JP2017132021A - インパクト回転工具 - Google Patents

Abstract

【課題】打撃検出部の異常をモータの非駆動時に判定する技術を提供する。
【解決手段】インパクト回転工具１は、モータ出力によって出力軸８に打撃衝撃を加えるインパクト機構９と、インパクト機構９による打撃を検出する打撃検出部１２と、打撃検出部１２の検出結果にもとづいてモータの回転を停止させる制御部１０と、打撃検出部１２の電圧を検出する電圧検出部１３とを備える。制御部１０は、モータ２が回転していないときに電圧検出部１３が検出した電圧にもとづいて、打撃検出部１２が異常であるか否かを判定する。報知部１８は、制御部１０が打撃検出部１２の異常を判定した場合に、ユーザに異常が生じていることを報知する。
【選択図】図１

Description

本発明は、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。

インパクト回転工具は、モータ出力で回転させるハンマによって出力軸（アンビル）に回転方向の打撃衝撃を与えることで、ボルトやナットなどのねじ類の締付を行う。従来より、締付トルクが予め設定した値になるとモータを停止させるシャットオフ機能を備えたインパクト回転工具が提供されている。シャットオフ機能のトルク精度を高めるためには、出力軸にトルク測定手段を設けて実際の締付トルクを直接測定することが好ましいが、工具の高コスト化および大型化を招くという問題がある。そこで以下の特許文献１、２に示すようなトルク管理手法が提案されている。

特許文献１は、打撃検出手段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の回転角を検出し、打撃間の駆動軸の平均回転速度から算出した打撃エネルギを、打撃間の出力軸回転角で除算することで締付トルクを算出し、算出した締付トルクが締付トルクの設定手段で予め設定されたトルク値以上となる時にモータを自動停止させるインパクト回転工具を開示する。

また特許文献２は、打撃検出手段が検出した打撃数が所定打撃数になればモータを自動停止させるインパクト回転工具であって、打撃のタイミングとモータ回転角とから演算した打撃速度が所定打撃速度以下である時に、締付トルク不足の発生を防ぐために所定打撃数を補正するインパクト回転工具を開示する。

特許文献１、２に開示されたインパクト回転工具においては、シャットオフ機能を実現するために、ハンマによる打撃を打撃検出手段で検出することを前提とする。効果的に打撃を検出するために、打撃検出手段はハンマの近傍に配置される必要があるが、一方で打撃検出手段に接続するリード線が、衝撃により断線するなどの不具合を生じる可能性がある。

特許文献３は、打撃検出部の出力をもとに推定した締付トルクが予め設定されたトルク値になればモータを停止させるインパクト回転工具において、モータ電流を検出する電流検出部と、電流検出部で検出されるモータ電流と打撃検出部の出力とから打撃検出部の異常を判断する判断部を備えたインパクト回転工具を開示する。このインパクト回転工具では、モータ電流から打撃がなされていると判断される場合に、打撃検出部で打撃が検出されなければ、打撃検出部の異常が判断される。

特開２００５−１１８９１０号公報 特開２００９−８３０３８号公報 特開２００９−１７２７４１号公報

特許文献３に開示された技術によると、ユーザ操作によりモータが駆動された後に打撃検出部の異常が判断されるため、当該モータ駆動により締め付けたねじ類のトルク管理ができていないという問題がある。

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、打撃検出部の異常をモータの非駆動時に判定する技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のインパクト回転工具は、モータ出力によって出力軸に打撃衝撃を加えるインパクト機構と、インパクト機構による打撃を検出する打撃検出部と、打撃検出部の検出結果にもとづいてモータの回転を停止させる制御部とを備えたインパクト回転工具であって、打撃検出部の電圧を検出する電圧検出部をさらに備える。制御部は、モータが回転していないときに電圧検出部が検出した電圧にもとづいて、打撃検出部が異常であるか否かを判定する。

本発明によれば、打撃検出部の異常をモータの非駆動時に判定する技術を提供できる。

実施形態に係るインパクト回転工具の構成を示す図である。 第１動作モードにおける打撃検出部の出力電圧波形の例を示す図である。 打撃検出部の異常発生時における出力電圧の一例を示す図である。 打撃検出部の異常発生時における出力電圧の別の例を示す図である。 異常判定処理における電圧値の説明図である。

図１は、本発明の実施形態に係るインパクト回転工具の構成を示す。インパクト回転工具１において、電力は、図示しない充電電池により供給される。駆動源であるモータ２はモータ駆動部１１により駆動され、モータ２の回転出力は、減速機３によって減速されて駆動軸５に伝達される。駆動軸５には、カム機構（図示せず）を介してハンマ６が連結される。ハンマ６はばね４によって、出力軸８を備えるアンビル７に向けて付勢され、これによりハンマ６がアンビル７に係合している。

ハンマ６とアンビル７との間に所定値以上の力が作用しない間は、ハンマ６とアンビル７とが係合状態を維持し、ハンマ６は、駆動軸５の回転をそのままアンビル７に伝達する。しかしながらハンマ６とアンビル７との間に所定値以上の力が作用すると、ハンマ６がばね４に抗して後退してハンマ６とアンビル７との係合状態が解除される。その後、ばね４による付勢とカム機構による誘導により、ハンマ６は回転しながら前進してアンビル７に回転方向の打撃衝撃（インパクト）を加える。インパクト回転工具１において、ばね４、駆動軸５、ハンマ６は、モータ出力によってアンビル７および出力軸８に打撃衝撃を加えるインパクト機構９を構成する。

制御部１０は制御基板に搭載されるマイクロコンピュータなどから構成されて、モータ２の回転を制御する。トリガスイッチ１６は、ユーザにより操作される操作スイッチであって、制御部１０は、トリガスイッチ１６の操作によりモータ２のオンオフを制御するとともに、トリガスイッチ１６の操作量に応じた駆動指示をモータ駆動部１１に供給する。モータ駆動部１１は、制御部１０から供給される駆動指示によりモータ２の印加電圧を調整して、モータ回転数を調整する。

正逆スイッチ１７は、モータ２の正転回転（正方向の回転）、逆転回転（逆方向の回転）を切り替えるためのスイッチである。ボルトやナットなどのねじ類を締め付ける際、ユーザは正逆スイッチ１７を正転側に動かしてからトリガスイッチ１６を操作する。一方で、ねじ類を緩める際、ユーザは正逆スイッチ１７を逆転側に動かしてからトリガスイッチ１６を操作する。

実施形態のインパクト回転工具１は、ユーザが選択可能な２つの動作モードを有する。第１の動作モードは、打撃検出部１２の検出結果にもとづいてモータ２の回転を停止させるモードであり、締付トルクがユーザにより設定されたトルク値になるとモータ２を自動停止させるシャットオフ機能を有効とするモードである。ユーザは、第１動作モードを選択する場合、所望の締付トルク値を設定したうえで、インパクト回転工具１を使用する。第２の動作モードは、第１動作モードとは異なり、シャットオフ機能を無効とするモードである。第２動作モードでは、モータ２の回転が自動停止しないため、ユーザは、トリガスイッチ１６の操作量を調整して、ねじ類の締め過ぎを防止する。

設定部１５は、ユーザによる選択操作にもとづいて、第１動作モードまたは第２動作モードのいずれかを設定する。ユーザは、第１動作モードを選択する場合には、設定トルク値もあわせて設定する。制御部１０は、設定部１５が設定した動作モードに応じて、モータ２の回転を制御する。

打撃検出部１２は、インパクト機構９による打撃を検出する。打撃検出部１２は、ハンマ６がアンビル７を打撃することによる衝撃を検出する衝撃センサと、衝撃センサの出力を増幅する増幅器を少なくとも含んで構成される。たとえば衝撃センサは圧電式ショックセンサであって、衝撃に応じた電圧信号を出力し、増幅器は、出力された電圧信号を、所定の電圧範囲内で増幅して制御部１０に供給する。

図２は、第１動作モードにおける打撃検出部１２の出力電圧波形の例を示す。この出力電圧波形は、ユーザがねじ類を締付作業する際の打撃検出部１２の検出結果を示している。打撃検出部１２は、下限電圧Ｖoから上限電圧Ｖmaxの範囲内で、衝撃に応じた電圧値を出力する。たとえば下限電圧Ｖoは０Ｖ、上限電圧Ｖmaxは５Ｖである。

ここで打撃検出部１２は、正方向および負方向の衝撃を検出できるように、下限電圧Ｖoに対してオフセット電圧を印加される。このオフセット電圧は、打撃検出部１２の出力における基準電圧Ｖrefとなり、これにより打撃検出部１２は、基準電圧Ｖrefを中心として衝撃に応じた電圧値を出力する。たとえば基準電圧Ｖrefは１Ｖである。

図２に示す出力電圧波形において、ユーザは時間ｔ１でトリガスイッチ１６の操作を開始し、制御部１０は、トリガスイッチ１６の操作量に応じた駆動指示をモータ駆動部１１に供給し、モータ駆動部１１は、駆動指示にしたがってモータ２を回転させる。時間ｔ１から時間ｔ２までの期間、ハンマ６とアンビル７は係合状態を維持して一体となって回転し、時間ｔ２からハンマ６を含むインパクト機構９による打撃が開始される。制御部１０は、打撃検出部１２の出力電圧が打撃判定電圧Ｖthを超えると、インパクト機構９による打撃が生じたことを判定する。制御部１０は、打撃検出部１２の出力電圧と打撃判定電圧Ｖthとを比較するコンパレータを有し、コンパレータの出力から打撃が生じたことを判定してよい。たとえば打撃判定電圧Ｖthは３．５Ｖである。

設定部１５が第１動作モードを設定している場合、制御部１０は、打撃検出部１２が検出した打撃数が設定トルク値に応じた打撃数になると、モータ２の回転を自動停止するモータ制御を実行する。制御部１０は、時間ｔ２からカウントする打撃数が設定トルク値に応じた打撃数に達すると、モータ２の回転を停止させる。図２において、制御部１０は、時間ｔ３でモータ２の回転を停止させている。

このように制御部１０は、打撃検出部１２の検出結果にもとづいてモータ２の回転を停止させるため、このモータ制御を実行するためには、打撃検出部１２が正常に動作している必要がある。ここで打撃検出部１２は、インパクト機構９による打撃を効果的に検出するためにインパクト機構９の近傍に設けられ、一方で、制御部１０を搭載する制御基板は、設置スペースを確保できるハウジング下端部などに設置される。そのため打撃検出部１２と制御部１０とは、リード線等により接続されることになるが、インパクト機構９による衝撃により断線が生じる可能性がある。

図３は、打撃検出部１２の異常発生時における出力電圧の一例を示す。たとえば電源供給線や信号出力線が断線すると、打撃検出部１２から制御部１０に出力される電圧はＶo（０Ｖ）となる。

図４は、打撃検出部１２の異常発生時における出力電圧の別の例を示す。たとえばグランド線が断線すると、打撃検出部１２から制御部１０に出力される電圧はＶmax（５Ｖ）となる。

図１に戻り、電圧検出部１３は、打撃検出部１２の出力電圧を検出し、検出値を制御部１０に供給する。制御部１０は、モータ２が回転していないときに電圧検出部１３が検出した電圧にもとづいて、打撃検出部１２が異常であるか否かを判定する。

リード線に断線が生じておらず、打撃検出部１２が正常動作する場合、図２の時間ｔ１前、および時間ｔ３後の電圧波形として示すように、モータ２の非駆動時における打撃検出部１２の出力電圧は、基準電圧Ｖrefを示す。なお時間ｔ１前の電圧波形は、ユーザがトリガスイッチ１６を操作する前（モータ２の回転前）の波形を示し、時間ｔ３後の電圧波形は、シャットオフ機能により制御部１０がモータ２を自動停止した後の波形を示す。しかしながらリード線に断線が生じていれば、図３および図４に示すように、モータ２の非駆動時における打撃検出部１２の出力電圧は、下限電圧Ｖoまたは上限電圧Ｖmaxのいずれかの異常値を示す。

図５は、異常判定処理における電圧値の説明図である。制御部１０は、モータ２が回転していないときに電圧検出部１３が検出した電圧が、電圧Ｖ１以上、電圧Ｖ２以下の範囲内であれば、打撃検出部１２が正常であることを判定する。なお図５に示す電圧値の大小関係は、Ｖo＜Ｖ１＜Ｖref＜Ｖ２＜Ｖmaxである。電圧Ｖ１、Ｖ２は、打撃検出部１２に印加する基準電圧Ｖrefの揺れの振幅を含むように設定される。たとえば電圧Ｖ１は、基準電圧Ｖrefに対して０．７Ｖ低く設定され、電圧Ｖ２は、基準電圧Ｖrefに対して０．７Ｖ高く設定されてよい。

制御部１０は、モータ２が回転していないときに電圧検出部１３が検出した電圧が、電圧Ｖ１より小さいか、電圧Ｖ２より大きければ、打撃検出部１２が異常であることを判定する。なお制御部１０は、電圧検出部１３の検出電圧が電圧Ｖ１より小さい期間が所定時間以上継続した場合、または電圧検出部１３の検出電圧が電圧Ｖ２より大きい期間が所定時間以上継続した場合に、打撃検出部１２の異常を判定してもよい。たとえば、この所定時間は数秒に設定される。このようにモータ２の非駆動時に電圧検出部１３の検出電圧が継続して異常値を示すことを条件として、制御部１０が打撃検出部１２の異常を判定することで、打撃検出部１２の出力電圧の揺れを吸収して、正確な異常判定処理を実施できる。

制御部１０は、打撃検出部１２の異常を判定すると、第１動作モードにおけるモータ２の正転回転を禁止する。打撃検出部１２がインパクト機構９による打撃を検出できなければシャットオフ機能を実施できないため、制御部１０は、第１動作モードにおけるモータ２の正転回転を禁止する。これによりユーザが第１動作モードを選択してトリガスイッチ１６を操作しても、制御部１０は、モータ２を正転回転させない。実施形態において、制御部１０による異常判定処理はモータ２の非駆動時に実施されるため、第１動作モードにおいてモータ２を正転回転させる前に、モータ２の正転回転を禁止できる。

なお制御部１０が打撃検出部１２の異常を判定した場合、報知部１８は、ユーザに異常が生じていることを報知する。報知部１８は、たとえばスピーカからアラート音を出力してもよく、また表示部から、打撃検出部１２の異常を示すエラーコードを出力してもよい。なおインパクト回転工具１が液晶パネルなどのディスプレイを有していれば、報知部１８は、ディスプレイに、打撃検出部１２が故障しているため、第１動作モードでの使用ができないことを表示してもよい。報知部１８が異常を報知することで、ユーザは、第１動作モードの使用ができないことを知ることができる。

なお設定部１５が第１動作モードを設定している場合に、制御部１０は、モータ２の正転回転を禁止する一方で、モータ２の逆転回転を禁止しない。たとえば第１動作モードでインパクト回転工具１が使用されて、モータ２が停止した後、制御部１０が、打撃検出部１２の異常を判定することがある。その場合、制御部１０は、モータ２の正転回転は禁止するが、逆転回転は可能とすることで、ユーザは、正逆スイッチ１７を逆転側に切り替えて、締め付けたねじ類を緩める作業を行うことができる。第１動作モードが設定されていても、モータ２の逆転回転時にはシャットオフ機能は実施されないため、制御部１０は、打撃検出部１２に異常が生じていても、モータ２の逆転回転を禁止しないことが好ましい。

なお制御部１０が打撃検出部１２の異常を判定した場合、設定部１５が第２動作モードを設定していれば、制御部１０は、第２動作モードにおけるモータ制御を実施してよい。第２動作モードでは、制御部１０は、打撃検出部１２の検出結果にもとづいたモータ制御を実施しないため、打撃検出部１２に異常が生じていても、第２動作モードにおけるモータ制御を実施してよい。

この場合、報知部１８は、第１動作モードの使用ができないため第２動作モードを選択するべきこと示すメッセージを、ディスプレイに表示してもよい。制御部１０が打撃検出部１２の異常を判定すると、第１動作モードにおけるモータ２の正転回転が禁止されるため、ユーザがトリガスイッチ１６を操作しても、モータ２は駆動されない。そのため報知部１８が、第２動作モードに切り替えるべきことを報知することで、ユーザは第２動作モードを選択し、第２動作モードで締付作業を行うことが可能となる。

本発明の一態様の概要は、次の通りである。
本発明のある態様のインパクト回転工具（１）は、モータ出力によって出力軸（８）に打撃衝撃を加えるインパクト機構（９）と、インパクト機構（９）による打撃を検出する打撃検出部（１２）と、打撃検出部（１２）の検出結果にもとづいてモータ（２）の回転を停止させる制御部（１０）と、打撃検出部（１２）の電圧を検出する電圧検出部（１３）を備える。制御部（１０）は、モータ（２）が回転していないときに電圧検出部（１３）が検出した電圧にもとづいて、打撃検出部（１２）が異常であるか否かを判定する。

インパクト回転工具（１）は、制御部（１０）が打撃検出部（１２）の異常を判定した場合に、ユーザに異常が生じていることを報知する報知部（１８）をさらに備えることが好ましい。

インパクト回転工具（１）は、ユーザによる選択操作にもとづいて、打撃検出部（１２）の検出結果にもとづいてモータ（２）の回転を停止させる第１動作モード、または第１動作モードとは異なる第２動作モードのいずれかを設定する設定部（１５）をさらに備えてよい。制御部（１０）は、打撃検出部（１２）の異常を判定すると、第１動作モードにおけるモータ（２）の正転回転を禁止してよい。

設定部（１５）が第１動作モードを設定している場合に、制御部（１０）は、モータ（２）の正転回転を禁止する一方で、モータ（２）の逆転回転を禁止しないことが好ましい。

制御部（１０）が打撃検出部（１２）の異常を判定した場合、設定部（１５）が第２動作モードを設定していれば、制御部（１０）は、第２動作モードにおけるモータ制御を実施してよい。

以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施形態では第１動作モードにおいて、制御部１０は、打撃検出部１２が検出した打撃数が設定トルク値に応じた打撃数になると、モータ２の回転を自動停止するモータ制御を実行した。変形例では、制御部１０は、打撃検出部１２の検出結果にもとづいて締付トルクを推定し、推定した締付トルクが設定トルク値になると、モータ２の回転を自動停止するモータ制御を実行してもよい。

制御部１０が打撃検出部１２の異常を判定すると、報知部１８がユーザに異常の発生を報知するが、制御部１０は異常判定の結果を、不揮発性のメモリに保持させてもよい。次回の作業開始前に、制御部１０は打撃検出部１２の異常判定処理を実施し、仮に打撃検出部１２が正常であることが判定された場合であっても、不揮発性メモリに、前回の異常判定処理で異常が判定されたことが記憶されていれば、報知部１８は、ユーザに前回異常が発生していたことを報知してもよい。

１・・・インパクト回転工具、２・・・モータ、９・・・インパクト機構、１０・・・制御部、１２・・・打撃検出部、１３・・・電圧検出部、１５・・・設定部、１８・・・報知部。

Claims (5)

1. モータ出力によって出力軸に打撃衝撃を加えるインパクト機構と、前記インパクト機構による打撃を検出する打撃検出部と、前記打撃検出部の検出結果にもとづいてモータの回転を停止させる制御部とを備えたインパクト回転工具であって、
   前記打撃検出部の電圧を検出する電圧検出部をさらに備え、
   前記制御部は、モータが回転していないときに前記電圧検出部が検出した電圧にもとづいて、前記打撃検出部が異常であるか否かを判定する、
   ことを特徴とするインパクト回転工具。
2. 前記制御部が前記打撃検出部の異常を判定した場合に、ユーザに異常が生じていることを報知する報知部と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のインパクト回転工具。
3. ユーザによる選択操作にもとづいて、前記打撃検出部の検出結果にもとづいてモータの回転を停止させる第１動作モード、または第１動作モードとは異なる第２動作モードのいずれかを設定する設定部を、さらに備え、
   前記制御部は、前記打撃検出部の異常を判定すると、第１動作モードにおけるモータの正転回転を禁止する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のインパクト回転工具。
4. 前記設定部が第１動作モードを設定している場合に、前記制御部は、モータの正転回転を禁止する一方で、モータの逆転回転を禁止しない、
   ことを特徴とする請求項３に記載のインパクト回転工具。
5. 前記制御部が前記打撃検出部の異常を判定した場合、前記設定部が第２動作モードを設定していれば、前記制御部は、第２動作モードにおけるモータ制御を実施する、
   ことを特徴とする請求項３または４に記載のインパクト回転工具。

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