JP2022178058A - 締付工具における締付力の管理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パルスツールの作業性の良さを維持しつつ、高い締付精度を実現することができる締付工具における締付力の管理装置を提供すること。【解決手段】リアルタイムで締付トルクを検出する検出機構５を備え、この検出機構５によって検出した締付トルク値が、予め多段階に設定した設定値に達したときに、各段階に応じたモータ出力に切り替えて締付部材を締め付けるようにする制御部６を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、締付工具における締付力の管理装置に関するものである。

ねじ締付作業を行う締付工具として、騒音と振動が小さい内部に作動油を充填した打撃トルク発生装置が、開発され、実用化されるに至っている。
この油圧式トルクレンチは、図１に示すように、電動モータや高圧空気により回転駆動されるエアーモータ（ロータ）等のモータ２の回転トルクを内部に作動油を充填した打撃トルク発生装置３に伝達し、この打撃トルク発生装置において、回転トルクを打撃トルクに変換するようしている。
そして、モータ２により打撃トルク発生装置３のライナーを回転することにより、ライナーの内周面に形成した複数個のシール面と主軸４の外周面に形成したシール面及び羽根とが合致したとき、主軸４に打撃トルクを発生させ、主軸４の先端に係合したボルトやナット等（本明細書において、包括して「ねじ」という場合がある。）を締め付け又は緩めることができるようにしている。

ところで、この種の締付工具において、ねじ締付作業の管理、例えば、締付力や締付作業を行ったねじの本数の管理を自動的に行うことが要請され、各種方式で実用化されている（例えば、特許文献１～３参照。）。

特開平６－３１２３８１号公報 特開２００２－９６２７１号公報 特開２００６－３１２２１０号公報

このうち、締付力の管理については、例えば、上記特許文献２に示すように、電動モータにより駆動するようにした油圧式トルクレンチの締付制御方法において、前記電動モータに流れる電流値が、設定値を越えたことを検知することにより、締付部材が締付母材（締付ワーク）側に着座したと判断し、その時点から打撃トルク発生装置において発生した打撃トルクの発生回数が打撃カウンタに設定した発生回数に達したときに、電動モータを停止させるようにする方法がある。

ところで、パルスツールとも呼ばれるこの種の締付工具は、ナットランナのように締付中に常に作業者に反力が掛かる工具と比較して、低反力かつ高速回転であるため、締付時間が早く作業性が良いという利点を有する反面、間欠トルクであるため、上記の締付力の管理方法を適用しても、打撃力の１パルスと次のパルスの高低差が大きいと締付精度が低下するという問題があった。

本発明は、この問題点に鑑み、パルスツールの作業性の良さを維持しつつ、高い締付精度を実現することができる締付工具における締付力の管理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の締付工具における締付力の管理装置は、モータによ
り駆動される打撃部の間欠的な打撃により締付部材を締め付ける締付工具における締付力の管理装置において、リアルタイムで締付部材の締付状態を検出する検出機構を備え、該検出機構によって検出した締付部材の締付状態が、予め多段階に設定した設定値に達したときに、各段階に応じたモータ出力に切り替えて締付部材を締め付けるようにする制御部を備えてなることを特徴とする。

この場合において前記締付部材の締付状態の検出に、締付トルクを用いることができる。

また、前記制御部が、締付部材の締め付けを開始し、スタートトルクに達するまでの第１のモータ出力と、スタートトルクからセカンドトルク到達までの、第１のモータ出力よりも高出力の第２のモータ出力と、セカンドトルクからＣＵＴトルクまでの、第２のモータ出力よりも低出力の第３のモータ出力の３段階でモータ出力を制御するようにすることができる。

本発明の締付工具における締付力の管理装置によれば、リアルタイムで締付部材の締付状態を検出する検出機構を備え、該検出機構によって検出した締付部材の締付状態が、予め多段階に設定した設定値に達したときに、各段階に応じたモータ出力に切り替えて締付部材を締め付けるようにする制御部を備えてなることにより、より具体的には、前記締付部材の締付状態の検出に、締付トルクを用い、前記制御部が、締付部材の締め付けを開始し、スタートトルクに達するまでの第１のモータ出力と、スタートトルクからセカンドトルク到達までの、第１のモータ出力よりも高出力の第２のモータ出力と、セカンドトルクからＣＵＴトルクまでの、第２のモータ出力よりも低出力の第３のモータ出力の３段階でモータ出力を制御するようにすることにより、打撃力の１パルスと次のパルスの高低差を締付作業の進捗状況に応じたものとすることで、パルスツールの作業性の良さを維持しつつ、高い締付精度を実現することができる。

本発明の締付工具における締付力の管理装置を適用する油圧式トルクレンチの一例を示す説明図である。 本発明の締付工具における締付力の管理装置による締付力の管理方法の説明図である。 本発明の締付工具における締付力の管理装置による締付力の管理方法の説明図である。

以下、本発明の締付工具における締付力の管理装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１に、本発明の締付工具における締付力の管理装置を適用した油圧式トルクレンチの一例を示す。
この油圧式トルクレンチ１は、従来の油圧式トルクレンチと同様、モータ２の回転トルクを、打撃部としての内部に作動油を充填した打撃トルク発生装置３に伝達し、この打撃トルク発生装置３において、回転トルクを間欠的な打撃トルクに変換し、主軸４の先端に係合したボルトやナット等を締め付け又は緩めるようするものである。

そして、この締付工具における締付力の管理装置は、リアルタイムで締付部材の締付状態を検出する検出機構、具体的には、リアルタイムで締付トルク（打撃トルク）を検出する検出機構としてのトルクセンサ５を備え、このトルクセンサ５によって検出した締付ト
ルク値が、予め多段階（２段階以上、好ましくは、３段階以上。）に設定した設定値に達したときに、各段階に応じたモータ出力に切り替えて締付部材を締め付けるようにする制御部としてのコントローラ６を備えるようにしている。

ここで、締付トルクを検出する検出機構としてのトルクセンサ５には、磁歪式センサ、歪ゲージ式センサ等の各種トルクセンサを用いることができる。
また、モータ２は、コントローラ６により、モータ出力（例えば、電動モータの場合、回転速度、電流値、入力電圧等）の強弱を自在に切り替えられるようにする。

図２に示すように、トルクセンサ５によるリアルタイムの締付トルクの検出値に対し、スタートトルク及びセカンドトルクという設定値を予め設け、設定値を超えると自動的にモータ出力を切り替えるようにする。
最終的に油圧式トルクレンチ１を停止させたい締付トルク設定値を、ＣＵＴトルクとする。

油圧式トルクレンチ１のスイッチレバー７を引き、回転を開始して締付母材にボルト（締付部材）が着座し、その後スタートトルクに達するまでのモータ出力（１ｓｔｅｐ）と、スタートトルクからセカンドトルク到達までのモータ出力（２ｓｔｅｐ）と、セカンドトルクからＣＵＴトルクまでのモータ出力（３ｓｔｅｐ）の３段階でモータ２が作動できるようにコントローラ６に設定しておく。

より具体的には、図３に示すように、１ｓｔｅｐは、着座するまでのモータ２の設定であるが、着座の瞬間、油圧式トルクレンチ１の回転速度が急激に低下し、その慣性力が締付狙い値に対して悪影響を及ぼす可能性があるため、モータ２の出力を「弱」に設定しておく。
この１ｓｔｅｐでは、トルク－回転速度の関係を示すグラフのとおり、無負荷（トルク０Ｎ・ｍ）で、出力を「弱」に設定したモータ２の出力は最高速となる。
モータ２に徐々に負荷（トルク）が掛かり、回転速度が０ｒｐｍになる点が、モータ２の最大トルクとなる。
２ｓｔｅｐは、締付時間を短くするため、モータ２の出力を最大若しくは最大近くの「強」に設定しておく。
３ｓｔｅｐは、パルスと次のパルスの差ができるだけ小さくなるように、モータ２の出力を２ｓｔｅｐよりも低減又は調整した「中」に設定し、締付の高精度化を図るようにする。
このように、２ｓｔｅｐでモータ２の出力を「強」に設定し、３ｓｔｅｐでモータ２の出力を「中」に設定することで速い締付速度を維持しつつ、締付精度の向上を図るようにしている。
このように、３段階切替による締付制御により、締付時間が速く作業性の良いパルスツールの特徴を生かしつつ、高精度の締付を実現することができる。

ところで、本実施例においては、３段階切替による締付制御を例として記載したが、１ｓｔｅｐを省略した２段階切替としたり、さらに、段階数を増やし、締付トルク検知値とリンクさせてモータの出力切替を行うことで、さらなる締付の高精度化を図ることができる。

また、モータ出力の切替タイミングを規定するために用いる、リアルタイムで締付部材の締付状態を検出する検出機構は、締付トルクを検知するトルクセンサ５に限定されず、締付部材の締付角度、締付時間、超音波を用いた締付ボルトの伸びを検出する検出機構を用いることもできる。

また、モータ２の設定値については、作業者が締付部材や締付母材等のごとに設定してもよいし、狙いのＣＵＴトルク値に対して予め切替タイミングとモータ出力をコントローラ６にプログラミングしておき、作業者はＣＵＴトルクと締付部材や締付部材等の情報を書き込むことで自動切り替えができるようにしてもよい。

以上、本発明の締付工具における締付力の管理装置について、油圧式トルクレンチの実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができる。

本発明の締付工具における締付力の管理装置は、パルスツールの作業性の良さを維持しつつ、高い締付精度を実現することができることから、油圧式トルクレンチ等の締付工具における締付力の管理装置の用途に好適に用いることができる。

１ 油圧式トルクレンチ（締付工具）
２ モータ
３ 打撃トルク発生装置（打撃部）
４ 主軸（締付工具の締付部）
５ トルクセンサ（締付トルクを検出する検出機構）
６ コントローラ（制御部）
７ スイッチレバー

Claims (3)

1. モータにより駆動される打撃部の間欠的な打撃により締付部材を締め付ける締付工具における締付力の管理装置において、リアルタイムで締付部材の締付状態を検出する検出機構を備え、該検出機構によって検出した締付部材の締付状態が、予め多段階に設定した設定値に達したときに、各段階に応じたモータ出力に切り替えて締付部材を締め付けるようにする制御部を備えてなることを特徴とする締付工具における締付力の管理装置。
2. 前記締付部材の締付状態の検出に、締付トルクを用いることを特徴とする請求項１に記載の締付工具における締付力の管理装置。
3. 前記制御部が、締付部材の締め付けを開始し、スタートトルクに達するまでの第１のモータ出力と、スタートトルクからセカンドトルク到達までの、第１のモータ出力よりも高出力の第２のモータ出力と、セカンドトルクからＣＵＴトルクまでの、第２のモータ出力よりも低出力の第３のモータ出力の３段階でモータ出力を制御するようにしてなることを特徴とする請求項２に記載の締付工具における締付力の管理装置。

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