JP5486435B2 - インパクト回転工具 - Google Patents

Description

本発明は、ボルトやナットなどの締め付け作業及び弛緩作業に用いられ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、殊にトルクセンサ付きのインパクト回転工具に関するものである。

モータで回転駆動されるハンマによる打撃衝撃や、油圧によるパルス状の衝撃で出力部を回転させるインパクト回転工具は、減速機のみを用いた回転工具と比較して、衝撃印加による高いトルクを得られるために、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１回の衝撃で高いトルクを得ることができる高トルク特性のために、えてして締めすぎが生じて対象物を破損してしまうことがある。そして作業者が締めすぎを恐れてゆるめに締めてしまうと、締付トルク不足が生じて対象物を所望の通りに固定できなかったりする問題点が生じていた。

適度な締め付けを行うために、特開平８−２６７３６８号公報（特許文献１）のように、出力軸にトルクセンサを取り付けて、トルクセンサで測定されたトルクが目標トルクに達するとモータを停止するものも存在している。

一方、インパクト回転工具において、大きいボルトを速く締め付けるためには、１衝撃毎のトルク増加を大きくすることになる。しかし、同じ工具を用いて小さいボルトを締め付けると、１衝撃で設定された目標トルク以上のトルクに達してしまったり、ごく少ない衝撃数で目標トルクの範囲内より高いトルクに達してしまったりする。このために、適切なトルクを発生した後に止めることが難しく、締付トルクの精度が低下してしまうという問題があり、目標トルクの大きさに応じて複数台の工具を使い分ける必要があった。

特開平８−２６７３６８号公報

本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、１台のインパクト回転工具で幅広い目標トルクに対して、精度よく締め付けを行うことができるインパクト回転工具を提供することを課題とするものである。

本発明は、回転駆動源であるモータと、モータ回転からパルス状の衝撃を発生させるとともに該衝撃で出力軸に回転トルクを加えるインパクト発生装置と、出力軸に加わるトルクを測定するトルクセンサと、トルクセンサにより測定されたトルクが設定された目標トルクに達した時に上記モータを停止させる制御手段とを備えたインパクト回転工具において、上記制御手段は、設定された目標トルクの大きさに応じて１衝撃当たりのトルク増大値を変化させて目標トルクが小さい時には上記トルク増大値も小さくするものであるとともに、設定された目標トルクとトルクセンサにより測定されたトルクとの差の値に応じて１衝撃当たりのトルク増大値を変化させるものであることに特徴を有している。

大トルクを発生させることができて、大きなねじも締め付けられるものにおいても、小さなねじを締め付けるときには、目標トルクを小さく変更するだけで、小さなねじに対応したインパクト回転工具となるものであり、１台のインパクト回転工具で幅広い目標トルクに対して、精度よく締め付けを行うことができる。

上記制御手段は、モータ出力を制限することで１衝撃当たりのトルク増大値を変化させるものを好適に用いることができる。追加の部品などを必要とすることなく低コストで１衝撃当たりのトルク増大値を変化させることができる。

上記モータ出力の変更は、モータの最大回転速度を制限することで行うものであると、制御が簡単で済む。

また、モータの最大加速度を制限することでモータ出力を変更するものであると、トルクが小さい範囲で出力が低下するために、目標トルクが小さい時の精度を高くすることができる。

さらに、上記制御手段は、１衝撃当たりのトルク増大値を、設定された目標トルクに到達するまで所定回数以上の衝撃が必要な値に制限するものであると、目標トルク付近で締め付けを停止させることがより確実に行えるものとなる。

特に、目標トルクに対する誤差範囲を±ｘ％とするとき、目標トルク範囲の下限に達するまでに必要な衝撃の回数を５０／ｘ回以上としていると、目標トルク範囲内で２回以上の衝撃を発生させることができ、モータの停止タイミングによって停止までにさらに１衝撃が加わるようなことがあっても、締付トルクが目標トルク範囲から外れてしまうことがなく、目標トルクの精度内で締め付けを行うことができる。

本発明においては、目標トルクの大きさに応じて複数台の工具を使い分けなくとも、１台のインパクト回転工具で幅広い目標トルクに対して精度よく締め付けを行うことができる。また、締め付け始めは出力を大きくし、目標トルクに近づけば出力をさらに制限することができるために、目標トルクまで少ない衝撃数で早く達することができる上に精度も良いものを得ることができる。

本発明の実施の形態の一例のブロック図である。 同上の概略断面図である。 同上の目標トルクが大きい時の動作説明図である。 同上の目標トルクが小さい時の動作説明図である。 従来例の問題点を示す動作説明図である。

本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図２に示す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、その打撃によって回転力が衝撃的に印加される出力軸７を備えている。図中８は出力軸７に取り付けられるビット、６はハンマ４を軸方向に付勢するばねである。ハンマ４の打撃は、ハンマ４とアンビル５の間に所定以上の負荷トルクが加わったために、アンビル５に対してハンマ４がばね６に抗して後退するとともに一定以上回動したときに発生するようになっている。

出力軸７にはトルクセンサ１０が取り付けられている。このトルクセンサ１０は、出力軸７の外面に取り付けた磁歪部と、出力軸７の外周に配置された検出コイル及び外部磁気のシールドおよび検出コイルの感度向上のために検出コイルを覆っているヨークとからなる。上記磁歪部は、ねじり歪み検出のためのスリットのパターンを設けた磁歪性をもつアモルファス箔をエポキシ系接着剤で出力軸７に強固に接着したものとして形成している。そして出力軸７にトルクが加わることによって発生する出力軸７の歪に伴って磁歪部の磁気特性も変化する。検出コイルには制御回路Ｃから高周波の電圧を加えており、磁歪部の磁気特性の変化によって出力電圧が変化する。従って、上記出力電圧の測定で出力軸７に加わるトルクの大きさを求めることができる。

制御回路Ｃに接続されたモータ２は、操作者がトリガスイッチ１５を操作するとき、トリガスイッチ１５の引き量に応じて回転速度を変化させるなどの制御を行う。

また上記モータ２にはその回転速度を検出するモータ速度検出部１６を設けてある。モータ速度検出部１６としては、モータの回転数に比例した周波数信号を発生する周波数ジェネレータを好適に用いることができるが、このほか、エンコーダなどでもよく、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って速度検出を行ってもよい。

図１に目標トルクで締め付け動作を停止させるとともに目標トルクの大きさに応じてモータ２の回転数を変更する制御を行う制御回路Ｃのブロック図を示す。

図中Ｃ１は上記速度検出部１６からの信号をＡ／Ｄ変換して取り込むモータ速度測定部、Ｃ３は上記トルクセンサ１０からの信号をＡ／Ｄ変換して取り込むトルク測定部であり、モータ２はモータ制御部Ｃ６の制御下で回転数がフィードバック制御される。

今、ボリュームなどのトルク設定手段（図示せず）によって締め付けの目標トルクを設定すれば、この目標トルクがトルク設定値Ｃ２としてセットされ、作業者がトリガスイッチ１５を引いて、トリガスイッチ１５の引き量に応じた速度でモータ２が回転するようにモータ制御部Ｃ６がモータ２を制御駆動する。そして、トルクセンサ１０及びトルク測定部Ｃ３で取り込んだトルク測定値（たとえばピーク値）が、トルク設定値Ｃ２にセットされた目標トルク（の±１０％の範囲内）に達すれば、停止判定部Ｃ４が停止指令をモータ制御部Ｃ６に送るために、モータ２は停止し、締め付け動作が終了する。

ここにおいて、トルク設定値Ｃ２にセットされた目標トルクが大である場合は、トリガスイッチ１５を最大限に引けば、モータ２は最高速度で駆動される。この場合、ハンマ４によるアンビル５の打撃で生じた衝撃は大きく、１衝撃当たりのトルク増大値も大きい。そしてこの１衝撃当たりのトルク増大値は締め付けが進むにつれて小さくなるが、目標トルクの±１０％の範囲内に達すれば、上述の停止判定部Ｃ４がモータ停止指令を発してモータ２を停止させる。

そして、トルク設定値Ｃ２にセットされた目標トルクが小さい時も、トリガスイッチ１５を最大限に引いた時にモータ２が最高速度で駆動されるようになっていると、図５に示すように、１衝撃当たりのトルク増大値が目標トルクの±１０％の範囲を飛び越えてしまったりするために、目標トルクでモータ２を停止させることができず、締めすぎが生じてしまうことになる。もちろん、トリガスイッチ１５を引く量を加減してモータ２の回転速度を抑えれば、目標トルクに達した時点でモータ２が停止するように制御されることになるが、トリガスイッチ１５の引き量を目標トルクに応じて加減することは極めて困難である。

このために本発明においては、トルク設定値Ｃ２にセットされた目標トルクの大きさに応じて、制限速度算出部Ｃ５がトリガスイッチ１５を引いた時のモータ２の回転速度を規制するようにしてある。つまり、目標トルクが小さい時には、トリガスイッチ１５を最大限に引いても、モータ２は最高速度に達しない速度に制限されるものであり、トリガスイッチ１５の引き量が少ない時には、さらに速度が抑制される。

このために、トルク設定値Ｃ２にセットされた目標トルクが小さい時には、１衝撃当たりのトルク増大値も小さく、図４に示すように、目標トルクに達するまでの衝撃回数も多くなるとともに、目標トルクの例えば±１０％の範囲内に留まる回数も多くなる。従って、停止判定部Ｃ４が停止信号を発令してモータ２が停止した時、締付トルクが目標トルクの範囲内に収まるものである。

トリガスイッチ１５を最大限に引いた時のモータ２の回転速度は、トルク設定値Ｃ２でセットされた目標トルクの大きさと要求される誤差範囲から算出したテーブルにしたがって制限されるようにするのが好ましいが、対象物によってはテーブル上の値以外も設定可能としてもよい。

また、目標トルクに対する上記誤差範囲を±ｘ％とする場合、目標トルク範囲の下限に到達するまでに５０／ｘ回以上の衝撃が必要となるようにするのが好ましい。誤差範囲が上述のように±１０％であれば、５０／１０＝５より５パルス以上かけて目標トルクに到達するように１衝撃当たりのトルク増大値を制限するのである。この場合、目標トルクの誤差範囲±ｘ％の範囲内で２回以上の衝撃が発生することになるために、１回目の衝撃でモータ２が停止しなくても次の衝撃で停止させることができ、締付トルクを目標トルクの範囲内に納めることがより確実にできることになる。

トルクセンサ１０で検出されたトルクと目標トルクとの差の値に応じて、モータ２の回転速度を更に変化させるようにしてもよい。目標トルクに近づくにつれて１衝撃当たりのトルク増大値が小さくなるようにモータ２の回転数を低下させるのである。

締付が完了した後は、トルクの測定結果の表示、あるいは締め付け動作の良否の判定表示を行うようにしておくと、作業者にしてみれば、より安心して作業を行うことができる。トルク測定値や良否の判定結果を通信によって管理手段に通知するようにすれば、締付トルクの管理を行うことができる。

上記実施例では、ハンマ４とアンビル５とによるインパクト発生装置を備えたインパクト回転工具を示したが、油圧パルスで衝撃を発生させるものであってもよい。また、モータの回転数を制限することで１衝撃当たりのトルク増大値を抑制するものを示したが、加速度を制限することで１衝撃当たりのトルク増大値を抑制するもの、減速比を変更するもの、油圧パルスにおけるオイル流路を変更するもの等、１衝撃当たりのトルク増大値を変化させることができるものであれば、どのような構成のものを用いてもよい。

１ インパクト回転工具
２ モータ
３ 減速器
４ ハンマ
５ アンビル
７ 出力軸
１０ トルクセンサ
Ｃ 制御回路

Claims (6)

1. 回転駆動源であるモータと、モータ回転からパルス状の衝撃を発生させるとともに該衝撃で出力軸に回転トルクを加えるインパクト発生装置と、出力軸に加わるトルクを測定するトルクセンサと、トルクセンサにより測定されたトルクが設定された目標トルクに達した時に上記モータを停止させる制御手段とを備えたインパクト回転工具において、
   上記制御手段は、設定された目標トルクの大きさに応じて１衝撃当たりのトルク増大値を変化させて目標トルクが小さい時には上記トルク増大値も小さくするものであるとともに、設定された目標トルクとトルクセンサにより測定されたトルクとの差の値に応じて１衝撃当たりのトルク増大値を変化させるものであることを特徴とするインパクト回転工具。
2. 上記制御手段は、モータ出力を制限することで１衝撃当たりのトルク増大値を変化させるものであることを特徴とする請求項１記載のインパクト回転工具。
3. 上記制御手段は、モータ出力の制限をモータの最大回転速度の制限で行うものであることを特徴とする請求項２記載のインパクト回転工具。
4. 上記制御手段は、モータ出力の制限をモータの最大加速度の制限で行うものであることを特徴とする請求項２記載のインパクト回転工具。
5. 上記制御手段は、１衝撃当たりのトルク増大値を、設定された目標トルクに到達するまで所定回数以上の衝撃が必要な値に制限するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインパクト回転工具。
6. 上記所定回数を
   目標トルクに対する誤差範囲を±ｘ％とするとき、目標トルク範囲の下限に達するまでに必要な衝撃の回数を５０／ｘ回以上としていることを特徴とする請求項５記載のインパクト回転工具。

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