(57)【要約】【課題】インパクト回転工具において、工具を使用し続けることにより打撃トルクが経時変化しても、適正な締付トルクを発生することを可能とする。【解決手段】インパクト回転工具は、モータ２でハンマ４を回転駆動し、ハンマ４の打撃トルクを加えて締付対象物を締め付ける。制御手段７は、予め設定された締付トルク設定値に応じた必要打撃数を算出し、打撃トルクの大きさの経時変化を算出することで、前記必要打撃数を補正し、打撃数が補正後の必要打撃数に達したときにモータ２を停止させる。これにより、打撃トルクが経時変化で低下しても、打撃数が補正されて締付対象物を締付トルク設定値で締め付けることが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンマをモータで回転駆動し、前記ハンマによる打撃トルクを締付対象物に加えて締付トルクを発生させるインパクト回転工具であって、
前記締付トルクを算出するトルク算出手段と、
前記打撃トルクの大きさの経時変化を算出することで、前記トルク算出手段により算出された締付トルクを補正するトルク補正手段と、を備え、
前記トルク補正手段による補正後の締付トルクが予め設定された締付トルク設定値に達したときに前記モータを停止させて締付対象物を前記締付トルク設定値で締め付けることを特徴とするインパクト回転工具。
【請求項２】
ハンマをモータで回転駆動し、前記ハンマによる打撃トルクを締付対象物に加えて締付トルクを発生させるインパクト回転工具であって、
前記ハンマの打撃を検出する打撃検出手段と、
前記モータの回転速度を検出する速度検出手段と、
前記速度検出手段の出力に基づき前記モータを定速制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、予め設定された締付トルク設定値に応じた必要打撃数を算出する打撃数算出手段と、
前記打撃トルクの大きさの経時変化を算出することで、前記打撃数算出手段により算出された必要打撃数を補正する打撃数補正手段と、
前記打撃の検出から打撃数を計数する打撃数計数手段と、を備え、
前記打撃数計数手段により計数された打撃数が前記打撃数補正手段による補正後の必要打撃数に達したときに前記モータを停止させて締付対象物を前記締付トルク設定値で締め付けることを特徴とするインパクト回転工具。
【請求項３】
使用開始又は締付トルク較正時からの累積打撃数を記憶する記憶手段を備え、
前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された累積打撃数の増加に応じて、前記打撃トルクの低下を算出して前記締付トルクの低下を算出し、前記必要打撃数を補正することを特徴とする請求項２に記載のインパクト回転工具。
【請求項４】
使用開始又は締付トルク較正時からの総使用時間を記憶する記憶手段を備え、
前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された総使用時間の増加に応じて、前記打撃トルクの低下を算出して前記締付トルクの低下を算出し、前記必要打撃数を補正することを特徴とする請求項２に記載のインパクト回転工具。
【請求項５】
必要打撃数の前記補正が一定以上に増加したときに使用者に警告を与える警告手段を備えることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載のインパクト回転工具。
【請求項６】
前記制御部は、必要打撃数の前記補正が一定以上に増加すると、打撃開始を抑止制御することを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか一項に記載のインパクト回転工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボルトやナット等の締め付け作業および弛緩作業に用い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に関する。
【背景技術】
【０００２】
インパクト回転工具は、モータの回転をハンマの打撃に変換し、ハンマがアンビルを打撃するときの強い衝撃力を出力軸から出力して締め付け作業や弛緩作業を行う工具であり、減速機のみを用いた回転工具と比較して高トルクを出力でき、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。ところが、このインパクト回転工具は、この高トルク特性のために締め過ぎが生じて、ボルト等の締付対象物を破損してしまうことがある一方、使用者が締め過ぎをおそれて緩めに締めてしまうと、締付トルク不足が生じて締付対象物を所望の通りに固定できないこともある。
【０００３】
そのため、適度な締め付けを行うために、締付トルクを推定し、推定された締付トルクが所定のトルク値に達するとモータを停止するインパクト回転工具が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に示されるインパクト回転工具のトルク推定方法は、締付対象物を締め付ける際、締付対象物がトルクTで角度θだけ進むときに、締付対象物と締付相手部材との摩擦などで消費されるエネルギーが打撃によりハンマからアンビルへ与えられるエネルギーとほぼ等しいという関係を用いている。具体的には、打撃時のハンマの角速度をω、ハンマの慣性モーメントをJaとすると、打撃時のハンマの運動エネルギーEiは、次の数式１で表わされる。
【０００４】
【数１】
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【０００５】
この打撃により、アンビルが回転角θだけ進んだとき、締め付けの平均トルクをTとすると、締め付けにより消費されるエネルギーEoは、次の数式２で表わされる。
【０００６】
【数２】
2009083002.tif 000004
【０００７】
アンビルが回転するためのエネルギーはハンマから与えられるため、前記の数１と数２の数式におけるそれぞれのエネルギーEiとEoが等しいとして、トルクTは次の数式３で算出される。
【０００８】
【数３】
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【０００９】
上記で算出されたトルクTが予め設定された締付トルク設定値以上になったときにモータを停止することにより、締付対象物が破損したり締付トルクが不足したりすることなく、適度な締付トルクTを発生させている。また、トルク設定値で締め付けるためのモータの停止条件は、モータの回転速度をほぼ一定に保つ場合には、打撃数で設定をすることもできる。
【００１０】
しかしながら、上述した従来のインパクト回転工具においては、使用し続けると、ハンマやアンビルの打撃面の摩耗や変形により、打撃ごとの打撃トルクが低下し、使用開始時よりも締付トルクが低下するという問題があった。
【特許文献１】特開２０００−３５４９７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、インパクト回転工具を使用し続けることにより打撃トルクが経時変化しても、適正な締付トルクを発生することが可能なインパクト回転工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、ハンマをモータで回転駆動し、前記ハンマによる打撃トルクを締付対象物に加えて締付トルクを発生させるインパクト回転工具であって、前記締付トルクを算出するトルク算出手段と、前記打撃トルクの大きさの経時変化を算出することで、前記トルク算出手段により算出された締付トルクを補正するトルク補正手段と、を備え、前記トルク補正手段による補正後の締付トルクが予め設定された締付トルク設定値に達したときに前記モータを停止させて締付対象物を前記締付トルク設定値で締め付けるものである。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、ハンマをモータで回転駆動し、前記ハンマによる打撃トルクを締付対象物に加えて締付トルクを発生させるインパクト回転工具であって、前記ハンマの打撃を検出する打撃検出手段と、前記モータの回転速度を検出する速度検出手段と、前記速度検出手段の出力に基づき前記モータを定速制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、予め設定された締付トルク設定値に応じた必要打撃数を算出する打撃数算出手段と、前記打撃トルクの大きさの経時変化を算出することで、前記打撃数算出手段により算出された必要打撃数を補正する打撃数補正手段と、前記打撃の検出から打撃数を計数する打撃数計数手段と、を備え、前記打撃数計数手段により計数された打撃数が前記打撃数補正手段による補正後の必要打撃数に達したときに前記モータを停止させて締付対象物を前記締付トルク設定値で締め付けるものである。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のインパクト回転工具において、使用開始又は締付トルク較正時からの累積打撃数を記憶する記憶手段を備え、前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された累積打撃数の増加に応じて、前記打撃トルクの低下を算出して前記締付トルクの低下を算出し、前記必要打撃数を補正するものである。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のインパクト回転工具において、使用開始又は締付トルク較正時からの総使用時間を記憶する記憶手段を備え、前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された総使用時間の増加に応じて、前記打撃トルクの低下を算出して前記締付トルクの低下を算出し、前記必要打撃数を補正するものである。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項２乃至請求項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、必要打撃数の前記補正が一定以上に増加したときに使用者に警告を与える警告手段を備えるものである。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項２乃至請求項５のいずれか一項に記載のインパクト回転工具において、前記制御部は、必要打撃数の前記補正が一定以上に増加すると、打撃開始を抑止制御するものである。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に記載の発明によれば、インパクト回転工具は、使用し続けることによるハンマの摩耗などに起因して打撃トルクに経時変化が起きても、算出された締付トルクを補正するので、締付対象物を予め設定された締付トルク設定値で適正に締め付けることができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、インパクト回転工具は、使用し続けることによるハンマの摩耗などに起因して打撃トルクに経時変化が起きても、必要打撃数を補正をするので、締付対象物を予め設定された締付トルク設定値で適正に締め付けることが出来、経時変化に対するトルクの再較正の手間を不要にできる。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、累積打撃数からハンマの摩耗などによる打撃トルクの低下を算出して必要打撃数を補正するので、制御手段に累積打撃数を記憶する記憶手段を備えるだけで補正が可能となり、低コストで精度の良い締め付けができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、総使用時間により打撃トルクの低下を算出して必要打撃数を補正するため、累積打撃数を記憶する場合と比較して小容量の記憶手段での記憶が可能であり、精度の良い締め付けを更に低コストで行うことができる。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、必要打撃数の補正が一定以上に増加するとインパクト回転工具が使用者に警告を与えることで、締付トルク設定値での締め付けが出来なくなることを未然に防止できる。
【００２３】
請求項６に記載の発明によれば、締付トルクが締付トルク設定値に達しないことによる締め付けの失敗を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の第１の実施形態に係るインパクト回転工具１の構成について図１を参照して説明する。電動のインパクト回転工具１は、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伝達機構である減速機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、その打撃によってトルクが衝撃的に印加される出力軸６を備えている。なお、ハンマ４の打撃は、ハンマ４とアンビル５の間に所定以上の力が加わり、アンビル５に対してハンマ４が一定以上回動したときに発生する。出力軸６には、チャック１２によってビット１１が着脱可能に取付られており、出力軸６の打撃トルクはビット１１を介してボルト等の締付対象物（図示せず）に加えられ、締付対象物に締付トルクが発生する。モータ２の回転速度に比例した周波数信号を発生する周波数ジェネレータからなる速度検出手段９が、モータ２の回転速度を検出する。速度検出手段９は、例えば、エンコーダなどでもよく、モータ２が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る回転速度の検出を行ってもよい。打撃ごとのアンビル５の進み角は、例えば、打撃ごとのモータ２の進み角から算出する。モータ２の進み角は、モータ２の回転速度を時間積分して算出される。アンビル５の進み角は、アンビル５に角度センサを設けて検出してもよい。インパクト回転工具１は、ハンマ４とアンビル５の打撃を検出するため、打撃検出手段１０を備えている。打撃検出手段１０は、例えば、モータ２の回転速度変化から衝撃を検出してもよいし、衝撃センサにより衝撃を検出してもよい。ＣＰＵを有する制御回路からなる制御手段７にモータ２が接続され、制御手段７は、使用者が操作するトリガ８の引き込みの大きさに応じてモータ２の回転速度を変化させるなどの制御を行う。充電池１４は、インパクト回転工具１に電力を供給する。
【００２５】
次に、同工具の制御を図２及び図４を参照して説明する。図２において、同工具の使用者は、可変抵抗器などのトルク設定手段（図示せず）によりインパクト回転工具１の締付トルク設定値７６を制御手段７に予め設定する。使用者がトリガ８を引くと、トリガ８の引き方に応じた回転速度で回転するようにモータ制御部７７がモータ２を制御する。打撃検出部７２は、打撃検出手段１０の出力により打撃タイミングを検出する。検出された打撃タイミングごとに、ハンマ速度検出部７１は、速度検出手段９の出力から打撃時のハンマ４の速度及びアンビル５の進み角を算出する。これら打撃タイミングごとのハンマ４の速度及びアンビル５の進み角を基に、トルク算出部７５は、前記の数式３により締付トルクを算出する。制御手段７は、制御回路上にＥＰＲＯＭなどの不揮発メモリからなる記憶手段７３を備え、製造時すなわち使用開始時からの総使用時間を記憶手段７３に記憶する。ハンマ４やアンビル５の摩耗などに起因して、図４に示すように、インパクト回転工具１の使用開始時からの累積打撃数又は総作業時間時間が増加するに従って、打撃トルクτは、初期値τ0から経時変化して低下する。打撃ごとの打撃トルクτが低下すると、同じ回数だけ締付対象物を打撃しても発生する締付トルクも同様に低下する。図４において、τ/τ0は、打撃トルクの経時変化による補正係数であり、使用開始時の初期値は１であり、使用開始時からの累積打撃数又は総作業時間時間が増加するに従って減少する。トルク算出部７５は、補正係数τ/τ0の算出に必要なデータを備えており、記憶手段７３に記憶された使用開始時からの総作業時間時間に対する補正係数τ/τ0を算出する。トルク算出部７５は、前記の数式３に基づいて算出した締付トルクに対して、補正係数τ/τ0を掛ける補正を行う。モータ制御部７７は、補正後の締付トルクがトルク設定値７６に達するとモータ２を停止させ、インパクト回転工具１は締め付けを完了する。これにより、インパクト回転工具１は、締付対象物を設定された締付トルク値で適正に締め付けることができる。
【００２６】
次に、本発明の第２の実施形態に係るインパクト回転工具について、図１に示した構成において、制御を図３を参照して説明する。制御手段７は、速度検出手段９の出力によりモータ２の回転速度をハンマ速度検出部７１で検出し、モータ制御部７８でモータ２を一定の速度で回転させるフィードバック制御を行う。前記の数式３において、もしモータ２の回転速度が変化すると、打撃時のハンマ４の角速度ωも変化し、同じ打撃数に対する締付トルクが変化するので、モータ２が定速制御される。打撃数算出部７９は、予め設定されたトルク設定値７６に応じて必要打撃数を算出する。打撃トルクτは、初期値τ0から経時変化して低下する。打撃数算出部７９は、打撃トルクの経時変化に基づく補正係数τ/τ0の算出に必要なデータを備えており、記憶手段７３に記憶された使用開始時からの総作業時間時間に対する補正係数τ/τ0を算出する。打撃数算出部７９は、前記の必要打撃数に対して、補正係数τ/τ0で割る補正を行う。補正係数τ/τ0は、初期値が１で経時変化により低下するので、この補正により必要打撃数が増加する。打撃数算出部７９は、打撃検出部７２が検出した打撃から打撃数を計数し、計数した打撃数が補正後の必要打撃数に達すると、打撃数算出部７９は、モータ制御部７８にモータ停止命令を発し、モータ制御部７８はモータ２を停止させ、インパクト回転工具２０は締め付けを完了する。これにより、インパクト回転工具２０は、締付対象物を設定された締付トルク設定値で適正に締め付けることができる。また、もし、必要打撃数をこのように補正しないと、打撃トルクの経時変化に伴い、締付トルク値の設定に対する必要打撃数を再較正することが必要となり、しかも再較正後も打撃トルクは次第に低下する。しかし、打撃数算出部７９が必要打撃数を補正するので、トルクの再較正の手間を不要にできる。
【００２７】
なお、前記の第１及び第２の実施形態においては、記憶手段７３にインパクト回転工具の総使用時間を記憶し、制御手段７が総使用時間に基づいて経時変化に伴う補正を行っているが、総使用時間の代わりに累積打撃数に基づいて補正を行ってもよい。累積打撃数に関しても総使用時間と同様の打撃トルクの経時変化があるからである。但し、インパクト回転工具は1秒間に数百回の打撃を行うため、累積打撃数は総使用時間と比較して大きな数値となり、累積打撃数を記憶するには必要な記憶手段７３の容量が大きくなるため、総使用時間を記憶手段７３に記憶するほうが好ましい。これにより、低コストで精度の良い締め付けができる。
【００２８】
さらに、インパクト回転工具２０に警告手段（図示せず）を設け、打撃数算出部７９が行う必要打撃数の補正が一定以上に増加したときに警告手段が使用者に警告を与えてもよい。これにより、設定されたトルクでの締め付けがが出来なくなることを事前に防止できる。警告手段は、例えば、ＬＥＤの発光による視覚的な手段でもアラーム音の発生による聴覚的な手段でもよい。
【００２９】
制御手段７は、打撃数算出部７９による必要打撃数の補正が一定以上に増加すると、モータ制御部７８でモータ２の起動を抑止し、インパクト回転工具による打撃開始を抑止制御するようにしてもよい。打撃開始が抑止制御されると、使用者がトリガ８を操作してもインパクト回転工具２０は打撃を開始しない。これにより、インパクト回転工具で打撃開始したが締付トルクが締付トルク設定値に達しないという締め付けの失敗を防止できる。
【００３０】
なお、本発明は、上記各実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、インパクト回転工具において、モータ２をエアモータとし、ガスボンベ又は外部から圧縮空気を供給する管を備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るインパクト回転工具の構成図。
【図２】同工具の制御ブロック図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るインパクト回転工具の制御ブロック図。
【図４】インパクト回転工具の累積打撃数又は総作業時間に対する打撃トルクの経時変化を説明する図。
【符号の説明】
【００３２】
１  インパクト回転工具
２  モータ
４  ハンマ
７  制御手段
７３  記憶手段
９  モータ回転速度検出手段
１０  打撃検出手段
２０  インパクト回転工具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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