(57)【要約】【課題】回転締付装置を用いた被締付具の締付を高速かつ高精度に行う。【解決手段】締付を開始時には、回転締付装置を大きな駆動エネルギーで駆動することで、高速な締付を行う。しかし、締付トルクが駆動エネルギー切替トルクＴｅに達した時点で、駆動エネルギーを抑制する。これにより、締付トルクがカットオフトルクＴｃに達して駆動エネルギーを遮断してからの締付トルクのオーバーシュートを小さなものにすることが可能となり、最終トルクを目標締付トルクＴｔに近くなるよう制御することが可能となる。【選択図】　　　　図３
2004082303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
締付部に供給される締付エネルギーの大きさを制御する制御部と、
締付トルクを測定するトルク計を備え、
被締付具を回転させて、目標締付トルクで締付ける回転締付装置であって、
締付トルクが目標締付トルク以下の所定値に達した後は、それ以前よりも締付エネルギーを小さくして締付を行う回転締付装置。
【請求項２】
締付部に供給される締付エネルギーの大きさを制御する制御部と、
締付時間を測定する時計を備え、
被締付具を回転させて、目標締付時間締付ける回転締付装置であって、
締付時間が目標締付時間以下の所定値に達した後は、それ以前よりも締付エネルギーを小さくして締付を行う回転締付装置。
【請求項３】
締付部に供給される締付エネルギーの大きさを制御する制御部と、
締付回転角度を計測する手段を備え、
被締付具を回転させて、目標締付回転角度締付ける回転締付装置であって、
締付回転角度が目標締付回転角度以下の所定値に達した後は、それ以前よりも締付エネルギーを小さくして締付を行う回転締付装置。
【請求項４】
回転締付装置はインパクトレンチであることを特徴とする
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転締付装置。
【請求項５】
回転締付装置はナットランナーであることを特徴とする
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転締付装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転締付装置、特に安定した締付を行う回転締付装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ナットやボルト等の被締付具の締付は、一般に、インパクトレンチやナットランナーなどの回転締付装置によって行われる。特に、エアモータや電気モータなどによって駆動される回転締め付け装置は、効率良く被締付具の締付を行うことが可能であり、機械生産等の分野において広く用いられている。
【０００３】
インパクトレンチは、エアモータや電気モータが出力する回転エネルギーを一旦内部に蓄えた後、不連続なパルス状の締付エネルギーとして解放して、被締付具を締付ける装置である。従来のエアインパクトレンチに加え、最近では、オイルパルス機構を用いたオイルパルスレンチと呼ばれるインパクトレンチも普及している。これに対し、ナットランナーは、エアモータや電気モータの回転のエネルギー出力を、連続的にナットやボルト等の被締付具に伝え、締付を行う装置である。また、ナットランナーと同様の原理で動作し、ボルトの締付を専門に行うドライバも回転締付装置のひとつとして挙げられる。
【０００４】
こうした回転締付装置を用いた被締付具の締付では、まず、被締付具を負荷がかかる着座位置と呼ばれる位置まで回転させ、そこから被締付具の変形を利用した締付が行われる。締付の目安としては、被締付具の弾性に起因する軸力を適切な大きさとすることが望ましいが、一般に軸力の測定は難しいため、締付トルク、締付時間、あるいは締付回転角度等がしばしば目標値として用いられる。
【０００５】
しかし、締付を迅速に行う場合には、これらの目標値に的確に締付けることは難しい。この主な原因は、回転締付装置のもつ慣性のために、装置を駆動する駆動エネルギーの供給を停止してからも締付が進行することにある。そして、この締付の進行の予測は困難であるため、最終値は目標値からバラつきをもって外れてしまうことになる。
【０００６】
一例として、オイルパルスレンチを用いて、目標締付トルクを目指して締付を行う様子を説明する。図４は、オイルパルスレンチの軸に作用する締付トルクの時間変化を示す模式図である。作業者は、図示しない前段階において被締付具の着座を確認した後、オイルパルスレンチに締付の実施指令を出す。これにより、被締付具の締付が進行し、同時に、図示したように締付トルクも増大する。正確には、オイルパルスレンチの場合、締付トルクの増加は階段状であるが、ここでは模式的に直線で示してある。やがて、締付トルクがカットオフトルクＴｃに達した時点で、オイルパルスレンチを駆動するエネルギーが遮断される。しかし、駆動エネルギーの遮断後にも、慣性のために若干の締付エネルギーが解放されるため、締付トルクも若干増大する。このオーバーシュートの予測は困難であるため、最終的な締付トルクは、一般に、目標締付トルクＴｔからは不規則に外れたものになる。特に、オイルパルスレンチのようなインパクトレンチでは、この傾向が見られる。
【０００７】
従来は、この問題を解決するために、駆動エネルギーを小さく、従って締付エネルギーを小さくする手段が取られてきた。図５は、これにより、締付トルクの上昇が約半分になった場合の模式図である。この場合には、締付トルクがカットオフトルクＴｃに達して駆動エネルギーが遮断された後、締付トルクはあまりオーバーシュートしていない。このため、オーバーシュートのバラつきも小さくなり、最終トルクを目標締付トルクＴｔに近づけることが可能となる。しかしながら、上述のように、駆動エネルギーの供給を小さくすることで、駆動エネルギー遮断後の余剰な締付エネルギー出力を抑制した場合には、締付完了までに要する時間が長くなる。例えば、図４の例の締付時間ｔ１に比べ、図５の例の締付時間ｔ２は約２倍になっており、作業時間の冗長を招いてしまっている。
【０００８】
なお、駆動エネルギーを制御する方法については、特開２０００−３２６２５０公報に記載されている。ここには、ナットランナーの締付終了時間のバラツキを抑えるために、作業が遅いときはモータの回転数（駆動エネルギー）を上げ、作業が早いときはモータの回転数を下げる方法が記されている。しかし、この方法では、駆動エネルギーを遮断した後のバラツキを制御することはできない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、締付完了までの所要時間を不要に延ばすことなく、目標値と最終値との乖離を抑制することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の回転締付装置は、締付部に供給される締付エネルギーの大きさを制御する制御部と、締付トルクを測定するトルク計を備え、被締付具を回転させて、目標締付トルクで締付ける回転締付装置であって、締付トルクが目標締付トルク以下の所定値に達した後は、それ以前よりも締付エネルギーを小さくして締付を行う。
【００１１】
また、本発明の回転締付装置は、締付部に供給される締付エネルギーの大きさを制御する制御部と、締付時間を測定する時計を備え、被締付具を回転させて、目標締付時間締付ける回転締付装置であって、締付時間が目標締付時間以下の所定値に達した後は、それ以前よりも締付エネルギーを小さくして締付を行うことができる。
【００１２】
また、本発明の回転締付装置は、締付部に供給される締付エネルギーの大きさを制御する制御部と、締付回転角度を計測する手段を備え、被締付具を回転させて、目標締付回転角度締付ける回転締付装置であって、締付回転角度が目標締付回転角度以下の所定値に達した後は、それ以前よりも締付エネルギーを小さくして締付を行うことができる。
【００１３】
また、本発明の回転締付装置は、インパクトレンチであってもよい。
【００１４】
また、本発明の回転締付装置は、ナットランナーであってもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を、図面を用いて説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態の構成を、オイルパルスレンチに適用した概略図である。オイルパルスレンチ１０は、締付を実行する本体部１２と、本体部１２を駆動する駆動エネルギーの制御部１４とに分けることができる。この分類は、その機能の違いに基づくものであり、実際には制御部１４を本体部１２上に設けてもよいし、両者を物理的に分離してもよい。本体部１２には、駆動エネルギーをモータによって連続的な回転エネルギーに変換する駆動用モータ部１６と、駆動用モータ部１６が出力するエネルギーを一旦内部に蓄え、不連続なパルス型の締付エネルギーとして解放するオイルパルスユニット部１８が設けられている。そして、このパルス状に出力される締付エネルギーは、軸２０に伝えられ、さらに軸２０の先端の締付部２１を通じて被締付具に伝えられる。この締付の過程をトルクの観点から見ると、軸２０は、オイルパルス１８からトルクを受け、締付部２１を通じて被締付具に伝達していると言える。この軸２０に作用するトルクは締付トルクと呼ばれ、軸２０に設置したトルク計２２によって測定することができる。締付トルクは、締付が進行するにつれて大きくなる。
【００１７】
トルク計２２の出力は、ケーブル２４ａを通じて、制御部１４内の信号処理部２６に渡されて処理され、さらにデータの記憶と演算を行う記憶・演算部２８へと送られる。記憶・演算部２８は、液晶ディスプレー等を備えた表示部３０、入力キー等を備えた入出力指示部３２、及びモータの入力電力量等を指示するモータ制御部３４と接続されている。入出力指示部３２からは、後で述べる駆動エネルギーの制御のために、駆動エネルギー切替トルクＴｅ、カットオフトルクＴｃ、目標締付トルクＴｔが入力される。カットオフトルクＴｃは目標締付トルクＴｔよりも小さく、駆動エネルギー切替トルクＴｅはカットオフトルクＴｃよりも小さい。記憶・演算部２８は、これらの入力値を記憶するとともに、モータ制御部３４に適切な制御内容を指示する。例えば、締付作業中においては、信号処理部２６から送られたトルク値をこれらの所定のトルク値と比較し、駆動エネルギーの制御の方法を算出する。モータ制御部３４は、この指令に従い具体的に入力電力を調節し、ケーブル２４ｂによって接続された駆動用モータ部１６を制御する。表示部３０は、この一連の過程の実行内容を逐次表示して、作業者に知らせる。なお、制御部１４には、ここで述べた駆動エネルギーの制御以外の機能を持たせることも可能であり、例えば複数の異なる被締付具の締付制御を行うこともできる。
【００１８】
次に、図２のフローチャートを用いて、被締付具の締付について説明する。まず、作業者は、被締付具を着座位置に設置する作業を行う（Ｓ１）。ここで、着座とは被締付具の弾性を利用した締付を始める時点を指しており、着座までは小さなエネルギー（トルク）で被締付具を回転させることができる。締付トルクの値などにより着座が確認されると、記憶・演算部２８は、モータ制御部３４に対し駆動用モータ部１６を駆動する駆動エネルギーを増大させるよう指示し、締付を開始させる（Ｓ２）。締付の最中には、トルク計２２は締付トルクを常時測定しており、そのトルク値と駆動エネルギー切替トルクＴｅとの比較が記憶・演算部２８において頻繁に実行される（Ｓ３）。そして、締付トルク値が駆動エネルギー切替トルクＴｅに達すると、記憶・演算部２８は、モータ制御部３４に駆動エネルギーを減少させるように指示し、この結果、駆動用モータ部１６を経由して伝達される締付エネルギーは小さくなる（Ｓ４）。この段階では、記憶・演算部２８は、締付トルク値をカットオフトルクＴｃと比較する。そして、カットオフトルクＴｃに達した段階で、モータ制御部３４に駆動エネルギーの遮断を指示し、駆動用モータ部１６の運動を停止させる（Ｓ６）。さらに、駆動用モータ部１６の運動が停止した段階で、締付トルクを目標締付トルクＴｔと比較し、その差が所定の上下限公差内にあるかが計算される（Ｓ７）。公差内にある場合には、締付は終了し、公差外にある場合には、表示部３０に締付失敗の旨の表示がなされ、再度の締付が行われる。
【００１９】
図３は、ここで述べた過程における締付トルクの時間変化の様子を示した模式図である。締付トルクは、着座完了時のトルクから始まり、時間に対しほぼ線形的に増大していく。この様子は、従来例に示したものと同様である。しかし、本実施形態では、駆動エネルギー切替トルクＴｃに達した時点で、駆動エネルギーが抑制される。このため、締付エネルギーも抑制され、したがって締付トルクの上昇幅は、図示した例においてはそれまでの半分になっている。締付トルクがカットオフトルクに達した時点で、駆動エネルギーの供給が停止される。しかし、その後に解放される余剰の締付エネルギーのために、締付トルクは停止までの間、従来例で説明したように若干のオーバーシュートを示す。しかし、その大きさは、従来例に比べて小さいため、最終トルクを目標締付トルクＴｔと近い値に制御できている。また、この作業に要した時間ｔ３は、駆動エネルギー切替トルクＴｃの設定値を適切に選びさえすれば、図５に示した従来例のｔ２よりも十分小さく、図４に示した従来例のｔ１に近い値をしめしている。すなわち、これにより、締付時間を不要に延ばすことなく、安定した締付を実現できることがわかる。図３に図示した例では、駆動エネルギー切替トルクＴｃ　　は目標締付トルクＴｔ　　の２／３程度の大きさにしてある。この割合は被締の強さ等にも依存するが、１／２程度より大きくすれば、締付時間短縮の十分な効果が得られるだろう。
【００２０】
ここで示した締付トルクに基づく制御と同様にして、締付時間や締付回転角度に基づく制御を行うことも可能である。その場合には、トルク計２２の代わりに、締付時間を計測する時計や、回転角度を測定する計測手段の出力を信号処理部２６に入力して、同様の制御を行えばよい。例えば、締付時間に基づく制御を行う場合には、締付エネルギーを所定の値とした際に、所定の締付時間が経過した時点でエネルギーを小さくし、さらに所定の時間だけ締付を行うようにすれば良い。締付の終了は、トルク計２２の測定結果を基に判断することも可能である。同様にして、締付回転角度に基づく制御の場合には、所定の締付回転角度だけ回転した時点で、締付に用いるエネルギーを小さくすれば良い。この場合にも、締付の終了は、締付回転角度によって決定しても良いし、トルク計２２の測定結果に基づいて決定することもできる。
【００２１】
また、ここで示したオイルパルスレンチの代わりに、一般のインパクトレンチを用いて同様の制御を行えるだけでなく、ナットランナーなどの連続的に締付を行う回転締付装置を用いて同様の制御を行うことも可能である。
【００２２】
なお、上に示した実施形態においては、駆動エネルギーの大きさの切替は一段階だけとしたが、もちろん複数の駆動エネルギー切替トルクを設け、その値に達する毎に駆動エネルギーを段階的に抑制しても良い。また、駆動エネルギーの抑制を一瞬にして行うのではなく、時間とともに徐々に減らすこともできる。
【００２３】
さらに、駆動用モータ部１６を駆動する駆動エネルギーの代わりに、駆動用モータ部１６が出力するエネルギーを締付部２１に伝達するまでの過程に対して制御を行うことで、締付エネルギーの大きさを切り替えることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の構成の概略を示す図である。
【図２】本実施形態の制御の概略を示すフローチャートである。
【図３】本実施形態における締付トルクの時間変化を示す図である。
【図４】従来例における締付トルクの時間変化を示す図である。
【図５】別の従来例における締付トルクの時間変化を示す図である。
【符号の説明】１０　オイルパルスレンチ、１２　本体部、１４　制御部、１６　駆動用モータ部、１８　オイルパルスユニット部、２０　軸、２１　締付部、２２　トルク計、２６　信号処理部、２８　記憶・演算部、３４　モータ制御部。
【図１】
2004082303.tif 000003
【図２】
2004082303.tif 000004
【図３】
2004082303.tif 000005
【図４】
2004082303.tif 000006
【図５】
2004082303.tif 000007