JP2015085470A - 締緩装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】緩め作業の高速化を図ることのできる締緩装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】本発明の締緩装置は、締結部材に対するドライブ軸２１の回転が、締付方向と緩め方向の何れであるかを判断する締緩判断部３９を具え、締緩判断部が、締付方向であると判断すると、トルク検出器により測定された測定トルクに基づいたフィードバック制御によりモータ駆動回路３６を制御し、締緩判断部が、緩め方向であると判断すると、制御部は、トルク検出器による測定トルクに基づかずにモータ駆動回路を制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ボルトやナットなどの締結部材を締め付けたり緩める締緩装置及びその制御方法に関するものである。

ボルトやナットなどの締結部材の締緩作業において、締結部材に作用する締付中と緩め中のトルクを夫々測定し、その測定トルクに応じてモータの出力を数値制御する制御部を具えた締緩装置が知られている（たとえば特許文献１参照）。

特開２０１１−１２５９５７号公報

上記のように、測定されたトルクをフィードバックするトルク制御を行なうと、正確なトルクで締結部材を締め付けることができる。一方、種々の演算が必要となり、また、設定されたトルクまで比例的にトルクが上昇するのではなく、漸近的に設定トルクに近づくように制御されているから、締付けに時間が掛かる。

このようなトルク制御は、締結部材の緩め作業においても実施されているが、緩め作業において、トルク制御を行なうことは不要である。このため、締付工程ではトルク制御し、緩め工程ではトルク制御を行なわず、緩め工程における時短を図ることが考えられる。

締緩装置では、モータからの動力を減速機構で減速し、締結部材が装着されるソケットに伝達するようにしている。締緩装置の締付け及び緩めの切替えを減速機構等のギア切替えやクラッチ操作などのメカ的な切替機構によって行なう場合、モータの回転方向は変わらないから、制御部は、ソケットが何れの方向に回転しているかを認識することができない。

このため、緩め作業においてもトルク制御を行なわざるを得ないこととなる。

本発明の目的は、緩め作業の高速化を図ることのできる締緩装置及びその制御方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の締緩装置は、
モータと、
前記モータを駆動するモータ駆動回路と、
前記モータによって回転し、先端にソケットが装着されて締結部材を締め付け及び緩めることのできるドライブ軸と、
前記ソケットに作用するトルクを検出するトルク検出器と、
予め設定された設定トルクと、前記トルク検出器により測定された測定トルクに基づいて、前記モータ駆動回路を制御する制御部と、
を具える締緩装置であって、
前記制御部に電気的に接続され、前記締結部材に対する前記ドライブ軸の回転が、締付方向と緩め方向の何れであるかを判断する締緩判断部を具え、
前記締緩判断部が、締付方向であると判断すると、前記制御部は、前記トルク検出器により測定された測定トルクに基づいたフィードバック制御により前記モータ駆動回路を制御し、
前記締緩判断部が、緩め方向であると判断すると、前記制御部は、前記トルク検出器による測定トルクに基づかずに前記モータ駆動回路を制御する。

前記締緩判断部は、前記トルク検出器により検出された測定トルクの値に基づいて、締付方向と緩め方向の判断を行なうことができる。

緩め方向の作業を行なう際に操作される緩めボタンを具え、
前記締緩判断部は、前記緩めボタンが操作されたときに、緩め方向であると判断することができる。

前記トルク検出器は、ドライブ軸に装着され、
前記トルク検出器と前記制御部は、無線通信によって信号の送受信を行なうことができる。

また、本発明に係る締緩装置の制御方法は、
モータと、
前記モータを駆動するモータ駆動回路と、
前記モータによって回転し、先端にソケットが装着されて締結部材を締め付け及び緩めることのできるドライブ軸と、
前記ソケットに作用するトルクを検出するトルク検出器と、
前記制御部に電気的に接続され、前記締結部材に対するドライブ軸の回転が、締付方向と緩め方向の何れであるかを判断する締緩判断部と、
を具える締緩装置の制御方法であって、
前記締緩判断部が、締付方向であると判断すると、前記トルク検出器により測定された測定トルクに基づいたフィードバック制御により前記モータ駆動回路を制御し、
前記締緩判断部が、緩め方向であると判断すると、前記トルク検出器による測定トルクに基づかずに前記モータ駆動回路を制御する。

本発明の締緩装置及びその制御方法によれば、締結部材の締付時には、測定されたトルク値に基づくフィードバック制御が行なわれ、数値制御による正確な締付けを行なうことができる。
一方、締結部材の緩め時には、トルク制御は行なわないので、高速に緩め作業を行なうことができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る締緩装置の概略説明図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る締緩装置のブロック図である。 図３は、本発明の第１実施形態に係る締緩装置の制御方法を示すフローチャートである。 図４は、本発明の第２実施形態に係る締緩装置の制御方法を示すフローチャートである。

以下、本発明の締緩装置１０を、図１及び図２に示すように締付けを行なう本体となる締緩機２０と、この締緩機２０を制御する制御装置３０、トルクを測定するトルク検出器５０から構成した数値制御式の締緩装置に適用した実施形態について説明する。なお、制御装置３０は、その機能の一部又は全部を締緩機２０に内蔵する構成とすることもでき、また、制御装置３０の一部の機能を外部ＰＣ等で実行するように構成してもよい。

図１は、本発明の締緩装置１０の概略を説明する図であり、図２は、締緩装置１０の概略ブロック図である。図に示すように、締緩装置１０は、締緩機２０と制御装置３０から構成され、締緩機２０には、ドライブ軸２１に作用するトルクを検出するトルク検出器５０を具える。

＜締緩機２０＞
締緩機２０として、図１に示す実施形態では、ドライブ軸が内軸と外軸２２の２軸式の電動レンチを例示している。しかしながら、２軸式のものに限定されず１軸式のものであってもよく、また、締緩機２０は、インパクトレンチ、インパクトドライバー、振動・ハンマードリルなどであってもよい。

２軸式の締緩機２０は、ドライブ軸２１となる内軸と外軸２２が、ハウジング２３に内蔵されたモータ２４によって互いに逆回転可能となっている。内軸と外軸２２は、遊星歯車機構などの減速機構２８によってモータ２４に連繋することができる。

締緩機２０は、内軸の先端には、ボルトやナットなどの締結部材が装着可能なソケットを具える。また、外軸２２の先端には、ドライブ軸２１の軸芯に対して先端が略垂直方向に突出するアームを具備する反力受け２５が取り付けられている。

締緩機２０は、図１に示すトリガスイッチ２６の操作によって、図２に示す制御装置３０からの指令を受けてモータ２４を駆動させ、ドライブ軸２１を回転させる。また、図１及び図２に示すように、締緩機２０には、正逆切替用スイッチ２７が配備されており、正逆切替用スイッチ２７を操作することで、モータ２４の回転を逆転させて、締結部材の締付け及び緩め作業を行なうことができる。正逆切替用スイッチ２７は、減速機構２８のギア切替えやクラッチ操作などによって、機構的にドライブ軸２１の正転と逆転を切り替えるものとすることができる。

＜トルク検出器５０＞
締緩機２０には、ソケットに作用するトルクを検出するトルク検出器５０が配備される。トルク検出器５０は、制御装置３０にトルクに関する信号を送信する。トルク検出器５０として、図１に示すように、締緩トルクを検出するトルクセンサ５１をドライブ軸２１とソケットとの間に直接装着するものを採用することができる。ソケットに作用するトルクは、締緩機２０の電気系統、たとえばモータ電流の変化から検出するものであってもよい。また、ソケットに作用するトルクは、ドライブ軸２１やモータ２４、減速機構等の回転角度から換算するようにしてもよい。

トルク検出器５０を図１のようにドライブ軸２１に装着すると、トルク検出器５０はドライブ軸２１と一体回転するから、制御装置３０と有線接続することはできない。従って、図２に示すように、トルクセンサ５１にて測定された締緩トルクに関する信号は、増幅回路５２で増幅し、Ａ／Ｄ変換回路５３にてＡ／Ｄ変換してＣＰＵ５４に入力し、ＲＦ（Radio Frequency）回路５５及びアンテナ５６を経由して無線送信することが望まれる。トルク検出器５０への電源の供給はトルク検出器５０に小型のバッテリを搭載することで行なうことができる。

具体的実施形態として、トルクセンサ５１は、外軸２２に貼着された歪みゲージを例示することができる。外軸２２に作用する締緩トルクは、歪みゲージの抵抗変化が電圧変化として出力される。本実施形態において、この電圧変化は、ソケットを正転（締付方向に回転）させたときに増加し、逆転（緩め方向に回転）させたときに低下する電圧出力であり、増幅、Ａ／Ｄ変換を経て、無線送信される。

＜制御装置３０＞
制御装置３０は、図１に示すように、締緩機２０と接続用ケーブル６０によって電気的に接続されており、締緩機２０との通信及び締緩機２０に電源供給可能となっている。また、制御装置３０は、先端にプラグ６１が連繋された電源用ケーブル６２に商用電源に接続可能となっている。なお、制御装置３０及び／又は締緩機２０をバッテリ内蔵とし、制御装置３０と締緩機２０の接続用ケーブル６０を省略して、これらの間の通信を無線により行なうこともできる。

具体的実施形態として、制御装置３０は、図１に示すようにボックス型のケーシング３１に、図２に示す制御手段３２を内蔵している。制御手段３２は、ＣＰＵ３４、ＲＡＭ、ＲＯＭなどのメモリ３５、Ｄ／Ａ変換器等の種々の電子部品を中心に構成された制御部３３を具え、メモリ３５に記憶された種々のプログラム等によって実現することができる。図２では、これらの連繋によって実現される代表的な機能に関する機能ブロックを描いている。これら機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウエアのみ又はこれらの組合せによって実現可能であることは当然理解されるべきである。

ケーシング３１の一面には、図１に示すように、ユーザの所望する設定トルクを表示する設定トルク表示部４０と、トルク検出器５０にて測定された締付トルクを表示する測定トルク表示部４１を具える。さらに、ユーザが設定トルクを増減するトルク設定ボタン４７，４８、異なる締付モードに切り替えるモード切替スイッチ４４が設けられている。さらに、ケーシング３１には、締緩装置１０の設定トルクの設定可能範囲を示すトルク設定範囲表示部４６が設けられている。

設定トルク表示部４０及び測定トルク表示部４１は、たとえばＬＥＤを採用したデジタル表示器とすることができる。これら又は何れか一方の表示部は、締緩装置１０に何らかの異常が生じた場合に、その異常を表示するエラー表示部を兼ねることができる。なお、図１中、符号４２は、トルク設定ボタン４７，４８を操作したときに、その設定トルクを表示する設定トルクサブ表示部であり、設定トルク表示部４０よりも小さく形成している。

トルク設定ボタン４７，４８は、設定トルクを小さくするマイナスボタン４７と大きくするプラスボタン４８である。これらトルク設定ボタン４７，４８は、締緩装置１０に何らかの異常が生じたときに、その何れかを操作することで、エラー解除ボタンとしても用いることができる。

モード切替スイッチ４４は、異なる２つの締付モードを切り替えるスイッチであり、押しボタン式、ダイヤル式又はスライド式などを採用することができる。モード切替スイッチ４４が何れの締付モードに設定されているか視認できるように、モード切替スイッチ４４内又はケーシング３１の適所に、何れかの締付モードに対応して点灯するＬＥＤ４５が配備されている。図示のモード切替スイッチ４４は、一方の締付モードに設定されたときに内蔵されたＬＥＤ４５が点灯するようにしている。

トルク設定範囲表示部４６は、図１に示すように、締緩装置１０の設定トルクの上限及び下限を示す。トルク設定範囲表示部４６は、図１に示すようにプレートにその設定範囲を刻印したり、シールに印刷し、ケーシング３１に取り付けたものを例示できる。また、上記設定トルク表示部４０等と同様にデジタル表示器とすることもできる。

制御手段３２を構成する制御部３３は、図２に示す如く上記した表示部４０，４１，４２、ボタン４７，７８、モード切替スイッチ４４、ＬＥＤ４５、正逆切替用スイッチ２７が夫々接続されると共に、トリガスイッチ２６を介して締緩機２０のモータ２４を駆動するモータ駆動回路３６、トルク検出器５０と無線通信するためのＲＦ回路３７及びアンテナ３８が接続されている。たとえば、モータ駆動回路３６によるモータ２４の出力調整は、位相制御やＰＷＭ制御によって行なうことができる。

また、トルク検出器５０にて測定された締付トルクに基づいて、締結部材に対するドライブ軸２１の回転が締付方向と緩め方向の何れであるかを判断する締緩判断部３９を具える。

メモリ３５には、締緩機２０を制御するためのすべてのプログラムが記憶される。たとえば、メモリ３５には、締付モードに応じてユーザにより設定された設定トルク、各締付モードに応じた締付プログラムや各種パラメータ、滞在中の締付モード、受信された測定トルクと設定トルクに基づいてモータ２４の出力を調整するためのモータ駆動回路３６の制御量などが記憶される。

＜第１実施形態＞
上記構成の締緩装置１０について、以下の要領で締緩作業が行なわれる。
図３は、本発明の一実施形態に係る制御フローを示している。
まず、正逆切替用スイッチ２７を操作して、減速機構２８のギア切替えやクラッチ操作により、ドライブ軸２１の回転方向を締付方向又は緩め方向の何れかに切り替える。

次に、締緩機２０のソケットを締結部材に嵌めた状態で、トリガスイッチ２６をオンにすることで開始される（ステップＳ１０１）。図１に示す締緩機２０では、ユーザが指でトリガスイッチ２６を引くことでオンとなる。

トリガスイッチ２６がオンとなると（ステップＳ１０１）、制御部３３は、メモリ３５を参照し、滞在している締付モードとその設定トルクに応じてモータ駆動回路３６からモータ２４に供給される電力を制御し、モータ２４を駆動する。これにより、反力受け２５がソケットの締付方向とは逆向きに回転して他の締結部材などに当接し、ソケットによる締結部材の締付が開始され、ソケットから締結部材に加わるトルク値が上昇する（ステップＳ１０２）。

トルク値（絶対値）が所定値以上まで上昇すると、トルク検出器５０によるトルク測定が開始され（ステップＳ１０３）、その測定トルク値は、制御部３３に送信される。

正逆切替用スイッチ２７は、メカ的にドライブ軸２１の回転方向を切り替えるものであるため、制御部３０は、何れの回転方向にドライブ軸２１が回転するかは認識することができない。そこで、以下のとおり、トルク検出器５０により検出された測定トルク値に基づいて、ドライブ軸２１の回転方向を判断し、モータ２４を制御するようにしている。

締緩判断部３９は、制御部３３の受信した測定トルク値に基づいて、その測定トルク値がプラスであるかマイナスであるかを判断する（ステップＳ１０４）。

測定トルク値がプラスであると（ステップＳ１０４のＹｅｓ）、ドライブ軸２１の回転は、締付方向であるから、締緩判断部３９は、締付作業であると判断する（ステップＳ１０５）。この場合、制御部４４は、トルク検出器５０により受信した測定トルク値に基づくフィードバック制御により、モータ駆動回路３６からモータ２４に供給される電力を制御する（ステップＳ１０６）。これにより、トルク制御による締結部材の締付けが進行する。

トルク制御による締付けは、トルク検出器５０により測定されたトルク値を参照しながら行なわれ、測定されたトルク値が、設定トルクに到達するまで実行される（ステップＳ１０７のＮｏ）。

測定されたトルク値が、設定トルクに到達すると（ステップＳ１０７のＹｅｓ）、制御部３３は、モータ駆動回路３６からのモータ２４への電力の供給を遮断し、モータ２４を停止させ、締付作業が完了する（ステップＳ１０８）。

一方、ステップＳ１０４において、測定トルク値の符号がマイナスであると（ステップＳ１０４のＮｏ）、ドライブ軸２１の回転は、緩め方向であるから、締緩判断部３９は、緩め作業と判断する（ステップＳ１０９）。この場合、測定されたトルク値に基づくフィードバック制御を行なうことなく、モータ２４に供給される電力を最大にするようモータ駆動回路３６を制御する（ステップＳ１１０）。なお、トルク検出器５０によるトルク測定は続行する。

そして、トリガスイッチ２６をオフにするまでモータ２４の回転を続けて、緩め作業を続行する（ステップＳ１１１のＮｏ）。

トリガスイッチがオフにされると（ステップＳ１１１のＹｅｓ）、制御部３３は、モータ駆動回路３６からのモータ２４への電力の供給を遮断し、モータ２４を停止させ、緩め作業が完了する（ステップＳ１１２）。

上記のように、締付作業のみ測定トルクに基づくフィードバック制御を行なって、所望する設定トルクを目標値とした締付けを行なうことができる。
一方、緩め作業では、フィードバック制御は行なわないから、高速に緩め作業を行なうことができる。

＜異なる実施形態＞
上記では、締緩判断部３９は、トルク検出器５０により測定されたトルク値がプラスであるかマイナスであるかにより、締付作業であるか緩め作業であるかを判断しているが、図１及び図２に示すように、緩めボタン２９を締緩機２０に配置し、緩めボタン２９がオフである場合にはフィードバック制御を行ない、緩めボタン２９がオンとなっている場合には、フィードバック制御を行なわないようにしてもよい。

図４は、緩めボタン２９を搭載した締付機２０の制御フローを示している。
図に示すように、トリガスイッチ２０が操作されたときに（ステップＳ２０１）、緩めボタン２９がオンであれば（ステップＳ２０２のＹｅｓ）、締緩判断部３９は、緩め作業と判断して（ステップＳ２０３）、フィードバック制御によらずにモータ２４を制御する（ステップＳ２０４〜Ｓ２０６）。なお、ステップＳ２０４〜Ｓ２０６は、上述した図３のステップＳ１１０〜Ｓ１１２と同じであるため説明は省略する。

一方、緩めボタン２９がオフであれば（ステップＳ２０２のＮｏ）、締緩判断部３９は、締付作業と判断して（ステップＳ２０７）、フィードバック制御によりモータ２４を制御する（ステップＳ２０８〜ステップ２１０）。なお、ステップＳ２０８〜Ｓ２１０は、上述した図３のステップＳ１０６〜Ｓ１０８と同じであるため説明は省略する。

このように、緩めボタン２９の操作により、締付作業であるか緩め作業であるかを判断し、締付作業のみ測定トルクに基づくフィードバック制御を行なって、所望する設定トルクを目標値とした正確な締付けを行なうことができる。また、緩め作業では、フィードバック制御は行なわないから、高速に緩め作業を行なうことができる。

上記説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或いは範囲を限縮するように解すべきではない。また、本発明の各部構成は、上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

１０ 締緩装置
２０ 締緩機
２７ 正逆切替スイッチ
２９ 緩めボタン
３０ 制御装置
３３ 制御部
３６ モータ駆動回路
３９ 締緩判断部
５０ トルク検出器

Claims (7)

1. モータと、
   前記モータを駆動するモータ駆動回路と、
   前記モータによって回転し、先端にソケットが装着されて締結部材を締め付け及び緩めることのできるドライブ軸と、
   前記ソケットに作用するトルクを検出するトルク検出器と、
   予め設定された設定トルクと、前記トルク検出器により測定された測定トルクに基づいて、前記モータ駆動回路を制御する制御部と、
   を具える締緩装置であって、
   前記制御部に電気的に接続され、前記締結部材に対する前記ドライブ軸の回転が、締付方向と緩め方向の何れであるかを判断する締緩判断部を具え、
   前記締緩判断部が、締付方向であると判断すると、前記制御部は、前記トルク検出器により測定された測定トルクに基づいたフィードバック制御により前記モータ駆動回路を制御し、
   前記締緩判断部が、緩め方向であると判断すると、前記制御部は、前記トルク検出器による測定トルクに基づかずに前記モータ駆動回路を制御する、
   ことを特徴とする締緩装置。
2. 前記締緩判断部は、前記トルク検出器により検出された測定トルクの値に基づいて、締付方向と緩め方向の判断を行なう、
   請求項１に記載の締緩装置。
3. 緩め方向の作業を行なう際に操作される緩めボタンを具え、
   前記締緩判断部は、前記緩めボタンが操作されたときに、緩め方向であると判断する、
   請求項１に記載の締緩装置。
4. 前記トルク検出器は、ドライブ軸に装着され、
   前記トルク検出器と前記制御部は、無線通信によって信号の送受信を行なう、
   請求項１乃至請求項３の何れかに記載の締緩装置。
5. モータと、
   前記モータを駆動するモータ駆動回路と、
   前記モータによって回転し、先端にソケットが装着されて締結部材を締め付け及び緩めることのできるドライブ軸と、
   前記ソケットに作用するトルクを検出するトルク検出器と、
   前記制御部に電気的に接続され、前記締結部材に対するドライブ軸の回転が、締付方向と緩め方向の何れであるかを判断する締緩判断部と、
   を具える締緩装置の制御方法であって、
   前記締緩判断部が、締付方向であると判断すると、前記トルク検出器により測定された測定トルクに基づいたフィードバック制御により前記モータ駆動回路を制御し、
   前記締緩判断部が、緩め方向であると判断すると、前記トルク検出器による測定トルクに基づかずに前記モータ駆動回路を制御する、
   ことを特徴とする締緩装置の制御方法。
6. 前記締緩判断部は、前記トルク検出器により検出された測定トルクの値に基づいて、締付方向と緩め方向の判断を行なう、
   請求項５に記載の締緩装置の制御方法。
7. 緩め方向の作業を行なう際に操作される緩めボタンを具え、
   前記締緩判断部は、前記緩めボタンが操作されたときに、緩め方向であると判断する、
   請求項５に記載の締緩装置の制御方法。

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