(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータの出力軸に連結したスピンドルの外周にて前方にバネ付勢したハンマがアンビルの先端のソケットでネジ締めする際の締付反力に抗してアンビルから離脱した後に該アンビルにインパクト力を与えるようにしたインパクトレンチのボルト締結方法において、前記ハンマが前記アンビルから離脱したことを検知するインパクトセンサを前記ハンマの後端外周に非接触で設け、また前記電動モータの回転量を測定するセンサとしてロータリエンコーダを前記電動モータまたは前記電動モータと前記スピンドル間に連結した減速機構に設け、前記インパクトセンサによって検知された１インパクト間における前記電動モータの回転量から前記アンビルが回転しない１インパクト間の前記電動モータの回転量を差し引いた量を前記アンビルの１インパクトにおける進み量として測定すると共に、前記ロータリエンコーダとインパクトセンサに接続されたコントローラに前記電動モータの正逆転を制御する正逆転リレーを接続し、ネジ締結時における前記１インパクトごとの回転量が最終的なネジ締結力として設定された１インパクトのアンビル回転量よりも同等か又は小さくなったときに、前記正逆転リレーが自動的にＯＦＦにされて前記電動モータを停止するようにしたことを特徴とするインパクトレンチのボルト締結方法。
【請求項２】
電動モータの出力軸に連結したスピンドルの外周にて前方にバネ付勢したハンマがアンビルの先端のソケットでネジ締めする際の締付反力に抗してアンビルから離脱した後に該アンビルにインパクト力を与えるようにしたインパクトレンチのボルト締結装置において、前記ハンマが前記アンビルから離脱したことを検知するインパクトセンサを前記ハンマの後端外周に非接触で設け、また前記電動モータの回転量を測定するセンサとしてロータリエンコーダを前記電動モータまたは前記電動モータと前記スピンドル間に連結した減速機構に設け、前記インパクトセンサによって検知された１インパクト間における前記電動モータの回転量から前記アンビルが回転しない１インパクト間の前記電動モータの回転量を差し引いた量を前記アンビルの１インパクトにおける進み量として測定すると共に、前記ロータリエンコーダとインパクトセンサに接続されたコントローラに前記電動モータの正逆転を制御する正逆転リレーを接続し、ネジ締結時における前記１インパクトごとの回転量が最終的なネジ締結力として設定された１インパクトのアンビル回転量よりも同等か又は小さくなったときに、前記正逆転リレーが自動的にＯＦＦにされて前記電動モータを停止するようにしたことを特徴とするインパクトレンチのボルト締結装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば軌道用レールをボルト締結する際に用いるインパクトレンチのボルト締結方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のインパクトレンチは、ボルト締結の時間制御或はインパクト数制御によってボルト締結力を大まかに加減するようにしていた。さらに、この締付精度を上げるために、アンビルまたはアンビルとソケットの中間での歪ゲージまたは打撃後の反動回転量または１インパクトの回転量等を検出することにより、締結力を制御するようにしていた。
【０００３】
ところが、アンビルまたはアンビルとソケットの中間での検出はハンマの衝撃力や反動回転が複雑に作用するため加速度変化が激しく、高精度のロータリエンコーダを使用するのは不可能であった。
【０００４】
また、検出された信号から実際の締結力を得るには、この信号の複雑な処理を行う必要があり、その結果、制御装置が大型化するという不都合があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情に鑑みて成されたもので、ハンマの衝撃力や反動回転が加わらない電動モータの回転量を検出することによって高精度なロータリエンコーダの使用を可能にし、実際のネジ締結力を制御することによって正確なボルトまたはナットの締結作業を行うことができるインパクトレンチのボルト締結方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、本発明は、電動モータの出力軸に連結したスピンドルの外周にて前方にバネ付勢したハンマがアンビルの先端のソケットでネジ締めする際の締付反力に抗してアンビルから離脱した後に該アンビルにインパクト力を与えるようにしたインパクトレンチのボルト締結方法において、前記ハンマが前記アンビルから離脱したことを検知するインパクトセンサを前記ハンマの後端外周に非接触で設け、また前記電動モータの回転量を測定するセンサとしてロータリエンコーダを前記電動モータまたは前記電動モータと前記スピンドル間に連結した減速機構に設け、前記インパクトセンサによって検知された１インパクト間における前記電動モータの回転量から前記アンビルが回転しない１インパクト間の前記電動モータの回転量を差し引いた量を前記アンビルの１インパクトにおける進み量として測定すると共に、前記ロータリエンコーダとインパクトセンサに接続されたコントローラに前記電動モータの正逆転を制御する正逆転リレーを接続し、ネジ締結時における前記１インパクトごとの回転量が最終的なネジ締結力として設定された１インパクトのアンビル回転量よりも同等か又は小さくなったときに、前記正逆転リレーが自動的にＯＦＦにされて前記電動モータを停止するようにしたことを特徴とするインパクトレンチのボルト締結方法及びこの方法を用いた装置を構成してある。
【０００７】
このような構成において、ハンマがアンビルから離脱して噛合するまでの回転量は、ハンマとアンビルの構成によって定まっている。例えば、ハンマとアンビルの突出歯を軸対称に二枚歯に構成すると、ハンマがアンビルから離脱してインパクトするまでに１８０°回転する。
【０００８】
このハンマがアンビルに一回の打撃（「１インパクト」と云う）を与えた時、アンビルが回転しない場合には、１インパクトにおける電動モータの回転量（回転角）は、１８０°と検出されるが、アンビルがαだけ回転した場合、電動モータの回転量（回転角）は１８０°＋αとして検出される。
【０００９】
そして、ネジ締めが進んで締付け力が大きくなると、アンビルの回転量α、即ち、１インパクトにおけるアンビルの進み量αは次第に小さくなる。そこで、このアンビルの進み量αが設定値に達したときに電動モータの回転を停止することによって、所定の締付け力を得るのである。
また、ロータリエンコーダとインパクトセンサに接続されたコントローラに電動モータの正逆転を制御する正逆転リレーを接続し、ネジ締結時における１インパクトごとの回転量が最終的なネジ締結力として設定された１インパクトのアンビル回転量よりも同等か又は小さくなったときに、正逆転リレーが自動的にＯＦＦにされて電動モータを停止することにより、インパクトレンチの締結力を自動制御することができる。
【００１０】
このような構成において、電動モータの回転量を測定するセンサにはハンマの衝撃力や反動回転が加わらないため、高精度のロータリエンコーダを使用することが可能となる。
【００１１】
また、ハンマの衝撃力や反動回転が及ばない部位を測定するという主旨においては、電動モータに連結した減速機にロータリエンコーダを使用することも可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は本発明によるインパクトレンチの縦断面図である。図２は図１のハンマ部を示す部分拡大図であり、ハンマがアンビルに噛合した状態を示す。図３は図１のハンマ部を示す部分拡大図であり、ハンマがアンビルから離脱した状態を示す。図４は本発明のインパクトレンチにおける回路構成を示す概略図である。図５は本発明のインパクトレンチの信号を示す図である。図６は本発明のインパクトレンチの締付け時及び緩め時の動作を示すチャート図である。
【００１４】
図１のインパクトレンチの全体構成について説明する。
【００１５】
ケース１内の後方には電動モータ２が固設され、モータ２の出力軸３の外周をケース１内に固設したベアリング４で回動自在に支持してあり、モータ２の出力軸３の先端外周にはギヤ（太陽外歯車）３ａが形成してある。
【００１６】
モータ２の出力軸３の前方にはスピンドル６が設けられ、このスピンドル６の後端に形成したフランジ６ａには軸対称に設けられた支持軸５ａ、５ａによって二枚のアイドルギヤ（遊星歯車）５、５が固設され、夫々のアイドルギヤ５、５が上記の出力軸３のギア３ａに噛合してある。また、これらのアイドルギヤ５、５の外周歯形はケース１の内周に設けられたリングギヤ（太陽内歯車）７の内周歯形に噛合してある。
【００１７】
このように構成された減速機構（遊星歯車機構）２４により、電動モータ２の出力軸３が回転すると、両側のアイドルギヤ５、５がリングギヤ７に案内されながら回転し、これによってスピンドル６が減速回転する。
【００１８】
また、スピンドル６の後方外周にはカップ状のスプリング支持盤１１が固設され、このスプリング支持盤１１の外周にハンマ８に形成した外筒部８ａを摺動自在に嵌合してある。
【００１９】
そして、スピンドル６の外周を取り巻くスプリング１２がスプリング支持盤１１とハンマ８の対向面間に固定され、このスプリング１２によってハンマ８が前方にバネ付勢された状態にされている。
【００２０】
その一方で、スピンドル６の外周には長さを限定した船底形の案内溝１０が対称位置に刻設され、夫々の案内溝１０にボール１３を収嵌し、このボール１３の外周をハンマ８の前方の内腔部８ｂに摺接してある。これにより、ハンマ８はボール１３が案内溝１０を移動し得る範囲内で前後方向にねじり移動することができる。
【００２１】
さらに、ハンマ８の先端の軸対称位置には二枚の突出歯１８、１８が前方に突設され、このハンマ８の前方に設けられたアンビル９の外周フランジ９ａの後方に形成された突出歯１９、１９がハンマ８の突出歯１８、１８に対して回転方向に互いに隙間を有して噛合されている。なお、アンビル９はケース１の前端の内周に設けられた摺接部材１６の内周に沿って回動自在に支承されている。
【００２２】
上記の構成において、ハンマ８の突出歯１８、１８は軸対称に１８０°の位置に形成される一方、アンビル９の突出歯１９、１９もまた軸対称に１８０°の位置に形成されているため、ハンマ８の突出歯１８、１８は１インパクトにおいて１８０°回転することにより、アンビル９の突出歯１９、１９に打撃を与えることとなる。
【００２３】
さらに、スピンドル６の先端の突出ロッド６ｂの外周にネジ９ｂで固定されたアンビル９の先端には、ボルト用ソケット２０が着脱自在に固設してある。なお、このボルト用ソケット２０は、他のナット用ソケットに交換することが可能である。
【００２４】
このような構成により、締結すべきボルト頭またはナットに上記のソケット２０を嵌合して電動モータ２を回転すると、スプリング１２のバネ力がアンビル９のトルクよりも大きい初期段階では、図２に示すように、ハンマ８はボール１３の案内に従って前方に押し出された状態にあるため、ハンマ８の突出歯１８、１８はアンビル９の突出歯１９、１９と係合した状態で回転する。
【００２５】
そして、ボルトの締付け力がスプリング１２のバネ力よりも次第に大きくなると、図３に示すように、ハンマ８が案内溝１０に沿うボール１３に従って後方に押し込まれる。次いで、ハンマ８の突出歯１８がアンビル９の突出歯１９から離脱すると、ハンマ８はアンビル９の負荷から一時的に開放され、次の瞬間にはスプリング１２のバネ力によって前方に弾発されて（図２の状態）回転するため、これによりハンマ８の突出歯１８がアンビル９の突出歯１９に当たってインパクトを与える。
【００２６】
次に、上記の装置に設けられた各検出手段について説明する。
【００２７】
図１において、ハンマ８の外筒部８ａの後端外周のケース１にインパクトセンサ２１が取付けてある。このインパクトセンサ２１はハンマ８の外筒部８ａとの相対的な離間距離を感知するようにした近接スイッチを用いてあり、ハンマ８に対しては非接触である。
【００２８】
そして、このインパクトセンサ２１は、ハンマ８の突出歯１８とアンビル９の突出歯１９とが係合状態にあるときにＯＮ信号を発し（図２の状態）、ハンマ８が後方に押し込まれて突出歯１８がアンビル９の突出歯１９から離脱したときにＯＦＦ信号を発する（図３の状態）。
【００２９】
従って、図５に示すように、インパクトセンサ２１によってＯＦＦ信号に続くＯＮ信号を検出し、次のＯＦＦ信号を検出するまでが１インパクトの期間として検知される。
【００３０】
一方、電動モータ２の後端にカップリング２３が設けられ、このカップリング２３にて電動モータ２の回転軸３の後端と噛合したロータリエンコーダ２２が設けられている。このロータリエンコーダ２２を電動モータ２の回転量を測定するセンサとして用い、上記の１インパクトの間に検知されたロータリエンコーダ２２によるロータリエンコーダ信号が１インパクト分における電動モータ２の回転量として検出される。
【００３１】
ここで、インパクトセンサ２１とロータリエンコーダ２２によって検出された信号の関係について図５を参照しながら説明する。
【００３２】
この図で、インパクト信号（Ａ）とは、ハンマ８による１インパクトによってアンビル９が回転しない場合に得られるインパクトセンサ２１によるインパクト信号であり、この場合の電動モータ２の回転量（回転角）１８０°である。
【００３３】
さらに、インパクト信号（Ｂ）とは、ハンマ８による１インパクトによってアンビル９がαだけ回転した場合に得られるインパクトセンサ２１によるインパクト信号であり、この場合の電動モータ２の回転量（回転角）は１８０°＋αである。
【００３４】
従って、１インパクトにおいてアンビル９が実際にネジ締結するために回転する進み量は、１インパクトにおける電動モータ２の回転量（回転角）１８０°＋αから１８０°を減じた値αとして得られる。そして、このネジ締結のためのアンビル９の進み量αが設定値に達した時点で、電動モータ２を停止することによって、予め設定されたネジ締結力を得るのである。
【００３５】
なお、ハンマ８の突出歯１８及びアンビルの突出歯１９を軸対称に１２０°の位置に三枚設けた場合、１インパクトにおけるアンビル９が回転しない場合の電動モータ２の回転量（回転角）は１２０°であり、１インパクトにおけるアンビル９の進み量は、１２０°＋αから１２０°を減じた値αとして得られる。
【００３６】
一方、インパクト信号（Ａ）の場合にロータリエンコーダ２２によって検出された回転数をＮ１とし、インパクト信号（Ｂ）の場合にロータリエンコーダ２２によって検出された回転数をＮ２とすると、Ｎ２−Ｎ１＝Ｎ３がアンビル９のネジ締結のための回転量となり、１インパクトにおける電動モータ２の回転量αは、このロータリエンコーダ信号Ｎ３として求められる。
【００３７】
なお、一般的に、ロータリエンコーダは検出方式から分類すると、光電式、磁気式、電磁誘導式によるものなどがあるが、ロータリエンコーダ側の回転軸を被測定側に連結することによってロータリエンコーダに内蔵した回転板を回転させ、その回転量を測定するようにしてある。例えば、光電式ロータリエンコーダの場合、発光ダイオードから発射した光を回転板（パルス円板）に形成した格子縞を通過させて受光ダイオードで受光する。そして、回転板が回転すると格子縞が変化するにつれて通過光量が変化し、この変化量をパルス信号に変換して回転板の回転量を測定するものである。
【００３８】
従って、回転量の測定結果はすべてこの回転板の回転精度に依存するものであるが、本実施例のように、ロータリエンコーダ２２をハンマ８の衝撃力や反動回転が加わらない電動モータ２に設けることによって、高精度なロータリエンコーダ２２を使用することができ、アンビル９の１インパクトの回転量を正確に知ることが可能となる。
【００３９】
次に、上記のインパクトセンサ２１とロータリエンコーダ２２を用いたインパクトレンチの締結力を自動制御する回路構成について、図４を参照しながら説明する。
【００４０】
この図には、インパクトレンチの主構成として、上記の電動モータ２と減速機構２４とスピンドル６と突出歯１８を有するハンマ８と突出歯１９を有するアンビル９とソケット２０とが示してあり、電動モータ２の回転量を測定するセンサとしてはロータリエンコーダ２２が設けられ、ハンマ８の後端側部にはインパクトセンサ２１が設けてある。なお、ロータリエンコーダ２２は減速機構２４に設けるようにしてもよい。
【００４１】
さらに、ロータリエンコーダ２２とインパクトセンサ２１とがコントローラ２５に接続されると共に、電動モータ２の正逆転を操作する始動スイッチ２６と締結力コントロールボリューム２７と正逆転リレー２８（正転リレー２８ａ、逆転リレー２８ｂ）とがコントローラ２５に接続され、このコントローラ２５による制御結果に応じて電源コンセント２９を経て供給される電力を正逆転リレー２８を介して電動モータ２に送給または停止する。
【００４２】
そこで、このような図４の回路構成の作動について図５を参照しながら説明すると、締付け回転を行う場合、正転リレー２８ａをＯＮにして、最終的なネジ締結力として、１インパクトのアンビル回転量（回転角）θ１を締結力コントロールボリューム２７にて設定する。そして、始動スイッチ２６をＯＮにすると、インパクトレンチの電動モータ２が正転を開始する。
【００４３】
電動モータ２が回転すると、ネジ締結力がスプリング１２のバネ力よりも大きくなるに従って、ハンマ８の突出歯１８がアンビル９の突出歯１９から離脱し、ハンマ８は１８０°回転した後、アンビル９に１インパクトを与える。この際のインパクト信号をインパクトセンサ２１によって検知すると共に、インパクトセンサ２１がＯＦＦされ、次のＯＦＦまでの１インパクトの間にロータリエンコーダ２２によって電動モータ２の回転量を測定する。
【００４４】
このとき、図５に示すように、１インパクトごとの回転量（回転角）は、ロータリエンコーダ２２によってインパクト信号間の回転量から、アンビル９が回転しない時の回転量（回転角）１８０°を減じた値として求められるため、「１インパクトにおける電動モータの回転量（回転角）から１８０°を減じる＝１インパクトにおけるアンビルの回転量（θ２）」の演算を行う。
【００４５】
そして、θ１＜θ２の間、即ちθ１≧θ２となるまで電動モータ２を回転しつづけてインパクトを発生しながら締付けを継続するが、θ１≧θ２となったとき、正転リレーが自動的にＯＦＦにされ、電動モータ２が停止される。
【００４６】
一方、緩め回転を行う場合、上記のような回転量の検出は不要であるため、正逆転リレー２８の逆転リレー側をＯＮにした状態で始動スイッチ２６をＯＮすると、電動モータ２が逆転を開始する。そして、ボルトまたはナットが緩んだ時点で、始動スイッチ２６をＯＦＦすると、逆転リレーがＯＦＦになり、電動モータ２の回転が停止される。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ハンマの衝撃力や反動回転が及ばない電動モータの回転量を測定すればよく、この回転量の測定に高精度のロータリエンコーダを使用することが可能となる。
【００４８】
そして、インパクトセンサによって検知されたインパクト発生から次のインパクトまでの電動モータの回転量を高精度なロータリエンコーダによって測定することにより、アンビルの１インパクトにおける電動モータの回転量を正確に測定して、実際のネジ締結力が検知され、電動モータが停止されることにより、簡単な操作で正確なネジ締め作業を行うことが可能となる。
【００４９】
本発明においては、現実に締結しつつある個々のボルトの締付けによって低減する１インパクトによるアンビルの回転量を検出することができ、この検出値が予め設定したアンビルの回転量に一致したとき所定のネジ締結力が得られたとして電動モータを停止することができるため、アンビルの回転量設定値をボルトまたはナットの締結環境に応じて自在に設定することが可能となる。
【００５０】
また、上記のように電動モータの回転量を測定するセンサとして用いたロータリエンコーダの設置箇所は電動モータまたは減速機構に対して設けてあるため、アンビルの打撃力の影響を受けず、高精度の測定結果を得ることができる。
【００５１】
上記の本発明によれば、作業者の感に頼らずに、自動的に規定のボルト締結力で締め付け作業ができ、初心者にもボルト締結力のばらつきを生じることなく、適切なボルトまたはナットの締結作業が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明によるインパクトレンチの縦断面図である。
【図２】図２は図１のハンマ部を示す部分拡大図であり、ハンマの突出歯がアンビルの突出歯に噛合した状態を示す。
【図３】図３は図１のハンマ部を示す部分拡大図であり、ハンマの突出歯がアンビルの突出歯から離脱した状態を示す。
【図４】図４は本発明のインパクトレンチにおける回路構成を示す概略図である。
【図５】図５は本発明のインパクトレンチの各センサによる信号を示す図である。
【図６】図６は本発明のインパクトレンチのネジ締結時及び緩め時の動作を示すチャート図である。
【符号の説明】
１…ケース
２…電動モータ
３…出力軸
３ａ…ギヤ
４…ベアリング
５…アイドルギヤ
５ａ…支持軸
６…スピンドル
６ａ…フランジ
６ｂ…ロッド
７…リングギヤ
８…ハンマ
８ａ…外筒部
８ｂ…内腔部
９…アンビル
９ａ…フランジ
１０…案内溝
１１…支持盤
１２…スプリング
１３…ボール
１８…突出歯
１９…突出歯
２０…ボルト用ソケット
２１…インパクトセンサ
２２…ロータリエンコーダ
２３…カップリング
２４…減速機構
２５…コントローラ
２６…始動スイッチ
２７…締結力コントロールボリューム
２８…正逆転リレー
２９…電源コンセント
【図１】
0003680414.tif 000002
【図２】
0003680414.tif 000003
【図３】
0003680414.tif 000004
【図４】
0003680414.tif 000005
【図５】
0003680414.tif 000006
【図６】
0003680414.tif 000007