじ締め機の回転軸軸方向と直交する方向の幅を小さくすることができる。また並列に配置されている場合は、ねじ締め機の回転軸軸方向の長さを小さくすることができる。

本発明の第一の実施の形態に係るねじ締め機の断面図。本発明の第一の実施の形態に係るねじ締め機のクラッチドラムの分解斜視図。本発明の第一の実施の形態に係るねじ締め機のクラッチドラムの正面図。本発明の第一の実施の形態に係るねじ締め機のスプラインシャフトの断面図。本発明の第一の実施の形態に係るねじ締め機の第一クラッチプレートの正面図。本発明の第一の実施の形態に係るねじ締め機の第二クラッチプレートの正面図。本発明の第二の実施の形態に係るねじ締め機の要部断面図。

符号の説明

１・・ねじ締め機２・・ハウジング３・・モータ４・・クラッチ部
５・・先端工具装着部１０・・ビット２１・・ハンドル２１Ａ・・トリガ
２１Ｂ・・電源コード２１Ｃ・・回路部２１Ｄ・・スイッチ３１・・回転軸部
３１Ａ・・ベアリング３２・・ピニオン３３・・ファン４１・・クラッチドラム
４１Ａ・・ギア４１Ｂ・・凸部４１Ｃ・・壁部４１Ｄ・・収容部４１ａ・・孔
４２・・スプラインシャフト４２Ａ・・凸部４３ａ・・凹部４３ｂ・・孔
４３・・第一クラッチプレート４４・・第二クラッチプレート４４ａ・・凹部
４４ｂ・・孔４６・・バネ４７Ａ・・ベアリング４７Ｂ・・軸受
４８・・第一シール部材５１・・ソケット５１Ａ・・当接部５１ａ・・装着孔
５２・・軸受５３・・第二シール部材５４・・カバー

Claims

回転駆動される出力軸部を備える駆動部と、
回転駆動されてネジを締め付ける先端工具を装着可能な先端工具装着部と、を備え、
該先端工具装着部と該駆動部との間に、該駆動部によって回転駆動される駆動部材と、該先端工具装着部が後方に移動すると該駆動部材と当接する従動部材と、を設け、該駆動部材と該従動部材との間の摩擦のみによって該先端工具装着部にトルクを伝達することで該先端工具によってネジを締めるように構成し、
該駆動部材と該従動部材とを収容し該駆動部に回転駆動される収容部と、該駆動部材と該従動部材とを同軸上で支持し該先端工具装着部に固定されるシャフトとを有し、
該駆動部材は該収容部と一体に同軸回転し、該従動部材は該シャフトと一体に同軸回転するように構成されていることを特徴とするねじ締め機。