JP2007030056A - 手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】手ぶれやリバウンド等のノイズの影響を排除して正確なねじの締付角度の測定を行うことを可能にした手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置を提供すること。
【解決手段】モータ１３と、このモータ１３により駆動され、パルス状のトルクを主軸１５に与える打撃トルク発生装置１４とを備えた手持ち式パルスツールに、締付トルクを検出する締付トルク検出器２及び主軸１５の回転角度を検出する角度検出器３を配設して、締付トルク及び主軸１５の回転角度を検出するとともに、締付トルク検出器２によって検出した締付トルクの値が予め設定した値以上である間の主軸１５の回転角度を、締付終了まで繰り返し発生するパルス状の締付トルクにおいて積算し、この積算値をねじの締付角度として算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置に関するものである。

ボルトやナット等のねじを締め付ける際に、ねじの締付角度を測定することは、ねじ締めの品質管理、具体的には、ワークの不具合（パッキンやワッシャの装着忘れ）、締付状態（２度締め、焼付）、角度コントロール、軸力コントロール等において、非常に重要であり、従来、固定式の大形ツールにおいては、ねじの締付角度を測定できるようにしたものが提案され、実用化されている（例えば、特許文献１参照）。

一方、エアーモータや電気モータを駆動源とし、このモータにより駆動され、パルス状のトルクを主軸に与える打撃トルク発生装置を備えた手持ち式パルスツールにおいては、固定式の大形ツールと同様のねじの締付角度測定装置をそのまま組み込むことは、装置が著しく大形化するため現実的でなく、また、測定した締付角度に手ぶれやリバウンド等のノイズが含まれることとなって正確なねじの締付角度の測定を行うことができないため、実用化レベルに達した製品は存在しなかった。
特開平７−２３７４０２号公報

本発明は、上記ねじの締付角度測定装置の現状に鑑み、手ぶれやリバウンド等のノイズの影響を排除して正確なねじの締付角度の測定を行うことを可能にした手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本第１発明の手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置は、モータと、該モータにより駆動され、パルス状のトルクを主軸に与える打撃トルク発生装置とを備えた手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置であって、前記パルスツールに、締付トルクを検出する締付トルク検出器及び主軸の回転角度を検出する角度検出器を配設して、締付トルク及び主軸の回転角度を検出するとともに、前記締付トルク検出器によって検出した締付トルクの値が予め設定した値以上である間の主軸の回転角度を、締付終了まで繰り返し発生するパルス状の締付トルクにおいて積算し、該積算値をねじの締付角度として算出するようにしたことを特徴とする。

また、同じ目的を達成するため、本第２発明の手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置は、モータと、該モータにより駆動され、パルス状のトルクを主軸に与える打撃トルク発生装置とを備えた手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置であって、前記パルスツールに、締付トルクを検出する締付トルク検出器及び主軸の回転角度を検出する角度検出器を配設して、締付トルク及び主軸の回転角度を検出するとともに、前記締付トルク検出器によって検出した締付トルクの値が予め設定した値以上となった時から予め設定した時間の間の主軸の回転角度を、締付終了まで繰り返し発生するパルス状の締付トルクにおいて積算し、該積算値をねじの締付角度として算出するようにしたことを特徴とする。

この場合において、締付トルク検出器によって検出した締付トルクの値の単位時間当たりの変化量が、予め設定した値より小さいときの主軸の回転角度を、主軸の回転角度の積算値から除外するようにすることができる。

本第１発明の手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置によれば、パルスツールに、締付トルクを検出する締付トルク検出器及び主軸の回転角度を検出する角度検出器を配設して、締付トルク及び主軸の回転角度を検出するとともに、前記締付トルク検出器によって検出した締付トルクの値が予め設定した値以上である間の主軸の回転角度を、締付終了まで繰り返し発生するパルス状の締付トルクにおいて積算し、該積算値をねじの締付角度として算出するようにしたことから、手ぶれやリバウンド等のノイズの影響を排除して正確なねじの締付角度の測定を行うことができる。

また、本第２発明の手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置によれば、パルスツールに、締付トルクを検出する締付トルク検出器及び主軸の回転角度を検出する角度検出器を配設して、締付トルク及び主軸の回転角度を検出するとともに、前記締付トルク検出器によって検出した締付トルクの値が予め設定した値以上となった時から予め設定した時間の間の主軸の回転角度を、締付終了まで繰り返し発生するパルス状の締付トルクにおいて積算し、該積算値をねじの締付角度として算出するようにしたことから、同様に、手ぶれやリバウンド等のノイズの影響を排除して正確なねじの締付角度の測定を行うことができる。

この場合において、締付トルク検出器によって検出した締付トルクの値の単位時間当たりの変化量が、予め設定した値より小さいときの主軸の回転角度を、主軸の回転角度の積算値から除外するようすることにより、締付トルクの値の単位時間当たりの変化量が小さく現れる手ぶれやリバウンド等のノイズを確実に除外することができ、これにより、一層正確なねじの締付角度の測定を行うことができる。

以下、本発明の手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１に、本発明の手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置を適用したエアーモータ駆動式のトルクコントロールレンチの一実施例を示す。
このエアーモータ駆動式のトルクコントロールレンチ１Ａは、高圧空気の供給及び停止を行うメインバルブ１１と、メインバルブ１１を操作する操作レバー１２と、供給された高圧空気によって回転トルクを発生するエアーモータ１３と、エアーモータ１３の回転トルクを打撃トルクに変換する油圧式の打撃トルク発生装置１４とを備えており、この装置全体の基本構成及び動作は従来公知のものである（必要があれば、例えば、実公平１−２９０１２号公報、特開平６−３１２３８１号公報、特開平１０−１５８４３号公報等参照）。

また、このトルクコントロールレンチ１は、ねじ締付トルクが所定値に達したことを感知してレンチの作動を停止する従来公知の作動停止機構（図示省略）を備えている。

そして、このトルクコントロールレンチ１は、操作レバー１２を操作してメインバルブ１１を開き、エアーモータ１３に高圧空気を供給してエアーモータ１３を駆動することにより、油圧式の打撃トルク発生装置１４を回転駆動し、打撃トルクを発生させる。
この時、油圧式の打撃トルク発生装置１４の高圧室の圧力が予め設定した圧力に達するまでは、打撃トルクを発生しながら、ねじの締め付けが行われる。
しかし、ねじの締め付けが進行し、ねじが所望の締付トルクで締め付けられると、高圧室の圧力が設定した圧力まで上昇することとなり、この設定した圧力まで上昇した高圧側の作動油が、作動停止機構のシャットオフバルブを閉動作させることにより、エアーモータ１３への高圧空気の供給が遮断され、自動的にエアーモータ１３を停止して、ねじを所望の締付トルクに締め付ける作業を完了する。

ところで、本実施例のトルクコントロールレンチ１Ａは、締付トルクを検出する締付トルク検出器２を本体１０に内蔵するとともに、主軸１５の回転角度を検出する角度検出器３を外付けで配設して、締付トルク及び主軸１５の回転角度を検出することができるようにしている。

ここで、締付トルク検出器２には、磁歪式センサ、歪ゲージ式センサ等の各種トルクセンサを用いたものを使用することができるが、本実施例においては、主軸１５の外周面に溝加工２１を施すとともに、この主軸１５を周回するように配設した励磁コイル及び検出コイル２２により、溝加工２１を施した主軸１５の透磁率変化を検出コイルの出力電圧変化（トルクの大きさに比例）として検出するようにした磁歪式センサを用いたものを使用するようにしている。

また、角度検出器３には、磁気式センサ、光学式センサ等の各種回転センサを用いたものを使用することができるが、本実施例においては、ロータ鉄心３１、ステータ鉄心３２及びステータコイル３３からなる磁気式センサ（商品名：多摩川精機社製アブソリュート角度検出器）を用いたものを使用するようにしている。

ところで、本実施例のトルクコントロールレンチ１Ａにおいては、締付トルク検出器２を本体１０に内蔵するとともに、角度検出器３を外付けで配設するようにしたが、締付トルク検出器２及び角度検出器３の配設位置はこれに限定されず、例えば、図２に示す変形実施例のトルクコントロールレンチ１Ｂのように、締付トルク検出器２及び角度検出器３を本体１０に内蔵するようにすることもできる。

また、本発明の手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置は、駆動源にエアーモータ１３を用いたトルクコントロールレンチ１Ａ、１Ｂに適用可能なほか、図３及び図４に示す変形実施例のような駆動源に電動モータ１３Ａを用いた電動モータ駆動式のトルクコントロールレンチ１Ｃ、１Ｄ（図３は、締付トルク検出器２を本体１０に内蔵するとともに、角度検出器３を外付けで配設するようにした例を、図４は、締付トルク検出器２及び角度検出器３を本体１０に内蔵するようにした例を示す。）等の手持ち式パルスツールにも同様に適用することができる。

そして、締付トルク検出器２及び角度検出器３によって検出した締付トルク及び主軸１５の回転角度の処理は、図５〜図７に示すように、締付トルク検出器２によって検出した締付トルクの値が予め設定した値（スナッグトルク）以上である間（図６に示すＴ２の間。ただし、この種の手持ち式パルスツールにおいては、主軸１５が回転してねじの締付が行われるのは、実際には、図６に示すＴ１の間である。）の主軸１５の回転角度を、締付終了まで繰り返し発生するパルス状の締付トルクにおいて積算し（図７参照）、この積算値をねじの締付角度として算出するようにする。
なお、この積算値の算出は、トルクコントロールレンチ１Ａに接続した制御装置（又はコンピュータ）（図示省略）によって、リアルタイムで自動的に行うようにする。

ここで、上記締付トルクの基準値となる予め設定した値（スナッグトルク）は、適宜任意の値に設定することができるが、通常、締め付ける作業を完了する締付トルクの１０〜３０％（本実施例においては、２５％）程度の値に設定するようにする。

このように、締付トルクの値が予め設定した値（スナッグトルク）以上である間の主軸１５の回転角度を、締付終了まで繰り返し発生するパルス状の締付トルクにおいて積算することにより、パルス状の締付トルクによって主軸１５が回転する角度だけをねじの締付角度として算出することが可能となることから、手ぶれやリバウンド等のノイズの影響を排除して正確なねじの締付角度の測定を行うことができる。

ところで、本実施例においては、締付トルク検出器２によって検出した締付トルクの値が予め設定した値（スナッグトルク）以上である間の主軸１５の回転角度を、締付終了まで繰り返し発生するパルス状の締付トルクにおいて積算し、この積算値をねじの締付角度として算出するようにしたが、これに代えて、締付トルク検出器によって検出した締付トルクの値が予め設定した値（スナッグトルク）以上となった時から予め設定した時間の間の主軸の回転角度を、締付終了まで繰り返し発生するパルス状の締付トルクにおいて積算し、この積算値をねじの締付角度として算出するようにすることもでき、これによっても、同様に、パルス状の締付トルクによって主軸１５が回転する角度だけをねじの締付角度として算出することが可能となることから、手ぶれやリバウンド等のノイズの影響を排除して正確なねじの締付角度の測定を行うことができる。
ここで、上記締付トルクの値が予め設定した値（スナッグトルク）以上となった時から予め設定した時間は、適宜任意の値に設定することができるが、通常、１個のパルス状の締付トルクの継続時間（図６に示すＴ３）の３０〜６０％（本実施例においては、４０％）程度の値に設定するようにする。

さらに、本実施例においては、締付トルク検出器２によって検出した締付トルクの値の単位時間当たりの変化量が、予め設定した値より小さいときの主軸１５の回転角度を、主軸の回転角度の積算値から除外するようにしている。
すなわち、この種の手持ち式パルスツールにおいては、ある程度主軸１５に負荷がかかり主軸１５が固定状態になっても、ツール本体は自由に回転（主軸１５を中心に回ったり、移動）してしまうため、このときのツール本体の回転角度をねじの締付角度と誤認識してしまい、この角度が積算値に加わって、締付角度として集計（積算）され、正確なねじの締付角度の測定を行うことができないおそれがある。
このような状況のとき、締付トルクの値の単位時間当たりの変化量を監視することで、ツールで締め付けた角度（図８に示すように、ツールで締め付けた場合の１個のパルス状の締付トルクの継続時間は２ｍｓ程度で、締付トルクの値の単位時間当たりの変化量が大きい）か、人がツール本体を回転することにより発生した角度（図８に示すように、締付トルクの値の単位時間当たりの変化量が小さい）かを判断し、正確にツールで締め付けた角度のみを積算するようにする。
具体的には、図９に示すように、予め設定された時間毎に締付トルク検出器２によって締付トルクの測定を行い、測定毎に締付トルクの値を比較する。±Ｘ（締付トルクの値の基準変化幅）は予め設定された値で、基準値と最新の締付トルクの値との比較を行い、そのトルクの値の差が±Ｘより小さい場合は、ツールによる締付作業とは認識しないで、締付角度が計測されても積算対象とはしない。このとき、最新の締付トルクの値を新しい基準値として更新する。そして、図９の（Ｅ）から（Ｆ）に示すように、基準値（Ｅ）と最新の締付トルクの値（Ｆ）との比較を行い、そのトルクの値の差が±Ｘより大きい場合は、ツールによる締付作業と認識し、計測した締付角度を積算対象とする。
なお、この場合も、締付トルク検出器２によって検出した締付トルクの値が予め設定した値（スナッグトルク）以上である条件を満たすことが前提となる。
これにより、締付トルクの値の単位時間当たりの変化量が小さく現れる手ぶれやリバウンド等のノイズを確実に除外することができ、これにより、一層正確なねじの締付角度の測定を行うことができる。

以上、本発明の手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置は、手ぶれやリバウンド等のノイズの影響を排除して正確なねじの締付角度の測定を行うことを可能となることから、高精度のねじの締付精度を要求されるトルクコントロールレンチ等の手持ち式パルスツールの用途に好適に用いることができる。

本発明の手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置を適用したトルクコントロールレンチの一実施例を示す説明図である。 本発明の手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置を適用したトルクコントロールレンチの変形実施例を示す説明図である。 本発明の手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置を適用したトルクコントロールレンチの変形実施例を示す説明図である。 本発明の手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置を適用したトルクコントロールレンチの変形実施例を示す説明図である。 パルスツールの締付波形の説明図である。 同拡大図である。 パルスツールの締付波形と主軸の回転角度との関係を示す説明図である。 工具と人による締付トルクの値の変化の状態を示す説明図である。 締付トルクの値の単位時間当たりの変化量を示す説明図である。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ トルクコントロールレンチ（手持ち式パルスツール）
１１ メインバルブ
１２ 操作レバー
１３ エアーモータ（モータ）
１３Ａ 電動モータ（モータ）
１４ 打撃トルク発生装置
１５ 出力軸
２ 締付トルク検出器
３ 角度検出器

Claims (3)

1. モータと、該モータにより駆動され、パルス状のトルクを主軸に与える打撃トルク発生装置とを備えた手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置であって、前記パルスツールに、締付トルクを検出する締付トルク検出器及び主軸の回転角度を検出する角度検出器を配設して、締付トルク及び主軸の回転角度を検出するとともに、前記締付トルク検出器によって検出した締付トルクの値が予め設定した値以上である間の主軸の回転角度を、締付終了まで繰り返し発生するパルス状の締付トルクにおいて積算し、該積算値をねじの締付角度として算出するようにしたことを特徴とする手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置。
2. モータと、該モータにより駆動され、パルス状のトルクを主軸に与える打撃トルク発生装置とを備えた手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置であって、前記パルスツールに、締付トルクを検出する締付トルク検出器及び主軸の回転角度を検出する角度検出器を配設して、締付トルク及び主軸の回転角度を検出するとともに、前記締付トルク検出器によって検出した締付トルクの値が予め設定した値以上となった時から予め設定した時間の間の主軸の回転角度を、締付終了まで繰り返し発生するパルス状の締付トルクにおいて積算し、該積算値をねじの締付角度として算出するようにしたことを特徴とする手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置。
3. 締付トルク検出器によって検出した締付トルクの値の単位時間当たりの変化量が、予め設定した値より小さいときの主軸の回転角度を、主軸の回転角度の積算値から除外するようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置。

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