打撃式締め付け工具
【課題】ネジを確実に締め付けることができる打撃式締め付け工具を提供する。
【解決手段】エアモータ２３（もしくは電動モータ）と、該エアモータ２３からの回転トルクが変換されたパルス状の打撃トルクが付与されて回転する主軸２４とを備え、該主軸２４の回転により、ネジ１００の締め付けを行うインパクトレンチ１０であって、ネジ１００の締め付けトルクＴを検出するトルクセンサ３０と、前記主軸２４の回転角度を検出する角度センサ４０と、ネジ１００の締め付け完了を判断するコントローラ５０と、を具備し、前記コントローラ５０は、前記締め付けトルクＴと、主軸の回転角度の増加度合いを示す回転角度の増加分ΔＲと、に基づいて、ネジの締め付け完了を判断する。
【解決手段】エアモータ２３（もしくは電動モータ）と、該エアモータ２３からの回転トルクが変換されたパルス状の打撃トルクが付与されて回転する主軸２４とを備え、該主軸２４の回転により、ネジ１００の締め付けを行うインパクトレンチ１０であって、ネジ１００の締め付けトルクＴを検出するトルクセンサ３０と、前記主軸２４の回転角度を検出する角度センサ４０と、ネジ１００の締め付け完了を判断するコントローラ５０と、を具備し、前記コントローラ５０は、前記締め付けトルクＴと、主軸の回転角度の増加度合いを示す回転角度の増加分ΔＲと、に基づいて、ネジの締め付け完了を判断する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネジ等を締め付ける打撃式締め付け工具の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ボルトやナット等のネジの締め付けを行う打撃式締め付け工具としてのインパクトレンチは公知である。インパクトレンチは、パルス状のトルクを主軸に付与し、主軸の回転によりネジの締め付けを行う。特許文献１は、トルクセンサと、角度センサと、を備え、トルクセンサおよび角度センサにより検出した基準トルク範囲および基準回転角度範囲に基づいて、ネジの締め付け完了を判断するインパクトレンチを開示している。
【０００３】
しかし、締結する母材同士の位置がずれている、あるいは、ネジと母材との隙間に異物が混入している場合には、ボルトが母材に正常に着座していない状態等の締め付けが緩い状態であっても、トルクセンサにより検出したトルクの大きさが、一時的に所定の大きさの基準トルク範囲に到達することがある。つまり、特許文献１に代表されるインパクトレンチでは、ネジの締め付けが緩い状態であってもネジの締め付け完了として判断する場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１１３１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする課題は、ネジを確実に締め付けることができる打撃式締め付け工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
即ち、請求項１においては、回転駆動源と、該回転駆動源からの回転トルクが変換されたパルス状の打撃トルクが付与されて回転する主軸と、を備え、該主軸の回転により、ネジの締め付けを行う打撃式締め付け工具であって、ネジの締め付けトルクを検出するトルク検出手段と、前記主軸の回転角度を検出する角度検出手段と、ネジの締め付け完了を判断する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記トルク検出手段により検出した締め付けトルクと、前記角度検出手段により検出した主軸の回転角度の増加度合いと、に基づいて、ネジの締め付け完了を判断するものである。
【０００８】
請求項２においては、請求項１記載の打撃式締め付け工具であって、前記制御手段は、現在の打撃トルクによる主軸の回転角度と前回の打撃トルクによる主軸の回転角度との差を、回転角度の増加度合いを示す回転角度増加分として算出し、前記トルク検出手段により検出した締め付けトルクが所定値以上となった時に、前記回転角度増加分が所定値以下であれば、ネジの締め付け完了と判断するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の打撃式締め付け工具および打撃式締め付け工具によれば、ネジを確実に締め付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係るインパクトレンチの構成を示す一部断面図。
【図２】同じくインパクトレンチの制御構成を示すブロック図。
【図３】（Ａ）打撃数とトルクとの関係を示すグラフ図、（Ｂ）打撃数と回転角度との関係を示すグラフ図。
【図４】インパクトレンチによる締め付け制御の流れを示すフロー図。
【図５】本発明の実施形態の効果をインパクトレンチの回転角度と締め付けトルクとの関係によって示すグラフ図。
【図６】本発明の実施形態の効果をインパクトレンチの回転角度と締め付けトルクとの関係によって示す別のグラフ図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１および図２を用いて、打撃式締め付け工具としてのインパクトレンチ１０について説明する。
図１に示すように、インパクトレンチ１０は、例えば母材１０１と母材１０２とを、ネジ１００とナット１０５とで締結する際に、ネジ１００を締め付けるために用いられる工具である。インパクトレンチ１０は、ツール本体２０と、制御手段としてのコントローラ５０と（図２参照）、を具備している。ツール本体２０は、ハウジング２２内に、回転駆動源としてのエアモータ２３と、主軸２４と、打撃トルク発生装置２８とを具備して構成されおり、ハウジング２２には把持部２２ａが形成されている。なお、エアモータ２３は電動モータであっても良い。
【００１２】
エアモータ２３は、高圧空気により回転トルクを発生させるロータ２５を具備している。主軸２４は、ツール本体２０における出力軸であり、ハウジング２２に回転可能に支持されている。主軸２４の先端部２４ａは、ハウジング２２から突出し、アタッチメント６０を介してネジ１００に対して係合する部分である。打撃トルク発生装置２８は、エアモータ２３からの連続的な回転トルクをパルス状の打撃トルクに変換する装置である。打撃トルク発生装置２８により変換されたパルス状の打撃トルクは主軸２４に伝達され、主軸２４を回転駆動する。
【００１３】
ハウジング２２の把持部２２ａには、操作レバー２６と、メインバルブ２７とが備えられている。操作レバー２６は、メインバルブ２７と連動しており、ロータ２５に対する高圧空気の供給および停止の操作を行うものである。メインバルブ２７は、ロータ２５へ高圧空気の供給および停止を行うものである。
【００１４】
このような構成とすることで、エアモータ２３からの連続的な回転トルクが、主軸２４に対するパルス状の打撃トルクに変換され、打撃トルクはアタッチメント６０を介してネジ１００を締め付けることができる。つまり、打撃トルク発生装置２８から伝達された打撃トルクにより主軸２４が回転駆動され、この主軸２４の回転駆動力により、アタッチメント６０を介して主軸２４に接続されたネジ１００が締め付けられる。
【００１５】
ツール本体２０は、締め付けトルク検出手段としてのトルクセンサ３０と、回転角度検出手段としての角度センサ４０と、を具備している。トルクセンサ３０は、ネジ１００の締め付けトルクを検出するセンサである。トルクセンサ３０は、ハウジング２２内に設けられ、主軸２４の所定の部分を周回するように配設される励磁コイル３１と検出コイル３２とを備える磁歪式センサとして構成されている。
【００１６】
角度センサ４０は、主軸２４の回転角度を検出するセンサである。角度センサ４０は、ハウジング２２内に設けられ、主軸２４の所定の部分に設けられるロータ鉄心４１と、ロータ鉄心４１を周回するように設けられるステータ鉄心４２と、ステータ鉄心４２に巻着されるステータコイル４３と、を備える磁気式センサとして構成されている。
【００１７】
図２に示すように、コントローラ５０には、トルクセンサ３０と、角度センサ４０と、表示部５１と、が接続されている。コントローラ５０は、インパクトレンチ１０の締め付け動作を制御するとともに、ネジ１００の締め付け完了を判断するものである。表示部５１は、例えばグラフ等で示される、トルクセンサ３０により検出された締め付けトルクＴと角度センサ４０により検出された主軸４の回転角度Ｒとの関係や、ネジ１００の締め付けに際しての締め付け不良の検知結果等を表示するものである。
【００１８】
図３を用いて、インパクトレンチ１０を用いてネジ１００を締め付ける際の打撃数Ｎと締め付けトルクＴとの関係、打撃数Ｎと回転角度Ｒとの関係について説明する。
図３（Ａ）のグラフは、インパクトレンチ１０を用いてネジ１００を締め付ける時の打撃数Ｎと締め付けトルクＴとの関係を示している。基準締め付けトルクＴｓは、ネジ１００の締め付けが完了したことを判断するための基準となる締め付けトルクである。なお、インパクトレンチ１０において、操作レバー２６がＯＮされてからがワークに仮に着座する（ネジがワークの座面に対して接触する）までの状態、いわゆるフリーランの状態については図示を省略している。そのため、スタートトルクＴ０は、ネジ１００が母材１０１に着座することによって生じる締め付けトルクである。
【００１９】
図３（Ｂ）のグラフは、インパクトレンチ１０を用いてネジ１００を締め付ける時の打撃数Ｎと回転角度Ｒとの関係を示している。図３（Ａ）と同様に、フリーランの状態については図示を省略している。そのため、スタート回転角度Ｒ０は、上述した締め付けスタートトルクＴ０が生じる時の回転角度を示している。
【００２０】
ここで、現在の打撃としてのＮ回目の打撃による回転角度Ｒから、前回の打撃としてのＮ―１回目の打撃による回転角度Ｒ−１を引いた回転角度を、回転角度の増加度合いを示す回転角度増加分ΔＲと定義する。言い換えれば、回転角度増加分ΔＲとは、Ｎ回目の打撃のみによって主軸２４が回転した分の回転角度とも言える。
【００２１】
このとき、正常な状態でインパクトレンチ１０を用いてネジ１００を締め付けるのであれば、スタート回転角度Ｒ０からネジ１００が十分に締め付けられるまでは、回転角度Ｒは所定角度以上の大きさの回転角度増加分ΔＲずつ増加していくが、ネジ１００が十分に締め付けられた後は、回転角度Ｒの増加は、所定角度よりも小さな回転角度増加分ΔＲとなる。すなわち、ネジ１００が十分に締め付けられた時には、回転角度Ｒの増加分が小さくなることが分かっている（図中の範囲Ｘ）。ここで、ネジ１００の締め付けが完了したことを判断するための基準となる回転角度増加分ΔＲを基準増加分ΔＲｓとする。
【００２２】
図４を用いて、インパクトレンチ１０の締め付け制御について説明する。
インパクトレンチ１０は、コントローラ５０の制御により締め付けを開始した後、ステップＳ１１０において、Ｎ回目の打撃による締め付けを行う。
次に、コントローラ５０は、ステップＳ１２０において、Ｎ回目の打撃による締め付け時の、トルクセンサ３０によって検出される締め付けトルクＴを認識し、締め付けトルクＴが予めコントローラ５０に設定されている基準締め付けトルクＴｓより大きい値であるかを確認する。締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓより大きい値であれば、ステップＳ１３０へ移行する。締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓ以下の値であれば、ステップＳ１１０へ移行し、継続して締め付けを行う。
【００２３】
次に、コントローラ５０は、ステップＳ１３０において、Ｎ回目の打撃の締め付けによる回転角度Ｒを認識し、回転角度Ｒと回転角度Ｒ−１との差である回転角度増加分ΔＲを演算して算出する。ここで、回転角度Ｒ−１とは、Ｎ−１回目の打撃数の締め付けによる回転角度である。そして、回転角度増加分ΔＲが、予めコントローラ５０に設定されている基準増加分ΔＲｓより小さい値であるかを確認する。回転角度増加分ΔＲが基準増加分ΔＲｓより小さい値であれば、ステップＳ１４０へ移行する。回転角度増加分ΔＲが基準増加分ΔＲｓ以上の値であれば、ステップＳ１１０へ移行し、継続して締め付けを実施する。
【００２４】
そして、コントローラ５０は、ステップＳ１４０において、締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓより大きい値となった後に、現在の打撃による回転角度Ｒと前回の打撃による回転角度Ｒ−１との差、すなわち回転角度増加分ΔＲが基準増加分ΔＲｓより小さい値となったことを確認すると、締め付け完了と判断し、締め付け動作を停止する。
【００２５】
なお、ステップＳ１３０において、基準締め付けトルクＴｓに達してから所定時間経過した、あるいは、基準締め付けトルクＴｓより所定値分だけ大きいトルクとなった時であっても、回転角度増加分ΔＲが基準増加分ΔＲｓより小さい値とならない場合には、締め付け異常と判断して、締付を終了する構成としても良い。
【００２６】
なお、ステップＳ１２０とステップＳ１３０とは逆の順序であっても良い。すなわち、回転角度増加分ΔＲが基準増加分ΔＲｓより小さい値であるかを確認した後に、締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓより大きい値であるかを確認する構成としても良い。
【００２７】
図５及び図６を用いて、本実施形態のインパクトレンチ１０の締め付け制御による効果について説明する。
本実施形態の効果は、従来のインパクトレンチの締め付け制御と対比しながら説明する。図５及び図６のグラフは、インパクトレンチ１０を用いてネジ１００を締め付ける時の締め付けトルクＴと回転角度Ｒとの関係を示している。なお、図３と同様にフリーランの状態については図示を省略している。そのため、締め付けスタートトルクＴ０は、ネジ１００が母材１０１に着座することによって生じる締め付けトルクを示している。同様に、スタート回転角度Ｒ０は、スタートトルクＴ０が生じる時の回転角度を示している。
【００２８】
従来のインパクトレンチの締め付け制御の構成としては、例えば上述した特許文献１（特開２００９−１１３１３２号公報）を従来の構成とする。特許文献１の構成（以下、従来の構成）によれば、締め付けトルクＴが合格範囲の上限締め付けトルクＴｂに達した時に回転角度Ｒが合格範囲の下限回転角度Ｒａ以上である場合には締め付けを完了する。同様に、回転角度Ｒが合格範囲の上限回転角度Ｒｂに達した時に締め付けトルクＴが合格範囲の下限締め付けトルクＴａ以上である場合には締め付けを完了する。
【００２９】
まず、図５を用いて、正常な状態での締め付けによる締め付けトルクＴと回転角度Ｒとの関係（以下、相関Ｘ）について説明する。
従来の構成によれば、相関Ｘを示す状態では、締め付けトルクＴが合格範囲（Ｔａ〜Ｔｂ）の上限締め付けトルクＴｂに達した時に回転角度Ｒが合格範囲（Ｒａ〜Ｒｂ）の下限回転角度Ｒａ以上であれば、締め付けが完了される（図示略）。
本実施形態によれば、相関Ｘを示す状態では、締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓより大きい値となった後に、回転角度Ｒの増加が所定値よりも小さくなったことが確認されると（図中Ｘａ）、ネジ１００の締め付けが完了したと判断してインパクトレンチ１０による締め付け動作が終了される（図中■印）。なお、ネジ１００が正常な状態で十分に締め付けられた時には、回転角度Ｒの増加が締め付けトルクＴの増加に対して十分に小さいものとなるため、ネジ１００の締め付け完了は、締め付けトルクＴと回転角度Ｒとの関係を示す図５および図６のようなグラフによっても確認できる。
【００３０】
次に、図５を用いて、例えば母材同士がずれている状態で締め付けを行った場合の締め付けトルクＴと回転角度Ｒとの関係（以下、相関Ｙ１）について説明する。
相関Ｙ１の状態とは、図５のグラフの上部に示すように、母材１０１と母材１０２とが、母材１０１および母材１０２に形成されるネジ１００の貫通孔の位置が互いにずれるように配置された状態でネジ１００を締め付ける場合である。このような状態では、締め付け途中にネジ１００とネジ１００の貫通孔とが接触して、一時的に強い締め付けトルクが必要となる。
【００３１】
従来の構成によれば、相関Ｙ１を示す状態では、正常な状態（相関Ｘ）よりも小さい回転角度Ｒの時に締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓより大きい値となる（図中▲印）。この相関Ｙ１においては、締め付けトルクＴが上限締め付けトルクＴｂに達したときに、回転角度Ｒが下限回転角度Ｒａ以上になるため、ネジ１００の締め付けが完了したと判断され、インパクトレンチの締め付け動作が終了される。しかし、実際には、締め付けトルクＴが上限締め付けトルクＴｂに達した時点では回転角度Ｒの増加が所定値よりも小さくなっていないため、ネジ１００の締め付けが十分ではない状態でインパクトレンチの締め付け動作が終了されていることになる。
【００３２】
これに対し、本実施形態によれば、相関Ｙ１を示す状態では、締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓより大きい値となった後に、回転角度Ｒの増加が所定値よりも小さくなったこと（図中Ｙ１ａ）を確認した後にインパクトレンチ１０の締め付け動作が終了される（図中■印）。そのため、母材１０１と母材１０２とがずれている状態であっても確実に締め付けができる。
【００３３】
なお、上述したように、基準締め付けトルクＴｓに達してから所定時間経過した、あるいは、基準締め付けトルクＴｓより大きいトルクとなった時であっても、回転角度増加分ΔＲが基準増加分ΔＲｓより小さい値とならない場合には、締め付け異常と判断して、締付を終了する構成としても良い。
【００３４】
また、図５を用いて、例えば母材同士が離れている状態での締め付けによる締め付けトルクＴと回転角度Ｒとの関係（以下、相関Ｙ２）について説明する。
相関Ｙ２の状態とは、図５のグラフの下部に示すように、母材１０１と母材１０２とが離れている（母材１０１と母材１０２との間に隙間が空いている）状態でネジ１００を締め付ける場合である。このような状態では、正常な状態と比較して、締め付け完了までに大きい回転角度Ｒが必要となる。
【００３５】
従来の構成によれば、相関Ｙ２を示す状態では、正常な状態（相関Ｘ）よりも小さい締め付けトルクＴの時に回転角度Ｒが上限回転角度Ｒｂより大きい値となる（図中▲印）。この相関Ｙ２においては、回転角度Ｒが上限回転角度Ｒｂに達したときに、締め付けトルクＴが下限締め付けトルクＴａ以上になるため、ネジ１００の締め付けが完了したと判断され、インパクトレンチの締め付け動作が終了される。しかし、実際には、回転角度Ｒが上限回転角度Ｒｂに達した時点では回転角度Ｒの増加が所定値よりも小さくなっていないため、ネジ１００の締め付けが十分ではない状態でインパクトレンチの締め付け動作が終了されていることになる。
【００３６】
これに対し、本実施形態によれば、相関Ｙ２を示す状態では、締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓより大きい値となった後に、回転角度Ｒの増加が所定値よりも小さくなったこと（図中Ｙ２ａ）を確認した後にインパクトレンチ１０の締め付け動作が終了される（図中■印）。そのため、母材１０１と母材１０２とが離れている状態であっても確実に締め付けができる。
【００３７】
また、図６を用いて、例えば母材１０１とネジ１００の隙間に異物が混入している状態での締め付けによる締め付けトルクＴと回転角度Ｒとの関係（以下、相関Ｙ３及びＹ４）について説明する。
このような状態では、締め付け途中に一時的に強いトルクが必要となる。また、締め付けによって異物が除かれれば、締め付けトルクＴが急激に減少する。
【００３８】
従来の構成によれば、相関Ｙ３を示す状態では、正常な状態（相関Ｘ）よりも小さい回転角度Ｒの時に締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓより大きい値となる（図中▲印）。この相関Ｙ３においては、締め付けトルクＴが上限締め付けトルクＴｂに達たときに、回転角度Ｒが下限回転角度Ｒａ以上になるため、ネジ１００の締め付けが完了したと判断され、インパクトレンチの締め付け動作が終了される。しかし、実際には、締め付けトルクＴが上限締め付けトルクＴｂに達した時点では回転角度Ｒの増加が所定値よりも小さくなっていないため、ネジ１００の締め付けが十分ではない状態インパクトレンチの締め付け動作が終了されていることになる。
【００３９】
これに対し、本実施形態によれば、相関Ｙ３を示す状態では、締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓより大きい値となった後に、回転角度Ｒの増加が所定値よりも小さくなったこと（図中Ｙ３ａの部分）を確認した後にインパクトレンチ１０の締め付け動作が終了される（図中■印）。そのため、母材１０１とネジ１００の隙間に異物が混入している状態であっても確実に締め付けができる。なお、図６において締め付けトルクＴが急激に減少している部分（図中Ｙ３ｂ）は、異物が母材１０１とネジ１００との間から取り除かれたことによるものである。
【００４０】
また、従来の構成によれば、相関Ｙ４を示す状態では、正常な状態（相関Ｘ）よりも小さい締め付けトルクＴの時に回転角度Ｒが上限回転角度Ｒｂより大きい値となる（図中▲印）。この相関Ｙ４においては、回転角度Ｒが上限回転角度Ｒｂに達したときに、締め付けトルクＴが下限締め付けトルクＴａ以上になるため、ネジ１００の締め付けが完了したと判断され、インパクトレンチの締め付け動作が終了される。しかし、実際には、回転角度Ｒが上限回転角度Ｒｂに達した時点では回転角度Ｒの増加が所定値よりも小さくなっていないため、締め付けが十分ではない状態でインパクトレンチの締め付け動作が終了されていることになる。
【００４１】
これに対し、本実施形態によれば、相関Ｙ４を示す状態では、締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓより大きい値となった後に、回転角度Ｒの増加が所定値よりも小さくなったこと（図中Ｙ４ａの部分）を確認した後にインパクトレンチ１０の締め付け動作が終了される（図中■印）。そのため、母材１０１とネジ１００の隙間に異物が混入している状態であっても確実に締め付けができる。なお、締め付けトルクＴが急激に減少している部分（図中Ｙ４ｂ）は、異物が取り除かれたことによるものである。
【００４２】
このようにして、本実施形態のインパクトレンチ１０によれば、ネジ１００を適正な状態で確実に締め付けることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０ インパクトレンチ
３０ トルクセンサ（トルク検出手段）
４０ 角度センサ（角度検出手段）
５０ コントローラ
Ｒ 回転角度
ΔＲ 回転角度増加分
ΔＲ 基準増加分
Ｔ 締め付けトルク
Ｔｓ 基準トルク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネジ等を締め付ける打撃式締め付け工具の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ボルトやナット等のネジの締め付けを行う打撃式締め付け工具としてのインパクトレンチは公知である。インパクトレンチは、パルス状のトルクを主軸に付与し、主軸の回転によりネジの締め付けを行う。特許文献１は、トルクセンサと、角度センサと、を備え、トルクセンサおよび角度センサにより検出した基準トルク範囲および基準回転角度範囲に基づいて、ネジの締め付け完了を判断するインパクトレンチを開示している。
【０００３】
しかし、締結する母材同士の位置がずれている、あるいは、ネジと母材との隙間に異物が混入している場合には、ボルトが母材に正常に着座していない状態等の締め付けが緩い状態であっても、トルクセンサにより検出したトルクの大きさが、一時的に所定の大きさの基準トルク範囲に到達することがある。つまり、特許文献１に代表されるインパクトレンチでは、ネジの締め付けが緩い状態であってもネジの締め付け完了として判断する場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１１３１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする課題は、ネジを確実に締め付けることができる打撃式締め付け工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
即ち、請求項１においては、回転駆動源と、該回転駆動源からの回転トルクが変換されたパルス状の打撃トルクが付与されて回転する主軸と、を備え、該主軸の回転により、ネジの締め付けを行う打撃式締め付け工具であって、ネジの締め付けトルクを検出するトルク検出手段と、前記主軸の回転角度を検出する角度検出手段と、ネジの締め付け完了を判断する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記トルク検出手段により検出した締め付けトルクと、前記角度検出手段により検出した主軸の回転角度の増加度合いと、に基づいて、ネジの締め付け完了を判断するものである。
【０００８】
請求項２においては、請求項１記載の打撃式締め付け工具であって、前記制御手段は、現在の打撃トルクによる主軸の回転角度と前回の打撃トルクによる主軸の回転角度との差を、回転角度の増加度合いを示す回転角度増加分として算出し、前記トルク検出手段により検出した締め付けトルクが所定値以上となった時に、前記回転角度増加分が所定値以下であれば、ネジの締め付け完了と判断するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の打撃式締め付け工具および打撃式締め付け工具によれば、ネジを確実に締め付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係るインパクトレンチの構成を示す一部断面図。
【図２】同じくインパクトレンチの制御構成を示すブロック図。
【図３】（Ａ）打撃数とトルクとの関係を示すグラフ図、（Ｂ）打撃数と回転角度との関係を示すグラフ図。
【図４】インパクトレンチによる締め付け制御の流れを示すフロー図。
【図５】本発明の実施形態の効果をインパクトレンチの回転角度と締め付けトルクとの関係によって示すグラフ図。
【図６】本発明の実施形態の効果をインパクトレンチの回転角度と締め付けトルクとの関係によって示す別のグラフ図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１および図２を用いて、打撃式締め付け工具としてのインパクトレンチ１０について説明する。
図１に示すように、インパクトレンチ１０は、例えば母材１０１と母材１０２とを、ネジ１００とナット１０５とで締結する際に、ネジ１００を締め付けるために用いられる工具である。インパクトレンチ１０は、ツール本体２０と、制御手段としてのコントローラ５０と（図２参照）、を具備している。ツール本体２０は、ハウジング２２内に、回転駆動源としてのエアモータ２３と、主軸２４と、打撃トルク発生装置２８とを具備して構成されおり、ハウジング２２には把持部２２ａが形成されている。なお、エアモータ２３は電動モータであっても良い。
【００１２】
エアモータ２３は、高圧空気により回転トルクを発生させるロータ２５を具備している。主軸２４は、ツール本体２０における出力軸であり、ハウジング２２に回転可能に支持されている。主軸２４の先端部２４ａは、ハウジング２２から突出し、アタッチメント６０を介してネジ１００に対して係合する部分である。打撃トルク発生装置２８は、エアモータ２３からの連続的な回転トルクをパルス状の打撃トルクに変換する装置である。打撃トルク発生装置２８により変換されたパルス状の打撃トルクは主軸２４に伝達され、主軸２４を回転駆動する。
【００１３】
ハウジング２２の把持部２２ａには、操作レバー２６と、メインバルブ２７とが備えられている。操作レバー２６は、メインバルブ２７と連動しており、ロータ２５に対する高圧空気の供給および停止の操作を行うものである。メインバルブ２７は、ロータ２５へ高圧空気の供給および停止を行うものである。
【００１４】
このような構成とすることで、エアモータ２３からの連続的な回転トルクが、主軸２４に対するパルス状の打撃トルクに変換され、打撃トルクはアタッチメント６０を介してネジ１００を締め付けることができる。つまり、打撃トルク発生装置２８から伝達された打撃トルクにより主軸２４が回転駆動され、この主軸２４の回転駆動力により、アタッチメント６０を介して主軸２４に接続されたネジ１００が締め付けられる。
【００１５】
ツール本体２０は、締め付けトルク検出手段としてのトルクセンサ３０と、回転角度検出手段としての角度センサ４０と、を具備している。トルクセンサ３０は、ネジ１００の締め付けトルクを検出するセンサである。トルクセンサ３０は、ハウジング２２内に設けられ、主軸２４の所定の部分を周回するように配設される励磁コイル３１と検出コイル３２とを備える磁歪式センサとして構成されている。
【００１６】
角度センサ４０は、主軸２４の回転角度を検出するセンサである。角度センサ４０は、ハウジング２２内に設けられ、主軸２４の所定の部分に設けられるロータ鉄心４１と、ロータ鉄心４１を周回するように設けられるステータ鉄心４２と、ステータ鉄心４２に巻着されるステータコイル４３と、を備える磁気式センサとして構成されている。
【００１７】
図２に示すように、コントローラ５０には、トルクセンサ３０と、角度センサ４０と、表示部５１と、が接続されている。コントローラ５０は、インパクトレンチ１０の締め付け動作を制御するとともに、ネジ１００の締め付け完了を判断するものである。表示部５１は、例えばグラフ等で示される、トルクセンサ３０により検出された締め付けトルクＴと角度センサ４０により検出された主軸４の回転角度Ｒとの関係や、ネジ１００の締め付けに際しての締め付け不良の検知結果等を表示するものである。
【００１８】
図３を用いて、インパクトレンチ１０を用いてネジ１００を締め付ける際の打撃数Ｎと締め付けトルクＴとの関係、打撃数Ｎと回転角度Ｒとの関係について説明する。
図３（Ａ）のグラフは、インパクトレンチ１０を用いてネジ１００を締め付ける時の打撃数Ｎと締め付けトルクＴとの関係を示している。基準締め付けトルクＴｓは、ネジ１００の締め付けが完了したことを判断するための基準となる締め付けトルクである。なお、インパクトレンチ１０において、操作レバー２６がＯＮされてからがワークに仮に着座する（ネジがワークの座面に対して接触する）までの状態、いわゆるフリーランの状態については図示を省略している。そのため、スタートトルクＴ０は、ネジ１００が母材１０１に着座することによって生じる締め付けトルクである。
【００１９】
図３（Ｂ）のグラフは、インパクトレンチ１０を用いてネジ１００を締め付ける時の打撃数Ｎと回転角度Ｒとの関係を示している。図３（Ａ）と同様に、フリーランの状態については図示を省略している。そのため、スタート回転角度Ｒ０は、上述した締め付けスタートトルクＴ０が生じる時の回転角度を示している。
【００２０】
ここで、現在の打撃としてのＮ回目の打撃による回転角度Ｒから、前回の打撃としてのＮ―１回目の打撃による回転角度Ｒ−１を引いた回転角度を、回転角度の増加度合いを示す回転角度増加分ΔＲと定義する。言い換えれば、回転角度増加分ΔＲとは、Ｎ回目の打撃のみによって主軸２４が回転した分の回転角度とも言える。
【００２１】
このとき、正常な状態でインパクトレンチ１０を用いてネジ１００を締め付けるのであれば、スタート回転角度Ｒ０からネジ１００が十分に締め付けられるまでは、回転角度Ｒは所定角度以上の大きさの回転角度増加分ΔＲずつ増加していくが、ネジ１００が十分に締め付けられた後は、回転角度Ｒの増加は、所定角度よりも小さな回転角度増加分ΔＲとなる。すなわち、ネジ１００が十分に締め付けられた時には、回転角度Ｒの増加分が小さくなることが分かっている（図中の範囲Ｘ）。ここで、ネジ１００の締め付けが完了したことを判断するための基準となる回転角度増加分ΔＲを基準増加分ΔＲｓとする。
【００２２】
図４を用いて、インパクトレンチ１０の締め付け制御について説明する。
インパクトレンチ１０は、コントローラ５０の制御により締め付けを開始した後、ステップＳ１１０において、Ｎ回目の打撃による締め付けを行う。
次に、コントローラ５０は、ステップＳ１２０において、Ｎ回目の打撃による締め付け時の、トルクセンサ３０によって検出される締め付けトルクＴを認識し、締め付けトルクＴが予めコントローラ５０に設定されている基準締め付けトルクＴｓより大きい値であるかを確認する。締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓより大きい値であれば、ステップＳ１３０へ移行する。締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓ以下の値であれば、ステップＳ１１０へ移行し、継続して締め付けを行う。
【００２３】
次に、コントローラ５０は、ステップＳ１３０において、Ｎ回目の打撃の締め付けによる回転角度Ｒを認識し、回転角度Ｒと回転角度Ｒ−１との差である回転角度増加分ΔＲを演算して算出する。ここで、回転角度Ｒ−１とは、Ｎ−１回目の打撃数の締め付けによる回転角度である。そして、回転角度増加分ΔＲが、予めコントローラ５０に設定されている基準増加分ΔＲｓより小さい値であるかを確認する。回転角度増加分ΔＲが基準増加分ΔＲｓより小さい値であれば、ステップＳ１４０へ移行する。回転角度増加分ΔＲが基準増加分ΔＲｓ以上の値であれば、ステップＳ１１０へ移行し、継続して締め付けを実施する。
【００２４】
そして、コントローラ５０は、ステップＳ１４０において、締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓより大きい値となった後に、現在の打撃による回転角度Ｒと前回の打撃による回転角度Ｒ−１との差、すなわち回転角度増加分ΔＲが基準増加分ΔＲｓより小さい値となったことを確認すると、締め付け完了と判断し、締め付け動作を停止する。
【００２５】
なお、ステップＳ１３０において、基準締め付けトルクＴｓに達してから所定時間経過した、あるいは、基準締め付けトルクＴｓより所定値分だけ大きいトルクとなった時であっても、回転角度増加分ΔＲが基準増加分ΔＲｓより小さい値とならない場合には、締め付け異常と判断して、締付を終了する構成としても良い。
【００２６】
なお、ステップＳ１２０とステップＳ１３０とは逆の順序であっても良い。すなわち、回転角度増加分ΔＲが基準増加分ΔＲｓより小さい値であるかを確認した後に、締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓより大きい値であるかを確認する構成としても良い。
【００２７】
図５及び図６を用いて、本実施形態のインパクトレンチ１０の締め付け制御による効果について説明する。
本実施形態の効果は、従来のインパクトレンチの締め付け制御と対比しながら説明する。図５及び図６のグラフは、インパクトレンチ１０を用いてネジ１００を締め付ける時の締め付けトルクＴと回転角度Ｒとの関係を示している。なお、図３と同様にフリーランの状態については図示を省略している。そのため、締め付けスタートトルクＴ０は、ネジ１００が母材１０１に着座することによって生じる締め付けトルクを示している。同様に、スタート回転角度Ｒ０は、スタートトルクＴ０が生じる時の回転角度を示している。
【００２８】
従来のインパクトレンチの締め付け制御の構成としては、例えば上述した特許文献１（特開２００９−１１３１３２号公報）を従来の構成とする。特許文献１の構成（以下、従来の構成）によれば、締め付けトルクＴが合格範囲の上限締め付けトルクＴｂに達した時に回転角度Ｒが合格範囲の下限回転角度Ｒａ以上である場合には締め付けを完了する。同様に、回転角度Ｒが合格範囲の上限回転角度Ｒｂに達した時に締め付けトルクＴが合格範囲の下限締め付けトルクＴａ以上である場合には締め付けを完了する。
【００２９】
まず、図５を用いて、正常な状態での締め付けによる締め付けトルクＴと回転角度Ｒとの関係（以下、相関Ｘ）について説明する。
従来の構成によれば、相関Ｘを示す状態では、締め付けトルクＴが合格範囲（Ｔａ〜Ｔｂ）の上限締め付けトルクＴｂに達した時に回転角度Ｒが合格範囲（Ｒａ〜Ｒｂ）の下限回転角度Ｒａ以上であれば、締め付けが完了される（図示略）。
本実施形態によれば、相関Ｘを示す状態では、締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓより大きい値となった後に、回転角度Ｒの増加が所定値よりも小さくなったことが確認されると（図中Ｘａ）、ネジ１００の締め付けが完了したと判断してインパクトレンチ１０による締め付け動作が終了される（図中■印）。なお、ネジ１００が正常な状態で十分に締め付けられた時には、回転角度Ｒの増加が締め付けトルクＴの増加に対して十分に小さいものとなるため、ネジ１００の締め付け完了は、締め付けトルクＴと回転角度Ｒとの関係を示す図５および図６のようなグラフによっても確認できる。
【００３０】
次に、図５を用いて、例えば母材同士がずれている状態で締め付けを行った場合の締め付けトルクＴと回転角度Ｒとの関係（以下、相関Ｙ１）について説明する。
相関Ｙ１の状態とは、図５のグラフの上部に示すように、母材１０１と母材１０２とが、母材１０１および母材１０２に形成されるネジ１００の貫通孔の位置が互いにずれるように配置された状態でネジ１００を締め付ける場合である。このような状態では、締め付け途中にネジ１００とネジ１００の貫通孔とが接触して、一時的に強い締め付けトルクが必要となる。
【００３１】
従来の構成によれば、相関Ｙ１を示す状態では、正常な状態（相関Ｘ）よりも小さい回転角度Ｒの時に締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓより大きい値となる（図中▲印）。この相関Ｙ１においては、締め付けトルクＴが上限締め付けトルクＴｂに達したときに、回転角度Ｒが下限回転角度Ｒａ以上になるため、ネジ１００の締め付けが完了したと判断され、インパクトレンチの締め付け動作が終了される。しかし、実際には、締め付けトルクＴが上限締め付けトルクＴｂに達した時点では回転角度Ｒの増加が所定値よりも小さくなっていないため、ネジ１００の締め付けが十分ではない状態でインパクトレンチの締め付け動作が終了されていることになる。
【００３２】
これに対し、本実施形態によれば、相関Ｙ１を示す状態では、締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓより大きい値となった後に、回転角度Ｒの増加が所定値よりも小さくなったこと（図中Ｙ１ａ）を確認した後にインパクトレンチ１０の締め付け動作が終了される（図中■印）。そのため、母材１０１と母材１０２とがずれている状態であっても確実に締め付けができる。
【００３３】
なお、上述したように、基準締め付けトルクＴｓに達してから所定時間経過した、あるいは、基準締め付けトルクＴｓより大きいトルクとなった時であっても、回転角度増加分ΔＲが基準増加分ΔＲｓより小さい値とならない場合には、締め付け異常と判断して、締付を終了する構成としても良い。
【００３４】
また、図５を用いて、例えば母材同士が離れている状態での締め付けによる締め付けトルクＴと回転角度Ｒとの関係（以下、相関Ｙ２）について説明する。
相関Ｙ２の状態とは、図５のグラフの下部に示すように、母材１０１と母材１０２とが離れている（母材１０１と母材１０２との間に隙間が空いている）状態でネジ１００を締め付ける場合である。このような状態では、正常な状態と比較して、締め付け完了までに大きい回転角度Ｒが必要となる。
【００３５】
従来の構成によれば、相関Ｙ２を示す状態では、正常な状態（相関Ｘ）よりも小さい締め付けトルクＴの時に回転角度Ｒが上限回転角度Ｒｂより大きい値となる（図中▲印）。この相関Ｙ２においては、回転角度Ｒが上限回転角度Ｒｂに達したときに、締め付けトルクＴが下限締め付けトルクＴａ以上になるため、ネジ１００の締め付けが完了したと判断され、インパクトレンチの締め付け動作が終了される。しかし、実際には、回転角度Ｒが上限回転角度Ｒｂに達した時点では回転角度Ｒの増加が所定値よりも小さくなっていないため、ネジ１００の締め付けが十分ではない状態でインパクトレンチの締め付け動作が終了されていることになる。
【００３６】
これに対し、本実施形態によれば、相関Ｙ２を示す状態では、締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓより大きい値となった後に、回転角度Ｒの増加が所定値よりも小さくなったこと（図中Ｙ２ａ）を確認した後にインパクトレンチ１０の締め付け動作が終了される（図中■印）。そのため、母材１０１と母材１０２とが離れている状態であっても確実に締め付けができる。
【００３７】
また、図６を用いて、例えば母材１０１とネジ１００の隙間に異物が混入している状態での締め付けによる締め付けトルクＴと回転角度Ｒとの関係（以下、相関Ｙ３及びＹ４）について説明する。
このような状態では、締め付け途中に一時的に強いトルクが必要となる。また、締め付けによって異物が除かれれば、締め付けトルクＴが急激に減少する。
【００３８】
従来の構成によれば、相関Ｙ３を示す状態では、正常な状態（相関Ｘ）よりも小さい回転角度Ｒの時に締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓより大きい値となる（図中▲印）。この相関Ｙ３においては、締め付けトルクＴが上限締め付けトルクＴｂに達たときに、回転角度Ｒが下限回転角度Ｒａ以上になるため、ネジ１００の締め付けが完了したと判断され、インパクトレンチの締め付け動作が終了される。しかし、実際には、締め付けトルクＴが上限締め付けトルクＴｂに達した時点では回転角度Ｒの増加が所定値よりも小さくなっていないため、ネジ１００の締め付けが十分ではない状態インパクトレンチの締め付け動作が終了されていることになる。
【００３９】
これに対し、本実施形態によれば、相関Ｙ３を示す状態では、締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓより大きい値となった後に、回転角度Ｒの増加が所定値よりも小さくなったこと（図中Ｙ３ａの部分）を確認した後にインパクトレンチ１０の締め付け動作が終了される（図中■印）。そのため、母材１０１とネジ１００の隙間に異物が混入している状態であっても確実に締め付けができる。なお、図６において締め付けトルクＴが急激に減少している部分（図中Ｙ３ｂ）は、異物が母材１０１とネジ１００との間から取り除かれたことによるものである。
【００４０】
また、従来の構成によれば、相関Ｙ４を示す状態では、正常な状態（相関Ｘ）よりも小さい締め付けトルクＴの時に回転角度Ｒが上限回転角度Ｒｂより大きい値となる（図中▲印）。この相関Ｙ４においては、回転角度Ｒが上限回転角度Ｒｂに達したときに、締め付けトルクＴが下限締め付けトルクＴａ以上になるため、ネジ１００の締め付けが完了したと判断され、インパクトレンチの締め付け動作が終了される。しかし、実際には、回転角度Ｒが上限回転角度Ｒｂに達した時点では回転角度Ｒの増加が所定値よりも小さくなっていないため、締め付けが十分ではない状態でインパクトレンチの締め付け動作が終了されていることになる。
【００４１】
これに対し、本実施形態によれば、相関Ｙ４を示す状態では、締め付けトルクＴが基準締め付けトルクＴｓより大きい値となった後に、回転角度Ｒの増加が所定値よりも小さくなったこと（図中Ｙ４ａの部分）を確認した後にインパクトレンチ１０の締め付け動作が終了される（図中■印）。そのため、母材１０１とネジ１００の隙間に異物が混入している状態であっても確実に締め付けができる。なお、締め付けトルクＴが急激に減少している部分（図中Ｙ４ｂ）は、異物が取り除かれたことによるものである。
【００４２】
このようにして、本実施形態のインパクトレンチ１０によれば、ネジ１００を適正な状態で確実に締め付けることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０ インパクトレンチ
３０ トルクセンサ（トルク検出手段）
４０ 角度センサ（角度検出手段）
５０ コントローラ
Ｒ 回転角度
ΔＲ 回転角度増加分
ΔＲ 基準増加分
Ｔ 締め付けトルク
Ｔｓ 基準トルク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動源と、該回転駆動源からの回転トルクが変換されたパルス状の打撃トルクが付与されて回転する主軸と、を備え、該主軸の回転により、ネジの締め付けを行う打撃式締め付け工具であって、
ネジの締め付けトルクを検出するトルク検出手段と、
前記主軸の回転角度を検出する角度検出手段と、
ネジの締め付け完了を判断する制御手段と、
を具備し、
前記制御手段は、
前記トルク検出手段により検出した締め付けトルクと、前記角度検出手段により検出した主軸の回転角度の増加度合いと、に基づいて、ネジの締め付け完了を判断する、打撃式締め付け工具。
【請求項２】
請求項１記載の打撃式締め付け工具であって、
前記制御手段は、
現在の打撃トルクによる主軸の回転角度と前回の打撃トルクによる主軸の回転角度との差を、回転角度の増加度合いを示す回転角度増加分として算出し、
前記トルク検出手段により検出した締め付けトルクが所定値以上となった時に、前記回転角度増加分が所定値以下であれば、ネジの締め付け完了と判断する、打撃式締め付け工具。
【請求項１】
回転駆動源と、該回転駆動源からの回転トルクが変換されたパルス状の打撃トルクが付与されて回転する主軸と、を備え、該主軸の回転により、ネジの締め付けを行う打撃式締め付け工具であって、
ネジの締め付けトルクを検出するトルク検出手段と、
前記主軸の回転角度を検出する角度検出手段と、
ネジの締め付け完了を判断する制御手段と、
を具備し、
前記制御手段は、
前記トルク検出手段により検出した締め付けトルクと、前記角度検出手段により検出した主軸の回転角度の増加度合いと、に基づいて、ネジの締め付け完了を判断する、打撃式締め付け工具。
【請求項２】
請求項１記載の打撃式締め付け工具であって、
前記制御手段は、
現在の打撃トルクによる主軸の回転角度と前回の打撃トルクによる主軸の回転角度との差を、回転角度の増加度合いを示す回転角度増加分として算出し、
前記トルク検出手段により検出した締め付けトルクが所定値以上となった時に、前記回転角度増加分が所定値以下であれば、ネジの締め付け完了と判断する、打撃式締め付け工具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−３５３５８（Ｐ２０１２−３５３５８Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７６５９９（Ｐ２０１０−１７６５９９）
【出願日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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