JP3128539U

JP3128539U - ねじ継手の締付け時に衝撃ナットランナーの出力軸の角度変位を測定する測定装置及び前記測定装置を備えた衝撃ナットランナー

Info

Publication number: JP3128539U
Application number: JP2006008132U
Authority: JP
Inventors: フリベルク，ヨン，ロベルト，クリスチアン
Original assignee: Atlas Copco Tools AB
Current assignee: Atlas Copco Industrial Technique AB
Priority date: 2006-10-05
Filing date: 2006-10-05
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2016-10-05

Abstract

【課題】出力軸上で角度感知手段を使用することなく締付け間の出力軸の角度変位が得られる測定装置及び前記測定装置を備えた衝撃ナットランナーを提供する。
【解決手段】衝撃ナットランナーは、ハンドル１１を有するハウジング１０、スロットルバルブ１２、圧力空気導入連結部１３及び排気口１４を備えている。さらに、ナットランナーは、回転子２１及び固定シリンダ２２を有する空気圧式ベーンモータ２０と、ナットソケット２６を介してねじ部品２５と連結するための出力軸２４を有するパルスユニット２３とを備えている。また、パルスユニット２３は円筒形の慣性駆動部材２７を備え、この慣性駆動部材２７は、モータの回転子２１に堅固に連結され、前端壁３０によって部分的に画定される作動液室２９を備えている。
【選択図】図１

Description

本考案は、衝撃ナットランナーの慣性駆動部材の角度変位を検出するように配置された角度感知装置からの情報を用いて、衝撃ナットランナーの出力軸の角度変位、即ち、締付工程間のねじ継手の角度変位を測定する測定装置及び前記想定装置を備えた衝撃ナットランナーに関する。

衝撃ナットランナーにおいては、出力軸の角度変位、即ち、締付工程間のねじ継手の角度変位に関する正確な情報を得るという課題がある。従来技術では、出力軸に、回転角に関する信号を得るための角度センサを設けた衝撃ナットランナーが開示されている。例えば、米国特許第６，３４１，５３３号（特許文献１）が参照される。
米国特許第６３４１５３３号公報国際公開WO02/083366公報

この種の角度感知装置に関しては、ナットランナーの外径を大きくしてしまうという問題があり、特に、工具の長さを長くしてしまうという問題がある。特に、トルク演算目的のために慣性駆動部材の角度変位を検出するための角度センサが既に設けられているような衝撃ナットランナーにおいては、出力軸に余分な角度センサを付加することは、外形に望ましくなく、かつ、ナットランナーを複雑化する。例えば、国際公開WO02/083366（特許文献２）が参照される。

本考案の主目的は、出力軸上で角度感知手段を使用することなく締付け間の出力軸の角度変位が得られる測定装置及び前記測定装置を備えた衝撃ナットランナーを提供することにある。言い換えれば、出力軸とねじ継手の角度変位は、衝撃ユニットの慣性駆動部材の角度変位を検出する角度感知装置によってもたらされる角度信号から直ちに計算される。
本考案のさらなる目的及び利点は、以下の説明及び実用新案登録請求の範囲から明らかになる。

本考案の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して以下に説明する。
本考案による測定装置は、特定の角度感知手段、即ち、トルク衝撃発生パルスユニットの慣性駆動部材に関連する角度センサを有する衝撃ナットランナーに適用される。本考案による改良点を理解してもらうために、以下に、この種の衝撃ナットランナーについて詳細に説明する。

図１に概略的に示した衝撃ナットランナーは、ハンドル１１を有するハウジング１０、スロットルバルブ１２、圧力空気導入連結部１３及び排気口１４を備えている。さらに、ナットランナーは、回転子２１及び固定シリンダ２２を有する空気圧式ベーンモータ２０と、ナットソケット２６を介してねじ部品２５と連結するための出力軸２４を有するパルスユニット２３とを備えている。

また、パルスユニット２３は円筒形の慣性駆動部材２７を備え、この慣性駆動部材２７は、モータの回転子２１に堅固に連結され、前端壁３０によって部分的に画定される作動液室２９を備えている。出力軸２４には、後端部分３４が形成されており、この後端部分３４は作動液室２９内にのび、衝撃発生機構からのトルク衝撃を受ける。後者は、二つの対向するピストン３１ａ及び３１ｂを備え、これらのピストンは、二つの作動ボール３２ａ及び３２ｂによって、出力軸２４の横方向孔３３内で往復運動させられる。ボール３２ａ及び３２ｂは、駆動部材２７の内側円筒面上の不図示のカムに係合する。ピストン３１ａ及び３１ｂは、孔３３におけるそれらの間に、トルク衝撃を発生させるための高圧室を形成する。

この種のパルスユニットは、例えば、米国特許第５，０９２，４１０号に既に開示されており、本考案の一部を形成するものではないので、これ以上詳細な説明は行わない。

トルク伝達工具の回転部分の回転運動を検出するために、慣性駆動部材２７には、樹脂材料から成るリング要素３５が設けられている。このリング要素３５は、その外周全体に等間隔に配置された磁極に相当する多数の平行バンド３６によって磁化されている（図３ａ参照）。図２に示されているように、リング要素３５は、二つのねじ３７によって慣性駆動部材２７に固定され、慣性駆動部材２７と共に堅固なユニットを形成する。

さらに、角度エンコーダは、回路基板３９上に配置された固定センサユニット３８を備えている。この固定センサユニット３８は、リング要素３５の磁気バンド３６がセンサユニット３８を通過した時に、慣性駆動部材２７の回転を検出するよう構成されている。回路基板３９は、工具ハウジング１０に固定されており、ハウジング１０にはモータ２０に接続される電源手段も設けられている。センサユニット３８は、磁気バンド３６の通過する回数に応じた信号を、センサユニット３８に接続された外部制御ユニット４０へ送信するように構成されている。制御ユニット４０は、センサユニット３８からの信号と、工具関係係数としての総慣性モーメント値からの信号とを使用して、伝達トルクに加えて回転部材の遅れの大きさを測定するための演算手段を備えている。幾つかの信号処理用電子素子がナットランナー自体にも設けることができる。

センサユニット３８は、複数の細長い感知ループ４２を備えている。これらの感知ループ４２は、センサユニット３８からの位相遅れ信号を得るように、平行に配置され、かつ、リング要素３５上の磁気バンド３６の間隔とは異なる間隔で相互に離間されている。この位相遅れによって、慣性部材２７が回転する方向を測定することが可能になる。

上述した角度エンコーダは、丈夫な設計であり、かつ、非常に良好な角度分解を有しているので、この装置に特に好適である。この角度エンコーダは、それ自体は新規なものではなく、米国のAdmotec社(Advanced Motion Technologies)からSeries EK 622 Encoder Kitとして市販されている。

動作中、出力軸２４は、ナットソケット２６を介してねじ部品２５に連結され、駆動トルクをパルスユニット２３に送るようにモータ２０に動力圧力空気が供給される。ねじ部品２５からのトルク抵抗が特定のレベルより下である限り、パルスユニット２３は、何の衝撃も発生させることなく、出力軸２４に連続モータトルクを直接送る。ねじ部品２５が徐々に止まり、トルク抵抗が前記特定のレベルより上へ上がると、パルスユニット２３は、連続モータトルクをトルク衝撃に変換し始める。これにより、慣性駆動部材２７は、二回の連続する衝撃の間の完全回転中に連続的に加速され、衝撃機構２３を介して出力軸２４へ運動エネルギーを送る。この運動エネルギーを介して送られたトルクは、モータ２０によって送られる連続トルクより何倍か高く、ねじ部品２５の段階的な締め付けを達成する。

磁化リング要素３５及びセンサユニット３８を用いて回転部分の動きを検出することによって、回転速度に加えて回転部分の遅れの大きさを演算することができ、かつ、演算された遅れの大きさと、駆動部材２７及び工具の駆動部材と共働する部分の総慣性モーメントとを使用することによって、ねじ部品２５に伝達されるトルクを決めることができる。

本考案によれば、角度センサ３５及び３８によって発生される信号を用いることにより、出力軸とねじ部品の角度変位を測定することも可能である。各衝撃発生間の駆動部材２７の回転運動φ_Ｄが、一つの完全な回転、即ち、３６０°に、駆動軸の結果変位Δφ_０を加えた値であるので、総出力軸変位φ_0totは、始めに、駆動部材２７の総回転角度φ_Dtotを決め、次いで、その角度から、完全回転の総数の総角度φ_Ntot：N_tot・３６０°から一完全回転：３６０°を引くことによって得られる角度を減算することによって算出することができる。これは下式で表すことができる。
φ_0tot＝φ_Dtot−（N_tot−１）・３６０
第１の衝撃は駆動部材の不知の加速角度によって先行され得るので、一完全回転は減算する必要がある。

締め付けの初期は、ねじ継手等の設定に起因して非常に流動的であるため、衝撃の総数に加えて駆動部材２７の総角度変位φ_Ｄtotは、締付工程中の本当に最初の衝撃からは計算することができない。言い換えれば、総駆動部材変位φ_Dtotは、所望の最終トルクレベルＴ_ｆの特定の割合、例えば５０％に合う所定の基準トルクレベルＴ_ｔから計算される。

本考案は、衝撃ユニット駆動部材に設けられ、ナットランナーの伝達出力トルクの計算のような他の目的にも使用される角度センサによって送られてくる信号を利用して、出力軸の角度変位を支障なく測定することができるという効果を奏し、ナットランナーの外形を大きくしたり、構造を複雑にしたりする余分な角度感知手段を必要としない。

本考案に係る測定装置を備えた衝撃ナットランナーの部分断面側面図である。ねじ部品と接続した図１に示す種類の衝撃ナットランナーの長手方向断面図である。（ａ）は図１の工具の回転検知装置の一部を形成するリング要素の斜視図であり、（ｂ）は回転検知装置の一部を形成するセンサユニットの斜視図である。

符号の説明

１０ハウジング
１１ハンドル
１２スロットルバルブ
１３圧力空気導入連結部
１４排気口
２０ベーンモータ
２１回転子
２２固定シリンダ
２３パルスユニット
２４出力軸
２５ねじ部品
２６ナットソケット
２７慣性駆動部材
２９作動液室
３０前端壁
３１ａピストン
３１ｂピストン
３２ａ作動ボール
３２ｂ作動ボール
３３横方向孔
３４後端部分
３５リング要素
３６平行バンド
３７ねじ
３８固定センサユニット
３９回路基板
４０外部制御ユニット
４２感知ループ

Claims

出力軸（２４）に完全回転毎に一トルク衝撃を伝達するモータ駆動式慣性駆動部材（２７）を有する衝撃ユニット（２３）と、
慣性駆動部材（２７）の回転運動（φ_D）を検出するために配置された角度感知装置（３５，３８）と
を備えた衝撃ナットランナーに関して、
所望の最終トルクレベル（Ｔ_f）までねじ継手を締付けた時の衝撃ナットランナーの出力軸（２４）の角度変位（φ₀）を測定可能な衝撃ナットランナー用の測定装置であって、
慣性駆動部材（２７）の回転運動（φ_D）の検出の基となる基準トルクレベル（Ｔ_t）を決め、
前記基準トルクレベル（Ｔ_t）から計算したトルク衝撃の総数（Ｎ_tot）によって達成される慣性駆動部材の総回転角度（φ_Dtot）を決め、かつ、
前記基準トルクレベル（Ｔ_t）から計算した慣性駆動部材（２７）の総回転角度（φ_Dtot）から、完全回転の総数（Ｎ_tot）の総角度（φ_Ntot）から一完全回転を引いた値（（Ｎ_tot−１）・３６０°）を減算することによって、前記基準トルクレベル（Ｔ_t）から計算したトルク衝撃の総数（Ｎ_tot）によって達成される出力軸（２４）の総角度変位（φ_0tot）を算出する
ように構成したことを特徴とする測定装置。
前記基準トルクレベル（Ｔ_t）が、所望の最終トルクレベル（Ｔ_f）の所定の割合である
ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
出力軸（２４）に完全回転毎に一トルク衝撃を伝達するモータ駆動式慣性駆動部材（２７）を有する衝撃ユニット（２３）と、
慣性駆動部材（２７）の回転運動（φ_D）を検出するために配置された角度感知装置（３５，３８）と
所望の最終トルクレベル（Ｔ_f）までねじ継手を締付けた時の衝撃ナットランナーの出力軸（２４）の角度変位（φ₀）を測定する測定装置（４０）と
を備えた衝撃ナットランナーであって、
前記測定装置（４０）が、
慣性駆動部材（２７）の回転運動（φ_D）の検出の基となる基準トルクレベル（Ｔ_t）を決め、
前記角度感知装置からの信号に基づいて、
前記基準トルクレベル（Ｔ_t）から計算したトルク衝撃の総数（Ｎ_tot）によって達成される慣性駆動部材の総回転角度（φ_Dtot）を決め、かつ、
前記基準トルクレベル（Ｔ_t）から計算した慣性駆動部材（２７）の総回転角度（φ_Ｄtot）から、完全回転の総数（Ｎ_tot）の総角度（φ_Ntot）から一完全回転を引いた値（（Ｎ_tot−１）・３６０°）を減算することによって、前記基準トルクレベル（Ｔ_t）から計算したトルク衝撃の総数（Ｎ_tot）によって達成される出力軸（２４）の総角度変位（φ_0tot）を算出する
ように構成されていることを特徴とする衝撃ナットランナー。
前記基準トルクレベル（Ｔ_t）が、所望の最終トルクレベル（Ｔ_f）の所定の割合である
ことを特徴とする請求項３に記載の衝撃ナットランナー。