JPS6229187B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は動力式レンチの締付トルク制御装置に
関する。

従来、ボルト等の締付けをする場合、適正なボ
ルト軸力を発生させるために、締付途中のトルク
値が適正締付トルクの約1/3のトルクに達した点
を着座点（ボルト軸力の発生点）と見做し、この
点まで高速回転によつて仮締めを行ない、その後
低速回転に切換え、ボルトの回転角度と軸力の既
知の関係に基づき、着座点から所定角度回転させ
るものや、ボルトを着座点まで高速回転させ、着
座点の検出信号でもつてボルトの回転を停止さ
せ、その後少し逆回転させてから、再び低速で正
回転させて着座点を検出し、該着座点から所定の
角度回転させるようにしたもの等があるが、 (1) ボルト着座点を常に適正締付トルク値の1/3
程度に設定しているから、同一の締付トルクを
与えてもボルトや被締付物のさび、被締付物や
ボルトのネジ精製、寸法誤差、油の有無等、被
締付物やボルト等の状態の違いによりボルト軸
力がばらつき、そのため、締付けの不完全、ボ
ルトや被締付物のネジ山の欠損、ボルトの折損
等を生ずる。

(2) 回転角検出器、例えばエンコーダ等は機械的
振動に弱いので信頼性に欠ける。

(3) 後者のものは仮締め後逆転−正転作業を行な
うので作業時間が長い。

等の不都合がある。

また、被締付物が板金製品である場合、プレス
精度のばらつき等によつて着座点の締付トルクが
大巾に異なるが、着座点トルクが大きいときには
適正な締付トルク範囲に締付けても時間が経過す
ると軸力が低下し、最終的には適正な軸力が得ら
れない不都合がある。

本発明はかかる不都合を無くすとともに、被締
付物のネジ孔やボルトの不良等に対する判断機能
を設け、自動組立等に適するようにすることをそ
の目的とするもので、本願の第１の発明は、駆動
軸部にトルク検知器、レンチ本体に加速度計を各
設けた動力式レンチと、該加速度計の出力から着
座信号を読取り、該着座信号により前記トルク検
知器の出力から着座点締付トルク値を読取る手段
と、前記トルク検知器から得られる締付トルク値
と着座点締付トルク値との差値を算出する手段
と、前記着座点締付トルク値をその値に応じてラ
ンク分けし、そのランクに応じた適正締付トルク
値を算出する手段と、前記差値が適正締付トルク
値と一致した時に動力式レンチを駆動源から遮断
する手段とを具備することを特徴とし、第２の発
明は、第１の発明の構成の外に、設定した締付時
間内に着座信号がない場合に異常を表示する手段
を具備することを特徴とし、第３の発明は、第１
の発明の構成の外に、所定の着座ランクを超える
着座点トルク値である場合に異常を表示する手段
を具備することを特徴とし、第４の発明は、第１
の発明の構成の外に、着座信号発生後所定の時間
内に締付終了信号がない場合に異常を表示する手
段を具備することを特徴とする。

以下本発明の実施の一例を図面につき説明す
る。第１図乃至第３図は、本発明に用いる動力式
レンチの一例としてのインパクトレンチを示し、
１はレンチ本体で、その内部には、例えば引金２
ａを引くことによつて作動するエアーモータ２
と、該エアーモータ２によつて回動されるアンビ
ル３と、一端に突起４ａが形成され、他端にレン
チ本体１の外方に突出するボルト締付部４ｂが形
成されて軸受５により回動自在に支持されるハン
マー４〔駆動軸部〕とが設備され、該アンビル３
の内周面には凹部３ａが形成され、ここにバネ６
により偏倚され前記アンビル３の回転時、前記ハ
ンマー４の突起４ａを打撃ピン７が配置される。

８は、駆動軸部であるハンマー４に固設された
例えばストレンゲージから成るトルク検知器で、
このリード線９はハンマー４に設けられたスリツ
プリング１０に接続され、該スリツプリング１０
に接触する摺動子１１に接続された電線１２から
締付トルク信号が取り出される。

１３はレンチ本体１に固着された加速度計、１
４ａ，１４ｂは被締付物、１５はその一つ１４ｂ
のネジ孔、１６はボルト、１７はボルト締付部４
ｂに係合し、ボルト１６を廻すためのソケツトで
ある。

第４図は上記インパクトレンチを用いた本装置
の慨略ブロツク図を示す。

図において、１８はアキユムレータ、このアキ
ユムレータ１８はＡ−Ｄ変換器１９、増幅器２０
を介して前記インパクトレンチのトルク検知器８
に接続した。２１は着座信号を出力する比較器
で、この入力端子の１つは着座点設定器２２に、
他の１つはインパクトレンチの加速度計１３にそ
れぞれ接続し、その出力端子はアンドゲート２３
とフリツプフロツプ２４−１を介して他のアンド
ゲード２５−１とに接続した。

２６はプリセツトカウンタで、このカウンタ２
６は発振器２７の発振パルスをカウントし、締付
時間設定器２８で設定した締付時間、すなわちボ
ルトを回転させてからの時間の間その端子２６−
１は、信号を出力し、該時間が経過すると出力が
無くなり、端子２６−２はそれと反対に該時間を
経過すると信号を出力する。２９はアンドゲート
２５の出力端子に接続された被締付物のネジ孔不
良表示器、３０はプリセツトカウンタで、このカ
ウンタ３０はアンドゲート２３の出力信号により
開かれるゲート３１を介して発振器２７に接続
し、着座信号が発生してから、発振器２７のパル
スをカウントするもので、追締め時間設定器３２
で設定した時間すなわち着座信号が出てからの設
定時間の間端子３０−１から信号が出力し端子３
０−２から出力せず、該時間が経過すると端子３
０−１の出力が消失する一方、端子３０−２から
出力する。３３はネジ孔のネジ山の欠損、ボルト
の折損等の異常を表示する表示器で、アンドゲー
ト２５−２を介して端子３０−２に接続した、３
４は締付トルクメモリー３５から読出されたデイ
ジタル締付トルク値と、着座点締付トルクメモリ
ー３６から読出された着座点締付トルク値との差
値を算出する演算器で、この出力は締付トルクメ
モリー３７に書込まれる。締付トルクメモリー３
５はＡ−Ｄ変換器１９に接続され、着座点締付ト
ルクメモリー３６はアキユムレータ１８に接続さ
れ、それぞれ間歇的に締付トルク値が、また着座
点締付トルク値が書込まれる。３８は着座点締付
トルクランク選別器で、着座点締付トルクメモリ
ー３６から読出された着座点締付トルクが着座点
締付トルクランク設定器３９で設定された複数の
着座点締付トルクランクのどのランクに属するか
を決めるもの、４０は着座点締付トルクが該ラン
ク外になつた時、すなわち締付け不良になつた時
作動する表示器、４１は締付係数選別器で、着座
点締付トルクランクに応じて締付係数設定器４２
で設定した複数の締付係数値を選別出力するも
の、４３は、締付係数選別器４１から出力した締
付係数値と締付トルク設定器４４で設定した適正
締付トルク値を乗算する演算器、４５は比較器
で、その出力端子はアンドゲート４６とフリツプ
フロツプ２４−２を介してアンドゲート２５−２
とに接続した、４７は動力式レンチを駆動源から
遮断する制御器、４８は表示器である。

尚、図示しないが、表示器２９，３３，４０と
並列接続されて動力式レンチを駆動源から遮断す
る制御器や、各種メモリー、演算器、レンチの作
動時に引金２ａと連動しＡ−Ｄ変換器等に指令を
与えてこれらに一連の関連動作を行わせるコント
ローラ及び発振器２７をレンチの作動時プリセツ
トカウンタ２６に接続するスイツチ等を設ける。

尚、破線で囲んだ電子回路４９をマイクロコン
ピユータに置き換え同じ作用をさせることができ
る。

第５図は本装置の慨略的な外観図を示し、５０
は動力式レンチ、５１は該動力式レンチ５０と接
続された制御装置本体で、制御器４７等を収納す
る部分５１−１と第４図示の回路のうちトルク検
知器８及び加速度計１３を除いた電子回路を収納
した部分５１−２とから成る。５２は表示装置で
ある。次に本装置の作動について説明するに、作
業者がレンチ本体１の把持部１ａを把持し、ハン
マー４のボルト締付部４ｂを、ソケツト１７を介
して被締付物１４ａ，１４ｂの一方のネジ孔１５
に先端を螺合したボルト１６に係合し、引金２ａ
を引くと、エアーモータ２に空気が供給されて該
モータ２は回転し、ハンマー４は、その突起４ａ
が該モータ２の回転により回転するアンビル３の
打撃ピン７で間歇的に打撃されることにより回転
し、ボルト１６を締付方向に回転させる。ボルト
１６が被締付物１４ａ，１４ｂ内に進入し、その
座面が接触すると、締付トルクが増大し、ボルト
１６の軸力が該被締付物１４ａ，１４ｂに作用し
始める。これが着座点と呼ばれる。

この着座点では、レンチ本体１に反動力が働く
ため、第６図Ａに示すように、該レンチ本体１に
固設した加速度計１３から大きな振幅の信号を出
力する。

第６図Ｂはトルク検知器８により検知された締
付トルク、第６図Ｃはボルト１６の軸力の各時間
的経過を示す。

この図から明らかなように、着座点は加速度計
１３の出力から容易に知ることができ、この点か
らの締付トルクの増加分を監視することによりボ
ルト１６の軸力を正確に管理することができる。
加速度計１３から出力した信号の振幅が着座点設
定器２２で設定された第６図Ａに示されるＬレベ
ルを超えると、比較器２１から着座信号が出力
し、この信号が締付時間の設定時間の間開かれて
いるアンドゲート２３を通つてアキユムレータ１
８に入力し、その時にトルク検知器８から出力さ
れＡ−Ｄ変換器１９でデイジタル信号に変換され
た締付トルク値をアキユムレータ１８に書込む。

演算器３４では、締付トルクメモリー３５及び
着座点締付トルクメモリー３６からそれぞれ読出
された締付トルク値及び着座点締付トルク値との
差値が算出され、その結果は締付トルクメモリー
３７に書込まれる。この差値が被締付物１４ａ，
１４ｂに作用するボルト１６の軸力に対応する締
付トルク値である。

一方、着座点締付トルクメモリー３６から出力
した着座点締付トルク値は、着座点締付トルクラ
ンク選別器３８で着座点締付トルクランク設定器
３９で設定された着座点締付トルクランクのどこ
に属するのか決められ、締付係数選別器４１から
決められたランクに応じた締付係数値が出力す
る。次いで演算器４３では、この締付係数値と締
付トルク設定器４４で設定された適正な締付トル
クとが乗算され、該演算器４３から着座点締付ト
ルクランクに応じた修正された適正な締付トルク
値すなわち、着座点締付トルク値の大きいほど軸
力の低下を見込んだより高い適正締付トルク値が
出力する。

かくして比較器４５では締付トルクメモリー３
７から読出された締付トルクが修正された適正締
付トルク値と比較され、該締付トルク値が適正締
付トルク値に入つた時点で制御器４７が作動し、
動力式レンチ５０が駆動源から遮断すると共に表
示器４８を作動し、正常な締付け動作が完了した
ことを表示する。

第７図のl₁，l₂は着座点トルク値が大きい場合
を示し、締付トルク設定器４４で設定される適正
締付トルク範囲Ｗよりも高い締付トルクレベルで
締付が終了する。（◎印は着座点、×印は締付終了
点） 動力式レンチを作動させてから締付時間設定器
２８で設定された締付時間（ｔ_s）経過しても着
座信号が比較器２１から出力しない時は、プリセ
ツトカウンタ２６の端子２６−２の出力信号によ
りアンドゲート２５−１を介して表示器２９が作
動し、被締付物１４ｂのネジ孔１５の不良等を表
示すると共に図示しない制御器を作動し動力式レ
ンチの作動を停止させる。

第７図において、l₆の場合がこれに該当する。
尚、設定された締付時間内に着座信号が比較器２
１から出力したときは、フリツプフロツプ２４−
１は該着座信号によりオンになるので、アンドゲ
ート２５−１は開かれず、端子３０−２の出力で
は表示器２９は点燈しない。

また着座信号がでてから追締め時間設定器３２
で設定された追締め時間（ｔ_v）が経過しても締
付トルクが適正締付トルク値に達しない時は、プ
リセツトカウンタ３０の端子３０−２からの出力
信号によりアンドゲート２５−２を介して表示器
３３が作動し、ボルト不良、被締付物のネジ欠損
等の不良を表示するとともに図示しない制御器を
作動し動力式レンチを停止させる。第７図のl₇は
この場合に相当する。尚、設定された追締め時間
内に適正締付トルク信号が比較器４５から出力し
たときは表示器２９の場合と同じように表示器３
３は点燈しない。

着座点締付トルクメモリー３６から読出された
着座点締付トルク値が着座点締付トルクランク選
別器３８のランク外になつた場合（例えば第７図
のl₈の場合）、表示器４０を作動させて被締付物
１４ｂとボルト１６との不適合を表示すると共に
図示しない制御器を作動させて動力式レンチの作
動を停止させる。

第８図は第４図の着座点締付トルクランク選別
器３８及び着座点締付トルクランク設定器３９の
具体的回路の一例を示す。

着座点締付トルクランク設定器３９の３９Ｃ，
３９Ｂ，３９Ａは第７図示の〔０＜Ｘ≦Ａ〕、〔Ａ
＜Ｘ≦Ｂ〕、〔Ｂ＜Ｘ≦Ｃ〕の３つの着座点締付ト
ルクランク（但しＸは着座点締付トルク値）の上
限値を設定するもので、例えばダイオードマトリ
ツクスで構成された10進−２進変換器である。

着座点締付トルク選別器３８は、多数の論理素
子で構成された論理回路で構成され、３つの部分
３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃは着座点締付トルクメモ
リー３６から読出された着座点締付トルク値が各
上限値Ａ、Ｂ、Ｃより大きいか、等しいか、ある
いは小さいかに応じてそれに該当する端子より
“１”レベルの信号を出力するもの、部分３８Ｄ
は３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃに接続され着座点締付
トルク値が〔０＜Ｘ≦Ａ〕のランクにあるイ値で
ある時に端子３８−１より“１”、〔Ａ＜Ｘ≦Ｂ〕
のランクにあるロ値である時には端子３８−２よ
り“１”が、〔Ｂ＜Ｘ≦Ｃ〕のランクにあるハ値
である時は端子３８−３より“１”、ランク外で
あるニ値である時には端子３８−４より“１”が
それぞれ出力するものである。

この着座点締付トルク選別器３８の３８Ｄの端
子３８−１〜３８−４の１つから出力した着座点
締付トルクランク信号は、締付係数設定器４２か
ら出力する複数の締付係数信号の回路に各介入さ
れたゲートの制御極に入力し、着座点締付トルク
に応じた締付係数を選別出力するように構成され
る。

尚、図は説明の便宜上、各上限値は１桁になつ
ているが、実際は複数桁であるから、ダイオード
マトリツクス、論理回路はそれに応じて増設され
る。

このように本発明においては、動力式レンチの
レンチ本体に加速度計を設け、その出力により着
座点を見出すようにしており、被締付物やボルト
等の状態に違いがあつても締付終了時におけるボ
ルト軸力にばらつきが生じないから、締付けのゆ
るみやボルト、被締付物のネジ山の欠損、ボルト
の折損等の不都合を生ずることがなく、また板金
製品の被締付物間に芯ずれがあり、締付後時間が
経過して軸力が低下する場合においても、適正な
軸力がえられる効果がある。更にまた、被締付物
のネジ孔の不良、ボルトの折損、ネジ山の欠損、
ボルトとネジ孔の不適合等の場合にこれを識別す
ることができるので、自動化することができ、ま
た、作業時間が短く、信頼性が高い効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施の一例を示し、第１図乃至
第３図は動力式レンチの一部截断側面図、第１図
の−線断面図及び第１図−線断面図、第
４図は電気回路の慨略的ブロツク図、第５図は慨
略的外観図、第６図Ａ，Ｂ，Ｃは各部の出力波形
図、第７図は特性説明図、第８図は一部の具体的
回路図である。 ８……トルク検知器、１３……加速度計、１４
ａ，１４ｂ……被締付物、１８……アキユムレー
タ、２６，３０……カウンタ、２９，３３……表
示器、３８……着座点締付トルクランク選別器、
４０……表示器、４１……締付係数選別器、４３
……演算器、４７……制御器、４８……表示器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 駆動軸部にトルク検知器、レンチ本体に加速
   度計を各設けた動力式レンチと、該加速度計の出
   力から着座信号を読取り、該着座信号により前記
   トルク検知器の出力から着座点締付トルク値を読
   取る手段と、前記トルク検知器から得られる締付
   トルク値と着座点締付トルク値との差値を算出す
   る手段と、前記着座点締付トルク値をその値に応
   じてランク分けし、そのランクに応じた適正締付
   トルク値を算出する手段と、前記差値が適正締付
   トルク値と一致した時に動力式レンチを駆動源か
   ら遮断する手段とを具備することを特徴とする動
   力式レンチの締付トルク制御装置。 ２ 駆動軸部にトルク検知器、レンチ本体に加速
   度計を各設けた動力式レンチと、該加速度計の出
   力から着座信号を読取り、該着座信号により前記
   トルク検知器の出力から着座点締付トルク値を読
   取る手段と、前記トルク検知器から得られる締付
   トルク値と着座点締付トルク値との差値を算出す
   る手段と、前記着座点締付トルク値をその値に応
   じてランク分けし、そのランクに応じた適正締付
   トルク値を算出する手段と、前記差値が適正締付
   トルク値と一致した時に動力式レンチを駆動源か
   ら遮断する手段と、設定した締付時間内に着座信
   号がない場合に異常を表示する手段を具備するこ
   とを特徴とする動力式レンチの締付トルク制御装
   置。 ３ 駆動軸部にトルク検知器、レンチ本体に加速
   度計を各設けた動力式レンチと、該加速度計の出
   力から着座信号を読取り、該着座信号により前記
   トルク検知器の出力から着座点締付トルク値を読
   取る手段と、前記トルク検知器から得られる締付
   トルク値と着座点締付トルク値との差値を算出す
   る手段と、前記着座点締付トルク値をその値に応
   じてランク分けし、そのランクに応じた適正締付
   トルク値を算出する手段と、前記差値が適正締付
   トルク値と一致した時に動力式レンチを駆動源か
   ら遮断する手段と、所定の着座ランクを超える着
   座点トルク値である場合に異常を表示する手段を
   具備することを特徴とする動力式レンチの締付ト
   ルク制御装置。 ４ 駆動軸部にトルク検知器、レンチ本体に加速
   度計を各設けた動力式レンチと、該加速度計の出
   力から着座信号を読取り、該着座信号により前記
   トルク検知器の出力から着座点締付トルク値を読
   取る手段と、前記トルク検知器から得られる締付
   トルク値と着座点締付トルク値との差値を算出す
   る手段と、前記着座点締付トルク値をその値に応
   じてランク分けし、そのランクに応じた適正締付
   トルク値を算出する手段と、前記差値が適正締付
   トルク値と一致した時に動力式レンチを駆動源か
   ら遮断する手段と、着座信号発生後、所定時間内
   に締付終了信号が発生しない場合に異常を表示す
   る手段を具備することを特徴とする動力式レンチ
   の締付トルク制御装置。