JP5184368B2 - 出力軸上に取り付けられたトルクセンサを含むアングルヘッドねじ締め工具および対応する伝動モジュール - Google Patents

Description

本発明の分野は工具の分野である。さらに詳しくは、本発明は工業用工具に関し、特に、所与のトルクでねじ送り作用を発揮させるために設けられた工具に関する。

本発明の分野において、ねじ締め工具は、工具が固定式（機械またはマニピュレータに取り付けられた工具を含む）であるか、それとも可搬式であるかに関わらず、工業部門で非常に一般的に使用されている。

これらの工具は、予想される用途に応じて電気または空気圧駆動手段を組み込んでいてもよい。

これらの工具の幅広い使用によると、工具は適切な接続によって、多数の動作周期（例えば２５０周期）をプログラムすることを可能にする（制御ユニットの形の）電子制御装置に接続され、各周期は２０の動作位相から構成することが可能である。

これらの周期は、電子制御ユニットに設けられたキーボード上で直接、または関連プログラミングソフトウェアを介してプログラムすることが可能である（その場合、電子制御ユニットはフィールドバス、イーサネット（登録商標）、または他の型のネットワークを介して、プログラミングシステムに接続されている）。

これらのシステムは、例えば最終ねじ締めトルク、最終ねじ締め角度、動作の日時、そうでなければ実行されたねじ締めの品質（予め定められたパラメータに応じて良悪）を表わす曲線のような結果を記録することにより、工具によって実行された動作のトレーサビリティを確保することを可能にするものである。

工具自体が、例えばＬＥＤを用いて表示することのできる「良悪」レポートを供給することによって、ねじ締めの品質を示すための手段を含めることも可能である。

この型のシステムが広範囲のパラメータ化および制御動作を実行することを可能にすることは理解されている。

別の公知の技術によると、工具に組み込まれた電子制御回路に給電するように、工具は主電源に接続されている。この場合、工具は小さい表示装置および少数の制御ボタンを有している。

上述した技術の一方または他方において、締付けトルクに関するデータが、工具を正確に制御するため、かつねじ締め結果を監視することを可能にするために、不可欠であることは理解されるであろう。

これは、言うまでもなくねじ締めによって実行される組立工程の品質を確保するためだけでなく、動作のトレーサビリティを可能にし、かつ締付けデータの統計処理を実行するためにも、締付けトルクに関するデータが数回使用されるからである。

現在、ねじ締め工具で使用されるトルクセンサは、ひずみゲージ（一般的に橋設される）から構成されている。

図１に示すように、これらのひずみゲージは筒状要素１から構成される支持体上に取り付けられ、そのねじり変形はゲージを介して測定され、この変形は締付けトルクの測定値に変換されるようになっている。

従来、この筒状要素は外サイクロイド列を含む減速装置と結合され、その構造については以下で述べていくこととする。

単段外サイクロイド列を含む減速機構は、
減速リングギアと呼ばれる減速内リングギア付き管と、
１つ以上の遊星ギアと、
遊星キャリアと、
太陽ギアと、
を有している。

減速リングギア上にトルクセンサが組み込まれた図１で示すねじ締め工具は、ねじ締めトルクを測定するための最も一般的な技術である。

この技術によると、減速リングギアの移動は、リングアンドピニオンギア２を介して出力軸に伝達されることになる。

しかし、このギアの摩耗または潤滑の状態によっては、この時点でトルクの損失が発生し、その結果、リングギアで測定されるトルクと、締め付けられるねじに加えられるトルクとの間に差が生じることになる。

これは、この型の工具のユーザがこれらの工具に対して頻繁かつ高価な検査を実施することにつながってしまう。

図２に示す別の公知の技術によると、ねじ締め工具のねじ締めトルクの測定値は、円錐状連結器２の出力部で、アングルヘッドの出力軸に組み込まれたトルクセンサ３を介して得られるものである。

さらに、この技術によると、トルクセンサの技術は、
出力軸に接着結合されたひずみゲージと、
出力軸に設置された電子回路と、
回転トランスと、
を使用する型である。

回転トランスは設置された回路に電圧を供給し、電圧は整流された後、ひずみゲージのブリッジに供給され、ひずみゲージはそれ自体、電圧の形で出力信号を生成し、出力信号は、後で回転トランスを介して回復されるように、設置された回路によって周波数信号に変換されるようになっている。

この型のセンサは、番号ＤＥ−１９８０４６９５として公開された特許文書に記載されている。

この解決策は、ねじとセンサとの間に分断要素が無いので、ねじに実際に加えられたトルクを測定することを可能にしている。

さらに、この解決策で使用されるセンサ技術は、従来回転コレクタが（コレクタトラックと回転接触するブラシを使用することから、摩擦が発生し、必然的にブラシの摩耗を引き起こすため）直面してきた、摩耗および信号の連続性の問題を回避している。

対照的に、アングルヘッドの出力におけるこのセンサの存在は、ヘッドの高さが著しく増大し、小さい空間への工具のアクセス性を低減するという不具合を有している。

一般的に、アングルヘッドねじ締め工具を設計するときには、特に次のパラメータの間で最善の妥協点が探られている。
特に、測定されたトルクと対比して、ねじに実際に加えられるトルクの観点における信頼性である。円錐状連結器の摩耗の結果、トルクの損失が発生することがあり、したがって、摩耗の関数としてその歩留まりが変化することになる。しかし、ねじ締め工具の円錐連結器の摩耗の状態に関しては、ある程度の不確実性が存在し、この不確実性は、実際には日常の検査によって克服されている（摩耗のレベルの自動予測および／または補償は現時点では存在しない）。
締付けトルクの測定精度であり、
ねじ締め工具の耐久性である。

本発明の目的は、特に、先行技術の不具合を克服することである。

さらに詳しくは、本発明の目的は、特にねじに実際に加えられるトルクを測定することを可能にし、既存の解決策より信頼できるアングル型ねじ締め工具を提案することである。

また、本発明の目的は、トルク測定に関して満足できかつ耐久性のある精度水準をもたらすようなねじ締め工具を提供することでもある。

さらに、本発明の目的は、アングルヘッドの高さの顕著な増大を回避するようなねじ締め工具を提供することでもある。

本発明の別の目的は、特に遠隔技術および／または生産センタを使用することにより、ロジスティック上の制約を最小限にとどめて製造することが可能であることから、従来のねじ締め工具より容易に製造できるようなねじ締め工具を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、保守に関してかなりの利益を予想することを可能にするようなねじ締め工具を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、簡素な設計で使い易いねじ締め工具を提供することである。

これらの目的のみならず、以下で明らかになる他の目的も、
駆動軸と、
回転の軸線が前記駆動軸の軸線と略直角である出力軸を含むアングルヘッドと、
前記駆動軸を前記出力軸に接続する伝動手段と、
前記出力軸上に組み込まれた少なくとも１つのトルクセンサと、
を備え、
前記伝動手段が、前記出力軸と略平行な軸線を有する中間ギアであって、出力軸の回転を駆動するように設計されたギアと協働する少なくとも１つの中間ギアと、前記駆動軸および前記中間ギアを直接または間接的に接続する少なくとも１つの円錐状連結器とをそなえていることを特徴とする、
ねじ締め工具に関する本発明によって達成されるものである。

このようにして、本発明に係るねじ締め工具は、先行技術に記載された（トルクセンサが減速リングギアに取り付けられる）標準工具に匹敵するヘッドの高さを維持しながら、ねじに実際に加えられるトルクを正確に測定するように、出力軸上にトルクセンサを組み込むことを可能にしている（センサはできる限りねじの近くに配置されている）。

さらに、そのようなねじ締め工具は、アングルヘッド内に直接円錐状連結器を使用すると、（そのサイズに加えて）耐久性に関して不具合を生じるので、そのような型の実施形態を回避している。

したがって、本発明は、円錐状連結器によるのではなく、平行なギアを介して出力軸を駆動することによって、既存の解決策より耐久性の高いアングルヘッドの設計を提案するものである。平行なギアは製造、制御、および調整がより容易である。さらに、平行なギアは歯と大きい接触表面積との間により均質な接触をもたらしている。これは結果的に、円錐状連結器より高い耐久性をもたらすことになる。

並行して、駆動軸の出力部に配置された円錐状連結器は、それがアングルヘッド内に配置されたときより高速で回転するが、受けるトルクはずっと低くなる。したがって、摩耗および／または破損を生じ難くなる。

１つの有利な解決策によると、前記伝動手段は、軸線が前記出力軸と平行である１列の平行な中間ギアを備えている。

したがって、駆動軸と出力軸との間の減速は、歯車の選択を介して容易に調整することが可能となる。

減速は、駆動トルクに対して最終トルクを増大させ、したがって駆動軸の回転速度に対して工具の出力における回転速度を低減させる目的を有することに注目されたい。したがって、減速比は、達成することを希望するねじ締めトルクの関数として、かつ利用可能な駆動トルクの関数として決定されることになる。

さらに、ギア列の存在および長さは、小さい空間への工具の優れたアクセス性を確実にするように、アングルヘッドに対して円錐状連結器のサイズをさらに縮小させることを可能にしている。

１つの有利な特徴によると、前記伝動手段は、前記トルクセンサを組み込んでいる要素から切り離すことのできるモジュール内に取り付けられている。

別の有利な特徴によると、前記伝動手段は、前記駆動軸および駆動手段を組み込んでいる本体から切り離すことのできるモジュール内に取り付けられている。

これらの特徴の一方または他方に従って、好ましくは、それらの組合せに従って、工具の３つの主要構成要素（モータ、減速機構、およびセンサ）を独立して製造し、組立ての最後に数個のねじで一体に結合することのできる、モジュール設計のねじ締め工具が得られることになる。

そのような設計は、異なる技術の構成部品を分離させることを可能にし、それらを別個の生産センタで生産することが可能となる。

さらに、欠陥構成部品を迅速に交換することが可能であるので、保守に関する利点は明白である。

前記伝動手段は密封玉軸受と結合されることが好ましい。

したがって、そのようなモジュールは密封され、駆動ブロックおよび／またはトルクセンサ／モジュール対とは完全に独立させることができる。

１つの有利な解決策によると、前記トルクセンサは、前記出力軸に接着結合された少なくとも１つのひずみゲージを含んでいる。

前記トルクセンサは、前記出力軸に設置された電子回路を含んでいることが好ましい。

別の特徴によると、前記トルクセンサは回転トランスを含んでいる。

１つの好適な解決策によると、前記ギアは、前記アングルヘッドの上部で、前記ギアの歯の両側で少なくとも１つの玉軸受によって案内されるようになっている。

前記出力軸は、前記アングルヘッドの下部で、２列の玉を含む少なくとも１つの軸受によって案内されることが有利である。

１つの特に有利な実施形態によると、前記ギアは、前記アングルヘッドの上部で、前記ギアの歯の両側で少なくとも１つの玉軸受によって案内され、前記出力軸は前記アングルヘッドの下部で、２列の玉を含む少なくとも１つの軸受によって案内されるようになっている。

前記ギアを案内するための前記軸受は、密封軸受であることが好ましい。

このようにして、ギア列から、かつ／または出力軸に連結されたギアからセンサへの可能なグリース漏出のリスクを回避することが可能となる（これにより、測定の混乱のリスクが制限されることになる）。

前記要素はケーシングを含み、前記工具は、前記出力軸に掛かる軸方向応力の前記ケーシングへの拡散を可能にする停止手段を備えていることが有利である。

また、本発明は、
駆動軸と、
回転の軸線が前記駆動軸の軸線と略直角である出力軸を含むアングルヘッドと、
前記駆動軸を前記出力軸に接続する伝動手段と、
前記出力軸上に組み込まれた少なくとも１つのトルクセンサと、
を備え、
前記出力軸と平行に延びるように設計された軸線を有し、かつ前記出力軸によって支持されるギアと協働するように設計された少なくとも１つの中間ギアと、前記駆動軸および前記中間ギアを直接または間接的に接続するように設計された少なくとも１つの円錐状連結器とを含む前記伝動手段を組み込むことを特徴とする、
ねじ締め工具に組み込まれるように設計された伝動モジュールに関するものである。

本発明の他の特徴および利点は、純粋に非限定的な実施例として掲げる、本発明の好適な実施形態の以下の説明、および添付の図面を読むことにより、いっそう明瞭に理解されるであろう。

図３に関連して、本発明は、駆動軸４と、その出力軸５１が駆動軸４の軸線と略直角な回転の軸線５１１を有するアングルヘッド５とを備えるねじ締め工具に適用されている。

駆動軸４および出力軸５は、伝動手段によって回転自在に接続されている。

本発明の原理によると、これらの伝動手段は、駆動軸４を直接または間接的に中間ギアに接続する円錐状連結器２を備え、中間ギアの回転の軸線は、出力軸の回転の軸線と並行であり、この中間ギアは、出力軸によって支持される別のギアを介して出力軸と協働するようになっている。

このようにして、円錐状連結器は軸を組み込んだ駆動ブロックに近づけられることを理解されたい。換言すると、この円錐状連結器は、そのサイズがアングルヘッドの小さい空間へのアクセス性を損なわないように、駆動軸の端の近くに設けられている（またはこの端によって支持されている）。

さらに換言すると、円錐状連結器はアングルヘッドから離隔され、出力軸と平行な軸線を有する１つ以上のギアが、出力軸と円錐状連結器との間に挿入配置されている。

図３に示す本発明の実施形態によると、円錐状連結器２は、駆動軸４（ここでは本体４１および延長部４２から構成されている）の１端に取り付けられ、１列の平行なギア６が円錐状連結器２と、出力軸５１を回転駆動するように設計されたギア５１２との間に取り付けられている。

このように形成されたねじ締め工具は、モータを出力軸に連結する減速チェーンを備え、この減速チェーンが入力部材として円錐状連結器を有していることは理解されるであろう。チェーンの要素に対して働くトルクは出力軸に向かう方向に増大するので、円錐状連結器を駆動軸の出力部に配置することにより、円錐状連結器が受けるトルクを最大限に低減させることが可能となる。

工具は、先行技術に関連して上述した（すなわち、番号ＤＥ−１９８０４６９５として公開された文書に記載された型の）トルクセンサ技術を使用している。そのようなセンサは、
出力軸に接着結合されたひずみゲージと、
出力軸に設置された電子回路と、
回転トランスと、
を備えていることに注目されたい。

回転トランスは設置された回路に電圧を供給し、電圧は整流された後、ひずみゲージのブリッジに供給され、ひずみゲージはそれ自体、電圧の形で出力信号を生成し、出力信号は、後で回転トランスを介して回復されるように、設置された回路によって周波数信号に変換されることになる。

しかし、予想することのできる別の実施形態では、異なる技術のトルクセンサを使用することが可能である。

図４に関連して、トルクセンサは、２つのねじによって工具の伝動モジュール８に固定されるような独立モジュール７の形で設計されている。

このセンサの軸は、トルクを伝達するための雄スプラインを含み、これらのスプラインは、トルクの伝達が可能となるように、平行歯ギア５１２（図３）に嵌合すべく設計されている。

このギア５１２はそれ自体、上述の通り、１列の平行歯ギアによって駆動されるようになっている。

この構成は、ヘッドの高さを標準工具のそれに匹敵するように維持することを可能にし、かつ図２に示す工具よりずっとコンパクトであることが分かる。

したがって、減速機構は、工具の出力部で達成することを希望するトルクのレベルに適応される比率を有する減速を形成するギア６を含んでいる。

ギア６および円錐状連結器２はモジュール８に組み込まれ、該モジュールは、後に詳述するように、それ自体を駆動ブロック４０から分離することが可能となっている。

駆動軸の延長部４２はモジュール８に組み込まれ、該モジュールは、駆動軸の本体４の端部に収容されて本体および延長部を回転させて固定するように設計された１端を有していることに注目されたい。このモジュール８は、ギアを潤滑させるために必要なグリースを収容することを可能にする、密封玉軸受を具備している。このモジュール８もまた密封され、かつ独立している。

駆動ブロック４０への該モジュールの固定は、１２０°の間隔で配置されかつ駆動軸に対し１５°傾斜した、３個のねじ９を介して行われている（言うまでもなく、より多数のねじを予想することも可能である）。この構成は、この固定の外形寸法を縮小することを可能にし、かつ専用キー、または高い締付けトルク、または分解の際にホットエアガンによる工具の加熱の使用が要求される接着剤を必要とすることなく、容易な組立ておよび切離しを可能にするものである。

図５から図８は、本発明に係るねじ締め工具の変形実施形態を示している。

図６および図７から分かるように、出力ギア５１２は、その歯（５１２２）の両側を、ギア５１２に働く伝動応力を共に吸収する２つの玉軸受５２によって支持されている。これらの応力は、中間ギア６の列によって発生するようになっている。したがって、ギア５１２は、（ギア５１２の）雌スプライン５１２１および雄スプライン５１３を介して、出力軸に屈曲力を伝達しないことになる（出力軸の屈曲力はトルクの測定を混乱させない性質の力である）。

２つの玉軸受５２（１つだけではなく）の存在は、ギア５１２の偏心装着を防止し、したがって単一の軸受の場合には存在する「スイベル」効果を回避することに注目されたい。

換言すると、ギア５１２の両側における軸受のこの取付けは、（相互に距離を置くことにより）案内の厳密性を改善し、かつ縮小寸法内に収容しながら、軸受に対する応力の均等な分布を確実にするものである。

したがって、そのような組立ては、ギア５１２を介して出力軸に伝達される力をネジ締めトルクのみに限定することになる。

出力軸は、その下部が代替的に剛性玉軸受（図３の事例）である玉軸受、または２列の玉５３（図７）を含む軸受によって支持されている。この軸受は、角ドライブ５１４の出力ブッシュによって発生する屈曲力を全部吸収することを可能にし、したがってセンサに対する外的混乱を排除する、２列の玉を含む軸受であることが好ましい。しかし、それは斜接型の軸受の場合には当てはまらない。

別の特徴によると、外部から角ドライブに働く軸方向応力をセンサモジュールのケーシング７０に拡散することを可能にする、停止手段５３１，５３２が設けられている。したがって、これらの力がセンサの能動部に伝わるのを回避することが可能となる。

これらの手段は、本発明の実施形態によると、軸５１に形成された溝内に取り付けられる停止環５３１を含み、この環は軸受５３の内輪を当接支持している。並行して、第２停止環５３２が、ケーシング７０の内部に形成された溝に取り付けられている。この環は、軸受５３の外輪を当接支持している。

さらに、玉軸受５２は密封されていることに注目されたい。ギア６の列から、および／またはギア５１２からセンサへのグリースの漏出は不可能である（それは測定の混乱のリスクを制限するものである）。

同様にして、軸受５３は密封され、したがって外部流体のセンサへの侵入が回避されることも達成可能となる。

ゲージブリッジ７２および設置された電子回路７４に電力を供給し、かつ信号を回復するための技術は、回転トランス７３の使用に基づくものである。したがって、ブラシの摩耗は不可能である。

上述の通り、センサモジュール７は、２個のねじ７１によって工具の残部に固定される独立したモジュールとして設計されている。この結果、製造および保守に関して明らかな利点がもたらされ、したがって、センサモジュールおよびその内部要素は、容易にアクセス可能および／または交換可能である。

さらに詳しくは、モジュール７は、２つの翼７０１を有するケーシング７０を備え、翼７０１は、それらの間に、伝動モジュールの対応する形状の端８１を受け入れるように設計された凹形状を画定している。これらの翼７０１は伝動モジュール上の着座を提供し、横方向または縦方向の衝撃の発生時に、伝動モジュール上のセンサモジュールの固定の安定性を確保にするのに役立っている。

また、固定ねじ７１を受容するための穴７１１が、モジュールのケーシング７０の長さＬに対して略中心に配置され、したがって、ケーシングの一般形状と共に、伝動モジュール上のセンサモジュールの固定の安定性に寄与することになる。

さらに、センサモジュールへの電力供給および周波数信号の回復は、使用されるセンサの技術を前提として、特定の電磁保護を必要としない２本のワイヤだけで行われている。これらの２本のワイヤは、機械的保護のために、伝動モジュールのケーシングの厚さに形成された電線管を通過している。ワイヤは、両方とも工具のハンドル内に存在し、電源および周波数信号の処理のためのモジュールに接続されている。

先行技術の第１実施形態に係るアングルヘッドねじ締め工具の縦断面図である。 先行技術の第２実施形態に係るアングルヘッドねじ締め工具の縦断面図である。 本発明の好適な実施形態に係る縦断面図である。 図３の実施形態に係る本発明の工具の分離することのできるモジュールとしての組立てを示す正面図である。 本発明に係るねじ締め工具の上面図である。 本発明に係るねじ締め工具の縦断面図である。 本発明に係るねじ締め工具の分離された状態の伝動モジュールおよびセンサモジュールを示す別の断面図である。 センサモジュールの上面図である。

Claims (10)

1. 駆動軸（４）と、
   回転の軸線（５１１）が前記駆動軸（４）の軸線と略直角である出力軸（５１）を含むアングルヘッド（５）と、
   前記駆動軸（４）を前記出力軸（５１）に接続する伝動手段と、
   前記出力軸（５１）に組み込まれた少なくとも１つのトルクセンサと、
   を備え、
   前記伝動手段が、前記出力軸（５１）と略平行な軸線を有する中間ギア（６）であって、前記出力軸（５１）の回転を駆動するように設計されたギア（５１２）と協働する少なくとも１つの中間ギア（６）と、前記駆動軸（４）および前記中間ギア（６）を直接または間接的に接続する少なくとも１つの円錐状連結器（２）とを備え、前記伝動手段は、前記トルクセンサを組み込んでいる要素（７）から切り離すことが可能であるモジュール（８）内に取り付けられ、前記ギア（５１２）は、前記アングルヘッドの上部で、前記ギア（５１２）の歯（５１２２）の両側の少なくとも１つの軸受（５２）によって案内されるようになっていることを特徴とする、
   ねじ締め工具。
2. 前記伝動手段が１列の平行な中間ギア（６）を備え、その軸線が前記出力軸（５１）と平行であることを特徴とする、請求項１に記載のねじ締め工具。
3. 前記伝動手段は、前記駆動軸（４）および駆動手段を組み込んでいる本体（４０）から切り離すことが可能であるモジュール（８）内に取り付けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載のねじ締め工具。
4. 前記伝動手段が密封玉軸受と結合されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のねじ締め工具。
5. 前記トルクセンサは、前記出力軸に接着結合された少なくとも１つのひずみゲージを含んでいることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のねじ締め工具。
6. 前記トルクセンサは、前記出力軸に設置された電子回路を含んでいることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のねじ締め工具。
7. 前記トルクセンサが回転トランスを含んでいることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のねじ締め工具。
8. 前記出力軸（５１）は、前記アングルヘッドの下部で、２列の玉を含む少なくとも１つの軸受（５３）によって案内されるようになっていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のねじ締め工具。
9. 前記ギア（５１２）を案内するための前記軸受が密封軸受であることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のねじ締め工具。
10. 前記要素（７）はケーシング（７０）を含み、前記工具は、前記出力軸（５１）に働く軸方向応力を前記ケーシング（７０）に分散させることを可能にする停止手段（５３１）（５３２）を備えていることを特徴とする、請求項８に記載のねじ締め工具。

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