(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランニングダウン状態及びテンションをかけた状態を通して継手を回転させ、継手の回転中に継手内の瞬間トルク抵抗を感知し、所望のプレテンションレベルに達した時に回転を停止する方法から成る手持ち型パワーナットランナによって所望のプレテンションレベルまでネジ継手を締め付ける方法において、
前記テンションをかけた状態中、継手内の単位時間当たりの瞬間トルク抵抗増加量を測定し、
各種継手間の回転角度当たりのトルク抵抗増加量の違いに関係なく全ての継手に対してナットランナ・ハンドル内に同じ反力特性を得られるようにナットランナの回転速度を前記測定された単位時間当たりの瞬間トルク増加量に基づいて連続的に調整する
ことを特徴とするねじ継手の締め付け方法。
【請求項２】
モータ、
モータに駆動的に連結され締付けるべきねじ継手に連結可能な出力軸、
モータに連結された電力供給手段、及び前記電力供給手段に連結され、かつトルク及び回転感知手段（ＴＳＵ）を有するプログラム可能な制御手段（ＰＣＵ）を備えた請求項１に限定された方法に従ってねじ継手を締付けるパワーナットランナにおいて、
前記制御手段（ＰＣＵ）が、単位時間当たりの瞬間トルク増加量を測定する手段と、
測定した単位時間当たりの瞬間トルク増加量及びプログラム可能な制御手段（ＰＣＵ）に記憶された単位時間当たりの所望のトルク増加量とに基づいてナットランナ出力軸の回転速度を連続的に調整する手段と
を備えていることを特徴とする締め付け装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、手持ち型パワーナットランナーにおける人間工学的特徴すなわち反力特性を特に考慮したねじ継手の締付け方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術の構成の説明例えばアングル型のパワーナットランナーを用いて作業する際には、作業者は主として締付け作業中にツールハウジングやハンドルに伝わる反力に晒されるために相当いらいらさせられる傾向がある。
従来の研究では、作業者にとって不快なこと、すなわち反力に耐えようと努力することは作業者の実際の作業姿勢及び扱われる反力の特性に関係していることが確立されている。重要なファクタとしては力の発生及び消滅の大きさ、持続時間及び速度がある。
また、これらの研究において、作業者の腕と共にナットランナーはある一定の共振振動数をもつ減衰質量・ばね系のような反力衝撃に応動することも示された。従って、共振振動数に対する反力衝撃の持続時間はナットランナーのハンドルにおける合成振幅及び作業者の不快感を決めることになる。
ナットランナー・作業者の腕系の共振振動数、即ち、システムピリオドは、作業者の物理的な性格と実際の作業姿勢との両方に依存する。言い換えれば、システムピリオドは反力衝撃に耐え得る作業者の能力に関係する。特定の者やある一定の作業姿勢では、作業者の不快感の目安となる合成振幅は反力衝撃の持続時間に関係している。経験から示すと、代表的なナットランナー・作業者反作用吸収系には種々の持続時間の半正弦波励振力が作用する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明による方法及び装置は次の点を可能にさせることにある。
(1) 加えるトルク、締付け率（堅固さ）、作業姿勢（直立、前傾、仰向け等）を考慮して特定の締付け作業に対して平均的な作業者にとって最も相応しい値に、反力衝撃を調整すること、
(2) 締付けの堅固さが変動するので反力衝撃を適合性をもって維持すること；
(3) 反力衝撃特性を変更して異なった作業者が組立てラインで同じ作業を行うことができるように容易に再調整できるようにすること。
図１及び図２に示すように、システムピリオドの１／４の持続時間をもつ短い反力衝撃（力F1）では、作業者の腕は僅かな振幅で動くだけである。これは、図２に見られるように、反作用エネルギが主にナットランナー自体の慣性及びある程度は作業者の腕の慣性によって吸収されることによる。このような短い反力衝撃は堅固な継手すなわちトルク・回転特性が急激な継手の締付け時に発生される。
図１及び図２にはまた、システムピリオド全体に等しい持続時間の長い反力衝撃（力F3）では、穏やかな反作用振幅が生じることを示している。発生及び消滅が比較的ゆっくりしたこの長い反力衝撃では、系の慣性は反力衝撃吸収には影響しない。それどころか、作業者はナットランナーに筋力を加えて反力に耐えるように随時用意しておくことができる。これは、いわゆるソフト継手すなわちトルク発生・回転特性の低い継手を締付ける場合である。
しかしながら、締付けられる継手が中間ソフト特性（力F2）をもっている場合には、系の慣性は衝撃の吸収に僅かに影響を及ぼし、作業者はナットランナーのハンドルに素早く十分に加えることができない。むしろ作業者の反応は遅く、反力衝撃でその状態からはずれ、それにより作業者の腕の歪みは増幅され、そして繰り返されると、作業者にとってはいやな不快感となる。図２参照。
作業者は自分の持っている工具が「ノーキック(no kick)」、「キック(kick)」、「スムーズ(smooth)」または、「ロングプル(long pull)」のように挙動することに振り回される傾向にある。
以下に、これらの挙動について詳細に説明する。
「ノーキック」は、トルク衝撃が非常に短いので反力衝撃が感じられない時の工具の挙動を意味している。
「キック」は、反力衝撃の持続時間が0.1〜0.3秒の時の工具の挙動を意味している。この挙動は、作業者にとつては対応するのにはあまりも速くしかも急すぎる。従って、「キック」時の衝撃は作業者を物理的に緊張させる。
「スムーズ」は、反力衝撃時間が1.5〜２秒の時の工具の挙動を意味している。
「ロングプル」は、比較的衝撃持続時間が長い挙動であり、この場合、手動のレンチを使用して締め付けを行う時の力に、より等しい力が必要とされる。
最も快適な作業をもたらす衝撃持続時間はトルクレベル、作業者の対応時間実際の作業姿勢等のようなファクタに依存して0.3〜1.0秒の範囲であることが見出された。上記の反力衝撃時間の例は極普通のねじ継手寸法：M8〜M10の場合に関連している。上記の原理は小さい継手及び大きい継手の両方に対して適用できるが、好ましくは衝撃時間は可変にされる。作業者に対する別の不快ファクタは締付けられるべき継手の反力衝撃特性にバラツキが生じることである。異なる特性の反力衝撃に対する用意をしておくことは困難でありかつ煩わしいことである。
本発明の主要な目的は、手持ち型パワーナットランナーによってねじ継手を締付ける改良された方法を提供することにあり、この方法は、トルク率すなわち回転角当りのトルク抵抗増加量の違いに関係なくすべての継手に等しい特性を不快反力衝撃に対して与えるめやすをつけることから成る。
【０００４】
【実施例】
以下添付図面を参照して本発明の好ましい実施例について説明する。
図３に示すように、出力制御型電気駆動モータを備えたパワー・ナットランナ(power nutrunners)を用いる従来のネジ継手の締付けは、一定の速度ｎ１によって行われていた。これは、堅い継手（ａ）に対して、ナットランナにおける反動トルクに加えて継手内のトルク抵抗が、初期の非常に低いランニングダウントルクから所定のプレテンションレベルにおける最終トルクまで非常に早い速度で増加することを意味している。ナットランナのハンドル内の合成反力衝撃は非常に短い持続時間を有する。
それに対して、同じ方法によって締付けられた柔らかい継手（ｂ）の場合は、反動トルクがゆっくり増加し、従って反力衝撃の持続時間が長くなる。
【０００５】
図１及び図２に示すように、ナットランナのハンドルの合成振幅及び作業者の不快感は反力衝撃に従って変化する。実際に作業者を不快にする反力衝撃は、両方の継手（ａ）及び（ｂ）からの反力衝撃であるか、又はその一方である。
本質的な不快感である反力衝撃長の変動を避けるために、かつ人間工学の見地から最も好適な特性を有する一定の反力衝撃長を得るために、本発明は、締付け行程のテンションをかけた状態中に、単位時間当たりの瞬間トルク抵抗増加量を測定することから成る。
同時に、この実際の単位時間当たりのトルク抵抗増加量は、全てのテンションをかけた状態中に、プログラミングされた制御ユニット内に記憶された所定の値と比較され、かつナットランナの回転速度は、ナットランナのハンドル内の反力衝撃における所望の特性を得るために、単位時間当たりの実際のトルク増加量に連続的に適合される。
この方法によって、反力衝撃の特性は、ある継手から他のものまで、回転角、言い換えればトルク率当たりのトルク増加量の違いに関係なく、全ての継手に対して同じになる。
【０００６】
図４では、本発明に関する方法が、図３と同じ２つの継手（ａ）及び（ｂ）に適応して示されている。初期ランニングダウン状態は、ナットランナによって図３に示した従来の方法と実質的に同じ速度ｎ１で継手を回転させることによって持続される。
プレテンション状態になると、ナットランナの回転速度は継手（ａ）の場合は速度レベルｎ２まで、継手（ｂ）の場合は速度レベルｎ３まで下げられる。前記実施例においては、ｎ３はｎ２の約３倍であり、結果として両方の継手のプレテンション状態中に、単位時間当たりに同じトルク増加量生じさせ、言い換えればトルク／時間カーブの同じ傾斜を生じさせる。また、同じ所定のプリテンションレベルを持つ継手では、ナットランナのハンドル内の反力衝撃の持続時間も同じになる。
反力衝撃の特性又はパターンをさらに改良するために、制御手段が、単位時間当たりのトルク増加量の瞬間第２導関数(instantaneous second derivative)を測定し、かつナットランナの回転速度を調節し、プリテンション状態の始めと終わりの両方で、単位作用時間当たりのトルク増加量の連続的な第２導関数を得るようにプログラムされる。
反力衝撃特性を改良するための他の手段は、実際の、即ちメインの反力衝撃がスタートする前に反力増加を変更する小型演算手段を設けることである。反力衝撃を変更することによって、小型演算手段は反力を中和する力をナットランナのハンドルに加えるようにする。
【０００７】
所望のプレテンションレベルに達し、かつナットランナが回転を停止した後、ナットランナの出力トルクをゼロまで徐々に減少させることで、さらにもっと、反力衝撃は負荷変更に反して作業者の能力に適応される。
本発明に関するねじ継手プリテンション方法のこれらの付加的特徴は両方とも図５に示されている。締付けられた継手は、図３に示した継手（ｂ）のような低いトルク率を有するように装われる。
図５に示した行程は、時間ｔ１から回転速度ｎ１でそのランニングダウン状態をスタートする。時間ｔ２で回転速度は実質的にｎ２まで減少される。この速度ｎ２は、継手内でトルク抵抗が増加し始めるにつれて、反力衝撃を変更する演算子を発生するために充分に高い速度である。時間ｔ３では、メインプリテンション状態が、回転速度ｎ３でスタートする。この速度ｎ３は、単位時間当たりの所望の反力増加量を得るために、上述のように適合される。時間ｔ４で所望のプレテンションレベルに達すると、ナットランナトルク出力は低下され、それによって、継手は回転を停止する。その後、ナットランナからのトルク出力は、ゼロまで徐々に低下させられ、時間ｔ５に達する。それによって、作業者はさらなる不快感に起因する瞬間的な反力の消滅にはさらされない。
【０００８】
図６に示した装置は、ブラッシュレスＡＣモータを備え、電力供給ユニットＰＵに接続された角度付きナットランナを備えている。電力供給ユニットＰＵは、プログラムされたパワー制御ユニットＰＣＵに記憶されたデータと一致する可変振幅及び周波数のＡＣ電力を送るように構成されている。パワー制御ユニットＰＣＵはスイッチングユニットＳＷＵからの実際の電力出力に応じて信号を発生するトルク感知ユニットＴＳＵに接続されている。周期制御ユニットＣＣＵは電力供給ユニットに接続されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  種々反力持続時間において作業者に及ぼされる反力を示したグラフである。
【図２】  種々反力持続時間において作業者に及ぼされる反力を示したグラフである。
【図３】  堅い継手及び柔らかい継手を従来の締付け方法で締付けた時の特性を示すグラフであり、図中（ａ）は堅い継手の時の特性を、（ｂ）は柔らかい継手の時の特性を各々示している。
【図４】  堅い継手及び柔らかい継手を本発明に関する締付け方法で締付けた時の特性を示すグラフであり、図中（ａ）は堅い継手の時の特性を、（ｂ）は柔らかい継手の時の特性を各々示している。
【図５】  本発明に関する締付け方法のさらに洗練された実施例の特性を示すグラフである。
【図６】  本発明に関する締付け方法を実施するための装置のブロック図である。
【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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