JP2953211B2

JP2953211B2 - インパクト式ねじ締め装置

Info

Publication number: JP2953211B2
Application number: JP23861692A
Authority: JP
Inventors: 輝雄福村; 旬一丸山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1992-09-07
Filing date: 1992-09-07
Publication date: 1999-09-27
Anticipated expiration: 2014-09-27
Also published as: JPH0691552A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、衝撃力を利用して、
ねじ締め作業を行なうねじ締め装置、例えばインパクト
・レンチやインパクト式ナット・ランナーなどに関し、
特に、ねじの締結力（締め付け力）を制御する技術に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の締め付けトルクを制御するインパ
クト・レンチとしては、例えば実願平３−１２３７０号
に記載の装置がある。図１５は上記の装置の断面図であ
る。図１５において、主軸１５は磁歪効果を有する材料
で構成されている。そしてボルト締結の際に発生するト
ルク・パルスに伴う主軸１５表面の透磁率変化をトルク
検出部１１の検出コイル２６ａ、２６ｂのインダクタン
ス変化として検出することにより、トルクの変化を検出
する。そして、検出されたトルクが所定の範囲の値に達
したところで、制御回路１２０からの制御信号により、
シャット・オフ・バルブ１２が閉じてエア・モータ部１
３への圧縮エアが遮断され、これによって油圧パルス発
生部１４および主軸１５の駆動を停止させるように構成
されている。しかし、テーパ・ビーム・レンチなどのト
ルク・レンチによるねじ締めの場合には、締付けトルク
と締結部に発生する締結力とが比例関係にあるが、上記
のごときインパクト・レンチにおいては、トルク・パル
スのピーク値は締結力には比例せず、例えば、直前のト
ルクパルスよりもピーク値の小さなトルク・パルスが発
生した場合にも締結力が増加する、というようなことが
頻繁に生じることが実験の結果判明した。このように、
トルク・パルスのピーク値は締結力に１対１で対応する
量とは云えないため、このピーク値を正確に検出しても
締結力を精度良く検出することは出来ず、したがって、
これに基づいてシャット・オフ・バルブをカット・オフ
制御したとしても、締結力を精度良く制御しているとい
うことにはならない。上記のように従来の装置において
は、締結力を正確に検出することが出来なかったので、
所望の締結力に正確に制御することが困難である、とい
う問題があった。

【０００３】上記の問題を解決するため、本出願人は、
ねじ締結時の瞬時トルクのピーク値を用いてインパクト
毎に締結力の増加量を演算する装置を既に出願している
（平成４年８月２８日出願の「インパクト式ねじ締め装
置」：未公開）。図１６は、該装置における演算のフロ
ーチャートである。なお、機構部分は図１５に示したも
のと同じである。この装置は、図１６に示すように、ね
じ締結時の瞬時トルクのピーク値を用いて、インパクト
毎に締結力の増加量を演算し、その値が予め定めた締結
力に達した時点で、インパクト・レンチに供給される圧
縮空気を遮断することにより、目標とする締結力を得る
ものである。

【０００４】以下、図１６に基づいて詳細に説明する。
まず、ステップＳ１では、目標締結力ｃＦｃ（図ではカ
ット・オフ締結力と表示）の値を決定する。次に、ステ
ップＳ２では、それまでの締結力の値をリセットする。
Ｆ(０）＝０。次に、ステップＳ３では、締結を開始す
る。また、ステップＳ４〜ステップＳ８はループを形成
しており、衝撃（インパクト）を加える毎に演算を行な
う。まず、ステップＳ４では、トルクセンサの信号から
トルク・パルスのピーク値Ｔ_P(ｉ）を求めて記憶する。
次に、ステップＳ５では、Ｆ(ｉ−１）における締結力
の増加分のトルクに対する係数Ｃ_TF(ｉ）を、締結力デ
ータメモリ部のテーブルに基づいて計算する。ただし、
Ｃ_TF(ｉ）＝Ｃ_TF〔Ｆ(ｉ−１）〕。次に、ステップＳ６
では、衝撃による締結力の増加分δＦ(ｉ）を演算す
る。ただし、δＦ(ｉ）＝Ｃ_TF〔Ｆ(ｉ−１）〕×Ｔ
_P(ｉ）。次に、ステップＳ７では、衝撃後の締結力Ｆ
(ｉ）を演算する。ただし、Ｆ(ｉ）＝Ｆ(ｉ−１）＋
δＦ(ｉ）。次に、ステップＳ８では、衝撃後の締結力
Ｆ(ｉ）が目標締結力ｃＦｃ以上か否かを判断し、ＮＯ
であればステップＳ４へ戻ってステップＳ８までを繰り
返す。一方、ステップＳ８でＹＥＳになると、ステップ
Ｓ９へ行き、その時点でカットオフ命令が出される。こ
れによって圧縮空気のバルブが閉じられる。次に、ステ
ップＳ１０では、終了するか否かを判断し、ＹＥＳであ
ればそのまま終了し、ＮＯであればステップＳ２へ戻っ
て次のねじ締めを行なう。図１７および図１８は、上記
の制御における動作特性図であり、図１７は各インパク
ト時のトルクのピーク値の例を示す図、図１８はインパ
クト回数と締結力の増加との関係を示す図である。な
お、上記の従来例および本出願人の先行技術の説明は、
インパクト・レンチを例として説明したが、インパクト
式のナット・ランナー等においても同様である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、図１５
に示した従来の装置においては、締結力を正確に検出す
ることが出来なかったので、所望の締結力に正確に制御
することが困難である、という問題があった。また、上
記の問題を解決するためになされた本出願人の先行発明
においては、締結力を検出することは出来るが、下記
（１）、（２）に記載するように、場合によっては実際
の締結力と演算値との間に誤差が生じることがある、と
いう問題がある。（１）、図１９および図２０に示すように、ボルトとナ
ットで締結を開始する以前、すなわち、ボルトまたはナ
ットが着座する以前においても、ボルトまたはナットを
回転させるためには多少のトルクが必要であり、特にボ
ルトやナットの取付け形状の相違やねじの精度のバラツ
キによってはかなり大きなトルクが必要となる。そして
上記の先行技術では、ボルトまたはナットが着座して真
の締結が開始される以前にも、ねじ締めトルクが計測さ
れた場合には締結力の演算が行なわれるので、カットオ
フ命令が出力された時点における最終的な実際の締結力
と演算による締結力とには誤差が生じることがある。（２）、ボルトとナットとのねじ面または被締結体とボ
ルトかナットとの座面における摩擦係数μが通常値より
も大きい場合には、締結力の演算値が目標締結力に達し
たときでも、実際の締結力が目標締結力よりもかなり小
さくなってしまうことがある。

【０００６】本発明は上記のごとき従来技術の問題を解
決し、かつ本出願人の先行技術を更に改良するためにな
されたものであり、演算値と実際の締結力との誤差を減
少させて締結力を精密に制御することが出来、精度の良
いねじ締め作業を行なうことの出来るインパクト式ねじ
締め装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、請求項１に記載の発明にお
いては、駆動出力にパルス成分を有する駆動手段と、一
端にねじとの継手部を有し、上記駆動手段によって駆動
されることによってねじを締め付ける主軸と、上記駆動
手段を停止させる停止手段と、上記主軸のトルク変化を
検出するトルク検出手段と、上記主軸の回転角度を検出
する回転検出手段と、を有するインパクト式ねじ締め機
本体と、上記回転検出手段の検出結果から一回のインパ
クトによる主軸の回転角度が予め定めた所定値以下にな
った場合に締結力演算を開始し、上記トルク検出手段の
検出結果から求めたトルク・パルスのピーク値を用い
て、インパクト毎に締結力の増加量を演算し、現状の締
結力が目標締結力に達した場合に上記停止手段を制御し
てねじ締めを終了させる制御手段と、を備えている。な
お、上記のインパクト式ねじ締め機本体は、例えば後記
図１の実施例におけるインパクト・レンチ本体４０に相
当し、同じく、上記駆動手段はエア・モータ部１３に、
上記主軸は主軸１５に、上記停止手段はシャット・オフ
・バルブ１２に、上記トルク検出手段はコイル２６ａ、
２６ｂの部分に、上記回転検出手段は回転検出部４１の
部分に相当する。また、上記制御手段は、例えば後記図
４の実施例におけるトルク制御装置３０に相当する。

【０００８】また、請求項２に記載の発明においては、
駆動出力にパルス成分を有する駆動手段と、一端にねじ
との継手部を有し、上記駆動手段によって駆動されるこ
とによってねじを締め付ける主軸と、上記駆動手段を停
止させる停止手段と、上記主軸のトルク変化を検出する
トルク検出手段と、を有するインパクト式ねじ締め機本
体と、上記トルク検出手段の検出結果から求めたトルク
・パルスのピーク値を用いて、インパクト毎に締結力の
増加量を演算し、現状の締結力が目標締結力に達した場
合に、その時点でのトルクのピーク値が予め定めた通常
範囲よりも大きい場合には、トルクのピーク値が通常範
囲の中央値からずれた分に対応した補正係数を締結力の
演算値に乗じて該演算値を補正し、その補正結果が目標
締結値に達した場合に上記停止手段を制御してねじ締め
を終了させる制御手段と、を備えている。また、請求項
３に記載の発明においては、上記請求項２の構成におい
て、上記制御手段は、締結力の演算値を補正する場合
に、そのときのインパクトによる締結力の増加量につい
ても上記補正係数を乗じて補正するように構成してい
る。なお、請求項２および請求項３の発明については、
インパクト式ねじ締め機本体に相当する部分の図示を省
略しているが、この場合のインパクト式ねじ締め機本体
は、例えば後記図１の実施例におけるインパクト・レン
チ本体４０から回転検出部４１の部分を削除したものに
相当する。また、制御手段の演算内容については、例え
ば、後記図９および図１０のフローチャートに記載され
ている。

【０００９】

【作用】本発明者の実験によれば、パルス状のトルクに
よるねじの締め付け作業においては、トルクのピーク値
の変化と締結力（締め付け力）の変化との間に所定の関
係があることが判明した。本発明は、上記の関係を利用
したものであり、トルク・パルスのピーク値を用いて、
インパクト毎に締結力の増加量を演算するものである。
そして請求項１に記載の発明においては、ボルトやナッ
トがしっかり着座するとインパクトによる回転角度が小
さくなるという本発明者の知見に基づき、一回のインパ
クト（衝撃）による主軸の回転角度が所定値以下になっ
た場合に実際の締結が開始されたものと判断し、それ以
後、締結力の演算を行なうように構成したものである。
そのため、ボルトやナットの取付け形状の相違やねじの
精度のバラツキが大きな場合でも、ボルトやナットの着
座以前の締結力演算によって誤差を生じる畏れがなくな
り、目標とする締結力まで精密にねじ締めを行なうこと
が出来る。

【００１０】また、請求項２に記載の発明においては、
摩擦係数μが大きい等の理由で、演算した締結力がカッ
ト・オフ・レベルに達した時点でのトルクのピーク値が
通常範囲よりも大きくなる場合には、実際の締結力が演
算値よりも小さくなる傾向があるという本発明者の知見
に基づき、そのような場合には、トルクのピーク値が通
常範囲の中央値からずれた分に対応した係数を締結力の
演算値に乗じて、該演算値を補正してやるように構成し
たものである。そのため、ボルトとナットとのねじ面ま
たは被締結体とボルトかナットとの座面における摩擦係
数μが通常値よりも大きい場合でも、演算締結力と実際
の締結力との誤差を減少させ、目標とする締結力まで精
密にねじ締めを行なうことが出来る、という優れた効果
が得られる。また、請求項３に記載の発明においては、
請求項２に記載の発明において、締結力の演算値を補正
する場合に、そのときのインパクトによる締結力の増加
量についても上記補正係数を乗じて補正するように構成
したものであり、さらに誤差を減少させることが出来
る。

【００１１】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。第１の実施例は、一回のインパクト（衝撃）によ
る主軸の回転角度によって実際の締結が開始されたか否
かを判断するように構成した例である。すなわち、図８
に示すように、ボルトまたはナットが着座する前は、ボ
ルトまたはナットを回転させると多少のトルクは必要で
あるが一回のインパクトによる回転角度は大きい。それ
に対してしっかり着座すると一回のインパクトによる回
転角度は大幅に小さくなり、逆にトルクは大きくなる。
したがって一回のインパクトによる主軸の回転角度が所
定値以下になった場合には、それ以後は真の締結である
と判断して締結力の演算を行なってよいことが判る。

【００１２】図１〜図５は本発明の第１の実施例図であ
り、図１（ａ）はインパクト・レンチ本体の断面図、図
１（ｂ）は回転検出部の円板４２の平面図、図２は図１
のＡ−Ａ断面図、図３は図１における気圧回路のブロッ
ク図、図４は図１におけるトルク制御装置３０のブロッ
ク図、図５は演算処理を示すフローチャートである。ま
ず、図１において、４０はインパクト・レンチ本体であ
り、このインパクト・レンチ本体４０内には、給気部１
６、エア・モータ部１３、油圧パルス発生部１４および
トルク検出部１１が設けられている。給気部１６、エア
・モータ部１３、油圧パルス発生部１４は公知の構成で
あり、給気部１６には、エア・モータ部１３に連通する
エア通路１７が形成され、その途中にはメイン・バルブ
１８および切替バルブ１９がこの順に設けられている。
メイン・バルブ１８は、バルブ操作レバー２０を引くこ
とによって開き、切替バルブ１９は回転切替レバー２１
を所定の回転位置まで回すことによって開くようになっ
ている。エア・モータ部１３は偏心したシリンダ内に配
設された回転駆動軸２２を備えており、この回転駆動軸
２２は、ベーン２３に圧縮エアが作用することによって
回転するようになっている。油圧パルス発生部１４は、
エア・モータ部１３の回転駆動軸２２に直結されたライ
ナ・ケース２４内に設けられた主軸１５と、この主軸１
５に外装されたドライビング・ブレード２５とからな
り、ライナ・ケース２４内には油液が充満されている。
主軸１５は、一定以上の負荷がないときはライナ・ケー
ス２４内面とドライビング・ブレード２５の抵抗によっ
てエア・モータ部１３の回転駆動軸２２と共に回り、一
定以上の負荷があるときはリリーフ・バルブ２８を介し
てドライビング・ブレード２５の内面に作用する油圧が
変動することによって衝撃的に回るようになっている。
この主軸１５の先端部は、ソケット（ボックス・レン
チ）を介してねじに接続するような形状になっており、
この先端部を所望のねじに合わせることによって、ねじ
締めを行なうことが出来る。トルク検出部１１は、主軸
１５の周囲に配置され、かつ、インパクト・レンチ本体
４０に固定された１対のコイル２６ａ、２６ｂから構成
されている。主軸１５は左右１対の螺旋角の異なる溝列
２７ａ、２７ｂが設けられた磁歪効果を有する材料で作
られており、これらの溝列２７ａ、２７ｂに対向してコ
イル２６ａ、２６ｂが配置されている。そして、これら
のコイル２６ａ、２６ｂによって、主軸１５に作用する
トルクを検出できるようになっている。また、回転検出
部４１は、主軸１５に固定されて該主軸と共に回転する
円板４２と、該円板４２を挾み込むように設けられた回
転センサ４４（フォト・インタプラタや磁気センサ等）
とからなる。そして、円板４２が回転することによって
円板４２に設けられた多数のスリット４３が回転センサ
４４内で移動することにより、回転センサ４４の出力と
して主軸１５の回転角度に対応した信号が得られる。ま
た、圧縮エアの遮断機溝は公知の構成である。すなわ
ち、１２はエア・モータ部１３へ送られる圧縮エアを供
給・遮断するためのシャット・オフ・バルブであり、切
替バルブ１９とエア・モータ部１３とを連絡するエア通
路の途中に設けられている。

【００１３】次に、図２に示すＡ−Ａ断面図は、シャッ
ト・オフ・バルブ１２の構成を示すものである。図２に
おいて、５２は電磁ソレノイド式パイロット・バルブ、
５３は電磁石であり、シャット・オフ・バルブ１２はパ
イロット・バルブ５２の作動によって開閉制御されるよ
うになっている。

【００１４】次に、図３は図２における気圧回路構成を
示すものである。図３において、吸気源５５からのエア
は、バルブ操作レバー２０を引くことによって開くメイ
ン・バルブ１８、切替バルブ１９およびシャット・オフ
・バルブ１２を通ってエア・モータ部１３を回転させ
る。そして、パイロット・バルブ５２は、コイル２６
ａ、２６ｂの検出信号に基づき、コントローラ３０から
送られるバルブ・カット指令によって開くようになって
いる。パイロット・バルブ５２が開くとシャット・オフ
・バルブ１２がエア・モータ部１３へのエアの供給をカ
ットする。

【００１５】次に、図４に示すように、インパクト・レ
ンチ本体４０と電気的に接続されたトルク制御装置３０
は、トルク検出部１１から発せられる信号を入力として
トルク信号をつくるトルク信号処理部３２と、トルク信
号から個別のトルク・パルスの各ピーク値を抽出するピ
ーク値処理部３３と、締結力の増加分のトルク（厳密に
はトルク・パルスのピーク値）に対する係数と締結力と
の関係を示す関数が記録されている締結力データ・メモ
リ部３４と、締結力演算部３５と、回転検出部４１から
の信号を入力として回転信号をつくる回転信号処理部３
６と、演算された締結力が適正範囲にあるか否かを判定
して、シャット・オフ・バルブ１２への開閉制御信号を
送出するバルブ制御部３７からなる。

【００１６】図６は、締結力データ・メモリ部３４に記
録されている関数の一例図である。図６に示すように、
或るピーク値をもったトルクが付与されたとき、その時
点での締結力が小さいときには、この付与されたトルク
による締結力の増加量は大きくなり、一方、すでに相当
のレベルの締結力が発生している状態のときには、同じ
ピーク値のトルクでもこれによって上乗せされる締結力
の増加量は大きくないことがわかる。なお、その具体的
な値は、ボルト、被締結体およびインパクト・レンチの
組合せでそれぞれ異なる。このような係数データがイン
パクト・レンチの使用対象であるボルト、および被締結
体との組み合わせごとに関数として用意される。締結力
演算部３５では後述するように上記のピーク値と関数デ
ータを基に締結力が演算される。また、トルク制御装置
３０のトルク信号処理部３２は、トルク検出部１１から
得られたトルク信号電圧を正弦波の一定位相でサンプル
ホールド処理することによって最終アナログ出力を得る
ようになっている。これは図７に示すように、トルク信
号波形の位相が励磁電流波形の位相に対して、トルク値
に依存しない一定の差をもつことから可能となる。ここ
では、これを実現する手段として、励磁電流を電圧とし
て取り出した時の最小値位相θ_Aと最大値位相θ_Bとの間
における位相と電圧が１対１で対応する区間において、
電圧値Ｖ_Sを設定することにより、位相θ_Sでトルク信号
電圧をサンプルホールド処理する回路を用いている。

【００１７】次に、図５に示すフローチャートに基づい
て第１の実施例の作用を説明する。図１に示したバルブ
操作レバー２０がひかれることによって給気部１６から
シャット・オフ・バルブ１２を介してエア・モータ部１
３に送られた圧縮エアにより、エア・モータ部１３の回
転駆動軸２２が回転し、その回転力は油圧パルス発生部
１４において衝撃的な回転力に変換され、主軸１５に伝
達されて、ねじ締め作業が行われる。まず、図５のステ
ップＳ１１において、演算開始判定のための回転角度の
しきい値Ａsを設定する。すなわち、一回の衝撃による
主軸１５の回転角度がこのしきい値Ａs以下になれば、
ボルトやナットがしっかり着座し、以後は締結力の演算
を行なってよいことを示す。次に、ステップＳ１２にお
いて、目標締結力cＦc（図ではカットオフ締結力と表
示）の値を設定する。次に、ステップＳ１３において、
締付開始の初期状態として、締結力Ｆと回転角度Ａをそ
れぞれ０にリセットする。次に、ステップＳ１４でねじ
の締め付けが開始される。また、ステップＳ１５〜ステ
ップＳ１９はループを形成しており、衝撃（インパク
ト）を加える毎に演算を行なう。まず、ステップＳ１５
では、トルク信号処理部３２で得られた複数のサンプル
・ホールド値からピーク値処理部３３においてトルク・
パルスのピーク値Ｔ_P(ｉ）を抽出し、それを記憶する。
次に、ステップＳ１６では、回転信号処理部３６から得
られた信号に基づき、その時点における回転角度Ａ
(ｉ）を演算して記憶する。次に、ステップＳ１７で
は、今回の回転角度の値と前回の値との差、すなわち今
回の衝撃で回転した角度Ａ(ｉ）−Ａ(ｉ−１）を求め、
その値がしきい値Ａｓ以下か否かを判断する。ステップ
Ｓ１７でＮＯの場合には、ステップＳ１５へ戻って上記
の手順を繰り返す。一方、ステップＳ１７でＹＥＳの場
合には、ステップＳ１８へ行き、締結力の演算を行な
う。この演算は、まず、Ｆ（ｉ−１）における締結力の
増加分のトルクに対する係数Ｃ_TF(ｉ）を、締結力デー
タ・メモリ部３４から読み出し、今回の衝撃による締結
力の増加分δＦ(ｉ）を演算し、次に、衝撃後の締結力
Ｆ(ｉ）を演算する。ただし、上記の係数Ｃ_TF(ｉ）＝Ｃ
_TF〔Ｆ(ｉ−１）〕、締結力の増加分δＦ(ｉ）＝Ｃ
_TF〔Ｆ(ｉ−１）〕×Ｔ_P(ｉ）、衝撃後の締結力Ｆ(ｉ）
＝Ｆ(ｉ−１）＋δＦ(ｉ）である。なお、ステップＳ１
７で一旦ＹＥＳとなった場合は、以後はカット・オフ命
令が出されるまで、ステップＳ１７での判断は省略さ
れ、ステップＳ１６から直接ステップＳ１８へ行く。次
に、ステップＳ１９では、ステップＳ１８で求めた現状
の締結力Ｆ(ｉ）が目標締結力cＦcに達したか否かを判
断し、ＮＯの場合にはステップＳ１５へ戻って上記の手
順を繰り返す。一方、ステップＳ１９でＹＥＳの場合に
は、ステップＳ２０へ行き、カット・オフ命令が出され
てシャット・オフ・バルブ１２が閉じられ、当該ねじ締
めが完了する。次に、ステップＳ２１では、ねじ締めを
終了するか否かを判断する。ここでＹＥＳであればその
まま終了し、ＮＯであればＳ１３へ戻って次のねじ締め
を行なう。上記のように、本実施例においては、一回の
インパクト（衝撃）による主軸の回転角度が所定値以下
になった場合に実際の締結が開始されたものと判断し、
それ以後、締結力の演算を行なうように構成しているの
で、ボルトやナットの着座以前の締結力演算によって誤
差を生じる畏れがなくなり、目標とする締結力まで精密
にねじ締めを行なうことが出来る。

【００１８】次に、図９〜図１０は、本発明の第２の実
施例の演算処理を示すフローチャートであり、図９の※
１が図１０の※１へ、※２が※２へ、※３が※３へそれ
ぞれ接続される。なお、インパクト・レンチ本体の部分
は、前記図１の実施例から回転検出部４１の部分を削除
したものに相当する。この実施例は、演算した締結力が
カット・オフ・レベルに達した時点でのトルクのピーク
値が通常範囲よりも大きい場合には、実際の締結力が演
算値よりも小さくなる傾向があることに鑑み、そのよう
な場合には、トルクのピーク値が通常範囲の中央値から
ずれた分に対応した係数を締結力の演算値に乗じて、該
演算値を補正してやるように構成したものである。

【００１９】以下、図９〜図１０に示すフローチャート
に基づいて本実施例の作用を説明する。まず、図９のス
テップＳ３１において、目標締結力cＦc（図ではカット
オフ締結力と表示）の値を決定する。次に、ステップＳ
３２において、予め実験で求めた標準カット・オフ・ト
ルクcＴpcを設定する。次に、ステップＳ３３におい
て、カット・オフ・トルク標準偏差σ_TPCを設定する。
次に、ステップＳ３４において、補正要否判定しきい値
Ａs′を設定する。

【００２０】次に、ステップＳ３５において、締付開始
の初期状態として、締結力Ｆを０にリセットする。次
に、ステップＳ３６でねじの締め付けが開始される。ま
た、ステップＳ３７〜ステップＳ４１はループを形成し
ており、衝撃（インパクト）を加える毎に演算を行な
う。まず、ステップＳ３７では、複数のサンプル・ホー
ルド値からトルク・パルスのピーク値Ｔ_P(ｉ）を抽出
し、それを記憶する。次に、ステップＳ３８では、Ｆ
(ｉ−１）＝における締結力の増加分のトルクに対する
係数Ｃ_TF(ｉ）を、締結力データメモリ部のテーブルに
基づいて計算する。次に、ステップＳ３９では、Ｔ
_P(ｉ）とＣ_TF(ｉ）との積をＦ(ｉ−１）に加算して、今
回の衝撃後の締結力Ｆ(ｉ）を演算する。次に、ステッ
プＳ４０では、ステップＳ３９で求めた現状の締結力Ｆ
(ｉ）が目標締結力cＦcに達したか否かを判断し、ＮＯ
の場合にはステップＳ３７へ戻って上記の手順を繰り返
す。一方、ステップＳ４０でＹＥＳの場合には、ステッ
プＳ４２へ行き、その時点におけるトルク・パルスのピ
ーク値Ｔ_P(ｉ）が cＴpc＋σ_TPC×Ａs′ 以上であるか
否かを判断する。ステップＳ４２でＮＯの場合は、図１
０のステップＳ５０へ行き、カット・オフ命令が出され
てシャット・オフ・バルブ１２が閉じられて当該ねじ締
めが完了する。そして次のステップＳ５１では、ねじ締
めを終了するか否かを判断する。ここでＹＥＳであれば
そのまま終了し、ＮＯであればＳ３５へ戻って次のねじ
締めを行なう。

【００２１】一方、ステップＳ４２でＹＥＳの場合、す
なわち、トルク・パルスのピーク値Ｔ_P(ｉ）が大きく、
締結力の演算値に誤差があると判断された場合は、図１
０のステップＳ４３へ行く。ステップＳ４３では、トル
ク・パルスのピーク値Ｔ_P(ｉ）の標準カット・オフ・ト
ルクcＴpcに対する比率Ｘを計算する。次に、ステップ
Ｓ４４では、上記Ｘの関数として与えられる補正係数Ｃ
_FCを計算する。なお、Ｃ_FCは１以下の値である。次に、
ステップＳ４５では、現状の演算した締結力Ｆ(ｉ）に
上記の補正係数Ｃ_FCを乗算してＦ(ｉ）を補正する。上
記のようにＣ_FCの値は１以下であるから、補正後の演算
締結力Ｆ(ｉ）の値は、目標締結力cＦcに達しないこと
になるので、さらに締結が継続される。次に、ステップ
Ｓ４６〜ステップＳ４８では、前記のステップＳ３７〜
ステップＳ４０と同様に、次の衝撃によるトルク・パル
スのピーク値の計測と記憶および締結力の演算が行なわ
れる。次に、ステップＳ４９では、ステップＳ４８で求
めた現状の締結力Ｆ(ｉ）が目標締結力cＦcに達したか
否かを判断し、ＮＯの場合にはステップＳ４６へ戻って
上記の手順を繰り返す。一方、ステップＳ４９でＹＥＳ
の場合には、ステップＳ５０へ行き、カット・オフ命令
が出されてシャット・オフ・バルブ１２が閉じられて当
該ねじ締めが完了する。そして次のステップＳ５１で
は、ねじ締めを終了するか否かを判断する。ここでＹＥ
Ｓであればそのまま終了し、ＮＯであればＳ３５へ戻っ
て次のねじ締めを行なう。

【００２２】図１１は、本実施例の補正を行なわない場
合におけるトルク・パルスのピーク値と実測締結力との
関係を示す特性図、図１２は、本実施例の補正を行なわ
ない場合における実測締結力と演算締結力との関係を示
す特性図である。図１１および図１２において、●印の
特性が補正を要する例である。例えば、図１２に示すよ
うに、通常の範囲から＋１０％以上も超過している。

【００２３】また、図１３は、本実施例の補正を行なっ
た場合と行なわない場合とを比較した特性図である。図
１３において、▽印が補正を行なった場合の特性、●印
が補正なしの場合の特性である。なお、この場合には、
補正要否判定しきい値Ａs′をＡs′＝２とし、補正係数
のＸに対する関数Ｃ_FCをＣ_FC(ｘ）＝１／Ｘとした。図
１３から判るように、本実施例の補正を行なうことによ
り、締結力の演算値と実測値との差を大幅に小さくする
ことが出来る。

【００２４】次に、本発明の第３の実施例について説明
する。前記図１０のフローチャートのステップＳ４７に
おいて、Ｃ_TF(ｉ）を演算する際に、Ｃ_TF〔Ｆ(ｉ）〕に
前記ステップＳ４４で求めた補正係数Ｃ_FCを乗算し、締
結力の増加分も補正するように構成することにより、更
に演算精度を向上させることが出来る。すなわち、図１
０のフローチャートのステップＳ４７の部分における演
算式を、「Ｃ_TF(ｉ＋１）＝Ｃ_TF〔Ｆ(ｉ）〕×Ｃ_FC」と
してやればよい。前記図１３における△印の特性は、本
実施例による補正を行なった場合の特性であり、前記第
２の実施例よりも更に演算精度が向上しているのが判
る。

【００２５】上記のように第１〜第３の実施例において
は、ボルトと被締結体およびインパクト・レンチの組合
せに対応した締結力の増加分のトルクに対する係数と既
知の締結力とに基づいて、トルク・パルスのピーク値を
用いて締結力の増加量を求め、これを繰り返し逐次加算
することによってインパクト・レンチ本体によって与え
られる締結力を演算するように構成しているので、締結
力を精度よく求めることができる。そして、この演算結
果に基づいてインパクト・レンチ本体の駆動を制御する
ことにより、実際の締結力を目標値に極めて近くするこ
とが出来、精度の高いねじ締めを行なうことが出来る。
そして上記の締結力の増加分のトルクに対する係数は、
当該インパクト・レンチ本体とボルトおよび被締結体と
の組み合わせに対応して予め求めておくものであるか
ら、各組み合わせについてこれを記憶させておけば、作
業対象に合わせて締結力データ・メモリ部から引き出す
データを切り替えるだけで常に精度の高い締結力が得ら
れる。

【００２６】また、これまでの実施例では、インパクト
・レンチを例として説明してきたが、これに限るもので
はなく、インパクト式のナット・ランナー等に適用して
もよい。例えば、現在、サスペンション・アッセンブリ
ーを車体に締結させる際、複数のガセット・ボルトを用
いて多軸ナット・ランナーによって同時に締付けている
が、この多軸ナット・ランナーを構成する各ナット・ラ
ンナーを図１４に示すような構成としても良い。図１４
は、ナット・ランナー本体の構成を示す図であり、トル
ク制御装置については、前記図１と同様の構成である。
図１４において、７１はモータであり、７２はモータ７
１の回転に伴ってトルク・パルスを発生させるトルク・
パルス発生器である。また、７３は回転軸であり、７４
は締付ソケットである。７５はトルク検出部であり、図
１に示したトルク検出部１１と同様な構成となってい
る。また、７６は回転検出部であり、図１に示した回転
検出部４１と同様の構成となっている。以上のようなナ
ット・ランナーを使用することにより、前記の実施例と
同様に、各ガセット・ボルトの締結力を正確に所定の締
結力とすることができ、バラツキの少ない正確なねじ締
めを行なうことが出来る。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
に記載の発明においては、一回のインパクト（衝撃）に
よる主軸の回転角度が所定値以下になった場合に実際の
締結が開始されたものと判断し、それ以後、締結力の演
算を行なうように構成しているので、ボルトやナットの
取付け形状の相違やねじの精度のバラツキが大きな場合
でも、ボルトやナットの着座以前の締結力演算によって
誤差を生じる畏れがなくなり、目標とする締結力まで精
密にねじ締めを行なうことが出来る。また、請求項２お
よび請求項３に記載の発明においては、演算した締結力
がカット・オフ・レベルに達した時点でのトルクのピー
ク値が通常範囲よりも大きい場合には、トルクのピーク
値が通常範囲の中央値からずれた分に対応した係数を締
結力の演算値に乗じて、該演算値を補正してやるように
構成したことにより、ボルトとナットとのねじ面または
被締結体とボルトかナットとの座面における摩擦係数μ
が通常値よりも大きい場合でも、演算締結力と実際の締
結力との誤差を減少させ、目標とする締結力まで精密に
ねじ締めを行なうことが出来る、という優れた効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例におけるインパクト・レ
ンチ本体４０の断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図。

【図３】第１の実施例における気圧回路のブロック図。

【図４】第１の実施例における制御装置３０のブロック
図。

【図５】第１の実施例における演算処理を示すフローチ
ャート。

【図６】締結力と締結力の増加分のトルクに対する係数
との関係を示す特性図。

【図７】トルク信号波形と励磁電流との関係を示す特性
図。

【図８】一回のインパクトによる主軸の回転角度とトル
クのピーク値および締結力演算値との関係を示す特性
図。

【図９】第２の実施例における演算処理を示すフローチ
ャートの一部。

【図１０】第２の実施例における演算処理を示すフロー
チャートの他の一部。

【図１１】第２の実施例の補正をしない場合におけるト
ルク・パルスのピーク値と実測締結力との関係を示す特
性図。

【図１２】第２の実施例の補正をしない場合における実
測締結力と演算締結力との関係を示す特性図。

【図１３】第２の実施例による補正を行なった場合と行
なわない場合とにおける実測締結力と演算締結力とを比
較した特性図。

【図１４】本発明をインパクト式のナット・ランナーに
適用した場合の一実施例図。

【図１５】本出願人の先行出願におけるインパクト・レ
ンチ本体の断面図。

【図１６】上記先行出願における演算処理を示すフロー
チャート。

【図１７】トルクのピーク値の特性図。

【図１８】インパクトの回数と締結力との関係を示す特
性図。

【図１９】先行技術におけるトルクのピーク値の特性
図。

【図２０】先行技術における締結力の演算値の特性図。

【符号の説明】

１１…トルク検出部３２…トルク信
号処理部１２…シャット・オフ・バルブ３３…ピーク値
処理部１３…エア・モータ部３４…締結力デ
ータ・メモリ部１４…油圧パルス発生部３５…締結力演
算部１５…主軸３６…回転信号
処理部１６…給気部３７…バルブ制
御部１７…エア通路４０…インパク
ト・レンチ本体１８…メイン・バルブ４１…回転検出
部１９…切替バルブ４２…円板２０…バルブ操作レバー４３…スリット２１…回転切替レバー４４…回転セン
サ２２…回転駆動軸５３…電磁石２３…ベーン５５…吸気源２４…ライナ・ケース７１…モータ２５…ドライビング・ブレード７２…トルク・
パルス発生器２６ａ、２６ｂ…コイル７３…回転軸２７ａ、２７ｂ…溝列７４…締付ソケ
ット２８…リリーフ・バルブ７５…トルク検
出部３０…トルク制御装置７６…回転検出
部５２…電磁ソレノイド式パイロット・バルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B25B 21/02 B25B 23/14 610 B25B 23/145

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動出力にパルス成分を有する駆動手段
と、一端にねじとの継手部を有し、上記駆動手段によっ
て駆動されることによってねじを締め付ける主軸と、上
記駆動手段を停止させる停止手段と、上記主軸のトルク
変化を検出するトルク検出手段と、上記主軸の回転角度
を検出する回転検出手段と、を有するインパクト式ねじ
締め機本体と、上記回転検出手段の検出結果から一回のインパクトによ
る主軸の回転角度が予め定めた所定値以下になった場合
に締結力演算を開始し、上記トルク検出手段の検出結果
から求めたトルク・パルスのピーク値を用いて、インパ
クト毎に締結力の増加量を演算し、現状の締結力が目標
締結力に達した場合に上記停止手段を制御してねじ締め
を終了させる制御手段と、を備えたことを特徴とするインパクト式ねじ締め装置。
【請求項２】駆動出力にパルス成分を有する駆動手段
と、一端にねじとの継手部を有し、上記駆動手段によっ
て駆動されることによってねじを締め付ける主軸と、上
記駆動手段を停止させる停止手段と、上記主軸のトルク
変化を検出するトルク検出手段と、を有するインパクト
式ねじ締め機本体と、上記トルク検出手段の検出結果から求めたトルク・パル
スのピーク値を用いて、インパクト毎に締結力の増加量
を演算し、現状の締結力が目標締結力に達した場合に、
その時点でのトルクのピーク値が予め定めた通常範囲よ
りも大きい場合には、トルクのピーク値が通常範囲の中
央値からずれた分に対応した補正係数を締結力の演算値
に乗じて該演算値を補正し、その補正結果が目標締結値
に達した場合に上記停止手段を制御してねじ締めを終了
させる制御手段と、を備えたことを特徴とするインパクト式ねじ締め装置。
【請求項３】上記制御手段は、締結力の演算値を補正す
る場合に、そのときのインパクトによる締結力の増加量
についても上記補正係数を乗じて補正するものであるこ
とを特徴とする請求項２に記載のインパクト式ねじ締め
装置。