JPH0616990B2 - インパクトレンチの締付け力制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はインパクトレンチの締付け力制御装置、特にイ
ンパクトレンチのリバウンド角を利用して締付け力を制
御する装置に関する。

［従来の技術］ 今日インパクトレンチは、例えばボルトやナット等の締
付けや弛め作業等を行うために各種分野において幅広く
用いられており、例えば自動車工場などにおいては、ワ
ンハンマータイプのインパクトレンチにトーションバー
を装着し多数のボルト、ナット等の締付け作業が行われ
ている。

しかし、従来このようなインパクトレンチを用いた締付
け作業は、作業者の個人的な経験と勘により行なわれて
いたため、ボルトやナットの締付け力にバラツキが発生
し易く、たとえ同一の作業を行う場合でも、作業者の能
力により過度な締付けを行ったり又は締付け不足が発生
し易く、精度の良い締付け作業を行うことが難しいとい
う問題があった。

このため従来より、インパクトレンチの締付け力を一定
の値に制御する装置の提案が行われており、このような
提案としては特願昭５１−５７７０４号及び特願昭５６
−８２２１６号が知られている。

前者の提案に係る制御装置は、アンビルと係合した後の
ハンマの減速度、同時に加えられたモーメントを表す信
号を発生する装置と、減速度信号に応答して締結部組立
体の降伏点又は同様に重要な点を決定する装置と、締付
け部組立体が降伏点又は同様に重要な点まで締付けられ
たとき制御出力信号を発生する装置と、を含み、締付具
を降伏点又はそれと同様に重要な点まで締付け制御する
ことを特徴とするものである。

また、後者の制御装置は、インパクトレンチの回転部に
検出回転体を一体的に装着し、この検出回転体に所定の
位相差でもって一対のセンサを対向配置し、これらのセ
ンサの出力に基づきインパクトレンチの打撃時に生ずる
検出回転体のリバウンド角を測定し、このリバウンド角
が所定の大きさ以上になったときにインパクトレンチの
作動を停止することを特徴とするものである。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、前者の制御装置では、回転角検出装置として回
転駆動部側にエンコーダを設け、しかもインパクトレン
チのリバウンドを検出するために専用の検出装置を設け
る必要があるため、装置全体が大型なものとなってしま
うという問題があった。

更に、この制御装置は、リバウンドを検出する装置とし
て、その一部にワンウェイクラッチを使用しているた
め、ネジやナットの締め付け作業をこ行うことができて
も、これとは逆の作業、すなわち弛め作業を行うことが
できないという問題があった。

更に、この制御装置では、インパクトレンチの締付け力
の制御が必ずしも充分ではなく、汎用型では±30％程
度、制御型では±15％程度の締付け誤差は避けられない
という問題があった。

また、後者の制御装置は、回転部側にエンコーダを設け
る必要がなく、しかもリバウンドの検出を電気的に行っ
ているために、装置全体を小型軽量化することができ、
更にリバウンドの検出にワンウェイクラッチのようなも
のを必要としないために、締め付け作業及び弛め作業の
双方を行うことができる。

また、この後者に係る制御装置は、リバウンド角を検出
し、この検出値が所定の値を超えた時点で締め付け終了
を検知するものである。すなわち、リバウンド角と締付
けトルクとの相関に基づき締め付けの終了を判断してい
る。しかしながら、リバウンド角は、等しい締付けトル
クが発生している場合においてもばらつき、このバラツ
キによって、十分な締め付けトルクが発生していない場
合にも、所定値を超える角度でリバウンドが発生する場
合がある。この場合、十分に締め付けられる以前に締め
付け終了が判定されてしまうという問題がある。

さらに、ボルト・ナットを締める過程においては、締付
けトルクは、目標値に近付くに従ってその増加が減少
し、目標値付近においては極めてわずかしか増大しな
い。このことと前記のリバウンド角のばらつきによっ
て、さらに締付けトルク不足の発生を助長する。すなわ
ち、目標の締付けトルクに達する直前においては、締め
付けトルクの増加がわずかずつであるので、ハンマによ
り何回も打撃が加えられることになり、この中でリバウ
ンド角のバラツキによって、大きめの値が検出される
と、締め付け不十分となる。

以上のように、後者に係る制御装置においても、締付け
力を必ずしも十分に制御することができなかった。

さらに、ボルトもしくはナットの着座をリバウンドによ
り検出し、この着座検出の後のボルト・ナットの回転角
および打撃数によって締め付け終了を判定するインパク
トレンチが実開昭５８−９３４７２号に記載されてい
る。これによれば、リバウンド角によって締め付け終了
を判定する前述の装置の問題点は一応解決される。

しかしながら、リバウンド角の検出は、アンビルすなわ
ちソケットの回転角を検出するものであり、このためソ
ケットの形状をボルト等の頭の形状に対してがたのある
ものとせざるを得ない。言い換えれば、がたがないとソ
ケットのリバウンドが発生せず、これを検出することが
できない。このようにソケットとボルト頭にがたがある
と、実際の締め付け作業の際にはボルト頭部の角が崩れ
使用不能となったり、衝撃力の低下を招くという問題が
生じる。

また、ソケットは締め付け方向に常にトルクを受けてい
るので自由にリバウンドを起こすことができず、その量
は小さくならざるを得ない。さらに、ボルト頭部とソケ
ットの摩擦によってもリバウンドは抑制され、個々のボ
ルト頭部の摩擦係数の差などによって、リバウンド角に
ばらつきも生じやすい。このように、この装置において
は、小さく、ばらついたリバウンド角の検出をすること
になるので、その精度は自ずと低いものとなる。したが
って、着座後の回転角により締付け力を制御しようとし
ても、着座検出の精度が十分でないために、精度が低い
ものとなるという問題がある。

以上のように、従来の装置によっては、締付け力を必ず
しも十分に制御することができず、またボルト頭を潰さ
ないなど十分な確実性をもって締め付け作業を行うこと
ができず、その有効な対策が望まれていた。

［発明の目的］ 本発明は、このような従来の課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は、小型軽量でかつインパクトレンチの
締付け力を一定の値に正確に制御することの可能なイン
パクトレンチの締付け力制御装置を提供することにあ
る。

［問題点を解決するための手段］ 前記目的を達成するために、本発明は、被締付け部材に
締め付け力を伝達するアンビルと該アンビルに打撃ハン
マによって締め付け力を与える回転伝達機構と打撃ハン
マに回転駆動力を与えるエアモータとを有するインパク
トレンチにおいてエアモータの駆動エアを制御して該締
付け部材の締め付け力を制御するインパクトレンチの締
め付け力制御装置であって、インパクトレンチの打撃ハ
ンマ駆動軸に一体的に設けられ且つ外周部に一定間隔の
断続的な検出部を有する円板状の検出回転体と、インパ
クトレンチの非回転部に設けられ前記検出回転体の検出
部を検出して互いに位相の異なるパルス信号を出力する
一対の回転検出センサと、該一対の回転センサから出力
されるパス信号の位相ずれから前記検出回転体の回転方
向を検出して、正転動作中かリバウンド動作中かを示す
リバウンド検出信号を出力するリバウンド検出回路と、
該リバウンド検出回路から出力されたリバウンド検出信
号及び前記回転センサのいずれか一方からのパルス信号
が入力され、リバウンド動作中の回転センサからのパル
ス信号を出力するゲートと、リバウンド検出信号及び前
記ゲートから出力されるパルス信号が入力され、リバウ
ンド動作の終了時にリセットされると共に、前記パルス
信号をカウントしこのカウント値が所定値に達したとき
にトリガ信号を出力するプリセットカウンタと、該プリ
セットカウンタからのトリガ信号、リバウンド検出回路
からのリバウンド検出信号及び回転センサのいずれか一
方からのパルス信号が入力され、トリガ信号が入力され
たときにカウントを開始し、正転動作中に入力されるパ
ルス信号をアップカウントし、リバウンド動作中に入力
されるパルス信号をダウンカウントし、カウント値が予
め設定した値を上回った時にインパクトレンチの駆動停
止指令信号を出力するアップダウンカウンタと、このア
ップダウンカウンタからの駆動停止指令信号が入力され
た時に、インパクトレンチを停止させる停止制御回路
と、を有することを特徴とする。

［作用］ 本発明は以上の構成から成り、次にその作用を説明す
る。

インパクトレンチの打撃ハンマ駆動軸には、外周部に一
定間隔の断続的な検出部を有する円板状の検出回転体が
設けられている。このため、ハンマ駆動軸の回転に伴い
この検出回転体が回転する。一方、インパクトレンチの
非回転部には、検出回転体の検出部を検出して互いに位
相の異なるパルス信号を出力する一対の回転検出センサ
が設けられており、この一対の回転検出センサから検出
回転体の回転に伴い２つの位相の異なるパルス信号が出
力される。そして、この一対の回転センサからの出力は
リバウンド検出回路に入力される。リバウンド検出回路
は入力される２つのパルス信号ずれから前記検出回転体
の回転方向を検出する。そして、正転動作中かリバウン
ド動作中かを示すリバウンド検出信号を出力する。この
リバウンド検出信号はトリガ発生回路に入力され、トリ
ガ検出回路はリバウンド動作中の前記回転センサから出
力されるパルス信号をカウントする。そして、該カウン
ト値が予め設定した値を越えなかったときは該カウント
値を消去し、該カウント値が予め設定した値を越えた時
はトリガ信号を出力する。このため、このトリガ信号
は、リバウンド動作中の駆動軸の回転量が所定値を越え
たことを示しており、これによりボルトが座面に達した
ことを検出することができる。トリガ発生回路からトリ
ガ信号が出力された時以降は、回転角積算回路が、正転
動作中及びリバウンド動作中における前記回転センサか
ら出力されるパルス信号をそれぞれカウントする。そし
て、正転動作中のカウント値からリバウンド動作中のカ
ウント値を減算して得た値を順次積算し、この積算値が
予め設定した値を越えた時インパクトレンチの駆動停止
指令信号を出力する。この回転角積算回路の積算値は、
ボルト等が座面に達した後における正転量の合計に対応
しているため、これによってボルト等の座面到達後の回
転量を検出でき、これが一定量を越えた時点で締付けを
停止することにより、一定の締付け量を得ることができ
る。

特に、本発明においては、単一の回転角検出手段からの
パルス信号を用い、トリガ発生回路において着座を検出
し、着座後の回転角について回転角積算回路において検
出する。従って、着座後の一定量の締め付けを簡単な回
路において正確に検出できるという効果が得られる。

また、特殊な形状のインパクトレンチ用ソケットを用い
ることなく、従来のソケットをそのまま用いることがで
きると共に、ボルト頭の潰れなどの問題が生じることは
ない。

［実施例］ 次に本発明の好適な実施例を図面に基づき説明する。

インパクトレンチ制御システム 第２図には、本実施例に用いられるインパクトレンチの
制御システムが示されており、実施例においてインパク
トレンチ１０は給気ホース１２を介して圧縮空気供給源
と接続されている。そして、制御器１４により給気ホー
ス１２の途中に設けられた電磁弁１６を開閉することに
より、インパクトレンチ１０へ向けた圧縮給気の供給が
制御されている。

インパクトレンチ１０は、電磁弁１６が開制御され圧縮
空気が供給されている状態で、始動レバー１８を図中矢
印方向に引くことにより、圧縮空気がエアーモータが駆
動されるよう形成されている。そして、このエアーモー
タによりレンチの出力軸、すなわちアンビル２０が回転
駆動されることになる。

インパクトレンチの構成 第３図には前記インパクトレンチ１０の具体的な構成が
示されており、実施例のインパクトレンチ１０は、エア
モータ２２及びアンビル２０を含み、エアモータ２２の
回転はその回転軸２４と一体的に回転するハンマ２６に
よりアンビル２０側へ伝達される。

そして、このアンビル２０の先端に図示しないトーショ
ンバーを装着し、ボルトやナツトのネジ締め作業を行
う。

以下に、このインパクトレンチ１０の各部の構造を詳細
に説明する。

まず、このインパクトレンチ１０は始動レバー１８を図
中矢印方向へ引くことにより、給気弁３０が開放され、
エア給気口２８を介して供給される圧縮空気によりエア
モータ２２が正転又は逆転駆動される。

ここにおいて、このエアモータ２２の回転方向は回転切
替えレバー３２の操作により正転又は逆転方向に任意に
設定することができる。

第４図には、このエアモータ２２の構造が示されてお
り、同図は第３図に示すインパクトレンチ１０をIV−IV
のラインに沿って切断した断面図である。

同図に示す状態において、このエアモータ２２には、供
給される圧縮空気が矢印１００で示す方向に従ってシリ
ンダ３６内に給気され、この圧縮空気はベーン３８に吹
付けられ回転軸２４を図中反時計方向に回転駆動し、そ
の後シリンダ３６から図中矢印２００で示すように排出
される。また、このエアモータ２２は回転切替えレバー
３２を切替え操作することにより、切替え弁３４が同図
で示す位置から右に120度回転し、排気と給気とが前述
した場合と全く逆になり、回転軸２４を図中時計方向に
向け回転駆動する。

そして、このエアモータ２２の回転軸２４前方にはその
回転中心が一致するようにアンビル２０が回動自在に軸
支されており、回転軸２４の回転は、カム円板４２，打
撃ハンマ駆動軸としてのクラッチ枠４４、クラッチ胴体
部５６及びハンマ２６を含む回転伝達機構４０を介して
アンビル２０へ伝達される。

実施例において、この回転伝達機構４０は、エアモータ
２２の回転軸２４の先端にカム円板４２をスプライン嵌
合し、このカム円板４２のボス部４２ａにクラッチ枠４
４を嵌合させている。

第５図には、前記クラッチ枠４４の外観が示されてお
り、このクラッチ枠４４はその前後に円板形状をした一
対の側壁４８ａ及び４８ｂを含み、後端側の側壁４８ｂ
の内周５８ｂが前記カム円板４２のボス部４２ａと嵌合
するよう形成されている。

そして、この一対の側壁４８ａ及び４８ｂには相対向す
る位置に一対のピン穴５０ａ及び５０ｂが設けられてお
り、第３図に示すごとくこのピン穴５０ａ，５０ｂ間に
はハンマーピン５２が取付け固定され、このハンマーピ
ン５２にはその軸方向と直交する方向に揺動自在に前記
ハンマ２６が軸支されている。従って、ハンマ２６はク
ラッチ枠４４の回転にともなって公転運動を行うことが
理解される。すなわち、クラッチ枠４４が打撃ハンマを
回転駆動する軸（打撃ハンマ駆動軸）であることが理解
される。

実施例において、前記アンビル２０はケース５４に回動
自在に軸支されており、その後端側にはクラッチ胴体部
５６が一体的に設けられている。

実施例において、この胴体部５６は、クラッチ枠４４の
前端側壁４８ａに設けられた開口部５８ａからその内部
に離隔的に挿入され、エアモータ２２の回転軸２４と対
向するよう配置されている。

そして、この胴体部５６には、第６図に示すごとくハン
マ２６と係合する一対の係合溝６０ａ，６０ｂが設けら
れており、ハンマ２６はエアモータ２２の回転方向に従
って正転又は逆転し係合溝６０ａ又は６０ｂのいずれか
一方と係合し、エアモータ２２の回転をアンビル２０へ
伝達する。

以上の構成とすることにより、実施例のインパクトレン
チ１０を用いてボルトやナットの締付けを行う場合に
は、まず始動レバー１８を操作し、エアモータ２２を例
えば図中時計方向に正転駆動する。この時、エアモータ
２２の回転は回転軸２４，カム円板４２、クラッチ枠４
４、ハンマ２６、クラッチ胴体部５６を介してアンビル
２０へ伝達され、アンビル２０はその先端に設けられた
ソケット体と一体的に回転し、このソケット体に嵌合し
たボルト、ナット等を回転し、累進させる。

ところで、このようなボルト、ナットの締付けは、周知
のように、ボルトやナットが座面から浮いている状態に
おいては、ハンマ２６がアンビル２０の係合溝６０と係
合した状態で、エアモータ２２の回転軸２４とアンビル
２０とが一体的に回転して行われる。

しかし、締付けが進み、ボルトやナットが座面に到達す
ると、アンビル２０側からのの抵抗トルクが急激に増加
し、ハンマ２６のアンビル２０に対する打撃が開始さ
れ、この打撃作用によりボルト、ナットの締付けが行な
われることになる。

第６図にはハンマ２６による一連の打撃締付け動作が示
されており、まずボルト、ナットが座面に到達し、アン
ビル２０側から加えられる抵抗トルクがモータトルクに
達すると、アンビル２０の回転が停止に近付き、この結
果、ハンマ２６と係合溝６０との係止力が弱くなって、
両者の間に滑りが生じハンマ２６が係合溝６０から外れ
る。

これにより、ハンマ２６は、アンビル２０側と係合する
ことなく、第６図(A)に示すごとく、エアモータ２２の
回転軸２４と一体となって加速しながら一回転フリーラ
ンニングを行う。そして、一回転のフリーランニング終
了後、第６図(B)に示すごとく、ハンマ２６は再びアン
ビル胴体部５６の係合溝６０と係合し打撃を加える。

この際、アンビル２０は、加えられた打撃力により回転
し、ボルト，ナットの締付けを行う。

また、これと同時に、ハンマ２６は打撃の反動により反
時計方向に逆転、すなわちリバウンドを行う。

このときのリバウンドは、第６図(C)に示すごとく、リ
バウンドのエネルギとエアモータ２２の出力トルクとが
バランスする位置まで行われ、その後モータの出力トル
クがリバウンドのエネルギに打ち勝つと、第６図(D)に
示すごとくエアモータ２２が正転を開始し、ハンマ２６
はこのエアモータと共に前述したように１回転フリーラ
ンニングを行った後、同様にして次の打撃，リバウンド
を行う。

従って、このような一連の打撃、リバウンド、フリーラ
ンニングを繰り返して行うことにより、アンビル２０は
徐々に時計方向に正転駆動され、ボルト、ナットの締付
けを進めて行く。

本発明の特徴的事項は、このようなリバウンド動作を利
用して、例えばネジ、ナット等の締付けを常に一定の締
付けトルクで行うことを可能としたことにある。

発明の原理 次に本発明の原理を説明する。

第７図には、インパクトレンチ１０のリバウンド動作と
締付けトルクとの関係が示されており、同図(A)には、
アンビル２０の積算回転角θと締付けトルクτとの関係
が示され、同図(B)にはハンマ２６の打撃数Ｉとそのリ
バウンド角βとの関係が示されている。ここにおいて、
リバウンド角βとは第６図(C)に示すように、リバウン
ド開始点からリバウンド頂点までの逆転角度として定義
される。

第１２図に示すように、インパクトレンチ１０はハンマ
２６によりアンビル２０に対する打撃をＩ_０，Ｉ_１，Ｉ
_２，…と繰返して行う毎に、θ_０，θ_１，θ_２…とアン
ビル２０の積算回転角θを進めて行く。このとき、イン
パクトレンチ１０の締付けトルクτは、第７図(A)に示
すように、打撃動作が開始された後は、アンビル２０の
積算角回転角θに従って増大することが理解され、また
第７図(B)に示すごとく、各打撃時におけるリバウンド
角βもそのときの締付けトルクτに従って増大すること
が理解される。

従って、特願昭５６−８３２２１６号公報に示されるよ
うにハンマ２６による打撃が行われる毎に、そのリバウ
ンド角βを測定し、このリバウンド角βが所望の締付け
トルクτ_Ｓに対応した目標リバウンド角β_Ｓに達した
際、インパクトレンチ１０の停止指令信号を主力するよ
う形成することも考えられる。このようにすることによ
り、リバウンド角βの検出のみを以て、インパクトレン
チ１０の締付けトルクを所望の値τ_Ｓに一定に制御する
ことが可能となる。

しかし第７図(A)に示すように、一般に目標締付けトル
クτ_Ｓはトルク飽和領域に設定されることが多く、従っ
てハンマ２６の打撃によって与えられる締付けトルクτ
は、この目標締付けトルクτ_Ｓに近付くに従って極めて
わずかにしか増大しないことになる。

これに対し、第７図(B)に示すように、リバウンド角β
の大きさは締付けトルクτの大きさに対し一定のバラツ
キを以て対応する。従って、このようにトルク飽和領域
にて設定された目標締付けトルクτ_Ｓを、リバウンド角
βの大きさのみにより検出しようとする場合には、検出
誤差が発生することが避けられず、この結果、締付けら
れたボルトやナットの締付けトルクの大きさに一定幅の
誤差が発生してしまうこととなる。

本発明の特徴的事項は、このような締付けトルクの制御
を、前述したリバウンド角βとアンビル２０の積算回転
角θとを組合わせて行うことにあり、このようにするこ
とにより、従来の装置に比し、更に精度良くボルト、ナ
ットの締付けを行うことが可能となる。

すなわち、第７図(A)に示すように、ハンマ２６の打撃
による締付けが開始されると、その締付けトルクτの値
は一定のスナグトルクτ_０までは徐々に増大するが、こ
のスナグトルクτ_０を上回ると急激に増大するという特
徴がある。

従って、ハンマ２６の打撃時に発生するリバウンド角β
も、このスナグトルクτ_０前後で急激に増大するため、
締付けトルクがスナグトルクに達したことの検出は、リ
バウンド角βの測定をもって正確に行えることが理解さ
れる。

ここにおいて、前記スナグトルクτ_０は締付けの対象と
なるボルト、ナットの種類によってその値が異なるが、
同一の種類のボルト、ナットであれば必ず一定の値をと
ることが確認されている。

従って、このスナグトルクτ_０の大きさに対応したリバ
ウンド角を予め基準リバウンド角β_０として設定してお
き、測定されたリバウンド角βをこの基準リバウンド角
β_０と比較することにより締付けトルクτがスナグトル
クτ_０に達したことを正確に検出することが可能とな
る。

ところで、第１２図に示すごとく、このハンマ２６によ
る打撃力がスナグトルクτ_０となる打撃順位をＩ_０と仮
定し、このときのアンビル２０のリバウンド開始点
「イ」をθ＝Ｏ_１すわち原点として設定すると、２回
目、３回目…の打撃Ｉ_１，Ｉ_２…が行われる度にアンビ
ル２０の積算回転角はθ_１，θ_２…と増大して行く。

このとき、第７図(A)に示すように、締付けトルクτの
大きさは原点からの積算回転角θの大きさと正確に１対
１に対応するため、予め所望の締付けトルクτ_ＳＳに対
応した積算回転角を目標積算回転角θ_Ｓとして設定して
おくことにより、この積算回転角θが目標積算角θ_Ｓと
一致すること以てボルト、ナットの締付けトルクが所望
の締付けトルクτ_Ｓに達したことを正確に検出すること
が可能となる。

従って、このようにしてボルト、ナットの締付けトルク
が所望の締付けトルクに達したことを検出し、この検出
と同時にエアモータ２２の停止指令信号を出力すれば、
常に一定の締付けトルクでネジ、ナットの締付けを精度
良く行うことが可能となる。

以下に、この原理に従って構成された本発明の制御装置
の好適な実施例を説明する。

締付け力制御装置 本発明の装置は、インパクトレンチ１０の駆動部側回転
軸に設けられた検出回転体７０と、インパクトレンチ１
０の固定部側に設けられ前記検出回転体７０の回転を位
相の異なるパルス信号として検出出力する一対の回転検
出センサ７４ａ，７４ｂと、を含む。

実施例において、前記検出回転体７０は、第５図に示す
ごとく、クラッチ枠４４の後端側壁４８ｂの外周全域に
沿って設けられた歯車７２として形成され、エアモータ
２２の回転軸２４と一体的に回転駆動する。

なお、この検出回転体７０は、第８図に示すごとくエア
モータ２２の回転軸２４の後端部側に固着形成しても良
く、これ以外にもこのインパクトレンチ１０の駆動部側
回転軸であればどの位置に設けることも可能である。

また、前記一対の回転検出センサ７４ａ，７４ｂはイン
パクトレンチ１０のケース５４の内面に固定され、第５
図に示すように、検出回転体７０を構成する歯車７２の
外周面に対向して近接し、検出回転体７０の回転を位相
の異なるパルス信号として検出出力するよう配置されて
いる。

ここにおいて、その１対の回転検出センサ７４ａ、７４
ｂは、歯車の1/4ピッチ分、すなわち凸部７２ａ又は凹
部７２ｂの1/2ピッチ分位相が異なるよう配置すること
が好ましく、このようにすることにより第９図に示すご
とく、両センサ７４ａ，７４ｂからは９０度位相の異な
るパルス信号を得ることが可能となる。

ここにおいて、ハンマ２６が第６図(A)に示すごとく時
計方向すなわち、正転方向へ回転している場合には一方
のセンサ７４ａからは他方のセンサ７４ｂより９０度位
相の進んだパルスが出力される。これとは逆に第６図
(B)，(C)に示すごとく、ハンマ２６が打撃を行い反時計
方向へ逆転しリバウンド動作を行っている場合には、両
センサ７４ａ，７４ｂの位相が反転し、センサ７４ｂか
らはセンサ７４ａより９０度位相の進んだパルスが出力
されることになる。

従って、これら両センサ７４ａ，７４ｂから出力される
検出パルス２００ａ及び２００ｂの位相を比較すること
により、ハンマ２６がエアモータ２２の出力に従って第
６図に示す時計方向に従って正転しているか、又はアン
ビル２０に対する打撃によって第６図(B)，(C)に示すよ
うにリバウンドによって逆転しているかを検出すること
ができる。

また、これら両センサ７４ａ，７４ｂから出力される検
出パルス２００ａ及び２００ｂのパルス数を、アンビル
２０が正転している場合は加算し、リバウンドにより逆
転している場合には減算することにより、第６図に示す
ようなハンマ２６の打撃より発生するアンビル２０の積
算回転角θをセンサ７４の検出パルスのカウント値とし
て測定することができる。

第１図には前記センサ７４の例及び７４ｄの検出出力に
基づきインパクトレンチ１００の締付け力を制御する装
置の電気回路が示されており、実施例においてセンサ７
４ａ及び７４ｂの検出出力２００ａ及び２００ｂは、増
幅器８０ａ、８０ｂより増幅され、更にシュミットトリ
ガ回路を以て形成された波形整形回路８２ａ及び８２ｂ
により立上がり及び立下がりの明確な矩形波に波形整形
されて出力される。

そして、リバウンド検出回路８４は、このようにして出
力される両センサ７４ａ，７４ｂの検出出力２００ａ及
び２００ｂに基づきハンマ２６のリバウンド動作の検出
を行う。

実施例において、このリバウンド検出回路８４は、Ｄ−
フリップフロップ８６を用いて形成されており、このＤ
−フリップフロップ８６のＤ入力端子及びＣ入力端子に
はそれぞれ波形整形回路８２ａ及び８２ｂの出力がそれ
ぞれ入力されている。

従って、このＤ−フリップフロップ８６は、第９図に示
すごとく、ハンマ２６の正転状態を出力Ｑ＝Ｈ、＝Ｌ
として検出し、またハンマ２６の逆転状態をＱ＝Ｌ、
＝Ｈとして検出する。

従って、このＤ−フリップフロップの検出出力Ｑ，
と、センサ７４ａ及び７４ｂの検出出力２００ａ，２０
０ｂを組合わせ演算することにより、ハンマ２６が逆転
する度に、そのリバウンド角をパルスのカウント数とし
て検出することができる。

本発明においては、このようなリバウンド角βから第７
図(A)で示したスナグトルクτ_０を検出するために、ト
リガ発生回路８８が設けられている。

このトリガ発生回路８８は、所定のスナグトルクτ_０に
対応して予め基準リバウンド角β_Ｓが設定されている。
そして、Ｄ−フリップフロップ８６の出力及びセンサ７
４の出力に基づいて、リバウンドが検出される度にその
リバウンド角度βを測定し、測定されたリバウンド角度
βが前記基準リバウンド角度β_Ｓを上回った際、回転角
検出開始用のトリガ信号４００を出力する。

実施例において、このトリガ発生回路８８は、アンドゲ
ート９０及びプリセットカウンタ９２から成り、プリセ
ットカウンタ９２内には予め前記基準リバウンド角β_Ｓ
に対応する基準リバウンドパルス数Ｎ_０が設定されてい
る。

アンドゲート９０は、Ｄ−フリップフロップ８６の出
力と波形整形回路８２ｂを介して出力される一方のセン
サ７４ｂの検出出力２００ｂとを積算処理し、第９図に
示すように、各リバウンド区間Ｂ，Ｄ…の期間内にセン
サ４ｂから出力される検出出力２００ｂのみを出力３０
０として選択的に取り出し、その出力３００をプリセッ
トカウンタ９２に入力している。

プリセットカウンタ９２は、アンドゲート９０の出力３
００のパルス数をカウントして、そのカウント値Ｎが予
め設定された基準リバウンドパルス数Ｎ_０を上回った
際、トリガ信号４００を出力する。

ここにおいて、プリセットカウンタ９２内に設定される
基準リバウンドパルス数Ｎ_０は、締付けの対象となるボ
ルト、ナットのスナグトルクτ_０の値に応じて所望の値
に適宜設定可能であり、実施例においてこの値はＮ_０＝
６に設定されている。

従って、第９図に示すリバウンド区間Ｂでは、アンドゲ
ート９０から出力される検出パルス数は５個であるため
プリセットカウンタ９２からはトリガ信号４００は出力
されないが、次のリバウンド区間Ｄではアンドゲート９
０から６個以上の検出パルスが出力されるため、６個目
の検出パルス３００が出力されると同時にプリセットカ
ウンタ９２からはトリガ信号４００が出力されることと
なる。

本発明においては、このようにカウント値が予め設定さ
れた値を越え、スナグトルクτ_０に対応するリバウンド
角β_Ｓが検出されると、次にこのときの打撃Ｉ_０による
リバウンド開始点「イ」を原点θ＝ｏとしたアンビル２
０の積算回転角θの演算が開始される。

この演算は、プリセットカウンタ９２から出力されるト
リガ信号４００と、前記センサ７４ａ，７４ｂの出力２
００ａ，２００ｂを組合わせることにより行うことがで
きる。

このため、本発明においては、回転角積算回路９４が設
けられており、この回転角積算回路９４には、第７図
(A)に示すように、目標締付けトルクτ_Ｓに対応する回
転角θ_Ｓが目標積算回転角として予め設定記憶されてい
る。

そして、この回転角積算回路９４は、Ｄ−フリップフロ
ップ８６及びセンサ７４ａ又は７４ｂの出力２００ａ，
２００ｂに基づき、前記原点「イ」からの積算回転角θ
を演算し、この積算回転角θが目標積算回転角θ_Ｓを上
回った際、インパクトレンチの停止指令信号５００を出
力する。

実施例において、この回転角積算回路９６は、アップダ
ウンカウン９６を用いて形成されており、このカウンタ
９６内には予め目標積算回転角θ_Ｓに対応したパルス数
が目標回転角パルス数ｎ_Ｓとして設定記憶されている。

また、このカウンタ９６には、前記プリセットカウンタ
９２の基準リバウンドパルス数（実施例においては６）
に対応した値が初期値として設定されている。

そして、このカウンタ９６は、プリセットカウンタ９２
からトリガ信号４００が出力されると同時に初期値（実
施例においはｎ＝６）からそのカウントを開始する。

ここにおいて、このカウント動作は、センサ７４ｂの出
力パルス２００ｂを、Ｄ−フリップフロップ８６の出力
が＝Ｈの時にはダウンカウントし、＝Ｌのときにア
ップカウントをするようにして行われ、アンビル２０の
積算回転角θをパルスのカウント値ｎとして演算して行
く。従って、正転動作時におけるカウント値からリバウ
ンド動作時におけるカウント値が減算されたものが順次
積算されていくこととなる。

そして、このカウント値ｎが予め設定された目標パルス
数ｎ_Ｓ達すると、同時に、停止指令信号５００を停止制
御回路９８に入力する。

ここにおいて、この停止制御回路９８は、ＲＳフリップ
フロップ９８ａ、リセット用スイッチ９８ｂ、電磁弁制
御用のトランジスタ９８ｃから成り、アップダウンカウ
ンタ９６から停止指令信号５００が出力されると同時
に、ＲＳフリップフップ９８ａは、Ｌレベルの信号をト
ランジスタ９８ｃに出力し、第２図に示す電磁弁１６の
電磁リレー１６ａの励磁を解除する。

これにより、電磁弁１６はオフされ、インパクトレンチ
１０に対する高圧空気の供給を停止するため、インパク
トレンチ１０は自動的に停止制御されることになる。

このようにすることにより、本実施例によれば、インパ
クトレンチ１０を用いたボルト、ナットの締付けを常に
一定の締付けトルクで行うことが可能となる。

なお、前記リセットスイッチ９８ｂは、電磁リレー１６
ａ駆動用のＲＳフリップフロップ９８ａを初期化し、高
圧空気供給状態にするためのものであり、実施例におい
てはアップダウンカウンタ９６から停止指令信号５００
が供給され高圧空気の供給が遮断された後、タイマの作
動により一定時間経過した後に自動的に高圧空気供給状
態に復帰するよう形成されている。

このようにすることにより、作業者は１個のボルト又は
ナットの締付けを終了した後、次のボルト、ナットの締
付け作業に迅速に移ることが可能となる。

なお、ここにおいて前記タイマ時間は、0.1〜9.9秒の範
囲で任意に選択設定可能に形成することが好ましい。

また、本実施例において、この第１図に示すごとく制御
回路の主要部は、第２図に示す制御器１４内に設けるこ
とが好ましく、この際、制御器１４上にプリセットカウ
ンタ９２及びアップダウンカウンタ９６に対し基準リバ
ウンド角β_０及び目標積算回転角θ_Ｓを任意に設定可能
に形成することが好ましい。

本実施例は以上の構成からなり、次にその作用を説明す
る。

まず、インパクトレンチ１０の始動レバー１８を操作し
エアモータ２２を回転駆動すると、ボルト、ナットが座
面に付くまではハンマ２６がアンビル２０の係合溝６０
と一体的に係合し、エアモータ２２の回転はそのままア
ンビル２０側へ伝えられ、ボルト、ナットの締付けが行
われる。

そして、ボルト、ナット座面に到達し、アンビル２０の
トルク抵抗が増大してエアモータ２２の出力トルクを上
回るようになると、ハンマ２６と係合溝６０との係合が
その都度解消され、第６図、第７図に示すごとく、ハン
マ２６の係合溝６０に対する打撃による締付けが開始さ
れる。

そして、このような打撃による締付けが繰り返されるご
とにより、ボルト、ナットの締付けトルクが順次増大し
て行く。

このとき、ハンマ２６の正転動作及び打撃によるリバウ
ンド動作はセンサ７４ａ，７４ｂの出力に基づきＤ−フ
リップフロップ８６により検出される。そして、プリセ
ットカウンタ９２は、第１０図に示すフローチヤートに
したがって、打撃による締付けトルクが所定のスナグト
ルクτ_０に達したか否かの検出を行う。

すなわち、このプリセットカウンタ９２は、ハンマ２６
の係合溝６０に対する打撃が行われ、リバウンドが開始
されると同時にそのリバウンド角βの計測を行い、その
リバウンド角βが基準リバウンド角β_０を上回ると同時
にリトガ信号４００を出力する。

このようにして、締付けトルクτがスナグトルクτ_０に
達したことが検出されると、次に、アップダウンカウン
タ９６が第１１図に示すフローチャートに従って、アン
ビル２０の回転角を順次積算して行く。

第１２図にはこの積算動作の説明図が示されており、ま
ずハンマ２６が「イ」のポイントで係合溝６０に打撃Ｉ
_０を与え、「ロ」の位置までリバウンドを行った際に前
記トリガ信号４００が出力されたと仮定する。

この時、プリセットカウンタ９６は前述したように、打
撃Ｉ_０のリバウンド開始点「イ」から終点「ロ」までの
リバウンド角β_０と、終点「ロ」から次の打撃Ｉ_１のリ
バウンド開始点「ハ」までの正転角α_０と、を測定し、
次式に基づき次の打撃Ｉ_１によってもたらされるアンビ
ル２０の回転角γを演算する γ_０＝（α_０−360゜）−β_０ 同様にして、プリセットカウンタ９６は、これに続いて
行われる打撃Ｉ_１，Ｉ_２，Ｉ_３…Ｉ_ｎ…によってもたら
されるアンビル２０の回転角γ_１，γ_２，γ_３…γ
_ｎ−１…を次式に基づき演算する。

γ_１＝（α_１−360゜）−β_１ γ_２＝（α_２−360゜）−β_２ … … γ_３＝（α_ｎ−360゜）−β_ｎ そして、プリセットカウンタ９６は、このようにして各
打撃Ｉ_１，Ｉ_２，Ｉ_３…Ｉ_ｎ…によってもたらされるア
ンビル回転角γ_１，γ_２，γ_３…γ_ｎ…を次式に基づき
順次積算していき、最初の打撃Ｉ_０のリバウンド開始点
「イ」を原点とするアンビル２０の積算回転角θを順次
演算する。

θ_０＝γ_０ θ_１＝γ_１＋θ_０ θ_２＝γ_２＋θ_１ … … θ_ｎ＝γ_ｎ＋θ_ｎ−１ そして、この積算回転角θが目標締付けトルクτ_Ｓに対
応してが予め設定された目標積算回転角度θ_Ｓに達する
と同時に、カウンタ９６は停止指令信号５００を出力
し、インパクトレンチ１０を自動的に停止制御する。

このようにして、本発明によれば、第７図(A)に示すよ
うに、インパクトレンチ１０の締付けトルクが所望の目
標締付けトルクτ_Ｓに達したと同時に自動的に締付け動
作を停止するため、同一の対象に対する締付け作業であ
るならば、必ず一定の締付けトルクでボルト、ナット等
の締付け作業を精度よく行うことが可能となる。

ベンチテストによれば、従来装置の締付け精度は汎用型
で±30％、制御用で±15％であったのに対し、本実施例
の装置によれば、その締付け精度を±10％まで改善する
ことが確認されている。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、インパクトレン
チの出力軸の回転角を検出するための検出装置と打撃ハ
ンマのリバウンド角を検出するための検出装置を一つの
検出装置で検出できるようにしたため部品点数の削減に
よるコスト低減、保全性向上、信頼性向上の他、小型化
と軽量化によって作業性向上などの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るインパクトレンチの締付け力制御
装置の好適な実施例を示すブロック図、 第２図は本実施例のインパクトレンチシステムの概略説
明図、 第３図は第２図に示すインパクトレンチの側断面説明
図、 第４図は第３図のIV−IV断面図、 第５図は本実施例に用いられる検出回転体と回転検出セ
ンサの取り付け位置を示す説明図、 第６図は実施例のインパクトレンチのハンマとアンビル
との動作状態を示す説明図、 第７図は実施例のインパクトレンチのリバウンド動作と
締付けトルクとの関係を示す説明図、 第８図は検出回転体の他の取付け位置を示す説明図、 第９図は第１図に示す回路のタイミングチャート図、 第１０図は第１図に示すプリセットカウンタ９２の動作
を示すフローチャート図、 第１１図は第１図に示すアップダウンカウンタ９６の動
作を示すフローチャート図、 第１２図は第１図に示すアップダウンカウンタ９６の回
転角積算動作を示す説明図、 １０……インパクトレンチ ２０……アンビル ２２……エアモータ ２４……回転軸 ２６……ハンマ ４４……クラッチ ７０……検出回転体 ７４ａ，７４ｂ……回転検出センサ ８４……リバウンド検出回路 ８６……Ｄ−フリップフロップ ８８……トリガ発生回路 ９０……アンドゲート ９２……プリセットカウンタ ９４……回転角積算回路 ９６……アップダウンカウンタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 天坂 格郎 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 小林 孝 大阪府羽曳野市野々上３丁目６番15号 株 式会社空研内 (72)発明者 水原 勝 大阪府羽曳野市野々上３丁目６番15号 株 式会社空研内 (72)発明者 渕崎 至博 大阪府大阪市平野区加美北３丁目13―15 株式会社近計システム内 (56)参考文献 特開 昭58−22668（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−196169（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−93472（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被締付け部材に締め付け力を伝達するアン
   ビルと該アンビルに打撃ハンマによって締め付け力を与
   える回転伝達機構と打撃ハンマに回転駆動力を与えるエ
   アモータとを有するインパクトレンチにおいてエアモー
   タの駆動エアを制御して被締付け部材の締め付け力を制
   御するインパクトレンチの締め付け力制御装置であっ
   て、 インパクトレンチの打撃ハンマ駆動軸に一体的に設けら
   れ且つ外周部に一定間隔の断続的な検出部を有する円板
   状の検出回転体と、 インパクトレンチの非回転部に設けられ前記検出回転体
   の検出部を検出して互いに位相の異なるパルス信号を出
   力する一対の回転検出センサと、 該一対の回転センサから出力されるパルス信号の位相ず
   れから前記検出回転体の回転方向を検出して、正転動作
   中かリバウンド動作中かを示すリバウンド検出信号を出
   力するリバウンド検出回路と、 該リバウンド検出回路から出力されたリバウンド検出信
   号及び前記回転センサのいずれか一方からのパルス信号
   が入力され、リバウンド動作中の回転センサからのパル
   ス信号を出力するゲートと、リバウンド検出信号及び前
   記ゲートから出力されるパルス信号が入力され、リバウ
   ンド動作の終了時にリセットされると共に、前記パルス
   信号をカウントしこのカウント値が所定値に達したとき
   にトリガ信号を出力するプリセットカウンタと、 該プリセットカウンタからのトリガ信号、リバウンド検
   出回路からのリバウンド検出信号及び回転センサのいず
   れか一方からのパルス信号が入力され、トリガ信号が入
   力されたときにカウントを開始し、正転動作中に入力さ
   れるパルス信号をアップカウントし、リバウンド動作中
   に入力されるパルス信号をダウンカウントし、カウント
   値が予め設定した値を上回った時にインパクトレンチの
   駆動停止指令信号を出力するアップダウンカウンタと、 このアップダウンカウンタからの駆動停止指令信号が入
   力された時に、インパクトレンチを停止させる停止制御
   回路と、 を有することを特徴とするインパクトレンチの締め付け
   力制御装置。