JP2007516852A - 流体力インパルスレンチ及び動力ねじジョイント締付け工具システムの動作調整方法 - Google Patents

Abstract

固定のプログラム可能な制御ユニット（２２）によって制御される空気力トルクインパルス動力工具（１０）によって該動力工具（１０）のインパルスユニット（１３）における角度感知装置（１６）からの信号に基づいてトルクの大きさ及びトルクの発生を計算することを介してねじジョイントの締付ける方法及び動力工具システムであって、作動圧力空気は、ゼロとフルパワー流量との間で連続して調整できる流量調整弁（２６）を介して動力工具に供給される。流量調整弁（２６）は、制御ユニット（２２）によって制御されて、実際の最初に供給されるインパルス前及び中には動力工具（１０）へ減少した動力空気流量を供給し、そしてある一定のトルク大きさ即ち目標トルクレベルのある一定の割合に達するまで、フルパワー流量を供給し、その後、目標トルクレベルに達するまで空気の供給流量を再び低減し、そして目標トルクレベルに到達した時には空気の流量を止めるようにされる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流体力インパルスレンチを備え、締付け動作中、インパルスレンチへの圧力空気供給を調整することによって一つ以上の締付けパラメータの瞬時値に応じて予定の締付け計画に従ってインパルスレンチの動作を制御するプログラ民具可能な制御ユニットを設けたねじジョイント（継手）締め付け用動力工具システム及び方法に関する。

流体力インパルスレンチに伴う問題点は、正確でしかも信頼できる予張力結果を十分に保証するように締付け作業を正確に調整するのが困難なことにある。米国特許第５，３６６，０２６号に記載された従来公知のインパルスレンチにおいては、インパルスレンチの出力軸には、発生したトルクインパルスのトルクの大きさを検出するトルク変換機、及びトルクに基づく締付け力を計算しかつ増加する締付け力を表すある一定の係数がある一定の値に達すると動力を遮断させる制御ユニットが設けられる。また、所望の最終締付け力と実際の計算した締付け力との差が予定の値より小さい場合に、インパクトレンチへの駆動圧力空気供給を低減することによって所望の最終締付け力に一層安全に到達する仕方について記載されている。

この公知の締付けシステムは、信頼性の観点から二つの弱点をもっており、即ち、トルクの大きさのような実際の瞬時の締付けパラメータ値が磁気ひずみ出力軸部分及びインパルスレンチのハウジング内に装着された電気コイルを備えた乱され易いトルク変換機から得られることにある。この構成では、トルクの大きさの検出を信頼性を低くすることになる外乱に感応し易いだけでなく、スペースが必要でありしかもインパルスレンチの外寸をマイナス的な仕方で大きくすることになる。磁気ひずみ出力軸は、軸を弱める多数のスロットを備え、出力軸の直径を拡大する必要がある。

この先行技術の米国特許には、締付け力の大きさが目標値に達すると、インパルスレンチの出力トルクを低減するプロセス制御について記載されているが、いわゆるハードジョイント（継手）即ち急峻なトルク発生特性をもつジョイントを締付ける際になおある問題が伴う。これは、インパルスレンチで発生した非常に速いインパルスが十分トルクオーバーシュートを生じさせるように強力となり得、即ち所望の最終トルクレベルより高いトルク大きさに達するためである。この問題をどう処理するかについてはこの米国特許文献には何も記載されていない。

ＷＯ０２／０８３３６６には、インパルスユニットの慣性駆動部材に装着された角度感知手段によって発生された信号に基づいて設定トルクを決める方法について記載されている。この方法は、発生トルクがインパルスユニットの単位時間当たりの角度運動に基づき計算され、そして出力軸におけるトルク感知手段が要求されないことを意味している。しかし、締め付け工程中にインパルスレンチの出力を変えることによって、ねじジョイントの締付け操作を制御する仕方、例えばハードジョイントにおいて非常に速く発生したトルクインパルスによる過剰締付けを避ける仕方については何も記載されていない。

米国特許第６，６６８，２１２号には、流体力トルク発生ツールによってねじジョイントを締付ける方法について記載されており、締付け結果の精度は動力工具の温度や寿命などの校正ファクタを用いること及び動力工具への空気入口圧力を変えることによって改善される。この方法は、締付け中に用いられるべき実際のねじジョイントの校正ファクタ及び種々の空気圧力レベルを決めるプレプロダクション校正操作に基づいている。この先行技術による方法ではトルク感知手段を備えた動力工具を用いていないので、工具の出力トルクは、表に挙げられた対応する空気圧レベルに関連しなければならず、動力工具をある一定のサイズのねじジョイントに適用する際には、表に挙げられたリストによって作業者は、かかるねじジョイントにおいて所望の最終トルクを安全に達成するのに如何なる空気圧レベルを用いるべきであるかを知る。従って、この公知の方法は種々のねじジョイントに普遍的には適用できず、実際のねじジョイントにおいてプレプロダクション校正操作が必要である。このことは、複雑かつ時間の浪費となる欠点である。

本発明の目的は、如何なる予めの締付け校正操作も必要でなくしかもねじジョイントの過剰締付けがあらゆる条件の下で安全に避けられるようにして制御される、流体力インパルスレンチによるねじジョイントの締付け操作の調整方法、及び簡単でコンパクトな設計と信頼できるパラメータの大きさの検知及び確認とを組合わせた流体力インパルスレンチを備える上記方法を実施する動力工具システムを提供することにある。

以下添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。

図１に示す動力工具システムは流体力インパルスレンチ１０を有し、このインパルスレンチ１０はロータ１２を備えたモータ１１と、モータのロータ１２に接続された慣性駆動部材１４を含むインパルスユニット１３と、出力軸１５とを備えている。インパルスレンチ１０はさらに、角度運動検出装置１６を備え、この角度運動検出装置１６は円板１７を備え、この円板１７には磁化したリム部分１８が設けられている。角度運動検出装置１６は慣性駆動部材１４に堅固に固定され、また固定感知装置１９はほぼ、円板１７の磁化されたリム部分１８に配置されている。リム部分１８は、リム部分１８の周囲に沿って等間隔に多数の磁極を形成するように磁化されている。固定感知装置１９は複数のセンサー素子１２０を備え、これらのセンサー素子１２０はコネクタボード２０に支持され、そして円板１７の動きに応じて電気信号を発生するようにリム部分１８の磁極によって作動されている。コネクタボード２０は回路ボード２１に結合され、回路ボード２１は、センサー素子１２０から発生した信号を処理しかつ二次信号を制御ユニット２２に多芯ケーブル２４を介して供給する多数の電子構成部品（図示していない）を支持している。圧力空気は、ホース２５及び流量調整弁２６を介してインパルスレンチに供給され、流量調整弁２６は圧力空気源に連通しかつ動作信号を受ける制御ユニット２２に接続されている。流量調整弁２６は、制御ユニット２２からの信号で決められるゼロと全出力流量との間の範囲で空気の流量を連続的に調整できる形式のものである。

運動検出装置１６によって発生された信号は、駆動部材１４の回転運動に対応し、そして駆動部材１４の速度及び減速だけでなく設定トルクも計算するのに用いられる。というのは、回転部品即ち駆動部材１４及び接続されたモータのロータ１２の総体慣性の認識により、各発生トルクインパルスのエネルギー及び従って設定トルクの大きさが算出できるからである。このトルク計算方法はそれ自体上記のＷＯ０２／０８３３６６に開示されている。

各トルクインパルス中に発生したトルク及び経過した回転角を計算し決める上記の方法に加えて、ねじジョイントのトルクレート即ち角度の増加に対するトルクの発生も計算することができる。これは、ねじジョイントに発生した第１の組のインパルス中に行われ、トルクレートが計算され、決められると、実際のねじジョイントにおける予めの締付け校正操作に頼ることなしに、非常に正確な仕方でねじジョイントに連続してインパルスを加えることができる。

このことは、本発明による方法がある一定の寸法範囲内の全てのねじジョイントに普遍的に適用できることを意味している。この新規の方法によって、異なるねじジョイント間において生じるトルクレートの変動は自動的に補償され、またミスアライメント、交差ねじ切り、破損したねじのようなねじジョイントにおいて生ずる故障は異常なトルク発生特性として直ちに検出される。

流体力によって駆動されるインパルス（衝撃）工具においてねじジョイント締付け制御を行う上述の先行技術の方法と違って、本発明によれば、入口空気圧を介して締付け操作を制御でき、また如何なる予めの生産テスト運転を行うことなしに、供給された空気圧及び温度や動力工具の寿命などのような他のファクターに対して、実際の動力工具のトルク出力を校正することができる。本発明によれば、出力トルク及びトルク発生は締付け操作中に瞬時に決められ、また入口空気圧は、例え実際のねじジョイントの特性がどうであっても所望の締付け結果が保証されるように実際のジョイント状態に直ちに適応される。動力工具は正に、所望の目標トルクレベル及び設定目標トルクレベル及び計算したトルク発生に応じて締付け操作中に入口空気圧を変える選択した計画でプログラミングされなければならない。校正の目的のために実際のねじジョイントにおいて予めの生産テスト運転を行う必要はない。

この上述のトルク決定方法に基づき、インパルスレンチの動作は、流量調整弁２６を介してインパルスレンチのモータに供給される圧力空気を制御することによって調節される。本発明によれば、圧力空気の供給は、トルク発生計算の行われる各最初の一つ又は二つの発生トルクインパルスの前又は中に、モータのパワー及び速度の低減が得られるように制御される。その後、インパルスレンチのモータにはフルパワーの空気圧が供給される。設定目標トルクレベルのある一定の割合、例えば目標トルクレベルの８０％である一定のトルクの大きさに達すると、空気流量調整弁２６は、フルパワー流量のある一定のレベル即ち予定の割合、例えばフルパワー流量の８０％まで空気の供給流量及び従って駆動空気圧を低減させるように、制御ユニット２２によって指令され、それにより、締付け操作の終了に向って動力工具１０の回転速度を低減させ、そして慣性に関連した動的力の影響によるねじジョイントの過剰締付けの危険を最少にする。設定した目標トルクレベルに達すると、流量調整弁２６は、インパルスレンチを止めることによってか又は空気圧がさらに低減した時に発生した連続したインパルスを介して設定トルクの大きさを維持しかつ 各インパルスにおいて低減したトルクの大きさ維持することによって締付け操作を中断するように空気の供給をさらに低減するよう指令される。

本発明による動力工具システムを示す概略図。 角度運動感知装置を示す、図１のインパルスレンチの拡大部分断面図。

Claims (5)

1. モータ駆動型慣性駆動部材を備えたインパルスユニット及び動力供給を制御するようにされたプログラム可能な制御ユニットを有するインパルスレンチによって所望の目標トルクレベルにねじジョイントを締付ける方法において、
   インパルスレンチへの低減した動力供給でねじジョイントの締付け操作を開始する段階と、
   実際に供給されたインパルス中に慣性駆動部材の角度変位及び減速の大きさを確定する段階と、多数の供給されたインパルスの間に瞬時トルクの大きさ及びトルクの発生を計算する段階と、
   実際に最初に供給されたインパルスの後、計算したトルクの発生に応じてインパルスレンチへの動力供給を増加する段階と、
   瞬時トルクの大きさが所望の目標トルクレベルの予定の部分に達した後、各インパルス中に計算したトルクの発生及び瞬時トルクの大きさに応じてインパルスレンチへの動力供給を低減する段階と、
   目標トルクレベルに達した時にインパルスレンチへの動力供給を止める段階と、
   に従ってインパルスレンチへの動力供給を制御することを特徴とする方法。
2. 動力供給は、実際の最初のインパルスが発生された後、目標トルクレベルに対して実際の最初の発生されたインパルス中に設定トルク大きさ及び計算した相対トルクの発生で決まる最適大きさに増大されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. トルクインパルスレンチ、プログラム可能な制御ユニット、及びインパレスレンチに接続されかつ制御ユニットで調節される動力供給手段を有し、インパルスレンチがモータ駆動型慣性駆動部材を備えたインパルスユニットから成り、また上記慣性駆動部材の角度運動を検出する角度検知手段が上記慣性駆動部材に接続されるねじジョイントを所望の目標トルクレベルまで締付ける動力レンチシステムにおいて、
   上記動力供給手段が、実際の最初のインパルスが作業すべきねじジョイントに供給されるまでインパルスレンチに低減した動力を供給するように制御され、
   上記制御ユニットが、角度検知手段からの信号を受け、各供給されたインパルス中に慣性駆動部材の減速大きさ及び角度変位を決め、そして各インパルス中に角度の増分当りのトルクの発生と共に供給されたトルクを計算するように構成され、また
   上記制御ユニットは、実際に最初のインパルスが供給された後、インパルスレンチへの動力供給を増大し、瞬時トルク大きさが目標トルクレベルの予定の部分に達した際にインパルスレンチへの動力供給を低減し、また目標トルクレベルに到達した際にはインパルスレンチへの動力供給を止めるように構成されている
   ことを特徴とする動力レンチシステム。
4. インパルスレンチが空気力学的に付勢され、また上記動力供給手段が、制御ユニットに接続されかつインパルスレンチへの圧力空気の供給を制御ユニットで決められるゼロとフルパワー流量との間で変えるようにされた弁から成っていることを特徴とする請求項３に記載の動力レンチシステム。
5. 空気力インパルスレンチ（１０）、及び目標トルクレベルの一つ以上の締付けパラメータの一つ又は複数の設定値を含む所望の締付け計画に従ってプログラム可能な制御ユニット（２２）を有し、上記インパルスレンチ（１０）がロータ（１２）を備えた圧力空気駆動型モータ（１１）と、モータのロータ（１２）に接続した慣性駆動部材（１４）を備えたインパルスユニット（１３）と、モータ（１１）に接続した圧力空気供給手段（２５、２６）とから成るねじジョイントの締付け用動力工具システムにおいて、
   制御ユニット（２２）に、上記慣性駆動部材（１４）の角度運動を検出するようにされた角度エンコーダ（１６）が接続され、
   上記制御ユニット（２２）が、締付け中に上記慣性駆動部材（１４）の検出した角度運動に基づいて、各トルクインパルスにおける一つ以上の締付けパラメータの一つ又は複数の瞬時値を確認し、一つ又は複数の瞬時値を目標トルクレベルの設定された一つ又は複数のパラメータ値と比較する手段を備え、また
   上記圧力空気供給手段（２５、２６）が制御ユニット（２２）に接続され、そして締付け中に、制御ユニット（２２）で決められたゼロとフルパワー流量との間の範囲でモータ（１１）への圧力空気の流量を連続して調整するようにされた流量調整装置（２６）を備えていることを特徴とする動力工具システム。
   
   

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