JP2012086284A - 締め付け工具 - Google Patents

Abstract

【課題】作業者の手振れの影響を低減できる締め付け工具を提供する。
【解決手段】作業者がボルト１００の締め付け作業を行う際に用いるインパクトレンチ１０であって、エアモータ２３と、エアモータ２３からの回転トルクが付与されて回転する主軸２４と、主軸２４の回転角度を検出する角度センサ４０と、作業者の手振れによるインパクトレンチ１０の回転角度を検出するジャイロセンサ６０と、主軸２４の回転によってネジ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、回転角度ωおよび手振れ角度φに基づいてボルト１００の締め付け制御を行う。
【選択図】図１

Description

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

従来、作業者がネジまたはボルトの締め付け作業を行う際に用いる締め付け工具は公知である。締め付け工具は、回転駆動源と、回転駆動源からの回転トルクが付与されて回転する主軸と、を具備し、主軸の回転によりネジの締め付けを行う構成が一般的である。例えば、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トルクおよび回転角度に基づいて、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、作業者が締め付け作業を行う際に用いる締め付け工具では、手振れが発生した場合には、回転軸の回転角度と、ネジが回転した回転角度との間には、手振れの角度分だけ誤差が生じることになる。つまり、締め付け作業の際に手振れが発生した場合には、締め付けの完了を判定する締め付け制御の精度が悪くなる場合があった。また、実際の締め付け作業では、作業者が締め付け工具を握って固定するものの、手振れが発生しないように固定して締め付け作業を行うには限界があった。さらに、作業者自身も、締め付け作業中に手振れが発生しなかったという確証が得られなかった。

特開２００９−１１３１３２号公報

解決しようとする課題は、作業者の手振れの影響を低減できる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、作業者がネジの締め付け作業を行う際に用いる締め付け工具であって、回転駆動源と、前記回転駆動源からの回転トルクが付与されて回転する主軸と、前記主軸の回転角度を検出する角度検出手段と、作業者の手振れによる前記工具の回転角度を検出する手振れ角度検出手段と、を具備するものである。

請求項２においては、請求項１に記載の締め付け工具であって、前記締め付け工具は、前記主軸の回転によって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、前記回転角度および前記手振れ角度に基づいてネジの締め付け制御を行うものである。

請求項３においては、請求項２に記載の締め付け工具であって、前記制御手段は、前記回転角度を前記手振れ角度によって補正し、前記回転角度が所定角度以上となれば締め付け完了と判断するものである。

請求項４においては、請求項１から３のいずれか１項に記載の締め付け工具であって、前記締め付け工具は、前記回転トルクを検出するトルクセンサと、を具備するものである。

請求項５においては、請求項１から４のいずれか１項に記載の締め付け工具であって、前記手振れ角度検出手段は、ジャイロセンサとするものである。

本発明の締め付け工具によれば、作業者の手振れの影響を低減できる。

本発明の実施形態に係るインパクトレンチの全体的な構成を示した側面図。 同じく制御構成を示すブロック図。 本実施形態の締め付け制御の流れを示すフロー図。

図１を用いて、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、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９０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。

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９０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、主軸２４に接続されたアタッチメント９０を介してボルト１００が締め付けられる。

図１および図２を用いて、インパクトレンチ１０についてさらに説明する。
図２では、２点鎖線は、電気信号線を示すものとする。
インパクトレンチ１０は、制御手段としてのコントローラ５０と、角度検出手段としての角度センサ４０と、手振れ角度検出手段としてのジャイロセンサ６０と、トルクセンサ３０を具備している。コントローラ５０には、エアモータ２３と、トルクセンサ３０と、角度センサ４０と、ジャイロセンサ６０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。より具体的には、コントローラ５０は、操作レバー２６がＯＮされて締め付け動作が開始され、ボルト１００がフリーラン状態で締め付けられ、その後ボルト１００が母材１０１に着座し、打撃トルクによってボルト１００を締め付け、ボルト１００が完全に締め付けられる締め付け完了に至るまでの締め付け動作を制御するものである。

トルクセンサ３０は、ボルト１００の締め付けトルクＴ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。

角度センサ４０は、主軸２４ならびに主軸２４に接続されたアタッチメント９０の回転角度ωを検出するセンサである（図３の右中央の概念図参照）。角度センサ４０は、ハウジング２２内に設けられ、主軸２４の所定の部分に設けられるロータ鉄心４１と、ロータ鉄心４１の周回するように設けられるステータ鉄心４２と、ステータ鉄心４２に巻着されるステータコイル４３と、を備える磁気式センサとして構成されている。

ジャイロセンサ６０は、インパクトレンチ１０の手振れ角度φを検出するセンサである。ジャイロセンサ６０は、ハウジング２２の把持部２２ａ内に設けられている。ジャイロセンサ６０は、ジャイロセンサ６０が取り付けられたインパクトレンチ１０自体に主軸２４を中心とする回転方向に回転が生じた時に発生する手振れ角度φを検出するものである（図３の右中央の概念図参照）。

なお、インパクトレンチ１０の作業者の手振れとは、作業中にインパクトレンチ１０を握っている作業者の手が主軸２４を中心とする回転方向に所定の角度だけ移動（回転）することである。このとき、インパクトレンチ１０自体の姿勢が、インパクトレンチ１０の締め付け動作開始時の姿勢に対して、主軸２４を中心とする回転方向に所定の手振れ角度φだけ回転した姿勢になる。つまり、手振れ角度φとは、インパクトレンチ１０自体（ハウジング２２）が、作業者の手振れにより、動作開始時（操作レバー２６がＯＮされた時）の位置から主軸２４を中心とする回転方向に回転した角度である。

図３を用いて、本実施形態の締め付け制御について説明する。
なお、図３の右側には、フリーランおよび着座の状態を示す概念図と、回転角度ωおよび手振れ角度φの概念を示す概念図と、を示している。

締め付け制御は、作業者によって操作レバー２６がＯＮされることで開始される。
コントローラ５０は、エアモータ２３を回転させることで、主軸２４を回転させる。ここで、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に螺合されていくだけであるため、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、ボルト１００が母材１０１に着座してから、インパクトレンチ１０に締め付けトルクＴが発生する。インパクトレンチ１０は、締め付けトルクＴ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Ｓ１１０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、ステップＳ１２０において、締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓより大きい値であるかを確認する。ここで、基準締め付けトルクＴｓとは、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、ステップＳ１１０へ移行し、継続して締め付けを行う。

コントローラ５０は、ステップＳ１３０において、角度センサ４０によって検出される回転角度ωを検出する。なお、この場合に検出される回転角度ωは、締め付け方向を正とした、操作レバー２６がＯＮされてからの累積した回転角度ωとしている。さらに、コントローラ５０は、ステップＳ１４０において、ジャイロセンサ６０によって検出される手振れ角度φを検出する。なお、この場合に検出される手振れ角度φは、締め付け方向を負とした、操作レバー２６がＯＮされた時からの手振れ角度φとしている。

コントローラ５０は、ステップＳ１５０において、ステップＳ１３０にて角度センサ４０によって検出した回転角度ωと、ステップＳ１４０にてジャイロセンサ６０によって検出した手振れ角度φと、を足して、実回転角度θを算出する。すなわち、実回転角度θとは、回転角度ωを手振れ角度φによって補正した、真の回転角度ωである。

コントローラ５０は、ステップＳ１６０において、実回転角度θが基準実回転角度θｓより大きい値であるかを確認する。ここで、基準実回転角度θｓとは、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実回転角度θである。実回転角度θが基準実回転角度θｓより大きい値であれば、締め付け制御を終了する。一方、実回転角度θが基準実回転角度θｓ以下の値であれば、ステップＳ１５０へ移行し、継続して締め付け制御を行う。

本実施形態の締め付け制御の効果について説明する。
従来、インパクトレンチ１０では、手振れが発生した場合には、主軸２４の回転角度ωと、ボルト１００が実際に回転した回転角度（本実施形態でいう実回転角度θ）との間には、手振れの角度分φだけ誤差が生じていた。そのため、締め付け作業の際に手振れが発生した場合には、締め付けの完了を判定する締め付け制御の精度が悪くなる場合があった。また、実際の締め付け作業では、作業者がインパクトレンチ１０を握って固定するものの、手振れが発生しないように固定して締め付け作業を行うには限界があった。さらに、作業者自身も、締め付け作業中に手振れが発生しなかったという確証が得られなかった。

しかし、本実施形態のインパクトレンチ１０では、角度センサ４０によって検出した回転角度ωを、ジャイロセンサ６０によって検出した手振れ角度φによって補正して、実回転角度θ、すなわちボルト１００が実際に回転した回転角度を算出する構成としている。そのため、本実施形態のインパクトレンチ１０によれば、作業者の手振れの影響を低減できる。

本実施形態では、締め付け工具をインパクトレンチ１０、すなわち打撃式締め付け工具とする構成としたが、これに限定されない。例えば、非打撃式締め付け工具としてのナットランナであっても本発明を適用できる。つまり、角度センサを具備し、手締め式の締め付け工具であれば本発明を適用できる。なお、手締め式の締め付け工具とは、作業者が手に持ってネジ等を締め付ける工具のことをいう。

また、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。

本実施形態では、ジャイロセンサ６０をインパクトレンチ１０のハウジング２２の把持部２２ａ内に設ける構成としたが、これに限定されない。一般にジャイロセンサ６０とは、回転が生じた時に発生する角速度を測る慣性力センサのことであり、コリオリの力を検出することで角速度を電気信号に変換するセンサであって、相対的な基準点等は必要としていない。そのため、例えば、ジャイロセンサ６０をインパクトレンチ１０のハウジング２２内に設ける構成としても良い。

１０ インパクトレンチ
２３ エアモータ
２４ 主軸
３０ トルクセンサ
４０ 角度センサ
５０ コントローラ
６０ ジャイロセンサ

Claims (5)

1. 作業者がネジの締め付け作業を行う際に用いる締め付け工具であって、
   回転駆動源と、
   前記回転駆動源からの回転トルクが付与されて回転する主軸と、
   前記主軸の回転角度を検出する角度検出手段と、
   作業者の手振れによる前記工具の回転角度を検出する手振れ角度検出手段と、
   を具備する、
   締め付け工具。
2. 請求項１に記載の締め付け工具であって、
   前記締め付け工具は、
   前記主軸の回転によって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、
   前記回転角度および前記手振れ角度に基づいてネジの締め付け制御を行う、
   締め付け工具。
3. 請求項２に記載の締め付け工具であって、
   前記制御手段は、
   前記回転角度を前記手振れ角度によって補正し、
   前記回転角度が所定角度以上となれば締め付け完了と判断する、
   締め付け工具。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の締め付け工具であって、
   前記締め付け工具は、
   前記回転トルクを検出するトルクセンサと、
   を具備する、
   締め付け工具。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の締め付け工具であって、
   前記手振れ角度検出手段は、ジャイロセンサとする、
   締め付け工具。
   

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