WO2015102038A1 - インパクト回転工具の慣性モーメントの測定方法とその測定方法を用いたインパクト回転工具 - Google Patents

インパクト回転工具の慣性モーメントの測定方法とその測定方法を用いたインパクト回転工具 Download PDF

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WO2015102038A1
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torque
moment
angular acceleration
inertia
output shaft
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PCT/JP2014/006161
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光政 水野
関野　文昭
大谷　隆児
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • B25B23/1453—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for fluid operated wrenches or screwdrivers for impact wrenches or screwdrivers

Definitions

  • the present invention relates to a method for measuring the moment of inertia of an impact rotary tool and an impact rotary tool using the measurement method.
  • An impact rotary tool is a tool that converts the rotation output of a motor, which is an example of a drive source, to a pulsed impact torque by hammering or hydraulic pressure, and performs tightening or relaxation work using the impact torque. is there.
  • a motor which is an example of a drive source
  • a pulsed impact torque by hammering or hydraulic pressure
  • workability is improved because a higher torque can be obtained as compared with the rotary tool using only the speed reduction mechanism. Therefore, impact rotary tools are widely used in construction sites and assembly factories (see, for example, Patent Document 1).
  • the torque is measured by a sensor such as a torque sensor provided on the output shaft, and when the torque based on the output value of the sensor reaches a predetermined torque such as a target torque, the motor It is conceivable to stop the driving of. At this time, it is necessary to correct the moment of inertia, but the moment of inertia may change depending on the member attached to the output shaft.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to measure an inertia moment of an impact rotary tool capable of appropriately measuring an inertia moment, and to perform impact rotation using the measurement method. To provide a tool.
  • the method of measuring the moment of inertia of an impact rotary tool includes: measuring a shaft torque applied to an output shaft driven by a drive source by a torque measuring unit; and measuring an angular acceleration of the output shaft by an angular acceleration measuring unit. Measuring, and based on the axial torque measured by the torque measuring unit and the angular acceleration measured by the angular acceleration measuring unit, coupled to the output shaft and rotated by the output shaft. Calculating a moment of inertia of an object to be measured.
  • An impact rotary tool includes a drive source, an impact force generation unit that generates an impact force by changing the power of the drive source into a pulsed torque, and a pulsed torque generated by the generated impact force.
  • An output shaft that transmits the torque to the tip tool, a torque measuring unit that measures axial torque applied to the output shaft, an angular acceleration measuring unit that measures angular acceleration of the output shaft, and the axis measured by the torque measuring unit Based on the torque and the angular acceleration measured by the angular acceleration measuring unit, an inertia moment calculating unit that calculates the moment of inertia of the tip tool connected to the output shaft and rotated by the output shaft; A torque calculation unit for calculating a tightening torque based on the angular acceleration, the shaft torque, and the moment of inertia; and controlling the drive source based on the tightening torque. And a control unit for.
  • the drive source is an electric motor.
  • the torque measuring unit may measure the shaft torque from a measured value of an energization current to the drive source.
  • the drive source is an electric motor.
  • the angular acceleration measuring unit may measure the angular acceleration of the output shaft from the speed of the drive source.
  • the impact rotary tool further includes an operation unit operated to drive the drive source. Only the tip tool, which is a measurement object, is attached to the output shaft, and the moment of inertia calculation unit is configured so that the shaft torque and the angle when the operation unit is operated by an operator to rotate the output shaft. The moment of inertia may be calculated based on acceleration.
  • the impact rotary tool further includes an operation unit operated to drive the drive source. Only the tip tool, which is a measurement object, is attached to the output shaft, and the moment of inertia calculation unit is configured so that the shaft torque and the angle when the operation unit is operated by an operator to rotate the output shaft. The moment of inertia may be calculated based on acceleration and the shaft torque and angular acceleration when the output shaft stops.
  • the impact rotary tool further includes an operation unit operated to drive the drive source. Only the tip tool as a measurement object is attached to the output shaft, and the moment of inertia calculation unit is operated when the operation unit is operated by an operator and the output shaft is accelerated or decelerated a plurality of times. The moment of inertia may be calculated based on the shaft torque and the angular acceleration.
  • the impact rotary tool further includes an operation unit operated to drive the drive source. Only the tip tool that is a measurement object is attached to the output shaft, and the moment of inertia calculation unit is operated when the operation unit is operated by an operator and the output shaft is accelerated and decelerated a plurality of times. The moment of inertia may be calculated based on the shaft torque and the angular acceleration.
  • the tip tool to which a fastening member is attached is attached to the output shaft, and the impact rotary tool performs a fastening operation of the fastening member with respect to a fastening object.
  • the inertia moment calculation unit may calculate the inertia moment based on the shaft torque and the angular acceleration from the start of the fastening operation until the fastening member is seated on the fastening object.
  • (A) is explanatory drawing for demonstrating the rotation angle change at the time of unidirectional rotation of an impact rotary tool
  • (b) is explanatory drawing for demonstrating the angular velocity change at the time of unidirectional rotation of an impact rotary tool.
  • (A) It is a graph which shows an axial torque sensor output
  • (b) is a graph which shows the pulse signal of a rotary encoder
  • (c) is a graph which shows the angle change accompanying shaft part rotation. It is a graph which shows the waveform of the voltage signal output from a torque calculation part.
  • the impact rotary tool 11 is a hand-held type that can be gripped, and is, for example, an impact driver or an impact wrench.
  • the main body housing 12 that forms the exterior of the impact rotary tool 11 includes a bottomed cylindrical body portion 13 and a handle portion 14 that extends from the body portion.
  • the handle portion 14 extends in one direction intersecting the axis of the trunk portion 13 and extends downward from the trunk portion 13 in FIG.
  • a motor 15 as an example of a drive source is disposed on the base end side in the barrel 13 and on the right side in FIG.
  • the motor 15 is disposed in the body 13 so that the rotation axis of the motor 15 coincides with the axis of the body 13 and the shaft 16 of the motor 15 faces the distal end side of the body 13.
  • the motor 15 is a DC motor such as a brush motor or a brushless motor.
  • An impact force generator 17 is connected to the shaft 16 of the motor 15. The impact force generator 17 generates impact force by converting the rotational power of the motor 15 into pulsed torque.
  • the impact force generation unit 17 includes a speed reduction mechanism 18, a hammer 19, an anvil 20, and a main shaft 21 which is an example of an output shaft in order from the motor 15 side.
  • the reduction mechanism 18 decelerates the rotation of the motor 15 at a predetermined reduction ratio to obtain a necessary torque.
  • the hammer 19 receives a rotational force that has been decelerated by the speed reduction mechanism 18 and increased in torque.
  • the anvil 20 is hit by the hammer 19.
  • a rotational force is impulsively applied to the main shaft 21 by striking the hammer 19.
  • the main shaft 21 may be integrally formed with the anvil 20 as a part of the anvil 20, or the main shaft 21 formed separately from the anvil 20 may be fixed to the anvil 20.
  • the hammer 19 is attached to a drive shaft 22 that is rotated by the output of the speed reduction mechanism 18.
  • the hammer 19 is rotatable with respect to the drive shaft 22 and is slidable in the front-rear direction along the drive shaft 22. Further, the hammer 19 is urged toward the distal end side of the body 13 on the left side in FIG. 1 by the elastic force of the coil spring 23 interposed between the speed reduction mechanism 18 and the hammer 19, It arrange
  • a pair of contact portions 19 a extending toward the anvil 20 are equally arranged on the hammer 19 along the circumferential direction, and each contact portion 19 a and the contact portion 20 a extending in the radial direction of the anvil 20 and the circumferential direction. Abut.
  • the rotation of the drive shaft 22 decelerated by the speed reduction mechanism 18 is transmitted to the main shaft 21 coaxial with the anvil 20 when the hammer 19 and the anvil 20 rotate together via the contact portions 19a and 20a.
  • the A chuck portion 13a having a socket hole in which the tip tool 24 can be attached and detached is provided at the left end portion in FIG.
  • the load applied to the main shaft 21 is larger than that at the start of tightening of the fastening member.
  • the load applied to the main shaft 21 is small as compared with the start of the loosening of the fastening member.
  • the hammer 19 When the hammer 19 is separated from the anvil 20 by such movement, the hammer 19 rotates with respect to the anvil 20. When the hammer 19 rotates with respect to the anvil 20 more than a certain amount, the compression force of the coil spring 23 is released, so that the hammer 19 rotates while moving toward the anvil 20 by the biasing force of the coil spring 23. Strike the anvil 20 with. The hammer 19 is struck repeatedly each time the hammer 19 rotates more than a certain amount with respect to the anvil 20 due to the load received by the main shaft 21. The hit of the anvil 20 by the hammer 19 acts on the fastening member as an impact.
  • a shaft torque sensor 26 and an angular acceleration sensor 27 are attached to the main shaft 21 of the impact rotary tool 11.
  • the shaft torque sensor 26 is, for example, a magnetostrictive strain sensor capable of detecting torsional strain, and is a coil installed in a non-rotating portion to change the magnetic permeability according to the strain of the shaft generated when torque is applied to the main shaft 21. And output a voltage signal proportional to the distortion.
  • the voltage signal output from the shaft torque sensor 26 is a torque detection signal S1 (see FIG. 6A) corresponding to the torque, and the torque detection signal S1 is transmitted from the shaft torque sensor 26 to the shaft torque calculation unit 41 of the main body control circuit 30. Is output.
  • the angular acceleration sensor 27 is a rotary encoder in the present embodiment, and outputs a two-phase pulse corresponding to the rotation of the main shaft 21 to the rotation angle calculation unit 42, and the two-phase pulse is rotated by the rotation angle calculation unit 42. Converted to an angle (angle change amount).
  • the handle portion 14 is provided with a trigger lever 29 as an operation portion, and the impact rotary tool 11 is driven when the trigger lever 29 is operated by an operator.
  • a battery pack mounting portion 31 formed of a substantially square box-shaped storage case is detachably provided at the lower end of the handle portion 14, and a battery pack 32 that is a secondary battery is provided in the battery pack mounting portion 31. Contained.
  • the impact rotary tool 11 is a rechargeable type using the battery pack 32 as a driving power source.
  • the battery pack 32 is connected to the main body control circuit 30 through the power line 33.
  • the motor 15 is provided with a speed detector 34 that detects the rotational speed of the motor 15.
  • the speed detection unit 34 is embodied as a frequency generator that generates a frequency signal having a frequency proportional to the rotation speed of the motor 15, for example.
  • the speed detection unit 34 may be, for example, a rotary encoder, and when the motor 15 is a brushless motor, the speed detection unit 34 may be a Hall sensor, and detects the rotation speed by a signal from the Hall sensor or a counter electromotive force. be able to.
  • the speed detection unit 34 outputs a signal corresponding to the rotation speed to the main body control circuit 30.
  • the main body control circuit 30 is electrically connected to the motor 15 via the lead wire 35 and controls the driving of the motor 15 and the like.
  • a trigger switch that detects the operation of the trigger lever 29 is electrically connected to the main body control circuit 30.
  • the main body control circuit 30 performs control such as changing the rotation speed of the motor 15 according to the pulling amount of the trigger lever 29 when the operator is operating the trigger lever 29.
  • the main body control circuit 30 controls energization to the motor 15 via a motor driver, and performs rotation control and torque setting of the motor 15. Further, the main body control circuit 30 outputs a stop signal or the like when the tightening torque calculated using the output of the shaft torque sensor 26 and the output of the angular acceleration sensor 27 exceeds the target torque.
  • the main body control circuit 30 is electrically connected to the motor 15 via the lead wire 35 and controls the driving of the motor 15 and the like.
  • the main body control circuit 30 is connected to signal lines 36 and 37 for inputting signals from the shaft torque sensor 26 and the angular acceleration sensor 27 to the main body control circuit 30.
  • the impact rotary tool 11 includes an axial torque sensor 26, an angular acceleration sensor 27, and a main body control circuit 30.
  • the main body control circuit 30 receives a signal output from the angular acceleration sensor 27 and a shaft torque calculation unit 41 that calculates torque (axis torque) applied to the main shaft 21 based on a signal output from the shaft torque sensor 26 and rotates. And a rotation angle calculation unit 42 for calculating an angle. Furthermore, the main body control circuit 30 has an angular acceleration calculation unit 43 that calculates angular acceleration based on the rotation angle calculated by the rotation angle calculation unit 42.
  • a torque measuring unit is configured by the axial torque sensor 26 and the axial torque calculating unit 41
  • an angular acceleration measuring unit is configured by the angular acceleration sensor 27, the rotation angle calculating unit 42, and the angular acceleration calculating unit 43. Yes.
  • the main body control circuit 30 calculates the moment of inertia around the rotation axis (main shaft 21) of the tip tool 24 based on the axial torque calculated by the axial torque calculation unit 41 and the angular acceleration calculated by the angular acceleration calculation unit 43. And a moment of inertia calculation unit 44. Further, the main body control circuit 30 has an inertia moment holding unit 45 that holds (stores) the inertia moment calculated by the inertia moment calculation unit 44, and a torque calculation that calculates the tightening torque T based on the shaft torque, the angular acceleration, and the inertia moment. Part 46 is provided.
  • the axial torque calculated by the axial torque calculation unit 41 is accumulated in the buffer unit 47 and the angular acceleration calculated by the angular acceleration calculation unit 43 is accumulated in the buffer unit 48. It has come to be.
  • the main body control circuit 30 includes a control unit 50 that performs torque management, speed control, and the like of the motor 15.
  • the control unit 50 includes a torque setting unit 51 that sets a target torque To that is a target value of the tightening torque T.
  • the torque setting unit 51 includes, for example, a torque setting operation unit (a volume adjustment knob or the like) that can be operated by the user, and is electrically connected to the speed limit calculation unit 53 and the stop determination unit 55.
  • the torque setting unit 51 sets the target torque To when stopping the driving of the motor 15 based on the set torque set by the operation of the torque setting operation unit by the operator. For example, the torque setting unit 51 sets the target torque To (see FIG. 7) within a range of ⁇ 10% of the set torque.
  • the torque setting unit 51 may be configured such that the set torque itself is the target torque To.
  • the control unit 50 includes a motor speed measurement unit 52 that measures the rotation speed of the motor 15, the speed limit calculation unit 53 that calculates the speed limit, and a motor control unit 54 that controls the driving of the motor 15.
  • the main body control circuit 30 is provided with a CPU, and the units 52 to 54 are realized by, for example, a control program (software) executed by the CPU.
  • Each of the units 52 to 54 may be configured by hardware using an integrated circuit such as an ASIC. Alternatively, a part of each of the units 52 to 54 may be configured by software, and the other part may be configured by hardware.
  • the motor speed measuring unit 52 measures the rotational speed of the motor 15 based on a signal corresponding to the speed input from the speed detecting unit 34.
  • the speed limit calculation unit 53 inputs the measured rotational speed of the motor 15 and a preset target torque To, and the motor 15 when the trigger lever 29 is pulled according to the magnitude of the target torque To.
  • the speed limit speed is calculated.
  • the motor control unit 54 controls the drive of the motor 15 so as to limit the rotation speed of the motor 15 to be equal to or lower than the limit speed. For example, when the target torque To is small, the motor control unit 54 limits the motor 15 to a speed that does not reach the maximum speed even when the trigger lever 29 is pulled to the maximum.
  • the main body control circuit 30 includes a stop determination unit 55 that determines whether or not the torque value (tightening torque T) calculated by the torque calculation unit 46 has reached the target torque To. Further, the main body control circuit 30 includes a recording unit 56 that records a torque value at the time of stopping.
  • the impact rotary tool 11 of this embodiment has an inertia moment setting mode for setting an inertia moment.
  • the main body control circuit 30 calculates and sets the moment of inertia I in a state in which the tip tool 24 is connected to the main shaft 21 as the output shaft, for example, before the worker performs actual work. I do.
  • the tip tool 24 corresponds to a measurement object of the moment of inertia I.
  • This moment of inertia setting mode can be selected, for example, by pressing a mode selection button (not shown) provided on the impact rotary tool 11 at an arbitrary timing.
  • the main body control circuit 30 sets the inertia moment I by a series of operations in which the operator pulls the trigger lever 29 once and releases the trigger lever 29. It is supposed to be.
  • the main body control circuit 30 causes the inertia moment during acceleration (predetermined period t1) when the main shaft 21 rotates in one direction (predetermined period t1) and when decelerating (predetermined).
  • the moment of inertia of the period t3) is calculated.
  • step S ⁇ b> 10: YES when the trigger lever 29 is operated and a trigger switch (not shown) is turned on (step S ⁇ b> 10: YES), the motor control unit 54 of the control unit 50 turns on the motor 15. A drive current is supplied to drive the motor 15 (step S11). Thereby, the main shaft 21 and the tip tool 24 are rotated.
  • step S12 the shaft torque of the main shaft 21 that is an output shaft is calculated by the shaft torque sensor 26 and the shaft torque calculation unit 41 (step S12).
  • step S12 the shaft torque calculated in step S12 is stored in the buffer unit 47 (step S13).
  • step S14 the angular acceleration of the main shaft 21 is calculated by the angular acceleration sensor 27, the rotation angle calculation unit 42, and the angular acceleration calculation unit 43 (step S14).
  • step S14 the angular acceleration calculated in step S14 is stored in the buffer unit 48 (step S15).
  • step S16 it is determined by the motor speed measuring unit 52 whether or not the acceleration of the motor 15 is completed.
  • step S16 the processing is repeated from step S12.
  • step S16 When the acceleration of the motor 15 is completed (step S16: YES), information on the shaft torque stored in the buffer unit 47 during the acceleration period is output to the inertia moment calculation unit 44, and the inertia moment calculation unit 44 calculates the torque average value. T is calculated (step S17).
  • step S18 information on the angular acceleration stored in the buffer unit 48 during the acceleration period is output to the inertia moment calculation unit 44, and the inertia moment calculation unit 44 calculates the average value ⁇ of the angular acceleration (step S18).
  • the inertia moment calculation unit 44 calculates the inertia moment I1 during the acceleration period from the torque average value T and the average value ⁇ of the angular acceleration (step S19).
  • step S20 When the trigger lever 29 is pulled back and the trigger switch is turned off (step S20: YES), the motor control unit 54 of the control unit 50 stops the supply of drive current to the motor 15 and Deceleration is started (step S21). Thereby, the rotational speed of the main shaft 21 and the tip tool 24 is gradually reduced.
  • step S22 the shaft torque of the main shaft 21 is calculated by the shaft torque sensor 26 and the shaft torque calculator 41 (step S22).
  • step S22 the shaft torque calculated in step S22 is stored in the buffer unit 47 (step S23).
  • step S24 the angular acceleration of the main shaft 21 is calculated by the angular acceleration sensor 27, the rotation angle calculation unit 42, and the angular acceleration calculation unit 43 (step S24).
  • step S24 the angular acceleration calculated in step S24 is stored in the buffer unit 48 (step S25).
  • step S26 it is determined by the motor speed measuring unit 52 whether or not the motor 15 has been decelerated, that is, whether or not the motor 15 has been stopped.
  • step S26 the processing from step S22 is repeated.
  • step S26 When the deceleration of the motor 15 is completed (step S26: YES), information on the shaft torque stored in the buffer unit 47 during the deceleration period is output to the inertia moment calculation unit 44, and the inertia moment calculation unit 44 calculates the torque average value. T is calculated (step S27).
  • step S28 information on the angular acceleration stored in the buffer unit 48 during the deceleration period is output to the inertia moment calculation unit 44, and the inertia moment calculation unit 44 calculates the average value ⁇ of the angular acceleration (step S28).
  • the inertia moment calculation unit 44 calculates the inertia moment I2 during the deceleration period from the torque average value T and the average value ⁇ of the angular acceleration (step S29).
  • the inertia moment calculation unit 44 calculates the average inertia moment I during the acceleration period and the deceleration period from the inertia moments I1 and I2 calculated at step S19 and step S29 (step S30). Note that the inertia moment calculation unit 44 outputs the inertia moment I to the inertia moment holding unit 45 and stores the inertia moment I in the inertia moment holding unit 45. As a result, the inertia moment I in a state where the tip tool 24 is connected to the main shaft 21 can be set, so that it can be brought close to the inertia moment during actual work.
  • the torque setting unit 51 is operated in advance to set the set torque.
  • step S ⁇ b> 40 when the trigger lever 29 is operated and a trigger switch (not shown) is turned on (step S ⁇ b> 40), the control unit 50 is set by the torque setting unit 51. The set torque and the moment of inertia held by the moment of inertia holding unit 45 are confirmed (step S41).
  • the stop determination part 55 sets the target torque To which is a threshold based on the set torque set by the torque setting part 51 (step S42).
  • the motor control unit 54 of the control unit 50 supplies a drive current to the motor 15 to drive the motor 15 (step S43).
  • the shaft torque calculation unit 41 of the main body control circuit 30 always acquires the torque detection signal S1 detected by the shaft torque sensor 26 (step S44).
  • the shaft torque calculation unit 41 outputs a torque detection signal S1 (impact waveform) for one stroke to the buffer unit 47, which is a temporary storage area, and the buffer unit 47 accumulates the torque detection signal S1 for each stroke ( Step S45).
  • the rotation angle calculation unit 42 of the main body control circuit 30 acquires the A-phase and B-phase pulse signals (rotary encoder signals) Sa and Sb detected by the angular acceleration sensor 27 (step S46).
  • the pulse signals Sa and Sb are rectangular wave signals that are 90 degrees out of phase with each other.
  • the rotation angle calculation unit 42 calculates the rotation angle (step S47).
  • the rotation angle increases due to an impact. Specifically, when the anvil 20 is driven to rotate, the rotation play between the anvil 20 and the tip tool 24 and then between the tip tool 24 and the fastening member is clogged, and the fastening member and the like are slightly twisted to rotate. The angle increases (section P1). Next, when the fastening member is actually tightened, the rotation angle is further increased (section P2). Then, after the fastening member is not tightened, the torsion of the fastening member and the like is restored, and further, the rotation angle is reduced by starting to generate rotation backlash (section P3).
  • the angular acceleration calculation unit 43 calculates a section P2 that is a tightening period in which the fastening member actually starts tightening (step S48).
  • the angular acceleration calculation unit 43 calculates a section P2 as a section corresponding to the difference between the maximum angle at the time of the previous hit and the maximum angle at the time of the current hit.
  • the torque calculation unit 46 sets a torque calculation period based on the section P2 that is the tightening period calculated by the angular acceleration calculation unit 43 (step S49). In this example, the torque calculation period is set in the section P2. Next, the torque calculation unit 46 calculates the average value of the torque values in the range of the section P2 in the impact waveform (torque detection signal S1) for one stroke stored in the buffer unit 47 as the measured torque Ts (step S50) ).
  • the angular acceleration calculation unit 43 sets the rotation angle calculation period based on the section P2 that is the tightening period (step S51). In this example, the rotation angle calculation period is set to the section P2.
  • the angular acceleration calculation unit 43 calculates the angular acceleration ⁇ from the data of the rotation angle ⁇ in the range of the section P2 (Step S52).
  • a quadratic approximate curve in the range of the section P2 is created. The equation of the quadratic approximate curve is expressed by the following equation.
  • the angular acceleration ⁇ is derived by the second derivative of the angle ⁇
  • the angular acceleration ⁇ can be calculated by the following equation.
  • the angular acceleration ⁇ may vary in the section P2, which is the tightening period, but in order to facilitate the calculation of the angular acceleration ⁇ , and based on the idea of obtaining an average value in the section P2,
  • the angular acceleration ⁇ is derived as constant.
  • the angular acceleration ⁇ calculated by the angular acceleration calculation unit 43 is output to the torque calculation unit 46 via the buffer unit 48.
  • the torque calculation unit 46 calculates the tightening torque T from the measured torque Ts calculated in the section P2 calculated by itself, the input angular acceleration ⁇ , and the inertia moment I held by the inertia moment holding unit 45 (step S53).
  • the tightening torque T can be calculated by the following equation.
  • step S54 the torque calculation unit 46 calculates the tightening torque T in consideration of these, for example (step S54). At this time, the torque calculation unit 46 calculates the tightening torque T by, for example, a moving average of data for two hits or three hits. However, if the calculated tightening torque variation after the impact is small and the tightening torque T monotonously increases, step S54 may be skipped and the next step may be performed.
  • the calculated value is updated after a predetermined time from the generation of the impact pulse IP.
  • the tightening torque T gradually increases as the tightening of fastening members such as screws and bolts proceeds. For this reason, the calculated value of the tightening torque T calculated by the torque calculation unit 46 is updated stepwise every time the impact pulse IP occurs.
  • step S55 NO
  • the stop determination unit 55 does not output a stop signal. For this reason, the processing is repeated from step S44 and step S46.
  • step S55 When the calculated tightening torque T is equal to or greater than the target torque To (step S55: YES), the stop determination unit 55 outputs a stop signal instructing the motor control unit 54 to stop the drive current in the motor 15. . Then, the motor control unit 54 to which the stop signal from the stop determination unit 55 is input stops the supply of the drive current to the motor 15 and stops the driving of the motor 15 (step S56). That is, the control unit 50 stops driving the motor 15 when the torque calculated by the torque calculation unit 46 reaches the target torque To. As a result, when the tightening torque T becomes the target torque To, the driving of the impact rotary tool 11 is stopped.
  • the stop determination unit 55 records the torque value required for tightening, the time required for tightening, and the like in the recording unit 56 for each work performed by the operator. Therefore, for example, after the work is completed, the operator can obtain the torque value and time for each work.
  • the inertia moment calculation unit 44 calculates the inertia moment when the main shaft 21 as the output shaft is accelerating and decelerating, the inertia moment is calculated as compared with the case of calculating the inertia moment only for acceleration or deceleration.
  • the moment calculation accuracy can be improved.
  • the inertia moment calculation unit 44 calculates the inertia moment when the main shaft 21 serving as the output shaft is accelerating and decelerating, but the present invention is not limited to this. For example, only the moment of inertia when the main shaft 21 is accelerating or decelerating may be calculated and used for calculating the tightening torque.
  • the moment of inertia when the acceleration and deceleration of the main shaft 21 as the output shaft are each performed once is calculated by the moment of inertia calculation unit 44, but is not limited thereto.
  • acceleration or deceleration may be performed a plurality of times, and the moment of inertia may be calculated by the moment of inertia calculation unit 44 from the axial torque and angular acceleration for each acceleration or deceleration.
  • acceleration and deceleration may be performed a plurality of times, and the moment of inertia may be calculated by the moment of inertia calculation unit 44 from the axial torque and angular acceleration for each acceleration and deceleration.
  • the moment of inertia is calculated without attaching a fastening member such as a bolt or a screw to the tip tool 24.
  • a fastening member such as a bolt or a screw
  • Good even if the moment of inertia is calculated with the fastening member attached to the tip tool 24, Good. Thereby, the moment of inertia closer to the actual work can be calculated.
  • the axial torque and the angular acceleration from the start of the fastening operation of the fastening member until the fastening member is seated on the fastening object are measured, and the inertia moment is calculated based on the measured axial torque and angular acceleration. It may be calculated.
  • the notification unit 49 shown in FIG. 2 notifies the operator that the calculation of the inertia moment has been completed. You may employ
  • a configuration in which the angular acceleration of the main shaft 21 is measured (estimated) from the speed of the motor 15 may be employed.
  • the speed of the motor 15 can be measured by measuring the rotational speed of the motor 15 based on a signal corresponding to the speed input from the speed detector 34.
  • the angular acceleration sensor 27 can be omitted.
  • the calculation formula of angular acceleration (alpha) in the said embodiment is an example, and may be changed suitably.
  • the angular acceleration sensor 27 is configured to detect an angle using a rotary encoder, but the present invention is not limited to this.
  • An angular velocity sensor (gyro sensor) that detects angular velocity may be used as the angular acceleration sensor 27.
  • the angular acceleration can be calculated by differentiating the angular velocity detected by the gyro sensor with respect to time.
  • the angular acceleration sensor 27 an acceleration sensor that can detect the acceleration in the circumferential direction of the surface of the main shaft 21 may be used.
  • the angular acceleration can be calculated by dividing the acceleration detected by the acceleration sensor by the radius.
  • the motor 15 may be a DC motor or an AC motor other than the brush motor or the brushless motor.
  • the drive source of the impact rotary tool 11 is not limited to a motor, and may be a solenoid, for example. Moreover, not only an electric drive source such as a motor or a solenoid, but also a hydraulic drive source may be used.
  • the impact rotary tool 11 may be a non-rechargeable AC impact rotary tool or an air impact rotary tool.
  • the handheld type capable of gripping the impact rotary tool is used, but the present invention is not limited to this. -You may combine the said embodiment and said each modification suitably.

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Abstract

　インパクト回転工具（11）は、駆動源（15）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（17）と、発生したインパクト力によりパルス状のトルクを先端工具（24）に伝達する出力軸（21）と、出力軸（21）に加わる軸トルクを測定するトルク測定部（26,41）と、出力軸の角加速度を測定する角加速度測定部（27,42,43）と、軸トルクと角加速度に基づいて、出力軸（21）に連結され且つ出力軸によって回転状態にある先端工具の慣性モーメントを算出する慣性モーメント算出部（44）と、角加速度と軸トルクと慣性モーメントとを基に締め付けトルクを算出するトルク算出部（46）と、締め付けトルクを基に駆動源（15）を制御する制御部（50）とを有する。

Description

インパクト回転工具の慣性モーメントの測定方法とその測定方法を用いたインパクト回転工具
　本発明は、インパクト回転工具の慣性モーメントの測定方法とその測定方法を用いたインパクト回転工具に関するものである。
　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た回転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、衝撃トルクによって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によれば、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るために作業性が向上する。そのため、インパクト回転工具は、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１参照）。
特開２０１２－２０６１８１号公報
　ところで、インパクト回転工具では、高いトルクによって対象物が締め付けられ過ぎる場合がある。その一方で、こうした締め過ぎを避けるために、ボルトやねじ等の対象物が緩めに締め付けられて、対象物が所望の強さで固定されない場合もある。
　そこで、所定のトルクで対象物の締め付けを行うために、出力軸に設けたトルクセンサ等のセンサによりトルクを測定し、センサの出力値に基づくトルクが目標トルク等の所定トルクに達すると、モータの駆動を停止させることが考えられる。この際、慣性モーメントの補正をする必要があるが、出力軸に取着される部材に応じて慣性モーメントが変化する虞がある。
　本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、慣性モーメントを適正に測定することができるインパクト回転工具の慣性モーメントの測定方法とその測定方法を用いたインパクト回転工具を提供することにある。
　本開示の一形態によるインパクト回転工具の慣性モーメントの測定方法は、駆動源によって駆動される出力軸にかかる軸トルクをトルク測定部によって測定すること、前記出力軸の角加速度を角加速度測定部によって測定すること、及び、前記トルク測定部で測定された前記軸トルクと、前記角加速度測定部で測定された前記角加速度とに基づいて、前記出力軸に連結され且つ前記出力軸によって回転状態にある測定対象物の慣性モーメントを算出することを備える。
　本開示の一形態によるインパクト回転工具は、駆動源と、前記駆動源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先端工具に伝達する出力軸と、前記出力軸に加わる軸トルクを測定するトルク測定部と、前記出力軸の角加速度を測定する角加速度測定部と、前記トルク測定部で測定された前記軸トルクと、前記角加速度測定部で測定された前記角加速度とに基づいて、前記出力軸に連結され且つ前記出力軸によって回転状態にある先端工具の慣性モーメントを算出する慣性モーメント算出部と、前記角加速度と前記軸トルクと前記慣性モーメントを基に締め付けトルクを算出するトルク算出部と、前記締め付けトルクを基に前記駆動源を制御する制御部とを備える。
　一形態において、前記駆動源は電動モータである。この場合、前記トルク測定部は、前記駆動源への通電電流の測定値から前記軸トルクを測定してもよい。
　一形態において、前記駆動源は電動モータである。この場合、前記角加速度測定部は、前記駆動源の速度から前記出力軸の角加速度を測定してもよい。
　一形態において、前記インパクト回転工具は、前記駆動源を駆動させるために操作する操作部をさらに備える。前記出力軸には、測定対象物である前記先端工具のみが取り付けられ、前記慣性モーメント算出部は、作業者により前記操作部が操作されて前記出力軸が回転する際の前記軸トルク及び前記角加速度に基づいて前記慣性モーメントを算出してもよい。
　一形態において、前記インパクト回転工具は、前記駆動源を駆動させるために操作する操作部をさらに備える。前記出力軸には、測定対象物である前記先端工具のみが取り付けられ、前記慣性モーメント算出部は、作業者により前記操作部が操作されて前記出力軸が回転する際の前記軸トルク及び前記角加速度と、前記出力軸が停止する際の前記軸トルク及び前記角加速度とに基づいて前記慣性モーメントを算出してもよい。
　一形態において、前記インパクト回転工具は、前記駆動源を駆動させるために操作する操作部をさらに備える。前記出力軸には、測定対象物である前記先端工具のみが取り付けられ、前記慣性モーメント算出部は、作業者により前記操作部が操作されて前記出力軸の加速又は減速が複数回行われた際の前記軸トルク及び前記角加速度に基づいて前記慣性モーメントを算出してもよい。
　一形態において、前記インパクト回転工具は、前記駆動源を駆動させるために操作する操作部をさらに備える。前記出力軸には、測定対象物である前記先端工具のみが取り付けられ、前記慣性モーメント算出部は、作業者により前記操作部が操作されて前記出力軸の加速及び減速が複数回行われた際の前記軸トルク及び前記角加速度に基づいて前記慣性モーメントを算出してもよい。
　一形態において、前記出力軸には締結部材が取着された前記先端工具が取り付けられ、前記インパクト回転工具は締結対象物に対して前記締結部材の締め作業を行うものである。前記慣性モーメント算出部は、前記締め作業の開始から前記締結部材が前記締結対象物に着座するまでの間の前記軸トルク及び前記角加速度に基づいて前記慣性モーメントを算出してもよい。
　一形態において、前記出力軸に連結された前記先端工具の慣性モーメントの算出完了を報知する報知部をさらに備えてもよい。
　本開示によれば、インパクト回転工具の慣性モーメントを適正に測定することができる。
実施形態におけるインパクト回転工具の模式側断面図である。 インパクト回転工具の電気的構成を示すブロック図である。 （ａ）はインパクト回転工具の一方向回転時の回転角度変化について説明するための説明図であり、（ｂ）はインパクト回転工具の一方向回転時の角速度変化について説明するための説明図である。 インパクト回転工具の慣性モーメント算出について説明するためのフローチャートである。 インパクト回転工具の動作の一例を示すフローチャートである。 （ａ）軸トルクセンサ出力を示すグラフであり、（ｂ）は回転エンコーダのパルス信号を示すグラフであり、（ｃ）は軸部回転に伴う角度変化を示すグラフである。 トルク算出部から出力される電圧信号の波形を示すグラフである。
　以下、インパクト回転工具の一実施形態を図面に従って説明する。
　図１に示すように、インパクト回転工具１１は、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等である。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、有底筒状の胴部１３と、胴部から延出するハンドル部１４とを備える。ハンドル部１４は、胴部１３の軸線に対して交差する一方向であって、図１における下方に向かって胴部１３から延びている。
　胴部１３内の基端部側であって、図１における右側の位置には、駆動源の一例としてのモータ１５が配設されている。モータ１５は、モータ１５の回転軸線が胴部１３の軸線に一致し、かつ、モータ１５の軸１６が胴部１３の先端側を向くように胴部１３内に配設される。モータ１５は、例えばブラシモータ又はブラシレスモータ等の直流モータである。モータ１５の軸１６には、インパクト力発生部１７が接続されている。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。
　インパクト力発生部１７は、モータ１５側から順に減速機構１８と、ハンマ１９と、アンビル２０と、出力軸の一例である主軸２１とを備える。
　減速機構１８は、モータ１５の回転を所定の減速比で減速させて必要なトルクを得る。ハンマ１９には、減速機構１８により減速されてトルクが高められた回転力が伝達される。アンビル２０は、ハンマ１９によって打撃される。主軸２１には、ハンマ１９の打撃によって回転力が衝動的に印加される。なお、主軸２１はアンビル２０の一部としてアンビル２０に一体形成されてもよいし、アンビル２０とは別に形成された主軸２１がアンビル２０に固定された構成としてもよい。
　ハンマ１９は、減速機構１８の出力により回転する駆動軸２２に取り付けられている。ハンマ１９は、駆動軸２２に対して回転自在であり、かつ、駆動軸２２に沿って前後方向にスライド可能である。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２３の弾性力により、図１における左方側である胴部１３の先端側へ付勢され、アンビル２０と当接する位置に配置される。
　ハンマ１９には、アンビル２０に向けて延びる一対の当接部１９ａが周方向に沿って等配され、各当接部１９ａは、アンビル２０の径方向へ延出する当接部２０ａと周方向にて当接する。減速機構１８によって減速された駆動軸２２の回転は、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の先端部であって、図１における左端部には、先端工具２４を着脱可能としたソケット孔を有するチャック部１３ａが設けられている。
　先端工具２４の回転によりボルト又はねじ等の締結部材の締め付け作業が進んだときには、例えば、締結部材の締め付け始め等と比べて、主軸２１に加わる負荷が大きい。あるいは、先端工具２４の回転によりボルト又はねじ等の締結部材の緩め作業が進んだときには、例えば、締結部材の緩め始め等と比べて、主軸２１に加わる負荷が小さい。そして、ハンマ１９とアンビル２０との間に所定以上の力が加わった状態では、ハンマ１９はコイルばね２３を圧縮しつつ駆動軸２２に沿って後方であって、図１では右方へ移動する。ハンマ１９が、こうした移動によってアンビル２０から離間すると、アンビル２０に対して回動する。そして、ハンマ１９がアンビル２０に対して一定以上回動すると、コイルばね２３の圧縮力が開放されることによって、ハンマ１９は、コイルばね２３の付勢力によりアンビル２０に向かって移動しつつ回動によってアンビル２０を打撃する。ハンマ１９の打撃は、主軸２１が受ける負荷によって、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。こうしたハンマ１９によるアンビル２０の打撃は、インパクトとして締結部材に作用する。
　図１に示されるように、インパクト回転工具１１の主軸２１には、軸トルクセンサ２６と、角加速度センサ２７とが取り付けられている。
　軸トルクセンサ２６は、例えばねじり歪みの検出が可能な磁歪式歪センサであり、主軸２１にトルクが加わることにより発生する軸の歪に応じた透磁率の変化を非回転部分に設置されたコイルで検出し、歪に比例した電圧信号を出力する。軸トルクセンサ２６の出力する電圧信号がトルクに対応するトルク検出信号Ｓ１（図６（ａ）参照）であり、トルク検出信号Ｓ１は、軸トルクセンサ２６から本体制御回路３０の軸トルク算出部４１へ出力される。
　角加速度センサ２７は、本実施形態では回転エンコーダであって、主軸２１の回転に応じた２相のパルスを回転角算出部４２に出力し、この２相のパルスが回転角算出部４２で回転角（角度変化量）に変換される。
　ハンドル部１４には、操作部としてのトリガレバー２９が設けられ、操作者によってトリガレバー２９が操作されることによって、インパクト回転工具１１は駆動される。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、電池パック装着部３１内には、二次電池である電池パック３２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を駆動用電源とする充電式である。電池パック３２は電力線３３を通じて本体制御回路３０に接続されている。
　モータ１５には、モータ１５の回転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生成する周波数ジェネレータとして具体化される。速度検出部３４は、例えば、回転エンコーダ等でもよく、モータ１５がブラシレスモータである場合には、速度検出部３４は、ホールセンサでもよく、ホールセンサの信号や逆起電力によって回転速度を検出することができる。速度検出部３４は、回転速度に対応する信号を本体制御回路３０に出力する。
　本体制御回路３０は、リード線３５によってモータ１５に対して電気的に接続されて、モータ１５の駆動等を制御する。また、本体制御回路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が電気的に接続されている。
　本体制御回路３０は、操作者がトリガレバー２９を操作しているときに、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等の制御を行う。本体制御回路３０は、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設定を行う。さらに、本体制御回路３０は、軸トルクセンサ２６の出力と角加速度センサ２７の出力を用いて算出した締め付けトルクが目標トルクを超えた場合に停止信号等を出力するようになっている。
　本体制御回路３０は、リード線３５によってモータ１５に対して電気的に接続されて、モータ１５の駆動等を制御する。また、本体制御回路３０には、軸トルクセンサ２６及び角加速度センサ２７からの信号を本体制御回路３０に入力する信号線３６，３７が接続されている。
　次に、図２を参照してインパクト回転工具１１の電気的構成を説明する。
　図２に示すように、インパクト回転工具１１は、軸トルクセンサ２６と角加速度センサ２７と、本体制御回路３０とを備える。
　本体制御回路３０は、軸トルクセンサ２６から出力された信号に基づいて主軸２１に加わるトルク（軸トルク）を算出する軸トルク算出部４１と、角加速度センサ２７から出力された信号を入力し回転角を算出する回転角算出部４２とを有する。さらに本体制御回路３０は、回転角算出部４２によって算出された回転角を基に角加速度を算出する角加速度算出部４３を有する。本実施例においては、軸トルクセンサ２６及び軸トルク算出部４１によってトルク測定部が構成され、角加速度センサ２７、回転角算出部４２、及び角加速度算出部４３によって角加速度測定部が構成されている。
　さらに本体制御回路３０は、軸トルク算出部４１で算出された軸トルクと角加速度算出部４３で算出された角加速度とに基づいて先端工具２４の回転軸（主軸２１）回りの慣性モーメントを算出する慣性モーメント算出部４４を有する。さらに本体制御回路３０は、慣性モーメント算出部４４で算出された慣性モーメントを保持（記憶）する慣性モーメント保持部４５と、軸トルクと角加速度と慣性モーメントを基に締め付けトルクＴを算出するトルク算出部４６を備える。
　また、本実施形態の本体制御回路３０では、軸トルク算出部４１によって算出された軸トルクがバッファ部４７に蓄積されるとともに、角加速度算出部４３によって算出された角加速度がバッファ部４８に蓄積されるようになっている。
　また、本体制御回路３０は、モータ１５のトルク管理及び速度制御等を行う制御部５０を備える。制御部５０は、締め付けトルクＴの目標値となる目標トルクＴｏを設定するトルク設定部５１を備える。
　トルク設定部５１は、例えば、ユーザが操作可能なトルク設定操作部（ボリューム調整つまみ等）を含み、制限速度算出部５３及び停止判定部５５と電気的に接続されている。トルク設定部５１は、モータ１５の駆動を停止させる際の目標トルクＴｏを、操作者によるトルク設定操作部の操作により設定された設定トルクに基づいて設定する。トルク設定部５１は、例えば、設定トルクの±１０％の範囲内に目標トルクＴｏ（図７参照）を設定する。トルク設定部５１は、設定トルクそのものを目標トルクＴｏとする構成でもよい。
　制御部５０は、モータ１５の回転速度を測定するモータ速度測定部５２と、制限速度を算出する前記制限速度算出部５３と、モータ１５の駆動を制御するモータ制御部５４とを備える。本体制御回路３０にはＣＰＵが設けられ、各部５２～５４は、例えば、ＣＰＵが実行する制御用プログラム（ソフトウェア）によって実現される。なお、各部５２～５４は、ＡＳＩＣ等の集積回路によりハードウェアで構成されてもよい。あるいは、各部５２～５４における一部がソフトウェアで構成され、かつ、その他の一部がハードウェアで構成されてもよい。
　モータ速度測定部５２は、速度検出部３４から入力した速度に対応する信号に基づきモータ１５の回転速度を測定する。制限速度算出部５３は、測定されたモータ１５の回転速度と予め設定されている目標トルクＴｏとを入力し、目標トルクＴｏ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の回転速度の制限速度を算出する。モータ制御部５４は、モータ１５の回転速度を制限速度以下に制限するようにモータ１５の駆動を制御する。例えば、モータ制御部５４は、目標トルクＴｏ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。
　本体制御回路３０は、トルク算出部４６で算出したトルク値（締め付けトルクＴ）が目標トルクＴｏに達したか否かを判定する停止判定部５５を備える。また本体制御回路３０は、停止時のトルク値などを記録する記録部５６を備える。
　（慣性モーメント設定モード）
　本実施形態のインパクト回転工具１１は、慣性モーメントを設定する慣性モーメント設定モードを有する。この慣性モーメント設定モードでは、本体制御回路３０は、例えば作業者が実際の作業をする前に、出力軸としての主軸２１に先端工具２４が連結された状態での慣性モーメントＩを算出して設定を行う。先端工具２４は、慣性モーメントＩの測定対象物に相当する。この慣性モーメント設定モードは、例えばインパクト回転工具１１に設けられるモード選択ボタン（図示略）が作業者によって任意のタイミングで押下されることで選択することが可能となっている。
　また、本実施形態のインパクト回転工具１１に備えられる慣性モーメント設定モードでは、本体制御回路３０は、作業者がトリガレバー２９を一旦引き込んで、トリガレバー２９を離す一連の操作で慣性モーメントＩを設定するようになっている。
　ここで、図３（ａ）に示すように、トリガレバー２９が引き込まれると主軸２１が回転し、所定期間ｔ１において回転角度が下に凸の二次曲線（放物線）を描くように増大する。このとき、図３（ｂ）に示すように、角速度は増加（加速）する。
　その後、トリガレバー２９を引き込んだ状態を維持すると、図３（ａ）中、期間ｔ２で示すように主軸２１は等回転角度で回転する。このとき、図３（ｂ）に示すように、角速度は変化しない、即ち等速となる。
　そして、トリガレバー２９を離すと、主軸２１の回転が緩やかとなり、所定期間ｔ３において回転角度が上に凸の二次曲線（放物線）を描くように緩やかに増大する。このとき、図３（ｂ）に示すように、角速度は減少（減速）する。
　上述したことから、本実施形態の慣性モーメント設定モードでは、本体制御回路３０は、一方向に主軸２１が回転する際に速度が変化する加速時（所定期間ｔ１）の慣性モーメントと減速時（所定期間ｔ３）の慣性モーメントとを算出するようになっている。
　図２及び図４に示すように、トリガレバー２９が操作されてトリガースイッチ（図示略）がオン状態とされると（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、制御部５０のモータ制御部５４は、モータ１５に駆動電流を供給してモータ１５を駆動させる（ステップＳ１１）。これにより、主軸２１並びに先端工具２４が回転される。
　次いで、出力軸である主軸２１の軸トルクを軸トルクセンサ２６並びに軸トルク算出部４１により算出する（ステップＳ１２）。
　次いで、ステップＳ１２で算出された軸トルクをバッファ部４７に記憶する（ステップＳ１３）。
　次いで、主軸２１の角加速度を角加速度センサ２７、回転角算出部４２及び角加速度算出部４３により算出する（ステップＳ１４）。
　次いで、ステップＳ１４で算出された角加速度をバッファ部４８に記憶する（ステップＳ１５）。
　次いで、モータ１５の加速が終了したか否かをモータ速度測定部５２により判定する（ステップＳ１６）。ここで、モータ速度測定部５２の測定結果によりモータ１５の加速が続いている間は（ステップＳ１６：ＮＯ）、ステップＳ１２から処理を繰り返す。
　そして、モータ１５の加速が終了すると（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、加速期間中にバッファ部４７に記憶された軸トルクの情報が慣性モーメント算出部４４に出力されて慣性モーメント算出部４４によりトルク平均値Ｔを算出する（ステップＳ１７）。
　次いで、加速期間中にバッファ部４８に記憶された角加速度の情報が慣性モーメント算出部４４に出力されて慣性モーメント算出部４４により角加速度の平均値αを算出する（ステップＳ１８）。
　次いで、慣性モーメント算出部４４はトルク平均値Ｔと角加速度の平均値αから加速期間中の慣性モーメントＩ１を算出する（ステップＳ１９）。なお、慣性モーメントＩ１は、Ｉ１＝Ｔ１／αにより算出することができる。ちなみに、ステップＳ１７からステップＳ１９間において角加速度の算出や軸トルクの算出等は行わなくてもよい。
　そして、トリガレバー２９が引き戻されてトリガースイッチがオフ状態とされると（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、制御部５０のモータ制御部５４は、モータ１５への駆動電流の供給を停止させてモータ１５の減速が開始される（ステップＳ２１）。これにより、主軸２１並びに先端工具２４の回転速度が徐々に減速される。
　次いで、主軸２１の軸トルクを軸トルクセンサ２６並びに軸トルク算出部４１により算出する（ステップＳ２２）。
　次いで、ステップＳ２２で算出された軸トルクをバッファ部４７に記憶する（ステップＳ２３）。
　次いで、主軸２１の角加速度を角加速度センサ２７、回転角算出部４２及び角加速度算出部４３により算出する（ステップＳ２４）。
　次いで、ステップＳ２４で算出された角加速度をバッファ部４８に記憶する（ステップＳ２５）。
　次いで、モータ１５の減速が終了したか否か、即ちモータ１５が停止したか否かをモータ速度測定部５２により判定する（ステップＳ２６）。ここで、モータ速度測定部５２の測定結果によりモータ１５の減速が続いている間は（ステップＳ２６：ＮＯ）、ステップＳ２２からの処理を繰り返す。
　そして、モータ１５の減速が終了すると（ステップＳ２６：ＹＥＳ）、減速期間中にバッファ部４７に記憶された軸トルクの情報が慣性モーメント算出部４４に出力されて慣性モーメント算出部４４によりトルク平均値Ｔを算出する（ステップＳ２７）。
　次いで、減速期間中にバッファ部４８に記憶された角加速度の情報が慣性モーメント算出部４４に出力されて慣性モーメント算出部４４により角加速度の平均値αを算出する（ステップＳ２８）。
　次いで、慣性モーメント算出部４４はトルク平均値Ｔと角加速度の平均値αから減速期間中の慣性モーメントＩ２を算出する（ステップＳ２９）。なお、慣性モーメントＩ２は、Ｉ２＝Ｔ２／αにより算出することができる。
　次いで、慣性モーメント算出部４４はステップＳ１９及びステップＳ２９で算出した慣性モーメントＩ１，Ｉ２から加速期間中及び減速期間中における平均の慣性モーメントＩを算出する（ステップＳ３０）。なお、慣性モーメント算出部４４は、慣性モーメントＩを慣性モーメント保持部４５に出力して、慣性モーメント保持部４５に慣性モーメントＩを記憶する。これによって、先端工具２４を主軸２１に連結した状態での慣性モーメントＩを設定できるため、実際の作業時の慣性モーメントと近づけることが可能となっている。
　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。
　例えば、操作者がボルトやねじ等を締め付ける時には、予めトルク設定部５１が操作されて設定トルクが設定される。
　図１、図２及び図５に示すように、トリガレバー２９が操作されてトリガースイッチ（図示略）がオン状態とされる（ステップＳ４０）と、制御部５０は、トルク設定部５１によって設定された設定トルクと慣性モーメント保持部４５に保持された慣性モーメントを確認する（ステップＳ４１）。
　そして、停止判定部５５は、トルク設定部５１によって設定された設定トルクに基づいて閾値である目標トルクＴｏを設定する（ステップＳ４２）。次いで、制御部５０のモータ制御部５４は、モータ１５に駆動電流を供給してモータ１５を駆動させる（ステップＳ４３）。
　次いで、本体制御回路３０の軸トルク算出部４１は、軸トルクセンサ２６によって検出されたトルク検出信号Ｓ１を常時取得する（ステップＳ４４）。軸トルク算出部４１は、一時記憶領域であるバッファ部４７に１打撃分のトルク検出信号Ｓ１（衝撃波形）を出力して、バッファ部４７は各打撃のトルク検出信号Ｓ１を蓄積していく（ステップＳ４５）。
　また、本体制御回路３０の回転角算出部４２は、角加速度センサ２７によって検出されたＡ相、Ｂ相のパルス信号（回転エンコーダ信号）Ｓａ，Ｓｂを取得する（ステップＳ４６）。ちなみに図６（ｂ）に示すように、パルス信号Ｓａ，Ｓｂは互いに９０度位相のずれた矩形波状の信号である。
　次いで、回転角算出部４２は、回転角度を算出する（ステップＳ４７）。ここで、その回転角度の変化の一例について説明すると、図６（ｃ）に示すように、衝撃により回転角度が増える。具体的には、アンビル２０が回転駆動されると、まずアンビル２０と先端工具２４との間、次いで先端工具２４と締結部材との間の回転ガタが詰まり、締結部材等が若干ねじれることで回転角度が増える（区間Ｐ１）。次いで、締結部材が実際に締まることでさらに回転角度が増える（区間Ｐ２）。そして、締結部材が締まらなくなった後は、締結部材等のねじれがもどり、さらに回転ガタができ始めることにより回転角度が減る（区間Ｐ３）。
　次いで、角加速度算出部４３は、締結部材が実際に締まりだす締まり期間である区間Ｐ２を算出する（ステップＳ４８）。ここで、直前の打撃時における最大角度と、今回の打撃時における最大角度との差分に対応する区間として、角加速度算出部４３は区間Ｐ２を算出する。
　次いで、トルク算出部４６は、角加速度算出部４３によって算出された締まり期間である区間Ｐ２に基づいてトルクの算出期間を設定する（ステップＳ４９）。本例においては、トルクの算出期間は区画Ｐ２に設定される。
　次いで、トルク算出部４６は、バッファ部４７に蓄積された１打撃分の衝撃波形（トルク検出信号Ｓ１）の内で区間Ｐ２の範囲におけるトルク値の平均値を測定トルクＴｓとして算出する（ステップＳ５０）。
　また、角加速度算出部４３は、締まり期間である区間Ｐ２に基づいて回転角度の算出期間を設定する（ステップＳ５１）。本例においては、回転角度の算出期間は区間Ｐ２に設定される。
　次いで、角加速度算出部４３は、区間Ｐ２の範囲における回転角度θのデータから角加速度αを算出する（ステップＳ５２）。角加速度αの算出方法として、まず、区間Ｐ２の範囲での２次近似曲線を作成する。２次近似曲線の式は次式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　ここで、角加速度αは、角度θの２回微分で導出されることから次式で角加速度αを算出することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　ちなみに、角加速度αは、締まり期間である区間Ｐ２においても変動する虞があるが、角加速度αの算出を容易とするため、また区間Ｐ２での平均的な値を得るという考えのもと、区間Ｐ２では角加速度αを一定として導出している。
　次いで、角加速度算出部４３で算出された角加速度αがバッファ部４８を介してトルク算出部４６に出力される。トルク算出部４６では、自身で算出した区間Ｐ２における測定トルクＴｓと、入力された角加速度αと、慣性モーメント保持部４５で保持された慣性モーメントＩにより締め付けトルクＴを算出する（ステップＳ５３）。締め付けトルクＴは次式で算出することができる。但し、次式のＡ，Ｂ，Ｃは調整（補正）用の係数であって、この係数は調整等が不要であればＡ＝１，Ｂ＝１，Ｃ＝０として考えてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　ここで、打撃毎に算出した締め付けトルクＴが単調増加せずに減ってしまう場合があるため、トルク算出部４６は、例えばこれらを考慮して締め付けトルクＴを算出する（ステップＳ５４）。このとき、トルク算出部４６は、例えば２打撃分や３打撃分のデータの移動平均によって締め付けトルクＴを算出する。但し、算出した打撃後との締め付けトルク算出バラツキが小さく締め付けトルクＴが単調増加する場合はこのステップＳ５４を飛ばして、次のステップを実施してもよい。
　ここで、締め付けトルクＴの変化について説明する。図７に示すように、インパクト回転工具１１によるねじの締め付けが開始された直後はハンマ１９によってアンビル２０が打撃されない。このため、軸トルクセンサ２６の出力はねじやボルト等の締結部材の締め付けが進むにつれて徐々に増加する（図７中のＤで図示）。これに対し、トルクが一定値を超えることでハンマ１９によるアンビル２０の打撃が生じると、インパクトパルスＩＰが繰り返し発生する。そして、インパクトパルスＩＰの発生毎に締め付けトルクＴの算出値が更新され、その算出値が次の締め付けトルクＴの算出まで保持される。締め付けトルクＴの算出には時間を要するため、インパクトパルスＩＰの発生から所定時間遅れて算出値が更新される。締め付けトルクＴはねじやボルト等の締結部材の締め付けが進むに従って次第に大きくなる。このため、トルク算出部４６によって算出された締め付けトルクＴの算出値は、インパクトパルスＩＰが生じる毎に階段状に更新されることとなる。
　そして、算出した締め付けトルクＴが目標トルクＴｏ未満である場合（ステップＳ５５：ＮＯ）、停止判定部５５は停止信号を出力しない。このため、ステップＳ４４並びにステップＳ４６から処理が繰り返される。
　また、算出した締め付けトルクＴが目標トルクＴｏ以上である場合（ステップＳ５５：ＹＥＳ）、停止判定部５５は、モータ制御部５４に対してモータ１５における駆動電流の停止を指令する停止信号を出力する。そして、停止判定部５５からの停止信号が入力されたモータ制御部５４は、モータ１５への駆動電流の供給を停止させてモータ１５の駆動を停止させる（ステップＳ５６）。すなわち、制御部５０は、トルク算出部４６が算出したトルクが目標トルクＴｏに達した場合にモータ１５の駆動を停止させる。結果として、締め付けトルクＴが目標トルクＴｏになると、インパクト回転工具１１の駆動が停止される。
　また、停止判定部５５は、操作者によって行われた作業毎に、締め付けに要したトルク値や、締め付けに要した時間等を記録部５６に記録する。そのため、例えば、作業が完了した後に、作業毎のトルク値や時間を操作者は得ることができるようになっている。
　次に、本実施形態の効果を記載する。
　（１）慣性モーメント算出部４４により先端工具２４が主軸２１に連結された状態の慣性モーメントを算出することで実際の作業における慣性モーメントを適正に測定することが可能となる。これによって、締め付けトルクの算出精度を向上させることが可能となる。
　（２）慣性モーメント算出部４４により、出力軸としての主軸２１が加速及び減速しているときの慣性モーメントを算出しているため、加速又は減速のみの慣性モーメントを算出する場合と比較して慣性モーメントの算出精度を向上させることが可能となる。
　なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
　・上記実施形態では、慣性モーメント算出部４４により、出力軸としての主軸２１が加速及び減速しているときの慣性モーメントを算出したが、これに限らない。例えば、主軸２１が加速又は減速しているときの慣性モーメントのみを算出して、その慣性モーメントを締め付けトルク算出に用いてもよい。
　・上記実施形態では、出力軸としての主軸２１の加速及び減速がそれぞれ一度行われる場合の慣性モーメントを慣性モーメント算出部４４により算出したが、これに限らない。例えば、加速又は減速を複数回行い、加速毎又は減速毎に軸トルク及び角加速度から慣性モーメントを慣性モーメント算出部４４により算出してもよい。さらに、加速及び減速を複数回行い、加速毎及び減速毎に軸トルク及び角加速度から慣性モーメントを慣性モーメント算出部４４により算出してもよい。
　・上記実施形態では、先端工具２４にボルトやねじ等の締結部材を取り付けない状態で慣性モーメントを算出する構成としたが、締結部材を先端工具２４に取り付けた状態で慣性モーメントを算出してもよい。これによって、より実際の作業に近い慣性モーメントを算出することができる。この際、例えば、締結部材の締め作業の開始から締結部材が締結対象物に着座するまでの間の軸トルク及び角加速度を測定し、測定された軸トルク及び角加速度に基づいて前記慣性モーメントを算出してもよい。
　・上記実施形態では特に言及していないが、慣性モーメント設定モード時において慣性モーメント算出部４４により慣性モーメントの算出が完了したら、図２に示す報知部４９によって作業者に慣性モーメントの算出完了を報知する構成を採用してもよい。報知方法としては、音声やブザー音などによる方法や振動によって報知することが考えられる。
　・上記実施形態において、例えば、モータ１５への通電電流の測定値から軸トルクを測定（推定）する構成を採用してもよい。これによって、軸トルクセンサ２６を省略することが可能となる。
　・上記実施形態において、例えば、モータ１５の速度から主軸２１の角加速度を測定（推定）する構成を採用してもよい。なお、モータ１５の速度測定は上記実施形態で述べたように、速度検出部３４から入力した速度に対応する信号に基づきモータ１５の回転速度を測定することで可能である。これによって、角加速度センサ２７を省略することが可能となる。
　・上記実施形態における角加速度αの算出式は一例であって適宜変更してもよい。
　・上記実施形態では、角加速度センサ２７として回転エンコーダを用いて角度検出を行う構成としたが、これに限らない。角加速度センサ２７として角速度検出を行う角速度センサ（ジャイロセンサ）を用いてもよい。この場合、ジャイロセンサで検出された角速度を時間微分することで角加速度を算出することが可能である。
　また、角加速度センサ２７として主軸２１表面の周方向の加速度検出を可能とする加速度センサを用いてもよい。この場合、加速度センサで検出された加速度を半径で除算することで角加速度を算出することが可能である。
　・モータ１５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、モータに限らず、例えば、ソレノイドでもよい。また、モータやソレノイドのような電動式の駆動源に限らず、油圧式の駆動源でもよい。
　・インパクト回転工具１１は充電式でないＡＣインパクト回転工具やエア式インパクト回転工具でもよい。
　・トルクセンサとして、歪みゲージを主軸２１に接着固定してスリップリングや非接触通信でデータを取得する構成を採用してもよい。
　・上記実施形態では、インパクト回転工具を把持可能な手持ち式としたが、これに限らない。
　・上記実施形態並びに上記各変形例は適宜組み合わせてもよい。

Claims (10)

  1. 　インパクト回転工具の慣性モーメントの測定方法であって、
    　駆動源で駆動される出力軸にかかる軸トルクをトルク測定部によって測定すること、
    　前記出力軸の角加速度を角加速度測定部によって測定すること、
    　前記トルク測定部で測定された前記軸トルクと、前記角加速度測定部で測定された前記角加速度とに基づいて、前記出力軸に連結され且つ前記出力軸によって回転状態にある測定対象物の慣性モーメントを慣性モーメント算出部によって算出すること、
    を備えるインパクト回転工具の慣性モーメントの測定方法。
  2. 　インパクト回転工具であって、
    　駆動源と、
    　前記駆動源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先端工具に伝達する出力軸と、
    　前記出力軸に加わる軸トルクを測定するトルク測定部と、
    　前記出力軸の角加速度を測定する角加速度測定部と、
    　前記トルク測定部で測定された前記軸トルクと、前記角加速度測定部で測定された前記角加速度とに基づいて、前記出力軸に連結され且つ前記出力軸によって回転状態にある先端工具の慣性モーメントを算出する慣性モーメント算出部と、
    　前記角加速度と前記軸トルクと前記慣性モーメントとを基に締め付けトルクを算出するトルク算出部と、
    　前記締め付けトルクを基に前記駆動源を制御する制御部と、
    を備えるインパクト回転工具。
  3. 　請求項２に記載のインパクト回転工具において、
    　前記駆動源は電動モータであり、
    　前記トルク測定部は、前記駆動源への通電電流の測定値から前記軸トルクを測定することを特徴とするインパクト回転工具。
  4. 　請求項２又は３に記載のインパクト回転工具において、
    　前記駆動源は電動モータであり、
    　前記角加速度測定部は、前記駆動源の速度から前記出力軸の角加速度を測定することを特徴とするインパクト回転工具。
  5. 　請求項２～４のいずれか一項に記載のインパクト回転工具において、
    　前記駆動源を駆動させるために操作する操作部をさらに備え、
    　前記出力軸には、測定対象物である前記先端工具のみが取り付けられ、
    　前記慣性モーメント算出部は、作業者により前記操作部が操作されて前記出力軸が回転する際の前記軸トルク及び前記角加速度に基づいて前記慣性モーメントを算出することを特徴とするインパクト回転工具。
  6. 　請求項２～４のいずれか一項に記載のインパクト回転工具において、
    　前記駆動源を駆動させるために操作する操作部をさらに備え、
    　前記出力軸には、測定対象物である前記先端工具のみが取り付けられ、
    　前記慣性モーメント算出部は、作業者により前記操作部が操作されて前記出力軸が回転する際の前記軸トルク及び前記角加速度と、前記出力軸が停止する際の前記軸トルク及び前記角加速度とに基づいて前記慣性モーメントを算出することを特徴とするインパクト回転工具。
  7. 　請求項２～４のいずれか一項に記載のインパクト回転工具において、
    　前記駆動源を駆動させるために操作する操作部をさらに備え、
    　前記出力軸には、測定対象物である前記先端工具のみが取り付けられ、
    　前記慣性モーメント算出部は、作業者により前記操作部が操作されて前記出力軸の加速又は減速が複数回行われた際の前記軸トルク及び前記角加速度に基づいて前記慣性モーメントを算出することを特徴とするインパクト回転工具。
  8. 　請求項２～４のいずれか一項に記載のインパクト回転工具において、
    　前記駆動源を駆動させるために操作する操作部をさらに備え、
    　前記出力軸には、測定対象物である前記先端工具のみが取り付けられ、
    　前記慣性モーメント算出部は、作業者により前記操作部が操作されて前記出力軸の加速及び減速が複数回行われた際の前記軸トルク及び前記角加速度に基づいて前記慣性モーメントを算出することを特徴とするインパクト回転工具。
  9. 　請求項２～４のいずれか一項に記載のインパクト回転工具において、
    　前記出力軸には締結部材が取着された前記先端工具が取り付けられ、前記インパクト回転工具は締結対象物に対して前記締結部材の締め作業を行うものであり、
    　前記慣性モーメント算出部は、前記締め作業の開始から前記締結部材が前記締結対象物に着座するまでの間の前記軸トルク及び前記角加速度に基づいて前記慣性モーメントを算出することを特徴とするインパクト回転工具。
  10. 　請求項２～９のいずれか一項に記載のインパクト回転工具において、
    　前記出力軸に連結された前記先端工具の慣性モーメントの算出完了を報知する報知部をさらに備えるインパクト回転工具。
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