JPH08294876A

JPH08294876A - 電動油圧パルス工具のトルク制御方法

Info

Publication number: JPH08294876A
Application number: JP12419995A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Koseki; 博小関; Hiroshi Hotta; 浩史堀田; Mitsuharu Ishibashi; 光治石橋; Masatoshi Katayose; 正敏片寄; Takashi Eguchi; 隆志江口
Original assignee: Nippon Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1995-04-25
Filing date: 1995-04-25
Publication date: 1996-11-12

Abstract

(57)【要約】【目的】トルクセンサーやエンコーダ等を用いること
なく、安価で小型軽量な電動油圧パルス工具を実現さ
せ、低反力、高精度なねじ締め付け作業を可能とする。【構成】電動モータ２の駆動軸７に設けた油圧パルス
部３によりモータ回転力を衝撃パルスに変換してねじ締
め付けを行う電動油圧パルス工具１をコントローラ６に
よってトルク制御するものであって、ねじ締め付け時に
おける電動モータ２の負荷電流から検出した負荷電流波
形をピークホールド回路２７とサンプルホールド回路２
５より成る波形処理回路において波形処理したうえでＡ
／Ｄ変換回路２４においてＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換し
たディジタル信号の変位量をコンパレータ２３において
検出することによってねじ締め付けトルクを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、機械や建築物の組立
作業等において使用される、ボルト，ナット等を締め付
けるための電動油圧パルス工具の制御方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】電動モータのトルクを制御する方式とし
て、モータ負荷電流と出力トルクの相関を利用する技術
が特開昭５３−３２０７７号公報に開示されている。一
方、衝撃エネルギーを締め付けトルクに利用するインパ
クトおよびインパルスレンチのような衝撃工具は、一打
撃ごとの蓄積エネルギーおよび締め付け回転数がトルク
に変換されるため、公知技術のように出力トルクとモー
タ負荷電流とは単純に比例しない。そこで、モータ回転
数と締め付け時間を利用して締め付けトルクを制御する
技術が特開昭６３−２８３８７４号公報や特開昭６３−
７４５７６号公報に開示されており、また、モータ出力
軸に歪みゲージや非接触磁歪式センサーを取り付けるこ
とでトルクを検出制御する技術が特開平４−１１５８７
７号公報に開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】電流制御式ドライバや
ナットランナの場合はモータ負荷電流の立上がり途中で
トルク制御を行うので、モータ出力トルクおよび回転イ
ナーシャがトルク精度に大きく影響する。このため、精
度良くトルク制御するためには、ねじ着座後の回転を落
とす必要があるので締め付け速度を遅くしなくてはなら
ず、締め付け作業能率が低下する。また、着座後の回転
の急激な変化によるショックが大きく、作業者の手に負
担がかかるという問題があった。

【０００４】回転数−タイマー制御の場合は、使用する
ねじおよびワークの締め付け特性を把握していないと回
転数と時間の設定ができず、また、ねじのばらつきや電
源変動がトルク精度に大きく影響してしまう。そこで、
モータにエンコーダを配設して回転数をフィードバック
する手段が考案されているが、製品は複雑で大型、高価
なものとなってしまう欠点があった。エンコーダ自体も
衝撃に対する強度が５０Ｇ程度で、１００〜２００Ｇ発
生する衝撃工具への実用化は難しかった。また、歪みゲ
ージおよび磁歪式センサーを用いた衝撃工具の場合は、
歪みゲージおよび磁歪式センサーに付帯する装置が大が
かりで高価なものとなっているばかりでなく、衝撃工具
自体も大型化し作業者の負担になっていた。上述した従
来技術による欠点を解消するためになされたものが、こ
の発明による電動油圧パルス工具のトルク制御方法であ
って、油圧パルス締め付けに固有の特性を利用して、ね
じ締め付けトルクを制御しようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明による電動油圧
パルス工具のトルク制御方法は、電動モータの駆動軸に
設けた油圧パルス部によりモータの回転を衝撃パルスに
変換してねじ締め付けを行う電動油圧パルス工具のトル
ク制御方法において、ねじ締め付け時におけるモータの
負荷電流から検出した負荷電流波形を波形処理したうえ
でＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換したディジタル信号の変位
量を検出してねじ締め付けトルクを制御するものであ
る。

【０００６】

【作用】パルス状の出力トルクと同様なパルスがモータ
負荷電流波形に現れる。ねじが締め上がってくると軸力
の上昇曲線に変曲点が現れるので、この軸力の変化に対
応して変化するモータ負荷電流波形の上昇曲線の勾配も
飽和してくる。上述した特性を利用するために、モータ
負荷電流を検出して波形処理したうえでＡ／Ｄ変換し、
Ａ／Ｄ変換されたディジタル信号をコンパレータに入力
させ、電流波形の変位量を検出し、変位量０となった時
にねじ締め付けを終了させる。

【０００７】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照しなが
ら説明する。図３はこの発明による電動油圧パルス工具
の概略構成を示す説明図であり、電動油圧パルス工具１
の内部には電動モータ２と、この電動モータ２の主軸７
に直結された油圧パルス部３が格納されており、主軸７
の先端にはソケット４が取り付けてある。電動モータ２
は電線５を介してコントローラ６によって制御される。

【０００８】コントローラ６の制御によって電動モータ
２を駆動させると、油圧パルス部３における油圧によっ
て電動モータ２の回転力は衝撃パルスに変換され、この
衝撃パルスによってねじを締め付ける。この場合におけ
る電動モータ２の負荷電流波形と油圧パルス部３による
締め付け固有の軸力特性の間には、次に述べる相関があ
る。 (1) パルス状の出力トルクと同様なパルスがモータの負
荷電流にも現れる。 (2) ねじが締め上げられていくに従ってパルス出力トル
クも上がっていき、モータ負荷電流も追従していく。そ
の際、ねじ締結体に軸力が発生し蓄積されていくが、そ
れも追従して上昇する。 (3) ねじが締め上がってくると、軸力の上昇曲線に変曲
点が現れ、その後は飽和状態となり、パルス出力トルク
およびモータ負荷電流の増大もなくなる。上述した電動
モータ２の負荷電流波形とモータ軸力波形の関係を模式
的に示すと図５のようになる。即ち、図５（ａ）に示す
モータ負荷電流波形の変化は、図５（ｂ）に示すモータ
軸力の変化に対応しており、モータ負荷電流波形を波形
処理すると図５（ｃ）に示すようになり、モータ軸力波
形と酷似したものとなる。

【０００９】この発明は、モータ負荷電流波形の変化が
軸力の変化に対応する特性を利用し、電流波形の勾配を
検出することによって締め付けトルクを制御しようとす
るものであり、ねじ締め付け制御方法のフローチャート
を図１と図２に示す。図２において、コントローラ６を
操作して電動モータ２を駆動させると電動モータ２は回
転を始め、電動モータ２の回転力は油圧パルス部３にお
いて衝撃パルスに変換され、ねじの締め付けを開始する
（ステップＳ１）。ねじの締め付けを継続させていき
（ステップＳ２）、締め付け完了が検出された時は（ス
テップＳ３）、コントローラ６からの制御信号によって
電動モータ２を停止させる（ステップＳ４）。充分に締
め上がっていない時は、（ステップＳ３）から（ステッ
プＳ２）に戻って締め付けを継続する。ねじの締め付け
状態は図１に示すフローチャートによって判定される。
図１において、モータ負荷電流波形を検出（ステップＳ
１１）し、検出した信号を波形処理（ステップＳ１２）
したうえでＡ／Ｄ変換（ステップＳ１３）する。Ａ／Ｄ
変換されたディジタル・データＡはラッチ回路等によっ
て１サイクル遅れのデータＢ（ステップＳ１４）とな
り、前記データＡとデータＢはコンパレータにおいて比
較され（Ａ−Ｂ）を出力する（ステップＳ１５）。コン
パレータにおける比較の結果がＡ≦Ｂであると、変位量
≦０であると判定（ステップＳ１６）され、終了（ステ
ップＳ１７）となる。Ａ＞Ｂのときは（ステップＳ１
５）から（ステップＳ１２）に戻り、（ステップＳ１
３），（ステップＳ１４）および（ステップＳ１５）の
手順を繰り返す。

【００１０】図４は、この発明による電動油圧パルス工
具の制御回路の構成を示す回路図である。図４におい
て、バイパス・ダイオード１２を備えたモータ１１とス
タート信号１０を発生するスタート・スイッチ（図示せ
ず）は電動油圧パルス工具本体に収納されており、その
他の構成要素は全てコントローラ６に収納されている。
ＦＥＴ１３はモータ１１を駆動させるスイッチング素子
であって、スタート信号１０がフリップ・フロップ１７
に入力すると、アナログスイッチ１６，ゲート信号出力
回路１５，抵抗１４を介してＦＥＴ１３は作動を開始す
る。ＦＥＴ１３のソース端子を流れるモータ１１の負荷
電流はピークホールド回路２７とサンプルホールド回路
２５より成る波形処理回路によって波形処理され、Ａ／
Ｄ変換回路２４においてディジタル信号に変換される。
コンパレータ２３にはＡ／Ｄ変換回路２４から入力する
データＡと、ラッチ回路２０を介して１サイクル遅れの
データＢが入力し、データＡとデータＢが比較される。
Ａ≦Ｂの条件において、フリップ・フロップ１７からＦ
ＥＴ１３のゲート回路への信号は停止する。なお、スタ
ート信号１０はフリップ・フロップ１７に入力すると共
にクロック発生回路１８とタイマー２１に入力する。ク
ロック発生回路１８からのクロックは逓倍回路１９を介
してラッチ回路２０とサンプルホールド回路２５に入力
し、それぞれの回路を作動させるクロック信号となる。
また、コンパレータ２６は負荷電流波形の検出開始レベ
ルを設定するものであり、タイマー２１はモータ１１の
起動時におけるラッシュ電流を検出しないようにタイム
ラグを設定するものである。従って、コンパレータ２６
とタイマー２１の出力信号を同時に入力することによっ
てＡＮＤ回路２２はオンとなり、Ａ／Ｄ変換回路２４と
ピークホールド回路２７を作動状態にする。

【００１１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明による電
動油圧パルス工具のトルク制御方法は、モータ負荷電流
波形の変化が軸力の変化に対応する特性を利用して、モ
ータ負荷電流波形の勾配を検出してトルク制御を行うも
のであって、ねじ締め付け時における電動モータの負荷
電流波形を波形処理したうえでＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変
換したディジタル信号の変位量をコンパレータにおいて
検出し、変位量０を判定してねじ締め付けを完了させ
る。従って、トルクセンサーやエンコーダを用いること
なく、安価でしかも小型軽量な電動油圧パルス工具を実
現でき、操作時における反力が低い高精度な締め付け作
業が可能となる。また、ねじ締結物の種類によって変化
する衝撃エネルギーを、それぞれの締め付け特性に合わ
せて制御することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるねじ締め付け制御方法のフロー
チャート。

【図２】この発明によるねじ締め付け制御方法のフロー
チャート。

【図３】この発明による電動油圧パルス工具の概略構成
を示す説明図。

【図４】この発明による電動油圧パルス工具の制御回路
を示す回路図。

【図５】電動モータの負荷電流と軸力の波形図。

【符号の説明】

１電動油圧パルス工具２電動モータ３油圧パルス部４ソケット５電線６コントローラ７主軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者片寄正敏愛知県豊田市トヨタ町１トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者江口隆志愛知県豊田市トヨタ町１トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電動モータの駆動軸に設けた油圧パルス
部により前記電動モータの回転を衝撃パルスに変換して
ねじ締め付けを行う電動油圧パルス工具のトルク制御方
法において、ねじ締め付け時における電動モータの負荷電流から検出
した負荷電流波形を波形処理したうえでＡ／Ｄ変換し、
Ａ／Ｄ変換したディジタル信号の変位量を検出すること
によりねじ締め付けトルクを制御することを特徴とする
電動油圧パルス工具のトルク制御方法。