JP5564711B2

JP5564711B2 - 角度検知付き衝撃締付工具

Info

Publication number: JP5564711B2
Application number: JP2013117867A
Authority: JP
Inventors: 栄一和田; 建一満田; 尚範中村
Original assignee: Yokota Industrial Co Ltd
Current assignee: Yokota Industrial Co Ltd
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2027-09-28
Also published as: JP2013215884A

Description

この発明はボルトやナット等に衝撃を与えて締付を行う衝撃締付工具、とりわけ角度検知付の衝撃締付工具に関する。

従来、ボルトやナット等の締付角度を検知する角度検知手段を備えた衝撃締付工具が存在する。

例えば、特許文献１（特公平３−１９０３５）に示すように、角度検知手段として光学式のエンコーダを備えたものが存在する。これは、エアモータの出力軸の打撃後の反動回転量を検出する反動回転量検知手段として、エアモータの出力軸に直結された回転ディスクと、位相差をもたせて配設された一対のフォトインタラプター（発光素子と受光素子）とからなる光学式のロータリーエンコーダであり、回転ディスクはその周方向（径方向）に沿って多数のスリットが穿設されている（特許文献１第５欄第１０行〜３８行）。

このように、多数のスリットが穿設された回転ディスクの場合、スリットの穿設によって部材が脆弱化するため、衝撃締付工具による衝撃に起因して破損し易く、また、回転ディスクの周方向（径方向）に沿ってスリットが穿設されるため（特許文献１、第２図等参照）、回転ディスクが外径方向に大きくならざるを得ない結果、打撃工具の小型化を阻害すると共に使用時の作業性に悪影響を及ぼすものである。更には、多数のスリットに油分や異物等が付着し易く、分解能に影響が生じる結果、誤作動を招きかねない等の問題も無視できない。

また、特許文献２（特公平６−１６９９０）に示すように、角度検知手段として回転歯車式のものが存在する。これは、エアモータの回転軸に沿って設けられた歯車と、歯車の外周面に対向して設けられた回転検出センサからなるものである。

このような場合、外周面に凹凸歯車を形成することから外径方向に大きくなる傾向があり、微細な凹凸の刻設が難しく分解能が粗くなるという問題がある。また、回転検出センサの内部にコイルが捲かれているため、回転検出センサ自体が大きくなり、打撃工具の小型化を阻害すると共に使用時の作業性に悪影響を及ぼすという問題もある。

また、角度検知手段としてレゾルバを用いることも考えられるが、ステータとロータにそれぞれコイルを捲いた構造であるため、構造が複雑であって高コストであるばかりか、外形が大きくなるため、打撃工具の小型化を阻害すると共に使用時の作業性に悪影響を及ぼすという問題がある。
特公平３−１９０３５特公平６−１６９９０

そこで、本発明の課題は、強度的に優れると共に小型化が図れる構造を備えた角度検知付き衝撃締付工具を提供することである。

本発明は、回転駆動源の回転力を衝撃発生装置によって間欠的な衝撃に変換し、前記衝撃力によって付与されるメインシャフトの回転力によりネジ部材を締め付ける衝撃締付工具であって、締め付けトルクを検知するトルク検知手段と、メインシャフトと一体的に回転して回転角度を検知する角度検知手段とを備え、前記角度検知手段は、周面に多極着磁が設けられ、Ｎ極とＳ極の磁極が交互に配置された磁気回転ドラムと、該磁気回転ドラムの周面に対向配置され、該磁気回転ドラムの磁界の変化を検出する薄膜磁気抵抗効果素子からなる磁気センサとを備えた磁気エンコーダであるものとして、前記衝撃締付工具の円錐状で先細りのケース先端部内に収容されており、前記トルク検知手段が第１設定トルクであるスタートトルクを検知したときに前記角度検知手段が検知した締付角度が第１許容範囲内にあるか否かを判定し、前記トルク検知手段が第２設定トルクであるスナグトルクを検知したときに前記角度検知手段が検知した締付角度が第２許容範囲内にあるか否かを判定し、前記トルク検知手段が第３設定トルクである狙い目トルクを検知したときに前記角度検知手段が検知した締付角度が第３許容範囲内にあるか否かを判定することを特徴とする、角度検知付き衝撃締付工具である（請求項１）。

また、本発明は、前記全てのステップにおける締付角度が許容範囲内にある場合に正常な締付作業と認定し、いずれかのステップにおいて締付角度が許容範囲を逸脱する場合に異常の締付作業と認定し、さらに最終締付トルクがトルク合格範囲内から逸脱する場合は正常締付とは認定しないことを特徴とする、請求項１に記載の角度検知付き衝撃締付工具である（請求項２）。

本発明のように、周面に多極着磁が設けられ、Ｎ極とＳ極の磁極が交互に配置された磁気回転ドラムと、該磁気回転ドラムの周面に対向配置され、該磁気回転ドラムの磁界を検出する薄膜磁気抵抗効果素子からなる磁気センサとを備えた磁気エンコーダであれば、上記した多数のスリットが穿設された回転ディスクを用いる光学式のエンコーダに比較して強度的に優れると共に工具の小型化が図れるため使用時の作業性が向上する。

また、上記した歯車式のエンコーダに比較して工具の小型化が図れるため使用時の作業性が向上する。また、上記したレゾルバ式のエンコーダと比較しても、小型化が図れるため使用時の作業性が向上する。

以下に、本発明の角度検知付き衝撃締付工具を実施するための最良の形態としての実施例について詳細に説明する。

（本実施例の基本構成）
図１は、回転駆動源の回転力を衝撃発生装置によって間欠的な衝撃に変換し、前記衝撃力によって付与されるメインシャフトの回転力によりネジ部材を締め付ける角度検知付き衝撃締付工具の一部断面図であり、スロットルレバーＳＬの操作により圧縮空気を回転駆動源たるモータＭに導き、モータＭの回転力を油圧パルス発生装置Ｐに伝達するようにし、メインシャフトＳを介して打撃を生じさせて締付を行い、所定の締付トルクに達したときに給気弁をシャットオフして締付を完了するという基本的に公知の構成を備えている（必要であれば、本件出願人による特公平６−２４７１３号公報参照）。

（本実施例に特有の構成）
本実施例の特徴は、図２に示すように、上記構成を備えた衝撃締付工具において、メインシャフトＳに生じる締付トルクを検知するトルク検知手段１０と、メインシャフトＳと一体的回転してその回転角度を検知する角度検知手段２０とを備える点にあり、とりわけ、角度検知手段２０を、周面に多極着磁が設けられ、Ｎ極とＳ極の磁極が交互に配置された磁気回転ドラム２１と、該磁気回転ドラムの周面に対向配置され、該磁気回転ドラムの磁界を検出する薄膜磁気抵抗効果素子を設けた磁気センサ２３とした点にある。

トルク検知手段１０は、メインシャフトＳの外周面に歪ゲージ１１を貼着して成り、ネジ部材を締め付けたときに生じるメインシャフトＳの捩れ量を歪ゲージを介して電圧変換するようにして、トルクを検知するものである。具体的には、計測対象となるメインシャフトＳの表面に４つの歪ゲージを貼着してブリッジ回路を形成し、トルクによる軸の捩れに伴う歪ゲージの抵抗の変化を検知してトルクを求めるものである（出願人による特公平６−２４７１３号公報参照）。

なお、トルク検知手段１０は、トルクを検知できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、２つのコイルを回転軸に近接して直交配置し（コイルと回転軸は非接触）、一方のコイルを励磁して発生させた磁束が回転軸中を透過するようにし、他方のコイルによって軸の歪みに基づいて生じた磁化方向の変化による変形した磁束を検出するようにした磁歪センサであってもよい。

角度検知手段２０は、磁気エンコーダであり、特に、周面に多極着磁が設けられ、Ｎ極とＳ極の磁極が交互に配置された円柱状の磁気回転ドラム２１と、該磁気回転ドラム２１の周面（曲面）に対向配置され、該磁気回転ドラムの磁界を検出する薄膜磁気抵抗効果素子からなる磁気センサ２３とからなる。具体的には、円板ないし円柱状の回転ドラム２１は中心軸を中心にメインシャフトＳと一体的に回転するものであり、回転ドラム２１の周囲（曲面）に磁極Ｎと磁極Ｓとが交互に着磁され、他方、磁気センサ２３は、磁気抵抗効果素子（ＭＲエレメント）として磁気抵抗効果を有するＮｉ、Ｆｅ等の強磁性金属を主成分とする合金からなる膜が用いられる。該膜は板状ないしフィルム状のＳｉ（シリコン）もしくはガラス基板の表面に蒸着等の方法で成膜され、形成された薄膜強磁性金属は特定の方向の磁界の強度に応じて抵抗値が変化するものであり、この変化からメインシャフトＳの回転角度を検出する。なお、磁気センサ２３は、磁気ドラム２１に対して０．３ミリ程度のギャップ（距離）を離して平行に固定設置される。また、磁気センサ２３は、信号処理制御回路２５と、それを結線する為の柔軟性のあるフレキシブルケーブル２４を組み合わせて用いられる。

（本実施例の構成による優れた効果）
このような本発明の構成によれば、多数のスリットが穿設された回転ディスクを用いる光学式のエンコーダに比較して強度的に優れると共に工具の小型化が図れるため使用時の作業性が向上する。また、歯車式のエンコーダに比較して工具の小型化が図れるため使用時の作業性が向上する。また、レゾルバ式のエンコーダと比較しても、小型化が図れるため使用時の使用時の作業性が向上する。

なお、メインシャフトＳと一体的回転してその回転角度を検知する角度検知手段２０は、円錐状で先細りのケース先端部Ｃ内に収容されており、この点も小型化ないし使用時の作業性の向上に寄与している。

（本実施例による正常／異常締付の判断）
本実施例は、以下のステップによって異常締付を検知する。

すなわち、トルク検知手段１０および角度検知手段２０によって、トルク検知手段１０が第１設定トルクＴ１（スタートトルク）を検知したときに角度検知手段２０が検知した締付角度Ａが第１許容範囲Ｒ１内にあるか否かを判定し（ステップ１）、トルク検知手段１０が第２設定トルクＴ２（スナグトルク）を検知したときに角度検知手段２０が検知した締付角度Ｂが第２許容範囲Ｒ２内にあるか否かを判定し（ステップ２）、トルク検知手段１０が第３設定トルク（狙い目トルク）を検知したときに角度検知手段２０が検知した締付角度Ｃが第３許容範囲Ｒ３内にあるか否かを判定し（ステップ３）、全てのステップにおける締付角度が許容範囲内にある場合に正常な締付作業と認定し、いずれかのステップにおいて許容範囲を逸脱する場合に異常の締付作業と認定する。

なお、締付角度のほか、最終締付トルクがトルク合格範囲Ｒ４内から逸脱する場合は正常締付とは認定しない。

図３は、正常締付における締付トルク及び締付角度の変化を示している。つまり、トルク検知手段１０および角度検知手段２０によって、（i ）第１設定トルクＴ１（スタートトルク）に達するときの締付角度（ツール回転時（ゼロ）からスタートトルクに相当する角度Ａ（フリーラン角度。フリーランニング終了までの締付角度）が、設定された第１許容範囲Ｒ１（角度合格範囲）内にあること、（ii）第２設定トルクＴ２（スナグトルク）に達するときの締付角度Ｂ（スタートトルクに相当する回転角からスナグトルクに相当する回転角までの締付角度）が、設定された第２許容範囲Ｒ２（角度合格範囲）内にあること、（iii ）第３設定トルクＴ３（狙い目トルク）に達するときの締付角度Ｃ（スナグトルクに相当する回転角から狙い目トルクに相当する回転角までの締付角度）が、設定された第３許容範囲Ｒ３（角度合格範囲）内にあると判定し、正常な締付作業と認定する。

他方、図４は異常締付である「二度締め」の締付トルク及び締付角度の変化を示している。「二度締め」とは、正常に締め付けたボルトを誤って再度締め付けた場合である。ツール回転時から急激にトルクが上昇してゆき、スタートトルクＴ１に相当する締付角度Ａは第１許容範囲Ｒ１から大きく逸脱し、スナグトルクＴ２に相当する締付角度Ｂも第２許容範囲Ｒ２から大きく逸脱し、更に狙い目トルクＴ３に相当する締付角度Ｃも第３許容範囲Ｒ３から大きく逸脱することから、異常の締付作業のうち、「二度締め」と認定する。正常締付時と比較して、スタートトルクＴ１に相当する締付角度Ａ、スナグトルクＴ２に相当する締付角度Ｂ、狙い目トルクＴ３に相当する締付角度Ｃの全てが小さくなる場合が「二度締め」と推定できる。

また、図５は異常締付である「斜め入り」又は「焼き付き」の締付トルク及び締付角度の変化を示している。「斜め入り」とは、ボルト締付時、その軸心が雌ネジの軸芯に対してズレた状態で斜めに入る場合であり、「焼き付き」とは、雄ネジ又は雌ネジの製造不良もしくはネジ間に異物が混入した場合である（いずれも、トルクは発生するが、軸力が発生せずに締付不良となる）。スタートトルクＴ１に相当する締付角度Ａは第１許容範囲Ｒ１から逸脱し、狙い目トルクＴ３に相当する締付角度Ｃは第３許容範囲Ｒ３から逸脱することから、異常の締付作業のうち、「斜め入り」又は「焼き付き」と推定できる。

このように、複数の設定トルクを設けると共に、それらに対応する複数の許容締付角度範囲を設けることにより、例えば、狙い目トルクに対応する締付角度のみによって正常／異常締付を判断する場合に比較して、より正確且つ分析的な締付判断が可能になる。

本実施例の一部断面図第１図の一部拡大図正常締付時の締付トルク及び締付角度の変化を示す図異常締付時の締付トルク及び締付角度の変化を示す図（その１）異常締付時の締付トルク及び締付角度の変化を示す図（その２）

Ｍモータ
Ｓメインシャフト
Ｃケース先端部
１０トルク検知手段
２０角度検知手段
２１磁気回転ドラム
２３磁気センサ

Claims

回転駆動源の回転力を衝撃発生装置によって間欠的な衝撃に変換し、前記衝撃力によって付与されるメインシャフトの回転力によりネジ部材を締め付ける衝撃締付工具であって、締め付けトルクを検知するトルク検知手段と、メインシャフトと一体的に回転して回転角度を検知する角度検知手段とを備え、前記角度検知手段は、周面に多極着磁が設けられ、Ｎ極とＳ極の磁極が交互に配置された磁気回転ドラムと、該磁気回転ドラムの周面に対向配置され、該磁気回転ドラムの磁界の変化を検出する薄膜磁気抵抗効果素子からなる磁気センサとを備えた磁気エンコーダであるものとして、前記衝撃締付工具の円錐状で先細りのケース先端部内に収容されており、前記トルク検知手段が第１設定トルクであるスタートトルクを検知したときに前記角度検知手段が検知した締付角度が第１許容範囲内にあるか否かを判定し、前記トルク検知手段が第２設定トルクであるスナグトルクを検知したときに前記角度検知手段が検知した締付角度が第２許容範囲内にあるか否かを判定し、前記トルク検知手段が第３設定トルクである狙い目トルクを検知したときに前記角度検知手段が検知した締付角度が第３許容範囲内にあるか否かを判定することを特徴とする、角度検知付き衝撃締付工具。
前記全てのステップにおける締付角度が許容範囲内にある場合に正常な締付作業と認定し、いずれかのステップにおいて締付角度が許容範囲を逸脱する場合に異常の締付作業と認定し、さらに最終締付トルクがトルク合格範囲内から逸脱する場合は正常締付とは認定しないことを特徴とする、請求項１に記載の角度検知付き衝撃締付工具。