JP2008221371A

JP2008221371A - 回転式工具

Info

Publication number: JP2008221371A
Application number: JP2007060635A
Authority: JP
Inventors: Sunao Arimura; 直有村; Toshiharu Ohashi; 敏治大橋; Hiroshi Miyazaki; 博宮崎; Toshiharu Hashimoto; 俊治橋本; Fumiaki Sawano; 史明沢野; Mitsumasa Mizuno; 光政水野; Hiroshi Kawai; 啓河合; Masatoshi Atsumi; 将利渥美
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-03-09
Filing date: 2007-03-09
Publication date: 2008-09-25
Anticipated expiration: 2027-03-09
Also published as: JP4875520B2

Abstract

【課題】作業内容を単位として動作条件の複数のパラメータを一括して選択可能とすることにより動作条件の設定作業を容易にした回転式工具を提供する。
【解決手段】モータ制御手段３０は、モータ２の回転と停止とを制御し、モータ２によりねじ締め用のツール３を回転させる。締付制御手段３３は、ねじの締付トルクが規定値に達するとモータ２の停止をモータ制御手段３０に指示する。モータ２を停止させる条件を含む複数のパラメータからなる動作条件を複数種類記憶した条件記憶手段３４を備え、条件記憶手段３４に格納された動作条件は、ねじと相手部材との仕様を含む作業内容を単位として選択スイッチ３８により一括して選択される。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの回転出力を用いてねじの締め緩めを行う回転式工具に関するものである。

従来から、モータの回転出力を用いてねじの締め緩めを行う回転式工具が提供されている。この種の回転式工具を工場内で使用する場合には、作業内容に応じて締付トルク、締付速度などを管理する必要がある。また、回転式工具には、ハウジングに進退自在に設けたトリガを備え、トリガの押し込み量に応じてモータの回転速度が変化するものがあり、この種の回転式工具では、トリガの押し込み量とモータの回転速度との対応関係も作業内容に応じて変化させることが望ましい。あるいは、ねじを締める際に、螺入量が少ない間はねじの回転速度を小さくし、螺入量が多くなると回転速度を大きくするとすれば、トリガの押し込み量ではなく、ねじを締めはじめてからの経過時間に応じて回転速度を変化させることも必要である。

すなわち、回転式工具では、作業内容に応じて種々のパラメータ（締付トルク、締付速度、トリガの押し込み量と回転速度との対応関係）を動作条件として設定する必要がある。この種の動作条件を設定する技術としては、センタ装置から工具に対して通信により動作条件を指示する技術が知られている（特許文献１参照）。
特開２０００−３３４６７０号公報

特許文献１に記載された技術では、センタ装置によって工具の動作条件を設定するから、作業者は工具の動作条件の設定を負担なく行うことができるものの、動作条件である個々のパラメータを工具に伝送するから、センタ装置においては動作条件である個々のパラメータを指示する必要があり、動作条件の設定作業が面倒であるという問題がある。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、作業内容を単位として動作条件の複数のパラメータを一括して選択可能とすることにより動作条件の設定作業を容易にした回転式工具を提供することにある。

請求項１の発明は、モータの回転と停止とを制御するモータ制御手段と、モータの回転出力が伝達されることにより回転するねじ締め用のツールと、ねじの締付トルクが規定値に達するとモータの停止をモータ制御手段に指示する締付判定手段と、モータを停止させる条件を含む複数のパラメータからなる動作条件を、ねじと相手部材との仕様を含む作業内容を単位として一括選択する動作条件選択手段とを備えることを特徴とする。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記動作条件選択手段は、前記ハウジングに内蔵され作業内容に対応付けた動作条件のパラメータを記憶した条件記憶手段と、前記ハウジングに設けられ作業内容に応じた動作条件を条件記憶手段から選択させる選択スイッチとからなることを特徴とする。

請求項３の発明では、請求項１の発明において、前記動作条件選択手段は、前記ハウジングに内蔵され作業内容に対応付けた動作条件のパラメータを記憶した条件記憶手段と、ハウジングとは別体であって作業内容を指示する設定装置と、設定装置との間で通信し設定装置に指示された作業内容に応じた動作条件を条件記憶手段から選択させる通信手段とからなることを特徴とする。

請求項４の発明では、請求項１の発明において、前記動作条件選択手段は、１つの作業内容に対応する動作条件のパラメータを記憶し前記ハウジングに設けた装着部に着脱可能に装着される記憶媒体であることを特徴とする。

請求項１の発明の構成によれば、複数のパラメータからなる動作条件を、ねじと相手部材との仕様を含む作業内容を単位として一括選択するから、個々の作業内容に応じて動作条件である複数のパラメータを個々に設定する必要がなく、作業内容ごとに動作条件を選択するだけで適正なパラメータで動作させることが可能になる。

請求項２の発明の構成によれば、作業者が作業内容に応じて選択スイッチを操作するだけで、複数のパラメータからなる動作条件を一括して選択することができる。たとえば、選択スイッチで複数の数値を選択可能にし各数値に動作条件を対応付けておけば、工場でねじ締め作業を行う場合に、作業を指示する指示書に各部位ごとの動作条件を数値で記述することにより、作業者は数値を選択するだけで各部位に適正な動作条件で工具を動作させることが可能になる。

請求項３の発明の構成によれば、通信により作業内容を指示すると適正な動作条件で工具を動作させることができるから、作業者により動作条件が変更されることがない。つまり、工場内で使用する際には、作業内容を管理する管理者が、作業内容に応じた適正な動作条件を設定することになる。また、通信では作業内容のみを指示すればよく、動作条件の個々のパラメータを伝送する必要がないから通信路におけるトラフィックの増加を防止できる。

請求項４の発明の構成によれば、記憶媒体を作業内容に対応付けているから、作業内容に応じた記憶媒体を装着するだけで工具を適正な動作条件で動作させることができる。また、記憶媒体を装着しなければ工具を動作させることができないから、工場で工具を使用する場合に、記憶媒体を管理しておけば工具が工場から持ち出されて使用されることを防止できる。また、記憶媒体に動作条件を格納しているから、工具に内蔵している動作条件を選択する場合に比べて、作業内容の種類の追加や、作業内容に対する動作条件の変更が容易である。

（実施形態１）
本実施形態は、図２、図３に示すように、モータ２を内蔵する中空のバレル部１１と手で把持するグリップ部１２とを一体に備えたハウジング１を有し、グリップ部１２には充電池１４を収納したバッテリパック１３が着脱可能に装着される。図示するハウジング１は、バレル部１１とグリップ部１２との長手方向が交差した銃形状に形成されているが、バレル部１１とグリップ部１２とが略一直線上に配列された棒形状に形成されたハウジング１を用いてもよい。

バレル部１１には、動力源としてのモータ２のほか、モータ２の回転出力を所定の減速比で減速する減速機２１と、減速機２１の回転出力により衝撃力を発生させるインパクト機構２２とが収納される。インパクト機構２２の出力はドライバビットのようなねじ締め用のツール３が着脱可能に装着されるソケット２３に伝達される。ソケット２３はツール３を着脱可能な構造であれば、チャックのほか他の構造も採用することができる。

インパクト機構２２は、減速機２１の回転出力により回転するハンマ２２ａと、ハンマ２２ａにより間欠的に打撃されるアンビル２２ｂとを備え、アンビル２２ｂがハンマ２２ａに打撃されることによりアンビル２２ｂが回転する。つまり、アンビル２２ｂには打撃による衝撃力とともに回転力が生じる。アンビル２２ｂにはソケット２３が結合されており、ソケット２３に装着されたツール３に衝撃力と回転力とが伝達される。したがって、ツール３によりねじ４を相手部材５に締め緩めする際に、ねじ４に回転力とともに衝撃力を作用させることができる。ハンマ２２ａとアンビル２２ｂとの組み合わせには種々構成があるが、要旨ではないから説明を省略する。

モータ２の回転の開始および停止と回転速度の指示とを行うために、グリップ部１２には操作手段としてのトリガ１５が設けられる。トリガ１５はグリップ部１２の前面（バレル部１１におけるモータ２側を後部、ソケット２３側を前部とする）におけるバレル部１１側の一端部において、グリップ部１２の前面に対してツール３の突出方向に進退可能となるように設けられ、グリップ部１２の内部に設けたトリガボリューム３１（図１参照）を操作する。

トリガボリューム３１は、スイッチ付きの可変抵抗器であって、グリップ部１２からトリガ１５が最大に突出している状態ではスイッチがオフになりモータ２への通電を停止する。また、グリップ部１２に対してトリガ１５を所定量押し込むとスイッチがオンになり、押し込んだ量に応じて可変抵抗器の抵抗値が変化する。可変抵抗器の抵抗値の変化は後述するモータ制御手段３０（図１参照）に与えられ、トリガ１５の押し込み量に応じてモータ２の回転速度が変化する。トリガ１５の押し込み量とモータ２の回転速度との対応関係は、速度変化パターンとして後述する条件記憶手段３４（図１参照）により規定される。速度変化パターンは、基本的には、トリガ１５の押し込み量の増加によりモータ２の回転速度が増加するように設定され、条件記憶手段３４に設定された速度変化パターンを用いてモータ制御手段３０がモータ２を制御する。条件記憶手段３４には、ねじ４を締めるか緩めるかの条件も記憶されている。

図１に示すように、充電池１４からモータ２への給電経路には印加電圧制御回路３２が設けられる。印加電圧制御回路３２は、モータ２への給電経路に挿入されるスイッチング素子を備える。また、印加電圧制御手段３２のスイッチング素子は、モータ制御手段３０によりＰＷＭ制御され、モータ２に印加する平均電圧を変化させてモータの回転速度を変化させる。上述したトリガボリューム３１の抵抗値はモータ２の回転速度の目標値を指示し、モータ制御手段３０は、トリガボリューム３１で指示された目標値を維持するように印加電圧制御手段３２に設けたスイッチング素子のオンデューティを変化させるフィードバック制御を行う。また、スイッチング素子をオフにすればモータ２は停止する。

たとえば、モータ２として巻線をスター接続した３相のブラシレスモータを用いる場合には、印加電圧制御回路３２として、各相ごとに２個のスイッチング素子の直列回路を設けて充電池１４に並列接続し、各相における２個のスイッチング素子の接続点に各巻線の一端を接続する構成を採用することができる。モータ制御手段３０は、印加電圧制御回路３２における６個のスイッチング素子のオンオフのタイミングを回転子の位置に応じて制御し、さらにトリガボリューム３１の抵抗値の変化に応じてオン期間をＰＷＭ制御する。この動作により、トリガ１５の押込量に応じてモータ２の回転速度を変化させることができる。

ところで、モータ制御手段３０はトリガボリューム３１からの指示を受けるだけではなく、締付判定手段３３からもモータ２の運転の停止の指示を受ける。締付判定手段３３は、ねじ４の締付トルクが所要値になったかどうかを判断する機能を有し、締付トルクが所要値になったと判断するとモータ制御手段３０に対してモータ２の停止を指示する。締付判定手段３３における締付トルクの判定条件は、動作条件として条件記憶手段３４に格納されている。条件記憶手段３４に格納される動作条件については後述する。

締付判定手段３３は、ねじ４の締付トルクを判断するために、ハンマ２２ａがアンビル２２ｂを打撃することによる衝撃力の発生タイミングの情報と、ねじ４の回転角（回転角）との２種類の情報を用いる。

衝撃力の発生タイミングは、インパクト機構２２の近傍に打撃音を検出するマイクロホンや打撃の際の衝撃を検出する加速度センサのような打撃検出手段３７を用いて検出する。打撃検出手段３７では、マイクロホンや加速度センサの出力波形に適宜の閾値を適用することにより、衝撃力の発生タイミングを検出する。

本構成では、回転角検出手段３５をモータ２の出力軸の各端部のうち減速機２１とは反対側の端部に結合してある。回転角検出手段３５をこの位置に設けると、バレル部１１の重心位置をバレル部１１の後端側に位置させることができるから、グリップ部１２において手で把持している部位の周りに作用するモーメントが小さくなり、ツール３とねじ４との位置合わせの際に回転角検出手段３５がバレル部１１の前端部に位置する場合よりも小さい力でハウジング１を支持することが可能になる。しかしながら、モータ２とツール３との間に減速機２１およびインパクト機構２２が挿入されるから、モータ２の回転角からねじ４（あるいはツール３）の回転角を直接求めることはできない。

モータ２の回転角からねじ４の回転角を求めるには、ハンマ２２ａがアンビル２２ｂを打撃する間の回転角を用いる。つまり、ねじ４はツール３と一体に回転するから、角度θ_ｎの位置のねじ４が１回の打撃で角度θ_ｎ＋１の位置に進んだとすれば、ねじ４の回転角（θ_ｎ＋１−θ_ｎ）は、ハンマ２２ａがアンビル２２ｂを１回打撃する間のハンマ２２ａの回転角θｈ_ｎからハンマ２２ａとアンビル２２ｂとの寸法によって決まる一定角度θａを減算した値になる。また、ハンマ２２ａの回転角θｈ_ｎは、モータ２の回転角Φ_ｎと減速機２１の減速比ｋ（＞１）とにより決まり、θｈ_ｎ＝Φ_ｎ／ｋであるから、１回の打撃によるねじ４の回転角（θ_ｎ＋１−θ_ｎ）は、θ_ｎ＋１−θ_ｎ＝Φ_ｎ／ｋ−θａとして求めることができる。回転角検出手段３５としては、周波数ジェネレータを用い、周波数ジェネレータの出力パルスの個数をモータ２の回転角Φ_ｎに対応付けている。なお、モータ２にブラシレスモータを用いているときには、ロータの位置を検出する位置検出パルスを用いて回転角Φ_ｎを求めてもよい。

回転角検出手段３５により検出されたモータ２の回転角と、打撃検出手段３７により検出された打撃のタイミングとは回転角演算手段３６に与えられる。回転角演算手段３６は、モータ２の回転角を用いて１回の打撃毎にアンビル２２ｂの回転角（θ_ｎ＋１−θ_ｎ）を推定する。

ところで、インパクト機構２２によりハンマ２２ａからアンビル２２ｂに与えた運動エネルギは、ねじ４を回転させるエネルギにより消費される。また、１回の打撃によるねじ４の回転角と締付トルクとの積は、ねじ４により消費されたエネルギに相当するから、１回の打撃によりハンマ２２ａからアンビル２２ｂに与えた運動エネルギとねじ４の回転角とがわかれば、締付トルクがわかる。ここに、１回の打撃でアンビル２２ｂに与えられる運動エネルギはモータ２の回転速度が一定であれば略一定であるから、１回の打撃毎のねじ４の回転角により締付トルクを推定することができる。締付トルクが大きくなれば、１回の打撃毎のねじ４の回転量は小さくなる。

上述したように、１回の打撃毎のねじ４の回転角（θ_ｎ＋１−θ_ｎ）は、１回の打撃毎のモータ２の回転角Φ_ｎを用いて回転角演算手段３６で求められるから、１回の打撃に対する打撃毎回転角を規定しておけば、１回の打撃によってねじ４が打撃毎回転角に達しないときには、締付トルクが当該打撃毎回転角に相当する値になったと推定することができる。ただし、１回の打撃で打撃毎回転角に達しない場合、必ずしもねじ４の締付トルクが所望値に達したとは保証できないことがある。そこで、締付判定手段３３では、規定の複数回の打撃において打撃毎回転角に達しない状態が連続したときに、ねじ４の締付トルクが所望値以上になったと判断して、モータ制御手段３０にモータ２の停止を指示する。つまり、規定の締付トルクに達した時点でモータ２を自動的に停止させることができ、ねじ４の締付トルクの過不足を防止することができる。

モータ制御手段３０と締付判定手段３３と回転角演算手段３６とはマイクロコンピュータを用いて構成される。また、モータ制御手段３０、トリガボリューム３１、印加電圧制御回路３２、締付判定手段３３、条件記憶手段３４、回転角演算手段３６を実装した基板２４はグリップ部１２に収納される。

ところで、１回の打撃毎にアンビル２２ｂに与えられる運動エネルギは、モータ２の回転速度が大きいほど大きくなる。モータ２の回転速度が大きくなれば、１回の打撃毎にねじ４に与えられるエネルギが大きくなり、締付トルクが大きくなる。したがって、モータ２の回転速度は締付トルクの管理項目になる。

つまり、締付トルクを管理するには、１回の打撃毎のモータ２の回転角Φ_ｎだけではなく、モータ２の回転速度も考慮する必要がある。そこで、トリガ１５の押し込み量とモータ２の回転速度との関係を速度変化パターンとして条件記憶手段３４に格納してあり、モータ制御手段３０では、条件記憶手段３４に格納された速度変化パターンを用いて、トリガボリューム３１の抵抗値をモータ２の回転速度（実際には、印加電圧制御回路３２への指示値）に変換し、トリガ１５の位置（押し込み量）に応じた回転速度でモータ２を回転させる。

速度変化パターンには、図４（ａ）のようにトリガ１５の押し込み量の増加に伴ってモータ２の回転速度を連続的に増加させるパターンのほか、図４（ｂ）のようにトリガ１５の押し込み量が規定量になるまでは押し込み量の増加に伴って回転速度が増加し規定量以上では押し込み量にかかわず回転速度が一定になるパターン、図４（ｃ）のようにトリガ１５の押し込み量に対する回転速度の変化率を押し込み量に応じて複数段階に切り換え各段階では押し込み量の増加に伴って回転速度を一定の変化率で増加させるパターン、トリガ１５の押し込み量の増加に伴って回転速度が増加するがトリガ１５の操作によりモータ２が回転し始めてから一定時間が経過するまではトリガ１５の押し込み量にかかわりなく回転速度を比較的低速である規定パターンで制御するパターンなど種々のパターンがある。また、これらのパターンを組み合わせた速度変化パターンもある。以下では、図４（ｂ）（ｃ）のパターンを組み合わせた速度変化パターンを用いる例を示す。図４（ｂ）のようにトリガ１５をある程度押し込むとモータ２が一定速度で回転するパターンを採用することにより、モータ２の停止時には速度変更手段３９により指定される締付トルクが達成され、締付トルクのばらつきを防止することができる。

モータ制御手段３０は、条件記憶手段３４に格納された正逆パラメータによりモータ２の回転方向を選択し、ねじ４を締める向きの回転（正転）だけではなく、ねじ４を緩める向きの回転（逆転）も可能になっている。ねじ４を緩める際には、モータ２を自動的に停止させる必要がないから、締付判定手段３３の指示を無効にするが、トリガボリューム３１の操作は有効でありモータ２の運転と停止、回転速度の変化を行う。

上述したようにモータ制御手段３０では、モータ２が自動的に停止したときにねじ４が規定した締付トルクになるように規定した打撃毎回転角（実際には、モータ２の回転角で管理する）と、速度変化パターンと、正逆パラメータとを動作条件のパラメータとして用い、これらのパラメータは条件記憶手段３４に格納されている。条件記憶手段３４では、個々のパラメータを選択するのではなく、ねじ４の仕様と相手部材５の仕様とを含む作業内容を単位とし、作業内容に適合するように上述のパラメータを組み合わせたセットを作業内容に対応付けている。たとえば、図５に示すように、作業内容を、ねじ４の仕様（径、強度区分、締付トルク、ねじ長（ピッチとピッチ数）と相手部材５との組み合わせで決めてあり、動作条件を、速度変化パターンと正逆パラメータと打撃毎回転角との組み合わせで決めてある。

なお、ねじ４が傾いている場合や異物を挟んでいる場合のように、ねじ４が正しく螺入されていないにもかかわらず負荷が大きくなるとモータ２が過負荷になって故障の原因になり、また、ねじ山が破損しているためにねじ４が締まらないなど、ねじ４が適正に締め付けられない場合があるから、図示例では、ねじ４を締め付ける作業の開始からのモータ２の回転角の標準値を標準回転角として動作条件に規定してある。ねじ４を締め付け始めてからモータ２が自動的に停止するまでのねじ４の回転角が標準回転角の７０％よりも小さい場合、あるいは、標準回転角の１３０％を超えてもモータ２が停止しない場合には、ねじ４を適正に締め付けることができなかったと判断する。この判断結果は、図示しない報知手段（ブザーの鳴動、音声メッセージ、ランプの点灯など）により作業者に報知する。

図５から明らかなように、各作業内容には動作条件のパラメータの組み合わせが対応付けてあり、さらに各作業内容ごとに数値（１，２，…，Ｎ）による識別子が対応付けてある。条件記憶手段３４には、パラメータの組み合わせのセットが動作条件として識別子に対応付けて格納してあり、図３に示すように、バレル部１１の後端部に露出するダイアル３８ａを有した選択スイッチ３８を用いて識別子を選択するようにしてある。図３に示す例では切，１，２，…，７の８段階の選択が可能になっている。

したがって、本実施形態では、選択スイッチ３８と動作条件記憶部３４とにより動作条件選択手段が構成される。つまり、選択スイッチ３８で選択した識別子により条件記憶手段３４に格納された動作条件が指定され、指定された動作条件がモータ制御手段３０および締付判定手段３３において用いられる。

以上説明したように、ダイアル３８ａにより作業内容（ねじ４と相手部材５との仕様）を指定すれば、作業内容に適合する動作条件のパラメータが条件記憶手段３４から選択され、この動作条件を用いてモータ２が制御されるから、複数のパラメータを個々に設定する必要がなく、簡単な操作で作業内容に応じた適正な動作条件の設定が可能になる。言い換えると、作業中における動作条件の切り換えを容易に行うことができ利便性が向上する。

なお、選択スイッチ３８をロータリスイッチやデジタルサムホイールスイッチのような機械スイッチに代えて、液晶表示器のような表示器と押釦スイッチとを用いて、押釦スイッチにより表示器に表示される識別子を選択する構成を採用してもよい。

（実施形態２）
実施形態１では、動作条件選択手段としてハウジング１に付設した選択スイッチ３８と動作条件記憶部３４とを用いているが、本実施形態では、図６に示すように、条件記憶手段３４に格納された動作条件を選択する手段として、選択スイッチ３８に代えてハウジング１とは別に設けた設定装置Ｘを採用している。設定装置Ｘは、無線または有線で工具Ｙと通信する機能を有している。また、工具Ｙには設定装置Ｘから指示された作業内容の識別子を受信し、動作条件記憶部３４に格納されている動作条件を選択する通信手段３９を設けている。

設定装置Ｘは、工具Ｙに近接させて用いるリモコン装置４１と、コンピュータからなるサーバ４２に通信のための送受信部４３を付設したものとのいずれか、または両方を用いる。サーバ４２を用いると、多数の工具Ｙについて作業内容を管理することができ、リモコン装置４１を用いると、個々の工具Ｙごとに作業内容を個別に選択することができる。また、通信路を無線通信路とすることにより、複数台の工具Ｙに個別に動作条件を設定するほか、一斉に同じ動作条件を設定することも可能になる。

本実施形態では、リモコン装置４１あるいはサーバ４２により作業内容を指示し、工具Ｙにおいて動作条件を選択するから、作業者による動作条件の変更を禁止することができる。また、複数のパラメータを含む動作条件は工具Ｙが保有しており、通信路では作業内容の識別子のみを伝送すればよいから、動作条件を選択するにあたって通信路におけるトラフィックの増加を防止することができる。他の構成および動作は実施形態１と同様である。

（実施形態３）
本実施形態は、図７に示すように、動作条件記憶部３４と選択スイッチ３８とに代えて、動作条件を格納した記憶媒体４０を用いるものである。記憶媒体４０は、ハウジング１に設けたスロット１６に対して着脱可能に装着される。記憶媒体４０としてはＩＣカード、磁気カードなどを用いることができる。

モータ制御手段３０および締付判定手段３３は、スロット１６に装着された記憶媒体４０に格納されている動作条件を用いて動作する。したがって、記憶媒体４０ごとに１つの作業内容に関する動作条件を格納しておくことにより、作業内容ごとに記憶媒体４０を交換することで、工具Ｙを適正な動作条件で動作させることが可能になる。

この構成では、記憶媒体４０を装着部としてのスロット１６に装着しなければ、工具Ｙが動作しないようにしてあり、記憶媒体４０は工具Ｙを利用するためのキーとしても用いられる。

したがって、工場においては、記憶媒体４０を管理者が管理し、当日の作業に適合する記憶媒体４０を作業者に渡すことによって、工具Ｙを持ち出して他の用途に用いるような不正を防止することができる。他の構成および動作は実施形態１と同様である。

（実施形態４）
実施形態１では、ねじ４の締付を終了する条件として打撃毎回転角を用いたが、本実施形態では、締付トルクを推定する技術を用いている。実施形態１でも説明したように、ハンマ２２ａがアンビル２２ｂを打撃したときのエネルギがすべてねじ４の回転で消費されると仮定する。

ハンマ２２ａがアンビル２２ｂを打撃したときの運動エネルギＥは、ハンマ２２ａにより打撃された直後のアンビル２２ｂの角速度ωと、アンビル２２ｂの慣性モーメントＪａとを用いて、Ｅ＝（１／２）ω^２・Ｊａと表される。この式において、角速度ωは、モータ２の回転速度から検出することができ、慣性モーメントＪａは、アンビル２２ｂの形状、寸法、質量により決まる固有値である。

一方、ねじ４が相手部材５に着座した後に、角度θ_ｎの位置のねじ４が１回の打撃で角度θ_ｎ＋１の位置に進んだとすれば、ねじの回転により消費されるエネルギＥ_ｎは、関数τ（θ）の閉区間［θ_ｎ，θ_ｎ＋１］における積分値になる。つまり、この区間［θ_ｎ，θ_ｎ＋１］のトルクの平均値Ｔ_ａｖｅは、角度θ_ｎの位置のねじ４を角度θ_ｎ＋１の位置に回転させる間に消費されたエネルギＥ_ｎをねじ４の回転角（θ_ｎ＋１−θ_ｎ）で除した値、すなわち、Ｔ_ａｖｅ＝Ｅ_ｎ／（θ_ｎ＋１−θ_ｎ）になる。

上述したように、ハンマ２２ａがアンビル２２ｂを打撃したエネルギＥと、ねじ４の回転で消費されたエネルギＥ_ｎとが等しいと仮定しているから、１回の打撃に対するねじ４の締付トルクの平均値Ｔ_ａｖｅは、Ｔ_ａｖｅ＝ω^２・Ｊａ／｛２（θ_ｎ＋１−θ_ｎ）｝になる。この式は、、１回の打撃による回転角（θ_ｎ＋１−θ_ｎ）がわかれば、締付トルクＴ_ａｖｅがわかることを示している。

ねじ４はツール３と一体に回転するから、ねじ４の回転角（θ_ｎ＋１−θ_ｎ）は、ハンマ２２ａがアンビル２２ｂを１回打撃する間のハンマ２２ａの回転角θｈ_ｎからハンマ２２ａとアンビル２２ｂとの寸法によって決まる一定角度θａを減算した値になる。また、ハンマ２２ａの回転角θｈ_ｎは、モータ２の回転角Φ_ｎと減速機２１の減速比ｋ（＞１）とにより決まり、θｈ_ｎ＝Φ_ｎ／ｋであるから、１回の打撃によるねじ４の回転角（θ_ｎ＋１−θ_ｎ）は、θ_ｎ＋１−θ_ｎ＝Φ_ｎ／ｋ−θａとして求めることができる。

以上の関係から、ハンマ２２ａによるアンビル２２ｂの打撃間のモータ２の回転角Φ_ｎと、打撃直後の回転速度ｖ（角速度ωを求めるため）と、打撃のタイミングとを検出すれば、締付トルクＴ_ａｖｅを推定できることになる。

以上の知見により、本実施形態では、動作条件として、図５に示した打撃毎回転角ではなく、図８に示すように推定トルク値を規定している。この推定トルク値は、上述した締付トルクＴ_ａｖｅを意味しており、締付判定手段３３において上述の演算によって求められる値である。他の構成および動作は実施形態１と同様であり、動作条件選択手段としては、実施形態２、実施形態３の構成を採用することも可能である。

（実施形態５）
実施形態４では、締付トルクを推定してモータ２を停止させているが、本実施形態では、ねじ４の頭部が相手部材５に接触した時点である着座を検出し、着座が検出された後に、ねじ４の回転角が規定値になるとモータ２を停止させるように動作条件を設定している。そのため、本実施形態では、着座を検出する手段が必要である。着座の検出技術は種々知られているが、たとえば、相手部材５との距離を計測する技術を用いることができる。

着座を検出するための具体構成としては、たとえば、光電式の測距センサをハウジング１に固定しておき、測距センサにより計測した距離が規定の距離まで近付いたときに着座とみなすようにすればよい。この種の測距センサには、ＰＳＤのような半導体位置検出素子を用いるものや、強度変調光を投光し投受光の位相差を求めるものや、干渉性を有する光を参照光と信号光とに分離し信号光を投光して参照光との干渉により光路長を計測するものなど種々の構成が知られており、どの構成を採用してもよいが、位置の微小差を検出する必要がある。

また、ねじ４が相手部材５に着座した時点で計測される距離は、ねじ４の寸法によって異なるから、着座時点を精度よく検出するには、着座検出の距離についてキャリブレーションが必要である。そのため、同寸法の複数本のねじ４を相手部材５に実際に螺合させ、実測された距離の変化を用いて検出した距離と着座した時点とを対応付ける。

実施形態４において説明したように、１回の打撃による回転角（θ_ｎ＋１−θ_ｎ）がわかれば、締付トルクＴ_ａｖｅがわかるから、１回の打撃による回転角（θ_ｎ＋１−θ_ｎ）ではなく、着座時点からの回転角によっても締付トルクＴ_ａｖｅが規定値になったと推定することができる。ここで、θ_０＝０とすれば、着座時点からの回転角θ_ｉは、θ_ｉ＝Σ（θ_ｉ−θ_ｉ−１）であるから、１回の打撃による回転角の総和を求めることにより、締付トルクを求めることができる。

ねじ４が相手部材５に着座した後のねじ４の回転角θと締付トルクＴとの関係は、ねじ４や相手部材５の材料、ねじ４のピッチなどによって決まり、一般に、回転角θの増加とともに締付トルクＴが増加する関係になる。したがって、締付トルクＴと着座後の回転角（回転角）θとの関係Ｔ＝τ（θ）をあらかじめ計測しておけば、回転角を管理するだけで、所要の締付トルクに達したと判断することができる。つまり、所要の締付トルクが得られる回転角を停止回転角として管理すれば、モータ２を停止させる時点を着座時点からの回転角が停止回転角に達した時点とすることができる。

そこで、本実施形態では、図９に示すように、動作条件として停止回転角をパラメータに用いている。着座後の回転角が動作条件として設定された停止回転角に達すると、締付判定手段３３がモータ制御手段３０に対してモータ２の停止を指示するのである。この構成によっても、他の実施形態の構成と同様に、適正な締付トルクに達した時点でモータ２を自動的に停止させることができる。本実施形態は着座を検出する手段を付加し、着座後のねじ４の回転角によりモータ２の停止条件を既定しているほかは実施形態１と同様の構成および動作であって、動作条件を選択する技術としては、実施形態２、実施形態３の技術も採用可能である。なお、本実施形態では、動作条件において速度制御パターンを省略しているが、速度制御パターンを動作条件に加えれば、ねじ４の締付作業をより適正に行うことが可能になる。

（実施形態６）
上述した各実施形態では、モータ２の回転角を回転角検出手段３５で検出し、ねじ４の回転角を回転角演算手段３６で推定する技術を採用したが、本実施形態では、図１０に示すように、回転角検出手段３５によりアンビル２２ｂの回転角を直接検出する技術を採用している。アンビル２２ｂの回転角を検出するには、アンビル２２ｂとソケット２３との間に、たとえばロータリエンコーダを回転角検出手段３５として配置する。この構成では、ねじ４の回転角度を直接検出することができる。他の構成および動作は上述した各実施形態と同様である。

実施形態１を示すブロック図である。同上におけるハウジングの内部の概略構成図である。同上の外観を示す側面図である。同上における速度変化パターンの例を示す動作説明図である。同上における動作条件の設定例を示す図である。実施形態２を示す要部のブロック図である。実施形態３の外観を示す側面図である。実施形態４における動作条件の設定例を示す図である。実施形態５における動作条件の設定恵理を示す図である。実施形態６を示すブロック図である。

符号の説明

１ハウジング
２モータ
３ツール
４ねじ
５相手部材
１６スロット（装着部）
３０モータ制御手段
３３締付判定手段
３４条件記憶手段
３８選択スイッチ
３９通信手段
４０記憶媒体
Ｘ設定装置
Ｙ工具

Claims

モータの回転と停止とを制御するモータ制御手段と、モータの回転出力が伝達されることにより回転するねじ締め用のツールと、ねじの締付トルクが規定値に達するとモータの停止をモータ制御手段に指示する締付判定手段と、モータを停止させる条件を含む複数のパラメータからなる動作条件を、ねじと相手部材との仕様を含む作業内容を単位として一括選択する動作条件選択手段とを備えることを特徴とする回転式工具。
前記動作条件選択手段は、前記ハウジングに内蔵され作業内容に対応付けた動作条件のパラメータを記憶した条件記憶手段と、前記ハウジングに設けられ作業内容に応じた動作条件を条件記憶手段から選択させる選択スイッチとからなることを特徴とする請求項１記載の回転式工具。
前記動作条件選択手段は、前記ハウジングに内蔵され作業内容に対応付けた動作条件のパラメータを記憶した条件記憶手段と、ハウジングとは別体であって作業内容を指示する設定装置と、設定装置との間で通信し設定装置に指示された作業内容に応じた動作条件を条件記憶手段から選択させる通信手段とからなることを特徴とする請求項１記載の回転式工具。
前記動作条件選択手段は、１つの作業内容に対応する動作条件のパラメータを記憶し前記ハウジングに設けた装着部に着脱可能に装着される記憶媒体であることを特徴とする請求項１記載の回転式工具。