JP2002127032A - インパクト回転工具 - Google Patents

インパクト回転工具

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JP2002127032A
JP2002127032A JP2000326479A JP2000326479A JP2002127032A JP 2002127032 A JP2002127032 A JP 2002127032A JP 2000326479 A JP2000326479 A JP 2000326479A JP 2000326479 A JP2000326479 A JP 2000326479A JP 2002127032 A JP2002127032 A JP 2002127032A
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rotary tool
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Withdrawn
Application number
JP2000326479A
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English (en)
Inventor
Masayuki Amano
昌幸 天野
稔 ▲吉▼田
Minoru Yoshida
Toshihiro Hosokawa
智弘 細川
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Publication date
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  • Details Of Spanners, Wrenches, And Screw Drivers And Accessories (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 精度の悪い検出手段を用いたり、操作者の任
意の速度指令があっても、打撃の発生を正確に推定で
き、最適な締付トルクを発生させるインパクト回転工具
を提供する。 【解決手段】 モータの回転速度に反比例する幅を持つ
パルスを発生する回転角検出手段たる周波数ジェネレー
タ６と、そのパルスの幅を複数個足した第１の総パルス
幅を求める一方、前記複数個に整数倍して得られた個数
分だけ、前記パルスの幅を足した第２の総パルス幅を求
め、それら第１と第２の総パルス幅の差である速度変動
量を求めると共に、その速度変動量を、任意の個数分だ
け移動する数の相違により２つ求め、それら速度変動量
の差によって加速度変動量を求めて、その加速度変動量
が、任意に定められる閾値を越えたときに、打撃の発生
を推定する打撃推定部１１とを設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボルトやナット等
の締付作業及び、弛緩作業に用いるインパクトレンチや
インパクトドライバ等のインパクト回転工具に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】インパクト回転工具は、モータの回転を
ハンマの打撃に変換し、その強い衝撃力で締付作業や弛
緩作業を行う工具であり、減速機のみを用いた回転工具
に比べて、高いトルクが得られ作業性が向上することか
ら、建築現場や組立工場等で幅広く使用されている。と
ころが、このインパクト回転工具は、その高トルク特性
のために締め過ぎが生じて、対象物を破損せしめること
がある一方、作業者がかかる事態を恐れて緩めに締めて
しまうと、締付トルクが不足して、対象物を所望の通り
に固定できなかったりする問題点が生じていた。
【０００３】そのため、インパクト回転工具にあって
は、適度な締付を行うために、その締付トルクを推定す
る必要があり、本願の発明者らは、特願平11-166024号
公報において、モータの回転速度と、打撃間のモータの
回転量から締付トルクを推定する方法を提案している。
この方法は、一打撃毎の運動エネルギーの収支から導き
出したものであり、締付で消費されたエネルギーと、ハ
ンマの打撃により出力軸に設けたアンビルに与えられた
エネルギーとが略等しいという関係から、締付トルクを
推定する方法である。
【０００４】より具体的には、図１０に示すように、イ
ンパクト回転工具の出力軸の回転角θと締付トルクＴ
は、Ｔ＝τ（θ）の非線形関数で表され、当該非線形関
数τを、回転角θで積分した値が、締付で消費されたエ
ネルギーとなる一方、当該出力軸の回転速度ωの２乗の
値から、アンビルの慣性モーメントＪaを乗じて求めた
値の半分の値が、ハンマの打撃によりアンビルに与えら
れたエネルギーとなるので、かかる２つのエネルギーを
等価と置くことで、推定締付トルクを求めることができ
るのである。
【０００５】例えば、図１０において、ハンマによる打
撃が、夫々回転角θ1、θ2…、θnで発生したとする
と、（１）式に示すように、非線形関数τを区間[θn、
θn+1]で積分して求められるエネルギーＥnを、打撃間
回転角φn（＝θn+1−θn）で除した値が、区間[θn、
θn+1]における平均トルクＴnaとなる。
【数１】
【０００６】一方、（２）式に示すように、打撃発生時
点θnにおける回転速度ωnの２乗の値から、アンビルの
慣性モーメントＪaを乗じて求めた値の半分の値が、打
撃発生時点θnで発生したハンマの打撃によりアンビル
に与えられたエネルギーＥniとなる。
【数２】
【０００７】ここで、エネルギーＥnとエネルギーＥni
は等価であるから、（１）式に（２）式を代入して整理
し、平均トルクＴnaを推定締付トルクＴnhと呼ぶことに
すると、（３）式に示すようになり、この推定締付トル
クＴnhを、設定トルクＴ*以上になったときに、モータ
の駆動を停止させることにより、対象物が破損したり、
締付トルクＴが不足することなく、最適な締付トルクＴ
を発生させるインパクト回転工具を提供することができ
るのである。
【数３】
【０００８】ところが、従来のインパクト回転工具にあ
っては、打撃をマイクによって検出していたため、モー
タや減速機の振動音によって打撃を誤検出して、過度の
締付トルクＴによる対象物の破損を来したり、軟質材料
に締付するような場合には打撃音が小さく、締付不足を
生じたりするという問題点があった。
【０００９】すなわち、図１０よりも明らかなように、
打撃発生時点θ2で打撃が検出できなかった場合には、
打撃間回転角φnが、θ3−θ2ではなく、θ3−θ1とな
って大きな値となり、推定締付トルクＴnhの大きさは、
打撃間回転角φnの大きさに反比例するから、推定締付
トルクＴnhの値は小さくなって、締付不足を生じること
となる。一方、振動音等によって打撃を誤検出した場合
には、実際には生じていない打撃を推定したことになる
ので、打撃間回転角φnが小さな値となり、それに伴っ
て、推定締付トルクＴnhの値は大きくなって、対象物の
破損を来すことになるのである。
【００１０】このように、打撃の検出には高い信頼性が
要求されることとなるので、本願の発明者らは、打撃に
よる速度変化を検出して、打撃判定を行う方法を提案し
ている。この方法は、モータに備えられた周波数ジェネ
レータから出力される、出力軸の回転速度に比例した周
波数信号を、パルス状にしてマイコンのカウンタに入力
し、前後のパルス幅の差分が閾値を超えた場合に、打撃
が発生したと推定するものであり、打撃を略正確に推定
できるので、略最適な締付トルクＴを発生させるインパ
クト回転工具を提供することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような１回差分をとる方法にあっては、打撃の推定精度
を向上させるためには、微妙な速度変化も検出できる高
価な高速カウンタが必要である。その一方で、推定精度
がやや低くなっても、廉価なインパクト回転工具を提供
すべく、精度の悪い磁気式エンコーダを使用すると、速
度制御のためのＰＷＭからのノイズによって、パルス幅
が不規則に変化して打撃の発生を誤って推定するという
問題点があった。また、出力軸の回転速度は、操作者の
任意の速度指令に伴って変化するので、その速度変化に
よっても、打撃を誤って推定する場合があるという問題
点があった。
【００１２】本発明は、上記の問題点に鑑みて成された
ものであり、その目的とするところは、精度の悪い検出
手段を用いたり、操作者の任意の速度指令があっても、
打撃の発生を正確に推定でき、最適な締付トルクを発生
させるインパクト回転工具を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明にあ
っては、モータの回転速度に反比例する幅を持つパルス
を発生する回転角検出手段と、前記パルスの幅を複数個
足した第１の総パルス幅を求める一方、前記複数個に整
数倍して得られた個数分だけ、前記パルスの幅を足した
第２の総パルス幅を求め、それら第１と第２の総パルス
幅の差である変位変動量を求めると共に、その変位変動
量を、任意の個数分だけ移動する数の相違により２つ求
め、それら変位変動量の差によって速度変動量を求め
て、その速度変動量が、任意に定められる閾値を越えた
ときに、打撃の発生を推定する打撃推定部とを設けたこ
とを特徴とするものである。
【００１４】請求項２記載の発明にあっては、請求項１
記載のインパクト回転工具に対し、前記総パルス幅に、
任意の補正係数を乗じて得た値を、前記閾値とする閾値
補正部を設けたことを特徴とするものである。
【００１５】請求項３記載の発明にあっては、モータの
回転速度に反比例する幅を持つパルスを発生する回転角
検出手段と、前記パルスの幅を複数個移動平均した平均
パルス幅を、移動する数の相違により２つ求め、それら
平均パルス幅の差である変位変動量を求めると共に、そ
の変位変動量を、任意の個数分だけ移動する数の相違に
より２つ求め、それら変位変動量の差によって速度変動
量を求めて、その速度変動量が、任意に定められる閾値
を越えたときに、打撃の発生を推定する打撃推定部とを
設けたことを特徴とするものである。
【００１６】請求項４記載の発明にあっては、請求項３
記載のインパクト回転工具に対し、前記平均パルス幅
に、任意の補正係数を乗じて得た値を、前記閾値とする
閾値補正部を設けたことを特徴とするものである。
【００１７】請求項５記載の発明にあっては、請求項１
乃至４何れか記載のインパクト回転工具に対し、前記打
撃推定部は、大小の閾値で構成される一定の閾値幅を超
える速度変動量が発生したときに、打撃の発生を推定す
ることを特徴とするものである。
【００１８】請求項６記載の発明にあっては、請求項１
乃至請求項５何れか記載のインパクト回転工具に対し、
打撃の発生を推定したときの角度と、前回打撃の発生を
推定したときの角度との差である打撃間回転角が、前々
回以前に発生した打撃間角度の平均である過去の打撃間
回転角と、任意に定められる一定角度との和からなる角
度と比べて、大きな値を示したときは、前記打撃間回転
角の半分の値を、真の打撃間回転角とみなす打撃補正部
を設けたことを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】［第１の実施の形態］以下、第１
の実施形態に係るインパクト回転工具について、当該工
具のブロック図を示す図１及び、その動作を示すフロー
チャートである図２に基づいて詳細に説明する。まず始
めに、当該工具の構成であるが、図１の右方に示すよう
に、駆動手段たるモータ１と、モータ１の回転を所定の
減速比で減速する伝達機構たる減速機２と、モータ１の
回転が減速機２を介して伝達されるハンマ３と、ハンマ
３によって打撃されるアンビル４と、その打撃によって
回転力が衝撃的に印加される出力軸５とを備えている。
【００２０】尚、ハンマ３の打撃は、ハンマ３とアンビ
ル４間に所定値以上の力が加わり、アンビル４に対して
ハンマ３が一定以上回動したときに発生するようになっ
ている。また、当該工具は、モータ１に備えられ、モー
タ１の回転数に比例した周波数信号を発生する、回転角
検出手段としての周波数ジェネレータ６と、周波数ジェ
ネレータ６が発生した周波数信号を波形整形し、出力軸
５の回転角に応じたパルス数のパルス信号を出力する波
形整形回路７と、最適な締付トルクを発生させるインパ
クトドライバ制御部８とを備えている。
【００２１】１チップマイコン等からなるインパクトド
ライバ制御部８は、波形整形回路７と接続され、当該回
路７から入力されるパルス信号がＬｏｗからＨｉｇｈへ
と変化するか、ＨｉｇｈからＬｏｗへと変化したときに
割り込みを発生させて、その変化をカウントするカウン
タ９と、（４）式に示すように、前後２つのカウンタ値
の差から求められるパルス幅ｗ[ｋ]を、Ｋ個足した総パ
ルス幅ｗsaから、割り込み間隔にＫを乗じて得た値を除
すことにより、出力軸５の回転速度を算出する速度検出
部１０と、カウンタ９の複数のカウント間隔（パルス
幅）より速度変動を捉えることによって、打撃を推定す
る打撃推定部１１とを備えている。
【数４】
【００２２】より具体的には、（５）式に示すように、
Ｋに任意の整数ゲインＧを乗じて得たＬ個足した他の総
パルス幅ｗsbを求め、（６）式に示すように、ｗsaをＧ
倍した得た値から、ｗsbを減じて求めた総パルス幅の差
を変位変動量ｘ[ｋ]とし、（７）式に示すように、その
変位変動量ｘ[ｋ]から、Ｍ個移動した値を減じて求めた
変位変動量の差である速度変動量ｙ[ｋ]は、一種のディ
ジタルフィルタの役目を果たして、速度制御のためのＰ
ＷＭ等からのノイズや、操作者の任意の速度指令の影響
を回避することができるので、外乱の影響を受けること
なく、正確な速度変動を捉えることが出来るのである。
尚、（７）式に示すＭは、例えば、モータが一回転する
ことによって発生する総パルス数、つまり一回転前の値
を得られるように決められる。
【数５】
【数６】
【数７】
【００２３】すなわち、従来のインパクト回転工具にあ
っては、１回差分を取る（前後のパルス幅の差を求め
る）ことによって速度変動を捉えていたため、図３
（ａ）に示すように、波形がＬｏｗ（Ｈｉｇｈ）になる
ときにノイズが重畳されると、パルス幅に変動を来すこ
ととなって、正しい速度変動を捉えることが出来ない。
然るに、本実施形態にあっては、たとえ上記のようなノ
イズが重畳されても、図３（ｂ）に示すように、次のパ
ルス幅を計測するときにノイズ分が相殺されるため、Ｐ
ＷＭに起因するノイズや、精度の悪い検出手段を用いる
ことによるノイズ等が印加したり、操作者の任意の速度
指令があっても、正しい速度変動を捉えられることとな
り、打撃の発生を略正確に推定することができる。
【００２４】また、インパクトドライバ制御部８は、打
撃推定部１１が打撃の発生を推定することにより割り込
みがかかり、カウンタ９のカウント値より打撃推定部１
１が前回打撃の発生を推定してから、次に打撃の発生を
推定するまでの間の、出力軸の回転角を算出する打撃間
回転角算出部１２と、アンビル４が打撃された時点で速
度検出部１０が検出した出力軸５の回転速度と、打撃間
回転角算出部１２で算出される打撃間回転角とから、上
記の（３）式に基づいて締付トルクＴを推定するトルク
推定部１３とを備えると共に、可変抵抗器等によって設
定される設定トルクＴ*を入力するためのＡ／Ｄ変換部
１４と、駆動信号を出力するＩ／Ｏ部１５とを備えてい
る。
【００２５】ここで、上述の設定トルクＴ*は、Ａ／Ｄ
変換部１４を介してトルク推定部１３へ入力され、当該
推定部１３では、推定締付トルクＴnhが設定トルクＴ*
以上となったときに、Ｉ／Ｏ部１５を介してモータ制御
部１６へ、モータ１を停止させる旨の駆動停止指令を出
力するようになっている。また、モータ制御部１６は、
操作部（図示せず）から入力される速度指令（トリガ）
Ｖ*に応じて、例えば、ＰＷＭ制御によりモータ１を回
転させると共に、トルク推定部１３から出力される駆動
停止指令に応じて、モータ１の回転を停止させるように
なっている。
【００２６】次に、本実施形態のインパクト回転工具の
動作であるが、図２に示すように、カウンタ９で割り込
みが発生すること、すなわち、パルスの立ち上がり若し
くは立下りが発生すると（ステップＳ１）、上述したよ
うに、アンビル４に対してハンマ３が一定以上回動した
ときに打撃が発生するので、打撃推定部１１は、カウン
タ値ｎが最小の打撃間回転角φminに相当するカウンタ
値ｎminよりも大きいかどうか判断し（ステップＳ
２）、カウンタ値ｎの方が大きければ、打撃が発生して
いる可能性が高いので、上記の（７）式に基づいて速度
変動量ｙを計算させ（ステップＳ３）、その速度変動量
ｙが任意に設定される閾値Ｔｈよりも大きいかどうか判
断する（ステップＳ４）。
【００２７】その結果、速度変動量ｙが閾値Ｔｈよりも
大きければ、打撃が発生したと推定して、打撃間回転角
算出部１２に対して割り込みをかけ、打撃間回転角算出
部１２では、カウンタ９のカウント値より、打撃間回転
角φnを求めて保存し、カウンタ９のカウントをクリア
させ（ステップＳ５ａ）、保存した打撃間回転角φnを
トルク推定部１３へ出力する。トルク推定部１３では、
速度検出部１０から出力された打撃発生時点θnにおけ
る回転速度ωnと、打撃間回転角算出部１２から出力さ
れた打撃間回転角φnとから、上記の（３）式に基づい
て、推定締付トルクＴnhを算出し（ステップＳ６）、割
り込み処理を終了する（ステップＳ７）。
【００２８】一方、ステップＳ２において、カウンタ値
ｎの方が小さい場合は、打撃が発生していないので、カ
ウント値を１つ増加させて（ステップＳ５ｂ）、割り込
み処理を終了するようになっている（ステップＳ７）。
尚、ステップＳ６において、推定された締付トルクＴ
が、設定トルクＴ*よりも大きい場合には、上述したよ
うに、モータ１の回転を停止させる一方、設定トルクＴ
*よりも小さい場合には、図２に示す動作を繰り返すこ
ととなる。
【００２９】このように、本実施形態のインパクト回転
工具にあっては、従来のように、１回差分によって速度
変動を捉えているのではなく、総パルス幅の差によっ
て、速度変動を捉えているので、精度の悪い検出手段を
用いても、ノイズ耐性があると共に、操作者の任意の速
度指令に影響されずに、正しい速度変動を捉えることが
でき、それに伴って、打撃の発生を略正確に推定できる
ので、最適な締付トルクを発生させるインパクト回転工
具を提供することができる。
【００３０】［第２の実施の形態］ところが、パルス幅
は出力軸の回転速度に反比例するので、高速時と低速時
とでは、打撃判定のためのパルス幅変化量が異なり、固
定の閾値では、打撃の発生を推定できるモータの速度域
が狭くなるという問題点があった。そこで、本願の発明
者らは、総パルス幅Ｗsから閾値Ｔｈを変更することに
より、かかる問題点を解決したインパクト回転工具を提
案している。
【００３１】具体的には、図４に示すように、カウンタ
９と打撃推定部１１との間に、総パルス幅Ｗs（回転速
度）から、その速度域に適した閾値Ｔｈを求める閾値補
正部１７を設け、図２のステップＳ３の前に、図５に示
す、閾値補正の処理を行うようにする。すなわち、図５
に示すように、（４）式に基づいて総パルス幅ｗsaを求
め（ステップＦ１）、その総パルス幅ｗsaに任意の補正
係数ａを乗じて求めた値を閾値Ｔｈとする（ステップＦ
２）。そして、その閾値Ｔｈが、任意に設定される最小
の閾値Ｔｈmin以上ならば（ステップＦ３）、補正を終
了する一方、最小の閾値Ｔｈmin以下の場合は、最小の
閾値Ｔｈminを閾値Ｔｈとして設定し（ステップＦ
４）、補正を終了するようにしている。
【００３２】このようにすることで、回転速度が高いと
きは、総パルス幅ｗsaは小さくなるので、閾値Ｔｈも小
さく設定できる一方、回転速度が低いときは、総パルス
幅ｗ saは大きくなるので、閾値Ｔｈも大きく設定するこ
とができる。すなわち、回転速度に反比例して、閾値の
大きさを設定することができるので、打撃の発生を推定
できる速度域を大きく確保したインパクト回転工具を提
供することができる。尚、その他の構成及び動作につい
ては、第１の実施形態と同様であるので、ここでは省略
することとする。
【００３３】［第３の実施の形態］上述の実施形態にお
けるインパクト回転工具にあっては、総パルス幅の差に
よって速度変動を捉え、当該総パルス幅によって閾値の
補正を行って、打撃の推定を行うことで、打撃の発生を
推定できる速度域を大きく確保し、最適な締付トルクを
発生させるインパクト回転工具を提供することができた
が、本願の発明者らは、同様の効果を発揮できる別の実
施形態として、パルス幅の移動平均を用いたインパクト
回転工具も提案している。以下、図１及び図４に基づ
き、本実施形態の特徴となる部分について説明すること
とする。
【００３４】本実施形態の速度検出部１０は、（８）に
示すように、パルス幅ｗ[ｋ]をＫ個移動平均して求めた
平均パルス幅ｗaaの逆数より、出力軸５の平均回転速度
を算出する。
【数８】
【００３５】また、打撃推定部１１は、（９）式に示す
ように、Ｋに任意の整数ゲインＧを乗じて得たＬ個移動
平均して求めた平均パルス幅ｗabを求め、（１０）式に
示すように、ｗaaからｗabを減じて求めた平均パルス幅
の差を変位変動量ｘ[ｋ]とし、上記した（７）式に基づ
き、その変位変動量ｘ[ｋ]から、Ｍ個移動した値を減じ
て求めた変位変動量の差である速度変動量ｙ[ｋ]を求め
ている。かかる速度変動量ｙ[ｋ]は、第１の実施形態と
同様に、一種のディジタルフィルタの役目を果たして、
速度制御のためのＰＷＭ等からのノイズや、操作者の任
意の速度指令の影響を回避することができるので、その
ような外乱の影響を受けることなく、正確な速度変動を
捉えることが出来る。
【数９】
【数１０】
【００３６】そして、本実施形態の閾値補正部１７は、
図５に示す、ステップＦ１において、総パルス幅ｗaaで
はなく、（８）式に基づいて平均パルス幅ｗaaを求め、
ステップＦ２において、その平均パルス幅ｗaa（平均回
転速度）に任意の補正係数ａを乗じて求めた値を閾値Ｔ
ｈとするようにしている。このようにすることで、第２
の実施形態と同様に、回転速度に反比例して、閾値の大
きさを設定することができるので、打撃の発生を推定で
きる速度域を大きく確保したインパクト回転工具を提供
することができる。尚、その他の構成及び動作について
は、第１又は第２の実施形態と同様であるので、ここで
は省略することとする。
【００３７】［第４の実施の形態］本願の発明者らは、
上述の実施形態において、打撃の発生を略正確に推定で
き、最適な締付トルクを発生させるインパクト回転工具
を提供することができたが、図６のに示すように、速
度変動量ｙが閾値Ｔｈを超えて打撃の発生を推定して、
加速に転じた後すぐに、に示すように、閾値Ｔｈを超
えた場合には、衝撃力が十分でないにも係らず、打撃の
発生を推定する場合があるという問題点があった。そこ
で、本願の発明者らは、図６に示すように、加速側にも
閾値−Ｔｈを設けて、に示すように、速度変動量ｙが
その閾値−Ｔｈを超えると共に、閾値Ｔｈを超えた場
合、つまり一定の加速が生じた場合に打撃の推定を行う
ようにした。
【００３８】具体的には、図７に示すように、図２に示
す第１の実施形態のフローに対し、ステップＳ１とステ
ップＳ２との処理間に、ｆｌａｇが１かどうかの判断を
行うステップＳ１ａを加え、ステップＳ５ｂとステップ
Ｓ７のとの処理間に、速度変動量ｙが閾値−Ｔｈ以下で
あるかの判断を行うステップＳ６ａと、速度変動量ｙが
閾値−Ｔｈ以下であった場合に、ｆｌａｇを１とする処
理を行うステップＳ６ｂを加えたことを特徴とするもの
である。
【００３９】以下、図１及び図７に基づき、処理に沿っ
て説明する。カウンタの割り込みが発生すると（ステッ
プＳ１）、打撃推定部１１は、ｆｌａｇが１かどうかの
判断を行い（ステップＳ１ａ）、ｆｌａｇが１であれ
ば、アンビル４に対してハンマ３が一定以上回動したと
きに打撃が発生するので、カウンタ値ｎが最小の打撃間
回転角φnminに相当するカウンタ値ｎminよりも大きい
かどうか判断し（ステップＳ２）、カウンタ値ｎの方が
大きければ、打撃が発生している可能性が高いので、上
記の（７）式に基づいて速度変動量ｙを計算させ（ステ
ップＳ３）、その速度変動量ｙが任意に設定される閾値
Ｔｈよりも大きいかどうか判断する（ステップＳ４）。
【００４０】その結果、速度変動量ｙが閾値Ｔｈよりも
大きければ、打撃が発生したと推定して、打撃間回転角
算出部１２では、カウンタ９のカウント値より、打撃間
回転角φnを求めて保存し、カウンタ９のカウントをク
リアさせ（ステップＳ５ａ）、保存した打撃間回転角φ
nをトルク推定部１３へ出力する。トルク推定部１３で
は、速度検出部１０から出力された打撃発生時点θnに
おける回転速度ωnと、打撃間回転角算出部１２から出
力された打撃間回転角φnとから、上記の（３）式に基
づいて、推定締付トルクＴnhを算出し（ステップＳ
６）、割り込み処理を終了する（ステップＳ７）。
【００４１】一方、ステップＳ１ａにおいて、ｆｌａｇ
が１でない場合には、十分な打撃を加えられないと共
に、ステップＳ２において、カウンタ値ｎの方が小さい
場合は、打撃が発生していないので、カウント値を１つ
増加させて（ステップＳ５ｂ）、速度変動量ｙが閾値−
Ｔｈ以下であるかの判断を行い（ステップＳ６ａ）、速
度変動量ｙが閾値−Ｔｈ以下であった場合には、ｆｌａ
ｇを１とする処理を行った後（ステップＳ６ｂ）、割り
込み処理を終了するようになっている（ステップＳ
７）。尚、ステップＳ６ｂにおいて、速度変動量ｙが閾
値−Ｔｈ以下でない場合には、十分な打撃を発生させる
ことができないとして、割り込み処理を終了するように
なっている（ステップＳ７）。
【００４２】このように、大小の閾値で構成される一定
の閾値幅を超える、速度変動量ｙが発生したときに、打
撃の発生を推定するので、十分な打撃を発生させること
ができるインパクト回転工具を提供することができるの
である。尚、負の閾値の値は、生の閾値と同値とするこ
となく、別の値としても良いし、第２の実施形態で述べ
た閾値の補正を行っても良い。この場合、図７のステッ
プＳ３の前に、図５に示す、閾値補正の処理を行うよう
にする。また、その他の構成及び動作については、第１
の実施形態と同様であるので、ここでは省略することと
する。
【００４３】［第５の実施の形態］本願の発明者らは、
上述の実施形態において、打撃の発生を正確に推定で
き、最適な締付トルクを発生させるインパクト回転工具
を提供することができたが、第１の実施形態で述べた軽
微なノイズではなく、ノイズが多発した場合にあって
は、打撃を推定し損ねる恐れがないとは言えない。そこ
で、本願の発明者らは、かかる問題点に鑑みて、過去の
打撃間回転角から打撃の推定漏れ防止し、打撃補正を行
うインパクト回転工具を提案している。
【００４４】具体的には、図８に示すように、打撃間回
転角算出部１２とトルク推定部１３との間に、打撃補正
部１８を設けたものであり、かかる打撃補正部１８は、
図２、図７のステップＳ６の処理前に、図９に示すよう
に、打撃間回転角算出部１２から得られた打撃間回転角
φnが、通常２回分程度の平均値である過去の打撃間回
転角の平均値φoldと、打撃間回転角φmin近傍に任意に
定められるφ0との和以上の、前の打撃回転角度に比べ
て非常に大きな打撃が発生した時は（ステップＬ１）、
前の打撃を推定し損ねたとして、打撃間回転角φnの半
分の値の打撃が２回発生したとみなし（ステップＬ
２）、トルク推定部１３は、そのように補正した打撃間
回転角φnで締付トルクＴの推定を行うようにしてい
る。
【００４５】このようにすることで、ノイズが多発した
場合等のように、打撃を推定し損ねる状況が生じたとし
ても、打撃の推定漏れを生じることなく、最適な締付ト
ルクを発生させるインパクト回転工具を提供することが
できるのである。尚、その他の構成及び動作について
は、第１の実施形態と同様であるので、ここでは省略す
ることとする。
【００４６】
【発明の効果】以上のように、請求項１又は請求項３記
載の発明にあっては、精度の悪い検出手段を用いること
等によって、ノイズが加わっても、本発明における打撃
推定部は、一種のディジタルフィルタの役目を果たし
て、当該ノイズや、操作者の速度指令の影響を回避する
ことができるので、当該検出部で求められる速度変動値
は、そのような外乱の影響を受けることがない。これに
より、正確な速度変動を捉えることができ、それに伴っ
て、打撃の推定を正確に行うことができるので、最適な
締付トルクを発生させる、廉価なインパクト回転工具を
提供することができるという効果を奏する。
【００４７】請求項２又は請求項４記載の発明にあって
は、回転速度に反比例して、閾値の大きさを設定するこ
とができるので、打撃の発生を推定できる速度域を大き
く確保したインパクト回転工具を提供することができる
という効果を奏する。
【００４８】請求項５記載の発明にあっては、大小の閾
値で構成される一定の閾値幅を超える、速度変動量が発
生したときに、打撃の発生を推定するので、十分な打撃
を発生させることができるインパクト回転工具を提供す
ることができるという効果を奏する。
【００４９】請求項６記載の発明にあっては、ノイズが
多発した場合等のように、打撃を推定し損ねる状況が生
じたとしても、打撃の推定漏れを生じることなく、最適
な締付トルクを発生させるインパクト回転工具を提供す
ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態におけるインパクト回転工具を
示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態におけるインパクト回転工具の
動作を示すフローチャートである。
【図３】（ａ）は従来の速度変動を捉える方法を示し、
（ｂ）は第１の実施形態に係る速度変動を捉える方法を
示す図である。
【図４】第２の実施形態におけるインパクト回転工具を
示すブロック図である。
【図５】第２の実施形態における閾値補正の動作を示す
フローチャートである。
【図６】インパクト回転工具における速度変動量ｙの推
移の一例を示す図である。
【図７】第４の実施形態におけるインパクト回転工具の
動作を示すフローチャートである。
【図８】第５の実施形態におけるインパクト回転工具を
示すブロック図である。
【図９】第５の実施形態における打撃補正の動作を示す
フローチャートである。
【図１０】インパクト回転工具の出力軸の回転角θと、
締付トルクＴの関係を表したＴ＝τ（θ）の非線形関数
を示す図である。
【符号の説明】
１ モータ ６ 周波数ジェネレータ（回転角検出手段） ７ 波形整形回路（回転角検出手段） ９ カウンタ（回転角検出手段） １１ 打撃推定部 １７ 閾値補正部 １８ 打撃補正部 ａ 補正係数 ｘ 変位変動量 ｙ 速度変動量
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年３月２３日（２００１．３．２
３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 インパクト回転工具
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボルトやナット等
の締付作業及び、弛緩作業に用いるインパクトレンチや
インパクトドライバ等のインパクト回転工具に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】インパクト回転工具は、モータの回転を
ハンマの打撃に変換し、その強い衝撃力で締付作業や弛
緩作業を行う工具であり、減速機のみを用いた回転工具
に比べて、高いトルクが得られ作業性が向上することか
ら、建築現場や組立工場等で幅広く使用されている。と
ころが、このインパクト回転工具は、その高トルク特性
のために締め過ぎが生じて、対象物を破損せしめること
がある一方、作業者がかかる事態を恐れて緩めに締めて
しまうと、締付トルクが不足して、対象物を所望の通り
に固定できなかったりする問題点が生じていた。
【０００３】そのため、インパクト回転工具にあって
は、適度な締付を行うために、その締付トルクを推定す
る必要があり、本願の発明者らは、特願平11-166024号
公報において、モータの回転速度と、打撃間のモータの
回転量から締付トルクを推定する方法を提案している。
この方法は、一打撃毎の運動エネルギーの収支から導き
出したものであり、締付で消費されたエネルギーと、ハ
ンマの打撃により出力軸に設けたアンビルに与えられた
エネルギーとが略等しいという関係から、締付トルクを
推定する方法である。
【０００４】より具体的には、図１０に示すように、イ
ンパクト回転工具の出力軸の回転角θと締付トルクＴ
は、Ｔ＝τ（θ）の非線形関数で表され、当該非線形関
数τを、回転角θで積分した値が、締付で消費されたエ
ネルギーとなる一方、当該出力軸の回転速度ωの２乗の
値から、アンビルの慣性モーメントＪaを乗じて求めた
値の半分の値が、ハンマの打撃によりアンビルに与えら
れたエネルギーとなるので、かかる２つのエネルギーを
等価と置くことで、推定締付トルクを求めることができ
るのである。
【０００５】例えば、図１０において、ハンマによる打
撃が、夫々回転角θ1、θ2…、θnで発生したとする
と、（１）式に示すように、非線形関数τを区間[θn、
θn+1]で積分して求められるエネルギーＥnを、打撃間
回転角φn（＝θn+1−θn）で除した値が、区間[θn、
θn+1]における平均トルクＴnaとなる。
【数１】
【０００６】一方、（２）式に示すように、打撃発生時
点θnにおける回転速度ωnの２乗の値から、アンビルの
慣性モーメントＪaを乗じて求めた値の半分の値が、打
撃発生時点θnで発生したハンマの打撃によりアンビル
に与えられたエネルギーＥniとなる。
【数２】
【０００７】ここで、エネルギーＥnとエネルギーＥni
は等価であるから、（１）式に（２）式を代入して整理
し、平均トルクＴnaを推定締付トルクＴnhと呼ぶことに
すると、（３）式に示すようになり、この推定締付トル
クＴnhを、設定トルクＴ*以上になったときに、モータ
の駆動を停止させることにより、対象物が破損したり、
締付トルクＴが不足することなく、最適な締付トルクＴ
を発生させるインパクト回転工具を提供することができ
るのである。
【数３】
【０００８】ところが、従来のインパクト回転工具にあ
っては、打撃をマイクによって検出していたため、モー
タや減速機の振動音によって打撃を誤検出して、過度の
締付トルクＴによる対象物の破損を来したり、軟質材料
に締付するような場合には打撃音が小さく、締付不足を
生じたりするという問題点があった。
【０００９】すなわち、図１０よりも明らかなように、
打撃発生時点θ2で打撃が検出できなかった場合には、
打撃間回転角φnが、θ3−θ2ではなく、θ3−θ1とな
って大きな値となり、推定締付トルクＴnhの大きさは、
打撃間回転角φnの大きさに反比例するから、推定締付
トルクＴnhの値は小さくなって、締付不足を生じること
となる。一方、振動音等によって打撃を誤検出した場合
には、実際には生じていない打撃を推定したことになる
ので、打撃間回転角φnが小さな値となり、それに伴っ
て、推定締付トルクＴnhの値は大きくなって、対象物の
破損を来すことになるのである。
【００１０】このように、打撃の検出には高い信頼性が
要求されることとなるので、本願の発明者らは、打撃に
よる速度変化を検出して、打撃判定を行う方法を提案し
ている。この方法は、モータに備えられた周波数ジェネ
レータから出力される、出力軸の回転速度に比例した周
波数信号を、パルス状にしてマイコンのカウンタに入力
し、前後のパルス幅の差分が閾値を超えた場合に、打撃
が発生したと推定するものであり、打撃を略正確に推定
できるので、略最適な締付トルクＴを発生させるインパ
クト回転工具を提供することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような１回差分をとる方法にあっては、打撃の推定精度
を向上させるためには、微妙な速度変化も検出できる高
価な高速カウンタが必要である。その一方で、推定精度
がやや低くなっても、廉価なインパクト回転工具を提供
すべく、精度の悪い磁気式エンコーダを使用すると、速
度制御のためのＰＷＭからのノイズによって、パルス幅
が不規則に変化して打撃の発生を誤って推定するという
問題点があった。また、出力軸の回転速度は、操作者の
任意の速度指令に伴って変化するので、その速度変化に
よっても、打撃を誤って推定する場合があるという問題
点があった。
【００１２】本発明は、上記の問題点に鑑みて成された
ものであり、その目的とするところは、精度の悪い検出
手段を用いたり、操作者の任意の速度指令があっても、
打撃の発生を正確に推定でき、最適な締付トルクを発生
させるインパクト回転工具を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明にあ
っては、モータの回転速度に反比例する幅を持つパルス
を発生する回転角検出手段と、前記パルスの幅を複数個
足した第１の総パルス幅を求める一方、前記複数個に整
数倍して得られた個数分だけ、前記パルスの幅を足した
第２の総パルス幅を求め、それら第１と第２の総パルス
幅の差である速度変動量を求めると共に、その速度変動
量を、任意の個数分だけ移動する数の相違により２つ求
め、それら速度変動量の差によって加速度変動量を求め
て、その加速度変動量が、任意に定められる閾値を越え
たときに、打撃の発生を推定する打撃推定部とを設けた
ことを特徴とするものである。
【００１４】請求項２記載の発明にあっては、請求項１
記載のインパクト回転工具に対し、前記総パルス幅に、
任意の補正係数を乗じて得た値を、前記閾値とする閾値
補正部を設けたことを特徴とするものである。
【００１５】請求項３記載の発明にあっては、モータの
回転速度に反比例する幅を持つパルスを発生する回転角
検出手段と、前記パルスの幅を複数個移動平均した平均
パルス幅を、移動する数の相違により２つ求め、それら
平均パルス幅の差である速度変動量を求めると共に、そ
の速度変動量を、任意の個数分だけ移動する数の相違に
より２つ求め、それら速度変動量の差によって加速度変
動量を求めて、その加速度変動量が、任意に定められる
閾値を越えたときに、打撃の発生を推定する打撃推定部
とを設けたことを特徴とするものである。
【００１６】請求項４記載の発明にあっては、請求項３
記載のインパクト回転工具に対し、前記平均パルス幅
に、任意の補正係数を乗じて得た値を、前記閾値とする
閾値補正部を設けたことを特徴とするものである。
【００１７】請求項５記載の発明にあっては、請求項１
乃至４何れか記載のインパクト回転工具に対し、前記打
撃推定部は、大小の閾値で構成される一定の閾値幅を超
える加速度変動量が発生したときに、打撃の発生を推定
することを特徴とするものである。
【００１８】請求項６記載の発明にあっては、請求項１
乃至請求項５何れか記載のインパクト回転工具に対し、
打撃の発生を推定したときの角度と、前回打撃の発生を
推定したときの角度との差である打撃間回転角が、前々
回以前に発生した打撃間角度の平均である過去の打撃間
回転角と、任意に定められる一定角度との和からなる角
度と比べて、大きな値を示したときは、前記打撃間回転
角の半分の値を、真の打撃間回転角とみなす打撃補正部
を設けたことを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】［第１の実施の形態］以下、第１
の実施形態に係るインパクト回転工具について、当該工
具のブロック図を示す図１及び、その動作を示すフロー
チャートである図２に基づいて詳細に説明する。まず始
めに、当該工具の構成であるが、図１の右方に示すよう
に、駆動手段たるモータ１と、モータ１の回転を所定の
減速比で減速する伝達機構たる減速機２と、モータ１の
回転が減速機２を介して伝達されるハンマ３と、ハンマ
３によって打撃されるアンビル４と、その打撃によって
回転力が衝撃的に印加される出力軸５とを備えている。
【００２０】尚、ハンマ３の打撃は、ハンマ３とアンビ
ル４間に所定値以上の力が加わり、アンビル４に対して
ハンマ３が一定以上回動したときに発生するようになっ
ている。また、当該工具は、モータ１に備えられ、モー
タ１の回転数に比例した周波数信号を発生する、回転角
検出手段としての周波数ジェネレータ６と、周波数ジェ
ネレータ６が発生した周波数信号を波形整形し、出力軸
５の回転角に応じたパルス数のパルス信号を出力する波
形整形回路７と、最適な締付トルクを発生させるインパ
クトドライバ制御部８とを備えている。
【００２１】１チップマイコン等からなるインパクトド
ライバ制御部８は、波形整形回路７と接続され、当該回
路７から入力されるパルス信号がＬｏｗからＨｉｇｈへ
と変化するか、ＨｉｇｈからＬｏｗへと変化したときに
割り込みを発生させて、その変化をカウントするカウン
タ９と、（４）式に示すように、前後２つのカウンタ値
の差から求められるパルス幅ｗ[ｋ]を、Ｋ個足した総パ
ルス幅ｗsaの逆数より、出力軸５の回転速度を算出する
速度検出部１０と、カウンタ９の複数のカウント間隔
（パルス幅）より速度変動を捉えることによって、打撃
を推定する打撃推定部１１とを備えている。
【数４】
【００２２】より具体的には、（５）式に示すように、
Ｋに任意の整数ゲインＧを乗じて得たＬ個足した他の総
パルス幅ｗsbを求め、（６）式に示すように、ｗsaをＧ
倍した得た値から、ｗsbを減じて求めた総パルス幅の差
を速度変動量ｘ[ｋ]とし、（７）式に示すように、その
速度変動量ｘ[ｋ]から、Ｍ個移動した値を減じて求めた
速度変動量の差である加速度変動量ｙ[ｋ]は、一種のデ
ィジタルフィルタの役目を果たして、速度制御のための
ＰＷＭ等からのノイズや、操作者の任意の速度指令の影
響を回避することができるので、外乱の影響を受けるこ
となく、正確な速度変動を捉えることが出来るのであ
る。尚、（７）式に示すＭは、例えば、モータが一回転
することによって発生する総パルス数、つまり一回転前
の値を得られるように決められる。
【数５】
【数６】
【数７】
【００２３】すなわち、従来のインパクト回転工具にあ
っては、１回差分を取る（前後のパルス幅の差を求め
る）ことによって速度変動を捉えていたため、図３
（ａ）に示すように、波形がＬｏｗ（Ｈｉｇｈ）になる
ときにノイズが重畳されると、パルス幅に変動を来すこ
ととなって、正しい速度変動を捉えることが出来ない。
然るに、本実施形態にあっては、たとえ上記のようなノ
イズが重畳されても、図３（ｂ）に示すように、次のパ
ルス幅を計測するときにノイズ分が相殺されるため、Ｐ
ＷＭに起因するノイズや、精度の悪い検出手段を用いる
ことによるノイズ等が印加したり、操作者の任意の速度
指令があっても、正しい速度変動を捉えられることとな
り、打撃の発生を略正確に推定することができる。
【００２４】また、インパクトドライバ制御部８は、打
撃推定部１１が打撃の発生を推定することにより割り込
みがかかり、カウンタ９のカウント値より打撃推定部１
１が前回打撃の発生を推定してから、次に打撃の発生を
推定するまでの間の、出力軸の回転角を算出する打撃間
回転角算出部１２と、アンビル４が打撃された時点で速
度検出部１０が検出した出力軸５の回転速度と、打撃間
回転角算出部１２で算出される打撃間回転角とから、上
記の（３）式に基づいて締付トルクＴを推定するトルク
推定部１３とを備えると共に、可変抵抗器等によって設
定される設定トルクＴ*を入力するためのＡ／Ｄ変換部
１４と、駆動信号を出力するＩ／Ｏ部１５とを備えてい
る。
【００２５】ここで、上述の設定トルクＴ*は、Ａ／Ｄ
変換部１４を介してトルク推定部１３へ入力され、当該
推定部１３では、推定締付トルクＴnhが設定トルクＴ*
以上となったときに、Ｉ／Ｏ部１５を介してモータ制御
部１６へ、モータ１を停止させる旨の駆動停止指令を出
力するようになっている。また、モータ制御部１６は、
操作部（図示せず）から入力される速度指令（トリガ）
Ｖ*に応じて、例えば、ＰＷＭ制御によりモータ１を回
転させると共に、トルク推定部１３から出力される駆動
停止指令に応じて、モータ１の回転を停止させるように
なっている。
【００２６】次に、本実施形態のインパクト回転工具の
動作であるが、図２に示すように、カウンタ９で割り込
みが発生すること、すなわち、パルスの立ち上がり若し
くは立下りが発生すると（ステップＳ１）、上述したよ
うに、アンビル４に対してハンマ３が一定以上回動した
ときに打撃が発生するので、打撃推定部１１は、カウン
タ値ｎが最小の打撃間回転角φminに相当するカウンタ
値ｎminよりも大きいかどうか判断し（ステップＳ
２）、カウンタ値ｎの方が大きければ、打撃が発生して
いる可能性が高いので、上記の（７）式に基づいて加速
度変動量ｙを計算させ（ステップＳ３）、その加速度変
動量ｙが任意に設定される閾値Ｔｈよりも大きいかどう
か判断する（ステップＳ４）。
【００２７】その結果、加速度変動量ｙが閾値Ｔｈより
も大きければ、打撃が発生したと推定して、打撃間回転
角算出部１２に対して割り込みをかけ、打撃間回転角算
出部１２では、カウンタ９のカウント値より、打撃間回
転角φnを求めて保存し、カウンタ９のカウントをクリ
アさせ（ステップＳ５ａ）、保存した打撃間回転角φ n
をトルク推定部１３へ出力する。トルク推定部１３で
は、速度検出部１０から出力された打撃発生時点θnに
おける回転速度ωnと、打撃間回転角算出部１２から出
力された打撃間回転角φnとから、上記の（３）式に基
づいて、推定締付トルクＴnhを算出し（ステップＳ
６）、割り込み処理を終了する（ステップＳ７）。
【００２８】一方、ステップＳ２において、カウンタ値
ｎの方が小さい場合は、打撃が発生していないので、カ
ウント値を１つ増加させて（ステップＳ５ｂ）、割り込
み処理を終了するようになっている（ステップＳ７）。
尚、ステップＳ６において、推定された締付トルクＴ
が、設定トルクＴ*よりも大きい場合には、上述したよ
うに、モータ１の回転を停止させる一方、設定トルクＴ
*よりも小さい場合には、図２に示す動作を繰り返すこ
ととなる。
【００２９】このように、本実施形態のインパクト回転
工具にあっては、従来のように、１回差分によって速度
変動を捉えているのではなく、総パルス幅の差によっ
て、速度変動を捉えているので、精度の悪い検出手段を
用いても、ノイズ耐性があると共に、操作者の任意の速
度指令に影響されずに、正しい速度変動を捉えることが
でき、それに伴って、打撃の発生を略正確に推定できる
ので、最適な締付トルクを発生させるインパクト回転工
具を提供することができる。
【００３０】［第２の実施の形態］ところが、パルス幅
は出力軸の回転速度に反比例するので、高速時と低速時
とでは、打撃判定のためのパルス幅変化量が異なり、固
定の閾値では、打撃の発生を推定できるモータの速度域
が狭くなるという問題点があった。そこで、本願の発明
者らは、総パルス幅Ｗsから閾値Ｔｈを変更することに
より、かかる問題点を解決したインパクト回転工具を提
案している。
【００３１】具体的には、図４に示すように、カウンタ
９と打撃推定部１１との間に、総パルス幅Ｗs（回転速
度）から、その速度域に適した閾値Ｔｈを求める閾値補
正部１７を設け、図２のステップＳ３の前に、図５に示
す、閾値補正の処理を行うようにする。すなわち、図５
に示すように、（４）式に基づいて総パルス幅ｗsaを求
め（ステップＦ１）、その総パルス幅ｗsaに任意の補正
係数ａを乗じて求めた値を閾値Ｔｈとする（ステップＦ
２）。そして、その閾値Ｔｈが、任意に設定される最小
の閾値Ｔｈmin以上ならば（ステップＦ３）、補正を終
了する一方、最小の閾値Ｔｈmin以下の場合は、最小の
閾値Ｔｈminを閾値Ｔｈとして設定し（ステップＦ
４）、補正を終了するようにしている。
【００３２】このようにすることで、回転速度が高いと
きは、総パルス幅ｗsaは小さくなるので、閾値Ｔｈも小
さく設定できる一方、回転速度が低いときは、総パルス
幅ｗ saは大きくなるので、閾値Ｔｈも大きく設定するこ
とができる。すなわち、回転速度に反比例して、閾値の
大きさを設定することができるので、打撃の発生を推定
できる速度域を大きく確保したインパクト回転工具を提
供することができる。尚、その他の構成及び動作につい
ては、第１の実施形態と同様であるので、ここでは省略
することとする。
【００３３】［第３の実施の形態］上述の実施形態にお
けるインパクト回転工具にあっては、総パルス幅の差に
よって速度変動を捉え、当該総パルス幅によって閾値の
補正を行って、打撃の推定を行うことで、打撃の発生を
推定できる速度域を大きく確保し、最適な締付トルクを
発生させるインパクト回転工具を提供することができた
が、本願の発明者らは、同様の効果を発揮できる別の実
施形態として、パルス幅の移動平均を用いたインパクト
回転工具も提案している。以下、図１及び図４に基づ
き、本実施形態の特徴となる部分について説明すること
とする。
【００３４】本実施形態の速度検出部１０は、（８）に
示すように、パルス幅ｗ[ｋ]をＫ個移動平均して求めた
平均パルス幅ｗaaの逆数より、出力軸５の平均回転速度
を算出する。
【数８】
【００３５】また、打撃推定部１１は、（９）式に示す
ように、Ｋに任意の整数ゲインＧを乗じて得たＬ個移動
平均して求めた平均パルス幅ｗabを求め、（１０）式に
示すように、ｗaaからｗabを減じて求めた平均パルス幅
の差を速度変動量ｘ[ｋ]とし、上記した（７）式に基づ
き、その速度変動量ｘ[ｋ]から、Ｍ個移動した値を減じ
て求めた速度変動量の差である加速度変動量ｙ[ｋ]を求
めている。かかる加速度変動量ｙ[ｋ]は、第１の実施形
態と同様に、一種のディジタルフィルタの役目を果たし
て、速度制御のためのＰＷＭ等からのノイズや、操作者
の任意の速度指令の影響を回避することができるので、
そのような外乱の影響を受けることなく、正確な速度変
動を捉えることが出来る。
【数９】
【数１０】
【００３６】そして、本実施形態の閾値補正部１７は、
図５に示す、ステップＦ１において、総パルス幅ｗaaで
はなく、（８）式に基づいて平均パルス幅ｗaaを求め、
ステップＦ２において、その平均パルス幅ｗaa（平均回
転速度）に任意の補正係数ａを乗じて求めた値を閾値Ｔ
ｈとするようにしている。このようにすることで、第２
の実施形態と同様に、回転速度に反比例して、閾値の大
きさを設定することができるので、打撃の発生を推定で
きる速度域を大きく確保したインパクト回転工具を提供
することができる。尚、その他の構成及び動作について
は、第１又は第２の実施形態と同様であるので、ここで
は省略することとする。
【００３７】［第４の実施の形態］本願の発明者らは、
上述の実施形態において、打撃の発生を略正確に推定で
き、最適な締付トルクを発生させるインパクト回転工具
を提供することができたが、図６のに示すように、加
速度変動量ｙが閾値Ｔｈを超えて打撃の発生を推定し
て、加速に転じた後すぐに、に示すように、閾値Ｔｈ
を超えた場合には、衝撃力が十分でないにも係らず、打
撃の発生を推定する場合があるという問題点があった。
そこで、本願の発明者らは、図６に示すように、加速側
にも閾値−Ｔｈを設けて、に示すように、加速度変動
量ｙがその閾値−Ｔｈを超えると共に、閾値Ｔｈを超え
た場合、つまり一定の加速が生じた場合に打撃の推定を
行うようにした。
【００３８】具体的には、図７に示すように、図２に示
す第１の実施形態のフローに対し、ステップＳ１とステ
ップＳ２との処理間に、ｆｌａｇが１かどうかの判断を
行うステップＳ１ａを加え、ステップＳ５ｂとステップ
Ｓ７のとの処理間に、加速度変動量ｙが閾値−Ｔｈ以下
であるかの判断を行うステップＳ６ａと、加速度変動量
ｙが閾値−Ｔｈ以下であった場合に、ｆｌａｇを１とす
る処理を行うステップＳ６ｂを加えたことを特徴とする
ものである。
【００３９】以下、図１及び図７に基づき、処理に沿っ
て説明する。カウンタの割り込みが発生すると（ステッ
プＳ１）、打撃推定部１１は、ｆｌａｇが１かどうかの
判断を行い（ステップＳ１ａ）、ｆｌａｇが１であれ
ば、アンビル４に対してハンマ３が一定以上回動したと
きに打撃が発生するので、カウンタ値ｎが最小の打撃間
回転角φnminに相当するカウンタ値ｎminよりも大きい
かどうか判断し（ステップＳ２）、カウンタ値ｎの方が
大きければ、打撃が発生している可能性が高いので、上
記の（７）式に基づいて加速度変動量ｙを計算させ（ス
テップＳ３）、その加速度変動量ｙが任意に設定される
閾値Ｔｈよりも大きいかどうか判断する（ステップＳ
４）。
【００４０】その結果、加速度変動量ｙが閾値Ｔｈより
も大きければ、打撃が発生したと推定して、打撃間回転
角算出部１２では、カウンタ９のカウント値より、打撃
間回転角φnを求めて保存し、カウンタ９のカウントを
クリアさせ（ステップＳ５ａ）、保存した打撃間回転角
φnをトルク推定部１３へ出力する。トルク推定部１３
では、速度検出部１０から出力された打撃発生時点θn
における回転速度ωnと、打撃間回転角算出部１２から
出力された打撃間回転角φnとから、上記の（３）式に
基づいて、推定締付トルクＴnhを算出し（ステップＳ
６）、割り込み処理を終了する（ステップＳ７）。
【００４１】一方、ステップＳ１ａにおいて、ｆｌａｇ
が１でない場合には、十分な打撃を加えられないと共
に、ステップＳ２において、カウンタ値ｎの方が小さい
場合は、打撃が発生していないので、カウント値を１つ
増加させて（ステップＳ５ｂ）、加速度変動量ｙが閾値
−Ｔｈ以下であるかの判断を行い（ステップＳ６ａ）、
加速度変動量ｙが閾値−Ｔｈ以下であった場合には、ｆ
ｌａｇを１とする処理を行った後（ステップＳ６ｂ）、
割り込み処理を終了するようになっている（ステップＳ
７）。尚、ステップＳ６ｂにおいて、加速度変動量ｙが
閾値−Ｔｈ以下でない場合には、十分な打撃を発生させ
ることができないとして、割り込み処理を終了するよう
になっている（ステップＳ７）。
【００４２】このように、大小の閾値で構成される一定
の閾値幅を超える、加速度変動量ｙが発生したときに、
打撃の発生を推定するので、十分な打撃を発生させるこ
とができるインパクト回転工具を提供することができる
のである。尚、負の閾値の値は、生の閾値と同値とする
ことなく、別の値としても良いし、第２の実施形態で述
べた閾値の補正を行っても良い。この場合、図７のステ
ップＳ３の前に、図５に示す、閾値補正の処理を行うよ
うにする。また、その他の構成及び動作については、第
１の実施形態と同様であるので、ここでは省略すること
とする。
【００４３】［第５の実施の形態］本願の発明者らは、
上述の実施形態において、打撃の発生を正確に推定で
き、最適な締付トルクを発生させるインパクト回転工具
を提供することができたが、第１の実施形態で述べた軽
微なノイズではなく、ノイズが多発した場合にあって
は、打撃を推定し損ねる恐れがないとは言えない。そこ
で、本願の発明者らは、かかる問題点に鑑みて、過去の
打撃間回転角から打撃の推定漏れ防止し、打撃補正を行
うインパクト回転工具を提案している。
【００４４】具体的には、図８に示すように、打撃間回
転角算出部１２とトルク推定部１３との間に、打撃補正
部１８を設けたものであり、かかる打撃補正部１８は、
図２、図７のステップＳ６の処理前に、図９に示すよう
に、打撃間回転角算出部１２から得られた打撃間回転角
φnが、通常２回分程度の平均値である過去の打撃間回
転角の平均値φoldと、打撃間回転角φmin近傍に任意に
定められるφ0との和以上の、前の打撃回転角度に比べ
て非常に大きな打撃が発生した時は（ステップＬ１）、
前の打撃を推定し損ねたとして、打撃間回転角φnの半
分の値の打撃が２回発生したとみなし（ステップＬ
２）、トルク推定部１３は、そのように補正した打撃間
回転角φnで締付トルクＴの推定を行うようにしてい
る。
【００４５】このようにすることで、ノイズが多発した
場合等のように、打撃を推定し損ねる状況が生じたとし
ても、打撃の推定漏れを生じることなく、最適な締付ト
ルクを発生させるインパクト回転工具を提供することが
できるのである。尚、その他の構成及び動作について
は、第１の実施形態と同様であるので、ここでは省略す
ることとする。
【００４６】
【発明の効果】以上のように、請求項１又は請求項３記
載の発明にあっては、精度の悪い検出手段を用いること
等によって、ノイズが加わっても、本発明における打撃
推定部は、一種のディジタルフィルタの役目を果たし
て、当該ノイズや、操作者の速度指令の影響を回避する
ことができるので、当該検出部で求められる速度変動値
は、そのような外乱の影響を受けることがない。これに
より、正確な速度変動を捉えることができ、それに伴っ
て、打撃の推定を正確に行うことができるので、最適な
締付トルクを発生させる、廉価なインパクト回転工具を
提供することができるという効果を奏する。
【００４７】請求項２又は請求項４記載の発明にあって
は、回転速度に反比例して、閾値の大きさを設定するこ
とができるので、打撃の発生を推定できる速度域を大き
く確保したインパクト回転工具を提供することができる
という効果を奏する。
【００４８】請求項５記載の発明にあっては、大小の閾
値で構成される一定の閾値幅を超える、加速度変動量が
発生したときに、打撃の発生を推定するので、十分な打
撃を発生させることができるインパクト回転工具を提供
することができるという効果を奏する。
【００４９】請求項６記載の発明にあっては、ノイズが
多発した場合等のように、打撃を推定し損ねる状況が生
じたとしても、打撃の推定漏れを生じることなく、最適
な締付トルクを発生させるインパクト回転工具を提供す
ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態におけるインパクト回転工具を
示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態におけるインパクト回転工具の
動作を示すフローチャートである。
【図３】（ａ）は従来の速度変動を捉える方法を示し、
（ｂ）は第１の実施形態に係る速度変動を捉える方法を
示す図である。
【図４】第２の実施形態におけるインパクト回転工具を
示すブロック図である。
【図５】第２の実施形態における閾値補正の動作を示す
フローチャートである。
【図６】インパクト回転工具における加速度変動量ｙの
推移の一例を示す図である。
【図７】第４の実施形態におけるインパクト回転工具の
動作を示すフローチャートである。
【図８】第５の実施形態におけるインパクト回転工具を
示すブロック図である。
【図９】第５の実施形態における打撃補正の動作を示す
フローチャートである。
【図１０】インパクト回転工具の出力軸の回転角θと、
締付トルクＴの関係を表したＴ＝τ（θ）の非線形関数
を示す図である。
【符号の説明】 １ モータ ６ 周波数ジェネレータ（回転角検出手段） ７ 波形整形回路（回転角検出手段） ９ カウンタ（回転角検出手段） １１ 打撃推定部 １７ 閾値補正部 １８ 打撃補正部 ａ 補正係数 ｘ 速度変動量 ｙ 加速度変動量
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図７】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細川 智弘 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Ｆターム(参考） 3C038 AA01 AA04 BC04 CA07 CB02 EA02

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 モータの回転速度に反比例する幅を持つ
    パルスを発生する回転角検出手段と、前記パルスの幅を
    複数個足した第１の総パルス幅を求める一方、前記複数
    個に整数倍して得られた個数分だけ、前記パルスの幅を
    足した第２の総パルス幅を求め、それら第１と第２の総
    パルス幅の差である変位変動量を求めると共に、その変
    位変動量を、任意の個数分だけ移動する数の相違により
    ２つ求め、それら変位変動量の差によって速度変動量を
    求めて、その速度変動量が、任意に定められる閾値を越
    えたときに、打撃の発生を推定する打撃推定部とを設け
    たことを特徴とするインパクト回転工具。
  2. 【請求項２】 前記総パルス幅に、任意の補正係数を乗
    じて得た値を、前記閾値とする閾値補正部を設けたこと
    を特徴とする請求項１記載のインパクト回転工具。
  3. 【請求項３】 モータの回転速度に反比例する幅を持つ
    パルスを発生する回転角検出手段と、前記パルスの幅を
    複数個移動平均した平均パルス幅を、移動する数の相違
    により２つ求め、それら平均パルス幅の差である変位変
    動量を求めると共に、その変位変動量を、任意の個数分
    だけ移動する数の相違により２つ求め、それら変位変動
    量の差によって速度変動量を求めて、その速度変動量
    が、任意に定められる閾値を越えたときに、打撃の発生
    を推定する打撃推定部とを設けたことを特徴とするイン
    パクト回転工具。
  4. 【請求項４】 前記平均パルス幅に、任意の補正係数を
    乗じて得た値を、前記閾値とする閾値補正部を設けたこ
    とを特徴とする請求項３記載のインパクト回転工具。
  5. 【請求項５】 前記打撃推定部は、大小の閾値で構成さ
    れる一定の閾値幅を超える速度変動量が発生したとき
    に、打撃の発生を推定することを特徴とする請求項１乃
    至請求項４何れか記載のインパクト回転工具。
  6. 【請求項６】 打撃の発生を推定したときの角度と、前
    回打撃の発生を推定したときの角度との差である打撃間
    回転角が、前々回以前に発生した打撃間角度の平均であ
    る過去の打撃間回転角と、任意に定められる一定角度と
    の和からなる角度と比べて、大きな値を示したときは、
    前記打撃間回転角の半分の値を、真の打撃間回転角とみ
    なす打撃補正部を設けたことを特徴とする請求項１乃至
    請求項５何れか記載のインパクト回転工具。
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Cited By (6)

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