JPH09285974A - インパクトレンチの締付制御方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 締付力の制御に必要な信号を、アンビル又は
アンビルとソケットの中間部分以外の衝撃力や反動回転
力をあまり受けない部位から得ることによって、アンビ
ルの１インパクト毎の回転角の進み量を修正処理せずに
正確に検出できるようにする。 【解決手段】 ハンマ１１によるインパクト力が発揮さ
れる度に、電動モータ２又は電動モータ２とハンマ１１
との間に設けた連動機構の回転角をロータリーエンコー
ダ４で測定し、この回転角が設定した回転角以下に達す
ると、電動モータ２への供給電源を断ってアンビル１３
の回転を停止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、衝撃力（インパク
ト力）を利用してボルトの締付けを行うインパクトレン
チの技術分野に属するものであって、具体的には、イン
パクトレンチの締付制御方法とその装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般的なインパクトレンチは、ボ
ルト締付用のソケットを備えたアンビルに対してバネの
付勢力下にあるハンマを噛み合せ、ボルト締結の際に
は、電動モータによってハンマを回転することによって
アンビルを連動回転し、ボルトの締付け反力（負荷）が
ハンマのバネ付勢力より大きくなった時に、ハンマをア
ンビルから離間させて一旦フリー回転状態と成し、次の
瞬間、ハンマを再びバネ付勢力によりアンビルに噛合さ
せ、この噛合時の強力なインパクト力でアンビルを回転
してボルトを締付けるように構成されている。

【０００３】このようなインパクトレンチに於いて、締
付トルクの制御を正確に行うには、インパクトレンチに
よる打撃を正確に制御する必要があるが、従来より用い
られている時間制御或はインパクト数制御と云った制御
方法では、締付力を大まかに加減調節できるだけであっ
て、充分な締付精度を得ることができなかった。

【０００４】そこで、充分な締付精度を得るために、ア
ンビル又はアンビルとソケットとの中間部分に例えば特
開昭５７−１１４３７０号公報に見られるような締付ト
ルクを検出する歪検出器を設けたり、同じく特開昭５９
−５３１６８号公報に見られるような打撃後の反動回転
量を検出する反動回転量検出器を設けたり、更には、特
開平７−３０８８６６号公報に見られるような１インパ
クト毎のナットの回転角を検出する回転角検出器を設け
て、これ等各検出器から送られて来る検出信号に従って
締付力を制御していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、アンビル又は
アンビルとソケットとの中間部分での検出は、衝撃力や
反動回転力が複雑に作用して加速度変化が激しいため、
高精度の検出器（例えばロータリーエンコーダ等）の使
用は不可能であり、また、検出された信号も、実際の締
付力と合致させるためには複雑な修正処理を行う必要が
あって、結果的に制御装置の大型化と高コスト化を招く
問題があった。

【０００６】従って本発明の技術的課題は、締付力の制
御に必要な信号を、アンビル又はアンビルとソケットの
中間部分以外の衝撃力や反動回転力が其れ程加わらない
部位から得ることによって、アンビルの１インパクト毎
の回転角の進み量を修正処理することなく、簡単に、且
つ、正確に検出できるようにすることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の技術的課題を解決
するために本発明で講じた手段は以下の如くである。

【０００８】ボルト締付用のソケットを備えたアンビル
に電動モータ側のハンマを噛合することにより、電動モ
ータの回転をアンビル側に伝達する一方、アンビル側に
必要以上の負荷がかかると上記ハンマの噛合を離脱し、
再びバネの付勢力によりハンマがアンビルに噛合する時
のインパクト力を利用してボルト締めを行うように構成
したインパクトレンチに於いて、

【０００９】（１） 上記ハンマによるインパクト力が
発揮される度に、上記電動モータ又は電動モータとハン
マとの間に設けた連動機構の回転角を測定し、この回転
角が設定した回転角以下に達すると、電動モータへの供
給電源を断ってアンビルの回転を停止するようにするこ
と。

【００１０】（２） 上記のハンマがアンビルから離脱
したことを検出するインパクトセンサと、上記の電動モ
ータ又は電動モータとハンマとの間に設けた連動機構の
回転角を検出する回転角検出センサと、これ等両センサ
から送られて来る検出信号に従ってインパクト力が１回
発生する毎の上記電動モータ又は連動機構の回転角を算
出する回転角算出手段と、算出した回転角が設定した回
転角以下に達すると電動モータへの供給電源を断ってア
ンビルの回転を停止するアンビル回転停止手段とによっ
て構成すること。

【００１１】（３） 上記のハンマがアンビルから離脱
したことを検出するインパクトセンサと、上記の電動モ
ータ又は電動モータとハンマとの間に設けた連動機構の
回転角を検出する回転角検出センサと、これ等両センサ
から送られて来る検出信号に従ってインパクト力が１回
発生する毎の上記電動モータ又は連動機構の回転角を算
出する回転角差算出手段と、この算出した回転角をイン
パクト毎のアンビルの回転角の進み量に変換するアンビ
ル進み量変換手段と、変更したアンビル回転角進み量と
アンビル進み量設定手段によって設定された設定値とを
比較して、この進み量が設定値以下に達したか否かを判
定するアンビル進み量比較手段と、進み量が設定値以下
に達すると電動モータへの供給電源を断ってアンビルの
回転を停止するアンビル回転停止手段とによって構成す
ること。

【００１２】（４） アンビル回転停止手段が電動モー
タへの供給電源を断つと同時に、電動モータの回転にブ
レーキを加えてアンビルの回転を直ちに停止するブレー
キ回路を備えて成ること。

【００１３】上記（１）で述べた手段（方法）によれ
ば、ボルト締付時の強力な衝撃力や反動回転力が直接及
ばない電動モータ、又は、電動モータとハンマとの間に
設けた連動機構の回転角を測定し、この測定した回転角
に基づいて締付力を制御するため、アンビルの１インパ
クト毎の回転角の進み量を正確に知ることができ、又、
ロータリーエンコーダのような高精度な検出器の使用を
可能にして、締付力制御の信頼性を高めることを可能に
する。

【００１４】上記（２）で述べた手段（装置）によれ
ば、インパクトセンサと回転角検出センサから送られて
来る検出信号に従って、回転角算出手段がインパクト力
（打撃力）が１回発生する毎の電動モータ又は連動機構
の回転角を算出して、この回転角が予め設定した設定値
以下に達する迄アンビルに対するハンマの打撃を繰返す
ため、ボルトを確実に締付けることができ、また、上記
いずれのセンサも衝撃力や反動回転力が其れ程加わらな
い部位に設けることができるため、検出した信号を修正
処理せずにそのまま使用することを可能にする。

【００１５】上記（３）で述べた手段（装置）によれ
ば、インパクト発生から次のインパクトまでの電動モー
タ又は連動機構の回転角を測定することによって、アン
ビルの１インパクトでの回転角の進み量を検出し、この
進み量が予定の回転角以下に達した時に電動モータへの
供給電源を断ってアンビルの回転を停止するため、ボル
トを予め定めた強さに締付けることができると共に、イ
ンパクトセンサと回転角検出センサの双方を、アンビル
又はアンビルとソケットの中間部以外の衝撃力や反動回
転力が其れ程加わらない部位に設けることができるた
め、検出信号を修正処理せずにそのまま使用することを
可能にする。

【００１６】上記（４）で述べた手段（装置）によれ
ば、ブレーキ回路が電動モータの回転にブレーキを加え
てアンビルの回転を直ちに停止するため、アンビルの惰
性回転を制御してボルトに対する無駄な打撃回数を少く
することを可能にする。

【００１７】以上の如くであるから、上記（１）〜
（４）で述べた手段によって上述した技術的課題を解決
し前記従来の技術の問題点を解消することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、上述した本発明の実施の
形態を添付した図面と共に詳細に説明する。

【００１９】図１は本発明に係る締付制御装置を備えた
インパクトレンチの内部構造を説明した一部断面正面図
であって、符号で全体的に示したインパクトレンチのケ
ース体１Ａ内には電動モータ２が取付けられ、また、ケ
ース体１Ａの根端部外側にはカップリング３を介して上
記電動モータ２の回転角を測定するロータリーエンコー
ダ４が取付けられている。

【００２０】５は上記モータ２の出力軸、６はこの出力
軸５に取付けた冷却用ファン、７，７はモータ出力軸５
の先端に形成したギヤ部５Ａに噛合して連動回転する減
速ギヤ、７Ａ，７Ａは左右の減速ギヤ軸、８はこれ等両
減速ギヤ７，７に噛合する内歯のリングギヤ、９は根端
部を上記左右の減速ギヤ軸７Ａ，７Ａに取付けたスピン
ドルであって、電動モータ２の出力軸５が回転すると、
このスピンドル９が減速回転される仕組に成っている。

【００２１】１１はケース体１Ａの内部軸線方向に突出
せしめた上記スピンドル９の先端部９Ａの外周に、同じ
く軸線方向にスライド自在に取付けたハンマ、１１Ｓは
上記スピンドル９の根端部に嵌着したカップ状のスプリ
ングシート１０と、ハンマ１１の根端部側に連設した外
筒体１１Ａの内底部との間に介在した圧縮スプリング、
１２，１２は上記スピンドル先端部９Ａの外周面に凹設
した螺旋溝９Ｘ，９Ｘに嵌込んだ鋼球であって、ハンマ
１１は上記圧縮スプリング１１Ｓの弾発力によって常時
ケース体１Ａの先端口１Ｂの方向（図面下側方向）に付
勢されている。

【００２２】１１Ｔ，１１Ｔは上記ハンマ１１の先端部
に突設した係合歯、１３はケース体１Ａの先端口１Ｂ内
にスライド自在に嵌込んだアンビル、１３Ｔ，１３Ｔは
先端口１Ｂの内側面に嵌込まれているアンビル１３の根
端部に形成した係合歯、１４は上記先端口１Ｂの外側に
突出したアンビル１３の先端部１３Ａにホルダ１４Ａを
用いて交換自在に取付けたソケットであって、上記アン
ビル１３の係合歯１３Ｔ，１３Ｔはハンマ１１の係合歯
１１Ｔ，１１Ｔに対して噛合自在であり、且つ、ソケッ
ト１４の内部には各種部材Ｒに取付けるボルトＺの頭部
が嵌込自在に構成されている。

【００２３】図２は上述した圧縮スプリング１１Ｓの付
勢力に基づくハンマ１１とアンビル１３の各係合歯１１
Ｔ，１１Ｔと１３Ｔ，１３Ｔの噛合によって、電動モー
タ２の回転をアンビル１３を介してソケット１４に伝達
してボルトＺを螺動回転している状態を示した断面図で
ある。

【００２４】また、図３は上記の螺動回転が進んで締付
力が大きくなって、アンビル１３を後方（図面に於いて
上方）に押し上げる反力が上述した圧縮スプリング１１
Ｓのバネ圧より大きくなり、その結果、ハンマ１１を後
方に押動してハンマ１１の係合歯１１Ｔ，１１Ｔをアン
ビル１３の係合歯１３Ｔ，１３Ｔから離脱した時の状態
を示した断面図であって、これ等図２と図３並びに図１
に於いて、１５は後方に押動されたハンマ１１の外筒体
１１Ａを検出して、上記各係合歯１１Ｔ，１１Ｔと１３
Ｔ，１３Ｔの噛合が離脱したことを検知するインパクト
センサを示し、このインパクトセンサ１５はハンマ１１
とアンビル１３の衝撃力や反動回転力を直接受けないケ
ース体１Ａ側に取付けられている。

【００２５】上述のようにハンマ１１が後方に押動され
て各係合歯１１Ｔ，１１Ｔと１３Ｔ，１３Ｔの噛合が離
脱すると、ハンマ１１はアンビル１３の負荷から一時的
に開放されるが、次の瞬間には上記圧縮スプリング１１
Ｓの付勢力を受けて前方（図面に於いて下方）に弾発さ
れるため、この弾発力によってハンマ１１の係合歯１１
Ｔ，１１Ｔがアンビル１３の係合歯１３Ｔ，１３Ｔを打
撃して、アンビル１３側にボルトＺを締付ける強力なイ
ンパクト力を発生させることができる。

【００２６】本発明は、上記のインパクトセンサ１５が
ハンマ１１の外筒体１１Ａを検出してから次の検出迄の
間、即ち、インパクト力発生から次のインパクト力が発
生する迄の間に、電動モータ２が回転する回転角が予め
設定した回転角以下に達した時に、電動モータ２の供給
電源を断って締付けを停止するか（請求項１、２）、或
は、上記電動モータ２の回転角を更にアンビル１３の１
インパクトでの回転角の進み量に変換し、進み量が予定
の回転角以下に達した時に、電動モータ２の供給電源を
断って締付けを停止する（請求項３）ように構成されて
いる。

【００２７】要するに、アンビル１３が回転しないとし
た場合に、ハンマ１１は１８０°回転する度に１回アン
ビル１３を打撃することを繰返し、ボルト締めの場合ア
ンビル１３は少しずつハンマ１１の打撃によって回転す
るから、１８０°＋αの回転角になる。

【００２８】一方、電動モータ２とハンマ１１の回転は
減速機によって決まっているため、ハンマ１１が１８０
°回転する時の電動モータ２の回転を知ることができ、
それをロータリーエンコーダ４からの信号で読取れば、
１８０°分よりも多い分でアンビル１３が回転したこと
になるから、この回転量が予定（設定）の回転量以下に
達した時に電動モータ２への供給電源を断ち、更に、ブ
レーキ回路にてアンビル１３の回転を直ちに停止して、
余分な打撃を防止する仕組に成っている。

【００２９】図４は本発明に係る締付制御装置の電気的
構成を説明したブロック図であって、図中、２０はマイ
クロコンピュータを搭載したコントローラ、２１は電源
スイッチと正転用及び逆転用の各スイッチを備えた操作
スイッチ、２２は１インパクトに於けるアンビル１３の
回転角を設定するボリューム、２３はＳＳＲリレー、２
４は正転と逆転用の各リレーとブレーキリレーを備えた
リレー回路を示す。

【００３０】また、上記コントローラ２０に組込まれて
いるメモリ（図示省略）には、特許請求の範囲と図７の
全体構成図に記載した各手段、即ち、ロータリーエンコ
ーダ４とインパクトセンサ１５から送られて来る各検出
信号に従ってインパクト力が１回発生する毎の電動モー
タ２の回転角を算出する回転角算出手段と、算出した回
転角を１インパクト毎のアンビルの回転角の進み量に変
換するアンビル進み量変換手段と、変換したアンビル回
転角進み量と設定値とを夫々比較して、進み量が設定値
以下に達したか否かを判定するアンビル進み量比較手段
と、進み量が設定値以下に達した場合に電動モータ２へ
の供給電源を断つアンビル回転停止手段を構成するため
の各種のプログラムが格納されている。

【００３１】図５はインパクト間のロータリーエンコー
ダ４からの信号数と、ロータリーエンコーダ信号及びイ
ンパクトセンサ信号の関係を示した線図であり、また、
図６は本発明によるボルト締付と緩めの各処理手順を説
明したフローチャート、図７は本発明の全体を説明した
構成図であって、図６に示したフローチャートを実行す
るに当ってステップＳ１の締め回転処理（正転用スイッ
チＯＮ）を選択すると、メモリに格納したプログラムに
従ってステップＳ１０までのボルト締付処理が実行さ
れ、また、フローチャートのステップＳ１１の緩め回転
処理（逆転用スイッチＯＮ）を選択した場合には、同じ
くメモリのプログラムに従ってステップＳ１２からステ
ップＳ１７までのボルト緩め処理が実行される仕組に成
っている。

【００３２】尚、上述した実施の形態の説明では、電動
モータ２の回転角をロータリーエンコーダ４で測定して
いるが、電動モータ２の回転をハンマ１１側に伝達する
中間連動機構（減速機等）の回転をロータリーエンコー
ダ４で測定しても、同様の効果を得ることができるか
ら、インパクトによる反動回転を受けないところであれ
ば、その測定位置はいずれであってもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上述べた次第で、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付け
作業を行うことができ、初心者にもボルト締結力のバラ
ツキを生じることなく適切なボルト締結作業を可能とす
るが、本発明では特に、衝撃力や反動回転力を受けない
部分で電動モータ又は連動機構の回転角を検出するた
め、ロータリーエンコーダ等の高精度なセンサを使用し
て回転角を正確に検出できると共に、検出した回転角の
修正も不要なため、比較的低コストにて実施できる利点
を備えている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る締付制御装置を備えたインパクト
レンチの内部構造を説明した一部断面正面図である。

【図２】ハンマとアンビルが噛合している状態を説明し
た要部の断面図である。

【図３】ハンマとアンビルが離脱している状態を説明し
た要部の断面図である。

【図４】本発明に係る締付制御装置の電気的構成を説明
したブロック図である。

【図５】ロータリーエンコーダの信号数とロータリーエ
ンコーダ信号及びインパクトセンサ信号の関係を説明し
た線図である。

【図６】ボルト締付け作業と緩め作業の各処理手順を説
明したフローチャートである。

【図７】本発明の全体を説明した構成図である。

【符号の説明】

１ インパクトレンチ １Ａ ケース体 ２ 電動モータ ４ ロータリーエンコーダ ５ モータ出力軸 ７ 減速歯車 ９ スピンドル １１ ハンマ １１Ｔ 係合歯 １１Ｓ 圧縮スプリング １３ アンビル １３Ｔ 係合歯 １４ ソケット １５ インパクトセンサ Ｚ ボルト

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボルト締付用のソケットを備えたアンビ
   ルに電動モータ側のハンマを噛合することにより、電動
   モータの回転をアンビル側に伝達する一方、アンビル側
   に必要以上の負荷がかかると上記ハンマの噛合を離脱
   し、再びバネの付勢力によりハンマがアンビルに噛合す
   る時のインパクト力を利用してボルト締めを行うように
   構成したインパクトレンチに於いて、 上記ハンマによるインパクト力が発揮される度に、上記
   電動モータ又は電動モータとハンマとの間に設けた連動
   機構の回転角を測定し、この回転角が設定した回転角以
   下に達すると、電動モータへの供給電源を断ってアンビ
   ルの回転を停止することを特徴とするインパクトレンチ
   の締付制御方法。
2. 【請求項２】 ボルト締付用のソケットを備えたアンビ
   ルに電動モータ側のハンマを噛合することにより、電動
   モータの回転をアンビル側に伝達する一方、アンビル側
   に必要以上の負荷がかかると上記ハンマの噛合を離脱
   し、再びバネの付勢力によりハンマがアンビルに噛合す
   る時のインパクト力を利用してボルト締めを行うように
   構成したインパクトレンチに於いて、 上記のハンマがアンビルから離脱したことを検出するイ
   ンパクトセンサと、上記の電動モータ又は電動モータと
   ハンマとの間に設けた連動機構の回転角を検出する回転
   角検出センサと、これ等両センサから送られて来る検出
   信号に従ってインパクト力が１回発生する毎の上記電動
   モータ又は連動機構の回転角を算出する回転角算出手段
   と、算出した回転角が設定した回転角以下に達すると電
   動モータへの供給電源を断ってアンビルの回転を停止す
   るアンビル回転停止手段とによって構成したことを特徴
   とするインパクトレンチの締付制御装置。
3. 【請求項３】 ボルト締付用のソケットを備えたアンビ
   ルに電動モータ側のハンマを噛合することにより、電動
   モータの回転をアンビル側に伝達する一方、アンビル側
   に必要以上の負荷がかかると上記ハンマの噛合を離脱
   し、再びバネの付勢力によりハンマがアンビルに噛合す
   る時のインパクト力を利用してボルト締めを行うように
   構成したインパクトレンチに於いて、 上記のハンマがアンビルから離脱したことを検出するイ
   ンパクトセンサと、上記の電動モータ又は電動モータと
   ハンマとの間に設けた連動機構の回転角を検出する回転
   角検出センサと、これ等両センサから送られて来る検出
   信号に従ってインパクト力が１回発生する毎の上記電動
   モータ又は連動機構の回転角を算出する回転角差算出手
   段と、この算出した回転角をインパクト毎のアンビルの
   回転角の進み量に変換するアンビル進み量変換手段と、
   変更したアンビル回転角進み量とアンビル進み量設定手
   段によって設定された設定値とを比較して、この進み量
   が設定値以下に達したか否かを判定するアンビル進み量
   比較手段と、進み量が設定値以下に達すると電動モータ
   への供給電源を断ってアンビルの回転を停止するアンビ
   ル回転停止手段とによって構成したことを特徴とするイ
   ンパクトレンチの締付制御装置。
4. 【請求項４】 アンビル回転停止手段が電動モータへの
   供給電源を断つと同時に、電動モータの回転にブレーキ
   を加えてアンビルの回転を直ちに停止するブレーキ回路
   を備えて成ることを特徴とする請求項２又は３記載のイ
   ンパクトレンチの締付制御装置。