JP2010247302A - インパクト締付工具の締付角度の測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パルス状に発生する締付トルクを用いるインパクト締付工具において、締付角度測定の精度を向上させることができる。
【解決手段】スナッグトルク値Ｔ_ｓと、カットトルク値Ｔ_ｃを予め設定する。締付開始後に初めてトルク値Ｔ_ｓ以上となった初回締付トルクについてのトルクセンサの検出値をＴ_ｓ１とし、締付開始後から初回締付トルクまでの角度センサの検出値の積算値をθ_ｓ１とする。初回締付トルクの直前の締付トルクについてのトルクセンサの検出値をＴ_ｂとし、締付開始後から直前締付トルクまでの角度センサの検出値の積算値をθ_ｂとする。締付開始後から、トルク値Ｔ_ｃ以上となったパルス状の締付トルクである終了締付トルクまでの角度センサの検出値の積算値をθ_ｃ１とする。この場合に、締付角度θ_ａを下記の式（１）によって算出する。
θ_ａ＝θ_ｃ１−［θ_ｂ＋｛（θ_ｓ１−θ_ｂ）×（Ｔ_ｓ−Ｔ_ｂ）／（Ｔ_ｓ１−Ｔ_ｂ）｝］
【選択図】 図３

Description

本発明は、インパクト締付工具の締付角度の測定方法に関する。

インパクト締付工具は、モータ等の回転エネルギーをパルス状の締付トルクに変換し、回転軸を回転させる。インパクト締付工具の回転軸の先端部とねじ類の頭部を嵌合させ、モータを駆動することによって、ねじ類の締め付けを行うことができる。インパクト締付工具を用いてボルトやナット等のねじ類を締め付ける場合には、その締付トルクや締付角度を検出することによって、ねじ類の締め付けについて品質管理を行う。例えば、特許文献１には、ねじ類の締付トルクを検出するトルクセンサと、回転軸の回転角度を検出する角度センサとを備えたインパクト締付工具における締付角度の測定方法が開示されている。特許文献１では、予め任意にスナッグトルクＴ_ｓを設定し、スナッグトルクがＴ_ｓとなる時点から、ねじ類の締付終了時点まで、角度センサの検出値を積算する。この角度検出値の積算値を用いて、ねじ類の締付角度とする。これによって、手ぶれやリバウンド等のノイズの影響を排除し、正確な締付角度測定ができるとしている。

特開２００７−３００５６号公報

しかしながら、パルス状の締付トルクは経時変化が急峻であり、回転軸の角度もステップ状に変化する。このため、締付トルクがＴ_ｓとなった時点の回転軸の回転角度を正確に検出することは非常に困難である。その結果、Ｔ_ｓを超えるパルス状のトルクが加えられた場合には、そのパルスのピーク値であるＴ_ｓｘ（Ｔ_ｓｘ＞Ｔ_ｓ）の時の回転軸の回転角度η_ｓｘが検出される。Ｔ_ｓｘ＞Ｔ_ｓであるから、角度η_ｓｘは、トルクがＴ_ｓの時の回転軸の回転角度であるη_ｓよりも大きくなる。さらに、Ｔ_ｓｘとＴ_ｓとの差が大きいほど、η_ｓｘとη_ｓとの差も大きくなる。

特許文献１では、締付作業を開始してから初めてＴ_ｓを超えるピーク値をもつトルクＴ_ｓ１（Ｔ_ｓ１＞Ｔ_ｓ）によって締付が行われた場合、ピーク値であるＴ_ｓ１の際の回転角度η_ｓ１が検出され、η_ｓ１がゼロ点とされる。η_ｓ１をゼロ点として、締付終了までの角度センサの積算値が算出される。Ｔ_ｓ１およびη_ｓ１の値は、毎回の締付作業によってばらつき、ゼロ点η_ｓ１は必ずしもη_ｓと一致しない。このため、角度センサの検出値の積算値がばらつき、締付角度の測定精度を確保することができない。

本発明は、ねじ類の締付トルクを検出するトルクセンサと、ねじ類の回転角度を検出する角度センサとを備えており、ねじ類にパルス状の締付トルクを作用させて締付作業を行うインパクト締付工具の締付角度を測定する方法に関する。本発明の測定方法では、スナッグトルク値Ｔ_ｓと、カットトルク値Ｔ_ｃを予め設定する。締付開始後に初めてトルク値Ｔ_ｓ以上となったパルス状の締付トルクである初回締付トルクについてのトルクセンサの検出値をＴ_ｓ１とし、締付開始後から初回締付トルクまでの角度センサの検出値の積算値をθ_ｓ１とする。初回締付トルクの直前のパルス状の締付トルクである直前締付トルクについてのトルクセンサの検出値をＴ_ｂとし、締付開始後から直前締付トルクまでの角度センサの検出値の積算値をθ_ｂとする。締付開始後から、トルク値Ｔ_ｃ以上となったパルス状の締付トルクである終了締付トルクまでの角度センサの検出値の積算値をθ_ｃ１とする。この場合に、締付角度θ_ａを下記の式（１）によって算出する。
θ_ａ＝θ_ｃ１−［θ_ｂ＋｛（θ_ｓ１−θ_ｂ）×（Ｔ_ｓ−Ｔ_ｂ）／（Ｔ_ｓ１−Ｔ_ｂ）｝］……（１）

本発明では、締付作業の初期段階では、トルク値と角度値がほぼ比例関係にあることに着目し、実測したトルク検出値Ｔ_ｓ１およびＴ_ｂ、角度検出値θ_ｓ１およびθ_ｂよりその比例定数であるＫ＝（θ_ｓ１−θ_ｂ）／（Ｔ_ｓ１−Ｔ_ｂ）を用いて、設定したスナッグトルク値Ｔｓに対応するθ_ｓの計算値θ_ｓ（計算値）＝θ_ｂ＋｛（θ_ｓ１−θ_ｂ）×（Ｔ_ｓ−Ｔ_ｂ）／（Ｔ_ｓ１−Ｔ_ｂ）｝を算出する。θ_ｓ=θ_ｓ（計算値）として、締付角度θ_ａ＝θ_ｃ１−θ_ｓを算出する。従来のθ_ｓ=θ_ｓ１とする場合と比較して、角度の積算値のゼロ点であるθ_ｓとして用いる値がばらつきにくくなる。また、締付作業ごとにθ_ｓ１とθ_ｂがばらついても、θ_ｓとして用いる値がばらつきにくくなる。角度の積算値のゼロ点であるθ_ｓとして用いる値のばらつきが小さくなるため、角度検出の精度を向上させることができる。

本発明によれば、パルス状に発生する締付トルクを用いるインパクト締付工具において、締付角度測定の精度を向上させることができる。

実施例１に係るインパクト締付工具の概略図。 実施例１の制御方法のフローチャート。 実施例１に係るトルクセンサの検出値と、角度センサの検出値の積算値の経時変化を示す図。

以下、本発明の実施例１について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施例に係るインパクト締付工具１の構造を示す概略図である。インパクト締付工具１は、本体１０と、グリップ１１と、操作スイッチ１２と、本体に内蔵されたモータ１３と、油圧式のトルク発生装置１４と、回転軸１５と、回転軸１５のトルクを検出するトルクセンサ２と、回転軸１５の回転角度を検出する角度センサ３を備えている。トルクセンサ２、角度センサ３、モータ１３は、インパクト締付工具１の外部に設置された制御装置４０に接続されている。

操作スイッチ１２を押すと、モータ１３が駆動し、これによってトルク発生装置１４が駆動される。トルク発生装置１４の内部にはオイルが充填されており、モータ１３の回転エネルギーがこのオイルの油圧に変換され、油圧が上昇する。これよって、回転軸１５を回転させるためのパルス状の締付トルクを断続的に得ることができる。

例えば、ボルトの締付作業を行う場合には、締め付けるボルトの頭部に嵌合する凹部を有するソケットを、回転軸１５の先端に取付ける。グリップ１１を握り、ソケットをボルトの頭部に嵌合させて操作スイッチ１２を押すと、ボルトにパルス状の締付トルクを作用させることができる。

図２は、本実施例に係る締付作業時に制御装置４０によって行われる制御のフローチャートを示す図である。締付作業が開始すると、ステップＳ１１に示すように、トルクセンサ２から出力されるトルク検出値Ｔと、角度センサ３から出力される角度検出値を積算した積算値θが、制御装置４０の記憶部に記憶される。

制御装置４０の記憶部には、予め設定されたスナッグトルク値Ｔｓと、カットトルク値Ｔ_ｃが記憶されている。次のステップＳ１３では、トルク検出値Ｔがカットトルク値Ｔ_ｃ以上か否かを判定する。Ｔ＜Ｔ_ｃである場合には、ステップＳ１１に戻り、Ｔ≧Ｔ_ｃである場合には、ステップＳ１５に移行する。すなわち、制御装置４０は、トルクセンサ２から出力されたトルク検出値がカットトルク値Ｔ_ｃを超えるまで、ステップＳ１１を繰り返し実行する。

ステップＳ１５では、制御装置４０は、締付終了制御を行う。具体的には、モータ１３に停止信号を出力して、締付作業を停止させる。尚、締付作業の停止は、制御装置４０の制御によって行われなくともよい。例えば、トルク発生装置１４として機械式のトルク発生装置を用い、トルク値が閾値以上になった場合に自動的にトルクの発生が停止されるようにしてもよい。

ステップＳ１７〜ステップＳ２３では、制御装置４０は、記憶部に記憶されたトルク検出値Ｔおよび角度検出値の積算値θからねじ類の締付角度θ_ａを算出し、表示部等に出力する。以下、図３を用いて、具体的に説明する。

図３は、本実施例のインパクト締付工具１を用いて行う締付作業の一例を示す図である。縦軸の第１軸は、トルクセンサ２の検出値Ｔ、縦軸の第２軸は、角度センサ３の検出値の積算値θを示している。横軸は締付作業の時間を示しており、縦軸の第１軸側から第２軸側に時間が経過している。図３に示すように、トルク検出値Ｔはパルス状であり、経時的にそのピーク値が大きくなる。角度検出値の積算値θは、パルス状の締付トルクが発生した時にほぼステップ状に増加する。

ステップＳ１７では、制御装置４０は、締付開始後に初めてトルク値Ｔ_ｓ以上となったパルス状の締付トルクである初回締付トルクについて、トルクセンサの検出値をＴ_ｓ１とする。図３に示すように、トルク検出値Ｔ_ｓ１は、初回締付トルクの最大値を示している。また、締付開始後からトルク検出値がＴ_ｓ１となった時点までの角度センサの検出値の積算値をθ_ｓ１とする。また、制御装置４０の記憶部には、締付終了時のトルク検出値Ｔ_ｃ１と、角度センサの検出値の積算値θ_ｃ１が記憶されている。

さらに、制御装置４０は、初回締付トルクの直前のパルス状の締付トルクである直前締付トルクについて、トルクセンサの検出値をＴ_ｂとする。図３に示すように、トルク検出値Ｔ_ｂは、直前締付トルクの最大値を示している。また、締付開始後からトルク検出値がＴ_ｂとなった時点までの角度センサの検出値の積算値をθ_ｂとする。

ステップＳ１９では、ステップＳ１７において読み取られたＴ_ｓ１、θ_ｓ１、Ｔ_ｂ、θ_ｂ、θ_ｃ１を用いて、下記の式（２）によって、θ_ｓ（計算値）が算出される。
θ_ｓ（計算値）＝θ_ｂ＋｛（θ_ｓ１−θ_ｂ）×（Ｔ_ｓ−Ｔ_ｂ）／（Ｔ_ｓ１−Ｔ_ｂ）｝……（２）

ステップＳ２１では、下記の式（３）によって、締付角度θ_ａが算出される。締付角度θ_ａは、図３に示す角度θ_ａに相当する。
θ_ａ＝θ_ｃ１−θ_ｓ（計算値）……（３）

続くステップＳ２３において、表示装置等に締付角度θ_ａが出力され、制御を終了する。

図３に示すように、トルクＴ_ｓ１は、締付作業開始後、初めてスナッグトルクＴ_ｓ以上となったパルス状の締付トルクの最大値を示している。図３より、明らかに、Ｔ_ｓ１＞Ｔ_ｓとなっている。Ｔ_ｓ１とＴ_ｓとの差が大きくなれば、θ_ｓ１とθ_ｓとの差も大きくなる。また、このトルクＴ_ｓ１は、毎回の締付作業によってばらつく。

このθ_ｓ１をゼロ点θ_ｓとして用いると、締付角度は、図３にφ_ａで示す大きさとなる。図３に示すように、明らかにφ_ａはθ_ａよりも小さくなってしまう。また、θ_ｓ１は、毎回の作業でずれ、必ずしもθ_ｓと一致しない。ゼロ点として用いるθ_ｓ１がばらつくため、締付角度測定の精度がばらついてしまう。

これに対して、本実施例に係る測定方法では、締付作業の初期段階では、トルク値と角度値がほぼ比例関係にあることに着目し、実測されたトルク検出値Ｔ_ｓ１およびＴ_ｂ、角度検出値θ_ｓ１およびθ_ｂを用いてθ_ｓを算出する。このため、角度の積算値のゼロ点であるθ_ｓとして用いる値がばらつきにくくなる。また、締付作業ごとにθ_ｓ１とθ_ｂがばらついても、θ_ｓとして用いる値がばらつきにくくなる。角度の積算値のゼロ点であるθ_ｓとして用いる値のばらつきが小さくなるため、角度検出の精度を向上させることができる。

尚、本実施例では、締付作業実行中は、制御装置は、トルクセンサの検出値Ｔと角度センサの検出値の積算値θを記憶するのみであり、締付作業終了後に、締付角度θ_ａの算出等を実行したが、これに限定されず、実質的に式（１）によって算出されるθ_ａが締付角度として求められればよい。例えば、締付作業実行中に、式（２）を用いてθｓ（計算値）を算出してもよい。また、締付作業実行中に算出したθ_ｓ（計算値）をゼロ点とし、これに対して角度センサの検出値を積算することによってθ_ａを算出してもよい。

また、上記の実施例では、油圧式のトルク発生装置を用いたが、これに限定されず、パルス状の締付トルクを得られるものであればよい。例えば、クラッチの断続によって、パルス状のトルクを得るものであってもよい。また、制御装置はインパクト締付工具の外部に設置されていたが、インパクト締付工具に内蔵されていてもよい。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１ インパクト締付工具
２ トルクセンサ
３ 角度センサ
１０ 本体
１１ グリップ
１２ 操作スイッチ
１３ モータ
１４ トルク発生装置
１５ 回転軸
４０ 制御装置

Claims (1)

1. ねじ類の締付トルクを検出するトルクセンサと、ねじ類の回転角度を検出する角度センサとを備えており、ねじ類にパルス状の締付トルクを作用させて締付作業を行うインパクト締付工具の締付角度を測定する方法であって、
   スナッグトルク値Ｔ_ｓと、カットトルク値Ｔ_ｃを予め設定し、
   締付開始後に初めてトルク値Ｔ_ｓ以上となったパルス状の締付トルクである初回締付トルクについてのトルクセンサの検出値をＴ_ｓ１とし、
   締付開始後から前記初回締付トルクまでの角度センサの検出値の積算値をθ_ｓ１とし、
   前記初回締付トルクの直前のパルス状の締付トルクである直前締付トルクについてのトルクセンサの検出値をＴ_ｂとし、
   締付開始後から前記直前締付トルクまでの角度センサの検出値の積算値をθ_ｂとし、
   締付開始後から、トルク値Ｔ_ｃ以上となったパルス状の締付トルクである終了締付トルクまでの角度センサの検出値の積算値をθ_ｃ１とした場合に、
   締付角度θ_ａを下記の式：
   θ_ａ＝θ_ｃ１−［θ_ｂ＋｛（θ_ｓ１−θ_ｂ）×（Ｔ_ｓ−Ｔ_ｂ）／（Ｔ_ｓ１−Ｔ_ｂ）｝］
   によって算出する締付角度の測定方法。
   

Images