JP2012045665A - 打撃式締め付け工具 - Google Patents

Abstract

【課題】ネジを確実に締め付けることができる打撃式締め付け工具を提供する。
【解決手段】エアモータ２３と、エアモータ２３からの回転トルクが変換されたパルス状の打撃トルクが付与されて回転する主軸２４と、を備え、主軸２４の回転により、ボルト１００の締め付けを行うインパクトレンチ１０であって、ボルト１００の締め付けトルクＴを検出するトルクセンサ３０と、ボルト１００の締め付け制御を行うコントローラ５０と、を具備し、コントローラ５０は、トルクセンサ３０により検出した締め付けトルクＴが所定値以上Ｔｓとなったときに、エアモータ２３の回転数Ｖを変更してボルト１００の締め付けを行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、ネジ等を締め付ける打撃式締め付け工具の技術であって、特に打撃式締め付け工具の締め付け制御の技術に関する。

従来、ボルトやナット等のネジの締め付けを行う打撃式締め付け工具としてのインパクトレンチは公知である。インパクトレンチは、パルス状のトルクを主軸に付与し、主軸の回転によりネジの締め付けを行う。特許文献１は、トルクセンサと、角度センサと、を備え、トルクセンサおよび角度センサにより検出した基準トルク範囲および基準回転角度範囲に基づいて、ネジの締め付け完了を判断するインパクトレンチを開示している。

しかし、締結する母材同士の位置がずれている、あるいは、ネジと母材との隙間に異物が混入している場合には、ボルトが母材に正常に着座していない状態等の締め付けが緩い状態であっても、トルクセンサにより検出したトルクの大きさが、一時的に所定の大きさの基準トルク範囲に到達することがある。つまり、特許文献１に代表されるインパクトレンチでは、ネジの締め付けが緩い状態であってもネジの締め付け完了として判断する場合があった。

特開２００９−１１３１３２号公報

本発明の解決しようとする課題は、ネジを確実に締め付けることができる打撃式締め付け工具を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、回転駆動源と、該回転駆動源からの回転トルクが変換されたパルス状の打撃トルクが付与されて回転する主軸と、を備え、該主軸の回転により、ネジの締め付けを行う打撃式締め付け工具であって、ネジの締め付けトルクを検出するトルク検出手段と、ネジの締め付け制御を行う制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記トルク検出手段により検出した締め付けトルクが所定値以上となったときに、前記回転駆動源の回転数を変更してネジの締め付けを行うものである。

請求項２においては、請求項１記載の打撃式締め付け工具であって、前記制御手段は、前記トルク検出手段により検出した締め付けトルクが所定値以上となったときに、前記回転駆動源の回転数を小さくしてネジの締め付けを行うものである。

本発明の打撃式締め付け工具および打撃式締め付け工具によれば、ネジを確実に締め付けることができる。

本発明の実施形態に係るインパクトレンチの構成を示す一部断面図。 同じくインパクトレンチの制御構成を示すブロック図。 インパクトレンチによる締め付け制御の流れを示すフロー図。 打撃とトルクとの関係、ならびに、打撃と回転数との関係を示すグラフ図。

図１および図２を用いて、打撃式締め付け工具としてのインパクトレンチ１０について説明する。
図１に示すように、インパクトレンチ１０は、例えば母材１０１と母材１０２とを、ボルト１００とナット１０５とで締結する際に、ネジとしてのボルト１００を締め付けるために用いられる工具である。インパクトレンチ１０は、ツール本体２０と、制御手段としてのコントローラ５０と（図２参照）、を具備している。ツール本体２０は、ハウジング２２内に、回転駆動源としてのエアモータ２３と、主軸２４と、打撃トルク発生装置２８とを具備している。ハウジング２２には、把持部２２ａが形成されている。なお、エアモータ２３は、電動モータであっても良い。

エアモータ２３は、高圧空気により回転トルクを発生させるロータ２５を具備している。主軸２４は、ツール本体２０における出力軸であり、ハウジング２２に回転可能に支持されている。主軸２４の先端部２４ａは、ハウジング２２から突出し、アタッチメント６０を介してボルト１００に対して係合する部分である。打撃トルク発生装置２８は、エアモータ２３からの連続的な回転トルクをパルス状の打撃トルクに変換する装置である。打撃トルク発生装置２８により変換されたパルス状の打撃トルクは主軸２４に伝達され、主軸２４を回転駆動する。

本実施形態のエアモータ２３は、２種類の回転数Ｖ（回転数Ｖ１または回転数Ｖ２）によって回転するように構成されている。ここで、回転数Ｖ２は、回転数Ｖ１より大きい回転数Ｖとする。なお、本発明の回転数Ｖの種類は、２種類に限定されるものではなく、３種類以上であってもよい。

ハウジング２２の把持部２２ａには、操作レバー２６と、メインバルブ２７とが備えられている。操作レバー２６は、メインバルブ２７と連動しており、ロータ２５に対する高圧空気の供給および停止の操作を行うものである。メインバルブ２７は、操作レバー２６の操作によりロータ２５へ高圧空気の供給および停止を行うものである。

このような構成とすることで、エアモータ２３からの連続的な回転トルクが、主軸２４に対するパルス状の打撃トルクに変換される。そして、打撃トルクは、アタッチメント６０を介してボルト１００を締め付ける。つまり、打撃トルク発生装置２８から伝達された打撃トルクにより主軸２４が回転駆動される。そして、主軸２４の回転駆動力により、アタッチメント６０を介して主軸２４に接続されたボルト１００が締め付けられる。

ツール本体２０は、締め付けトルク検出手段としてのトルクセンサ３０を具備している。トルクセンサ３０は、ボルト１００の締め付けトルクを検出するセンサである。トルクセンサ３０は、ハウジング２２内に設けられ、主軸２４の所定の部分を周回するように配設される励磁コイル３１と検出コイル３２とを備える磁歪式センサとして構成されている。

図２に示すように、コントローラ５０には、エアモータ２３と、トルクセンサ３０と、表示部５１と、が接続されている。コントローラ５０は、インパクトレンチ１０の締め付け動作を制御するものである。また、コントローラ５０は、エアモータ２３の回転数Ｖ（回転数Ｖ１または回転数Ｖ２）を選択して設定する機能を有する。表示部５１は、例えばトルクセンサ３０により検出された締め付けトルクＴ、あるいは、締め付け不良の検知結果等を表示するものである。

図３を用いて、インパクトレンチ１０による締め付け制御について説明する。
コントローラ５０は、ステップ１１０において、エアモータ２３の回転数Ｖを回転数Ｖ２に設定し、主軸２４を回転させる。ここで、ステージＳＴ１に示すように、操作レバー２６がＯＮされてからボルト１００が母材１０１に着座するまでをフリーラン状態という。フリーラン状態では、ボルト１００がナット１０５に螺合されていくため、インパクトレンチ１０にトルクは未だ発生していない。そして、ステージＳＴ２に示すように、ボルト１００が母材１０１に着座してから、インパクトレンチ１０にトルクが発生する。インパクトレンチ１０は、トルクが発生したときから、打撃トルクによる締め付けを行う。

コントローラ５０は、ステップＳ１２０において、トルクセンサ３０によって検出される締め付けトルクＴを認識し、締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓより大きい値であるかを確認する。ここで、基準締め付けトルクＴｓは、予めコントローラ５０に設定され、ボルト１００の締め付けが完了したことを判断するための基準となる締め付けトルクＴである。締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓより大きい値であれば、ステップＳ１３０へ移行する。一方、締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓ以下の値であれば、継続して締め付けを行う。

コントローラ５０は、ステップ１３０において、エアモータ２３の回転数Ｖを回転数Ｖ２からＶ１に変更し、回転数ＶをＶ１に設定する。コントローラ５０は、ステップ１４０において、３回の打撃トルクを与えることで締め付けを行い、締め付け完了とする。

図４を用いて、インパクトレンチ１０を用いてボルト１００を締め付ける際の打撃Ｎと締め付けトルクＴとの関係、打撃Ｎと回転数Ｖとの関係について説明する。
図４（Ａ）のグラフは、インパクトレンチ１０を用いてボルト１００を締め付ける際の打撃Ｎと締め付けトルクＴとの関係を示している。なお、フリーランの状態については図示を省略している。そのため、スタートトルクＴ０は、ボルト１００が母材１０１に着座することによって生じる締め付けトルクである。

図４（Ｂ）のグラフは、インパクトレンチ１０を用いてボルト１００を締め付ける際の打撃Ｎと回転数Ｖとの関係を示している。ここで、回転数Ｖは、エアモータ２３の最高回転数を１００％としたときの割合として示している。なお、本実施形態のエアモータ２３の最高回転数を４０００ｒｐｍとしている。

締め付けトルクＴは、スタートトルクＴ０から打撃Ｎの増加に従って増加する。締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓより大きくなったときを打撃Ｎとしたとき、次の打撃Ｎ＋１から３回目の打撃Ｎ＋３までの打撃によって締め付けが行われ、締め付け完了とされる。一方、回転数Ｖは、締め付けトルクＴがスタートトルクＴ０から基準締め付けトルクＴｓより大きくなるまでは、回転数Ｖ２に設定されて締め付けが行われる。そして、回転数Ｖは、基準締め付けトルクＴｓより大きくなった打撃Ｎの次の打撃Ｎ＋１から３回目の打撃Ｎ＋３までについては、回転数Ｖ１に設定されて締め付けが行われる。

なお、本実施形態では、回転数Ｖ２は、エアモータ２３の最高回転数に対して４０％（１６００ｒｐｍ）、回転数Ｖ１は、エアモータ２３の最高回転数に対して２０％（８００ｒｐｍ）としている。

締め付け制御の効果について説明する。
一般に、インパクトレンチでは、エアモータまたは電気モータの回転数が大きいほど打撃が強いものとなる。そして、打撃を強くして締め付けると、締め付け時間は短縮するが締め付け精度が悪くなる。一方、打撃を弱くして締め付けると、締め付け時間は増加するが締め付け精度は良くなる。

そこで、本実施形態のように、締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓより大きくなったときには、ボルト１００の締め付けがほぼ完了したと判断し、打撃強さを弱くして締め付ける。そのため、ボルト１００の締め付けがほぼ完了したと判断したとき、実際に確実にボルト１００が締め付けられている場合には、ボルト１００はあまり締め付けられることはない。一方、ボルト１００の締め付けがほぼ完了したと判断したとき、実際に確実にボルト１００が締め付けられていない場合には、弱い打撃でもボルト１００を締め付けることができる。そのため、締め付け精度は向上し、ボルト１００を確実に締め付けることができる。

また、一般に、インパクトレンチでは、主軸の回転角度を検出する角度センサを備え、角度センサによって検出される主軸の回転角度に基づいてネジの締め付け完了を判断する構成とされていた。しかし、本実施形態では、トルクセンサ３０のみを用いて、締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓより大きくなったときには、ボルト１００の締め付けがほぼ完了したと判断する。そして、実際に確実にボルト１００が締め付けられていない場合には、打撃を弱くして３回打撃することでボルト１００の締め付けが不十分な場合に対しての信頼性を確保している。このような構成とすることで、インパクトレンチ１０のトルクセンサ３０を省略することができる。

なお、本実施形態では、ステップ１３０において、エアモータ２３の回転数Ｖを回転数Ｖ２からＶ１に変更することで回転数を小さくしている。しかし、本発明は、回転数を小さくする変更に限定されることはない。例えば、ボルト１００とナット１０５とで締結する際に、ナット１０５をインパクトレンチ１０によって締め付ける場合には、本実施形態とは逆に回転数Ｖを大きくすることで確実に締め付けを行うことができる。

また、母材１０１と母材１０２とを、ボルト１００とナット１０５とで締結する際に、母材１０１および母材１０２のネジ穴とボルト１００との間にずれがなく、両者の真円度が正確に取れている場合がある。この場合には、少ない打撃で締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓより大きくなり、本実施形態とは逆に回転数Ｖを大きくすることで確実に締め付けを行うことができる。

なお、一般に、電動モータの駆動電流は、電動モータの回転負荷に比例する。そこで、本実施形態とは別の実施形態として、エアモータ２３を電動モータとした構成とする。この場合には、本実施形態のステップＳ１２０における締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓより大きい値であるかを確認する代わりに、電動モータの駆動電流が所定電流値より大きい値であるかを確認することで、締め付け完了の基準を判断することもできる。このような構成とすることで、インパクトレンチ１０のトルクセンサ３０を省略することができる。

１０ インパクトレンチ
２４ 主軸
２８ エアモータ
３０ トルクセンサ（トルク検出手段）
５０ コントローラ（制御手段）
Ｔ 締め付けトルク
Ｔｓ 基準締め付けトルク
Ｎ 打撃

Claims (2)

1. 回転駆動源と、該回転駆動源からの回転トルクが変換されたパルス状の打撃トルクが付与されて回転する主軸と、を備え、該主軸の回転により、ネジの締め付けを行う打撃式締め付け工具であって、
   ネジの締め付けトルクを検出するトルク検出手段と、
   ネジの締め付け制御を行う制御手段と、
   を具備し、
   前記制御手段は、
   前記トルク検出手段により検出した締め付けトルクが所定値以上となったときに、前記回転駆動源の回転数を変更してネジの締め付けを行う、
   打撃式締め付け工具。
2. 請求項１記載の打撃式締め付け工具であって、
   前記制御手段は、
   前記トルク検出手段により検出した締め付けトルクが所定値以上となったときに、前記回転駆動源の回転数を小さくしてネジの締め付けを行う、
   打撃式締め付け工具。

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