JP6277541B2 - インパクト回転工具及びインパクト回転工具の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、インパクト回転工具及びインパクト回転工具の制御装置に関し、より詳細には、ボルトやナットなどのネジ部材の締め付け作業に使用されるインパクト回転工具及びインパクト回転工具の制御装置に関する。

従来、モータの回転力を衝撃発生機構によって間欠的な衝撃力に変換し、衝撃力によってメインシャフトに付与される回転力によりネジ部材を締め付ける衝撃式締付工具があった（例えば特許文献１参照）。

特許文献１に開示された衝撃式締付工具では、モータの回転角度をロータリエンコーダで検出し、回転角度を二度微分して角加速度を演算し、得られた角加速度に慣性モーメントを掛けることによってトルクを求めている。そして、特許文献１の衝撃式締付工具では、トルクの演算結果が、予め設定された目標締付トルク値に達すると、モータを停止させている。

特開２００５−１２５４２５号公報

上記特許文献１の衝撃式締付工具では、モータの回転軸に発生するトルクを締付けトルクとして求めているが、モータの出力トルクには、メインシャフトを回転させるためのトルクも含まれるため、目標とする締付けトルクでのネジ締めが行えない可能性があった。

本発明は上記課題に鑑みて為され、締付けトルクをより正確に測定できるインパクト回転工具及びインパクト回転工具の制御装置を提供することを目的とする。

第１態様のインパクト回転工具は、衝撃力発生部と、出力軸と、第１測定部と、第２測定部と、トルク演算部とを備えることを特徴とする。前記衝撃力発生部はパルス状の衝撃力を発生させる。前記出力軸にはネジ締め作業を行うための工具が装着され、前記出力軸は前記衝撃力発生部が発生した衝撃力によって回転する。前記第１測定部は前記出力軸に加わるトルクを測定する。前記第２測定部は、前記出力軸の円周方向の加速度及び前記出力軸の角速度のうち少なくとも何れか一方を測定する。前記トルク演算部は、前記第１測定部によるトルクの測定値、及び、前記第２測定部の測定値を用いて求めた前記出力軸及び前記工具の慣性トルクから、締付けトルクを求める。前記トルク演算部は、前記第２測定部の測定値から前記ネジ締め作業を行うネジ締め期間を求め、前記ネジ締め期間における前記第２測定部の測定値を用いて前記慣性トルクを求める。
第２態様のインパクト回転工具では、第１態様において、前記第２測定部は、前記出力軸の外周部に取り付けられて、円周方向の加速度を測定するように構成される。前記トルク演算部は、前記第２測定部の測定値を、前記出力軸の中心位置から前記第２測定部の取付位置までの距離で割ることによって角加速度を求める。前記ネジ締め期間は、回転停止方向で前記角加速度が最大となる最大時点、前記最大時点の所定時間前の時点、前記最大時点の所定時間後の時点、及び前記最大時点の前後の一定時間の何れかである。前記トルク演算部は、前記最大時点と前記最大時点の所定時間前の時点と前記最大時点の所定時間後の時点とのうちの何れかを前記ネジ締め期間として求めた場合は、前記ネジ締め期間での前記角加速度を前記締付けトルクの演算に用い、前記トルク演算部は、前記最大時点の前後の一定時間を前記ネジ締め期間として求めた場合は、前記ネジ締め期間における前記角加速度の平均値を前記締付けトルクの演算に用いる。
第３態様のインパクト回転工具は、衝撃力発生部と、出力軸と、第１測定部と、第２測定部と、トルク演算部とを備えることを特徴とする。前記衝撃力発生部はパルス状の衝撃力を発生させる。前記出力軸にはネジ締め作業を行うための工具が装着され、前記出力軸は前記衝撃力発生部が発生した衝撃力によって回転する。前記第１測定部は前記出力軸に加わるトルクを測定する。前記第２測定部は、前記出力軸の円周方向の加速度及び前記出力軸の角速度のうち少なくとも何れか一方を測定する。前記トルク演算部は、前記第１測定部によるトルクの測定値、及び、前記第２測定部の測定値を用いて求めた前記出力軸及び前記工具の慣性トルクから、締付けトルクを求める。前記トルク演算部は、前記第２測定部の測定値から前記出力軸が停止する停止時点を求め、前記停止時点をもとに設定した対象期間における前記第２測定部の測定値を用いて前記慣性トルクを求める。
第４態様のインパクト回転工具では、第３態様において、前記第２測定部は、前記出力軸の外周部に取り付けられて、円周方向の加速度と径方向の加速度をそれぞれ測定するように構成される。前記トルク演算部は、前記第２測定部が測定した円周方向の測定値を、前記出力軸の中心位置から前記第２測定部の取付位置までの距離で割ることによって角加速度を求める。前記停止時点は、前記第２測定部が測定した径方向の加速度がゼロになる時点である。前記対象期間は、前記停止時点の所定時間前の時点、又は前記停止時点の前の一定時間の期間である。前記トルク演算部は、前記対象期間が前記停止時点の所定時間前の時点である場合は前記対象期間における前記角加速度を前記締付けトルクの演算に用い、前記対象期間が前記停止時点の前の一定時間の期間である場合は前記対象期間における前記角加速度の平均値を前記締付けトルクの演算に用いるように構成される。
第５態様のインパクト回転工具では、第３態様において、前記第２測定部は、前記出力軸の外周部に取り付けられて、前記出力軸の角速度を測定するように構成される。前記停止時点は、前記第２測定部が測定した角速度がゼロになる時点である。前記対象期間は、前記停止時点の所定時間前までの一定時間の期間である。前記トルク演算部は、前記対象期間における角速度の微分値または平均変化率から角加速度を求めて、前記締付けトルクの演算に用いるように構成される。
第６態様のインパクト回転工具は、衝撃力発生部と、出力軸と、第１測定部と、第２測定部と、トルク演算部と、本体とを備えることを特徴とする。前記衝撃力発生部はパルス状の衝撃力を発生させる。前記出力軸にはネジ締め作業を行うための工具が装着され、前記出力軸は前記衝撃力発生部が発生した衝撃力によって回転する。前記第１測定部は前記出力軸に加わるトルクを測定する。前記第２測定部は、前記出力軸の円周方向の加速度及び前記出力軸の角速度のうち少なくとも何れか一方を測定する。前記トルク演算部は、前記第１測定部によるトルクの測定値、及び、前記第２測定部の測定値を用いて求めた前記出力軸及び前記工具の慣性トルクから、締付けトルクを求める。前記本体は、前記衝撃力発生部及び前記トルク演算部を収納する。前記出力軸には、前記第１測定部及び前記第２測定部と、前記本体に固定された給電部から前記第１測定部及び前記第２測定部の動作電力を非接触で受電するための受電部と、前記第１測定部及び前記第２測定部の測定値を前記トルク演算部に非接触で送信するための通信部が設けられる。前記衝撃力発生部は、パルス状の衝撃力を前記出力軸に間欠的に加えている。前記給電部及び前記通信部のうちの少なくとも何れか一方は、前記衝撃力発生部が前記出力軸に衝撃力を加える合間に動作するように構成される。
第７態様のインパクト回転工具では、第１〜５のいずれかの態様において、前記衝撃力発生部及び前記トルク演算部を収納する本体を備える。前記出力軸には、前記第１測定部及び前記第２測定部と、前記本体に固定された給電部から前記第１測定部及び前記第２測定部の動作電力を非接触で受電するための受電部と、前記第１測定部及び前記第２測定部の測定値を前記トルク演算部に非接触で送信するための通信部が設けられる。前記衝撃力発生部は、パルス状の衝撃力を前記出力軸に間欠的に加えている。前記給電部及び前記通信部のうちの少なくとも何れか一方は、前記衝撃力発生部が前記出力軸に衝撃力を加える合間に動作するように構成される。

第８態様のインパクト回転工具は、第１〜７のいずれかの態様において、前記トルク演算部が求めた締付けトルクを用いて前記衝撃力発生部の出力を制御する制御部を備えることも好ましい。

第９態様のインパクト回転工具は、第１〜８のいずれかの態様において、前記トルク演算部は、締付けトルクＴ２を、Ｔ２＝Ｔ１×Ａ−Ｉ１×ａ１×Ｂ＋Ｃという式を用いて算出することも好ましい。ただし、Ｔ１は前記第１測定部によるトルクの測定値、ａ１は前記第２測定部の測定値から得た前記出力軸の角加速度、Ｉ１は前記出力軸において前記第２測定部が取り付けられた部位よりも先端側の部位及び前記工具の慣性モーメントである。また、Ａ，Ｂ，Ｃは補正係数である。

第１０態様のインパクト回転工具は、第１〜９のいずれかの態様において、前記トルク演算部は、前記第１測定部によるトルクの測定値、及び、前記第２測定部の測定値から得た前記出力軸の角加速度のうちの何れか一方または両方について、一定時間の平均値を用いることも好ましい。

第１１の態様のインパクト回転工具では、第１〜１０のいずれかの態様において、以下のように構成されることも好ましい。インパクト回転工具は、本体と、前記本体に着脱自在に取り付けられるケースを備える。前記本体は、前記衝撃力発生部及び前記トルク演算部を収納する。前記ケースは前記第１測定部及び前記第２測定部を収納する。前記第１測定部及び前記第２測定部の測定値が、前記本体に収納された前記トルク演算部に出力されるように構成されている。

第１２の態様のインパクト回転工具の制御装置は、パルス状の衝撃力を発生させる衝撃力発生部、ネジ締め作業を行うための工具が装着され、前記衝撃力発生部が発生した衝撃力によって回転する出力軸、及び、前記衝撃力発生部の出力を制御する制御部を備えたインパクト回転工具の本体に着脱自在に取り付けられるケースを備える。前記ケースには、第１測定部と、第２測定部と、トルク演算部とが保持される。前記第１測定部は前記出力軸に加わるトルクを測定する。前記第２測定部は、前記出力軸の円周方向の加速度及び前記出力軸の角加速度のうち少なくとも何れか一方を測定する。前記トルク演算部は、前記第１測定部によるトルクの測定値、及び、前記第２測定部の測定値を用いて求めた前記出力軸及び前記工具の慣性トルクから締付けトルクを求める。前記トルク演算部は、前記締付けトルクの測定値、及び、前記締付けトルクの測定値に基づく前記衝撃力発生部の制御信号のうち少なくとも何れか一方を前記制御部に出力する。前記トルク演算部は、前記第２測定部の測定値から前記ネジ締め作業が行われているネジ締め期間を求め、前記ネジ締め期間における前記第２測定部の測定値を用いて前記慣性トルクを求める。
第１３の態様のインパクト回転工具の制御装置では、第１２の態様において、前記第２測定部は、前記出力軸の外周部に取り付けられて、円周方向の加速度を測定するように構成される。前記トルク演算部は、前記第２測定部の測定値を、前記出力軸の中心位置から前記第２測定部の取付位置までの距離で割ることによって角加速度を求める。前記ネジ締め期間は、回転停止方向で前記角加速度が最大となる最大時点、前記最大時点の所定時間前の時点、前記最大時点の所定時間後の時点、及び前記最大時点の前後の一定時間の何れかである。前記トルク演算部は、前記最大時点と前記最大時点の所定時間前の時点と前記最大時点の所定時間後の時点とのうちの何れかを前記ネジ締め期間として求めた場合は、前記ネジ締め期間での前記角加速度を前記締付けトルクの演算に用い、前記トルク演算部は、前記最大時点の前後の一定時間を前記ネジ締め期間として求めた場合は、前記ネジ締め期間における前記角加速度の平均値を前記締付けトルクの演算に用いる。
第１４の態様のインパクト回転工具の制御装置は、パルス状の衝撃力を発生させる衝撃力発生部、ネジ締め作業を行うための工具が装着され、前記衝撃力発生部が発生した衝撃力によって回転する出力軸、及び、前記衝撃力発生部の出力を制御する制御部を備えたインパクト回転工具の本体に着脱自在に取り付けられるケースを備える。前記ケースには、前記出力軸に加わるトルクを測定する第１測定部と、前記出力軸の円周方向の加速度及び前記出力軸の角加速度のうち少なくとも何れか一方を測定する第２測定部と、前記第１測定部によるトルクの測定値、及び、前記第２測定部の測定値を用いて求めた前記出力軸及び前記工具の慣性トルクから締付けトルクを求め、前記締付けトルクの測定値、及び、前記締付けトルクの測定値に基づく前記衝撃力発生部の制御信号のうち少なくとも何れか一方を前記制御部に出力するトルク演算部とが保持されている。前記トルク演算部は、前記第２測定部の測定値から前記出力軸が停止する停止時点を求め、前記停止時点をもとに設定した対象期間における前記第２測定部の測定値を用いて前記慣性トルクを求める。
第１５の態様のインパクト回転工具の制御装置では、第１４の態様において、前記第２測定部は、前記出力軸の外周部に取り付けられて、円周方向の加速度と径方向の加速度をそれぞれ測定するように構成される。前記トルク演算部は、前記第２測定部が測定した円周方向の測定値を、前記出力軸の中心位置から前記第２測定部の取付位置までの距離で割ることによって角加速度を求める。前記停止時点は、前記第２測定部が測定した径方向の加速度がゼロになる時点である。前記対象期間は、前記停止時点の所定時間前の時点、又は前記停止時点の前の一定時間の期間である。前記トルク演算部は、前記停止時点の所定時間前の時点を前記対象期間とした場合は前記対象期間における前記角加速度を前記締付けトルクの演算に用い、前記停止時点の前の一定時間の期間を前記対象期間とした場合は前記対象期間における前記角加速度の平均値を前記締付けトルクの演算に用いるように構成される。
第１６の態様のインパクト回転工具の制御装置では、第１４の態様において、前記第２測定部は、前記出力軸の外周部に取り付けられて、前記出力軸の角速度を測定するように構成される。前記停止時点は、前記第２測定部が測定した角速度がゼロになる時点である。前記対象期間は、前記停止時点の所定時間前までの一定時間の期間である。前記トルク演算部は、前記対象期間における角速度の微分値または平均変化率から角加速度を求めて、締付けトルクの演算に用いるように構成される。

本発明のインパクト回転工具によれば、第２測定部が、出力軸の円周方向の加速度及び出力軸の角速度のうち少なくとも何れか一方を測定しており、トルク演算部は、第２測定部の測定値を用いて、出力軸及び工具の慣性トルクを求めている。そして、トルク演算部は、第１測定部が測定した出力軸に加わるトルクと、出力軸及び工具の慣性トルクとから締付けトルクを求めており、出力軸及び工具の慣性トルクを考慮して締付けトルクを求めているので、締付けトルクをより正確に測定することができる。

本発明のインパクト回転工具の制御装置によれば、第２測定部が、出力軸の円周方向の加速度及び出力軸の角速度のうち少なくとも何れか一方を測定しており、トルク演算部は、第２測定部の測定値を用いて、出力軸及び工具の慣性トルクを求めている。そして、トルク演算部は、第１測定部が測定した出力軸に加わるトルクと、出力軸及び工具の慣性トルクとから締付けトルクを求めており、出力軸及び工具の慣性トルクを考慮して締付けトルクを求めているので、締付けトルクをより正確に測定することができる。さらに、第１測定部と第２測定部とトルク演算部を保持したケースは、インパクト回転工具の本体に着脱自在に取り付けられるので、インパクト回転工具に対して、締付けトルクの測定機能を追加することができる。

実施形態１のインパクト回転工具の電気的構成を示すブロック図である。 （ａ）は実施形態１のインパクト回転工具の模式的な側断面図、（ｂ）は実施形態１のインパクト回転工具の要部を示す側面図である。 （ａ）は図２のＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。 実施形態１のインパクト回転工具の動作を説明するフローチャートである。 （ａ）〜（ｃ）は実施形態１のインパクト回転工具の動作を説明するための波形図である。 （ａ）（ｂ）は実施形態１のインパクト回転工具による角加速度の算出方法を説明する説明図である。 実施形態１のインパクト回転工具による締付けトルクの変化を示す説明図である。 （ａ）（ｂ）は実施形態１のインパクト回転工具の要部を説明する説明図である。 （ａ）は実施形態２のインパクト回転工具の模式的な側断面図、（ｂ）は実施形態２のインパクト回転工具の要部を示す側面図である。 実施形態２の制御装置及びインパクト回転工具の電気的構成を示すブロック図である。

（実施形態１）
本発明に係るインパクト回転工具の実施形態を図１〜図８に基づいて説明する。

本実施形態のインパクト回転工具１は、片手で把持可能な手持ち式であり、ネジ部材（例えばボルトやナットなど）の締付け作業を行うインパクトドライバー或いはインパクトレンチとして使用される。

本実施形態のインパクト回転工具１は、衝撃力発生部と、出力軸２６と、第１測定部たるトルクセンサ３０と、第２測定部たる加速度センサ４０と、トルク演算部６０を備える。

このインパクト回転工具１の本体２は、円筒形状の胴部３と、胴部３の周面から胴部３の軸線と交差する方向（図２（ａ）における下向き）に突出する握り部４を備えている。握り部４の下部には、樹脂製のケース内に充電池７０を収納した電池パック５が着脱自在に取り付けられる。握り部４に電池パック５が取り付けられた状態では、充電池７０から電線７１を介してトルク演算部６０を含む制御回路５０やモータ１０に電力が供給されており、インパクト回転工具１は充電池７０から供給される電力によって動作する。

衝撃力発生部は、駆動源であるモータ１０とインパクト機構２０とを備え、出力軸２６に対してパルス状の衝撃力を加える。

モータ１０は、例えばブラシ付きのＤＣモータ又はブラシレスＤＣモータからなる。モータ１０の回転軸１１は胴部３の軸線と一致し、回転軸１１が胴部３の前側（図２（ａ）における左側）を向くようにして、胴部３の後部（図２（ａ）における右側）に収納されている。モータ１０には制御回路５０から電線７２を介して駆動電流が供給されており、モータ１０の回転数や回転速度や回転方向は制御回路５０によって制御される。

インパクト機構２０は、回転軸１１の回転からパルス状の衝撃力を発生させ、出力軸２６に衝撃力を間欠的に印加する。

インパクト機構２０は、減速機構２１と、ハンマ２２と、アンビル２３と、コイルばね２４とを備える。

減速機構２１には、モータ１０の回転軸１１が連結されており、モータ１０の回転を所定の減速比で減速する。減速機構２１によって減速されトルクが高められた回転力はハンマ２２に伝達される。

ハンマ２２は、減速機構２１の出力軸２１ａに対して回転自在で、出力軸２１ａに沿って前後方向にスライド移動自在な状態で設けられている。ハンマ２２は、出力軸２１ａが中心に通されたコイルばね２４の弾性力によって前側へと押されており、出力軸２６の後部に設けられたアンビル２３に押し付けられている。ハンマ２２の前面には、アンビル２３の径方向に突出する突起２３ａと当たる突起２２ａが設けられている。ハンマ２２の突起２２ａがアンビル２３の突起２３ａに当たっている状態では、出力軸２１ａが回転することによって、ハンマ２２とアンビル２３とが一体に回転し、アンビル２３と一体に設けられた出力軸２６が回転する。なお、本実施形態ではインパクト機構２０がモータ１０の回転からパルス状の衝撃力を発生しているが、モータ１０を駆動する電流を制御することによって、モータ１０からパルス状の衝撃力を発生させてもよい。この場合はモータ１０と、モータ１０の回転を制御するモータ制御部５４とで衝撃力発生部が構成される。

ネジ部材を締めたり緩めたりする作業において、出力軸２６に加わるトルクが大きくなり、ハンマ２２とアンビル２３の間に所定値を超えるトルクが加わると、出力軸２６の回転が止まり、ハンマ２２がコイルばね２４を圧縮しながら出力軸２１ａに沿って後退する。ハンマ２２が後退して、突起２２ａが突起２３ａから外れると、ハンマ２２は回転しながらコイルばね２４のバネ力を受けて前進する。ハンマ２２が所定角度回転すると、ハンマ２２の突起２２ａが突起２３ａに当たることによって、ハンマ２２からアンビル２３に衝撃力が加えられる。その後、ハンマ２２とアンビル２３の間に所定値を超えるトルクが加わると、ハンマ２２がコイルばねを圧縮しながら後退し、突起２２ａが突起２３ａから外れると、ハンマ２２が所定角度回転し、アンビル２３に衝撃力が加えられる。このように、出力軸２６に加わるトルクが所定値を超えると、ハンマ２２が所定角度回転する度に、ハンマ２２がアンビル２３を打撃することによって、出力軸２６に衝撃力が間欠的に加えられ、より大きなトルクでネジ部材を締めたり緩めたりする作業が行える。

出力軸２６は、ハンマ２２によって打撃されて回転するアンビル２３と一体に設けられている。出力軸２６は、胴部３の軸線と一致するように、胴部３の前端部に回転自在に取り付けられている。出力軸２６の先端は胴部３の前端部から外側に突出しており、出力軸２６の先端には、作業内容に合わせた工具１００を装着するための四角柱部２７が設けられている。この四角柱部２７に、ネジ部材２００のネジ締め作業を行うためのソケットなどの工具１００が装着され、インパクト回転工具１はインパクトドライバ或いはインパクトレンチとして使用される。尚、図２（ｂ）に示すように、出力軸２６の先端に四角柱部２７の代わりに六角穴２６ａが設けられてもよい。この場合は、出力軸２６の六角穴２６ａに、ソケットなどの工具１００に設けられた六角柱状の軸部１０１を差し込むことによって、工具１００が出力軸２６に装着される。

トルクセンサ３０は、例えば磁歪式のトルクセンサからなり、出力軸２６にトルクが加わることによって出力軸２６に発生する歪みを非接触で検出し、歪みの大きさに比例した電気信号を電線７３を介して制御回路５０に出力する。

加速度センサ４０は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、円柱状の出力軸２６の一部にＤカット加工を施すことによって形成された溝２６ａ内に貼り付けられ、少なくとも円周方向の加速度成分を測定する。なお加速度センサ４０は、円周方向の加速度成分に加えて、径方向の加速度成分を測定してもよい。

加速度センサ４０は、インパクト機構２０によって回転させられる出力軸２６に設けられているので、加速度センサ４０に電力を供給し、加速度センサ４０の測定値を受け取るために、通信コイル４１，４２が設けられている。通信コイル４１は出力軸２６の円周面に固定されている。通信コイル４２は円筒コイルからなり、その中心に出力軸２６が通され、通信コイル４１と対向して配置されている。制御回路５０が電線７４を介して通信コイル４２に交流電流を流すと、相互誘導によって通信コイル４１に電流が流れる。加速度センサ４０は通信コイル４１に流れる電流を整流、平滑した後、例えばコンデンサ（図示せず）に蓄えておくことで、動作電力を確保する。また、加速度センサ４０は、制御回路５０から入力される交流電流と、周波数が異なるパルス信号を通信コイル４１に流すことによって、通信コイル４２及び電線７４を介して制御回路５０に測定値を送信する。これにより、制御回路５０は加速度センサ４０に非接触で電力を供給でき、また加速度センサ４０の測定値を非接触で受け取ることができる。

制御回路５０は、握り部４に設けられた操作レバー６ａの引き込み操作に応じて操作スイッチ６から出力される操作信号に基づいてモータ１０の回転を制御する回転制御機能を備えている。また、制御回路５０は、トルクセンサ３０（第１測定部）及び加速度センサ４０（第２測定部）の測定値を用いて締付けトルクを求め、締付けトルクが目標トルクに達するとモータ１０を停止させるトルク制御機能を備えている。

制御回路５０は、モータ制御部５１と、トルク演算部６０と、制御部たる停止判定部６６と、トルク設定部６７と、記録部６８とを備える。モータ制御部５１は、回転速度測定部５２と、制限速度算出部５３と、モータ制御部５４とを備える。また、トルク演算部６０は、トルク測定部６１と、バッファ部６２と、角加速度算出部６３と、慣性モーメント設定部６４と、トルク算出部６５とを備える。ここにおいて、モータ制御部５１、トルク測定部６１、角加速度算出部６３、トルク算出部６５、停止判定部６６などは、例えばマイクロコンピュータが制御用プログラムを実行することによって、マイクロコンピュータの演算機能により実現される。

トルク設定部６７は、例えば操作摘みの操作位置に応じて抵抗値が変化する可変抵抗を備え、モータ制御部５１及び停止判定部６６に電気的に接続されている。作業者が、トルク設定部６７を操作して、モータ１０の回転を停止させる際の締付けトルクを設定すると、設定された締付けトルクの大きさに応じた信号（例えば可変抵抗の抵抗値に応じた電圧信号）がモータ制御部５１及び停止判定部６６に入力される。

回転速度測定部５２は、モータ１０に設けられた速度計測部１２から入力される速度に対応した信号をもとに、モータ１０の回転速度を測定する。速度計測部１２には、例えばモータ１０の回転数に比例した周波数の周波数信号を発生する周波数ジェネレータが用いられる。

制限速度算出部５３は、回転速度測定部５２によって測定された回転速度と、トルク設定部６７によって設定された締付けトルクの目標値とに応じて、操作レバー６ａが操作された時の回転速度の上限値（制限速度）を算出する。

モータ制御部５４は、操作レバー６ａの引き込み操作に応じて操作スイッチ６から入力される操作信号に基づいて、回転速度が制限速度以下となるようにモータ１０の回転を制御する。締付けトルクが小さめに設定されると、制限速度がモータ１０の最高速度よりも小さくなる場合があり、このような場合は操作レバー６ａを最大限に引いても、モータ１０の回転速度は、最高速度よりも低い制限速度以下に制限される。また、ネジ締め作業を行う際に締付けトルクが目標値に達して、停止判定部６６からモータ制御部５４に停止信号が入力されると、モータ制御部５４は、モータ１０の回転を停止させる。

トルク測定部６１は、トルクセンサ３０から入力される信号をもとに、出力軸２６に加わるトルクを測定する。

バッファ部６２は、トルク測定部６１によるトルクの測定値を蓄積する。バッファ部６２は、トルク測定部６１から新たに入力されたデータを、古いデータに上書きして保存しており、現時点から所定時間前までのトルクの測定値を蓄積する。

角加速度算出部６３は、加速度センサ４０によって測定された周方向の加速度を、出力軸２６の中心位置から加速度センサ４０の取付位置までの距離ｒ１で割ることによって角加速度を求める。

慣性モーメント設定部６４は、出力軸２６に取り付けられた加速度センサ４０より先の部分の慣性モーメントＩ１を設定するために用いられる。ここにおいて、出力軸２６に取り付けられた加速度センサ４０より先の部分とは、出力軸２６において加速度センサ４０の取付位置よりも先端側の部位と、出力軸２６の先端の四角柱部２７に装着される工具１００とを含んでいる。

トルク算出部６５は、トルクセンサ３０によるトルクの測定値をもとに、ネジ部材の締付けトルクを算出する。ここで、トルクセンサ３０の測定値は、ネジ部材の締付けトルクと、出力軸２６においてトルクセンサ３０の取付部位よりも先端側の部位の慣性トルクとを合計したものになる。出力軸２６においてトルクセンサ３０の取付部位よりも先端側の部位の慣性トルクは、出力軸２６においてトルクセンサ３０の取付部位よりも先端側の部分と出力軸２６の先端に装着された工具１００との慣性モーメントと、出力軸２６の角加速度とから求めることができる。インパクト回転工具１が工事現場や工場などで使用される場合、ネジ締め作業を行うネジ部材の種類はある程度決まっており、作業対象のネジ部材に合わせて、使用する工具１００も決められている。そこで、ユーザは、出力軸２６においてトルクセンサ３０の取付部位よりも先端側の部分と出力軸２６の先端に装着された工具１００との慣性モーメントを予め求め、その値を慣性モーメント設定部６４に予め設定する。

したがって、トルク算出部６５は、トルクセンサ３０によるトルクの測定値と、加速度センサ４０の測定値から求めた出力軸２６の角加速度と、慣性モーメント設定部６４によって設定された慣性モーメントＩ１をもとに締付けトルクを算出する。すなわち、トルクセンサ３０によるトルクの測定値をＴ１、加速度センサ４０の測定値から求めた角加速度をａ１、慣性モーメントの設定値をＩ１とし、補正係数をＡ，Ｂ，Ｃとすると、トルク算出部６５は下記の式（１）を用いて締付けトルクＴ２を算出する。

Ｔ２＝Ｔ１×Ａ−Ｉ１×ａ１×Ｂ＋Ｃ …（１）
なお、補正係数Ａは、出力軸２６に取り付けられたトルクセンサ３０の静特性と動特性の違いなどによって発生するトルク測定値の誤差を補正する係数であり、概ね１〜２程度の値である。補正係数Ｂは、出力軸２６において、加速度センサ４０の取付位置よりも先端側の部位（出力軸２６の先端部分、出力軸２６の先端に装着された工具１００など）が弾性変形（捻れ変形）することで発生する慣性トルクの誤差を補正する係数である。補正係数Ｃは、出力軸２６において加速度センサ４０が取り付けられた位置から、ネジ締め作業を行うネジ部材までに存在する部材（出力軸２６の先端部分や出力軸２６の先端に装着された工具１００など）の弾性変形時の粘性の影響などを補正する係数である。

停止判定部６６は、トルク算出部６５が算出した締付けトルクＴ２と、トルク設定部６７の設定値から求めた閾値Ｔ０との高低を比較し、締付けトルクの算出値Ｔ２が閾値Ｔ０以上になると停止信号をモータ制御部５４に出力する。

記録部６８は、停止判定部６６による判定結果などを記録する。

本実施形態のインパクト回転工具１は上記のような構成を有しており、ネジ締め作業時の動作を図４のフローチャートにしたがって説明する。

作業者が、操作レバー６ａを引き込むと（ステップＳ１）、操作レバー６ａの操作量に応じた操作信号が操作スイッチ６から制御回路５０に入力される。制御回路５０は、操作スイッチ６から操作信号を受け取ると、トルク設定部６７からネジ締めトルクの設定値を読み込み、慣性モーメント設定部６４から慣性モーメントの設定値を読み込む（ステップＳ２）。制御回路５０の停止判定部６６は、トルク設定部６７から読み込んだネジ締めトルクの設定値をもとに、ネジ締めトルクの閾値Ｔ０を設定する（ステップＳ３）。

初期設定が終了すると、モータ制御部５１のモータ制御部５４が、操作スイッチ６からの操作信号に応じた駆動電流をモータ１０に供給して、モータ１０を回転させる（ステップＳ４）。

モータ１０が回転すると、トルク測定部６１は、所定の計測タイミングが経過する度にトルクセンサ３０から信号を取り込み、この信号から出力軸２６に加わるトルクを求め（ステップＳ５）、バッファ部６２に蓄積させる（ステップＳ６）。

また、角加速度算出部６３は、所定の計測タイミングが経過する度に加速度センサ４０から測定信号を取り込む（ステップＳ７）。角加速度算出部６３は、加速度センサ４０から取り込んだ測定信号より周方向の加速度を求め、周方向の加速度を、出力軸２６の軸中心から加速度センサ４０の取付位置までの距離で割ることによって、角加速度を求める（ステップＳ８）。

また、角加速度算出部６３は、モータ１０の回転が停止する方向（回転停止方向）の角加速度が最大となる時点、回転停止方向で角加速度が最大となる時点の所定時間前又は所定時間後における角加速度、又は、角加速度が最大となる時点を含む一定期間を、ネジ部材がネジ締めされているネジ締め期間として求める（ステップＳ９）。図５はネジ締め作業時のトルクセンサ３０及び加速度センサ４０の測定結果を示す波形図である。図５（ａ）は加速度センサ４０が測定した周方向の加速度α１の波形図、図５（ｂ）は加速度センサ４０が測定した径方向の加速度α２の波形図、図５（ｃ）はトルクセンサ３０によるトルクの測定値Ｔ１の波形図である。周方向の加速度α１が図５（ａ）に示すような測定結果となる場合、角加速度算出部６３は、回転停止方向で角加速度α１が最大となる時点（時刻ｔ１）を含む一定時間ＤＴ１（例えば２００μＳ）をネジ締め期間として求める（図５（ａ）参照）。尚、角加速度算出部６３は、モータ１０の回転が停止する回転停止方向で角加速度α１が最大となる時点（時刻ｔ１）をネジ締め期間とし、このネジ締め期間での角加速度を求めてもよい。また角加速度算出部６３は、モータ１０の回転が停止する回転停止方向で角加速度α１が最大となる時点（時刻ｔ１）の所定時間前又は所定時間後をネジ締め期間とし、このネジ締め期間での角加速度を求めてもよい。ここで、回転停止方向で角加速度α１が最大となる時点の所定時間後における角加速度を求める場合について説明する。アンビル２３にハンマー２２の突起２２ａが当たると、アンビル２３に衝撃力が加えられ、出力軸２６に装着されたソケット１００がネジ部材２００を回転させるのであるが、アンビル２３に当たった突起２２ａが反発して一旦離れ、その後アンビル２３が停止するまでの間に、ハンマー２２がアンビル２３に追いついて、突起２２ａがアンビル２３に再び衝突する場合がある。回転停止方向で角加速度α１が最大となる時点の例えば１〜１００μ秒後にハンマー２２の突起２２ａがアンビル２３に追いついて再び衝突すると予測されるので、この時点での角加速度を用いてネジ締めトルクを算出することで、より高い精度で締付けトルクを算出できる。

トルク算出部６５は、ステップＳ８で求めたネジ締め期間ＤＴ１からトルクの算出期間を設定する（ステップＳ１０）。トルク算出部６５は、ステップＳ９で設定した算出期間における測定値をバッファ部６２から読み込み、例えば読み込んだ測定値の平均を求めることで、トルクの測定値Ｔ１を算出する（ステップＳ１１）。

また、角加速度算出部６３は、ステップＳ８で求めたネジ締め期間ＤＴ１から角加速度の算出期間を設定し（ステップＳ１２）、ステップＳ１０で設定された算出期間における角加速度の平均を求めることで、角加速度の測定値ａ１を算出する（ステップＳ１３）。

トルクＴ１及び角加速度ａ１が算出されると、トルク算出部６５は、トルクＴ１及び角加速度ａ１の算出結果と、慣性モーメント設定部６４に設定された慣性モーメントＩ１とを、上述の式（１）に代入して、ネジ部材の締付けトルクＴ２を算出する（ステップＳ１４）。

ネジ部材の締付けトルクが算出されると、停止判定部６６は、締付けトルクの算出値Ｔ２と閾値Ｔ０との高低を比較する（ステップＳ１５）。図７は締付けトルクの算出値Ｔ２の時間的な変化を示しており、ハンマ２２がアンビル２３を打撃する度に、締付けトルクの算出値Ｔ２が段階的に大きくなっている。尚、図７中の点線ＩＰ１は、ハンマ２２がアンビル２３に加える間欠的な打撃を示している。

ステップＳ１５の判定で、締付けトルクの算出値Ｔ２が閾値Ｔ０未満であれば（ステップＳ１５のＮｏ）、制御回路５０は、ステップＳ５に戻って上記の処理を再び行う。

図７の時刻ｔ２において締付けトルクの算出値Ｔ２が閾値Ｔ０以上になると（ステップＳ１５のＹｅｓ）、停止判定部６６は、モータ制御部５４に停止信号を出力する。モータ制御部５４は、停止信号が入力されると、時刻ｔ３においてモータ１０への電流供給を停止して、モータ１０の回転を停止させており（ステップＳ１６）、締付けトルクを規定のトルクに管理することができる。また、停止判定部６６は、停止信号を出力するとともに、締付けトルクの情報を記録部６８に記録させ（ステップＳ１７）、ネジ締め作業時の動作を終了する。

以上説明したように、本実施形態のインパクト回転工具１は、衝撃力発生部（本実施形態ではモータ１０及びインパクト機構２０を備える）と、出力軸２６と、トルクセンサ３０（第１測定部）と、加速度センサ４０（第２測定部）と、トルク演算部６０とを備える。衝撃力発生部はパルス状の衝撃力を発生させる。出力軸２６にはネジ締め作業を行うための工具１００が装着される。出力軸２６は、衝撃力発生部が発生した衝撃力によって回転する。トルクセンサ３０は出力軸２６に加わるトルクを測定する。加速度センサ４０は、出力軸２６の円周方向の加速度を測定する。トルク演算部６０は、トルクセンサ３０によるトルクの測定値、及び、加速度センサ４０の測定値を用いて求めた出力軸２６及び出力軸２６に装着された工具１００の慣性トルクから、締付けトルクを求める。

このように、トルク演算部６０は、加速度センサ４０の測定値を用いて出力軸２６及び出力軸２６に装着された工具１００の慣性トルクを求め、この慣性トルクと、トルクセンサ３０によるトルクの測定値から、締付けトルクを求めている。したがって、トルク演算部６０が、慣性トルクを考慮に入れずにトルクセンサ３０の測定値を締付けトルクとして求める場合に比べて、より正確に締付けトルクを測定することができる。なお、第２測定部は円周方向の加速度を測定する加速度センサ３０に限定されず、出力軸２６の角速度を測定してもよいし、出力軸２６の円周方向の加速度と角速度の両方を測定してもよい。

さらに本実施形態のインパクト回転工具１は、トルク演算部６０が求めた締付けトルクを用いて、衝撃力発生部（本実施形態では衝撃力発生部のモータ１０）を制御する制御部（停止判定部６６及びモータ制御部５１からなる）を備えている。停止判定部６６及びモータ制御部５１は、トルク演算部６０が求めた締付けトルクの演算結果に応じてモータ１０を制御することができる。

また、本実施形態のインパクト回転工具１では、トルク演算部６０が備えるトルク算出部６５が下記の式を用いて締付けトルクＴ２を算出する。

Ｔ２＝Ｔ１×Ａ−Ｉ１×ａ１×Ｂ＋Ｃ
ここで、Ｔ１はトルクセンサ３０によるトルクの測定値である。ａ１は加速度センサ４０の測定値から得た出力軸２６の角加速度である。Ｉ１は、出力軸２６において加速度センサ４０が取り付けられた部位よりも先端側の部位、出力軸２６に装着された工具１００の慣性モーメントである。またＡ，Ｂ，Ｃは予め設定された補正係数である。

このように、トルク算出部６５は、出力軸２６の角加速度ａ１と、出力軸２６において加速度センサ４０が取り付けられた部位よりも先端側の部位及び出力軸２６に装着された工具１００の慣性モーメントＩ１から慣性トルクを求めている。トルク算出部６５は、トルクセンサ３０の測定値Ｔ１から慣性トルクを差し引いて、締付けトルクＴ２を求めているので、慣性トルクを考慮せずに測定値Ｔ１から締付けトルクＴ２を求める場合に比べ、締付けトルクＴ２をより正確に求めることができる。

また、トルク演算部６０は、トルクセンサ３０によるトルクの測定値、及び、加速度センサ４０の測定値から得た出力軸２６の角加速度として、一定時間の平均値を求めることも好ましく、ノイズなどの影響で締付けトルクの算出値に発生する誤差を低減できる。

なお、本実施形態では、トルク演算部６０が、トルクセンサ３０によるトルクの測定値、及び、加速度センサ４０の測定値から得た出力軸２６の角加速度として、両方共に一定時間の平均値を用いているが、何れか一方のみ一定時間の平均値を用いてもよい。

また、本実施形態では、第２測定部たる加速度センサ４０が、出力軸２６の外周部に取り付けられて、円周方向の加速度を測定するように構成されている。トルク演算部６０の角加速度算出部６３は、加速度センサ４０の測定値を、出力軸２６の中心位置から加速度センサ４０の取付位置までの距離で割ることによって角加速度を求める。トルク演算部６０の角加速度算出部６３は、回転停止方向の角加速度の最大値、又は、回転停止方向で角加速度が最大となる時点の前後の一定時間における角加速度の平均値の何れかを、締付けトルクの演算に用いるように構成されている。この場合、周方向の加速度を測定する一つの加速度センサ４０の出力で角加速度を算出することができる。

ところで、本実施形態では、第２測定部たる加速度センサ４０が、出力軸２６の外周部に取り付けられて、周方向の加速度α１と径方向の加速度α２を測定するように構成されている。トルク演算部６０の角加速度算出部６３は、加速度センサ４０が測定した周方向の加速度α１を、出力軸２６の中心位置から加速度センサ４０の取付位置までの距離ｒで割ることによって角加速度ω１（＝α１／ｒ）を求めている。ここで、トルク演算部６０は、加速度センサ４０が測定した径方向の加速度α２がゼロになる停止時点の所定時間前における角加速度を、締付けトルクの演算に用いるように構成されてもよい。図６（ａ）に、打撃時における出力軸２６の角度θ１、周方向の加速度α１、径方向の加速度α２、角速度ω１の時間変化をそれぞれ示す。出力軸２６の回転が停止すると、遠心力がゼロになることから、径方向の加速度α２がゼロになる（図６（ａ）の時刻ｔ２）。したがって、トルク演算部６０は、径方向の加速度α２がゼロになることから、出力軸２６の回転が停止した停止時点（時刻ｔ２）をより正確に求めることができる。またトルク演算部６０は、停止時点の所定時間前における角加速度を、締付けトルクの演算に用いることで、締付けトルクをより正確に求めることができる。なお、停止時点の所定時間前とは、締付けトルクの算出に好適な角加速度が検出される時間であり、ねじ部材の締付け作業を行った結果から経験的に求められた時間であって、予め設定されている。また、トルク演算部６０は、停止時点（時刻ｔ２）の前の一定時間ＤＴ１における角加速度の平均値を求め、この角加速度を締付けトルクの演算に用いてもよい。

また、本実施形態のインパクト回転工具１において、加速度センサ４０の代わりに、出力軸２６の外周部又は中心部に取り付けられて、出力軸２６の角速度ω１を測定するように構成された第２測定部を備えていてもよい。図６（ｂ）は打撃時における角速度ω１の測定結果を示し、出力軸２６の回転が停止すると、角速度ω１の値がゼロになる。トルク演算部６０は、第２測定部が測定した角速度ω１がゼロになる停止時点（図６（ｂ）の時刻ｔ４）の所定時間前までの一定時間ＤＴ２における角速度ω１の平均変化率から角加速度を求め、この角加速度を締付けトルクの演算に用いればよい。これにより、一つの角速度センサによる角速度の測定結果だけで、出力軸２６の停止時点を求め、さらに締付けトルクの演算に用いる角加速度も求めることができる。なお、トルク演算部６０は、第２測定部が測定した角速度ω１がゼロになる停止時点の所定時間前までの一定時間ＤＴ２における角速度ω１の微分値から角加速度を求めてもよく、この角加速度を締付けトルクの演算に用いることができる。

また本実施形態のインパクト回転工具１では、出力軸２６に加わるトルクを非接触で測定するトルクセンサ３０が本体２に取り付けられているが、出力軸２６に加わるトルクを直接測定するトルクセンサ３０が出力軸２６に取り付けられていてもよい。この場合、図８（ａ）に示すように、出力軸２６に取り付けられたトルクセンサ３０に給電し、且つ、トルクセンサ３０から信号を受け取るための通信コイル３１，３２が設けられていればよい。通信コイル３１は出力軸２６の円周面に固定されている。通信コイル３２は円筒コイルからなり、その中心に出力軸２６が通され、通信コイル３１と対向して配置されている。通信コイル３２は電線７３を介して制御回路５０に電気的に接続されている。制御回路５０が通信コイル３２に交流電流を流すと、相互誘導によって通信コイル３１に電流が流れ、通信コイル３１に流れる電流を整流、平滑することによって、トルクセンサ３０に動作電力が供給される。また、トルクセンサ３０は、制御回路５０から入力される交流電流と、周波数が異なるパルス信号を通信コイル３１に流すことによって、通信コイル３２を介して制御回路５０に測定値を送信する。これにより、制御回路５０はトルクセンサ３０に非接触で電力を供給でき、またトルクセンサ３０の測定値を非接触で受け取ることができる。

このように、インパクト回転工具１は、衝撃力発生部及びトルク演算部６０を収納する本体２を備えている。出力軸２６には、トルクセンサ３０（第１測定部）及び加速度センサ４０（第２測定部）が取り付けられている。出力軸２６には、本体２に固定された給電部（通信コイル３２，４２）からトルクセンサ３０及び加速度センサ４０の動作電力を非接触で受電するための受電部（通信コイル３１，４１）が設けられている。また、出力軸２６には、トルクセンサ３０及び加速度センサ４０の測定値を、本体２に収納されたトルク演算部６０に出力するための通信部（通信コイル３１，４１）が設けられている。衝撃力発生部はパルス状の衝撃力を出力軸２６に間欠的に加えており、本実施形態ではモータ１０及びインパクト機構２０を備える。給電部及び通信部のうちの少なくとも何れか一方は、インパクト機構２０が出力軸２６に衝撃力を加える合間に動作するように構成されている。インパクト機構２０が間欠的に衝撃力を加える間は、モータ１０で発生する電磁ノイズが比較的小さくなるので、この期間に給電部及び通信部が動作することで、電磁ノイズによる誤動作が起こりにくくなる。

なお本実施形態では、トルクセンサ３０及び加速度センサ４０の両方とも、非接触で給電し、且つ、測定信号を非接触で出力しているが、トルクセンサ３０及び加速度センサ４０のうちの何れか一方のみに非接触で給電し、測定信号を非接触で出力してもよい。

また、図８（ｂ）に示すように、出力軸２６に取り付けられたトルクセンサ３０及び加速度センサ４０と、本体２内に収納された制御回路５０とを電気的に接続するためにスリップリングが設けられていてもよい。スリップリング２８は、出力軸２６と同心の円周面に沿って全周に形成された環状の電路２８ａと、本体２側に固定的に配置されて電路２８ａに弾性的に接触するブラシ２８ｂとを備える。ブラシ２８ｂは制御回路５０に電線を介して電気的に接続されており、出力軸２６に取り付けられたトルクセンサ３０及び加速度センサ４０と、制御回路５０との間は、スリップリング２８を介して電気的に接続されている。而して、出力軸２６に取り付けられたトルクセンサ３０及び加速度センサ４０には、制御回路５０からスリップリング２８を介して動作電力が供給される。また、トルクセンサ３０及び加速度センサ４０の測定信号は、スリップリング２８を介して制御回路５０のトルク演算部６０に出力される。このように、トルクセンサ３０及び加速度センサ４０の測定信号はスリップリング２８及び電線を介して制御回路５０に送信されるから、電磁ノイズが多い環境でも、トルクセンサ３０及び加速度センサ４０の測定信号を制御回路５０に確実に伝達することができる。なお、スリップリング２８を介して電力供給と測定信号の授受を行う場合にも、インパクト機構２０が出力軸２６に衝撃力を加える合間に給電と測定信号の授受を行うことが好ましく、電磁ノイズによる誤動作が起こりにくくなる。

なお本実施形態において、トルク演算部６０の全部又は一部が、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて、第１測定部（トルクセンサ３０）、又は、第２測定部（加速度センサ４０）、又は、第１測定部及び第２測定部の両方と一体的に設けられてもよい。この場合、トルク演算部６０の全部又は一部が一体化された測定部（第１測定部、又は、第２測定部、又は、第１測定部及び第２測定部の両方）は出力軸２６に取り付けられており、出力軸２６において通信コイル又はスリップリングの近傍に取り付けられていてもよい。

また、トルク演算部６０の全部又は一部が、例えばＭＥＭＳ技術を用いて小型化された、第１測定部及び第２測定部と併設して出力軸２６に取り付けられてもよく、出力軸２６において通信コイル又はスリップリングの近傍に取り付けられていてもよい。

（実施形態２）
本発明に係るインパクト回転工具の制御装置の実施形態を図９及び図１０に基づいて説明する。

本実施形態の制御装置８０は、締付けトルクを測定して、締付けトルクの測定値、又は、締付けトルクの測定値に基づく制御信号をインパクト回転工具１に出力する機能を有し、インパクト回転工具１の本体２に対して着脱自在に取り付けられる。

インパクト回転工具１は、トルクセンサ３０と加速度センサ４０とトルク演算部６０と停止判定部６６とが制御装置８０側に設けられた点を除いて、実施形態１で説明したインパクト回転工具と共通する構成要素を備えているので、実施形態１と共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。

制御装置８０は、図９（ａ）に示すように、インパクト回転工具１の本体に着脱自在に取り付けられるケース８１を備えている。

ケース８１は、加速度センサ４０及びトルクセンサ３０が取り付けられた出力軸２９を回転自在に支持している。出力軸２９の両端はケース８１の外側に突出しており、出力軸２９の後端は、アンビル２３と一体に設けられた出力軸２６の先端に連結されている。出力軸２９の先端には四角柱部２９ａが設けられ、この四角柱部２９ａに、ネジ部材２００のネジ締め作業を行うためのソケットなどの工具１００が装着される。尚、図９（ｂ）に示すように、出力軸２９の先端に四角柱部２９ａの代わりに六角穴２９ｂが設けられてもよい。この場合は、出力軸２９の六角穴２９ｂに、ソケットなどの工具１００に設けられた六角柱状の軸部１０１を差し込むことによって、工具１００が出力軸２９に装着される。尚、出力軸２９に取り付けられた加速度センサ４０及びトルクセンサ３０への給電と通信は、実施形態１と同様に通信コイル（図示せず）を用いて行われるが、スリップリングを用いて給電と通信を行ってもよい。

ケース８１は、出力軸２９の後端が出力軸２６の先端に連結されるように、支持棒８３を介して本体２の前側に固定されており、本体２に対してケース８１が回転しないように取り付けられている。

またケース８１の内部には、締付けトルクが設定トルク以上になると停止信号を出力する制御回路８２が収納されている。この制御回路８２は、実施形態１で説明したトルク演算部６０と停止判定部６６とで構成されており、トルク演算部６０及び停止判定部６６の機能及び動作は実施形態１で説明したとおりであるから、その説明は省略する。ケース８１からは、制御回路８２に一端側が接続された電線７５が引き出され、この電線７５の他端側は本体２に収納された制御回路５０に接続されている。これにより、ケース８１に収納された制御回路８２と、本体２に収納された制御回路５０の間が電線７５を介して電気的に接続され、制御回路５０と制御回路８２の間で電線７５を介して信号が授受される。また制御回路５０から電線７５を介して制御回路８２に動作電力が供給される。

ここにおいて、インパクト回転工具１の制御装置８０は、インパクト回転工具１の本体２に着脱自在に取り付けられるケース８１を備え、このケース８１にトルクセンサ３０と加速度センサ４０とトルク演算部６０とを収納することで実現されている。

本実施形態の制御装置８０が取り付けられたインパクト回転工具１の操作レバー６ａが操作され、操作量に応じた操作信号が操作スイッチ６から制御回路５０に出力されると、制御回路５０がモータ１０を回転させる。ケース８１に収納された制御回路８２は、トルクセンサ３０及び加速度センサ４０の測定値を用いて締付けトルクを算出しており、締付けトルクがトルク設定部６７を用いて設定された閾値以上になると、停止信号を電線７５を介して制御回路５０に出力する。制御回路５０は、制御回路８２から停止信号が入力されると、モータ１０を停止させており、締付けトルクを規定のトルクに管理することができる。

上述のように、インパクト回転工具１の制御装置８０は、インパクト回転工具１の本体２に着脱自在に取り付けられるケース８１を備えている。インパクト回転工具１は、衝撃力発生部、出力軸２６、制御回路５０（制御部）を備える。衝撃力発生部は、パルス状の衝撃力を発生させている。本実施形態では衝撃力発生部が、モータ１０、及び、モータ１０の回転からパルス状の衝撃力を発生させるインパクト機構２０を備える。出力軸２６は、ネジ締め作業を行うための工具１００が装着される出力軸２９と連結され、衝撃力発生部が発生した衝撃力によって回転する。制御回路５０は衝撃力発生部（本実施形態の場合は衝撃力発生部を構成するモータ１０）の出力を制御する。そして、ケース８１には、トルクセンサ３０（第１測定部）と、加速度センサ４０（第２測定部）と、トルク演算部６０とが保持されている。トルクセンサ３０は出力軸２９に加わるトルクを測定する。加速度センサ４０は、出力軸２９の円周方向の加速度を測定する。トルク演算部６０は、トルクセンサ３０によるトルクの測定値、及び、加速度センサ４０の測定値を用いて求めた出力軸２９及び工具１００の慣性トルクから締付けトルクを求め、締付けトルクの測定値に基づく衝撃力発生部の制御信号を制御回路５０に出力する。

制御回路８２が備えるトルク演算部６０は、加速度センサ４０の測定値を用いて出力軸２９及び出力軸２９に装着された工具１００の慣性トルクを求め、この慣性トルクと、トルクセンサ３０によるトルクの測定値から、締付けトルクを求めている。したがって、トルク演算部６０が、慣性トルクを考慮に入れずにトルクセンサ３０の測定値を締付けトルクとして求める場合に比べて、より正確に締付けトルクを測定することができる。なお、第２測定部は円周方向の加速度を測定する加速度センサ３０に限定されず、出力軸２９の角速度を測定してもよいし、出力軸２９の円周方向の加速度と角速度の両方を測定してもよい。

また、本実施形態の制御装置８０において、ケース８１に保持されたトルク演算部６０が、本体２に収納された制御回路５０に締付けトルクの測定値を出力してもよく、この場合は制御回路５０が、締付けトルクの測定値に基づいてモータ１０を制御すればよい。

なお本実施形態において、トルク演算部６０の全部又は一部が、例えばＭＥＭＳ技術を用いて、第１測定部（トルクセンサ３０）、又は、第２測定部（加速度センサ４０）、又は、第１測定部及び第２測定部の両方と一体的に設けられてもよい。この場合、トルク演算部６０の全部又は一部が一体化された測定部（第１測定部、又は、第２測定部、又は、第１測定部及び第２測定部の両方）は出力軸２９に取り付けられており、出力軸２９において通信コイル或いはスリップリングの近傍に取り付けられていてもよい。

また、トルク演算部６０の全部又は一部が、例えばＭＥＭＳ技術を用いて小型化された、第１測定部及び第２測定部と併設して出力軸２６に取り付けられてもよく、出力軸２６において通信コイル或いはスリップリングの近傍に取り付けられていてもよい。

また、実施形態１で説明したインパクト回転工具１では、トルクセンサ３０（第１測定部）と、加速度センサ４０（第２測定部）と、トルク演算部６０が本体２に収納されているが、トルクセンサ３０及び加速度センサ４０を本体２に後付けできるようにしてもよい。すなわち、トルク演算部６０は本体２に収納されるか、又は、本体２に予め取り付けらるようにしておく。一方、トルクセンサ３０及び加速度センサ４０は、例えば実施形態２で説明した外付けのケース８１に収納され、ケース８１に収納されたトルクセンサ３０及び加速度センサ４０は測定値を本体２に取り付けられたトルク演算部６０に出力する。

実施形態１で説明したインパクト回転工具１において、本体２と、本体２に着脱自在に取り付けられるケース８１とを備える。本体２は、衝撃力発生部（モータ１０及びインパクト機構２０）とトルク演算部６０を収納する。ケース８１は、トルクセンサ３０（第１測定部）及び加速度センサ４０（第２測定部）を収納する。トルクセンサ３０及び加速度センサ４０の測定値は、本体２に収納されたトルク演算部６０に出力されるように構成されている。

このように、トルクセンサ３０及び加速度センサ４０を収納したケース８１は、本体２に着脱自在に取り付けられるので、出力軸に加わるトルクや、出力軸の円周方向の加速度或いは角速度の測定機能を持たないインパクト回転工具に測定機能を追加することができる。また、トルクセンサ３０及び加速度センサ４０は、本体２に着脱されるケース８１に収納されているので、トルクセンサ３０及び加速度センサ４０を交換したり追加したりする作業を容易に行うことができる。

なお、本発明の精神と範囲に反することなしに、広範に異なる実施形態を構成することができることは明白なので、この発明は、特定の実施形態に制約されない。

１ インパクト回転工具
２ 本体
１０ モータ（衝撃力発生部）
１１ 回転軸
２０ インパクト機構（衝撃力発生部）
２６，２９ 出力軸
２７ ソケット
３０ トルクセンサ（第１測定部）
３１ 通信コイル（受電部、通信部）
３２ 通信コイル（給電部、通信部）
４０ 加速度センサ（第２測定部）
４１ 通信コイル（受電部、通信部）
４２ 通信コイル（給電部、通信部）
５０ 制御回路（制御部）
５４ モータ制御部（制御部）
６０ トルク演算部
６６ 停止判定部（制御部）
８０ 制御装置
８１ ケース
１００ 工具

Claims (16)

1. パルス状の衝撃力を発生させる衝撃力発生部と、
   ネジ締め作業を行うための工具が装着され、前記衝撃力発生部が発生した衝撃力によって回転する出力軸と、
   前記出力軸に加わるトルクを測定する第１測定部と、
   前記出力軸の円周方向の加速度及び前記出力軸の角速度のうち少なくとも何れか一方を測定する第２測定部と、
   前記第１測定部によるトルクの測定値、及び、前記第２測定部の測定値を用いて求めた前記出力軸及び前記工具の慣性トルクから、締付けトルクを求めるトルク演算部
   を備え、
   前記トルク演算部は、前記第２測定部の測定値から前記ネジ締め作業が行われているネジ締め期間を求め、前記ネジ締め期間における前記第２測定部の測定値を用いて前記慣性トルクを求めることを特徴とするインパクト回転工具。
2. 前記第２測定部は、前記出力軸の外周部に取り付けられて、円周方向の加速度を測定するように構成され、
   前記トルク演算部は、前記第２測定部の測定値を、前記出力軸の中心位置から前記第２測定部の取付位置までの距離で割ることによって角加速度を求め、
   前記ネジ締め期間は、回転停止方向で前記角加速度が最大となる最大時点、前記最大時点の所定時間前の時点、前記最大時点の所定時間後の時点、及び前記最大時点の前後の一定時間の何れかであり、
   前記トルク演算部は、前記最大時点と前記最大時点の所定時間前の時点と前記最大時点の所定時間後の時点とのうちの何れかを前記ネジ締め期間として求めた場合は、前記ネジ締め期間での前記角加速度を前記締付けトルクの演算に用い、前記トルク演算部は、前記最大時点の前後の一定時間を前記ネジ締め期間として求めた場合は、前記ネジ締め期間における前記角加速度の平均値を前記締付けトルクの演算に用い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. パルス状の衝撃力を発生させる衝撃力発生部と、
   ネジ締め作業を行うための工具が装着され、前記衝撃力発生部が発生した衝撃力によって回転する出力軸と、
   前記出力軸に加わるトルクを測定する第１測定部と、
   前記出力軸の円周方向の加速度及び前記出力軸の角速度のうち少なくとも何れか一方を測定する第２測定部と、
   前記第１測定部によるトルクの測定値、及び、前記第２測定部の測定値を用いて求めた前記出力軸及び前記工具の慣性トルクから、締付けトルクを求めるトルク演算部
   を備え、
   前記トルク演算部は、前記第２測定部の測定値から前記出力軸が停止する停止時点を求め、前記停止時点をもとに設定した対象期間における前記第２測定部の測定値を用いて前記慣性トルクを求めることを特徴とするインパクト回転工具。
4. 前記第２測定部は、前記出力軸の外周部に取り付けられて、円周方向の加速度と径方向の加速度をそれぞれ測定するように構成され、
   前記トルク演算部は、前記第２測定部が測定した円周方向の測定値を、前記出力軸の中心位置から前記第２測定部の取付位置までの距離で割ることによって角加速度を求め、
   前記停止時点は、前記第２測定部が測定した径方向の加速度がゼロになる時点であり、
   前記対象期間は、前記停止時点の所定時間前の時点、又は前記停止時点の前の一定時間の期間であり、
   前記トルク演算部は、前記停止時点の所定時間前の時点を前記対象期間とした場合は前記対象期間における前記角加速度を前記締付けトルクの演算に用い、前記停止時点の前の一定時間の期間を前記対象期間とした場合は前記対象期間における前記角加速度の平均値を前記締付けトルクの演算に用いるように構成された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. 前記第２測定部は、前記出力軸の外周部に取り付けられて、前記出力軸の角速度を測定するように構成され、
   前記停止時点は、前記第２測定部が測定した角速度がゼロになる時点であり、
   前記対象期間は、前記停止時点の所定時間前までの一定時間の期間であり、
   前記トルク演算部は、前記対象期間における角速度の微分値または平均変化率から角加速度を求めて、前記締付けトルクの演算に用いるように構成された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。
6. パルス状の衝撃力を発生させる衝撃力発生部と、
   ネジ締め作業を行うための工具が装着され、前記衝撃力発生部が発生した衝撃力によって回転する出力軸と、
   前記出力軸に加わるトルクを測定する第１測定部と、
   前記出力軸の円周方向の加速度及び前記出力軸の角速度のうち少なくとも何れか一方を測定する第２測定部と、
   前記第１測定部によるトルクの測定値、及び、前記第２測定部の測定値を用いて求めた前記出力軸及び前記工具の慣性トルクから、締付けトルクを求めるトルク演算部と、
   前記衝撃力発生部及び前記トルク演算部を収納する本体を備え、
   前記出力軸には、前記第１測定部及び前記第２測定部と、前記本体に固定された給電部から前記第１測定部及び前記第２測定部の動作電力を非接触で受電するための受電部と、前記第１測定部及び前記第２測定部の測定値を前記トルク演算部に非接触で送信するための通信部が設けられ、
   前記衝撃力発生部は、パルス状の衝撃力を前記出力軸に間欠的に加えており、
   前記給電部及び前記通信部のうちの少なくとも何れか一方は、前記衝撃力発生部が前記出力軸に衝撃力を加える合間に動作するように構成されたことを特徴とするインパクト回転工具。
7. 前記衝撃力発生部及び前記トルク演算部を収納する本体を備え、
   前記出力軸には、前記第１測定部及び前記第２測定部と、前記本体に固定された給電部から前記第１測定部及び前記第２測定部の動作電力を非接触で受電するための受電部と、前記第１測定部及び前記第２測定部の測定値を前記トルク演算部に非接触で送信するための通信部が設けられ、
   前記衝撃力発生部は、パルス状の衝撃力を前記出力軸に間欠的に加えており、
   前記給電部及び前記通信部のうちの少なくとも何れか一方は、前記衝撃力発生部が前記出力軸に衝撃力を加える合間に動作するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のインパクト回転工具。
8. 前記トルク演算部が求めた前記締付けトルクを用いて前記衝撃力発生部の出力を制御する制御部を備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載のインパクト回転工具。
9. 前記第１測定部によるトルクの測定値をＴ１、前記第２測定部の測定値から得た前記出力軸の角加速度をａ１、前記出力軸において前記第２測定部が取り付けられた部位よりも先端側の部位及び前記工具の慣性モーメントをＩ１とし、補正係数をＡ，Ｂ，Ｃとすると、
   前記トルク演算部は、前記締付けトルクＴ２を、
   Ｔ２＝Ｔ１×Ａ−Ｉ１×ａ１×Ｂ＋Ｃ
   という式を用いて算出することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載のインパクト回転工具。
10. 前記トルク演算部は、前記第１測定部によるトルクの測定値、及び、前記第２測定部の測定値から得た前記出力軸の角加速度のうちの何れか一方または両方について、一定時間の平均値を用いることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載のインパクト回転工具。
11. 前記衝撃力発生部及び前記トルク演算部を収納する本体と、
    前記第１測定部及び前記第２測定部を収納して前記本体に着脱自在に取り付けられるケースを備え、
    前記第１測定部及び前記第２測定部の測定値が、前記本体に収納された前記トルク演算部に出力されるように構成されたことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載のインパクト回転工具。
12. パルス状の衝撃力を発生させる衝撃力発生部、ネジ締め作業を行うための工具が装着され、前記衝撃力発生部が発生した衝撃力によって回転する出力軸、及び、前記衝撃力発生部の出力を制御する制御部を備えたインパクト回転工具の本体に着脱自在に取り付けられるケースを備え、
    前記ケースには、
    前記出力軸に加わるトルクを測定する第１測定部と、
    前記出力軸の円周方向の加速度及び前記出力軸の角加速度のうち少なくとも何れか一方を測定する第２測定部と、
    前記第１測定部によるトルクの測定値、及び、前記第２測定部の測定値を用いて求めた前記出力軸及び前記工具の慣性トルクから締付けトルクを求め、前記締付けトルクの測定値、及び、前記締付けトルクの測定値に基づく前記衝撃力発生部の制御信号のうち少なくとも何れか一方を前記制御部に出力するトルク演算部とが保持されており、
    前記トルク演算部は、前記第２測定部の測定値から前記ネジ締め作業が行われているネジ締め期間を求め、前記ネジ締め期間における前記第２測定部の測定値を用いて前記慣性トルクを求めることを特徴とするインパクト回転工具の制御装置。
13. 前記第２測定部は、前記出力軸の外周部に取り付けられて、円周方向の加速度を測定するように構成され、
    前記トルク演算部は、前記第２測定部の測定値を、前記出力軸の中心位置から前記第２測定部の取付位置までの距離で割ることによって角加速度を求め、
    前記ネジ締め期間は、回転停止方向で前記角加速度が最大となる最大時点、前記最大時点の所定時間前の時点、前記最大時点の所定時間後の時点、及び前記最大時点の前後の一定時間の何れかであり、
    前記トルク演算部は、前記最大時点と前記最大時点の所定時間前の時点と前記最大時点の所定時間後の時点とのうちの何れかを前記ネジ締め期間として求めた場合は、前記ネジ締め期間での前記角加速度を前記締付けトルクの演算に用い、前記トルク演算部は、前記最大時点の前後の一定時間を前記ネジ締め期間として求めた場合は、前記ネジ締め期間における前記角加速度の平均値を前記締付けトルクの演算に用いることを特徴とする請求項１２に記載のインパクト回転工具の制御装置。
14. パルス状の衝撃力を発生させる衝撃力発生部、ネジ締め作業を行うための工具が装着され、前記衝撃力発生部が発生した衝撃力によって回転する出力軸、及び、前記衝撃力発生部の出力を制御する制御部を備えたインパクト回転工具の本体に着脱自在に取り付けられるケースを備え、
    前記ケースには、
    前記出力軸に加わるトルクを測定する第１測定部と、
    前記出力軸の円周方向の加速度及び前記出力軸の角加速度のうち少なくとも何れか一方を測定する第２測定部と、
    前記第１測定部によるトルクの測定値、及び、前記第２測定部の測定値を用いて求めた前記出力軸及び前記工具の慣性トルクから締付けトルクを求め、前記締付けトルクの測定値、及び、前記締付けトルクの測定値に基づく前記衝撃力発生部の制御信号のうち少なくとも何れか一方を前記制御部に出力するトルク演算部とが保持されており、
    前記トルク演算部は、前記第２測定部の測定値から前記出力軸が停止する停止時点を求め、前記停止時点をもとに設定した対象期間における前記第２測定部の測定値を用いて前記慣性トルクを求めることを特徴とするインパクト回転工具の制御装置。
15. 前記第２測定部は、前記出力軸の外周部に取り付けられて、円周方向の加速度と径方向の加速度をそれぞれ測定するように構成され、
    前記トルク演算部は、前記第２測定部が測定した円周方向の測定値を、前記出力軸の中心位置から前記第２測定部の取付位置までの距離で割ることによって角加速度を求め、
    前記停止時点は、前記第２測定部が測定した径方向の加速度がゼロになる時点であり、
    前記対象期間は、前記停止時点の所定時間前の時点、又は前記停止時点の前の一定時間の期間であり、
    前記トルク演算部は、前記停止時点の所定時間前の時点を前記対象期間とした場合は前記対象期間における前記角加速度を前記締付けトルクの演算に用い、前記停止時点の前の一定時間の期間を前記対象期間とした場合は前記対象期間における前記角加速度の平均値を前記締付けトルクの演算に用いるように構成されたことを特徴とする請求項１４に記載のインパクト回転工具の制御装置。
16. 前記第２測定部は、前記出力軸の外周部に取り付けられて、前記出力軸の角速度を測定するように構成され、
    前記停止時点は、前記第２測定部が測定した角速度がゼロになる時点であり、
    前記対象期間は、前記停止時点の所定時間前までの一定時間の期間であり、
    前記トルク演算部は、前記対象期間における角速度の微分値または平均変化率から角加速度を求めて、締付けトルクの演算に用いるように構成されたことを特徴とする請求項１４に記載のインパクト回転工具の制御装置。

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