JPH1190852A - 衝撃式締付工具の締付トルク制御方法、及び締付トルク制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 衝撃式締付工具の内部に電気部品を設けず、
しかも安定した締付トルクが得られる衝撃式締付工具の
締付トルク制御方法、及び前記方法を使用した制御装置
を提供することを目的とする。 【解決手段】 給気路に圧力センサ５を設けて、衝撃式
締付工具に供給される給気圧力を検出し、衝撃式締付工
具が打撃開始してからの給気圧力の圧力変化を圧力変化
検出回路21で検出し、前記検出された圧力変化を電圧／
電流変換回路22で電流の変化に変換し、さらに前記電流
の変化を積算回路23で積算し、積算した電流の変化を設
定／入力比較回路24で予め定めた設定値と比較し、積算
された電流が設定値に達したときに電磁弁４をオフにし
て衝撃式締付工具への給気を遮断させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、インパルスレン
チ、インパクトレンチ、インパクトドライバ等の衝撃式
締付工具の締付トルク制御方法、及び前記方法を使用し
た制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の衝撃式締付工具における締付トル
クの制御は、動力軸に歪ゲージを貼り付け、衝撃発生時
に生ずる動力軸の歪み量を計測することにより締付トル
クを検出したり、動力軸にフライホイールを取り付け、
衝撃発生時に移動するフライホイールの距離を計測する
ことにより衝撃発生時に生ずる動力軸の反力をはかるこ
とにより締付トルクを検出していた。

【０００３】そして、これら従来の衝撃式締付工具は、
歪ゲージや近接センサ等の電気部品を衝撃式締付工具の
内部に設けているため、電気ケーブルがハンドル部から
エアホースと並列してのびていた。

【０００４】そのため、作業中に電気ケーブルを引っか
けやすく、電気ケーブルが断線しやすいという問題点が
あった。

【０００５】そこで、特開平２−１９８７７２号に記載
されているように、衝撃式締付工具に供給される給気圧
力が衝撃式締付工具の打撃発生時に変動することに着目
し、給気圧力の変動を検知することにより締付トルクを
制御する装置が発明された。

【０００６】この装置は、衝撃式締付工具に供給される
給気圧力を圧力センサで検出し、検出した給気圧力の変
化を圧力変化把握回路でパルス信号としてとらえ、所定
のレベルを越えたパルス信号を打撃信号としてとらえ、
さらに打撃信号の数をカウントし、カウント数が設定値
に達したときに給気路にある電磁弁を閉じ、衝撃式締付
工具を停止させて締付トルクを管理しようとするもので
ある。

【０００７】しかし、インパルスレンチのように一定し
た出力のパルスを発する衝撃式締付装置では、打撃信号
の数をカウントすれば安定した締付トルクが得られる
が、インパクトレンチのように出力が一定しないパルス
を発するものでは、所定の締付トルクになるまでに必要
なパルスの数がばらつくので、打撃信号の数をカウント
して電磁弁を閉じるだけでは締付トルクが一定にならな
いという問題点があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこでこの発明は、上
記の問題点を解決し、衝撃式締付工具の内部に電気部品
を設けず、しかも安定した締付トルクが得られる衝撃式
締付工具の締付トルク制御方法、及び前記方法を使用し
た制御装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１記載の
発明では、衝撃式締付工具１に供給される給気圧力を圧
力センサ５で検出し、衝撃式締付工具１が打撃開始して
からの給気圧力の変化を電流の変化に変換すると共に前
記変換された電流を積算し、積算した電流が予め定めた
設定値に達したときに電磁弁４をオフにして衝撃式締付
工具１への給気を遮断させ、衝撃式締付工具１を停止さ
せるようにした衝撃式締付工具の締付トルク制御方法と
した。

【００１０】また、請求項２記載の発明では、給気路に
圧力センサ５を設けて、衝撃式締付工具１に供給される
給気圧力を検出し、衝撃式締付工具１が打撃開始してか
らの給気圧力の圧力変化を圧力変化検出回路21で検出
し、前記検出された圧力変化を電圧／電流変換回路22で
電流の変化に変換し、さらに前記電流の変化を積算回路
23で積算し、積算した電流の変化を設定／入力比較回路
24で予め定めた設定値と比較し、積算された電流が設定
値に達したときに電磁弁４をオフにして衝撃式締付工具
１への給気を遮断させるようにした衝撃式締付工具の締
付トルク制御方法とした。

【００１１】また、請求項３記載の発明では、衝撃式締
付工具１に供給される給気圧力を検出する圧力センサ５
と、検出した給気圧力の変化から衝撃式締付工具１が打
撃開始したときの給気圧力を検出するゼロ位置検出回路
20と、衝撃式締付工具１が打撃開始してからの給気圧力
の変化を検出する圧力変化検出回路21と、前記検出され
た給気圧力の変化を電流の変化に変換する電圧／電流変
換回路22と、前記電流の変化を積算する積算回路23と、
積算した電流の変化を予め定めた設定値と比較し、設定
値に達したときに信号を発する設定／入力比較回路24
と、前記信号により衝撃式締付工具１への給気を遮断さ
せる電磁弁４とを有する衝撃式締付工具の締付トルク制
御装置とした。

【００１２】衝撃式締付工具に供給される給気圧力は、
エアが衝撃式締付工具１に供給されると減少する。そし
て、衝撃式締付工具１が打撃を開始すると給気圧力は、
出力に応じてパルス状に変化する。

【００１３】この発明では、打撃開始からの給気圧力の
変化を電流の変化に変換すると共に変換された電流を面
積として積算し、その信号の面積の総和が設定値を越え
たときに電磁弁４をオフにして衝撃式締付工具１を停止
させるようにしているので、総締付エネルギーにより締
付トルクの管理を行うことができるようになる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。

【００１５】図１は、この発明の締付トルク制御装置を
装備した衝撃式締付工具であり、衝撃式締付工具１と、
コントローラ２と、エア源３から衝撃式締付工具１へ供
給するエアを開閉する電磁弁４と、電磁弁４の下流側に
あり、衝撃式締付工具１への給気圧力を検出する圧力セ
ンサ５と、電磁弁４と圧力センサ５の間に設けた逆止弁
６とからなり、ボルト・ナットの締付トルクが設定値に
達したときにコントローラ２からの信号により電磁弁４
が閉じ、衝撃式締付工具１が停止するようになってい
る。

【００１６】衝撃式締付工具１は、エアモーターと衝撃
発生装置（図示せず）を内蔵し、供給されたエアでエア
モーターを回転させ、エアモーターの回転を衝撃発生装
置に伝え、衝撃発生装置が発した衝撃によりボルト・ナ
ットを締めつけるようになったものであり、一般にイン
パルスレンチ、インパクトレンチ、インパクトドライバ
等と呼ばれるものである。

【００１７】逆止弁６は、エア源３の圧力の低下により
発生するトラブルを未然に防ぐためのものである。

【００１８】コントローラ２は、図２に示すように、ゼ
ロ位置検出回路20と、圧力変化検出回路21と、電圧／電
流変換回路22と、積算回路23と、設定／入力比較回路24
と、電磁弁遮断回路25と、衝撃式締付工具停止検出回路
26と、締付ＯＫ表示回路27と、締付ＮＧ表示回路28と、
電源回路29で構成されている。

【００１９】以下に上記の各回路について詳細に説明す
る。ゼロ位置検出回路20は、衝撃式締付工具１でボルト
・ナットを締めたとき、ボルト・ナットが着座して打撃
を開始する前のフリーランニング状態における給気圧力
を検知し、そこを打撃時における圧力変化を検出するた
めのゼロ位置とする回路である。

【００２０】衝撃式締付工具１は、ボルト・ナットが着
座すると、衝撃発生装置により間欠的にパルスが発生す
る。このとき、給気路における給気圧力もエアモーター
の負荷に応じて変動し、圧力変動のパルスが発生する。
圧力変化検出回路21は、前記ゼロ位置検出回路20で検出
したゼロ位置からの圧力変化、すなわち衝撃発生装置に
よりパルスが発生してからの圧力変化を検出する回路で
ある。

【００２１】電圧／電流変換回路22は、前記圧力変化検
出回路21で検出した圧力変化を、圧力変化に応じた電流
の変化に増幅し、変換する回路である。

【００２２】積算回路23は、電圧／電流変換回路22で変
換された電流を充電する回路であり、電流を充電するた
めのコンデンサ23a と、コンデンサ23a をリセットする
ためのスイッチ23b を設けている。

【００２３】設定／入力比較回路24は、予め設定した電
圧とコンデンサ23a の両端の電圧とを比較し、設定した
電圧になったときに信号を発する回路である。尚、前記
電圧の設定は、設定値入力部24a で変更可能となってい
る。

【００２４】電磁弁遮断回路25は、設定／入力比較回路
24が発した信号により電磁弁４を閉じ、所定の時間（0.
5 〜１秒が好ましい）経過後に電磁弁４を開ける回路で
ある。

【００２５】締付工具停止検出回路26は、打撃と打撃の
間隔が0.2 秒より長くなったことを検知することによ
り、衝撃式締付工具１が停止したことを検出して信号を
発する回路であり、前記信号により積算回路23のスイッ
チ23b をオンし、コンデンサ23a 内に蓄積された電気を
放電させるようになっている。さらに、締付工具停止検
出回路26は、同時に締付ＮＧ表示回路28にも信号を送る
ようになっている。

【００２６】締付ＯＫ表示回路27は、設定／入力比較回
路24よりの信号により回路内のＯＫリレー（図示せず）
をオンし、コントローラ２に設けたＯＫランプを点灯さ
せるようになっている。

【００２７】締付ＮＧ表示回路28は、設定／入力比較回
路24からの信号がなく、締付工具停止検出回路26からの
信号が入ると、回路内のＮＧリレー（図示せず）をオン
し、コントローラ２に設けたＮＧランプを点灯させるよ
うになっている。

【００２８】次に、衝撃式締付工具１により締付けをお
こなったとき（締付ＯＫになったとき）のコントローラ
２の作動状態について図３に基づき説明する。

【００２９】図３(a) は、圧力センサ５が給気圧力を検
知し、出力した出力信号を示している。

【００３０】スロットルレバーを開く前は、給気圧力
（エア源３の圧力）の変化はなく、一定である。

【００３１】スロットルレバーを開くと、給気圧力に一
旦大きな圧力低下が生じる。締付ＯＫ表示回路27のＯＫ
リレー及び締付ＮＧ表示回路28のＮＧリレーは、この圧
力変動をトリガー信号としてオフにされる。

【００３２】ボルト・ナットが着座する前は、フリーラ
ンニング（無負荷回転）状態が続く。このとき、給気路
の給気圧力が減少するが、給気圧力の変化は殆ど生じな
い。そして、このときの圧力をゼロ位置検出回路20で検
出し、圧力変化検出回路21が検出する圧力のゼロ位置と
する。

【００３３】ボルト・ナットが着座すると、衝撃式締付
工具１は、衝撃発生装置により間欠的にパルスを発生さ
せる。このとき、給気路の給気圧力は、エアモーターの
負荷に応じて変動し、パルス状に変化するので、圧力セ
ンサ５がパルスを発生する。

【００３４】すると、圧力変化検出回路21は、図３(b)
に示すように、ゼロ位置検出回路20で検出した圧力との
差、即ちパルス成分だけを検出して出力する。

【００３５】前記出力は、電圧／電流変換回路22により
電流の変化に増幅して変換される。そして、前記の電流
は、積算回路23のコンデンサ23a に蓄積される。この蓄
積された電流は、衝撃式締付工具１のメインシャフトの
出力と時間を掛けた面積（締付エネルギー）に比例する
ので、正確なトルクが把握できるようになっている。

【００３６】積算回路23のコンデンサ23a には、図３
(c) に示すように、前記の電流が蓄積されるにしたがっ
て端子電圧が上昇する。この電圧を設定／入力比較回路
24で設定された電圧（シャットオフレベル）と比較し、
設定された電圧に達すると信号を発する。

【００３７】すると、前記信号により電磁弁遮断回路25
が働き、電磁弁４を閉じて給気を遮断し、衝撃式締付工
具１を停止させる。同時に前記信号により締付ＯＫ表示
回路27が働き、ＯＫランプを点灯させる。（図３(d) 、
図３(e) 、図３(f) 参照） 若し、所定の締付トルクに達する前にスロットルレバー
を放した場合には、図４(c) に示すように、積算回路23
のコンデンサ23a に蓄積された電流が少なく、設定され
た電圧（シャットオフレベル）に達しない状態で衝撃式
締付工具１が停止する。

【００３８】すると、締付ＮＧ表示回路28には、設定／
入力比較回路24からの信号がない状態で締付工具停止検
出回路26からの信号が入るので、締付ＮＧ表示回路28が
働き、ＮＧランプを点灯させる。（図４(g) 、図４(h)
参照） 以上が実施例の説明であり、この実施例ではスロットル
レバーを開いたときに自動的に積算回路23をクリアさせ
るようにしているが、積算回路23のコンデンサ23a の端
子電圧が設定された電圧の１／２以下のときには、クリ
アさせないようにすることもできる。このようにすれ
ば、締付けミスにより積算回路23のコンデンサ23a の端
子電圧が設定された電圧に達しなかった場合でも、不足
分だけ追加して締めることができるようになる。

【００３９】

【発明の効果】上述のように、この発明では、打撃開始
からの全てのパルスを検知し、そのパルスの面積の総和
が設定値を越えたときに電磁弁を閉じて衝撃式締付工具
を停止させるようにしたものであり、パルスの面積の総
和、すなわち総締付エネルギーにより締付トルクの管理
を行うことができるので、締付トルクが一定になり、安
定した締付トルクを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の全体構成を示す説明図である。

【図２】この発明の制御構成を示すブロック図である。

【図３】この発明の作動状態を示すタイムチャート図で
ある（締付けＯＫのとき）。

【図４】この発明の作動状態を示すタイムチャート図で
ある（締付けＮＧのとき）。

【符号の説明】

１ 衝撃式締付工具 ２ コントローラ ４ 電磁弁 ５ 圧力センサ 20 ゼロ位置検出回路 21 圧力変化検出回路 22 電圧／電流変換回路 23 積算回路 24 設定／入力比較回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 衝撃式締付工具（１）に供給される給気
   圧力を圧力センサ（５）で検出し、衝撃式締付工具
   （１）が打撃開始してからの給気圧力の変化を電流の変
   化に変換すると共に前記変換された電流を積算し、積算
   した電流が予め定めた設定値に達したときに電磁弁
   （４）をオフにして衝撃式締付工具（１）への給気を遮
   断させ、衝撃式締付工具（１）を停止させるようにした
   ことを特徴とする衝撃式締付工具の締付トルク制御方
   法。
2. 【請求項２】 給気路に圧力センサ（５）を設けて、衝
   撃式締付工具（１）に供給される給気圧力を検出し、衝
   撃式締付工具（１）が打撃開始してからの給気圧力の圧
   力変化を圧力変化検出回路（21）で検出し、前記検出さ
   れた圧力変化を電圧／電流変換回路（22）で電流の変化
   に変換し、さらに前記電流の変化を積算回路（23）で積
   算し、積算した電流の変化を設定／入力比較回路（24）
   で予め定めた設定値と比較し、積算された電流が設定値
   に達したときに電磁弁（４）をオフにして衝撃式締付工
   具（１）への給気を遮断させるようにしたことを特徴と
   する衝撃式締付工具の締付トルク制御方法。
3. 【請求項３】 衝撃式締付工具（１）に供給される給気
   圧力を検出する圧力センサ（５）と、検出した給気圧力
   の変化から衝撃式締付工具（１）が打撃開始したときの
   給気圧力を検出するゼロ位置検出回路（20）と、衝撃式
   締付工具（１）が打撃開始してからの給気圧力の変化を
   検出する圧力変化検出回路（21）と、前記検出された給
   気圧力の変化を電流の変化に変換する電圧／電流変換回
   路（22）と、前記電流の変化を積算する積算回路（23）
   と、積算した電流の変化を予め定めた設定値と比較し、
   設定値に達したときに信号を発する設定／入力比較回路
   （24）と、前記信号により衝撃式締付工具（１）への給
   気を遮断させる電磁弁（４）とを有することを特徴とす
   る衝撃式締付工具の締付トルク制御装置。