WO2013168355A1

WO2013168355A1 - インパクト回転工具

Info

Publication number: WO2013168355A1
Application number: PCT/JP2013/002451
Authority: WO
Inventors: 敏治大橋; 関野　文昭; 直有村
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2013-11-14
Also published as: JP2013233632A

Abstract

インパクト回転工具（１１）は、モータ（１５）と、モータ（１５）の出力側に設けられたインパクト力発生部１７とを含む。インパクト力発生部（１７）は、減速機構（１８）、ハンマ（１９）、アンビル（２０）、主軸（２１）を備える。主軸（２１）にはトルクセンサ（２６）が取り付けられている。トルクセンサ（２６）の検出信号は、スリップリング（２７）を介して制御部（６０）に供給される。制御部（６０）は、トルクセンサ（２６）の検出信号のインパクトパルスの間隔（時間間隔）が設定値以下であると、測定トルクが設定値未満であるか否かを判定する。

Description

インパクト回転工具

　本発明は、駆動源の動力をパルス状のトルクであるインパクト力に変換するインパクト力発生部を有し、そのインパクト力を利用して先端工具が取り付けられる軸部を回転させるインパクト回転工具に関する。

　インパクト回転工具は、駆動源の一例であるモータの回転出力を減速機構で減速し、減速された回転出力をハンマの打撃や油圧によりパルス状の衝撃トルクに変換し、その強い衝撃トルクで締め付け作業や弛緩作業を行う工具である。インパクト回転工具は、減速機構のみを用いた回転工具と比較して高いトルクが得られ、作業性が向上することから建築現場や組立工場などで幅広く使用されている（例えば特許文献１～４）。

　ところが、このインパクト回転工具はその高トルク特性のために締め過ぎてしまい、対象物を破損してしまうことがある一方、作業者が締め過ぎを恐れて緩めに締めてしまい締付トルクの不足が生じてボルトやねじ等の対象物を所望の強さで固定できないなどの問題点が生じる。

　そのため、特許文献１及び２に記載のインパクト回転工具では、所定のトルクで対象物の締め付けを行う際、工具用主軸（軸部）に設けた歪ゲージ又はトルクセンサ等のセンサによりトルクの測定を行い、例えばセンサ出力値に基づくトルクが所定トルク（例えば目標トルク）に達すると、モータの駆動を停止するようにしている。

　しかし、工具用主軸は駆動部分であるため、トルク測定時にノイズを拾い、正確なトルク測定が困難である場合がある。特にインパクト回転工具では、軸部にインパクト力が加わったときに比較的大きなノイズが発生し易いうえ、インパクト時に軸部に加わるトルクはパルス状であることから、センサ出力の中のインパクトパルスとノイズとを区別することが難しい。ノイズをトルクであると誤検出すると、例えば、ノイズに基づくトルクが所定トルクに達した場合にモータの駆動が停止されるという所定の駆動状態に駆動源が制御されてしまう虞があった。この場合、インパクト回転工具は、締め付けトルクが所定トルクに達する前に停止されてしまう。

　例えば特許文献４は、パルスレンチの駆動軸に設けられた歪みゲージからのセンサー出力からローパスフィルタ等のフィルタ手段でノイズを除去する技術を開示している。

　しかしながら、特許文献４の技術によれば、ローパスフィルタ等のフィルタ手段が必要になり、インパクト回転工具の構造の複雑化及びこれに伴う高コスト化が問題となる。また、インパクトパルスとノイズとを区別してノイズのみを除去できるようにフィルタ手段の遮断周波数を巧く設定することは難しい。

実開平１－１０６１６９号公報特開平８－２６７３６８号公報特開２０１０－１２５８７号公報特開平１１－２６７９８１号公報

　本発明の目的は、軸部の回転中に発生したノイズに起因するトルクの誤検出が原因で、トルクが所定トルクに達する前に駆動源が所定駆動状態に制御されてしまう不都合を、比較的簡単な構成で低減できるインパクト回転工具を提供することにある。

　本発明の一側面によれば、インパクト回転工具であって、駆動源と、前記駆動源からの動力をパルス状のトルクに変化させてインパクト力を発生させるインパクト力発生部と、発生した前記インパクト力によりパルス状のトルクを受け取る軸部と、前記軸部が受け取るトルクに対応した信号を生成するトルク検出部と、前記トルクに対応した信号中にノイズが発生しているか否かを推定するノイズ発生推定部と、前記トルクに対応した信号から求められたトルク値が、所定のトルク値に達したか否かを判定する判定部と、前記ノイズ発生推定部によりノイズが発生していないと推定され、かつ前記判定部により前記トルク値が前記所定のトルク値に達したと判定された場合に、前記駆動源を所定の駆動状態に制御する制御部とを備える、インパクト回転工具が提供される。

　本発明のインパクト回転工具では、前記トルクに対応した信号に基づいて、前記駆動源、前記インパクト力発生部及び前記軸部のうちいずれか一つでの機械的作動を検出する作動検出部を更に備え、前記ノイズ発生推定部は、前記検出された機械的作動の大きさが所定の閾値以下である場合に、ノイズが発生していないと推定することが好ましい。

　本発明のインパクト回転工具では、前記作動検出部により検出される前記作動は、インパクトの間隔であり、前記ノイズ発生推定部は、前記インパクトの間隔が所定の閾値以下である場合に、ノイズが発生していないと推定することが好ましい。

　本発明のインパクト回転工具では、前記ノイズ発生推定部は、前記インパクトの間隔が所定の閾値よりも大きい場合に、ノイズが発生していると推定し、前記ノイズ発生推定部によりノイズが発生していると推定された場合に、前記制御部は、前記駆動源を活性状態に維持することが好ましい。

　本発明のインパクト回転工具では、前記ノイズ発生推定部は、ノイズが発生していないと推定した場合に前記判定部に許可信号を供給し、前記判定部は、前記許可信号が供給されている間に前記トルク値が前記所定のトルク値に達した場合、前記駆動源の停止を指令する指令信号を前記制御部に供給することが好ましい。

　本発明のインパクト回転工具では、前記ノイズ発生推定部は、ノイズが発生していると推定した場合に前記判定部に禁止信号を供給し、前記判定部は、前記禁止信号が供給されている場合には、前記指令信号を前記制御部に供給しないことが好ましい。

　本発明のインパクト回転工具では、判定部は、前記判定の結果を示すデジタル信号を前記制御部へ供給することが好ましい。

　本発明のインパクト回転工具では、前記トルク検出部に接続され、前記トルクに対応した信号をトルク値に換算する処理回路部を更に備え、前記処理回路部は、前記トルク値を示すデジタル信号を前記制御部へ供給することが好ましい。

　本発明のインパクト回転工具では、スリップリングを更に備え、前記トルクに対応した信号は、前記トルク検出部から前記スリップリングを介して供給されることが好ましい。

　本発明のインパクト回転工具では、前記インパクト力発生部は、前記駆動源の動力で駆動されるハンマと、前記ハンマの打撃力を受けて発生した前記インパクト力を前記軸部に伝達するアンビルとを含み、前記インパクト回転工具は、前記アンビルに設けられ、出力信号を光送信すると共に前記アンビルと一体に回動する少なくとも一つの光送信部と、前記光送信部の光を受信可能な位置に、当該光送信部と非接触状態で設けられた光受信部とを備えることが好ましい。

　本発明のインパクト回転工具では、前記所定の駆動状態は、前記駆動源が停止される停止状態であることが好ましい。

　本発明のインパクト回転工具では、前記作動検出部により検出される前記作動は、インパクトから次のインパクトまでの前記軸部の回動量であり、前記ノイズ発生推定部は、前記回動量が所定の閾値以下である場合に、ノイズが発生していないと推定することが好ましい。

　本発明によれば、軸部の回転中に発生したノイズに起因するトルクの誤検出が原因で、トルクが所定トルクに達する前に駆動源が所定駆動状態に制御されてしまう不都合を、比較的簡単な構成で低減可能なインパクト回転工具を提供できる。

本発明の第１実施形態におけるインパクト回転工具の模式側断面図。スリップリングを示し、（ａ）は側断面図、（ｂ）は正面図。インパクト回転工具の電気的構成を示すブロック図。トルク判定処理を説明するグラフ。トルク判定処理におけるボルト締め付け過程を示し、（ａ），（ｃ），（ｅ），（ｇ）はボルトの平面図、（ｂ），（ｄ），（ｆ），（ｈ）はボルトの側面図。トルク判定処理を説明するグラフ。本発明の第２実施形態におけるインパクト回転工具の電気的構成を示すブロック図。本発明の第３実施形態のインパクト回転工具を示し、（ａ）は部分側断面図、（ｂ）は図８（ａ）にけるＡ－Ａ線に沿った要部断面図。本発明の変形例におけるインパクト回転工具の電気的構成を示すブロック図。（ａ），（ｂ）は図９と異なる本発明の変形例における光伝達部の構成を示す模式断面図。

　（第１実施形態）
　以下、本発明の第１実施形態によるインパクト回転工具を図１～図６を参照して説明する。

　図１に示されるように、本実施形態のインパクト回転工具１１は、ユーザが片手で把持可能な手持ち式であり、例えばインパクトドライバーあるいはインパクトレンチなどとして使用される。インパクト回転工具１１の外装を形成する本体ハウジング１２は、有底筒形状の胴部１３と、胴部１３から胴部１３の軸線に対して交差する一方向（図１では下方）に延出するハンドル部１４とを有している。

　胴部１３内の基端部（図１では右端部）には、駆動源の一例であるモータ１５が、モータ１５の回転軸線を胴部１３の軸線に一致させ、かつモータ１５の出力軸１６が胴部１３の先端に向くように配設されている。このモータ１５は、一例としてブラシモータ又はブラシレスモータからなる直流モータである。出力軸１６側において、モータ１５の隣接位置には、インパクト力発生部１７が設けられている。インパクト力発生部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させる機能を有する。

　インパクト力発生部１７は、モータ１５の回転速度を所定の減速比で減速する減速機構１８と、減速機構１８により減速されてトルクが高められた回転出力を受け取るハンマ１９と、ハンマ１９によって打撃されるアンビル２０と、その打撃によって回転力が衝撃的に印加される軸部の一例である主軸２１とを備える。なお、本実施形態では、主軸２１は、アンビル２０の一部としてアンビル２０に一体形成されているが、アンビル２０に固定されていてもよい。

　ハンマ１９は、減速機構１８の出力により回転する駆動軸２２に対して回転自在かつ駆動軸２２に沿って前後方向にスライド可能に設けられている。また、ハンマ１９は、減速機構１８とハンマ１９との間に介装されたコイルばね２４の弾性力により、前方（図１における左方）へ付勢され、アンビル２０と当接する位置に配置される。ハンマ１９は、アンビル２０の径方向へ延出する当接部２０ａと周方向に当接する一対の当接部１９ａを有し、減速機構１８によって減速された駆動軸２２の回転出力は、ハンマ１９とアンビル２０とが当接部１９ａ，２０ａの当接を介して一体に回転することにより、アンビル２０と同軸の主軸２１に伝達される。胴部１３の先端部（図１では右端部）には、不図示のソケット孔に挿着された状態で先端工具２３を着脱するチャック部１３ａが設けられている。

　主軸２１と共に回転する先端工具２３の回転によりボルト７０（図５参照）又はねじ（図示せず）等の締結部材の締め付けが進んだとき、あるいは締結部材を緩めるときに、主軸２１に加わる負荷が大きい。この場合、ハンマ１９とアンビル２０との間に所定以上の力が加わると、ハンマ１９はコイルばね２４を圧縮しつつ駆動軸２２に沿って後方（図１では右方）へ移動する。この移動過程でアンビル２０に対してハンマ１９が一定以上回動したときに、コイルばね２４の圧縮力が開放され、ハンマ１９は回転しながらコイルばね２４の付勢力によりアンビル２０を打撃する。このハンマ１９による打撃は、主軸２１が受ける負荷により、アンビル２０に対してハンマ１９が一定以上回動する度に繰り返される。こうしてインパクト回転工具１１により、ボルト７０又はねじなどの締結部材の締め付け又は弛緩作業が行われる。

　図１に示されるように、本実施形態のインパクト回転工具１１の主軸２１には、トルク検出部の一例であるトルクセンサ２６が取り付けられている。また、主軸２１には、トルクセンサ２６から供給される、トルクに対応する信号であるトルク検出信号（以下、単に「検出信号」ともいう。）を、回転系の主軸２１側から固定系の本体ハウジング１２側の配線へ伝送するスリップリング２７が取り付けられている。トルクセンサ２６は、主軸２１に接着剤で接着されたねじり歪み検出が可能な歪センサにより構成され、主軸２１にトルクが加わることにより発生する軸の歪を検出し、歪に比例した電圧信号を生成する。この電圧信号（検出信号）はスリップリング２７を通じて本体ハウジング１２側の回路基板２８へ供給される。なお、スリップリング２７の詳細な構成は後述する。

　ハンドル部１４には、インパクト回転工具１１を駆動する際にユーザにより操作されるトリガレバー２９（操作レバー）が設けられている。また、図１に示されるように、ハンドル部１４内に設けられた前述の回路基板２８には、モータ１５の回転制御及びトルク制御などを行う制御回路３０が設けられている。

　また、ハンドル部１４の下端部には、略四角箱状の収容ケースからなる電池パック装着部３１が着脱可能に設けられ、その内部に二次電池である電池パック３２（バッテリパック）が収容されている。インパクト回転工具１１は、電池パック３２を駆動用電源として用いる充電式である。電池パック３２は電力線３３を通じて制御回路３０に接続されている。

　また、図１に示されるように、モータ１５には、モータ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としては、例えばモータ１５の回転数に比例した周波数を有する周波数信号を発生する周波数ジェネレータが用いられている。もちろん、速度検出部３４は、例えばエンコーダなどでもよく、モータ１５がブラシレスモータである場合にはホールセンサの信号や逆起電力による速度検出を行ってもよい。速度検出部３４は、検出された速度に対応する信号を制御回路３０に供給する。

　制御回路３０は、モータ１５の制御などを司り、リード線３５を通じてモータ１５と電気的に接続されている。また、制御回路３０には、トルクセンサ２６により検出されたトルクに対応する信号（トルク検出信号）を、スリップリング２７を介して伝送するための信号線３６が電気的に接続されている。このようにトルクセンサ２６から制御回路３０への、トルクに対応した信号の出力は、スリップリング２７を介して行われる。さらに、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（図示せず）が電気的に接続されている。

　制御回路３０は、操作者がトリガレバー２９を操作する際の、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などの制御を行う。制御回路３０は、不図示のモータドライバを介してモータ１５への通電を制御し、モータ１５の回転制御及びトルク制御を行う。制御回路３０は、トルクセンサ２６により検出された主軸２１の歪みに応じた信号をトルクセンサ出力として生成する。

　次に、スリップリング２７の構造を図２に基づいて説明する。

　図２に示されるように、スリップリング２７は、主軸２１を構成する回転軸４０を、複数の軸受４１を介して回転可能に支持する四角箱状のケース４２を備える。トルクセンサ２６から延出する複数本の信号線４３（リード線）は、回転軸４０の内部に形成された配線用の孔４０ａを通って、ケース４２内に位置する回転軸４０の一部の外周面上に固定された集電環４４に接続されている。

　図２（ｂ）に示されるように、ケース４２内には、一対のアーム部４６を回動可能に支持する端子箱４８が設けられている。一対のアーム部４６の先端部には一対のブラシ４５がそれぞれ取り付けられ、アーム部４６を閉じる方向に付勢するばね４７の付勢力により、一対のブラシ４５は集電環４４の外周面に圧接状態で接触している。

　端子箱４８には、各信号線４３を通じて伝送されたトルク検出信号が、集電環４４及び一対のブラシ４５を介して個別に供給される。端子箱４８に供給された信号は、各信号線５０を介してケース４２の外側（図２の例では上側）に固定された複数の端子部４９に送られる。そして、端子部４９には、制御回路３０に接続された信号線３６が接続されている。こうしてトルクセンサ２６の検出信号（トルクセンサ出力）は、スリップリング２７の集電環４４とブラシ４５との接触（摺動）を介して制御回路３０に供給される。

　次に、インパクト回転工具１１の電気的構成を、図３を用いて説明する。

　図３に示されるように、インパクト回転工具１１は、前述のように、主軸２１に加えられるトルクを検出するトルクセンサ２６と、トルクセンサ２６からスリップリング２７を介してトルク検出信号を受信する制御回路３０とを備える。制御回路３０は、モータ１５のトルク管理及び速度制御などを司る制御部６０と、締め付けトルクの目標値である設定トルクを設定するトルク設定部６１とを備えている。

　トルク設定部６１は、例えばボリュームなどから構成され、制御部６０と電気的に接続されている。作業者は、トルク設定部６１を操作して、モータ１５の駆動を停止させる際の締め付けトルクの目標値である設定トルクを設定する。トルク設定部６１は、本例では設定トルクの±１０％の範囲内に目標トルクを設定する。もちろん、設定トルクそのものを目標トルクとしてもよい。なお、本実施形態では、目標トルクが、所定のトルク値の一例に相当する。

　制御部６０は、モータ１５の回転速度を測定するモータ速度測定部６２と、制限速度を算出する制限速度算出部６３と、モータ１５を制御するモータ制御部６４とを備える。ここで、図１に示される制御回路３０にはＣＰＵが設けられている。制御部６０は、例えばＣＰＵが制御用プログラムを実行することにより構築されるソフトウェアからなる。もちろん、ＡＳＩＣ等の集積回路により各部６２～６４をハードウェアで構成したり、一部をソフトウェアで構成し他の一部をハードウェアで構成したりしてもよい。

　モータ速度測定部６２は、速度検出部３４から供給された速度に対応する信号に基づきモータ速度（測定速度）を測定する。制限速度算出部６３は、測定速度と目標トルクとを受信し、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の回転速度を制限するための制限速度を算出する。モータ制御部６４は、モータ速度を制限速度以下に制限するようにモータ１５を制御する。つまり、モータ制御部６４は、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。

　さらに制御回路３０は、トルクセンサ２６からの検出信号に基づいて主軸２１に加わるトルク値を測定するトルク測定部６６と、トルクセンサ２６の検出信号に基づいて主軸２１の機械的作動を検出する作動検出部６７と、機械的作動の検出結果に基づいてトルク検出信号中にノイズが発生しているか否かを推定するノイズ発生推定部６８とを備える。また、制御回路３０は、トルク値が目標トルクに達したか否かを判定する停止判定部６９を備える。

　トルク測定部６６は、トルクセンサ出力（トルク検出信号）の例えばピーク値をトルク値（測定トルク）として測定する。トルク測定部６６は、測定されたトルク値を停止判定部６９へ供給する。作動検出部６７は、トルクセンサ２６の検出信号を基に主軸２１の機械的作動として、主軸２１に加わるインパクトの間隔を検出する。また、ノイズ発生推定部６８は、作動検出部６７からの機械的作動の大きさ、つまり本例ではインパクトの間隔が、所定の閾値以下であるか否かに基づいて、ノイズが発生しているか否かを推定する。ノイズ発生推定部６８は、ノイズが発生していないと推定した場合に制御部６０内の停止判定部６９へ許可信号を供給し、ノイズが発生していると推定した場合に停止判定部６９へ禁止信号を供給する。ここで、ノイズ発生推定部６８は、ノイズのピーク値を測定して得られるトルク値が、目標トルクに達する可能性が少しでもあるような大きさを有するノイズの発生を推定するものであって、目標トルクに達することが明らかにない小さなノイズは発生していないものとして推定する。なお、トルク測定部６６、作動検出部６７、ノイズ発生推定部６８、停止判定部６９の各々は、例えばＣＰＵがトルク検出用及び判定用プログラムを実行することによりソフトウェアで構成されるが、集積回路等によりハードウェアで構成したり、一部をソフトウェアで構成し他の一部をハードウェアで構成したりしてもよい。

　次に、停止判定部６９の判定処理の詳細を説明する。停止判定部６９は、トルク測定部６６から取り込んだ測定トルク（例えばピーク値）が、目標トルク（本例では設定トルクの±１０％の範囲内）に達したと判定し、かつノイズ発生推定部６８から許可信号が供給されているときに限り、停止を指令する指令信号をモータ制御部６４に供給する。つまり、停止判定部６９は、トルク測定部６６から取り込んだ測定トルクが目標トルクに達したと判定しても、ノイズ発生推定部６８から禁止信号が供給されているときは、モータ制御部６４に対して停止を指令する指令信号を供給しない。

　図４は、トルクセンサ２６の出力波形を示す。このグラフでは、横軸は時間、縦軸はトルクセンサ出力（トルク検出信号）を示す。

　トルク測定部６６は、トルクセンサ２６から供給されたトルク検出信号Ｓｔ中のインパクトパルスＩのピーク値を検出し、検出されたピーク値を測定トルクＴｍとして停止判定部６９へ供給する。このときのトルクセンサ２６の出力は、スリップリング２７を介して伝えられるため、アンビル２０が回転している時は、図４のグラフに示されるように、スリップリング２７内のブラシ４５の振動によるノイズＮが発生する。ノイズＮのピーク値が測定トルクＴｍとみなされる誤測定が発生すると、ノイズＮの測定値が目標トルクＴｏ以上となった場合、トルク値が目標トルクＴｏに達したとみなされてモータ１５の駆動が停止されてしまう。この場合、インパクト回転工具１１によって締め付けられたトルクは目標トルクよりも小さいものとなってしまう。この種のノイズＮは、アンビル２０の回転中におけるブラシ４５の摺動に起因するものであり、インパクト力が加わったときの衝撃で特に大きくなる。そこで、本実施形態では、誤検出の原因となるレベルのノイズＮが発生していない状態の下で、停止判定部６９は測定トルクが目標速度に達したか否かを判定する。そのため、本実施形態では、アンビル２０の回転速度が、アンビル２０がほとんど停止する極低速領域にあって、誤検出の原因となるほどのノイズＮが発生しないことをノイズ発生推定部６８が推定した場合に停止判定部６９は、モータ１５の駆動を停止すべきか否かの判定処理を行う。

　図５はインパクト回転工具によるボルトの締め付け過程を示し、図６はボルト締め付け過程におけるトルクセンサの出力波形を示す。主軸２１の先端部に装着された先端工具２３に、図５に示されるボルト７０の頭部７０ａが挿着される。そして、例えば図５（ａ），（ｂ）に示すように、ボルト７０の軸部７０ｂを対象部材７１のねじ孔（図示略）に差し込んで、ユーザがトリガレバー２９を引くと、インパクト回転工具１１が駆動されて主軸２１の回転により先端工具２３が一体的に回転することにより、ボルト７０は対象部材７１に締め付けられる。

　図５（ａ），（ｂ）に示すボルト７０の対象部材７１への締め付け開始時は、アンビル２０が回転し、スリップリング２７内のブラシ４５が集電環４４に対して摺動する。この摺動時の振動に起因してトルク検出信号Ｓｔ中に発生するノイズＮは比較的小さい。ボルト７０の締め付けが進んで、例えば図５（ｃ），（ｄ）に示すようにボルト７０の頭部７０ａが対象部材７１に着座すると、比較的大きな負荷がかかりアンビル２０が回転しにくくなる。そして、ハンマ１９とアンビル２０との間に所定以上の力が生じると、ハンマ１９がアンビル２０に対して相対回転しつつ駆動軸２２に沿って後方へスライドすることでコイルばね２４が圧縮される。ハンマ１９がアンビル２０に対して一定以上回転すると、ハンマ１９とアンビル２０との当接が解除され、圧縮されたコイルばね２４の弾性力によりハンマ１９がアンビル２０を打撃する。

　このとき、図６のグラフに示されるように、ハンマ１９の打撃によるインパクト力に起因するインパクトパルスＩがある時間間隔で発生すると共に、アンビル２０の回転中であるためブラシ４５の摺動に起因するノイズＮが発生する。このとき、インパクト力の影響で比較的大きなノイズＮが発生する。締め付けが進んでアンビル２０の回転が徐々に遅くなるに連れてブラシ４５の摺動速度が低下するので、ノイズＮは徐々に小さくなる。そして、例えば図５（ｅ），（ｆ）に示されるように、締め付け完了の少し手前の段階では、アンビル２０の回転がほとんど停止とみなせる程度に非常に遅くなり、図６に示されるように、ノイズＮが発生しなくなる。この締め付け完了の少し手前（図５（ｅ），（ｆ））を過ぎた、アンビル２０の回転がほとんど止まる極低速領域では、ハンマ１９の打撃によるインパクトパルスＩの時間間隔Ｔipが所定の閾値Ｔｓ以下である。

　そのため、本実施形態では、トルクセンサ出力（トルク検出信号）を基に、作動検出部６７が検出する機械的作動として、インパクトパルスの間隔Ｔip（打撃間隔）が採用される。そして、ノイズ発生推定部６８は、インパクトパルスの間隔Ｔipが所定の閾値Ｔｓを超えているうちは（Ｔip＞Ｔｓ）、誤検出の原因となるノイズＮが発生している可能性がある（「ノイズ発生あり」）と推定して禁止信号を停止判定部６９へ供給する。また、ノイズ発生推定部６８は、インパクトパルスの間隔Ｔipが所定の閾値Ｔｓ以下であると（Ｔip≦Ｔｓ）、この種のノイズＮが発生している可能性がない（「ノイズ発生なし」）と推定して許可信号を停止判定部６９へ供給する。但し、この手法が可能なのは、モータ１５の速度が変化していない略定速のときであるので、ノイズ発生推定部６８がこの推定処理を行うときは、図３に示されるモータ速度測定部６２から供給される信号により、モータ１５の速度が変化してないことを確認するようにしている。

　次に、本実施形態のインパクト回転工具１１の作用を説明する。作業者はボルト７０やねじ等を締め付けるときは、予めトルク設定部６１を操作して設定トルクを設定しておく。また、作業者は、締め付け時には切替レバーを正転位置に選択しておく。この状態で作業者がトリガレバー２９を操作すると（引き込むと）、インパクト回転工具１１が駆動され、先端工具２３が回転する。この結果、例えば図５に示されるように対象部材７１に対するボルト７０の締め付けが行われる。

　このインパクト回転工具１１の駆動時は、モータ１５の回転速度が減速機構１８を介して減速され、その減速によりトルクが高められた回転がインパクト力発生部１７を介して主軸２１に伝達され、主軸２１の先端部に取り付けられた先端工具２３が回転する。このインパクト回転工具１１の駆動時には、トルク測定部６６がトルクセンサ２６からのトルク検出信号Ｓｔ中のピーク値を測定し、測定されたピーク値を測定トルクＴｍとして停止判定部６９へ供給する。

　図５（ａ）に示されるボルト７０の対象部材７１への締め付け開始時は、アンビル２０が回転し、スリップリング２７内のブラシ４５が集電環４４に対して摺動し、この摺動時の振動に起因してトルク検出信号Ｓｔ中にノイズが発生する。ボルト７０の締め付けが進んで、図５（ｃ），（ｄ）に示すようにボルト７０の頭部７０ａが対象部材７１に着座すると、負荷がかかってアンビル２０が回転しにくくなる。そして、ハンマ１９とアンビル２０との間に所定以上の力が生じると、ハンマ１９がアンビル２０に対して回転しつつ駆動軸２２に沿って後方へスライドしてコイルばね２４が圧縮される。ハンマ１９がアンビル２０に対して一定以上回転すると、ハンマ１９とアンビル２０との当接が外れ、コイルばね２４の弾性力によりハンマ１９がアンビル２０を打撃する。

　このとき、図６のグラフに示されるように、トルク検出信号Ｓｔ中には、ハンマ１９の打撃によるインパクトパルスＩがある時間間隔で発生する。トルク測定部６６は、トルク検出信号Ｓｔ中のインパクトパルスＩのピーク値を測定し、測定されたピーク値を測定トルクＴｍとして制御部６０へ供給する。また、アンビル２０の回転中であるため、トルク検出信号Ｓｔ中にはブラシ４５の摺動に起因するノイズＮが発生する。このため、ノイズＮのピーク値も測定トルクとして停止判定部６９へ供給される場合が発生しうる。

　ここまでの締め付け過程では、図６に示されるように、インパクトパルスＩの間隔Ｔipが、所定の閾値Ｔｓよりも大きいので（Ｔip＞Ｔｓ）、ノイズ発生推定部６８はノイズ発生ありと推定して禁止信号を停止判定部６９に供給する。このため、停止判定部６９は、判定処理を行わないか、判定処理を行っても、禁止信号の受信中なので、モータ制御部６４に対して停止を指令する指令信号を供給しない。この結果、モータ制御部６４は、モータ１５を活性状態に維持する。

　そして、インパクト力による強いトルクで締め付けが進み、例えば図５（ｅ），（ｆ）に示されるように締め付け完了の少し手前の締め付け最終期では、アンビル２０の回転がほとんど停止し回転速度が非常に遅くなるので、誤検出の原因となるノイズＮが発生しなくなる。この締め付け最終期では、アンビル２０は極低速で回転するので、ハンマ１９の打撃によるインパクトパルスＩの間隔Ｔipが所定の閾値Ｔｓ以下である。

　ノイズ発生推定部６８は、インパクトパルスＩの間隔Ｔipが所定の閾値Ｔｓ以下であると（Ｔip≦Ｔｓ）、許可信号を停止判定部６９に供給する。停止判定部６９は、許可信号を受信する場合、測定トルクＴｍが目標トルクＴｏに達した（Ｔｍ≧Ｔｏ）か否かを判定する。そして、停止判定部６９は、Ｔｍ≧Ｔｏが成立すると判断すると、測定トルクＴｍが目標トルクＴｏに達し（Ｔｍ≧Ｔｏ）かつ許可信号が供給されるという条件が満たされるので、モータ制御部６４に対して停止を指令する指令信号を供給する。モータ制御部６４は、停止指令を受信すると、モータ１５を所定の駆動状態に制御、すなわち、モータ１５の駆動を停止させる。この結果、締め付けトルクが目標トルクに達すると、インパクト回転工具１１の駆動が停止される。

　以上詳述したように、本実施形態のインパクト回転工具によれば、以下の効果が得られる。

　（１）ノイズ発生推定部６８は、ノイズＮが発生していないと推定すると、停止判定部６９に許可信号を供給する。停止判定部６９にノイズ発生推定部６８から許可信号が供給され、かつ測定トルク（トルク値）が目標トルク（所定のトルク値）に達した場合に、モータ１５（駆動源）が停止状態に制御される。このため、ノイズＮのピーク値を測定トルクとみなして停止判定部６９が判定処理を行い、ノイズＮに基づく間違った測定トルクが目標トルクに達した場合に、モータ１５が停止されてしまう不都合を回避できる。このため、ノイズＮが発生していない状態でインパクトパルスＩのピーク値が目標トルクＴｏに達したときに、モータ１５を停止させることができる。この結果、実際の締め付けトルクが目標トルクに達したときに、インパクト回転工具１１の駆動を停止させることができる。よって、ノイズＮを測定トルクと誤検出したことに起因して、実際の締め付けトルクが目標トルクに達していないにも拘わらず、インパクト回転工具１１の駆動が停止されてしまう不都合を回避できる。

　（２）インパクト回転工具１１は、主軸２１での機械的作動を検出する作動検出部６７と、作動検出部６７で検出された作動の大きさが所定の閾値以下であるか否かを判定することで、誤検出の原因となるノイズＮの発生の有無を推定するノイズ発生推定部６８とを備える。ノイズ発生推定部６８は、作動検出部６７で検出された作動の大きさが所定の閾値より大きければノイズ発生ありと推定して停止判定部６９へ禁止信号を供給し、作動の大きさが所定の閾値以下であればノイズ発生なしと推定して停止判定部６９へ許可信号を供給する。よって、停止判定部６９は、誤検出の原因となるノイズＮが発生していない状況下で測定トルクＴｍが目標トルクＴｏに達したか否かを判定できるので、実際の締め付けトルクが目標トルクに達したときにモータ１５の駆動を停止することができる。

　（３）作動検出部６７は、機械的作動として、インパクトパルスの間隔Ｔip（インパクトの間隔）を検出し、ノイズ発生推定部６８は、インパクトパルスの間隔Ｔipが所定の閾値Ｔｓ以下である場合に、許可信号を生成する。よって、ノイズが発生していないことを比較的正確に推定できるので、実際の締め付けトルクが目標トルクＴｏに達したことを比較的正確に判定できる。

　（４）トルクセンサ２６からの、トルクに対応した信号（トルク検出信号）は、スリップリング２７を介して制御回路３０へ供給されるため、ブラシ４５と集電環４４との摺動部分に加わる振動及びインパクト力に起因してトルク検出信号にノイズが重畳する。しかし、本実施形態では、トルク検出信号Ｓｔに誤検出の原因となるノイズＮが重畳していないと推定されるときに停止判定部６９が判定処理を行うので、ノイズＮの影響をさほど受けずにインパクト回転工具１１の停止制御を行うことができる。

　（第２実施形態）
　次に、第２実施形態によるインパクト回転工具を、図７を参照して説明する。

　前記第１実施形態では、トルクセンサ２６により検出されたトルクの波形（アナログ信号）が、スリップリング２７を介して制御部６０へ供給された。これに対して、この第２実施形態では、停止判定部６９が、信号伝送方向において、スリップリング２７よりも、トルクセンサ２６寄りに配置され、スリップリング２７を通る信号が、停止判定部６９の判定結果を示す「０」又は「１」のデジタル信号である。

　図７に示されるように、アンビル２０に取り付けられたトルクセンサブロック７５（センサユニット）は、トルクセンサ２６と、トルク測定部６６と、作動検出部６７と、ノイズ発生推定部６８と、停止判定部６９とを備える。このトルクセンサブロック７５は、信号伝送方向において、スリップリング２７よりも上流（トルクセンサ側）の位置に搭載されている。これによりアンビル２０の主軸２１に取り付けられたトルクセンサブロック７５からスリップリング２７を介してモータ制御部６４へ供給される指令信号は、停止判定部６９からの「０」又は「１」のデジタル信号である。このようにスリップリング２７を通る信号がデジタル信号であるため、信号にノイズＮが重畳しても、指令信号の内容を正しくモータ制御部６４に伝えることができる。

　この第２実施形態のインパクト回転工具によれば、以下の効果を得ることができる。

　スリップリング２７を通る信号がデジタル信号であるため、ノイズＮに対する耐性が改善される。この結果、実際の締め付けトルクが目標トルクＴｏに達する前にモータ１５の駆動が停止される誤停止の発生頻度を顕著に低減できる。よって、実際の締め付けトルクが目標トルクＴｏに達したときに一層正確にインパクト回転工具１１の駆動を停止することができる。

　（第３実施形態）
　次に、第３実施形態によるインパクト回転工具を図８に基づいて説明する。

　図８（ａ）に示されるように、インパクト力発生部１７は、前述の減速機構１８、ハンマ１９、アンビル２０、及びコイルばね２４を含む。トルク検出部の一例であるトルクセンサ２６は、主軸２１に取り付けられてアンビル２０と一体に回転し、主軸２１に加わるトルクに対応した信号を生成する。

　減速機構１８は、サンギア１８ａと、アウタギア１８ｂと、サンギア１８ａ及びアウタギア１８ｂの間に両者に噛合する複数のプラネットギア１８ｃとを有する公知の遊星歯車機構からなる。アンビル２０の後方に配置されるハンマ１９は、駆動軸２２の軸周りに回動自在かつ駆動軸２２の軸方向にスライド自在に支持されて、コイルばね２４により、アンビル２０に向かって付勢されている。

　モータ１５の駆動により駆動軸２２が回転すると、鋼球７７によりハンマ１９が駆動軸２２と一体に回転し、さらにアンビル２０がハンマ１９との当接を介して主軸２１と一体で回転することにより、主軸２１が回転し、先端工具２３によりボルト７０等の締め付け又は弛緩が行われる。例えば締め付けが進行して先端工具２３に加わる負荷が大きくなって、減速機構１８で大きくしたトルクでは先端工具２３の回転を維持できなくなると、ハンマ１９がアンビル２０に対して相対回転し、駆動軸２２上の摺動溝２２ａに沿って後端部へ移動する鋼球７７と共にハンマ１９が、コイルばね２４の付勢力に抗して後退する。さらに後退したハンマ１９とアンビル２０との当接が外れると、圧縮されたコイルばね２４の弾性力によりハンマ１９が回転しながら前進してアンビル２０に衝突し、衝突の衝撃による回転トルクが主軸２１に加えられる。

　図８（ａ），（ｂ）に示されるように、アンビル２０の主軸２１の外周面上には複数の光送信部８１が周方向に所定の間隔を開けて略環状に配置されている。光送信部８１は例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）からなる。光送信部８１に対向する胴部１３の内壁面上の位置には、光受信部８２が、光送信部８１と離間する非接触状態で配置されている。光受信部８２は例えばフォトダイオードからなる。なお、図８では４個の光送信部８１が設けられているが、主軸２１がどの回転角にあってもいずれか１つの光送信部８１からの光を光受信部８２が受光できる限りにおいて、光送信部８１の個数は４個以外の適宜な値に変更できる。

　この第３実施形態のインパクト回転工具１１は、光送信部８１及び光受信部８２を備える点以外は、図７で示された第２実施形態によるインパクト回転工具と基本的に同様の回路構成を有している。図７に示される停止判定部６９の出力（つまり指令信号）が「１」の場合には、アンビル２０の主軸２１と一体で回転している光送信部８１が点灯し、その点灯した光は停止を指令する指令信号として光受信部８２に受光される。一方、停止判定部６９の出力（指令信号）が「０」の場合には、光送信部８１が点灯せず、光受信部８２は何も受光しない。

　この第３実施形態のインパクト回転工具によれば、以下の効果を得ることができる。

　トルクセンサ２６の信号に基づき判定された判定情報を、光送信部８１から光受信部８２への光通信により非接触で伝送できるため、さらにノイズに対する耐性が改善される。

　なお、実施形態は、以下に示す態様に変更してもよい。

　・図９に示されるように、トルク測定部６６が、スリップリング２７よりも信号伝送方向において上流に配置されてもよい。また、このトルク測定部６６は、トルクに対応した信号をトルク値に換算する処理回路部（例えばＡ／Ｄ変換器）により構成されてもよく、トルク値を示すデジタル信号を停止判定部６９へ供給するように構成されてもよい。この構成によれば、インパクト回転工具１１の使用中のインパクト時の衝撃や振動によるノイズの影響を低減し、実際の締め付けトルクが目標トルクに達したときに正確にインパクト回転工具１１の駆動を停止させることができる。

　・図１０に示されるように、第３実施形態のインパクト回転工具は、光送信部８１からの光を光受信部８２へ伝える光伝達部８５を備えてもよい。図１０の例では、光伝達部８５を設けることにより、光送信部８１を１個で済ませている。光伝達部８５としては、図１０（ａ）に示される反射方式と、図１０（ｂ）に示される導光方式とのうちどちらでも採用できる。図１０（ａ）に示される反射方式の例では、例えば金属製の筒部８３が、主軸２１及び光送信部８１と非接触状態で、主軸２１の外周において、主軸２１と同心上に配置されている。筒部８３の内周面が鏡面８３ａに形成されると共に、主軸２１の外周面が鏡面２１ａに形成されている。そして、筒部８３の光受信部８２と対向する位置には光出射口８３ｂが開口している。光送信部８１からの光は、鏡面８３ａ及び鏡面２１ａを例えば交互に反射しながら主軸２１と筒部８３との間の空間を周方向に進み、光出射口８３ｂから出射して光受信部８２に受光される。また、図１０（ｂ）に示される導光方式では、主軸２１の外周面上には、一つの光送信部８１が、光送信部８１の光出射方向が主軸２１の外周面の接線方向を向くように配置される。筒状の導光板８４は、導光板８４の周方向端面が光送信部８１の光出射部と対向するように、主軸２１の外周面に密着して、主軸２１と同心上に取り付けられている。光送信部８１から出射された光が筒状の導光板８４内を周方向に伝播すると、導光板８４の外周面全体が所定以上の明るさで発光するので、導光板８４の発光が光受信部８２に受光される。これらの構成によれば、光送信部８１が１個で済むので、前記第３実施形態の構成に比べ、光伝達部８５を追加するものの、複数個（図８の例に対して例えば３個）の光送信部８１及び発光制御用の配線等を削減できるため、比較的簡単な構造で済むうえ、光送信部８１の消費電力を低減できる。

　・作動検出部６７により検出される作動は、インパクトの時間間隔に限定されない。ノイズが発生したか否かを判定することができれば、他の作動でもよい。作動は、例えばインパクトパルスの時間間隔に替え、インパクトから次のインパクトまでの軸部の回動量でもよい。そして、インパクトパルス間の回動量が所定の閾値以下であり、誤検出の原因となるノイズが発生していないと推定されると、ノイズ発生推定部６８は許可信号を生成する。

　・トルクセンサの取付け箇所は、主軸２１に加わるトルクを検出できれば、主軸２１に限定されず、例えば駆動軸２２、アンビル２０、ハンマ１９でもよい。

　・ノイズ発生推定部６８が、ノイズ発生なしと判定する時に限り、トルク測定部６６が制御部６０へ測定トルクを供給してもよい。

　・作動検出部６７による機械的作動の検出対象は、主軸２１に限定されず、例えばインパクト力発生部１７、さらには駆動源であるモータ１５でもよい。例えばインパクト力発生部１７が検出対象である場合、駆動軸２２又はハンマ１９にトルクセンサが設けられ、その機械的作動を作動検出部６７が検出してもよい。また、インパクト力発生部１７の駆動軸２２又はハンマ１９に、主軸２１に設けたトルクセンサとは別に機械的作動検出用の第２のトルクセンサが設けられてもよく、その機械的作動を作動検出部６７が検出してもよい。また、インパクト力発生部の駆動源が、ソレノイド又は油圧式駆動源の場合、駆動源にトルクセンサ２６を設けることで、インパクトパルスの間隔などの機械的作動を作動検出部６７により検出できる。

　・スリップリング２７に対するトルク測定部６６、作動検出部６７、ノイズ発生推定部６８の各々の位置は、信号伝送方向において適宜変更できる。トルク測定部６６と停止判定部６９との間にスリップリング２７が位置してもよく、作動検出部６７とノイズ発生推定部６８との間にスリップリング２７が位置してもよく、ノイズ発生推定部６８と停止判定部６９との間にスリップリング２７が位置してもよい。

　・前記第１実施形態のインパクト回転工具では、制御部が駆動源を制御する駆動源の所定の駆動状態は、駆動源が停止される停止状態であるが、例えば駆動源の速度が低減される減速状態であってもよい。例えば目標トルクよりも所定の値だけ小さな値を有するように設定された減速開始トルクにトルク値が達すると、モータ１５の駆動を減速させる制御が行われてもよい。さらに、減速された速度で所定時間だけ駆動した後に駆動源を停止させる制御が追加されてもよい。また、所定の駆動状態は、駆動源の速度が増加される加速状態でもよい。例えばトルク値が所定のトルク値に達したら、増し締めのために主軸２１が所定回動量の回動をするまで、あるいはトルク値が増し締め用の目標トルク値に達するまで、更にモータ１５の回転が、一段高い回転速度に加速されてもよい。

　・モータ（電動モータ）は、ブラシモータ又はブラシレスモータ以外の直流モータ又は交流モータでもよい。

　・インパクト回転工具１１の駆動源は、電動モータに限定されず、例えばソレノイドでもよい。また、駆動源は、電動式に限定されず、例えば油圧式の駆動源でもよい。駆動源が例えば油圧モータであってもよく、油圧モータの出力回転をインパクト力発生部１７に供給してもよい。駆動源が油圧シリンダであってもよく、インパクト力発生部１７が油圧の力でパルス状のインパクト力を発生させてもよい。もちろん、空圧式の駆動源も採用できる。

　・インパクト回転工具は、充電式であっても、充電式でないＡＣインパクト回転工具であってもよい。

　・インパクト回転工具は、例えばインパクトドライバー及びインパクトレンチの他、ハンマードリル、丸鋸、ジグソー、振動ドライバー、グラインダ、釘打機などに適用することができる。これらの場合でも、インパクト発生部を設けることで、軸部に加わる負荷が大きいときにインパクト力を発生させて軸部を回転させることができる。

　・本明細書では、機械的作動が次のように定義される。機械的作動は、駆動源、インパクト力発生部、軸部でのインパクト力１回当たりの機械的な作動（例えば軸部の回動）を指す。そして、作動の大きさは、インパクト力１回当たりの作動量（一例としてインパクトから次のインパクトまでの軸部の回動量）を指す。

Claims

　インパクト回転工具であって、
　駆動源と、
　前記駆動源からの動力をパルス状のトルクに変化させてインパクト力を発生させるインパクト力発生部と、
　発生した前記インパクト力によりパルス状のトルクを受け取る軸部と、
　前記軸部が受け取るトルクに対応した信号を生成するトルク検出部と、
　前記トルクに対応した信号中にノイズが発生しているか否かを推定するノイズ発生推定部と、
　前記トルクに対応した信号から求められたトルク値が、所定のトルク値に達したか否かを判定する判定部と、
　前記ノイズ発生推定部によりノイズが発生していないと推定され、かつ前記判定部により前記トルク値が前記所定のトルク値に達したと判定された場合に、前記駆動源を所定の駆動状態に制御する制御部と
を備える、インパクト回転工具。
　請求項１に記載のインパクト回転工具であって、
　前記トルクに対応した信号に基づいて、前記駆動源、前記インパクト力発生部及び前記軸部のうちいずれか一つでの機械的作動を検出する作動検出部を更に備え、
　前記ノイズ発生推定部は、前記検出された機械的作動の大きさが所定の閾値以下である場合に、ノイズが発生していないと推定する、インパクト回転工具。
　請求項２に記載のインパクト回転工具であって、
　前記作動検出部により検出される前記作動は、インパクトの間隔であり、
　前記ノイズ発生推定部は、前記インパクトの間隔が所定の閾値以下である場合に、ノイズが発生していないと推定する、インパクト回転工具。
　請求項３に記載のインパクト回転工具であって、
　前記ノイズ発生推定部は、前記インパクトの間隔が所定の閾値よりも大きい場合に、ノイズが発生していると推定し、
　前記ノイズ発生推定部によりノイズが発生していると推定された場合に、前記制御部は、前記駆動源を活性状態に維持する、インパクト回転工具。
　請求項１に記載のインパクト回転工具であって、
　前記ノイズ発生推定部は、ノイズが発生していないと推定した場合に前記判定部に許可信号を供給し、
　前記判定部は、前記許可信号が供給されている間に前記トルク値が前記所定のトルク値に達した場合、前記駆動源の停止を指令する指令信号を前記制御部に供給する、インパクト回転工具。
　請求項５に記載のインパクト回転工具であって、
　前記ノイズ発生推定部は、ノイズが発生していると推定した場合に前記判定部に禁止信号を供給し、
　前記判定部は、前記禁止信号が供給されている場合には、前記指令信号を前記制御部に供給しない、インパクト回転工具。
　請求項１乃至６のいずれか一項に記載のインパクト回転工具であって、
　前記判定部は、前記判定の結果を示すデジタル信号を前記制御部へ供給する、インパクト回転工具。
　請求項１乃至７のいずれか一項に記載のインパクト回転工具であって、
　前記トルク検出部に接続され、前記トルクに対応した信号をトルク値に換算する処理回路部を更に備え、前記処理回路部は、前記トルク値を示すデジタル信号を前記制御部へ供給する、インパクト回転工具。
　請求項１乃至８のいずれか一項に記載のインパクト回転工具であって、スリップリングを更に備え、前記トルクに対応した信号は、前記トルク検出部から前記スリップリングを介して供給される、インパクト回転工具。
　請求項９に記載のインパクト回転工具であって、
　前記インパクト力発生部は、前記駆動源の動力で駆動されるハンマと、前記ハンマの打撃力を受けて発生した前記インパクト力を前記軸部に伝達するアンビルとを含み、
　前記インパクト回転工具は、
　前記アンビルに設けられ、出力信号を光送信すると共に前記アンビルと一体に回動する少なくとも一つの光送信部と、
　前記光送信部の光を受信可能な位置に、当該光送信部と非接触状態で設けられた光受信部と
を備える、インパクト回転工具。
　請求項１に記載のインパクト回転工具であって、前記所定の駆動状態は、前記駆動源が停止される停止状態である、インパクト回転工具。
　請求項２に記載のインパクト回転工具であって、
　前記作動検出部により検出される前記作動は、インパクトから次のインパクトまでの前記軸部の回動量であり、
　前記ノイズ発生推定部は、前記回動量が所定の閾値以下である場合に、ノイズが発生していないと推定する、インパクト回転工具。