JP2009190158A - インパクト回転工具 - Google Patents

Abstract

【課題】インパクト回転工具において、安価な構成でありながら、ねじを正確なトルクで締め付けることができるようにする。
【解決手段】モータ２の駆動軸１７の回転角を検出する回転角検出センサ５２と、ハンマ１４が出力軸１３を打撃するときの角速度を算出する打撃角速度算出部５３と、ねじの着座を検出する着座検出部５４と、ハンマ１４による打撃を検出する打撃検出センサ５５と、ねじの締め付けトルクに関する各種情報を表示する報知ランプ５６を有する。着座検出部５４は、ハンマ１４の打撃間回転角と、出力軸１３の角速度に基づいて締め付けトルクを推定し、この推定した締め付けトルクが所定の閾値以上になったとき、ねじが締め付け対象物と着座したと判断する。制御回路５は、着座検出部５４が着座を検出した後の打撃回数を計数し、所定の打撃回数になればモータ２を停止させ、報知ランプ５６を点灯させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ボルトやナット等のねじの締め付け作業に使用されるインパクトレンチやインパクトドライバ等の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、モータによって回転駆動される駆動軸と連結されたハンマが、出力軸に設けられたアンビルを打撃することにより、打撃による強い衝撃力が出力軸に付加され、出力軸が回転するものである。駆動軸とハンマは、カム機構を介して互いに相対回転可能に且つ前進後退可能に連結されており、駆動軸とハンマの間には、ハンマをアンビル側に向けて付勢するハンマバネが設けられている。

通常、ボルトやナット等のねじの締め付けにおいては、ねじ毎にその締め付けトルクが規定されており、インパクト回転工具は、設定された締め付けトルクに達したとき、自動停止するように構成されている。例えば、特許文献１には、ねじの締め付けトルクはハンマの打撃回数に依存するとして、ハンマの打撃回数を検出し、その打撃回数に基づいてモータの回転を制御する技術が示されている。

一方、特許文献２には、自動車組み立て工場等のインパクト回転工具が実際に使用される現場において、組み立て作業者が自ら締め付けたねじの締め付けトルクを容易に確認できるように、締め付けトルクの合否判定の結果を表示する表示部を備えたインパクト回転工具が示されている。なお、締め付けトルクは、ソケット部に取付けた歪みゲージによって検出した歪量に基づいて検出する旨記載されている。
特開平５−２００６７７号公報 特開２００３−５３６７８号公報

しかしながら、上記特許文献１に示されたハンマの打撃回数に基づいて締め付けトルクを検出するインパクト回転工具にあっては、直接的に締め付けトルクを測定しているのではないため、トルクを正確に検出できない場合がある。例えば、作業者が１本のねじを途中まで締め付けた状態で回転を一旦停止させ、その後締め付け作業を再開する、いわゆる二段階締め付け（二度打ち）を行った場合、検出した打撃数が一旦リセットされてしまうため、設定された締め付けトルクよりも大きなトルクでねじを締め付けてしまう虞がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、安価な構成でありながら、ねじを正確なトルクで締め付けることができ、かつ作業者がその締め付け結果を容易に確認できるインパクト回転工具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、
回転する駆動軸を有するモータと、
前記駆動軸の回転を所定の減速比で減速する減速機と、この減速機を介して前記駆動軸の回転力が伝達されるハンマと、このハンマによる打撃によって付与された回転力をねじに伝達するための出力軸とを有するインパクト駆動機構と、
前記ハンマによって前記出力軸が打撃されたこと及びそのタイミングを検出する打撃検出センサと、
前記出力軸を介して伝達された回転力によって締め付けられるねじが締め付け対象物と着座したことを検出する着座検出手段と、
前記着座検出手段がねじの着座を検出した後、前記打撃検出センサが検出した打撃の回数を計数し、所定の打撃回数になれば前記駆動軸の回転を停止させる制御手段とを備えたインパクト回転工具において、
前記駆動軸の回転が一旦停止し、さらにその後、該駆動軸の回転が再開した場合に、前記制御手段が該駆動軸の回転再開から前記所定の打撃回数を計数したとき、締め付けトルクが過剰の可能性がある旨を報知する締め付け過剰報知手段をさらに備えたものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載のインパクト回転工具において、
前記打撃検出センサが打撃を検出する前に、前記駆動軸の回転が一旦停止した場合には、正常な締め付けトルクでねじを締め付けた旨を報知する締め付け正常報知手段をさらに備えたものである。

請求項３の発明は、
回転する駆動軸を有するモータと、
前記駆動軸の回転を所定の減速比で減速する減速機と、この減速機を介して前記駆動軸の回転力が伝達されるハンマと、このハンマによる打撃によって付与された回転力をねじに伝達するための出力軸とを有するインパクト駆動機構と、
前記ハンマによって前記出力軸が打撃されたこと及びそのタイミングを検出する打撃検出センサと、
前記出力軸を介して伝達された回転力によって締め付けられるねじが締め付け対象物と着座したことを検出する着座検出手段と、
前記着座検出手段がねじの着座を検出した後、前記打撃検出センサが検出した打撃の回数を計数し、所定の打撃回数になれば前記駆動軸の回転を停止させる制御手段と
前記駆動軸の回転角を検出する回転角検出センサと、
前記打撃検出センサによって検出された打撃タイミング、前記回転角検出センサによって検出された前記駆動軸の回転角及び前記減速機の減速比に基づいて前記ハンマの打撃角速度を算出する打撃角速度算出手段とを備えたインパクト回転工具において、
前記着座検出手段は、
前記回転角検出センサによって検出された前記駆動軸の回転角、前記打撃検出センサによって検出された打撃タイミング及び減速機の減速比に基づいて前記ハンマの打撃間回転角を演算し、
前記打撃角速度算出手段により演算されたハンマの打撃角速度に基づいて前記出力軸の打撃間平均角速度を演算し、
前記ハンマの打撃間回転角と、前記出力軸の打撃間平均角速度に基づいて締め付けトルクを推定し、この推定した締め付けトルクが所定の閾値以上になったとき、ねじが締め付け対象物と着座したと判断するものである。

請求項４の発明は、請求項３に記載のインパクト回転工具において、
前記打撃角速度算出手段により算出された前記ハンマの打撃角速度が所定の第１の打撃角速度以下のとき、前記制御手段は、前記駆動軸の回転停止の判断に用いる打撃回数を増やして該駆動軸の回転を制御するものである。

請求項５の発明は、請求項４に記載のインパクト回転工具において、
前記制御手段は、前記打撃角速度算出手段により算出された前記ハンマの打撃角速度及び前記所定の第１の打撃角速度に基づいて不足している打撃エネルギを算出し、この不足している打撃エネルギを打撃回数に変換することにより前記駆動軸の回転停止の判断に用いる打撃回数を増やすものである。

請求項６の発明は、請求項４に記載のインパクト回転工具において、
前記打撃角速度算出手段により算出された前記ハンマの打撃角速度が前記第１の打撃角速度未満の所定の第２打撃角速度以下のとき、締め付けトルクが不足の可能性がある旨を報知する締め付け不足報知手段をさらに備えたものである。

請求項１の発明によれば、駆動軸の回転が一旦停止し、さらにその後、該駆動軸の回転が再開し、締め付けトルクが過剰の可能性がある場合に、過剰報知手段がその旨を報知するので、いわゆる二段階締め付けによる締め付けトルクの過剰を防止することができる。

請求項２の発明によれば、作業者が形式上の二段階締め付けを行った場合であっても、打撃検出センサが打撃を検出する前に駆動軸の回転が一旦停止した場合には、ねじは正常な締め付けトルクで締結されたものとしてその旨を報知するので、締結作業をやり直す必要がなくなり、作業向上の効率化を図ることができる。

請求項３の発明によれば、ハンマの打撃間回転角と出力軸の角速度に基づいて締め付けトルクを推定し、この推定した締め付けトルクが所定の閾値以上になったとき、ねじが締め付け対象物と着座したと判断するので、安価な構成で締め付けトルクを演算により推定することができる。また、着座後の打撃間回転角が小さい領域においては、ハンマの打撃回数で締め付けトルクを算出するので、締め付けトルクを正確に算出することが可能となる。

請求項４の発明によれば、ハンマの打撃角速度が所定の第１の打撃角速度以下となるとき、制御手段は、駆動軸の回転停止の判断に用いる打撃回数を増やすので、例えば、インパクト回転工具の電源とする充電池の充電量が不足気味でモータの駆動電圧が低下傾向にある場合であっても、締め付けトルクの不足を抑制できるようになる。

請求項５の発明によれば、ハンマの打撃角速度に基づいて不足している打撃エネルギを算出し、この不足している打撃エネルギを打撃回数に変換することにより駆動軸の回転停止の判断に用いる打撃回数を増やすので、適正な締め付けトルクでねじを締結することが可能となる。

請求項６の発明によれば、打撃角速度算出手段が算出したハンマの打撃角速度が所定の第２打撃角速度以下のとき、例えば請求項４に記載の打撃回数の補正を行っても締め付けトルクの不足を解消できないとき、締め付け不足報知手段が締め付けトルクが不足の可能性がある旨を報知する。これにより、締め付けトルクの不足を防止することができる。

以下、本発明の第１の実施形態に係るインパクト回転工具について図１乃至図３を参照して説明する。図１は本実施形態に係るインパクト回転工具１の概略構成を示す。インパクト回転工具１は、駆動源であるモータ２と、モータ２と接続され、先端に取り付けられるビット３を打撃力を付加して回転させるインパクト駆動機構部４と、モータ２等のインパクト回転工具１の全体制御を司る制御回路５と、上記各部を収容する本体カバー６と、本体カバー６に着脱自在に取り付けられる充電池７を備える。ここで、ビット３は、ボルトやナット等のねじの種類に応じて多数の種類があり、インパクト駆動機構部４に着脱自在に取り付けられる。例えば、図１においては、＋ねじに対応するビット３が、図３においては、ボルトに対応するボルトソケット３ａが取付けられている。インパクト駆動機構部４は、モータ２の駆動軸１７に取付けられている。

制御回路５は、ユーザが後述するトリガスイッチ８を引き込むことで、充電池７から電力をモータ２に供給し、トリガスイッチ８の引き込み量に応じた回転速度でモータ２を回転させる。本体カバー６は、モータ２及びインパクト駆動機構部４を収容するハウジング部９と、制御回路５を収容する共に操作に際しユーザによって把持されるように形成されたグリップ部１０で構成される。グリップ部１０の前面には、モータ２の起動とその回転速度の調整を行うためのトリガスイッチ８が設けられている。

図２はインパクト駆動機構部４の内部構成を示す。インパクト駆動機構部４は、モータ２と減速機１１を介して接続される駆動伝達軸１２と、駆動伝達軸１２の回転が出力される出力軸１３と、出力軸１３を打撃するハンマ１４と、ハンマ１４に出力軸１３を打撃する動作を行わせるカム機構１５と、ハンマ１４を出力軸１３側に向けて付勢するハンマバネ１６とを備える。

モータ２の前方に配置された減速機１１は、遊星歯車機構であって、モータ２の駆動軸１７に形成されたギアである太陽ギア１８と、太陽ギア１８と噛み合う複数の遊星ギア１９、１９と、遊星ギア１９、１９と噛み合うリングギア２０と、上記各部を収容するケース２１とで構成される。太陽ギア１８は、駆動伝達軸１２の中央に形成された孔２２に差し込まれている。遊星ギア１９、１９は、太陽ギア１８の周囲に配置され、駆動伝達軸１２の後端側に形成されるキャリア２３に挿通された軸２４、２４によってそれぞれの中心が固定されている。リングギア２０はケース２１の内周壁に固定されており、ケース２１は本体カバー６のハウジング部９に固定されている。このように減速機１１を構成することで、モータ２の回転が上記各ギアにより定められる所定の減速比で減速され、駆動伝達軸１２に伝達される。

駆動伝達軸１２は、上述したキャリア２３と、キャリア２３の中心を通る軸部２５で構成される。軸部２５は、後端側が減速機１１のケース２１内に固定されたベアリング２６により保持され、前端側が出力軸１３に形成された後部穴２７により回転自在に保持されている。

出力軸１３は、ハンマ１４の前方に配置されており、後端側にはハンマ１４によって打撃される際にハンマ１４と係合するアンビル２８、２８が形成されている。出力軸１３は、本体カバー６のハウジング部９の前端側に固定されたメタル軸受２９により保持されており、前端側がハウジング部９の前端面より突出している。出力軸１３の前端側には、ビット３を挿入するためのビット挿入穴３０が形成されていると共に、ビット挿入穴３０に挿入したビット３を固定するためのチャック機構３１が設けられている。

ハンマ１４は、その中央に駆動伝達軸１２の軸部２５が遊嵌される貫通孔３２を有しており、駆動伝達軸１２に対して相対回転可能に且つ前進後退可能に連結されている。ハンマ１４は、ハンマバネ１６の復元力により、出力軸１３側に向けて付勢されている。ハンマ１４の前端側には、出力軸１３のアンビル２８、２８と係合するハンマ爪３３、３３が放射状に形成されている。

カム機構１５は、軸部２５の前側外周面に螺旋状に形成された軸部カム溝３４、３４と、ハンマ１４の内周面に形成されたハンマカム溝３５、３５と、軸部カム溝３４、３４とハンマカム溝３５、３５の双方に係合する鋼球３６、３６とで構成される。軸部カム溝３４、３４とハンマカム溝３５、３５はそれぞれ、鋼球３６、３６の半球分が入り込めるように形成されており、軸部カム溝３４、３４とハンマカム溝３５、３５が重なって形成される空間に鋼球３６、３６が配設されている。上記のようなカム機構１５を構成することで、駆動伝達軸１２の回転が鋼球３６、３６を介してハンマ１４に伝達される。

ハンマバネ１６は、中央の空間３７に駆動伝達軸１２の軸部２５が挿通され、駆動伝達軸１２のキャリア２３部とハンマ１４の間に圧縮されて配設されている。ハンマバネ１６は、後端側がキャリア２３部に固定されたプレート３８により保持され、前端側がハンマ１４に固定されたプレート３９により保持されている。

ハンマバネ１６の後端側にある上記プレート３８の前方には、ハンマ１４が駆動伝達軸１２に対して後退するときに、鋼球３６、３６が駆動伝達軸１２の軸部カム溝３４、３４の後端壁（図示しない）に衝突して騒音及び振動が発生しないように、ハンマ１４の後退量を制限する金属板４０が弾性体４１を介して設けられる。弾性体４１は、金属板４０とハンマ１４が当接するときに生じる衝撃力を緩和するためのものである。金属板４０と弾性体４１は、軸部２５が挿通されると共にハンマバネ１６の空間３７に位置するようにリング状に形成されている。ここで、上述したハンマバネ１６は、その内径が弾性体４１の外径の変形量を規制するように設定されており、弾性体４１が上述の衝撃力を吸収して過剰に圧縮されることを防止する規制部材として機能する。

図３は、インパクト回転工具１の電気的構成を示している。インパクト回転工具１は、モータ２を制御するモータ制御回路５１と、駆動軸１７の回転角を検出する回転角検出センサ５２と、ハンマ１４が出力軸１３を打撃するときの角速度を算出する打撃角速度算出部（打撃角速度算出部手段）５３と、ねじが締め付け対象物と着座したことを検出する着座検出部（着座検出手段）５４と、ハンマ１４によって出力軸１３が打撃されたこと及びそのタイミングを検出する打撃検出センサ５５と、ねじの締め付けトルクに関する各種情報を表示する報知ランプ（締め付け過剰報知手段、締め付け正常報知手段、締め付け不足報知手段）５６等を有している。

モータ制御回路５１は、制御回路５から出力された信号に応じてモータ２に印加する駆動電圧を制御する。回転角検出センサ５２は、モータ２の駆動軸１７の回転角を検出するセンサであり、モータ２がブラシモータである場合にはＦＧ（frequency generator）センサ、ブラシレスモータである場合にはロータの位置を検出する位置検出センサ（ホール素子）が用いられる。打撃角速度算出部５３は、打撃検出センサ５５によって検出された打撃タイミング、回転角検出センサ５２によって検出された駆動軸１７の回転角及び減速機１１の減速比に基づいてハンマ１４の打撃角速度を算出する。

着座検出部５４は、回転角検出センサ５２によって検出された駆動軸１７の回転角、打撃検出センサ５５によって検出された打撃タイミング及び減速機１１の減速比に基づいて締め付けトルクを推定し、その推定した締め付けトルクが所定の閾値以上になったとき、ねじが締め付け対象物と着座したと判断する。締め付けトルクは、１打撃毎の運動エネルギの収支に着目し、ハンマ１４の打撃により出力軸１３のアンビル２８に付与される回転運動エネルギと、締め付けによって消費されるエネルギが略等しいものとして、推定される。

報知ランプ５６は、例えば複数個のＬＥＤ等によって構成され、個々のＬＥＤを個別に点灯又は点滅させることにより、ねじの締め付け作業の適否等を作業者に報知する。より詳細に締め付け作業の適否等を作業者に報知する必要がある場合には、ＬＥＤの代わりにＬＣＤ等を用いることもできる。

図４は、ねじの着座前後における回転角θと、締め付けトルクＴとの関係を示している。出力軸１３の回転角θと締付トルクＴ は、図４に示すように関数Ｔ = τ（ θ ） で表せるとし、ハンマ１４による打撃が、それぞれ出力軸１３の回転角θ１ 、… 、θ ｎ の地点で発生したものとする。関数τ を区間［ θｎ 、θｎ+１ ］ で積分した値Ｅｎ は締付け作業に消費されたエネルギであり、θｎ 地点で発生したハンマ１４の打撃によりアンビル２８（出力軸１３）に与えられたエネルギに等しい。よって、区間［ θｎ 、θｎ+１ ］ における平均の締付トルクＴ は、Ｅｎ と打撃間回転角Θｎ ＝ (θｎ +１ − θｎ )を用いて、
Ｔ ＝ Ｅｎ ／ Θｎ … （ １ ）
と推定できる。ここでＥ ｎ は、打撃間の出力軸１３の平均回転角速度ωｎと、既知の出力軸１３の慣性モーメントＪａを用いて、
Ｅｎ ＝ 1/2 × Ｊａ ×（ωｎ）^２ … （ ２ ）
と求めることができる。なお、打撃間の出力軸１３の平均回転角速度ωｎは、出力軸１３の打撃間回転角Θｎを打撃間隔で除したものである。

ハンマ１４が一回転する毎に２度出力軸１３のアンビル２８を打撃する構成の場合、出力軸１３が固定され全く回転しないと仮定した場合、モータ２を駆動すると１度の打撃でハンマ１４は半回転する。出力軸１３が固定されておらず回転可能な場合、モータ２を駆動すると出力軸１３の回転角に半回転分の回転角を加えたものが１度の打撃でのハンマ１４の回転角となる。例えば、ハンマ１４がアンビル２８を４度打撃した場合は、ハンマ１４は、出力軸１３よりも２回転分多く回転している。一方、ハンマ１４の回転角は、モータ２とハンマ１４の間にある減速機１１の減速比から計算できるので、これにハンマ１４の打撃回数に相当する回転角を減じれば出力軸１３の回転角θｎを算出できる。

図５は、一般的なインパクト回転工具によってボルトを締結する際のボルトの回転角と締め付けトルクの関係を示している。ボルトとナットの組み合わせ等のような金属製締結具の締め付け作業の場合は、インパクト回転工具が付与する衝撃毎に締め付けトルクは徐々に上昇していく。一方、衝撃毎のボルトの回転角は徐々に減少し、最終的には微少な角度の回転になる。

ボルトの締め付けトルクＴは、上述のごとくエネルギＥｎを打撃間の出力軸１３の打撃間回転角Θｎで除算することにより推定することができるため、この推定締め付けトルクＴを用いてモータ２を停止制御することにより、概略的な締め付けトルクＴの管理を行うことも可能ではある。しかしながら、衝撃毎のボルトの回転角すなわち出力軸１３の打撃間回転角Θｎが微少な領域になると、回転角Θｎのわずかな誤差が締め付けトルクＴの推定値に大きな影響を及ぼすこととなり、正確な締め付けトルクＴを推定することが困難となる。図５は、出力軸１３の回転角 Θｎが微少な領域において、推定した締め付けトルクＴが実際の締め付けトルクよりも低く算出されている例を示している。

このような場合、出力軸１３の回転角θｎの検出を駆動軸１７の回転角検出センサ５２に依存することなく、出力軸１３の回転角θｎそのものを高精度・高分解能の回転角センサによって検出するように構成することにより、締め付けトルクＴの推定値をより正確なものとすることも可能である。しかしながら、出力軸１３に回転角センサを設ける構成とすると、インパクト回転工具自体が大きく重くなることから、作業性が大幅に悪化する。また、インパクト回転工具の構成が複雑となるため、その製造コストが高騰する。そのため、本実施形態では、出力軸１３に回転角センサは設けられていない。

そこで、本インパクト回転工具１においては、締め付け初期段階におけるねじが着座する前後の領域では打撃間の出力軸１３の回転角が比較的大きいことから、締め付けトルクを正確に推定できること、及びねじが着座すると着座面に摩擦力が発生することに着目し、締め付けトルクが上記摩擦力の発生に伴い増大して所定の閾値（着座判定値とする）以上になったことを検知することによってねじの着座を判定し、ねじが着座した後のハンマ１４の打撃回数に基づいて締め付けトルクを算出し、モータ２の停止制御を行う。

図６は、ねじを締結する際にモータ２を上述のごとくねじの着座後、所定回数打撃するように停止制御したときのボルトの回転角と締め付けトルクの関係を示している。本実施形態においては、着座検出部５４がねじの着座を検出した後、ハンマ１４が出力軸１３を７回打撃したとき、適正な締め付けトルクでねじが締結されたものとしてモータ２の停止制御を行う。モータ２の制御にあたって判定するハンマ１４の打撃回数は、締め付けトルクに応じて適宜設定される。例えば、より大きな締め付けトルクでねじを締結する際には、ハンマ１４の打撃回数を増加させればよい。このように、着座検出部５４がねじの着座を検出した後、ハンマ１４の打撃回数に基づいて算出した締め付けトルクは、同図において破線で示す実際の締め付けトルクと略一致する。従って、インパクト回転工具の構成を複雑にすることなく、正確な締め付けトルクでねじを締結することが可能となる。

図７は、充電池の電圧と、締め付けトルクとの関係を示している。インパクト回転工具１の電源電圧が例えば商用電源のように安定している場合、締め付けトルクの繰り返し精度は比較的安定している。しかしながら、電源として充電池７を採用する場合にあっては、その電圧が低下することに起因してモータ２の出力が低下し、締め付けトルクも低下する傾向にある。従って、充電池７の電圧が所定電圧よりも高いことを前提に上記ハンマ１４の打撃回数を設定した場合にあっては、充電池７の電圧が低下したとき、十分な締め付けトルクを得ることができない。その結果、電源として充電池７を採用する場合にあっては、締め付けトルクの繰り返し精度が悪化する虞がある。また、充電池の使用温度の変化や経年劣化に伴う放電特性の変化等もモータ２の出力を変動させる要因となる。

そこで、インパクト回転工具１は、打撃角速度算出部５３が算出したハンマ１４の打撃角速度に応じて駆動軸１７の回転停止の判断に用いる打撃回数を補正することにより、充電池７の電圧が低下したときであっても、十分な締め付けトルクでねじを締結するように構成されている。

図８は、ハンマ１４の打撃角速度と最大締め付けトルクとの関係を示している。ハンマ１４の打撃角速度が第２の打撃角速度以上でかつ第１の打撃角速度以下のとき、制御回路５は、回転停止の判断に用いる打撃回数を補正してモータ２を制御する。すなわち、打撃角速度算出部５３が算出したハンマ１４の打撃角速度が第１の打撃角速度以下のとき、制御回路５は、駆動軸１７の回転停止の判断に用いる打撃回数を増やして駆動軸１７の回転を制御する。また、打撃角速度算出部５３が算出したハンマ１４の打撃角速度が第２の打撃角速度以下のとき、制御回路５は、報知ランプ５６を点灯させて、締め付けトルクが不足の可能性がある旨を報知する。このとき、締め付け作業を停止させるように構成してもよい。

打撃回数の補正値は、例えば以下に示す手法によって計算される。打撃角速度算出部５３が算出したハンマ１４の打撃角速度が第１の打撃角速度以下のとき、制御回路５は、まず適正な締め付けトルクを得るために不足エネルギを算出する。不足エネルギは、第１の打撃角速度、実際の打撃角速度及び所定の設定打撃数を用いて、以下の式によって算出される。
不足エネルギ＝1/2×Ｊａ×（（第１の打撃角速度）^２−（実際の打撃角速度）^２）
×設定打撃数 ・・・（３）
さらに、制御回路５は、不足エネルギ及び実際の打撃角速度を用いて、以下の式によって打撃回数の補正値を算出する。
打撃回数の補正値＝補正係数×不足エネルギ
／（1/2×Ｊａ×（実際の打撃角速度）^２） ・・・（４）
ここで、補正係数とは、個々のインパクト回転工具により異なる任意の係数である。このようにインパクト回転工具１においては、ハンマ１４の打撃角速度を監視してハンマ１４の打撃回数を適宜補正しているので、充電池７の電圧が低下したり、使用温度の変化や経年劣化に伴って放電特性が変化した場合にあっても、適正な締め付けトルクでねじを締結することができる。

図９は、インパクト回転工具１を用いてねじを締結する際の制御回路５の動作を示している。トリガ８が操作されると（＃１においてＹＥＳ）、トリガ８の操作量に対応した速度でモータ２を回転制御する（＃２）。その後、ハンマ１４の打撃が検出されると（＃３においてＹＥＳ）、着座検出部５４に推定締め付けトルクを演算させる（＃４）。ここでトリガ８の操作が継続し（＃５においてＮＯ）、推定締め付けトルクが着座判定値に達し、その後ハンマ１４が所定回数出力軸１３を打撃すると、適正な締め付けトルクに到達したとして（＃６においてＹＥＳ）、モータ２の回転を停止させ（＃７）、報知ランプ５６を点灯させて正常に締め付けが完了した旨を表示させる（＃８）。なお、＃１においてトリガ８が操作されない場合は（＃１においてＮＯ）、モータ２を停止させたまま（＃９）、＃１に戻って待機する。

一方、締め付けの途中でトリガ８の操作が止められた場合は（＃５においてＹＥＳ）、モータ２の回転を停止させ、さらには報知ランプ５６を点灯させて締め付けが未完了である旨を表示させる（＃１０）。そして所定時間内にトリガ８が操作されると（＃１１においてＹＥＳ）、トリガ８の操作量に対応した速度でモータ２を回転制御する（＃１２）。その後、ハンマ１４の打撃が検出されると（＃１３においてＹＥＳ）、着座検出部５４に推定締め付けトルクを演算させる（＃１４）。ここでトリガ８の操作が継続し（＃１５においてＮＯ）、推定締め付けトルクが着座判定値に達し、その後ハンマ１４が所定回数出力軸１３を打撃すると（＃１６においてＹＥＳ）、モータ２の回転を停止させる（＃１７）。

この場合、＃２乃至＃５の間でハンマ１４が通常よりも過剰にアンビル２８を打撃しているので、締め付けトルクが過剰の可能性がある。そこで、報知ランプ５６を点灯させて締め付けトルクが過剰の可能性がある旨を表示する（＃１８）。なお、＃１１において所定時間内にトリガ８が操作されない場合は（＃１１においてＮＯ）、別のねじを締結する作業に移行したものとして、＃１に戻る。また、＃１５において、トリガ８の操作が止められた場合は（＃１５においてＹＥＳ）、モータ２の回転を停止させ、＃１０に戻る。

以上説明したように、本実施形態のインパクト回転工具１によれば、着座検出部５４がねじの着座を検出した後、制御回路５がハンマ１４の打撃回数を計数し、所定の打撃回数になれば駆動軸１７の回転を停止させる。すなわち、打撃間回転角が小さくなる着座後においてはハンマ１４の打撃回数で締め付けトルクを算出し、モータ２を制御するので、安価な構成でありながら、ねじを正確なトルクで締め付けることができる。また、ハンマ１４の打撃間回転角と出力軸１３の角速度に基づいて締め付けトルクを推定し、この推定した締め付けトルクが所定の閾値以上になったとき、ねじが締め付け対象物と着座したと判断するので、安価な構成で締め付けトルクを演算により推定することができる。特に、着座後の打撃間回転角が小さい領域においては、ハンマ１４の打撃回数で締め付けトルクを算出するので、締め付けトルクを正確に算出することが可能となる。

また、ハンマ１４の打撃角速度が所定の第１の打撃角速度以下となるとき、制御回路５は、駆動軸１７の回転停止の判断に用いる打撃回数を増やすので、例えば、インパクト回転工具の電源とする充電池７の充電量が不足気味でモータ２の駆動電圧が低下傾向にある場合であっても、締め付けトルクの不足を抑制できるようになる。また、ハンマ１４の打撃角速度に基づいて不足している打撃エネルギを算出し、この不足している打撃エネルギを打撃回数に変換することにより駆動軸１７の回転停止の判断に用いる打撃回数を増やすので、適正な締め付けトルクでねじを締結することが可能となる。

また、駆動軸１７の回転が一旦停止し、さらにその後、駆動軸１７の回転が再開し、締め付けトルクが過剰の可能性がある場合に、報知ランプ５６がその旨を報知するので、いわゆる二段階締め付けによる締め付けトルクの過剰を防止することができる。また、作業者が形式上の二段階締め付けを行った場合であっても、打撃検出センサ５５が打撃を検出する前に駆動軸１７の回転が一旦停止した場合には、ねじは正常な締め付けトルクで締結されたものとして報知ランプ５６がその旨を報知するので、締結作業をやり直す必要がなくなり、作業向上の効率化を図ることができる。また、打撃角速度算出部５３が算出したハンマ１４の打撃角速度が所定の第２打撃角速度以下のとき、例えば上述した打撃回数の補正を行っても締め付けトルクの不足を解消できないとき、報知ランプ５６が締め付けトルクが不足の可能性がある旨を報知する。これにより、締め付けトルクの不足を防止することができる。

なお、本発明は上記実施形態の構成に限定されるものではなく、少なくとも着座検出部５４がねじの着座を検出し、着座後の打撃回数に基づいてモータ２の回転を制御するように構成されていればよい。また、本発明は、種々の変形が可能であり、例えば、インパクト駆動機構部４の構成は、実施形態に示したものに限られることなく、同等の機能を有する他の構成を採用してもよい。

本発明の実施形態にかかるインパクト回転工具の概略構成を示す図。 インパクト駆動機構部の内部構成を示す図。 同インパクト回転工具の電気的構成を示すブロック図。 一般的なインパクト回転工具によってボルトを締結する際のねじの着座前後における回転角と、締め付けトルクとの関係を示す図。 一般的なインパクト回転工具によってボルトを締結する際のボルトの回転角と締め付けトルクの関係を詳細に示す図。 本発明の実施形態にかかるインパクト回転工具によってねじを締結する際にモータを上述のごとく停止制御したときのボルトの回転角と締め付けトルクの関係を示す図。 充電池の電圧と、締め付けトルクとの関係を示すブロック図。 ハンマの打撃角速度と最大締め付けトルクとの関係を示す図。 同インパクト回転工具を用いてねじを締結する際の制御回路の動作を示すフローチャート。

符号の説明

１ インパクト回転工具
２ モータ
４ インパクト駆動機構
５ 制御回路（制御手段）
１１ 減速機
１２ 駆動軸
１３ 出力軸
１４ ハンマ
１７ 駆動軸
５２ 回転角検出センサ
５３ 打撃角速度算出部（打撃角速度算出部手段）
５４ 着座検出部（着座検出手段）
５５ 打撃検出センサ
５６ 報知ランプ（締め付け過剰報知手段、締め付け正常報知手段、締め付け不足報知手段）

Claims (6)

1. 回転する駆動軸を有するモータと、
   前記駆動軸の回転を所定の減速比で減速する減速機と、この減速機を介して前記駆動軸の回転力が伝達されるハンマと、このハンマによる打撃によって付与された回転力をねじに伝達するための出力軸とを有するインパクト駆動機構と、
   前記ハンマによって前記出力軸が打撃されたこと及びそのタイミングを検出する打撃検出センサと、
   前記出力軸を介して伝達された回転力によって締め付けられるねじが締め付け対象物と着座したことを検出する着座検出手段と、
   前記着座検出手段がねじの着座を検出した後、前記打撃検出センサが検出した打撃の回数を計数し、所定の打撃回数になれば前記駆動軸の回転を停止させる制御手段とを備えたインパクト回転工具において、
   前記駆動軸の回転が一旦停止し、さらにその後、該駆動軸の回転が再開した場合に、前記制御手段が該駆動軸の回転再開から前記所定の打撃回数を計数したとき、締め付けトルクが過剰の可能性がある旨を報知する締め付け過剰報知手段をさらに備えたことを特徴とするインパクト回転工具。
2. 前記打撃検出センサが打撃を検出する前に、前記駆動軸の回転が一旦停止した場合には、正常な締め付けトルクでねじを締め付けた旨を報知する締め付け正常報知手段をさらに備えた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. 回転する駆動軸を有するモータと、
   前記駆動軸の回転を所定の減速比で減速する減速機と、この減速機を介して前記駆動軸の回転力が伝達されるハンマと、このハンマによる打撃によって付与された回転力をねじに伝達するための出力軸とを有するインパクト駆動機構と、
   前記ハンマによって前記出力軸が打撃されたこと及びそのタイミングを検出する打撃検出センサと、
   前記出力軸を介して伝達された回転力によって締め付けられるねじが締め付け対象物と着座したことを検出する着座検出手段と、
   前記着座検出手段がねじの着座を検出した後、前記打撃検出センサが検出した打撃の回数を計数し、所定の打撃回数になれば前記駆動軸の回転を停止させる制御手段と
   前記駆動軸の回転角を検出する回転角検出センサと、
   前記打撃検出センサによって検出された打撃タイミング、前記回転角検出センサによって検出された前記駆動軸の回転角及び前記減速機の減速比に基づいて前記ハンマの打撃角速度を算出する打撃角速度算出手段とを備えたインパクト回転工具において、
   前記着座検出手段は、
   前記回転角検出センサによって検出された前記駆動軸の回転角、前記打撃検出センサによって検出された打撃タイミング及び減速機の減速比に基づいて前記ハンマの打撃間回転角を演算し、
   前記打撃角速度算出手段により演算されたハンマの打撃角速度に基づいて前記出力軸の打撃間平均角速度を演算し、
   前記ハンマの打撃間回転角と、前記出力軸の打撃間平均角速度に基づいて締め付けトルクを推定し、この推定した締め付けトルクが所定の閾値以上になったとき、ねじが締め付け対象物と着座したと判断することを特徴とするインパクト回転工具。
4. 前記打撃角速度算出手段により算出された前記ハンマの打撃角速度が所定の第１の打撃角速度以下のとき、前記制御手段は、前記駆動軸の回転停止の判断に用いる打撃回数を増やして該駆動軸の回転を制御す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。
5. 前記制御手段は、前記打撃角速度算出手段により算出された前記ハンマの打撃角速度及び前記所定の第１の打撃角速度に基づいて不足している打撃エネルギを算出し、この不足している打撃エネルギを打撃回数に変換することにより前記駆動軸の回転停止の判断に用いる打撃回数を増やすことを特徴とする請求項４に記載のインパクト回転工具。
6. 前記打撃角速度算出手段により算出された前記ハンマの打撃角速度が前記第１の打撃角速度未満の所定の第２打撃角速度以下のとき、締め付けトルクが不足の可能性がある旨を報知する締め付け不足報知手段をさらに備えたことを特徴とする請求項４に記載のインパクト回転工具。

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