(57)【要約】ネジ部品（２５）に伝わる一連のトルクパルスの各一つで、ネジ部品（２５）へ伝えるトルクの大きさを決定する方法及び装置が、回転子（２１）を具備したモーターと、モーター（２０）を出力シャフト（２４）に断続的に結合させるパルスユニット（２３）とを有する動力工具によって、繰り返しトルク衝撃をな時部品（２５）に加える。パルスユニット（２３）は、モーター（２０）によって加速され、且つその運動エネルギーを各トルク衝撃において、出力シャフト（２４）に、その運動エネルギーを送るために配置された、慣性駆動部材（２７）を備え、回転検出装置（３５、３８）が、慣性駆動部材（２７）の瞬間的な回転動作を示すために配置される。各衝撃発生に際、慣性駆動部材（２７）を遅れさせ、時間を関数として遅れの量を計算すると、慣性駆動部材（２７）及び慣性駆動部材（２７）と共に剛体ユニットを形成する工具の別の回転パーツの総慣性モーメントと、遅れ量との結果が、各衝撃においてネジ部品８２５）に送られるトルクの量を反映する。
2004522604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルク衝撃工具によって、ネジ部品に伝達される一連のトルク衝撃の各一回で、ネジ部品（２５）に送られるトルクの大きさを決定する方法であり、前記トルク衝撃工具が、回転子（２１）を具備したトルク伝達回転モーター（２０）と、ネジ部品（２５）に接続可能な出力シャフト（２４）と、前記モーター（２０）を前記出力シャフト（２４）に断続的に結合する衝撃ユニット（２３）を有し、前記衝撃ユニット（２３）が、前記モーター回転子（２１）に接続された慣性駆動部材（２７）を備えた方法において、
I）前記慣性駆動部材（２７）の減速度の大きさを、各衝撃発生状態の間に決定すること、
II）前記慣性駆動部材（２７）によってネジ部品（２５）に伝えられる動的トルクの大きさを、各衝撃発生状態の間に、前記の決定した減速度の大きさと、前記慣性駆動部材（２７）及び前記慣性駆動部材（２７）と共に剛体ユニットを形成する、衝撃工具のそれら回転パーツの総慣性モーメントとを、関数として計算すること、
III）ネジ部品（２５）に加えるトルクの大きさを、前記モーター（２０）によって伝えられるトルクと、前記慣性駆動部材（２７）及び前記慣性駆動部材（２７）と共に剛体ユニットを形成する、衝撃工具のそれら回転パーツの総慣性モーメントによって伝えられる動的トルクとの総計として、計算すること、
を特徴とする方法。
【請求項２】
前記減速度の大きさが、前記慣性駆動部材（２７）の時間単位ごとの角度変位を決定すること、及び前記慣性駆動部材（２７）の時間単位ごとの瞬間的な角速度の変化を計算することによって、決定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】
トルク衝撃工具によって、ネジ部品に伝えられる一連のトルク衝撃の各一回で、ネジ部品（２５）に伝えられるトルクの大きさを決定する方法であり、前記トルク衝撃工具が、回転子（２１）を具備したトルク伝達回転モーター（２０）と、ネジ部品（２５）に接続可能な出力シャフト（２４）と、前記モーター（２０）を前記出力シャフト（２４）に断続的に結合する衝撃ユニット（２３）を有し、前記衝撃ユニット（２３）が、前記モーター回転子（２１）に接続された慣性駆動部材（２７）を備えた方法において、
I）前記慣性駆動部材（２７）の角度変位を、各衝撃発生状態の間に検出すること、
II）前記駆動部材（２７）の瞬間的な角速度を、角衝撃発生状態の間に検出すること、
III）前記慣性駆動部材（２７）の減速度の大きさを、各衝撃発生状態の間に検出すること、
IV）前記慣性駆動部材（２７）によって、ネジ部品（２５）に伝えられる動的トルクの大きさを、各衝撃発生状態の間に、前記決定減速度の大きさと、前記慣性駆動部材（２７）及び、前記慣性駆動部材（２７）と共に剛性ユニットを形成する衝撃工具の回転パーツの総慣性モーメントを関数として、計算すること、
V）ネジ部品（２５）に伝えられるトルクの大きさを、前記モーター（２０）によって伝えられるトルクと、前記慣性駆動部材（２７）及び、前記慣性駆動部材（２７）と共に剛性ユニットを形成する衝撃工具の回転パーツの前記総慣性モーメントによって、伝えられる動的トルクとの総計として、計算すること、
を特徴とする方法。
【請求項４】
ハウジング（１０）と、回転子（２１）を具備したトルク伝達回転モーター（２０）と、ネジ部品（２５）に接続可能な出力シャフト（２４）と、前記モーター回転子を断続的に前記出力シャフト（２４）に結合する衝撃ユニット（２３）とを備え、前記衝撃ユニット（２３）が前記モーター回転子（２１）に固く接続された慣性駆動部材（２７）と、データ蓄積及び処理能力を有した制御ユニット（４０）とを備える、ネジ部品を締め付けるためのトルク衝撃伝達装置において、
回転検出装置（３５、３８）が、前記慣性駆動部材（２７）と前記ハウジング（１０）との間に備えられ、回転検出装置（３５、３８）が前記制御ユニット（４０）に接続され、且つ各衝撃発生状態の間に、前記慣性駆動部材（２７）の角変位に応じて、前記制御ユニット（４０）へ複数の信号を送るために配置されており、前記制御ユニット（４０）が、
I）各衝撃発生状態の間に、前記慣性駆動部材（２７）の減速度の大きさと、
II）各伝達トルク衝撃で、前記計算された減速度の大きさと、前記モーター回転子（２１）及び前記慣性駆動部材（２７）の総慣性モーメントを関数として、ネジ部品（２５）に伝わる動的トルク（２５）と、
III）前記決定した減速度の大きさで、前記モーター（２０）によって伝えられるトルクと、前記慣性駆動部材（２７）及び前記モーター回転子（２１）によって伝えられる動的トルクとの合計として、ネジ部品（２５）に伝わるトルクと、
を計算するために配置されること、
を特徴とする装置。
【請求項５】
前記回転検出装置（３５、３８）が、連続して磁化されたリング要素（３５）を備えて、その周縁に沿って均等に分配された多数の磁極（３６）を備え、前記リング要素（３５）が、前記慣性駆動部材（２７）に同軸配置して固く固定され、センサーユニット（３８）が、前記ハウジング（１０）に固定され、前記多数の磁極（３６）の通過と、前記リング要素（３５）及び前記慣性駆動部材（２７）の角度変位とに応答して、複数の信号パルスを送るために配置されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記制御ユニット（４０）が、前記ハウジング（１０）の内部に配置されることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝撃工具によって留め部品に送られる、多数の繰返しトルク衝撃の各一回で、ネジ部品に伝えられるトルクの大きさを決定する方法と、衝撃工具の回転部分の減速度の大きさを決定することによって、ネジ部品に伝わるトルクを決定する手段を具備し、繰返しトルク衝撃によって、ネジ部品を締める装置とに関連するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、衝撃工具によって送られる各トルク衝撃において、衝撃工具の出力シャフトに角度検知手段及び／またはトルク変換機を使用することなく、ネジ部品に伝えられるトルクの大きさを決定するため、信頼性があり非常にシンプルな技術を提供する問題を解決することを目的としている。
【０００３】
例えば米国特許明細書US 6,134,973には、トルク変換機と角度エンコーダーの両方を備える出力シャフトを設けた衝撃工具が記載されている。それらのトルク及び角度検知手段は、信号を制御ユニットへ送り、そこでトルクの大きさが、各衝撃の回転動作のちょうど最後で決定されており、それは角度センサーが回転動作の表示にのみ使用されることを意味している。ネジ部品が回転を止めた瞬間、加えるトルクがトルク変換機によって測定される。
【０００４】
本質的にこの既知の技術における欠点は、トルク変換機が複雑であることで、それは出力シャフトが磁気ひずみ材料から作られて、工具ハウジングに取り付けられた電気コイルによって囲まれる、特別な表面パターンを有する部分を備えているからである。更に、このトルク検知装置は角度検知装置と共に、出力シャフトの長手部分、すなわち工具全体に付け加えられている。この既知の装置の更なる欠点は、角度センサーからひずみのない信号を得ることが困難であることで、それはシャフトと部品との間の緩いソケット接続が、常に出力シャフトの不均一な動作を生じさせる傾向があるからである。衝撃締付の間の出力シャフトの段階的な動作が非常に短く、それにより信号に応答して正確な角度を得ることが困難である。
【０００５】
米国特許明細書US 5,567,886には、工具停止を目的とした流体圧作動トルク検出装置と、モーター回転子の後端部に取り付けられた角度検知装置とを有した、衝撃工具が記載されている。従来技術の文献に記載されたネジ部品締付技術は、“グリーンウインドウ（green window）”技術を基にした、結果チェックステップと組み合わせた、トルク制御締付工程を基本にしている。これは締付工程の最後で得られた各信号とトルクが、OK信号と非OK信号を得るために予定した制限値に関して、チェックされることを意味している。
【０００６】
その明細書に記載されている技術は、流体圧衝撃ユニットの影響力を拡大したピストンロッド組立体を基にしており、衝撃ユニットに生じる圧力ピークに応答して、モーターの後端部で、センサービームを作動させることが欠点である。このタイプのトルク検知装置に関する問題は、流体圧衝撃ユニットの影響力を拡大した可動要素の周囲にあるシールが、完全な漏れ防止を得ることが困難であることである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の主な目的は、上記で説明した従来技術の問題を避けた方法で、部品に加えるトルクを決定する技術を実行することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
各衝撃の間に部品に伝わるトルクが、二つの部分、すなわちモーターによって送られる連続作動駆動トルクと、例えば衝撃ユニットの慣性駆動部材などの工具の回転量の減速中に生じる動的トルクとから成る。工具の回転量の減少によって生じる、動的トルクが伝達トルクの優勢な部分である。
【０００９】
伝達トルクは公式によって表すことできる；
M(t)＝CＪ・ψ″(t)＋Mm(t)；
ここで
M(t)は時間を関数とした伝達トルクであり、
CＪは、慣性駆動部材と、慣性駆動部材と共に剛体ユニットを形成する工具のそれら回転部分の総計の慣性モーメントを含んだ定数であり、
ψ″(t)は、時間を関数とした回転部分の減速度であり、
M(t)は、時間を関数として、モーターにより伝えられるトルクである。
【発明の効果】
【００１０】
モーターの出力トルクが、相対的に低く、加わるトルクに現実的な影響がないので、最も重要な要因は、減速度の大きさと、慣性駆動部材及び駆動部材に固く接続された動力工具のそれら回転部分との総計の慣性モーメントに依存する、動的トルクである。モーター回転子が慣性駆動部材に固く接続されているとすれば、総計の慣性モーメントは通常、慣性駆動部材の慣性モーメントと、モーター回転子の慣性モーメントとによって形成される。総計の慣性モーメントの大きさが、実際の動力工具の設計に関連している。減速度は、時間φ″(t)を関数として表され、各衝撃発生状態の間で決定される。減速度の大きさが高くなると、動的トルクが高くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明によるトルク伝達装置の好ましい実施例を、添付図面を参照して以下に記載する。
【実施例】
【００１２】
図１に概略低に図示されたトルク伝達衝撃工具は、ハンドル１１を具備したハウジング１０と、スロットル弁１２と、加圧空気入口接続部１３と、排出空気出口１４とを備えている。図２に示されているように、工具は更に、回転子２１及び固定シリンダー２２を具備した空気圧翼モーター２０と、ナットソケット２６を介してネジ部品２５に接続する出力シャフト２４を具備した、トルク衝撃発生パルスユニット２３とを備えている。
【００１３】
パルスユニット２３は、モーター回転子２１に固く接続され、且つ作動液チャンバ２９を収容した、円筒形の慣性駆動部材２７から成っている。チャンバ２９は、前端壁３０によって部分的に画定され、且つ衝撃発生機構を収容しており、衝撃発生機構はトルクをモーター２０から出力シャフト２４へ、断続的に送るために配置されている。その端部で出力シャフト２４が、衝撃発生機構からトルク衝撃を受けるため、作動液チャンバ２９の中に延びる後端部分３４を形成している。チャンバは、出力シャフト２４にある横ボア３３において、二つの作動ボール３２ａ、３２ｂによって往復運動させられる、二つの対向ピストン３１ａ、３１ｂを備えている。ボール３２ａ、３２ｂが図示されていないカム表面を、駆動部材２７の内部円筒形表面で、嵌め合わせる。ピストン３１ａ、３１ｂは、それらの間で、ボア３３内にトルク衝撃を発生させる高圧チャンバを形成している。
【００１４】
このタイプのパルスユニットは、以前に例えば米国特許明細書US 5,092,410に記載されており、それは本発明の一部分を形成しないので、更に詳しくは記載しない。
【００１５】
回転動作を検出し、且つトルク伝達工具の回転パーツの減速度の大きさを計算できるようにするため、慣性駆動部材２７が、樹脂製材料のリング要素３５を備えており、リング要素３５は、リング要素３５の周辺にかけて等しく分配された磁極を表す多数の並行バンド３６で、磁化される。図３ａを参照のこと。図２に示されているように、リング要素３５は、二つのネジ３７によって慣性駆動部材２７に固定されて、慣性駆動部材２７と共に剛体ユニットを形成しており、それはリング要素３５の慣性モーメントが、工具の回転パーツの総慣性モーメントに加わることを意味している。
【００１６】
更に角度エンコーダーは、固定センサーユニット３８を備えており、それは回路基盤３９に配置され、且つセンサーユニット３８を通ってリング要素３５の磁気バンド３６は移動すると、慣性駆動部材の回転を検出するために配置されている。回路基盤３９は、モーター２０に接続された動力供給手段も収容した、工具ハウジング１０に固定されている。センサーユニット３８は、磁気バンド３６を通る数に応答して、信号を送信するために配置されており、外部制御ユニット４０が、センサーユニット３８に接続されている。制御ユニット４０は、センサーユニット３８から受信した信号からと、工具に関連した定数として、総慣性モーメント値とから、回転パーツの減速度の大きさを決定するための、計算手段を具備している。
【００１７】
センサーユニット３８は、並行に配置され且つリング要素３５上で複数の磁気バンド３６の空間から一定の距離で互いに間隔を空けて配置された、多数の長い検知ループ４２を備えて、センサーユニット３８から状態遅れ信号を得る。この状態遅れによって、慣性部材２７が回転している方向を決定可能である。
【００１８】
上記の角度エンコーダーは、それ自体で本発明のどの部分も形成していないが、その目的のため多数の多少は適切な装置から選択されている。しかし上記角度エンコーダーは、それが強固な設計を有し、且つ非常に良好な角度分解能を提供するので、特にこの応用に適している。それは商業的に、米国にある企業Ａｄｍｏｔｅｃ(Advanced Motion Technologies)によるシリーズ EK 622 エンコーダーキットとして利用可能である。
【００１９】
動作の際、出力シャフト２４がネジ部品２５に、ナットソケット２６を介して接続され、モーター２０に作動加圧空気が供給され、駆動トルクをパルスユニット２３へ伝達する。ネジ部品２５からのトルク抵抗が、一定レベルの下である限り、パルスユニット２３が、何ら衝撃を発生させることなく、連続モータートルクを直接出力シャフト２４へ伝える。ネジ部品２５が、好ましくは徐々に止められて、トルク抵抗がその一定レベルの上に増えると、パルスユニット２３が始動して連続モータートルクを衝撃に変換する。これは、慣性駆動部材２７が、ほぼフル回転する間に繰り返し加速させられて、状態を早める間に得られる運動エネルギーを、衝撃機構２３によって出力シャフト２１へ伝達することを意味している。この運動エネルギーにより伝えられるトルクは、モーター２０によって伝えられる連続トルクよりも数倍になり、ネジ部品２５の段階的な締め付けを行う。
【００２０】
ネジ部品２５に伝えられる運動エネルギーは、減速度の大きさと工具の回転パーツの総慣性モーメントの結果であり、すなわち駆動部材２７とそれら他のパーツが、モーター回転子２１とリング要素３５のように、駆動部材２７と剛体ユニットを形成する。この総慣性モーメントは、実際の工具設計に関して一定であり、一度だけ決定することができ、減速度の大きさは、実際にネジ部品２５へ伝えられるトルクにより変化する。磁化リング要素３５と動作検出センサーユニット３８によって、回転パーツの動作を検出することにより、回転パーツの減速度の大きさ並びに回転速度が計算され得、ゆえに計算された減速度の大きさと、工具の回転パーツの総慣性モーメントを使用して、ネジ部品２５に送られるトルクが、決定され得る。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明の実施例は、記載例に限定されないが、請求項の範囲内で自由に変えることができる。例えば慣性駆動部材の回転動作、速度及び減速度を決定するための手段を、適切で充分な信号を正確に得ることを条件に、自由に選択できる。慣性駆動部材に直接取り付けられた加速度計を使用することが、可能であり得る。
【００２２】
本発明は、空気圧モーターを備えた実施例に限定されているが、電動モーターを具備した実施例にも関連し得る。しかし、そのような実施例において、電動モーターは慣性駆動部材に固く接続されていない。瞬間的に静止と、モーター駆動システムにおける望ましくない電流ピークを防止するため、弾力的に撓むカップリングを通常はモーターと慣性駆動部材との間に組み込まれる。
【００２３】
これはモーター回転子の慣性モーメントが、総慣性モーメントのどの部分も形成せず、衝撃発生プロセスにおいて、いかなる本質的な部分も担わないことを意味している。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明によるトルク衝撃工具の部分的に断面を示した側面図。
【図２】ネジ部品と接続した際の本発明によるトルク衝撃工具を介した長手断面の概略図。
【図３ａ】図１における工具の回転検出装置の一部分を形成するリング要素の斜視図。
【図３ｂ】回転検出装置の一部分を形成するセンサーユニットの斜視図。
【国際公開パンフレット】
2004522604.tif 000003
2004522604.tif 000004
2004522604.tif 000005
2004522604.tif 000006
2004522604.tif 000007
2004522604.tif 000008
2004522604.tif 000009
2004522604.tif 000010
2004522604.tif 000011
2004522604.tif 000012
2004522604.tif 000013
2004522604.tif 000014
2004522604.tif 000015
2004522604.tif 000016
2004522604.tif 000017
【国際調査報告】
2004522604.tif 000018
2004522604.tif 000019