JPH05162087A - インパクトレンチの打撃回数検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大幅な変更をすることなく打撃回数を検出す
ること。 【構成】 ハンマー３２の外周面にギア状の溝４４を設
け、さらに、ギア状の歯４５に対向したヨーク４６、コ
イル４７、永久磁石４８からなる検出部Ａを設ける。ハ
ンマー３２の回転に応じて磁気回路を通る磁束が変化す
ることをコイル４７で検出する構成とする。図１（ｃ）
に示す破線は磁束の流れを示し、ハンマー３２が回転す
ることにより、磁気回路中の磁束が変化する。その変化
率によりコイル４７の巻線に電圧が発生し、その電圧は
正弦波状になり、回転速度に比例して正弦波の電圧が大
きくなり、また、正弦波の位相が狭くなる。この速度信
号から、実際に打撃回数を検出する場合、速度の変化、
すなわち、加速度を用いて、加速度が負に転じた回数が
打撃回数となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ボルトやナット等のね
じ具を締め付けるインパクトレンチの衝撃発生回数検出
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ボルトやナットによる締め付け作業にお
いては、従来よりスパナやボックスレンチ等の手動工具
を使用したり、締め付け力や作業効率を高めるために、
インパクトレンチが用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】特に、インパクトレン
チにおいては、圧縮空気を用いたエアーモータにより駆
動されるタイプのものが多く用いられているが、コンプ
レッサや空気配管が必要であり、作業性が悪い場所では
充電電池式のインパクトレンチが有利である。充電式の
インパクトレンチにおいては、そのバッテリー切れが問
題となり、できるだけ効率良くねじ締めをする必要があ
り、インパクト式の工具では、所定トルクに達したとこ
ろで素早く回路を切断することが望まれる。

【０００４】実際のインパクトレンチによるねじ締め時
の測定トルクを図１４に示す。これによると、ねじが着
座し徐々に締まる初期段階には、発生した衝撃力はねじ
の締め付け力に吸収され、測定データは小さく、ねじが
締まるにつれて徐々に増加する。そして、最後は発生衝
撃力とねじの締め付け力が一致すると、これ以上ねじに
締め付け力を与えることができず、測定される衝撃力は
飽和する。

【０００５】従って、打撃回数を知ることは、充電式工
具においては重要なポイントとなる。エアー方式では、
従来より図１９に示すようなギア式のエンコーダによる
検出方法等が提案されている。この従来では部材６１の
外周面にギア状部６１を形成し、このギア状部６１に対
向してセンサー６３を配設し、センサー６３の出力をバ
ッファを介してフリップフロップ６４に入力して、速度
の検出を行っている。しかし、この場合、余分な部品が
必要となり、また、取り付けも困難である。

【０００６】本発明は上述の点に鑑みて提供したもので
あって、大幅な変更をすることなく打撃回数を検出する
ことを目的としたインパクトレンチの打撃回数検出装置
を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、モータの回転
をハンマーを介して出力軸の回転打撃力に変換し、出力
軸の回転衝撃力によりボルトやナット等のねじ具を締め
付けるようにしたインパクトレンチにおいて、ハンマー
の外周をギア状に形成し、このハンマーのギア状の部分
に対向してハンマーの回転を検出するセンサーを設けた
ものである。

【０００８】また、請求項２では、打撃回数に応じたセ
ンサーからの信号数が所定数に達した時に、モータを停
止させるモータ停止手段を設けている。

【０００９】

【作用】而して、ハンマーの外周をギア状に形成し、こ
のギア状の部分に対向してセンサーを設けることで、非
接触で衝撃発生回数が検知可能で、軸に取り付ける部材
がないため、非常に簡単な構成で実現が可能である。ま
た、請求項２では、打撃回数に応じたセンサーからの信
号数が所定数に達した時に、モータを停止させるモータ
停止手段を設けていることにより、ねじ具の締め付けが
飽和した場合にモータを停止させて、電池の消耗を防ぐ
ことができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。まず、本発明が適用されるインパクトレンチの構
造の一例を図１５に基づいて説明を行う。図１５に示す
ように、インパクトレンチは、モータ１の回転を出力軸
２の回転打撃力に変換し、出力軸２の回転衝撃力を大き
くするために回転衝撃発生手段３を備えた構造となって
いる。モータ１と回転衝撃発生手段３の間には、減速機
構７が設けられており、モータ１の回転トルクを増幅し
ている。

【００１１】ハウジング１２の把手６内の上部にはモー
タ１の回転を制御するスイッチ部４と充電式電池８が納
装されている。また、把手６の外側の上部には工具の動
作をオンオフする操作スイッチ１０と、回転方向を切り
換えるレバー１１が配設されている。次に、内部機構に
ついて説明する。図１６に示すように、モータ１は電池
８により駆動され、その回転力は減速機構７において減
速される。本実施例では、減速機構７は２段の遊星歯車
により構成されている。この減速機構７により決まる減
速比で減速された回転力は伝達軸２６に伝達され、回転
衝撃発生手段３に接続されている。回転衝撃発生手段３
は、減速機構７と出力軸２との間に構成される。

【００１２】まず、出力軸２はハウジング１２の前端に
おいて軸受２８により回転自在に枢支されており、図１
８に示すように略Ｔ字型となっている。次に、駆動軸２
７は減速機構７の伝達軸２６と一体に成形されており、
その先端部は先に述べた出力軸２の後端部に設けられた
凹部２９に嵌合された軸受３０により回転自在に枢支さ
れている。駆動軸２７の中央部には円筒形のカム３１が
設けられており、カム３１の外側にはハンマー３２が遊
嵌されている。

【００１３】ハンマー３２は駆動軸２７の軸方向に摺動
可能となっており、カム３１とハンマー３２との間は綱
球３３により係合されている。すなわち、ハンマー３２
の外周面には中央部で駆動軸２７の先端側へ突極したＶ
字形のカム溝３４に対向してハンマー３２の内面には、
図１７に示すように、軸方向のカム球３５の後端には綱
球３３の移動を止めるためのストッパ端３６（カム溝３
４の端）が設けてあり、カム溝３４とカム球３５との間
に綱球３３を転動自在に嵌合させてある。

【００１４】しかして、駆動軸２７の回転は綱球３３を
介してハンマー３２に伝達され、ハンマー３２も駆動軸
２７と同じ回転数で回転している。また、ハンマー３２
はスプリング３７の作用により前方に押されているの
で、綱球３３は通常は図１６のようにカム溝３４の中央
（前端）に位置しているが、カム３１とハンマー３２と
の間に回転方向の滑りを生じると綱球３３がカム溝３４
内をイ方向へ移動するので、ハンマー３２のストッパ端
３６が綱球３３に押されてハンマー３２が後方へ強制的
にスライドさせられる。

【００１５】また、出力軸２の後端面には爪３８が突設
されており、この爪３８に対向させてハンマー３２にも
爪３９が突設されており、両爪３８と３９はハンマー３
２がスライドすることにより係合したり、分離したりで
きたりするようになっている。駆動軸２７の後端に嵌合
された釣４０とハンマー３２の内周のスプリング受け部
４１の間にはスプリング３７が張られており、スプリン
グ３７にはハンマー３２を前方へ付勢して爪３８と爪３
９とを互いに係合させている。

【００１６】回転衝撃発生手段３は上記のように構成さ
れているので、次のような動作によりモータ１の回転力
を回転衝撃力に変換して出力軸２に間欠的に回転衝撃力
を加える。すなわち、駆動軸２７が減速回転すると、カ
ム３１を介してハンマー３２も同じ回転数で回転し、ハ
ンマー３２の爪３９と出力軸２の爪３８とが係合してい
るので、出力軸２も回転する。

【００１７】この時、出力軸２の先のレーンアタッチメ
ント１５がボルトやナット等を掴んでいると、ボルトや
ナット等がある程度締まった時に回転に対する抵抗が生
じ、この抵抗力によって出力軸２の回転が妨げられるた
めに、ハンマー３２とカム３１との間に回転方向の滑り
を発生する。駆動軸２７の回転方向を図１７のロ方向と
すると、滑りにより綱球３３はカム溝３４内をイ方向へ
移動し、ハンマー３２は綱球３３によって後方へ押さ
れ、ハンマー３２はスプリング３７を押し縮めながら後
方へスライドする。

【００１８】ハンマー３２が後方へスライドしてハンマ
ー３２の爪３９が出力軸２の爪３８から外れると、スプ
リング３７の押圧力のためにハンマー３２は前方へ押し
戻されると同時に、カム３１に追従すべく駆動軸２７よ
りも高速で回転し、ハンマー３２が出力軸２に衝突する
と共に、ハンマー３２の爪３９が出力軸２の爪３８と係
合可能な状態となり、ハンマー３２が回転してハンマー
３２の爪３９が一つ進んだ状態で出力軸２の爪３８と係
合した瞬間にハンマー３２の回転力が回転衝撃力として
出力軸２に伝えられる。

【００１９】尚、ボルトやナットが締まってくると、こ
の衝撃力が反発力になり工具回転方向とは逆の方向にハ
ンマー３２が動作する場合も見られるが、上記の動作を
繰り返すことにより、ボルトやナットが高い締め付けト
ルクで締め付けられるのである。本発明は、前述のよう
に、ハンマー３２が衝撃を発生した際に、衝撃力が反発
力になり、工具回転方向とは逆の方向にハンマー３２が
動作することを利用し、この反対の回転を速度センサー
でセンシングし、回数をカウントすることで、ハンマー
３２の打撃回数（衝撃力発生回数）の検出を行うもので
ある。

【００２０】図１に示すように、ハンマー３２の外周面
にギア状の溝４４を設け、さらに、ギア状の歯４５に対
向したヨーク４６、コイル４７、永久磁石４８からなる
検出部Ａを備え、ハンマー３２の回転に応じて磁気回路
を通る磁束が変化することをコイル４７で検出する構成
としている。上記検出部Ａとハンマー３２の溝４４及び
歯４５で速度センサーを構成するものであり、図１
（ｃ）に示す破線は磁束の流れを示し、ハンマー３２が
回転することにより、磁気回路中の磁束が変化する。そ
の変化率によりコイル４７の巻線に電圧が発生し、その
電圧は図５に示すように正弦波状になり、回転速度に比
例して正弦波の電圧Ｆが大きくなり、また、正弦波の位
相Ｇが狭くなる。

【００２１】図２に上記検出部Ａの取付例を示し、検出
部Ａのヨーク４６をハンマー３２の歯４５に近接して配
設している。図３は検出部Ａにホール素子４９を用いた
実施例を示し、図１の場合と同様な磁気回路を構成する
が、ホール素子４９は磁気回路中でヨーク４６に挟まれ
た形となる。本実施例の場合、図５に示すような出力波
形のうち、出力電圧Ｆは一定であるため、速度は位相Ｇ
のみに現れる。図４はホール素子４９を用いた検出部Ａ
の取付例を示すものである。

【００２２】速度検出は、上記のうちコイル検出であれ
ば位相か電圧のいずれかを採用し、ホール素子検出であ
れば位相を採用する。まず、仮に信号の電圧値を採用す
る場合は、図６に示すように、速度センサーからの信号
をピークホールド回路５０に入力して、直流の速度信号
に変換する。また、位相を採用する場合は、図７に示す
ように、速度センサーからゼロクロス信号を得て、この
ゼロクロス信号から鋸歯と比較するサンプル・ホールド
回路５１により、直流の速度信号に変換する。

【００２３】実際の衝撃時のハンマー３２の速度変化を
検出するには、前述の速度信号のいずれかを使用する。
このいずれを使用しても良いが、衝撃時の速度変化は図
８のように、ハンマー３２がスプリング３７の力で前方
へ押し出された際に、スプリング３７が伸びきった所で
最高速度になり、その後、減速しながら出力軸２に当た
る。最良の条件時には、ハンマー３２の最高速度で出力
軸２に当たる。

【００２４】ハンマー３２が軸先に当たった際の速度の
測定結果を図８に示す。図示するように、当たる直前ま
では、前回の衝撃で失った速度を取り戻すために加速
し、軸先に当たった瞬間以降は速度が減少しているのが
わかる。この速度信号から、実際に打撃回数を検出する
手段としては、以下のような手段が挙げられる。

【００２５】まず、速度センサーが１個の場合は図９に
示すように、速度の変化、すなわち、加速度を用いれ
ば、加速度が負に転じた回数が打撃回数となる。図９
（ａ）の場合では、速度信号を微分回路５２で微分し、
その信号が零点検出回路５３にて零を横切った場合に衝
撃が発生したことを示している。図９（ｂ）はこの場合
の波形を示している。

【００２６】また、図１０（ａ）に示すように、速度信
号と設定値とを比較する比較器５３を用いた場合を示
し、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、速度信号に、あ
る設定値を設けることで、その値を越えて再度下回った
場合に発生するパルス信号の回数を、衝撃力発生回数と
するものである。次に、速度センサーつまり検出部Ａを
２個設けた場合では、図１１に示すように、ハンマー３
２の歯４５に対し、１つは同相、他方はそれより電気角
で９０°ずれるように配置することで、所謂エンコーダ
的な機能を備えたものである。

【００２７】すなわち、図１２に示すように、正転と逆
転時には両検出部Ａの出力位相が反転するが、位相検出
手段５４によりその位相差から回転方向を検出すること
で、衝撃発生時のハンマー３２の反転が検出可能であ
り、それが衝撃発生を示している。図１３に本発明の応
用例を示す。先の実施例のいずれかのハンマー３２の打
撃検出手段で構成された衝撃力発生検出手段５５から打
数信号Ｊを出力し、この打数信号Ｊをカウント手段５６
でカウントを行う。そして、予め設定された設定値（回
数）Ｌとカウント手段５６でカウントされた値を比較手
段５７で比較し、カウント値Ｋ≧設定値Ｌとなった場合
に、モータ停止手段５８を駆動し、モータ１への電源の
供給を停止するようにしている。

【００２８】図１４はインパクトレンチによるねじ締め
時の測定トルクを示す。これによると、ねじが着座し徐
々に締まる初期段階には、発生した衝撃力はねじの締め
付け力に吸収され、測定データは小さく、ねじが締まる
につれて徐々に増加する。そして、最後は発生衝撃力と
ねじの締め付け力が一致すると、これ以上ねじに締め付
け力を与えることができず、測定される衝撃力は飽和す
る。

【００２９】従って、ある回数以上の衝撃発生は電池を
消耗するのみであるから、予め締めるねじに応じた回数
を設定することで、締め付けが飽和した場合にモータ１
を停止させることで、電池の消耗を防ぐことができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明は上述のように、モータの回転を
ハンマーを介して出力軸の回転打撃力に変換し、出力軸
の回転衝撃力によりボルトやナット等のねじ具を締め付
けるようにしたインパクトレンチにおいて、ハンマーの
外周をギア状に形成し、このハンマーのギア状の部分に
対向してハンマーの回転を検出するセンサーを設けたも
のであるから、ハンマーの外周をギア状に形成し、この
ギア状の部分に対向してセンサーを設けることで、非接
触で衝撃発生回数が検知可能で、軸に取り付ける部材が
ないため、非常に簡単な構成で実現が可能であるという
効果を奏するものである。

【００３１】また、請求項２では、打撃回数に応じたセ
ンサーからの信号数が所定数に達した時に、モータを停
止させるモータ停止手段を設けていることにより、ねじ
具の締め付けが飽和した場合にモータを停止させて、電
池の消耗を防ぐことができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の実施例のハンマーの側面図、
（ｂ）は同上の要部斜視図、（ｃ）は同上のコイル検出
方式の検出部の配置構成図である。

【図２】同上の検出部の取付状態を示す断面図である。

【図３】同上のホール素子検出方式の検出部の配置構成
図である。

【図４】同上のホール素子からなる検出部の取付状態を
示す断面図である。

【図５】同上の速度センサーの出力波形図である。

【図６】同上の電圧を速度信号に使用する場合のブロッ
ク図である。

【図７】同上の位相差を速度信号に使用する場合のブロ
ック図である。

【図８】同上の衝撃発生時の速度測定波形を示す図であ
る。

【図９】同上の加速度による衝撃検知を行う場合の説明
図である。

【図１０】同上の速度信号による衝撃検知を行う場合の
説明図である。

【図１１】同上の２個の速度センサーを用いる場合の配
置構成図である。

【図１２】同上の２個の速度センサーを用いる場合の衝
撃検知の説明図である。

【図１３】同上の衝撃発生回数をカウントして動作を停
止させる場合のブロック構成図である。

【図１４】同上の衝撃力の測定結果を示す図である。

【図１５】同上のインパクトレンチの側面図である。

【図１６】同上の断面図である。

【図１７】同上のハンマー内部の溝部の説明図である。

【図１８】同上の出力軸の斜視図である。

【図１９】従来例の構成図である。

【符号の説明】

１ モータ ２ 出力軸 ３２ ハンマー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータの回転をハンマーを介して出力軸
   の回転打撃力に変換し、出力軸の回転衝撃力によりボル
   トやナット等のねじ具を締め付けるようにしたインパク
   トレンチにおいて、ハンマーの外周をギア状に形成し、
   このハンマーのギア状の部分に対向してハンマーの回転
   を検出するセンサーを設けたことを特徴とするインパク
   トレンチの打撃回数検出装置。
2. 【請求項２】 打撃回数に応じたセンサーからの信号数
   が所定数に達した時に、モータを停止させるモータ停止
   手段を設けたことを特徴とする請求項１記載のインパク
   トレンチの打撃回数検出装置。