JP2009154226A - インパクト回転工具 - Google Patents

Abstract

【課題】トルク管理をより正確に行うことができるものとする。
【解決手段】モータ１出力によって出力軸５に打撃衝撃を加えるインパクト機構による打撃を加速度センサ２１によって検出する打撃検出手段７と、モータの負荷量を検出する負荷検出手段８と、モータの負荷量を基に打撃状態であることを検知するとともに打撃検出手段の出力を基に締付けトルクを推定するとともに推定した締付けトルクが予め設定された締付けトルク値以上になればモータを停止させる制御手段１０とからなり、制御手段は打撃検出手段が検出する打撃情報を基に打撃異常を検出した時にこれを報知手段９を通じて報知する。異常報知によって正常な締付けトルクでの締付けができない状態になっていることを作業者が知ることができる。
【選択図】図２

Description

ボルトやナットなどのねじ類の締付け（及び緩め）作業に使用するインパクトレンチやインパクトドライバのようなインパクト回転工具に関するものである。

インパクト回転工具は、モータ出力で回転させるハンマによって出力軸（アンビル）に回転方向の打撃衝撃を与えることで締付けを行うもので、高速回転・高トルクという作業性の良さから、建築現場や組立工場などで幅広く使われているが、このようなインパクト回転工具において、所望の締付けトルクに達すれば自動停止するシャットオフ機能を設けたものが提供されている。

上記締付けトルクに達したかどうかの判断については、モータ出力によって出力軸に打撃衝撃を加えるインパクト機構による上記打撃をマイク、衝撃センサ等で検出するとともに、この打撃数を上記判断の基にすることが一般的である。

ここにおいて、上記インパクト機構の正常な動作はハンマーがアンビルを周期的に打撃し、この打撃衝撃で出力軸がねじ、ボルトを締結していくのだが、負荷の状態や電源電圧の影響により、本来ならば打撃衝撃が一度だけ加えられるはずの期間内にハンマーが２度以上アンビルに衝突してしまうことが生じることがあり、このような２度打ちと称されている事象が生じた時には打撃数が本来の数値よりも多くなってしまう。

インパクト打撃動作に上記２度打ちのような異常があった時、打撃数を修正することについては、ある打撃が検出されてから所定時間内の打撃は打撃数としてカウントしないようにしたものが特許第３７４３１８８号公報に示されている。

しかしながら、上記の２度打ちのような事象が生じる時は、安定したトルクが発生しないことから、工場等でのボルトの締付けトルクを厳密に管理するような作業においては打撃数を修正したとしても問題が残る。
特許第３７４３１８８号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、トルク管理をより正確に行うことができるインパクト回転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に係るインパクト回転工具は、モータ出力によって出力軸に打撃衝撃を加えるインパクト機構と、該インパクト機構による打撃を加速度センサによって検出する打撃検出手段と、モータの負荷量を検出する負荷検出手段と、モータの負荷量を基に打撃状態であることを検知するとともに打撃検出手段の出力を基に締付けトルクを推定するとともに推定した締付けトルクが予め設定された締付けトルク値以上になればモータを停止させる制御手段とからなるものにおいて、前記制御手段は前記打撃検出手段が検出する打撃情報を基に打撃異常を検出した時にこれを報知手段を通じて報知するものであることに特徴を有している。

前記制御手段は、前記負荷検出手段が検出する負荷量が所定の負荷量以上で前記打撃検出手段が検出する打撃情報の電圧レベルが所定の電圧レベル以下の場合に打撃異常と判断するものを好適に用いることができるほか、前記負荷検出手段が検出する負荷量が所定の負荷量以上で前記打撃検出手段が検出する打撃情報の打撃検出間隔と打撃数量とで打撃異常を判断するものであってもよい。

そして、前記制御手段は、打撃異常を検出した場合はモータを停止させてしまうものであることが望ましい。

本発明は、異常報知によって正常な締付けトルクでの締付けができない状態になっていることを作業者が知ることができるために、トルク管理をより正確に行うことができる。

また、請求項２の発明においては、加速度センサの出力電圧レベルで打撃情報を管理することにより、加速度センサの不良、もしくはインパクト機構の金属部磨耗による締付けトルク減少による加速度センサの出力電圧の減少であると判断することができ、加速度センサ、もしくはインパクト機構の異常を作業者に知らせることができる。

また、請求項３の発明においては、打撃情報の打撃検出間隔と打撃数とから、インパクト機構が正常な動作をしていないことを検出してインパクト機構の異常を作業者に知らせることができる。

そして請求項４の発明においては、異常を検出した場合は作業者が誤って作業を継続できないようにしてしまうために、締付けトルクの異常による作業不良に未然に防止することができる。

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と、図２中の１は駆動源であるモータであり、その回転出力は減速機２によって減速されて駆動軸３に伝達される。この駆動軸３にはハンマー４がカム機構（図示せず）を介して連結されている。また、ハンマー４は出力軸を備えるアンビル５と係合しているとともに、ばね６によってアンビル５側に向けて付勢されており、これらハンマー４とアンビル５とばね６及び上記カム機構でインパクト機構が構成されている。図中５０はボルトソケットである。

ハンマー４とアンビル５とはばね６による付勢で係合していることから、アンビル５側に負荷がかかっていない時、モータ１の回転をハンマー４はそのままアンビル５側に伝達している。しかし、負荷トルクが大きくなれば、ハンマー４がばね６に抗して後退し、この後退によってアンビル５とハンマー４との係合が外れたならば、上記ばね６による付勢と上記カム機構による誘導でハンマー４は回転しながら前進してアンビル５に回転方向の打撃衝撃（インパクト）を加える。

図２中の１０はマイクロコンピュータなどからなる制御手段、１１はモータ制御回路、１２は駆動電源である充電池、１３はトリガスイッチであり、該トリガスイッチ１３の操作によりモータ１のオンオフがなされるとともにその操作量に応じてモータ制御回路１１がモータ１の印加電圧を調整してモータ回転数を調整する。

また、このインパクト回転工具においては、ハンマー４によるアンビル５の打撃がなされた時にこれを検出する打撃検出手段７と、上記モータ１に流れる電流を検出する負荷検出手段８ととを備えている。

打撃検出手段７は打撃衝撃を感知する加速度センサ２１と加速度センサ２１の出力を増幅する増幅回路２２と比較回路２３とで構成されたもので、その打撃のタイミング及び打撃衝撃の大小を増幅回路２２の出力の電圧レベルを比較回路２３で判定することで行う。

前記制御手段１０は、打撃動作から締付けトルクを推定する演算を行うとともに、上記演算で得た締付けトルクが予め設定された締付けトルク値以上になればモータを停止させるものであり、締付けトルクを推定する上記演算は様々であるが、ここでは上記負荷検出手段８で検出される電流値が所定値以上である時の打撃数をカウントし、この打撃数が所定の打撃数に達した時点で予め設定された締付けトルク値に達したと判断するものとしている。

ハンマー４による打撃はハンマー４の構成によって異なるが、一般的には出力軸（アンビル５）が国定されている場合はハンマー４が１回転する毎に２度の打撃が発生する構成となっており、出力軸が固定されていない場合は１度の打撃毎にねじの回転した回転角分だけ多くハンマが回転する。

ボルトを締付ける時の電流波形を見ると、図３(a)に示すように、ボルトの締付け負荷が小さく、ハンマー４の回転にアンビル５が供回りする状態では電流値は小さく、ボルトが着座したならば急速に電流値が上昇し、打撃の発生に伴い、電流値は高レベルのところで変化する。従って、検出される電流値が所定電流値以上の時、打撃状態にあると判定することができる。また、この打撃状態の時、打撃検出回路７における増幅回路２２の出力及び比較回路２３の出力は、図３(b)に示すものとなる。

そして、この打撃状態において、図４に示すように、打撃検出手段７の出力が所定の第１の電圧レベルＶ１に達成しない場合は加速度センサ２１の異常であると判断でき、この時、制御手段１０は工具の点検や交換を報知手段９を通じて作業者に報知する。この動作のフローチャートを図１に示す。

また打撃状態において、打撃検出手段７の出力が上記電圧レベルＶ１以上であっても、図５に示すように電圧レベルＶ１より高い所定の第２の電圧レベルＶ２以下であれば、インパクト機構のハンマの磨耗異常と判断し、工具の点検、交換を作業者に知らせる。

すなわち、インパクト回転工具はアンビル５とハンマー４の繰返し衝突による経年変化でインパクト機構のハンマー４が磨耗し、ハンマー４の慣性モーメントが減少するために出力軸のボルト締結力も減少してしまい、工場等の締付けトルク管理が必要なボルト作業が正常に行うことができなくなるが、この場合、打撃検出手段７の出力電圧レベルも低下する。この点を上記電圧レベルＶ２を設定することで検出するものであり、上記報知により、消耗品としてのインパクト機構の交換を促すことで、作業の安定化を図ることができる。図６はこの動作のフローチャートである。

打撃間隔と打撃数とから異常検知を行ってもよい。インパクト回転工具ではモータ１の速度が一定であれば、インパクト機構のハンマー４重量及びばね６のばね定数によって打撃間隔が規定される。このために打撃状態と判定している時間Ｔを打撃間隔ｔで除算（図７参照）すれば、本来あるべき打撃数を推定することができる。

実際に検出した打撃数と推定された打撃数の差を比較し、その割合が前記所定の割合より小さい場合
（検出した打撃数／推定された打撃数）≦所定の割合
制御手段１０は打撃検出手段７もしくはインパクト機構の異常（ハンマー４の磨耗）と判断し、工具の点検、交換を報知手段９を通じて作業者に知らせる。図８にこの動作のフローチャートを示す。

報知手段９としては、発光ダイオードによって作業者に視覚的に報知したり、音(ブザ一)等で報知するものを好適に用いることができる。

また、上記のように異常が検出された時には、ここでは各例ともモータ１を停止させてその後の作業を作業者が継続できないようにしているために、締付けトルクの低下による作業不良を未然に防止することができる。

本発明の実施の形態の一例の動作の一例を示すフローチャートである。 同上のブロック図である。 (a)は同上の電流値の変化についてのタイムチャート、(b)は同上の打撃検出回路の増幅回路と比較回路の出力のタイムチャートである。 同上の異常時の増幅回路及び比較回路の出力のタイムチャートである。 他の異常時の増幅回路の出力のタイムチャートである。 同上の動作を示すフローチャートである。 更に他の異常時の増幅回路及び比較回路の出力のタイムチャートである。 同上の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ モータ
７ 打撃検出回路
８ 負荷検出手段
９ 報知手段
１０ 制御手段

Claims (4)

1. モータ出力によって出力軸に打撃衝撃を加えるインパクト機構と、該インパクト機構による打撃を加速度センサによって検出する打撃検出手段と、モータの負荷量を検出する負荷検出手段と、モータの負荷量を基に打撃状態であることを検知するとともに打撃検出手段の出力を基に締付けトルクを推定するとともに推定した締付けトルクが予め設定された締付けトルク値以上になればモータを停止させる制御手段とからなるインパクト回転工具において、前記制御手段は前記打撃検出手段が検出する打撃情報を基に打撃異常を検出した時にこれを報知手段を通じて報知するものであることを特徴とするインパクト回転工具。
2. 前記制御手段は、前記負荷検出手段が検出する負荷量が所定の負荷量以上で前記打撃検出手段が検出する打撃情報の電圧レベルが所定の電圧レベル以下の場合に打撃異常と判断するものであることを特徴とする請求項１記載インパクト回転工具。
3. 前記制御手段は、前記負荷検出手段が検出する負荷量が所定の負荷量以上で前記打撃検出手段が検出する打撃情報の打撃検出間隔と打撃数量とで打撃異常を判断するものであることを特徴とする請求項１記載のインパクト回転工具。
4. 前記制御手段は、打撃異常を検出した場合はモータを停止させてしまうものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインパクト回転工具。

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