JP2007167959A - ねじ締め制御方法、および衝撃式動力ねじ締め工具 - Google Patents
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Abstract
【課題】少ない部品点数で構成する衝撃式動力ねじ締め工具および制御方法を提供すること。
【解決手段】本発明は、回転駆動される発生側衝撃部材が被駆動軸側へ衝撃力を与えるように構成された衝撃式動力ねじ締め工具1において、発生側衝撃部材が被駆動軸側へ衝撃力を与えて発生側衝撃部材の角速度が変化したときの角加速度を検出する検出手段81a、81bと、角加速度に基づいて発生側衝撃部材から被駆動軸へ伝達される衝撃トルクを算出する算出手段13と、算出した衝撃トルクに基づいてねじ締め制御を行う制御手段13とを具備したことを特徴としている。
【選択図】 図1
【解決手段】本発明は、回転駆動される発生側衝撃部材が被駆動軸側へ衝撃力を与えるように構成された衝撃式動力ねじ締め工具1において、発生側衝撃部材が被駆動軸側へ衝撃力を与えて発生側衝撃部材の角速度が変化したときの角加速度を検出する検出手段81a、81bと、角加速度に基づいて発生側衝撃部材から被駆動軸へ伝達される衝撃トルクを算出する算出手段13と、算出した衝撃トルクに基づいてねじ締め制御を行う制御手段13とを具備したことを特徴としている。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ねじ締め制御方法に関するものであり、特には、トルクによる制御方法およびその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、ねじ締め装置としては、インパクトレンチが広く使用されている。このようなインパクトレンチにおいては、エアモータ等の動力源によって回転部材を回転駆動し、前記回転部材でアンビル等の被駆動軸側の部材を打撃して回転運動エネルギーを被駆動軸を介して被締結部材であるねじ側に伝達するように構成されている。
このようなインパクトレンチにおけるねじ締め制御方法を、出願人は特願2001-124526(特開2002-321165)等において提案した。
また、実開昭62-110873(特許文献1)においては、特殊なクラッチ機構を採用して、一定の回転角度ではなくて任意の回転角度の間に加速した回転部材を被駆動軸側と結合するように構成したねじ締結工具が提案されている。
前記特許文献1で提案されたねじ締結工具は、回転部材の慣性モーメントに着目したものであって、前記特許文献1の第5頁においては、被駆動軸側へ伝達するタイミングを回転部材の回転角速度の大きさによって選定するならば、ねじの締め付けに伝達する仕事量を加減調節することも可能になることが開示されている。
【0003】
【特許文献1】
実開昭62-110873
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、実開昭62-110873において提案されたねじ締結工具は、構造が複雑で部品点数が多くなるため、故障が発生しやすいという問題や、製造費が高くなるという問題があった。
【0005】
そこで、本発明は、少ない部品点数で構成する衝撃式動力ねじ締め工具および制御方法の提供を目的としてなされたものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる請求項1の衝撃式動力ねじ締め制御方法は、
回転駆動される発生側衝撃部材が被駆動軸側へ衝撃力を与えるように構成された衝撃式動力ねじ締め工具におけるねじ締め制御方法において、
発生側衝撃部材が被駆動軸側へ打撃力を与えて発生側衝撃部材の角速度が変化したときの角加速度に基づいて発生側衝撃部材から被駆動軸へ伝達される衝撃トルクを算出し、
算出した衝撃トルクに基づいてねじ締め制御を行うように構成したことを特徴としている。
【0007】
請求項2の衝撃式動力ねじ締め工具は、
回転駆動される発生側衝撃部材が被駆動軸側へ衝撃力を与えるように構成された衝撃式動力ねじ締め工具において、
発生側衝撃部材が被駆動軸側へ衝撃力を与えて発生側衝撃部材の角速度が変化したときの角加速度を検出する検出手段と、
角加速度に基づいて発生側衝撃部材から被駆動軸へ伝達される衝撃トルクを算出する算出手段と、
算出した衝撃トルクに基づいてねじ締め制御を行う制御手段と
を具備したことを特徴としている。
【0008】
本発明でいうところの衝撃式動力ねじ締め工具とは、インパクトレンチ、オイルパルスレンチ、動力を用いたその他の衝撃式のねじ締め工具を指している。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態に用いる衝撃式動力ねじ締め工具および制御方法を図面に基づいて詳細に説明する。
【0010】
図1は本発明に用いる衝撃式動力ねじ締め工具の一例として、衝撃時にリバウンドを生じるレンチであるインパクトレンチの要部の縦断側面図である。
【0011】
図中において、
1は本発明に用いるインパクトレンチ、2はこのインパクトレンチ1の内部に設けられたエアモータ、3はこのエアモータ2のロータ、31はこのロータ3の駆動軸、4はこの駆動軸31の前端に一体に連結された回転円筒部材である。この回転円筒部材の円板形状の後壁板4aにおける中心部は四角の凹凸の嵌め合わせ構造によって前記駆動軸31に一体に連結されている。
【0012】
なお、前記エアモータ2は、公知のように、外部から空気供給通路(図示せず)を通じて圧縮空気を供給し、操作レバー20及び切替えレバー21を操作することによって、圧縮空気により右方向又は左方向に高速回転させられる構成となっている。そして、公知のように、エアモータ2のロータ3の回転によって、その駆動軸31を介し一体的に回転する回転円筒部材4の回転力を後述する打撃力伝達機構5を介して、前方に突出させられたアンビルと称される被駆動軸6に伝達することにより、この被駆動軸6の先端に取り付けたソケット体(図示せず)に装着したねじを締付けるように構成されている。
【0013】
前記被駆動軸6の後部は大径の胴体部6aに形成され、この胴体部6aは前記回転円筒部材4の中心部に設けられている。回転円筒部材4は前記被駆動軸6の胴体部6aの回りを回転して、上述したように打撃力伝達機構5を介してその回転力を被駆動軸6に伝達するように構成されている。
この打撃力伝達機構5は、回転円筒部材4の内周面の適所に内方に向かって突出した打撃突起と、被駆動軸6の胴体部6a上に形成した半円形状の支持溝に左右揺動自在に支持されたアンビル片とからなり、このアンビル片を左右方向に傾けた状態にしてこのアンビル片の上向き一側端面に上記打撃突起を衝突させることにより、回転円筒部材4の回転力を被駆動軸6側に伝達するように構成されている。
【0014】
なお、このようなインパクトレンチの構造は既知のものであるので、詳しい説明は省略する。
【0015】
図1に示したように、前記回転円筒部材4の後端部外周面には所定数の歯71aが設けられた歯車体からなる検出回転体71が一体に固着されている。一方、この検出回転体71に対向して非回転側であるケーシング1bの内周面に、周方向に一定の間隔を存して半導体磁気抵抗素子からなる一対の検出センサ81a、81bが取り付けられている。そして、検出回転体71の回転を検出センサ81a、81bによって検出し、その出力信号を検出センサ81a、81bに電気的に接続した入力回路10に入力するように構成されている。
【0016】
入力回路10に入力された検出センサ(検出センサ81a、81b)からの信号は、さらに、増幅部11、波形成形部12を介して制御部13に入力されている。
制御部13は、中央演算部131、ねじ締付け完了検出部、電磁弁制御部135を含んでおり、電磁弁制御部135からの制御信号は出力回路17を介して圧縮空気供給ホース18中に設けられている電磁弁19に接続されている。
【0017】
なお、図1の構成に代えて、図5に示したように、周方向に一定間隔毎にスリットまたは光反射体を設けた円板体からなる検出回転体7'と通過スリット数または光反射数を検出するフォトインタラプタ等の一組の光検出センサ8a',8b'を用いてもよい。
【0018】
また、ロータ3と回転円筒部材4とが一体的に回転する構造の場合には、図6に示すように、検出回転体71をエアモータ2のロータ3の軸端部に一体になるように設けてもよい。これ以外にも、ロータ3から回転円筒部材4までの間であって、ロータ3および回転円筒部材4と一体的に回転する回転軸部であれば、どの位置に設けることも可能である。
【0019】
なお、前記インパクトレンチ1は、特許請求の範囲に記載された衝撃式動力ねじ締め工具に相当する構成であり、前記ロータ3と回転円筒部材4は、特許請求の範囲に記載された発生側衝撃部材に相当する構成であり、前記検出センサ81a、81b、8a’、8b’は、特許請求の範囲に記載された検出手段に相当する構成であり、前記制御部13は、特許請求の範囲に記載された算出手段、制御手段に相当する構成である。また、特許請求の範囲に記載された機能を備えたものであれば、ソフトウエアで実現してもハードウエアで実現しても、両者の混在で実現してもよい。
【0020】
以上の構成においては、入力回路10から出力回路17に至るまでの電気部品はインパクトレンチ外に設けられた制御器(図示せず)内に設けられている。
また、前記制御器と電磁弁19はインパクトレンチ内に内蔵することもできる。また、電磁弁19と電磁弁制御部135は電磁弁19以外の圧縮空気供給停止装置とそれに適した制御部を用いてもよい。
【0021】
回転円筒部材4が被駆動軸6に衝撃を与えるときの、回転円筒部材4の角速度の変化を図2の(a)に示して、本発明を説明する。
図2の(a)に示したように、例えば右回転方向(回転円筒部材4側から被駆動軸6側を見た場合の時計回り方向)の角速度を縦軸の正の方向に取って、横軸を時間軸とした場合、t0で衝突が始まって角速度がω1から減少し始め、Pで示したように、t1で角速度は一旦0となり、この時点でこのサイクルにおけるねじの締め付けは終了する。その後、回転円筒部材4はリバウンドを開始するので、角速度は負の値となる。
さらに、t2で角速度は左回転方向の最大値となり、その後も角速度が減少しながらリバウンドが続くが、t3でリバウンドが終了し角速度が0になった後、角速度は正の値となって増加し始め、次の衝突に向かう。
【0022】
以上の場合において、角加速度βは衝撃力を与えた時間に対する角速度の変化で得られるので、
β=(ω1−ω2)/Δt (但し、Δt=t1−t0) (1)
と表すことができ、Δtは打撃開始のt0から打撃終了のt1までとするのが良い。その理由は、t1時点で打撃を終了するからである。また、図2(a)に示すように、衝撃レンチ(インパクトレンチ)がリバウンドする場合はω2=0となる。
回転円筒部材の角速度が以上のように変化する場合、角加速度に、回転円筒部材4とロータ3の慣性モーメントを合計した値を乗算した値(これを発生衝撃トルクTgと呼ぶ。)は、t0で0から増加し始め、t1で最大値となり、打撃を終了した後、再び減少して0となる。その傾向は、図2(b)に示したように、実験的に被駆動軸6に歪ゲージを貼って実測した場合の被駆動軸6の受け取り衝撃トルク(Tr)とよく一致している。
このとき、発生衝撃トルクTgを、
Tg=I×β(但し、Iは回転円筒部材4とロータ3の慣性モーメントを合計した値) (2)
として計算する。
【0023】
以上の様にして算出した発生衝撃トルクTgは被駆動軸6へ伝達される。被駆動軸6へ伝達される受け取り衝撃トルクTrは前記発生衝撃トルクTgと相関関係がある。
この相関関係を、
Tr=F(Tg) (3)
と表す。このような相関関係は、実験により、図7に示したように、予め知ることができる。
さらに、ねじに与えられた衝撃トルクは前記受け取り衝撃トルクTrと等しいと考えることができる。そして、各打撃ごとにねじに与えられた衝撃トルクの値の大きさは軸力と相関関係がある。
図7において、横軸には軸力を示し、縦軸に発生衝撃トルクと受け取り衝撃トルク(被駆動軸に歪みゲージを貼って実測した。)を示している。この相関関係は、多項式で近似して表現することができる。
【0024】
従って、回転円筒部材4の衝撃を与える直前の角速度をω1、与えた直後の最小角速度をω2(但し、リバウンドが発生した場合にはω2=0とする。)とし、衝撃力を与える時間をΔtとすると、上記式(1)、(2)、(3)を用いることにより、予め得られている回転円筒部材4とロータ3の慣性モーメントを合計した値Iと、受け取り衝撃トルクTrと発生衝撃トルクTgとの相関関係に基づいて、被駆動軸6の受け取り衝撃トルクTrを算出することができる。
従って、このようにして算出する受け取り衝撃トルクTrによってねじ締め制御が可能となるのである。
【0025】
なお、以上の説明においては、ロータと回転円筒部材とが一体的に回転する構造のインパクトレンチの場合を例にとって説明したが、図8に示した構造のインパクトレンチ800の場合のように、回転円筒部材に相当する打撃ホイールがロータと一体的には回転しない構造のインパクトレンチの場合も本願の特許請求の範囲に含まれるものである。
図8の構造のインパクトレンチは、例えばUS.PAT2,160,150に開示されている公知の構造に、図1の検出回転体71及び検出センサ81a、81bと同様の構成を具備したものである。
【0026】
図8において、
モータのロータ810の回転力は遊星歯車減速装置820で減速され、出力軸830を回す。該出力軸830と打撃ホイール840との間にはボール850を介在させた進退/回転伝達クラッチ機構860が形成されている。
進退/回転伝達クラッチ機構860の要部の斜視図を示した図9において、打撃ホイール840の前部にはアンビル880に形成された腕881と係合し、また、打撃するための突起841が形成されている。
前記進退/回転伝達クラッチ機構860は、図10の(a)、(b)、(c)に示したように、該出力軸830の外周面に形成された溝831と、打撃ホイール840の内周面に形成された溝842と、前記両方の溝をかみ合わせるボール850と、打撃ホイール840をアンビル880側へ付勢するバネ870(図8参照)とで構成されている。
そして、図10の(c)に示したように、出力軸830の溝831と、打撃ホイール840の溝842とが、ボール850によってかみ合わされている。
【0027】
上記構成によって、ロータ810が連続的に回転するとき、バネ870を押し縮めながら、アンビル880と係合して回転が抑止されている打撃ホイール840をロータ810側へ引き寄せる後退工程と、打撃ホイール840をロータ810側へ引き寄せて打撃ホイール840とアンビル880との係合が解除された後には、打撃ホイール840を回転させながら前記バネ870によってアンビル880側へ進出させる加速工程と、加速した打撃ホイール840でアンビル880を打撃する打撃工程とを実現するように構成されている。
前記後退工程における溝とボールの状態を図10の(d)に示し、アンビル880と打撃ホイール840との関係を図11の(a)に示した。
前記加速工程における打撃ホイール840とアンビル880との関係を図11の(b)に示した。
前記打撃工程における打撃ホイール840とアンビル880との関係を図11の(c)に示した。
【0028】
上記構成のインパクトレンチ800の場合には、打撃ホイール840の外周面に歯を形成することによって検出回転体890を構成し、前記検出回転体890に対応するケーシングの所定位置に検出センサ891を設けた。
検出センサ891から出力される出力信号は図1の場合と同様の回路構成で処理するため、その説明は省略する。
【0029】
なお、前記インパクトレンチ800は、特許請求の範囲に記載された衝撃式動力ねじ締め工具に相当する構成であり、前記打撃ホイール840は、特許請求の範囲に記載された発生側衝撃部材に相当する構成であり、前記検出センサ891は、特許請求の範囲に記載された検出手段に相当する構成である。
そして、上記構成のインパクトレンチ800の場合には、前述した式(2)における慣性モーメントIは、打撃ホイール840のみの慣性モーメントとする。
【0030】
以上の説明においては、リバウンドが発生するインパクトレンチの場合について説明したが、図3に示したようなオイルパルスレンチの場合にはリバウンドが発生する場合と、発生しない場合とがある。
図3において、91はモータのロータであり、92はオイルシリンダである。他の部材は、図1と同様であるためそれらの説明は省く。
【0031】
図3に示したオイルパルスレンチにおいてリバウンドが発生しない場合には、衝撃を与えた直後の最小角速度ω2は、図4の(a)に示したようになる。
そして、オイルシリンダ92の衝撃を与える直前(角速度=ω1)から、与えた直後(最小角速度=ω2)までの衝撃力を与えた時間はΔtで示される。
また、リバウンドが発生した場合には、衝撃を与えた直後の最小角速度ω2をω2=0とし、衝撃力を与えた時間Δtは図4の(b)のように示される。
【0032】
なお、リバウンドが発生するかしないかは角速度の符号が反転するか否かで検出できるので、角速度の符号が反転した場合には最小角速度ω2を0とする。
【0033】
【発明の効果】
以上のように、本発明のねじ締め制御方法、及び衝撃式動力ねじ締め工具によれば、部品点数が少なくでき、製造コストを抑制できるとともに、故障の発生を抑制して、信頼性の高いねじ締め制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる衝撃式動力ねじ締め工具の実施の形態の構成を示した構成図である。
【図2】前記衝撃式動力ねじ締め工具における角速度と受け取り衝撃トルクのグラフである。
【図3】オイルパルスレンチの構成図である。
【図4】前記オイルパルスレンチにおける角速度の種々のパターンのグラフである。
【図5】検出手段の他の形態を示す斜視図である。
【図6】検出手段の他の形態を示す説明図である。
【図7】前記衝撃式動力ねじ締め工具における発生衝撃トルク及び受け取り衝撃トルクと、軸力との相関関係を示したグラフである。
【図8】本発明にかかる衝撃式動力ねじ締め工具の他の実施の形態の構成を示した構成図である。
【図9】図8に示した衝撃式動力ねじ締め工具の説明図である。
【図10】図8に示した衝撃式動力ねじ締め工具の説明図である。
【図11】図8に示した衝撃式動力ねじ締め工具の説明図である。
【符号の説明】
1 衝撃式動力ねじ締め工具、インパクトレンチ
3 発生側衝撃部材、ロータ
4 発生側衝撃部材、回転円筒部材
6 被駆動軸
81a、81b、8a’、8b’ 検出手段、センサ
13 算出手段、制御手段、制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ねじ締め制御方法に関するものであり、特には、トルクによる制御方法およびその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、ねじ締め装置としては、インパクトレンチが広く使用されている。このようなインパクトレンチにおいては、エアモータ等の動力源によって回転部材を回転駆動し、前記回転部材でアンビル等の被駆動軸側の部材を打撃して回転運動エネルギーを被駆動軸を介して被締結部材であるねじ側に伝達するように構成されている。
このようなインパクトレンチにおけるねじ締め制御方法を、出願人は特願2001-124526(特開2002-321165)等において提案した。
また、実開昭62-110873(特許文献1)においては、特殊なクラッチ機構を採用して、一定の回転角度ではなくて任意の回転角度の間に加速した回転部材を被駆動軸側と結合するように構成したねじ締結工具が提案されている。
前記特許文献1で提案されたねじ締結工具は、回転部材の慣性モーメントに着目したものであって、前記特許文献1の第5頁においては、被駆動軸側へ伝達するタイミングを回転部材の回転角速度の大きさによって選定するならば、ねじの締め付けに伝達する仕事量を加減調節することも可能になることが開示されている。
【0003】
【特許文献1】
実開昭62-110873
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、実開昭62-110873において提案されたねじ締結工具は、構造が複雑で部品点数が多くなるため、故障が発生しやすいという問題や、製造費が高くなるという問題があった。
【0005】
そこで、本発明は、少ない部品点数で構成する衝撃式動力ねじ締め工具および制御方法の提供を目的としてなされたものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる請求項1の衝撃式動力ねじ締め制御方法は、
回転駆動される発生側衝撃部材が被駆動軸側へ衝撃力を与えるように構成された衝撃式動力ねじ締め工具におけるねじ締め制御方法において、
発生側衝撃部材が被駆動軸側へ打撃力を与えて発生側衝撃部材の角速度が変化したときの角加速度に基づいて発生側衝撃部材から被駆動軸へ伝達される衝撃トルクを算出し、
算出した衝撃トルクに基づいてねじ締め制御を行うように構成したことを特徴としている。
【0007】
請求項2の衝撃式動力ねじ締め工具は、
回転駆動される発生側衝撃部材が被駆動軸側へ衝撃力を与えるように構成された衝撃式動力ねじ締め工具において、
発生側衝撃部材が被駆動軸側へ衝撃力を与えて発生側衝撃部材の角速度が変化したときの角加速度を検出する検出手段と、
角加速度に基づいて発生側衝撃部材から被駆動軸へ伝達される衝撃トルクを算出する算出手段と、
算出した衝撃トルクに基づいてねじ締め制御を行う制御手段と
を具備したことを特徴としている。
【0008】
本発明でいうところの衝撃式動力ねじ締め工具とは、インパクトレンチ、オイルパルスレンチ、動力を用いたその他の衝撃式のねじ締め工具を指している。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態に用いる衝撃式動力ねじ締め工具および制御方法を図面に基づいて詳細に説明する。
【0010】
図1は本発明に用いる衝撃式動力ねじ締め工具の一例として、衝撃時にリバウンドを生じるレンチであるインパクトレンチの要部の縦断側面図である。
【0011】
図中において、
1は本発明に用いるインパクトレンチ、2はこのインパクトレンチ1の内部に設けられたエアモータ、3はこのエアモータ2のロータ、31はこのロータ3の駆動軸、4はこの駆動軸31の前端に一体に連結された回転円筒部材である。この回転円筒部材の円板形状の後壁板4aにおける中心部は四角の凹凸の嵌め合わせ構造によって前記駆動軸31に一体に連結されている。
【0012】
なお、前記エアモータ2は、公知のように、外部から空気供給通路(図示せず)を通じて圧縮空気を供給し、操作レバー20及び切替えレバー21を操作することによって、圧縮空気により右方向又は左方向に高速回転させられる構成となっている。そして、公知のように、エアモータ2のロータ3の回転によって、その駆動軸31を介し一体的に回転する回転円筒部材4の回転力を後述する打撃力伝達機構5を介して、前方に突出させられたアンビルと称される被駆動軸6に伝達することにより、この被駆動軸6の先端に取り付けたソケット体(図示せず)に装着したねじを締付けるように構成されている。
【0013】
前記被駆動軸6の後部は大径の胴体部6aに形成され、この胴体部6aは前記回転円筒部材4の中心部に設けられている。回転円筒部材4は前記被駆動軸6の胴体部6aの回りを回転して、上述したように打撃力伝達機構5を介してその回転力を被駆動軸6に伝達するように構成されている。
この打撃力伝達機構5は、回転円筒部材4の内周面の適所に内方に向かって突出した打撃突起と、被駆動軸6の胴体部6a上に形成した半円形状の支持溝に左右揺動自在に支持されたアンビル片とからなり、このアンビル片を左右方向に傾けた状態にしてこのアンビル片の上向き一側端面に上記打撃突起を衝突させることにより、回転円筒部材4の回転力を被駆動軸6側に伝達するように構成されている。
【0014】
なお、このようなインパクトレンチの構造は既知のものであるので、詳しい説明は省略する。
【0015】
図1に示したように、前記回転円筒部材4の後端部外周面には所定数の歯71aが設けられた歯車体からなる検出回転体71が一体に固着されている。一方、この検出回転体71に対向して非回転側であるケーシング1bの内周面に、周方向に一定の間隔を存して半導体磁気抵抗素子からなる一対の検出センサ81a、81bが取り付けられている。そして、検出回転体71の回転を検出センサ81a、81bによって検出し、その出力信号を検出センサ81a、81bに電気的に接続した入力回路10に入力するように構成されている。
【0016】
入力回路10に入力された検出センサ(検出センサ81a、81b)からの信号は、さらに、増幅部11、波形成形部12を介して制御部13に入力されている。
制御部13は、中央演算部131、ねじ締付け完了検出部、電磁弁制御部135を含んでおり、電磁弁制御部135からの制御信号は出力回路17を介して圧縮空気供給ホース18中に設けられている電磁弁19に接続されている。
【0017】
なお、図1の構成に代えて、図5に示したように、周方向に一定間隔毎にスリットまたは光反射体を設けた円板体からなる検出回転体7'と通過スリット数または光反射数を検出するフォトインタラプタ等の一組の光検出センサ8a',8b'を用いてもよい。
【0018】
また、ロータ3と回転円筒部材4とが一体的に回転する構造の場合には、図6に示すように、検出回転体71をエアモータ2のロータ3の軸端部に一体になるように設けてもよい。これ以外にも、ロータ3から回転円筒部材4までの間であって、ロータ3および回転円筒部材4と一体的に回転する回転軸部であれば、どの位置に設けることも可能である。
【0019】
なお、前記インパクトレンチ1は、特許請求の範囲に記載された衝撃式動力ねじ締め工具に相当する構成であり、前記ロータ3と回転円筒部材4は、特許請求の範囲に記載された発生側衝撃部材に相当する構成であり、前記検出センサ81a、81b、8a’、8b’は、特許請求の範囲に記載された検出手段に相当する構成であり、前記制御部13は、特許請求の範囲に記載された算出手段、制御手段に相当する構成である。また、特許請求の範囲に記載された機能を備えたものであれば、ソフトウエアで実現してもハードウエアで実現しても、両者の混在で実現してもよい。
【0020】
以上の構成においては、入力回路10から出力回路17に至るまでの電気部品はインパクトレンチ外に設けられた制御器(図示せず)内に設けられている。
また、前記制御器と電磁弁19はインパクトレンチ内に内蔵することもできる。また、電磁弁19と電磁弁制御部135は電磁弁19以外の圧縮空気供給停止装置とそれに適した制御部を用いてもよい。
【0021】
回転円筒部材4が被駆動軸6に衝撃を与えるときの、回転円筒部材4の角速度の変化を図2の(a)に示して、本発明を説明する。
図2の(a)に示したように、例えば右回転方向(回転円筒部材4側から被駆動軸6側を見た場合の時計回り方向)の角速度を縦軸の正の方向に取って、横軸を時間軸とした場合、t0で衝突が始まって角速度がω1から減少し始め、Pで示したように、t1で角速度は一旦0となり、この時点でこのサイクルにおけるねじの締め付けは終了する。その後、回転円筒部材4はリバウンドを開始するので、角速度は負の値となる。
さらに、t2で角速度は左回転方向の最大値となり、その後も角速度が減少しながらリバウンドが続くが、t3でリバウンドが終了し角速度が0になった後、角速度は正の値となって増加し始め、次の衝突に向かう。
【0022】
以上の場合において、角加速度βは衝撃力を与えた時間に対する角速度の変化で得られるので、
β=(ω1−ω2)/Δt (但し、Δt=t1−t0) (1)
と表すことができ、Δtは打撃開始のt0から打撃終了のt1までとするのが良い。その理由は、t1時点で打撃を終了するからである。また、図2(a)に示すように、衝撃レンチ(インパクトレンチ)がリバウンドする場合はω2=0となる。
回転円筒部材の角速度が以上のように変化する場合、角加速度に、回転円筒部材4とロータ3の慣性モーメントを合計した値を乗算した値(これを発生衝撃トルクTgと呼ぶ。)は、t0で0から増加し始め、t1で最大値となり、打撃を終了した後、再び減少して0となる。その傾向は、図2(b)に示したように、実験的に被駆動軸6に歪ゲージを貼って実測した場合の被駆動軸6の受け取り衝撃トルク(Tr)とよく一致している。
このとき、発生衝撃トルクTgを、
Tg=I×β(但し、Iは回転円筒部材4とロータ3の慣性モーメントを合計した値) (2)
として計算する。
【0023】
以上の様にして算出した発生衝撃トルクTgは被駆動軸6へ伝達される。被駆動軸6へ伝達される受け取り衝撃トルクTrは前記発生衝撃トルクTgと相関関係がある。
この相関関係を、
Tr=F(Tg) (3)
と表す。このような相関関係は、実験により、図7に示したように、予め知ることができる。
さらに、ねじに与えられた衝撃トルクは前記受け取り衝撃トルクTrと等しいと考えることができる。そして、各打撃ごとにねじに与えられた衝撃トルクの値の大きさは軸力と相関関係がある。
図7において、横軸には軸力を示し、縦軸に発生衝撃トルクと受け取り衝撃トルク(被駆動軸に歪みゲージを貼って実測した。)を示している。この相関関係は、多項式で近似して表現することができる。
【0024】
従って、回転円筒部材4の衝撃を与える直前の角速度をω1、与えた直後の最小角速度をω2(但し、リバウンドが発生した場合にはω2=0とする。)とし、衝撃力を与える時間をΔtとすると、上記式(1)、(2)、(3)を用いることにより、予め得られている回転円筒部材4とロータ3の慣性モーメントを合計した値Iと、受け取り衝撃トルクTrと発生衝撃トルクTgとの相関関係に基づいて、被駆動軸6の受け取り衝撃トルクTrを算出することができる。
従って、このようにして算出する受け取り衝撃トルクTrによってねじ締め制御が可能となるのである。
【0025】
なお、以上の説明においては、ロータと回転円筒部材とが一体的に回転する構造のインパクトレンチの場合を例にとって説明したが、図8に示した構造のインパクトレンチ800の場合のように、回転円筒部材に相当する打撃ホイールがロータと一体的には回転しない構造のインパクトレンチの場合も本願の特許請求の範囲に含まれるものである。
図8の構造のインパクトレンチは、例えばUS.PAT2,160,150に開示されている公知の構造に、図1の検出回転体71及び検出センサ81a、81bと同様の構成を具備したものである。
【0026】
図8において、
モータのロータ810の回転力は遊星歯車減速装置820で減速され、出力軸830を回す。該出力軸830と打撃ホイール840との間にはボール850を介在させた進退/回転伝達クラッチ機構860が形成されている。
進退/回転伝達クラッチ機構860の要部の斜視図を示した図9において、打撃ホイール840の前部にはアンビル880に形成された腕881と係合し、また、打撃するための突起841が形成されている。
前記進退/回転伝達クラッチ機構860は、図10の(a)、(b)、(c)に示したように、該出力軸830の外周面に形成された溝831と、打撃ホイール840の内周面に形成された溝842と、前記両方の溝をかみ合わせるボール850と、打撃ホイール840をアンビル880側へ付勢するバネ870(図8参照)とで構成されている。
そして、図10の(c)に示したように、出力軸830の溝831と、打撃ホイール840の溝842とが、ボール850によってかみ合わされている。
【0027】
上記構成によって、ロータ810が連続的に回転するとき、バネ870を押し縮めながら、アンビル880と係合して回転が抑止されている打撃ホイール840をロータ810側へ引き寄せる後退工程と、打撃ホイール840をロータ810側へ引き寄せて打撃ホイール840とアンビル880との係合が解除された後には、打撃ホイール840を回転させながら前記バネ870によってアンビル880側へ進出させる加速工程と、加速した打撃ホイール840でアンビル880を打撃する打撃工程とを実現するように構成されている。
前記後退工程における溝とボールの状態を図10の(d)に示し、アンビル880と打撃ホイール840との関係を図11の(a)に示した。
前記加速工程における打撃ホイール840とアンビル880との関係を図11の(b)に示した。
前記打撃工程における打撃ホイール840とアンビル880との関係を図11の(c)に示した。
【0028】
上記構成のインパクトレンチ800の場合には、打撃ホイール840の外周面に歯を形成することによって検出回転体890を構成し、前記検出回転体890に対応するケーシングの所定位置に検出センサ891を設けた。
検出センサ891から出力される出力信号は図1の場合と同様の回路構成で処理するため、その説明は省略する。
【0029】
なお、前記インパクトレンチ800は、特許請求の範囲に記載された衝撃式動力ねじ締め工具に相当する構成であり、前記打撃ホイール840は、特許請求の範囲に記載された発生側衝撃部材に相当する構成であり、前記検出センサ891は、特許請求の範囲に記載された検出手段に相当する構成である。
そして、上記構成のインパクトレンチ800の場合には、前述した式(2)における慣性モーメントIは、打撃ホイール840のみの慣性モーメントとする。
【0030】
以上の説明においては、リバウンドが発生するインパクトレンチの場合について説明したが、図3に示したようなオイルパルスレンチの場合にはリバウンドが発生する場合と、発生しない場合とがある。
図3において、91はモータのロータであり、92はオイルシリンダである。他の部材は、図1と同様であるためそれらの説明は省く。
【0031】
図3に示したオイルパルスレンチにおいてリバウンドが発生しない場合には、衝撃を与えた直後の最小角速度ω2は、図4の(a)に示したようになる。
そして、オイルシリンダ92の衝撃を与える直前(角速度=ω1)から、与えた直後(最小角速度=ω2)までの衝撃力を与えた時間はΔtで示される。
また、リバウンドが発生した場合には、衝撃を与えた直後の最小角速度ω2をω2=0とし、衝撃力を与えた時間Δtは図4の(b)のように示される。
【0032】
なお、リバウンドが発生するかしないかは角速度の符号が反転するか否かで検出できるので、角速度の符号が反転した場合には最小角速度ω2を0とする。
【0033】
【発明の効果】
以上のように、本発明のねじ締め制御方法、及び衝撃式動力ねじ締め工具によれば、部品点数が少なくでき、製造コストを抑制できるとともに、故障の発生を抑制して、信頼性の高いねじ締め制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる衝撃式動力ねじ締め工具の実施の形態の構成を示した構成図である。
【図2】前記衝撃式動力ねじ締め工具における角速度と受け取り衝撃トルクのグラフである。
【図3】オイルパルスレンチの構成図である。
【図4】前記オイルパルスレンチにおける角速度の種々のパターンのグラフである。
【図5】検出手段の他の形態を示す斜視図である。
【図6】検出手段の他の形態を示す説明図である。
【図7】前記衝撃式動力ねじ締め工具における発生衝撃トルク及び受け取り衝撃トルクと、軸力との相関関係を示したグラフである。
【図8】本発明にかかる衝撃式動力ねじ締め工具の他の実施の形態の構成を示した構成図である。
【図9】図8に示した衝撃式動力ねじ締め工具の説明図である。
【図10】図8に示した衝撃式動力ねじ締め工具の説明図である。
【図11】図8に示した衝撃式動力ねじ締め工具の説明図である。
【符号の説明】
1 衝撃式動力ねじ締め工具、インパクトレンチ
3 発生側衝撃部材、ロータ
4 発生側衝撃部材、回転円筒部材
6 被駆動軸
81a、81b、8a’、8b’ 検出手段、センサ
13 算出手段、制御手段、制御部
Claims (2)
- 回転駆動される発生側衝撃部材が被駆動軸側へ衝撃力を与えるように構成された衝撃式動力ねじ締め工具におけるねじ締め制御方法において、
発生側衝撃部材が被駆動軸側へ打撃力を与えて発生側衝撃部材の角速度が変化したときの角加速度に基づいて発生側衝撃部材から被駆動軸へ伝達される衝撃トルクを算出し、
算出した衝撃トルクに基づいてねじ締め制御を行うように構成したことを特徴とするねじ締め制御方法。 - 回転駆動される発生側衝撃部材が被駆動軸側へ衝撃力を与えるように構成された衝撃式動力ねじ締め工具において、
発生側衝撃部材が被駆動軸側へ衝撃力を与えて発生側衝撃部材の角速度が変化したときの角加速度を検出する検出手段と、
角加速度に基づいて発生側衝撃部材から被駆動軸へ伝達される衝撃トルクを算出する算出手段と、
算出した衝撃トルクに基づいてねじ締め制御を行う制御手段と
を具備したことを特徴とする衝撃式動力ねじ締め工具。
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JP2003180737A JP2007167959A (ja) | 2003-06-25 | 2003-06-25 | ねじ締め制御方法、および衝撃式動力ねじ締め工具 |
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-
2003
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