JPH09272066A - インパクトレンチのボルト締結方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハンマの衝撃力や反動回転が加わらない電動
モータの回転量を検出することによって高精度なロータ
リエンコーダの使用を可能にし、実際のネジ締結力を制
御することによって正確なボルトまたはナットの締結作
業を行うことができるインパクトレンチのボルト締結方
法及び装置を提供する。 【解決手段】 ハンマ８がアンビル９から離脱したこと
を検知するインパクトセンサ２１と、電動モータ２の回
転量を測定するセンサ２２とを設け、インパクトセンサ
２１によって検知された１インパクト間における電動モ
ータ２の回転量からアンビル９が回転しない１インパク
ト間の電動モータ２の回転量を差し引いた量をアンビル
９の１インパクトにおける進み量として測定し、この進
み量が設定値に達したときに、電動モータ２の回転を停
止するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば軌道用レー
ルをボルト締結する際に用いるインパクトレンチのボル
ト締結方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のインパクトレンチは、ボルト締結
の時間制御或はインパクト数制御によってボルト締結力
を大まかに加減するようにしていた。さらに、この締付
精度を上げるために、アンビルまたはアンビルとソケッ
トの中間での歪ゲージまたは打撃後の反動回転量または
１インパクトの回転量等を検出することにより、締結力
を制御するようにしていた。

【０００３】ところが、アンビルまたはアンビルとソケ
ットの中間での検出はハンマの衝撃力や反動回転が複雑
に作用するため加速度変化が激しく、高精度のロータリ
エンコーダを使用するのは不可能であった。

【０００４】また、検出された信号から実際の締結力を
得るには、この信号の複雑な処理を行う必要があり、そ
の結果、制御装置が大型化するという不都合があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情に鑑みて成されたもので、ハンマの衝撃力や反動回
転が加わらない電動モータの回転量を検出することによ
って高精度なロータリエンコーダの使用を可能にし、実
際のネジ締結力を制御することによって正確なボルトま
たはナットの締結作業を行うことができるインパクトレ
ンチのボルト締結方法及び装置を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、電動モータの出力軸に連結したスピン
ドルの外周にて前方にバネ付勢したハンマがアンビルの
先端のソケットでネジ締めする際の締付反力に抗してア
ンビルから離脱した後に該アンビルにインパクト力を与
えるようにしたインパクトレンチのボルト締結方法にお
いて、前記ハンマが前記アンビルから離脱したことを検
知するインパクトセンサと、前記電動モータの回転量を
測定するセンサとを設け、前記インパクトセンサによっ
て検知された１インパクト間における前記電動モータの
回転量から前記アンビルが回転しない１インパクト間の
前記電動モータの回転量を差し引いた量を前記アンビル
の１インパクトにおける進み量として測定し、この進み
量が設定値に達したときに、前記電動モータの回転を停
止するようにしたインパクトレンチのボルト締結方法及
びこの方法を用いた装置を構成してある。

【０００７】このような構成において、ハンマがアンビ
ルから離脱して噛合するまでの回転量は、ハンマとアン
ビルの構成によって定まっている。例えば、ハンマとア
ンビルの突出歯を軸対称に二枚歯に構成すると、ハンマ
がアンビルから離脱してインパクトするまでに１８０°
回転する。

【０００８】このハンマがアンビルに一回の打撃（「１
インパクト」と云う）を与えた時、アンビルが回転しな
い場合には、１インパクトにおける電動モータの回転量
（回転角）は、１８０°と検出されるが、アンビルがα
だけ回転した場合、電動モータの回転量（回転角）は１
８０°＋αとして検出される。

【０００９】そして、ネジ締めが進んで締付け力が大き
くなると、アンビルの回転量α、即ち、１インパクトに
おけるアンビルの進み量αは次第に小さくなる。そこ
で、このアンビルの進み量αが設定値に達したときに電
動モータの回転を停止することによって、所定の締付け
力を得るのである。

【００１０】このような構成において、電動モータの回
転量を測定するセンサにはハンマの衝撃力や反動回転が
加わらないため、高精度のロータリエンコーダを使用す
ることが可能となる。

【００１１】また、ハンマの衝撃力や反動回転が及ばな
い部位を測定するという主旨においては、電動モータに
連結した減速機にロータリエンコーダを使用することも
可能である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照しながら説明する。

【００１３】図１は本発明によるインパクトレンチの縦
断面図である。図２は図１のハンマ部を示す部分拡大図
であり、ハンマがアンビルに噛合した状態を示す。図３
は図１のハンマ部を示す部分拡大図であり、ハンマがア
ンビルから離脱した状態を示す。図４は本発明のインパ
クトレンチにおける回路構成を示す概略図である。図５
は本発明のインパクトレンチの信号を示す図である。図
６は本発明のインパクトレンチの締付け時及び緩め時の
動作を示すチャート図である。

【００１４】図１のインパクトレンチの全体構成につい
て説明する。

【００１５】ケース１内の後方には電動モータ２が固設
され、モータ２の出力軸３の外周をケース１内に固設し
たベアリング４で回動自在に支持してあり、モータ２の
出力軸３の先端外周にはギヤ（太陽外歯車）３ａが形成
してある。

【００１６】モータ２の出力軸３の前方にはスピンドル
６が設けられ、このスピンドル６の後端に形成したフラ
ンジ６ａには軸対称に設けられた支持軸５ａ、５ａによ
って二枚のアイドルギヤ（遊星歯車）５、５が固設さ
れ、夫々のアイドルギヤ５、５が上記の出力軸３のギア
３ａに噛合してある。また、これらのアイドルギヤ５、
５の外周歯形はケース１の内周に設けられたリングギヤ
（太陽内歯車）７の内周歯形に噛合してある。

【００１７】このように構成された減速機構（遊星歯車
機構）２４により、電動モータ２の出力軸３が回転する
と、両側のアイドルギヤ５、５がリングギヤ７に案内さ
れながら回転し、これによってスピンドル６が減速回転
する。

【００１８】また、スピンドル６の後方外周にはカップ
状のスプリング支持盤１１が固設され、このスプリング
支持盤１１の外周にハンマ８に形成した外筒部８ａを摺
動自在に嵌合してある。

【００１９】そして、スピンドル６の外周を取り巻くス
プリング１２がスプリング支持盤１１とハンマ８の対向
面間に固定され、このスプリング１２によってハンマ８
が前方にバネ付勢された状態にされている。

【００２０】その一方で、スピンドル６の外周には長さ
を限定した船底形の案内溝１０が対称位置に刻設され、
夫々の案内溝１０にボール１３を収嵌し、このボール１
３の外周をハンマ８の前方の内腔部８ｂに摺接してあ
る。これにより、ハンマ８はボール１３が案内溝１０を
移動し得る範囲内で前後方向にねじり移動することがで
きる。

【００２１】さらに、ハンマ８の先端の軸対称位置には
二枚の突出歯１８、１８が前方に突設され、このハンマ
８の前方に設けられたアンビル９の外周フランジ９ａの
後方に形成された突出歯１９、１９がハンマ８の突出歯
１８、１８に対して回転方向に互いに隙間を有して噛合
されている。なお、アンビル９はケース１の前端の内周
に設けられた摺接部材１６の内周に沿って回動自在に支
承されている。

【００２２】上記の構成において、ハンマ８の突出歯１
８、１８は軸対称に１８０°の位置に形成される一方、
アンビル９の突出歯１９、１９もまた軸対称に１８０°
の位置に形成されているため、ハンマ８の突出歯１８、
１８は１インパクトにおいて１８０°回転することによ
り、アンビル９の突出歯１９、１９に打撃を与えること
となる。

【００２３】さらに、スピンドル６の先端の突出ロッド
６ｂの外周にネジ９ｂで固定されたアンビル９の先端に
は、ボルト用ソケット２０が着脱自在に固設してある。
なお、このボルト用ソケット２０は、他のナット用ソケ
ットに交換することが可能である。

【００２４】このような構成により、締結すべきボルト
頭またはナットに上記のソケット２０を嵌合して電動モ
ータ２を回転すると、スプリング１２のバネ力がアンビ
ル９のトルクよりも大きい初期段階では、図２に示すよ
うに、ハンマ８はボール１３の案内に従って前方に押し
出された状態にあるため、ハンマ８の突出歯１８、１８
はアンビル９の突出歯１９、１９と係合した状態で回転
する。

【００２５】そして、ボルトの締付け力がスプリング１
２のバネ力よりも次第に大きくなると、図３に示すよう
に、ハンマ８が案内溝１０に沿うボール１３に従って後
方に押し込まれる。次いで、ハンマ８の突出歯１８がア
ンビル９の突出歯１９から離脱すると、ハンマ８はアン
ビル９の負荷から一時的に開放され、次の瞬間にはスプ
リング１２のバネ力によって前方に弾発されて（図２の
状態）回転するため、これによりハンマ８の突出歯１８
がアンビル９の突出歯１９に当たってインパクトを与え
る。

【００２６】次に、上記の装置に設けられた各検出手段
について説明する。

【００２７】図１において、ハンマ８の外筒部８ａの後
端外周のケース１にインパクトセンサ２１が取付けてあ
る。このインパクトセンサ２１はハンマ８の外筒部８ａ
との相対的な離間距離を感知するようにした近接スイッ
チを用いてあり、ハンマ８に対しては非接触である。

【００２８】そして、このインパクトセンサ２１は、ハ
ンマ８の突出歯１８とアンビル９の突出歯１９とが係合
状態にあるときにＯＮ信号を発し（図２の状態）、ハン
マ８が後方に押し込まれて突出歯１８がアンビル９の突
出歯１９から離脱したときにＯＦＦ信号を発する（図３
の状態）。

【００２９】従って、図５に示すように、インパクトセ
ンサ２１によってＯＦＦ信号に続くＯＮ信号を検出し、
次のＯＦＦ信号を検出するまでが１インパクトの期間と
して検知される。

【００３０】一方、電動モータ２の後端にカップリング
２３が設けられ、このカップリング２３にて電動モータ
２の回転軸３の後端と噛合したロータリエンコーダ２２
が設けられている。このロータリエンコーダ２２を電動
モータ２の回転量を測定するセンサとして用い、上記の
１インパクトの間に検知されたロータリエンコーダ２２
によるロータリエンコーダ信号が１インパクト分におけ
る電動モータ２の回転量として検出される。

【００３１】ここで、インパクトセンサ２１とロータリ
エンコーダ２２によって検出された信号の関係について
図５を参照しながら説明する。

【００３２】この図で、インパクト信号（Ａ）とは、ハ
ンマ８による１インパクトによってアンビル９が回転し
ない場合に得られるインパクトセンサ２１によるインパ
クト信号であり、この場合の電動モータ２の回転量（回
転角）１８０°である。

【００３３】さらに、インパクト信号（Ｂ）とは、ハン
マ８による１インパクトによってアンビル９がαだけ回
転した場合に得られるインパクトセンサ２１によるイン
パクト信号であり、この場合の電動モータ２の回転量
（回転角）は１８０°＋αである。

【００３４】従って、１インパクトにおいてアンビル９
が実際にネジ締結するために回転する進み量は、１イン
パクトにおける電動モータ２の回転量（回転角）１８０
°＋αから１８０°を減じた値αとして得られる。そし
て、このネジ締結のためのアンビル９の進み量αが設定
値に達した時点で、電動モータ２を停止することによっ
て、予め設定されたネジ締結力を得るのである。

【００３５】なお、ハンマ８の突出歯１８及びアンビル
の突出歯１９を軸対称に１２０°の位置に三枚設けた場
合、１インパクトにおけるアンビル９が回転しない場合
の電動モータ２の回転量（回転角）は１２０°であり、
１インパクトにおけるアンビル９の進み量は、１２０°
＋αから１２０°を減じた値αとして得られる。

【００３６】一方、インパクト信号（Ａ）の場合にロー
タリエンコーダ２２によって検出された回転数をＮ１と
し、インパクト信号（Ｂ）の場合にロータリエンコーダ
２２によって検出された回転数をＮ２とすると、Ｎ２−
Ｎ１＝Ｎ３がアンビル９のネジ締結のための回転量とな
り、１インパクトにおける電動モータ２の回転量αは、
このロータリエンコーダ信号Ｎ３として求められる。

【００３７】なお、一般的に、ロータリエンコーダは検
出方式から分類すると、光電式、磁気式、電磁誘導式に
よるものなどがあるが、ロータリエンコーダ側の回転軸
を被測定側に連結することによってロータリエンコーダ
に内蔵した回転板を回転させ、その回転量を測定するよ
うにしてある。例えば、光電式ロータリエンコーダの場
合、発光ダイオードから発射した光を回転板（パルス円
板）に形成した格子縞を通過させて受光ダイオードで受
光する。そして、回転板が回転すると格子縞が変化する
につれて通過光量が変化し、この変化量をパルス信号に
変換して回転板の回転量を測定するものである。

【００３８】従って、回転量の測定結果はすべてこの回
転板の回転精度に依存するものであるが、本実施例のよ
うに、ロータリエンコーダ２２をハンマ８の衝撃力や反
動回転が加わらない電動モータ２に設けることによっ
て、高精度なロータリエンコーダ２２を使用することが
でき、アンビル９の１インパクトの回転量を正確に知る
ことが可能となる。

【００３９】次に、上記のインパクトセンサ２１とロー
タリエンコーダ２２を用いたインパクトレンチの締結力
を自動制御する回路構成について、図４を参照しながら
説明する。

【００４０】この図には、インパクトレンチの主構成と
して、上記の電動モータ２と減速機構２４とスピンドル
６と突出歯１８を有するハンマ８と突出歯１９を有する
アンビル９とソケット２０とが示してあり、電動モータ
２の回転量を測定するセンサとしてはロータリエンコー
ダ２２が設けられ、ハンマ８の後端側部にはインパクト
センサ２１が設けてある。なお、ロータリエンコーダ２
２は減速機構２４に設けるようにしてもよい。

【００４１】さらに、ロータリエンコーダ２２とインパ
クトセンサ２１とがコントローラ２５に接続されると共
に、電動モータ２の正逆転を操作する始動スイッチ２６
と締結力コントロールボリューム２７と正逆転リレー２
８（正転リレー２８ａ、逆転リレー２８ｂ）とがコント
ローラ２５に接続され、このコントローラ２５による制
御結果に応じて電源コンセント２９を経て供給される電
力を正逆転リレー２８を介して電動モータ２に送給また
は停止する。

【００４２】そこで、このような図４の回路構成の作動
について図５を参照しながら説明すると、締付け回転を
行う場合、正転リレー２８ａをＯＮにして、最終的なネ
ジ締結力として、１インパクトのアンビル回転量（回転
角）θ１を締結力コントロールボリューム２７にて設定
する。そして、始動スイッチ２６をＯＮにすると、イン
パクトレンチの電動モータ２が正転を開始する。

【００４３】電動モータ２が回転すると、ネジ締結力が
スプリング１２のバネ力よりも大きくなるに従って、ハ
ンマ８の突出歯１８がアンビル９の突出歯１９から離脱
し、ハンマ８は１８０°回転した後、アンビル９に１イ
ンパクトを与える。この際のインパクト信号をインパク
トセンサ２１によって検知すると共に、インパクトセン
サ２１がＯＦＦされ、次のＯＦＦまでの１インパクトの
間にロータリエンコーダ２２によって電動モータ２の回
転量を測定する。

【００４４】このとき、図５に示すように、１インパク
トごとの回転量（回転角）は、ロータリエンコーダ２２
によってインパクト信号間の回転量から、アンビル９が
回転しない時の回転量（回転角）１８０°を減じた値と
して求められるため、「１インパクトにおける電動モー
タの回転量（回転角）から１８０°を減じる＝１インパ
クトにおけるアンビルの回転量（θ２）」の演算を行
う。

【００４５】そして、θ１＜θ２の間、即ちθ１≧θ２
となるまで電動モータ２を回転しつづけてインパクトを
発生しながら締付けを継続するが、θ１≧θ２となった
とき、正転リレーが自動的にＯＦＦにされ、電動モータ
２が停止される。

【００４６】一方、緩め回転を行う場合、上記のような
回転量の検出は不要であるため、正逆転リレー２８の逆
転リレー側をＯＮにした状態で始動スイッチ２６をＯＮ
すると、電動モータ２が逆転を開始する。そして、ボル
トまたはナットが緩んだ時点で、始動スイッチ２６をＯ
ＦＦすると、逆転リレーがＯＦＦになり、電動モータ２
の回転が停止される。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ハンマの衝撃力や反動回転が及ばない電動モータの回転
量を測定すればよく、この回転量の測定に高精度のロー
タリエンコーダを使用することが可能となる。

【００４８】そして、インパクトセンサによって検知さ
れたインパクト発生から次のインパクトまでの電動モー
タの回転量を高精度なロータリエンコーダによって測定
することにより、アンビルの１インパクトにおける電動
モータの回転量を正確に測定して、実際のネジ締結力が
検知され、電動モータが停止されることにより、簡単な
操作で正確なネジ締め作業を行うことが可能となる。

【００４９】本発明においては、現実に締結しつつある
個々のボルトの締付けによって低減する１インパクトに
よるアンビルの回転量を検出することができ、この検出
値が予め設定したアンビルの回転量に一致したとき所定
のネジ締結力が得られたとして電動モータを停止するこ
とができるため、アンビルの回転量設定値をボルトまた
はナットの締結環境に応じて自在に設定することが可能
となる。

【００５０】また、上記のように電動モータの回転量を
測定するセンサとして用いたロータリエンコーダの設置
箇所は電動モータまたは減速機構に対して設けてあるた
め、アンビルの打撃力の影響を受けず、高精度の測定結
果を得ることができる。

【００５１】上記の本発明によれば、作業者の感に頼ら
ずに、自動的に規定のボルト締結力で締め付け作業がで
き、初心者にもボルト締結力のばらつきを生じることな
く、適切なボルトまたはナットの締結作業が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明によるインパクトレンチの縦断面
図である。

【図２】図２は図１のハンマ部を示す部分拡大図であ
り、ハンマの突出歯がアンビルの突出歯に噛合した状態
を示す。

【図３】図３は図１のハンマ部を示す部分拡大図であ
り、ハンマの突出歯がアンビルの突出歯から離脱した状
態を示す。

【図４】図４は本発明のインパクトレンチにおける回路
構成を示す概略図である。

【図５】図５は本発明のインパクトレンチの各センサに
よる信号を示す図である。

【図６】図６は本発明のインパクトレンチのネジ締結時
及び緩め時の動作を示すチャート図である。

【符合の説明】

１…ケース ２…電動モータ ３…出力軸 ３ａ…ギヤ ４…ベアリング ５…アイドルギヤ ５ａ…支持軸 ６…スピンドル ６ａ…フランジ ６ｂ…ロッド ７…リングギヤ ８…ハンマ ８ａ…外筒部 ８ｂ…内腔部 ９…アンビル ９ａ…フランジ １０…案内溝 １１…支持盤 １２…スプリング １３…ボール １８…突出歯 １９…突出歯 ２０…ボルト用ソケット ２１…インパクトセンサ ２２…ロータリエンコーダ ２３…カップリング ２４…減速機構 ２５…コントローラ ２６…始動スイッチ ２７…締結力コントロールボリューム ２８…正逆転リレー ２９…電源コンセント

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電動モータの出力軸に連結したスピンドル
   の外周にて前方にバネ付勢したハンマがアンビルの先端
   のソケットでネジ締めする際の締付反力に抗してアンビ
   ルから離脱した後に該アンビルにインパクト力を与える
   ようにしたインパクトレンチのボルト締結方法におい
   て、 前記ハンマが前記アンビルから離脱したことを検知する
   インパクトセンサと、前記電動モータの回転量を測定す
   るセンサとを設け、前記インパクトセンサによって検知
   された１インパクト間における前記電動モータの回転量
   から前記アンビルが回転しない１インパクト間の前記電
   動モータの回転量を差し引いた量を前記アンビルの１イ
   ンパクトにおける進み量として測定し、この進み量が設
   定値に達したときに、前記電動モータの回転を停止する
   ようにしたことを特徴とするインパクトレンチのボルト
   締結方法。
2. 【請求項２】前記電動モータの回転量を測定するセンサ
   は、ロータリエンコーダであることを特徴とする請求項
   １記載のインパクトレンチのボルト締結方法。
3. 【請求項３】前記ロータリエンコーダは、前記電動モー
   タまたは該電動モータの減速機構に設けたことを特徴と
   する請求項２記載のインパクトレンチのボルト締結方
   法。
4. 【請求項４】電動モータの出力軸に連結したスピンドル
   の外周にて前方にバネ付勢したハンマをアンビルの先端
   のソケットでネジ締めする際の締付反力に抗してアンビ
   ルから離脱させた後に該アンビルにインパクト力を与え
   るようにしたインパクトレンチのボルト締結装置におい
   て、 前記ハンマが前記アンビルから離脱したことを検知する
   インパクトセンサを前記ハンマの後端外周に非接触で設
   け、前記電動モータの回転量を測定するセンサを前記電
   動モータまたは前記電動モータと前記スピンドル間に連
   結した減速機構に設け、前記インパクトセンサによって
   検知された１インパクト間における前記電動モータの回
   転量から前記アンビルが回転しない１インパクト間の前
   記電動モータの回転量を差し引いた量が設定値に達した
   ときに、前記電動モータの回転を停止するようにしたこ
   とを特徴とするインパクトレンチのボルト締結装置。