JP2001260042A

JP2001260042A - 打撃締付工具

Info

Publication number: JP2001260042A
Application number: JP2000074131A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Suzuki; 均鈴木; Masahiro Watanabe; 将裕渡邊
Original assignee: Makita Corp
Current assignee: Makita Corp
Priority date: 2000-03-16
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2001-09-25
Anticipated expiration: 2020-03-16
Also published as: JP3670189B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ハンマとアンビルの衝突音を検出し易くす
る。【解決手段】ハンマ４がアンビル２に衝突することに
よりアンビル２を回転させる打撃締付工具１において、
ハンマ４とアンビル２の衝突を検出する検出手段３０
と、検出手段３０で検出したハンマ４とアンビル２の衝
突回数に基づいて、ハンマ４を回転させる回転駆動源２
２を制御する制御手段とを備え、検出手段３０が、特定
周波数領域の音を他の周波数領域の音に比較して大きな
電気信号に変換する特性を有する受音部材で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インパクトレンチ
やインパクトドライバ等の打撃締付工具の改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ボルト・ナット等のネジ類を強固に締付
けるための打撃締付工具としてインパクトレンチやイン
パクトドライバ等がよく用いられる。この種の工具は、
例えば電動モータやエアモータ等の駆動源によって回転
するハンマと、ネジ類に係合してネジ類を回転させるア
ンビルを備える。このハンマとアンビルは相互に衝突し
て、ハンマがアンビルを回転させる。そして、ハンマと
アンビル間に所定値以上の力が作用したときは、アンビ
ルに対してハンマが遊転するように連携されている。か
かる構成を備えるため、ネジが軽負荷で螺合する間はハ
ンマがアンビルを連続的に回転させ、ネジ類を連続的に
締付ける。そして、ネジ類が締込まれ、アンビルとハン
マ間に所定値以上の力が作用するようになると、ハンマ
は遊転を始め、所定角遊転した後にアンビルに衝突する
ようになる。この遊転と衝突という動作が繰り返される
ことによって、ハンマが衝突するたびにアンビルが回転
し、ネジ類がその都度締付けられる。

【０００３】上述した打撃締付工具では、最終的なネジ
の締付トルクはハンマとアンビルの衝突回数に依存す
る。このため、従来からハンマとアンビルの衝突回数に
基づいて締付トルクを調整する技術が開発されている
（例えば、特開平５−２００６７７号等）。上記公報に
記載された技術では、ハンマとアンビルの衝突音を受音
するマイクロフォンによりハンマとアンビルの衝突を検
出する。そして、ハンマとアンビルが予め設定された回
数だけ衝突したときに、ハンマを回転させる駆動源の動
きを停止する。これによって、ハンマとアンビルは予め
設定された回数だけ衝突することとなり、ネジ類が適切
な締付トルクで締付けられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た打撃締付工具では、衝突音を検出する受音部材として
マイクロフォンを使用しているため、マイクロフォンか
ら出力される検出信号は比較的広い周波数領域の音が電
気信号に変換されたものとなる。このため、マイクロフ
ォンから出力される電気信号には、衝突音のみではなく
鉄骨等の被締結材で反響した反響音や駆動源から発生す
る音等多くのノイズ成分が含まれた電気信号となる。し
たがって、作業環境等によっては、これらの電気信号か
らハンマとアンビルの衝突を検出（判定）することが困
難な場合があった。

【０００５】本発明は、上述した実情に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、検出手段から出力される電気
信号に含まれるノイズ成分を少なくすることにより、ハ
ンマとアンビルの衝突を検出し易くすることができる打
撃締付工具を実現する。

【０００６】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記課題
を解決するため請求項１に記載の打撃締付工具は、ハン
マがアンビルに衝突することによりアンビルを回転させ
る打撃締付工具において、ハンマとアンビルの衝突を検
出する検出手段と、該検出手段で検出したハンマとアン
ビルの衝突回数に基づいて、ハンマを回転させる駆動源
を制御する制御手段とを備え、前記検出手段が、特定周
波数領域の音を他の領域の音と比較して大きな電気信号
に変換する特性を有する受音部材で構成されている。上
記打撃締付工具では、検出手段は特定周波数領域の音を
他の領域の音と比較して大きな電気信号に変換する特性
を有する。したがって、前記特定周波数領域内に衝突音
の周波数ピークが含まれるようにすることにより、衝突
音を他の音（反響音等のノイズ）に比較して大きな電気
信号に変換することができ、ハンマとアンビルの衝突を
検出し易くする。

【０００７】請求項１に記載の打撃締付工具において
は、前記受音部材をブザーにより構成することが好まし
い。ブザーは、特定周波数領域の音のみを大きな電気信
号に変換する性質を有し、かつ、市販される安価な部材
であるため、打撃締付工具の製造コストを安くすること
ができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に本発明を具現化した打撃締付
工具を、図を参照して説明する。図１はインパクトレン
チ１の一部断面側面図を示している。図中３はハウジン
グを示し、ここに回転駆動源であるモータ２２が収容固
定されている。そのモータ２２の出力軸２０（ベアリン
グ１９に軸支されている）にはギヤが形成され、このギ
ヤに複数の遊星ギヤ１２が噛合っている。この遊星ギヤ
１２はピン１４を軸とし、ピン１４はベアリング２３に
軸支されたスピンドル８に固定されている。また遊星ギ
ヤ１２は、インターナルギヤケース１８に固定されたイ
ンターナルギヤ１６の内径側に位置して、そのインター
ナルギヤ１６に噛合っている。これらのギヤ列によって
減速機構が構成されている。ピン１４を固定しているス
ピンドル８はモータ２２で回転駆動される。スピンドル
８には複数の溝８ａがＶ字型に形成されており、そのス
ピンドル８にハンマ４が遊転可能となっている。そし
て、ハンマ４と溝８ａ間にはボール６が介装されてい
る。この溝８ａとボール６とによりカム機構が構成さ
れ、ハンマ４はスピンドル８に対し溝８ａに沿って相対
移動可能となっている。また、ハンマ４とスピンドル８
との間に、ボール５１とワッシャ４９を介してバネ１０
が圧縮状態で収容されており、ハンマ４は図示右方に常
時付勢されている。ハンマ４の先端側には、アンビル２
がハウジング３に対して回転可能に取付けられている。
アンビル２の先端２ａは断面多角形になっており、ここ
にナット類の頭部に係合する図示されていないボックス
が取付けられる。アンビル２の後端面には直径方向に伸
びる一対の突条２ｂ、２ｃが形成されている。またハン
マ４の先端面にも直径方向に伸びる突条４ｂ、４ｃが形
成されており、各突条２ｂ、２ｃと４ｂ、４ｃの側面が
当接するようになっている。

【０００９】次に、上述した締付機構の作用について説
明する。上述した締付機構においてナット類が軽負荷で
締付けられている場合、アンビル２とハンマ４の各突条
間に作用する力、すなわちスピンドル８とハンマ４間に
ボール６を介して作用する力も弱く、ハンマ４はバネ１
０の力によってアンビル２側に押付けられている。この
ためスピンドル８の回転がハンマ４とアンビル２に連続
的に伝えられ、ナット類（図示しない）は連続的に締付
けられる。一方ナット類の締付力が大きくなると、アン
ビル２とハンマ４の各突条間にも大きな力が作用するよ
うになり、スピンドル８とハンマ４間にもボール６を介
して大きな力が作用するようになる。このためハンマ４
を溝８ａに沿ってスピンドル８の後方側に移動させる力
も大きくなる。すなわちアンビル２とハンマ４間に所定
値以上の力が作用すると、ハンマ４が後退して突条２
ｂ、２ｃと突条４ｂ、４ｃの当接関係が失われ、ハンマ
４はアンビル２に対して遊転する。突条４ｂ、４ｃが突
条２ｂ、２ｃをのりこえると、バネ１０によりハンマ４
は前進する。このためハンマ４はアンビル２に対して所
定角遊転したのちに衝突する。この遊転して衝突する現
象が繰り返され、衝突毎にナット類はより強固に締付け
られる。

【００１０】次に、ハンドル部３ａに設けられる各種ス
イッチ類について説明する。ハンドル部３ａには、回転
駆動源であるモータ２２を起動させるためのメインスイ
ッチ４８及びモータ２２の回転方向を切換える正逆転切
替スイッチ２４が設けられている。また、ハンドル部３
ａの下端にはハンマ４とアンビル２の衝突回数を設定す
るためのダイヤル設定部３４が設けられている。このダ
イヤル設定部３４は、バッテリパック１２２を打撃締付
工具１から取外した状態で操作（設定回数の変更等）が
可能となっている。これは、使用者の意図しない設定変
更を防止するためである。

【００１１】また、ハンドル部３ａ内の下端よりの位置
には、制御基板３６が取付けられており、ここにマイク
ロコンピュータ３８やスイッチング素子４０等の電子部
品が実装されている。また、制御基板３６にはハンマ４
とアンビル２の衝突音を受音する受音部３０（圧電ブザ
ー）が組込まれている。

【００１２】次に図２乃至４を参照して本打撃締付工具
１の回路構成を説明する。制御基板３６に取付けられて
いるマイクロコンピュータ３８はＣＰＵ１１０、ＲＯＭ
１１８、ＲＡＭ１２０とＩ／Ｏ１０８が１チップ化され
たマイクロコンピュータであり、図２に示すように接続
されている。このマイクロコンピュータ３８のＲＯＭ１
１８には、モータ２２の動作を制御するための制御プロ
グラム等が記憶されている。受音部３０はフィルタ１０
２を介して比較器１０４の一方の端子に接続されてい
る。比較器１０４の他方の端子には基準電圧発生器１１
２の電圧Ｖ３が入力される。比較器１０４の出力電圧は
マイクロコンピュータ３８に入力される。なお、電源で
あるバッテリパック１２２は、メインスイッチ４８、正
逆転切替スイッチ２４、スイッチング素子４０を介して
モータ２２に接続されている。スイッチング素子４０は
スイッチング回路１１４を介してマイクロコンピュータ
３８に接続されている。ダイヤル設定部３４もマイクロ
コンピュータ３８に接続されている。

【００１３】次に上述した回路における受音部３０、フ
ィルタ１０２、比較器１０４の具体的な回路構成を、図
３を用いて説明する。図３に示すように、受音部３０は
抵抗Ｒ１を介して１２Ｖ電源に接続されるとともに、コ
ンデンサＣ１の一方の端子に接続される。コンデンサＣ
１の他方の端子は比較器１０４の一方の端子に接続さ
れ、比較器の他方の端子は基準電圧発生器Ｖrefに接続
されている。また、コンデンサＣ１と比較器１０４の間
のＢ点には、ダイオードＤ３を介してアース線、及び、
ダイオードＤ２を介して５Ｖ電源に接続されている。一
方、図中Ａ点とコンデンサＣ１の間のＤ点には、マイク
ロコンピュータ３８が接続され、受音部３０（圧電ブザ
ー）から音を発生するためのブザー信号が入力されるよ
うになっている。具体的には、Ｄ点はダイオードＤ１を
介してトランジスタＴＲのコレクタ端子に接続され、ト
ランジスタＴＲのベース端子はブザー信号を出力するマ
イクロコンピュータ３８の出力ポートに接続され、トラ
ンジスタＴＲのエミッタ端子はアース線に接続されてい
る。

【００１４】次に、上述した回路の作用を、図４を用い
て説明する。まず、モータ２２が回転することによりハ
ンマ４がアンビル２に衝突し、衝突音が発生した際の作
用を説明する。ハンマ４とアンビル２が衝突して衝突音
が発生すると、受音部３０より電圧Ｖ１が発生する。こ
の電圧Ｖ１は、図４（Ａ）に示すように電圧Ｖｂ（電源
１２Ｖから抵抗Ｒ１による電圧降下分を引いた電圧）を
基準として上下に振動する交流信号となる。この受音部
３０から出力された電圧Ｖ１は、コンデンサＣ１により
直流成分が取り除かれ、ダイオードＤ３によって負の成
分が取り除かれる。このＢ点の電圧Ｖ２は、図４（Ｂ）
に示すように負の成分が除去された信号となっている。
電圧Ｖ２は、比較器１０４の一方の入力端子に入力さ
れ、比較器１０４の他方の端子に入力された基準電圧Ｖ
３と比較される。そして、出力電圧Ｖ２が基準電圧Ｖ３
より高くなると比較器１０４がオンされて、比較器１０
４から出力電圧Ｖ４が出力される。この比較器１０４か
ら出力される出力電圧Ｖ４は、図４（Ｃ）に示すように
パルス波となる。このパルス波は、マイクロコンピュー
タ３８の入力ポートで検出される。このパルス波は、ハ
ンマ４とアンビル２の衝突のときに立上がっており、衝
突音に相当するものとなる。したがって、マイクロコン
ピュータ３８は、このパルス波をカウントすることで衝
突回数をカウントする。なお、受音部３０で衝突音を検
出する際は、マイクロコンピュータ３８の出力ポートか
らブザー信号は出力されず、トランジスタＴＲはオフと
なっている。

【００１５】一方、受音部３０（圧電ブザー）から音を
発生するときは、マイクロコンピュータ３８の出力ポー
トからブザー信号（パルス波）が出力される。このパル
ス波によりトランジスタＴＲがオン−オフされる。した
がって、受音部３０の一端の電圧（Ａ点の電圧）もオン
（high）−オフ（low）されて、受音部３０から音が発
生する。

【００１６】ここで、上述した回路で用いられている受
音部３０は、圧電ブザー（ムラタ製作所製、ＰＫＭ２２
ＥＰＰ−４００１）を使用している。この圧電ブザー
は、特定の周波数領域の音を出力するものであり、本実
施の形態の圧電ブザーでは周波数４ｋＨｚ近くに出力音
圧レベルのピークを有する。このため、圧電ブザーを受
音部材として使用した場合には、特定の周波数領域（周
波数４ｋＨｚ近辺）の音を他の周波数領域の音と比較し
て大きな電気信号に変換する特性を備える。なお、本実
施の形態の受音部３０として４ｋＨｚ近くに出力音圧レ
ベルのピークを有する圧電ブザーを用いた理由は、次の
理由による。すなわち、本実施の形態に係る打撃締付工
具により実際に締付作業を行い、ハンマ４とアンビル２
の衝突音を測定した。衝突音の測定は、比較的広い周波
数領域の音を受音できるコンデンサマイクを使用し、反
響音が生じない実験条件で測定した。そして、この測定
した音をＦＦＴ解析した結果、４ｋＨｚ近辺に周波数の
ピーク（衝突音のピークに相当）が出たためである。

【００１７】次に、上述したように構成される打撃締付
工具の動作について説明する。本実施の形態の打撃締付
工具においては、ダイヤル設定部３４にハンマ４とアン
ビル２の打撃回数を設定し、この設定した回数だけハン
マ４とアンビル２が衝突したときにモータ２２の回転が
停止させられる。このときのマイクロコンピュータ３８
で行われる処理について説明する。なお、この処理はメ
インスイッチ４８が操作されている間実行され、オフさ
れるとその実行も停止され、再度メインスイッチ４８が
操作されると再度実行が開始される。まず、メインスイ
ッチ４８がオンされるとまずダイヤル設定部３４に設定
されている数字「ｘｙ」（１０の位がｘ、１の位がｙ）
が読込まれ変数ｘｙとしてＲＡＭ１２０に記憶される。
次に、ダイヤル設定部３４にセットされている値が「０
０」かどうか判別される。ダイヤル設定部３４に「０
０」が設定されている場合、衝突回数が０回に設定され
ているため、メインスイッチ４８が操作されてもモータ
２２は回転しない。

【００１８】ダイヤル設定部３４の設定値が「００」で
ないと判別されると、次に「９９」が設定されているか
否かを判別する。ここで「９９」は、ダイヤル設定部３
４で設定しうる最大値であり、この最大値が設定されて
いればスイッチング素子４０をオンする。すなわち「９
９」が設定されている場合、メインスイッチ４８がオン
されている間モータ２２を回転させつづける。作業者は
「９９」をセットすることにより、ハンマ４とアンビル
２の衝突回数によることなく、ナット等を連続的に締付
ることができる。

【００１９】「００」も「９９」も設定されていない場
合、すなわち「０１」〜「９８」がダイヤル設定部３４
に設定されている場合は、次に正逆転切替スイッチ２４
において、正転がセットされているか逆転がセットされ
ているかを、マイクロコンピュータ３８が判別する。こ
れは図２に示すように正逆転切替スイッチ２４とスイッ
チング素子４０間の一方のリード線の電位を判別するこ
とで判別される。この電位は正逆転切替スイッチ２４の
正逆によって変化する。正逆転切替スイッチ２４が逆転
にセットされているときは、メインスイッチ４８がオン
されている間モータ２２を回転させる。すなわち、逆転
のときはメインスイッチ４８がオフされるまでモータ２
２を回し続け、ナット等を緩める。

【００２０】正転が設定されている場合は、ダイヤル設
定部３４に設定されている数字「ｘｙ」から衝突予定回
数ｚを算出し、ＲＡＭ１２０に記憶する。この衝突予定
回数ｚは、以下に示す式で算出される。ｚ＝（ｘ×１０＋ｙ）×２＋１つまりダイヤル設定部３４に「５０」（１０の位が
「５」、１の位が「０」）が設定された場合は、衝突予
定回数ｚは１０１回となる。衝突予定回数をＲＡＭ１２
０に記憶すると、次に、スイッチング素子４０をオン
し、モータ２２を回転させ始める。次に衝突音を受音部
３０が検出し、比較器１０４が打撃音検出信号を出力す
るまで待機する。

【００２１】比較器１０４から出力されたパルス波をマ
イクロコンピュータ３８の入力ポートで検出すると、Ｃ
ＰＵ１１０は次にＲＡＭ１２０に記憶されている打撃予
定回数ｚから１を減じる演算を行なう。次に、１を減じ
られた結果がゼロになったか否かが判別され、ゼロにな
ればスイッチング素子４０をオフし、モータ２２の回転
駆動を停止する。ゼロでなければ、上述した処理を繰り
返すこととなる。これらの処理により打撃予定回数ｚだ
けハンマ４とアンビル２が衝突したときにモータ２２は
停止される。これにより、ナット等の締付トルクが所定
の値に管理される。

【００２２】次に、上述した打撃締付工具（締付トルク
２００Ｎｍクラス）を用いて、ナット類の締付を行った
ときの比較器１０４の端子に入力される信号（受音部３
０から出力された信号）を測定した実験結果を説明す
る。図５、図６は受音部３０に圧電ブザー（本実施の形
態に係る打撃締付工具）を用いた実験結果であり、図
７、図８は受音部３０にコンデンサマイク（従来の打撃
締付工具）を用いた実験結果である。なお、図５及び図
７には反響音が生じないようにして測定したときの結果
を示し、図６及び図８には反響音が生じるようにして測
定したときの結果を示している。図５、図６の圧電ブザ
ーを使用したものでは、反響音無し・反響音有りのどち
らの場合においても、ノイズ成分が除去され、打撃間隔
毎にピーク（衝突音）が検出できた。一方、図７、図８
のコンデンサマイクを使用したものでは、図８に示す反
響音有りの場合、ノイズ成分が大きすぎて打撃（衝突
音）を検出することができなかった。

【００２３】以上、詳述したように、本実施の形態の打
撃締付工具によれば、衝突音を検出する受音部３０に圧
電ブザーを使用するため、ノイズ成分が除去されハンマ
４とアンビル２の衝突音を正確に検出することができ
る。特に、締付トルク２００Ｎｍクラスの打撃締付工具
を反響音が生じる状態で使用した場合においても、衝突
音を正確に検出することができた。また、本実施の形態
の打撃締付工具によれば、高性能のフィルタ等によりノ
イズ成分を除去する必要がないため、電気回路が複雑に
ならず、制御基板３６を安価に製造することができる。
さらに、本実施の形態の打撃締付工具によれば、受音部
３０を圧電ブザーとしているため、作業者へ警告を発す
る音源として受音部３０を利用することもできる。これ
により、衝突音を検出するための受音部材と、警告を発
するための音声発生部材を同一の部品とすることがで
き、制御基板３６の実装スペースを小さくすることがで
きる。

【００２４】以上、本発明を具現化した一実施の形態に
ついて説明したが、本発明は上述した実施の形態に限ら
れることなく、次に示す各形態で実施することが可能で
ある。ただし、下記に示す形態もあくまで例示であっ
て、本発明が上述した実施の形態や、次に記載された形
態に限定されると解釈すべきではない。

【００２５】（１）上述した実施の形態においては、ハ
ンマとアンビルの衝突音を検出する手段としてブザーを
使用したが、衝突音を検出する検出手段としてはブザー
に限られず、例えば固有振動数を衝突音の周波数ピーク
と一致させた振動体と、この振動体の振動を電気信号に
変換する変換手段とで受音部材を構成できる。また、例
えば、特定周波数の音のみを発生するダイナミックスピ
ーカで受音部材を構成しても良い。

【００２６】（２）上述した実施の形態においては、検
出手段から出力された電気信号を特別なフィルタを介さ
ずにそのままマイクロコンピュータに入力するような構
成としたが、このような構成に限られず、検出手段から
出力された電気信号をさらにフィルタ等によりノイズを
除去するようにしても良い。これにより、さらに衝突音
の検出を容易に行うことができる。

【００２７】（３）上述した実施の形態においては、受
音部材として周波数４ｋＨｚにピークを有する圧電ブザ
ーを用いたが、圧電ブザーの周波数特性は打撃締付工具
の最大締付トルクや、ハウジングの形状等により適宜選
択することが好ましい。この際、実際に衝突音を測定し
て圧電ブザーの周波数特性を決定しても良いし、計算機
を利用した音解析等の結果を利用して周波数特性を決定
しても良い。

【００２８】以上、本発明のいくつかの実施の形態につ
いて詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、本発明
は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形
態で実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る打撃締付工具の一部断面側
面図。

【図２】本実施の形態に係る打撃締付工具の回路構成を
示すブロック図。

【図３】本実施の形態に係る打撃締付工具の具体的な回
路構成を示す図。

【図４】図３に示す回路における各点における出力電圧
を説明する図。

【図５】本実施の形態に係る圧電ブザーを用いた場合の
比較器へ入力される信号を示す実験結果（反響音無
し）。

【図６】本実施の形態に係る圧電ブザーを用いた場合の
比較器へ入力される信号を示す実験結果（反響音有
り）。

【図７】従来のコンデンサマイクを用いた場合の比較器
へ入力される信号を示す実験結果（反響音無し）。

【図８】従来のコンデンサマイクを用いた場合の比較器
へ入力される信号を示す実験結果（反響音有り）。

【符号の説明】２・・アンビル４・・ハンマ２４・・正逆転切替スイッチ３０・・受音部３４・・ダイヤル設定部３８・・マイクロコンピュータ４８・・メインスイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハンマがアンビルに衝突することにより
アンビルを回転させる打撃締付工具において、ハンマとアンビルの衝突を検出する検出手段と、該検出
手段で検出したハンマとアンビルの衝突回数に基づい
て、ハンマを回転させる回転駆動源を制御する制御手段
とを備え、前記検出手段が、特定周波数領域の音を他の周波数領域
の音に比較して大きな電気信号に変換する特性を有する
受音部材で構成されていることを特徴とする打撃締付工
具。
【請求項２】請求項１に記載の打撃締付工具におい
て、前記受音部材がブザーであることを特徴とする打撃
締付工具。