JP2005118911A - 締付け工具 - Google Patents

Abstract

【課題】 着座時点で確実にモータの回転を停止させることができる締付け工具を提供する。
【解決手段】 トルク推定部１４により推定された締付けトルクＴを基に着座を判定してモータ１を停止させる締付け判定部２１を備えた締付け工具において、前記締付け判定部２１を、締付けトルクＴの変化の割合であるトルク変動量ΔＴ、及び、前記トルク変動量ΔＴの変化の割合であるトルク変動率ΔΔＴを算出するとともに、トルク変動率ΔΔＴが連続して正となる区間内のトルク変動率ΔΔＴの積算値或いは積分値が所定の閾値Ｃを超えた後に、トルク変動率ΔΔＴが正から負に至り、尚且つ締付けトルクＴが所定の下限トルクＴ１を超えた場合に、着座と判定するものとする。更に、前記下限トルクＴ１を作業者が自在に設定するためのトルク設定スイッチ２３を備えておく。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ねじやボルト等の締付け作業に用いる締付け工具に関するものである。

従来から、ねじやボルト等の締結具の締付け作業に用いられる締付け工具として、内蔵してあるモータの回転力を利用して上記締付け作業を行い、締結具が着座して所望の締付けトルクに達した時点で自動的にモータの回転を停止させる自動停止機能を有したものがある。この自動停止機能としては、例えば締付け工具がインパクト工具であるものにおいてハンマによる打撃を検出してその打撃回数を基に制御する方式のもの（例えば特許文献１）や、ねじ等の回転角を測定してこれが設定した回転角に達すればモータの回転を停止させる方式のもの（例えば特許文献２）や、実際の締付けトルクを測定してこれが設定したトルクに達すればモータの回転を停止させる方式のもの（例えば特許文献３）がある。しかし、上記の各種方式うち、打撃回数を基に制御する方式のものや、回転角を測定する方式のものにあっては、期待される締付けトルクと実際の締付けトルクとの間に大きな差が生じる場合があり、これにより、締付け不足や、過度の締付けによる部材破壊が発生するという問題があった。また、締付けトルクを測定する方式のものにあっては、実際の締付けトルクが得られることで高精度での制御が可能になるものの、出力軸にトルク測定手段を設ける必要があることからコストの増大や装置の大型化を招いてしまうといった問題があった。

そこで、上記各方式の問題を解決すべく、例えばインパクト工具であるものにおいてハンマによる打撃エネルギや締結具の回転速度を基に締付けトルクを推定するとともに、その推定トルクが大きく上昇した時点で着座に至ったと判定してモータの回転を停止させる方式のものが提案されている（特許文献４を参照）。しかしながら、この方式のものにあっては、組み立て上の不具合により生じる一時的な締付けトルクの上昇を着座によるものと判定して、締付け完了前にモータを停止させてしまうといった問題があった。この問題を解決するために、締付けトルクが所定の閾値を超えた場合にのみモータを停止させるようにして、不具合による一時的なトルク上昇に対する誤作動を防止することも考えられるが、実際の作業においてはねじやボルト等の締結具として多様な形体や材質のものを用い、またこれら締結具が締結される被締結部材としても多様な形体や材質のものを用いることを考慮すれば、上記の締付けトルクに対する閾値を一概に設定しただけでは着座時点で確実にモータの回転を停止させることは困難である。なお、前記の不具合としては、ねじ溝の不揃いや、ボルトとナットとの間に挟持した部材の微妙な湾曲や、ボルトとナットの中心軸のずれや、塵の巻き込みや、ねじ穴表面にある焼付け塗装の削り取りや、中間部材の浮き等が挙げられる。
特開平４−３２２９７４号公報 特開平９−２８５９７４号公報 特開平６−９１５５１号公報 特開２００１−２７７１４６号公報

本発明は上記問題点に鑑みて発明したものであって、多様な種類の締結具や被締結部材を用いて作業する場合であっても、一時的なトルク上昇に反応することなく着座時点で確実にモータの回転を停止させることができる締付け工具を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明を、モータ１と、モータ１の回転及び停止の制御を行うモータ制御手段３１と、モータ１の回転力を伝達してねじやボルト等の締結具の締付け作業を行う動力伝達手段１０と、締結具の締付けトルクＴを推定するトルク推定手段１５と、トルク推定手段１５により推定される締付けトルクＴを用いて締結具の着座を判定してモータ制御手段３１にモータ１の停止指令を出力させる締付け判定手段３３とを備えた締付け工具であって、前記締付け判定手段３３を、締付けトルクＴのモータ１の回転角又は時間変化に対する変化の割合であるトルク変動量ΔＴ、及び、モータ１の回転角又は時間変化に対する前記トルク変動量ΔＴの変化の割合であるトルク変動率ΔΔＴを算出するとともに、トルク変動率ΔΔＴが連続して正となる区間内のトルク変動率ΔΔＴの積算値或いは積分値が所定の閾値Ｃを超えた後に、トルク変動率ΔΔＴが正から負に至り、尚且つ締付けトルクＴが所定の下限トルクＴ１を超えた場合に、着座と判定するものとし、前記下限トルクＴ１を作業者が自在に設定するためのトルク条件設定手段２４を備えたものとする。締付け作業において、締結具の着座後にはトルク変動率ΔΔＴにピーク曲線が現れるものであるから、上記のような着座判定を行う締付け工具とすることで、締結具が着座した直後にモータ１を自動的に停止させることができる。しかも、トルク変動率ΔΔＴが連続して正となる区間内のトルク変動率ΔΔＴの積算値或いは積分値が所定の閾値Ｃを超えること、及び、締付けトルクＴが下限トルクＴ１を超えることを着座と判定する条件としていることで、締結具が着座する前に不具合に起因したトルク変動率ΔΔＴのピーク曲線が発生した場合であっても、このピーク曲線に反応してモータ１を停止させることがないものである。これは、不具合に起因するピーク曲線は着座によるピーク曲線よりも小さく、また不具合発生時点での締付けトルクＴが、着座時点での締付けトルクＴよりも小さいことが通常だからである。更に、下限トルクＴ１は自在に設定可能であるから、多様な種類の締結具や被締結部材を用いて作業する場合であっても、この作業に応じて予め下限トルクＴ１を適当なトルク値に設定しておけば着座時点で確実にモータ１の回転を停止させることができるものである。

上記の閾値Ｃについては、トルク条件設定手段２４により設定した下限トルクＴ１の値に対応して設定されるものとすることも好ましく、例えば下限トルクＴ１が大きくなる程に閾値Ｃが大きな値となるように設定しておけば、作業内容に応じてわざわざ閾値Ｃを設定せずとも、常に適当な値の閾値Ｃによって着座判定を行うことができるものである。

また、上記課題を解決するために本発明を、モータ１と、モータ１の回転及び停止の制御を行うモータ制御手段３１と、モータ１の回転力を伝達してねじやボルト等の締結具の締付け作業を行う動力伝達手段１０と、締結具の締付けトルクＴを推定するトルク推定手段１５と、トルク推定手段１５により推定される締付けトルクＴを用いて締結具の着座を判定してモータ制御手段３１にモータ１の停止指令を出力させる締付け判定手段３３とを備えた締付け工具であって、前記締付け判定手段３３を、締付けトルクＴのモータ１の回転角又は時間変化に対する変化の割合であるトルク変動量ΔＴ、及び、モータ１の回転角又は時間変化に対する前記トルク変動量ΔＴの変化の割合であるトルク変動率ΔΔＴを算出し、締付けトルクＴが所定の下限トルクＴ１を超えたうえでトルク変動率ΔΔＴが正から負に至った場合か、或いは、締付けトルクＴが所定の下限トルクＴ１を超えたうえでトルク変動率ΔΔＴが正から負に至った後にトルク変動量ΔＴが正から負に至った場合に、着座と判定するものとし、締付け判定手段３３の着座判定として前者の場合に着座と判定する方式と後者の場合に着座と判定する方式のうち一方を選択する選択手段２５と、前記下限トルクＴ１を作業者が自在に設定するためのトルク条件設定手段２４とを備えたものとしてもよい。この締付け工具も、締結具の着座後にトルク変動率ΔΔＴのピーク曲線が現れることを利用して、モータ１を着座後に自動的に停止させるものであり、着座と判定する条件として締付けトルクＴが所定の下限トルクＴ１を超えたうえでトルク変動率ΔΔＴが正から負に至ることを選択した場合には、着座後に締付けトルクＴがピークに達する前にモータ１を停止させることができ、着座と判定する条件として締付けトルクＴが所定の下限トルクＴ１を超えたうえでトルク変動率ΔΔＴが正から負に至った後にトルク変動量ΔＴが正から負に至ることを選択した場合には、締付けトルクＴが略ピークに達した時点でモータ１を停止させることができる。前者の場合は木工作業等の低トルク作業に適しており、後者の場合は金工作業等の高トルク作業に適しているので、作業者は選択手段２５によって作業に適した着座判定の条件を容易に選択することができる。しかも、下限トルクＴ１は設定自在であるから、多様な種類の締結具や被締結部材を用いて作業する場合であっても、作業に応じて予め下限トルクＴ１を適当なトルク値に設定し、着座判定の条件として適当なものを選択しておくことで、モータ１の回転を適切な時点で確実に停止させることができるものである。

上記の選択手段２５については、トルク条件設定手段２４により設定される下限トルクＴ１が所定値以下であるときは前者の場合（即ち、締付けトルクＴが所定の下限トルクＴ１を超えたうえでトルク変動率ΔΔＴが正から負に至った場合）に着座と判定する方式を自動的に選択し、トルク条件設定手段２４により設定される下限トルクＴ１が前記所定値を超えるときは後者の場合（即ち、締付けトルクＴが所定の下限トルクＴ１を超えたうえでトルク変動率ΔΔＴが正から負に至った後にトルク変動量ΔＴが正から負に至った場合）に着座と判定する方式を自動的に選択するものとすることも好ましく、このようにすることで、トルク条件設定手段２４により低トルク作業を選択した場合には、締付けトルクＴがピークに達する前にモータ１を停止させる条件を自動的に選択することができ、また、トルク条件設定手段２４により高トルク作業を選択した場合には、締付けトルクＴが略ピークに達した時点でモータ１を停止させる条件を自動的に選択することができる。

そして、上記したいずれの締付け工具においても、トルク条件設定手段２４を、下限トルクＴ１とともに上限トルクＴ２を設定するものとし、締付け判定手段３３を、着座の判定前に締付けトルクＴが上限トルクＴ２を超えた場合には、モータ制御手段３１にモータ１の停止指令を出力させるものとすることが、ねじばかや部材破壊を防止するという面では好ましい。このようにすることで、着座判定に失敗した場合であっても締付けトルクＴが上限トルクＴ２に達した時点で確実にモータ１を停止させることができるものである。

ここで、下限トルクＴ１と上限トルクＴ２とが一定割合の関係に設定されるようにしてもよいし、上限トルクＴ２に対する下限トルクＴ１の割合が、上限トルクＴ２が小さくなる程に大きな割合に設定されるようにしてもよいし、また、下限トルクＴ１が、予め複数段階に設定してあるトルク値うち上限トルクＴ２の１段階下のトルク値に設定されるようにしてもよい。このようにすることで、下限トルクＴ１と上限トルクＴ２の一方を設定するだけで他方をも自動的に設定することができる。特に、上限トルクＴ２が小さくなる程に上限トルクＴ２に対する下限トルクＴ１の割合が大きな割合に設定されるようにすることで、例えば柔らかい石膏ボードにねじ締めを行う等の低トルク作業では上限トルクＴ２により着座後すぐにモータ１を停止させることができ、金工作業等の高トルク作業においては着座して確実な締付けが行われた後にモータ１を停止させることができるものである。

また、上記したいずれの締付け工具においても、締付け判定手段３３を、前記の方式によって（即ち、下限トルクＴ１を用いた通常の着座判定によって）締結具の着座を判定した場合か、或いは、トルク条件設定手段２４により設定されるトルク値を上限トルクＴ２として締付けトルクＴが該上限トルクＴ２を超えた場合に、モータ１の停止指令を出力させるものとし、更に、前者の場合と後者の場合のうち一方を選択する選択手段３６を備えることによって、作業者は選択手段３６を操作するだけで、例えば高トルク作業においては下限トルクＴ１を用いた通常の着座判定によりモータ１を停止させるとともに、低トルク作業においては下限トルクＴ２を用いずに上限トルクＴ２に達した時点でモータ１を停止させるといった、作業に応じた停止処理の切替えが可能になるものである。

上記の選択手段３６については、この選択手段３６を、トルク条件設定手段２４により設定されるトルク値を基に自動的に選択するものとし、トルク値が所定値を超えるときは、前記の方式により締結具の着座を判定した場合にモータ１の停止指令を出力させ、トルク値が所定値を下回るときは、該トルク値を上限トルクＴ２として締付けトルクＴが上限トルクＴ２を超えた場合にモータ１の停止指令を出力させるものとすることも好ましい。このようにすることで、低トルク作業に適した停止処理と高トルク作業に適した停止処理の切替えが自動的に行われるものである。

また、上記したいずれの締付け工具においても、トルク条件設定手段２４を、締結具の種類を設定する締結具設定手段４０と、前記締結具が締結される被締結部材の種類を設定する被締結部材設定手段４１とで形成することが、トルク条件の設定を作業者にとって容易なものにするといった面で好ましい。締結具設定手段４０での設定と被締結部材設定手段４１での設定との組合せに応じてトルク条件が選択されることで、使用者は例えば締結部材の長さや被締結部材の材質を入力するだけでよく、使い勝手のよい締付け工具となるものである。

本発明は、多様な種類の締結具や被締結部材を用いて作業する場合であっても、一時的なトルク上昇に反応することなく着座時点で確実にモータの回転を停止させることができるという効果を奏するものである。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。図１には、本発明の実施の形態における第一例の締付け工具を示している。本例の締付け工具は、締付けトルクＴが所定値を超えるとハンマ４がアンビル５に対する打撃を繰り返し行い、この打撃による強力な締付けトルクＴでねじやボルト等の締結具（図示せず）の締付け作業を確実に行うことのできるインパクト工具であって、本体ハウジング（図示せず）内に、駆動源であるモータ１と、モータ１の回転力を伝達して締結具の締付け作業を行う動力伝達手段１０とを備えたものである。前記動力伝達手段１０として具体的には、モータ１の回転を伝達される減速機２と、減速機２を介してモータ１により回転駆動される駆動軸３と、駆動軸３にカム機構（図示せず）を介して軸方向にスライド自在に嵌合して共に回転運動を行うハンマ４と、ハンマ４との係合により回転運動を行うアンビル５と、ハンマ４をアンビル５側に付勢する付勢手段６と、アンビル５に連結されて締結具にまで回転力を伝達するビット７とを備えており、前記カム機構により、ハンマ４とアンビル５との回転方向の衝撃的な係合が打撃として繰り返し行われる構造となっている。

モータ１は、モータ制御手段３１であるモータ制御回路８によりその回転及び停止が制御されるものであり、該モータ制御回路８には、トリガスイッチ９の引き込み量に応じてモータ制御部３０を介して回転や停止の指令が出力されるようになっている。また、本例の締付け工具には、ハンマ４によるアンビル５への打撃を検出する打撃検出手段１１と、アンビル５の回転角を検出する回転角検出手段１２と、前記各手段１１，１２からの出力を基に１打撃毎のアンビル５の回転角Δｒを算出するアンビル回転角演算部１３と、アンビル回転角演算部１３から得られる前記回転角Δｒを基に締付けトルクＴを推定するトルク推定部１４とを備えており、前記の各構成によりトルク推定手段１５を形成している。

前記打撃検出手段１１として具体的には、ハンマ４がアンビル５に衝突する際に発生する打撃音を電圧として検出するマイク１６を設置している。また、前記回転角検出手段１２として具体的には、アンビル５と一体に回転するスリット入りのディスク１７と、ディスク１７の回転角を検出する透過型フォトインタラプタ１８とで構成されるロータリエンコーダ１９を設置しており、アンビル５の回転角がパルス信号として検出されるようになっている。マイク１６とロータリエンコーダ１９は共に、バンドパスフィルタやコンパレータで構成される波形整形回路２０を介してアンビル回転角演算部１３に接続されており、マイク１６で検出された打撃信号とロータリエンコーダ１９で検出された回転角信号とが、波形整形回路２０によりノイズ処理されてアンビル回転角演算部１３に送られるものである。

アンビル回転角演算部１３では、上記したように１打撃毎のアンビル５の回転角Δｒを順次算出してゆき、この算出結果を基にトルク推定部１４で締付けトルクＴを順次算出してゆく。トルク推定部１４での締付けトルクＴの算出は、打撃により与えられるエネルギと締付けで消費されるエネルギとが略等しいとする関係から得られる式、Ｔ＝（Ｊ×ω^２）／（２×Δｒ）を用いることで行われる。なお、ここで、Ｊはアンビル５の慣性モーメントであり、ωは打撃発生時点でのアンビル５の回転速度である。回転速度ωについては、ロータリエンコーダ１９で検出される回転角信号のパルス幅により求められるので、前記の式において１打撃毎のアンビルＴの回転角Δｒを入力すれば推定トルクＴが算出されるものである。

ここで、本例のトルク推定手段１５を構成する打撃検出手段１１や回転角検出手段１２としては、図２や図３に示す別形態のものであっても構わない。図２に示すものは、回転角検出手段１２を、ロータリエンコーダ１９でなく、モータ１の回転角又は回転量を検出する周波数ジェネレータ（ＦＧ）２８を用いて構成したものである。周波数ジェネレータ２８は、その回転数に比例した周波数信号を発生し、波形整形回路２０を介してモータ１の回転速度に応じたパルス幅の信号をアンビル回転角演算部１３に対して出力するものである。アンビル回転角演算部１３では、打撃検出手段１１であるマイク１６から打撃検出処理部２９を介して検出された１回の打撃毎に、Δｒ＝ΔＲＭ／Ｋ−ＲＩ、の関係式を用いてアンビル５の回転角Δｒを順次算出してゆく。ここで、ΔＲＭは打撃間のモータ１の回転角であり、Ｋはモータ１とアンビル５との間の減速比であり、ＲＩはハンマ４の空転角（例えばハンマ４による打撃回数が１回転当り２回であればπ、１回転当り３回であれば２／３π）である。打撃発生時点でのアンビル５の回転速度ωは、モータ１の回転速度を減速機２での減速比Ｋで除することでおおよその値が得られるものであるから、トルク推定部１４において、周波数ジェネレータ２８に接続されるモータ速度演算部２２から得られるモータ１の回転速度を基に打撃発生時点でのアンビル５の回転速度ωを算出するとともに、この回転速度ωと、アンビル回転角演算部１３で得た１打撃毎のアンビル５の回転角Δｒとを用いて推定トルクＴを算出することができる。

また、図３に示すものは、図２に示したように回転角検出手段１２を周波数ジェネレータ２８を用いて構成するとともに、打撃検出手段１１についてもこれをマイク１６ではなく前記周波数ジェネレータ２８を用いて構成したものである。具体的には、打撃発生時には負荷変動によりモータ１の回転速度が若干低下し、周波数ジェネレータ２８から出力される周波数信号のパルス幅が若干長くなることを利用して、打撃検出処理部２９においてこのパルス幅の変動を打撃として検出するようになっている。なお、図１や図２に示すマイク１６の代りに加速度センサ（図示せず）を配し、この加速度センサを用いて打撃検出手段１１を構成しても構わない。

次に、本例の締付け判定手段３３である締付け判定部２１について説明する。締付け判定部２１は、トルク推定部１４にて推定された締付けトルクＴを用いて締結具の着座を判定し、着座と判定した時点でモータ制御回路８にモータ１の停止指令を出力させるものである。着座判定の方法として具体的には、まずトルク推定部１４にて打撃毎に算出される締付けトルクＴを基に、締付けトルクＴのモータ１の回転角（又は時間変化）に対する変化の割合であるトルク変動量ΔＴを算出し、更に、モータ１の回転角（又は時間変化）に対する前記トルク変動量ΔＴの変化の割合であるトルク変動率ΔΔＴを算出する。トルク変動量ΔＴやトルク変動率ΔΔＴとしては、単純に今回の値と前回の値との差分をとって算出するようにしてもよいが、全体の傾向としてとらえる為には移動平均の差分として算出することが望ましい。本例の締付け工具においては、ΔＴ＝（Ｔの４回移動平均）−（Ｔの１６回移動平均）、ΔΔＴ＝（ΔＴの２回移動平均）−（ΔＴの８回移動平均）、として算出するものとする。

そして、締付け判定部２１においては、上記のようにしてトルク変動量ΔＴとトルク変動率ΔΔＴとを算出するとともに、締付けトルクＴが、後述のトルク設定スイッチ２３により予め設定してある所定の下限トルクＴ１を超えたうえで、トルク変動率ΔΔＴが正から負に至った場合に、着座と判定してモータ制御回路８にモータ１の停止指令を出力させるようになっている（図８のフローチャートを参照）。これは、図６に示すように、締付け作業においては締結具が着座した後に締付けトルクＴが大きく上昇し（図中のピーク山Ｐ３）、このときトルク変動率ΔΔＴにもピーク曲線Ｓ３が現れることを利用して、着座を判定しようとするものである。通常はトルク変動率ΔΔＴにおいて着座によるピーク曲線Ｓ３が発生する以前にも、不具合による締付けトルクＴの上昇（図中のピーク山Ｐ１，Ｐ２）に起因したピーク曲線Ｓ１，Ｓ２が発生し、これが誤作動の原因となるものであるが、これら不具合によるピーク曲線Ｓ１，Ｓ２の発生時の締付けトルクＴが着座によるピーク曲線Ｓ３の発生時の締付けトルクＴよりも小さいことから、図７に示すように下限トルクＴ１を適当なトルク値に設定して締付けトルクＴがこれを超えていなければモータ１を停止させないようにすることで、不具合によるトルク上昇の時点で誤作動することなく着座によるトルク上昇の時点で確実にモータ１を停止させることができるものである。

上記トルク設定スイッチ２３が、作業者が下限トルクＴ１を自在に設定するためのトルク条件設定手段２２を構成するものであって、例えば図４や図５に示すような構造を備えている。トルク設定スイッチ２３として図４に示すものは、ダイヤル部分３２の回転量に応じてトルク値を設定する方式のスイッチであり、「１」〜「９」までの数字で表される９段階のトルク値と、「切」により表される無限大のトルク値（即ち、この場合は着座判定によりモータ１を自動的に停止させない）から一つを選択可能となっている。また、図５に示すものは、プラススイッチ３４とマイナススイッチ３５の操作により、「１」〜「９」までの数字を付したＬＥＤのうち点灯するＬＥＤの数を増減させるとともに、点灯するＬＥＤの数に応じて、９段階のトルク値と無限大のトルク値から一つを選択可能となっている。なお、無限大のトルク値を選択した場合には全てのＬＥＤが消灯されるものである。したがって、作業者は締結具やこれが締結される被締結部材の種類に応じて図４や図５に示すようなトルク設定スイッチ２３を操作して、適当な下限トルクＴ１を容易に設定可能である。

次に、本発明の実施の形態における第二例の締付け工具について説明するが、第一例の構成と同様の構成については説明を省略し、特徴的な構成についてのみ以下に詳しく述べる。本例の締付け工具の締付け判定部２１においては、第一例と同様にトルク変動量ΔＴとトルク変動率ΔΔＴとを算出するとともに、このトルク変動率ΔΔＴが連続して正となる区間内の打撃毎のトルク変動率ΔΔＴの積算値Σ（ΔΔＴ）が所定の閾値Ｃを超えた後に、トルク変動率ΔΔＴが正から負に至り、尚且つ締付けトルクＴが所定の下限トルクＴ１を超えた場合に、着座と判定するものとしている（図１１のフローチャートを参照）。これは、図９に示すように締結具が着座した後には締付けトルクＴが大きく上昇し（図中のＰ３）、このときトルク変動率ΔΔＴにもピーク曲線Ｓ３が現れることを利用して着座を判定するものであり、第一例と同様に適当な下限トルクＴ１を設定しておきこれを締付けトルクＴと比較すること、及び、これに加えてトルク変動率ΔΔＴの上記積算値Σ（ΔΔＴ）と閾値Ｃとを比較することで、不具合によるトルク上昇の時点での誤作動を更に確実に防止しようとするものである。

これは、不具合によるピーク山Ｐ１，Ｐ２発生時のピーク曲線Ｓ１，Ｓ２におけるトルク変動率ΔΔＴの上記積算値Σ（ΔΔＴ）が、着座によるピーク山Ｐ３発生時のピーク曲線Ｓ３におけるトルク変動率ΔΔＴの上記積算値Σ（ΔΔＴ）よりも小さいことを利用したものであり、閾値Ｃを、不具合によるピーク曲線Ｓ１，Ｓ２の上記積算値Σ（ΔΔＴ）よりも大きく、且つ、着座によるピーク曲線Ｓ３の上記積算値Σ（ΔΔＴ）よりも小さな適当な値に設定しておくことで、不具合によるトルク上昇の時点で誤作動することなく着座によるトルク上昇の時点で確実にモータ１を停止させることができるものである。例えば、図９において不具合によるピーク山Ｓ２発生時の締付けトルクＴは下限トルクＴ１を超えているものの、ピーク曲線Ｓ２の上記積算値Σ（ΔΔＴ）が閾値Ｃを下回っているためにモータ１を停止させる誤作動が生じないようになっている。上記積算値Σ（ΔΔＴ）は、図１０に示すピーク曲線Ｓ１を例にとれば、トルク変動率ΔΔＴが連続して正となる区間内に生じる打撃毎のトルク変動率ΔΔＴの和Σ（ΔΔＴ）＝ΔΔＴ１０＋ΔΔＴ１０１＋ΔΔＴ１０２＋…＋ΔΔＴ１１、となる。また、上記のような積算値の代りに、トルク変動率ΔΔＴが連続して正である区間内のトルク変動率ΔΔＴの時間軸による積分値を用いても構わない。

なお、前記閾値Ｃは、トルク設定スイッチ２３により設定した下限トルクＴ１の値に対応して自動的に設定されることが好適である。具体的には、例えば閾値Ｃ＝（定数）×（トルク設定スイッチ２３のダイヤル数値）とし、下限トルクＴ１が大きくなる程に閾値Ｃが大きな値となるように設定しておけば、作業内容に応じてわざわざ閾値Ｃを設定せずとも、常に適当な値の閾値Ｃによって着座判定を行うことができる。

次に、本発明の実施の形態における第三例の締付け工具について説明するが、第一例の構成と同様の構成については説明を省略し、特徴的な構成についてのみ以下に詳しく述べる。本例の締付け工具の締付け判定部２１においては、第一例と同様にトルク変動量ΔＴとトルク変動率ΔΔＴとを算出するとともに、締付けトルクＴが所定の下限トルクＴ１を超えたうえでトルク変動率ΔΔＴが正から負に至った場合か、或いは、締付けトルクＴが所定の下限トルクＴ１を超えたうえでトルク変動率ΔΔＴが正から負に至り、その後にトルク変動量ΔＴが正から負に至った場合に、着座と判定するものである。締付け判定部２１の着座判定として前者の場合に着座と判定する方式は、木製の被締結部材（図示せず）に対する締付け作業を想定しており、締付けトルクＴがピークに達するまで締付けを行うとねじばかや部材割れが生じることを考慮してピーク前に着座と判定する方式である（以下、これを木工用判定方式という）。また、金属性の被締結部材（図示せず）に対する締付け作業を想定しており、締付けトルクＴがピークに達するまで締付けても破損を生じる危険性が少ないことを考慮して略ピーク時点まで締付けを行った後に着座と判定する方式である（以下、これを金工用判定方式という）。

上記した木工用判定方式と金工用判定方式は、本例の選択手段２５である切替スイッチ２６（図１２を参照）により自在に切替えられるものであり、締付け判定部２１において図１４のフローチャートに示すように着座の判定が行われることで、図１３に示すように木工用判定方式を設定した時は締付けトルクＴがピークに達する前にモータ１が停止され、金工用判定方式を設定した時は締付けトルクＴが略ピークに達した後にモータ１が停止されるものである。なお、本例の木工用判定方式と金工用判定方式の両方において、第二例の場合と同様にトルク変動率ΔΔＴが連続して正となる区間内のトルク変動率ΔΔＴの積算値Σ（ΔΔＴ）又は積分値が所定の閾値Ｃを超えることを着座と判定する条件として追加したものであってもよい。

また、上記のように木工用判定方式と金工用判定方式のうち一方を選択する選択手段２５として、トルク設定スイッチ２３を利用し、図１５に示すようにトルク設定スイッチ２３により設定される下限トルクＴ１が所定値以下であるとき（例えば「５」以下の数字により表される下限トルクＴ１を設定したとき）は木工用判定方式を自動的に選択し、トルク設定スイッチ２３により設定される下限トルクＴ１が前記所定値を超えるとき（例えば「６」以上の数字により表される下限トルクＴ１を設定したとき）は金工用判定方式を自動的に選択するものとすることも好適である。

次に、本発明の実施の形態における第四例の締付け工具について説明するが、第一例の構成と同様の構成については説明を省略し、特徴的な構成についてのみ以下に詳しく述べる。本例の締付け工具においては、トルク設定スイッチ２３によって下限トルクＴ１に加えて上限トルクＴ２が設定されるようになっており、図１８のフローチャートに示すように、締付け判定部２１において、前記したような下限トルクＴ１を用いた通常の着座判定によりモータ１の停止指令を出力させることに加えて、この着座判定前に締付けトルクＴが上限トルクＴ２を超えた場合においてもモータ１の停止指令を出力させるようになっている。このようにすることで、仮に着座判定が適切に行われなかったとしても上限トルクＴ２に達した時点ではモータ１が確実に停止されることとなり、ねじばかや部材割れが防止されるものである。図１６は下限トルクＴ１を用いた通常の着座判定によりモータ１を停止させた場合を示しており、図１７は上限トルクＴ２への到達によりモータ１を停止させた場合を示している。

上限トルクＴ２と下限トルクＴ１とは、例えば下限トルクＴ１が上限トルクＴ２の５０％に設定されるといったように一定割合の関係に自動的に設定されるものであってもよいし、例えば図１９に示すように、上限トルクＴ２に対する下限トルクＴ１の割合が上限トルクＴ２が小さくなる程に大きな割合となるように自動的に設定されるものであってもよいし、また、下限トルクＴ１が、図２０に点線で示すように予め複数段階に設定してあるトルク値うち上限トルクＴ２の１段階下のトルク値に自動的に設定されるものであってもよい。このようにすれば、作業者はトルク設定スイッチ２３を用いて例えば上限トルクＴ２を設定するだけで下限トルクＴ１までもが自動的に設定されるものである。なお、同様の上限トルクＴ２の設定及びこれを用いた停止処理を第二例や第三例の締付け工具に適用した場合にも、ねじばかや部材割れが防止されることは勿論である。

次に、本発明の実施の形態における第五例の締付け工具について説明するが、第一例の構成と同様の構成については説明を省略し、特徴的な構成についてのみ以下に詳しく述べる。本例の締付け判定部２１においては、前記したような下限トルクＴ１を用いた通常の方式によって締結具の着座を判定してモータ１の停止指令を出力させる場合と、この下限トルクＴ１を用いた通常の着座判定を行わずに、トルク設定スイッチ２３により設定されるトルク値を上限トルクＴ２として締付けトルクＴが該上限トルクＴ２を超えた場合にモータ１の停止命令を出力させる場合とがあり、前者の場合と後者の場合のうち一方が本例の選択手段３６である切替スイッチ３７（図２１を参照）により選択されるようになっている。前者の場合（即ち、下限トルクＴ１を用いた通常の着座判定による停止処理）は、破損を生じる危険性が少ない金工作業等において高トルクでの確実な締付けを行うのに適しており、後者の場合（即ち、上限トルクＴ２への到達による停止処理）は、ねじばかや部材割れの生じ易い木工作業等において低トルクでの締付けを行うのに適している。

また、本例の選択手段３６として上記のような切替えスイッチ３７を設けるのでなく、トルク設定スイッチ２３を利用し、このトルク設定スイッチ２３により設定されるトルク値を基に自動的に停止処理が選択されるようにしてもよい。例えば図２２に示すトルク設定スイッチ２３にあっては、９段階のトルク値の１〜３段階を選択した場合には、この選択したトルク値を上限トルクＴ２として締付けトルクＴが該上限トルクＴ２を超えた場合にモータ１の停止指令を出力させ、９段階のトルク値の４〜９段階を選択した場合には、このトルク値を下限トルクＴ１として該下限トルクＴ１を用いた通常の着座判定により締結具の着座を判定した場合にモータ１の停止指令を出力させるようになっている。この場合、特別な操作を行わずとも自動的に作業に適したモータ１の停止条件が設定されるという利点がある。

また、第一〜第五例の締付け工具のトルク設定スイッチ２３として、図２３に示すようなダイヤル式の締結具設定スイッチ３８と被締結部材設定スイッチ３９とを備えることも好適である。締結具設定スイッチ３８は、締結具の種類を設定する締結具設定手段４０を構成するものであって、ねじの長さを１５、２５、５０、７５ｍｍの中から一つ選択するようになっている。また、被締結部材設定スイッチ３９は、前記締結具が締結される被締結部材の種類を設定する被締結部材設定手段４１を構成するものであって、被締結部材を石膏ボード製部材、アルミニウム製部材、木製部材、金属製部材の中から一つ選択するようになっている。そして、上記の締結具設定スイッチ３８により選択された締結具の種類と、被締結部材設定スイッチ３９によって選択された被締結部材の種類との組合せに応じて、自動的にトルク値が設定されるものである。図２４には、締結具と被締結部材の組合せと、設定されるトルク値のレベルとの対応の一例を示しているが、図示のように例えば長さが２５ｍｍのねじを木製部材に締付ける場合はレベル４のトルク値が自動的に設定されることで、作業者は簡単にトルク条件を設定可能となるものである。

本発明の実施の形態における第一例の締付け工具の構成図である。 同上の締付け工具の他の構成図である。 同上の締付け工具の更に他の構成図である。 同上の締付け工具のトルク設定スイッチを示す説明図である。 同上の締付け工具の他のトルク設定スイッチを示す説明図である。 同上の締付け工具の、打撃数に対する締付けトルクやトルク変動量やトルク変動率の推移を示す説明図である。 同上の締付け工具の、打撃数に対する締付けトルクやトルク変動量やトルク変動率の推移、及びモータ停止時点を示す説明図である。 同上の締付け工具のモータ停止処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態における第二例の締付け工具の、打撃数に対する締付けトルクやトルク変動量やトルク変動率の推移、及びモータ停止時点を示す説明図である。 図９のピーク曲線Ｓ１の拡大図である。 同上の締付け工具のモータ停止処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態における第三例の締付け工具の木工設定と金工設定の選択手段を示す説明図である。 同上の締付け工具の、打撃数に対する締付けトルクやトルク変動量やトルク変動率の推移、及びモータ停止時点を示す説明図である。 同上の締付け工具のモータ停止処理を示すフローチャートである。 同上の締付け工具の木工設定と金工設定の選択手段の別形態を示す説明図である。 本発明の実施の形態における第四例の締付け工具の、打撃数に対する締付けトルクやトルク変動量やトルク変動率の推移、及びモータ停止時点を示す説明図である。 同上の締付け工具において別のトルク設定を行った場合の、打撃数に対する締付けトルクやトルク変動量やトルク変動率の推移、及びモータ停止時点を示す説明図である。 同上の締付け工具のモータ停止処理を示すフローチャートである。 同上の締付け工具の、下限トルクと上限トルクの割合とトルク値レベル設定との関係を示すグラフ図である。 同上の締付け工具の複数段階に設定されるトルク値を示す説明図である。 本発明の実施の形態における第五例の締付け工具の着座判定方式の選択手段を示す説明図である。 同上の締付け工具の着座判定方式の選択手段の別形態を示す説明図である。 本発明の実施の形態における第一〜第五例の締付け工具の、トルク設定スイッチの別形態を示す説明図である。 同上のトルク設定スイッチを用いた場合の、締結具と被締結部材の組合せと、設定されるトルク値のレベルとの対応を示すグラフ図である。

符号の説明

１ モータ
１０ 動力伝達手段
１５ トルク推定手段
２４ トルク条件設定手段
２５ 選択手段
３１ モータ制御手段
３３ 締付け判定手段
３６ 選択手段
４０ 締結具設定手段
４１ 被締結部材設定手段
Ｃ 閾値
Ｔ トルク
ΔＴ トルク変動量
ΔΔＴ トルク変動率
Ｔ１ 下限トルク
Ｔ２ 上限トルク

Claims (11)

1. モータと、モータの回転及び停止の制御を行うモータ制御手段と、モータの回転力を伝達してねじやボルト等の締結具の締付け作業を行う動力伝達手段と、締結具の締付けトルクを推定するトルク推定手段と、トルク推定手段により推定される締付けトルクを用いて締結具の着座を判定してモータ制御手段にモータの停止指令を出力させる締付け判定手段とを備えた締付け工具であって、前記締付け判定手段を、締付けトルクのモータの回転角又は時間変化に対する変化の割合であるトルク変動量、及び、モータの回転角又は時間変化に対する前記トルク変動量の変化の割合であるトルク変動率を算出するとともに、トルク変動率が連続して正となる区間内のトルク変動率の積算値或いは積分値が所定の閾値を超えた後に、トルク変動率が正から負に至り、尚且つ締付けトルクが所定の下限トルクを超えた場合に、着座と判定するものとし、前記下限トルクを作業者が自在に設定するためのトルク条件設定手段を備えたことを特徴とする締付け工具。
2. 閾値を、トルク条件設定手段により設定した下限トルクの値に対応して設定されるものとしたことを特徴とする請求項１記載の締付け工具。
3. モータと、モータの回転及び停止の制御を行うモータ制御手段と、モータの回転力を伝達してねじやボルト等の締結具の締付け作業を行う動力伝達手段と、締結具の締付けトルクを推定するトルク推定手段と、トルク推定手段により推定される締付けトルクを用いて締結具の着座を判定してモータ制御手段にモータの停止指令を出力させる締付け判定手段とを備えた締付け工具であって、前記締付け判定手段を、締付けトルクのモータの回転角又は時間変化に対する変化の割合であるトルク変動量、及び、モータの回転角又は時間変化に対する前記トルク変動量の変化の割合であるトルク変動率を算出し、締付けトルクが所定の下限トルクを超えたうえでトルク変動率が正から負に至った場合か、或いは、締付けトルクが所定の下限トルクを超えたうえでトルク変動率が正から負に至った後にトルク変動量が正から負に至った場合に、着座と判定するものとし、締付け判定手段の着座判定として前者の場合に着座と判定する方式と後者の場合に着座と判定する方式のうち一方を選択する選択手段と、前記下限トルクを作業者が自在に設定するためのトルク条件設定手段とを備えたことを特徴とする締付け工具。
4. 選択手段を、トルク条件設定手段により設定される下限トルクが所定値以下であるときは前者の場合に着座と判定する方式を自動的に選択し、トルク条件設定手段により設定される下限トルクが前記所定値を超えるときは後者の場合に着座と判定する方式を自動的に選択するものとしたことを特徴とする請求項３記載の締付け工具。
5. トルク条件設定手段を、下限トルクとともに上限トルクを設定するものとし、締付け判定手段を、着座の判定前に締付けトルクが上限トルクを超えた場合には、モータ制御手段にモータの停止指令を出力させるものとしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の締付け工具。
6. 下限トルクと上限トルクとが、一定割合の関係に設定されることを特徴とする請求項５記載の締付け工具。
7. 上限トルクに対する下限トルクの割合が、上限トルクが小さくなる程に大きな割合に設定されることを特徴とする請求項５記載の締付け工具。
8. 下限トルクが、予め複数段階に設定してあるトルク値うち、上限トルクの１段階下のトルク値に設定されることを特徴とする請求項５記載の締付け工具。
9. 締付け判定手段を、前記の方式により締結具の着座を判定した場合か、或いは、トルク条件設定手段により設定されるトルク値を上限トルクとして締付けトルクが該上限トルクを超えた場合に、モータの停止指令を出力させるものとし、前者の場合と後者の場合のうち一方を選択する選択手段を備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか記載の締付け工具。
10. 選択手段を、トルク条件設定手段により設定されるトルク値を基に自動的に選択するものとし、トルク値が所定値を超えるときは、前記の方式により締結具の着座を判定した場合にモータの停止指令を出力させ、トルク値が所定値を下回るときは、該トルク値を上限トルクとして締付けトルクが上限トルクを超えた場合にモータの停止指令を出力させるものとしたことを特徴とする請求項９記載の締付け工具。
11. トルク条件設定手段を、締結具の種類を設定する締結具設定手段と、前記締結具が締結される被締結部材の種類を設定する被締結部材設定手段とで形成したことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか記載の締付け工具。

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