JPH09292295A

JPH09292295A - トルクコントロールツール

Info

Publication number: JPH09292295A
Application number: JP8105954A
Authority: JP
Inventors: Yasushiro Ishino; 連信郎石野
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1996-04-26
Publication date: 1997-11-11

Abstract

(57)【要約】【課題】トルクコントロールツールの零点を簡単に補
償できるようにする。【解決手段】オン・オフスイッチ３４のオン動作にも
とづいてトルク発生動作を行うとともに、そのトルクを
検出可能なトルクセンサ２１が設けられた、トルクコン
トロールツール１１である。このトルクコントロールツ
ール１１は、オン・オフスイッチ３４がオフ状態にある
ときにトルクセンサ２１をリセットさせるとともに、こ
のオン・オフスイッチ３４がオン状態にされたときにト
ルクセンサ２１を動作状態とさせる手段を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、ねじ締
めツールや、エアパルスツールや、電動パルスツール
や、電動非パルスツールや、開栓ツールや、閉栓ツール
などの、トルクコントロールツールに関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、ねじ締めツールとして、エア
モータまたは電動モータの回転力を油圧パルスユニット
に伝えることで、これらのモータの連続回転をパルス
（インパルス）状の瞬間的な回転力に変換するようにし
たものがある。これによれば、ねじ締め時のリアクショ
ンを軽減することができる。

【０００３】また、このようなねじ締めツールなどにト
ルクセンサを組み込むことで、そのツールにより対象物
に付与されるトルクを検出して、その付与トルクを制御
できるようにした、いわゆるトルクコントロールツール
が、たとえば特願平７−７２１７９号などによって提案
されている。

【０００４】この種のトルクコントロールツールでは、
対象物に付与するトルクを正確に制御するためには、ト
ルクセンサの零点すなわち付与トルクが零であるときの
センサの零出力の安定性が問題になる。

【０００５】このため、たとえば特願平５−78413 号や
アメリカ特許第5,483,820 号などにおいては、パルスツ
ールに特有のトルク波形を読み取り、トルクコントロー
ルパルスツールに内蔵したＣＰＵで零点を常時ゼロトラ
ッキング補正する方法が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようにパ
ルスツールに特有のトルク波形を読み取ったり、トルク
コントロールパルスツールに内蔵したＣＰＵで零点を常
時ゼロトラッキング補正したりするものでは、きわめて
精度よく零点を補償できるものの、それに応じた複雑な
ソフトウエアが必要になり、またそのためのメモリとし
て大容量のＲＯＭが必要になり、このためにソフトウエ
アの開発のための時間が長くなるとともに回路の開発コ
ストが増大し、また回路基板のコストも増大するという
問題点がある。

【０００７】そこで本発明は、このような問題点を解決
して、トルクコントロールツールの零点を簡単に補償で
きるようにすることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、オン・オフスイッチのオン動作にもとづいて
トルク発生動作を行うとともに、そのトルクを検出可能
なトルクセンサが設けられたトルクコントロールツール
が、前記オン・オフスイッチがオフ状態にあるときにト
ルクセンサをリセットさせるとともに、このオン・オフ
スイッチがオン状態にされたときにトルクセンサを動作
状態とさせる手段を有するように構成したものである。

【０００９】すなわち、トルクセンサを内蔵したねじ締
めツールなどのトルクコントロールツールは、実際の稼
働時間つまりねじ締めなどに要する時間は、そのほとん
どが２秒程度以下のきわめて短時間である。このような
短時間のうちには、トルクセンサの零点変動はほとんど
無いのが実情である。また、ねじ締めサイクルなどの稼
働サイクルが開始されるまでは、トルクはゼロである。

【００１０】したがって、ツールを稼働させるためのオ
ン・オフスイッチがオフ状態にあるときにトルクセンサ
をリセットさせて、非動作状態すなわちその出力が０に
なるようにする。そしてオン・オフスイッチがオンとな
った瞬間からトルクセンサのリセット状態を解除して、
このトルクセンサを動作状態とさせることで、零点補償
の行われたセンサ出力を得ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図５は、トルクコントロールツー
ルの一例としてのねじ締めツール11を示す。このねじ締
めツール11は手持ち式のツールとして構成され、そのケ
ーシング12は本体部13とハンドル部14とを備えている。
本体部13の内部には、回転駆動源としての電動モータ15
と、この電動モータ15によって駆動される油圧式のパル
ス力発生装置16とが設けられている。このパルス力発生
装置16は、電動モータ15から供給される連続的なトルク
をインパルス状のトルクに変換するものである。電動モ
ータ15には、角度センサ17が機械的に接続されている。

【００１２】パルス力発生装置16の出力側には非接触の
磁歪式のトルクセンサ軸18が同軸に接続され、このトル
クセンサ軸18の先端にさらにツール出力軸19が同軸に接
続されている。このツール出力軸19は、その先端がケー
シング12から突出することで、所要のねじ締め操作に供
することが可能である。

【００１３】トルクセンサ軸18によって、非接触の磁歪
式のトルクセンサ21が構成されている。すなわち、この
トルクセンサ軸18の外周には、軸心方向に間隔をおい
て、それぞれナーリング溝にて構成された一対の磁気異
方性部22、23が形成されており、これら磁気異方性部2
2、23の周囲には、励磁コイルと検出コイルとからなる
コイル部24が非接触状態で配置されている。このため、
電動モータ15およびパルス力発生装置16によって発生さ
れたパルス状のトルクが、出力軸19を介して締め付け対
象のねじなどに伝達されると、そのトルクの大きさに応
じて磁気異方性部22、23の磁気特性が変化し、それに対
応した電気信号がコイル部24から出力されることで、そ
のトルクの大きさが求められる。コイル部24は、モータ
15からの漏洩磁気の影響を避けるために磁気シールドケ
ース25の内部に配置されている。またトルクセンサは、
このような磁歪式のものに代えて、ロータリトランスを
利用した歪ゲージ方式のものなどを利用することもでき
る。

【００１４】なお、センサ性能が若干悪くなることが許
容される場合には、磁気異方性を一か所のみとすること
ができ、その場合にはトルクセンサ軸18を短尺に構成で
きてツール11の小形化を図ることができる。またトルク
検知手段として、このような非接触式のものに代えて、
接触方式すなわち歪ゲージ反力方式のものを使用しても
何ら差し支えない。

【００１５】トルクセンサ軸18の近傍におけるケーシン
グ12の本体部13の内部には、トルクセンサ21の制御のた
めの電子部品を装着したセンサ基板26が設けられてい
る。またケーシング12のハンドル部14の内部には、電動
モータ15の制御やセンサ基板26から送られる信号の処理
のための電子部品を装着したメイン基板27が設けられて
いる。

【００１６】ケーシング12の本体部13の背面部分の内部
には、トルク表示／設定基板30が設けられている。そし
て、この本体部13の背面には、この基板30を利用して、
トルク設定部31と、トルク表示部32と、トルク異常／正
常表示部33とが設けられている。ハンドル部14には、電
動モータ15を起動／停止させるためのオン・オフスイッ
チ34と、モータ15すなわち出力軸19の回転方向を切り換
えるための切換えスイッチ35とが設けられている。メイ
ン基板27にはケーシング12の外部からのケーブル36が接
続され、このケーブル36は、ツール11への電源の供給
と、ツール11から外部へのデータの伝送とのために用い
られる。

【００１７】図４は、本装置のブロック図を示す。トル
クセンサ21において、コイル部24は上述のように励磁コ
イル42と検出コイル43、44とで構成されており、励磁コ
イル42は交流電源部45に接続されている。各磁気異方性
部22、23に対応してそれぞれ設けられた検出コイル43、
44の出力側は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）46、47を介
して差動増幅器48に接続されている。また、この差動増
幅器48の出力側は、温度補償回路49に接続されている。
センサ基板26にはトルクセンサ21を制御するための第１
のＣＰＵ50が設けられており、この第１のＣＰＵ50には
トルクセンサ21の温度を検出するための温度センサ51か
らの信号ラインが接続されている。

【００１８】このため、ツール出力軸19によるねじ締め
が行われて、それにもとづくトルクがトルクセンサ軸18
に印加されると、そのトルクの大きさに対応して検出コ
イル43、44に信号が現れる。そして、これらの信号がロ
ーパスフィルタ46、47をとおって差動増幅器48に送られ
ることで、この差動増幅器48の出力側には、そのトルク
の大きさに応じたトルク信号が現れることになる。また
温度センサ51による温度の検出結果に応じて、補償回路
49によって温度補償の行われたトルク信号が最終的に出
力されることになる。第１のＣＰＵ50は、検出信号に対
しこのような温度補償のほかに、後述する零点補償や異
常診断をも行う。

【００１９】メイン基板27には第２のＣＰＵ53が設けら
れており、この第２のＣＰＵ53には、温度補償回路49か
らの信号ラインがＡ／Ｄ変換器54を介して接続されてい
る。また第２のＣＰＵ53には、トルク設定部31からの信
号ラインが設定トルク記憶装置55を介して接続されてい
る。さらに第２のＣＰＵ53は、モータ制御回路56を介し
て電動モータ15を制御可能であるとともに、表示制御回
路57を介して各表示部32、33へ表示内容を出力可能であ
る。さらに通信制御回路58を介して、ケーブル36および
通信ライン38により、外部のデータ処理装置39との間で
データの授受が可能である。前述のオン・オフスイッチ
34は、第１および第２のＣＰＵ50、53に接続されてい
る。

【００２０】このような構成において、オン・オフスイ
ッチ34を操作して電動モータ15を作動させると、それに
対応してパルス力発生装置16にてインパルス力が発生さ
れ、このインパルス力によって出力軸19が回転されるの
で、所定のねじ締め作業を行うことができる。そのとき
の付与トルクは、トルクセンサ21によって検知される。

【００２１】具体的なねじ締め作業の際には、まずトル
ク設定部31によって、対象物に付与すべきトルクをマニ
ュアル設定する。その設定値は、記憶装置55によって記
憶される。

【００２２】この状態で、図１に示すようにオン・オフ
スイッチ34が操作されずにオフ状態となっているときに
は、第１のＣＰＵ50からのトルクセンサリセット信号は
オン状態すなわちリセット状態にあり、このためトルク
センサ21の出力信号がリセットされて、その出力は零と
なる。

【００２３】次に、オン・オフスイッチ34が操作されて
オン状態となったときには、それと同時にトルクセンサ
21のリセット状態が解除されて、このトルクセンサ21が
動作状態となる。また、これと同時に電動モータ15がオ
ン状態となって、ねじ締めが行われる。

【００２４】このとき、ねじ締めツールがパルスツール
である場合と非パルスツールである場合とで、図示のよ
うに異なったトルク付与特性となるが、その印加トルク
はトルクセンサ21によって検出される。このとき、トル
クセンサ21はねじ締めの開始の直前までリセット状態に
あったため、零点誤差のないトルクセンサ出力が得られ
る。

【００２５】このトルクセンサ21によって検出された印
加トルクが設定目標値に達したなら、図示のように電動
モータ15がオフされてトルクの印加が終了されること
で、所定のねじ締め動作が完了する。また、電動モータ
15のオフ動作と同時にトルクセンサ21は元のリセット状
態に戻され、次回のねじ締め動作の開始を待つことにな
る。作業者は、このように電動モータ15が停止したこと
を確認したうえで、その後にオン・オフスイッチ34をオ
フ状態に戻す。

【００２６】なお、このように電動モータ15のオフ動作
と同時にトルクセンサ21をリセット状態に戻すことで、
オン・オフスイッチ34をオフとした直後に次回のねじ締
め動作を開始した場合にも、リセットのための時間が充
分に確保することができ、トルクセンサ21の零点を精度
良く補償することができる。しかしながら、場合によっ
ては、オン・オフスイッチ34のオフ動作に連動してトル
クセンサ21をリセット状態に戻すこともできる。あるい
は、トルク印加時にトルクセンサ出力が一定レベルまで
減少したタイミングでリセット状態に戻してもよいし、
電動モータ15をオフしてから一定時間が経過した後にリ
セット状態に戻してもよい。また、さらに他の条件にも
とづいてリセット状態に戻してもよい。

【００２７】図２は、本発明にもとづく他の実施の形態
を示す。ここでは、オン・オフスイッチ34がオン操作さ
れたなら、トルクセンサ21のリセット状態は解除して、
このトルクセンサ21は動作状態とするが、電動モータ15
をオン状態とさせる前に、トルクセンサ21が正常に作動
するかどうかをチェックするためのチェックサイクルを
実行する。

【００２８】すなわち、オン・オフスイッチ34がオン操
作された直後はまだ印加トルクは零であるが、このと
き、トルクセンサの出力が零の近傍の一定範囲に入って
いればトルクセンサの零点は正常であり、またこの範囲
を逸脱するときは零点が異常であると判断する。また、
このとき、トルクセンサ21の検出コイル43、44の出力す
なわちそのときのローパスフィルタ（ＬＰＦ）46、47の
出力が通常の設計動作電圧の近傍の一定範囲に入ってい
ればセンサ21は正常であり、またこの範囲を逸脱すれば
異常であると判断する。すなわち、トルクセンサ21の零
点とローパスフィルタ46、47の出力とを測定して、その
異常の有無をチェックする。

【００２９】このとき、異常がなければ、図２に示すよ
うにトルクセンサＯＫ信号を出力し、このトルクセンサ
ＯＫ信号が出力されたことを検知したうえで、電動モー
タ15をオン状態とさせる。

【００３０】このようなトルクセンサ21のチェックのた
めに必要な時間は 0.1秒以下程度であるので、ねじ締め
操作の際に作業者に遅延感を与えることはない。なお、
このようなチェックサイクルを実行させる場合は、上述
のようにオン・オフスイッチ34がオン操作された後に電
気回路的にチェックサイクルのための時間を確保するの
が好適である。あるいは、オン・オフスイッチ34が機械
的に２段階動作するように構成して、第１段階の動作で
チェックサイクルを実行させるとともに、そのチェック
サイクルが完了してトルクセンサＯＫ信号が出力した後
に電動モータ15をオン動作させる第２段階のスイッチ動
作を行うことができるように構成してもよい。

【００３１】チェックサイクルにおいてトルクセンサ21
が異常であると判定した場合には、電動モータ15の作動
をさせないとともに、その旨を表示部33に表示して作業
者に知らせる。

【００３２】図３は、本発明にもとづくさらに他の実施
の形態を示す。すなわち、図５に示すねじ締めツール11
の使用を開始するときには、図外の電源を投入して、ケ
ーブル36によりその電力の供給を行う必要があるが、こ
こでは、この電源がオンとなった直後に、図２のものと
は別のチェックサイクルを実行する。詳細には、図示の
ように図外の電源がオンとなったタイミングでチェック
サイクルを開始し、このチェックサイクルを１−２秒持
続させて、そのときのトルクセンサ21の出力をモニタす
る。

【００３３】トルクセンサ21が正常である場合には、そ
の出力は図示のようになる。すなわち、電源の投入と同
時に出力がマイナス側から立ち上がり、わずかな行き過
ぎを経た後に零出力に安定する。したがって、上記のよ
うな１−２秒のチェックサイクルの間にトルクセンサ21
の出力が充分に安定であって、大きなドリフトが無いな
らば、トルクセンサの出力が安定であることを示す安定
確認信号をオン状態にさせる。そして、この安定確認信
号がオン状態とされたことを受けて、オン・オフスイッ
チ34がオフのときにトルクセンサリセット信号によりリ
セット動作が開始され、その後のねじ締め動作の際の零
点の補償が行われる。

【００３４】つまり、このように電源投入直後に大きな
ドリフトが無いことを確認しておくことによって、図２
に示すようにその後にねじ締めツール11のオン・オフス
イッチ34を毎回オン操作するときにチェックを行うだけ
で、簡単に、しかも信頼性の高い状態で、センサを作動
させることができる。

【００３５】図示のチェックサイクルにおいて、トルク
センサの出力が図示のようには安定せず、大きなドリフ
トが生じた場合には、安定確認信号をオン状態とせず、
したがってリセット信号もオフの状態のままとし、また
センサが異常であると判断してその旨を表示部33に表示
する。

【００３６】図４は、図１−図３に示されたすべての動
作を実行するためのフローチャートを示す。ステップＳ
１で電源が投入されると、ステップＳ２において、図３
に示した電源投入時のチェックサイクルが実行される。
その結果、トルクセンサ21に異常がなければ、ステップ
Ｓ３において、オン・オフスイッチ34がマニュアル操作
によってオン動作されるかどうかを判定する。オン動作
が行われずにオフの状態が持続するなら、その場合には
ステップＳ４でトルクセンサ21のリセットを実行する。

【００３７】ステップＳ３において、オン・オフスイッ
チ34がオン動作されたなら、図２に示した動作を実行し
て、まずステップＳ５においてトルクセンサ21のリセッ
トを解除する。そして、ステップＳ６とＳ７とにおい
て、オン・オフスイッチ34のオン時のチェックサイクル
を実行する。すなわち、ステップＳ６においてローパス
フィルタ46、47の出力が通常の設計動作電圧の近傍の一
定範囲に入っているかどうかを判定し、またステップＳ
７において、トルクセンサ21の出力の零点信号が零の近
傍の一定範囲に入っているかどうかを判定する。

【００３８】これらステップＳ６とＳ７とにおいて、ス
テップＳ11に示すようにセンサが異常であると判定され
た場合には、電動モータ15はオンとせずに、ステップＳ
12に示すようにオフ状態に維持する。反対にステップＳ
12に示すようにセンサが正常であると判定された場合に
は、ステップＳ９に示すように、電動モータ15を初めて
オンとする。そして、ステップＳ10においてねじ締めト
ルクが設定目標トルクに到達したと判定されたなら、ス
テップＳ12でモータ15をオフ状態とするとともに、ステ
ップＳ４に移ってトルクセンサ21をふたたびリセット状
態とする。

【００３９】なお、図４のように図１、図２、図３のす
べての動作を一連に実行するフローに代えて、これら図
１、２、３のそれぞれの動作を個別に実行するようにし
ても、何ら問題はない。またトルクセンサのチェックサ
イクルの際には、上記のステップＳ６、Ｓ７とともに、
あるいはそれに代えて、他の適当なチェック、たとえば
電動モータ15およびその駆動系のチェックや表示系のチ
ェックなどを行うこともできる。

【００４０】

【発明の効果】以上のように本発明によると、オン・オ
フスイッチがオフ状態にあるときにトルクセンサをリセ
ットさせるとともに、このオン・オフスイッチがオン状
態にされたときにトルクセンサを動作状態とさせる手段
を有するように構成したため、ツールを稼働させるため
のオン・オフスイッチがオフ状態にあるときにトルクセ
ンサをリセットさせて、その出力が０になるようにする
とともに、オン・オフスイッチがオンとなった瞬間から
トルクセンサのリセット状態を解除して、このトルクセ
ンサを動作状態とさせることで、零点補償の行われたセ
ンサ出力を得ることができ、このため、簡単に零点の補
償を行うことができて、そのための回路などの開発期間
を短くでき、しかも回路自体が簡単であるためこれを低
コストで供給でき、また安定した動作を期待することが
できる。

【００４１】さらにトルクセンサが正常に作動していな
いときにその旨の警報を発する手段を有するようにする
ことで、オン・オフスイッチの毎回の操作ごとにトルク
センサの正常・異常をモニタリングすることができ、こ
のため信頼性の高いトルク付与作業を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態にもとづくトルクコ
ントロールツールの動作サイクルを例示する図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態にもとづくトルクコ
ントロールツールの動作サイクルを例示する図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態にもとづくトルクコ
ントロールツールの動作サイクルを例示する図である。

【図４】図１−図３のすべての動作を一連に実行する場
合のフローチャートである。

【図５】本発明にもとづくトルクコントロールツールの
一例の断面図である。

【図６】図５のトルクコントロールツールの構成を示す
ブロック図である。

【符号の説明】

11 ねじ締めツール 15 電動モータ 21 トルクセンサ 33 トルク異常／正常表示部 34 オン・オフスイッチ 50 第１のＣＰＵ 53 第２のＣＰＵ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】オン・オフスイッチのオン動作にもとづ
いてトルク発生動作を行うとともに、そのトルクを検出
可能なトルクセンサが設けられたトルクコントロールツ
ールであって、前記オン・オフスイッチがオフ状態にあ
るときにトルクセンサをリセットさせるとともに、この
オン・オフスイッチがオン状態にされたときにトルクセ
ンサを動作状態とさせる手段を有することを特徴とする
トルクコントロールツール。
【請求項２】トルクセンサによって検出された検出ト
ルクが目標トルクに達したことを検出する手段と、この
検出トルクが目標トルクに達したときにトルク発生動作
を解除させる手段と、この解除手段によってトルク発生
動作が解除されたときにトルクセンサを動作状態からリ
セット状態に戻す手段とを有することを特徴とする請求
項１記載のトルクコントロールツール。
【請求項３】オン・オフスイッチがオフ状態からオン
状態へと操作されてトルクセンサが動作状態となったと
きに、トルク発生動作を行わせる前に、トルクセンサが
正常に作動するかどうかをチェックする手段を有するこ
とを特徴とする請求項１または２記載のトルクコントロ
ールツール。
【請求項４】トルクセンサが正常に作動することがチ
ェック手段によりチェックされてからトルク発生動作を
行わせる手段を有することを特徴とする請求項３記載の
トルクコントロールツール。
【請求項５】トルクセンサが正常に作動していないと
きにその旨の警報を発する手段を有することを特徴とす
る請求項３または４記載のトルクコントロールツール。
【請求項６】系を動作させるための電源が投入された
ときに異常の有無を検知する手段を有することを特徴と
する請求項１から５までのいずれか１項記載のトルクコ
ントロールツール。
【請求項７】異常の有無の検知手段が異常のないこと
を確認してから、トルクセンサのリセットおよび動作手
段を作動させる手段を有することを特徴とする請求項６
記載のトルクコントロールツール。