JP2011224705A - 衝撃式締付工具 - Google Patents

Abstract

【課題】作業工数を少なくすると共に、仮締め工程の後の本締め工程において生じる締付けトルクの過剰ないし不足を防止することができる衝撃式締付工具を提供すること。
【解決手段】操作部の操作によって回転駆動するモータと、モータの出力によってメインシャフトに衝撃を加える衝撃発生部とを備える衝撃式締付工具であって、設定トルクに達するとモータを停止し、停止後の所定時間内は操作部の操作によってモータを駆動可能な状態に制御し、前記所定時間内に行われる操作部の操作によって生じる締付けトルクが許容範囲であるか否か判定することを特徴とする衝撃式締付工具。
【選択図】図３

Description

この発明は、ボルトやナット等に衝撃を与えて締付を行う衝撃式締付工具、特に、キャッスルナット等の溝付きナット用の衝撃式締付工具に関する。

一般に、溝付きナットを用いた緩み止め機能を有する締結具が知られている。例えば、周知のキャッスルナットは、径方向に延びる溝を形成したナットであり、貫通孔を有するボルトと螺合する際に、ナットの溝の位置とボルトの貫通孔の位置とを一致させ、前記溝と孔とを連通するようにピンを挿入することにより、ボルトとナットの相対的な回転による緩みを防止している。

このキャッスルナットの締め付け作業は、仮締めを行った後、本締めとしてナットを回転させてボルトの貫通孔とナットの溝とを合わせることにより行うものである。具体的には、まず、特許文献１に示す衝撃式締付工具を用いて締め付けを行い、次いで、シグナル式トルクレンチ等の手動式トルクレンチを用いて規定トルクまで締め付ける仮締め工程を行い、最後に、再び衝撃式締付工具を用いて、キャッスルナットの溝とボルトの貫通孔を一致させる本締め工程を行うのが通常である。

しかし、このような作業は、複数の工具を持ち替えて行うことから、作業工数が多い。しかも、手動式トルクレンチでのみトルク管理を行っているため、締付けトルクが過剰又は不足する恐れがある。規定トルクまで締付ける仮締め工程後の本締め工程において、キャッスルナットの溝とボルトの貫通孔をうまく一致させることができず、これを一致させる為に何度も締め付け方向にキャッスルナットを回転させたり、或いは、不用意にも、締め付け反対方向にキャッスルナットを回転させたりする結果、締付けトルクが過剰になったり、不足したりする恐れがある。

特開平４−３６０７７６号 特開昭６２−２４６４８１号

そこで、本発明の課題は、作業工数を少なくすると共に、仮締め工程の後の本締め工程において生じる締付けトルクの過剰ないし不足を防止することができる衝撃式締付工具を提供することである。

本発明は、操作部の操作によって回転駆動するモータと、モータの出力によってメインシャフトに衝撃を加える衝撃発生部とを備える衝撃式締付工具であって、設定トルクに達するとモータを停止し、停止後の所定時間内は操作部の操作によってモータを駆動可能な状態に制御し、前記所定時間内に行われる操作部の操作によって生じる締付けトルクが許容範囲であるか否か判定することを特徴とする衝撃式締付工具である。

例えば、操作部の操作によって回転駆動するモータがエアモータである場合は、エアモータへのエア供給通路を閉鎖してモータの駆動を停止した後、停止後の所定時間内はエア供給通路を開放してモータを駆動可能な状態に制御するものである。

具体的には、開放位置にあるシャットオフバルブ（電磁弁）を閉鎖位置に変位させてモータへのエアのエア供給通路を閉鎖することによってモータへのエア供給を遮断してモータの駆動を停止した後、停止後の所定時間内はシャットオフバルブを開放位置に変位させて当該位置を維持させて、モータをスロットルレバーの操作によって駆動可能な状態とするのが好ましい。

本発明によれば、設定トルクまで溝付きナットを締め付ける仮締め工程を行った後、これに続けて操作部の手動操作によってモータを駆動して同ナットを回転させて同ナットの溝位置の調整をする本締め工程を行うことができると共に、締付けトルクが設定トルクに到達しているか否か及び本締め工程における締付けトルクが許容範囲にあるか否かを判定することにより、適正な締付けを行うことができる。本締め工程における締付けトルクのピーク値を検知し、当該ピーク値が許容範囲の上限トルクを越えた場合に不適正と判定するのが好ましい。

また、本発明は、前記設定トルクと前記所定時間とを設定することができる設定手段を備えることを特徴とする衝撃式締付工具である。

また、本発明は、所定時間内におけるモータ又はメインシャフトの回転方向を検知する回転方向検知手段を備えることを特徴とする衝撃式締付工具である。これによれば、本締め工程でのモータ又はメインシャフトの回転方向を検知することにより、本締め工程において締付け反対方向に回転した場合には、誤操作であると判断して誤信号を出力し、工具本体又はコントローラに警告を表示するなどして、適正な締め付けを行うことができる。

本発明は、作業工数を少なくすると共に、本締め後の締付けトルクの過剰ないし不足を防止することができる。

本発明の衝撃式締付工具の一部断面図 キャッスルナットの締付説明図 締付けトルクの変化を示す図

以下、本発明の衝撃式締付工具の実施形態について説明する。
まず、本発明によって締め付けられる締結具である溝付きナットについて説明する。
本発明の対象とする締結具は、一の部材と、当該一の部材との相対的な位置を調整する必要のある他の部材とからなる締結具である。具体的には、キャッスルナットとボルト、ベアリングナットと座金等である。

（キャッスルナット）
図２は、従来周知のキャッスルナットを示すものである。キャッスルナット８は、中央部に螺子孔を有する六角形状の本体部の一端面に切削加工を施し、放射状に溝８１を複数形成したものである。また、キャッスルナット８用の対応部材であるボルト９は、外周面に形成された螺子部に貫通孔９１が穿設されたボルト９である。
図２に示すとおり、通常のナット１０とキャッスルナット８の間に締結されるワークＷ、Ｗを位置させ、キャッスルナット８を設定トルクまで締め付ける。その後、キャッスルナット８の溝８１がボルト９の貫通孔９１と直線状に連通する位置するようにキャッスルナット８を締め付けて位置合わせを行い、ピン１１を挿通して折り曲げる。このようにして、キャッスルナット８は緩み止め状態に締結される。

（ベアリングナット）
また、従来周知のベアリングナットは、通常、軸方向に溝（キー溝）を切削加工したボルトにベアリングを組み付けた後、内周部において内側方向に突出する内側突起部と、外周部において外側方向に突出外側突起部とを有するリング状の座金を、当該内側突起部とボルトの溝が合うように組み付け、その上からベアリングナットを組み付けて締め付けるものである。ベアリングナットは、周辺に複数の切欠溝を有するリング状のナットであり、ナットの溝と、対応部材である座金の外側突起部が上下方向に重なる位置になるようにナットを締め付けて調整し、緩み止めとして、座金の外側突起部を折り曲げる。このようにして、ベアリングナット８は緩み止め状態に締結される。

（衝撃式締付工具）
次に、本発明の衝撃式締付工具について説明する。
本発明の衝撃式締付工具は、操作部であるスロットルレバーＳＬの操作によって回転駆動するモータＭと、モータＭの出力によってメインシャフト７に衝撃を加える衝撃発生部Ｐと、締付けトルクを検知するトルク検知手段とを備える衝撃式締付工具であって、締付けトルクが設定トルクに達したか否かを判定し、前記設定トルクに達したときにモータＭを一時停止させ、停止した後はスロットルレバーＳＬの操作によってモータＭを駆動可能な状態に制御し、停止した後に行われるスロットルレバーＳＬの操作によって生じる締付けトルクが許容範囲（上限トルクから下限トルクの範囲）内にあるか否か判定することを特徴とする衝撃式締付工具である。仮締め工程における締付けトルクが設定トルクに達した時点でモータＭを停止し、停止後の少なくとも所定時間ｔ内は操作部の操作によってモータを駆動可能な状態に制御し、前記所定時間ｔ内に行われる操作部の操作によって生じる締付けトルクが許容範囲であるか否か判定するのが好適である。

図１は、回転駆動するモータＭの回転力を衝撃発生装置によって間欠的な衝撃に変換し、前記衝撃力によって付与されるメインシャフト７の回転力により溝付きナットを締め付ける衝撃締付工具の一部断面図であり、スロットルレバーＳＬの操作により圧縮空気をモータＭに導き、モータＭの回転力を衝撃発生部Ｐに伝達するようにし、メインシャフト７を介して打撃を生じさせて締付を行い、所定の締付トルクに達したときにモータＭを停止して仮締めを行い、その後に溝つきナットの位置合わせである本締めを行うものである。

（衝撃発生部Ｐ）
衝撃発生部Ｐは、モータＭの出力を打撃衝撃に変換するものであって、公知の構造を用いることができ、例えば、内部に収容したオイルの圧力を利用してメインシャフト７に衝撃力を発生させる公知の油圧パルス発生装置を用いるのが好適である。具体的には、図１に示すように、ライナケース１内にライナ２を設け、前記ライナ２内にメインシャフト７を嵌挿してライナ２をメインシャフト７に対して回転自在とし、このライナ２内にトルクを発生させる為のオイルを充填してライナ２の両端に取り付けたライナ下板３とライナ上板４によって密封している。ライナ２内部は断面楕円形のライナ室を形成しており、メインシャフト７に形成した溝にバネ６を介してブレード５を挿入し、ブレード５がライナ２の断面楕円形の内面に出没可能に当接するものとしている。締め付け作業時にナットが着座するまでの低負荷時は、ライナケース１とメインシャフト７が一体的に回転する一方、着座した後の高負荷時は、ライナケース１の一回転中に一度だけオイルにピーク圧を発生させ、締め付けトルクを発生するものである。

（モータＭ）
駆動源であるモータＭは、切り換えスイッチの操作に応じて正転又は逆転可能な公知のモータであり、電池電源によって回転駆動する電動モータや、エア供給通路から供給される駆動流体圧によって回転駆動するエアモータである。操作部であるスロットルレバーＳＬのＯＮ／ＯＦＦ操作によって回転／停止し、また、スロットルレバーＳＬの引き込み量に応じてモータＭの回転速度は変化する。
エアモータの場合、エア供給源からエアを供給する外部エアホースが工具本体にコネクタを介して連結されている。エアホースから供給されるエアは、工具本体中に形成されたエア供給通路を通ってモータに供給されるものであり、スロットルレバーＳＬの操作によって開閉操作されるメインバルブから、切り換えスイッチによって操作される切り換えバルブを介して、モータＭに供給される。
また、エア供給通路には、キャッスルナットの締付けトルクが設定トルクに達したときに制御手段からの制御信号によって、モータＭへのエア供給を停止するシャットオフバルブを設けている。

（制御手段）
制御手段は、設定トルクに達するとモータＭを一時停止するように制御し、また、停止後の所定時間ｔ内はスロットルレバーＳＬの操作によってモータＭを駆動可能な状態に制御するものである。
例えば、エアモータである場合は、シャットオフバルブ（電磁弁）を開放位置から閉鎖位置に変位させてエア供給通路を閉鎖することによってモータＭへのエア供給を遮断してモータＭの駆動を停止した後、停止後の所定時間ｔ内はシャットオフバルブを閉鎖位置から開放位置に変位させて当該位置を維持させることによってモータＭをスロットルレバーＳＬの操作によって駆動可能な状態とするものである。

（トルク検知手段）
トルク検知手段は、例えば出力軸であるメインシャフトにかかるトルクを検知するものであれば特定の構造に限定されるものではなく、公知の構造を採用することができる。具体的には、メインシャフトの外周面に歪ゲージを貼着して成り、締め付けたときに生じるメインシャフトの捩れ量を歪ゲージを介して電圧変換するようにして、トルクを検知するものを採用できる。具体的には、計測対象となるメインシャフトの表面に４つの歪ゲージを貼着してブリッジ回路を形成し、トルクによる軸の捩れに伴う歪ゲージの抵抗の変化を検知してトルクを求めるものである。例えば、２つのコイルを回転軸に近接して直交配置し（コイルと回転軸は非接触）、一方のコイルを励磁して発生させた磁束が回転軸中を透過するようにし、他方のコイルによって軸の歪みに基づいて生じた磁化方向の変化による変形した磁束を検出するようにした磁歪センサであってもよい。或いは、ライナケース内に充填された作動油に発生する圧力を圧力センサで検出して、圧力からトルクを演算するものであっても良い。

（回転方向検知手段）
回転方向検知手段は、メインシャフト７又はモータＭの回転方向（締付け方向／締付け反対方向）を検知する手段であれば特に限定されない。例えば、ロータリエンコーダ等の公知のセンサ要素や、モータＭへ出力される回転方向を指令する信号から検知するものであっても良い。

（締め付け作業）
図３は、本発明に基づく仮締め工程と本締め工程におけるトルク変化を示すものである。
仮締め工程は、設定トルクまでキャッスルナット８を締め付けるものである。
メインシャフト７の先端に連結されるソケットにキャッスルナット８を嵌合し、スロットルレバーＳＬを引き込み操作して、キャッスルナット８の締め付けを開始する。トルク検知手段によって検知された締め付けトルクが、設定トルクである設定トルクに到達すると、制御手段によってモータＭは一旦停止するように自動的に制御される。具体的には、エア供給通路内に配置されたシャットオフバルブを開放位置から閉鎖位置に変位させてモータＭへのエア供給通路を閉鎖することによってモータＭへのエア供給を遮断してモータＭの駆動を停止するように制御される。

なお、このときの締付けトルクが許容範囲内を逸脱する場合は、コントローラへの表示や音声等によってＮＧが示される。
仮締め工程の後は、図２（ａ）に示すように、通常、ボルト９の貫通孔９１の位置と、キャッスルナット８の溝８１の位置が一致しない場合が多い。したがって、次の本締め工程において、図２（ａ）の状態から、図２（ｂ）に示すように、ボルト９の貫通孔９１とキャッスルナット８の溝８１の位置を一致させる。

このとき、締付けトルクが設定トルクに到達した時点からタイマである計測手段が所定時間ｔの計測を開始する。仮締め後の所定時間ｔ内に適切な本締め工程を行えるよう、モータＭは、制御手段によって、停止後の所定時間内にスロットルレバーＳＬの操作によってモータＭを駆動可能な状態に制御される。具体的には、停止後の所定時間ｔ内はシャットオフバルブを開放位置に変位させて当該位置を維持させて、モータＭをスロットルレバーＳＬの操作によって駆動可能な状態に制御される。工具の使用者は、この所定時間ｔ内に、スロットルレバーを適宜操作してキャッスルナット８を締め付け、ボルト９の貫通孔９１とナット８の溝８１の位置を一致させる。

また、所定時間ｔ内における締付けトルクはトルク検知手段によって検知される。所定時間ｔ内に行われる本締め工程の締付けの結果、締付けトルクのピーク値が上限トルクを超えた場合には、締付け不適合と判定し、コントローラの表示部や音声によってＮＧを示す。

また、所定時間ｔ内におけるメインシャフト７又はモータＭの回転方向は回転方向検知手段によって検知される。切り換えスイッチを操作して、モータＭの回転方向を逆に設定し、不用意にも締め付け反対方向にキャッスルナット８を回転させた場合は、キャッスルナット８の締付けが不十分になる恐れがあるため、締付け不適合と判定し、コントローラの表示部や音声によってＮＧを示す。

なお、設定トルク及び所定時間は、作業に適したトルク及び時間を定め、コントローラ等に設けられた設定手段を入力操作して設定することができる。

Ｍ モータ
Ｐ 衝撃発生部
７ メインシャフト
ｔ 所定時間

Claims (3)

1. 操作部の操作によって回転駆動するモータと、モータの出力によってメインシャフトに衝撃を加える衝撃発生部とを備える衝撃式締付工具であって、設定トルクに達するとモータを停止し、停止後の所定時間内はモータを操作部の操作によって駆動可能な状態に制御し、前記所定時間内に行われる操作部の操作によって生じる締付けトルクが許容範囲であるか否か判定することを特徴とする衝撃式締付工具。
2. 操作部の操作によって回転駆動するエアモータへのエア供給通路を閉鎖してモータの駆動を停止した後、停止後の所定時間内は供給通路を開放してモータを駆動可能な状態に制御することを特徴とする請求項１に記載の衝撃式締付工具。
3. 所定時間内におけるモータ又はメインシャフトの回転方向を検出する回転方向検知手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の衝撃締付工具。
   

Images