JPH08267369A - トルク制御式パルスツール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トルク制御式パルスツールにおいて、所要の
零点リセットを簡単に行えるようにする。 【構成】 電動モータ１５と、この電動モータ１５を起
動させるためのオンオフスイッチ３４と、電動モータ１
５によって駆動されるパルス力発生装置１６と、このパ
ルス力発生装置１６により発生されてツール出力軸１９
に伝達されるパルス状のトルクを検知するトルクセンサ
２１と、電動モータ１５の起動のためにオンオフスイッ
チ３４が操作された後における最初のパルス状のトルク
が発生されるまでの間の一定時間内にトルクセンサ２１
を零点リセットさせるための第１のＣＰＵ５０とを有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トルクセンサを備えた
ねじ締めツールなどの、トルク制御式パルスツールに関
する。

【０００２】

【従来の技術】パルス力を発生させる従来のねじ締めツ
ールとして、回転駆動源にエアモータを使用したエアツ
ールや、回転駆動源に電動モータを使用した電動ツール
などが知られている。また、この種のねじ締め用のツー
ルとして、ねじ締めトルクを検出するためのトルクセン
サを内蔵することで、対象物へ付与するパルス状のトル
クを正確に検出しようとしたものが知られている。この
トルクは、互いに時間間隔をおいた複数のパルス状に付
与される。トルクセンサとしては、トルク検出軸の外周
に磁気異方性部を形成し、この軸にトルクが印加された
ときの磁気異方性部の磁気特性の変化を、この磁気異方
性部の近傍に設けられたコイルで検出するようにした、
いわゆる磁歪式のトルクセンサが用いられている。

【０００３】この磁歪式のトルクセンサでは、軸に磁気
異方性部が形成されたセンサ部や、コイルを励磁するた
めの励磁回路や、コイルからの信号を処理する検出回路
などにおいて、周囲の雰囲気などが変化すると、トルク
信号値に零点誤差が生じる原因となる。

【０００４】そこで、従来のトルクセンサを備えたねじ
締めツールなどにおいては、このツールが継続的に使用
されている間に零点リセットを行うようにしたものが提
案されている。たとえば、あるパルス状のトルクが発生
した後において、次のパルス状のトルクが発生するまで
の間に所定の零点リセットを行うようにしたものなどが
提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなも
のでは、発生したパルス状のトルクが完全に消滅した後
でなければ正確な零点リセットが期待できないことか
ら、そのパルス状のトルクの消滅を確実に検知しなけれ
ばならず、その検知作業に手間を要し、零点リセットの
ために複雑な制御を必要とするという問題点がある。

【０００６】そこで本発明はこのような問題点を解決
し、所要の零点リセットを簡単に行えるようにすること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、回転駆動源と、この回転駆動源を起動させる
ためのスイッチと、前記回転駆動源によって駆動される
パルス力発生手段と、このパルス力発生手段により発生
されてツール出力軸に伝達されるパルス状のトルクを検
知するトルクセンサと、前記回転駆動源の起動のために
前記スイッチが操作された後における最初のパルス状の
トルクが発生されるまでの間の一定時間内に前記トルク
センサを零点リセットさせる手段とを有するようにした
ものである。

【０００８】

【作用】このような構成において、電動モータなどの回
転駆動源や、油圧式のパルスユニットなどのパルス力発
生手段は、起動直後の一定時間内における立ち上がり
中、すなわち最初のパルス状のトルクが発生されるまで
の間の一定時間内は、実質的な負荷が作用していない状
態となっている。したがって、回転駆動源の起動のため
のスイッチが操作されたタイミングを利用して、上記一
定時間内にトルクセンサを零点リセットさせれば、簡単
な操作でありながら、確実に負荷が発生していない時期
において正確に零点リセットが行われる。なお、ねじ締
めツールなどのパルスツールは、一回の稼働時間がたか
だか数秒程度であるので、その稼働中に実質的な零点変
化が生じるとは考えにくく、起動直後に零点リセットを
一回行うだけの簡単なプロセスであっても何ら支障はな
い。

【０００９】

【実施例】図３〜図５は、パルスツールの一例としての
ねじ締めツール11を示す。このねじ締めツール11は手持
ち式のツールとして構成され、そのケーシング12は本体
部13とハンドル部14とを備えている。本体部13の内部に
は、回転駆動源としての電動モータ15と、この電動モー
タ15によって駆動される油圧式のパルス力発生装置16と
が設けられている。電動モータ15には、角度センサ17が
機械的に接続されている。パルス力発生装置16は、電動
モータ15から供給される連続的なトルクをインパルス状
のトルクに変換するもので、電動モータ15のトルク値を
ピーク値で50〜100 倍に増幅可能である。なお電動モー
タ15には発生トルクの大きいＤＣモータを使用すること
が多いが、高速のＡＣサーボモータまたはＤＣサーボモ
ータを使用することもできる。また、電動モータ15とパ
ルス発生装置16との間に、トルクを増幅するための減速
機構を設置することも可能である。さらにパルス力発生
装置16として、上述の油圧式のものに代えて、機械的な
衝撃力を発生させるものを利用することもできる。

【００１０】パルス力発生装置16の出力側には磁歪式の
トルクセンサ軸18が同軸に接続され、このトルクセンサ
軸18の先端にさらにツール出力軸19が同軸に接続されて
いる。このツール出力軸19は、その先端がケーシング12
から突出することで、所要のねじ締め操作に供すること
が可能である。

【００１１】トルクセンサ軸18によって、非接触の磁歪
式のトルクセンサ21が構成されている。すなわち、この
トルクセンサ軸18の外周には、軸心方向に間隔をおい
て、ナーリング溝にて構成された一対の磁気異方性部2
2、23が形成されており、これら磁気異方性部22、23の
周囲には、励磁コイルと検出コイルとからなるコイル部
24が非接触状態で配置されている。このため、電動モー
タ15およびパルス力発生装置16によって発生されたパル
ス状のトルクが、出力軸19を介して締め付け対象のねじ
などに伝達されると、そのトルクの大きさに応じて磁気
異方性部22、23の磁気特性が変化し、それに対応した電
気信号がコイル部24から出力されることで、そのトルク
の大きさが求められる。コイル部24は、モータ15からの
漏洩磁気の影響を避けるために磁気シールドケース25の
内部に配置されている。なお、このような磁気の影響を
確実に防止するために、モータ15やパルス力発生装置16
に非磁性材料からなる部品が使用されている。またトル
クセンサは、このような磁歪式のものに代えて、ロータ
リトランスを利用した歪ゲージ方式のものなどを利用す
ることもできる。かつ、その場合にも漏洩磁気に対し同
様の対策が施される。

【００１２】このように一対の磁気異方性部22、23を設
けておき、図示のようにその磁気異方性の方向を互いに
逆方向としておくことで、トルクセンサの周囲温度等の
環境に変化があっても、その影響が相殺されて誤差の発
生が防止される。なお、センサ性能が若干低下すること
を許容できる場合には、磁気異方性を一か所のみとする
ことができ、その場合にはトルクセンサ軸18を短尺に構
成できてツール１１の小形化を図ることができる。

【００１３】トルクセンサ軸18の近傍におけるケーシン
グ12の本体部13の内部には、トルクセンサ21の制御のた
めの電子部品を装着したセンサ基板26が設けられてい
る。またケーシング12のハンドル部14の内部には、電動
モータ15の制御やセンサ基板26から送られる信号の処理
のための電子部品を装着したメイン基板27が設けられて
いる。これらの基板26、27は、パルス力発生装置16など
からの振動を受けないように、適宜の衝撃吸収構造を備
えたものとされている。

【００１４】ケーシング12の本体部13の背面部分の内部
には、トルク表示／設定基板30が設けられている。そし
て、この本体部13の背面には、この基板30を利用して、
トルク設定部31と、トルク表示部32と、トルク異常／正
常表示部33とが設けられている。また、ハンドル部14に
は、電動モータ15をマニュアル操作で起動／停止させる
ためのオンオフスイッチ34と、モータ15すなわち出力軸
19の回転方向を切り換えるための切換えスイッチ35とが
設けられている。

【００１５】メイン基板27にはケーシング12の外部から
のケーブル36が接続され、このケーブル36は、ツール11
への電源の供給と、ツール11から外部へのデータの伝送
とのために用いられる。すなわち、図４に示すようにこ
のケーブル36は電源供給用のＡＣ／ＤＣアダプタ37に導
かれ、このアダプタ37からの通信ライン38がさらにコン
ピュータを利用したデータ処理装置39に導かれるように
構成されている。このデータ処理装置39は、別置式のも
のであって、市販の汎用コンピュータを利用することが
できる。通信ライン38には着脱式のものが使用される。
40はプリンタである。なお、ＡＣ／ＤＣアダプタ37によ
って電源を供給する代わりに、バッテリ内蔵方式を採用
することもできる。

【００１６】図２は、本装置のブロック図を示す。トル
クセンサ21において、コイル部24は上述のように励磁コ
イル42と検出コイル43、44とで構成されており、励磁コ
イル42は交流電源部45に接続されている。各磁気異方性
部22、23に対応してそれぞれ設けられた検出コイル43、
44の出力側は、ローパスフィルタ46、47を介して差動増
幅器48に接続されている。また、この差動増幅器48の出
力側は、補償回路49に接続されている。センサ基板26に
はトルクセンサ21を制御するための第１のＣＰＵ50が設
けられており、この第１のＣＰＵ50にはトルクセンサ21
の温度を検出するための温度センサ51からの信号ライン
が接続されている。

【００１７】このため、ツール出力軸19によるねじ締め
が行われて、それにもとづくトルクがトルクセンサ軸18
に印加されると、そのトルクの大きさに対応して検出コ
イル43、44に信号が現れる。そして、これらの信号がロ
ーパスフィルタ46、47をとおって差動増幅器48に送られ
ることで、この差動増幅器48の出力側には、そのトルク
の大きさに応じたトルク信号が現れることになる。また
温度センサ51による温度の検出結果に応じて、補償回路
49によって温度補償の行われたトルク信号が最終的に出
力されることになる。

【００１８】メイン基板27には第２のＣＰＵ53が設けら
れており、この第２のＣＰＵ53には、補償回路49からの
信号ラインがＡ／Ｄ変換器54を介して接続されている。
また第２のＣＰＵ53には、トルク設定部31からの信号ラ
インが設定トルク記憶装置55を介して接続されている。
さらに第２のＣＰＵ53は、モータ制御回路56を介して電
動モータ15を制御可能であるとともに、表示制御回路57
を介して各表示部32、33へ表示内容を出力可能である。
さらに通信制御回路58を介して、ケーブル36および通信
ライン38により、データ処理装置39との間でデータの授
受が可能である。

【００１９】さらにメイン基板27には、電気的に書き換
え可能なＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）にて構成された締め付
けトルク記憶装置60が設けられており、この記憶装置60
は、補償回路49からのデータを受け取って記憶可能であ
るとともに、第２のＣＰＵ53との間でデータを授受可能
に構成されている。前述のオンオフスイッチ34は第１お
よび第２のＣＰＵ50、53に接続され、また切換えスイッ
チ35は第２のＣＰＵ53に接続されている。角度センサ17
からの信号は第２のＣＰＵ53に入力される。

【００２０】このような構成において、オンオフスイッ
チ34を操作して電動モータ15を作動させると、それに対
応してパルス力発生装置16にてインパルス力が発生さ
れ、このインパルス力によって出力軸19が回転されるの
で、所定のねじ締め作業を行うことが可能になる。その
ときの付与トルクは、トルクセンサ21によって検知され
る。

【００２１】具体的なねじ締め作業の際には、まず、ト
ルク設定部31によって、対象物に付与すべきトルクをマ
ニュアル設定する。その設定値は、記憶装置55によって
記憶されるとともに、第２のＣＰＵ53の作用により表示
制御回路57を介してトルク表示部32に表示される。

【００２２】この状態でオンオフスイッチ34がマニュア
ル操作されると、まず後述する零点リセットが行われ、
続いて本来のねじ締めが行われる。そして、そのときの
締め付けトルクがトルクセンサ21によって検知され、そ
れにもとづく締め付け作業中のトルク信号は、補償回路
49により温度補償を受けた後に、Ａ／Ｄ変換器54を介し
て第２のＣＰＵ53へ送られる。この第２のＣＰＵ53は、
補償回路49により温度補償されたトルクデータと、設定
トルク記憶装置55からのデータとを比較して、対象物に
付与されるトルクが設定目標トルク値に到達したときに
電動モータ15を停止させる。

【００２３】これにより一つの対象物についてのねじ締
め作業が完了し、そのときの締め付けトルク値は、締め
付けトルク記憶装置60に記憶されるとともにトルク表示
部32によって表示される。記憶装置60は多数の対象物に
ついての締め付けトルク値を記憶可能とされており、こ
の記憶されたデータは、適当な時期にケーブル36および
通信ライン38を介してデータ処理装置39へ伝送される。
そしてデータ処理装置39は、対象物の締付トルクなどに
ついて品質管理データ処理などを行う。

【００２４】このように、トルク設定部31によって目標
設定トルク値を直接設定するので、フレキシブルでかつ
精度の良いトルク値でねじ締めを行うことができる。し
かも、最終的な締め付けトルク値を記憶してデータ処理
できるようにしたため、ねじ締めトルク品質管理を容易
に行うことができる。さらに軸継手方式を工夫して、モ
ータ15、パルス発生装置16、トルクセンサ21をビルドブ
ロック方式とすれば、そのメンテナンス時の交換が容易
である。また、メイン基板27の記憶装置60を利用して、
複数本のねじ締めを行う場合の締め忘れ防止機能を付与
することもできる。

【００２５】なお、角度センサ17を利用してモータ15の
速度制御を行うこともできる。また電動モータ15に代え
て、エアモータなどの他の回転駆動源を利用することも
できる。さらに、モータ15やパルス力発生装置16やトル
クセンサ21の発熱は、このモータ15の回転にもとづき発
生する空気流によって冷却することができる。

【００２６】図１は、対象物に付与されるパルス状のト
ルクの詳細を示し、横軸は時間、縦軸はトルク信号Ｖ_T
をそれぞれ表す。ここで、オンオフスイッチ34をオンす
ると、それをトリガ信号として、時間t₁の間にトルクセ
ンサ21の零点リセットが行われる。すなわち、このオン
オフスイッチ34をオンした直後であってまだ最初のパル
ス状のトルクが発生されていない短時間t₁の内には、電
動モータ15やパルス力発生装置16がまだ立ち上がり状態
にあって、実質的な負荷が作用していない状態となって
いる。そこでこの時間t₁の間に、第１のＣＰＵ50は、そ
のときの補償回路49の出力がトルクゼロとなるように、
この補償回路49を零点リセットする。

【００２７】これによって、図示のようにその後に対象
物にパルス状のトルクが付与されるときには、零点リセ
ットをねじ締め作業の開始時に行っているので、トルク
の測定が正確に行われることになる。なお、ねじ締めツ
ール11の一回の稼働時間はたかだか数秒程度であるの
で、その稼働中に実質的な零点変化が生じるとは考えに
くく、このように起動直後に零点リセットを一回行った
だけの簡単なプロセスであっても、トルク測定値に実際
上の誤差は生じない。

【００２８】そして、その後の電動モータ15の回転によ
り対象物にパルス状のトルクが付与されるが、このパル
ス状のトルクは、図示のようにピーク値が徐々に増大す
るように付与される。第２のＣＰＵ53は、これら各パル
ストルクのピークトルク値をそれぞれ測定する。

【００２９】上述の設定目標トルク値をＶ_TOとすると、
測定されたピークトルク値がこの目標トルク値Ｖ_TOを超
えた値Ｖ_TFとなったときに、上述のようにねじ締め作業
が完了したと判断して、モータ15が停止される。

【００３０】またここでは、トルク測定のためのスター
トレベルＶ_TSが設定されている。そして、トルクピーク
値がスタートレベルＶ_TSを超えた時点から、第２のＣＰ
Ｕ53によりねじ締めの時間が設定目標時間T₃を超えてい
ないかどうかが診断される。そして、ねじ締めの時間が
設定目標時間T₃を超えた場合はパルス力発生装置16ある
いは対象物の異常として、その旨が表示部33に表示され
る。異常がない場合は、正常である旨が表示部33に表示
される。

【００３１】締め付けトルク記憶装置60には、ねじ締め
作業が完了した時点のピークトルク値Ｖ_TFが記憶され
る。そして、そのトルク値すなわち対象物の最終締付ト
ルク値が、モータ15を停止した後に再度スイッチ34がオ
ンされるまでの時間t₂の間だけ、トルク表示部32に表示
される。すなわちトルク表示部32は、通常は上述の設定
目標トルク値を表示するが、ねじ締めが完了した後は最
終締付トルク値を表示する。

【００３２】その後に、次のねじ締め作業のために再び
オンオフスイッチ34がオンされると、同様に時間t₁の間
にトルクセンサ21の零点リセットが行われる。締め付け
トルク記憶装置60には、多数のねじ締め作業についての
ねじ締め完了時のピークトルク値Ｖ_TFがそれぞれ記憶さ
れる。この記憶されたデータを処理するときには、ツー
ル11をケーブル36および通信ライン38によってデータ処
理装置39に接続したうえで、そのデータの伝送を行う。
処理装置39は、対象物の最終締付トルクについての品質
管理データ処理などを行う。データの伝送後は、再び通
信ライン38を取り外すことによって、ツール11を元通り
の状態で使用できる。また、一台の処理装置39によって
複数のツールについてのデータ処理を行うことができ、
しかもこの処理装置39には市販のコンピュータを利用で
きる。このため、各ツールごとに特殊なデータ処理装置
を装備するような場合に比べ、システム全体を安価に構
成できる。

【００３３】ケーシング12内に角度センサ17を内蔵して
いることにより、第１および第２のＣＰＵ50、53によっ
て、付与トルクと角度との両方にもとづくねじ締め制御
を行うことができる。

【００３４】なお、メイン基板27をケーシング12外にお
ける別置き式とすることもできる。その際には、その基
板内にデータ処理のための回路を組み込むことができ、
その場合は別置きのデータ処理装置39は不要になる。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によると、回転
駆動源の起動のためにスイッチが操作された後における
最初のパルス状のトルクが発生されるまでの間の一定時
間内にトルクセンサを零点リセットさせる手段を有する
ようにしたため、すなわち起動直後の立ち上がり中の実
質的な負荷が作用していないときにトルクセンサを零点
リセットさせるようにしたため、負荷が発生していない
ことが確実である時期に簡単かつ正確に零点リセットを
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のトルク制御式パルスツール
の出力を例示する図である。

【図２】同パルスツールのブロック図である。

【図３】同パルスツールの断面図である。

【図４】同パルスツールの一部切欠き斜視図である。

【図５】同パルスツールの背面図である。

【符号の説明】

15 電動モータ 16 パルス力発生装置 19 ツール出力軸 21 トルクセンサ 34 オンオフスイッチ 50 第１のＣＰＵ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転駆動源と、この回転駆動源を起動さ
   せるためのスイッチと、前記回転駆動源によって駆動さ
   れるパルス力発生手段と、このパルス力発生手段により
   発生されてツール出力軸に伝達されるパルス状のトルク
   を検知するトルクセンサと、前記回転駆動源の起動のた
   めに前記スイッチが操作された後における最初のパルス
   状のトルクが発生されるまでの間の一定時間内に前記ト
   ルクセンサを零点リセットさせる手段とを有することを
   特徴とするトルク制御式パルスツール。