JP4749787B2 - 手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置 - Google Patents

手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置 Download PDF

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本発明は、手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置に関するものである。
ボルトやナット等のねじを締め付ける際に、ねじの締付角度を測定することは、ねじ締めの品質管理、具体的には、ワークの不具合(パッキンやワッシャの装着忘れ)、締付状態(2度締め、焼付)、角度コントロール、軸力コントロール等において、非常に重要であり、従来、固定式の大形ツールにおいては、ねじの締付角度を測定できるようにしたものが提案され、実用化されている(例えば、特許文献1参照)。
一方、エアーモータや電気モータを駆動源とし、このモータにより駆動され、パルス状のトルクを主軸に与える打撃トルク発生装置を備えた手持ち式パルスツールにおいては、固定式の大形ツールと同様のねじの締付角度測定装置をそのまま組み込むことは、装置が著しく大形化するため現実的でなく、また、測定した締付角度に手ぶれやリバウンド等のノイズが含まれることとなって正確なねじの締付角度の測定を行うことができないため、実用化レベルに達した製品は存在しなかった。
特開平7−237402号公報
本発明は、上記ねじの締付角度測定装置の現状に鑑み、手ぶれやリバウンド等のノイズの影響を排除して正確なねじの締付角度の測定を行うことを可能にした手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定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、本第1発明の手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置は、モータと、該モータにより駆動され、パルス状のトルクを主軸に与える打撃トルク発生装置とを備えた手持ち式パルスツールに締付トルクを検出する締付トルク検出器及び主軸の回転角度を検出する角度検出器を配設して、締付トルク及び主軸の回転角度を検出するとともに、前記締付トルク検出器によって検出した締付トルクの値が予め設定した値以上である間の主軸の回転角度を、締付終了まで繰り返し発生するパルス状の締付トルクにおいて積算し、該積算値をねじの締付角度として算出するようにした手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置において、締付トルク検出器によって検出した締付トルクの値の単位時間当たりの変化量が、予め設定した値より小さいときの主軸の回転角度を、主軸の回転角度の積算値から除外するようにしたことを特徴とする。
また、同じ目的を達成するため、本第2発明の手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置は、モータと、該モータにより駆動され、パルス状のトルクを主軸に与える打撃トルク発生装置とを備えた手持ち式パルスツールに締付トルクを検出する締付トルク検出器及び主軸の回転角度を検出する角度検出器を配設して、締付トルク及び主軸の回転角度を検出するとともに、前記締付トルク検出器によって検出した締付トルクの値が予め設定した値以上となった時から予め設定した時間の間の主軸の回転角度を、締付終了まで繰り返し発生するパルス状の締付トルクにおいて積算し、該積算値をねじの締付角度として算出するようにした手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置において、締付トルク検出器によって検出した締付トルクの値の単位時間当たりの変化量が、予め設定した値より小さいときの主軸の回転角度を、主軸の回転角度の積算値から除外するようにしたことを特徴とする。
本第1発明の手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置によれば、パルスツールに、締付トルクを検出する締付トルク検出器及び主軸の回転角度を検出する角度検出器を配設して、締付トルク及び主軸の回転角度を検出するとともに、前記締付トルク検出器によって検出した締付トルクの値が予め設定した値以上である間の主軸の回転角度を、締付終了まで繰り返し発生するパルス状の締付トルクにおいて積算し、該積算値をねじの締付角度として算出するようにしたことから、手ぶれやリバウンド等のノイズの影響を排除して正確なねじの締付角度の測定を行うことができる。
また、本第2発明の手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置によれば、パルスツールに、締付トルクを検出する締付トルク検出器及び主軸の回転角度を検出する角度検出器を配設して、締付トルク及び主軸の回転角度を検出するとともに、前記締付トルク検出器によって検出した締付トルクの値が予め設定した値以上となった時から予め設定した時間の間の主軸の回転角度を、締付終了まで繰り返し発生するパルス状の締付トルクにおいて積算し、該積算値をねじの締付角度として算出するようにしたことから、同様に、手ぶれやリバウンド等のノイズの影響を排除して正確なねじの締付角度の測定を行うことができる。
そして、両発明は、いずれも、締付トルク検出器によって検出した締付トルクの値の単位時間当たりの変化量が、予め設定した値より小さいときの主軸の回転角度を、主軸の回転角度の積算値から除外するようすることにより、締付トルクの値の単位時間当たりの変化量が小さく現れる手ぶれやリバウンド等のノイズを確実に除外することができ、これにより、一層正確なねじの締付角度の測定を行うことができる。
以下、本発明の手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図1に、本発明の手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置を適用したエアーモータ駆動式のトルクコントロールレンチの一実施例を示す。
このエアーモータ駆動式のトルクコントロールレンチ1Aは、高圧空気の供給及び停止を行うメインバルブ11と、メインバルブ11を操作する操作レバー12と、供給された高圧空気によって回転トルクを発生するエアーモータ13と、エアーモータ13の回転トルクを打撃トルクに変換する油圧式の打撃トルク発生装置14とを備えており、この装置全体の基本構成及び動作は従来公知のものである(必要があれば、例えば、実公平1−29012号公報、特開平6−312381号公報、特開平10−15843号公報等参照)。
また、このトルクコントロールレンチ1は、ねじ締付トルクが所定値に達したことを感知してレンチの作動を停止する従来公知の作動停止機構(図示省略)を備えている。
そして、このトルクコントロールレンチ1は、操作レバー12を操作してメインバルブ11を開き、エアーモータ13に高圧空気を供給してエアーモータ13を駆動することにより、油圧式の打撃トルク発生装置14を回転駆動し、打撃トルクを発生させる。
この時、油圧式の打撃トルク発生装置14の高圧室の圧力が予め設定した圧力に達するまでは、打撃トルクを発生しながら、ねじの締め付けが行われる。
しかし、ねじの締め付けが進行し、ねじが所望の締付トルクで締め付けられると、高圧室の圧力が設定した圧力まで上昇することとなり、この設定した圧力まで上昇した高圧側の作動油が、作動停止機構のシャットオフバルブを閉動作させることにより、エアーモータ13への高圧空気の供給が遮断され、自動的にエアーモータ13を停止して、ねじを所望の締付トルクに締め付ける作業を完了する。
ところで、本実施例のトルクコントロールレンチ1Aは、締付トルクを検出する締付トルク検出器2を本体10に内蔵するとともに、主軸15の回転角度を検出する角度検出器3を外付けで配設して、締付トルク及び主軸15の回転角度を検出することができるようにしている。
ここで、締付トルク検出器2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たものを使用することができるが、本実施例においては、主軸15の外周面に溝加工21を施すとともに、この主軸15を周回するように配設した励磁コイル及び検出コイル22により、溝加工21を施した主軸15の透磁率変化を検出コイルの出力電圧変化(トルクの大きさに比例)として検出するようにした磁歪式センサを用いたものを使用するようにしている。
また、角度検出器3には、磁気式センサ、光学式センサ等の各種回転センサを用いたものを使用することができるが、本実施例においては、ロータ鉄心31、ステータ鉄心32及びステータコイル33からなる磁気式センサ(商品名:多摩川精機社製アブソリュート角度検出器)を用いたものを使用するようにしている。
ところで、本実施例のトルクコントロールレンチ1Aにおいては、締付トルク検出器2を本体10に内蔵するとともに、角度検出器3を外付けで配設するようにしたが、締付トルク検出器2及び角度検出器3の配設位置はこれに限定されず、例えば、図2に示す変形実施例のトルクコントロールレンチ1Bのように、締付トルク検出器2及び角度検出器3を本体10に内蔵するようにすることもできる。
また、本発明の手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置は、駆動源にエアーモータ13を用いたトルクコントロールレンチ1A、1Bに適用可能なほか、図3及び図4に示す変形実施例のような駆動源に電動モータ13Aを用いた電動モータ駆動式のトルクコントロールレンチ1C、1D(図3は、締付トルク検出器2を本体10に内蔵するとともに、角度検出器3を外付けで配設するようにした例を、図4は、締付トルク検出器2及び角度検出器3を本体10に内蔵するようにした例を示す。)等の手持ち式パルスツールにも同様に適用することができる。
そして、締付トルク検出器2及び角度検出器3によって検出した締付トルク及び主軸15の回転角度の処理は、図5〜図7に示すように、締付トルク検出器2によって検出した締付トルクの値が予め設定した値(スナッグトルク)以上である間(図6に示すT2の間。ただし、この種の手持ち式パルスツールにおいては、主軸15が回転してねじの締付が行われるのは、実際には、図6に示すT1の間である。)の主軸15の回転角度を、締付終了まで繰り返し発生するパルス状の締付トルクにおいて積算し(図7参照)、この積算値をねじの締付角度として算出するようにする。
なお、この積算値の算出は、トルクコントロールレンチ1Aに接続した制御装置(又はコンピュータ)(図示省略)によって、リアルタイムで自動的に行うようにする。
ここで、上記締付トルクの基準値となる予め設定した値(スナッグトルク)は、適宜任意の値に設定することができるが、通常、締め付ける作業を完了する締付トルクの10〜30%(本実施例においては、25%)程度の値に設定するようにする。
このように、締付トルクの値が予め設定した値(スナッグトルク)以上である間の主軸15の回転角度を、締付終了まで繰り返し発生するパルス状の締付トルクにおいて積算することにより、パルス状の締付トルクによって主軸15が回転する角度だけをねじの締付角度として算出することが可能となることから、手ぶれやリバウンド等のノイズの影響を排除して正確なねじの締付角度の測定を行うことができる。
ところで、本実施例においては、締付トルク検出器2によって検出した締付トルクの値が予め設定した値(スナッグトルク)以上である間の主軸15の回転角度を、締付終了まで繰り返し発生するパルス状の締付トルクにおいて積算し、この積算値をねじの締付角度として算出するようにしたが、これに代えて、締付トルク検出器によって検出した締付トルクの値が予め設定した値(スナッグトルク)以上となった時から予め設定した時間の間の主軸の回転角度を、締付終了まで繰り返し発生するパルス状の締付トルクにおいて積算し、この積算値をねじの締付角度として算出するようにすることもでき、これによっても、同様に、パルス状の締付トルクによって主軸15が回転する角度だけをねじの締付角度として算出することが可能となることから、手ぶれやリバウンド等のノイズの影響を排除して正確なねじの締付角度の測定を行うことができる。
ここで、上記締付トルクの値が予め設定した値(スナッグトルク)以上となった時から予め設定した時間は、適宜任意の値に設定することができるが、通常、1個のパルス状の締付トルクの継続時間(図6に示すT3)の30〜60%(本実施例においては、40%)程度の値に設定するようにする。
さらに、本実施例においては、締付トルク検出器2によって検出した締付トルクの値の単位時間当たりの変化量が、予め設定した値より小さいときの主軸15の回転角度を、主軸の回転角度の積算値から除外するようにしている。
すなわち、この種の手持ち式パルスツールにおいては、ある程度主軸15に負荷がかかり主軸15が固定状態になっても、ツール本体は自由に回転(主軸15を中心に回ったり、移動)してしまうため、このときのツール本体の回転角度をねじの締付角度と誤認識してしまい、この角度が積算値に加わって、締付角度として集計(積算)され、正確なねじの締付角度の測定を行うことができないおそれがある。
このような状況のとき、締付トルクの値の単位時間当たりの変化量を監視することで、ツールで締め付けた角度(図8に示すように、ツールで締め付けた場合の1個のパルス状の締付トルクの継続時間は2ms程度で、締付トルクの値の単位時間当たりの変化量が大きい)か、人がツール本体を回転することにより発生した角度(図8に示すように、締付トルクの値の単位時間当たりの変化量が小さい)かを判断し、正確にツールで締め付けた角度のみを積算するようにする。
具体的には、図9に示すように、予め設定された時間毎に締付トルク検出器2によって締付トルクの測定を行い、測定毎に締付トルクの値を比較する。±X(締付トルクの値の基準変化幅)は予め設定された値で、基準値と最新の締付トルクの値との比較を行い、そのトルクの値の差が±Xより小さい場合は、ツールによる締付作業とは認識しないで、締付角度が計測されても積算対象とはしない。このとき、最新の締付トルクの値を新しい基準値として更新する。そして、図9の(E)から(F)に示すように、基準値(E)と最新の締付トルクの値(F)との比較を行い、そのトルクの値の差が±Xより大きい場合は、ツールによる締付作業と認識し、計測した締付角度を積算対象とする。
なお、この場合も、締付トルク検出器2によって検出した締付トルクの値が予め設定した値(スナッグトルク)以上である条件を満たすことが前提となる。
これにより、締付トルクの値の単位時間当たりの変化量が小さく現れる手ぶれやリバウンド等のノイズを確実に除外することができ、これにより、一層正確なねじの締付角度の測定を行うことができる。
以上、本発明の手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置について、そ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ものである。
本発明の手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置は、手ぶれやリバウンド等のノイズの影響を排除して正確なねじの締付角度の測定を行うことを可能となることから、高精度のねじの締付精度を要求されるトルクコントロールレンチ等の手持ち式パルスツールの用途に好適に用いることができる。
本発明の手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置を適用したトルクコントロールレンチの一実施例を示す説明図である。 本発明の手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置を適用したトルクコントロールレンチの変形実施例を示す説明図である。 本発明の手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置を適用したトルクコントロールレンチの変形実施例を示す説明図である。 本発明の手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置を適用したトルクコントロールレンチの変形実施例を示す説明図である。 パルスツールの締付波形の説明図である。 同拡大図である。 パルスツールの締付波形と主軸の回転角度との関係を示す説明図である。 工具と人による締付トルクの値の変化の状態を示す説明図である。 締付トルクの値の単位時間当たりの変化量を示す説明図である。
1A、1B、1C、1D トルクコントロールレンチ(手持ち式パルスツール)
11 メインバルブ
12 操作レバー
13 エアーモータ(モータ)
13A 電動モータ(モータ)
14 打撃トルク発生装置
15 出力軸
2 締付トルク検出器
3 角度検出器

Claims (2)

  1. モータと、該モータにより駆動され、パルス状のトルクを主軸に与える打撃トルク発生装置とを備えた手持ち式パルスツールに締付トルクを検出する締付トルク検出器及び主軸の回転角度を検出する角度検出器を配設して、締付トルク及び主軸の回転角度を検出するとともに、前記締付トルク検出器によって検出した締付トルクの値が予め設定した値以上である間の主軸の回転角度を、締付終了まで繰り返し発生するパルス状の締付トルクにおいて積算し、該積算値をねじの締付角度として算出するようにした手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置において、締付トルク検出器によって検出した締付トルクの値の単位時間当たりの変化量が、予め設定した値より小さいときの主軸の回転角度を、主軸の回転角度の積算値から除外するようにしたことを特徴とする手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置。
  2. モータと、該モータにより駆動され、パルス状のトルクを主軸に与える打撃トルク発生装置とを備えた手持ち式パルスツールに締付トルクを検出する締付トルク検出器及び主軸の回転角度を検出する角度検出器を配設して、締付トルク及び主軸の回転角度を検出するとともに、前記締付トルク検出器によって検出した締付トルクの値が予め設定した値以上となった時から予め設定した時間の間の主軸の回転角度を、締付終了まで繰り返し発生するパルス状の締付トルクにおいて積算し、該積算値をねじの締付角度として算出するようにした手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置において、締付トルク検出器によって検出した締付トルクの値の単位時間当たりの変化量が、予め設定した値より小さいときの主軸の回転角度を、主軸の回転角度の積算値から除外するようにしたことを特徴とする手持ち式パルスツールにおけるねじの締付角度測定装置。
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