(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各トルク衝撃中にねじ継手へ送られるトルク瞬時値をトルク衝撃伝達工具手段を介して測定することから構成される、前記トルク衝撃伝達工具手段を用いて加えられる一連のトルク衝撃で所定のトルク目標値まで締付けられるねじ継手の締付けを制御する方法において、
・各衝撃発生中に生ずるねじ継手の回転運動を前記伝達工具上の回転検出装置を介して検出する工程と、
・衝撃ごとにねじ継手の回転運動が停止する瞬間を検知する工程と、
・衝撃ごとにねじ継手の回転運動が停止する瞬間における負荷トルクの値を検知する工程と、
・衝撃ごとの回転運動の止まる瞬間に検知された前記負荷トルク値を前記トルク目標値と比較する工程と、
・回転運動が停止する時に検知された前記トルク値が前記トルク目標値に達すると同時に締付け工程を止める工程と
よりなることを特徴とするねじ継手の締付けを制御する方法。
【請求項２】
一連のトルク衝撃によって、ねじ継手を所望のトルク目標値まで締付けるトルク衝撃供給動力工具において、
回転モーターと、
回転モーターに接続された出力軸(13)と、
回転運動検出装置(24)と、
上記出力軸(13)から供給されるトルクに応じて信号を発生するトルク変換機(23)と、
上記回転運動検出装置(24)及び上記トルク変換機(23)に接続された制御ユニット(33)と
を有し、
上記制御ユニット(33)が、
所望のトルク目標値を供給する装置と、
上記回転運動検出装置(24)によって作動され、上記回転運動検出装置(24)が各供給衝撃時にねじ継手の回転運動の停止を検知した瞬間に、前記トルク変換機(23)によって検出される供給トルクの値と、前記トルク目標値とを比較するように構成した比較回路と、
上記比較回路に接続され、供給トルクの値と上記トルク目標値とが等しい時に上記回転モーターへの動力供給を停止するように構成したモーター動力遮断装置(35)と
を備えている
ことを特徴とするトルク衝撃供給動力工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数の連続したトルク衝撃を加えることによりねじ継手を締付ける方法及び装置に関するものである。一層特に、本発明は、衝撃締付け工程の制御及び品質検査を意図としかつ各加えられたトルク衝撃時にねじ継手における取付けトルクを決めることに基づいた方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この技術分野における従来技術の問題点は、取付けトルクの正確な測定及びそのような測定に基づくねじ継手における正確な最終締付けレベルを得ることが困難である点にある。この問題の背後にある理由の一つとしてはトルク衝撃工具に適した信頼できるトルク変換機がなく使用できないことにある。変換機の問題は今日では解決されているが、取付けトルク測定に関する精度の問題は依然として存在している。
【０００３】
従って、トルク衝撃工具を用いた従来のねじ継手締付け方法においては、例えば米国特許明細書第5,366,026号に開示されているように、締付け工具で供給されるトルクはねじ継手におけるプリテンションレベルを決めるために用いられる。締付け工程中における実際のトルクレベルは、常に、供給トルク衝撃のピーク値を測ることにより決められてきた。また締付け工程は、パルス毎に増加するピーク値をねじ継手における所望のテンションレベルに相応した予定の値と比較することによって制御されてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術の締付け制御方法には精度の点でなお問題がある。その理由の一つには、各供給衝撃で指示されたトルクのピーク値がねじ継手における真の実際のテンションレベルに正確に反映しないことにある。ねじ継手におけるトルク衝撃応用を通して検討すると、供給トルク衝撃のピークはトルクパルスの初めに生じること及びその後ねじ継手は別の角度距離にわたって回転し続けることが確立された。ねじ継手の回転が実際に止まると、トルクレベルは実際に指示ピーク値より実質的に低い。ねじのピッチを介してのねじ継手におけるテンションはねじの角変位に直接相応するので、ねじ継手が回転している限りテンションは増加する。
【０００５】
従って、上述の検討で分かったこととして、ねじ継手は、トルクピークの生じた後、さらにある角度距離にわたって締付けられ、またケースの大部分における実際のねじテンションは指示ピークレベルより相当低いトルクレベルに相応する。従って、指示ピークレベルは取付けトルクと同じではなく、ねじ継手におけるテンションを真に反映してない。従って、プロセス制御手段としては有用でない。
【０００６】
本発明の主目的は、ねじ継手における取付けトルクのより正確な測定値を得ることによってねじ継手の衝撃締付けの精度を改善することにある。
本発明の別の目的は、ねじ継手における取付けトルクを測定する新規の改良した方法を用いることによってねじ継手の締付け工程を制御する改良された方法を提供することにある。
本発明のなお別の目的は、ねじ継手の総角運動の測定と共に新規の方法による取付けトルク測定を用いてねじ継手締付け工程の最終結果を品質検査する改良された方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係るねじ継手の締付けを制御する方法は、各トルク衝撃中にねじ継手へ送られるトルク瞬時値をトルク衝撃伝達工具手段を介して測定することから構成される、前記トルク衝撃伝達工具手段を用いて加えられる一連のトルク衝撃で所定のトルク目標値まで締付けられるねじ継手の締付けを制御する方法において、各衝撃発生中に生ずるねじ継手の回転運動を前記伝達工具上の回転検出装置を介して検出する工程と、衝撃ごとにねじ継手の回転運動が停止する瞬間を検知する工程と、衝撃ごとにねじ継手の回転運動が停止する瞬間における負荷トルクの値を検知する工程と、衝撃ごとの回転運動の止まる瞬間に検知された前記負荷トルク値を前記トルク目標値と比較する工程と、回転運動が停止する時に検知された前記トルク値が前記トルク目標値に達すると同時に締付け工程を止める工程とよりなることを特徴としている。
【０００８】
第２の発明に係るトルク衝撃供給動力工具は、一連のトルク衝撃によって、ねじ継手を所望のトルク目標値まで締付けるトルク衝撃供給動力工具において、回転モーターと、回転モーターに接続された出力軸(13)と、回転運動検出装置(24)と、上記出力軸(13)から供給されるトルクに応じて信号を発生するトルク変換機(23)と、上記回転運動検出装置(24)及び上記トルク変換機(23)に接続された制御ユニット(33)とを有し、上記制御ユニット(33)が、所望のトルク目標値を供給する装置と、上記回転運動検出装置(24)によって作動され、上記回転運動検出装置(24)が各供給衝撃時にねじ継手の回転運動の停止を検知した瞬間に、前記トルク変換機(23)によって検出される供給トルクの値と、前記トルク目標値とを比較するように構成した比較回路と、上記比較回路に接続され、供給トルクの値と上記トルク目標値とが等しい時に上記回転モーターへの動力供給を停止するように構成したモーター動力遮断装置(35)とを備えていることを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の別の目的及び利点は添付図面を参照して本発明の好ましい実施例についての以下の詳細な説明から明らかとなろう。
図１に示したトルク衝撃工具は、銃型ハンドル１１を有するハウジング１０、ハウジング１０の内部に配置された流体力回転モータ（図示せず）、モータに接続された液圧衝撃発生装置１２、及び衝撃発生装置１２に連結された出力軸１３を備えている。出力軸１３には、ナットソケット等の付属品用の外側矩形端部１４が設けられている。ハンドル１１には、空気入口通路及び空気出口通路（図示せず）が、通常の方法で設けられており、さらに、圧縮空気導管連結部１７、排気空気用ディフレクター１８及びスロットル弁１６が設けられている。
【００１２】
出力軸１３は磁歪材料で形成されており、また、出力軸１３は凹部２０及び２１から成る二つの円周列を備え、これらの円周列が、コイル組立体２２と共に、トルク感知ユニット２３を形成している。このタイプのトルク感知ユニットは、例えば、上述の米国特許第５，３６６，０２６号を通して、本質的に既に公知のものであり、本発明を構成する要素ではない。
【００１３】
さらに、工具には磁器センサー型の回転検出装置２４が設けられている。この回転検出装置２４は、出力軸１３に固定されたリング要素２６と、ハウジング１０の前部２５に設けられた感知ユニット２７とを備えている。リング要素２６は、径方向歯２８が一定の間隔で配置された円周列を有する。感知ユニット２７はリング要素２６と正反対に配置されている。また、感知ユニット２７は、感知要素３０，３１を備え、これらの感知要素３０，３１は、歯２８に対するそれらの相対位置に応じた電気信号を発生するように配置されている。
【００１４】
回転検出装置２４によって、出力軸１３の角度変位量ψの情報を得ることが可能になる。この情報は、締付行程の最終結果の品質のチェックを行うために利用される。これにより、最終トルクの限界値及び総回転角度の限界値が締付行程の最後に測定された実際の取付トルク及び角度変位に対してチェックされる。
【００１５】
図２に示されるように、感知要素３０及び３１は、印刷回路基板２９上に一体的に設けられ、歯２８のピッチの４／５に等しい間隔で並べて配置されている。
このように、感知要素３０及び３１を間隔を開けて配置することにより、出力軸１３の角度変位が反映する信号の位相を９０゜ずらすことができる。これにより、出力軸１３の回転運動をより簡単に安全に測定することができる。代わりに、感知要素３０及び３１は歯のピッチの１／４、３／４、５／４又は７／４の間隔で設けてもよい。
【００１６】
回転検出装置は本質的に既に公知のもので、本発明を構成する要素ではない。
このタイプの装置は、商業的に入手可能であり、シーメンス・アクチエン・ゲゼルシャフト(Siemens AG)等の会社によって市場に提供されている。
【００１７】
トルク感知ユニット２３及び回転検出装置２４は、両方共、マルチコアケーブル３４を介して処理制御ユニット３３に接続されており、前記マルチコアケーブル３４は連結ユニット３２を介して工具に接続されている。制御ユニット３３は、ねじ継手の取付トルクの目標値、最終トルクの限界値及び総回転角度の限界値を設定する手段を備えている。また、制御ユニット３３は、実際のトルク値と設定された目標値とを比較するための比較回路と、実際のトルクが設定された目標値と等しくなった時にモータ動力を遮断するための回路とを備えている。
【００１８】
処理制御ユニット３３は動力供給ユニット３５に接続されており、この動力供給ユニット３５は、衝撃工具に接続された圧縮空気導管３６に組み込まれ、工具のモータへの空気の供給を制御する。動力供給ユニット３５は圧縮空気源Ｓに接続されている。
【００１９】
制御ユニット３３の電子部品及び回路構成部品は、動力工具を制御するために普通に用いられるタイプのものなので、詳細には説明しない。一度、所望の特別な機能上の特徴を明確にすれば、動力工具制御の技術分野における当業者に対して、制御ユニットを組み立てるための構成を説明する必要はない。発明は、繰り返しトルク衝撃によって、締め付けられるべきねじ継手における取付トルクを測定する方法として、かつ、トルク衝撃締付行程の制御及び監視を行う方法として、これらの機能上の特徴を明確にしている。
【００２０】
本発明による方法の機能上の特徴及びねじ継手に伝達される複数の連続トルク衝撃を含む締付行程の間の衝撃工具の作用は、図３（ａ）〜（ｃ）から図６（ａ）〜（ｃ）によって説明される。これらの図面には、実際の締付行程の間に得られた測定値がプロットされている。図面は、ねじ継手の回転運動を表す信号及びねじ継手に伝達されるトルクを表す測定値及び同じ締付行程の４つの異なる締付段階を表す４つの異なる衝撃中にねじ継手で得られる締付力又はテンション値を表す測定値を示している。
【００２１】
ねじ継手に伝達される衝撃の最初の一つが図３（ａ）〜（ｃ）に示されている。図３（ａ）には、感知要素３０，３１の一方によって得られる回転に関連する信号が示されており、図３（ｂ）には、感知要素３０，３１の他方によって得られる回転に関連する信号が示されている。図面では、回転信号は時間に関して示されており、波形形成曲線は、出力軸１３の回転運動によって感知要素３０，３１を連続歯２８が通過する時の磁気的影響を反映している。
【００２２】
これらの曲線を調べることによって、衝撃中にねじ継手の回転がどこで始まり、どこで終わるかを非常に簡単に測定することができる。曲線は左側から始まり真っ直ぐな水平線で示されている。これは、回転が始まる前の停止状態を表している。回転はψ0の位置で始まり、繰り返し波形で示されるように増加した後、ψrの位置で止まる。この瞬間は曲線の波形はその最大振幅に達していない。これは、図３（ｂ）に明瞭に示されている。図３（ａ）では、この回転の停止が曲線の屈曲点の一つで生じるので、回転が実際にどこで停止したかを確実に測定することは不可能である。感知要素３０，３１の位相を９０゜ずらすことで、二つの曲線を比較することによって回転停止の明瞭なしるしを得ることが常に可能になる。
【００２３】
出力軸１３は、停止位置ψIに達した後も完全に停止した状態にはならないことに注意すべきであり、これは、図３（ａ）及び（ｂ）において、曲線が停止位置の後に真っ直ぐな水平線にならないことで表されている。このため、出力軸１３の僅かな跳ね返り運動があるが、継手の停止位置に影響を及ぼさない。
【００２４】
上述のように、回転増加の終了時のねじ継手の位置は、ψIでマークされ、これは三つの図面、図３（ａ）〜（ｃ）全てにおいて一致する位置を持つ。図３（ｃ）に示されたグラフには、ねじ継手に加えられたトルクＭを表す信号と、ねじ継手における締付力、即ち、テンションＦを表す信号の両方が示されている。締付力Ｆはねじ継手に直接設けられたセンサから得られる。常に締付中のねじ継手における実際の締付力を測定するとしたら、取付トルクのより正確な測定を行う新しい方法が無意味になってしまうので、この配置は、実験的な目的の時のみ使用される。従って、締付力センサーは、各衝撃間のテンションの増加を図式的に得るためのみに使用され、特に、トルク／時間曲線を直接比較を図式的に得る時に使用される。
【００２５】
トルク曲線は、下方に向けて増加するトルクでプロットされ、テンション曲線は、上方に向けて増加する大きさで示される。図３（ｃ）のグラフの左側の矢印を参照。
【００２６】
図３（ｃ）におけるグラフから、ねじ継手の位置ψIは、トルクのピーク値Ｍpが検出される位置とは合致しない。代わりに、グラフは、ねじ継手が、トルクピーク値を検出した後、さらにある角度距離にわたって回転し続けることを示している。これは、ねじ継手がさらに増加した締付力を受けることを意味し、得られる締付力レベルは、トルクピークレベルＭpによって表されるトルク値よりずっと低いトルク値に対応していることを意味する。ねじ継手の停止位置に対応するトルクの大きさが取付トルクであり、ＭIで示される。
【００２７】
図３（ｃ）には、ねじ継手に供給されるトルク衝撃中の締付力Ｆの発達が示されている。図３のグラフには、締付力Ｆが、ねじ継手が回転し始めた時に増加し始め、点ψIによって示されるねじ継手が回転し終わるまで増加し続けることが明瞭に示されている。
【００２８】
締付工具のパワートレインにおける動的な力及び弾性のために、トルク／時間曲線に小さい波形、即ち、第２ロアピークが生じる。
【００２９】
図４（ａ）〜（ｃ）、図５（ａ）〜（ｃ）及び図６（ａ）〜（ｃ）には、ねじ継手の回転運動が反映した曲線及び、同じ締付行程中にねじ継手に加えられる三つの後のトルク衝撃中の検出トルク並びに検出締付力が示されている。これらの図面には、ねじ継手が締め付けられるにつれて、パルスが連続的に短くなっていることが明瞭に示されており、締付行程が最終締付状態に近づくにつれて、第２トルクピークがメイントルクピークに吸収される傾向にあることが明瞭に示されている。図６（ｃ）参照。
【００３０】
図３（ａ）〜（ｃ）、図４（ａ）〜（ｃ）、図５（ａ）〜（ｃ）、及び図６（ａ）〜（ｃ）に示された４つの異なるトルクパルスは、各々、ねじ継手の締付状態を測定するために予め用いられたメイントルクピーク値が、ねじ継手において得られる締付力に対応するトルク値を表していないことを明瞭に示している。各衝撃の回転停止位置ψIがトルクピーク点に近づいているとしても、ピークレベルＭpと取付トルクＭIとの間にはまだ実質的に差がある。図６（ｃ）参照。
【００３１】
本発明によれば、各衝撃のねじ継手回転停止点で検出される衝撃毎に増加する取付トルクＭIが、ねじ継手を所定のトルク目標レベルまで締め付ける時の測定のために用いられる。
さらに、図３（ｃ）、図４（ｃ）、図５（ｃ）及び図６（ｃ）に示されたグラフから、実際の取付力Ｆが、各衝撃の持続時間によって決められる角度間隔にわたって増加していることが分かる。従って、締付力Ｆは回転が開始される点ψ0から回転が停止する点ψIまで増加する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  動力源及び処理制御ユニットに接続された本発明によるトルク衝撃伝達工具の部分断面側面図を示している。
【図２】  図１の工具に設けられた回転検出及び角度測定装置の一部の概略拡大図である。
【図３】  （ａ）及び（ｂ）は、相対的に９０゜位相をずらして配置された二つの分離感知要素によって表される一つの分離衝撃の間の締付工具出力軸の回転運動を示すグラフである。（ｃ）は、一つの分離トルク衝撃の間に得られるテンション及びねじ継手へのトルク伝達を時間に関して説明するグラフである。
【図４】  （ａ）及び（ｂ）は、後の他の衝撃の間のねじ継手の回転運動を示す図３（ａ）及び（ｂ）と同様のグラフである。（ｃ）は、同じ締付行程間の後のトルク衝撃時の時間に対する実際のトルク及びテンションの変化を示す図３（ｃ）と同様のグラフである。
【図５】  （ａ）及び（ｂ）は、同じ締付行程間のさらに後の衝撃の間のねじ継手の回転運動を示す図３（ａ）及び（ｂ）と同様のグラフであり、（ｃ）は図５（ａ）及び（ｂ）に示した角度運動に関する衝撃の間の時間に対する実際のトルク及びテンションの変化を示している。
【図６】  （ａ）及び（ｂ）は、同じ締付行程間のさらに後の衝撃の間のねじ継手の回転運動を示す図３（ａ）及び（ｂ）と同様のグラフであり、（ｃ）は図６（ａ）及び（ｂ）に示した角度運動に関する衝撃の間の時間に対する実際のトルク及びテンションの変化を示している。
【符号の説明】
１０  ハウジング
１１  銃型ハンドル
１２  液圧衝撃発生装置
１３  出力軸
１４  外側矩形端部
１６  スロットル弁
１７  圧縮空気導管連結部
１８  排気空気ディフレクター
２０  凹部（円周列）
２１  凹部（円周列）
２２  コイル組立体
２３  トルク感知ユニット
２４  回転検出装置
２５  ハウジングの前部
２６  リング要素
２７  感知ユニット
２８  径方向歯
３２  連結ユニット
３３  処理制御ユニット
３４  マルチコアケーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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