JP2013107165A - Impact rotary tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、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。 The present invention relates to an impact rotary tool such as an impact wrench and an impact driver used for tightening (and loosening) screws such as bolts and nuts.
インパクト回転工具は、モータ出力で回転させるハンマーによって出力軸(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るにあたり、上記の打撃の回数をカウントしてこの打撃回数が所望の締付けトルクに対応する回数に達したかどうかで制御するものが特許文献1に示されている。 The impact rotary tool tightens the hammer by rotating it with a motor output by giving impact to the output shaft (anvil) in the direction of rotation. In such an impact rotary tool, in order to provide a shut-off function that automatically stops when the desired tightening torque is reached, the number of hits described above is counted and the number of hits is set to the desired tightening torque. Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228707 discloses control based on whether or not the number of times corresponding to torque has been reached.
ところで、インパクト回転工具の最大締付け力は駆動電源の電圧に依存することになる上記ハンマーの回転速度(モータの回転速度)で決定されてしまう。このために上記の打撃回数のみを利用してシャットオフを行う場合、駆動電源が電池であって連続した作業によって電池電圧が徐々に低下した時、締付けトルクも徐々に低下してしまうことになり、工場等の主にボルト・ナット等の締付けトルクの管理が必要な工程でその管理ができなくなってしまう。 By the way, the maximum tightening force of the impact rotary tool is determined by the rotation speed of the hammer (motor rotation speed) which depends on the voltage of the drive power supply. For this reason, when shut-off is performed using only the above-mentioned number of strikes, when the driving power source is a battery and the battery voltage gradually decreases due to continuous work, the tightening torque also gradually decreases. In a process that requires management of tightening torque of bolts, nuts, etc., such as factories, the management becomes impossible.
このために、特許文献2においては、打撃速度の低下があった時にはこれを検知して打撃数を補正するものが示されている。 For this reason, Patent Document 2 discloses a technique for detecting the hitting speed and correcting the hitting number when the hitting speed is reduced.
しかし、作業条件によって打撃補正と打撃速度の関係が変化するために、打撃速度の低下に伴う打撃補正量が一様であると、作業条件によっては適切な補正とならないことから、トルク管理の点でさらなる精度向上が望まれる。 However, since the relationship between the hit correction and the hitting speed changes depending on the working conditions, if the hitting correction amount accompanying the reduction of the hitting speed is uniform, the correct correction may not be possible depending on the working conditions. Therefore, further improvement in accuracy is desired.
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、より正確なトルクでの締め付けを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。 This invention is made | formed in view of the said problem, and makes it a subject to provide the impact rotary tool which can perform the clamp | tightening by more exact torque.
本発明にかか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検出する打撃検出手段と、モータの回転数を検出する回転角検出手段と、打撃検出手段で得られる打撃のタイミングと回転角検出手段によるモータ回転角とから打撃速度を算出する打撃検出手段と、前記打撃検出手段で検出された打撃数をカウントして所定打撃数になればモータを停止させる制御手段とを備えるとともに、上記制御手段は上記打撃速度検出手段で得られた打撃速度が所定打撃速度以下であるときに不足打撃数を補正するものであり、さらに不足打撃数の補正量を調整するための調整部を備えていることに特徴を有している。 An impact rotary tool according to the present invention includes an impact mechanism that applies impact impact to an output shaft by motor output, impact detection means that detects impact by the impact mechanism, rotation angle detection means that detects the rotational speed of the motor, and impact A hit detecting means for calculating the hitting speed from the timing of hitting obtained by the detecting means and a motor rotation angle by the rotation angle detecting means, and a motor when the hit number detected by the hit detecting means is counted to reach a predetermined hit number. And the control means for correcting the number of shortage hits when the hitting speed obtained by the hitting speed detecting means is equal to or lower than a predetermined hitting speed. It is characterized by having an adjustment unit for adjusting the amount.
上記調整部としては、打撃される締付部材や該締付部材が締め付けられる相手部材の硬軟に応じて予め設定された調整量を適用するものを好適に用いることができる。 As the adjusting portion, a device that applies an adjustment amount set in advance according to the hardness of the tightening member to be struck and the counterpart member to which the tightening member is tightened can be suitably used.
また、上記調整部は、工具本体とは別の別装置として設けられていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said adjustment part is provided as another apparatus different from a tool main body.
以上のように本発明においては、1打撃の打撃エネルギーと打撃速度とが相関があることから、打撃速度を検出して、この打撃速度に応じて打撃数を補正するために、安定した締付けトルクを実現できるものであり、しかも調整部の存在により、ビスやボルト等の締付部材や、鉄板や成形品のような相手部材に応じて補正量を調整することができるために、より安定した締付トルクを実現することができ、工場等の締付管理が必要な作業において有効である。 As described above, in the present invention, since the impact energy and the impact speed of one impact are correlated, a stable tightening torque is detected in order to detect the impact speed and correct the number of impacts according to the impact speed. In addition, the presence of the adjustment part makes it possible to adjust the correction amount according to the fastening member such as a screw or bolt, or the mating member such as an iron plate or a molded product. Tightening torque can be realized, and it is effective in operations requiring tightening management at factories and the like.
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。
Hereinafter, the present invention will be described based on an embodiment shown in the accompanying drawings.
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。
Since the hammer 4 and the anvil 5 are engaged with each other by the bias of the
図2中の10は制御回路、11はモータ駆動回路、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1の回転数が調整される。
In FIG. 2, 10 is a control circuit, 11 is a motor drive circuit, 12 is a rechargeable battery as a drive power source, and 13 is a trigger switch. The operation of the
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21と、上記モータ1の回転角を検出する回転角検出手段22と、着座検出手段23と、打撃速度検出手段24とを備えている。なお、着座検出手段23と打撃速度検出手段24は本例では制御回路10における演算部で構成している。
Further, in this impact rotary tool, a hit detection means 21 for detecting when the anvil 5 is hit by the hammer 4, a rotation angle detection means 22 for detecting the rotation angle of the
打撃検出手段21は打撃音をとらえるマイク、あるいは打撃衝撃を感知する加速度センサ等で構成されるもので、打撃衝撃が加えられたタイミングを検出する。 The hit detection means 21 is composed of a microphone that captures the hitting sound or an acceleration sensor that senses the hitting impact, and detects the timing at which the hitting impact is applied.
回転角検出手段22はモータ1の回転角を検出するもので、モータ1がブラシモータの場合はモータ1に付加する回転センサ(例えば周波数ジェネレータ)であり、モータ1がブラシレスモータの場合はロータの位置を検出する位置検出センサ(ホール素子)等で構成する。
The rotation angle detection means 22 detects the rotation angle of the
着座検出手段23は、ねじまたはボルトの頭部が被締付け部材に接する着座を検出するためのもので、モータ1の回転速度と打撃間のモータ回転量とから締付けトルクを推定して、この推定締付けトルクが所定値に達したかどうかで検出するものとしている。
The seating detection means 23 is for detecting the seating of the head of the screw or bolt in contact with the member to be fastened, and estimates the tightening torque from the rotational speed of the
なお、本発明では着座については上記の演算によって求める推定締付けトルクに基づいて判定を行い、最終の締付けトルクは着座後の打撃数をカウントすることで判定しているが、この理由は後述する。 In the present invention, the seating is determined based on the estimated tightening torque obtained by the above calculation, and the final tightening torque is determined by counting the number of hits after the seating. The reason will be described later.
上記着座検出手段23による締付けトルクの推定は、1打撃ごとの運動エネルギーの収支をもとにしたもので、ハンマー4の打撃がアンビル5に与えるエネルギーと、締付けで消費されたエネルギーとが略等しいという関係を利用したもので、今、部材によって決定される着座付近のねじの回転角度θと締付けトルクTの関係が図3のような関数T=τ(θ)で表せるとし、ハンマー4による打撃がアンビル回転角θ1・・・θNの各地点で発生したものとすると、関数τを区間〔θ1,θ2〕で積分した値E1は、締付け作業に消費されたエネルギーであり、θ1地点でハンマー4がアンビル5を打撃してアンビル5に与えたエネルギーに等しいことになる。従って区間〔θN+1,θN〕における平均の締付けトルクTはエネルギーEnと打撃間回転角θn=(θN+1−θN)とから、
T=En/θn …(1)
と求めることができる。
The estimation of the tightening torque by the seating detection means 23 is based on the balance of kinetic energy for each hit, and the energy given to the anvil 5 by the hammer 4 hit is approximately equal to the energy consumed by the tightening. The relationship between the rotation angle θ of the screw near the seating determined by the member and the tightening torque T can be expressed by the function T = τ (θ) as shown in FIG. Is generated at each point of the anvil rotation angle θ1... ΘN, the value E1 obtained by integrating the function τ in the interval [θ1, θ2] is the energy consumed for the tightening work, and the hammer 4 at the θ1 point. Is equal to the energy given to the anvil 5 by hitting the anvil 5. Therefore, the average tightening torque T in the section [θN + 1, θN] is obtained from the energy En and the rotation angle between hits θn = (θN + 1−θN).
T = En / θn (1)
It can be asked.
上記エネルギーEnは、前記打撃速度検出手段24が打撃間のアンビル回転角を打撃間隔で除す演算を行うことによって得る打撃速度ωnと、既知であるアンビル5の慣性モーメントJaとから、
En=1/2×Ja×ωn2…(2)
と求めることができる。なお、アンビル回転角θは、ここでは打撃間のモータ回転角と減速機2の減速比及びハンマー4が1回転する間にアンビル5を何回打撃するかの関係から算出している。
The energy En is calculated from the hitting speed ωn obtained by the hitting speed detecting means 24 performing the calculation of dividing the anvil rotation angle between hits by the hitting interval, and the known inertia moment Ja of the anvil 5.
En = 1/2 × Ja × ωn 2 (2)
It can be asked. Here, the anvil rotation angle θ is calculated from the relationship between the motor rotation angle between hits, the reduction ratio of the speed reducer 2, and how many times the anvil 5 is hit while the hammer 4 makes one rotation.
ここにおいて、打撃数を基に目標締付けトルクに達したかどうかを判定する場合、その繰り返し精度は前述のように電源電圧の低下により悪化してしまう。 Here, when it is determined whether or not the target tightening torque has been reached based on the number of strikes, the repetition accuracy is deteriorated due to a decrease in the power supply voltage as described above.
このために打撃数をカウントしてこの打撃数が目標締付けトルクに対応する所定打撃数に達した時にシャットオフを行う制御を行うにあたり、前記式(2)中の打撃速度ωnを監視し、この打撃速度ωnに応じて所定打撃数を補正するものとしている。 For this purpose, when performing the control to perform the shut-off when the number of hits reaches a predetermined number of hits corresponding to the target tightening torque, the hitting speed ωn in the equation (2) is monitored, The predetermined number of hits is corrected according to the hit speed ωn.
すなわち、図1において、ステップS104が着座判定、ステップS105〜S110が打撃数に基づくシャットオフ動作を示しており、着座と判定されれば、制御手段10は打撃検出手段23が検出する打撃信号で打撃数をカウントする。 That is, in FIG. 1, step S104 indicates a seating determination, and steps S105 to S110 indicate a shut-off operation based on the number of hits. If the seating is determined, the control means 10 is an impact signal detected by the impact detection means 23. Count the number of hits.
そして、所定打撃数で停止する前の打撃速度が第1の所定打撃速度(本来電池電圧が正常な場合での打撃速度)以上であれば、打撃数が所定打撃数に達した時点(S112)でシャットオフ動作に移るが、上記打撃速度が第1の所定打撃速度未満であれば、所定打撃数の補正を行う。 Then, when the hitting speed before stopping at the predetermined hitting number is equal to or higher than the first predetermined hitting speed (the hitting speed when the battery voltage is normally normal), the time when the hitting number reaches the predetermined hitting number (S112) The operation proceeds to the shut-off operation. If the hitting speed is lower than the first predetermined hitting speed, the predetermined hitting number is corrected.
この補正は、第1の所定打撃速度から演算される打撃エネルギーと、検出演算で求めた打撃速度から演算される打撃エネルギーの差に所定打撃数を乗算した値を不足打撃エネルギーとし、この不足打撃エネルギーを不足打撃数に変換して、前記所定打撃数に不足打撃数を加算して補正打撃数を求めることで行っており、そして打撃数が補正打撃数に至れば(S109)モータ1を停止させてシャットオフを行っている。ちなみに上記不足エネルギーの算出(不足エネルギー=((第1の所定打撃速度)2−(実際の打撃速度)2)×所定設定打撃数)は、打撃間回転角が微小でほぼ一定である場合、打撃速度の2乗が締付けトルクに比例すると考えられることに基づいたものであり、不足エネルギーからの不足打撃数の変換は、
不足打撃数=補正係数×不足エネルギー÷(実際の打撃速度)2
によって行っている。打撃速度が低くなればなるほど不足打撃数も多くなるために、より精度の高い補正を行うことができる。上記補正係数はインパクト回転工具によって異なる任意の定数である。
In this correction, a value obtained by multiplying the hit energy calculated from the first predetermined hitting speed and the hit energy calculated from the hitting speed obtained by the detection calculation by the predetermined hit number is set as the insufficient hit energy. This is done by converting the energy into an insufficient number of hits, and adding the insufficient hit number to the predetermined hit number to obtain the corrected hit number. If the hit number reaches the corrected hit number (S109), the
Insufficient number of hits = Correction coefficient x Insufficient energy / (actual hitting speed) 2
Is going by. The lower the hitting speed, the greater the number of hits, so that more accurate correction can be performed. The correction coefficient is an arbitrary constant that varies depending on the impact rotary tool.
ところで不足打撃数は、ビスやボルト等の締付部材の種類や、この締付部材が締め付けられる相手部材が鉄板等の剛体であるか、あるいは成形品のように軟体であるかによって、一様ではなく、これに伴って補正打撃数も変わってくることになる。 By the way, the number of short hits is uniform depending on the type of fastening member such as a screw or bolt and whether the mating member to which the fastening member is fastened is a rigid body such as an iron plate or a soft body such as a molded product. Rather, the number of corrective hits will change accordingly.
このために、ここでは制御回路10に接続された図2に示す調整部15を操作することで、打撃速度に応じた補正量を調整することができるようにしている。この調整は、図4に示すように、代表的な部材(鉄板、成形品)を想定して、打撃速度と不足打撃数のカーブを想定部材毎に予め設定しておき、このカーブを選択することで不足打撃数(補正打撃数)を調整する。
For this purpose, the correction amount according to the hitting speed can be adjusted by operating the adjusting
また、調整部15は、たとえば工具本体に対して着脱自在として、作業時は取り外した状態としたり、あるいはパーソナルコンピュータ等で調整部15を構成し、調整に際しては工具本体を調整部15に接続することが必要としたりすることで、つまりは調整部15を別の装置として構成することで、作業者が勝手に調整操作を行うことができないようにしておくことと、現場の管理において有効である。
Further, the adjusting
1 モータ
4 ハンマー
5 アンビル
10 制御回路
15 調整部
21 打撃検出手段
22 回転角検出手段
24 打撃速度検出手段
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