JP5325285B2 - 動作制御手段を備えた空気圧式衝撃レンチ - Google Patents

Description

本発明は、レンチによって伝達されるトルク衝撃の大きさを制御し、且つ、ネジ継手の緊締目標値に到達する際にレンチへの空気供給を中断する空気流量制御手段を備える、ネジ継手緊締用の空気圧式衝撃レンチに関するものである。

空気圧式衝撃レンチに関わる課題は、工具の動作を正確に制御すること、特に、緊締過程における出力衝撃の大きさを制御しつつ変化させることにある。衝撃緊締時に伴う動的力のために、実際にネジ継手に伝達されるトルクの大きさの正確な情報を得ることは難しい。また緊締過程を正確に制御できるようにするために、工具に流れる加圧空気流量を十分迅速に機能する制御を行なうことも難しい。このため、電気的に作動するトルク指示手段、電気作動型空気流量制御弁手段、及び電子プロセス制御及び監視装置を必要としている。

このような迅速に機能する制御が、空気圧式衝撃レンチで使用されてこなかった一つの理由として、これらの工具が、通常電力を利用していないことにあり、このことは、工具の動作中フィードバック信号を供給する電気作動型の検知手段を使用することができなかったことを意味している。また、工具の動作を正確に制御し且つ監視するためのプログラム可能な電子制御装置を使用することも可能ではなかった。

空気圧式衝撃レンチによって伝達されるトルク衝撃の大きさが正確に制御されなかった別の理由は、十分迅速に作動ししかも動力レンチのモーター近くに配置できるような十分小型である利用可能な空気流量制御弁がなかったことにある。レンチのモーターに近接させて流量制御弁を配置することは、迅速に機能しかつ正確に工具動作を制御する制御を得るのに重要である。

しかし、近年、電力及び適当な弁が利用できるようになったため、上述の特徴を空気圧式衝撃レンチシステムに組み込むことが可能になった。このことは、電子動作制御及び監視装置が使用可能になったことを意味する。

現在、電子制御型の空気圧式衝撃レンチは、先行技術の一部であり、このような衝撃レンチシステムの一例は特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された衝撃レンチは、出力トルクの大きさに応じて電気信号を発生するトルク検知装置と、トルク検知装置に接続された別個の電子制御装置と、加圧空気供給ラインに配置され、電子制御装置に接続された圧力調整弁とを備えている。この構成では、緊締過程中に衝撃レンチの出力トルクを変化させることができ、それで、最初に伝達される衝撃で過剰緊締になるのを避けるために緊締過程の開始時と、緊締目標レベルに近づいた時との両方において、衝撃レンチへの加圧空気の供給を低減するようにしている。レンチに搭載されたトルク検知装置から得られる信号は、緊締過程を調節するのに使用され、また制御装置は、目標トルクレベルが達成される際に圧力調整弁を閉じることによって緊締過程を終了させるよう構成されている。しかし、圧力調整弁が、レンチのモーターから離れて加圧空気供給ラインに配置されているため、動作制御はむしろ遅れてしまう。

特許文献２には、レンチのモーターからの排気流量を、圧力作動型排気弁によって制御される比較的簡単な制御手段を備える衝撃レンチのための別の動力制御技術が記載されている。この排気弁は、レンチのモーターからの背圧で制御されているため、ネジ継手の緊締過程の初期の予座着(pre-seating)段階で弁はモーター速度を低く保つために部分的に開くようにされている。ネジ継手の座着後、ネジ継手からのトルク抵抗が増えると、モーターからの背圧が合成され増大し、排気弁を全開状態まで偏移させ、それによりモーターが最大出力になる。しかし出力トルクの更なる調整はできない。

米国特許第５４３９０６３号 米国特許第６１３５２１３号

本発明の目的は、ネジ継手の緊締過程中、レンチ動作の所望の正確な制御を得るように、プログラム可能な制御装置によって、伝達される衝撃出力の大きさを正確に制御できる改良型の空気圧式衝撃レンチを提供することにある。

本発明のさらなる目的及び利点は、以下の明細書の記載及び特許請求の範囲から明らかになろう。

動作制御装置に接続された空気圧式衝撃レンチの斜視図。 図１におけるレンチの拡大側面部分断面図。 図１及び図２の衝撃レンチに設けられた入口弁の縦断面図。 図１及び図２の衝撃レンチに設けられた排気弁の縦断面図。

以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１に示す動力レンチはハウジング１０を有し、ハウジング１０にはハンドル１１及び絞り弁トリガー１２が設けられている。ハウジング１０には、回転モーターが支持され、また出力軸１３は、図示されていない流体式衝撃発生器を介してモーターに連結されている。ハンドル１１にはまた、加圧空気供給導管１７用の接続部１６と、電気ケーブル２０用の接続部１９と、所望の方向に排気の流れを向ける出力偏向器２３を備えた排気弁２２が設けられている。加圧空気供給導管１７は、衝撃レンチを加圧空気源に接続し、またケーブル２０は、衝撃レンチを遠隔に配置された据置型電子プロセス制御装置２５に接続している。この制御装置２５は、所望の緊締戦略に従って、衝撃レンチにネジ継手の緊締動作を実行させるようにプログラム可能である。

衝撃レンチには、出力トルクを指示する手段が設けられる。詳細には図示されていないが、衝撃レンチは、衝撃発生器の慣性駆動部材の角度変位に応じて電気信号を発生するように構成した手段の形態のトルク指示手段を備えている。これらの信号は、レンチに装着した電子構成要素によって処理され、すなわち回転応答信号は、配線２６及びケーブル２０を介して制御装置２５に送られるトルク応答出力信号に変換される。この種のトルク指示手段は、それ自体従来公知であり、本発明の一部分を何ら形成するものではない。スウェーデン国特許第５２７５１２号を参照。出力軸と組合わさったトルク変換器と同様、その他の種類のトルク指示或いはトルク検知手段も使用できることが留意されるべきである。

図２に図２に例示したように、ハンドル１１は、加圧空気供給導管１７からモーターへ加圧空気を連通するための空気入口通路２８と、排気弁２２及び出口偏向器２３を介してレンチのハウジング１０の外にモーターからの排気を通すための出口通路２９とを備えている。入口通路２８には、図示していない絞り弁及び開閉弁３０が配置されている。開閉弁３０は、可動な弁要素３１と座面３２とを備える二位置弁であり、弁要素３１は、バネ３３によって弁３０の開放位置に向けて偏倚され、また電磁アクチュエータ３４によって閉鎖位置に偏移するように構成されている。電磁アクチュエータ３４は、モーターを停止または緊締過程を終了するため、制御装置２５からケーブル２０及び配線３５を介して供給される電力によって作動される。

排気弁２２は、出口通路２９の外部端部に取り付けられ、モーターからの排気流量を制御するよう構成されている。排気弁２２は、配線３７及びケーブル２０を介して制御装置２５に接続された線形的に動作する電磁アクチュエータ３６によって作動される比例弁である。電磁アクチュエータ３６の構成は、排気弁２２の動作にはあまり重要ではないので、図２及び図４にのみ概略的に図示している。排気弁２２は、複数の部分円周溝４１の形成された管状弁ケーシング４０と、弁ケーシング４０で長手方向に変位可能な弁要素４２とを備えている。弁要素４２にはまた、 弁２２の開放位置で弁ケーシング４０の溝４１と一致するよう構成した複数の部分円周溝４３が形成されている。図４を参照。このような弁ケーシング４０と弁要素４２との多数の溝構成によって、全開位置と閉鎖位置との間で弁要素４２の非常に短い軸方向動作範囲が得られる。このことは、排気弁２２の構成が短くて小型であることを意味している。

本発明による衝撃レンチの動作に関して、伝達される衝撃エネルギーが実際のネジ継手の特徴に適合し、それによりネジ継手の所望の目標プレテンション状態を安全に得ることができるように、ネジ継手の緊締過程の正確な制御を達成することが重要である。衝撃レンチの機能的な特徴は、衝撃発生器が、初期の抵抗の低い予座着工程中に得られる比較的高い回転速度のために非常に高いエネルギーの最初の衝撃を伝達し得ることにある。このような非常に高いエネルギーの衝撃は、いわゆる堅いネジ継手、すなわちと回転角度に対して急勾配のトルク成長の関係を有するネジ継手の場合には、特に、強力になる。ある特定の場合において、この初期衝撃が、ネジ継手を直接的に目標レベルを上回るプレテンションレベルまで持っていくのに十分なほど強力であり得る。このような初期の高いエネルギー衝撃に起因したネジ継手の過剰緊締を避けるために、制御装置は、レンチのモーターの出力を低減させて動作することで緊締過程を開始するようプログラムされている。最初の衝撃或いは幾つかの衝撃が伝達された後、モーター出力は増大され、そして引き続き起こる衝撃の衝撃エネルギーを実際のネジ継手の特性に適合するように連続的に調整される。また、インストールされたトルクが目標レベルに近づくと、モーター出力は通常、過度の緊締を回避するため低減される。

緊締過程中、入口弁３０はバネ３３によって開放状態で保持されている。すなわち弁要素３１は、制限されずに加圧空気を通過させるように座面３２から離れて保持されている。目標トルクすなわちプレテンションレベルに達すると、制御装置２５は、ケーブル２０及び配線３５を介してアクチュエータ３４に信号を送り、その結果、座面３２と共動で弁要素３１を閉鎖位置まで偏移させることになる。そこで、レンチのモーターは停止され、レンチの緊締作用は中断される。

上述のように、レンチのモーター出力の制御は、衝撃レンチに搭載のトルク指示装置から受けたフィードバック信号に応じて制御装置２５にインストールされたプログラムによって達成される。出力制御は、排気弁２２の開口面積の調整によって行なわれ、このことは、弁要素４２の開放溝４３が弁ケーシング４０の溝４１に多少一致するように、モーターからの排気流量が弁ケーシング４０に対する弁要素４２の変位によって多少制限されることを意味している。排気弁２２を通した排気流量は、トルク指示装置から瞬間的に報告されたトルク出力にモーター出力を連続して適合させるように異なる流量の大きさで連続的に調整される。それによって、一方ではネジ継手を過度に緊締する危険を伴ったネジ継手の急激なトルク成長を、また一方ではあまりにも時間がかかる緊締動作を、回避している。後者の場合は、軟弱なネジ継手、すなわち回転角度に対してゆっくりとしたトルク成長を伴うネジ継手の場合に起こり得る。好ましくない初期の高いエネルギー衝撃は、従来公知の衝撃レンチシステムに関して上述した減少された排気流量で緊締過程を開始することによって回避される。

連続して迅速に作動する排気流量の制御及び迅速な加圧作動空気供給の開閉特徴を有することによって、正確な緊締過程制御及び種々のトルク成長特性を持つネジ継手の緊締に、普遍的に適用可能なシステムを得ることが可能である。

１０ ハウジング
１１ ハンドル
１２ トリガー
１３ 出力軸
１６ 接続部
１７ 導管
１９ 接続部
２０ ケーブル
２２ 排気弁
２３ 出力偏向器
２５ 制御装置
２６ 配線
２８ 入口通路
２９ 出口通路
３０ 開閉弁
３１ 弁要素
３２ 座面
３３ バネ
３４ 電磁アクチュエータ
３５ 配線
３６ 電磁アクチュエータ
３７ 配線
４０ 弁ケーシング
４１ 周囲溝
４２ 弁要素
４３ 周囲溝

Claims (4)

1. 空気入口通路（２８）、排気出口通路（２９）及び手動操作型の絞り弁を備えたハウジング（１０）と、モーターと、出力軸（１３）と、モーターを出力軸（１３）に連結する衝撃装置と、出力トルクに応じて電気信号を発生するトルク指示手段と、電気作動型の入口弁（３０）と、衝撃レンチと連通するプログラム可能な動作制御装置（２５）とを有するネジ継手を緊締する空気圧式衝撃レンチにおいて、
   ・入口弁（３０）が、空気入口通路（２８）に配置され、空気入口通路（２８）を通る空気の流量を制御するよう構成され、
   ・電気作動型の排気弁（２２）が、出口通路（２９）を通して排気の流量を制御するよう構成され、
   ・制御装置（２５）が、プログラムされた緊締戦略に従って且つトルク指示手段から受けた信号に応じて、前記入口弁（３０）及び前記排気弁（２２）を個々に作動するよう構成されていること
   を特徴とする衝撃レンチ。
2. 前記排気弁（２２）が、ネジ継手の緊締過程中に排気の流量を調整するため制御装置（２５）からの信号に応じて線形的に動作する電磁アクチュエータ（３６）で作動するように構成した比例弁であることを特徴とする請求項１に記載の衝撃レンチ。
3. 前記入口弁（３０）が、開放位置と閉鎖位置との間で移動可能な二位置弁であり、前記入口弁（３０）が、開放位置に向けてバネ偏倚され、そして緊締目標状態に達すると、緊締過程を中断するため制御装置（２５）で作動される電磁アクチュエータ（３４）によって閉鎖位置に向けて偏移するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の衝撃レンチ。
4. 前記排気弁（２２）が、
   ・緊締過程の初期段階中、流量を制限する状態と、
   ・ネジ継手のプレテンション位相中の高い流量状態と、
   ・ネジ継手の緊締目標状態に近づく際に流量を制限する状態と、
   の間で緊締過程中連続して調整されるように構成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の衝撃レンチ。

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