JPH0871942A - 打撃型空気ドライバーのネジ締付完了の確認方法及びその確認装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、インパクトレンチ、オイルパ
ルスレンチと呼ばれている打撃型空気ドライバーの空気
供給ホースに空気流量センサを取付て、打撃型空気ドラ
イバーへ送られる空気流量をモニターして締付け不良を
検知する方法及びその装置を提供することにある。 【構成】本発明に係る打撃型空気ドライバーでのネジ締
付完了の確認方法は、打撃型空気ドライバーでネジを締
める方法において、該空気ドライバーに流れる空気流量
の変化を検知してネジが締め終わった事を検知するよう
にしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、小型の打撃型空気ドラ
イバー内部にセンサを取り付けたり等の改造を施さない
で既存の打撃型空気ドライバーを使用しながら、ネジの
締付不良を排除出来る打撃型空気ドライバーのネジ締付
完了の確認方法及びその確認装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】製品の製造工程等において締付工具によ
るネジの締付作業は各種産業で使用されている。簡単な
作業ではあるが、たまに発生するネジの締付不良を排除
することは製品の安定性を維持するために大切なことで
あり、ネジの締付不良に対する色々な対策が採られてい
る。締付工具が大型の場合は工具内部に細工を施しネジ
の締付不良を排除するため締付工具の動作をモニターす
る空気圧信号を取り出すことが行われている。あるいは
トルクセンサを組み込んだ締付工具を利用している。し
かし、小型の工具になるとこの改造は困難になり、あま
り行われていないのが現状である。また一方では小型締
付工具を改造しないでネジの締付不良を排除出来ればさ
らに良いことは明らかである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の点に鑑
みてなされたもので、インパクトレンチ、オイルパルス
レンチと呼ばれている打撃型空気ドライバーの空気供給
ホースに空気流量センサを取付て、打撃型空気ドライバ
ーへ送られる空気流量をモニターしてネジの締付け不良
を検知する打撃型空気ドライバーのネジ締付完了の確認
方法及びその確認装置を供給することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる打撃型空
気ドライバーは通常使用されるものを改造せずに使用す
る。それを可能にするのは打撃型空気ドライバーの空気
流量変化に着目し、その空気流量変化はこの打撃型空気
ドライバーの特質である。この為に従来あまり利用され
ない空気流量センサを採用したことも、本発明の特徴で
ある。打撃型空気ドライバーの空気流量の特徴として、
ネジ締め時において着座（ネジの首下部をねじ込む時）
迄と打撃時では空気流量が大きく違うことである。打撃
型空気ドライバーにとって負荷の軽い着座迄では空気流
量が大きく、打撃時には空気流量が顕著に減少する。

【０００５】打撃型空気ドライバーでのネジ締め時、ネ
ジ着座の時点で空気流量は増加から減少へ大きく変化す
る。ネジ締め起動時からこの変極点迄の時間を計測し、
目標時間との比較演算でネジ首下を正しく締めたことを
検知するものである。

【０００６】打撃型空気ドライバーでのネジ締め時、ネ
ジ着座後の打撃はネジの締付トルクを増加させ、規定ト
ルクに至るために必要な時間である。この打撃時は空気
流量は脈動し打撃中であることが空気流量変化から検知
できる。そこで、空気流量が減少後脈動分が無くなった
場合はネジの山が潰れ締め付けトルクが発生していない
状態になったことが検知できる。一般にネジバカと云わ
れる締付不良である。

【０００７】すなわち本発明に係る打撃型空気ドライバ
ーのネジ締付完了の確認方法は、打撃型空気ドライバー
でネジを締める方法において、該空気ドライバーに流れ
る空気流量の変化を検知してネジが締め終わった事を検
知するようにしたものである。

【０００８】また打撃型空気ドライバーのネジ締付完了
の確認方法は、打撃型空気ドライバーでネジを締める方
法において、該ドライバーに流れる空気流量をネジの着
座迄の空気流量と、ネジを打撃により締め付けている時
の空気流量に分類し、起動から着座までの継続時間とそ
の目標値を比較演算してネジの斜め締め等の着座不良を
検知し、ネジの締付トルクを増大させている打撃時の空
気流量の成分に打撃による脈動成分が消えた場合に締め
すぎによるネジバカとしてこれを検知するようにしたも
のである。

【０００９】さらに、打撃型空気ドライバーのネジ締付
完了の確認装置は、打撃型空気ドライバーの供給空気ホ
ースに空気流量センサを設け、前記空気流量の２種類に
ついての選別回路を設け、起動から着座までの継続時間
とその目標値とを比較演算する回路を設けてネジの斜め
締め等の着座不良を検知する手段を構成し、かつ、ネジ
の締めすぎによるネジバカを検知する手段として打撃時
の空気流量に打撃による脈動成分が消えたことを検知す
る回路を設けたものである。

【００１０】さらにまた、打撃型空気ドライバーのネジ
締付完了の確認装置は、打撃型空気ドライバーの供給空
気ホースに空気流量センサを設け、空気が流れている時
間が目標時間内に終わったこと、及び前記の不良条件が
発生しないことでネジの締付が完了したとして、これを
計数信号に用いて所定の締付本数分カウントしたことで
全数完了したことを確認する確認手段を設けたものであ
る。

【００１１】

【作用】打撃型空気ドライバーのネジ締付時の空気流量
とネジ軸力の実測例を図１に示す。図１は上のグラフは
空気流量を示し、下のグラフはネジに現れるネジ軸力を
示している。図１で示すグラフでネジの締付過程を当て
はめると横軸に示すＳ１の起動時、Ｓ２のねじ込み時、
Ｓ３の打撃時にそれぞれ分類できる。これらの３過程に
ついて空気流量の動きを説明する。図２は空気流量セン
サで得られる空気流量信号と低域通過濾波器を通して脈
動分を除き平均空気流量に見立てた空気流量信号とを記
録したものである。

【００１２】通常の打撃型空気ドライバーに流れる空気
流量は起動時において、工具内部の空気回路と空気モー
タに流れ込む空気流量の変化は大きく、空気流量も大き
い。ねじ込み時において、軽負荷でネジの首下をねじ込
む時の空気流量の変化を調べると、空転または軽負荷の
場合は起動後空気流量が漸次増加する。打撃型空気ドラ
イバー内部では打撃動作が殆ど無く、空気モータが漸次
加速され、それにつれて空気流量が増大していくのであ
る。打撃（ネジを締め上げる）時において、打撃型空気
ドライバーのネジの締付けトルクは打撃時間と共に増加
してゆくので一定打撃時間を経過すればネジの締付けト
ルク値は所定の値に達する。この為一定時間の打撃を必
要とする。この場合の空気流量の変化は空気モータがハ
ンマーに打撃力を与えるため空気流量に脈動分が含まれ
始める。これにつれて平均空気流量値も減少する。

【００１３】本発明は、打撃型空気ドライバー起動時の
突入空気流量が５／１００秒程度で終了し、ねじ込み時
の空気流量は緩やかに増加してゆき、ネジ着座後は空気
流量は急速に減少する事を利用してねじ込みが完了した
ことを検知するものである。空気圧が定まりネジが決ま
っていれば、起動後この時点にいたる迄の時間は一定時
間になる。正しいネジ締付時の時間を目標値とすれば、
この時間より短い場合はネジは首下全てをねじ込まれず
に締付トルクが増加したことになり、ねじ込み長さが短
い、斜め締め等の締付不良を意味している。また、起動
後着座までの時間が目標値より長くなればネジが入らな
い状態か、空転を意味している。

【００１４】本発明に係わる打撃型空気ドライバーの締
付確認装置は着座不良を排除するために、打撃型空気ド
ライバーを駆動する空気ホースに空気流量センサ１を設
けて、該センサ１で検出した空気流量信号から起動時の
ピーク信号をマスクした後の最大値を演算する回路を設
け、該最大値を基準としてそれより予め定めた値まで空
気流量信号が下がったことで着座したと判定する回路を
設けたものである。この回路はピークホールド回路と電
圧比較回路で構成される。あるいは空気流量信号が増加
から大きな減少に転じた時点をＡＤ変換器とマイクロコ
ンピュータで演算して、着座点を認識することも可能で
ある。

【００１５】空気流量センサ１の実例は絞り弁２での空
気流による圧力降下を差圧として取り出すのであまり大
きな圧力降下は圧力損として敬遠される。該センサ１は
小さな差圧で空気流量を検出するので、空気流量の絶対
値の安定性を期待することはできないことが多い。これ
を回避するために空気流量の変化点（変曲点）を検知す
る方法と回路が有効である。さらに安定な該センサ１の
場合には予め設定された空気流量設定値を設け、該設定
値を増加から減少方向に空気流量信号が通過したことで
着座点を検知することができる。この回路は電圧比較器
で構成する。

【００１６】打撃型空気ドライバーでのネジ着座後の締
付トルクを増加させる期間では空気流量は打撃中には脈
動する。空気流量が有りながら脈動成分が空気流量信号
から検知できない場合、締付中のネジは打撃型空気ドラ
イバーで締め込んでも締付トルクを生じていないことを
意味している。これは例えば過大な締付力でネジ山を潰
してしまい、ネジバカの状態になったものである。これ
を利用して本発明に係わる打撃型空気ドライバーの締付
確認装置はネジバカ不良を排除するために、打撃型空気
ドライバーを駆動する空気ホースに空気流量センサ１を
設けて、該センサ１で検出した空気流量信号から着座後
も空気流量信号が有ることを検知する回路を設け、かつ
脈動分が有ることを検知する回路を設け、前二つの条件
が共に成立つことを判断する回路を設け、もし成立しな
い場合はネジバカ不良として検知するものである。

【００１７】あるいは、低域通過濾波器を通った空気流
量信号が減少後再び増加に転じたなら該打撃型空気ドラ
イバーの負荷が軽くなったことを意味し、着座後の最低
値を保持するボトムホールド回路と該最低値に一定の値
を加算した値とで比較する回路を設けることで、再び空
気流量が増加したことを検知し、ネジバカ不良の発生を
検知できる。打撃型空気ドライバーでオイルパルスレン
チと呼ばれる種類で打撃力が安定な種類は空気流量の打
撃による脈動分も安定であり、低域通過濾波器を通った
信号はドライバーの動きを反映しこの検知方法は有効に
作用する。

【００１８】打撃型空気ドライバーのネジ締付は一般的
に一定時間締め付けたことで締付完了としている。ある
いはトルクコントロール機構を持つ打撃型空気ドライバ
ーでは該機構の設定トルクで締付を停止すると共に空気
を遮断する。同じ締付個所であればこの締付継続時間は
均一性がある。本発明において空気流量センサを用いた
だけでは本発明の意図するネジの着座不良、及びネジバ
カの発生が検知されず、予め設定された目標締付時間で
ネジ締付が完了したことで締付完了と判定し、表示出力
をするネジ締付完了の確認装置としたものである。本発
明のネジ締付確認装置の特徴は一定時間締めたら締付完
了とする一般的な方法に加えて本発明のネジ締付け不良
排除機能を付加したものである。一定時間の締付が行わ
れたことの検知は脈動分が有る時間を計測する回路を設
け、その時間と目標時間との比較演算で行われる。

【００１９】ネジ締付開始後着座迄の時間の設定 打撃型空気ドライバーは小型軽量で有りながら、その締
付スピードの早さで産業界で数多く使用されている。打
撃型空気ドライバーでの起動から着座迄の時間は１０／
１００秒から５０／１００秒が一般的な時間である。こ
の時間を正しく設定するにはこの時間を計測する必要が
ある。本発明では起動から着座点迄を認識できるので、
その間をカウンタ等で計測することでこの目的を達成す
る。この測定値はマイクロコンピュータにより併せて統
計処理し平均、最大、最小を計算表示し設定時のデータ
として供給する。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の一実施例をさらに具体的に図
面により説明する。図３は打撃型空気ドライバーに流れ
る空気流量を検知する空気流量センサ１である。空気通
路に絞り弁２を設けることで空気流に抵抗が生じそこに
圧力降下が生じる。この圧力降下は空気流量に比例し、
空気流量センサ１の空気室の圧力をそれぞれＰ１、Ｐ２
とすればＰ１＞Ｐ２になる。このＰ１−Ｐ２を差圧型の
半導体圧力センサ受圧部３で受け、これを検知すること
で空気流量に比例した電気信号を取り出すことができ
る。本発明では空気流量の絶対精度を要求されないの
で、この種の空気流量センサは容易に構成可能である。
半導体圧力センサ受圧部３はブリッジ回路で構成される
ので、半導体差圧センサ用増幅器４（定電流回路４−１
と差動増幅器４−２で構成する）で所定の電圧レベルま
で増幅される。ここで得られる信号を空気流量信号と呼
ぶ。

【００２１】図４は空気流量信号からドライバーの回転
中信号と打撃型空気ドライバーへの平均空気流量を検知
するための回路構成である。空気流量信号は比較器５で
ドライバーの回転中検出基準電圧と比較され、この回転
中検出基準電圧以上なら打撃型空気ドライバーは回転中
であるとして回転中信号を出力する。比較器５の入力と
出力は図５に示す。この回転中信号を図４に示す微分回
路６を通し、単安定マルチバイブレータ７を用いて打撃
型空気ドライバーの起動後に一定時間（５／１００秒程
度）のパルスを作り、打撃型空気ドライバー起動時の突
入空気流量部をマスクしようとするものである。そのパ
ルス信号を図６に示す。

【００２２】空気流量信号は図４に示す低域通過濾波器
８を通ってアナログスイッチ９と単安定マルチバイブレ
ータ７の出力パルスで突入空気流量をマスクし、空気流
量の変曲点を検知できるように信号処理をほどこされ
る。これを平均空気流量信号と呼ぶ。図７にその平均空
気流量信号を示す。

【００２３】平均空気流量信号は図８のピークホールド
回路１０と比較回路１１でネジの検出に用いられる。打
撃型空気ドライバー起動時の突入空気流量は５／１００
秒程度で終了し、その後ねじ込み時の空気流量は緩やか
に増加してゆく。ネジ着座後は空気流量は急速に減少す
る事を利用して、ねじ込みが完了したことを検知するも
のである。これを検知する回路はピークホールド回路１
０の出力信号を抵抗で分圧しこの比較回路１１の基準電
圧に使用し、比較回路１１の入力として平均空気流量を
入力すれば、平均空気流量ピーク値が分圧された空気流
量減少検出レベル以下になった時点で比較回路１１の出
力は着座点検出を出力する。この様子を図９に示す信号
レベルで示す。

【００２４】ねじ込み中時間の測定 比較回路５で作られた回転中信号が出て、着座点検出信
号が出る迄がねじ込み中になるので、この時間をクロッ
ク信号をカウンターで計数することで時間計測を行う。
この時間は予め設定した目標値と比較演算され制御偏差
の範囲内で有れば着座正常とする。

【００２５】この着座に要する時間は通常打撃型空気ド
ライバーでは非常に短く、正しく設定しないと全く用を
なさない。そこで本発明ではねじ込み中の時間を計測
し、統計処理を施して表示させることで設定に必要な資
料を提供することができる。ねじ込み中が検知できるの
で、この時間を計測し統計処理をすることはマイクロコ
ンピュータを組み込む装置では容易に実現でき、最近の
装置は安価なマイクロコンピュータを組み込んで使用し
ている。

【００２６】打撃時間の測定 ネジが首下部をねじ込まれ着座した状態では打撃型空気
ドライバーのアンビルには負荷が加わり空気流量に脈動
が現れる。これにより平均空気流量が減少する。空気流
量の脈動分を微分回路１２を通して交流分としこれを全
波整流回路１３で全波整流を行い、さらに低域通過濾波
器１４を通して連続した信号に変換する。この信号波形
は図１１に示すように空気流量脈動信号の交流成分と、
連続化した空気流量脈動信号として示す。連続化した空
気流量脈動信号を図１０に示す比較器１５を用いて脈動
検出用基準電圧と比較し脈動分有り信号を作成する。脈
動分有り信号と比較器１１の出力である着座点検出信号
とのＡＮＤで打撃中信号を作成することが出来る。

【００２７】打撃時間はネジの締付力に関係するもの
で、打撃型空気ドライバーでのネジ締付では大切な管理
要素である。この時間はネジを締める場所と打撃型空気
ドライバーそして供給空気圧が決まればほぼ一定の時間
になる。トルク制御をしない打撃型空気ドライバーでは
この打撃時間を測定し、目標時間である上限値と下限値
の範囲に有れば締付良好と判断できる。また、トルク制
御をしない打撃型空気ドライバーでは目標時間で空気の
供給を絶つことや、警告音で作業者に過度の締付を行わ
ないよう教えることが出来る。

【００２８】打撃中信号の継続時間はクロック信号をカ
ウンターで計数することで時間計測を行う。打撃中信号
を得られるのでこの時間計測は一般の回路、方式で容易
に可能である。

【００２９】ネジバカの検知 ネジ締め作業で起こる締付不良でネジバカといわれる不
良がある。これはネジの締付過程でネジ山が崩れネジの
締付力が上がらなくなる場合である。トルク制御型の打
撃型空気ドライバーではこの不良の場合、打撃型空気ド
ライバーがトルクアップで停止をしない。トルク制御を
しない打撃型空気ドライバーでは締め過ぎてネジバカに
なっても気付かずに見過ごす場合がある。ネジバカが生
じると該ドライバーのアンビルに負荷が掛から無くなる
ため該ドライバーへの空気流量の脈動分が無くなる。

【００３０】しかし、作業者は打撃型空気ドライバーの
トリガーを握っているので打撃型空気ドライバーは回転
しており、空気流量信号から回転中の信号が得られる。
この事実より比較器１５から得られる脈動分有り信号が
無く、かつ比較器５より得られる回転中信号が有り、か
つ脈動分が有ったことを記憶するフリップフロップ１６
の出力である脈動分記憶の３条件が満たされたときネジ
バカが発生していることになる。この条件判定はＡＮＤ
回路で実現できる。

【００３１】

【発明の効果】本発明は上記の説明で判るように、打撃
型空気ドライバーの動作を打撃型空気ドライバーは何ら
改造せずに、空気流量の変化でその動きを知り、ネジの
締付不良を検知するとともに、ネジのねじ込み時間と打
撃時間を正しく測定しデータ処理を行いネジの締付時間
のマスクを掛けることで、より正しくネジの締付を確認
することができる打撃型空気ドライバーのネジ締付の確
認方法及びその装置が得られる。また、本発明では圧力
降下の少ない流量センサを用いることができるので、供
給空気圧が低めの工場設備でも支障無く設置できるとい
う利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】空気流量とネジ軸力の実測例を示し、低域通過
濾波器を通さない場合の説明図である。

【図２】低域通過濾波器を通過前と後の空気流量信号の
実測例の説明図である。

【図３】空気流量センサを示す説明図である。

【図４】空気流量信号の分離回路を示す説明図である。

【図５】空気流量信号波形と回転中信号タイミングを示
す説明図である。

【図６】起動時のマスク信号用パルス信号タイミングを
示す説明図である。

【図７】平均空気流量信号波形を示す説明図である。

【図８】平均空気流量信号より着座点の検出、ねじ込み
中信号の作成を示す説明図である。

【図９】着座点検知を示す説明図である。

【図１０】打撃中信号の分離回路を示す説明図である。

【図１１】脈動分有り、着座検出、打撃中の各信号の関
係を示し説明図である。

【符号の説明】

１ 空気流量センサ ２ 絞り弁 ３ 半導体圧力センサ受圧部 ４ 半導体差圧センサ用増幅器 ５ 比較器 ６ 微分回路 ７ 単安定マルチバイブレ−タ ８ 低域通過濾波器 ９ アナログスイッチ １０ ピ−クホ−ルド回路 １１ 比較回路 １２ 微分回路 １３ 全波整流器 １４ 低域通過濾波器 １５ 比較器 １６ フリップフロップ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 打撃型空気ドライバーでネジを締める方
   法において、該空気ドライバーに流れる空気流量の変化
   を検知してネジが締め終わった事を検知する事を特色と
   する打撃型空気ドライバーのネジ締付完了の確認方法。
2. 【請求項２】 打撃型空気ドライバーでネジを締める方
   法において、該ドライバーに流れる空気流量をネジの着
   座迄の空気流量と、ネジを打撃により締め付けている時
   の空気流量に分類し、起動から着座までの継続時間とそ
   の目標値を比較演算してネジの斜め締め等の着座不良を
   検知し、ネジの締付トルクを増大させている打撃時の空
   気流量の成分に打撃による脈動成分が消えた場合に締め
   すぎによるネジバカとしてこれを検知することを特徴と
   した打撃型空気ドライバーのネジ締付完了の確認方法。
3. 【請求項３】 打撃型空気ドライバーの供給空気ホース
   に空気流量センサを設け、前記空気流量の２種類につい
   ての選別回路を設け、起動から着座までの継続時間とそ
   の目標値とを比較演算する回路を設けてネジの斜め締め
   等の着座不良を検知する手段を構成し、かつ、ネジの締
   めすぎによるネジバカを検知する手段として打撃時の空
   気流量に打撃による脈動成分が消えたことを検知する回
   路を設けたことを特徴とする打撃型空気ドライバーのネ
   ジ締付完了の確認装置。
4. 【請求項４】 打撃型空気ドライバーの供給空気ホース
   に空気流量センサを設け、空気が流れている時間が目標
   時間内に終わったこと、及び前記の不良条件が発生しな
   いことでネジの締付が完了したとして、これを計数信号
   に用いて所定の締付本数分カウントしたことで全数完了
   したことを確認する確認手段を設けたことを特徴とする
   請求項３記載の打撃型空気ドライバーのネジ締付完了の
   確認装置。