WO2005087441A1

WO2005087441A1 - 締付工具および締付工具管理システム

Info

Publication number: WO2005087441A1
Application number: PCT/JP2005/004226
Authority: WO
Inventors: Yutaka Matsunaga
Original assignee: Makita Corporation
Priority date: 2004-03-12
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2005-09-22
Also published as: US20080230245A1; DE602005026735D1; US20090241744A1; US7726412B2; EP1724065A1; EP2111951A3; JP4906236B2; EP2111951A2; EP2111951B1; EP1724065B1; DE602005016654D1; US7556103B2; EP1724065A4; JP2005254400A

Abstract

　本発明は、トルク伝達を遮断するクラッチを備えた締付工具において、トルクセンサ等の高価な手段を用いることなく安価にネジ類の締付トルクを自己診断することを可能とする。　この締付工具１０は、モータ１３と、ネジ類に係合する主軸２０と、モータ１３と主軸２０との間に介装されたクラッチ１４を備える。クラッチ１４は、主軸２０に作用する負荷が所定値未満のときはモータ１３からのトルクを主軸２０に伝達し、主軸２０に作用する負荷が所定値以上となるとモータ１３から主軸２０へのトルク伝達を遮断する。締付工具１０は、さらに、モータ１３を制御する制御ユニット６０を備える。制御ユニット６０は、モータ１３に流れる電流をモニターし、モータ１３から主軸２０へのトルク伝達が遮断されたときの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。

Description

明細書

締付工具および締付工具管理システム

技術分野

[0001] 本発明は、ネジ類 (例えば、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を備えた締付工具に関する。

背景技術

[0002] 特開平 11— 179673号公報には、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開示されている。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付勢手段 (例えば、パネ )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を維持し、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、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。

発明の開示

[0003] 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、従来は、締付作業開始時にネジ類の締付トルクを実際に計測し、ネジ類の締付トルクが設定値となるよう調整が行われる。次いで、作業終了後に再びネジ類の締付トルクを実際に計測し、作業開始力作業終了までの間に行われた締付作業が適切であつたか否かを確認することが行われていた。し力しながら、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カゝらずれたとしても、その時点では締付トルクが設定値力ゝらずれたことを判断できず、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っヽて再検査等を行わなければならな!/、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。し力しながら、トルクセンサは高価であり、コストを増加させてしまう。このため、安価に締付トルクを検出することができる技術が望まれていた。

[0004] 本発明の目的は、トルク伝達を遮断するクラッチを有する締付工具にぉ、て、トルクセンサ等の高価な手段を用いることなく安価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ことである。

[0005] 本発明の締付工具は、モータと、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たクラッチを備えることができる。クラッチは、主軸に作用する負荷 (すなわち、ネジ類の締付トルク）が所定値未満のときはモータ力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。したがって、ネジ類の締付トルクが所定値未満のときは、主軸が回転し、ネジ類が被締付部材に締付けられる。一方、ネジ類の締付トルクが所定値以上となると、主軸の回転が停止し、ネジ類の締付も停止する。

このクラッチは、機械式のクラッチ機構を備えることが好ましい。機械式クラッチ機構は、例えば、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、圧縮パネ）によって構成することができる。主軸に作用する負荷が所定値未満であると、それらクラッチ板は機械的に係合し、モータのトルクを主軸に伝達する。一方、主軸に作用する負荷が所定値以上となると、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を遮断する。なお、付勢手段の押圧力は調整可能となっていることが好ましい。付勢手段の押圧力を調整することでクラッチ機構が作動する所定値を調整することができる。

[0006] 本発明の一つの態様に係る締付工具は、モータに流れる電流を検出する電流検出手段 (例えば、電流計)と、モータから主軸へのトルク伝達が遮断されたときに、その遮断時に電流検出手段で検出されたモータ電流値力ネジ類の締付トルクが正常か否かを判断する判断手段 (例えば、マイクロコンピュータ，マイクロプロセッサ）を備えることができる。モータに流れる電流値とモータ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がわかれば、その電流値力ネジ類の締付トルクが設定値となつている力否かを判断することができる。この締付工具では、電流検出手段がモータに流れる電流をモニターし、判断手段がトルク伝達遮断時の電流値に基づ、てネジ類の締付トルクが正常である力否かを診断する。

[0007] この締付工具は、さらに、クラッチ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、接触式又は非接触式スィッチ等のセンサ）を備えることができる。この場合、判断手段 (例えば、マイクロコンピュータ等）は、クラッチ作動検出手段と電流検出手段に接続され、これらの手段力の信号に基づいてネジ類の締付トルクが正常力否かを判断することができる。例えば、判断手段は、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、電流検出手段の出力からモータに流れる電流値を取得する。そして、判断手段は、取得し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する。一方、判断手段は、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。

[0008] また、本発明の他の態様に係る締付工具は、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を備えることができる。そして、この締付工具は、（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るまでの間に、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力ネジ類の締付トルクが正常カゝ否かを判断する判断手段 (例えば、マイクロコンピュータ，マイクロプロセッサ）を有することが好まし、。

ネジ類を被締付部材に締付けると、ネジ類が締付けられるのに伴ってネジ類の締付トルクは徐々に増加し、モータに作用する負荷も徐々に増加する。このため、ネジ類が被締付部材に当接したカゝ否か (ネジ類が着座したカゝ否か)は、モータ負荷 (すなわち、モータ電流）が設定値 (締付作業に応じて適宜設定される）を超えた力否かによって判断することができる。また、ネジ類が被締付部材に着座した後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。したがって、ネジ類の着座後の回転角度が分かれば、ネジ類の締付トルクが正常力否かを判断することができる。

このため、この締付工具の判断手段は、（1)モータに流れる電流が設定値を超えた時 (すなわち、ネジ類が着座した時)から（2)クラッチがトルクの伝達を遮断する時までのネジ類の回転角に基づいて、ネジ類の締付トルクが正常カゝ否かを判断する。具体的には、例えば、判断手段 (マイクロコンピュータ，マイクロプロセッサ等）は、電流検出手段と回転角検出手段に接続され、これらの手段力の出力が入力されるように構成する。判断手段は、モータに流れる電流が設定値を超えたときから、クラッチが作動するまでの主軸 (又はモータ)の回転角度を計測する。そして、判断手段は、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する。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。

[0009] なお、回転角度検出手段は主軸の回転角度を検出することが好ましい。主軸はトルク伝達が遮断された後は回転しないためである。回転角度検出手段にはロータリエンコーダを用いることができる。例えば、締付工具が主軸を回転可能に支持する軸受装置を備える場合は、その軸受装置にロータリエンコーダを設けることができる。

[0010] また、上述した各締付工具は、判断手段によってネジ類の締付トルクが正常でな!ヽ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〖こよると、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 (例えば、締付工具の再調整)することができる。

[0011] また、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 (イナ一シャ)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。

[0012] なお、上述した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、着座後のネジ類の回転角度による締付トルクの判定の両者を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。

[0013] また、上述した各締付工具は、異なる種類の被締付部材に異なるターゲット ·トルクでネジ類を締付ける締付作業に用いることができる。例えば、鉄などの硬い部材 (以下、ハードジョイント材という）に第 1のターゲット 'トルクでネジ類を締付ける締付作業と、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）に第 2のターゲット 'トルクでネジ類を締付ける締付作業に用いることができる。あるいは、同一の被締付部材の第 1の締付部位に第 3のターゲット 'トルクでネジ類を締付ける締付作業や、同一の被締付部材の第 2の締付部位に第 4のターゲット ·トルクでネジ類を締付ける締付作業に用いることちでさる。

締付工具を異なる種類の締付作業に用いる場合、締付工具はさらに、締付作業の種類毎にモータ電流の設定範囲及び Z又は主軸回転角の設定角度範囲を記憶するメモリを有することができる。この場合、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。そして、判断手段 (マイクロコンピュータ，マイクロプロセッサ等）は、締付作業の種類に応じてメモリからモータ電流の設定範囲及び Z又は主軸回転角の設定角度範囲を読取り、その読取った値を用いて締付トルクの判定を行うことができる。

締付作業の種類はユーザが作業毎に入力するように構成してもよヽし、あるいは、判断手段が締付作業中に締付作業の種類を判断することもできる。例えば、判断手段 (マイクロコンピュータ，マイクロプロセッサ等）は、ネジ類の着座後のモータ電流値の経時変化カゝ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 Z又は主軸回転角の設定角度範囲）をメモリ力読み出すことができる。

なお、作業管理者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、ノソコン)を操作して、締付作業の種類に応じてモータ電流の設定範囲及び z 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 ± 1 0%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。

[0014] さらに、本発明は、締付工具によって行われる締付作業を管理するための管理システムを提供する。例えば、本発明の管理システムは、複数の締付工具と、これら締付工具と通信可能に接続された管理装置 (例えば、ノソコン)を備える。締付工具は、管理装置と通信するための手段と、ネジ類の締付トルクが正常カゝ否かを判断する判断手段 (マイクロコンピュータ，マイクロプロセッサ等）を有する。管理装置は、締付ェ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を有する。そして、締付工具の通信手段は、判断手段で判断された判断結果を管理装置に送信する。管理装置のメモリには締付工具の通信手段カゝ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、ネジ類の締付作業が行われると、締付作業毎に締付工具の判断手段がネジ類の締付トルクが正常であった力否かの判断を行う。そして、判断手段による判断結果は管理装置に送信され、管理装置のメモリに格納される。したがつて、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、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、締付作業毎に行つてもよいし、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内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。

[0015] また、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 (すなわち、判断結果の対象となった締付作業により締付けたネジ類 )を特定するための特定情報を併せて送信することができる。そして、管理装置のメモリは、受信した判断結果と特定情報とが関連付けて格納することが好ましい。作業管理者は、メモリに格納された特定情報カゝら締付トルクが正常に行われなカゝつたネジ類を特定でき、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。

図面の簡単な説明

[0016] [図 1]本発明の一実施形態に係る締付工具の分解斜視図である。 [図 2]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)。

[図 3]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)。

[図 4]軸受装置の断面図である。

[図 5]本実施形態の締付工具の制御構成を示すブロック図である。

[図 6]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。

[図 7]本実施形態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

、ネジの回転角度の経時変化を併せて示す図である。

[図 8]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。

[図 9]本発明の他の実施形態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。

[図 10]本実施形態の変形例を説明するための図である。

[図 11]本発明の一実施形態に係る管理システムの概略図である。

[図 12]図 11に示す管理システムにおける管理装置の構成を示すブロック図である。発明を実施するための最良の形態

[0017] 以下、本発明の一実施形態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 13を収容固定する。モータ 13は、ブラシレス DCモータであり、ロータの機械的慣性力（ィナーシャ）が小さくされている。モータ 13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、その先端にはべベルギヤ（図示省略）が固定されている。回転軸 16に固定されたべベルギヤは、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）に嚙合している。スピンドル 20の他端には、ネジ類（ボルト、ナット又はネジ等）の頭部に係合するソケット（図示省略）が取付けられる。

[0018] この締付工具 10では、モータ 13が回転すると、その回転が遊星歯車機構 12によつ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のスピンドル 20 (すなわち、出力軸 16)に作用する負荷が低い状態では、モータ 13からのトルクをそのままスピンドル 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が締付けられる。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、クラッチ機構 14はモータ 13から出力軸 16 (スピンドル 20)へのトルク伝達を遮断し、これによつてネジ類の締付けが終了する

[0019] なお、締付工具 10は、モータ 13を起動するためのトリガスィッチ SWを備えている。

また、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。さらに、ハウジング 11の下端 l ibには、モータ 13等に電力を供給するノッテリパック 70 (図 5 に図示）が着脱可能に取付けられる。

[0020] 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り、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、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 13 (図 1参照）が接続される。クラツチ板 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。クラッチ板 24の下面 (クラッチ板 22側の面）にも突起 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!/ヽる。

[0021] 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、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に形成された貫通孔 24bに揷通されている。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、ようになって、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に配される。座板 31は、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が形成される。連結部 33には回転軸 16が固定されている。座板 31とクラッチ板 24との間には圧縮パネ 28が圧縮された状態で介装されている。したがって、クラッチ板 24は圧縮パネ 28によってクラッチ板 22の方向（下方）に付勢されている。なお、圧縮パネ 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いる。圧縮パネ 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。

[0022] 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 2 4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 13からクラッチ板 22に伝達されるトルクがクラッチ板 24に伝達される。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。

[0023] 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、圧縮パネ 28の押圧力に抗してクラッチ板 24が上方に移動する。これによつて、クラツチ板 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。

[0024] 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の負荷は圧縮パネ 28の押圧力によって決まる（すなわち、圧縮パネ 28の初期圧縮量によって決まる)。圧縮パネ 28の初期圧縮量 (クラッチ板 24と座板 31の間隔）は調整可能となつて、ることから、本実施形態の締付工具 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。

[0025] なお、クラッチ板 22, 24の近傍にはクラッチ作動検出装置が配設されている。クラッチ作動検出装置は、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。クラッチ作動検出装置は、検出スィッチ 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、検出スィッチ 3 6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。これによつて、検出スィッチ 36の可動片 36aが検出スィッチ 36から離れ、トルク伝達が遮断されたことが検出される。

[0026] 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。

[0027] 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、）の揷通孔が形成される。この揷通孔には、図面右端側より回転軸 16が圧挿され、これによつて回転軸 16に内筒 40が固定されている。したがって、回転軸 16が回転すると回転軸 16と一体となつて内筒 40が回転する。

[0028] 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ている。

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。

[0029] 次に、図 5を参照して制御ユニット 60の構成を説明する。図 5に示すように、制御ュニット 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、 C PU、 ROM, RAM及び IZO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 13の駆動を自動的に停止すると共に締付トルクが正常力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、制御ュニット 60は、マイクロコンピュータ 62以外にメモリ 61 (例えば、 EEPROM等の不揮発性メモリ）を備える。メモリ 61は、モータ電流の設定範囲及び Z又は主軸回転角の設定角度範囲を記憶している。

[0030] マイクロコンピュータ 62は、上述したトリガスィッチ SW、検出スィッチ 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、トリガスィッチ SW、検出スィッチ 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に入力す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 L ED等によって構成され、締付トルクが正常であつたか否力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つている。

[0031] 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、ノッテリ 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、ノッテリ 70の残容量検出を行うようになっている。

[0032] また、ノッテリ 70は、モータ駆動用の半導体スィッチ 68を介してモータ 13に接続される。半導体スィッチ 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。半導体スィッチ 68によって変換された 3相交流電源はモータ 13に供給され、モータ 13が回転する。なお、半導体スイツチ 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、半導体スィッチ 68に流れた電流 (すなわち、半導体スィッチ 68を介してモータ 13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、る。

[0033] 被締付部材 Wにネジ Sを締付ける際に、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、トリガスィッチ SWが ONされたか否かを判断する（S 10)。トリガスィッチ SWが ONされているとステップ S12に進み、トリガスィッチ SWが ONされて!/ヽな、とトリガスィッチ SWが ONされるまで待機する。ステップ S 12に進むとマイクロコンピュータ 62はモータ 13の回転を開始し、次!、で、電流検出部 64からの出力に基づ、てモータ 13に流れる電流値を計測する（S 14)。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に着座したカゝ否かを判断するために設定された値である。

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 S 16で NO〕は、ネジ S が被締付部材 Wに着座して!/ヽなヽと判断し、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〔ステツプ 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

[0034] ステップ S18でマイクロコンピュータ 62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 13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でマイクロコンピュータ 62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、る場合〔ステップ S 24 で YES〕はカウンタの値を 1インクリメントし（S26)、ノルス波を検出してヽな、場合〔ステップ S24で NO〕はステップ S 26をスキップする。

ステップ S28では、検出スィッチ 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 13から回転軸 16へのトルク伝達の遮断)した力否かを判断する。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 4 8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。

[0035] 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 13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 R AM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 S3 8に進む。

[0036] 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力ゥ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!/、る力否かを判断する。回転軸 16の回転角が設定角以上となって!/、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、な、ことを表示装置 54に表示する。

[0037] 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。マイク口コンピュータ 62は、トリガスィッチ SWが ONされると、モータ 13を回転駆動すると共にモータ 13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 ^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以上 (I >1 )であり、かつ、モータ電流値が第 1設定値 I以上となつてからク

2 2 1 1

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 Θ eが設定角 Θ 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未満となるか、回転角 Θ eが設定角 Θ 未満となる

2 1 と、ネジ Sが予め設定された締付トルクで締付けられて、な、と判断する。

[0038] 上述した説明から明らかなように、本実施形態の締付工具 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力のネジ 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力ものネジ Sの回転角（すなわち、ネジ Sが被締付部材 Wに着座して力ものネジ 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、これらの値力もネジ 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、本実施形態の締付工具 10では、モータ 13にブラシレス DCモータを用いることでロータのイナ一シャを小さくし、検出されるモータ電流値ゃネジ Sの回転角に対するロータのイナ一シャの影響を小さくしている。このため、モータ電流値ゃネジ 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。

[0039] なお、ネジ Sの締付トルクが正常である力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、これによつて第 2設定値が変化する。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設定値が変化する。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ことが好ましい。このため、締付ェ具 10のユーザは、実際の締付部位に応じたクラッチの調整 (パネ荷重の調整 (機械的調整)）と「第 2設定値」の設定を行うことが好ま、 (なお、ユーザによって設定された「第 2設定値」はメモリ 61に格納することができる。 ) ₀

[0040] 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)はハードジョイント材 (例えば、鉄等）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)はソフトジョイント材 (例えば、木材等）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、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、ネジが着座して力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 は低くなる。一方

H

、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 (I >1 )は高くなる。したがって、ハードジョ

S S H

イント材にネジを締付けるときの「第 2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 2設定値」より低めの値に設定されることとなる。

なお、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、モータのイナ一シャの影響を極力低減することが可能である。モータのイナ一シャの影響を低減することで、 I

Hと I

Sとの差を小さくすることができ (I ^1

H S )、簡易的に両者を同一の値とすることちでさる。

[0041] また、同一のラインにおいて同一のターゲット 'トルクで被締付部材の種類が異なる締付作業が行われる場合においては、メモリ 61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〖こよると、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。

かかる場合にぉヽて「第 2設定値」の変更は、締付工具に設けたスィッチを作業者が操作することで行うようにしてもよいが、マイクロコンピュータ 62によって被締付部材の種類を判断し、「第 2設定値」を変更するようにしてもよい。例えば、メモリ 61に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記憶する。マイクロコンビユータ 62は、メモリ 61に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被締付部材の種類を判断することができる（図 8参照)。

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被締付部材の種類を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の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ネジを締付ける場合のそれと比較して小さくなる。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。

[0042] 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ことが好ましい。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。

[0043] 以上、本発明の好適ないくつかの実施形態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、上述した実施形態においては、モータ 13にブラシレス DCモータを用いた力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。

[0044] また、上述した実施形態では、トルク伝達遮断時のモータ電流値と「第 2設定値」を比較し、また、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力否かを判断した。し力しながら、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、計測されたトルク伝達遮断時のモータ電流が「設定範囲 (I一 I )」に入る力否力、あるいは、測定された回転軸の回転角度 Θ 6が「設定角度範囲（Θ 一 Θ ；)」となる力否かによって、ネジの締付トルクが正常であるか

1 2

否かを判断するようにしてもよい。これによつて、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。

[0045] さらに、上述した実施形態では、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。し力しながら、ネジ Sの回転角度変化は、ェ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ょ、。

[0046] 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は本発明の一実施形態に係る管理システムの概略図であり、図 12は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 · ' 10ηは、それぞれ通信装置 56a, 56b - - 5 6nを備える。通信装置 56a, 56b' · 56ηは、各締付工具 10a, 10b ' · 10ηのマイクロコンピュータ（図 5参照）に接続され、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 ' · 10η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 ' ' lOn毎に作業管理情報が格納される。

[0047] 図 12に示すように管理装置 80は、締付工具 10a, 10b' · 10ηの通信装置 56a, 56 b ' · 56ηと通信を行う通信装置 86と、各種情報を表示するモニター 84と、通信装置 8 6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 · • 10η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。

[0048] 力かる管理システムにおいては、締付工具 10a, 10b · · 10η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力否力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。外部記憶装置 90には、締付工具毎 (すなわち、締付工具の ID番号毎）に作業結果 (例えば、締付トルクの正常 Z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。

[0049] 管理装置 80の CPU82は、外部記憶装置 90に格納された作業管理情報 (特に、クラッチ作動時のモータ電流値、回転軸の回転角度）の経時的な変化力締付工具にメンテナンスが必要であるカゝ否かを判断する。締付工具にメンテナンスが必要であると判断すると、その旨をモニター 84に表示する。モニター 84には、例えば、メンテナンスを要する旨と、締付工具の ID番号等が表示される。

また、 CPU82は、作業管理情報の経時変化 (クラッチ作動時のモータ電流値、回転軸の回転角度)から、各締付工具 10a, 10b · ' 10ηのメンテナンス時期を予測し、その予測したメンテナンス時期をモニター 84に表示することもできる。作業管理者は、作業開始前に管理装置 80のモニター 84に予測されるメンテナンス時期を表示させ、その予測されるメンテナンス時期から締付工具を使用するカゝ否かを判断することができる。例えば、工場の組立ラインで用いられる締付工具の場合、 1日の締付作業の最大回数が予め分力つている。このため、作業開始前にメンテナンス時期を予測し、その予測されたメンテナンス時期が作業中に到来する場合には、締付工具の使用を止めるように判断することができる。

[0050] 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番号力作業者を特定し、特定した作業者力生産ラインでの作業内容を特定する。そして、作業完了時刻力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、再締付等の対応を効率的に行うことができる。 [0051] 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、本発明はこのような形態に限られない。例えば、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。

[0052] 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。

Claims

請求の範囲

[1] ネジ類を締付ける締付工具であり、

モータと、

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力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力主軸へのトルク伝達を遮断するクラッチと、

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力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。

[2] 前記判断手段は、検出されたモータ電流値が設定範囲内であるとネジ類の締付トルクが正常であると判断する一方で、検出された電流値が設定範囲外であるとネジ類の締付トルクが異常であると判断することを特徴とする請求項 1に記載の締付工具

[3] 締付作業の種類毎に設定範囲を記憶するメモリをさらに有し、前記判断手段は、締付作業の種類に応じてメモリから設定範囲を読取り、その読取った設定範囲に基づいて締付トルクの異常判定を行うことを特徴とする請求項 2に記載の締付工具。

[4] ネジ類を締付ける締付工具であり、

モータと、

ネジ類に係合する主軸と、

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)モータ力主軸へのトルク伝達が遮断されるまでの間に、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力ネジ類の締付トルクが正常力否かを判断する判断手段と、を有する締付工具。

[5] 前記判断手段は、 (a)モータに流れる電流が予め設定された設定値を超えたときからクラッチが作動するまでの主軸又はモータの回転角度を計測し、 (b)計測された回転角度が設定角度範囲内であるとネジ類の締付トルクが正常であると判断する一方で、計測された回転角度が設定角度範囲外であるとネジ類の締付トルクが異常であると判断することを特徴とする請求項 4に記載の締付工具。

[6] 締付作業の種類毎に設定角度範囲を記憶するメモリを有し、前記判断手段は、締付作業の種類に応じてメモリから設定角度範囲を読取り、その読取った設定角度範囲に基づいて締付トルクの異常判定を行うことを特徴とする請求項 5に記載の締付ェ具。

[7] 前記判断手段は、モータに流れる電流が予め設定された設定値を超えたときからのモータ電流値の経時変化及び Z又は主軸の回転角度の経時変化力作業種類を決定し、その決定された作業種類に対応する設定角度範囲を読取ることを特徴とする請求項 6に記載の締付工具。

[8] 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 1一 7のいずれかに記載の締付工具。

[9] ネジ類を締付ける締付工具と、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締付工具管理システムであって、

締付工具は、締付作業が異常であるか否かを判断するための指標を検出する検出手段と、検出された指標に基づいてネジ類の締付トルクが正常である力否かを判断する判断手段と、管理装置と通信するための通信手段をさらに有し、

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、前記検出手段で検出された指標と、その指標に基づいて判断手段で判断された判断結果とを管理装置に送信し、

管理装置のメモリは、締付工具の通信手段から送信された指標と判断結果とを格納することを特徴とする締付工具管理システム。

[10] 締付工具の通信手段は、管理装置に指標及び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、管理装置のメモリは受信した判断結果と特定情報を関連付けて格納することを特徴とする請求項 9に記載の締付工具管理システム。

[11] 管理装置は、メモリに記憶された指標の経時変化力締付工具にメンテナンスが必要か否かを判断する判断手段をさらに有することを特徴とする請求項 9又は 10に記載の締付工具管理システム。

[12] 管理装置の判断手段は、メモリに記憶された指標の経時変化から締付工具のメンテナンス時期を予測することを特徴とする請求項 11に記載の締付工具管理システム