JP6283500B2 - 締付装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボルトやナットなどの締結部材を複数の締付工程により締め付けることのできる締付装置に関するものである。

ボルトやナットなどの締結部材の締付精度を高めるために、ソケットに作用する締付トルクを測定し、その測定トルクが設定トルクに到達したときに、締付を終了するよう数値制御された締付機が知られている（たとえば特許文献１参照）。

特許文献１では、測定トルクが設定トルクに達すると、振動発生手段により振動を発生させ、ユーザに伝えるようにしている。

特開２００９−８３０３９号公報

上記構成によれば、締結部材の締付けが設定トルクに達したかどうかは判別することができるが、実際の締付トルクが適正であるか、たとえば、締付トルクが設定トルクよりも所定の公差以上となっているかどうかは判別できない。
このため、実際に所望された設定トルク以上で締付けが行なわれているかどうかを確認し、ユーザに確実に通知することが求められている。

本発明の目的は、締結部材を締め付けた後、その締付トルクが、設定トルクに対して所定の公差範囲から外れていることをユーザに確実に通知することのできる締付装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の締付装置は、
モータと、
前記モータを駆動するモータ駆動回路と、
前記モータによって回転し、先端にソケットが装着されて締結部材を締め付けることのできるドライブ軸と、
前記ソケットに作用する締付トルクを検出するトルク検出器と、
予め設定された設定トルクと、前記トルク検出器により測定された測定トルクに基づいて、前記モータ駆動回路を制御する制御部と、
を具える締付装置であって、
前記測定トルクが、前記設定トルクに対して予め設定された公差範囲内にあるか否かの合否判定を行ない、公差範囲外である場合にはエラー信号を発信する合否判定部と、
前記合否判定部のエラー信号に基づいて、前記モータの起動を阻止するモータ遮断部と、
モータ遮断部による前記モータの起動の阻止を解除するエラー解除ボタンと、
を具える。

前記合否判定部のエラー信号に基づいて、エラー表示を行ない、前記エラー解除ボタンの操作によりエラー表示を解除する表示部を具えることができる。

前記表示部は、前記設定トルクと前記測定トルクを表示するものであり、前記設定トルクと前記測定トルクは、桁を揃えて上下二段に表示することができる。

本発明の締付装置によれば、測定トルクが、設定トルクの公差範囲外であれば、表示部にエラー表示されるから、ユーザは、締結部材の締付トルクが適正でないことを目視により確認できる。また、モータの起動も阻止されており、エラー解除ボタンを操作しない限り次の締付工程には移ることができないから、エラー表示を見逃しによるヒューマンエラーをなくすことができる。

設定トルクと測定トルクを、桁を揃えて上下二段表示することで、測定トルクがどの程度設定トルクに近づいているかを瞬時に判断することができる。また、設定トルク又は測定トルクのみを表示している場合には、何れのトルクが表示されているか判断しづらいが、二段表示することにより、その判断も容易とすることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る締付装置の概略説明図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る締付装置のブロック図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る締付装置の制御方法を示すフローチャートである。

以下、本発明の締付装置１０を、図１及び図２に示すように締付けを行なう本体となる締付機２０と、この締付機２０を制御する制御装置３０、トルクを測定するトルク検出器５０から構成した数値制御式の締付装置に適用した実施形態について説明する。なお、制御装置３０は、その機能の一部又は全部を締付機２０に内蔵する構成とすることもでき、また、制御装置３０の一部の機能を外部ＰＣ等で実行するように構成してもよい。

図１は、本発明の締付装置１０の概略を説明する図であり、図２は、締付装置１０の概略ブロック図である。図に示すように、締付装置１０は、締付機２０と制御装置３０から構成され、締付機２０には、ソケットに作用するトルクを検出するトルク検出器５０を具える。

＜締付機２０＞
締付機２０として、図１に示す実施形態では、ドライブ軸が内軸と外軸２２の２軸式の電動レンチを例示している。しかしながら、２軸式のものに限定されず１軸式のものであってもよく、また、締付機２０は、インパクトレンチ、インパクトドライバー、振動・ハンマードリルなどであってもよい。

２軸式の締付機２０は、ドライブ軸２１となる内軸と外軸２２が、ハウジング２３に内蔵されたモータ２４によって互いに逆回転可能となっている。内軸と外軸２２は、遊星歯車機構などの減速機構２８によってモータ２４に連繋することができる。

締付機２０は、内軸の先端には、ボルトやナットなどの締結部材が装着可能なソケットを具える。また、外軸２２の先端には、ドライブ軸２１の軸芯に対して先端が略垂直方向に突出するアームを具備する反力受け２５が取り付けられている。

締付機２０は、図１に示すトリガスイッチ２６の操作によって、図２に示す制御装置３０からの指令を受けてモータ２４を駆動させ、ドライブ軸２１を回転させる。また、図１及び図２に示すように、締付機２０には、正逆切替用スイッチ２７が配備されており、正逆切替用スイッチ２７を操作することで、モータ２４の回転を逆転させて、締結部材の締付け及び緩め作業を行なうことができる。正逆切替用スイッチ２７は、減速機構２８のギア切替えやクラッチ操作などによって、機構的にドライブ軸２１の正転と逆転を切り替えるものとすることができる。また、正逆切替用スイッチ２７は、モータ２４に供給される電圧を反転させるものであってもよい。

＜トルク検出器５０＞
締付機２０には、ソケットに作用するトルクを検出するトルク検出器５０が配備される。トルク検出器５０は、制御装置３０にトルクに関する信号を送信する。トルク検出器５０として、図１に示すように、締付トルクを検出するトルクセンサ５１をドライブ軸２１とソケットとの間に直接装着するものを採用することができる。ソケットに作用するトルクは、締付機２０の電気系統、たとえばモータ電流の変化から検出するものであってもよい。また、ソケットに作用するトルクは、ドライブ軸２１やモータ２４、減速機構２８等の回転角度から換算するようにしてもよい。

トルク検出器５０を図１のようにドライブ軸２１に装着すると、トルク検出器５０はドライブ軸２１と一体回転するから、制御装置３０と有線接続することはできない。従って、図２に示すように、トルクセンサ５１にて測定された締付トルクに関する信号は、増幅回路５２で増幅し、Ａ／Ｄ変換回路５３にてＡ／Ｄ変換してＣＰＵ５４に入力し、ＲＦ（Radio Frequency）回路５５及びアンテナ５６を経由して無線送信することが望まれる。トルク検出器５０への電源の供給はトルク検出器５０に小型のバッテリを搭載することで行なうことができる。

具体的実施形態として、トルクセンサ５１は、外軸２２に貼着された歪みゲージを例示することができる。外軸２２に作用する締付トルクは、歪みゲージの抵抗変化が電圧変化として出力される。

＜制御装置３０＞
制御装置３０は、図１に示すように、締付機２０と接続用ケーブル６０によって電気的に接続されており、締付機２０との通信及び締付機２０に電源供給可能となっている。また、制御装置３０は、先端にプラグ６１が連繋された電源用ケーブル６２に商用電源に接続可能となっている。なお、制御装置３０及び／又は締付機２０をバッテリ内蔵とし、制御装置３０と締付機２０の接続用ケーブル６０を省略して、これらの間の通信を無線により行なうこともできる。

具体的実施形態として、制御装置３０は、図１に示すようにボックス型のケーシング３１に、図２に示す制御手段３２を内蔵している。制御手段３２は、ＣＰＵ３４、ＲＡＭ、ＲＯＭなどのメモリ３５、Ｄ／Ａ変換器等の種々の電子部品を中心に構成された制御部３３を具え、メモリ３５に記憶された種々のプログラム等によって実現することができる。図２では、これらの連繋によって実現される代表的な機能に関する機能ブロックを描いている。これら機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウエアのみ又はこれらの組合せによって実現可能であることは当然理解されるべきである。

ケーシング３１の一面には、図１に示すように、ユーザの所望する設定トルクを表示する設定トルク表示部４０と、トルク検出器５０にて測定された締付トルクを表示する測定トルク表示部４１を具える。設定トルク表示部４０及び測定トルク表示部４１は、エラーの表示部を兼ねている。また、エラー解除ボタンを兼ね、ユーザが設定トルクを増減するトルク設定ボタン４７，４８、異なる締付モードに切り替えるモード切替スイッチ４４が設けられている。さらに、ケーシング３１には、締付装置１０の設定トルクの設定可能範囲を示すトルク設定範囲表示部４６が設けられている。

設定トルク表示部４０及び測定トルク表示部４１は、たとえばＬＥＤを採用したデジタル表示器とすることができる。設定トルク表示部４０と測定トルク表示部４１は、図１に示すように、桁を揃えて上下二段とすることが望ましい。これにより、測定トルクがどの程度設定トルクに近づいているかを瞬時に判断することができる。また、設定トルクと測定トルクとの見間違いも低減できる。

これら又は何れか一方の表示部４０，４１は、締付装置１０に何らかの異常が生じた場合に、後述する合否判定部３８からの通知を受けて、その異常を表示するエラーの表示部を兼ねることができる。たとえば、後述するように、締付トルクに異常が生じた場合に、トルク表示に代えて「ＥＲＲＯＲ」の表示や、表示の色を変えるなどとすることができる。また、エラーの表示部は、別途締付機２０や制御装置３０にランプ等を配置することで実現することもできる。

図１中、符号４２は、トルク設定ボタン４７，４８を操作したときに、その設定トルクを表示する設定トルクサブ表示部であり、設定トルク表示部４０よりも小さく形成している。

トルク設定ボタン４７，４８は、設定トルクを小さくするマイナスボタン４７と大きくするプラスボタン４８である。これらトルク設定ボタン４７，４８は、締付装置１０に何らかの異常が生じたときに、その何れかを操作することで、エラー解除ボタンとしても用いる。もちろん、エラー解除ボタンを締付機２０や制御装置３０に別途配置しても構わない。

モード切替スイッチ４４は、異なる２つの締付モードを切り替えるスイッチであり、押しボタン式、ダイヤル式又はスライド式などを採用することができる。モード切替スイッチ４４が何れの締付モードに設定されているか視認できるように、モード切替スイッチ４４内又はケーシング３１の適所に、何れかの締付モードに対応して点灯するＬＥＤ４５が配備されている。図示のモード切替スイッチ４４は、一方の締付モードに設定されたときに内蔵されたＬＥＤ４５が点灯するようにしている。

トルク設定範囲表示部４６は、図１に示すように、締付装置１０の設定トルクの上限及び下限を示す。トルク設定範囲表示部４６は、図１に示すようにプレートにその設定範囲を刻印したり、シールに印刷し、ケーシング３１に取り付けたものを例示できる。また、上記設定トルク表示部４０等と同様にデジタル表示器とすることもできる。トルク設定範囲表示部４６をケーシング３１に設けることで、機器の仕様を容易に判別することができる利点がある。

制御手段３２を構成する制御部３３は、図２に示す如く上記した表示部４０，４１，４２、ボタン４７，７８、モード切替スイッチ４４、ＬＥＤ４５、正逆切替用スイッチ２７が夫々接続されると共に、トリガスイッチ２６を介して締付機２０のモータ２４を駆動するモータ駆動回路３６、トルク検出器５０と無線通信するためのＲＦ回路３７及びアンテナ３７ａが接続されている。たとえば、モータ駆動回路３６によるモータ２４の出力調整は、位相制御やＰＷＭ制御によって行なうことができる。

また、トルク検出器５０の測定トルクが、設定トルクに対して予め設定された公差範囲内であるか否かの合否判定を行なう合否判定部３８を具える。より詳細には、合否判定部３８は、トルク検出器５０からの測定トルクと設定トルクを比較し、これらの差が予め設定された公差範囲外であればエラー信号を発信する。測定トルクとして、一回の締付工程中のピークトルク値を採用することができる。

合否判定部３８のエラー信号は、制御部３３に送信され、制御部３３は、表示部４０，４１にエラー表示を行なう。

また、制御部３３には、図２に示すようにモータ遮断部３９が接続されている。モータ遮断部３９は、制御部３３が合否判定部３８からのエラー信号を受けると、モータ２４の起動を阻止するものである。モータ遮断部３９は、たとえばエラー信号を受信するとＨｉｇｈ信号を制御部３３に送信する。なお、このＨｉｇｈ信号を受けて、制御部３３は、モータ駆動回路３６からのモータ２４への電力の供給を許容しないよう制御すればよい。

すなわち、合否判定部３８がエラー信号を発信すると、制御部３３は、表示部４０，４１にエラー表示を行なうと共に、モータ遮断部３９によってモータ２４の起動を阻止する。ユーザは、エラー表示を参照することで、締付トルクが設定トルクの公差範囲外であることを目視により認識することができると共に、万一エラー表示を見落としたとしても、モータ２４が起動せず、次の締付工程に移ることができないから、締付トルクの異常を確実に認識することができる。

なお、表示部４０，４１のエラー表示及びモータ遮断部３９によるモータ２４の起動阻止は、エラー解除ボタンであるボタン４７，４８の一方又は両方の操作により解除することができる。たとえば、モータ遮断部３９は、ボタン４７，４８の操作を受けて、制御部３３にＬｏｗ信号を送信する。

メモリ３５には、締付機２０を制御するためのすべてのプログラムが記憶される。たとえば、メモリ３５には、締付モードに応じてユーザにより設定された設定トルク、各締付モードに応じた締付プログラムや各種パラメータ、滞在中の締付モード、受信された測定トルクと設定トルクに基づいてモータ２４の出力を調整するためのモータ駆動回路３６の制御量、合否判定に用いられる公差、エラー信号、エラー解除などのプログラムなどが記憶される。

上記構成の締付装置１０について、以下の要領で締付作業が行なわれる。
図３は、本発明の一実施形態に係る制御フローを示している。

締付機２０のソケットを締結部材に嵌めた状態で（ステップＳ１０１）、トリガスイッチ２６をオンにすることで開始される（ステップＳ１０２）。図１に示す締付機２０では、ユーザが指でトリガスイッチ２６を引くことでオンとなる。

トリガスイッチ２６がオンとなると（ステップＳ１０２）、制御部３３は、メモリ３５を参照し、滞在している締付モードとその設定トルクに応じてモータ駆動回路３６からモータ２４に供給される電力を制御し、モータ２４を起動する（ステップＳ１０３）。これにより、反力受け２５がソケットの締付方向とは逆向きに回転して他の締結部材などに当接し、ソケットによる締結部材の締付が開始され、ソケットから締結部材に加わるトルク値が上昇する。

トルク値（絶対値）が所定値以上まで上昇すると、トルク検出器５０によるトルク測定が開始され（ステップＳ１０４）、その測定トルク値は、制御部３３に送信される。

トルク制御による締付けは、トルク検出器５０により測定されたトルク値を参照しながら行なわれ、測定されたトルク値が、設定トルクに到達するまで実行される（ステップＳ１０５のＮｏ）。この測定されたトルク値は、その最大値がメモリ３５に一時的に記憶される。

測定されたトルク値が、設定トルクに到達すると（ステップＳ１０５のＹｅｓ）、制御部３３は、モータ駆動回路３６からのモータ２４への電力の供給を遮断し、モータ２４を停止させる（ステップＳ１０６）。

制御部３３は、モータ２４が停止したときに、メモリ３５に記憶されたトルク値の最大値をピークトルク値として取得し（ステップＳ１０７）、合否判定部３８に送信する。

合否判定部３８は、ピークトルク値を受信し、予め設定された設定トルクの公差範囲内にあるか否かの合否判定を行ない（ステップＳ１０８）、ピークトルク値が公差範囲内にあれば（ステップＳ１０８のＹｅｓ）、表示部４０，４１にエラー表示をすることなく（ステップＳ１０９）、締付準備完了状態に移り、次の締付工程を実行可能となる（ステップＳ１０１）。

合否判定部３８は、ステップＳ１０８において、ピークトルク値が公差範囲外であると判定すると（ステップＳ１０８のＮｏ）、エラー信号を送信し、表示部４０，４１にエラー表示を行なうと共に、モータ遮断部３９はモータ２４の再起動を阻止するＨｉｇｈ信号を発信する。制御部３３は、Ｈｉｇｈ信号を受信すると、たとえトリガスイッチ２６が操作されても、モータ駆動回路３６からモータ２４への電力供給を阻止する（ステップＳ１１０）。

締結部材に対する締付トルクが、設定トルクの公差範囲外であることは、ユーザは、エラー表示を目視することで認識できる。万一その表示を見逃したとしても、次の締付工程にてモータ２４が起動しないことで、ヒューマンエラーを防止できる。

この状態で、ユーザがエラー解除ボタン（トルク設定ボタン４７及び／又は４８）を操作すると（ステップＳ１１１のＹｅｓ）、表示部４０，４１へのエラー表示は消えて、設定トルク及び測定トルクが再度表示される（ステップＳ１１２）。また、モータ遮断部３９は、エラー解除ボタンの操作により、Ｌｏｗ信号に切り替わり、制御部３３によるモータ駆動回路３６からモータ２４への電力供給を許容する（ステップＳ１１２）。

これにより、再度締付準備完了状態に移り（ステップＳ１０１）、ユーザは、公差範囲外となった締結部材の再度の締め直しを行なえばよい。

上記のように、本発明の締付装置１０によれば、締結部材の設定トルクの公差範囲外である場合には、エラー表示されるだけでなく、モータ２４の起動も阻止されるから、ヒューマンエラーを防止でき、締め付けられた締結部材の締付トルクを保証することができる。

上記説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或いは範囲を限縮するように解すべきではない。また、本発明の各部構成は、上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

１０ 締付装置
２０ 締付機
３０ 制御装置
３３ 制御部
３６ モータ駆動回路
３８ 合否判定部
３９ モータ遮断部
４０，４１ 表示部
４７，４８ エラー解除ボタン
５０ トルク検出器

Claims (4)

1. モータと、
   前記モータを駆動するモータ駆動回路と、
   前記モータによって回転し、先端にソケットが装着されて締結部材を締め付けることのできるドライブ軸と、
   前記ソケットに作用する締付トルクを検出するトルク検出器と、
   予め設定された設定トルクと、前記トルク検出器により測定された測定トルクに基づいて、前記モータ駆動回路を制御する制御部と、
   を具える締付装置であって、
   前記測定トルクが、前記設定トルクに対して予め設定された公差範囲内にあるか否かの合否判定を行ない、公差範囲外である場合にはエラー信号を発信する合否判定部と、
   前記合否判定部のエラー信号に基づいて、前記モータの起動を阻止するモータ遮断部と、
   モータ遮断部による前記モータの起動の阻止を解除するエラー解除ボタンと、
   を具えることを特徴とする締付装置。
2. 前記合否判定部のエラー信号に基づいて、エラー表示を行ない、前記エラー解除ボタンの操作によりエラー表示を解除する表示部を具える、
   請求項１に記載の締付装置。
3. 前記表示部は、前記設定トルクと前記測定トルクを表示するものであり、前記設定トルクと前記測定トルクは、桁を揃えて上下二段に表示される、
   請求項２に記載の締付装置。
4. 前記表示部は、エラー表示を点灯又は点滅により表示する、
   請求項２に記載の締付装置。

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