JP6804952B2 - 締結工具 - Google Patents

Description

本発明は、溝が形成された軸部にヘッド部が一体形成されたボルトと、当該ボルトに係合可能な中空筒状のカラーを備えたファスナを介して、ヘッド部とカラー間に配された作業材を締結する締結工具に関する。

上記のように構成されたファスナによる作業材の締結に関しては、ボルトの軸部の端部領域が当該軸部と一体となった状態を維持したまま加締めを完了する形態や、あるいは軸部の端部領域が破断して当該軸部から除去された状態で加締めを完了する形態が知られている。前者の形態（第１の形態）では、軸部の破断がない状態での締結が可能であるため、コーティング剤を破断箇所に再塗布する等といった追加工程を不要にできる利点があり、後者の形態（第２の形態）では、軸部の端部領域を破断して除去することにより、加締め完了に際してのファスナ高を抑制することができる利点がある。

上記第１の形態に係るファスナに関する締結工具の一例として、国際公開ＷＯ２００２／０２３０５６号では、軸部の端部領域を把持可能なボルト把持部と、カラーに係合可能なアンビルとを備えるとともに、ピストン・シリンダによる流体圧を利用して、ボルト把持部をアンビルに対して相対移動させ、これによってアンビルがカラーを押圧し、カラーとヘッド部とで作業材を挟着する締結工具が開示されている。

上記第１の形態に係るファスナを用いた作業材の締結工具については、加締めの際に軸部の端部領域を破損することがないよう、加締め作業時に綿密な出力管理が必要であるが、上記公報開示の締結工具では、流体圧を用いた出力制御を行うため、加締めに必要な出力管理が容易である一方、装置構成の簡素化ないしコンパクト化が困難という問題点がある。
また上記ファスナとは別に、例えば特開２０１３−２４８６４３号公報のように、いわゆるブラインドリベットを用いた電動式の締結工具も知られているが、かかるブラインドリベットは、軸部が破断した状態で締結を完了する形態であるため、上記第１の形態に係るファスナのような加締め作業時における綿密な出力管理の必要性に乏しい。

国際公開第２００２／０２３０５６号 特開２０１３−２４８６４３号公報

上記問題点に鑑み、本発明は、上記第１の形態、すなわちボルトの軸部とその端部領域が一体となった状態で加締めを完了する形態のファスナが用いられる締結工具に関して、加締めに必要な出力管理が容易であるとともに、装置構成のコンパクト化に寄与し得る技術を提供することを課題とする。

上記課題を解決するべく、本発明に係る締結工具が構成される。当該締結工具は、溝が形成された軸部にヘッド部が一体形成されたボルトと、当該ボルトに係合可能な中空筒状のカラーを備えたファスナを介して、前記ヘッド部と前記カラー間に配された作業材を締結する。

本発明に係る締結工具は、前記軸部の端部領域を把持可能なボルト把持部と、前記カラーに係合可能なアンビルと、前記ボルト把持部を駆動して、前記アンビルに対し所定の長軸方向に相対移動させるモータと、前記モータの駆動制御を行う制御部と、を有する。

そして、前記軸部の端部領域を把持した状態の前記ボルト把持部が、前記アンビルに対して、前記長軸方向のうちの所定の第１方向へと相対移動することにより、前記アンビルが、前記軸部に嵌合された状態の前記カラーを、前記長軸方向のうちの前記第１方向とは反対の第２方向、および前記カラーの径方向内側へと押圧し、前記カラーと前記ヘッド部とで前記作業材を挟着するとともに、前記カラーの中空部を前記溝に圧着し、前記端部領域が前記軸部と一体となった状態を維持しつつ前記ファスナの加締め（Ｓｗａｇｅ、スウェージ）を完了する。

本発明では、ボルトの軸部の端部領域を把持するボルト把持部を、カラーに係合したアンビルに対して、モータを介して所定の長軸方向に相対移動させる構成を採用している。これにより流体圧を利用する締結工具と比して構成の簡素化・コンパクト化が実現できる。

さらに本発明では、制御部を介し、モータの駆動電流に基づいて、ボルト把持部の前記アンビルに対する前記第１方向への相対移動を終了し、ファスナの加締めを完了する構成を採用している。ボルト軸部の端部領域が軸部と一体となった状態を維持しつつファスナの加締めを完了するには、ボルト把持部ないし軸部の端部領域をオーバーロードから保護するべく、適切に加締め作業における出力を管理する必要がある。本発明においては、ボルト把持部を駆動するモータに着目し、当該モータの駆動電流に基づいて当該加締め作業における出力管理を行う。すなわち、加締め作業の進行に伴って加締め力が増大する場合、当該加締め作業遂行の駆動源としてのモータ出力が増大するため、当該モータの駆動電流に基づいて加締め作業における出力管理を行うものである。典型的には、制御部において、モータの駆動電流値が所定の閾値に達することで、あるいは当該駆動電流値と対応する指標値ないし当該駆動電流値に関連付けられる指標値が、当該指標値用に設定された所定の閾値に達することで、ボルト把持部のアンビルに対する第１方向への相対移動を終了させ、これによってファスナの加締め作業を完了させる。閾値を超えて駆動電流が増大する場合には、モータの過大トルクに起因するオーバーロードがファスナに作用し、ボルト把持部ないしボルト軸部の端部領域が破損する可能性があるが、本発明によれば、かかる破損のリスクを確実に抑えることができる。

本発明における「モータ」としては、小型で大出力が得られるブラシレスモータが好適に採用可能であるが、これに限定されるものではない。
またモータの駆動電流供給手段としては、締結工具に取り付けられるＤＣバッテリが好適であるが、例えばＡＣ電源を用いることも可能である。

また本発明における「駆動電流」としては、例えば、締結工具におけるモータ駆動回路における電流値、あるいは駆動源としてバッテリが用いられる場合には、当該バッテリにおける出力電流値等を適宜に利用できる。また「駆動電流に基づいて」とは、典型的には、当該駆動電流値自体を検出することでファスナの加締めを完了する態様が該当するが、それ以外に、当該駆動電流値に対応する他の物理量、例えばＤＣバッテリを用いるケースでは、当該バッテリの内部抵抗値や電圧降下値等に基づいてファスナの加締めを完了する態様も包含される。

本発明における「作業材」としては、典型的には、それぞれ貫通孔を有する複数の締結対象部材で構成され、締結対象部材としては、締結強度が要求される金属材料等が好適に用いられる。この場合、各締結対象部材を、互いの貫通孔が合致した状態で重合し、あるいは締結対象部材を重合させた状態で貫通孔を形成した上で、各貫通穴にファスナのボルトの軸部を貫通し、合致した貫通孔の一方端側にボルトのヘッド部が位置し、他方端側にカラーが位置するようにファスナを設定するのが好適である。

本発明に係る「締結工具」の用途としては、例えば航空機や自動車等の輸送機器の製造工程、ソーラパネルやプラント工場の設置基材等のように、作業材を特に高強度にて締結する必要がある場面に好適に用いられる。

本発明における「ボルト把持部」は、軸部の端部領域にそれぞれ係合可能な複数の爪（ジョーとも称呼される）で構成することができる。

本発明における「ボルト」はピンとしても定義可能である。本発明において、カラーの中空部が圧着される「溝」は、少なくとも軸部における圧着箇所に形成されていれば足りる。一方、軸部におけるカラーの中空部の圧着箇所以外の部分、あるいは軸部の全体に溝部を形成する態様も包含される。圧着箇所以外の溝は、例えばカラーの位置決めや仮留め等に利用可能である。

本発明における「アンビル」は、加締め力によってカラーを変形させる金属床として構成され、当該カラーの外郭部を受承するためのボア（開口中空部）を有することが好ましい。

「アンビル」の具体態様として、ボアにテーパー部を設けるとともに、ボア径につき、カラーの加締め領域の外径よりも小径に形成することが好ましい。これにより、ボルト把持部がアンビルに対して締結動作方向に相対動作する際に、当該テーパー部がカラーに当接し、当該カラーを長軸方向に押圧しつつ、さらなる相対動作に応じ、テーパー部によってカラーが径方向に圧搾されながらアンビルのボア内に受承されていくことになる。この結果、カラーは、ヘッド部との間で作業材を長軸方向に狭着するとともに、アンビルのボアによってカラーが径方向に圧搾されて縮径変形することで、カラーの中空部が軸部の溝に圧着され、これによってカラーがボルトに加締められ、ファスナによる作業材の締結が遂行される。

本発明においては、制御部が、更にモータの回転数の変化量に基づいてファスナの加締めを完了するよう構成される。

本発明ではモータの駆動電流に基づいてファスナの加締め作業における出力管理を行っているが、モータの一般的な特質として、そのスタート時において起動電流が高く出力されることがある（起動時の突入電流ないしラッシュ電流）。このため上記した加締め作業における出力管理をモータの駆動電流に基づいて行う本発明においては、モータ駆動の初期段階において高起動電流値が出力されてしまうと、かかる起動電流値を、加締め作業完了の際の高出力であると誤判断し、加締め作業が不十分のままで終了してしまう可能性が考えられる。そこで本形態においては、モータの駆動電流のみならず、当該モータの回転数の変化量に基づく制御を行っている。上述したモータ駆動の初期段階における高起動電流が出力される場合、駆動開始されたモータの回転数が増大していくことから、当該モータの回転数の変化量は正の値を示すことになる。一方、加締め作業が進行して完了に向かう場合には、出力の増大とともにモータの回転数が減少していくことから（モータの高トルク・低回転状態）、当該モータの回転数の変化量は負の値を示すことになる。このため、モータの回転数の変化量に基づく制御を付加することにより、高駆動電流が、モータ起動初期段階における高起動電流値としての出力なのか、加締め作業進行に伴うものか、を一層確実に判別することが可能になる。なおこの形態におけるモータの回転数の「変化量」は、モータの単位時間当たりの回転数の微分値ないし差分、あるいは当該モータの回転数に対応した他の物理量における変化量（微分ないし差分値）を適宜に採用することができる。

さらに本発明の好ましい形態として、制御部において、モータの駆動電流を所定の閾値と比較してファスナの加締めを完了するとともに、当該閾値を変更調節可能とすることができる。一般に、加締めに要する力は、作業材の材質やファスナの仕様スペックに応じて変化することから、ファスナの加締めを完了するためのモータ駆動電流の閾値については、作業条件に応じて適宜に変更調節可能とすることが好ましい。
閾値の変更調節については、例えば変更調節作業容易化のため、締結工具の外部からの操作によって閾値を変更調節可能とする態様や、あるいは作業材の材質やファスナのスペック等といった一又は複数の作業条件を検知することにより、制御部が閾値を自動的に変更調節する態様、が好適に採用できる。

さらに本発明の好ましい形態として、制御部において、モータの起動電流が閾値を超えないように制御する構成が採用できる。これにより、モータ起動初期段階における高起動電流に基づいて加締め作業完了と誤判断することが効果的に回避できる。

さらに本発明の好ましい形態として、制御部において、閾値が変更調整された場合に、当該変更調整された閾値に応じて、モータの起動電流を制御することが好ましい。
これにより、モータ起動初期段階における高起動電流に基づいて加締め作業完了と誤判断することを一層効果的に回避できる。

さらに本発明の好ましい形態として、上記起動電流の制御に関し、モータの目標回転数を制御する構成を採用することができる。モータの目標回転数とは、当該モータの定常駆動速度として定義され、例えばＰＷＭ式の駆動制御がなされる場合には、目標デューティー比を設定することで定められる。
起動電流の制御につき、モータの目標回転数を制御する構成を採用することにより、モータ起動初期段階における高起動電流に基づいて加締め作業完了と誤判断することが一層効果的に回避できる。

さらに本発明の他の形態として、制御部において、閾値の設定値に応じて、当該モータをソフトスタートするよう制御することが好ましい。ソフトスタート制御によれば、モータの回転数が徐々に上昇する起動特性を得ることができ、モータ起動初期段階における高起動電流の発生抑制に寄与し得る。

特に、ソフトスタートでモータを起動制御する場合、閾値の大きさに応じて、ソフトスタートの態様、すなわち目標回転数に至るまでのモータの回転数の上昇態様を変化させることが好ましい。例えば、相対的に大きな閾値が設定される場合には、多少高めの起動電流が生じた場合であって、当該高起動電流が、相対的に大きく設定された閾値を超える可能性が低いことを考慮して、ソフトスタートにおけるモータの回転数の上昇速度を大きくする。これにより、高起動電流に基づいて加締め作業と誤判断することを回避しつつ、素早くモータ回転数を上昇できるので、作業性向上が図られる。一方、相対的に小さな閾値が設定される場合には、高起動電流が相対的に小さく設定された閾値を超える可能性が考えられることに鑑み、ソフトスタートにおけるモータの回転数の上昇速度を小さくする。これにより高起動電流に基づいて加締め作業と誤判断する可能性を極小化することができる。

さらに本発明の好ましい形態として、制御部につき、モータのスタートから所定時間内においては、モータの駆動電流を所定の設定電流値以下に制限するよう構成することが好ましい。
モータのスタートから所定時間内は、モータ起動初期段階として、モータの駆動電流を所定電流値以下に制限することで、モータ起動初期段階における高起動電流の発生抑制に寄与し得る。また制御部につき、上記設定電流値を閾値に基づいて可変とする構成としてもよい。

さらに本発明の他の形態として、モータのスタートから所定時間経過するまではモータの駆動電流に基づく加締め完了判断を留保する構成とすることが好ましい。具体的には、制御部につき、モータのスタートから所定時間経過した場合にのみ、当該モータの駆動電流に基づいてボルト把持部のアンビルに対する第１方向への相対移動を終了する構成である。
モータにおける高起動電流は、一般に、定常状態に至るまでのモータインダクタンスやコンデンサの初期充電に起因して生じ易いことが知られているが、モータのスタートから所定時間経過するまでは、モータの起動初期段階として、加締め完了の判断を行わないように構成することで、モータ起動初期段階における高起動電流に基づいて、誤った加締め作業完了と判断する可能性を潰すことができる。

本発明によれば、ボルトの軸部とその端部領域が一体となった状態で加締めを完了する形態に係るファスナが用いられる締結工具に関して、加締めに必要な出力管理が容易であるとともに、装置構成のコンパクト化に寄与し得る技術が提供されることとなった。

本発明の実施形態に係る作業材およびファスナを示す正面断面図である。 本発明の実施形態に係る締結工具の全体構成を示す正面断面図である。 締結工具におけるアウタハウジングの一部構成を示す部分断面図である。 締結工具におけるインナハウジングの詳細な構成を示す部分断面図である。 図４の部分断面図に対応した平面断面図である。 締結工具におけるモータ駆動制御機構の構成を模式的に示すブロック図である。 締結工具の作動状態を示す部分断面図である。 締結工具の作動状態を示す部分断面図である。 締結工具の作動状態を示す部分断面図である。 モータ駆動制御機構における処理ステップを示すフロー図である。 本発明の第２実施形態におけるモータ回転数の変化を示すグラフである。 本発明の第２実施形態におけるモータ回転数の変化量の推移を示すグラフである。 本発明の第３実施形態におけるモータ駆動電流値の変化を示すグラフである。 本発明の第３実施形態におけるモータ回転数の変化を示すグラフである。 本発明の第３実施形態におけるモータ駆動電流値の変化を示すグラフである。 本発明の第３実施形態におけるモータ回転数の変化を示すグラフである。 本発明の第４実施形態におけるモータ駆動電流値の変化を示すグラフである。 本発明の第４実施形態におけるモータ回転数の変化を示すグラフである。 本発明の第４実施形態におけるモータ駆動電流値の変化を示すグラフである。 本発明の第４実施形態におけるモータ回転数の変化を示すグラフである。 本発明の第５実施形態におけるモータ回転数の変化を示すグラフである。 本発明の第５実施形態におけるモータ駆動電流値の変化を示すグラフである。 本発明の第６実施形態におけるモータ回転数の変化を示すグラフである。 本発明の第６実施形態におけるモータ駆動電流値の変化を示すグラフである。 本発明の第７実施例におけるモータ駆動電流値の変化を示すグラフである。 本発明の第７実施例におけるモータ駆動電流微分値の変化を示すグラフである。

（第１実施形態）
以下、図面を参照して、本発明の実施形態（第１実施形態）として、ファスナを介して作業材を締結する締結工具について説明する。
図１に、本発明の実施形態に係る作業材Ｗおよびファスナ１が示される。本実施形態に係る作業材Ｗは、一例として板状金属製の締結作業部材Ｗ１、Ｗ２からなり、各締結作業部材Ｗ１、Ｗ２に予め形成された貫通孔Ｗ１１、Ｗ２１が互いに合致するように重ね合されている。

ファスナ１は、ボルト２およびカラー６を主体として構成される。ボルト２は、ヘッド３と、当該ヘッド３と一体形成されるとともに外周部に溝５が形成されたボルト軸４を有する。ヘッド３は本発明の「ヘッド部」に対応する。溝５は、ボルト軸４の長軸方向に関し、略全長に渡って形成されている。カラー６は、カラー中空部７を有する円筒状に形成されるとともに、当該カラー中空部７がボルト軸４に挿通されることで、ボルト２と係合する。カラー中空部７の内壁は、平滑面として処理されるとともに、特に図示しないものの、カラー６をボルト軸４に挿通した場合の仮留め用係合部が形成されている。図１に示すファスナ１は、カラー６がボルト軸４の溝５に係合して仮留めされた状態が示されている。

図２に、本発明の実施形態に係る締結工具１００の全体構成が示される。当該締結工具１００は、リベッタないしロックボルトツール等とも称呼される。

なお、以下の説明においては、符号「ＦＲ」を締結工具１００の前側方向（図２における紙面左側方向）と定義し、さらに符号「ＲＲ」を後側方向（図２における紙面右側方向）、符号「Ｕ」を上側方向（ 図２における紙面上側方向）、符号「Ｂ」を下側方向（図２における紙面下側方向）、符号「Ｌ」を左側方向（図５における紙面下側方向）、符号「Ｒ」を右側方向（図５における紙面上側方向）と定義し、さらに符号「ＬＤ」を締結工具の長軸が延在する方向、すなわち長軸方向（図２における紙面左右方向）と定義するとともに、各図において適宜に図示することとする。
本実施形態における後側方向ＲＲは本発明の「第１方向」に対応し、前側方向ＦＲは本発明の「第２方向」に対応し、長軸方向ＬＤは本発明の「長軸方向」に対応する。

図２に示すように、締結工具１００の外郭は、アウタハウジング１１０、当該アウタハウジングに連接するグリップ部１１４を主体として構成されている。
アウタハウジング１１０は、モータ１３５を収容するモータ収容領域１１１と、インナハウジング１２０を収容するインナハウジング収容領域１１３と、コントローラ１３１を収容するコントローラ収容領域１１７を主体として構成されている。インナハウジング１２０は、遊星ギア減速機構１４０、ベベルギア減速機構１５０およびボールネジ機構１６０の収容部材であり、その詳細については後述する。コントローラ収容領域１１７の下部には、モータ１３５の駆動電源となるバッテリ１３０を締結工具１００に取外し自在に接続するためのバッテリ装着部１１８が設けられている。

図２においては、インナハウジング収容領域１１３のうち、モータ収容領域１１１に隣接する領域は、遊星ギア減速機構１４０およびベベルギア減速機構１５０を収容する減速ギア収容領域１１２として示されている。
またモータ収容領域１１１とコントローラ収容領域１１７の連接領域には、モータ１３５の駆動電流値に関する閾値設定用の操作ダイアル１３２が設けられている。操作ダイアル１３２は、特に図示しないものの、その上面表示部に閾値表示（本実施形態では無段階レベル）が印字されており、作業者の選択および手動操作により、任意の閾値が設定可能とされる。なお閾値に関する詳細については後述する。

グリップ部１１４には、作業者が手動操作可能なトリガ１１５および当該トリガ１１５の手動操作に応じてオン・オフされる電気スイッチアセンブリ１１６が配置されている。
上記コントローラ収容領域１１７、モータ収容領域１１１、インナハウジング収容領域１１３（減速ギア収容領域１１２を含む）、およびグリップ部１１４は、連続状に配置されてクローズループをなす。

図３に、モータ収容領域１１１および減速ギア収容領域１１２の詳細な構造が示される。
モータ収容領域１１１に収容されるモータ１３５には、ＤＣブラシレスモータが採用され、冷却ファン１３８が取り付けられたモータ出力軸１３６が、各端部領域においてベアリング１３７，１３７によって軸支されている。モータ出力軸１３６の一方端は、遊星ギア減速機構１４０における第１サン・ギア１４１Ａに一体回転可能に連結されている。

減速ギア収容領域１１２に収容される遊星ギア減速機構１４０は、２段減速式であり、その減速第１段は、第１サン・ギア１４１Ａと、当該第１サン・ギア１４１Ａに噛合い係合する複数の第１遊星ギア１４２Ａと、各第１遊星ギア１４２Ａに噛合い係合する第１インターナルギア１４３Ａを主体として構成されている。また減速第２段は、第１遊星ギア１４２Ａのキャリアを兼ねる第２サン・ギア１４１Ｂと、当該第２サン・ギア１４１Ｂに噛合い係合する複数の第２遊星ギア１４２Ｂと、各第２遊星ギア１４２Ｂに噛合い係合する第２インターナルギア１４３Ｂと、各第２遊星ギア１４２Ｂの公転動作を受承して回動されるキャリア１４４を主体として構成されている。

キャリア１４４は、減速ギア収容領域１１２において、遊星ギア減速機構１４０に隣接した状態で収容されるベベルギア減速機構１５０の駆動側中間軸１５１に一体回転可能に連結されている。
ベベルギア減速機構１５０は、ベアリング１５２，１５２に両端支持された駆動側中間軸１５１と、当該駆動側中間軸１５１に設けられた駆動側ベベルギア１５３と、ベアリング１５５，１５５に両端支持された被動側中間軸１５４と、当該被動側中間軸１５４に設けられた被動側ベベルギア１５６およびボールナット駆動ギア１５７を主体として構成されている。なお「中間軸」とは、上記モータ出力軸１３６から、後述するボールネジ機構１６０（図４参照）へと、モータ１３５の回転出力を伝達する経路における中間の軸を意味するものである。なおモータ出力軸１３６および駆動側中間軸１５１の延在方向ＥＤは、被動側中間軸１５４の延在方向、すなわち長軸方向ＬＤと傾斜状に交差する構成とされている。

図４および図５に、インナハウジング収容領域１１３の詳細な構造が示される。インナハウジング収容領域１１３に収容されるインナハウジング１２０は、既に述べたように、遊星ギア減速機構１４０、ベベルギア減速機構１５０およびボールネジ機構１６０の収容部材である。本実施形態では、インナハウジング１２０のうち、遊星ギア減速機構１４０を収容する領域は樹脂で形成され、ベベルギア減速機構１５０およびボールネジ機構１６０を収容する領域は金属で形成され、両者はネジによって相互に一体結合されている（便宜上、図示を省略）。
図４に示すように、インナハウジング１２０の後側方向ＲＲには、ガイドフランジ取付アーム１２２を介して、ガイドフランジ１２３が連結されている。ガイドフランジ１２３には、長軸方向ＬＤへと延在する長穴状のガイド穴１２４が形成されている。

またインナハウジング１２０の前側方向ＦＲには、ジョイントスリーブ１２７を介してアンビル１８１係止のためのスリーブ１２５が連結されている。スリーブ１２５は、長軸方向ＬＤに延在するスリーブボア１２６を有する円筒体として構成されている。

インナハウジング１２０はボールネジ収容領域１２１を有し、当該ボールネジ収容領域１２１にはボールネジ機構１６０が収容される。ボールネジ機構１６０は本発明の「ボルト把持部駆動機構」に対応する。
ボールネジ機構１６０は、ボールナット１６１およびボールネジシャフト１６９を主体として構成される。ボールナット１６１の外周部には、ボールナット駆動ギア１５７に噛合い係合する被動ギア１６２が形成され、当該被動ギア１６２がボールナット駆動ギア１５７からモータの回転出力を受けることにより、ボールナット１６１は長軸ＬＤ周りに回動可能とされている。またボールナット１６１には長軸方向ＬＤに延在するボア１６３が形成され、当該ボア１６３には溝部１６４が設けられている。

ボールナット１６１は、長軸方向ＬＤに離間した状態で配置された複数のラジアルニードルベアリング１６８を介して、長軸方向ＬＤ周りに回動可能な状態でインナハウジング１２０に両持ち状に支持される。一方、ボールナット１６１の前側方向ＦＲにおける前方側端部１６１Ｆにおいては、スラストボールベアリング１６６がボールナット１６１とインナハウジング１２０の間に介在配置される。これにより、長軸方向ＬＤへの軸力（スラスト荷重）がボールナット１６１に作用した状態であっても、スラストボールベアリング１６６が、当該軸力を確実に受けつつ、ボールナット１６１が長軸方向ＬＤ周りに円滑に回動することを許容し、ボールナット１６１の長軸方向ＬＤ周りの回動動作が強い軸力によって阻害されるリスクを未然回避している。

またボールナット１６１の後側方向ＲＲにおける後方側端部１６１Ｒについては、スラストニードルベアリング１６７がボールナット１６１とインナハウジング１２０の間に介在配置され、長軸方向ＬＤに作用する軸力（スラスト荷重）が作用した状態であっても、当該スラストニードルベアリング１６７が、長軸方向ＬＤに作用する軸力を確実に受けつつ、ボールナット１６１の長軸方向ＬＤ周りの回動動作を許容し、強い軸力がボールナット１６１の長軸方向ＬＤ周りの回動動作に悪影響を及ぼすリスクを未然回避している。なお本実施形態では、ボールナット１６１とスラストボールベアリング１６６、およびボールナット１６１とスラストニードルベアリング１６７の間にはスラストワッシャ１６５が更に介在配置されている。

図４に示されるように、スラストボールベアリング１６６およびスラストニードルベアリング１６７は、ボールナット１６１の前方側端部１６１Ｆおよび後方側端部１６１Ｒにおける当該ボールナット１６１の外径寸法よりも大径となるように設定されている。ボールナット１６１に作用する軸力（スラスト荷重）の単位面積当たりの受圧量が、小径化に起因して増大することを回避することで、動作性および耐久性向上が図られている。

さらに図４、図５に示すように、ボールネジシャフト１６９は、長軸方向ＬＤに延在する長尺体として構成され、その外周部に形成された溝部（便宜上図示を省略）が、ボールナット１６１の溝部１６４にボールを介して係合しており、ボールナット１６１が長軸方向ＬＤ周りに回動することでボールネジシャフト１６９は長軸方向ＬＤに直線動作するように構成されている。すなわちボールネジシャフト１６９は、ボールナット１６１の長軸方向ＬＤ周りの回転運動を長軸方向ＬＤへの直線運動に変換する運動変換機構として働く。

なお被動ギア１６２の外周部は、インナハウジング１２０に形成された切欠き状の孔部１２０Ｈを通じて、当該インナハウジング１２０の外郭部と略面一となるように寸法設定がなされている。換言すれば、被動ギア１６２の外周がインナハウジング１２０の外郭を超えて上側方向Ｕへと突出しないように構成されている。これにより、ボールネジシャフト１６９のシャフトライン１６９Ｌからアウタハウジング１１０の上側方向Ｕの外郭部までの高さ（センターハイトとも称呼される）ＣＨの低減化が図られている。

ボールネジシャフト１６９は、その前側方向ＦＲの端部領域に設けられた螺合部１７１を介して、後述するボルト把持機構１８０の第２連結部１８９と一体状に連結される。またボールネジシャフト１６９は、その後側方向ＲＲの端部領域にエンドキャップ１７４が設けられるとともに、図５に示すように、エンドキャップ１７４に隣接した状態で、左側方向Ｌおよび右側方向Ｒにそれぞれ突出するローラシャフト１７２を介して、左右一対のローラ１７３，１７３が設けられる。各ローラ１７３は、ガイドフランジ１２３のガイド穴１２４にそれぞれ転動可能に支持される。従ってボールネジシャフト１６９は、インナハウジング１２０に支持されたボールナット１６１、およびローラ１７３が嵌合されるガイド穴１２４を介して、長軸方向ＬＤにおいて異なる２つの領域で安定的に支持されることになる（両持ち式の支持）。なお、ボールナット１６１の長軸方向ＬＤ周りの回転に伴い、ボールネジシャフト１６９には長軸方向ＬＤ周りの回転トルクが作用する可能性もあるが、上記ローラ１７３およびガイド穴１２４の当接により、かかる回転トルクに起因するボールネジシャフト１６９の長軸方向ＬＤ周りの回転が規制されている。

さらに図４に示すように、ボールネジシャフト１６９には、エンドキャップ１７４に隣接して、アーム取付ネジ１７５およびアーム１７６を介し、磁石１７７が設けられている。当該磁石１７７はボールネジシャフト１６９と一体化されており、ボールネジシャフト１６９が長軸方向ＬＤに移動動作する際に磁石１７７も一体に移動動作する。

アウタハウジング１１０には、図４においてボールネジシャフト１６９が前側方向ＦＲに最大限移動した状態における磁石１７７の位置に対応して、初期位置センサ１７８が設けられ、後側方向ＲＲに最大限移動した状態における磁石１７７の位置に対応して、最後端位置センサ１７９が設けられている。初期位置センサ１７８および最後端位置センサ１７９はそれぞれホール素子で形成され、磁石１７７の位置検出を行う位置検知機構を構成する。本実施形態における初期位置センサ１７８および最後端位置センサ１７９は、磁石１７７がそれぞれ検知可能範囲に置かれた場合に当該磁石１７７の位置検知が行われるよう設定されており、図４は、締結工具１００が「初期位置」に置かれた状態が示されている。

図４に示すように、ボルト把持機構１８０は、アンビル１８１と、ボルト把持爪１８５を主体として構成されている。ボルト把持機構１８０ないしボルト把持爪１８５は本発明の「ボルト把持部」に対応する。
アンビル１８１は、長軸方向ＬＤに延在するアンビルボア１８３を有する円筒体として構成される。アンビルボア１８３においては、前側方向ＦＲにおける開口部１８１Ｅから長軸方向ＬＤに所定距離分だけテーパー部１８１Ｔが設けられている。テーパー部１８１Ｔは、後側方向ＲＲに向かうに従って逐次的に狭くなるように角度αの傾斜角が付与されている。
アンビル１８１は、その外周に形成されたスリーブ係止リブ１８２を介してスリーブ１２５およびスリーブボア１２６に係止され、インナハウジング１２０に一体状に連結されている。

アンビルボア１８３の径は、図１に示すカラー６の外径よりも僅かに小さく設定されており、カラー６の変形を促す強い締結力（軸力）が作用する場合にのみ、当該カラー６が開口部１８１Ｅからアンビルボア１８３へと変形を伴いながら入り込む構成とされている。一方、アンビルボア１８３の開口部１８１Ｅの径は、カラー６の外径よりも僅かに大きく設定されており、当該カラー６のアンビルボア１８３への挿入ガイド部を形成している。
なおテーパー部１８１Ｔは、長軸方向ＬＤにつき、カラー６の高さ寸法よりも長く形成されており、カラー６がアンビルボア１８３内に最大限入り込んだ場合であっても、当該カラー６は、長軸方向ＬＤについてテーパー部１８１Ｔの形成領域内に位置することになる。

ボルト把持爪１８５は、ジョー（顎、Ｊａｗ）とも称呼され、特に図示しないものの、長軸方向ＬＤに視て合計３つのボルト把持爪１８５が仮想円周状に等間隔で配置されており、図１に示すファスナ１のボルト軸端部領域４１を把持するように構成されている。なおボルト軸端部領域４１は本発明の「端部領域」に対応する。また各ボルト把持爪１８５は、ボルト把持爪基部１８６と一体化されている。図４および図５に示すように、ボルト把持爪基部１８６は、第１連結部１８７Ａ、第２連結部１８７Ｂ、係止部１８８、第３連結部１８９、螺合部１７１を介してボールネジシャフト１６９に連結されている。なお図４、図５に示すように、第２連結部１８７Ｂと係止部１８８は、当該第２連結部１８７Ｂの後端に形成された係止フランジ１８７Ｃと、係止部１８８の前端に形成された係止端部１８８Ａとが長軸方向ＬＤについて互いに係合することで連結される。係止フランジ１８７Ｃと係止端部１８８Ａの連結態様として、第３連結部１８８が後側方向ＲＲに移動する場合には、第２連結部１８７Ｂと第３連結部１８８が一体状に移動する。すなわち、後側方向ＲＲに関しては、ボールネジシャフト１６９が移動動作する場合、当該ボールネジシャフト１６９とボルト把持爪１８５が一体状に後側方向ＲＲに移動動作するものである。一方、第３連結部１８８が前側方向ＦＲに移動する場合は、第３連結部材１８８は、係止端部１８８Ａの前方に形成されたスペース１９０に対応する形で、第２連結部１８７Ｂに対し相対移動するように構成されている。

なお螺合部１７１においては、ボールネジシャフト１６９に小径部が形成されることにより、第２連結部１８９の外周径とボールネジシャフト１６９の外周径が略面一となるように構成されている。

図６に、本実施形態に係る締結工具１００におけるモータ駆動制御機構１０１の電気的構成がブロック図として示される。モータ駆動制御機構１０１は、コントローラ１３１、３相インバータ１３４、モータ１３５、およびバッテリ１３０を主体として構成されている。コントローラ１３１は本発明の「制御部」に対応し、電気スイッチアセンブリ１１６、操作ダイアル１３２、初期位置センサ１７８、最後端位置センサ１７９、モータ１３５の駆動電流検出アンプ１３３の各検出信号が入力される。
駆動電流検出アンプ１３３は、モータ１３５の駆動電流をシャント抵抗によって電圧に変換し、更にアンプによって増幅した信号をコントローラ１３１に出力する。

本実施形態では、モータ１３５として、小型にもかかわらず相対的に高い出力が得られるＤＣブラシレスモータが採用されており、当該モータ１３５におけるロータ角がホールセンサ１３９によって検出され、当該ホールセンサ１３９による検出値がコントローラ１３１に送られる。また３相インバータ１３４は、本実施形態では１２０°通電矩形波駆動方式にてブラシレス式のモータ１３５を駆動する。

次に本実施形態に係る締結工具１００の作用について説明する。
図７に示すように、締結作業部材Ｗ１，Ｗ２を重合した状態で、各貫通孔Ｗ１１、Ｗ２１にボルト２のボルト軸４を貫通させる。そしてヘッド３が締結作業部材Ｗ１に当接するとともに、締結作業部材Ｗ２側にボルト軸４が突出した状態で、当該ボルト軸４にカラー６を係合させ、ヘッド３とカラー６とで作業材Ｗを狭着する（予備組み付け）。
そして当該予備組み付け状態において、作業者が締結工具１００を手で保持し、ボルト軸端部領域４１に、締結工具１００におけるボルト把持爪１８５を係合させる。このとき、ボルト軸４の略全長に渡って溝５が形成されるとともに、ボルト軸端部領域４１の溝は特に大きく形成されているため（図１参照）、ボルト把持爪１８５はボルト軸端部領域４１に容易かつ確実に係合できる。

図７は、ボルト把持爪１８５がボルト軸端部領域４１を把持した状態、すなわち締結作業の初期状態を示している。当該締結作業の初期状態においては、長軸方向ＬＤに関し、ボールネジシャフト１６９に連結された磁石１７７が初期位置センサ１７８に対応した状態に置かれている。

初期状態において作業者がトリガ１１５（図２参照）を手動操作することにより、電気スイッチアセンブリ１１６がスイッチオン状態となり、コントローラ１３１が３相インバータ１３４を介してモータ１３５を正転駆動する。なお「正転駆動」とは、ボールネジシャフト１６９が後側方向ＲＲに移動することで、ボルト把持爪１８５が後側方向ＲＲに移動動作する駆動態様を指す。

図８に示すように、モータ１３５が正転駆動されると、ベベルギア減速機構１５０における最終ギアであるボールナット駆動ギア１５７と噛合い係合した被動ギア１６２が回転駆動され、これによってボールナット１６１が長軸方向ＬＤ周りに正転方向（後側方向ＲＲから前側方向ＦＲに視て右回り）に回転駆動される。
ボールネジシャフト１６９は、ボールナット１６１の回転動作を直線運動に変換する形で、後側方向ＲＲへと移動動作する。これによりボールネジシャフト１６９とともに、ボルト把持爪１８５も後側方向ＲＲへと一体状に移動動作する。このとき、ボールネジシャフト１６９に連結された磁石１７７は、初期位置センサ１７８から後側方向ＲＲへと移動し、初期位置センサ１７８の検知可能範囲から離脱する。

ボルト把持爪１８５が、初期状態から後側方向ＲＲに移動動作することで、ボルト把持爪１８５に係合把持されたボルト軸端部領域４１も後側方向ＲＲに引張られることになる。カラー６の外径は、アンビルボア１８３の開口部１８１Ｅの径よりもわずかに大きく設定されているものの、ボルト把持爪１８５がボルト軸端部領域４１を後側方向ＲＲへと強く引張ることで、カラー６がアンビル１８１に当接して制止されるとともに、更なるボルト把持爪１８５の後側方向ＲＲへの移動動作に伴って、カラー６は開口部１８１Ｅからアンビルボア１８３のテーパー部１８１Ｔへと縮径しながら進入することとなる。カラー６は、テーパー部１８１Ｔに進入する際、テーパー部１８１Ｔの傾斜角α（図４参照）の長軸方向成分および径方向成分に対応する形で、前側方向ＦＲおよび当該カラー６の径方向内側へと押圧され変形することになる。

図９に示すように、更にボールナット１６１が正転方向に回転駆動され、ボールネジシャフト１６９が後側方向ＲＲに移動すると、ボルト把持爪１８５が、ボルト軸端部領域４１を、図８に示す状態から更に後側方向ＲＲに引張ることとなる。これによりアンビル１８１に係止されたカラー６は更にテーパー部１８１Ｔの奥へと入り込み、この結果、カラー６は更に前側方向ＦＲおよび当該カラー６の径方向内側へと強く押圧され、平滑面として形成されたカラー中空部７が、ボルト軸４に形成された溝５（図１参照）に強く圧着される。当該圧着によりカラー中空部７と溝５との間で塑性変形による噛み込みが生じ、これによってファスナ１の加締めが完了し、作業材Ｗの締結作業が完了するに至る。

締結作業完了に至る際、図９に示すように、長軸方向ＬＤについて、初期位置センサ１７８から離間した磁石１７７が、最後端位置センサ１７９に近接するよりも前に、カラー６が、それ以上アンビルボア１８３の奥へと入り込むことができない状態に陥り（すなわち締結作業の最終段階に入り）、その結果、モータ１３５の駆動電流値が急激に増大することになる。図６に示すコントローラ１３１は、駆動電流検出アンプ１３３から入力される駆動電流値を、予め設定された所定の閾値と比較する。なお当該閾値は、既に述べたように図２に示す操作ダイアル１３２を作業者が手動操作することで適宜に選択設定される。本実施形態では、必要とする軸力、すなわち締結に必要な負荷に応じて無段階の閾値設定がなされている。

当該駆動電流値が所定の閾値を超える場合、加締めによる締結作業が完了したものとして、コントローラ１３１は、３相インバータ１３４を介してモータ１３５の駆動を停止する。本実施形態では、駆動電流値が所定の閾値を超える場合、電気ブレーキを作動させてモータ１３５を急停止させる構成を採用している。

本実施形態では、駆動電流に基づく綿密な出力管理を行うことにより、図１に示すファスナ１につき、ボルト軸４と一体となった状態を維持したまま締結作業を完了できる。これにより、締結作業後にボルト軸４の破断部をケアする追加工程が不要であり、作業効率の向上が図られる。

上記の通り、図９には、加締めによる締結作業が完了した状態の締結工具１００が示されているが、当該締結工具１００を、図９の作業完了状態から、図７に示す初期状態に復帰させ、ボルト２に加締められた状態のカラー６をアンビル１８１から離脱させ、次の締結作業に備える必要がある。

本実施形態では、締結作業が完了し、作業者がトリガ１１５（図２参照）をオフにした場合、図６に示すコントローラ１３１が、３相インバータ１３４を介してモータ１３５を逆転駆動させる。当該モータ１３５の逆転動作は、ベベルギア減速機構におけるボールナット駆動ギア１５７に噛合い係合する被動ギア１６２を介してボールナット１６１に伝達され、これによってボールネジシャフト１６９が前側方向ＦＲに移動し、当該ボールネジシャフト１６９と一体状に、ボルト把持爪１８５が前側方向ＦＲに移動することとなる。この時、加締めに際しての強い負荷に起因して、カラー６はアンビルボア１８３に強固に圧着されているため、カラー６をアンビル１８１から離脱させるには相応に強い負荷が必要とされる。この負荷は、ボルト把持爪１８５、ボルト把持爪基部１８６、第１連結部１８７Ａ、第２連結部１８７Ｂ、係止部１８８、第３連結部１８９、ボールネジシャフト１６９を経由し、後側方向ＲＲへの軸力として、ボールナット１６１に作用することとなる。

本実施形態では、ボールナット１６１の後方側端部１６１Ｒが、（スラストワッシャ１６５および）スラストニードルベアリング１６７を介してインナハウジング１２０に支持されているため、当該スラストニードルベアリング１６７が、長軸方向ＬＤ周りに転動してボールナット１６１の回転動作を許容しつつ、後側方向ＲＲへの軸力を確実に受け、当該軸力がボールナット１６１の円滑な回転動作の妨げとなることを未然に防止している。

ところで本実施形態では、図４に示すボールネジシャフト１６９の長軸方向ＬＤに関する最大可動範囲として、初期位置センサ１７８と最後端位置センサ１７９の離間距離相当分が割り当てられている。換言すれば、磁石１７７が初期位置センサ１７８に対応する位置から、最後端位置センサ１７９に対応する位置までの間の距離が、ボールネジシャフト１６９の最大可動範囲として与えられる。例えば、ボルト把持爪１８５がボルト２に係合していない状態でトリガ１１５をオン操作した場合、実質的に無負荷状態にあるモータ１３５の駆動電流値は所定の閾値に達することがないため、ボールネジシャフト１６９は、磁石１７７が最後端位置センサ１７９に到達するまで、後側方向ＲＲに移動動作可能である。磁石１７７が最後端位置センサ１７９に達した状態は、締結工具１００が「停止位置」にあると定義される。

一方、ボルト把持爪１８５がファスナ１のボルト２を把持し、上述した加締めによる締結作業を行う場合は、当該締結作業完了に際してモータ１３５の駆動電流値が急増し、磁石１７７が最後端位置センサ１７９の検出可能範囲に到達するよりも前に、駆動電流値が所定の閾値を超え、その時点でモータ１３５の駆動が停止されることとなる。

図１０に、モータ駆動制御機構１０１における駆動制御フローの概要が示される。なお当該駆動制御フローにおける判断は、特に注記のない限り、上記コントローラ１３１が行うものとし、また各構成部材の符号については、上記した図１〜図９に記載の符号をそのまま流用し、特に図１０で再掲しないものとする。
モータ駆動制御ルーチンにおいては、まずステップＳ１１として、トリガ１１５および電気スイッチアセンブリ１１６のオン・オフ状態がモニタされる。そしてトリガ１１５のオン状態が検出された場合、ステップＳ１２として、３相インバータ１３４において、モータ１３５を駆動するためのＤｕｔｙ比算出およびＰＷＭ信号の生成が行われ、ステップＳ１３としてモータ１３５が正転駆動される。上述したように、モータ１３５の「正転駆動」は、図４に示すボールネジシャフト１６９が後側方向ＲＲに直線動作し、ボルト把持爪１８５がアンビル１８１に対し後側方向ＲＲに移動する動作に対応している。ステップＳ１３におけるモータ１３５の正転駆動により、図１に示すファスナ１において、カラー６のボルト２に対する加締めが行われる。

ステップＳ１４においては、上述したモータ１３５の駆動電流値が所定の閾値を超えることで締結作業が完了したか否か、または、磁石１７７が最後端位置センサ１７９に達したか（停止位置に置かれたか）、が判別される。
ステップＳ１４において、締結作業の完了、または停止位置が検出された場合、ステップＳ１５において、電気ブレーキによるモータ１３５の急速停止が行われる。
次に、ステップＳ１６において、作業者によるトリガのオフ操作が検知された場合、ステップＳ１７において、モータ１３５の逆転駆動が行われる。当該逆転駆動は、磁石１７７が初期位置センサ１７８に達するまで継続される。そしてステップＳ１８における初期位置検出に伴い、電気ブレーキによるモータ１３５の急速停止が行われ（ステップＳ１９）、モータ駆動処理が終了する。

本実施形態では、ボルト軸端部領域４１を把持するボルト把持爪１８５を、カラー６に係合したアンビル１８１に対して、モータ１３５を介して長軸方向ＬＤに移動動作させる構成を採用している。これにより流体圧を利用する従来式の締結工具と比して構成の簡素化・コンパクト化が実現できることになる。

さらに本実施形態では、コントローラ１３１を介し、モータ１３５の駆動電流に基づいて、ボルト把持爪１８５部のアンビル１８１に対する後側方向ＲＲへの移動動作を終了し、ファスナ１の加締めを完了する構成を採用している。
またボルト軸端部領域４１がボルト軸４と一体となった状態を維持しつつファスナ１の加締めを完了するには、ボルト把持爪１８５に把持されたボルト軸端部領域４１がオーバーロードで破損しないように、適切に加締め作業における出力（軸力）を管理する必要があるが、本実施形態では、モータ１３５の駆動電流に基づいて当該加締め作業における出力管理を行う構成を採用している。すなわち、加締め作業の進行に伴って軸力が増大する場合、当該加締め作業の駆動源としてモータ１３５の負荷が増大し、これに起因してモータ１３５の駆動電流が増大することから、当該モータ１３５の駆動電流が所定の閾値を超える場合にモータ１３５の駆動を停止することで、加締め作業における出力管理を行う構成である。仮に、閾値を超えて駆動電流が増大する場合には、モータ１３５の過大トルクに起因するオーバーロードがファスナ１に作用し、ボルト軸端部領域４１が破損する可能性が懸念されるが、本実施形態によれば、かかる破損のリスクを確実に抑制することができる。

（第２実施形態：モータの回転数の変化量による制御を付加）
次に本発明の第２実施形態について、図１１、１２を主体として説明する。第２実施形態は、上記第１実施形態で説明したモータ１３５の駆動電流に基づく加締め作業における出力管理につき、モータ起動時に高起動電流が発生したとしても、当該高起動電流によって出力管理に悪影響を与えないようにする改良形態であり、従って、特に注記しない場合には、上記第１実施形態において用いた締結工具１００に関する構成、符号、図面をそのまま適用するものとする。

一般に、モータを駆動して所定の作業を遂行する場合、モータ起動時に想定外の高い起動電流が発生することがある。かかる高起動電流は、例えば起動時突入電流、ないしラッシュ電流として知られている。一方、上記第１実施形態については、図１０のステップ１４において、モータ１３５の駆動電流値が所定の閾値を超える場合に締結作業が完了したと判断し、ステップ１５において、電気ブレーキによるモータ１３５の急速停止を行う構成を採用しているが、当該モータ１３５の駆動初期段階において上記高起動電流が発生し、当該高起動電流が閾値を超えてしまった場合、コントローラ１３１は、その時点で締結作業完了と誤判断し、まだファスナ１の加締め作業が完了していないのにモータ１３５を駆動停止させてしまう可能性がある。

このような事態を回避するため、第２実施形態では、締結作業完了の判定手法として、モータ１３５の駆動電流の閾値比較に加えて、さらにモータの回転数の変化量を判断材料に加えている。具体的には、第２実施形態では、図６に示す三相インバータ１３４によるデューティー比およびＰＷＭ周波数と、ホールセンサ１３９が検出するモータ１３５のロータ角等の情報に基づき、コントローラ１３１がモータ１３５の回転数の変化量を導出する。第２実施形態では、当該回転数の変化量として、モータ１３５の回転数の時間微分値（すなわち角加速度）を算出している。回転数の変化量としては、例えば差分値を算出する態様を採用してもよい。

ここで図１１を参照して、締結工具１００におけるモータ１３５の回転数の経時的な変化について確認する。モータ１３５の駆動が開始されると、駆動初期段階においては、モータ１３５の回転数が上昇し（ステージＡ）、やがて定格出力に基づく定常的な回転数が維持されることになる（ステージＢ）。
そして図９に参照されるように、カラー６がボルト２に強固に圧着されることでファスナ１の加締め作業が完了した状態とされるが、この時、ボルト把持爪１８５はもはやボルト２を移動動作させることができないため、当該ボルト把持爪１８５を駆動するモータ１３５の回転数が急減することになる（図１１のステージＣ）。モータ１３５の回転数が急減することで、当該モータ１３５の駆動電流値が急増し、設定された閾値を超えることで締結作業完了が判断される。このとき、図１２に示すように、モータ１３５の回転数の変化量については、ステージＡではプラス値、ステージＢでは０、ステージＣではマイナス値になる。

これに鑑み、コントローラ１３１（図６参照）は、第２実施形態においては、モータ１３５の回転数の変化量がマイナス値になるとともに、駆動電流値が所定の閾値を超える場合にのみ、締結作業が完了したと判断するよう構成される。
この構成を採用することにより、モータ駆動初期の段階で高い起動電流が発生した場合には、たとえ当該高起動電流が所定の閾値を超えたとしても、モータ１３５の回転数の変化量はマイナス値になっていないので（図１２のステージＡ）、その状態は締結作業完了と判断されることがなく、モータ起動初期段階における高起動電流に基づいて締結作業完了と誤判断することが効果的に回避されることとなる。一方、締結作業完了時は、図１２のステージＣにおいてモータ１３５の回転数の変化量がマイナス値になるため、正しく締結作業完了と判断し、モータ１３５の駆動を停止することができる。

（第３実施形態：閾値に応じた回転数制御）
次に本発明の第３実施形態について、図１３〜図１６を主体として説明する。第３実施形態は、上記第１実施形態で説明したモータ１３５の駆動電流に基づく出力管理につき、設定された閾値に応じてモータ１３５の回転数を適切に制御し、閾値を超えるような高い起動電流が発生することを未然回避することで出力管理の万全を期す改良形態である。従って、特に注記しない場合には、上記第１実施形態において用いた締結工具１００に関する構成、符号、図面をそのまま適用するものとする。

既に述べたように、第１実施形態に係る締結工具１００は、図２に示すように閾値設定用の操作ダイアル１３２を有し、当該操作ダイアルには複数段階の閾値表示がなされており、作業者は、作業材の材質や仕様、ファスナ１の材質や仕様等の作業スペックに応じて、どの大きさの閾値を適用するかを任意に選択することが可能とされている。
図１３に示すように、（相対的に低い）閾値ＴＨ１が選択された場合、コントローラ１３１は、図１４に示すようにモータ１３５の回転数の目標値を（相対的に低い）ＴＲ１となるように制御する。なお本実施形態では、モータ１３５はＰＷＭ式の駆動制御がなされる関係で、当該モータ１３５の回転数の目標値制御はデューティー比の設定によって行われる。
目標値ＴＲ１は、モータ１３５起動段階初期における高起動電流の想定値（推定値）が閾値ＴＨ１を超えない程度に設定されている。すなわち図１３に示すように、モータ１３５の起動時における起動電流は、閾値ＴＨ１を下回る状態で推移することになり（ステージＡ）、その後、締結作業の完了に至る最終段階（ステージＣ）において、加締め作業の進行に起因して、モータ１３５の駆動電流値が閾値ＴＨ１を超えることで、正しく締結作業の完了が判断されることになる。

一方、図１５に示すように、図１３の閾値ＴＨ１よりも大きい閾値ＴＨ２が選択された場合、コントローラ１３１は、図１６に示すようにモータ１３５の回転数の目標値をＴＲ２に設定する。この目標値ＴＲ２は、図１４の目標値ＴＲ１よりも相対的に大きな値であり、モータ１３５は、図１４の場合よりも高速駆動されることになる。一方、当該目標値ＴＲ２は、モータ１３５起動段階初期における高起動電流の想定値（推定値）が閾値ＴＨ２（図１５参照）を超えない程度に設定されている。

従って、モータ１３５の回転数の目標値が相対的に高く設定されるものの、図１５に示すように、モータ１３５の起動時における起動電流は、閾値ＴＨ２を超えることが無いように推移する（ステージＡ）。その後、締結作業の完了に至る最終段階（ステージＣ）において、加締め作業の進行に伴って、モータ１３５の駆動電流値が閾値ＴＨ２を超えることで、正しく締結作業の完了が判断されることになる。
この構成を採用することにより、モータ１３５の起動電流が閾値を下回るようにモータ１３５の目標回転数を設定することで、モータ１３５の起動電流値が閾値を超えることがないように制御できるため、モータ起動時に締結作業完了と誤判断することが効果的に回避されることとなる。

（第４実施形態：閾値に応じたソフトスタート制御態様変更）
次に本発明の第４実施形態について、図１７〜図２０を主体として説明する。第４実施形態は、上記第１実施形態で説明したモータ１３５の駆動電流に基づく出力管理として、モータ１３５をソフトスタートで起動させるとともに、閾値に応じてソフトスタートの制御態様を変更し、設定された閾値を超えるような高い起動電流が発生することを未然回避することで出力管理の万全を期す改良形態である。従って、特に注記しない場合には、上記第１実施形態において用いた締結工具１００に関する構成、符号、図面をそのまま適用するものとする。

第４の実施形態では、コントローラ１３１（図６参照）は、操作ダイアル１３２を介して作業者が選択した閾値に応じて、目標となるモータ回転数を適宜に設定する構成を採用している。
例えば図１７に示すように、閾値ＴＨ３が選択された場合、コントローラ１３１は、図１８に示すように、目標値ＴＲ３に至るまでモータをソフトスタート方式で駆動制御する（ステージＡ）。モータのソフトスタートは、モータの回転数が経時的に徐々に増大するように起動制御する技術であるが、その制御手法は公知の技術であるため、詳細な説明は省略する。なお本実施形態では、いわゆる電圧モードによるソフトスタート、および電流モードによるソフトスタートのいずれも好適に採用可能である。
モータ１３５をソフトスタート方式で目標値ＴＲ３に至るまで駆動制御することにより、図１７に示すように、モータ１３５の起動電流は閾値ＴＨ３を下回る状態で推移することになり、その後、締結作業の完了に至る最終段階（ステージＣ）において、加締め作業の進行に伴って、モータ１３５の駆動電流値が閾値ＴＨ３を超えることで、正しく締結作業の完了が判断されることになる。

一方、図１９に示すように、相対的に高い閾値ＴＨ４（ＴＨ４＞ＴＨ３）が選択された場合、コントローラ１３１は、図２０に示すように、モータ回転数についての目標値ＴＲ３については、そのまま維持した状態で、ソフトスタートの制御態様を変更する。具体的には、図１８に示す制御態様に比べて、モータ立ち上がり時における角加速度がより大きな制御態様を適用することで、ソフトスタートの緩急度合いを変化させるものである。角加速度の増大により、図２０における目標値ＴＲ３への到達時間Ｔ２は、図１８における目標値ＴＲ３への到達時間Ｔ１よりも一層短縮化されたものとされる。一方、図１９に示すように、相対的に高い閾値ＴＨ４が選択されたことにより、モータ立ち上がり時における角加速度が大きくなっても、モータ１３５の起動電流は閾値ＴＨ４を下回る状態で推移することになり、その後、締結作業の完了に至る最終段階（ステージＣ）において、加締め作業の進行に伴って、モータ１３５の駆動電流値が閾値ＴＨ４を超えることで、正しく締結作業の完了が判断されることになる。
なお当該第４実施形態においては、閾値がＴＨ３からＴＨ４に変更される場合に、モータ回転数についての目標値ＴＲ３は維持したまま角加速度を増大するというソフトスタートの制御態様変更を行っているが、閾値の変更に応じて、モータ回転数の目標値についても併せて変更する態様を採用することもできる。例えば図１７に示す閾値ＴＨ３よりも相対的に高い閾値ＴＨ４が選択された場合、モータ回転数についての目標値は図１８に示すＴＲ３よりも大きなＴＲ４に変更する態様である（便宜上、図示は省略）。
なお、本実施形態では、選択された閾値に応じてソフトスタートの制御態様を変更する例を説明しているが、例えば、相対的に高い閾値が選択され、そのような高い閾値選択時には、モータ１３５の起動初期段階における起動電流値が当該閾値に至ることがないと想定できる場合には、かかる高い閾値選択の場合にはソフトスタートを解除して、通常の駆動制御式に切り替える構成も採用可能である。

以上より、図１９に示すように、モータ１３５の駆動初期段階における起動電流は、たとえソフトスタートによるモータ１３５の回転数増加の割合が大きくなった場合であっても、閾値ＴＨ４を超えることが無いよう推移する（ステージＡ）。その後、締結作業の完了に至る最終段階（ステージＣ）において、加締め作業の進行に伴って、モータ１３５の駆動電流値が閾値ＴＨ４を超えることで、正しく締結作業の完了が判断されることになる。
この構成を採用することにより、ソフトスタート方式を採用するとともに、当該ソフトスタートによる駆動制御態様を可変とし、モータ１３５の起動電流が閾値を下回るようにモータ１３５の目標回転数を設定することで、モータ１３５の起動電流値が閾値を超えることがないように制御できる。このため、モータ起動時に締結作業完了と誤判断することが効果的に回避されることとなる。

（第５実施形態：起動から一定時間は駆動電流値を制御）
次に本発明の第５実施形態について、図２１、図２２を主体として説明する。第５実施形態は、上記第１実施形態で説明したモータ１３５の駆動電流に基づく加締め作業における出力管理につき、モータを起動してから一定時間経過するまでは、モータの駆動電流値を一定値以下に制御することで、起動電流が閾値を超えないようにする改良形態であり、従って、特に注記しない場合には、上記第１実施形態において用いた締結工具１００に関する構成、符号、図面をそのまま適用するものとする。

図２１に示すように、モータ１３５の駆動初期段階においては、モータ１３５の回転数が上昇し（ステージＡ）、やがて定格出力に基づいて定常的な回転数が維持されることになり（ステージＢ）、この状態で上記したファスナ１の加締め作業が進行していく（図７、図８参照）。第５実施形態では、このステージＡに対応する設定時間をＴ５とし、図２２に示すように、Ｔ５の設定時間が経過するまでは、モータ１３５の駆動電流値が、制限値ＩＲ以下となるように駆動電流制御を行う。当該制限値ＩＲは、選択された閾値ＴＨ５よりも低い値とされている。
そして設定時間Ｔ５を経過した後においては、モータ１３５を通常の駆動制御状態に置く。やがて加締め作業が完了に至る状態では、モータ１３５の回転数が急減することになり（図２１のステージＣ）、当該モータ１３５の駆動電流値が急増し（図２２のステージＣ）、閾値ＴＨ５を超えることで締結作業完了が判断される。
この構成を採用することにより、モータ駆動初期段階（ステージＡ）、すなわちモータ１３５の起動から設定時間Ｔ５が経過するまでは、閾値ＴＨ５よりも低い電流制限値ＩＲを設定することにより、閾値ＴＨ５を超えるような高起動電流の発生を抑止し、モータ１３５の起動電流値が閾値を超えることがないように制御できる。これにより、モータ起動時に締結作業完了と誤判断することが効果的に回避されることとなる。

（第６実施形態：起動から一定時間経過後までは閾値との比較を規制）
次に本発明の第６実施形態について、図２３、図２４を主体として説明する。第６実施形態は、上記第１実施形態で説明したモータ１３５の駆動電流に基づく加締め作業における出力管理につき、モータを起動してから一定時間経過するまでは、モータの駆動電流値が所定の閾値を超えるか否かの判断を行わないようにする。これにより、モータ起動時に高起動電流が発生したとしても、当該高起動電流によって出力管理に悪影響を与えないようにする改良形態である。従って、特に注記しない場合には、上記第１実施形態において用いた締結工具１００に関する構成、符号、図面をそのまま適用するものとする。

図２３に示すように、モータ１３５の駆動初期段階においては、モータ１３５の回転数が上昇し（ステージＡ）、やがて定常的な回転数が維持されることになる（ステージＢ）。
第６実施形態では、このステージＡに対応する設定時間をＴ６とし、この設定時間Ｔ６が経過するまでは、コントローラ１３１が、図１０のステップ１４に示す判断、すなわちモータ１３５の駆動電流値が所定の閾値を超えたか否かの判断（締結作業が完了したか否かの判断）を行わないように構成する。従って、図２４に示すように、モータ１３５の駆動初期段階（図２４で設定時間Ｔ６に至るまでのステージＡの段階）にいて、たとえモータ１３５の起動電流値が、選択された閾値ＴＨ６を超える事態が生じたとしても、設定時間Ｔ６では駆動電流値と閾値の対比を保留する構成とされているため、コントローラ１３１はモータ１３５の駆動を停止しない。やがて加締め作業が完了に至る状態では、モータ１３５の回転数が急減することになり（図２３のステージＣ）、当該モータ１３５の駆動電流値も急増し（図２４のステージＣ）、閾値ＴＨ６を超えることで締結作業完了が判断される。
この構成を採用することにより、モータ駆動初期の段階（ステージＡ）、すなわちモータ１３５の起動から設定時間Ｔ６が経過するまでは、モータ１３５の駆動電流値が所定の閾値を超えたか否かの判断、すなわち締結作業が完了したか否かの判断を行わないため、モータ起動時に締結作業完了と誤判断することが効果的に回避されることとなる。

（第７実施形態：電流値の変化量に基づく駆動制御）
更に本発明の第７実施形態につき、図２５および図２６を参照して説明する。
図２５に示すように、モータ１３５の駆動初期の段階（ステージＡ）に生じる高起動電流の立ち上がり方と、締結作業完了段階（ステージＣ）に生じる駆動電流値の急増の仕方とを比較した場合には、高起動電流の方が、単位時間当たりの変化量が少ないというように、高起動電流の上昇態様は締結作業完了段階における駆動電流値の上昇態様に対して有意差が認められる。
この点に着目し、上記各実施形態の判断手法に加えて、電流値の変化量が、当該変化量に係る一定の閾値を超えるか否かの判断を付加することができる。なお第７実施形態では、電流値の変化量の一例として、電流微分値を採用している。

図２５において、モータ１３５の駆動初期の段階（ステージＡ）における高起動電流は、その変化量があまり大きくなく、図２６に示すように、電流微分値に関する閾値ＴＨ７を超えない状態とされる。これによりコントローラ１３１は、未だ締結作業完了に至っていないものと判断する。
一方、図２５において加締め作業が完了に至る段階（ステージＣ）では、モータ１３５の駆動電流値が急激に増大することから、図２６に示すように、ステージＣにおける電流微分値が閾値ＴＨ７を超えることになり、かつモータ１３５の駆動電流が、当該駆動電流に関する閾値を超えることになる。この時点で、コントローラ１３１は締結作業が完了に至ったものと判断し、モータ１３５の駆動を停止する。
この構成を採用することにより、モータ駆動初期の段階で高起動電流が発生した場合には、たとえ当該高起動電流が所定の閾値を超えたとしても、当該起動電流の変化量は、当該変化量に関する閾値ＴＨ７を超えるものではないため、その状態は締結作業完了と判断されることがなく、モータ起動初期段階（ステージＡ）における高起動電流に基づいて締結作業完了と誤判断することが効果的に回避されることとなる。

以上の構成および作用に照らし、本実施形態によれば、ボルト軸端部領域４１が破損することなくボルト軸４と一体となった状態でファスナ１の加締めを完了する締結工具１００につき、コンパクトで綿密な軸力管理を行うことができる合理的な構成が得られることとなった。なお上記各実施形態は、それぞれ単独で、あるいは適宜に組み合わせることで更に綿密な軸力管理を遂行できる。

さらに本件発明および実施形態の趣旨に基づき、以下の態様が適宜に採用される。また以下の態様を、それぞれ独立して、あるいは複数組み合わせて、本件特許請求の範囲に記載の各発明に付加することで更なる態様が採用される。
（態様１）
「前記制御部は、更に前記モータの駆動電流値の変化量に基づいて前記ファスナの加締めを完了する」
この態様によれば、モータ起動初期段階における高起動電流に基づいて締結作業完了と誤判断することが一層効果的に回避されることとなる。
（態様２）
「前記ボルト把持部は、ボールネジ機構によって構成されるボルト把持部駆動機構を介して、前記アンビルに対して前記長軸方向に相対移動される。」
この態様によれば、ボルト把持部駆動機構にボールネジ機構を採用することで、モータの回転動作を十分に減速しながら長軸方向への直線動作に合理的に変換することができる。

Ｗ 作業材
Ｗ１，Ｗ２ 締結作業部材
Ｗ１１、Ｗ２１ 貫通孔
１ ファスナ
２ ボルト
３ ヘッド
４ ボルト軸
４１ ボルト軸端部領域
５ 溝
６ カラー
７ カラー中空部
１００ 締結工具
１０１ モータ駆動制御機構
１１０ アウタハウジング
１１１ モータ収容領域
１１２ 減速ギア収容領域
１１３ インナハウジング収容領域
１１４ グリップ部
１１５ トリガ
１１６ 電気スイッチアセンブリ
１１７ コントローラ収容領域
１１８ バッテリ装着部
１２０ インナハウジング
１２０Ｈ 孔部
１２１ ボールネジ機構収容領域
１２２ ガイドフランジ取付アーム
１２３ ガイドフランジ
１２４ ガイド穴
１２５ スリーブ
１２６ スリーブボア
１２７ ジョイントスリーブ
１３０ バッテリ
１３１ コントローラ
１３２ 操作ダイアル
１３３ 駆動電流検出アンプ
１３４ ３層インバータ
１３５ モータ
１３６ モータ出力軸
１３７ ベアリング
１３８ 冷却ファン
１３９ ホールセンサ
１４０ 遊星ギア減速機構
１４１Ａ 第１サン・ギア
１４２Ａ 第１遊星ギア
１４３Ａ 第１インターナルギア
１４１Ｂ 第２サン・ギア
１４２Ｂ 第２遊星ギア
１４３Ｂ 第２インターナルギア
１４４ キャリア
１５０ ベベルギア減速機構
１５１ 駆動側中間軸
１５２ ベアリング
１５３ 駆動側ベベルギア
１５４ 被動側中間軸
１５５ ベアリング
１５６ 被動側ベベルギア
１５７ ボールナット駆動ギア
１６０ ボールネジ機構
１６１ ボールナット
１６１Ｆ 前方側端部
１６１Ｒ 後方側端部
１６２ 被動ギア
１６３ ボア
１６４ 溝部
１６５ スラストワッシャ
１６６ スラストボールベアリング
１６７ スラストニードルベアリング
１６８ ラジアルニードルベアリング
１６９ ボールネジシャフト
１６９Ｌ 回転軸
１７１ 螺合部
１７２ ローラシャフト
１７３ ローラ
１７４ エンドキャップ
１７５ アーム取付ネジ
１７６ アーム
１７７ 磁石
１７８ 初期位置センサ
１７９ 最後端位置センサ
１８０ ボルト把持機構
１８１ アンビル
１８１Ｔ テーパー部
１８２ スリーブ係止リブ
１８３ アンビルボア
１８５ ボルト把持爪
１８６ ボルト把持爪基部
１８７Ａ 第１連結部
１８７Ｂ 第２連結部
１８７Ｃ 係止フランジ
１８８ 係止部
１８８Ａ 係止端部
１８９ 第３連結部
１９０ スペース

Claims (9)

1. 溝が形成された軸部にヘッド部が一体形成されたボルトと、当該ボルトに係合可能な中空筒状のカラーを備えたファスナを介して、前記ヘッド部と前記カラー間に配された作業材を締結する締結工具であって、
   前記軸部の端部領域を把持可能なボルト把持部と、前記カラーに係合可能なアンビルと、前記ボルト把持部を駆動して、前記アンビルに対し所定の長軸方向に相対移動させるモータと、前記モータの駆動制御を行う制御部と、を有し、
   前記軸部の端部領域を把持した状態の前記ボルト把持部が、前記アンビルに対して、前記長軸方向のうちの所定の第１方向へと相対移動することにより、前記アンビルが、前記軸部に嵌合された状態の前記カラーを、前記長軸方向のうちの前記第１方向とは反対の第２方向、および前記カラーの径方向内側へと押圧し、前記カラーと前記ヘッド部とで前記作業材を挟着するとともに、前記カラーの中空部を前記溝に圧着し、前記端部領域が前記軸部と一体となった状態を維持しつつ前記ファスナの加締めを完了可能に構成されるとともに、
   前記制御部は、前記モータの駆動電流と、更に前記モータの回転数の変化量に基づいて、前記ボルト把持部の前記アンビルに対する前記第１方向への相対移動を終了することによって、前記ファスナの加締めを完了することを特徴とする締結工具。
2. 請求項１に記載の締結工具であって、
   前記制御部は、前記モータの駆動電流を所定の閾値と比較して前記ファスナの加締めを完了するとともに、前記閾値は変更調節可能に構成されていることを特徴とする締結工具。
3. 請求項２に記載の締結工具であって、
   前記制御部は、前記モータの起動電流が前記閾値を超えないように制御することを特徴とする締結工具。
4. 請求項２または３に記載の締結工具であって、
   前記制御部は、前記閾値が変更調整された場合に、当該変更調整された閾値に応じて前記モータの起動電流を制御することを特徴とする締結工具。
5. 請求項３または４に記載の締結工具であって、
   前記制御部は、前記モータの目標回転数を制御することを特徴とする締結工具。
6. 溝が形成された軸部にヘッド部が一体形成されたボルトと、当該ボルトに係合可能な中空筒状のカラーを備えたファスナを介して、前記ヘッド部と前記カラー間に配された作業材を締結する締結工具であって、
   前記軸部の端部領域を把持可能なボルト把持部と、前記カラーに係合可能なアンビルと、前記ボルト把持部を駆動して、前記アンビルに対し所定の長軸方向に相対移動させるモータと、前記モータの駆動制御を行う制御部と、を有し、
   前記軸部の端部領域を把持した状態の前記ボルト把持部が、前記アンビルに対して、前記長軸方向のうちの所定の第１方向へと相対移動することにより、前記アンビルが、前記軸部に嵌合された状態の前記カラーを、前記長軸方向のうちの前記第１方向とは反対の第２方向、および前記カラーの径方向内側へと押圧し、前記カラーと前記ヘッド部とで前記作業材を挟着するとともに、前記カラーの中空部を前記溝に圧着し、前記端部領域が前記軸部と一体となった状態を維持しつつ前記ファスナの加締めを完了可能に構成されるとともに、
   前記制御部は、前記モータの駆動電流に基づいて、前記ボルト把持部の前記アンビルに対する前記第１方向への相対移動を終了することによって、前記ファスナの加締めを完了する構成とされ、
   前記制御部は、前記モータの駆動電流を所定の閾値と比較して前記ファスナの加締めを完了するとともに、前記閾値は変更調節可能に構成され、
   前記制御部は、前記モータをソフトスタート制御可能に構成されるとともに、前記閾値に応じて当該ソフトスタートの制御態様が変更可能とされていることを特徴とする締結工具。
7. 請求項２から６までのいずれか１項に記載の締結工具であって、
   前記制御部は、前記モータのスタートから所定時間内においては、前記モータの駆動電流を所定の設定電流値以下に制限することを特徴とする締結工具。
8. 請求項７に記載の締結工具であって、
   前記設定電流値は、前記閾値に基づいて可変とされていることを特徴とする締結工具。
9. 溝が形成された軸部にヘッド部が一体形成されたボルトと、当該ボルトに係合可能な中空筒状のカラーを備えたファスナを介して、前記ヘッド部と前記カラー間に配された作業材を締結する締結工具であって、
   前記軸部の端部領域を把持可能なボルト把持部と、前記カラーに係合可能なアンビルと、前記ボルト把持部を駆動して、前記アンビルに対し所定の長軸方向に相対移動させるモータと、前記モータの駆動制御を行う制御部と、を有し、
   前記軸部の端部領域を把持した状態の前記ボルト把持部が、前記アンビルに対して、前記長軸方向のうちの所定の第１方向へと相対移動することにより、前記アンビルが、前記軸部に嵌合された状態の前記カラーを、前記長軸方向のうちの前記第１方向とは反対の第２方向、および前記カラーの径方向内側へと押圧し、前記カラーと前記ヘッド部とで前記作業材を挟着するとともに、前記カラーの中空部を前記溝に圧着し、前記端部領域が前記軸部と一体となった状態を維持しつつ前記ファスナの加締めを完了可能に構成されるとともに、
   前記制御部は、前記モータの駆動電流に基づいて、前記ボルト把持部の前記アンビルに対する前記第１方向への相対移動を終了することによって、前記ファスナの加締めを完了する構成とされ、
   前記制御部は、前記モータのスタートから所定時間経過した場合にのみ、前記モータの駆動電流に基づいて前記ボルト把持部の前記アンビルに対する前記第１方向への相対移動を終了することを特徴とする締結工具。

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