JP5144200B2 - Impact rotary tool - Google Patents
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Description
本発明は、ハンマの打撃により締め付け作業や緩め作業を行うインパクト回転工具に関する。 The present invention relates to an impact rotary tool that performs a tightening operation or a loosening operation by hammering.
インパクト回転工具は、回転駆動されるハンマによる打撃を出力軸に加えることで、出力軸を衝撃的に回転させて締め付け作業や緩め作業を行うものである。このインパクト回転工具においては、モータの減速出力で出力軸を直接回転させる回転工具に比べて、高い締め付けトルクを得ることができる。 The impact rotary tool performs a tightening operation or a loosening operation by impacting the output shaft by impacting a hammer driven by rotation on the output shaft. In this impact rotary tool, a high tightening torque can be obtained as compared with a rotary tool that directly rotates the output shaft with a motor deceleration output.
ところで、上記インパクト回転工具において、設定トルクを入力する設定入力部を設けておき、ここで入力される設定トルクにまで締め付けトルクが到達した時点で回転を停止させるものが提案されている。 By the way, in the above impact rotary tool, there has been proposed one in which a setting input unit for inputting a set torque is provided, and the rotation is stopped when the tightening torque reaches the set torque input here.
特許文献1に記載のインパクト回転工具にあっては、マイク等を用いてハンマによる出力軸の打撃を検出する打撃検出手段と、フォトインタラプタ等を用いて出力軸の回転角を検出する回転角検知手段とを具備し、両手段の検出結果に基づいて現在の締め付けトルクを算出するとともに、算出される締め付けトルクが設定トルクに到達した時点でモータを強制的に停止させるようになっている。
In the impact rotary tool described in
しかし、上記インパクト回転工具においては、設置トルクの値に関わらずモータの出力は一定である。そのため、例えば小型ねじを締め付けるために設定トルクを小さな値に設定しているときには、1回当たりの打撃力が大きすぎて締め付け精度が低下する場合がある。また、逆に大型ねじを締め付けるために設定トルクを大きな値に設定しているときには、1回当たりの打撃力が小さすぎてやはり締め付け精度が低下する場合もある。 However, in the impact rotary tool, the output of the motor is constant regardless of the value of the installation torque. For this reason, for example, when the set torque is set to a small value in order to tighten the small screw, the impact force per one time is too large, and the tightening accuracy may be lowered. On the other hand, when the set torque is set to a large value in order to tighten the large screw, the impact force per one time is too small, and the tightening accuracy may be lowered.
この問題を解決するには、設定トルクの値に応じてモータの出力を切替えることが考えられる。即ち、設定トルクを小さな値に設定したときにはモータの回転数が小さくなり、設定トルクの値を大きな値に設定したときにはモータの回転数が大きくなるように切替える。これにより、作業に応じた打撃力で精度よく締め付け作業等を行うことが可能となる。 To solve this problem, it is conceivable to switch the output of the motor in accordance with the set torque value. That is, when the set torque is set to a small value, the motor speed is decreased, and when the set torque value is set to a large value, the motor speed is increased. As a result, it is possible to perform a tightening operation or the like with high precision with an impact force according to the operation.
ところが、このようにしたときには、トルク算出の基となる打撃検出において以下の問題が生じる。つまり、打撃検出手段においては、マイクからの出力電圧が検出用の閾値を越えたときに打撃を検出するのだが、モータを大出力として大きな打撃力を発生させた際の出力電圧及びノイズと、モータを小出力として小さな打撃力を発生させた際の出力電圧及びノイズを上記閾値で一括して識別することは困難であり、打撃の誤検出を生じ易くなるのである。
本発明は上記問題点に鑑みて発明したものであって、作業に応じた打撃力によって設定トルクに至るまで作業を行うことができ、しかも打撃の誤検出を防止した高精度での作業を可能とした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。 The present invention has been invented in view of the above-described problems, and can perform work up to a set torque with a striking force according to work, and can perform work with high accuracy while preventing erroneous detection of striking. It is an object to provide an impact rotating tool.
上記課題を解決するため本発明は、モータ1と、モータ1により回転されるハンマ3と、ハンマ3によって打撃されて回転力が加えられる出力軸5と、打撃検出に用いる打撃判定値が閾値を越えたときにハンマ3による打撃を検出する打撃検出部7と、打撃検出部7の検出結果に基づいて締め付けトルクを算出するトルク算出部17と、設定トルクを入力する設定入力部18と、算出された締め付けトルクが設定トルク以上になるとモータ1を停止させる制御部11とを具備するインパクト回転工具において、設定入力部18で入力される設定トルクが大きくなるほどに、モータ1の出力と、打撃検出部7で用いる検出用の前記閾値とが、共に大きくなるように切替えられることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention provides a
このように、モータ1の出力を、設定入力部18で入力される設定トルクが大きくなるほど大きな出力となるように切替えることで、1回当たりの打撃力を作業に応じた打撃力に設定することが可能となる。加えて、打撃検出部7で用いる検出用の閾値についても、設定トルクが大きくなるほど大きな閾値となるように切替えることで、モータ1の出力変更に関わらず、打撃による出力電圧とノイズを的確に識別することが可能となり、打撃の誤検出が防止される。
In this way, by changing the output of the
また本発明は、モータ1と、モータ1により回転されるハンマ3と、ハンマ3によって打撃されて回転力が加えられる出力軸5と、打撃検出に用いる打撃判定値が閾値を越えたときにハンマ3による打撃を検出する打撃検出部7と、打撃検出部7の検出結果に基づいて締め付けトルクを算出するトルク算出部17と、設定トルクを入力する設定入力部18と、算出された締め付けトルクが設定トルク以上になるとモータ1を停止させる制御部11とを具備するインパクト回転工具において、設定入力部18で入力される設定トルクが大きくなるほどに、モータ1の出力が大きくなり、打撃検出部7で用いる打撃判定値を増幅させる増幅率が小さくなるように切替えられることを特徴としてもよい。
The present invention also includes a
この場合においても、モータ1の出力を、設定入力部18で入力される設定トルクが大きくなるほど大きな出力となるように切替えることで、1回当たりの打撃力を作業に応じた打撃力に設定することが可能となる。加えて、打撃検出部7で用いる打撃判定値を増幅させる増幅率についても、設定トルクが大きくなるほど小さな増幅率となるように切替えることで、モータ1の出力変更に関わらず、打撃による出力電圧とノイズを的確に識別することが可能となり、打撃の誤検出が防止される。
Even in this case, by changing the output of the
請求項1に係る発明は、作業に応じた打撃力によって設定トルクに至るまで作業を行うことができ、しかも、設定トルクに応じて閾値を切替えることで打撃の誤検出を防止し、高精度で作業を行うことが可能になるという効果を奏する。
The invention according to
また請求項2に係る発明は、作業に応じた打撃力によって設定トルクに至るまで作業を行うことができ、しかも、設定トルクに応じて増幅率を切替えることで打撃の誤検出を防止し、高精度で作業を行うことが可能になるという効果を奏する。
Further, the invention according to
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1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を概略的に示している。 Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the accompanying drawings. FIG. 1 schematically shows an example of an impact rotary tool according to an embodiment of the present invention.
本例のインパクト回転工具は、駆動手段であるモータ1と、モータ1の回転を所定の減速比で減速する伝達機構である減速機2と、モータ1の回転が減速機2を介して伝達されるハンマ3と、ハンマ3によって打撃されるアンビル部4を有しておりハンマ3がアンビル部4を打撃することで回転力が衝撃的に加えられる出力軸5と、ハンマ3によるアンビル部4の打撃音を電圧信号に変換するマイク6と、マイク6の出力電圧の値が所定の閾値を上回ることからハンマ3によりアンビル部4が打撃されたことを検出する打撃検出部7と、出力軸5に取り付けられており複数のスリット(図示せず)が周方向に形成された円板状の遮光板8と、遮光板8のスリットが形成された部位を挟むように配置されたフォトインタラプタ9と、フォトインタラプタ9から出力される信号を波形整形して出力軸5の回転角に応じたパルス数のパルス信号を発生する波形整形回路10と、打撃検出部7及び波形整形回路10の出力を基に締め付けトルクを算出するとともに該締め付けトルクが設定トルク以上になるとモータ1を停止させる停止信号を発生する制御部11と、トリガ状の操作部(図示せず)により入力されるトリガ信号(速度指令)Stに応じてモータ1を回転させるととともに制御部11から入力される停止信号に応じてモータ1の回転を停止させるモータ駆動部12とを具備している。
The impact rotary tool of this example includes a
上記制御部11は、波形整形回路10から入力されるパルス信号のパルス数をカウントする回転角算出手段としてのカウンタ13と、一定の時間間隔で割込信号を発生するタイマ14と、タイマ14より割込信号が前回入力されてから次回入力されるまでの間のカウンタ13のカウント値より出力軸5の回転速度を算出する回転速度算出部15と、カウンタ13のカウント値より打撃検出部7が前回打撃を検出してから次に打撃を検出するまでの間の出力軸5の回転角を算出する打撃間回転角算出部16と、出力軸5が打撃された時点で回転速度算出部15が算出した出力軸5の回転速度から出力軸5に加えられたエネルギを算出するとともに、このエネルギと打撃間回転角算出部16の算出した回転角とから締め付けトルクを算出し、締め付けトルクが設定トルク以上になるとモータ1を停止させる停止信号を発生するトルク算出部17とで構成されている。
The
トルク算出部17では、ハンマ3がアンビル部4を打撃することによって出力軸5に加えられるエネルギが、ボルトやナットなどのねじの締め付けに消費されるエネルギに略等しいという関係を利用して締め付けトルクを算出している。上記算出の方法は特許文献1等に開示される周知の方法と同様であることから、ここでは説明を省略する。
The
そして、本例にあっては、トルク算出部17に対して設定トルクを入力する設定入力部18と、設定入力部18により入力された設定トルクに応じて打撃検出部7で用いる所定の閾値を切替える閾値変更部19とを備えている。また、制御部11は、設定入力部18により入力された設定トルクに応じてモータ1の出力(回転数)を切替えるようになっている。
In this example, the
図2には、主として打撃検出部7と閾値変更部19を示している。打撃検出部7は、打撃間回転角算出部16の入力端に出力端が接続されたものであり、閾値変更部19にて確定する閾電圧値(閾値)が反転入力端子に印加されるコンパレータCo1と、コンパレータCo1の反転入力端子に一端を接続されるコンデンサC2と、コンパレータCo1の非反転入力端子に接続されるコンデンサC1と、一端に動作電圧Vdが印加される抵抗R2と、抵抗R2の他端及びコンデンサC1の他端にソースが接続されるトランジスタTr1と、トランジスタTr1のドレインに一端を接続され、他端をコンデンサC2に接続される抵抗R3と、抵抗R3及びトランジスタTr1のゲートに接続される抵抗R1と、抵抗R2の直流電圧Vdが印加される一端及びコンパレータCo1の出力端子に接続される抵抗R6と、抵抗R2及びコンデンサC1の直列回路に並列接続されるダイオードD1並びに抵抗R4と、コンデンサC1及びトランジスタTr1並びに抵抗R3の直列回路に並列接続されるダイオードD2並びに抵抗R5とから成る。マイク6は、この打撃検出部7の抵抗R1に並列接続されている。
FIG. 2 mainly shows the
マイク6が検出するハンマ3の打撃音は、電圧信号に変換され、打撃検出部7のトランジスタTr1を介して所定の増幅率で増幅されたうえで、コンパレータCo1の非反転入力端に入力される。この非反転入力端に入力される電圧信号は、例えば図3に示すような波形を有している。図示の波形は、約30m秒毎(約33.3Hz)の打撃音によって時刻t1〜t7の各々の付近において他の時刻tよりも大きな振幅が現れている。
The hammering sound detected by the
打撃検出部7のコンパレータCo1においては、上記のように非反転入力端子に入力された電圧信号の電圧値と、閾値変更部19から入力される閾電圧値(閾値)とを比較し、前者の方が大きな値であれば打撃があったと判断して矩形波の打撃検知信号を打撃間回転角算出部16の入力端に出力する。これにより、打撃間回転角算出部16は図3の時刻t1〜t7の各々の付近でハンマ3による打撃があったとして打撃回数をカウントし、これを基にトルク算出部17で締め付けトルクを算出する。
In the comparator Co1 of the
上記のように、本例にあっては打撃検出に用いる打撃判定値として、マイク6から出力される電圧信号の電圧値を用いているが、打撃判定値としては他の値を用いても構わない。例えば、マイク6の代わりに衝撃センサを備え、衝撃センサから出力される電圧信号の電圧値を打撃判定値として用いることも好適である。なお、衝撃センサもマイク6と同様に圧電素子を用いるので、回路図は図2に示すものと同様となる。
As described above, in this example, the voltage value of the voltage signal output from the
閾値変更部19においては、設定入力部18で選択される設定トルクに応じてトランジスタTr2a〜Tr2cのうち一つが選択され、これによりコンパレータCo1の反転入力端子に入力される閾電圧値が変更される。図5に示すように、設定入力部18では複数段階(図示例では100、200、300kgfcmの三段階)の設定トルクが選択可能になっており、制御部11はここで選択された設定トルクに応じた回転数でモータ1を回転させるように、モータ駆動部12に対して信号を出力する。
In the threshold
具体的には、選択された設定トルクが大きな値となるほどに回転数も大きくなるように設定している。図示例では、設定トルクが100kgfcmであるときに回転数1000rpm、設定トルクが200kgfcmであるときに回転数1200rpm、設定トルクが300kgfcmであるときに回転数1500rpmである。 Specifically, the rotation speed is set to increase as the selected set torque increases. In the illustrated example, the rotational speed is 1000 rpm when the set torque is 100 kgfcm, the rotational speed is 1200 rpm when the set torque is 200 kgfcm, and the rotational speed is 1500 rpm when the set torque is 300 kgfcm.
また、制御部11は、設定入力部18で決定された設定トルクに応じた閾電圧値(閾値)を選択するように、閾値変更部19に対して信号を出力する。選択される閾電圧値はV1,V2,V3(V1<V2<V3)の三段階設けており、設定トルクが100kgfcmであって回転数が1000rpmであるときには最小の閾電圧値V1、設定トルクが200kgfcmであって回転数が1200rpmであるときには中間の閾電圧値V2、設定トルクが300kgfcmであって回転数が1500rpmであるときには最大の閾電圧値V3が選択される。
Further, the
このように、モータ1の回転数を、設定入力部18で入力される設定トルクが大きくなるほど大きな値に変更されるように設けたことで、作業に応じた打撃力によって締め付けトルクが設定トルクに至るまで作業を行うことが可能となる。加えて、打撃検出部7で用いる打撃検出用の閾電圧値についても、設定入力部18で入力される設定トルクが大きくなるほど(即ち、モータ1の回転数が大きくなるほど)大きな値に変更されるように設けてあるので、図4に示すように、1回当たりの打撃力が小さくて電圧信号の振幅が小幅となる場合にはこれに応じて小さな閾電圧値が用いられ、打撃力が大きくて電圧信号の振幅が大きくなる場合にはこれに応じて大きな閾電圧値が用いられる。したがって、打撃による出力電圧とノイズを的確に識別することが可能となり、打撃の誤検出が防止されることとなる。
Thus, by providing the rotational speed of the
図6は、本例のインパクト回転工具の動作を示すフローチャートである。図示のように、使用者はまず設定入力部18で作業に適した設定トルクを選択したうえでトリガ状の操作部を引き込み、その設定トルクに応じた回転数でモータ1を駆動させる。ここで、選択した設定トルクに応じた閾値を用いて打撃検出を行うとともに該打撃検出に基づいて締め付けトルクを算出し、締め付けトルクが設定トルク以上となった時点でモータ1を停止させる。
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the impact rotary tool of this example. As shown in the figure, the user first selects a set torque suitable for the work with the setting
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7、図8基づいて説明する。なお、本例の基本的な構成は既述した一例の構成と同様であるため、一例の構成と一致する構成については説明を省略し、一例の構成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。 Next, another example of the impact rotary tool in the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Since the basic configuration of this example is the same as the configuration of the example described above, the description of the configuration that matches the configuration of the example is omitted, and only the characteristic configuration that is different from the configuration of the example is described below. It will be described in detail.
本例にあっては、一例のように閾値変更部19を設けて閾電圧値を変更するのではなく、その代わりに増幅率変更部20を設けることで、マイク6から出力される電圧信号の電圧値を増幅させる増幅率を切替えるようにしている。
In this example, the threshold voltage value is not changed by providing the threshold
増幅率変更部20においては、設定入力部18で選択される設定トルクに応じてトランジスタTr3a〜Tr3cのうち一つが選択され、これによりコンパレータCo1の非反入力端子に入力される電圧信号の電圧値の増幅率が選択される。なお、コンパレータCo1の反転入力端子に入力される閾電圧値は固定値となっている。
In the amplification
制御部11は、設定入力部18で決定された設定トルクに応じた増幅率を選択するように、増幅率変更部20に対して信号を出力する。図8に示すように、選択される増幅率h1,h2,h3(h1>h2>h3)の三段階設けており、設定トルクが100kgfcmであって回転数が1000rpmであるときには最大の増幅率h1、設定トルクが200kgfcmであって回転数が1200rpmであるときには中間の増幅率h2、設定トルクが300kgfcmであって回転数が1500rpmであるときには最小の増幅率h3が選択される。
The
このように、打撃検出部7で用いる打撃判定値であるマイク6からの電圧信号の電圧値を増幅させる増幅率を、設定入力部18で入力される設定トルクが大きくなるほど(即ち、モータ1の回転数が大きくなるほど)小さな値に変更するように設けたことで、打撃による出力電圧とノイズを的確に識別することが可能となり、一例の場合と同様に打撃の誤検出が防止されることとなる。
As described above, the amplification factor for amplifying the voltage value of the voltage signal from the
1 モータ
3 ハンマ
5 出力軸
7 打撃検出部
11 制御部
17 トルク算出部
18 設定入力部
19 閾値変更部
20 増幅率変更部
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