JP4093145B2

JP4093145B2 - 締付け工具

Info

Publication number: JP4093145B2
Application number: JP2003301899A
Authority: JP
Inventors: 幸三河井; 良典才ノ本
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-08-26
Filing date: 2003-08-26
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2023-08-26
Also published as: EP1510294B1; CN1291816C; US6978846B2; EP1510294A1; DE602004004213T2; DK1510294T3; CN1590029A; ES2280010T3; JP2005066787A; US20050045353A1; DE602004004213D1

Description

本発明は、ねじやボルト等の締付け作業に用いる締付け工具に関するものである。

各種のねじやボルト等の締付け作業に用いられる締付け工具として、内蔵してあるモータの回転力を利用して上記締付け作業を行い、ねじやボルト等が着座して所望の締付けトルクに達した時点で自動的にモータの回転を停止させる自動停止機能を有したものがある。この自動停止機能としては、例えば締付け工具がインパクト工具であるものにおいてハンマによる打撃を検出してその打撃回数を基に制御する方式のもの（例えば特許文献１）や、ねじ等の回転角を測定してこれが設定した回転角に達すればモータの回転を停止させる方式のもの（例えば特許文献２）や、実際の締付けトルクを測定してこれが設定したトルクに達すればモータの回転を停止させる方式のもの（例えば特許文献３）がある。しかし、上記の各種方式うち、打撃回数を基に制御する方式のものや、回転角を測定する方式のものにあっては、期待される締付けトルクと実際の締付けトルクとの間に大きな差が生じる場合があり、したがって、締付け不足や、過度の締付けによる部材破壊が発生するという問題があった。また、締付けトルクを測定する方式のものにあっては、実際の締付けトルクが得られるので高精度で制御できるものの、出力軸にトルク測定手段を設ける必要があることからコストの増大や装置の大型化を招いてしまうといった問題があった。

そこで、上記各方式の問題を解決すべく、打撃時のモータの回転速度等を基に締付けトルクを推定するとともに、その推定トルクが大きく上昇した時点で着座に至ったと判定して、モータの回転を停止させる方式のものが提案されている（特許文献４を参照）。この方式のものにあっては、組み立て上の不具合により生じる一時的な締付けトルクの上昇を着座によるものと判定して、締付け完了前にモータを停止させてしまう恐れがあるので、これを回避する為に、不具合による一時的なトルク上昇の場合の最大トルクよりも若干大きな不具合判定トルクを設定し、締付けトルクがこの不具合判定トルクを超えていない場合にはモータの回転を継続させるような制御手段を採用して誤作動の発生防止を図っている。なお、前記の不具合としては、ねじ溝の不揃いや、ボルトとナットとの間に挟持した部材の微妙な湾曲や、ボルトとナットの中心軸のずれや、塵の巻き込みや、ねじ穴表面にある焼付け塗装の削り取りや、中間部材の浮き、等が挙げられる。
特開平４−３２２９７４号公報特開平９−２８５９７４号公報特開平６−９１５５１号公報特開２００２−２８３２４８号公報

しかしながら、上記のような、締付けトルクが不具合判定トルクを超えるか否かによって、締付けトルクの当該上昇が不具合による一時的なものか着座によるものかを判定する方式を採用した場合、ねじ類やこれを締付ける対象部材の組合せ毎に異なる割合で増加してゆく締付けトルク中に突発的に現れる一時的な上昇を、不具合によるものと確実に判定することができない場合があり、着座によるものと誤認してモータの回転を停止させてしまうといった問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みて発明したものであって、着座前に不具合による一時的なトルク上昇が発生してもこれに反応してモータの回転を停止させてしまうことなく、着座時点で確実にモータの回転を停止させることができる締付け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締付け工具を、モータ１と、モータ１の回転及び停止の制御を行うモータ制御手段３１と、モータ１の回転力を伝達してねじやボルト等の締付け作業を行う動力伝達手段１０と、ねじやボルト等の締付けトルクＴを推定するトルク推定手段１５と、モータ１の回転角又は時間変化に対する前記締付けトルクＴの変化の割合であるトルク変動量ΔＴ、及び、モータ１の回転角又は時間変化に対する前記トルク変動量ΔＴの変化の割合であるトルク変動率ΔΔＴを求めるとともに、前記トルク変動率ΔΔＴを用いて、締付けトルクＴの当該上昇が不具合等に起因した一時的な上昇か否かを判定する為の指標値を算出し、この指標値が不具合判定閾値を超えた後にトルク変動率ΔΔＴが約０に至った時点で締付け作業が完了したと判定して前記モータ制御手段３１にモータ１の停止指令を出力する締付け判定手段３３と、を具備したものとする。

このようにすることで、締付けトルクＴの当該上昇が不具合によるものか或いは着座によるものかの判定を、トルク変動率ΔΔＴのピーク曲線を利用して確実に行うことができる。また、トルク変動率ΔΔＴが約０に至った時点で締付け作業が完了するので、締付けトルクＴが最大値に至るやや手前でモータ１を停止させることとなり、軟質部材や小さなねじ等を破損させることなく良好に締付けることができるものである。

また、本発明に係る締付け工具を、モータ１と、モータ１の回転及び停止の制御を行うモータ制御手段３１と、モータ１の回転力を伝達してねじやボルト等の締付け作業を行う動力伝達手段１０と、ねじやボルト等の締付けトルクＴを推定するトルク推定手段１５と、モータ１の回転角又は時間変化に対する前記締付けトルクＴの変化の割合であるトルク変動量ΔＴ、及び、モータ１の回転角又は時間変化に対する前記トルク変動量ΔＴの変化の割合であるトルク変動率ΔΔＴを求めるとともに、前記トルク変動率ΔΔＴを用いて、締付けトルクＴの当該上昇が不具合等に起因した一時的な上昇か否かを判定する為の指標値を算出し、この指標値が不具合判定閾値を超えた後にトルク変動率ΔΔＴが約０に至り、その後にトルク変動量ΔＴが約０に至った時点で、締付け作業が完了したと判定して前記モータ制御手段３１にモータ１の停止指令を出力する締付け判定手段３３と、を具備したものとすることも好ましい。

このようにすることで、締付けトルクＴの当該上昇が不具合によるものか或いは着座によるものかの判定を、トルク変動率ΔΔＴのピーク曲線を利用して確実に行うことができる。また、トルク変動率ΔΔＴが約０に至り、その後にトルク変動量が０に至った時点で締付け作業が完了するので、締付けトルクＴが最大値に至るまでモータ１を駆動させることとなり、破損を生じ難い硬質部材や大きなねじ等の締付け作業が確実に行われるものである。

また、前記した各締付け工具においては、前記指標値が、トルク変動率ΔΔＴが連続して正となる区間の時間幅、或いは、インパクト工具である場合にトルク変動率ΔΔが連続して正となる区間内に生じる打撃数であることが好ましい。不具合によりトルク変動率ΔΔＴが連続して正となる区間の時間幅や同区間内に生じる打撃数は、着座によりトルク変動率ΔΔＴが連続して正となる区間の時間幅や同区間内に生じる打撃数よりも小さくなるのが一般的であるから、このようにすることで、不具合判定閾値を適当な値に設定すれば、不具合によるトルク上昇の時点で誤作動することなく着座によるトルク上昇の時点で確実にモータ１を停止させることができるものである。

また、前記指標値が、トルク変動率ΔΔＴが連続して正である区間内のトルク変動率ΔΔの積分値、或いは、インパクト工具である場合にトルク変動率ΔΔＴが連続して正である区間内に生じる打撃毎のトルク変動率ΔΔＴの和であることも好ましい。不具合によりトルク変動率ΔΔＴが連続して正となる区間内のトルク変動率ΔΔＴの積分値や同区間内に生じる打撃毎のトルク変動率ΔΔＴの和は、着座によりトルク変動率ΔΔＴが連続して正となる区間内のトルク変動率ΔΔＴの積分値や同区間内に生じる打撃毎のトルク変動率ΔΔＴの和よりも小さくなるのが一般的であるから、このようにすることで、不具合判定閾値を適当な値に設定すれば、不具合によるトルク上昇の時点で誤作動することなく着座によるトルク上昇の時点で確実にモータ１を停止させることができるものである。

また、前記不具合判定閾値が、判定対象となる区間内の最大トルク変動率ΔΔＴを基に算出されるものであることも好ましい。このようにすることで、不具合により瞬間的に大きなトルク変動率ΔΔＴが発生した場合であっても、この際のトルク上昇を不具合による上昇であると判定することができ、誤作動が確実に防止されるものである。

また、前記不具合判定閾値が、当該締付け作業の初期の締付けトルクＴを基に算出されるものであることも好ましい。一般的に初期の締付けトルクＴが小さい場合は全体の締付けトルクＴや、トルク変動量ΔＴ、トルク変動率ΔΔＴが全体に小さくなるので、このようにすることで、ねじやボルト等の種類に関わらず確実に着座を判定することができるものである。

また、前記指標値がトルク変動率ΔΔＴの値であって、前記不具合判定閾値が当該締付け作業の初期の締付けトルクＴを基に算出されるものであることも好ましい。これも、初期の締付けトルクＴが小さい場合は全体の締付けトルクＴ、トルク変動量ΔＴ、トルク変動率ΔΔＴが全体に小さくなることに着目したものであり、このようにすることで、ねじ等の種類に関わらず確実に着座を判定することができるものである。

また、当該締付け作業の初期の締付けトルクＴが所定の基準トルクよりも低い場合にはモータ制御手段３１にモータ１の減速指令を出力する速度自動調整手段を備えることも好ましい。このようにすることで、破損を生じ易い軟質部材や小さなねじ等を締付ける際はモータ１を低速として打撃エネルギを低減させ、部材の破損を防止することができる。

また、前記速度自動調整手段が、初期の締付けトルクＴが小さい程にモータ１の回転速度が小さくなるような減速指令を出力するものであることも好ましく、このようにすることで、減速の程度を必要最小限な程度に設定することができる。

また、引き込み量に応じてモータ１の回転や停止を指令するトリガスイッチ９を設けるとともに、前記トリガースイッチ９の引き込み領域を、その領域内にある間はモータ制御手段３１への停止指令の出力を禁止する領域と、その領域内にある間はモータ制御手段３１への停止指令の出力を許容する領域とに分割させることも好ましい。このようにすることで、使用者が目視により着座を確認する前までは第１領域内で締付け作業を行い、着座直前を確認した時点で第２領域にまでトリガスイッチ９を引き込むようにすれば、締付け判定手段３３が着座前に不具合によるトルク上昇を締付け完了と誤って判定した場合であっても、モータ１が停止されることがなくなるものである。

また、ねじやボルト等の着座面までの距離を測定する距離センサ２４を備えるともに、前記距離センサ２４により測定される距離が着座判定用の基準距離に至るまではモータ制御手段３１への停止指令を出力させないものであることも好ましい。このようにすることで、締付け判定手段３３が着座前に不具合によるトルク上昇を締付け完了と誤って判定した場合であっても、モータ１が停止されることがなくなるものである。

本発明は、締付けトルクの当該上昇が不具合によるものか或いは着座によるものかの判定を、トルク変動率のピーク曲線を利用して行うことができるので、着座前に不具合による一時的なトルク上昇が発生してもこれに反応してモータの回転を停止させてしまうことなく、着座時点で確実にモータの回転を停止させることができる、という効果を奏するものである。

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。図１には、本発明の実施の形態における一例の締付け工具を示している。本例の締付け工具は、締付けトルクが所定値を超えるとハンマ４がアンビル５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付け作業を確実に行うことのできるインパクト工具であって、本体ハウジング（図示せず）内に、駆動源であるモータ１と、モータ１の回転力を伝達してねじやボルト等の締付け作業を行う動力伝達手段１０とを備えている。前記動力伝達手段１０として具体的には、モータ１の回転を伝達される減速機２と、減速機２を介してモータ１により回転駆動される駆動軸３と、駆動軸３にカム機構（図示せず）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４と、ハンマ４との係合により回転運動を行うアンビル５と、ハンマ４をアンビル５側に付勢する付勢手段６と、アンビル５に連結されるビット７とを備えており、前記カム機構によりハンマ４とアンビル５との回転方向の衝撃的な係合を打撃として繰り返し行う構造となっている。

モータ１は、モータ制御手段３１であるモータ制御回路８によりその回転及び停止が制御されるものであり、該モータ制御回路８には、トリガスイッチ９の引き込み量に応じてモータ制御部３０を介して回転や停止の指令が出力されるようになっている。また、本例の締付け工具には、ハンマ４によるアンビル５への打撃を検出する打撃検出手段１１と、アンビル５の回転角を検出する回転角検出手段１２と、前記各手段１１，１２からの出力を基に１打撃毎のアンビルの回転角Δｒを算出するアンビル回転角演算部１３と、アンビル回転角演算部１３から得られる前記回転角Δｒを基に締付けトルクを推定するトルク推定部１４とを備えており、前記の各構成によりトルク推定手段１５を形成している。

前記打撃検出手段１１として具体的には、図１に示すように、ハンマ４がアンビル５に衝突する際に発生する打撃音を電圧として検出するマイク１６を設置している。また、前記回転角検出手段１２としては、アンビル５と一体に回転するスリット入りのディスク１７と、ディスク１７の回転角を検出する透過型フォトインタラプタ１８とで構成されるロータリエンコーダ１９を設置しており、アンビル５の回転角がパルス信号として検出されるようになっている。マイク１６とロータリエンコーダ１９は共に、バンドパスフィルタやコンパレータで構成される波形整形回路２０を介してアンビル回転角演算部１３に接続されており、マイク１６で検出された打撃信号とロータリエンコーダ１９で検出された回転角信号とが、波形整形回路２０によりノイズ処理されてアンビル回転角演算部１３に送られるものである。

アンビル回転角演算部１３では、既述のように１打撃毎のアンビル５の回転角Δｒを順次算出してゆき、この算出結果を基にトルク推定部１４で締付けトルクＴを順次算出してゆく。トルク推定部１４での締付けトルクＴの算出は、特許文献４に詳しく記載されている通り、打撃により与えられるエネルギと締付けで消費されるエネルギとが略等しいとする関係から得られる式、Ｔ＝（Ｊ×ω^２）／（２×Δｒ）を用いることで行われる。なお、ここで、Ｔは締付けトルクであり、Ｊはアンビル５の慣性モーメント、ωは打撃発生時点でのアンビル５の回転速度である。回転速度ωについては、モータ制御回路８において、充電池３２の電圧ならびに出力中のＰＷＭ制御デューティからモータ１の回転速度が分かり、それを減速機２での減速比Ｋで除することでおおよその回転速度ωが算出されるようになっているので、前記の式において１打撃毎のアンビルの回転角Δｒを入力すれば推定トルクが算出されるものである。

本例の締付け工具は、前記トルク推定部１４で算出された締付けトルクから後述のトルク変動量ΔＴやトルク変動率ΔΔＴを求めるとともにこれらを用いて締付け作業が完了したか否かの判定を行う締付け判定手段３３として、締付け判定部２１を備えている。トルク変動量ΔＴは、モータ１の回転角又は時間変化に対する締付けトルクＴの変化の割合であるとともに、トルク変動率ΔΔＴは、モータ１の回転角又は時間変化に対する前記トルク変動量ΔＴの変化の割合であり、単純に今回の値と前回の値との差分をとり算出するようにしてもよいが、全体の傾向としてとらえる為には、移動平均の差分として算出することが望ましい。算出式に関しては特許文献４に詳しく示されているが、本例の締付け工具においては、ΔＴ＝（Ｔの４回移動平均）−（Ｔの１６回移動平均）、ΔΔＴ＝（ΔＴの２回移動平均）−（ΔＴの８回移動平均）、として算出するものとする。

締付け判定部２１においては、前記のトルク変動量ΔＴやトルク変動率ΔΔＴを算出するとともに、トルク変動率ΔΔＴが連続して正となる区間内に生じる打撃数が、予め設定してある不具合判定閾値を超え、その後にトルク変動率ΔΔＴが０に至った時点で、当該締付け作業が完了したと判定し、モータ制御回路８に対してモータ１の停止指令を出力するようになっている。これは、図４に示すように、締付け作業においてはねじやボルト等が着座した後に締付けトルクＴが大きく上昇し（図中のＰ３）、このときトルク変動率ΔΔＴにも大きなピーク曲線Ｓ３が現れることを利用して、着座を判定しようとするものである。通常はトルク変動率ΔΔＴにおいて着座によるピーク曲線Ｓ３が発生する以前にも、不具合による締付けトルクＴの上昇（図中のＰ１，Ｐ２）に起因したピーク曲線Ｓ１，Ｓ２が発生し、これが誤作動に原因となるものである。しかし、本例においては、これら不具合によるピーク曲線Ｓ１，Ｓ２が着座によるピーク曲線Ｓ３よりも小さく、従って、不具合によりトルク変動率ΔΔＴが連続して正となる区間内に生じる打撃数（図中のＮ１１−Ｎ１０、Ｎ２１−Ｎ２０）が、着座によりトルク変動率ΔΔＴが連続して正となる区間内に生じる打撃数（図中のＮ３１−Ｎ３０）よりも小さくなることに着目して、前記の不具合判定閾値を、不具合によりトルク変動率ΔΔＴが連続して正となる区間内に生じる打撃数よりも大きく、且つ、着座によりトルク変動率ΔΔＴが連続して正となる区間内に生じる打撃数よりも小さくなるように設定しているので、不具合によるトルク上昇の時点で誤作動することなく着座によるトルク上昇の時点で確実にモータ１を停止させることができるものである。

即ち、前記の締付け判定部２１は、トルク変動率ΔΔＴが連続して正となる区間内に生じる打撃数を、締付けトルクＴの当該上昇が不具合に起因した一時的な上昇か否かを判定する為の指標値として用いたものであり、このように指標値としてトルク変動率ΔΔＴを用いたものを採用することで、締付けトルクＴの当該上昇が不具合によるものか或いは着座によるものかの判定が、トルク変動率ΔΔＴのピーク曲線を利用して確実に行われるようになっている。なお、指標値としては前記の打撃数に限定されるものではなく、トルク変動率ΔΔＴが連続して正となる区間の時間幅としても構わない。

この場合の不具合判定閾値としては、前記のように予め設定してある値に限らず、判定対象となる区間内の最大トルク変動率ΔΔＴ_ＭＡＸを基に算出される値としてもよい。例えば、不具合判定閾値を前記最大トルク変動率ΔΔＴ_ＭＡＸに比例する値として算出する場合、図５に示すピーク曲線Ｓ１においては不具合判定閾値が、ΔΔＴ_ＭＡＸ×Ｃ１（定数）＝ΔΔＴ１０３×Ｃ１、で算出されることとなり、これを指標値となる打撃数（Ｎ１１−Ｎ１０）と比較する。そして、（Ｎ１１−Ｎ１０）＞（ΔΔＴ１０３×Ｃ１）である場合には締付け完了と判定し、（Ｎ１１−Ｎ１０）≦（ΔΔＴ１０３×Ｃ１）である場合には不具合による一時的な上昇と判定する。このようにすれば、不具合により瞬間的に大きなトルク変動率ΔΔＴが発生した場合であっても、このトルク変動率ΔΔＴの大きさに比して打撃数（時間幅でもよい）が短いことから不具合による上昇であると判定することができ、誤作動が確実に防止されるものである。

また、前記指標値として、トルク変動率ΔΔＴが連続して正である区間内に生じる打撃毎のトルク変動率ΔΔＴの和Σ（ΔΔＴ）を採用することも好適である。これは、不具合によるピーク曲線Ｓ１，Ｓ２が着座によるピーク曲線Ｓ３よりも小さく、従って、不具合によりトルク変動率ΔΔＴが連続して正となる区間内に生じる打撃毎のトルク変動率ΔΔＴの和Σ（ΔΔＴ）が、着座によりトルク変動率ΔΔＴが連続して正となる区間内に生じる打撃毎のトルク変動率ΔΔＴの和Σ（ΔΔＴ）よりも小さくなることに着目したものであり、この場合は不具合判定閾値を、不具合によりトルク変動率ΔΔＴが連続して正となる区間内に生じる打撃毎のトルク変動率ΔΔＴの和Σ（ΔΔＴ）よりも大きく、且つ、着座によりトルク変動率ΔΔＴが連続して正となる区間内に生じる打撃毎のトルク変動率ΔΔＴの和Σ（ΔΔＴ）よりも小さくなるように予め設定しておくことで、不具合によるトルク上昇の時点で誤作動することなく着座の時点で確実にモータ１を停止させることができる。図５は、図４のピーク曲線Ｓ１の拡大図であるが、このピーク曲線Ｓ１の場合には、トルク変動率ΔΔＴが連続して正となる区間内に生じる打撃毎のトルク変動率ΔΔＴの和Σ（ΔΔＴ）＝ΔΔＴ１０＋ΔΔＴ１０１＋ΔΔＴ１０２＋…＋ΔΔＴ１１、となる。なお、指標値としては打撃毎のトルク変動率ΔΔＴの和Σ（ΔΔＴ）に限らず、トルク変動率ΔΔＴが連続して正である区間内のトルク変動率ΔΔＴの積分値であってもよい。

この場合も、不具合判定閾値としては、予め設定してある値に限らず、判定対象となる区間内の最大トルク変動率ΔΔＴ_ＭＡＸを基に算出される値としてもよい。例えば、不具合判定閾値を前記最大トルク変動率ΔΔＴ_ＭＡＸに比例する値として算出する場合、図５に示すピーク曲線Ｓ１においては不具合判定閾値がΔΔＴ_ＭＡＸ×Ｃ２（定数）＝ΔΔＴ１０３×Ｃ２で算出され、これを指標値となるトルク変動率の和Σ（ΔΔＴ）と比較することとなる。そして、Σ（ΔΔＴ）＞（ΔΔＴ１０３×Ｃ２）である場合には締付け完了と判定し、和Σ（ΔΔＴ）≦（ΔΔＴ１０３×Ｃ２）である場合には不具合による一時的な上昇と判定する。このようにすれば、不具合により瞬間的に大きなトルク変動率ΔΔＴが発生する場合であっても、この場合はトルク変動率ΔΔＴの大きさに比して打撃毎のトルク変動率ΔΔＴの和Σ（ΔΔＴ）が小さいことから、不具合による上昇であると判定することができ、誤作動が確実に防止されるものである。

また、不具合判定閾値を、当該締付け作業の初期の締付けトルクＴを基に算出されるものとしてもよい。これは、図６に示すように、一般的にハンマ４による打撃エネルギを同一とすれば、ねじ等が硬質部材である場合には１打撃当りの締付けトルクＴが大きくなり、ねじ等が軟質部材又は小型のものである場合には１打撃当りの締付けトルクＴが小さくなるものであり、この傾向は打撃開始初期から締付け完了まで継続するので初期の締付けトルクＴが小さい場合は全体の締付けトルクＴが小さくなるとともに、トルク変動量ΔＴやトルク変動率ΔΔＴも全体に小さくなることに着目したものである。したがって、不具合判定閾値を、例えば最初の１〜数回の打撃時に推定される締付けトルクＴの平均値に比例した値とすることで、ねじ等の種類に関わらず、不具合によるトルク上昇に誤作動することなく確実に着座を判定することができるようになる。

また更に、前記指標値としてトルク変動率ΔΔＴそのものの値を用いるとともに、不具合判定閾値として、当該締付け作業の初期の締付けトルクＴを基に算出される値を用いることも好適である。これも、初期の締付けトルクＴが小さい場合は全体の締付けトルクＴ、トルク変動量ΔＴ、トルク変動率ΔΔＴの全てが小さくなることに着目したものであり、不具合判定閾値を、例えば最初の１〜数回の打撃時に推定される締付けトルクＴの平均値に比例した値とすることで、ねじ等の種類に関わらず、不具合によるトルク上昇に誤作動することなく確実に着座を判定することができるようになる。

以上、締付け判定部２１において、指標値が不具合判定閾値を超えた後にトルク変動率ΔΔＴが約０に至った時点で締付け作業完了と判定する場合について説明してきたが、判定方法としてはこれに限らず、指標値が不具合判定閾値を超えた後にトルク変動率ΔΔＴが約０に至り、その後にトルク変動量ΔＴが０に至った時点で締付け作業完了と判定するようにしてもよい。前者の処理フローチャートを図２に示し、後者の処理フローチャートを図３に示しているが、前者の場合は、締付けトルクＴが最大値に至るやや手前で締付け作業を完了させることとなるので、締付けにより破損を生じる可能性が高い軟質部材や小さなねじ等の締付け作業に適している。また、後者の場合は、締付けトルクＴが最大値に至るまで締付け作業を行うこととなるので、破損を生じ難い硬質部材や大きなねじ等の締付け作業に適しており、締付けが確実になされるものである。

前記の２通りの制御は、切替スイッチ（図示せず）により切替自在とすることで、使用する部材に応じた適切な締付け作業が可能となる。また、前記の２通りの制御を、トルク変動率ΔΔＴが０に至った時点での締付けトルクＴの値によって自動切替えするようにしてもよい。即ち、指標値が不具合判定閾値を超えた後にトルク変動率ΔΔＴが約０に至った時点で、締付けトルクＴが所定の基準値を超えていない場合には軟質部材や小さなねじ等の締付け作業を完了したと判定してモータ制御回路８にモータ１の停止指令を出力し、指標値が不具合判定閾値を超えた後にトルク変動率ΔΔＴが約０に至った時点で、締付けトルクＴが所定の基準値を超えている場合には、その後にトルク変動量ΔＴが０に至った時点で硬質部材や大きなねじ等の締付け作業を完了したと判定してモータ制御回路８にモータ１の停止指令を出力するものである。

次に、前記した締付け判定部２１と共に備えておくことで、締付け作業を更に確実に行うことのできる構成について述べる。まず、締付け作業中の初期の締付けトルクＴに応じてモータ１の回転速度を自動調整する速度自動調整手段を備えることが考えられる。前記速度自動調整手段は、当該締付け作業の最初の１〜数回の打撃時に推定される締付けトルクＴの平均値を所定の基準値と比較し、所定の基準値よりも低い場合には軟質部材や小さなねじ等を締付けていると判定して、モータ制御回路８に対してモータ１の減速指令を出力するものである。これにより、破損を生じ易い軟質部材や小さなねじ等を締付ける際はモータ１を低速として打撃エネルギを低減させることができる。打撃エネルギを低減させると締付け完了までに要する打撃数は増加するが、その分だけ締付け判定部２１にて判定に用いるデータ量は増加するので、締付け完了の判定を確実に行い易くなる。ここで、速度自動調整手段から出力される減速指令は、初期の締付けトルクＴが小さい程にモータ１の回転速度を小さくするものであることが好ましい。具体的には、例えば変更速度＝現状速度×最初の１〜数回の打撃時に推定される締付けトルクＴの平均値×Ｃ３（例えば定数）、として算出し、且つ、変更速度＞現状速度となる場合は変更速度＝現状速度となるようにすればよい。これにより、減速の程度を必要最小限として、減速により作業時間が大幅に増加してしまうことを回避することができる。

また、図７、図８に示すように、トリガスイッチ９の引き込み領域を、その領域内にある間は前記締付け判定部２１が締付け完了と判定した場合であってもモータ制御回路８への停止指令の出力を禁止する第１領域と、その領域内にある間はモータ制御回路８への停止指令の出力を許容する第２領域とに分割させることによって、更に確実な締付け作業を可能とすることも好適である。トリガスイッチ９はスライドボリューム２２と連結されており、引き込み量が電圧に変換される構造である。図中のＡ−Ｃ間は遊びの領域で、この間モータ１は停止状態を維持する。Ｃ−Ｄ間はスピードコントロール領域で、この間は引き込み量の増加に伴い回転速度が上昇していく。Ｄ−Ｂ間は定速領域で、回転速度は最高速度で一定に保持される。そして、第１領域と第２領域との境界は定速領域であるＤ−Ｂ間中のＥ点に設定されており、Ｅ点よりも引き込み量が小さな領域が第１領域、Ｅ点よりも引き込み量が大きな領域が第２領域となっている。したがって、使用者は目視により着座を確認する前まではスピードコントロール領域を含む第１領域内で速度調整しながら締付け作業を行い、目視にて着座直前を確認した時点で定速領域内の第２領域に至るまで更にトリガスイッチ９を引き込むようにすればよい。このようにすれば、着座前に締付け判定部２１が不具合による誤作動で締付け完了と判定した場合であっても、モータ１が停止されることがなくなり、締付け作業を更に確実に行うことが可能となるものである。トリガスイッチ９には、前記Ｅ点にあたる引き込み量で使用者に明確なクリック感を与えるクリック手段２３を設けているので、使用者は第１領域から第２領域への移行を容易に認識することができるようになっている。

また、このように着座直前まではモータ制御回路８への停止指令を出力させないようにする手段として、目視による操作を用いるのでなく、図９に示すような距離センサ２４を設置してねじやボルト等の着座面までの距離を測定することも好ましい。距離センサ２４は、発光素子２５と受光素子２６とを備え、発光素子２５から対象物体２７に対してレンズ（図示せず）により絞り込んだ光を照射し、対象物体２７からの反射光を受光素子２６で受けることで対象物体２７との距離を測定し、設定距離よりも近い距離が測定されれば検知信号を出力するものである。この距離センサ２４を、締付け工具の非回転部分であってなるべくビット７近傍となる部分に設置し、設定距離を、ねじやボルト等が着座する時点での着座面との距離よりも若干長い距離である着座判定用の基準距離に設定しておく（図１２参照）ことで、着座直前に至れば検知信号が出力されることとなる。そして、検知信号が出力されない状態では、締付け判定部２１が締付け完了と判定した場合であってもモータ制御回路８への停止指令を出力させず、検知信号が出力される状態であれば、モータ制御回路８への停止指令の出力を許容するように制御することで、着座前に締付け判定部２１が不具合による誤作動で締付け完了と判定した場合であっても、モータ１が停止されることがなくなり、締付け作業を更に確実に行うことが可能となるものである。

図１０、図１１には、本例のトルク推定手段１５を構成する打撃検出手段１１や回転角検出手段１２の別形態を示している。図１０に示すものは、回転角検出手段１２を、ロータリエンコーダ１９でなく、モータ１の回転角又は回転量を検出する周波数ジェネレータ（ＦＧ）２８を用いて構成している。周波数ジェネレータ２８は、その回転数に比例した周波数信号を発生し、波形整形回路２０を介してモータ１の回転速度に応じたパルス幅の信号をアンビル回転角演算部１３に対して出力するものである。アンビル回転角演算部１３では、打撃検出手段１１であるマイク１６から検出された１回の打撃毎に、Δｒ＝ΔＲＭ／Ｋ−ＲＩ、の関係式を用いてアンビル５の回転角Δｒを順次算出してゆく。ここで、ΔＲＭは打撃間のモータ１の回転角であり、Ｋはモータ１とアンビル５との間の減速比であり、ＲＩはハンマ４の空転角（例えばハンマ４による打撃回数が１回転当り２回であればπ、１回転当り３回であれば２／３π）である。

また、図１１に示すものは、図１０に示したように回転角検出手段１２を周波数ジェネレータ２８を用いて構成するとともに、打撃検出手段１１についてもこれをマイク１６ではなく前記周波数ジェネレータ２８を用いて構成したものである。具体的には、打撃発生時には負荷変動によりモータ１の回転速度が若干低下し、周波数ジェネレータ２８から出力される周波数信号のパルス幅が若干長くなることを利用して、打撃検出処理部２９においてこのパルス幅の変動を打撃として検出するようになっている。なお、図１１に示すものにおいて回転角検出手段１２をロータリエンコーダ１９を用いて構成しても構わないし、また、打撃検出手段１１を加速度センサ（図示せず）を用いて構成しても構わない。

更に、本例の締付け工具を、トルク変動量ΔＴやトルク変動率ΔΔＴを用いない簡単な制御により締付け作業の完了を判定するものとすることもできる。これは、ねじやボルト等の回転角が基準回転角に至った時点で締付け作業が完了したと判定してモータ制御回路８にモータ１の停止指令を出力するものであって、ねじ等の種類に応じた適当な基準回転角を設定する為に、前記基準回転角を、当該締付け作業の最初の１〜数打撃時の締付けトルクＴの平均値として算出される初期の締付けトルクＴに応じて設定するものである。具体的には、基準回転角＝Ｃ４（例えば定数）／初期の締付けトルクＴ、で算出されるものであり、このようにすれば、初期の締付けトルクＴが大きな程にねじ等が硬質部材であると判定して基準回転角が小さく設定され、初期の締付けトルクＴが小さな程にねじ等が軟質部材であると判定して基準回転角が大きく設定されることとなり、ねじ等の種類に応じた締付け作業が可能となる。しかも、トルク変動量ΔＴやトルク変動率ΔΔＴを算出する必要がないのでマイコンによる処理が簡単になるとともに少ないメモリで制御することができる為、低コストで提供することができるという利点がある。

以上、本例の締付け工具をインパクト工具として説明してきたが、これに限定されるものではなく、インパクト工具以外である場合には打撃数の代りに時間を測定する構成とすればよい。

本発明の実施の形態における一例の締付け工具の構成図である。同上の締付け工具の締付け判定処理を示すフローチャートである。同上の締付け工具の別の締付け判定処理を示すフローチャートである。同上の締付け工具の、打撃数に対する締付けトルク、トルク変動量、トルク変動率の推移を示す説明図である。図４のピーク曲線Ｓ１の拡大図である。同上の締付け工具の、締付ける部材による締付けトルクの推移の違いを示す説明図である。同上の締付け工具のトリガスイッチの引き込み量と回転速度の関係を示す説明図である。同上の締付け工具のトリガスイッチの説明図であり、（ａ）は図７のＡ点、（ｂ）は図７のＥ点、（ｃ）は図７のＢ点にそれぞれ相当する状態を示している。同上の締付け工具の距離センサの説明図である。同上の締付け工具の別の構成図である。同上の締付け工具のまた別の構成図である。同上の締付け工具のまた更に別の構成図である。

符号の説明

１モータ
９トリガスイッチ
１０動力伝達手段
１５トルク推定手段
２４距離センサ
３１モータ制御手段
３３締付け判定手段
ΔＴトルク変動量
ΔΔＴトルク変動率

Claims

モータと、モータの回転及び停止の制御を行うモータ制御手段と、モータの回転力を伝達してねじやボルト等の締付け作業を行う動力伝達手段と、ねじやボルト等の締付けトルクを推定するトルク推定手段と、モータの回転角又は時間変化に対する前記締付けトルクの変化の割合であるトルク変動量、及び、モータの回転角又は時間変化に対する前記トルク変動量の変化の割合であるトルク変動率を求めるとともに、前記トルク変動率を用いて、締付けトルクの当該上昇が不具合等に起因した一時的な上昇か否かを判定する為の指標値を算出し、この指標値が不具合判定閾値を超えた後にトルク変動率が約０に至った時点で締付け作業が完了したと判定して前記モータ制御手段にモータの停止指令を出力する締付け判定手段と、を具備したことを特徴とする締付け工具。
モータと、モータの回転及び停止の制御を行うモータ制御手段と、モータの回転力を伝達してねじやボルト等の締付け作業を行う動力伝達手段と、ねじやボルト等の締付けトルクを推定するトルク推定手段と、モータの回転角又は時間変化に対する前記締付けトルクの変化の割合であるトルク変動量、及び、モータの回転角又は時間変化に対する前記トルク変動量の変化の割合であるトルク変動率を求めるとともに、前記トルク変動率を用いて、締付けトルクの当該上昇が不具合等に起因した一時的な上昇か否かを判定する為の指標値を算出し、この指標値が不具合判定閾値を超えた後にトルク変動率が約０に至り、その後にトルク変動量が約０に至った時点で、締付け作業が完了したと判定して前記モータ制御手段にモータの停止指令を出力する締付け判定手段と、を具備したことを特徴とする締付け工具。
前記指標値が、トルク変動率が連続して正となる区間の時間幅、或いは、インパクト工具である場合にトルク変動率が連続して正となる区間内に生じる打撃数であることを特徴とする請求項１又は２記載の締付け工具。
前記指標値が、トルク変動率が連続して正である区間内のトルク変動率の積分値、或いは、インパクト工具である場合にトルク変動率が連続して正である区間内に生じる打撃毎のトルク変動率の和であることを特徴とする請求項１又は２記載の締付け工具。
前記不具合判定閾値が、判定対象となる区間内の最大トルク変動率を基に算出されるものであることを特徴とする請求項３又は４記載の締付け工具。
前記不具合判定閾値が、当該締付け作業の初期の締付けトルクを基に算出されるものであることを特徴とする請求項４記載の締付け工具。
前記指標値がトルク変動率の値であって、前記不具合判定閾値が当該締付け作業の初期の締付けトルクを基に算出されるものであることを特徴とする請求項１又は２記載の締付け工具。
当該締付け作業の初期の締付けトルクが所定の基準トルクよりも低い場合にはモータ制御手段にモータの減速指令を出力する速度自動調整手段を備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか記載の締付け工具。
前記速度自動調整手段が、初期の締付けトルクが小さい程にモータの回転速度が小さくなるような減速指令を出力するものであることを特徴とする請求項８記載の締付け工具。
引き込み量に応じてモータの回転や停止を指令するトリガスイッチを設けるとともに、前記トリガースイッチの引き込み領域を、その領域内にある間はモータ制御手段への停止指令の出力を禁止する領域と、その領域内にある間はモータ制御手段への停止指令の出力を許容する領域とに分割させたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか記載の締付け工具。
ねじやボルト等の着座面までの距離を測定する距離センサを備えるともに、前記距離センサにより測定される距離が着座判定用の基準距離に至るまではモータ制御手段への停止指令を出力させないものであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか記載の締付け工具。