JP4906236B2

JP4906236B2 - 締付工具

Info

Publication number: JP4906236B2
Application number: JP2004070547A
Authority: JP
Inventors: 隆松永
Original assignee: Makita Corp
Current assignee: Makita Corp
Priority date: 2004-03-12
Filing date: 2004-03-12
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2024-03-12
Also published as: WO2005087441A1; US7556103B2; EP1724065A4; EP2111951B1; DE602005026735D1; EP2111951A2; US20090241744A1; EP1724065B1; EP2111951A3; US20080230245A1; US7726412B2; EP1724065A1; DE602005016654D1; JP2005254400A

Description

本発明は、ネジ類（ボルト、ナット、スクリュウ等）を締付ける締付工具に関する。詳しくは、締付トルクが設定値に達した時にネジ類へのトルク伝達を遮断するクラッチ付き締付工具に関する。

ネジ類の締付トルクが設定値に達したときにネジ類へのトルク伝達を遮断する締付工具が知られている（例えば、特許文献１）。この締付工具では、モータの回転トルクがクラッチを介して主軸に伝達され、主軸が回転することでネジ類を締付ける。この種の締付工具に用いられるクラッチとしては、例えば、互いに対向する一対のクラッチ部材と、これらクラッチ部材の一方を他方に押圧するばね等の付勢手段によって構成される。ネジ類の締付トルク（すなわち、主軸に作用する負荷）が設定値未満のときは、これらクラッチ部材が係合した状態となり、モータのトルクが主軸に伝達される。一方、ネジ類の締付トルクが設定値以上となると、一方のクラッチ部材が付勢手段の押圧力に抗して他方のクラッチ部材の突起を乗り上げる。これによって、クラッチ部材間の係合状態が解除され、モータから主軸へのトルク伝達が遮断される。
特開平１１−１７９６７３号公報

ところで、上述した締付工具では、クラッチ部材の機械的な係合によってモータのトルクを主軸に伝達する。このため、クラッチ部材の磨耗等によってクラッチが作動する負荷（すなわち、トルク伝達を遮断するときの負荷）が時間の経過に伴って低下し、ネジ類の締付トルクが変化する。そこで、通常は、作業開始前にネジ類の締付トルクを計測し、ネジ類の締付トルクが設定値となるように調整する。そして、作業終了後に再びネジ類の締付トルクを測定し、作業開始から作業終了までの間に行われた締付作業が適切であったか否かを確認することが行われている。
しかしながら、上述した方法では、作業中に何らかの原因（例えば、クラッチの損傷）で締付トルクが設定値からずれたとしても、その時点では締付トルクが設定値からずれたことが判断できず、作業終了後の計測によって知ることとなる。このため、その作業期間中に行われた全ての締付作業について再検査等を行わなければならないといった問題が生じる。
なお、締付工具の中には、主軸にトルクセンサを設け、締付作業毎に締付トルクを検出するものもある。しかしながら、トルクセンサは高価であって、作業中にクラッチの損傷等によって締付トルクが変化するという可能性の低い事態に対応するものとしては、費用対効果の面から採用することができないものであった。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、トルク伝達を遮断するクラッチを有する締付工具において、トルクセンサ等の高価な手段を用いることなく簡易にネジ類の締付トルクを自己診断することができる締付工具を提供する。

本願第１の締付工具は、モータと、モータを起動するトリガスイッチと、ネジ類に係合する主軸と、モータと主軸との間に介装され、主軸に作用する負荷が所定値未満のときはモータからのトルクを主軸に伝達して主軸を回転させ、主軸に作用する負荷が所定値以上となるとモータから主軸へのトルク伝達を遮断するクラッチと、クラッチがモータから主軸へのトルク伝達を遮断したことを検出するスイッチと、作業者によってトリガスイッチが操作されるとモータへの電流供給を開始し、その電流供給中にモータから主軸へのトルク伝達が遮断されたことをスイッチにより検出したときに、モータへの電流供給を常に停止する電流供給手段と、モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、モータから主軸へのトルク伝達が遮断されたことをスイッチにより検出したときに、その遮断時に電流検出手段で検出されたモータ電流値からネジ類の締付トルクが正常か否かを判断する判断手段とを有する。

この締付工具では、モータから主軸へのトルク伝達が遮断されると、その遮断時にモータに流れる電流値からネジ類の締付トルクが正常であるか否かを判断する。すなわち、モータに流れる電流値とモータに作用する負荷との間には相関があり、モータ負荷とネジ類の締付トルクとの間にも相関がある。このため、トルク伝達遮断時にモータに流れる電流値からネジ類の締付トルクが設定値となっているか否かを判断することができる。したがって、この締付工具によると、電流検出手段という簡易な構成によって、ネジ類の締付トルクが正常であるか否かを自己診断することができる。

また、本願第２の締付工具は、モータと、モータを起動するトリガスイッチと、ネジ類に係合する主軸と、モータと主軸との間に介装され、主軸に作用する負荷が所定値未満のときはモータからのトルクを主軸に伝達して主軸を回転させ、主軸に作用する負荷が所定値以上となるとモータから主軸へのトルク伝達を遮断するクラッチと、クラッチがモータから主軸へのトルク伝達を遮断したことを検出するスイッチと、作業者によってトリガスイッチが操作されるとモータへの電流供給を開始し、その電流供給中にモータから主軸へのトルク伝達が遮断されたことをスイッチにより検出したときに、モータへの電流供給を常に停止する電流供給手段と、モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、主軸又はモータの回転角度を検出する回転角度検出手段とを有する。そして、（１）電流検出手段で検出される電流値が予め設定された設定値を超えたときから（２）モータから主軸へのトルク伝達が遮断されたことをスイッチにより検出するまでの間に、前記回転角度検出手段で検出される主軸又はモータの回転角度からネジ類の締付トルクが正常か否かを判断する判断手段をさらに有する。
この締付工具では、モータに流れる電流が設定値を超えた時からトルク伝達遮断時までのネジ類の回転角によってネジ類の締付トルクを判断する。すなわち、設定値を適宜設定することで、ネジ類の着座以降のネジ類の回転角度が測定される。被締付部材に着座した以降のネジ類の回転角度は、ネジ類の締め付けトルクと相関があるため、その回転角度によってネジ類の締付トルクが正常か否かを判断することができる。
なお、本願第１の締付工具で行われるトルク伝達遮断時のモータ電流値による締付トルクの判定と、本願第２の締付工具で行われる着座以降のネジ類の回転角度による締付トルクの判定の両者を同時に行うようにしてもよい。両者を同時に行うことで、締付トルクの判定精度を高めることができる。

また、上記締付工具は、前記判断手段によってネジ類の締付トルクが正常でないと判断されたときに、その旨を作業者に警告する手段をさらに有することが好ましい。
このような構成によると、ネジ類の締付トルクが正常でないと、作業者にその旨の警告が行われるので、作業者は直ちに対応することができる。

また本願は、本願第１又は本願第２の締付工具によって行われたネジ類の締付作業における締付トルクを管理するための管理システムを提供する。すなわち、本願の管理システムは、本願第１又は本願第２の締付工具と、その締付工具と通信可能に接続される管理装置とを有する。締付工具は管理装置と通信するための手段をさらに有し、管理装置は締付工具と通信するための手段と作業管理情報を記憶するメモリとを有する。そして、締付工具の通信手段は前記判断手段で判断された判断結果を管理装置に送信し、管理装置のメモリには締付工具の通信手段から送信された判断結果が格納される。
この管理システムでは、締付工具を用いてネジ類の締付作業が行われると、締付作業毎に締付工具自身によってネジ類の締付トルクが正常であったか否かの判断が行われ、その判断結果は管理装置にも送信され、管理装置のメモリに格納される。したがって、管理装置のメモリに格納された情報から、締付工具の作業回数やクラッチの磨耗の程度が判断でき、メンテナンスの要否を判断することができる。
なお、締付工具と管理装置との通信は有線又は無線のいずれによって行うようにしてもよい。また、締付工具から管理装置への判断結果の送信は、締付作業毎に行ってもよいし、一定の作業期間毎にその作業期間内に行われた締付作業の判断結果を纏めて送信するようにしてもよい。例えば、工場等の生産ラインで作業を行っている間は締付工具に判断結果を順次格納し、作業終了後にその日の作業結果を纏めて管理装置に送信するように構成することができる。

また、上記締付工具の通信手段は、管理装置に判断結果を送信する際にその判断結果に係るネジ類を特定するための特定情報を併せて送信し、管理装置のメモリには受信した判断結果と特定情報が関連付けられて格納されることが好ましい。
このような構成によると、特定情報から締付トルクが正常ではなかったネジ類が特定でき、当該ネジ類の再締付等の対応を円滑に行うことができる。

以下、本願に係る締付工具を実施するための最良の形態を列記する。
（形態１）モータの回転が機械式クラッチ機構を介して主軸に伝達される。主軸はネジ類と係合し、主軸が回転することでネジ類が被締付部材に締付けられる。
（形態２）クラッチ機構は、対向する一対のクラッチ板と、それら一対のクラッチ板の一方を他方に押圧する付勢手段（例えば、圧縮バネ）を備える。主軸に作用する負荷が設定値未満であると、それらクラッチ板は機械的に係合し、モータのトルクが主軸に伝達される。主軸に作用する負荷が設定値以上となると、一方のクラッチ板は他方のクラッチ板に対して空転し、モータから主軸へのトルク伝達が遮断される。付勢手段の押圧力は調整可能となっており、押圧力を調整することでクラッチ機構が作動する設定値を調整できる。
（形態３）クラッチ機構がトルク伝達を遮断したことを検出するクラッチ作動検出手段（例えば、スイッチ）と、モータに流れる電流を計測する電流計を備える。クラッチ作動検出手段からの出力と電流計からの出力は、制御装置（例えば、マイクロコンピュータ）に入力される。
（形態４）制御装置は、クラッチ作動検出手段からの出力に基づいてクラッチが作動したと判断すると、電流計の出力からモータに流れる電流値を読取り、同時に、モータへの電流の供給を停止する。制御装置は、読取った電流値が設定範囲内（例えば、設定電流値以上）であるとネジ類の締付トルクが正常であると判断し、一方、読取った電流値が設定範囲外（例えば、設定電流値未満）であるとネジ類の締付トルクが異常であると判断する。
（形態５）主軸には、主軸の回転角を検出する回転角検出手段（例えば、ロータリーエンコーダ）が設けられる。回転角検出手段の出力は制御装置に入力される。制御装置は、モータに流れる電流が所定の電流値を超えたときから、クラッチ機構が作動するまでの主軸の回転角度を計測する。そして、制御装置は、計測された回転角度が設定角度範囲内（例えば、設定角度以上）であるとネジ類の締付トルクが正常であると判断し、一方、計測された回転角度が設定角度範囲外（例えば、設定角度未満）であるとネジ類の締付トルクが異常であると判断する。
（形態６）モータは永久磁石式同期モータ（例えば、ブラシレスＤＣモータ）を用いることができる。永久磁石式同期モータは、ロータの機械的慣性力（イナーシャ）を小さくすることが好ましい。ロータの機械的慣性力を小さくすることで、ネジ類の締付トルクとモータ電流値との相関関係を高めることができる。
（形態７）制御装置は、作業種類毎（例えば、締付部位のターゲット・トルクと被締付部材の種類（鉄などの硬い部材（以下、ハードジョイント材という）又は木材などの軟らかい部材（以下、ソフトジョイント材という）））にモータ電流の設定範囲及び／又は主軸回転角の設定角度範囲を記憶する。特に、モータ電流の設定範囲はクラッチの設定トルクに応じた値を設定することが好ましい。作業管理者等は締付工具と有線又は無線にて接続された外部入力装置（例えば、パソコン）を操作して、作業種類に応じてモータ電流の設定範囲及び／又は主軸回転角の設定角度範囲を設定することができる。あるいは、簡易的に締付部位のターゲット・トルクに応じてクラッチ調整を施した工具にて、トルクテスタあるいは実際の締付部位を数十回程度締付け、各締付毎のクラッチ作動時のモータ電流を記憶する。そして、それら記憶した電流値の平均値等の統計処理された値をモータ電流設定値とし、そのモータ電流設定値から設定範囲（例えば、設定電流値の±１０％以内）を自動的に設定し、その設定範囲をモータ電流の設定範囲とすることができる。
（形態８）制御装置は、ネジ類の着座後のモータ電流値の経時変化から作業種類を決定し、その決定された作業種類に対応する締付トルク判定条件（モータ電流の設定範囲及び／又は主軸回転角の設定角度範囲）を選択することができる。

以下、本発明を具現化した一実施例に係る締付工具を説明する。図１は締付工具の分解斜視図である。図１に示す締付工具１０は、ハウジング１１内に駆動源であるモータＭを収容固定する。モータＭは、ブラシレスＤＣモータであり、ロータの機械的慣性力（イナーシャ）が小さくされている。モータＭの出力軸には遊星歯車機構１２が接続される。遊星歯車機構１２の出力軸には、クラッチ機構１４を介して回転軸１６が接続される。回転軸１６は軸受装置１８に支持され、その先端にはベベルギヤ（図示省略）が固定されている。このベベルギヤは、出力軸１６に対して直交状に軸支されるスピンドル２０の基端部に固定されたベベルギヤ（図示省略）に噛合している。スピンドル２０の他端には、ボルト、ナット又はネジ等の頭部に係合するソケット等の係合部材（図示省略）が取付けられる。

締付工具１０のモータＭが回転すると、その回転が遊星歯車機構１２によって減速されてクラッチ機構１４に伝達される。クラッチ機構１４は、ネジ類を締付け始めた初期段階ではスピンドル２０（すなわち、出力軸１６）に作用する負荷が低いため、モータＭからのトルクをスピンドル２０に伝達する。このため、スピンドル２０が回転し、これにともなってネジ類も締め付けられる。一方、ネジ類が締付けられてスピンドル２０（出力軸１６）への負荷が高くなると、モータＭから出力軸１６（スピンドル２０）へのトルク伝達を遮断し、これによってネジ類の締付けが終了する。

なお、締付工具１０には、モータＭを起動するためのトリガスイッチＳＷが設けられ、ハウジング１１のハンドル部１１ａには制御ユニット６０が収容されている。また、ハウジング１１の下端１１ｂには、モータＭ等に電力を供給するバッテリパック７０（図５に図示）が着脱可能に取付けられるようになっている。

ここで、上述したクラッチ機構１４と軸受装置１８について詳細に説明する。まず、クラッチ機構について図２，３を参照して説明する。図２，３はクラッチ機構１４の構成を模式的に示す図であって、図２はクラッチ機構１４によってトルクが伝達されている状態を示し、図３はトルク伝達が遮断された状態を示している。
図２，３に示すようにクラッチ機構１４は一対のクラッチ板２２，２４を備える。クラッチ板２２の下面には、遊星歯車機構１２を介してモータＭ（図１参照）が接続される。クラッチ板２２の上面（クラッチ板２４と対向する面）には突起２２ａが形成されている。一方、クラッチ板２４の下面（クラッチ板２２側の面）には突起２４ａが形成されている。クラッチ板２２の突起２２ａとクラッチ板２４の突起２４ａは、ボール２６を介して係合するようになっている。

クラッチ板２４には押圧力調整部材３０を介して回転軸１６が接続される。押圧力調整部材３０は、クラッチ板２４に形成された貫通孔２４ｂに挿通される連結棒３２と、連結棒３２の上端に設けられた座板３１とから構成される。連結棒３２は、クラッチ板２４に対して、軸方向には進退動可能とされる一方、軸心周りには回転不能とされる。したがって、クラッチ板２４が回転すると、それに伴って連結棒３２（すなわち、押圧力調整部材３０）も回転する。なお、連結棒３２の下端３２ａは側方に突出しており（図３参照）、連結棒３２がクラッチ板２４から抜けないようになっている。
座板３１は、クラッチ板２４から所定の距離だけ離れた位置で、ハウジング１１に対して連結棒３２の軸方向に移動不能で、かつ、ハウジング１１に対して回転可能に支持される。座板３１の上面には上方に突出する連結部３３が形成され、その連結部３３に回転軸１６が固定されている。座板３１とクラッチ板２４との間には圧縮バネ２８が圧縮された状態で介装される。したがって、クラッチ板２４は圧縮バネ２８によってクラッチ板２２の方向（下方）に付勢される。なお、圧縮バネ２８の圧縮量（すなわち、クラッチ板２４から座板３１までの距離）は調整可能となっており、圧縮バネ２８の圧縮量を調整することでクラッチ板２４に作用する付勢力が調整可能となっている。

上記クラッチ機構１４の作用を説明する。ネジＳを被締付部材Ｗに締め付けるために要する負荷（すなわち、回転軸１６に作用する負荷）が所定値より小さいと、圧縮バネ２８の押圧力によって突起２４ａの先端はクラッチ板２２の上面に当接し、クラッチ板２４の突起２４ａとクラッチ板２２の突起２２ａは係合状態を維持する（図２の状態）。このため、モータＭからクラッチ板２２に伝達されるトルクがクラッチ板２４に伝達され、これによってクラッチ板２４（すなわち、回転軸１６及びスピンドル２０）が回転し、ネジＳが被締付部材Ｗに締付けられる。

一方、ネジＳを被締付部材Ｗに締め付けるために要する負荷が所定値以上となると、圧縮バネ２８の押圧力に抗してクラッチ板２４が上方に移動する。これによって、クラッチ板２４の突起２４ａがクラッチ板２２の突起２２ａを乗り越え、クラッチ板２４とクラッチ板２２の係合状態が解除される（図３の状態）。このため、クラッチ板２２からクラッチ板２４へのトルク伝達が遮断され、被締付部材Ｗに対するネジＳの締付けが停止する。

上述した説明から明らかなように、ネジＳの締付トルクはクラッチ機構１４が作動するときの回転軸１６の負荷であり、クラッチ機構１４が作動するときの回転軸１６の負荷は圧縮バネ２８の押圧力によって決まる（すなわち、圧縮バネ２８の初期圧縮量によって決まる）。圧縮バネ２８の初期圧縮量（クラッチ板２４と座板３１の間隔）は調整可能となっていることから、本実施例の締付工具１０はネジＳの締付トルクを所望の値に調整することができる。

なお、クラッチ板２２，２４の近傍には、クラッチ板２２からクラッチ板２４へのトルク伝達が遮断されたことを検出するためのクラッチ作動検出装置が配設される。クラッチ作動検出装置は、検出スイッチ３６と伝達部材３４によって構成される。伝達部材３４の上端はクラッチ板２４の上面に当接する。伝達部材３４の下端は、クラッチ板２４とクラッチ板２２が係合している状態（図２の状態）では検出スイッチ３６に当接している。クラッチ板２４とクラッチ板２２の係合状態が解除された状態（図３の状態）では、伝達部材３４はクラッチ板２２と共に上方に移動する。これによって、検出スイッチ３６の回動片３６ａが検出スイッチ３６から離れ、トルク伝達が遮断されたことが検出される。

次に、軸受装置１８について図４を参照して説明する。図４は軸受装置の構造を示す断面図である。図４に示すように、軸受装置１８は内筒４０と外筒４４を備える。内筒４０と外筒４４の間にはボール４２が介装され、内筒４０は外筒４４に対して回転可能に組み付けられている。外筒４４はハウジング１１内に収容固定され、内筒４０は外筒４４（すなわち、ハウジング１１）に対して回転可能に支持されている。

内筒４０には、回転軸１６の外径と略同径（回転軸１６の外径より若干小さい）の挿通孔が形成される。この挿通孔には、図面右端側より回転軸１６が圧挿され、これによって回転軸１６に内筒４０が固定される。したがって、回転軸１６が回転すると回転軸１６と一体となって内筒４０が回転する。

内筒４０の図面右端には、円筒状の磁石取付部材５０が固定されている。磁石取付部材５０の外周面には複数の磁石５２が等間隔で配置されている。これらの磁石５２は、Ｓ極が外周側となるものと、Ｎ極が外周側となるものとがあり、これらが交互に配置される。
外筒４４の図面右端には、円筒状のセンサ取付部材４６が固定される。センサ取付部材４６の内壁面上で磁石５２と対向する部位には回転角検出センサ４８が配設されている。回転角検出センサ４８は、磁界の変化を検出して出力信号の状態を切替えるラッチ型のホールＩＣである。回転角検出センサ４８の出力信号は、Ｓ極側の磁界が作用するとＬＯＷレベルとなり、Ｎ極側の磁界が作用するとＨＩＧＨレベルとなる。
したがって、回転軸１６が回転し、回転角検出センサ４８と対向する位置にＳ極側が外周側となる磁石５２が位置すると回転角検出センサ４８の出力信号はＬＯＷレベルとなり、Ｎ極側が外周側となる磁石５２が位置すると回転角検出センサ４８の出力信号はＨＩＧＨレベルとなる。このため、回転軸１６の回転に応じて回転角検出センサ４８からパルス信号が出力され、このパルス信号の数をカウントすることで回転軸１６の回転角を検出することができる。

次に、図５を参照して締付工具１０の制御ユニット６０の構成を説明する。図５に示すように、制御ユニット６０はマイクロコンピュータ６２を中心に構成される。マイクロコンピュータ６２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏが１チップ化されたものである。マイクロコンピュータ６２のＲＯＭには、後で詳述するモータＭの駆動を自動的に停止すると共に締付トルクが正常か否かの判定を行うための制御プログラム等が記憶されている。また、制御ユニット６０にはマイクロコンピュータ６２以外にメモリ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリ）が配置され、このメモリにモータ電流の設定範囲及び／又は主軸回転角の設定角度範囲が記憶される。

マイクロコンピュータ６２は、上述したトリガスイッチＳＷ、検出スイッチ３６（クラッチ作動検出装置）及び回転角検出センサ４８が接続され、トリガスイッチＳＷ、検出スイッチ３６及び回転角検出センサ４８からの信号がマイクロコンピュータ６２に入力されるようになっている。
また、マイクロコンピュータ６２には表示装置５４が接続されている。表示装置５４はＬＥＤ等によって構成され、締付トルクが正常であったか否かを作業者に報知する。例えば、表示装置５４は、二色のＬＥＤ（赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤ）によって構成することができる。そして、締付トルクが正常であった場合は緑色ＬＥＤが点灯され、締付トルクが異常であった場合は赤色ＬＥＤが点灯される。なお、表示装置５４はハウジング１１内に収容され、ハウジング１１に形成された表示窓（図１で図示省略）を介して作業者が視認できるようになっている。

上述したマイクロコンピュータ６２には、回路電源部６６を介してバッテリ７０が接続されている。バッテリ７０からの電源は、回路電源部６６でマイクロコンピュータ６２用の電源に変換され、マイクロコンピュータ６２に供給される。なお、マイクロコンピュータ６２には、バッテリ７０からの出力が別途入力される。この入力によってマイクロコンピュータ６２はバッテリ７０の出力電圧を検出し、バッテリ７０の残容量検出を行うようになっている。

また、バッテリ７０は、モータ駆動用の半導体スイッチ６８を介してモータＭに接続される。半導体スイッチ６８は、マイクロコンピュータ６２によってＰＷＭ制御され、バッテリ７０からの直流電源を３相交流電源に変換する。半導体スイッチ６８によって変換された３相交流電源はモータＭに供給され、モータＭが回転する。なお、半導体スイッチ６８は電流検出部６４を介してバッテリ７０の負極に接続される。電流検出部６４は、半導体スイッチ６８に流れた電流（すなわち、半導体スイッチ６８を介してモータＭに流れた電流）を検出する。電流検出部６４で検出された電流値は、マイクロコンピュータ６２に入力されるようになっている。

上述した締付工具１０を用いて被締付部材ＷにネジＳを締付ける場合に、マイクロコンピュータ６２で実行される処理について図６に示すフローチャートを参照して説明する。
図６に示すように、マイクロコンピュータ６２は、まず、トリガスイッチＳＷがＯＮされたか否かを判断する（Ｓ１０）。トリガスイッチＳＷがＯＮされているとステップＳ１２に進み、トリガスイッチＳＷがＯＮされていないとトリガスイッチＳＷがＯＮされるまで待機する。
ステップＳ１２に進むとマイクロコンピュータ６２はモータＭの回転を開始し、次いで、電流検出部６４からの出力に基づいてモータＭに流れる電流値を計測する（Ｓ１４）。そして、ステップＳ１４で計測されたモータ電流値が第１設定値以上となるか否かを判定する（Ｓ１６）。「第１設定値」は、ネジＳが被締付部材Ｗに着座したか否かを判断するために設定された設定値である。
計測されたモータ電流値が第１設定値未満の場合〔ステップＳ１６でＮＯ〕は、ネジＳが被締付部材Ｗに着座していないと判断し、ステップＳ１４に戻ってステップＳ１４からの処理を繰り返す。逆に、計測されたモータ電流値が第１設定値以上の場合〔ステップＳ１６でＹＥＳ〕は、ネジＳが被締付部材Ｗに着座したと判断し、ステップＳ１８に進む。

ステップＳ１８では、回転角検出センサ４８からの検出信号（エンコーダ信号）のパルス数をカウントするためのカウンタをリセットする。そして、モータＭに流れる電流値を計測し（Ｓ２０）、計測した電流値をマイクロコンピュータ６２のＲＡＭの所定のアドレスに上書きする（Ｓ２２）。
ステップＳ２４では回転角検出センサ４８からの検出信号（パルス波）を検出したか否かを判断する。パルス波を検出している場合〔ステップＳ２４でＹＥＳ〕はカウンタの値を１インクリメントし（Ｓ２６）、パルス波を検出していない場合〔ステップＳ２４でＮＯ〕はステップＳ２６をスキップする。
ステップＳ２８では、検出スイッチ３６からの検出信号に基づいてクラッチ機構１４が作動（すなわち、モータＭから回転軸１６へのトルク伝達の遮断）したか否かを判断する。クラッチ機構１４が作動していない場合〔ステップＳ２８でＮＯ〕は、ステップＳ２０に戻って、ステップＳ２０からの処理を繰り返す。したがって、マイクロコンピュータ６２のＲＡＭには処理毎にモータ電流値が上書きされていき、また、回転角検出センサ４８からの検出信号に基づいてカウンタの値が増加してゆく。

クラッチ機構１４が作動すると〔ステップＳ２８でＹＥＳ〕、まず、マイクロコンピュータ６２はモータＭへの電力の供給を停止する（Ｓ３０）。次いで、マイクロコンピュータ６２のＲＡＭに格納されている電流値（すなわち、クラッチ機構１４が作動したときの電流値）が第２設定値以上となっているか否かを判断する（Ｓ３２）。クラッチ機構作動時の電流値が第２設定値以上の場合〔ステップＳ３２でＹＥＳ〕は、ネジＳは予め設定された締付トルクで締め付けられたものと一応判断し、ステップＳ３４に進む。逆に、クラッチ機構作動時の電流値が第２設定値未満の場合〔ステップＳ３２でＮＯ〕は、ネジＳが予め設定された締付トルクに達する前にクラッチ機構１４が作動したと判断し、ステップＳ３８に進む。

ステップＳ３４では、回転角検出センサ４８から出力される検出信号のパルス波をカウントしたカウンタの値、すなわち、回転軸１６の回転角（ネジＳの回転角）が設定角以上となっているか否かを判断する。回転軸１６の回転角が設定角以上となっている場合〔ステップＳ３４でＹＥＳ〕は、ネジＳが予め設定された締付トルクで締付けられたと判断し、その旨を表示装置５４に表示する（Ｓ３６）。一方、回転軸１６の回転角が設定角未満の場合〔ステップＳ３４でＮＯ〕は、ネジＳが予め設定された締付トルクで締付けられていないと判断し、ステップＳ３８に進む。ステップＳ３８では、マイクロコンピュータ６２はネジＳが予め設定された締付トルクで締付けられていないことを表示装置５４に表示する。

上述したマイクロコンピュータ６２の処理を図７を参照して具体的に説明する。マイクロコンピュータ６２は、トリガスイッチＳＷがＯＮされると、モータＭを回転駆動すると共にモータＭに流れる電流値を計測する（図７の上に示すグラフ）。計測されるモータ電流値が第１設定値Ｉ_１以上となると、回転軸１６（ネジＳ）の回転角の検出を開始する（図７の下のグラフ）。そして、クラッチ機構１４が作動したときのモータ電流値Ｉｅが第２設定値Ｉ_２以上（Ｉ_２＞Ｉ_１）であり、かつ、モータ電流値が第１設定値Ｉ_１以上となってからクラッチ機構１４が作動するまでの間に検出された回転軸１６の回転角θｅが設定角θ_１以上であると、ネジＳが予め設定された締付トルクで締付けられていると判断する。逆に、モータ電流値Ｉｅが第２設定値Ｉ_２未満となるか、回転角θｅが設定角θ_１未満となると、ネジＳが予め設定された締付トルクで締付けられていないと判断する。

上述した説明から明らかなように、本実施例の締付工具１０は、クラッチ機構１４が作動したときのモータ電流値と、モータ電流値が第１設定値以上となってからのネジＳの回転角に基づいて、ネジＳの締付トルクが予め設定された締付トルクとなっているか否かを判断する。すなわち、モータ電流値はネジＳの締付トルクと相関があり、また、モータ電流値が第１設定値以上となってからのネジＳの回転角（ネジＳが被締付部材Ｗに着座した以降のネジＳの回転角）はネジＳの締付トルクと相関がある。このため、これらの値からネジＳの締付トルクが正常か否かを判断し、その判断結果が作業者に報知される。したがって、作業者は表示装置５４に表示される作業結果に応じて迅速な対応をとることができる。
また、本実施例の締付工具１０では、モータＭにブラシレスＤＣモータを用いることでロータのイナーシャを小さくし、検出されるモータ電流値やネジＳの回転角に対するロータのイナーシャの影響を小さくしている。このため、モータ電流値やネジＳの回転角に基づいて、ネジＳの締付トルクを精度良く判断することができる。

なお、ネジＳの締付トルクが正常であるか否かを判定するための「第２設定値（クラッチ機構作動時のモータ電流値と比較される閾値）」は、ネジの種類と、そのネジが締付けられる被締付部材Ｗの種類によって変化する。例えば、ネジＳの種類が異なれば、その適正な締付トルクは変化し、これによって第２設定値も変化する。また、ネジの種類が同一であれば適正な締付トルクは同一となるが、被締付部材Ｗの種類が相違すると第２設定値も変化する。したがって、「第２設定値」はネジと被締付部材の組合せ（すなわち、作業種類）に応じて適宜設定する必要がある。このため、締付工具１０のユーザは、工場等のラインでの実際の締付部位に応じたクラッチの調整（バネ荷重の調整（機械的調整））と「第２設定値」の値を設定する必要がある（なお、ユーザによって設定された「第２設定値」はメモリに格納することができる。）。

例えば、図８は同一種類のネジを同一の締付トルクで異なる種類の被締付部材Ｗに締付けたときのモータ電流値の変化を模式的に示している。図８（ａ）は鉄等のハードジョイント材にネジを締付けた場合のモータ電流値の経時変化を示しており、図８（ｂ）は木材等のソフトジョイント材にネジを締付けた場合のモータ電流値の経時変化を示している。
図８から明らかなように、ハードジョイント材にネジを締付けた場合は、ネジが着座してからの電流増加率は大きいが、クラッチ作動時のモータ電流値Ｉ_Ｈは低くなる。一方、ソフトジョイント材にネジを締付けた場合は、ネジが着座してからの電流増加率は小さいが、クラッチ作動時のモータ電流値Ｉ_Ｓ（Ｉ_Ｓ＞Ｉ_Ｈ）は高くなる。したがって、ハードジョイント材にネジを締付けるときの「第１設定値」は、ソフトジョイント材にネジを締付けるときの「第１設定値」より低めの値に設定されることとなる。ただし、モータ回転数を下げ、遊星ギヤのギヤ比を小さくすることで、モータ・イナーシャの影響を極力低減することが可能である。このため、そのように構成した場合はＩ_ＨとＩ_Ｓとの差を小さくすることができ（Ｉ_Ｈ≒Ｉ_Ｓ）、簡易的に両者を同一の値とすることもできる。

また、同一ラインで同じターゲット・トルクではあるが被締付部材の種類が異なる締付作業が行われる場合等においては、メモリに被締付部材の種類毎に「第２設定値」を記憶しておき、被締付部材の種類に応じて「第２設定値」を変更するように構成することができる。このような構成によると、被締付部材の種類に応じて適切な判断を行うことができる。
かかる場合において「第２設定値」の変更は、作業者がスイッチ等を操作して行うようにしてもよいが、マイクロコンピュータ６２によって判断するようにしてもよい。例えば、被締付部材の種類毎にモータ電流値の経時変化のパターンをマイクロコンピュータ６２に記憶し、その記憶した経時変化のパターンとネジ締め作業時に計測されるモータ電流値の経時変化から被締付部材の種類を特定するようにしてもよい。例えば、ネジ着座後のモータ電流値の電流増加率の大きさから判断するようにしてもよい。あるいは、ネジ着座後のネジの回転角度の変化率によって判断することもできる。すなわち、ハードジョイント材にネジを締付ける場合におけるネジ着座後のネジの回転角度変化は、ソフトジョイント材に締付ける場合におけるネジ着座後のネジの回転角度変化より小さくなる。したがって、この相違を利用して被締付部材の種類を特定することもできる。

なお、上述した「第２設定値」と同様に、「設定角（測定されたネジの回転角と比較される閾値）」や「第１設定値」も、ネジの種類と、そのネジが締付けられる被締付部材Ｗの種類によって変化する。このため、これらの値も作業種類毎に設定する必要がある。例えば、ハードジョイント材にネジを締付けたときのネジ着座後のネジの回転角は、ソフトジョイント材にネジを締付けたときのネジ着座後のネジの回転角より小さくなる。したがって、ハードジョイント材にネジを締付けるときの「設定角」は、ソフトジョイント材にネジを締付けるときの「設定角」より小さな値に設定される。

以上、本発明の好適ないくつかの実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上述した実施例においては、モータＭにブラシレスＤＣモータを用いたが、締付工具のモータには永久磁石式ブラシモータ（例えば、ブラシ付きＤＣモータ）を用いることもできる。図９にブラシ付きＤＣモータを用いた場合の締付工具の制御構成を示している。図９から明らかなように、この締付工具では回転軸の回転角度を検出する回転角検出センサが設けられておらず、クラッチ作動時のモータ電流値のみによって締付トルクが正常か否かの判定が行われている。

また、上述した実施例では、計測されたトルク作動時のモータ電流値と「第２設定値」を比較し、測定された回転軸の回転角度と「設定角」を比較することで、ネジの締付トルクが正常であるか否かを判断した。しかしながら、本発明はこのような形態に限られず、例えば、図１０に示すように、計測されたトルク作動時のモータ電流Ｉｅが「設定範囲（Ｉ_２〜Ｉ_３）」に入るか否か、あるいは、測定された回転軸の回転角度θｅが「設定角度範囲（θ_１〜θ_２）」となるか否かによって、ネジの締付トルクが正常であるか否かを判断するようにしてもよい。これによって、何らかの原因でネジの締付トルクが設定した値より高くなる等の異常を検出することも可能となる。

さらに、上述した実施例では、ネジＳの回転角度変化を、回転軸１６を支持する軸受装置１８によって検出するようにした。しかしながら、ネジＳの回転角度変化は、エンコーダ付きのモータを用いることで、モータ（正確にはロータ）の回転角度変化を検出することによって行うようにしてもよい。

また、上述した締付工具に通信機能を付加し、この締付工具と通信可能に接続された管理装置によって締付トルクを管理することもできる。図１１は本願の一実施例に係る管理システムの概略図であり、図１２は管理システムの管理装置の構成を示すブロック図である。
図１１に示すように締付工具１０ａ，１０ｂ・・１０ｎは、それぞれ通信装置５６ａ，５６ｂ・・５６ｎを備える。各締付工具１０ａ，１０ｂ・・１０ｎの通信装置５６ａ，５６ｂ・・５６ｎは、当該締付工具に装備されたマイクロコンピュータ（図５参照）と接続され、このマイクロコンピュータによって制御される。
管理装置８０はパソコン等によって構成され、締付工具１０ａ，１０ｂ・・１０ｎと通信可能に接続されている。また、管理装置８０には外部記憶装置９０が接続される。外部記憶装置９０には、締付工具１０ａ，１０ｂ・・１０ｎ毎に作業管理情報が格納される。

図１２に示すように管理装置８０は、通信装置５６ａ，５６ｂ・・５６ｎと通信を行う通信手段８６と、各種情報を表示するモニター８４と、通信手段８６とモニター８４に接続されたＣＰＵ８２等を備える。ＣＰＵ８２は、締付工具１０ａ，１０ｂ・・１０ｎから送信される作業管理情報の受信や、受信した作業管理情報の外部記憶装置９０への格納等の処理を行う。

かかる管理システムにおいては、締付工具１０ａ，１０ｂ・・１０ｎは締付作業が行われる毎に、当該締付作業に関する作業管理情報を管理装置８０に送信する。送信される作業管理情報には、当該締付作業の締付トルクが正常であったか否か、クラッチ作動時のモータ電流値、回転軸の回転角度、締付工具のＩＤ番号並び当該締付作業によって締め付けられたネジ類を特定するための特定情報（例えば、作業完了時刻等）が含まれている。
一方、管理装置８０は、締付工具１０ａ，１０ｂ・・１０ｎからの作業管理情報を受信すると、その受信した作業管理情報を外部記憶装置９０に格納する。作業管理情報は、締付工具毎（すなわち、締付工具のＩＤ番号毎）に作業結果（締付トルクの正常／異常、クラッチ作動時のモータ電流値、回転軸の回転角度等）と特定情報（作業完了時刻等）が格納される。

上記管理システムによると、締付工具毎に締付作業回数、モータ電流値の経時変化及び回転軸の回転角度の経時変化等が特定できる。このため、これらの情報から当該締付工具に対するメンテナンスの要否等を判断することができる。また、締付トルクが異常であった場合には、締付工具のＩＤ番号とその特定情報（作業完了時刻）から当該締付作業に係るネジ類を絞り込むことができる。例えば、締付工具のＩＤ番号から作業者を特定し、特定した作業者から生産ラインでの作業内容を特定する。そして、作業完了時刻から生産ラインを流れている製品を絞り込む。作業内容と製品が絞り込めれば、締付トルクが異常となったネジ類の範囲も絞り込めるため、再締付作業等の対応を効率的に行うことができる。

なお、上述した管理システムでは、締付作業毎に作業管理情報を管理装置に送信するようにしたが、このような形態に限られず、一定期間に実施した締付作業に関する作業管理情報を締付工具のメモリ内に一旦格納し、それらを纏めて管理装置に送信するようにしてもよい。例えば、１日の作業開始時に締付工具毎に作業者を管理装置に登録する。そして、１日の作業完了後にその日に行った締付作業に関する作業管理情報を纏めて管理装置に送信するようにしてもよい。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

本発明の一実施例に係る締付工具の分解斜視図である。クラッチ機構の構成を模式的に示す図である（トルク伝達時）。クラッチ機構の構成を模式的に示す他の図である（トルク伝達遮断時）。軸受装置の断面図である。本実施例の締付工具の制御構成を示すブロック図である。マイクロコンピュータによる処理を示すフローチャートである。本実施例の締付工具によってネジを締付けるときのモータ電流の経時変化と、観測されるネジの回転角度変化を併せて示す図である。同一種類のネジを同一の締付トルクで異なる種類の被締付部材に締付けたときのモータ電流の経時変化を併せて示す図である。本発明の他の実施例に係る締付工具の制御系の構成を示すブロック図である。本実施例の変形例を説明するための図である。本願の一実施例に係る管理システムの概略図である。図１１に示す管理システムの管理装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０：締付工具
１１：ハウジング
１２：遊星歯車機構
１４：クラッチ機構
１６：回転軸
１８：軸受装置
２０：スピンドル
６０：制御ユニット
Ｍ：モータ

Claims

モータと、
モータを起動するトリガスイッチと、
ネジ類に係合する主軸と、
モータと主軸との間に介装され、主軸に作用する負荷が所定値未満のときはモータからのトルクを主軸に伝達して主軸を回転させ、主軸に作用する負荷が所定値以上となるとモータから主軸へのトルク伝達を遮断するクラッチと、
クラッチがモータから主軸へのトルク伝達を遮断したことを検出するスイッチと、
作業者によってトリガスイッチが操作されるとモータへの電流供給を開始し、その電流供給中にモータから主軸へのトルク伝達が遮断されたことをスイッチにより検出したときに、モータへの電流供給を常に停止する電流供給手段と、
モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
モータから主軸へのトルク伝達が遮断されたことをスイッチにより検出したときに、その遮断時に電流検出手段で検出されたモータ電流値からネジ類の締付トルクが正常か否かを判断する判断手段と、
を有する締付工具。
モータと、
モータを起動するトリガスイッチと、
ネジ類に係合する主軸と、
モータと主軸との間に介装され、主軸に作用する負荷が所定値未満のときはモータからのトルクを主軸に伝達して主軸を回転させ、主軸に作用する負荷が所定値以上となるとモータから主軸へのトルク伝達を遮断するクラッチと、
クラッチがモータから主軸へのトルク伝達を遮断したことを検出するスイッチと、
作業者によってトリガスイッチが操作されるとモータへの電流供給を開始し、その電流供給中にモータから主軸へのトルク伝達が遮断されたことをスイッチにより検出したときに、モータへの電流供給を常に停止する電流供給手段と、
モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
主軸又はモータの回転角度を検出する回転角度検出手段と、
（１）電流検出手段で検出される電流値が予め設定された設定値を超えたときから（２）モータから主軸へのトルク伝達が遮断されたことをスイッチにより検出するまでの間に、前記回転角度検出手段で検出される主軸又はモータの回転角度からネジ類の締付トルクが正常か否かを判断する判断手段と、
を有する締付工具。
前記判断手段によってネジ類の締付トルクが正常でないと判断されたときに、その旨を作業者に警告する手段をさらに有することを特徴とする請求項１又は２に記載の締付工具。
請求項１又は２に記載の締付工具と、その締付工具と通信可能に接続された管理装置とを有する管理システムであって、
締付工具は、管理装置と通信するための手段をさらに有し、
管理装置は、締付工具と通信するための手段と、作業管理情報を記憶するメモリとを有し、
締付工具の通信手段は、前記判断手段で判断された判断結果を管理装置に送信し、
管理装置のメモリには、締付工具の通信手段から送信された判断結果が格納されることを特徴とする締付工具の管理システム。
締付工具の通信手段は、管理装置に判断結果を送信する際にその判断結果に係るネジ類を特定するための特定情報を併せて送信し、管理装置のメモリには受信した判断結果と特定情報が関連付けられて格納されることを特徴とする請求項４に記載の締付工具の管理システム。