JP6471967B2 - インパクト工具 - Google Patents

Description

本発明は、インパクト工具に関するものである。

インパクト工具における出力軸は、通常、ソケット等の先端工具を介してボルトやナット等の被締め付け部材が接続されて、回転打撃衝撃は出力軸から先端工具を通じて被締め付け部材に加えられる。

ところで、出力軸の先端に断面が角型の角軸部を設けるとともに、先端工具側に角孔を設けて、先端工具の角孔に角軸部を嵌め付けることで、出力軸への先端工具の装着を行うが、角軸部と角孔とには相応のクリアランスが必要であり、このクリアランスのために出力軸とソケットとの間には回転方向の遊びが必ず生じる。先端工具とボルトやナット等の被締め付け部材との間にも、同様のクリアランスによる回転方向の遊びが生じる。

このような遊びは、連続的なトルクを加える時には別に問題とならないが、回転打撃衝撃を加えるインパクト工具においては、動力効率が低下することになる。

また、締め付けトルクが設定された目標トルクに達した時点でシャットオフを行うインパクト工具においては、締め付けトルクを精確に検出するという点において、上記の遊びは問題となる。

今、インパクト機構がハンマーとアンビル及びハンマーを付勢するばねで構成されている場合、ハンマーによって叩かれて出力軸（アンビル）が回転する時、出力軸から被締め付け部材に至るまでの間が、常に締め付け回転方向において接触状態を保っておれば、締め付けトルクを精確に算出することができる。しかし、出力軸から被締め付け部材に至るまでの間には、前記クリアランスのために軸回りの遊びがどうしても生じる。しかも出力軸に取り付けたソケットを介して先端工具を取り付けて、被締め付け部材を締め付ける場合、この遊びを生じる箇所は３箇所存在する。

このような遊びは、ハンマーがアンビルを打撃した際、アンビルがハンマーから離れて先に進んでしまい、アンビル（出力軸）が被締め付け部材及びハンマーの双方に対して接触していない状態が起こる。また、アンビルは回転方向においてハンマーで押されていないために、その後、出力軸が後段の部材（ソケットもしくは先端工具）に衝突すると、その反発で出力軸とソケットとが離れて接触していない状態が起こる。これは上記の遊びが存在する各箇所において生じる。このような状態の発生は、締め付けトルクを精確に測定することを困難とする。

特開２０１５−２０２４３号公報

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、出力軸と先端工具や被締め付け部材との間の回転方向のがたつきを効果的に抑制してインパクト工具の動力効率を高めることができるとともに、締め付けトルク管理を行う場合の管理精度を高めることができるインパクト工具を提供することを課題とする。

本発明にかかるインパクト工具は、インパクト機構によって軸回りの回転打撃が加えられる出力軸を備えているインパクト工具において、回転方向インパクトの非発生時にも上記出力軸をその回転方向に付勢する付勢手段を備え、上記付勢手段は、非インパクト時の上記出力軸を回転させる専用動力源であることに特徴を有している。

本発明においては、出力軸が回転方向インパクトの非発生時にも回転方向に付勢されているために、出力軸がインパクト時の反動で逆回転することが抑制されるものであり、このために出力軸とソケットとの間のクリアランスに起因するがたつきも抑制される。従って動力の無駄を削減することができる上に、トルク制御のための締め付けトルク測定をより精確に行うことができることになる。

本発明の一実施例の概略断面図である。 同上のブロック図である。 同上の駆動軸と出力軸の部分縦断面図である。 他例における駆動軸と出力軸の部分縦断面図である。 更に他例における出力軸の部分縦断面図である。

本発明にかかるインパクト工具は、インパクト機構によって軸回りの回転打撃が加えられる出力軸を備えているインパクト工具において、回転方向インパクトの非発生時にも上記出力軸をその回転方向に付勢する付勢手段を備えている。

前記付勢手段はインパクト機構の駆動用のモータであり、前記インパクト機構における前記モータで回転駆動される駆動軸と前記出力軸とが、出力軸回転方向において粘性流体を介して連結されているものを好適に用いることができる。

前記付勢手段はインパクト機構の駆動用のモータであり、前記インパクト機構における前記モータで回転駆動される駆動軸と前記出力軸とが、出力軸回転方向において摩擦部材を介して連結されているものであってもよく、この場合、前記摩擦部材を前記駆動軸と前記出力軸との間で圧縮する弾性を備えた弾性部材を有していることが好ましい。

前記付勢手段は、非インパクト時の出力軸を回転させる専用動力源であってもよい。

この場合、専用動力源と出力軸とがギアで連結されていることや、専用動力源と出力軸とが摩擦伝導部材で連結されていることが好ましい。また、専用動力源と出力軸との間にワンウェイクラッチが配されていることも好ましい。

そして、上記の各構成に加えて、前記出力軸にかかるトルクを計測するトルク測定部と、このトルク測定部の出力を基に上記出力軸で駆動されて被締め付け部材に加えられる締め付けトルクを演算する締め付けトルク計算部と、締め付けトルク計算部で算出された締め付けトルクの値に応じてインパクト機構の動作を制御する制御部とを備えていることも好ましい。

以下、本発明を図示実施例に基づいて詳述すると、図１に示すインパクト工具１１は、インパクトドライバーあるいはインパクトレンチとして用いられるもので、有底筒状の胴部１３と、胴部１３から延出するハンドル部１４とでハウジング１２が構成されている。

胴部１３内の基端側である図１中の右側の位置には、駆動源としてのモータ１５が配設されている。そしてモータ１５の出力軸１６には減速機構１８を介してインパクト機構１７が接続されている。減速機構１８は、モータ１５の回転を所定の減速比で減速させて必要なトルクを得る。インパクト機構１７は、モータ１５の回転動力をパルス状のトルクに変換してインパクト力を発生する。

ここでのインパクト機構１７は、減速機構１８の出力部である駆動軸２２と、ハンマー１９と、アンビル２０と、出力軸２１とを備える。ハンマー１９は、駆動軸２２にカム機構を介して取り付けられているとともに、ばね２４によって出力軸２１側に向けて付勢されている。アンビル２０は上記ハンマー１９と回転方向において係合する係合部を備えたもので、出力軸２１と一体に、もしくは出力軸２１に固定されている。出力軸２１の先端にはソケット２３を介して、あるいは直接的に先端工具が装着される。

出力軸２１に負荷がかかっていない時には、駆動軸２２とハンマー１９とがカム機構による連結で一体的に回転し、さらにハンマー１９とアンビル２０との係合で出力軸２１とが一体的に回転する。しかし、出力軸２１に所定値以上の負荷がかかった時には、ハンマー１９がカム機構による規制を受けながらばね２４に抗して後退し、アンビル２０との係合が外れた時点でハンマー１９は回転しながら前進してアンビル２０に回転方向の打撃衝撃を与え、出力軸２１を回転させる。

ハンドル部１４の下端部には、二次電池３２を収容した電池パック３１が着脱自在に取り付けられている。二次電池３２は電力線３３を通じて本体制御回路３０に接続されている。二次電池３２を駆動用電源とする充電式となっているインパクト工具１１は、ハンドル部１４に備えるトリガレバー２９を操作者が操作することで駆動される。

モータ１５には、モータ１５の回転速度を検出する速度検出部３４が設けられている。速度検出部３４は、例えば周波数ジェネレータであり、回転速度に対応する信号を本体制御回路３０に出力する。本体制御回路３０は、トルク測定部２６及び回転測定部２７が信号線３６によって接続されているとともに、リード線３５によってモータ１５に接続されて、モータ１５の駆動等を制御する。

また、本体制御回路３０には、トリガレバー２９の操作を検知するトリガースイッチが電気的に接続されている。操作者がトリガレバー２９を操作するとき、トリガレバー２９の引き込み量に応じてモータ１５の回転速度を変化させる等の制御を行う。モータ１５の回転制御及びトルク設定を行う本体制御回路３０は、トルク測定部２６の出力と回転測定部２７の出力を用いて算出した算出トルク値がトルク設定値を超えた場合にモータ１５を停止させてシャットオフする。

上記のトルク測定部２６及び回転測定部２７は、出力軸２１にかかるトルクＴｓと出力軸２１の回転とを夫々計測する。トルク測定部２６は、例えばねじり歪みの検出が可能な磁歪式歪センサであり、出力軸２１にトルクが加わることにより発生する軸の歪に応じた透磁率の変化を非回転部分に設置したコイルで検出し、歪に比例した電圧信号を出力する。回転測定部２７は、例えばロータリーエンコーダであり、出力軸２１の角位置をデジタル信号として出力する。

図２に本体制御回路３０の詳細を示す。本体制御回路３０は、モータ１５のトルク管理及び速度制御等を行う制御部６０に加えて、締め付けトルク計算部９０と、停止時のトルク値などを記録する記録部２０３を備える。

制御部６０は、上記の速度検出部３４の出力からモータ速度を測定するモータ速度測定部６２と、制限速度算出部６３と、モータ制御部６４と、停止判定部６６と、締め付けトルクの目標値となる設定トルクを設定するトルク設定部６１を備える。モータ１５の駆動を停止させる際の目標トルクは、操作者によるトルク設定部６１の操作によって設定される。

モータ速度測定部６２は、速度検出部３４から入力した速度に対応する信号に基づきモータ１５の回転速度を測定する。制限速度算出部６３は、測定されたモータ１５の回転速度と設定されている目標トルクとを入力とし、目標トルクの大きさに応じてトリガレバー２９を引いた時のモータ１５の回転速度の制限速度を算出する。

モータ制御部６４は、モータ１５の回転速度を制限速度以下に制限するようにモータ１５の駆動を制御する。つまり、目標トルクが小さいときには、トリガレバー２９を最大限に引いても、モータ１５を最高速度に達しない速度に制限する。

停止判定部６６は、締め付けトルク計算部９０で算出した締め付けトルクと、上記目標トルクとを比較し、締め付けトルクが目標トルクに達したとき、モータ制御部６４に対してモータ１５における駆動電流の停止を指令する停止信号を出力してモータ１５を停止させることでインパクト機構１７の動作を止める。なお、この演算制御は、インパクト機構１７が出力軸２１を打撃する度に行われて、次の打撃が必要かどうかが判断されることになる。また、停止判定部６６は、記録部２０３に操作者によって行われた作業毎の締め付けに要したトルク値や、締め付けに要した時間等が記録させる。

締め付けトルク計算部９０は、トルク測定部２６の出力から出力軸２１に加わるトルク（測定トルク）を算出する軸トルク計算部９１と、回転測定部２７から出力された信号を入力し回転角を算出する回転角計算部９２とを備える。また、回転角計算部９２によって算出された回転角を基に角加速度を算出する角加速度計算部９６と、ソケット２３等の回転軸回りの慣性モーメントを入力する慣性モーメント設定部９５と、測定トルクと角加速度と慣性モーメントを基に締め付けトルクを算出する総トルク計算部９４を備える。

慣性モーメントとしては、慣性モーメントそのものであってもよいし、それに順ずる値や比例する値を採用してもよい。また、本実施形態の締め付けトルク計算部９０は、軸トルク計算部９１によって算出された測定トルクのうちの１打撃分の波形をバッファ部９３に蓄積する。

一方、総トルク計算部９４においては、測定したトルクＴｓから、出力軸２１先端部とソケット２３等とを合わせたものの慣性モーメントＩと角加速度αとの乗算値を減算することで締め付けトルクＴｂ＝Ｔｓ−Ｉ・αを得る。

角加速度αは、インパクト機構１７が出力軸２１及びソケット２３を介して被締め付け部材を締め付ける際の回転角から算出する。つまり、前打撃の際の回転角最大値と、現打撃の回転角最大値とから、現打撃による出力軸２１の回転角を算出し、この回転角を微分することで角加速度αを求める。また、軸トルク計算部９１から出力されてバッファ部９３に蓄積された１打撃分のトルク検出信号と、上記の現打撃による出力軸２１の回転期間とから現打撃でのトルクを算出する。そして総トルク計算部９４においては、算出した測定トルクと上記慣性モーメントと上記角加速度から算出した締め付けトルクを、上記の停止判定部６６に送る。

ところで、出力軸２１とソケット２３（もしくは先端工具）との間や、ソケット２３を介して先端工具を装着している時にはソケット２３と先端工具との間、そして先端工具と被締め付け部材との間には、前述のように着脱のためにクリアランスが存在している。このクリアランスは、打撃反動で出力軸２１が逆回転方向に動くことを許すものとなっていることから、前述のような問題を招くことになる。

また、上記の遊びに起因する無用な動きは、上記締め付けトルクと、出力軸２１で測定されるトルク及びソケット２３などの慣性トルクとが釣り合わない状態となり、算出した締め付けトルクＴｂの値の誤差を大きくする。

このために、インパクト機構１７によるインパクトの非発生時にも出力軸２１をその回転方向に付勢することで、出力軸２１の締め付け回転方向面がソケット２３（もしくは先端工具）に接触している状態を保つようにしている。なお、ここで言う「インパクトの非発生時」は、ハンマー１９とアンビル２０とが接触しておらず、ハンマー１９からアンビル２０（出力軸２１）に回転力を伝達していない状態を指す。

上記回転付勢のための付勢手段の一例を図３に示す。ここではモータ１５が回転中は常時回転している駆動軸２２と、この駆動軸２２の先端部を受けている出力軸２１（アンビル２０）の後端面の軸受け穴との間に、粘性流体１００を介在させている。駆動軸２２が回転している時は、インパクトの非発生時にも、駆動軸２２の回転が粘性流体１００を介して出力軸２１に伝達されることから、出力軸２１とソケット２３（もしくは先端工具）は回転方向において常時接触していることになる。これに伴い、ソケット２３と先端工具との間や、先端工具と被締め付け部材との間も常時接触する。

従って、ハンマー１９がアンビル２０を打撃した際にアンビル２０（出力軸２１）がハンマー１９から離れて先に進むという状態や、出力軸２１とソケット２３とが回転方向において離れるというような状態が生じないことから、上記の締め付けトルクの算出も精確に行うことができる。

上記の粘性流体１００に代えて、図４に示すように、駆動軸２２とこの駆動軸２２の先端部を受けている出力軸２１（アンビル２０）の後端部との間に、摩擦部材１０１を配してもよい。駆動軸２２が回転している時は、摩擦部材１０１による摩擦抵抗で、インパクトの非発生時にも、駆動軸２２の回転が出力軸２１にも伝達される。

特に、駆動軸２２を図４中の矢印で示すスラスト方向に付勢する弾性部材を設けて、摩擦部材１０１をスラスト方向に圧縮するようにおけば、摩擦部材１０１が摩耗しても駆動軸２２から出力軸２１への摩擦部材１０１を介した回転伝達を維持することができる。

図示例のように摩擦部材１０１が駆動軸２２外周面と出力軸２１内周面との間にも位置している場合は、弾性部材の弾性によって摩擦部材１０１を径方向に圧縮するようにしてもよい。

上記付勢手段を設けることに加えて、ハウジング１２と出力軸２１との間にワンウェイクラッチを配して出力軸２１の逆回転が生じないようにしておくことも好ましい。なお、この種のインパクト工具１１では、モータ１５の回転方向を切り換えて、締め付け作業だけでなく、緩め作業も行うことができるようにするのが通常である。従って、上記ワンウェイクラッチとしては、モータ１５の回転方向の切り換えに伴い、回転阻止方向を切り換えることができるツーウェイクラッチを用いる。

上記の各例では、ハンマー１９駆動用の駆動軸２２の回転を利用して出力軸２１に回転方向の付勢を行うことで、つまりはモータ１５の回転を利用することで、モータ１５が付勢手段としても機能するようにしている。しかし、別途付勢手段を設けてもよい。

図５に他の付勢手段として、モータ２００を用いた例を示す。モータ２００はギア２０１，２０２を介して出力軸２１に回転を与える。回転させる方向は、インパクト機構１７を介した出力軸２１の回転方向と同じである。もっとも、ギア２０１，２０２によって出力軸２１とモータ２００とを連結した場合、ハンマー１９がアンビル２０を打撃して出力軸２１を回転させる時、この出力軸２１の回転でモータ２００が回される状態となり、モータ２００やギア２０１，２０２における負荷が大きい。

この点からすれば、モータ２００と出力軸２１との間は、摩擦車やベルトのような摩擦伝導部材で接続することが好ましい。この場合、インパクト時にモータ２００にかかる負荷が軽減される。

ギア２０１，２０２を用いるとともに、ギア２０２と出力軸２１との間にワンウェイクラッチ（フリーホール）を介在させて、モータ２００からの回転は出力軸２１に伝達されるものの、出力軸２１からモータ２００へは回転が伝達されないようにしてもよい。この場合も、モータ１５の回転方向切り換えを行うものでは、ワンウェイクラッチは回転方向切り換え可能なツーウェイクラッチを利用する。

付勢手段がモータ１５あるいはモータ２００である例を示したが、出力軸２１をその回転方向に回転付勢することができるものであれば、他の動力部材を用いてもよいのはもちろんである。

いずれにしても、締め付け作業時におけるソケット２３と出力軸２１との間のクリアランス（遊び）に起因して生じるソケット２３に対する出力軸２１の相対回転が抑制されるために、締め付けトルクの算出に必要な前述の回転角を精確に検出することができるようになる。従って、より精確な締め付けトルクの管理を行うことができるものとなる。

なお、締め付けトルクの検出に関しては、各種の方法が知られており、出力軸２１に加えられるトルクや、出力軸２１の回転角や角加速度を用いることなく、締め付けトルクの算出推定を行う方法も知られている。本発明における出力軸２１を非インパクト時にもその回転方向に付勢することは、どのような締め付けトルク検出を行うものにおいても、精確なトルク検出という点において有用である。

１５ モータ
１７ インパクト機構
１９ ハンマー
２０ アンビル
２１ 出力軸
１００ 粘性流体
１０１ 摩擦部材
２００ モータ
２０１ ギア
２０２ ギア

Claims (5)

1. インパクト機構によって軸回りの回転打撃が加えられる出力軸を備えているインパクト工具であって、
   回転方向インパクトの非発生時にも上記出力軸をその回転方向に付勢する付勢手段を備え、
   上記付勢手段は、非インパクト時の上記出力軸を回転させる専用動力源であることを特徴とするインパクト工具。
2. 上記専用動力源と上記出力軸とがギアで連結されていることを特徴とする請求項１記載のインパクト工具。
3. 上記専用動力源と上記出力軸とが摩擦伝導部材で連結されていることを特徴とする請求項１記載のインパクト工具。
4. 上記専用動力源と上記出力軸との間にワンウェイクラッチが配されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインパクト工具。
5. 上記出力軸にかかるトルクを計測するトルク測定部と、このトルク測定部の出力を基に上記出力軸で駆動されて被締め付け部材に加えられる締め付けトルクを演算する締め付けトルク計算部と、上記締め付けトルク計算部で算出された上記締め付けトルクの値に応じて上記インパクト機構の動作を制御する制御部とを備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインパクト工具。

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