JP2013215884A - Impact tightening tool with angle detection - Google Patents
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Abstract
Description
この発明はボルトやナット等に衝撃を与えて締付を行う衝撃締付工具、とりわけ角度検知付の衝撃締付工具に関する。 The present invention relates to an impact tightening tool for tightening by applying an impact to a bolt, a nut or the like, and more particularly to an impact tightening tool with angle detection.
従来、ボルトやナット等の締付角度を検知する角度検知手段を備えた衝撃締付工具が存在する。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is an impact tightening tool provided with an angle detection means for detecting a tightening angle of a bolt or nut.
例えば、特許文献1(特公平3−19035)に示すように、角度検知手段として光学式のエンコーダを備えたものが存在する。これは、エアモータの出力軸の打撃後の反動回転量を検出する反動回転量検知手段として、エアモータの出力軸に直結された回転ディスクと、位相差をもたせて配設された一対のフォトインタラプター(発光素子と受光素子)とからなる光学式のロータリーエンコーダであり、回転ディスクはその周方向(径方向)に沿って多数のスリットが穿設されている(特許文献1第5欄第10行〜38行)。 For example, as shown in Patent Document 1 (Japanese Patent Publication No. 3-19035), there is one provided with an optical encoder as an angle detection means. This is a reaction rotation amount detecting means for detecting the reaction rotation amount after striking the output shaft of the air motor, and a pair of photo interrupters disposed with a phase difference and a rotating disk directly connected to the output shaft of the air motor. This is an optical rotary encoder composed of (light emitting element and light receiving element), and the rotating disk has a large number of slits along the circumferential direction (radial direction) (Patent Document 1, column 5, line 10). ~ 38 lines).
このように、多数のスリットが穿設された回転ディスクの場合、スリットの穿設によって部材が脆弱化するため、衝撃締付工具による衝撃に起因して破損し易く、また、回転ディスクの周方向(径方向)に沿ってスリットが穿設されるため(特許文献1、第2図等参照)、回転ディスクが外径方向に大きくならざるを得ない結果、打撃工具の小型化を阻害すると共に使用時の作業性に悪影響を及ぼすものである。更には、多数のスリットに油分や異物等が付着し易く、分解能に影響が生じる結果、誤作動を招きかねない等の問題も無視できない。 In this way, in the case of a rotating disk having a large number of slits, the member becomes weak due to the slits being drilled. Therefore, the rotating disk easily breaks due to the impact of the impact tightening tool. Since the slit is drilled along the (radial direction) (see Patent Document 1, FIG. 2, etc.), the rotating disk must be increased in the outer radial direction, and as a result, downsizing of the impact tool is hindered. It adversely affects workability during use. Furthermore, problems such as the possibility of oil malfunction or foreign matter adhering to a large number of slits, resulting in an influence on the resolution, resulting in malfunctions cannot be ignored.
また、特許文献2(特公平6−16990)に示すように、角度検知手段として回転歯車式のものが存在する。これは、エアモータの回転軸に沿って設けられた歯車と、歯車の外周面に対向して設けられた回転検出センサからなるものである。 Further, as shown in Patent Document 2 (Japanese Patent Publication No. 6-16990), there is a rotary gear type as an angle detection means. This consists of a gear provided along the rotation axis of the air motor and a rotation detection sensor provided facing the outer peripheral surface of the gear.
このような場合、外周面に凹凸歯車を形成することから外径方向に大きくなる傾向があり、微細な凹凸の刻設が難しく分解能が粗くなるという問題がある。また、回転検出センサの内部にコイルが捲かれているため、回転検出センサ自体が大きくなり、打撃工具の小型化を阻害すると共に使用時の作業性に悪影響を及ぼすという問題もある。 In such a case, since the concave and convex gears are formed on the outer peripheral surface, the outer diameter tends to increase, and there is a problem that it is difficult to engrave fine irregularities and the resolution becomes rough. In addition, since the coil is wound inside the rotation detection sensor, the rotation detection sensor itself becomes large, which hinders downsizing of the impact tool and adversely affects workability during use.
また、角度検知手段としてレゾルバを用いることも考えられるが、ステータとロータにそれぞれコイルを捲いた構造であるため、構造が複雑であって高コストであるばかりか、外形が大きくなるため、打撃工具の小型化を阻害すると共に使用時の作業性に悪影響を及ぼすという問題がある。
そこで、本発明の課題は、強度的に優れると共に小型化が図れる構造を備えた角度検知付き衝撃締付工具を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide an impact fastening tool with angle detection having a structure that is excellent in strength and can be downsized.
本発明は、回転駆動源の回転力を衝撃発生装置によって間欠的な衝撃に変換し、前記衝撃力によって付与されるメインシャフトの回転力によりネジ部材を締め付ける衝撃締付工具であって、締め付けトルクを検知するトルク検知手段と、メインシャフトと一体的に回転して回転角度を検知する角度検知手段とを備え、前記角度検知手段は、周面に多極着磁が設けられ、N極とS極の磁極が交互に配置された磁気回転ドラムと、該磁気回転ドラムの周面に対向配置され、該磁気回転ドラムの磁界の変化を検出する薄膜磁気抵抗効果素子からなる磁気センサとを備えた磁気エンコーダであるものとして、前記衝撃締付工具の円錐状で先細りのケース先端部内に収容されていることを特徴とする、角度検知付き衝撃締付工具である(請求項1)。 The present invention relates to an impact tightening tool for converting a rotational force of a rotational drive source into an intermittent impact by an impact generating device, and tightening a screw member by a rotational force of a main shaft applied by the impact force, the tightening torque Torque detecting means for detecting the rotation angle, and angle detecting means for detecting the rotation angle by rotating integrally with the main shaft, the angle detecting means is provided with multipolar magnetization on the peripheral surface, and N pole and S pole A magnetic rotating drum in which magnetic poles of poles are alternately arranged, and a magnetic sensor made of a thin film magnetoresistive effect element that is arranged to face the peripheral surface of the magnetic rotating drum and detects a change in the magnetic field of the magnetic rotating drum. An impact tightening tool with angle detection, characterized in that it is housed in a conical and tapered case tip of the impact tightening tool as a magnetic encoder (Claim 1).
また、本発明は、複数の設定トルクを設けると共に、それらに対応する複数の許容締付角度範囲を設けることにより、前記トルク検知手段および前記角度検知手段によって異常締付を検知することを特徴とする、請求項1に記載の角度検知付き衝撃締付工具である(請求項2)。 In addition, the present invention is characterized in that abnormal tightening is detected by the torque detecting means and the angle detecting means by providing a plurality of set torques and providing a plurality of allowable tightening angle ranges corresponding thereto. The impact fastening tool with angle detection according to claim 1 (claim 2).
また、本発明は、前記トルク検知手段が第1設定トルクであるスタートトルクを検知したときに前記角度検知手段が検知した締付角度が第1許容範囲内にあるか否かを判定し、前記トルク検知手段が第2設定トルクであるスナグトルクを検知したときに前記角度検知手段が検知した締付角度が第2許容範囲内にあるか否かを判定し、前記トルク検知手段が第3設定トルクである狙い目トルクを検知したときに前記角度検知手段が検知した締付角度が第3許容範囲内にあるか否かを判定することを特徴とする、請求項1に記載の角度検知付き衝撃締付工具である(請求項3)。 Further, the present invention determines whether or not the tightening angle detected by the angle detection means is within a first allowable range when the torque detection means detects a start torque that is a first set torque. It is determined whether or not the tightening angle detected by the angle detection unit is within a second allowable range when the torque detection unit detects a snag torque that is a second set torque, and the torque detection unit detects the third set torque. The impact with angle detection according to claim 1, wherein it is determined whether or not the tightening angle detected by the angle detection means is within a third allowable range when a target eye torque is detected. A tightening tool (claim 3).
また、本発明は、前記全てのステップにおける締付角度が許容範囲内にある場合に正常な締付作業と認定し、いずれかのステップにおいて締付角度が許容範囲を逸脱する場合に異常の締付作業と認定し、さらに最終締付トルクがトルク合格範囲内から逸脱する場合は正常締付とは認定しないことを特徴とする、請求項3に記載の角度検知付き衝撃締付工具である(請求項4)。 In addition, the present invention recognizes that the tightening angle is normal when all the steps are within the allowable range, and abnormal tightening occurs when the tightening angle deviates from the allowable range at any step. The impact tightening tool with angle detection according to claim 3, characterized in that it is recognized as attaching work, and when the final tightening torque deviates from within the torque acceptance range, normal tightening is not recognized. Claim 4).
本発明のように、周面に多極着磁が設けられ、N極とS極の磁極が交互に配置された磁気回転ドラムと、該磁気回転ドラムの周面に対向配置され、該磁気回転ドラムの磁界を検出する薄膜磁気抵抗効果素子からなる磁気センサとを備えた磁気エンコーダであれば、上記した多数のスリットが穿設された回転ディスクを用いる光学式のエンコーダに比較して強度的に優れると共に工具の小型化が図れるため使用時の作業性が向上する。 As in the present invention, a magnetic rotating drum in which multipolar magnetization is provided on the peripheral surface, and magnetic poles of N and S poles are alternately disposed, and the magnetic rotating drum is disposed so as to face the peripheral surface of the magnetic rotating drum. If the magnetic encoder is provided with a magnetic sensor comprising a thin film magnetoresistive effect element for detecting the magnetic field of the drum, it is stronger than the optical encoder using a rotating disk having a large number of slits. In addition to being excellent, the size of the tool can be reduced, and the workability during use is improved.
また、上記した歯車式のエンコーダに比較して工具の小型化が図れるため使用時の作業性が向上する。また、上記したレゾルバ式のエンコーダと比較しても、小型化が図れるため使用時の作業性が向上する。 Further, since the tool can be reduced in size as compared with the above-mentioned gear-type encoder, the workability during use is improved. Further, even when compared with the resolver type encoder described above, the size can be reduced, and the workability during use is improved.
以下に、本発明の角度検知付き衝撃締付工具を実施するための最良の形態としての実施例について詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment as the best mode for carrying out the impact fastening tool with angle detection of the present invention will be described in detail.
(本実施例の基本構成)
図1は、回転駆動源の回転力を衝撃発生装置によって間欠的な衝撃に変換し、前記衝撃力によって付与されるメインシャフトの回転力によりネジ部材を締め付ける角度検知付き衝撃締付工具の一部断面図であり、スロットルレバーSLの操作により圧縮空気を回転駆動源たるモータMに導き、モータMの回転力を油圧パルス発生装置Pに伝達するようにし、メインシャフトSを介して打撃を生じさせて締付を行い、所定の締付トルクに達したときに給気弁をシャットオフして締付を完了するという基本的に公知の構成を備えている(必要であれば、本件出願人による特公平6−24713号公報参照)。
(Basic configuration of this embodiment)
FIG. 1 shows a part of an impact tightening tool with angle detection for converting a rotational force of a rotational drive source into an intermittent impact by an impact generator and tightening a screw member by a rotational force of a main shaft applied by the impact force. FIG. 5 is a cross-sectional view, in which compressed air is guided to a motor M as a rotational drive source by operating the throttle lever SL, and the rotational force of the motor M is transmitted to the hydraulic pulse generator P to cause an impact through the main shaft S. It is basically equipped with a well-known configuration that shuts off the air supply valve and completes the tightening when a predetermined tightening torque is reached (if necessary, by the applicant) (See Japanese Patent Publication No. 6-24713).
(本実施例に特有の構成)
本実施例の特徴は、図2に示すように、上記構成を備えた衝撃締付工具において、メインシャフトSに生じる締付トルクを検知するトルク検知手段10と、メインシャフトSと一体的回転してその回転角度を検知する角度検知手段20とを備える点にあり、とりわけ、角度検知手段20を、周面に多極着磁が設けられ、N極とS極の磁極が交互に配置された磁気回転ドラム21と、該磁気回転ドラムの周面に対向配置され、該磁気回転ドラムの磁界を検出する薄膜磁気抵抗効果素子を設けた磁気センサ23とした点にある。
(Configuration specific to this embodiment)
As shown in FIG. 2, the present embodiment is characterized in that, in the impact tightening tool having the above-described configuration, torque detecting means 10 for detecting the tightening torque generated in the main shaft S and the main shaft S rotate integrally. In particular, the angle detection means 20 is provided with multi-pole magnetization on the peripheral surface, and N poles and S poles are alternately arranged. The magnetic rotating
トルク検知手段10は、メインシャフトSの外周面に歪ゲージ11を貼着して成り、ネジ部材を締め付けたときに生じるメインシャフトSの捩れ量を歪ゲージを介して電圧変換するようにして、トルクを検知するものである。具体的には、計測対象となるメインシャフトSの表面に4つの歪ゲージを貼着してブリッジ回路を形成し、トルクによる軸の捩れに伴う歪ゲージの抵抗の変化を検知してトルクを求めるものである(出願人による特公平6−24713号公報参照)。
The torque detection means 10 is formed by attaching a
なお、トルク検知手段10は、トルクを検知できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、2つのコイルを回転軸に近接して直交配置し(コイルと回転軸は非接触)、一方のコイルを励磁して発生させた磁束が回転軸中を透過するようにし、他方のコイルによって軸の歪みに基づいて生じた磁化方向の変化による変形した磁束を検出するようにした磁歪センサであってもよい。 The torque detection means 10 is not particularly limited as long as it can detect torque. For example, two coils are arranged close to the rotation axis and orthogonal to each other (the coil and the rotation axis are not in contact). The magnetostrictive sensor is configured to detect the magnetic flux deformed by the change of the magnetization direction generated by the other coil based on the distortion of the shaft so that the magnetic flux generated by exciting one coil can pass through the rotating shaft. May be.
角度検知手段20は、磁気エンコーダであり、特に、周面に多極着磁が設けられ、N極とS極の磁極が交互に配置された円柱状の磁気回転ドラム21と、該磁気回転ドラム21の周面(曲面)に対向配置され、該磁気回転ドラムの磁界を検出する薄膜磁気抵抗効果素子からなる磁気センサ23とからなる。具体的には、円板ないし円柱状の回転ドラム21は中心軸を中心にメインシャフトSと一体的に回転するものであり、回転ドラム21の周囲(曲面)に磁極Nと磁極Sとが交互に着磁され、他方、磁気センサ23は、磁気抵抗効果素子(MRエレメント)として磁気抵抗効果を有するNi、Fe等の強磁性金属を主成分とする合金からなる膜が用いられる。該膜は板状ないしフィルム状のSi(シリコン)もしくはガラス基板の表面に蒸着等の方法で成膜され、形成された薄膜強磁性金属は特定の方向の磁界の強度に応じて抵抗値が変化するものであり、この変化からメインシャフトSの回転角度を検出する。なお、磁気センサ23は、磁気ドラム21に対して0.3ミリ程度のギャップ(距離)を離して平行に固定設置される。また、磁気センサ23は、信号処理制御回路25と、それを結線する為の柔軟性のあるフレキシブルケーブル24を組み合わせて用いられる。
The angle detecting means 20 is a magnetic encoder, and in particular, a cylindrical magnetic rotating
(本実施例の構成による優れた効果)
このような本発明の構成によれば、多数のスリットが穿設された回転ディスクを用いる光学式のエンコーダに比較して強度的に優れると共に工具の小型化が図れるため使用時の作業性が向上する。また、歯車式のエンコーダに比較して工具の小型化が図れるため使用時の作業性が向上する。また、レゾルバ式のエンコーダと比較しても、小型化が図れるため使用時の使用時の作業性が向上する。
(Excellent effect by the configuration of this embodiment)
According to such a configuration of the present invention, it is superior in strength as compared with an optical encoder using a rotating disk having a large number of slits, and the size of the tool can be reduced, so that workability during use is improved. To do. Further, since the tool can be reduced in size as compared with the gear type encoder, the workability during use is improved. In addition, since the size can be reduced as compared with a resolver type encoder, workability during use is improved.
なお、メインシャフトSと一体的回転してその回転角度を検知する角度検知手段20は、円錐状で先細りのケース先端部C内に収容されており、この点も小型化ないし使用時の作業性の向上に寄与している。 The angle detection means 20 that rotates integrally with the main shaft S and detects the rotation angle is housed in a conical and tapered case tip C, which is also reduced in size or workability during use. It contributes to the improvement.
(本実施例による正常/異常締付の判断)
本実施例は、以下のステップによって異常締付を検知する。
(Determination of normal / abnormal tightening according to this embodiment)
In this embodiment, abnormal tightening is detected by the following steps.
すなわち、トルク検知手段10および角度検知手段20によって、トルク検知手段10が第1設定トルクT1(スタートトルク)を検知したときに角度検知手段20が検知した締付角度Aが第1許容範囲R1内にあるか否かを判定し(ステップ1)、トルク検知手段10が第2設定トルクT2(スナグトルク)を検知したときに角度検知手段20が検知した締付角度Bが第2許容範囲R2内にあるか否かを判定し(ステップ2)、トルク検知手段10が第3設定トルク(狙い目トルク)を検知したときに角度検知手段20が検知した締付角度Cが第3許容範囲R3内にあるか否かを判定し(ステップ3)、全てのステップにおける締付角度が許容範囲内にある場合に正常な締付作業と認定し、いずれかのステップにおいて許容範囲を逸脱する場合に異常の締付作業と認定する。
That is, the tightening angle A detected by the
なお、締付角度のほか、最終締付トルクがトルク合格範囲R4内から逸脱する場合は正常締付とは認定しない。 In addition to the tightening angle, normal tightening is not recognized if the final tightening torque deviates from within the torque pass range R4.
図3は、正常締付における締付トルク及び締付角度の変化を示している。つまり、トルク検知手段10および角度検知手段20によって、(i )第1設定トルクT1(スタートトルク)に達するときの締付角度(ツール回転時(ゼロ)からスタートトルクに相当する角度A(フリーラン角度。フリーランニング終了までの締付角度)が、設定された第1許容範囲R1(角度合格範囲)内にあること、(ii)第2設定トルクT2(スナグトルク)に達するときの締付角度B(スタートトルクに相当する回転角からスナグトルクに相当する回転角までの締付角度)が、設定された第2許容範囲R2(角度合格範囲)内にあること、(iii )第3設定トルクT3(狙い目トルク)に達するときの締付角度C(スナグトルクに相当する回転角から狙い目トルクに相当する回転角までの締付角度)が、設定された第3許容範囲R3(角度合格範囲)内にあると判定し、正常な締付作業と認定する。 FIG. 3 shows changes in tightening torque and tightening angle in normal tightening. That is, the torque detection means 10 and the angle detection means 20 (i) tightening angle when the first set torque T1 (start torque) is reached (angle A corresponding to the start torque from the time of tool rotation (zero) (free run) The angle (the tightening angle until the end of free running) is within the set first allowable range R1 (angle passing range), and (ii) the tightening angle B when the second set torque T2 (snag torque) is reached. (Tightening angle from the rotation angle corresponding to the start torque to the rotation angle corresponding to the snag torque) is within the set second allowable range R2 (angle passing range), (iii) the third set torque T3 ( The tightening angle C (the tightening angle from the rotation angle corresponding to the snag torque to the rotation angle corresponding to the target torque) when reaching the target torque) is set at the third allowable range R. It determines that the (angular acceptance range) in, certified and working with normal tightening.
他方、図4は異常締付である「二度締め」の締付トルク及び締付角度の変化を示している。「二度締め」とは、正常に締め付けたボルトを誤って再度締め付けた場合である。ツール回転時から急激にトルクが上昇してゆき、スタートトルクT1に相当する締付角度Aは第1許容範囲R1から大きく逸脱し、スナグトルクT2に相当する締付角度Bも第2許容範囲R2から大きく逸脱し、更に狙い目トルクT3に相当する締付角度Cも第3許容範囲R3から大きく逸脱することから、異常の締付作業のうち、「二度締め」と認定する。正常締付時と比較して、スタートトルクT1に相当する締付角度A、スナグトルクT2に相当する締付角度B、狙い目トルクT3に相当する締付角度Cの全てが小さくなる場合が「二度締め」と推定できる。 On the other hand, FIG. 4 shows changes in the tightening torque and tightening angle of “double tightening” which is abnormal tightening. “Twice tightening” refers to a case where a bolt that has been normally tightened is accidentally tightened again. The torque suddenly increases from the time of tool rotation, the tightening angle A corresponding to the start torque T1 deviates greatly from the first allowable range R1, and the tightening angle B corresponding to the snag torque T2 is also deviated from the second allowable range R2. The tightening angle C corresponding to the target torque T3 greatly deviates from the third permissible range R3, and therefore, it is recognized as “double tightening” among the abnormal tightening operations. When the tightening angle A corresponding to the start torque T1, the tightening angle B corresponding to the snag torque T2, and the tightening angle C corresponding to the target torque T3 are all smaller than in the case of normal tightening, “2 Can be estimated.
また、図5は異常締付である「斜め入り」又は「焼き付き」の締付トルク及び締付角度の変化を示している。「斜め入り」とは、ボルト締付時、その軸心が雌ネジの軸芯に対してズレた状態で斜めに入る場合であり、「焼き付き」とは、雄ネジ又は雌ネジの製造不良もしくはネジ間に異物が混入した場合である(いずれも、トルクは発生するが、軸力が発生せずに締付不良となる)。スタートトルクT1に相当する締付角度Aは第1許容範囲R1から逸脱し、狙い目トルクT3に相当する締付角度Cは第3許容範囲R3から逸脱することから、異常の締付作業のうち、「斜め入り」又は「焼き付き」と推定できる。 Further, FIG. 5 shows changes in tightening torque and tightening angle of “obliquely entering” or “seizure” that are abnormal tightening. “Inclined” means when the bolt is tightened and the axis is shifted with respect to the axis of the female screw, and “seizure” means defective production of the male screw or female screw or This is a case where foreign matter is mixed between the screws (in either case, torque is generated, but axial force is not generated and tightening is poor). The tightening angle A corresponding to the start torque T1 deviates from the first allowable range R1, and the tightening angle C corresponding to the target torque T3 deviates from the third allowable range R3. , “Oblique entry” or “burn-in” can be estimated.
このように、複数の設定トルクを設けると共に、それらに対応する複数の許容締付角度範囲を設けることにより、例えば、狙い目トルクに対応する締付角度のみによって正常/異常締付を判断する場合に比較して、より正確且つ分析的な締付判断が可能になる。 In this way, by providing a plurality of set torques and providing a plurality of permissible tightening angle ranges corresponding thereto, for example, when determining normal / abnormal tightening only by a tightening angle corresponding to the target torque Compared to the above, a more accurate and analytical tightening determination becomes possible.
M モータ
S メインシャフト
C ケース先端部
10 トルク検知手段
20 角度検知手段
21 磁気回転ドラム
23 磁気センサ
M Motor S Main shaft
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