JPH01246081A - トルクレンチのトルク制御方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ボルト等の締付けを行う油圧式トルクレン
チのトルク制御方法及びその装置に関する。

［従来の技術］ 一般にボトル等の締付は作業を行うツールには、油圧式
トルクレンチが使用され、圧力空気で回転するエアモー
タにより、偏心する内孔を備えたライナーを駆動する。

この内孔を摺動羽根を有する主軸により二基に区分し、
一方の室内に油の封じ込みを行い、これにより油圧を高
めトルクを発生させるている。

第４図は従来のトルク制御装置（実願昭５８−１３２６
６５号）を示し、油圧式トルクレンチｌは空気バルブ２
とエアモータ４と油圧パルスモータ５及びトルク制御装
置９を備えている。

空気バルブ２はホース１４と接続され、ホース１４には
流量絞り弁１５が設けられている。空気バルブ２を開く
と、絞り弁１５の設定で決められた流量の圧縮空気がホ
ース１４から供給され、エアモータ４が回転する。

エアモータ４の回転は油圧パルスモータ５のライナー８
を駆動し、公知の油圧発生機構で所定トルクの打撃を間
欠的に発生する。

即ちｆ５５図に示すように油圧パルスモータ５はケーシ
ング６内に内孔Ｂが主軸７に対して偏心したライナー８
を回転自在に設け、この内孔Ｂ内に作動油を密封してい
る。主軸７にはバネＳにより常時突出するように摺動羽
根２４を設け、主軸７の一方の端面７ａと羽根２４の端
面とが内孔Ｂの内面と接したときライナー８を二基に分
け、一方の室内Ｒに一時的に高圧を発生させている。こ
の高圧の油圧を主軸７に伝達し、トルクとして出力させ
、ボルト等を締め付ける動力としている。

トルクの検出はライナー８の内孔の高圧室側Ｒに発生す
る油圧は主軸７に形成した小孔Ｈ経てロッ）１０の一端
に伝達する。ロッ）１０はエアモータ４の軸心を貫通す
る孔Ｃに摺動可能に挿入されており、ロット１０の他端
はエアモータ４から突出し、そこには環状のマグネット
１１が固設されている。マグネッ）１１と対向してコイ
ル１２が固設され、コイル１２の出力端は制御回路１８
に接続されている。１７はランプで制御回路１８により
点灯され、１６はカウント設定用のスイッチ、ここでロ
ー７ト１０はバネＳ１により油圧室の方に押し戻されよ
うになっている。エアモータ４の回転により繰り返し高
油圧が発生し、主軸７を回転させるとともに、圧力とな
ってロット１０を右方に摺動させる。これにより移動す
るマグネッ）１１によりコイル１２にパルス状の起電力
ｅが発生し、このパルス電圧ｅの発生回数を制御回路８
で計数する。スイッチ１６で設定したカウント数になる
とランプ１７が点灯するようにして、これを視認して作
業者は空気バルブ２を閉じ（又は自動的にカットオフす
る）て主軸７のトルク出力を停止する。

ボルト締付は中は、エアモータ４の回転により油圧パル
スモータ５も回転し、ボルトの締付けが完了すると、ラ
イナーＢ内の油圧は高圧となり強大なトルクを主軸７に
発生する。締め過ぎてボルトを破壊することがないよう
にライナー８の内壁にリリーフバルブ２６を設け、所定
油圧になると内孔Ｂの二基を連通させ、エアモータ４が
回転し続けても油圧パルスモータ５はそれ以上回転しな
いようにしている。

又トルクレンチｌは１打撃当りの出力トルク範囲が例え
ば、ＴＭＩＮ−ＴＭＡＸと決められているが、その中間
のトルクＴｉは空気の絞り弁１５を目盛Ｎｉに設定する
ことにより得られる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来のトルクレンチ制御装置にあっては
、締付けられるボルト、ネジ等について打撃数と締付ト
ルクとの正確な関係が定量的に把握されていないため、
又強度不充分なトルクの打撃も一様に計数して、締付ト
ルクを予測するようにしているので、全打撃数に基づく
判断では、目標締付トルクの予測は大まかなものになる
いう欠点があった。このため精度を要するボルト締付は
作業の場合は、締付は後トルクチエッカ−を使用して、
改めて人力で締付トルクを測定しなければならなかった
。

又規格やボルト径の異なる異種類のボルトを締付ける場
合、トルク範囲の広いトルクレンチで締付けると、トル
ク値の設定が正確に出来ないため締め過ぎてボルトを破
壊したり、締め不足については再度トルク値に注意して
締付けを行うなど作業が面倒になるという欠点があった
。

各規格ボルト毎の締付はトルクを正確に与えるようにす
るには、トルク範囲の狭い各種ボルト対応の各種トルク
レンチを多数整えなければならず。

結果的にコスト高になるという問題もあった。

［発明の目的］ この発明は上記問題点を解決するためになされたもので
、各種ボルトに対応して打撃数と締付トルクとの正確な
関係を定量的に把握し、締付トルクを高精度に予測でき
るので、締付は後のトルクチエツクを省略することがで
き、各種ボルトに対応して締付はトルクを幅広く自由に
設定することができるトルクレンチのトルク制御方法と
その装置を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ この発明においては、該トルクレンチの油圧と打撃力と
の相関関係及び該打撃の数と該ボルト等の締付はトルク
との相関関係を予め計測し、これら計測値をメモリに格
納し、該トルクレンチ使用に際し、目標締付トルクとボ
ルト等の規格とを入力手段により設定し、この目標締付
トルクを与える打撃の数をメモリから読み出し、ボルト
等締付は中に発生する打撃の数を油圧検出手段で計数し
、計数した打撃の数が読み出した打撃の数になったとき
報知手段により光又は音声を発して作業者に報知するよ
うにした。

［作　用］ 締付トルクが定められているボルトやネジを締付ける場
合には、まず入力手段により目標の規定締付トルクを入
力し、該トルクレンチでネジ等を締付ける。ネジ等が締
付けられて目標締付トルクになったことが中央制御手段
で検出されると、報知手段から光や音声が発せられるの
で１作業者は圧縮空気の導入を停止し、エアモータ回転
を止める。これにより、ネジ等を正確に所望締付トルク
で締付けることができる。

［実施例］ 以下この発明を図面に基づいて説明する。

第２図において、油圧式トルクレンチ１は空気バルブ２
とエアモータ４と油圧パルスモータ５及びトルク制御装
置２３を備えている。空気バルブ２には流量絞り弁１５
を有するホース１４が接続され、圧縮空気が供給された
ときエアモータ４が回転するようになっている。又ホー
ス１４には圧縮空気を遮断する制御弁の電磁弁４１も設
けられている。　而して、エアモータ４の回転により油
圧パルスモータ５のライナー８も回転し、ライナー８内
の偏心した内孔Ｂには主軸７により高圧室と低圧室が画
成される。

高圧室内の油圧は小孔Ｈな介してロッ）１０の一端面に
伝えられる。ロット１０はライナー８の軸心及びエアモ
ータ４の軸心を貫通した孔Ｃに摺動自在に挿入され、ロ
ット１０の他端部はエアモータ４の後端より外方に突出
している。

エアモータ４の後端部外方には空のケース３０が被され
ており、ケース３０内にトルク制御装置２３が設けられ
ている。トルク制御装置２３は制御回路１９と報知手段
のランプ２０と油圧検知手段としての圧電素子２１と入
力手段のキイースイッチ２２及び電磁弁４１とから構成
されている。

制御回路１９はケース３０の内側に取付けられ、キイー
スイッチ２２はケース３０の外面から操作できるように
なっている。又報知手段のランプ２０はケース３０外方
に設けられ、その点灯が外から視認できるように取付け
られいる。

而して、圧電素子２１はケース３０の内方でロット１０
側に突出した部分に固設され、ロット１０の多端面は圧
面素子２１の一端面に当接している。制御回路１９とラ
ンプ２０と圧電素子２１とキイースイッチ２２と電磁弁
４１とは電気的に接続され、第１図の回路を構成してい
る。

即ち、高圧室の油圧Ｐｉによりロット１０が図中下方に
移動して圧電素子２１を押圧し、圧電素子２１は油圧力
Ｐｉに略比例した起電力ｅｉを発生する。この起電力ｅ
ｉはトルクレンチの各打撃毎にその最大値が検出され、
起電力ｅｉは規格化回路３１で増幅された後アナログか
らデジタルに変換されて、比較回路３２に規格化デジル
電圧Ｅｉが与えられる。

而して、４２は一方のリードオンリー（ＲＯＭ）メモリ
であり、ＲＯＭ４２には基準電圧ＥｌＯ１Ｅ２０．Ｅ３
０が予め記憶されている。比較回路３２はＲＯＭ４２か
ら択一的に読み出される基準電圧例えばＥＩＯと規格化
回路３１から与えられる電圧Ｅｉとを比較し、Ｅ１０＝
、＜Ｅｉなら１個のパルスを出力する。

又３４は他方のリードオンリー（ＲＯＭ）メモリであり
、主軸７の打撃数ｎにより締められる例えば、規格Ｍ２
０のボルトついて締付はトルクＴの値がテーブルとして
予め記憶されている。

キイースイッチ２２から入力される規格Ｍ２０のボルト
ついての所望締付はトルクはデーコダ３６によりデコー
ドされ目標トルりＴとなってＣＰＵ３５に入力される。

ＣＰＵ３５はこの目標トルクＴと組みとなるべき打撃数
ｎＩ：ＲＯＭ３４から読み出し、ＲＡＭ３３に記憶する
ものである。又ＣＰＵ３５は比較回路３２から与えられ
る出力パルスｐの数を計数し、ＲＡＭ３３の打撃数ｎと
一致したかどうか判断するものである。３７〜３９はド
ライバー回路で、ＣＰＵ３５の出力信号に従いランプ２
０、スピーカ４０及びエアカット用電磁弁４１を夫々駆
動制御するものである。

ＲＯＭ４２内の組データ（Ｅｌｏ、Ｐｌｏ等）集収集格
納について説明する。

予め油圧値が知られる可変油圧発生機により既知油圧Ｐ
ｉを発生させ、この油圧Ｐｉによりロッ）１０相当部材
を介して圧電素子２１を同一条件下で押圧しその出力電
圧Ｅｉを計測する。

各油圧Ｐｉについて出力電圧Ｅｉを計測して相関データ
（Ｅｉ、Ｐｉ）の表を得る。このようにして、圧電素子
２１の出力電圧Ｅｉは油圧Ｐｉと等価変換されるので、
油圧Ｐｉは電圧Ｅｉと解釈して以後のデータ収集を行う
ことができる。

２８３図のグラフは当該トルクレンチｌにおける高圧室
の油圧Ｐｉと主軸の１打撃が与える単位トルクＴｉ及び
時間ｔとの相関関係を示すグラフであり、当該トルクレ
ンチｌについて予め測定して求められる。

即ち第２図の圧縮空気流量絞り弁１５を、ＮｌＮ２　、
Ｎ３等の目盛位置に設定した場合の夫々の油圧Ｐｉと単
位トルクＴｉとを表わしている。まず絞り弁１５を流量
の少ない目盛Ｎ１に設定して、当該トルクレンチｌによ
り実際に１例えば規格Ｍ２０のボルトを締め付ける０時
刻の経過ｔｌ、ｔ２、ｔ３とともに、油圧Ｐｉと単位ト
ルクＴｉは増大するが時刻ｔ３以降は増大が止り１、油
圧Ｐｉと単位トル”ＴｉはＰＩＯ（ＥＩＯ）、ＴＩＯと
なって一定化する。この定状状態が主軸７の一打撃毎に
与える基準トルク値である。従って、この単位トルクＴ
ＩＯをある回数分当該Ｍ２０のボルトに加えることによ
り該ボルトを所望の締付トルクで締結することができる
。ＲＯＭ４２には絞り弁１５の各目盛Ｎ１．Ｎ２、Ｎ３
について、定状状態の油圧ＰＩＯ，Ｐ２０．Ｐ３０の相
当電圧ＥＩＯ，Ｅ２０、Ｅ３０が記憶さレテいる。かく
して、ＲＯＭ３４内には、規格Ｍ２０のボルトに関し、
絞り弁１５の各目盛Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３について、打撃数
に比例した、締付はトルクＴｉｎ対応表が予め収集され
て書き込まれたものとなる。

別種のボルトや別種のトルクレンチについては別途上記
データの収集を行ないデータをＲＯＭ３４、ＲＯＭ４２
に書き込むようにする。このようにして、当該トルクレ
ンチｌにおいて、規格Ｍ２Ｏのボルトについての性能デ
ータを納めた読み出し専用のＲＯＭ３４．４２が作成さ
れ、制御回路１９に組み込まれる。

次に、このトルクレンチ１の動作について説明する。

組立ライン上で特定ボトル等の締付はトルクが指示され
ていて、それをトルクレンチ１で締結するには、まずキ
イースイッチ２２からボトル指定と目標締付はトルクＴ
ｉｎを入力する。この指定ボトルと目標締付はトルクは
デコーダ３６を介してＣＰＵ３５に入力されここで解読
され、この指定ボルトについての目標締付はトルクＴｉ
ｎと対応する打撃回数ｉがＲＯＭ３４から読み出されＲ
ＡＭ３３に記憶される。

次に作業者は、トルクレンチ１の主軸７をボルト等に押
し当て、絞り弁１５を所定目盛に設定しエアバルブ２を
開く、するとエアモータ４が回転し、油圧パルスモータ
５も回転する。

初期の間ボルトは締り切ってないので主軸７と共に回転
する。このときロット１０は圧電素子１２を押圧し、規
格化回路３１は定状電圧ＥＩＯより低い電圧を出力して
いる。ボルトが締ってくると油圧パルスモータ５内の油
圧も上昇し定状油圧ＰＩＯとなり、その結果圧電素子２
１は規格化回路３１が定状電圧ＥｉＯを与える電圧ｅｉ
を出力する。ＥＬＯ＝、＜Ｅｉなので、比較回路３２は
（定状トルクを以上を与える打撃の場合）パルスを１個
出力する、かくてＣＰＵ３５は比較回路３２からのパル
スを計数する。

ＣＰＵ３５はＲＡＭ３３内の打撃回数ｉと比較回路３２
から入力されるパルス数ｐとが等しくなったとき、一致
パルス信号をドライバー回路３７〜３９に出力する。

この一致パルスによりランプ２０が点灯し、作業者はボ
ルトが目標締付トルクで締付けられたことを知り、エア
バルブ２を閉止し、それ以上の締付はトルクがボルトに
かからないようである。

なお、スピーカ４０がトルクレンチ１に設けられている
場合は、その音により作業者はエアモータ４の回転を止
めることもできる、エアホース１４上に設けられた電磁
弁４１がシャットオフになってエアモータ４が止まり、
正確な目標締付トルクで締付けを完了することとなる。

なお、入力トルク値等が設定中に読み取れるように、キ
イースイッチ２２は押釦式表示装置とし、設定トルク値
が作業者にとって再確認できるようにしてもよい。

又圧電素子にはピエゾ素子やその地圧力検知素子を使用
することができる。

このようにして当該ネジやボルトの締付けが目標トルク
値にほぼ等しい正確な値で作業を行なうことができる。

従って締付は後のハンドトルクテスターによる再チエツ
クを省略でき労働の軽減を図ることができる。又締付ト
ルクの異なる各種ネジ等に対して一個のトルクレンチで
、キイースイッチ２２への入力値を変更するだけで容易
に対応できる。

各種規格のボルトについて、当該トルクレンチにおける
上記データの収集を行ない必要データをＲＯＭ３４、Ｒ
ＯＭ４２に書き込むようにして、各種規格のボルト締付
は作業に対応することができる。該トルクレンチを生産
ラインのロボットに装着して締付トルクに正確を要する
自動組立を行うことができる。

以上説明してきたように、この発明によれば、該トルク
レンチの油圧と打撃力との相関関係及び該打撃の数と該
ボルト等の締付はトルクとの相関関係を予め計測し、こ
れら計測値をメモリに格納し、該トルクレンチ使用に際
し、目標締付トルクとボルト等の規格とを入力手段によ
り設定し、この目標締付トルクを与える打撃の数をメモ
リから読み出し、ボルト等締付は中に発生する打撃の数
を油圧検出手段で計数していき、計数した打撃の数が目
標の読み出し打撃数になったとき、報知手段により光又
は音声を発して作業者に報知するようにしたもので、締
付はトルクの定められたネジ等を常に正確なトルク値で
締結することがでる。

締付トルクが正確になったので、ボルト締付は後のトル
クチエツクが不要となり１作業効率が向上する。

又異なる締付トルクが定めである各種ネジ等に対しても
、目標締付トルク値を自由に変更設定して、−個のトル
クレンチで対応できるので設備のコストダウンが大幅に
実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のトルク制御装置のブロー７り回路図、
第２図は本発明が適用されたトルクレンチの断面図、第
３図は本発明のトルク制御方法の油圧Ｐｉと単位トルク
Ｔｉ及び時間ｔとの相関関係を示すグラフであり、第４
図は従来のトルク制御装置を備えたトルクレンチの断面
図、第５図は第４図のＡ−Ａ断面図である。 ｌ・・・・・・トルクレンチ、　　２・・・・・・エア
バルブ。 ４・・・・・・エアモータ、　　５・・・・・・油圧モ
ータ、７・・・・・・主軸、　　　　　８・・・・・・
ライナー、１０・・・・・・ロット、　　　　１４・・
・・・・ホース。 １５・・・・・・絞り弁、　　　　１９・・・・・・制
御回路、２０・・・・・・ランプ、　　　　２１・・・
・・・圧電素子。 ２２・・・・・・キイースイッチ、 ２３・・・・・・トルク制御装置、３２・・・・・・比
較回路３３・・・・・・ＲＡＭ、　　　　　　３４、４
２・・・・・・ＲＯＭ。 ３５・・・・・・ＣＰＵ、　　　　４１・・・・・・電
磁弁。 特許出願人　神谷　正（外１名） １、で竜゛　リ（１，−′ ＼４：ｊ？’、１”−’

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮空気により回転されるエアモータと、このエ
   アモータと一体回転して油圧がパルス状に昇圧される油
   圧モータと、この油圧モータで駆動されパルス状の打撃
   力を発生する主軸とからなり、この主軸によりボルト等
   を締付けるトルクレンチにおいて、 該トルクレンチの油圧と打撃力との相関関係及び該打撃
   の数と該ボルト等の締付けトルクとの相関関係を予め計
   測し、これら計測値をメモリに格納し、該トルクレンチ
   使用に際し、目標締付トルクとボルト等の規格とを入力
   設定し、この目標締付トルクを与える打撃の数を前記メ
   モリから読み出し、ボルト等締付け中に発生する打撃の
   数を計数し、計数した打撃の数が前記読み出した打撃の
   数になったとき光又は音声を発して作業者に報知するよ
   うにしたことを特徴とするトルクレンチのトルク制御方
   法。
2. （２）前記打撃力が予め定めた強度以上のとき、打撃数
   を計数するようにした請求項１項記載のトルクレンチの
   トルク制御方法。
3. （３）圧縮空気により回転されるエアモータと、このエ
   アモータと一体回転して油圧がパルス状に昇圧される油
   圧モータと、この油圧モータで駆動されパルス状の打撃
   力を発生する主軸とを備えたトルクレンチにおいて、 該油圧と打撃力との相関関係及び打撃の数とボルト等の
   締付トルクとの相関関係が予め記憶されたメモリと、ボ
   ルト等締付け中に発生する打撃の数を計数する油圧検知
   手段と、目標締付トルクとボルト等の規格とを入力する
   入力手段と、該目標締付トルク等に基づき前記メモリか
   ら目標となる打撃の数を読み出すとともに、前記計数さ
   れた数が前記目標となる打撃の数になったとき一致信号
   を出力する中央制御手段と、この一致信号に基づき光又
   は音声を発生する報知手段とを備えたことを特徴とする
   トルク制御装置。
4. （４）前記油圧検知手段が、前記発生した油圧を押圧力
   に変換する該トルクレンチ内に摺動可能に設けられたロ
   ットと、このロットに圧接されて圧接信号を出力する圧
   電素子とから構成される請求項３項記載のトルク制御装
   置。
5. （５）前記一致信号に基づき前記エアモータに供給され
   る圧縮空気を遮断する制御弁を設けた請求項３項記載の
   トルク制御装置。