(57)【要約】【課題】締め過ぎを発生させることなく短時間で締め付け完了できる打撃式締め付け工具を提供する。【解決手段】電動モータ２３と、電動モータ２３からの回転トルクが変換されたパルス状の打撃トルクが付与されて回転する主軸２４と、を備え、主軸２４の回転により、ボルト１００の締め付けを行うインパクトレンチ１０であって、トルクＴを検出するトルクセンサ３０と、ボルト１００の締め付け制御を行うコントローラ５０と、を具備し、コントローラ５０には、打撃毎に部分目標トルクＴｍが定められた目標トルクカーブＣｖが設定され、コントローラ５０は、トルクセンサ３０により検出したトルクＴが目標トルクカーブＣｖに沿った値となるように、電動モータ２３の打撃強さＤ（電動モータ２３の回転数）を制御する。【選択図】図３
2014184515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動源と、該回転駆動源からの回転トルクが変換されたパルス状の打撃トルクが付与されて回転する主軸と、を備え、該主軸の回転により、ネジの締め付けを行う打撃式締め付け工具であって、
ネジの締め付けトルクを検出するトルク検出手段と、
ネジの締め付け制御を行う制御手段と、
を具備し、
前記制御手段には、打撃毎にネジの締め付けトルクの目標値が定められた目標トルクカーブが設定され、
前記制御手段は、前記トルク検出手段により検出したトルクが前記目標トルクカーブに沿った値となるように、前記回転駆動源の回転数を制御する、
打撃式締め付け工具。
【請求項２】
請求項１記載の打撃式締め付け工具であって、
前記目標トルクカーブは、打撃数の増加に伴って値が上昇し、締め付けを完了する際の目標トルクである最終目標トルクに達する曲線であって、トルクが前記最終目標トルクに近づくにつれて傾きが小さくなるように設定されている、
打撃式締め付け工具。
【請求項３】
請求項１又は２記載の打撃式締め付け工具であって、
前記目標トルクカーブは、打撃毎の目標トルクである部分目標トルクを複数結んだカーブであって、前記部分目標トルクは、最終目標トルクに近づくにつれて隣接する部分目標トルク同士の間隔が小さくなるように設定される、
打撃式締め付け工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネジ等を締め付ける打撃式締め付け工具の技術であって、特に打撃式締め付け工具の締め付け制御の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
打撃式締め付け工具は、ボルトやナット等のネジの締め付けを行う工具として良く知られている。打撃式締め付け工具は、パルス状のトルクを主軸に付与し、主軸の回転によりネジの締め付けを行う工具である。例えば、特許文献１は、一定の回転数でネジを締め付ける区間Ａ、打撃を行いながら回転数を設定する区間Ｂ、区間Ｂよりも低い回転数で回転数を設定する区間Ｃの３つのモードを備える打撃式締め付け工具を開示している。
【０００３】
しかし、特許文献１に開示される打撃式締め付け工具では、区間Ｂから区間Ｃに移行するときに、一旦主軸の回転数を下げるため、最終目標トルクに到達するのに余分な時間を要していることになる。つまり、特許文献１に開示される打撃式締め付け工具は、最終目標トルクに到達する精度は良いものの、締め付け時間が長くなるという課題がある。
【０００４】
一方、特許文献１に開示される打撃式締め付け工具では、区間Ｃを廃止すれば短時間で締め付けが完了するとも考えられる。しかし、区間Ｃを廃止することによって、ネジを締め過ぎるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−０３１３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は、締め過ぎを発生させることなく短時間で締め付けを完了できる打撃式締め付け工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００８】
即ち、請求項１においては、回転駆動源と、該回転駆動源からの回転トルクが変換されたパルス状の打撃トルクが付与されて回転する主軸と、を備え、該主軸の回転により、ネジの締め付けを行う打撃式締め付け工具であって、ネジの締め付けトルクを検出するトルク検出手段と、ネジの締め付け制御を行う制御手段と、を具備し、前記制御手段には、打撃毎にネジの締め付けトルクの目標値が定められた目標トルクカーブが設定され、前記制御手段は、前記トルク検出手段により検出したトルクが前記目標トルクカーブに沿った値となるように、前記回転駆動源の回転数を制御するものである。
【０００９】
請求項２においては、請求項１記載の打撃式締め付け工具であって、前記目標トルクカーブは、打撃数の増加に伴って値が上昇し、締め付けを完了する際の目標トルクである最終目標トルクに達する曲線であって、トルクが前記最終目標トルクに近づくにつれて傾きが小さくなるように設定されているものである。
【００１０】
請求項３においては、請求項１又は２記載の打撃式締め付け工具であって、前記目標トルクカーブは、打撃毎の目標トルクである部分目標トルクを複数結んだカーブであって、前記部分目標トルクは、最終目標トルクに近づくにつれて隣接する部分目標トルク同士の間隔が小さくなるように設定されるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の打撃式締め付け工具によれば、締め過ぎを発生させることなく短時間で締め付けを完了できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】インパクトレンチの構成を示す模式図。
【図２】同じくインパクトレンチの制御構成を示すブロック図。
【図３】インパクトレンチによる締め付け制御の流れを示すフロー図。
【図４】トルクカーブを示すグラフ図。
【図５】打撃数とトルク及び打撃強さとの関係を示すグラフ図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１を用いて、インパクトレンチ１０について説明する。
なお、図１では、インパクトレンチ１０を側面視にて模式的に表している。
【００１４】
インパクトレンチ１０は、本発明の打撃式締め付け工具に係る実施形態である。インパクトレンチ１０は、例えば母材１０１と母材１０２とを、ボルト１００とナット１０５とで締結する際に、ネジとしてのボルト１００を締め付けるために用いられる工具である。
【００１５】
インパクトレンチ１０は、ツール本体２０と、制御手段としてのコントローラ５０と（図２参照）、を具備している。ツール本体２０は、ハウジング２２内に、回転駆動源としての電動モータ２３と、主軸２４と、打撃トルク発生装置２８と、を具備している。ハウジング２２には、把持部２２ａが形成されている。なお、電動モータ２３は、エアモータであっても良い。
【００１６】
電動モータ２３は、回転トルクを発生させるロータ２５を具備している。主軸２４は、ツール本体２０における出力軸であり、ハウジング２２に回転可能に支持されている。主軸２４の先端部２４ａは、ハウジング２２から突出し、アタッチメント６０を介してボルト１００に対して係合する部分である。
【００１７】
打撃トルク発生装置２８は、電動モータ２３からの連続的な回転トルクをパルス状の打撃トルクに変換する装置である。打撃トルク発生装置２８により変換されたパルス状の打撃トルクは主軸２４に伝達され、主軸２４を回転駆動する。なお、本実施形態の電動モータ２３は、インバータモータによって構成され、回転数Ｖを自在に変更できるものとしている。
【００１８】
ハウジング２２の把持部２２ａには、操作レバー２６と、メインバルブ２７と、が備えられている。操作レバー２６は、メインバルブ２７と連動しており、ロータ２５に対する高圧空気の供給および停止の操作を行うものである。メインバルブ２７は、操作レバー２６の操作によりロータ２５へ高圧空気の供給および停止を行うものである。
【００１９】
このような構成とすることで、電動モータ２３からの連続的な回転トルクが、主軸２４に対するパルス状の打撃トルクに変換される。そして、打撃トルクは、アタッチメント６０を介してボルト１００を締め付ける。つまり、打撃トルク発生装置２８から伝達された打撃トルクにより主軸２４が回転駆動される。そして、主軸２４の回転駆動力により、アタッチメント６０を介して主軸２４に接続されたボルト１００が締め付けられる。
【００２０】
ツール本体２０は、締め付けトルク検出手段としてのトルクセンサ３０を具備している。トルクセンサ３０は、ボルト１００の締め付けトルクを検出するセンサである。トルクセンサ３０は、ハウジング２２内に設けられ、主軸２４の所定の部分を周回するように配設される励磁コイル３１と、検出コイル３２と、を備える磁歪式センサとして構成されている。
【００２１】
図２を用いて、インパクトレンチ１０の制御構成について説明する。
なお、図２では、インパクトレンチ１０の制御構成をブロック図にて表している。
【００２２】
コントローラ５０には、電動モータ２３と、トルクセンサ３０と、表示部５１と、が接続されている。コントローラ５０は、インパクトレンチ１０の締め付け動作を制御するものである。また、コントローラ５０は、電動モータ２３の回転数Ｖを設定する機能を有している。表示部５１は、例えばトルクセンサ３０により検出されたトルクＴ、あるいは、締め付け不良の検知結果等を表示するものである。
【００２３】
図３を用いて、締め付け制御Ｓ１０００について説明する。
なお、図３では、締め付け制御Ｓ１０００の流れをフローチャートにて表している。
【００２４】
締め付け制御Ｓ１０００は、本発明の打撃式締め付け工具による締め付け制御に係る実施形態である。締め付け制御Ｓ１０００は、例えば母材１０１と母材１０２とを、ボルト１００とナット１０５とで締結する際に、ネジとしてのボルト１００をインパクトレンチ１０によって締め付ける制御である。締め付け制御Ｓ１０００は、第一締め付け制御Ｓ１００と、第二締め付け制御Ｓ２００と、から構成されている。
【００２５】
第一締め付け制御Ｓ１００（ステップＳ１１０〜ステップＳ１２０）は、締め付け開始からボルト１００が母材１０１に着座するまでの制御である。第二締め付け制御Ｓ２００（ステップＳ２１０〜ステップＳ２３０）は、ボルト１００が母材１０１に着座してからトルクＴが最終目標トルクＴｆとなる締め付け完了までの制御である。
【００２６】
ステップＳ１１０において、コントローラ５０は、打撃強さＤを打撃強さＤ１として主軸２４を回転させる。なお、打撃強さＤとは、電動モータ２３の最大回転数に対する回転数の割合を表している。また、打撃強さＤ１は、予めコントローラ５０に設定されている。
【００２７】
なお、第一締め付け制御Ｓ１００において、操作レバー２６がＯＮされてからボルト１００が母材１０１に着座するまでをフリーラン状態という。フリーラン状態では、ボルト１００がナット１０５に螺合されていくため、インパクトレンチ１０にトルクは未だ発生していない。
【００２８】
ステップＳ１２０において、コントローラ５０は、トルクセンサ３０により検出されたトルクＴが基準トルクＴ１より大きいかどうかを確認する。なお、基準トルクＴ１とは、ボルト１００が母材１０１に着座した場合のトルクであって、予めコントローラ５０に設定されている。
【００２９】
ステップＳ１２０において、コントローラ５０は、トルクＴが基準トルクＴ１より大きい場合には、第二締め付け制御Ｓ２００のステップＳ２１０へ移行する。一方、コントローラ５０は、トルクＴが基準トルクＴ１以下の場合には、打撃強さＤを打撃強さＤ１としての主軸２４の回転を継続させる。
【００３０】
ボルト１００が母材１０１に着座した後に行われるステップＳ２１０において、コントローラ５０は、打撃強さＤｎを算出する。なお、打撃強さＤｎは、打撃毎に算出されるものとする。具体的には、コントローラ５０は、前回の打撃強さＤｎ−１に対し、前回の打撃時にトルクセンサ３０により検出されたトルクＴと、部分目標トルクＴｍとの差にゲインＧを乗じたものを加算する。
【００３１】
なお、第二締め付け制御Ｓ２００において、部分目標トルクＴｍとは、打撃毎に設定されている目標とするボルト１００の締め付けトルク値であって、予めコントローラ５０に設定されている。部分目標トルクＴｍについて、詳しくは後述する。また、ゲインＧとは、トルクＴと部分目標トルクＴｍとの差を打撃強さＤに変換する定数であって、予めコントローラ５０に設定されている。なお、ゲインＧは、作業場所又は締め付け箇所によって変更されても良い。
【００３２】
ステップＳ２２０において、コントローラ５０は、打撃強さＤを打撃強さＤｎとして主軸２４を回転させる。
【００３３】
ステップＳ２３０において、コントローラ５０は、トルクセンサ３０により検出されたトルクＴが最終目標トルクＴｆより大きいか確認する。なお、最終目標トルクＴｆとは、ボルト１００の締め付けを完了する際の目標トルクであって、予めコントローラ５０に設定されている。また、最終目標トルクＴｆとは、上述した部分目標トルクＴｍの最終のものである。
【００３４】
ステップＳ２３０において、コントローラ５０は、トルクＴが最終目標トルクＴｆより大きい場合には、締め付け制御Ｓ１０００（第二締め付け制御Ｓ２００）を完了する。一方、コントローラ５０は、トルクＴが最終目標トルクＴｆ以下の場合には、再度ステップＳ２１０へ移行する。
【００３５】
図４を用いて、目標トルクカーブＣｖについて説明する。
なお、図４では、横軸を打撃数Ｎとし、縦軸をトルクＴとして、目標トルクカーブＣｖをグラフ図によって表している。
【００３６】
目標トルクカーブＣｖは、打撃数Ｎと締め付けトルクＴとの相関において表される。目標トルクカーブＣｖは、インパクトレンチ１０の特性を考慮して、締め過ぎを発生することなく短時間で締め付け完了できるように予め設定されたトルク曲線である。
【００３７】
そして、締め付け制御Ｓ１０００では、インパクトレンチ１０によるボルト１００の締め付けトルク（トルクＴ）が、目標トルクカーブＣｖに沿った値となるように、インパクトレンチ１０の打撃強さＤを制御している。
【００３８】
上述した部分目標トルクＴｍは、打撃毎に定められたボルト１００の締め付けトルクの目標値（即ち、打撃毎の目標トルク）であって、目標トルクカーブＣｖにおける打撃毎のトルクである。言い換えれば、部分目標トルクＴｍは、部分目標トルクＴｍを結んだ曲線が目標トルクカーブＣｖとなるように設定されている。なお、本実施形態では、最終目標トルクＴｆまでを７つの部分目標トルクＴｍにて構成している。
【００３９】
目標トルクカーブＣｖは、横軸を打撃数Ｎとし縦軸をトルクＴとしたときに、打撃数Ｎの増加に伴って値が上昇し、最終目標トルクＴｆに達する曲線であって、打撃数Ｎが増加して、トルクＴが基準トルクＴ１から最終目標トルクＴｆに近づくにつれて傾きが小さくなるように設定されている。
【００４０】
言い換えれば、目標トルクカーブＣｖは、最終目標トルクＴｆに近づくにしたがって、打撃数Ｎが一つ増加した際の部分目標トルクＴｍの増加量が減少するように設定されており、最終目標トルクＴｆに近づくにつれて隣接する部分目標トルクＴｍ同士の間隔が小さくなっている。
【００４１】
図５を用いて、締め付け制御Ｓ１０００の作用について説明する。
なお、図５では、横軸を打撃数Ｎとし、縦軸をトルクＴ及び打撃強さＤとして、打撃数Ｎとトルクセンサ３０によって検出されたトルクＴ及び打撃強さＤとの関係を、グラフ図によって表している。
【００４２】
また、図５では、トルクＴ（図５における実線）及び打撃強さＤ（図５における一点鎖線）に加えて、目標トルクカーブＣｖ（図５における破線）が表されており、打撃数Ｎ毎の目標トルクカーブＣｖ（部分目標トルクＴｍ）に対するトルクＴの近接度合いを見取ることができる。
【００４３】
第一締め付け制御Ｓ１００では、操作レバー２６がＯＮされてからボルト１００が母材１０１に着座するまで（フリーラン状態）は、トルクＴが発生しない。そして、ボルト１００が母材１０１に着座した場合には、トルクＴが基準トルクＴ１より大きくなる（打撃数１）。
【００４４】
第二締め付け制御Ｓ２００では、前回の打撃強さＤｎ−１に対し、前回のトルクセンサ３０により検出されたトルクＴと、前回の打撃における部分目標トルクＴｍとの差にゲインＧを乗じたものを加算して打撃強さＤｎを算出し、打撃強さＤｎを、トルクＴが部分目標トルクＴｍに近づくような値に設定する制御を行っている。
【００４５】
例えば、打撃数３では、打撃数２においてトルクセンサ３０により検出されたトルクＴが、打撃数２の時の部分目標トルクＴｍよりも大幅に小さかったので、打撃数３における打撃強さＤを、打撃数２の時の打撃強さＤよりも大幅に増加させる制御を行っている。
【００４６】
一方、打撃数４では、打撃数３におけるトルクＴが打撃数３の時の部分目標トルクＴｍに近い値となっていたので、トルクＴが打撃数３における部分目標トルクＴｍと打撃数４における部分目標トルクＴｍとの差分程度上昇するように、打撃強さＤを、打撃数３の時の打撃強さＤよりも少し増加させている。
【００４７】
このように、打撃毎に、トルクＴが部分目標トルクＴｍに近づくように打撃強さＤを制御することで、トルクＴが目標トルクカーブＣｖに沿うようにインパクトレンチ１０によるボルト１００の締め付けが行われることとなっている。
【００４８】
インパクトレンチ１０及び締め付け制御Ｓ１０００の効果について説明する。
インパクトレンチ１０及び締め付け制御Ｓ１０００によれば、締め過ぎを発生させることなく短時間で締め付けを完了することができる。
【００４９】
すなわち、ボルト１００が母材１０１に着座するまでは、所定の打撃強さＤ１で主軸２４を回転させ、ボルト１００が母材１０１に着座してから締め付け完了までは、打撃数Ｎ毎にトルクＴが目標トルクカーブＣｖに近づくように打撃強さＤを変更して主軸２４を回転させるため、締め過ぎを発生させることなく締め付け時間を低減できる。
【符号の説明】
【００５０】
１０      インパクトレンチ
２３      電動モータ
２４      主軸
３０      トルクセンサ
５０      コントローラ
１００    ボルト
１０１    母材
１０２    母材
１０５    ナット
Ｄ        打撃強さ
Ｎ        打撃数
Ｔ        トルク
Ｔ１      基準トルク
Ｔｍ      部分目標トルク
Ｔｆ      最終目標トルク
【図１】
2014184515.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2014184515.tif 000006
【図５】
2014184515.tif 000007