JP2009172740A - インパクト回転工具 - Google Patents

Abstract

【課題】 環境変化に関わらず正確に打撃振動を検出することができるインパクト回転工具を提供する。
【解決手段】 本発明のインパクト回転工具を、モータの動力を基に打撃を行うインパクト機構と、打撃振動を検出する打撃振動検出部３と、インパクト機構で生じた打撃振動を打撃振動検出部３にまで伝達する伝達構造体と、打撃振動検出部３で検出した打撃振動に基づいてモータを制御する制御部１７と、伝達構造体の温度を検出する温度センサ２１とを具備したものとする。そして、打撃振動検出部３は、打撃振動を検出する際に用いる周波数特性を温度センサ２１の検出結果に基づいて変化させるものとする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インパクト回転工具の打撃を検出するための技術に関する。

従来から、モータの動力を基にハンマが回転方向の打撃を行うインパクト機構を内蔵したインパクト回転工具が知られている。前記インパクト回転工具においては、ハンマの打撃を検出する打撃検出主段と、この振動検出主段で検出した打撃に基づいてモータを制御する制御部とを備え、制御部によって狙いの締め付けトルクでモータを停止させることが提案されている（特許文献１等を参照）。前記打撃検出主段としては、例えばハンマの近傍にマイクを設置しておき、ハンマの打撃音を検出することによって打撃検出を行う構成が周知である。

ところで、実際の打撃をより直接的に検出するためには、前記打撃検出手段として、振動センサ１や周波数フィルタ２を用いた打撃振動検出部３を備えることが好ましい（図１、図３等を参照）。前記振動センサ１は、インパクト回転工具のハウジング４に取り付けたものである。前記打撃振動検出部３によれば、ハウジング４を通じてインパクト機構６から振動センサ１にまで伝達される振動のうち、周波数フィルタ２を介して所定の周波数範囲内の振動だけを通過させて他の振動をカットしたうえで、打撃振動を検出することができる。

しかし、インパクト回転工具のハウジング４は一般的に樹脂で成形されているので、モータ７の発熱や外気変化等に影響されて該ハウジング４の温度が変化すると、該ハウジング４の共振周波数に変化が生じる。そのため、ハウジング４を通じて伝達される打撃振動の中心周波数は、該ハウジング４の温度変化に依存して変化することとなり（図２等を参照）、場合によっては周波数フィルタ２の周波数範囲から打撃振動の中心周波数が外れてしまう。このとき、打撃振動検出部３で正確に打撃を検出できないという問題や、他の振動を打撃振動と誤検知してしまうという問題が生じる。
特開２００７−１０２３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、環境変化に関わらず正確に打撃振動を検出する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のインパクト回転工具を、モータ７の動力を基に打撃を行うインパクト機構６と、打撃振動を検出する打撃振動検出部３と、インパクト機構６で生じた打撃振動を打撃振動検出部３にまで伝達する伝達構造体５と、打撃振動検出部３で検出した打撃振動に基づいてモータ７を制御する制御部１７と、伝達構造体５の温度を検出する温度センサ２１とを具備したものとする。そして、打撃振動検出部３は、打撃振動を検出する際に用いる周波数特性を温度センサ２１の検出結果に基づいて変化させるものとする。

このようにすることで、伝達構造体５の温度変化によって打撃振動検出部３にまで伝達される打撃振動の周波数特性が変化しても、これに応じて打撃振動検出部３の周波数特性を変化させることができる。したがって、打撃振動検出部３で正確に打撃を検出できないという問題や、他の振動を打撃振動と誤検知してしまうという問題が解消される。

また、前記打撃振動検出部３は、所定周波数範囲内の振動成分のみを取り出す周波数フィルタ２を有し、周波数フィルタ２の所定周波数範囲を温度センサ２１の検出結果に基づいて変化させるものであることが好適である。このようにすることで、伝達構造体５の温度変化によって打撃振動検出部３にまで伝達される打撃振動の中心周波数が変化しても、これに応じて周波数フィルタ２の所定周波数範囲を変化させることによって、打撃信号を確実に検出することができる。

また、前記打撃振動検出部３は、共振周波数が相違する複数の振動センサ１を有し、打撃振動を検出する際に用いる振動センサ１を温度センサ２１の検出結果に基づいて選択するものであることも好適である。このようにすることで、伝達構造体５の温度変化によって打撃振動検出部３にまで伝達される打撃振動の周波数特性が変化しても、これに応じて打撃振動検出部３の複数の振動センサ１のうち打撃検出に用いるものを選択することで、打撃検出に用いる振動センサ１が共振を生じるという事態を防止することができる。

更にこのとき、前記打撃振動検出部３は、振動センサ１及び該振動センサ１に対応した周波数フィルタ２から成る複数の打撃検出回路２５を有し、打撃振動を検出する際に用いる打撃検出回路２５を温度センサ２１の検出結果に基づいて選択するものであることが好適である。このようにすることで、打撃振動検出部３で正確に打撃を検出できないという事態や、他の振動を打撃振動と誤検知してしまうという事態を防止すると同時に、打撃検出に用いる振動センサ１が共振を生じるという事態を防止することができる。

請求項１に係る発明は、打撃振動検出部で正確に打撃を検出できないという問題や、他の振動を打撃振動と誤検知してしまうという問題を解消し、環境変化に関わらず正確に打撃振動を検出することが可能になるという効果を奏する。

また請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の効果に加えて、温度変化により打撃振動検出部にまで伝達される打撃振動の周波数特性が変化しても、温度変化に応じて周波数フィルタの所定周波数範囲を変化させることによって、打撃信号を確実に検出することが可能になるという効果を奏する。

また請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明の効果に加えて、温度変化により打撃振動検出部にまで伝達される打撃振動の周波数特性が変化しても、温度変化に応じて打撃振動検出部の複数の振動センサのうち打撃検出に用いるものを選択することで、打撃検出に用いる振動センサが共振を生じるという事態が防止されるという効果を奏する。

また請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明の効果に加えて、打撃振動検出部で正確に打撃を検出できないという事態や、他の振動を打撃振動と誤検知してしまうという事態が防止されると同時に、打撃検出に用いる振動センサが共振を生じるという事態が防止されるという効果を奏する。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。図３には、本発明の実施形態における一例のインパクト回転工具の全体を示している。

本例のインパクト工具は、締付けトルクが所定値を超えるとハンマ８がアンビル９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でねじやボルト等の締結具（図示せず）の締付け作業を行うことのできるインパクト工具である。インパクト工具の外殻を成すハウジング４内には、駆動源であるモータ７と、モータ７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とを備えている。前記動力伝達手段として具体的には、モータ７の回転を伝達される減速機１０と、減速機１０を介してモータ７により回転駆動される駆動軸１１と、駆動軸１１にカム機構１２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８と、ハンマ８に係合しながら回転運動を行うアンビル９と、ハンマ８をアンビル９側に付勢するスプリング１５と、アンビル９に連結されて締結具にまで回転力を伝達するビット１６とを備えている。

本例のインパクト工具は、前記カム機構１２やスプリング１５により、ハンマ８のアンビル９に対する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である。即ち、前記カム機構１２、スプリング１５、ハンマ８及びアンビル９等により、ハンマ８がアンビル９に対して繰り返し打撃動作を行うインパクト機構６を形成している。モータ７は、制御ボックス１９内の制御部１７（図１参照）によってその回転及び停止が制御されるものであり、トリガスイッチ２０の引き込み量に応じて該制御部１７に対して回転や停止の指令が入力されるようになっている。

そして、本例のインパクト工具には、ハンマ８によるアンビル９への打撃を検出する打撃検出手段として、図１に示すような振動センサ１と、周波数フィルタ２と、打撃波形検出回路２４とから成る打撃振動検出部３を備えている。振動センサ１は樹脂製のハウジング４に取り付けられており（図３参照）、インパクト機構６でハンマ８がアンビル９に衝突して生じた打撃振動を、ハウジング４を介して振動センサ１にまで伝達させたうえで検出する構造である。つまり本例にあっては、ハウジング４のインパクト機構６と振動センサ１とをつなぐ連結部分が、インパクト機構６で生じた打撃振動を打撃振動検出部３にまで伝達する伝達構造体５を形成している。

前記伝達構造体５の表面には温度センサ２１を取り付けてあり（図３参照）、温度センサ２１から温度検出回路２２を介して検出された伝達構造体５の温度が、打撃振動検出部３の周波数フィルタ２に入力される。この周波数フィルタ２は、振動センサ１が検出する振動のうち、打撃振動を検出するために必要な所定周波数範囲内の振動成分のみを通過させて取り出すものである。

図２に示すように、前記周波数フィルタ２は、中心周波数Ｆ２ａ，Ｆ２ｂ（Ｆ２ａ＞Ｆ２ｂ）が相違する２つの所定周波数範囲を備えている。そして、温度検出回路２２にて検出される温度センサ２１の検出結果（つまり、伝達構造体５の温度）に基づいて複数の所定周波数範囲のうち適当なものを一つ選択することで、打撃振動を検出する際の周波数特性を変化させるようになっている。

例えば図２で示す例では、伝達構造体５が低温であって温度センサ２１の検出結果が所定の閾値以下となる場合には、周波数フィルタ２は図２（ａ）のように高周波数側の中心周波数Ｆ２ａを有する所定周波数範囲を選択する。また、伝達構造体５が高温であって温度センサ２１の検出結果が所定の閾値を越える場合には、周波数フィルタ２は図２（ｂ）のように低周波数側の中心周波数Ｆ２ｂを有する所定周波数範囲を選択する。

ここで、伝達構造体５が低温の場合に該伝達構造体５を介して伝達される打撃振動の中心周波数Ｆ１ａと、伝達構造体５が高温の場合に該伝達構造体５を介して伝達される打撃振動の中心周波数Ｆ１ｂとでは、Ｆ１ａ＞Ｆ１ｂとなるように相違する。したがって、仮に周波数フィルタ２の所定周波数範囲が一定であれば、伝達構造体５の温度によっては打撃を検出できない場合や、他の振動を打撃振動と誤検知してしまう場合がある。これに対して本例では、上記のように検出温度に応じて周波数フィルタ２の所定周波数範囲を切換えるので、周波数フィルタ２の所定周波数範囲から打撃振動の中心周波数が外れることが防止される。つまり、打撃を検出できない事態や、他の振動を打撃振動と誤検知してしまう事態が防止されるものである。

なお、中心周波数の相違する所定周波数範囲は２つに限定されず、中心周波数の相違する３以上の所定周波数範囲を有するとともに、温度センサ２１の検出結果に基づいて、３以上の所定周波数範囲のうち最適なものを一つ選択する構成であってもよい。また、温度センサ２１の検出結果に基づいて、検出温度が高温になるほどに中心周波数が漸次低くなるように周波数フィルタ２の所定周波数範囲を連続変化させる構成であってもよい。

前記打撃振動検出部３で打撃振動を検出した結果は制御部１７に送られ、制御部１７にて、打撃振動の検出結果を基にして締め付けトルクを推定するとともに、締め付けトルクが設定値に達した時点でモータの回転を停止させる。締め付けトルクの推定方法としては、例えば、前記打撃振動検出部３に加えてアンビル９の回転角を検出する回転角検出手段を備え、打撃振動の検出結果とアンビル９の回転角の検出結果とを基にして１打撃毎のアンビル９の回転角を算出し、前記回転角を基に締付けトルクを推定する方法があるが、他の方法であってもよい。

次に、本発明の実施形態における他例のインパクト回転工具について、図４、図５に基づいて説明する。但し、一例のインパクト回転工具と同様の構成については詳しい説明を省略し、一例とは相違する特徴的な構成についてのみ以下に詳述する。

本例のインパクト回転工具のハウジング４には、共振周波数Ｆ３ａ，Ｆ３ｂ（Ｆ３ａ＜Ｆ３ｂ）が相違する２つの振動センサ１ａ，１ｂを取り付けており、温度検出回路２２にて検出される温度センサ２１の検出結果（つまり、伝達構造体５の温度）に基づいて、信号切替回路２３において適当な振動センサ１ａ，１ｂを選択するようになっている。

本例では各振動センサ１ａ，１ｂに対応した専用の周波数フィルタ２ａ，２ｂと打撃波形検出回路２４ａ，２４ｂを備えることで、２つの打撃検出回路２５を形成している。２つの打撃検出回路２５のうち一方の打撃検出回路２５ａは伝達構造体５が低温の場合に用いる回路であり、低周波数の共振周波数Ｆ３ａ（＜Ｆ１ａ）を有する振動センサ１ａと、高周波数の中心周波数Ｆ２ａを有する所定周波数範囲で振動成分を通過させる周波数フィルタ２ａと、打撃波形検出回路２４ａとから成る。また、他方の打撃検出回路２５ｂは、伝達構造体５が高温の場合に用いる回路であり、高周波数の共振周波数Ｆ３ｂ（＞Ｆ１ｂ）を有する振動センサ１ｂと、低周波数の中心周波数Ｆ２ｂを有する所定周波数範囲で振動成分を通過させる周波数フィルタ２ｂと、打撃波形検出回路２４ｂとから成る。

そして、温度センサ２１の検出結果が所定の閾値以下となる低温の場合には、信号切替回路２３が低温側の打撃検出回路２５ａ（即ち、低温側の振動センサ１ａ及び周波数フィルタ２ａ）を選択する。また、温度センサ２１の検出結果が所定の閾値を越える高温の場合には、高温側の打撃検出回路２５ｂ（即ち、高温側の振動センサ１ｂ及び周波数フィルタ２ｂ）を選択する。

したがって、伝達構造体５が低温であって高い中心周波数Ｆ１ａの打撃振動が生じる場合には、周波数フィルタ２ａの高い中心周波数Ｆ２ａを有する所定周波数範囲内で打撃振動を確実に通過させるとともに、低い共振周波数Ｆ３ａを有する振動センサ１ａにおいては共振が生じることを防止する。また、伝達構造体５が高温であって低い中心周波数Ｆ１ｂの打撃振動が生じる場合には、周波数フィルタ２ｂの低い中心周波数Ｆ２ａを有する所定周波数範囲内で打撃振動を確実に通過させるとともに、高い共振周波数Ｆ３ｂを有する振動センサ１ｂにおいては共振が生じることを防止する。

つまり、本例のインパクト回転工具にあっては、打撃を検出できない事態や、他の振動を打撃振動と誤検知してしまう事態が防止されるとともに、振動センサ１に共振が生じるという事態が防止されるものである。

なお、振動センサ１や周波数フィルタ２から成る打撃検出回路２５は、前記２つの打撃検出回路２５ａ，２５ｂに限定されるわけではなく、温度センサ２１の検出結果に基づいて、３以上の打撃検出回路２５の中から信号切替回路２３が最適なものを一つ選択する構成でもよい。

本発明の実施形態における一例のインパクト工具の制御ブロック図である。 同上のインパクト工具で振動センサに伝達される打撃振動と周波数フィルタの所定周波数範囲との関係を概略的に示す説明図であり、（ａ）は低温の場合、（ｂ）は高温の場合である。 同上のインパクト工具の側断面図である。 本発明の実施形態における他例のインパクト工具の制御ブロック図である。 同上のインパクト工具で振動センサに伝達される打撃振動と周波数フィルタの所定周波数範囲と振動センサの共振周波数との関係を概略的に示す説明図であり、（ａ）は低温の場合、（ｂ）は高温の場合である。

符号の説明

１ 振動センサ
２ 周波数フィルタ
３ 打撃振動検出部
４ ハウジング
５ 伝達構造体
６ インパクト機構
７ モータ
１７ 制御部
２１ 温度センサ
２５ 打撃検出回路

Claims (4)

1. モータの動力を基に打撃を行うインパクト機構と、打撃振動を検出する打撃振動検出部と、インパクト機構で生じた打撃振動を打撃振動検出部にまで伝達する伝達構造体と、打撃振動検出部で検出した打撃振動に基づいてモータを制御する制御部と、伝達構造体の温度を検出する温度センサとを具備するとともに、打撃振動検出部は、打撃振動を検出する際に用いる周波数特性を温度センサの検出結果に基づいて変化させるものであることを特徴とするインパクト回転工具。
2. 前記打撃振動検出部は、所定周波数範囲内の振動成分のみを取り出す周波数フィルタを有し、周波数フィルタの所定周波数範囲を温度センサの検出結果に基づいて変化させるものであることを特徴とする請求項１に記載のインパクト回転工具。
3. 前記打撃振動検出部は、共振周波数が相違する複数の振動センサを有し、打撃振動を検出する際に用いる振動センサを温度センサの検出結果に基づいて選択するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のインパクト回転工具。
4. 前記打撃振動検出部は、振動センサ及び該振動センサに対応した周波数フィルタから成る複数の打撃検出回路を有し、打撃振動を検出する際に用いる打撃検出回路を温度センサの検出結果に基づいて選択するものであることを特徴とする請求項３に記載のインパクト回転工具。

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