WO2012023452A1 - インパクト回転工具 - Google Patents

Abstract

　回転駆動源であるモータ２と、モータ回転からパルス状の衝撃を発生させるとともに該衝撃で出力軸７に回転トルクを加えるインパクト発生装置と、出力軸に加わるトルクを測定するトルクセンサ１０と、トルクセンサにより測定されたトルクが設定された目標トルクに達した時に上記モータを停止させる制御手段Ｃとを備える。上記制御手段は、設定された目標トルクに応じて１衝撃当たりのトルク増大値を変化させるように構成される。

Description

インパクト回転工具

　本発明は、ボルトやナットなどの締め付け作業及び弛緩作業に用いられるインパクトレンチやインパクトドライバなどのインパクト回転工具、殊にトルクセンサ付きのインパクト回転工具に関するものである。

　モータで回転駆動されるハンマによる打撃衝撃や、油圧によるパルス状の衝撃で出力部を回転させるインパクト回転工具は、減速機のみを用いた回転工具と比較して、衝撃印加による高いトルクを得られるために、建築現場や組立工場などで幅広く使用されている。

　ところが、このインパクト回転工具は１回の衝撃で高いトルクを得ることができる高トルク特性のために、えてして締めすぎが生じて対象物を破損してしまうことがある。そして作業者が締めすぎを恐れてゆるめに締めてしまうと、締付トルク不足が生じて対象物を所望の通りに固定できなかったりする問題点が生じていた。

　適度な締め付けを行うために、日本国特許公開８－２６７３６８号公報のように、出力軸にトルクセンサを取り付けて、トルクセンサで測定されたトルクが目標トルクに達するとモータを停止するものも存在している。

　一方、インパクト回転工具において、大きいボルトを速く締め付けるためには、１衝撃毎のトルク増加を大きくすることになる。しかし、同じ工具を用いて小さいボルトを締め付けると、１衝撃で設定された目標トルク以上のトルクに達してしまったり、ごく少ない衝撃数で目標トルクの範囲内より高いトルクに達してしまったりする。このために、適切なトルクを発生した後に止めることが難しく、締付トルクの精度が低下してしまうという問題があり、目標トルクの大きさに応じて複数台の工具を使い分ける必要があった。

　そこで、本発明の目的は、１台のインパクト回転工具で幅広い目標トルクに対して、精度よく締め付けを行うことができるインパクト回転工具を提供することにある。

　本発明は、回転駆動源であるモータと、モータ回転からパルス状の衝撃を発生させるとともに該衝撃で出力軸に回転トルクを加えるインパクト発生装置と、出力軸に加わるトルクを測定するトルクセンサと、トルクセンサにより測定されたトルクが設定された目標トルクに達した時に上記モータを停止させる制御手段とを備えたインパクト回転工具において、上記制御手段は、設定された目標トルクに応じて１衝撃当たりのトルク増大値を変化させるように構成される。

　この発明によれば、大トルクを発生させることができて、大きなねじも締め付けられるものにおいても、小さなねじを締め付けるときには、目標トルクを小さく変更するだけで、小さなねじに対応したインパクト回転工具となるものであり、１台のインパクト回転工具で幅広い目標トルクに対して、精度よく締め付けを行うことができる。従って、目標トルクの大きさに応じて複数台の工具を使い分けなくとも、１台のインパクト回転工具で幅広い目標トルクに対して精度よく締め付けを行うことができる。

　この発明において、上記制御手段は、目標トルクがより小さいほど上記トルク増大値もより小さくするものであることが好ましい。これにより、目標トルクをより小さく変更するだけで、より小さいねじに対応したインパクト回転工具となる。

　この発明において、上記制御手段は、基準トルクを記憶し、目標トルクが当該基準トルクよりも小さいときには上記トルク増大値を減少させて、目標トルクが当該基準トルクよりも大きいときには上記トルク増大値を増加させることが好ましい。これにより、目標トルクを基準トルクより小さく又は大きく変更することで、種々のねじに対応させることができる。

　この発明において、上記目標トルクは、少なくとも第１の目標トルクと第１の目標トルクよりも小さい第２の目標トルクとを備え、上記制御手段は、前記トルク増大値として、少なくとも前記第１の目標トルクに対応した第１のトルク増大値と、前記第２の目標トルクに対応した第２のトルク増大値と、を記憶し、前記第２のトルク増大値は、前記第１のトルク増大値よりも小さく設定されていることが好ましい。これにより、目標トルクを第１または第２の目標トルクに設定することで、種々のねじに対応させることができる。

　この発明において、上記制御手段は、設定された目標トルクに応じてモータ出力を制限するものであることが好ましい。これにより、追加の部品などを必要とすることなく低コストで１衝撃当たりのトルク増大値を変化させることができる。

　この発明において、上記制御手段は、設定された目標トルクに応じてモータの最大回転速度を制限するものであることが好ましい。これにより、制御が簡単で済む。

　また、上記制御手段は、設定された目標トルクに応じてモータの最大加速度を制限するものであることが好ましい。これにより、トルクが小さい範囲で出力が低下するために、目標トルクが小さい時の精度を高くすることができる。

　そして、上記制御手段は、設定された目標トルクの大きさのみに応じて１衝撃当たりのトルク増大値を変化させるものであることが好ましい。これにより、制御が簡単ですむ。

　上記制御手段は、設定された目標トルクの大きさに加えて、設定された目標トルクとトルクセンサにより測定されたトルクとの差の値に応じて１衝撃当たりのトルク増大値を変化させるものであることが好ましい。これにより、締め付け始めは出力を大きくし、目標トルクに近づけば出力をさらに制限することができるために、目標トルクまで少ない衝撃数で早く達することができる上に精度も良いものを得ることができる。

　さらに、上記制御手段は、１衝撃当たりのトルク増大値を、設定された目標トルクに到達するまで所定回数以上の衝撃が必要な値に制限するものであることが好ましい。これにより、目標トルク付近で締め付けを停止させることがより確実に行えるものとなる。

　特に、目標トルクに対する誤差範囲を±ｘ％とするとき、目標トルク範囲の下限に達するまでに必要な衝撃の回数を５０／ｘ回以上としていることが好ましい。これにより、目標トルク範囲内で２回以上の衝撃を発生させることができ、モータの停止タイミングによって停止までにさらに１衝撃が加わるようなことがあっても、締付トルクが目標トルク範囲から外れてしまうことがなく、目標トルクの精度内で締め付けを行うことができる。

　本発明の好ましい実施形態をさらに詳細に記述する。本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な記述および添付図面に関連して一層良く理解されるものである。
本発明の実施形態のインパクト回転工具の一例のブロック図である。 本発明の実施形態のインパクト回転工具の概略断面図である。 本発明の実施形態のインパクト回転工具における目標トルクが大きい時の動作説明図である。 本発明の実施形態のインパクト回転工具における目標トルクが小さい時の動作説明図である。 従来例の問題点を示す動作説明図である。

　以下、本発明の実施形態について図１～図５を参照しながら説明する。本実施形態のインパクト回転工具１は、図２に示すように駆動源であるモータ２と、モータ２の回転を所定の減速比で減速する減速機３と、モータ２の回転が減速機３を介して伝達されるハンマ４と、ハンマ４によって打撃されるアンビル５と、ハンマ４を軸方向に付勢するばね６と、その打撃によって回転力が衝撃的に印加される出力軸７と、トルクセンサ１０と、制御回路Ｃ（制御手段）とを備えている。図２中の出力軸７にはビット８が取り付けられている。ハンマ４の打撃は、ハンマ４とアンビル５の間に所定以上の負荷トルクが加わったために、アンビル５に対してハンマ４がばね６に抗して後退するとともに一定以上回動したときに発生するようになっている。つまり、本実施形態のインパクト回転工具１は、ハンマ４とアンビル５とによるインパクト発生装置を備える。

　出力軸７にはトルクセンサ１０が取り付けられている。このトルクセンサ１０は、出力軸７の外面に取り付けた磁歪部（図示せず）と、出力軸７の外周に配置された検出コイル（図示せず）と、外部磁気のシールドおよび検出コイルの感度向上のために検出コイルを覆っているヨーク（図示せず）とからなる。上記磁歪部は、ねじり歪み検出のためのスリットのパターンを設けた磁歪性をもつアモルファス箔を備え、当該アモルファス箔がエポキシ系接着剤で出力軸７に強固に接着されて形成される。そして出力軸７にトルクが加わることによって出力軸７に歪が発生し、この歪に伴って磁歪部１１の磁気特性も変化する。上記検出コイルには制御回路Ｃが高周波の電圧を加えており、磁歪部の磁気特性の変化によって出力電圧が変化する。従って、上記出力電圧の測定で出力軸７に加わるトルクの大きさを求めることができる。

　制御回路Ｃに接続されたモータ２は、操作者がトリガスイッチ１５を操作するとき、トリガスイッチ１５の引き量に応じて回転速度を変化させるなどの制御を制御回路Ｃより受ける。

　また上記モータ２にはその回転速度を検出するモータ速度検出部１６を設けてある。モータ速度検出部１６としては、モータの回転数に比例した周波数信号を発生する周波数ジェネレータを好適に用いることができるが、このほか、エンコーダなどでもよく、ブラシレスモータであればホールセンサの信号や逆起電力によって速度検出を行ってもよい。

　図１には、本実施形態の制御回路Ｃのブロック図が示されており、この制御回路Ｃは目標トルクで締め付け動作を停止させるとともに目標トルクの大きさに応じてモータ２の回転数を変更する制御を行うように構成される。

　制御回路Ｃは、図１に示すように、上記速度検出部１６からの信号をＡ／Ｄ変換して取り込むモータ速度測定部Ｃ１と、上記トルクセンサ１０からの信号をＡ／Ｄ変換して取り込むトルク測定部Ｃ３と、モータ２に対して回転数をフィードバック制御するモータ制御部Ｃ６とを備える。

　更に、本実施形態の制御回路Ｃは、目標トルクを記憶するトルク設定部Ｃ２と、測定されたトルクがトルク設定部Ｃ３内に記憶される目標トルクに達しているか否かを判定する停止判定部Ｃ４と、後述する制限速度算出部Ｃ５とを備える。

　具体的に説明すると、今、作業者がボリュームなどのトルク設定手段（図示せず）を介して締め付けの目標トルクを設定すれば、この目標トルクがトルク設定部Ｃ２にセットされる。そして、作業者がトリガスイッチ１５を引くと、モータ制御部Ｃ６はトリガスイッチ１５の引き量に応じた速度でモータ２が回転するようにモータ２を制御駆動する。そして、停止判定部Ｃ４はトルクセンサ１０及びトルク測定部Ｃ３で取り込んだトルク測定値（たとえばピーク値）が、トルク設定部Ｃ２にセットされた目標トルク（の±１０％の範囲内）に達しているか否かの判定を行う。もし、当該目標トルクに達していると判定すると、停止判定部Ｃ４は停止指令信号をモータ制御部Ｃ６に送る。そして、前記停止指令信号を受信したモータ制御部Ｃ６は、モータ２に対して駆動を停止するように制御し、その結果、締め付け動作が終了する。　ここにおいて、トルク設定部Ｃ２にセットされた目標トルクが相対的に大きい場合は、トリガスイッチ１５を最大限に引けば、モータ２は最高速度で駆動される。この場合、ハンマ４によるアンビル５の打撃で生じた衝撃は大きく、１衝撃当たりのトルク増大値も相対的に大きい。そしてこの１衝撃当たりのトルク増大値は締め付けが進むにつれて小さくなるが、目標トルクの±１０％の範囲内に達すれば、上述の停止判定部Ｃ４がモータ制御部Ｃ６に停止指令信号を発してモータ２を停止させる。

　ここで、もし従来のインパクト回転工具のようにトルク設定部Ｃ２にセットされた目標トルクが相対的に小さい時も、トリガスイッチ１５を最大限に引いた時にモータ２が最高速度で駆動されるようになっていると、図５に示すように、１衝撃当たりのトルク増大値が目標トルクの±１０％の範囲を飛び越えてしまったりするために、目標トルクでモータ２を停止させることができず、締めすぎが生じてしまうことになる。もちろん、作業者がトリガスイッチ１５を引く量を加減してモータ２の回転速度を抑えれば、目標トルクに達した時点でモータ２が停止するように制御されることになるが、トリガスイッチ１５の引き量を目標トルクに応じて加減することは極めて困難である。

　これに対して本発明のインパクト回転工具においては、制御回路Ｃが制限速度算出部Ｃ５を備える。そして、制御速度算出部Ｃ５は、作業者によりトリガスイッチ１５が引かれた時に、トルク設定部Ｃ２にセットされた目標トルクの大きさに応じてモータ２の回転速度を規制するように構成されている。具体的には、トルク設定部Ｃ２にセットされる目標トルクがより小さいほどトルク増大値もより小さくするように設定される。つまり、目標トルクが相対的に小さい時には、トリガスイッチ１５を最大限に引いても、制限速度算出部Ｃ５によりモータ２は最高速度に達しない速度に制限されるものであり、トリガスイッチ１５の引き量が少ない時には、さらに速度が抑制される。

　なお、例えば、トルク設定部Ｃ２は、基準トルクを予め記憶していてもよい。そして、トルク設定部Ｃ２は、設定される目標トルクが当該基準トルクよりも小さいときにはトルク増大値を減少させて、目標トルクが当該基準トルクよりも大きいときにはトルク増大値を増加させるように構成されてもよい。

　さらに、上記の構成以外に、例えば、トルク設定部Ｃ２は、目標トルクとして、少なくとも第１の目標トルクと、第１の目標トルクよりも小さい第２の目標トルクとを備えてもよい。そして、トルク設定部Ｃ２は、トルク増大値として、少なくとも第１の目標トルクに対応した第１のトルク増大値と、第２の目標トルクに対応した第２のトルク増大値とを記憶する。但し、ここで、第２のトルク増大値は、第１のトルク増大値よりも小さく設定されている。つまり、使用者により第２の目標トルクが選択されて設定されると、第２のトルク増大値が設定され、結果として、第１の目標トルクが選択されるよりも１衝撃当たりのトルク増大値が制限される。

　この様に、トルク設定部Ｃ２にセットされた目標トルクが相対的に小さい時には、１衝撃当たりのトルク増大値も相対的に小さく、図４に示すように、目標トルクに達するまでの衝撃回数も多くなるとともに、目標トルクの例えば±１０％の範囲内に留まる回数も多くなる。従って、停止判定部Ｃ４がモータ制御部Ｃ６に停止指令信号を発令してモータ２が停止した時、締付トルクが目標トルクの範囲内に収まるものである。

　トリガスイッチ１５を最大限に引いた時のモータ２の回転速度は、トルク設定部Ｃ２でセットされた目標トルクの大きさと要求される誤差範囲から算出したテーブルにしたがって制限されるようにするのが好ましいが、対象物によってはテーブル上の値以外も設定可能としてもよい。

　また、目標トルクに対する上記誤差範囲を±ｘ％とする場合、目標トルク範囲の下限に到達するまでに５０／ｘ回以上の衝撃が必要となるようにするのが好ましい。誤差範囲が上述のように±１０％であれば、５０／１０＝５より５パルス以上かけて目標トルクに到達するように１衝撃当たりのトルク増大値を制限するのである。この場合、目標トルクの誤差範囲±ｘ％の範囲内で２回以上の衝撃が発生することになるために、１回目の衝撃でモータ２が停止しなくても次の衝撃で停止させることができ、締付トルクを目標トルクの範囲内に納めることがより確実にできることになる。

　トルクセンサ１０で検出されたトルクと目標トルクとの差の値に応じて、モータ２の回転速度を更に変化させるようにしてもよい。目標トルクに近づくにつれて１衝撃当たりのトルク増大値が小さくなるようにモータ２の回転数を低下させるのである。

　締付が完了した後は、トルクの測定結果の表示、あるいは締め付け動作の良否の判定表示を行うようにしておくと、作業者にしてみれば、より安心して作業を行うことができる。トルク測定値や良否の判定結果を通信によって例えば外部端末のような管理手段（図示せず）に通知するようにすれば、締付トルクの管理を行うことができる。

　上記実施例では、ハンマ４とアンビル５とによるインパクト発生装置を備えたインパクト回転工具を示したが、油圧パルスで衝撃を発生させるものであってもよい。また、モータの回転数を制限することで１衝撃当たりのトルク増大値を抑制するものを示したが、加速度を制限することで１衝撃当たりのトルク増大値を抑制するもの、減速比を変更するもの、油圧パルスにおけるオイル流路を変更するもの等、１衝撃当たりのトルク増大値を変化させることができるものであれば、どのような構成のものを用いてもよい。

　本発明を幾つかの好ましい実施形態について記述したが、この発明の本来の精神および範囲、即ち請求の範囲を逸脱することなく、当業者によって様々な修正および変形が可能である。

Claims (11)

1. 　回転駆動源であるモータと、モータ回転からパルス状の衝撃を発生させるとともに該衝撃で出力軸に回転トルクを加えるインパクト発生装置と、出力軸に加わるトルクを測定するトルクセンサと、トルクセンサにより測定されたトルクが設定された目標トルクに達した時に上記モータを停止させる制御手段とを備えたインパクト回転工具において、
   　上記制御手段は、設定された目標トルクに応じて１衝撃当たりのトルク増大値を変化させるように構成されることを特徴とするインパクト回転工具。
2. 　上記制御手段は、目標トルクがより小さいほど上記トルク増大値もより小さくするものであることを特徴とする請求項１記載のインパクト回転工具。
3. 　上記制御手段は、基準トルクを記憶し、目標トルクが当該基準トルクよりも小さいときには上記トルク増大値を減少させて、目標トルクが当該基準トルクよりも大きいときには上記トルク増大値を増加させることを特徴とする請求項１記載のインパクト回転工具。
4. 　上記目標トルクは、少なくとも第１の目標トルクと第１の目標トルクよりも小さい第２の目標トルクとを備え、
   　上記制御手段は、前記トルク増大値として、少なくとも前記第１の目標トルクに対応した第１のトルク増大値と、前記第２の目標トルクに対応した第２のトルク増大値と、を記憶し、
   　前記第２のトルク増大値は、前記第１のトルク増大値よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１記載のインパクト回転工具。
5. 　上記制御手段は、設定された目標トルクに応じてモータ出力を制限するものであ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回転工具。
6. 　上記制御手段は、設定された目標トルクに応じてモータの最大回転速度を制限するものであることを特徴とする請求項５記載のインパクト回転工具。
7. 　上記制御手段は、設定された目標トルクに応じてモータの最大加速度を制限するものであることを特徴とする請求項５記載のインパクト回転工具。
8. 　上記制御手段は、設定された目標トルクの大きさのみに応じて１衝撃当たりのトルク増大値を変化させるものであることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載のインパクト回転工具。
9. 　上記制御手段は、設定された目標トルクの大きさに加えて、設定された目標トルクとトルクセンサにより測定されたトルクとの差の値に応じて１衝撃当たりのトルク増大値を変化させるものであることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載のインパクト回転工具。
10. 　上記制御手段は、１衝撃当たりのトルク増大値を、設定された目標トルクに到達するまで所定回数以上の衝撃が必要な値に制限するものであることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載のインパクト回転工具。
11. 　目標トルクに対する誤差範囲を±ｘ％とするとき、目標トルク範囲の下限に達するまでに必要な衝撃の回数を５０／ｘ回以上としていることを特徴とする請求項１０記載のインパクト回転工具。

Images