JP2004237387A - Fastening device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To detect a time of generating an impact force by a sensor for detecting a rotation angle change of a main spindle in a fastening device fastening screws by transmitting the rotation of a motor to the main spindle via an impact force production mechanism and rotating the main spindle. <P>SOLUTION: This fastening device is provided with a rotary encoder detecting the rotation angle change of the main spindle and its rotation direction. As for the ration angle change detected by the processing of a step S14, (1) when the amount of the rotation angle change in the screw fastening direction of the main spindle from a time of retracing from the rotation angle change by a first setting time to a time of occurrence of the rotation angle change is within a fist setting value (YES in step S16) and (2) when the absolute value of the amount of the rotation angle change of the main spindle from the rotation angle change to lapse of a second setting time is within a second setting value or more (YES in step S28), the time of occurrence of the rotation angle change is determined as the time of generation of the impact force. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、モータの回転が衝撃力発生機構を介して主軸に伝達されるインパクトレンチ、インパクトドライバ、トルクレンチ等の締付工具に関する。
【0002】
【従来の技術】インパクトレンチ等の締付工具は、モータの回転が衝撃力発生機構を介して主軸に伝達され、これによって主軸が回転してネジ類(ボルト,ナット等)を締付ける。この種の締付工具としては、例えば、特許文献1に開示されたものが知られている。
特許文献1の締付工具は、ハンマが主軸から離れたことを検知するインパクトセンサと、主軸の回転角を側定する角度センサを備える。インパクトセンサは、ハンマが主軸と係合状態にあるときにOFF信号を出力し、ハンマが後退して主軸と離れたときにON信号を出力する。角度センサは、主軸の回転角に応じた信号を出力する。モータを制御する制御回路は、インパクトセンサがON信号を出力してから次のON信号を出力するまでの主軸の回転角の進み量を測定し、その進み量からネジ類の締付トルクが設定値(スナッグトルク)に達したか否かを判定する。締付トルクが設定値に達していると、次に、その時点からの主軸の回転角の進み量を測定し、測定された回転進み量が設定量となったときにモータを停止する。
この締付工具によると、締付トルクが設定値となってからさらに主軸が設定量だけ回転してモータを停止するため、ネジ類が着座(スナッグトルクが発生)する前にインパクトが生じる場合でも安定した締付トルクでネジ類を締付けることができる。
【0003】
【特許文献1】
特開平6−304879号
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述した従来の締付工具では、角度センサからの信号だけではインパクト発生開始時(衝撃力発生開始時)を特定できず、インパクト発生開始時を検知するためだけにインパクトセンサを備えなければならなかった。
すなわち、主軸の先端に取付けられるソケットとソケットに係合するネジ頭部との間にがたがある場合、衝撃力がネジに伝達されると、その反作用(ハンマリング作用)によって主軸は正転(ネジ締め方向の回転)と逆転(ネジ緩め方向の回転)を繰返す。したがって、主軸の回転が停止する前に次の衝撃力が発生する場合がある。かかる場合は主軸が常に回転しているため、角度センサからの信号も常に変化することとなる。このため、従来の技術では、角度センサだけではインパクト発生開始時を正確に特定することができず、別途インパクトセンサを装備しなければならなかった。
【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、主軸の回転角変化を検出するセンサの信号に基づいて衝撃力発生開始時を特定することで、従来必要とされた衝撃力発生開始時を検知するためのセンサを不要とすることができる技術を提供する。
【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、本願第1の発明に係る締付工具は、モータの回転が衝撃力発生機構を介して主軸に伝達され、主軸が回転することによってネジ類の締付を行う締付工具であって、主軸の回転角変化とその回転方向を検出するロータリーエンコーダと、ロータリーエンコーダと接続され、ロータリーエンコーダから出力される信号に基づいてモータを制御する制御手段とを有する。
そして、制御手段は、(1)予め設定された周期でロータリーエンコーダによって検出される主軸の回転角変化量とその回転方向を記憶し、(2)主軸に回転角変化が生じたときに、記憶されている主軸の回転角変化量とその回転方向とから、その回転角変化から第1設定時間だけ遡った時点からその回転角変化が生じた時点までの主軸のネジ締め方向の回転角変化量を算出し、(3)算出された回転角変化量が第1設定値以内のときに、その回転角変化から第2設定時間が経過するまでの主軸の回転角変化量の絶対値を算出し、(4)算出された回転角変化量の絶対値が第2設定値以上となるときに、上記(2)の回転角変化が生じた時を衝撃力の発生開始時であると判断する。
【0007】
この締付工具では、主軸の回転角変化とその回転方向を検出するためにロータリーエンコーダを用いる。制御手段(例えば、マイクロプロセッサ等)は、予め設定された周期でロータリーエンコーダで検出される主軸の回転角変化量とその回転方向を記憶する。
そして、制御手段は、主軸に回転角変化が生じたときに、記憶されている主軸の回転角変化量とその回転方向から主軸が実質的に回転を停止しているか否かを判断する(上記(2))。ここで、主軸の回転角変化量と回転方向が記憶されているため、主軸がハンマリング作用によって正転と逆転を繰り返す場合には主軸は停止していると判断される。主軸が実質的に回転を停止している場合、次に、その回転角変化が生じた後に主軸が回転を開始したか否かを判断する(上記(3))。そして、主軸が回転を開始している場合には、その回転角変化を衝撃力発生開始時と判断する(上記(4))。
したがって、この締付工具では、設定された周期毎に主軸の回転角変化と回転方向を記憶することで、回転角変化が生じる前の主軸の運動状態を判断可能とし、これによってロータリーエンコーダのみで衝撃力発生開始時を特定可能としている。
【0008】
なお、上記した回転角変化を記憶する周期、第1設定時間、第2設定時間は、衝撃力が発生する間隔よりも充分に小さくなるよう設定することが好ましい。また、これら周期、第1設定時間,第2設定時間は、締付作業の種類(金属のボルト締め,木ねじ締め等)に応じて適宜設定することが好ましい。
また、上記した衝撃力発生機構としては、従来公知の種々の機構を用いることができる。例えば、ハンマによりアンビル(主軸)を打撃する機械的な衝撃力発生機構や、油圧により衝撃力を発生させるオイルユニット等を用いることができる。
【0009】
上記締付工具においては、1回の衝撃力による主軸のネジ締め方向の回転角変化量は、ネジ類が着座(ネジ類の底面が被締付部材の表面に当接)する前と着座した後では大きく異なる。すなわち、ネジ類の着座前における主軸の回転角変化量は大きく、ネジ類の着座後における主軸の回転角変化量は小さくなる。したがって、1回の衝撃力による主軸の回転角変化量の大きさによってネジ類が着座したか否かの判断が可能となる。
このため、前記制御手段は、さらに、衝撃力発生開始時であると判断された主軸の回転角変化から第3設定時間が経過するまでの主軸のネジ締め方向の回転角変化量が第3設定値以下となるとき、ネジ類が被締結部材に着座したと判断することが好ましい。
なお、第3設定時間は、第2設定時間より長く設定されることが好ましい。また、第3設定値は、締付作業の種類(金属のボルト締め,木ねじ締め等)等に応じて適宜設定することができる。
【0010】
さらに、前記制御手段は、ネジ類が被締付部材に着座したと判断されたときから第4設定時間だけ経過したときにモータを停止させることが好ましい。
このような構成によると、ネジ類が着座してからさらにモータが駆動(すなわち、ネジ締め)されるため、ネジ類を安定したトルクで締付けることができる。
【0011】
なお、前記制御手段は、ネジ類が被締付部材に着座したと判断された回数が第1設定回数となったときから第4設定時間だけ経過したときにモータを停止させることも好ましい。このような構成によると、着座判定が第1設定回数(複数回)だけ行われるため、より確実にネジ類を着座させることができる。
着座判定を複数回行う場合、前記制御手段は、ネジ類が被締付部材に着座したと判断されたときから第5設定時間の間はネジ類が被締付部材に着座したか否かの判断を行わないことが好ましい。着座したと判定した直後に着座判定を行わない時間を設けることで、着座時の手ぶれ等の影響を排除することができる。
【0012】
前記制御手段は、ネジ類が被締結部材に着座したと判断されたときから第2設定回数だけ衝撃力が発生したときにモータを停止させることも好ましい。このような構成によっても、ネジ類を安定したトルクで締付けることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】上述した各請求項に記載した締付工具は、下記に示す各形態で好適に実施することができる。
(形態1) 前記衝撃力発生機構は、主軸に衝撃力を発生させるオイルユニットを有し、オイルユニットの出力軸が主軸とされる。
このような形態では、オイルユニットで発生する最大圧力を調整することで主軸に伝達される衝撃力の最大値を調整することができる。また、オイルユニットが駆動されつづけることによって生じるオイルユニットの破損が防止される。
【0014】
【実施例】次に本発明を具現化した一実施例に係るアングルソフトインパクトレンチを説明する。図1はアングルソフトインパクトレンチの一部断面側面図を示している。図1に示すアングルソフトインパクトレンチ1は、ハウジング3内に駆動源であるモータM(図1において図示省略:但し図6に図示)が収容固定されている。モータMの出力軸20には遊星歯車機構18が接続され、遊星歯車機構18の出力軸16には緩衝機構14を介してオイルユニット12が接続される。
オイルユニット12は、その内部に収容したオイルの圧力を利用して出力軸8に瞬間的に大きな衝撃力(オイルパルス)を発生させる公知の装置である。オイルユニット12で発生するオイルパルスは、内部に収容したオイルの最大圧力値を調整することで、所定の衝撃力が得られるよう調整されている。緩衝機構14は、オイルユニット10によるオイルパルス発生時の衝撃がダイレクトに遊星歯車機構16側に伝達されることを防止するための公知の機構(例えば、実開平7−31281号に開示されている機構)である。
オイルユニット12の出力軸8は、後で詳述する軸受装置10により軸支されており、その先端にはベベルギヤ6が連結されている。ベベルギヤ6は、出力軸8に対して直交状に軸支されるスピンドル2の一端に設けられたベベルギヤ4に噛合している。スピンドル2の他端には、ボルトやナット等の頭部に係合する図示されていないソケットが取付けられる。
したがって、上記のアングルソフトインパクトレンチ1においてモータMが回転すると、その回転が遊星歯車機構16によって減速されてオイルユニット12に伝達される。オイルユニット12は、ナット類を締付け始める初期の段階においてはスピンドル2への負荷が低いため、オイルパルスを発生させること無くモータ22から伝達された回転をそのままスピンドル2に伝達する。このため、スピンドル2が連続的に回転し、これにともなってネジ類も連続的に締め付けられる。一方、ネジ類が締付けられてスピンドル2(出力軸8)への負荷が高くなると、オイルユニット12からオイルパルスが発生し、その衝撃力によってネジ類が締付けられることとなる。
【0015】
次に、上述のように作動するオイルユニット12の出力軸8を回転可能に支持する軸受装置10(請求項でいうロータリーエンコーダに相当する。)について図2〜5を参照して説明する。ここで、図2は軸受装置の構造を示す断面図であり、図3は軸受装置に組み込まれる磁石と回転角検出センサの位置関係を模式的に示す図であり、図4と図5は出力軸8が正転又は逆転するときに2つの回転角検出センサから出力される検出信号の状態をそれぞれ示す図である。
図2に示すように、軸受装置10は内筒30と、内筒30を回転自在に支持する外筒34を備える。内筒30には、オイルユニット12の出力軸8の外径と略同径(出力軸8の外径より若干小さい)の挿通孔が形成される。この挿通孔には、図面右端側よりオイルユニット12の出力軸8が圧挿され、これによって出力軸8に内筒30が固定されている。したがって、出力軸8が回転すると出力軸8と一体となって内筒30が回転する。
内筒30の図面右端には、円筒状の磁石取付部材40が固定されている。磁石取付部材40の外周状には、複数の磁石42(図3において42a,42b,42c・・で示されている。)が等間隔で配置されている。磁石42は、図3に示すようにS極が外周側となるように配置される磁石42a,42c・・と、N極が外周側となるように配置される磁石42b・・とがあり、S極が外周側となる磁石42a,42c・・と、N極が外周側となる磁石42b・・とは交互に配置されている。なお、隣接する磁石間の中心角(例えば、磁石42aの中心と磁石42bの中心と内筒30の回転中心とがなす角度)は、図3に示すようにそれぞれα°で同一角となる。
【0016】
外筒34は、図2に示すように内筒30より大なる内径を有する円筒状部材である。内筒30と外筒34の間にはボール32が介装され、内筒30は外筒34に対して回転可能に組み付けられている。したがって、外筒34がハウジング3内に収容固定されると、内筒30(すなわち、出力軸8)は外筒34(すなわち、ハウジング3)に対して回転可能に支持されることとなる。
外筒34の図面右端には、円筒状のセンサ取付部材36が固定される。センサ取付部材36の内壁面上で磁石42と対向する部位には、回転角検出センサ38a,38bが配設されている(図3参照)。回転角検出センサ38a,38bは、磁界の変化を検出して、検出信号の状態を切替えるラッチ型のホールICである。回転角検出センサ38a,38bは、S極側の磁界が作用すると出力信号の状態がLOWレベルとなり、N極側の磁界が作用すると出力信号の状態がHIGHレベルとなる。したがって、回転角検出センサ38a,38bが外周側をS極側とする磁石42a,42c・・と対向する位置となると、回転検出センサ38a,38bから出力される検出信号の状態はLOWレベルとなり、N極側を外周側とする磁石42b,・・と対向する位置となると回転角検出センサ38a,38bから出力される検出信号の状態はHIGHレベルとなる。
【0017】
また、回転角検出センサ38a,38bは、図3に良く示されるように中心角θ°(本実施例ではθ=α°/2)だけずれた位置に配設される。したがって、内筒30(すなわち、出力軸8)が正転方向へ回転すると、回転角検出センサ38a,38bから出力される検出信号の状態は図4に示すように変化する。
具体的に説明するため、例えば、回転角検出センサ38a,38bと磁石42a,42b,42cが図3の状態にあるものとする。図3の状態では、回転角検出センサ38aは磁石42b(N極が外周側)と対向する位置となるため、その検出信号はHIGHレベルとなっている。一方、回転角検出センサ38bは既に通過した磁石42c(S極が外周側)によって、その検出信号はLOWレベルとなっている。この状態から内筒30がθ°だけ回転すると、磁石42b(N極が外周側)が回転角検出センサ38bと対向する位置となる。このため、回転角検出センサ38bから出力される検出信号はLOWレベルからHIGHレベルに切り替わる。このとき、回転角検出センサ38aの検出信号の状態はHIGHレベルのままである。さらに内筒30が回転し、内筒30が図3の状態からα°だけ回転すると、磁石42a(S極が外周側)が回転角検出センサ38aと対向する位置となる。このため、回転角検出センサ38aの検出信号はHIGHレベルからLOWレベルに切り替わる。以下、同様にして、回転角検出センサ38aの検出信号の状態が切り替わってから角θ°だけ内筒30(出力軸8)が回転すると、回転角検出センサ38bの検出信号の状態が切り替わることとなる。
また、出力軸8が逆転方向へ回転する場合は、上述の場合とは逆に、回転角検出センサ38a,38bの検出信号は図5に示すように変化する。すなわち、回転角検出センサ38bの検出信号の状態が切り替わってからさらに角θ°だけ出力軸8が回転すると、回転角検出センサ38aの検出信号の状態が切り替わることとなる。
【0018】
上述の説明から明らかなように、回転角検出センサ38a,38bは、それぞれ内筒30(すなわち、オイルユニット12の出力軸8)がα°回転する毎に検出信号のレベルが切り替わる。したがって、回転角検出センサ38a,38bは出力軸8が2×α°回転する毎に1のパルス波を出力し、このパルス波の立上がりエッジ及び立下りエッジを後述するマイクロコンピュータ50が検出することで出力軸8の回転角変化が検出される。
ここで、図4,5から明らかなように、回転角検出センサ38aと38bの検出信号のいずれかには出力軸8がα°/2だけ回転する毎にエッジ変化が生じる。したがって、回転角検出センサ38a,38bにより検出できる出力軸8の回転角変化(正転方向及び逆転方向)の最小分解能はα°/2となる。
【0019】
また、二つの回転角検出センサ38a,38bから出力される検出信号はα°/2だけ位相がずれ、位相がずれる方向は出力軸8の回転方向によって異なる。したがって、回転角検出センサ38a,38bから出力される検出信号の位相のずれによって、出力軸8の回転方向が検出される。すなわち、回転角検出センサ38aの検出信号(立上がりエッジ及び立下りエッジ)と回転角検出センサ38bの検出信号(立上がりエッジ及び立下りエッジ)が入力する順番によって判断する。
図7に示すような検出信号が測定された場合を例として具体的に説明する。図7の例では出力軸8がハンマリングしているため、時刻t3〜t7の間は回転角検出センサ38bから出力される検出信号のみにエッジ変化が現れている。
まず、マイクロコンピュータ50は、時刻t1で回転角検出センサ38aの検出信号の立上がりエッジを検出する。この際、このエッジ変化の直前に検出されたエッジ変化が回転角検出センサ38aと38bのいずれのエッジ変化であったかにより回転方向を検出する。ここでは、直前に検出されたエッジ変化が回転角検出センサ38bの立下りエッジであるとする。したがって、主軸8は正転方向に回転していると判断され、主軸8の回転角度はα°/2だけ増加する。次いで、時刻t2で回転角検出センサ38bの検出信号の立上がりエッジを検出する。したがって、時刻t2では出力軸8が正転していると判断され、主軸8の回転角度はα°/2だけ増加する。同様に、時刻t3,t4では、それぞれ出力軸8は正転していると判断され、主軸8の回転角度はα°/2ずつ増加する。
一方、時刻t5では回転角検出センサ38bの検出信号の立上がりエッジを検出する。したがって、時刻t4と同一の回転角検出センサ38bの検出信号にエッジ変化が検出され、出力軸8の回転方向が変化したと判断される(すなわち、出力軸8は逆転したと判断される)。このため、主軸8の回転角度はα°/2だけ減少する。同様に、時刻t6では出力軸8の回転方向が変化して正転していると判断され、時刻t7〜t9では出力軸8が正転していると判断される。
【0020】
なお、アングルソフトインパクトレンチ1には、モータMを起動するためのトリガスイッチ22が設けられ、また、ハウジング3の下端には、モータMや次に説明するマイクロコンピュータ50等に電力を供給するバッテリパック24が着脱可能に取付けられている。
【0021】
次に、図6を参照してアングルソフトインパクトレンチ1の制御回路の構成を説明する。本実施例に係るアングルソフトインパクトレンチ1の制御回路は、ハウジング3内に収容されたマイクロコンピュータ50を中心に構成される。
マイクロコンピュータ50はCPU52、ROM54、RAM56とI/O58が1チップ化されたマイクロコンピュータであり、図6に示すように接続されている。マイクロコンピュータ50のROM54には、後で詳述するモータMの駆動を自動的に停止するための制御プログラム等が記憶されている。
上述した回転角検出センサ(ホールIC)38a,38bはI/O58の所定の入力ポートに接続され、各回転角検出センサ38a,38bから出力される検出信号がマイクロコンピュータ50に入力するようになっている。また、電源であるバッテリパック24は、電源回路64を介してマイクロコンピュータ50に接続されるとともに、駆動回路62を介してモータMに接続されている。また、モータMは、駆動回路62及びブレーキ回路60を介してマイクロコンピュータ50に制御される。
モータMが駆動されるとオイルユニット12の出力軸8が回転し、これに伴って回転角検出センサ38a,38bからマイクロコンピュータ50に検出信号が入力する。マイクロコンピュータ50は、入力する検出信号に基づいて次に説明する処理を行い、所定のタイミングでブレーキ回路60を動作させることでモータMを停止する。
【0022】
なお、上記マイクロコンピュータ50のRAM56には、回転角検出センサ38a,38bから出力される検出信号のエッジ変化を記憶するための保管レジスタR1〜R10が設けられている(図8参照)。マイクロコンピュータ50は、所定の周期毎に回転角検出センサ38a,38bのエッジ変化を検出し、検出したエッジ変化とその回転方向を保管レジスタR1〜R10に格納する。具体的には、正転方向のエッジ変化が検出されている場合には「01」が格納され、逆転方向のエッジ変化が検出されている場合には「FF」が格納され、エッジ変化が検出されていない場合には「00」が格納される。図8に示す例では、保管レジスタR1〜R10にエッジ変化が記憶される間に主軸8はエッジ変化1つ分(すなわちα°/2)だけ正転方向に回転していることとなる。
なお、マイクロコンピュータ50がエッジ変化を検出する周期は充分に短い時間(本実施例では0.2ms)とされるため、1周期の間に2以上のエッジ変化が生じないようになっている。また、マイクロコンピュータ50は、レジスタR1からR10に向って順に検出されたエッジ変化を格納するようプログラムされている。そして、保管レジスタR1〜R10の全てにエッジ変化が格納されているときは、レジスタR2〜R10までの情報をレジスタR1〜R9にシフトして記憶し、レジスタR10に新たなエッジ変化を記憶するようプログラムされている。これによって、最も前に生じたエッジ変化が順にクリアされていくこととなる。
【0023】
次に、上述のように構成されるアングルソフトインパクトレンチ1を用いてナット類を締付ける際のマイクロコンピュータ50の処理について、図9〜図13に示すフローチャートを参照して説明する。
アングルソフトインパクトレンチ1を用いてナット類を締付けるためには、まず、作業者はスピンドル2の先端に取付けられたソケットにナット類を係合させ、トリガスイッチ22をONする。トリガスイッチ22をONすると、マイクロコンピュータ50は、モータMの回転駆動を開始するとともに以下に説明する処理を行う。
【0024】
トリガスイッチ22がONされると、図9に示すように、マイクロコンピュータ50はまず保管レジスタR1〜R10,着座検出カウンタC,及びオートストップタイマをリセットしてモータMを起動する(ステップS10)。着座検出カウンタCは、ナット類が被締付部材に着座していると判定されると1インクリメントされる。オートストップタイマは、モータMを停止するか否かを判定するためのタイマである。
初期化処理が行われると、次に着座検出タイマTをリセットする(ステップS12)。着座検出タイマTは、後述する着座検出処理(ステップS14〜S34)を行う際に必要となるタイマである。
【0025】
ステップS14に進むと、マイクロコンピュータ50は第1エッジ変化検出処理を開始する。図10を参照して第1エッジ変化検出処理を説明する。
図10に示すように第1エッジ変化検出処理では、まず回転角検出センサ38a,38bからの検出信号にエッジ変化が生じたか否かを判定する(S38)。エッジ変化が生じていない場合〔ステップS38でNO〕は保管レジスタRに「00」を記憶して(S40)、図9のステップS12に戻りステップS12からの処理を繰返す。
一方、エッジ変化が生じている場合〔ステップS38でYES〕は、そのエッジ変化が正転方向か逆転方向かを判定する(S42)。正転方向のエッジ変化の場合〔ステップS42でYES〕は保管レジスタに「01」を格納し(S44,S48)、逆転方向のエッジ変化の場合〔ステップS42でNO〕は保管レジスタに「FF」を格納する(S46,S48)。ステップS48でエッジ変化が格納されると、次いで、そのエッジ変化を生じる前のT1ms(請求項でいう第1設定時間)の間における主軸8の正転方向(ネジ締め方向)の回転角変化量を算出する(S50)。具体的には、保管レジスタR1〜R10に記憶されているエッジ変化を加算して算出する。ステップS50が終了すると、図9のステップS16に進む。
【0026】
ステップS16に進むと、マイクロコンピュータ50は、図10のステップS50で算出された回転角変化量が「設定値1」以下となるか否かを判定する。本実施例において「設定値1」(請求項でいう第1設定値)は、α°とされている。
ステップS50で算出された回転角変化量が「設定値1」を超える場合〔ステップS16でNO〕は、主軸8が回転を停止した状態ではないと判断し、ステップS12に戻ってステップS12からの処理を繰返す。一方、ステップS50で算出された回転角変化量が「設定値1」以下となる場合〔ステップS16でYES〕は、主軸8が回転を停止している状態であると判断し、ステップS18に進む。
ステップS18に進むと、変数rに第1エッジ変化検出処理で検出されたエッジ変化(詳しくは、図10のステップS44,S46)を格納する。変数rは、エッジ変化が生じた後のT2ms(請求項でいう第2設定時間)の間における主軸8の回転角変化量を算出するための変数である。
ステップS20では、ステップS18と同様、変数Rに第1エッジ変化検出処理で検出されたエッジ変化を格納する。変数Rは、エッジ変化が生じた後のT3ms(請求項でいう第3設定時間)の間における主軸8の正転方向の回転角変化量を算出するための変数である。
ステップS24に進むと着座検出タイマTがT2msに達したか否かを判定する。着座検出タイマTがT2msに達している場合〔ステップS24でYES〕はステップS28に進み、着座検出タイマTがT2msに達していない場合〔ステップS24でNO〕はステップS26に進んで第2エッジ変化検出処理を行う。
【0027】
図11を参照してステップS26の第2エッジ変化検出処理を説明する。図11に示すように第2エッジ変化検出処理では、まず回転角検出センサ38a,38bからの検出信号にエッジ変化が生じたか否かを判定する(S52)。エッジ変化が生じていない場合〔ステップS52でNO〕は、レジスタR45,r45に「00」を記憶してステップS62に進む。
一方、エッジ変化が生じている場合〔ステップS52でYES〕は、そのエッジ変化が正転方向か逆転方向かを判定する(S56)。正転方向のエッジ変化の場合〔ステップS56でYES〕はレジスタR45,r45に「01」を格納し(S58)、逆転方向のエッジ変化の場合〔ステップS56でNO〕はレジスタR45に「FF」、r45に「01」を格納する(S60)。
ステップS62に進むと、変数RにレジスタR45の数値を加算し、変数rにレジスタr45の数値を加算する。これによって、変数Rと変数rには、検出された主軸8の回転角変化量が加算されていくこととなる。なお、ステップS62では、さらに保管レジスタにレジスタR45の数値が格納される。ステップS62が終わると図9のステップS24に戻って、ステップS24からの処理を繰返すこととなる。したがって、着座検出タイマTがT2msとなるまで(すなわち、第2エッジ変化検出処理が(T2/0.2+1)回行われるまで)、ステップS24,S26の処理を繰返す。
【0028】
一方、図9のステップS24でYESの場合(エッジ変化からT2msが経過すると)、変数rの絶対値が「設定値2」以上となったか否かを判定する(S28)。すなわち、ステップS14の第1エッジ変化検出処理で検出されたエッジ変化が生じた後、主軸8が回転(正転方向又は逆転方向)を開始したか否かを判定する。本実施例において「設定値2」(請求項でいう第2設定値)は、「設定値1」と同一の値(α°)とされている。
ステップS28でNOと判定されると、第1エッジ変化検出処理で検出されたエッジ変化はオイルパルスの発生開始時点のものではないと判断し、ステップS12に戻ってステップS12からの処理を繰返す。ステップS28でYESと判定されると、第1エッジ変化検出処理で検出されたエッジ変化はオイルパルスの発生開始時点のものであると判断してステップS34に進む。
ステップS34では着座検出タイマTがT3msに達したか否かを判定する。着座検出タイマTがT3msに達している場合〔ステップS34でYES〕はステップS36のモータ停止処理(S36)に進み、着座検出タイマTがT3msに達していない場合〔ステップS34でNO〕はステップS32に進んで第3エッジ変化検出処理(S32)に進む。
【0029】
まず、ステップS32の第3エッジ変化検出処理について図12を参照して説明する。
図12に示すように第3エッジ変化検出処理では、まず回転角検出センサ38a,38bからの検出信号にエッジ変化が生じたか否かを判定する(S64)。エッジ変化が生じていない場合〔ステップS64でNO〕は、レジスタR45に「00」を記憶してステップS74に進む。
一方、エッジ変化が生じている場合〔ステップS64でYES〕は、そのエッジ変化が正転方向か逆転方向かを判定する(S68)。正転方向のエッジ変化の場合〔ステップS68でYES〕はレジスタR45に「01」を格納し(S70)、逆転方向のエッジ変化の場合〔ステップS68でNO〕はレジスタR45に「FF」を格納する(S72)。
ステップS74に進むと、変数RにレジスタR45の数値を加算する。これによって、変数Rには、0.2ms毎に検出される主軸8の回転角変化が加算されてゆく。また、ステップS74では、さらに保管レジスタにレジスタR45の数値が格納される。ステップS74が終わると図9のステップS30に戻って、ステップS30からの処理を繰返すこととなる。したがって、着座検出タイマTがT3msとなるまで(すなわち、第3エッジ検出処理が((T3−T2)/0.2)回行われるまで)ステップS28〜S34までの処理を繰返す。
【0030】
次に、ステップS36のモータ停止処理について図13を参照して説明する。図13に示すようにモータ停止処理では、まず、変数Rの値(すなわち、第1エッジ変化検出処理で検出されたエッジ変化からT3msが経過するまでの間における主軸8の正転方向への回転角変化量)が「設定値3」以下となったか否かを判定する(S76)。なお、「設定値3」は、ネジ類の種類(例えば、木ネジ,ボルト・ナット等の機械ネジ)や締付作業の種類に応じて適切な値を設定することが好ましい。
変数Rが「設定値3」を超える場合〔ステップS76でNO〕はネジ類が着座していないとしてステップS84に進み、変数Rが「設定値3」以内となる場合〔ステップS76でYES〕はネジ類が着座したとしてステップS78に進む。すなわち本実施例では、ネジ類の着座前と比較してネジ類の着座後は、1回のオイルパルス(衝撃力)によって主軸8が正転方向に回転する回転角の変化量が小さくなることを利用してネジ類の着座を判定する。
ステップS76でYESの場合は、着座検出カウンタCに1加算して(S78)、着座検出カウンタCが2となったか否かを判定する(S80)。着座検出カウンタCが2でない場合〔ステップS80でNO〕は、2回目の着座検出を行うためにステップS84に進む。一方、着座検出カウンタCが2の場合〔ステップS80でYES〕はオートストップタイマをスタートさせ(S86)、オートストップタイマが設定時間T4(請求項でいう第4設定時間)となったか否かを判定する(S88)。オートストップタイマが設定時間T4となっていない場合〔ステップS88でNO〕はオートストップタイマが設定時間T4となるまで待機する。逆に、オートストップタイマが設定時間T4となっている場合〔ステップS88でYES〕はモータMを停止する(S90)。
一方、ステップS84に進むと、着座検出タイマTがT5msと一致したか否かが判定される(S84)。着座検出タイマTがT5msと一致しない場合〔ステップS84でNO〕は着座検出タイマTがT5msとなるまで待機する。着座検出タイマTがT5msと一致する場合〔ステップS84でYES〕は、図9のステップS12に戻ってステップS12からの処理を繰返す。したがって、着座判定が行われるとT5ms(請求項でいう第5設定時間)が経過するまでは次の着座判定が行われない。したがって、ネジ類が着座することによる手ぶれ等が次回の着座判定に影響しないため、ネジ類の着座を精度良く検出することができる。
【0031】
上述した説明から明らかなように、本実施例では回転角検出センサ38a,38bのエッジ変化とその回転方向が所定の周期毎に保管レジスタR1〜R10に格納することで、エッジ変化が検出される前の主軸8の運動状態(停止又は回転)を判断する。また、主軸8が停止していると判断されると、さらに、エッジ変化が検出された後の主軸8の運動状態(停止又は回転)を測定することで、そのエッジ変化が発生した時点がオイルパルスの発生開始時点であるか否かを判定する。したがって、主軸8の回転角変化を検出する回転角検出センサ38a、38bによってオイルパルスの発生開始時点を特定するため、これによって従来必要とされたインパクトセンサを不要とすることができる。
【0032】
以上、本発明の好適な一実施例について詳細に説明したが、これは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上述した実施例においては、ネジ類が着座してから所定時間後にモータMの回転を停止させたが、本発明はこのような例に限られず、主軸に加えられる衝撃力(打撃)の回数をカウントし、打撃回数が所定回数となったときにモータMの駆動を停止するようにしてもよい。
また、上述の実施例では衝撃力発生機構にオイルユニットを用いたが、衝撃力を発生させる機構としては、その他の種々の機構、例えば、ハンマによりアンビルを打撃する機械的な衝撃力発生機構を有する締付工具にも本発明を適用することができる。
【0033】
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例に係るアングルソフトインパクトレンチの一部断面側面図。
【図2】軸受装置の構造を示す断面図。
【図3】軸受装置に組み込まれる磁石と回転角検出センサの位置関係を模式的に示す図。
【図4】出力軸が正転するときに、二つの回転角検出センサから出力される検出信号の状態を示す図。
【図5】出力軸が逆転するときに、二つの回転角検出センサから出力される検出信号の状態を示す図。
【図6】アングルソフトインパクトレンチの制御回路の構成を示すブロック図。
【図7】回転角検出センサ38a,38bの検出信号と主軸8の回転角度変化との関係を模式的に示す図。
【図8】マイクロコンピュータのRAMに設けられる保管レジスタの構成を示す図。
【図9】マイクロコンピュータが行うオートストップ処理のフローチャート。
【図10】第1エッジ変化検出処理のフローチャート。
【図11】第2エッジ変化検出処理のフローチャート。
【図12】第3エッジ変化検出処理のフローチャート。
【図13】モータ停止処理のフロチャート。
【符号の説明】
1 ・・アングルソフトインパクトレンチ
8 ・・出力軸
10・・軸受装置
12・・オイルユニット
22・・トリガスイッチ
30・・内筒
34・・外筒
36・・センサ取付部材
38a,38b・・回転角検出センサ
40・・磁石取付部材
42・・磁石
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tightening tool such as an impact wrench, an impact driver, a torque wrench, and the like, in which rotation of a motor is transmitted to a main shaft via an impact force generating mechanism.
[0002]
2. Description of the Related Art In a tightening tool such as an impact wrench, the rotation of a motor is transmitted to a main shaft via an impact force generating mechanism, whereby the main shaft rotates to tighten screws (bolts, nuts, etc.). As this kind of tightening tool, for example, a tool disclosed in Patent Document 1 is known.
The fastening tool disclosed in Patent Literature 1 includes an impact sensor that detects that the hammer has separated from the main shaft, and an angle sensor that determines a rotation angle of the main shaft. The impact sensor outputs an OFF signal when the hammer is engaged with the main shaft, and outputs an ON signal when the hammer retreats and separates from the main shaft. The angle sensor outputs a signal corresponding to the rotation angle of the main shaft. The control circuit that controls the motor measures the amount of advance of the rotation angle of the spindle from the time the impact sensor outputs an ON signal to the time the next ON signal is output, and sets the screw tightening torque from the amount of advance. It is determined whether or not the value (snag torque) has been reached. If the tightening torque has reached the set value, the amount of advance of the rotation angle of the main shaft from that point is measured, and the motor is stopped when the measured amount of advance of rotation reaches the set amount.
According to this tightening tool, since the main shaft further rotates by the set amount and stops the motor after the tightening torque reaches the set value, even if an impact occurs before the screws are seated (snagg torque is generated). Screws can be tightened with stable tightening torque.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-6-304879
[0004]
However, in the above-mentioned conventional tightening tool, it is not possible to specify the start of impact generation (start of generation of impact force) only by a signal from the angle sensor, but to detect the start of impact generation. I had to have an impact sensor just for that purpose.
In other words, when there is play between the socket attached to the tip of the main shaft and the screw head engaging with the socket and the impact force is transmitted to the screw, the main shaft rotates forward due to the reaction (hammering effect). (Rotation in the screw tightening direction) and reverse rotation (rotation in the screw loosening direction) are repeated. Therefore, the next impact force may be generated before the rotation of the main shaft stops. In such a case, since the main shaft is constantly rotating, the signal from the angle sensor always changes. For this reason, in the related art, it is not possible to accurately specify the start of the impact by using only the angle sensor, and the impact sensor must be separately provided.
[0005]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention has been conventionally required by specifying an impact force generation start time based on a signal of a sensor that detects a change in the rotation angle of a main shaft. Provided is a technique capable of eliminating the need for a sensor for detecting the start of impact force generation.
[0006]
Means for Solving the Problems, Functions and Effects In order to solve the above problems, a tightening tool according to the first invention of the present application transmits the rotation of a motor to a main shaft via an impact force generating mechanism, and A rotary tool for tightening screws by rotating, a rotary encoder for detecting a change in the rotation angle of the main shaft and its rotation direction, and a rotary encoder connected to the rotary encoder, based on a signal output from the rotary encoder. Control means for controlling the motor.
The control means stores (1) the rotation angle change amount and the rotation direction of the main shaft detected by the rotary encoder at a preset cycle, and (2) stores the rotation angle change when the main shaft changes. From the amount of change in the rotation angle of the main shaft and its rotation direction, the amount of change in the rotation angle of the main shaft in the screw tightening direction from the time when the rotation angle changes by a first set time to the time when the rotation angle changes. (3) When the calculated rotation angle change is within the first set value, the absolute value of the main shaft rotation angle change from the rotation angle change until the second set time elapses is calculated. (4) When the absolute value of the calculated rotation angle change amount is equal to or larger than the second set value, it is determined that the time when the rotation angle change in (2) occurs is the time when the generation of the impact force is started.
[0007]
In this tightening tool, a rotary encoder is used to detect a change in the rotation angle of the main shaft and its rotation direction. The control means (for example, a microprocessor or the like) stores the rotation angle change amount and the rotation direction of the main shaft detected by the rotary encoder at a preset cycle.
Then, when the rotation angle of the main shaft changes, the control means determines whether or not the main shaft has substantially stopped rotating based on the stored rotation angle change amount of the main shaft and the direction of rotation (see the above description). (2)). Here, since the rotation angle change amount and the rotation direction of the main shaft are stored, when the main shaft repeats the forward rotation and the reverse rotation by the hammering action, it is determined that the main shaft has stopped. If the main shaft has substantially stopped rotating, it is next determined whether or not the main shaft has started rotating after the rotation angle has changed ((3) above). When the main shaft has started to rotate, the change in the rotation angle is determined to be the time when the generation of the impact force starts ((4) above).
Therefore, in this tightening tool, by storing the rotation angle change and the rotation direction of the spindle at each set cycle, it is possible to determine the motion state of the spindle before the rotation angle change occurs. It is possible to specify the start of impact force generation.
[0008]
It is preferable that the cycle for storing the rotation angle change, the first set time, and the second set time are set to be sufficiently smaller than the interval at which the impact force is generated. Further, it is preferable that the cycle, the first set time, and the second set time are appropriately set according to the type of the tightening operation (metal bolt tightening, wood screw tightening, and the like).
Various conventionally known mechanisms can be used as the above-described impact force generating mechanism. For example, a mechanical impact force generating mechanism that strikes the anvil (spindle) with a hammer, an oil unit that generates an impact force by hydraulic pressure, or the like can be used.
[0009]
In the above tightening tool, the amount of change in the rotation angle of the main shaft in the screw tightening direction due to one impact force is determined before and after the screw is seated (the bottom surface of the screw is in contact with the surface of the member to be tightened). It will be very different later. That is, the amount of change in the rotation angle of the main shaft before the screws are seated is large, and the amount of change in the rotation angle of the main shaft after the screws are seated is small. Therefore, it is possible to determine whether or not the screws are seated on the basis of the amount of change in the rotation angle of the main shaft due to one impact force.
For this reason, the control means further sets the rotation angle change amount of the main shaft in the screw tightening direction from the change of the rotation angle of the main shaft determined to be the time of the start of the impact force to the lapse of the third set time to the third setting. When the value is equal to or less than the value, it is preferable to determine that the screws are seated on the member to be fastened.
Note that the third set time is preferably set longer than the second set time. Further, the third set value can be appropriately set according to the type of the tightening operation (metal bolt tightening, wood screw tightening, etc.).
[0010]
Further, it is preferable that the control means stops the motor when a fourth set time has elapsed since it was determined that the screws were seated on the member to be tightened.
According to such a configuration, since the motor is further driven (that is, screwed) after the screws are seated, the screws can be tightened with a stable torque.
[0011]
It is also preferable that the control means stops the motor when a fourth set time has elapsed after the number of times that the screws are determined to be seated on the member to be tightened reaches the first set number. According to such a configuration, the seating determination is performed only for the first set number of times (a plurality of times), so that the screws can be seated more reliably.
When performing the seating determination a plurality of times, the control unit determines whether the screw has been seated on the member to be tightened for a fifth set time from when it is determined that the screw has seated on the member to be tightened. Preferably, no determination is made. By providing a time in which the seating determination is not performed immediately after the seating is determined, it is possible to eliminate the influence of a camera shake or the like at the time of sitting.
[0012]
It is also preferable that the control means stops the motor when an impact force is generated for a second set number of times from when it is determined that the screws are seated on the member to be fastened. Even with such a configuration, the screws can be tightened with a stable torque.
[0013]
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The tightening tool described in each of the above-mentioned claims can be suitably implemented in the following embodiments.
(Mode 1) The impact force generating mechanism has an oil unit that generates an impact force on a main shaft, and an output shaft of the oil unit is a main shaft.
In such an embodiment, the maximum value of the impact force transmitted to the main shaft can be adjusted by adjusting the maximum pressure generated in the oil unit. Further, damage of the oil unit caused by continuing to drive the oil unit is prevented.
[0014]
Next, an angle soft impact wrench according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows a partial cross-sectional side view of an angle soft impact wrench. In the angle soft impact wrench 1 shown in FIG. 1, a motor M (not shown in FIG. 1; however, shown in FIG. 6) as a driving source is housed and fixed in a housing 3. The planetary gear mechanism 18 is connected to the output shaft 20 of the motor M, and the oil unit 12 is connected to the output shaft 16 of the planetary gear mechanism 18 via the buffer mechanism 14.
The oil unit 12 is a known device that instantaneously generates a large impact force (oil pulse) on the output shaft 8 using the pressure of the oil contained therein. The oil pulse generated in the oil unit 12 is adjusted so that a predetermined impact force can be obtained by adjusting the maximum pressure value of the oil contained therein. The buffer mechanism 14 is a known mechanism (for example, disclosed in Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 7-31281) for preventing the shock when an oil pulse is generated by the oil unit 10 from being directly transmitted to the planetary gear mechanism 16 side. Mechanism).
The output shaft 8 of the oil unit 12 is supported by a bearing device 10 described in detail later, and a bevel gear 6 is connected to a tip of the output shaft 8. The bevel gear 6 meshes with a bevel gear 4 provided at one end of the spindle 2 that is supported at right angles to the output shaft 8. At the other end of the spindle 2, a socket (not shown) that engages with a head such as a bolt or a nut is attached.
Therefore, when the motor M rotates in the angle soft impact wrench 1, the rotation is reduced by the planetary gear mechanism 16 and transmitted to the oil unit 12. The oil unit 12 transmits the rotation transmitted from the motor 22 to the spindle 2 without generating an oil pulse because the load on the spindle 2 is low in the initial stage of starting to tighten the nuts. For this reason, the spindle 2 rotates continuously, and accordingly, the screws are also continuously tightened. On the other hand, when the screws are tightened and the load on the spindle 2 (output shaft 8) increases, an oil pulse is generated from the oil unit 12, and the screws are tightened by the impact force.
[0015]
Next, a bearing device 10 (corresponding to a rotary encoder in claims) that rotatably supports the output shaft 8 of the oil unit 12 that operates as described above will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 2 is a sectional view showing a structure of the bearing device, FIG. 3 is a diagram schematically showing a positional relationship between a magnet incorporated in the bearing device and a rotation angle detection sensor, and FIGS. It is a figure which shows the state of the detection signal output from two rotation angle detection sensors, respectively, when the shaft 8 rotates forward or backward.
As shown in FIG. 2, the bearing device 10 includes an inner cylinder 30 and an outer cylinder 34 that rotatably supports the inner cylinder 30. The inner cylinder 30 is formed with an insertion hole having substantially the same diameter as the outer diameter of the output shaft 8 of the oil unit 12 (slightly smaller than the outer diameter of the output shaft 8). The output shaft 8 of the oil unit 12 is pressed into the insertion hole from the right end side in the drawing, and the inner cylinder 30 is fixed to the output shaft 8. Therefore, when the output shaft 8 rotates, the inner cylinder 30 rotates integrally with the output shaft 8.
A cylindrical magnet mounting member 40 is fixed to the right end of the inner cylinder 30 in the drawing. A plurality of magnets 42 (shown as 42a, 42b, 42c,... In FIG. 3) are arranged at equal intervals on the outer periphery of the magnet mounting member 40. As shown in FIG. 3, the magnets 42 include magnets 42a, 42c,... Arranged such that the S pole is located on the outer peripheral side, and magnets 42b, arranged such that the N pole is located on the outer peripheral side. The magnets 42a, 42c having the south pole on the outer peripheral side and the magnets 42b having the north pole on the outer peripheral side are alternately arranged. Note that the center angle between the adjacent magnets (for example, the angle formed by the center of the magnet 42a, the center of the magnet 42b, and the rotation center of the inner cylinder 30) is the same angle of α ° as shown in FIG.
[0016]
The outer cylinder 34 is a cylindrical member having an inner diameter larger than that of the inner cylinder 30 as shown in FIG. A ball 32 is interposed between the inner cylinder 30 and the outer cylinder 34, and the inner cylinder 30 is rotatably attached to the outer cylinder 34. Therefore, when the outer cylinder 34 is housed and fixed in the housing 3, the inner cylinder 30 (that is, the output shaft 8) is rotatably supported with respect to the outer cylinder 34 (that is, the housing 3).
A cylindrical sensor mounting member 36 is fixed to the right end of the outer cylinder 34 in the drawing. Rotation angle detection sensors 38a and 38b are provided on a portion of the inner wall surface of the sensor mounting member 36 facing the magnet 42 (see FIG. 3). The rotation angle detection sensors 38a and 38b are latch-type Hall ICs that detect a change in a magnetic field and switch the state of a detection signal. The rotation angle detection sensors 38a and 38b change the state of the output signal to a LOW level when a magnetic field on the S pole side acts, and change the state of the output signal to a HIGH level when a magnetic field on the N pole side acts. Therefore, when the rotation angle detection sensors 38a, 38b are located at positions facing the magnets 42a, 42c,... With the outer peripheral side being the S pole, the state of the detection signals output from the rotation detection sensors 38a, 38b becomes LOW level, At the position facing the magnets 42b with the N pole side as the outer peripheral side, the state of the detection signal output from the rotation angle detection sensors 38a and 38b becomes HIGH level.
[0017]
Further, the rotation angle detection sensors 38a and 38b are disposed at positions shifted by the central angle θ ° (θ = α ° / 2 in the present embodiment) as well shown in FIG. Therefore, when the inner cylinder 30 (that is, the output shaft 8) rotates in the normal rotation direction, the state of the detection signals output from the rotation angle detection sensors 38a and 38b changes as shown in FIG.
For concrete description, for example, it is assumed that the rotation angle detection sensors 38a and 38b and the magnets 42a, 42b and 42c are in the state of FIG. In the state shown in FIG. 3, the rotation angle detection sensor 38a is located at a position facing the magnet 42b (the N pole is on the outer peripheral side), and thus the detection signal is at the HIGH level. On the other hand, the detection signal of the rotation angle detection sensor 38b is at the LOW level due to the magnet 42c that has already passed (the S pole is on the outer peripheral side). When the inner cylinder 30 rotates by θ ° from this state, the magnet 42b (the N pole is on the outer peripheral side) is located at a position facing the rotation angle detection sensor 38b. Therefore, the detection signal output from the rotation angle detection sensor 38b switches from the LOW level to the HIGH level. At this time, the state of the detection signal of the rotation angle detection sensor 38a remains at the HIGH level. When the inner cylinder 30 further rotates and the inner cylinder 30 rotates by α ° from the state shown in FIG. 3, the magnet 42a (the S pole is on the outer peripheral side) is located at a position facing the rotation angle detection sensor 38a. Therefore, the detection signal of the rotation angle detection sensor 38a switches from HIGH level to LOW level. Similarly, when the state of the detection signal of the rotation angle detection sensor 38a is switched and then the rotation of the inner cylinder 30 (output shaft 8) by the angle θ °, the state of the detection signal of the rotation angle detection sensor 38b is switched. Become.
When the output shaft 8 rotates in the reverse direction, the detection signals of the rotation angle detection sensors 38a and 38b change as shown in FIG. That is, when the output shaft 8 further rotates by the angle θ ° after the state of the detection signal of the rotation angle detection sensor 38b switches, the state of the detection signal of the rotation angle detection sensor 38a switches.
[0018]
As is clear from the above description, the levels of the detection signals of the rotation angle detection sensors 38a and 38b are switched each time the inner cylinder 30 (that is, the output shaft 8 of the oil unit 12) rotates by α °. Therefore, the rotation angle detection sensors 38a and 38b output one pulse wave each time the output shaft 8 rotates 2 × α °, and the microcomputer 50 described later detects the rising edge and the falling edge of this pulse wave. , A change in the rotation angle of the output shaft 8 is detected.
Here, as is clear from FIGS. 4 and 5, an edge change occurs in any of the detection signals of the rotation angle detection sensors 38a and 38b every time the output shaft 8 rotates by α ° / 2. Therefore, the minimum resolution of the change in the rotation angle of the output shaft 8 (forward rotation direction and reverse rotation direction) that can be detected by the rotation angle detection sensors 38a and 38b is α ° / 2.
[0019]
The detection signals output from the two rotation angle detection sensors 38a and 38b are shifted in phase by α ° / 2, and the direction in which the phases are shifted differs depending on the rotation direction of the output shaft 8. Therefore, the rotation direction of the output shaft 8 is detected based on the phase shift of the detection signals output from the rotation angle detection sensors 38a and 38b. That is, the determination is made based on the order in which the detection signals (rising edge and falling edge) of the rotation angle detection sensor 38a and the detection signals (rising edge and falling edge) of the rotation angle detection sensor 38b are input.
The case where the detection signal as shown in FIG. 7 is measured will be specifically described as an example. In the example of FIG. 7, since the output shaft 8 is hammered, an edge change appears only in the detection signal output from the rotation angle detection sensor 38b during the time t3 to t7.
First, the microcomputer 50 detects the rising edge of the detection signal of the rotation angle detection sensor 38a at time t1. At this time, the rotation direction is detected based on which of the rotation angle detection sensors 38a and 38b the edge change detected immediately before the edge change is. Here, it is assumed that the edge change detected immediately before is the falling edge of the rotation angle detection sensor 38b. Therefore, it is determined that the main shaft 8 is rotating in the normal rotation direction, and the rotation angle of the main shaft 8 increases by α ° / 2. Next, at time t2, a rising edge of the detection signal of the rotation angle detection sensor 38b is detected. Therefore, at time t2, it is determined that the output shaft 8 is rotating forward, and the rotation angle of the main shaft 8 increases by α ° / 2. Similarly, at times t3 and t4, the output shaft 8 is determined to be rotating forward, and the rotation angle of the main shaft 8 increases by α ° / 2.
On the other hand, at time t5, a rising edge of the detection signal of the rotation angle detection sensor 38b is detected. Therefore, an edge change is detected in the same detection signal of the rotation angle detection sensor 38b as at time t4, and it is determined that the rotation direction of the output shaft 8 has changed (that is, it is determined that the output shaft 8 has reversed). For this reason, the rotation angle of the main shaft 8 decreases by α ° / 2. Similarly, at time t6, it is determined that the rotation direction of the output shaft 8 changes and the output shaft 8 is rotating forward, and from time t7 to t9, it is determined that the output shaft 8 is rotating forward.
[0020]
The angle soft impact wrench 1 is provided with a trigger switch 22 for activating the motor M, and a lower end of the housing 3 is provided with a battery for supplying power to the motor M and a microcomputer 50 described below. The pack 24 is detachably attached.
[0021]
Next, a configuration of a control circuit of the angle soft impact wrench 1 will be described with reference to FIG. The control circuit of the angle soft impact wrench 1 according to the present embodiment is mainly configured by a microcomputer 50 housed in the housing 3.
The microcomputer 50 is a microcomputer in which a CPU 52, a ROM 54, a RAM 56, and an I / O 58 are integrated into one chip, and is connected as shown in FIG. The ROM 54 of the microcomputer 50 stores a control program for automatically stopping the driving of the motor M, which will be described in detail later, and the like.
The rotation angle detection sensors (Hall ICs) 38a and 38b are connected to predetermined input ports of the I / O 58, and detection signals output from the rotation angle detection sensors 38a and 38b are input to the microcomputer 50. ing. The battery pack 24 serving as a power supply is connected to the microcomputer 50 via a power supply circuit 64 and to the motor M via a drive circuit 62. The motor M is controlled by the microcomputer 50 via the drive circuit 62 and the brake circuit 60.
When the motor M is driven, the output shaft 8 of the oil unit 12 rotates, and accordingly, a detection signal is input to the microcomputer 50 from the rotation angle detection sensors 38a and 38b. The microcomputer 50 performs the following process based on the input detection signal, and stops the motor M by operating the brake circuit 60 at a predetermined timing.
[0022]
The RAM 56 of the microcomputer 50 is provided with storage registers R1 to R10 for storing edge changes of detection signals output from the rotation angle detection sensors 38a and 38b (see FIG. 8). The microcomputer 50 detects an edge change of the rotation angle detection sensors 38a and 38b at predetermined intervals, and stores the detected edge change and its rotation direction in the storage registers R1 to R10. Specifically, “01” is stored when an edge change in the forward rotation direction is detected, and “FF” is stored when an edge change in the reverse rotation direction is detected. If not, "00" is stored. In the example shown in FIG. 8, while the edge change is stored in the storage registers R1 to R10, the main shaft 8 rotates in the normal rotation direction by one edge change (that is, α ° / 2).
The period in which the microcomputer 50 detects an edge change is set to a sufficiently short time (0.2 ms in this embodiment), so that two or more edge changes do not occur during one period. The microcomputer 50 is programmed to store the edge changes detected sequentially from the registers R1 to R10. When the edge change is stored in all the storage registers R1 to R10, the information of the registers R2 to R10 is shifted and stored in the registers R1 to R9, and the new edge change is stored in the register R10. Be programmed. As a result, the earliest edge change is sequentially cleared.
[0023]
Next, the processing of the microcomputer 50 when tightening nuts using the angle soft impact wrench 1 configured as described above will be described with reference to the flowcharts shown in FIGS.
To tighten the nuts using the angle soft impact wrench 1, first, the operator engages the nuts with a socket attached to the tip of the spindle 2 and turns on the trigger switch 22. When the trigger switch 22 is turned on, the microcomputer 50 starts the rotation drive of the motor M and performs the processing described below.
[0024]
When the trigger switch 22 is turned on, as shown in FIG. 9, the microcomputer 50 first resets the storage registers R1 to R10, the seating detection counter C, and the auto stop timer to start the motor M (step S10). The seating detection counter C is incremented by one when it is determined that the nuts are seated on the member to be tightened. The auto stop timer is a timer for determining whether to stop the motor M.
After the initialization process, the seating detection timer T is reset (step S12). The seating detection timer T is a timer required when performing a seating detection process (steps S14 to S34) described later.
[0025]
In step S14, the microcomputer 50 starts a first edge change detection process. The first edge change detection processing will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 10, in the first edge change detection process, it is first determined whether or not an edge change has occurred in the detection signals from the rotation angle detection sensors 38a and 38b (S38). If the edge change has not occurred [NO in step S38], “00” is stored in the storage register R (S40), and the process returns to step S12 in FIG. 9 and repeats the processing from step S12.
On the other hand, if an edge change has occurred [YES in step S38], it is determined whether the edge change is in the normal rotation direction or the reverse rotation direction (S42). If the edge changes in the normal rotation direction (YES in step S42), "01" is stored in the storage register (S44, S48). If the edge changes in the reverse rotation direction (NO in step S42), "FF" is stored in the storage register. Is stored (S46, S48). When the edge change is stored in step S48, the rotation angle change amount of the main shaft 8 in the normal rotation direction (screw tightening direction) during T1 ms (first set time) before the edge change occurs. Is calculated (S50). Specifically, it is calculated by adding the edge changes stored in the storage registers R1 to R10. When step S50 ends, the process proceeds to step S16 in FIG.
[0026]
In step S16, the microcomputer 50 determines whether or not the rotation angle change amount calculated in step S50 in FIG. 10 is equal to or less than “set value 1”. In the present embodiment, “set value 1” (first set value in claims) is set to α °.
If the rotation angle change amount calculated in step S50 exceeds the “set value 1” (NO in step S16), it is determined that the main shaft 8 is not in a stopped state, and the process returns to step S12 to return to step S12. Repeat the process. On the other hand, when the rotation angle change amount calculated in step S50 is equal to or smaller than “set value 1” (YES in step S16), it is determined that the main shaft 8 has stopped rotating, and the process proceeds to step S18. .
In step S18, the edge change detected in the first edge change detection processing (specifically, steps S44 and S46 in FIG. 10) is stored in the variable r. The variable r is a variable for calculating a rotation angle change amount of the main shaft 8 during T2 ms (second set time) after the edge change occurs.
In step S20, similarly to step S18, the edge change detected in the first edge change detection processing is stored in a variable R. The variable R is a variable for calculating the amount of change in the rotation angle of the main shaft 8 in the normal rotation direction during T3 ms (third set time in claims) after the occurrence of the edge change.
In step S24, it is determined whether or not the seating detection timer T has reached T2ms. If the seating detection timer T has reached T2ms [YES in step S24], the process proceeds to step S28. If the seating detection timer T has not reached T2ms [NO in step S24], the process proceeds to step S26 to change the second edge change. Perform detection processing.
[0027]
The second edge change detection processing in step S26 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 11, in the second edge change detection processing, first, it is determined whether or not an edge change has occurred in the detection signals from the rotation angle detection sensors 38a and 38b (S52). If no edge change has occurred (NO in step S52), “00” is stored in registers R45 and r45, and the flow advances to step S62.
On the other hand, if an edge change has occurred [YES in step S52], it is determined whether the edge change is in the normal rotation direction or the reverse rotation direction (S56). In the case of an edge change in the forward rotation direction (YES in step S56), "01" is stored in the registers R45 and r45 (S58), and in the case of an edge change in the reverse rotation direction (NO in step S56), "FF" is stored in the register R45. , R45 stores “01” (S60).
In step S62, the value of the register R45 is added to the variable R, and the value of the register r45 is added to the variable r. As a result, the detected rotation angle change amount of the main shaft 8 is added to the variables R and r. In step S62, the value of the register R45 is further stored in the storage register. When step S62 ends, the process returns to step S24 in FIG. 9 and the processing from step S24 is repeated. Therefore, the processing of steps S24 and S26 is repeated until the seating detection timer T reaches T2ms (that is, until the second edge change detection processing is performed (T2 / 0.2 + 1) times).
[0028]
On the other hand, if YES in step S24 of FIG. 9 (T2ms has elapsed after the edge change), it is determined whether the absolute value of the variable r has become equal to or greater than the "set value 2" (S28). That is, after the edge change detected in the first edge change detection processing in step S14 occurs, it is determined whether the main shaft 8 has started rotating (forward rotation direction or reverse rotation direction). In the present embodiment, “set value 2” (second set value in claims) is the same value (α °) as “set value 1”.
If NO is determined in the step S28, it is determined that the edge change detected in the first edge change detecting process is not at the time when the generation of the oil pulse is started, and the process returns to the step S12 to repeat the process from the step S12. If “YES” is determined in the step S28, it is determined that the edge change detected in the first edge change detecting process is at the time when the generation of the oil pulse is started, and the process proceeds to the step S34.
In step S34, it is determined whether or not the seating detection timer T has reached T3ms. If the seating detection timer T has reached T3 ms [YES in step S34], the process proceeds to the motor stop process (S36) in step S36. If the seating detection timer T has not reached T3ms [NO in step S34], the process proceeds to step S32. The process proceeds to the third edge change detection process (S32).
[0029]
First, the third edge change detection processing in step S32 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 12, in the third edge change detection processing, first, it is determined whether or not an edge change has occurred in the detection signals from the rotation angle detection sensors 38a and 38b (S64). If no edge change has occurred (NO in step S64), “00” is stored in register R45, and the flow advances to step S74.
On the other hand, if an edge change has occurred (YES in step S64), it is determined whether the edge change is in the normal rotation direction or the reverse rotation direction (S68). If the edge changes in the forward direction (YES in step S68), "01" is stored in the register R45 (S70). If the edge changes in the reverse direction (NO in step S68), "FF" is stored in the register R45. (S72).
In step S74, the value of the register R45 is added to the variable R. As a result, the change in the rotation angle of the main shaft 8 detected every 0.2 ms is added to the variable R. In step S74, the value of the register R45 is further stored in the storage register. When step S74 ends, the process returns to step S30 in FIG. 9 and the processing from step S30 is repeated. Therefore, the processing of steps S28 to S34 is repeated until the seating detection timer T reaches T3ms (that is, the third edge detection processing is performed ((T3−T2) /0.2) times).
[0030]
Next, the motor stop process in step S36 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 13, in the motor stop processing, first, the value of the variable R (that is, the rotation of the main shaft 8 in the normal rotation direction until T3 ms elapses from the edge change detected in the first edge change detection processing). It is determined whether or not the (angle change amount) is equal to or less than the “set value 3” (S76). It is preferable that the “set value 3” be set to an appropriate value in accordance with the type of screws (for example, mechanical screws such as wood screws and bolts and nuts) and the type of tightening operation.
If the variable R exceeds "set value 3" (NO in step S76), the process proceeds to step S84 assuming that the screws are not seated, and if the variable R is within "set value 3" (YES in step S76), The process proceeds to step S78 assuming that the screws are seated. That is, in the present embodiment, the change amount of the rotation angle at which the main shaft 8 rotates in the normal rotation direction by one oil pulse (impact force) becomes smaller after the screws are seated than before the screws are seated. Is used to determine the seating of the screws.
In the case of YES in step S76, 1 is added to the seating detection counter C (S78), and it is determined whether the seating detection counter C becomes 2 (S80). If the seating detection counter C is not 2 (NO in step S80), the process proceeds to step S84 to perform the second seating detection. On the other hand, if the seating detection counter C is 2 (YES in step S80), the automatic stop timer is started (S86), and it is determined whether the automatic stop timer has reached the set time T4 (fourth set time in claims). (S88). If the auto stop timer has not reached the set time T4 (NO in step S88), the process waits until the auto stop timer reaches the set time T4. Conversely, if the auto stop timer has reached the set time T4 (YES in step S88), the motor M is stopped (S90).
On the other hand, when the process proceeds to step S84, it is determined whether or not the seating detection timer T matches T5ms (S84). If the seating detection timer T does not match T5ms (NO in step S84), the control waits until the seating detection timer T reaches T5ms. If the seating detection timer T matches T5ms (YES in step S84), the process returns to step S12 in FIG. 9 and repeats the processing from step S12. Therefore, when the seating determination is performed, the next seating determination is not performed until T5 ms (fifth set time in claims) has elapsed. Therefore, since the camera shake or the like caused by the seating of the screws does not affect the next seating determination, it is possible to accurately detect the seating of the screws.
[0031]
As is apparent from the above description, in this embodiment, the edge change of the rotation angle detection sensors 38a and 38b and the rotation direction are stored in the storage registers R1 to R10 at predetermined intervals, so that the edge change is detected. The motion state (stop or rotation) of the previous spindle 8 is determined. When it is determined that the main shaft 8 is stopped, the motion state (stop or rotation) of the main shaft 8 after the edge change is detected is measured. It is determined whether or not it is the time to start generating a pulse. Therefore, the rotation pulse detection sensors 38a and 38b for detecting a change in the rotation angle of the main shaft 8 specify the time point at which the generation of the oil pulse is started, so that the conventionally required impact sensor can be omitted.
[0032]
As described above, a preferred embodiment of the present invention has been described in detail. However, this is merely an example and does not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and alterations of the specific examples illustrated above.
For example, in the above-described embodiment, the rotation of the motor M is stopped a predetermined time after the screws are seated. However, the present invention is not limited to such an example, and the impact force (strike) applied to the main shaft is not limited to this example. The number of times may be counted, and the driving of the motor M may be stopped when the number of hits reaches a predetermined number.
Further, in the above-described embodiment, the oil unit is used as the impact force generating mechanism. However, as the mechanism for generating the impact force, various other mechanisms, for example, a mechanical impact force generating mechanism that strikes the anvil with a hammer may be used. The present invention can be applied to a tightening tool having the same.
[0033]
Further, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical utility singly or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Further, the technology illustrated in the present specification or the drawings simultaneously achieves a plurality of objects, and has technical utility by achieving one of the objects.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional side view of an angle soft impact wrench according to an embodiment.
FIG. 2 is a sectional view showing the structure of the bearing device.
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a positional relationship between a magnet incorporated in the bearing device and a rotation angle detection sensor.
FIG. 4 is a diagram showing a state of detection signals output from two rotation angle detection sensors when the output shaft rotates forward.
FIG. 5 is a diagram illustrating a state of detection signals output from two rotation angle detection sensors when the output shaft reverses.
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a control circuit of the angle soft impact wrench.
FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a relationship between detection signals of rotation angle detection sensors 38a and 38b and a change in rotation angle of a main shaft 8.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a storage register provided in a RAM of the microcomputer.
FIG. 9 is a flowchart of an automatic stop process performed by the microcomputer.
FIG. 10 is a flowchart of a first edge change detection process.
FIG. 11 is a flowchart of a second edge change detection process.
FIG. 12 is a flowchart of a third edge change detection process.
FIG. 13 is a flowchart of a motor stop process.
[Explanation of symbols]
1 · · Angle soft impact wrench
8 ··· Output shaft
10..Bearing device
12. Oil unit
22. Trigger switch
30 ... Inner cylinder
34 ... outer cylinder
36 ·· Sensor mounting member
38a, 38b ··· Rotation angle detection sensor
40 ・ ・ Magnet mounting member
42 ... magnet

Claims (7)

モータの回転が衝撃力発生機構を介して主軸に伝達され、主軸が回転することによってネジ類の締付を行う締付工具であって、
主軸の回転角変化とその回転方向を検出するロータリーエンコーダと、
ロータリーエンコーダと接続され、ロータリーエンコーダから出力される信号に基づいてモータを制御する制御手段とを有し、
その制御手段は、
(1)予め設定された周期でロータリーエンコーダによって検出される主軸の回転角変化量とその回転方向を記憶し、
(2)主軸に回転角変化が生じたときに、記憶されている主軸の回転角変化量とその回転方向とから、その回転角変化から第1設定時間だけ遡った時点からその回転角変化が生じた時点までの主軸のネジ締め方向の回転角変化量を算出し、
(3)算出された回転角変化量が第1設定値以内のときに、その回転角変化から第2設定時間が経過するまでの主軸の回転角変化量の絶対値を算出し、
(4)算出された回転角変化量の絶対値が第2設定値以上となるときに、上記(2)の回転角変化が生じた時を衝撃力の発生開始時であると判断する、
ことを特徴とする締付工具。
Rotation of the motor is transmitted to the main shaft through an impact force generating mechanism, a tightening tool for tightening screws by rotating the main shaft,
A rotary encoder that detects a change in the rotation angle of the main shaft and its rotation direction,
Connected to a rotary encoder, having control means for controlling the motor based on a signal output from the rotary encoder,
The control means is
(1) storing a rotation angle change amount and a rotation direction of a main shaft detected by a rotary encoder at a preset cycle,
(2) When the rotation angle of the main shaft changes, the change of the rotation angle from the stored rotation angle change amount of the main shaft and its rotation direction from the point of time that is set back from the rotation angle change by the first set time is obtained. Calculate the amount of change in the rotation angle of the spindle in the screw tightening direction up to the point of occurrence,
(3) when the calculated rotation angle change is within the first set value, calculate the absolute value of the main shaft rotation angle change from the rotation angle change until the second set time elapses;
(4) When the calculated absolute value of the change in the rotation angle is equal to or greater than the second set value, it is determined that the time when the change in the rotation angle in (2) occurs is the time when the generation of the impact force is started.
A tightening tool, characterized in that:
モータの回転が衝撃力発生機構を介して主軸に伝達され、主軸が回転することによってネジ類の締付を行う締付工具であって、
主軸の回転角変化とその回転方向を検出するロータリーエンコーダと、
ロータリーエンコーダにより検出された回転角変化が、(1)その回転角変化から第1設定時間だけ遡った時点からその回転角変化が生じた時点までの主軸のネジ締め方向の回転角変化量が第1設定値以内であり、かつ、(2)その回転角変化から第2設定時間が経過するまでの主軸の回転角変化量の絶対値が第2設定値以上であるときに、その回転角変化が生じた時を衝撃力の発生開始時と判断する制御手段、
とを有することを特徴とする締付工具。
Rotation of the motor is transmitted to the main shaft through an impact force generating mechanism, a tightening tool for tightening screws by rotating the main shaft,
A rotary encoder that detects a change in the rotation angle of the main shaft and its rotation direction,
The rotation angle change detected by the rotary encoder is: (1) The rotation angle change amount of the main shaft in the screw tightening direction from the time when the rotation angle changes by a first set time to the time when the rotation angle change occurs is the (2) when the absolute value of the amount of change in the rotation angle of the spindle from the change in the rotation angle to the elapse of the second set time is equal to or greater than the second set value, Control means for judging the occurrence of the impact as the start of the generation of the impact force,
And a fastening tool.
前記制御手段は、さらに、衝撃力発生開始時であると判断された主軸の回転角変化から第3設定時間が経過するまでの主軸のネジ締め方向の回転角変化量が第3設定値以下となるとき、ネジ類が被締結部材に着座したと判断することを特徴とする請求項1又は2に記載の締付工具。The control means may further include: a change amount of the rotation angle of the main shaft in the screw tightening direction from a change in the rotation angle of the main shaft determined to be at the time of the start of the impact force until the third set time elapses is equal to or less than a third set value. 3. The fastening tool according to claim 1, wherein it is determined that the screws are seated on the member to be fastened. 前記制御手段は、ネジ類が被締付部材に着座したと判断されたときから第4設定時間だけ経過したときにモータを停止させることを特徴とする請求項3に記載の締付工具。4. The tightening tool according to claim 3, wherein the control unit stops the motor when a fourth set time has elapsed since it was determined that the screws were seated on the member to be tightened. 前記制御手段は、ネジ類が被締付部材に着座したと判断された回数が第1設定回数となったときから第4設定時間だけ経過したときにモータを停止させることを特徴とする請求項4に記載の締付工具。The control means stops the motor when a fourth set time has elapsed from when the number of times that the screws are determined to be seated on the member to be tightened reaches the first set number. 4. The fastening tool according to 4. 前記制御手段は、ネジ類が被締付部材に着座したと判断されたときから第5設定時間の間はネジ類が被締付部材に着座したか否かの判断を行わないことを特徴とする請求項5に記載の締付工具。The control means does not determine whether or not the screws are seated on the member to be tightened for a fifth set time from when it is determined that the screws are seated on the member to be tightened. The tightening tool according to claim 5, wherein 前記制御手段は、ネジ類が被締結部材に着座したと判断されたときから第2設定回数だけ衝撃力が発生したときにモータを停止させることを特徴とする請求項3に記載の締付工具。4. The tightening tool according to claim 3, wherein the control means stops the motor when an impact force is generated for a second set number of times from when it is determined that the screws are seated on the member to be fastened. .
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