(57)【要約】【解決手段】ねじを回転させるためのパワースクリュードライバ（１０）は、容積式ポンプ（２６）を有し、且つ定義された流量を供給する油圧部（２５）によって供給される。油圧ライン（２８）内の圧力は圧力センサ（３２）によって測定され、制御部（３１）に与えられる。油圧部（２５）の体積流量は、単位時間毎の量で決定される。油圧シリンダの充填容量が分かっているため、単位時間毎のピストンストロークを決定することができる。ピストンが、可動部を回転させるレバーシステムに作用する。レバーの長さが分かっているため、単位時間毎の回転角を決定することができる。これにより角度測定装置が不要となり、単に圧力を測定するだけで回転角を決定することが可能になる。
2007532331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧ピストン／シリンダドライブ（１１）及びラチェット（１５ａ、１７）を用いた、回転可能な部品の角度制御された回転方法において、
作業操作の前に、ピストン／シリンダドライブに供給される定義された体積流量での回転角と回転時間との関係として角速度が決定され、次の作業操作では、前記ピストン／シリンダドライブに定義された体積流量が供給され、その期間が測定され、回転角モード（ＤＷＭ）にて、前記期間及び角速度から回転角が決定されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記回転角モード（ＤＷＭ）が行われる前に、トルクモード（ＤＭＭ）が行われ、前記回転部品が、アセンブリトルク（ＭF ）に達するまで回転され、前記ピストン／シリンダドライブに、定義された体積流量が供給され、前記トルクモードは、前記ピストン／シリンダドライブにおける圧力増加が前記アセンブリトルク（ＭF ）に相当する値に達したとき停止されることを特徴とする請求項１に記載の方法
【請求項３】
前記ピストン／シリンダドライブの未負荷時に基本的特性（ＧＫＬ）が決定され、前記基本的特性は、圧力（ｐ）の時間的経過を示し、前記ピストン／シリンダドライブ（１１）の阻止によって生じた上昇区間（３８）を有し、また、現在の作業操作における圧力の時間的経過の上昇（ｐ’３）が、前記基本的特性（ＧＫＬ）の上昇区間（３８）の上昇と等しい場合に、前記ピストン／シリンダドライブ（１１）の反転が実行されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記回転角モード（ＤＷＭ）にて、前記期間は、少なくとも２つのピストンストロークについて測定されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
ピストンストロークの終わりに、前記期間の測定値が記憶され、次のピストンストロークの初期値として受け付けられることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ピストン／シリンダドライブ及びラチェットを用いた、部品の角度制御された回転方法、特に、油圧式パワーレンチを操作する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
国際公開第０３／０１３７９７号パンフレットは、ピストン／シリンダ部を設けた油圧式パワーレンチがねじを数ストロークで締める間欠的なねじ締め操作の制御方法について記述している。ねじ締め操作は、所定のアセンブリトルクに達するまで有効なトルクモードと、アセンブリトルクから開始し、ねじが所定の角度更に回転される回転角モードとに分割される。パワーレンチにはトルクセンサと回転角センサとが装備されている。このようなセンサに更なる努力が示された結果、特定タイプのパワーレンチを用いた場合のみこの方法は実現可能である。
【特許文献１】国際公開第０３／０１３７９７号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、角度センサを必要とせず、従って単純な方法で特定のピストン／シリンダドライブに限定することなく実行できる、回転可能な部品の角度制御された回転方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の油圧ピストン／シリンダドライブ及びラチェットを用いた、回転可能な部品の角度制御された回転方法は、請求項１の特徴を備える。
【０００５】
本発明によれば、作業操作の前に、リニアドライブに供給される、定義された体積流量についての回転角と回転時間との関係として角速度が決定される。その後、作業操作中、期間を測定しながら、定義された体積流量がリニアドライブに供給される。回転角モードにて、この期間と角速度とから回転角が決定される。
【０００６】
回転角モードに関するこの方法を実現するために、センサ及び測定装置のいずれも機械回転装置に設ける必要はない。測定されるのは、単に、定義された体積流量で供給される油圧流体の供給期間である。そのため、角度回転の測定を時間測定に変えることができる。
【０００７】
ピストン／シリンダドライブに供給される定義された体積流量を決める操作では、作業操作の前に、この体積流量について「単位時間毎の回転角」が決定される。この単位時間毎の回転角は、回転角の測定によって実験的に決定されるか、あるいは算出によっても決定できる。この算出は、油圧シリンダの充填容量、ピストン／シリンダドライブに供給された定義された体積流量、及び回転可能な部品を回転させるレバーシステムのレバーの長さから単位時間毎の回転角を算出することにより実施される。無論、相互的値、つまり「回転角毎の時間」を決定することも可能である。いずれの場合においても、時間測定が実施され、時間測定が所望の角度範囲の網羅を示すと回転が停止する。所望の回転角を操作開始前に設定することも可能である。設定値と実値との比較を使用して、所望の回転角に達した後、この操作をオフに切り換えることができる。
【０００８】
定義された体積流量は、例えばギアポンプのような容積式ポンプ又は容量ポンプを含む油圧集合体によって生成することができる。容量ポンプは、ポンプの回転速度に比例する体積流量を供給する。所望の体積流量は、ポンプの回転速度を制御することにより得られる。
【０００９】
最も簡単な場合では、定義された体積流量は一定の体積流量である。これは、所定の時間プログラムに応じて、あるいは、測定された例えば油圧式媒体の圧力によって変更することができる。
【００１０】
本発明の好ましい開発では、回転角モードの前に、ピストン／シリンダドライブに定義された体積流量を供給しながら、アセンブリトルクに達するまで回転可能部品が回転されるトルクモードが実施される。トルクモードは、ピストン／シリンダドライブにおける圧力増加が、アセンブリトルクに対応する値に達すると終了する。このトルクが、ピストン／シリンダドライブに供給する油圧式システム内の圧力を使用して測定される。この圧力は、トルク測定に使用できるよう、回転される部品の断面係数に比例して増加する。しかし、トルク測定は、ピストン／シリンダドライブが停止部と接した時点で最早使用することができない。そこで、駆動手段を反転に切り替えて、ピストンが戻りストロークを行うようにしなければならない。
【００１１】
本発明の好ましい開発では、ピストン／シリンダドライブの未負荷時に基本的特性が決定され、この特性は、圧力の時間的経過を示し、ピストン／シリンダドライブの阻止によって生じる上昇部分を有する。現在の作業操作における圧力の時間的経過の傾斜が基本的特性の上昇部分の傾斜と一致すると、ピストン／シリンダ部が反転される。一般に、１つのピストンストロークの終了時におけるピストンの阻止が、圧力の急速な上昇に基づいて検出される。これが起こると、ピストンの戻りストロークが開始され、その後次のピストンストロークが開始する。やはりここでも、油圧測定だけ必要である。圧力センサは必要ではない。
【００１２】
回転角モードでは、少なくとも２つのピストンストロークにわたって期間を測定できる。本発明の好ましい実施形態では、１つのピストンストロークの終了時に、期間の測定値が記憶され、次のピストンストロークの初期値として受け付けられる。そのため、網羅された回転角が累積され、回転を停止すべき所望の回転角が高精度で決定される。
【００１３】
以下は、図面を参照した本発明の実施形態の詳細な記述である。これらの説明は、本発明の保護範囲の限定として解釈されるべきではない。むしろこれは、特許請求の範囲及びその均等物によって定義される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１、図２は、パワーレンチ１０を概略的に示す。パワーレンチ１０は、油圧シリンダ１２とピストン１３とを内部に移動可能に設けた油圧ピストン／シリンダドライブ１１を備えている。このピストンはピストンロッド１４と接続しており、ピストンロッドの端部は、ラチェットホイール１７の歯と係合する戻り止め１５ａを有するレバー１５と係合する。ラチェットホイール１７は、管状部材１８の一部であり、回転させるソケットレンチ又はねじ頭を挿入するためのソケット１９を設けている。ピストン１３が往復移動することで管状部材１８が回転され、管状部材１８と共にねじも回転される。環状部材１８は、ピストン／シリンダドライブ１１をも収容するハウジング２０内に支持される。
【００１５】
図１に示す油圧集合体２５によってピストン／シリンダドライブ１１に圧力が供給され、油圧集合体２５は、例えばギアポンプのような容積式ポンプ２６、速度制御同期モータ及びタンクを有する。油圧集合体２５は圧力ライン２８及び戻りライン２９と接続している。これら２本のラインは、制御弁３０を介してピストン／シリンダドライブ１１と接続している。制御弁３０を切り換えることで、ピストン１３を前方又は後方に移動することができる。
【００１６】
制御装置３１は、油圧集合体１６と制御弁３０とを制御するために設けられている。制御装置３１は、モータのための可変駆動周波数を生成する周波数変換器を有する。これにより、制御装置３１がポンプ１７の速度を決定する。このポンプ速度によって、圧力ライン２８に供給される体積流量Ｑが決定される。
【００１７】
圧力ライン２８には、圧力ライン内の油圧ｐを測定する圧力センサ３２が設けられている。圧力センサはライン３３を介して制御装置３１と接続している。
【００１８】
制御装置３１には図３に示す油圧式システムの基本的特性ＧＫＬがあり、所与の体積流量（又は所与のポンプ速度）に対する時間ｔの関数として圧力ｐを示す。この曲線は、他の体積流量又はポンプ速度に対しても対応してシフト可能である。
【００１９】
基本的特性ＧＫＬは、同一の集合体及びホースからのそれぞれの油圧回路について記録された。基本的特性はピストン１３のアイドルストローク中に一定の体積流量にて得られる。まず、摩擦を克服するために、区間３５において圧力が短期間増加する。次に、アイドルストローク中の圧力が一定である区間３６が続く。ポイント３７においてピストンが阻止されるので停止に達して、その後、区間３８において圧力が直線的に増加する。最大圧力Ｐmax に達すると、圧力センサ３２における圧力がゼロに降下する間、戻りストロークが行われる。区間３８は上昇区間である。時間における２つのモーメント間の圧力勾配ｐ’＝ｄｐ／ｄｔが測定され、制御装置３１に記憶される。
【００２０】
図４は、合計４つのピストンストロークＫＨ１〜ＫＨ４よりなるパワーレンチの作業操作を図示する。圧力センサ３２の圧力曲線ｐが時間ｔにわたって示されている。ピストンストロークＫＨ１は、図３の区間３５に対応する開始区間４０を有する。その後、ねじが回転されるが高い負荷モーメントは生成されない区間４２が続く。ポイント４３において、ピストン１３が前部停止部と接する。その結果、区間４４に示されるより急激な圧力増加が生じる。ねじ締め操作の間、区間４２における圧力変化が間をおいて測定されることにより勾配ｄｐ／ｄｔが決定する。この勾配が図３中の値ｐ’よりも小さい場合には、まだ阻止状態に達していない、つまりねじはまだ回転中である。区間４２における勾配を基本的特性ＧＫＬの勾配ｐ’と比較することで、阻止状態に達したか否かが決定される。
【００２１】
区間４４では阻止状態に達して、次に、ピストンの戻りストロークが生じる区間４５が続く。その後、次のピストンストロークＫＨ２が続く。
【００２２】
ピストンストロークＫＨ２における開始区間４０は先行のピストンストロークにおける開始区間４０よりも長く、すなわち、この開始区間４０は、ＫＨ１中にポイント４４にて達したトルクに再び達するまで続く。その後に、ねじが回転抵抗に対して回転される区間４２が開始する。
【００２３】
ピストンが阻止されていない限り、圧力センサ３２にて測定された圧力ｐはねじに作用しているトルクと一致する。これにより、アセンブリトルクＭＦ と一致する圧力値が決定される。例えば図４のポイント４６にてこの圧力に達すると、トルクが監視されるトルクモードＤＭＭから、定義された角度範囲にわたって回転する回転角モードＤＷＭに推移し、この推移は、ねじ締め操作が中断されることなく起こる。回転角モードＤＷＭの開始時に時間測定が開始される。これは、図４の均一な間隔０〜６で示される。
【００２４】
この時間測定は以下の概念に基づいている。集合体の体積流量は単位時間毎の体積として決定される。油圧シリンダの充填量が分かっているため、単位時間毎のピストン移動を決定することができる。ピストンがレバーシステムに作用することで、ねじが回転される。レバーの長さが分かっているため、単位時間毎の回転角を決定することができる。同一の体積流量、同一のホースの長さ及び同一のパワーレンチであると仮定すると、１°（角度数）についての時間を定義することができる。例えば、この時間は１°につき６４ミリ秒である。ねじ回転中にこの時間が経過すると、角度数がそれぞれ算出され、それまで適用されていた角度数に追加される。図４の０〜８と符号付けされた間隔は各々１つの角度数に相当する。
【００２５】
ピストンストロークＫＨ２の終わり、つまりポイント４３では、１つの間隔の６４ミリ秒一部分のみが経過している。戻りストロークが行われる前に、それぞれのカウンタ値が記憶される。この時点で間隔２は中断され、また、圧力ｐがピストンストロークＫＨ２の有効部分が終了したレベルと同一レベルに達した次のピストンストロークＫＨ３のポイント４８で継続される。これにより、間隔２はその後ポイント４８から最終値まで算出される。その後、間隔３が開始し、次に間隔４、５、６が続く。更に間隔６がまた、ピストンストロークＫＨ３の有効部分の終了により中断され、圧力が対応する高レベルにまで増加すると、次のピストンストロークＫＨ＄の間に限り継続される。これにより、アセンブリトルクＭF の到達後に経過しなければならない時間間隔の数を定義することができる。この数は、所望の回転角範囲に対応する。
【００２６】
図４は、パワーレンチがねじと再び係合するため、また、先行のピストンストロークが終了したモーメントを超えるために到達しなければならない区間４０の勾配ｐ’１＝ｄｐ／ｄｔを示している。その後、ねじが締められる区間４２では上昇が減少し、この減少が、ピストンの阻止状態に達し、図３中の勾配ｐ’と等しい勾配ｐ’３が得られるまで継続する。
【００２７】
上述のねじ締め方法では、ねじは、測定した圧力ｐからトルクを決定することによってアセンブリトルクＭF に達するまで締められ、最終的には、決定された回転角に達するまで更に回転される。ねじ締め操作の開始前に、アセンブリトルクと回転角とが手動入力される。これらの値は、ねじ締め操作のための設定値である。
【００２８】
本発明による回転角方法は、先行のトルクモードなしで、つまり純粋な角回転として実施することも可能である。更に、これはねじ締め操作に限定されるものではない。むしろ、パイプ及びロッドをねじれ抵抗に対して油圧回転させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ねじを回転させるための油圧集合体とパワーレンチとを備えたねじ締め装置の略図的な実施形態を示す図である。
【図２】ピストン／シリンダドライブを含むパワーレンチの略図である。
【図３】圧力集合体、接続ホース、ピストン／シリンダドライブを備える油圧式システムの基本的特性の一例を示す図である。
【図４】数ピストンストロークから成る作業操作の時間的経過を示す図である。
【図１】
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【図２】
2007532331.tif 000004
【図３】
2007532331.tif 000005
【図４】
2007532331.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成17年9月13日(2005.9.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧ピストン／シリンダドライブ（１１）及びラチェット（１５ａ、１７）を用いた、回転可能な部品の角度制御された回転方法であり、作業操作の前に、ピストン／シリンダドライブに供給される定義された体積流量での回転角と回転時間との関係として角速度が決定され、次の作業操作では、前記ピストン／シリンダドライブに定義された体積流量が供給され、その期間が測定され、回転角モード（ＤＷＭ）にて、前記期間及び角速度から回転角が決定される方法において、
前記回転角モード（ＤＷＭ）が行われる前に、トルクモード（ＤＭＭ）が行われ、前記回転部品が、アセンブリトルク（ＭF ）に達するまで回転され、前記ピストン／シリンダドライブに、定義された体積流量が供給され、前記トルクモードは、前記ピストン／シリンダドライブにおける圧力増加が前記アセンブリトルク（ＭF ）に相当する値に達したとき停止されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ピストン／シリンダドライブの未負荷時に基本的特性（ＧＫＬ）が決定され、前記基本的特性は、圧力（ｐ）の時間的経過を示し、前記ピストン／シリンダドライブ（１１）の阻止によって生じた上昇区間（３８）を有し、また、現在の作業操作における圧力の時間的経過の上昇（ｐ’３）が、前記基本的特性（ＧＫＬ）の上昇区間（３８）の上昇と等しい場合に、前記ピストン／シリンダドライブ（１１）の反転が実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記回転角モード（ＤＷＭ）にて、前記期間は、少なくとも２つのピストンストロークについて測定されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ピストンストロークの終わりに、前記期間の測定値が記憶され、次のピストンストロークの初期値として受け付けられることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
国際公開第０３／０１３７９７号パンフレットは、ピストン／シリンダ部を設けた油圧式パワーレンチがねじを数ストロークで締める間欠的なねじ締め操作の制御方法について記述している。ねじ締め操作は、所定のアセンブリトルクに達するまで有効なトルクモードと、アセンブリトルクから開始し、ねじが所定の角度更に回転される回転角モードとに分割される。パワーレンチにはトルクセンサと回転角センサとが装備されている。このようなセンサに更なる努力が示された結果、特定タイプのパワーレンチを用いた場合のみこの方法は実現可能である。
請求項１の前提部分が開始する方法は米国特許第５６６８３２８号明細書より公知である。ここでは、油圧式パワーレンチの角度変数は回転角を決定するために使用される。この方法は、流量が一定であり、そのため供給される全体の体積流量が時間に比例すると仮定している。パワーレンチの回転角は時間測定によって決定される。そのため、対応する角度センサを設ける必要がなくなる。
【特許文献１】国際公開第０３／０１３７９７号パンフレット
【特許文献２】独国特許発明第１９８１３９００号明細書
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
独国特許発明第１９８１３９００号明細書は、ねじをスムーズに、様々なねじ接続の部品がぴったりとはめ合うアセンブリポイントに達するまで制御を行わずに締める方法について記述している。その後、数ストロークの内に増加したねじ締め角度が測定され、それぞれのストロークの期間が累積される。アセンブリポイント到達がどのように決定されるかについて詳細な記述はない。これは、スムーズな駆動からより高い負荷への推移を検出し、これをアセンブリポイントとして定義することで実行できる。
本発明の目的は、回転角の測定の開始が明確に定義される、回転可能な部品の角度制御された回転方法を提供することである。
また、本発明の目的は、角度センサを必要とせず、従って単純な方法で特定のピストン／シリンダドライブに限定することなく実行できる、回転可能な部品の角度制御された回転方法を提供することである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
回転角モードの前に、ピストン／シリンダドライブに定義された体積流量を供給しながら、アセンブリトルクに対応する決定可能な圧力値に達するまで回転可能部品が回転されるトルクモードが実施される。
トルクモードは、ピストン／シリンダドライブにおける圧力増加が、アセンブリトルクに対応する値に達すると終了する。このトルクが、ピストン／シリンダドライブに供給する油圧式システム内の圧力を使用して測定される。この圧力は、トルク測定に使用できるよう、回転される部品の断面係数に比例して増加する。しかし、トルク測定は、ピストン／シリンダドライブが停止部と接した時点で最早使用することができない。そこで、駆動手段を反転に切り替えて、ピストンが戻りストロークを行うようにしなければならない。
【国際調査報告】
2007532331.tif 000007
2007532331.tif 000008
2007532331.tif 000009
2007532331.tif 000010
2007532331.tif 000011
2007532331.tif 000012