(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンマによって打撃され回転力が加えられる出力軸と、ハンマによる出力軸の打撃を検出する打撃検出手段とを備えているインパクト締め付け工具において、ハンマを駆動するモータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、回転速度検出手段の検出した回転速度から打撃発生があり得ない期間を求め、該期間中における上記打撃検出手段による打撃検出を無視させる打撃無視期間設定手段とを備えたことを特徴とするインパクト締め付け工具。
【請求項２】
ハンマによって打撃され回転力が加えられる出力軸と、ハンマによる出力軸の打撃を検出する打撃検出手段とを備えているインパクト締め付け工具において、上記打撃検出手段の打撃発生タイミングをもとに各打撃毎の出力軸の回転角を算出する打撃間回転角算出手段と、打撃間回転角算出手段から得られた打撃間回転角の値がある閾値以下の場合、誤った打撃検出を判定し無効な打撃と扱う打撃補正手段とを備えたことを特徴とするインパクト締め付け工具。
【請求項３】
上記打撃補正手段は、上記打撃間回転角算出手段から得られた前回の打撃間回転角と今回の打撃間回転角とを比較し、今回の値が大きい場合を打撃検出抜けと判断し、打撃間回転角を補正することを特徴とする請求項２記載のインパクト締め付け工具。
【請求項４】
上記打撃検出手段は、検出した各打撃の周期を計測する打撃周期計測手段を持ち、上記打撃補正手段は、打撃周期計測手段からの打撃周期を基に、打撃の検出漏れ、誤った打撃検出を判定して打撃間回転角を補正することを特徴とする請求項２記載のインパクト締め付け工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インパクトドライバ、インパクトレンチ等の、インパクト締め付け工具の改良に関する
【０００２】
【従来の技術】
インパクト締め付け工具であるインパクトドライバは、モータの回転をハンマの打撃に変換し、その強い衝撃カで締め付けを行う工具であり、高速回転・高トルクという作業性の良さから、建築現場、組み立て工場などで幅広く使われている。
【０００３】
そして、本出願人はインパクトドライバの締め付けトルク制御方法として、モータの回転速度、打撃間のモータ回転から締め付けトルクを推定する方法を提案している。
【０００４】
この締め付けトルク推定方法は、一打撃毎の運動エネルギーの収支から導き出したものであり、ハンマの打撃により出力軸の基部に設けたアンビルに与えられるエネルギと締め付けで消費されたエネルギとが略等しいという関係から締め付けトルクを推定する方法である。
【０００５】
その例として、部材によって決定される着座後のネジの回転角度θと締め付けトルクＴの関係が図８の様な関数Ｔ=τ（θ）で表せるとし、ハンマによる打撃が、それぞれアンビル回転角θ1…θNの地点で発生したものとする。関数τを区間[θ1，θ2]で積分した値Ｅ1は締め付け作業に消費されたエネルギであり、θ1地点で発生したハンマ打撃によりアンビルに与えられたエネルギに等しい。よって、区間［θn，θn+1］における平均トルク＜Ｔn＞はＥnとΘn＝(θn+1−θn)により、
＜Ｔn＞＝Ｅn／Θn                        …（１）
と求まる。締め付けトルク制御を行うには、この＜Ｔ＞が設定トルクＴset以上となったときに、モータの駆動を停止させればよい。Ｅnは打撃検出手段が検出した打撃発生時点での、回転速度検出手段の出力である回転速度ωn、既知のアンビルの慣性モーメントＪaにより、
Ｅn＝１／２×Ｊａ×ωn2                …（２）
と求めることができ、Θは回転角検出手段より容易に求めることが出来る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この式（１）で表される方法で締め付けトルクを求める時には、信頼性の高い打撃検出手段が必須となる。打撃を検出し損ねると、次の打撃検出時に算出される打撃間回転角Θが大きな値となり、式（１）は実際の締め付けトルクより小さな締め付けトルクを推定する。このことは、図８において、θ2の点での打撃を検出できなかった時、
＜Ｔ2＞がＥ2／(θ3−θ2)ではなく、Ｅ2／(θ3−θ1)と計算されることからも分かる。同様の理由により、実際には存在しない打撃を誤って検出した場合は、実際より大きな締め付けトルクを推定する。そして、誤った締め付けトルク推定の結果として、締め付け不足、過大な締め付けによる部材の損傷を引き起こす。
【０００７】
本発明は、上述の問題点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは打撃検出誤りによる影響を無くし、打撃検出精度を向上させたインパクト締め付け工具を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明では、ハンマによって打撃され回転力が加えられる出力軸と、ハンマによる出力軸の打撃を検出する打撃検出手段とを備えているインパクト締め付け工具において、ハンマを駆動するモータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、回転速度検出手段の検出した回転速度から打撃発生があり得ない期間を求め、該期間中における上記打撃検出手段による打撃検出を無視させる打撃無視期間設定手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明では、ハンマによって打撃され回転力が加えられる出力軸と、ハンマによる出力軸の打撃を検出する打撃検出手段とを備えているインパクト締め付け工具において、上記打撃検出手段の打撃発生タイミングをもとに各打撃毎の出力軸の回転角を算出する打撃間回転角算出手段と、打撃間回転角算出手段から得られた打撃間回転角の値がある閾値以下の場合、誤った打撃検出を判定し無効な打撃と扱う打撃補正手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明では、請求項２の発明において、上記打撃補正手段は、上記打撃間回転角算出手段から得られた前回の打撃間回転角と今回の打撃間回転角とを比較し、今回の値が大きい場合を打撃検出抜けと判断し、打撃間回転角を補正することを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明では、請求項２の発明において、上記打撃検出手段は、検出した各打撃の周期を計測する打撃周期計測手段を持ち、上記打撃補正手段は、打撃周期計測手段からの打撃周期を基に、打撃の検出漏れ、誤った打撃検出を判定して打撃間回転角を補正することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
まず本発明の実施形態の説明に入る前に、本発明の基本な原理を説明する。
【００１３】
本発明のインパクトドライバのようなインパクト締め付け工具はハンマとアンビル間に所定値以上の力がかかったときに、該アンビルに対してハンマが自由回転し、ハンマが所定角α［ｒａｄ］（機構によって決まる定数）以上に自由回転した後に、ハンマがアンビルに衝突する構造になっている。つまり、ハンマが自由回転している期間ｔ内に打撃はありえない。この期間ｔｉ［ｓｅｃ］はハンマ３の回転速度をω［ｒａｄ／ｓｅｃ］とすると、ｔｉ＝α／ωで求めることができる。
【００１４】
また、ハンマが所定角α［ｒａｄ］回転しないと、打撃が発生しないのだから、α［ｒａｄ］未満の打撃間回転角時の打撃検出結果は当然無効なものである。そして、前回の打撃間回転角に比べて、過大な打撃間回転角を得たときは打撃を検出し損ねたとし、同様に、打撃周期が前回の打撃周期にくらべて非常に長くなった場合も打撃を検出し損ねたと考えられる。
【００１５】
そこで無効な打撃検出結果や、打撃の検出し損ねに対して考慮して適正に打撃間回転角の分配処理を行うようにしたのが本発明である。
【００１６】
以下本発明を実施形態により詳説する。
（実施形態１）
図１に本実施形態のインパクト締め付け工具の概略構成図を示す。このインパクト締め付け工具は、駆動手段たるモータ１と、モータ１の回転を所定の減速比で減速する伝達機構たる減速機２と、モータ１の回転が減速機２を介して伝達されるハンマ３と、ハンマ３によって打撃されるアンビル４を有しハンマ３がアンビル４を打撃することにより回転力が衝撃的に加えられる出力軸５と、ハンマ３によるアンビル４の打撃音を電気信号に変換するマイク６と、マイク６の出力電圧が所定のしきい値を上回ることからハンマ３によりアンビル４が打撃されたことを検出する打撃検出部（打撃検出手段）７と、モータ１に設けられ、モータ１の回転数に比例した周波数の信号を発生する回転角検出手段としての周波数ジェネレータ（ＦＧ）８と、周波数ジェネレータ８の発生した信号を波形整形し、出力軸５の回転角に応じたパルス数のパルス信号を出力する波形整形回路９と、打撃検出部７及び波形整形回路９の出力から締付トルクを算出し、締付トルクが規定値以上になるとモータ１を停止させる停止信号を発生する制御回路部１０と、図示しない操作部の操作によって入力されるトリガ（速度指令）Ｓｔに応じてモータ１を回転させると共に、制御回路部１０から入力される駆動停止指令に応じてモータ１の回転を停止させるモータ制御部１１とで構成される。ここに、モータ１及び減速機２から回転駆動部が構成される。
【００１７】
また、制御回路部１０は、波形整形回路９から入力されるパルス信号のパルス数をカウントする回転角検出手段としてのカウンタ１２と、一定の時間間隔で割込信号を発生するタイマ１３と、一定時間毎に発生するタイマ１３からの割込信号の間隔で割り込み間のカウンタ値の差分を割ることによって、出力軸５の回転速度を算出する回転速度検出部（回転速度検出手段）１４と、打撃検出部７の検出信号Ｓによって外部割り込みがかかって、カウンタ１２のカウント値より打撃検出部７が前回打撃を検出してから次に打撃を検出するまでの間の出力軸５の回転角を算出する打撃間回転角算出部（打撃間回転角算出手段）１５と、打撃間回転角算出部１５で算出される各打撃間の回転角と、出力軸５が打撃された時点で回転速度検出部１４が検出した打撃発生直後の出力軸５の回転速度から上述の式（１）、（２）に基づいてトルクを推定し、可変抵抗器（図示せず）の操作で設定され、Ａ／Ｄ変換部１６によりＡＤ変換された後取り込まれる設定トルクの値まで達したと判断すると、駆動停止命令をＩ／Ｏ部１７を介してモータ制御部１１に通知しモータ１を停止させるトルク推定部１８と、打撃間回転角算出部１５からの呼び出しに応じ、回転速度検出部１４の算出（検出）した回転速度から打撃発生があり得ない期間を求めて、打撃検出をその期間無視させる打撃無視期間設定部１９と、上記期間をカウントするタイマ２０と、で構成される。尚制御回路部１０は実際的には例えば１チップのマイクロコンピュータにより構成される。
【００１８】
次に、本実施形態の主要部である打撃無視期間設定部１９の動作を図２，図３のフローチャートに基づいて詳説する。
【００１９】
まず打撃間回転角算出部１５は打撃検出部７の検出信号Ｓによって外部割り込みと言う形で起動されるが、打撃無視期間設定部１９は打撃間回転角算出部１５の起動に併せて打撃間回転角算出部１５から呼び出される形で動作する。この打撃無視期間設定部１９での処理では、回転速度検出部１４からモータ１の回転速度ω［ｒａｄ／ｓｅｃ］を得て、その回転速度でハンマ３がπ［ｒａｄ］回転するのに要する時間π／ω［ｓｅｃ］に相当するカウント値より少し小さい値Ｋ／ωをタイマ２０のレジスタに設定するとともに、タイマ２０に対して割り込みを許可してカウントをスタートさせる。つまり無視期間を算出してその期間をタイマ２０でカウントさせるのである。同時に打撃検出部７の検出信号Ｓによる外部割り込みによって起動しないように外部割り込みを禁止するように打撃間回転角算出部１５に指示する。そして設定されたカウント値のカウントが終了するとタイマ２０は割込信号を打撃無視期間設定部１９に出力して割り込みをかける。打撃無視期間設定部１９はこの割り込みによる処理内で打撃検出部７の検出信号Ｓによる外部割込みを許可する。一方タイマ２０は上記割込信号を出力した後、それ以後の割込信号出力を自ら禁止する。
【００２０】
このように本実施形態では打撃検出部７が、打撃検出すると、その打撃検出後から、設定された打撃無視期間の間は外部割り込みが禁止され、この期間中に打撃検出があっても打撃間回転角算出部１５は無視することになる。
【００２１】
ここで上記の打撃無視期間は回転速度が大きいときには短く、小さいときは長くというように回転速度に応じて適した期間に設定される。
【００２２】
而して本実施形態は、打撃検出直後の間違った打撃検出を無視することで、間違った打撃検出による打撃間回転角算出が無くなり、そのため打撃検出精度が向上し、打撃間回転角の精度も向上する。さらに、打撃検出による割り込みが頻繁に行われなくなるため、処理能力が低い低価格のマイクロコンピュータで制御回路部１０を構築することができるようになる。
（実施形態２）
上記実施形態１は打撃無視期間を設定することで打撃検出直後の間違った打撃検出の影響を排除するものであったが、本実施形態は、図４に示すように打撃補正部は打撃間回転角算出部１５とトルク推定部１８との間に打撃補正部２１を設け、打撃間回転角算出部１５からの出力値を補正し、トルク推定部１８に伝達する点に特徴がある。
【００２３】
尚実施形態１と同じ構成要素には同じ符号を付し、説明は省略する。
【００２４】
次に本実施形態の主要な構成である打撃補正部２１の動作に付いて図５のフローチャートに基づいて説明する。
【００２５】
まず打撃検出部７の検出信号Ｓによる外部割り込みにより打撃間回転角算出部１５で打撃間回転角θの算出が行われ、この算出された打撃間回転角θの値が打撃補正部２１に取り込まれる。
【００２６】
打撃補正部２１はこの打撃間回転角θの値が、所定の閾値たるθL以下の時はトルク推定処理を行わずに割り込み処理を終了する。
【００２７】
このθLは打撃時のハンマ８の自由回転角πに相当する周波数ジェネレータ８のカウント値である。
【００２８】
一方上記の打撃間回転角θの値がθＬを越えると打撃回数Ｎｉに１を加えた後、打撃間回転角θが１．５×θｏｌｄ（＝前回の打撃検出時の打撃回転角）を超過しているか否かを反転し、超過しているときには打撃回数Ｎｉに更に１を加える（打撃数を２回数える）とともに打撃間回転角θを半分にする。そしてθｏｌｄの値を打撃間回転角θの値とする。このθｏｌｄは前回の打撃検出時の打撃間回転角として制御回路部１０において保存される。
【００２９】
このように打撃間回転角θの値が１．５×θoldを超過したときは打撃補正部２１の処理によって打撃間回転角θの値が半分に補正され、この補正された値がトルク推定部１８に与えられてトルク推定が行われることになる。
【００３０】
一方１．５×θoldを超過しない場合には補正は行なわれずθoldの値を打撃間回転角θの値とした後、打撃間回転角θの値がトルク推定部１８に与えられてトルク推定が行われることになる。
【００３１】
従って、本実施形態によれば、打撃間回転角θの下限と、その値の推移から、間違って検出した打撃、検出し損ねた打撃を判別でき、それに基づいて打撃間回転角θを適正に補正でき、その結果打撃間回転角θの精度が向上し、トルク推定精度の向上をもたらすことになる。
（実施形態３）
本実施形態は、図６に示すように実施形態２の構成に加えて打撃周期計測手段たるタイマ２０’を設け、このタイマ２０’を利用して打撃周期をも取り込んでいる点が異なる。尚実施形態１，２と同じ構成要素には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００３２】
次に本実施形態の主要構成である打撃補正部２１とタイマ２０’の動作を図７のフローチャートに基づいて説明する。
【００３３】
まず打撃検出部７の検出信号Ｓによる外部割り込みにより打撃間回転角算出部１５は打撃間回転角θの算出が行われ、この算出された打撃間回転角θの値が打撃補正部２１に取り込まれる。
【００３４】
打撃補正部２１は打撃周期Ｔをタイマ２０’から出力される一定周期の信号から算出するとともに、打撃間回転角θと所定の閾値たるθLとを比較してθL未満の時はトルク推定処理を行わずに割り込み処理を終了する。ここでθLは実施形態２の場合と同様に打撃時のハンマ自由回転角πに相当する周波数ジェネレータ８のカウント値である。
【００３５】
打撃間回転角θがθL より大きいときには打撃回数Ｎｉに１を加えるとともに打撃周期Ｔ＞１．５×Ｔoldの判定を行い、否の場合には、打撃間回転角θ＞１．５×θoldの判定を行う。ここで打撃周期Ｔ＞１．５×Ｔold若しくは打撃間回転角θ＞１．５×θoldの判定が成り立つ場合には打撃回数Ｎｉに更に１を加える（打撃数を２回数える）とともに、打撃間回転角θを半分にする。そしてθoldの値を打撃間回転角θの値とするとともにＴoldの値を打撃周期Ｔの値とする。
【００３６】
このθｏｌｄは前回の打撃検出時の打撃間回転角、Ｔｏｌｄは前の打撃検出時の打撃周期で、夫々制御回路部１０において保存される。
【００３７】
このように打撃周期Ｔ＞１．５×Ｔold若しくは打撃間回転角θ＞１．５×θoldの判定が成り立つ場合には打撃間回転角θの値が半分に補正され、この補正された値がトルク推定部１８に与えられてトルク推定が行われることになる。
【００３８】
一方何れの判定も否の場合には、補正は行なわれずθoldの値を打撃間回転角θの値とするとともにＴoldの値を打撃周期Ｔの値とした後、打撃間回転角θの値がトルク推定部１８に与えられてトルク推定が行われることになる。
【００３９】
従って本実施形態では、打撃間回転角θの下限と、その値の推移に加えて打撃間隔の変化も同時に考慮するため、更に打撃間回転角θの精度が向上することになる。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１の発明は、ハンマによって打撃され回転力が加えられる出力軸と、ハンマによる出力軸の打撃を検出する打撃検出手段とを備えているインパクト締め付け工具において、ハンマを駆動するモータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、回転速度検出手段の検出した回転速度から打撃発生があり得ない期間を求め、該期間中における上記打撃検出手段による打撃検出を無視させる打撃無視期間設定手段とを備えたので、打撃検出直後の間違った打撃検出を無視してその影響を無くすことができ、そのため間違った打撃検出による打撃間回転角算出が無くなり、打撃検出精度が向上するとともに、打撃間回転角の精度も向上し、その結果トルク推定精度の向上をもたらし、しかも打撃検出割り込みが頻繁に呼び出されることが無くなるため、能力が低くより低価格のマイクロコンピュータで回路を構築することができるという効果がある。
【００４１】
請求項２の発明は、ハンマによって打撃され回転力が加えられる出力軸と、ハンマによる出力軸の打撃を検出する打撃検出手段とを備えているインパクト締め付け工具において、上記打撃検出手段の打撃発生タイミングをもとに各打撃毎の出力軸の回転角を算出する打撃間回転角算出手段と、打撃間回転角算出手段から得られた打撃間回転角の値がある閾値以下の場合、誤った打撃検出を判定し無効な打撃と扱う打撃補正手段とを備えたので、間違って検出した打撃、検出し損ねた打撃を判別でき、それにより打撃間回転角を適正に補正することが可能となり、結果打撃間回転角の精度が向上し、その結果トルク推定精度の向上をもたらすという効果がある。
【００４２】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、上記打撃補正手段が、上記打撃間回転角算出手段から得られた前回の打撃間回転角と今回の打撃間回転角とを比較し、今回の値が大きい場合を打撃検出抜けと判断し、打撃間回転角を補正するので、打撃間回転角の値の推移から、間違って検出した打撃、検出し損ねた打撃を判別でき、それに基づいて打撃間回転角を適正に補正することが可能となるため、打撃間回転角の精度が向上し、トルク推定精度の向上をもたらすという効果がある。
【００４３】
請求項４の発明は、請求項２の発明において、上記打撃検出手段が、検出した各打撃の周期を計測する打撃周期計測手段を持ち、上記打撃補正手段は、打撃周期計測手段からの打撃周期を基に、打撃の検出漏れ、誤った打撃検出を判定して打撃間回転角を補正するので、打撃間回転角の下限と、その値の推移に加えて打撃間隔の変化も同時に考慮することができ、そのため更に打撃間回転角の精度が向上し、トルク推定精度の更なる向上をもたらすという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明は実施形態１の構成図である。
【図２】同上に用いる打撃無視期間設定部の動作説明用タイミングチャートである。
【図３】同上に用いるタイマの動作説明用タイミングチャートである。
【図４】本発明は実施形態２の構成図である。
【図５】同上に用いる打撃補正部の動作説明用タイミングチャートである。
【図６】本発明は実施形態３の構成図である。
【図７】同上に用いる打撃補正部の動作説明用タイミングチャートである。
【図８】従来例の課題の説明図である。
【符号の説明】
１  モータ
２  減速機
３  ハンマ
４  アンビル
５  出力軸
６  マイク
７  打撃検出器
８  周波数ジェネレータ
９  波形整形回路
１０  制御回路部
１１  モータ制御部
１２  カウンタ
１３  タイマ
１４  回転速度検出部
１５  打撃間回転角算出部
１６  Ａ／Ｄ変換部
１７  Ｉ／Ｏ部
１８  トルク推定部
１９  打撃無視期間設定部
２０  タイマ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003945114.tif 000009