JP2006231445A - インパクト締付け工具 - Google Patents

Abstract

【課題】 所望の締付トルクでモータを停止させることのできるインパクト締付け工具を低コストで提供する。
【解決手段】 駆動源であるモータ１と、モータ１の回転力をハンマ５による打撃と共に出力軸７にまで伝達する打撃機構とを具備するインパクト締付け工具において、ハンマ５による打撃を検出する打撃検出手段８と、打撃検出手段８により検出される打撃間隔が設定値以下になると締付トルクが設定トルクに達したと判断してモータ１を停止させる締付け判定部１０とを具備したものとする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ねじやボルトナット等の締付け作業に使用する、インパクトレンチやインパクトドライバのようなインパクト締付け工具に関するものである。

従来から、駆動源であるモータと、モータの回転力をハンマによる打撃と共に出力軸にまで伝達する打撃機構とを具備するインパクト締付け工具が知られている。このようなインパクト締付け工具においては、ねじやボルトナット等の被締結部材を締付けるに際して、締付トルクが予め設定してある規定値に達した時点でモータを自動停止させるような機能を有していることが好ましい。上記機能を実現する為には、実際の締付トルクを測定することが精度の点では最も望ましいが、この場合には出力軸にトルク測定手段を設ける必要があり、コストが増大するとともに装置全体が大型化して使い勝手が悪くなるといった問題がある。

一方、打撃回数が予め設定してある回数に達した時点でモータを停止させるといった制御手段も提案されているが（特許文献１参照）、この場合にはモータの制御が簡単であるという利点があるものの、モータ停止時の締付トルクにばらつきが大きく、締付け不足となったり、或いは締付け過ぎにより部材破壊を招くといった問題がある。

また、ハンマによる打撃エネルギの検出と、被締結部材の打撃毎の回転角の検出とを行い、両検出値を基に締付トルクを推定するとともに、この締付トルクが設定値以上となればモータを停止させるといった制御手段も提案されている（特許文献２参照）。この手段に依れば、適切な打撃数でモータを停止させることが可能であるが、打撃の瞬間の回転速度を基に打撃エネルギを検出する構成であることから、高分解能の検出手段や高速演算手段が必須であり、したがってコストが増大して安価には提供することができないといった問題がある。
特開平５−１６２０８６号公報 特開２０００−３５４９７６号公報

本発明は上記問題点に鑑みて発明したものであって、高分解能の検出手段や高速演算手段を用いずとも、所望の締付トルクでモータを停止させることができ、したがって低コストで製造可能なインパクト締付け工具を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明を、駆動源であるモータ１と、モータ１の回転力をハンマ５による打撃と共に出力軸７にまで伝達する打撃機構とを具備するインパクト締付け工具において、ハンマ５による打撃を検出する打撃検出手段８と、打撃検出手段８により検出される打撃間隔Ｐが設定値Ｐｓ以下になると締付トルクＴが設定トルクＴｓに達したと判断してモータ１を停止させる締付け判定部１０とを具備したものとする。

締付トルクＴと打撃間隔Ｐとの間には、締付トルクＴが増加するほどに打撃間隔Ｐが短くなるといった相関特性があるので、このように打撃間隔Ｐを検出して設定値Ｐｓと比較することによって、締付トルクＴが所望の値（即ち、設定トルクＴｓ）に達したか否かを判定することができる。つまり、高分解能の検出手段や高速演算手段を用いる必要なく、打撃間隔Ｐを検出することの可能な簡単且つ安価な手段によって、所望の締付トルクＴでの締付け作業を実現することが可能である。

上記構成のインパクト締付け工具にあっては、ハンマ５の回転速度ω情報を検出することのできる情報検出手段２０を備え、該情報検出手段２０の検出結果に基づいて上記設定値Ｐｓを補正することが好適である。締付トルクＴと打撃間隔Ｐとの間の相関特性はハンマ５の回転速度ωに応じて変化するので、このように設定値Ｐｓを補正することで、所望の締付トルクＴでの高精度の締付け作業が可能となる。

そして、上記情報検出手段２０が、モータ１の回転速度を設定可能な回転速度設定手段１５であることも好適である。回転速度設定手段１５を用いることで、使用者は作業内容に最適な打撃力を容易に設定可能になるとともに、この回転速度設定手段１５の設定変更によりハンマ５の回転速度ωが変更された場合であっても、問題なく所望の締付トルクＴでの高精度の締付け作業が可能となる。

また、上記情報検出手段２０が、モータ１への印加電圧を検出する電圧検出手段１４であることや、モータ１の消費電流を検出する電流検出手段１３であることも好適である。このようにすることで、電源として電池を用いた構成であり電圧変動が大きなものであっても、電圧変動によるハンマ５の回転速度ωの変化に影響されずに、所望の締付トルクＴでの高精度の締付け作業が可能となる。

本発明は、高分解能の検出手段や高速演算手段を用いずとも、所望の締付トルクでモータを停止させることができ、したがって低コストで製造可能なインパクト締付け工具となる。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。図１には、本発明の実施形態における一例のインパクト締付け工具であるインパクトドライバの基本構成を示している。図中１は駆動源であるモータであり、このモータ１の回転力が所定の減速比を有する減速機２を介して駆動軸３に伝達される構造である。駆動軸３にはカム機構（図示せず）を介してハンマ５が取付けられており、このハンマ５はスプリング４によって出力軸７へとばね付勢されている。出力軸７は、ハンマ５と回転方向において係合するアンビル６を有しており、出力軸７にかかる負荷が小さな場合にはハンマ５とアンビル６及び出力軸７が一体に回転し、出力軸７にかかる負荷が大きな場合にはカム機構の働きでハンマ５がスプリング４の付勢力に抗して後退し、アンビル６との係合が外れた後に回転しながら前進してアンビル６と打撃を伴って再度係合し、この打撃により回転方向のインパクトを与えて出力軸７を回転させるものである。即ち、本例にあっては上記各構成により、モータ１の回転力をハンマ５による打撃と共に出力軸７にまで伝達する打撃機構を形成している。

図中８は、ハンマ５によるアンビル６への打撃を検出する打撃検出手段であり、マイクや加速度センサを用いて適宜形成される。打撃検出手段８の検出結果は打撃検出処理部９に送られ、打撃検出処理部９にてこの検出結果を基に今回の打撃と前回の打撃との間の経過時間である打撃間隔Ｐを検出する。打撃検出処理部９で検出される打撃間隔Ｐは締付け判定部１０に送られ、締付け判定部１０にて打撃間隔Ｐと設定値Ｐｓとを比較するとともに、時間間隔Ｐが設定値Ｐｓ以下となった時点で現在の被締結部材の締付トルクＴが設定トルクＴｓに達したと判断して、締付け判定部１０からモータ１の停止命令を出力させる。そして、この停止指令を受けたモータ制御部１２はモータ制御回路１１を介してモータ１を停止させるものである。

上記設定値Ｐｓは、打撃間隔Ｐと現在の締付トルクＴとの相関特性、及びトルク設定手段１６により入力される所望の締付トルクＴである設定トルクＴｓに基づいて決定される。この相関特性は、現在の締付トルクＴが増加するほどに打撃間隔Ｐが短くなるといった特性であり、図２や図３に示す実験結果により明らかにされる。つまり、打撃間隔Ｐと締付トルクＴとの相関特性を締付け判定部１０に記憶させておき、締付け作業に際して、所望の締付トルクである設定トルクＴｓをトルク設定手段１６を介して締付け判定部１０に入力しておけば、打撃検出手段８及び打撃検出処理部９を介して検出した打撃間隔Ｐが上記設定値Ｐｓ以下となった時点で締付トルクが設定トルクＴｓに達したと判断できるのである。

なお、上記のように打撃間隔Ｐと設定値Ｐｓとを対比させるのでなく、締付け判定部１０にて、打撃間隔Ｐと上記相関特性とを基に現在の締付トルクＴを推定するとともに、この締付トルクＴと、トルク設定手段１６により入力される設定トルクＴｓとを対比し、締付トルクＴが設定トルクＴｓを超えた時点でモータ１を停止させるような判定手順であっても構わない。

図２に示すように打撃間隔Ｐと締付トルクＴとの間の相関特性は、被締結部材と、この被締結部材を締付ける対象部材との各種組合せに応じて変化するので、本例においては条件入力手段１９を備え、この条件入力手段１９から入力される被締結部材（ねじやボルトナット等）や対象部材（板材等）の各種条件に応じて、打撃間隔Ｐと締付トルクＴとの相関特性を補正し、延いては、所望の設定トルクＴｓと対応する打撃間隔Ｐの設定値Ｐｓを補正するように設けている。

図２中の右上枠内には、◆、■、▲、×、＊、●といった各印に対応する被締結部材の条件（具体的にはねじの直径と長さ）を示している。即ち、使用したねじが◆印においては直径４．１ｍｍ、長さ７５ｍｍであり、■印においては直径４．１ｍｍ、長さ２５ｍｍであり、▲印においては直径３．５ｍｍ、長さ２０ｍｍであり、×印においては直径３．８ｍｍ、長さ２５ｍｍであり、＊印においては直径４．１ｍｍ、長さ２５ｍｍであり、●印においては直径３．５ｍｍ、長さ２０ｍｍである。また、図示はしていないが、ねじを締結させる対象部材として◆、■、▲の各印においては木質の板を用い、×印においては石膏ボードを用い、＊印においてはベニア板を用い、●印においては鉄板を用いている。

図中１５は、モータ１の回転速度を設定する回転速度設定手段であり、図中１４はモータ１の印加電圧を検出する電圧検出手段であり、図中１３はモータ１の消費電流を検出する電流検出手段である。また、図中１７は電源として用いる充電池であり、図中１８はトリガスイッチである。

ここで、打撃間隔Ｐと締付トルクＴとの相関特性は、ハンマ５の回転速度ωに応じて変化するものである。そこで本例においてはハンマ５の回転速度ωの情報を検出することのできる情報検出手段２０として、上記の回転速度設定手段１５や、電圧検出手段１４や、電流検出手段１３を用い、各手段１５，１４，１３からの入力に応じて、締付け判定部１０にて、打撃間隔Ｐと締付トルクＴとの相関特性、即ち入力される設定トルクＴｓに応じて該相関特性を基に決定される設定値Ｐｓを、補正するように設けている。

回転速度設定手段１５は、ハンマ５の打撃力を作業に応じた値に設定する為に、モータ１の回転速度、即ちハンマ５の回転速度ωを、作業に応じて高速や低速に設定するものである。通常、ハンマ５の回転速度ωを高速に設定すれば高トルクでの締付け作業が可能となって作業が速くなるという利点があるが、反面、この高速設定で低トルク作業を行った場合には部材破壊を招くといった恐れもある。そこで、低トルク作業においては回転速度設定手段１５を用いてハンマ５の回転速度ωが低速を維持するよう設定しておけば、細かな作業も可能となる。そして、この回転速度設定手段１５の入力に応じて、上記の如く締付け判定部１０において設定値Ｐｓを適宜補正させることで、ハンマ５の回転速度ωの変更に影響されず所望の設定トルクＴｓでモータ１を確実に停止させることが可能になる。

また、本例にあっては電源として充電池１７を利用しているので、充電池１７の電源電圧が変化してモータ１の回転速度、即ちハンマ５の回転速度ωが変化することとなる。即ち、電源電圧の変化に応じて、打撃間隔Ｐと締付トルクＴとの相関特性が変化するものである（図３参照）。これに対して、上記の如く電圧検出手段１４の検出結果に応じて締付け判定部１０で設定値Ｐｓを適宜補正させることで、電圧低下によるハンマ５の回転速度ωの変更に影響されず、所望の設定トルクＴｓでモータ１を確実に停止させることが可能になる。

加えて、本例においては電流検出手段１３の検出結果に応じても締付け判定部１０で設定値Ｐｓを適宜補正させるように設けているので、モータ１を更に確実に所望の設定トルクＴｓで停止させることが可能になっている。

ハンマ５の回転速度ωの情報を検出する情報検出手段２０としては、上記の各手段１５，１４，１３の少なくとも一つを備えてこれを補正に利用すればよいし、また、他の手段を備えて、これから得られる回転速度ωの情報を補正に利用する構成であっても構わない。

なお、締付け判定部１０にて、既述したように打撃間隔Ｐと上記相関特性とを基に現在の締付トルクＴを推定してこれを設定トルクＴｓと対比させるような判定手順を用いる場合には、回転速度ωの情報を基に上記の推定される締付トルクＴの値を補正するか、若しくは設定トルクＴｓの値を補正すればよい。

そして、上記構成から成る本例のインパクト締付け工具にあっては、打撃間隔Ｐを計測するだけでよいことから高分解能の検出手段や高速演算手段を用いる必要が無く、標準的で安価なワンチックマイクロコンピュータのみでトルク制御を行うことができる。即ち、低コストで製造可能なものである。

本発明の実施形態における一例のインパクト締付け工具の基本構成を示すブロック図である。 同上のインパクト締付け工具における締付トルクと打撃間隔との相関特性のグラフ図であり、被締結部材と対象部材の各種条件を変更した場合を示している。 同上のインパクト締付け工具における締付トルクと打撃間隔との相関特性のグラフ図であり、電源電圧を変更した場合を示している。

符号の説明

１ モータ
５ ハンマ
７ 出力軸
８ 打撃検出手段
１０ 締付け判定部
１３ 電流検出手段
１４ 電圧検出手段
１５ 回転速度設定手段
２０ 情報検出手段
Ｐ 打撃間隔
Ｐｓ 設定値
Ｔ 締付トルク
Ｔｓ 設定トルク
ω ハンマの回転速度

Claims (5)

1. 駆動源であるモータと、モータの回転力をハンマによる打撃と共に出力軸にまで伝達する打撃機構とを具備するインパクト締付け工具において、ハンマによる打撃を検出する打撃検出手段と、打撃検出手段により検出される打撃間隔が設定値以下になると締付トルクが設定トルクに達したと判断してモータを停止させる締付け判定部とを具備することを特徴とするインパクト締付け工具。
2. ハンマの回転速度情報を検出することのできる情報検出手段を備え、該情報検出手段の検出結果に基づいて上記設定値を補正することを特徴とする請求項１に記載のインパクト締付け工具。
3. 上記情報検出手段が、モータの回転速度を設定可能な回転速度設定手段であることを特徴とする請求項１に記載のインパクト締付け工具。
4. 上記情報検出手段が、モータへの印加電圧を検出する電圧検出手段であることを特徴とする請求項１に記載のインパクト締付け工具。
5. 上記情報検出手段が、モータの消費電流を検出する電流検出手段であることを特徴とする請求項１に記載のインパクト締付け工具。
   
   

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