回転式工具
【課題】 相手部材が硬質、軟質いずれであっても簡単な構成で着座を検出でき、ねじの締めすぎや早止めを防止できる回転式工具を提供する。
【解決手段】 回転式工具１に測距手段２を設ける。測距手段２により相手部材３の座面４と回転式工具１の先端が所定の距離になったことを検知して着座と判断し回転式工具１の回転を停止するための制御部６を設ける。
【解決手段】 回転式工具１に測距手段２を設ける。測距手段２により相手部材３の座面４と回転式工具１の先端が所定の距離になったことを検知して着座と判断し回転式工具１の回転を停止するための制御部６を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボルトやナットのねじ締め作業及び緩め作業に使用するドリルドライバーやインパクトドライバーのような回転式工具の着座検知に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来回転式工具の着座検知はモータの出力軸の締付けトルクを検出し、所定トルクを越えると回転を停止するように制御していた。例えば、特開平８−１５３６号公報に示される従来例においては、リングギアトルクセンサを用いて電磁クラッチ機構を動作させて回転を停止するようにしている。
【０００３】
ところが、ナットとボルトのように締め付ける相手部材が硬質なものであれば、接触時より（ねじが座面に着座した時より）トルクが急上昇するが、相手部材が木や石膏ボード等の軟質の場合、どこが着座ポイントか判断できず、締めすぎや早止めが発生する。また、回転式工具は一定の場所に固定して使用されることは殆どなく、様々な場所並びに状況に応じて使用されることから着座を確実に検出してねじの締めすぎや早止めを防止できるようにすることが求められている。
【特許文献１】特開平８−１５３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、相手部材が硬質、軟質いずれであっても簡単な構成で着座を検出でき、ねじの締めすぎや早止めを防止でき、また、ねじを傾きなく確実にねじ締め出来て着座検出がより正確にできる回転式工具を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために本発明に係る回転式工具は、回転式工具１において、測距手段２を構成する測距センサ７を複数個設け、該測距センサ７により相手部材３の座面４と回転式工具１の先端が所定の距離になったことを検知して着座と判断し回転式工具１の回転を停止するとともに、複数個の測距センサ７で検知した相手部材３の座面４と回転式工具１の先端との間の距離の差により回転式工具１の座面４に対する傾きを検出し、座面４に対して垂直に位置していない場合には回転式工具１の回転を停止させるための制御部６を設けて成ることを特徴とするものである。このような構成とすることで、回転式工具１によりねじ９を相手部材３にねじ込む際に、測距手段２により相手部材３の座面４と回転式工具１の先端が所定の距離になったことを検知することでねじ９が相手部材３の座面４に着座したと判断してモータ５を停止し、これによりねじ９の締めすぎや早止めを防止できることになる。
【０００６】
加えて、回転式工具１によりねじ締めを行っている際に回転式工具１の傾きを検出してねじ９が傾いてねじ込まれているような場合には回転式工具１の回転が停止してこれを知ることができ、ねじ９が傾いてねじ込まれることがない。また、回転式工具１が傾いて使用されることなく座面４に対して直角又は略直角姿勢でねじ込みできるので、回転式工具１に設けた測距センサ７による座面４と回転式工具１との間の距離の測定が正確にできて、座面４へのねじ９の着座を確実に検知できることになる。
【０００７】
また、回転式工具１の傾き方向を示す報知手段８を設けることが好ましい。このような構成とすることで、回転式工具１が傾いて使用されている場合に、どの方向に傾いているかが報知手段８により報知され、これに基づいて簡単に正しい姿勢に補正することが可能となる。
【０００８】
また、モータ５逆転時には測距手段２の判定をオフにすることが好ましい。このような構成とすることで、ねじ打ちが間違ったり、やり直したりするためにいったんねじ込んだねじ９を逆回転で緩めたり、外したりすることが可能となる。
【０００９】
また、測距手段２での検知を手動でオフにすることができるスイッチ１０を設けることが好ましい。このような構成とすることで、連続して逆回転したり、特別なビットを使用したりする際に、測距手段２の検知をオフにして使用できることになる。
【００１０】
また、測距手段２による検知距離を可変するために回転式工具１に対して測距手段２を移動自在に取付けることが好ましい。このような構成とすることで、少し深めにねじ込みたい場合など測距手段２を移動させることで対応できるものである。
【００１１】
また、先端にねじを回転するためのビット１１を有する胴部１２から胴部１２に対して交差する方向にグリップ１３を突出して回転式工具１を構成し、該回転式工具１の胴部２のグリップ１３を突出した側の面に測距手段２を配設することが好ましい。このような構成とすることで、コーナや壁の隅部分で作業する際に測距手段２が壁その他の物に当たったりせず、また、目線の位置とビット１１の先端の間に測距手段２が位置することがなく、目線の位置とビット１１の先端の間に測距手段２を設けることによる測距手段２が邪魔になってねじ締め作業の効率が落ちたり、ねじ込みの目標点を見間違うといったことを防ぐことができるものである。
【００１２】
また、上記制御部６は、測距手段２により相手部材３の座面４と回転式工具１の先端が所定の距離になったことを検知して着座又は着座直前と判断し、この着座又は着座直前を測距手段２で検出後、モータの出力軸の締付けトルクが所定締め付け力になると回転式工具の回転を停止するものであることも好ましい。このような構成とすることで、測距手段２によりねじ９の着座直前を検知し、着座又は着座直前から所定の締め付け力となるまで更に締め付けて所定の締め付け力となって回転を停止するものであり、これにより着座し且つ所定の締め付け力とすることができる。
【００１３】
また、上記制御部６は、所定トルクとなった時点でモータ５を停止し、該モータ５停止後所定時間後に一定時間の増し締めのためにモータ５を回転させるものであることが好ましい。このような構成とすることで、着座し且つ所定の締め付け力となった後に、更に、一定の増し締めができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１記載の発明にあっては、回転式工具において、測距手段を構成する測距センサを複数個設け、該測距センサにより相手部材の座面と回転式工具の先端が所定の距離になったことを検知して着座と判断し回転式工具の回転を停止するとともに、複数個の測距センサで検知した相手部材の座面と回転式工具の先端との間の距離の差により回転式工具の座面に対する傾きを検出し、座面に対して垂直に位置していない場合には回転式工具の回転を停止させるための制御部を設けてあるので、回転式工具によりねじを相手部材にねじ込む際に、測距手段により相手部材の座面と回転式工具の先端が所定の距離になったことを検知してねじが相手部材の座面に着座したと判断してモータを停止し、これにより相手部材が硬質、軟質いずれであっても簡単な構成で着座を検出でき、ねじの締めすぎや早止めを防止できるものである。
【００１５】
加えて、請求項１記載の発明にあっては、ねじが傾いてねじ込まれているような場合には回転式工具の回転が停止してこれを知ることが出来て、ねじ込み作業を中止したり、ねじの傾きを修正して作業を継続したりできて、ねじを傾いてねじ込むおそれがないものである。また、回転式工具が傾いて使用されることなく座面に対して直角又は略直角姿勢でねじ込みできるので、回転式工具に設けた測距センサによる座面と回転式工具との間の距離の測定が正確にできて、座面へのねじの着座が確実に検知できるものである。
【００１６】
また、請求項２記載の発明にあっては、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、回転式工具の傾き方向を示す報知手段を設けてあるので、回転式工具が傾いて使用されている場合に、どの方向に傾いているかを知ることが出来て、これに基づいて簡単に正しい姿勢に補正することが可能となり、傾きなく正確にねじ込むことができるものである。
【００１７】
また、請求項３記載の発明にあっては、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、モータ逆転時には測距手段の判定をオフにするので、ねじ打ちが間違ったり、やり直したりするためにいったんねじ込んだねじを逆回転で緩めたり、外したりすることが可能となって、測距手段により着座を検知した際にモータのシャットオフするようにしたにもかかわらず回転式工具としての使用に支障がないものである。
【００１８】
また、請求項４記載の発明にあっては、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、測距手段での検知を手動でオフにすることができるスイッチを設けてあるので、連続して逆回転したり、特別なビットを使用したりする際に、測距手段の検知をオフにして使用でき、測距手段により着座を検知した際にモータのシャットオフするようにしたにもかかわらず回転式工具の多様な使用形態を選択することが可能となるものである。
【００１９】
また、請求項５記載の発明にあっては、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、測距手段による検知距離を可変するために回転式工具に対して測距手段を移動自在に取付けてあるので、少し深めにねじ込みたい場合など測距手段を移動させることで簡単に対応できるものである。
【００２０】
また、請求項６記載の発明にあっては、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、先端にねじを回転するためのビットを有する胴部から胴部に対して交差する方向にグリップを突出して回転式工具を構成し、該回転式工具の胴部のグリップを突出した側の面に測距手段を配設してあるので、コーナや壁の隅部分で作業する際に測距手段が壁その他の物に当たったりせず、また、目線の位置とビットの先端の間に測距手段が位置することがなく、目線の位置とビットの先端の間に測距手段を設けることによる測距手段が邪魔になってねじ締め作業の効率が落ちたり、ねじ込みの目標点を見間違うといったことを防ぐことができ、測距手段により着座を検知した際にモータのシャットオフするようにしたにもかかわらず回転式工具の操作性が低下しないものである。
【００２１】
また、請求項７記載の発明にあっては、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、上記制御部が、測距手段により相手部材の座面と回転式工具の先端が所定の距離になったことを検知して着座又は着座直前と判断し、この着座又は着座直前を測距手段で検出後、モータの出力軸の締付けトルクが所定締め付け力となる回転式工具の回転を停止するものであるから、測距手段によりねじの着座直前を検知し、着座又は着座直前から所定の締め付け力となるまで更に締め付けて所定の締め付け力となって回転を停止するものであり、これにより確実に着座し且つ所定の締め付け力とすることができるものである。
【００２２】
また、請求項８記載の発明にあっては、上記請求項７記載の発明の効果に加えて、上記制御部が、所定トルクとなった時点でモータを停止し、該モータ停止後所定時間後に一定時間の増し締めのためにモータを回転させるものであるから、着座し且つ所定の締め付け力となった後に、更に、一定の増し締めができて確実なねじ込みができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００２４】
図１には本発明の回転式工具の概略構成図が示してある。回転式工具１は胴部１２の後部から胴部１２に対して交差する方向にグリップ１３を突出して構成してある。胴部１２内にはモータ５、モータ５の回転を所定の減速比で減速する減速機１７と、モータ５の回転を減速機１７を介して伝達されるハンマ２０と、ハンマ２０により打撃されるアンビル２１を備えており、胴部１２の先端部にアンビル２１に接続したチャック２２を位置させ、該チャック２２にアンビル２１の打撃によって発生する衝撃力をねじ９やボルト等に伝達する出力軸であるビット１１が取付けてあり、アンビル２１による打撃はハンマ２０とアンビル２１間に所定値以上の力が加わり、アンビル２１に対してハンマ２０が一定以上回動した時に発生するようになっている。
【００２５】
グリップ１３のビット１１の突出方向と同方向の面にはトリガスイッチ２４が設けてあり、更に、グリップ１３内に電池３２、モータ駆動用スイッチング素子であるモータ駆動ＦＥＴブロック２５が内装してある。
【００２６】
上記のような構成の回転式工具１には測距手段２が設けてあり、測距手段２により被ねじ込み部材である相手部材３の座面４と回転式工具１の先端が所定の距離になったことを検知してねじ９が相手部材３の座面４に着座したと判断して回転式工具１の回転を停止するためのマイコンよりなる制御部６が設けてある。制御部６は図２に示すように、電源回路３３、ＬＥＤ点灯回路３４、ＰＷＭドライブ回路３５、ブレーキ回路３６、締め付け力検知回路２７等とともに制御回路ブロック４０を構成している。
【００２７】
図１に示す実施形態においては測距手段２が測距センサ７により構成してある。測距センサ７は発光部７ａと受光部７ｂとを有している。
【００２８】
しかして、回転式工具１のビット１１によりねじ９を被ねじ込み部材である相手部材３にねじ込むのであるが、ねじ込みに当たってはトリガスイッチ２４を操作して電源回路３３をオンにするとＰＷＭドライブ回路３５、モータ駆動ＦＥＴブロック２５を経由して電池電圧がモータ５と制御部６と測距センサ７に供給され、ビット１１によりねじ９を相手部材３にねじ込んで行く。この場合、同時に測距センサ７の発光部７ａから発光された光が相手部材３の座面４に当たり反射した光を受光素子７ｂで受光することにより相手部材３の座面４と回転式工具１の先端との間の距離を検出する。相手部材３の座面４と回転式工具１の先端との間の距離が所定距離（例えば５０ｍｍ）となったことを上記測距センサ７により検知すると、制御部６に信号が送られ、モータ５を瞬時に停止させるための信号をブレーキ回路３６を経由してモータ駆動ＦＥＴブロック２５に送り、モータ駆動ＦＥＴブロック２５をオフにし、モータ５への供給電流を遮断し、ブレーキ状態とすることで、シャットオフ（モータ停止）状態となる。この時、トリガスイッチ２４が引かれた状態の場合はモータ５停止を保持する。そして、トリガスイッチ２４を離すと（戻す）と制御回路用電池電圧の経路が遮断され、制御回路はリセット状態となり、時期トリガスイッチ２４の操作待ちの状態となる。上記のように測距センサ７により相手部材３の座面４と回転式工具１の先端との間の距離を測定してねじ９が相手部材３にねじ込まれてねじ９の頭部が座面４に着座した状態を検出してシャットオフするので、相手部材３の材料が硬い、軟らかいに関係なく確実に着座状態でシャットオフすることができるものである。
【００２９】
回転式工具１に測距センサ７を設ける場合、図３に示すように複数個の測距センサ７を設けるようにしてもよい。図３には胴部１２の周方向の異なる位置に複数個（実施形態では２個）の測距センサ７を設けてある。ここで、作業前に、測距センサ７Ａにより測定した相手部材３の座面４と回転式工具１の先端との間の距離Ｌ１と、測距センサ７Ｂにより測定した相手部材３の座面４と回転式工具１の先端との間の距離Ｌ２との距離に差が発生している場合には回転式工具１が相手部材３の座面４に対して直角ではなくて傾斜している（つまり、ねじ９が傾斜している）ことになるので、この場合にはシャットオフ（モータ５停止）するように制御部６により制御するものである。したがって、作業に当たって、回転式工具１のビット１１を相手部材３の座面４に対して垂直に位置させないとねじ９の打ち込み作業ができないようになっており、これによりねじ９の斜め打ち込みを防止することができるものである。また、作業中に測距センサ７Ａにより測定した相手部材３の座面４と回転式工具１の先端との間の距離Ｌ１と、測距センサ７Ｂにより測定した相手部材３の座面４と回転式工具１の先端との間の距離Ｌ２との距離に差が発生した場合には直ちにシャットオフさせる等の制御を行う。また、作業中の場合は途中停止させるのではなくＬＥＤ等の報知手段８（ＬＥＤ点灯回路３４により点灯する）により傾きを知らせるようにしてもよく、この場合には作業者は一旦停止をしたり、傾き補正をしながら作業を継続したりする等の選択ができる。
【００３０】
ここで、図４に示すように傾き方向を報知手段８であるモニターにより報知するようにしてもよい。このモニターは回転式工具１に設ける。モニターにはＸ軸とこれと直交するＹ軸の２つの座標軸が表示してあって、現状の傾きポイントＰがモニターに表示されるので、該傾きポイントＰがＸ軸とＹ軸の交点に位置するように回転式工具１の姿勢を調整することで回転式工具１の傾き補正ができるようにしてもよい。
【００３１】
上記のように、回転式工具１によりねじ９締めを行っている際に回転式工具１の傾きを検出してねじ９が傾いてねじ込まれているような場合には報知手段８により報知してこれを知ることができるので、ねじ９が傾いてねじ込まれることを防止できる。このように回転式工具１が傾いて使用されることなく座面４に対して直角又は略直角姿勢でねじ込みできるので、回転式工具１に設けた測距センサ７による座面４と回転式工具１との間の距離の測定が正確にできて、座面４へのねじ９の着座を確実に検知できるのである。
【００３２】
ところで、上記のような測距センサ７を用いた回転式工具１において、ねじ打ちが間違ったり、やり直したりするためにいったんねじ込んだねじ９を逆回転で緩めたり、外したりする場合、モータ５の逆回転時に測距センサ７にて所定距離を検出した場合にモータがシャットオフするとねじ９を逆回転して緩めたり、外したりできないので、モータ５逆転時には測距手段２の判定をオフにするように制御部６により制御する。この場合、モータ５の片方の端子電圧をモニターすることで逆回転動作時には測距センサ７で所定距離を検出しても測距手段２の判定をオフにするように制御部６により制御する。また、トリガスイッチ２４の操作直後にはモータ５の片方端子電圧が不安定なため、数秒ｍｓｅｃ（約５０ｍｓｅｃ）程度は動作させないようにする。つまり、作業者がトリガスイッチ２４操作後モータ５の起動が遅いと思わないレベルの官能時間とする。これにより、ねじ打ちが間違ったり、やり直したりするためにいったんねじ込んだねじ９を逆回転で緩めたり、外したりすることが可能となるものである。
【００３３】
また、作業者が作業によって上記したような測距手段２により着座を検知した際にモータ５のシャットオフを行うようにした回転式工具１において、着座検知によるシャットオフ制御するモードとは別に、着座検知を使用しないモードが選択できるような機能を有するようにしてもよい。すなわち、図１に示すように回転式工具１に測距手段２での検知を手動でオフにすることができるスイッチ１０を設け、測距手段２での検知をオンにしたり、オフにしたりするのを手動で選択できるようにする。この場合、スイッチ１０操作により測距センサ７そのものをオフにしたり、あるいは測距センサ７からの信号を受信しないように制御回路を切り替えたりする。このように、測距手段２での検知を手動でオフにすることができるスイッチ１０を設けることで、連続して逆回転したり、特別なビットを使用したりする際に、測距手段２の検知をオフにして使用できることになる。
【００３４】
また、図１に示す実施形態においては、回転式工具１に対して測距手段２を移動自在に取付けてあって、測距手段２による検知距離を可変自在としてある。図１において回転式工具１の胴部１２に取付け部材２６を介して測距センサ７が取付けてあるが、図１においては取付け部材２６を胴部１２に取付ける基部２６ａと測距センサ７を取付ける移動部材２６ｂとで構成し、基部２６ａに対して移動部材２６ｂをビット１１の軸方向と同方向に移動自在に取付けてあって、任意の移動位置において固定手段（図示せず）により固定自在となっている。なお、図１においては測距センサ７を胴部１２に対して取付ける移動部材２６ｂを移動自在とすることで測距センサ７を胴部１２に対して移動する例を示したが、測距センサ７を直接移動自在としてもよいものである。このように、回転式工具１に対して測距手段２を移動自在とすることで、測距センサ７の部品のばらつき調整等を実施できるだけでなく、少し深めにねじ込みたい場合など測距手段２を移動させることで対応できるものである。
【００３５】
また、回転式工具１の胴部１２に測距センサ７を設ける場合、図１に示すように胴部１２のグリップ１３を突出した側の面に測距手段２を配設することが好ましい。つまり、胴部１２のグリップ１３を突出した側の面に測距手段２を配設することで、コーナや壁の隅部分で作業する際に測距手段２が壁その他の物に当たったりしないものである。また、回転式工具１においてねじ込みの目標点を狙うには拳銃の焦点合わせと同様に胴部１２の上面（胴部１２のグリップ１３の突出面と反対側の面）に目線を持ってくることが多く、胴部１２のグリップ１３の突出面と反対側の面に測距手段２である測距センサ７があると測距センサ７が邪魔になってねじ込みの目標点を狙い難くてねじ締め作業の効率が落ちたり、目地込みの目標点を見間違ったりするが、上記のように胴部１２のグリップ１３を突出した側の面に測距手段２を配設することで、目線の位置とビット１１の先端の間に測距手段２が位置することがなく、ねじ締め作業の効率が落ちたり、ねじ込みの目標点を見間違うといったことを防ぐことができるものである。
【００３６】
ところで、上記のように着座直前を測距手段２により検知を行うに当たり、着座又は着座直前を測距手段２で検出後、モータ５の出力軸であるビット１１の締付けトルクを検出することにより所定トルクとなるまで制御部６により締め付ける制御を行うようにしてもよいものである。
【００３７】
すなわち、測距手段２で着座状態を検出しただけでは、相手部材３の材料の硬さ等により目的とする所定の締め付け力でねじ９が相手部材３にねじ込んであるかどうかが判らない。一方、締め付けトルクだけでモータ５のシャットオフ制御を行った場合、例えば、相手部材３に節などがあってねじ込み途中で所定の締め付けトルクに達してしまってモータ５がシャットオフされ、着座していない場合がある。そこで、上記のように、着座又は着座直前を測距手段２で検出後、モータ５の出力軸であるビット１１の締付けトルクを検出することにより所定トルクとなるまで制御部６により締め付ける制御を行うことで、着座し且つ目的とする所定の締め付け力でねじ９をねじ込んだ状態で自動的にモータ５をシャットオフすることができるものである。
【００３８】
所定の締め付け力となったことを検知するには従来から公知の種々の検知方法が採用できるが、例えば以下のようにして検知する。
【００３９】
ここで、締付け力の推定は一般的に次のようにして求めることができる。
【００４０】
Ｗ＝Ｆ・Ｌ＝Ｆ・（ｒ・θ）
Ｆ＝Ｗ／（ｒ・θ）＝（Ｗ／ｒ）・（１／θ）
ここで、Ｗ＝仕事量（打撃エネルギー）、Ｆ＝締め付け力、Ｌ＝移動距離、ｒ＝アンビルの半径、θ＝打撃毎のアンビルの回転角度である。
【００４１】
上記式により、仕事量：Ｗ、アンビル半径：ｒを一定としたとき、打撃毎のアンビルの回転角：θを求めることで締め付け力Ｆを求めることができる。
【００４２】
そして、推定締め付け力は電池電圧、スピードコントローラを考慮するためモータ回転速度、打撃間ＦＧパルスエッジ出力より実験的に推定する。
【００４３】
これにより、推定締め付け力＝Ｋ・（モータ回転速度2／打撃間ＦＧパルス数−ハンマ回転分のパルス数）
で求めることができる。なお、モータ回転速度は１０ｍｓ間のＦＧパルス数、ハンマ回転分のパルス数＝６５、Ｋ＝３１である。
【００４４】
そこで、図１、図２、図５に示すように回転式工具１にモータ３の回転数に比例した周波数信号を発生する出力軸であるビット１１の回転速度検出手段としての周波数ジェネレータ２３（ＦＧ）を設け、周波数ジェネレータ２３が発生した周波数信号を波形整形し、ビット１１の回転速度に応じたパルス幅のパルス信号を波形整形回路で整形して出力し、そのパルス信号を基に演算処理を行うことで、どのくらいの締め付けトルクが発生したのかを締め付け力検知回路２７に設けた締め付け力推定部２８で推定するようになっている。締め付け力推定部２８で推定された推定締め付け力（推定締め付けトルク）に基づき、後述する所定の演算を行って自動的に締め付けの完了をシャットオフ判定部３０で判定してモータ５の回転をシャットオフするようになっている。
【００４５】
シャットオフの判定は例えば、まずねじ９の一定回転（例えば５回転）までの推定トルクピーク値を検知し、一定回転（５回転）以降はこの推定ピーク値にある値（例えば＋６）を加算した値を下限しきい値とする。
【００４６】
そして、トルクの変化率（２回微分数）を求め、このトルクの変化率が０未満に到達したとき、上記推定トルクの下限しきい値が所定値（例えば２６）を越えているか否かを判定し、推定トルクの下限しきい値の方が所定値よりも大きい場合には相手部材３が硬い材料であると推定して上記推定トルク値の下限値に到達するとシャットオフ判定部３０により自動的に締め付けの完了を推定してモータ５の回転をシャットオフするものである。一方、トルクの変化率（２回微分数）を求め、このトルクの変化率が０未満に到達したとき、上記推定トルクの下限しきい値が所定値（例えば２６）を越えているか否かを判定し、推定トルクの下限しきい値の方が所定値を越えていない場合には相手部材３が柔らかい材料であると推定し、これ以上締め付けても締め付け効果がないので直ちにシャットオフ判定部３０により自動的に締め付けの完了を推定してモータ５の回転をシャットオフするものである。
【００４７】
上記のように着座又は着座直前を測距手段２により検知を行い、着座又は着座直前を測距手段で検出後、モータ５の出力軸の締付けトルクを検出することにより所定トルクとなるまで締め付ける制御を行うことで、着座し且つ所定の締め付け力となってモータ５をシャットオフするものであり、これにより着座し且つ所定の締め付け力とすることができるものである。
【００４８】
また、上記のように所定トルクとなった時点でモータ５を停止し、該モータ５停止後所定時間後に更に一定時間の増し締めのためにモータ５を回転させるように制御部６により制御するようにしてもよい。このようにすると、着座し且つ所定の締め付け力となった後に、更に、一定の増し締めができることになってより確実な締め付けができる。
【００４９】
図６には測距手段２の他の実施形態が示してある。すなわち、図６に示す実施形態では測距手段２をＣＣＤカメラ１４と照明用のライト１５で構成してある。すなわち、回転式工具１の胴部１２にＣＣＤカメラ１４と照明用のライト１５とを設け、照明用のライト１５で対象物を照らし、回転式工具１先端のねじ９及びビット１１の影５０をライトアップさせてＣＣＤカメラ１４で撮像し、その影５０の大きさや長さをモニターして所定のサイズ以下（又は以上）となると座面４にねじ９が着座したと判断して制御部６によりモータ５のシャットオフ制御を行うものである。なお、使用するねじ９のサイズや形状はあらかじめ制御部６のＣＰＵ等に登録しておくものである。
【００５０】
図７、図８には測距手段２の他の実施形態が示してある。本実施形態においては、回転式工具１の胴部１２の先端部に設けるビット１１の先端に座面４との接触検知手段１６を設け、この接触検知手段１６を測距手段２とした例が示してある。例えばビット１１の先端部の側面から前方に向けて軟質ゴムのような変形可能な軟質の接触検知手段１６を突設し、着座すると変形可能な軟質の接触検知手段１６が座面４に当たって図７の矢印方向に折れ曲がるようになっており、これにより着座を検知するようになっている。この場合、接触検知手段１６を軟質ゴムのような材料で形成することで接触検知手段１６により相手部材３を傷付けることがないものである。図８（ａ）はビット１１に設けた接触検知手段１６の着座前の上から見た状態を示し、図８（ｂ）は着座後の上から見た状態を示している。
【００５１】
図９には測距手段２の更に他の実施形態が示してある。モータ５の回転を減速してビット１１に回転を伝達する減速機１７の後方に圧力センサ１８を設けてあり、この圧力センサ１８を測距手段２としてある。本実施形態においては、回転式工具１の先端部のビット１１によりねじ９を保持しつつねじ９を相手部材３に押し付けながらねじ込み作業を行う時に出力軸であるビット１１の押し付け力を圧力センサ１８で検出し、検出信号を電気信号に変換し、検出値が所定値となると着座したと判断して制御部６によりモータ５のシャットオフ制御を行うのである。このようにして、減速機７の後方に設けた圧力センサ１８により回転式工具１の相手部材３側への押し付け力を検出して着座を確実に検知することができるものである。但し、図９（ｂ）のように初期始動時に回転式工具１を相手部材３側に強く押さえ付けることが考えられるので、その期間（約１〜２秒）は検知しない領域を設ける必要がある。
【００５２】
図１０には測距手段２の更に他の実施形態が示してある。本実施形態においては、回転式工具１のグリップ１３のビット１１の突出方向と反対側の面（つまりグリップ１３の後面）に押し付け力検知手段１９を設け、この押し付け力検知手段１９を測距手段２としてある。そして、グリップ１３を手で掴んで回転式工具１の相手部材３側へ押し付けながらねじ込む作業を行う際に、グリップ１３を掴んで回転式工具１を押し付けている押し付け力を押し付け力検知手段１９により検出し、検出信号を電気信号に変換し、検出値が所定値となると着座したと判断して制御部６によりモータ５のシャットオフ制御を行うのである。本実施形態においても、図１０（ｂ）のように初期始動時に回転式工具１を相手部材３側に強く押さえ付けることが考えられるので、その期間（約１〜２秒）は検知しない領域を設ける必要がある。
【００５３】
また、上記した各種の測距手段２を組み合わせて着座検知を行うようにしてもよいものであり、この場合、作業者が作業により任意の測距手段２を選択できるように、回転式工具１にダイヤル等のスイッチ手段を設けてモード選択ができるようにしてもよいものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の回転式工具の概略構成図である。
【図２】同上の全体のブロック図である。
【図３】同上の測距センサを複数個設けた実施形態の作用説明図である。
【図４】同上のモニターにより回転式工具の傾きを報知している例を示す説明図である。
【図５】同上の着座検知判定を示すブロック図である。
【図６】同上の測距手段の他の実施形態を示す説明図である。
【図７】同上の測距手段の更に他の実施形態を示す説明図である。
【図８】（ａ）は図７の実施形態において着座前のビット部分の平面図であり、（ｂ）は着座後のビット部分の平面図である。
【図９】（ａ）は同上の測距手段の更に他の実施形態を示す説明図であり、（ｂ）は着座検知を示すグラフである。
【図１０】（ａ）は同上の測距手段の更に他の実施形態を示す説明図であり、（ｂ）は着座検知を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５５】
１ 回転式工具
２ 測距手段
３ 相手部材
４ 座面
５ モータ
６ 制御部
７ 測距センサ
８ 報知手段
９ ねじ
１０ スイッチ
１１ ビット
１２ 胴部
１３ グリップ
１４ ＣＣＤカメラ
１５ ライト
１６ 接触検知手段
１７ 減速機
１８ 圧力センサ
１９ 押し付け力検知手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボルトやナットのねじ締め作業及び緩め作業に使用するドリルドライバーやインパクトドライバーのような回転式工具の着座検知に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来回転式工具の着座検知はモータの出力軸の締付けトルクを検出し、所定トルクを越えると回転を停止するように制御していた。例えば、特開平８−１５３６号公報に示される従来例においては、リングギアトルクセンサを用いて電磁クラッチ機構を動作させて回転を停止するようにしている。
【０００３】
ところが、ナットとボルトのように締め付ける相手部材が硬質なものであれば、接触時より（ねじが座面に着座した時より）トルクが急上昇するが、相手部材が木や石膏ボード等の軟質の場合、どこが着座ポイントか判断できず、締めすぎや早止めが発生する。また、回転式工具は一定の場所に固定して使用されることは殆どなく、様々な場所並びに状況に応じて使用されることから着座を確実に検出してねじの締めすぎや早止めを防止できるようにすることが求められている。
【特許文献１】特開平８−１５３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、相手部材が硬質、軟質いずれであっても簡単な構成で着座を検出でき、ねじの締めすぎや早止めを防止でき、また、ねじを傾きなく確実にねじ締め出来て着座検出がより正確にできる回転式工具を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために本発明に係る回転式工具は、回転式工具１において、測距手段２を構成する測距センサ７を複数個設け、該測距センサ７により相手部材３の座面４と回転式工具１の先端が所定の距離になったことを検知して着座と判断し回転式工具１の回転を停止するとともに、複数個の測距センサ７で検知した相手部材３の座面４と回転式工具１の先端との間の距離の差により回転式工具１の座面４に対する傾きを検出し、座面４に対して垂直に位置していない場合には回転式工具１の回転を停止させるための制御部６を設けて成ることを特徴とするものである。このような構成とすることで、回転式工具１によりねじ９を相手部材３にねじ込む際に、測距手段２により相手部材３の座面４と回転式工具１の先端が所定の距離になったことを検知することでねじ９が相手部材３の座面４に着座したと判断してモータ５を停止し、これによりねじ９の締めすぎや早止めを防止できることになる。
【０００６】
加えて、回転式工具１によりねじ締めを行っている際に回転式工具１の傾きを検出してねじ９が傾いてねじ込まれているような場合には回転式工具１の回転が停止してこれを知ることができ、ねじ９が傾いてねじ込まれることがない。また、回転式工具１が傾いて使用されることなく座面４に対して直角又は略直角姿勢でねじ込みできるので、回転式工具１に設けた測距センサ７による座面４と回転式工具１との間の距離の測定が正確にできて、座面４へのねじ９の着座を確実に検知できることになる。
【０００７】
また、回転式工具１の傾き方向を示す報知手段８を設けることが好ましい。このような構成とすることで、回転式工具１が傾いて使用されている場合に、どの方向に傾いているかが報知手段８により報知され、これに基づいて簡単に正しい姿勢に補正することが可能となる。
【０００８】
また、モータ５逆転時には測距手段２の判定をオフにすることが好ましい。このような構成とすることで、ねじ打ちが間違ったり、やり直したりするためにいったんねじ込んだねじ９を逆回転で緩めたり、外したりすることが可能となる。
【０００９】
また、測距手段２での検知を手動でオフにすることができるスイッチ１０を設けることが好ましい。このような構成とすることで、連続して逆回転したり、特別なビットを使用したりする際に、測距手段２の検知をオフにして使用できることになる。
【００１０】
また、測距手段２による検知距離を可変するために回転式工具１に対して測距手段２を移動自在に取付けることが好ましい。このような構成とすることで、少し深めにねじ込みたい場合など測距手段２を移動させることで対応できるものである。
【００１１】
また、先端にねじを回転するためのビット１１を有する胴部１２から胴部１２に対して交差する方向にグリップ１３を突出して回転式工具１を構成し、該回転式工具１の胴部２のグリップ１３を突出した側の面に測距手段２を配設することが好ましい。このような構成とすることで、コーナや壁の隅部分で作業する際に測距手段２が壁その他の物に当たったりせず、また、目線の位置とビット１１の先端の間に測距手段２が位置することがなく、目線の位置とビット１１の先端の間に測距手段２を設けることによる測距手段２が邪魔になってねじ締め作業の効率が落ちたり、ねじ込みの目標点を見間違うといったことを防ぐことができるものである。
【００１２】
また、上記制御部６は、測距手段２により相手部材３の座面４と回転式工具１の先端が所定の距離になったことを検知して着座又は着座直前と判断し、この着座又は着座直前を測距手段２で検出後、モータの出力軸の締付けトルクが所定締め付け力になると回転式工具の回転を停止するものであることも好ましい。このような構成とすることで、測距手段２によりねじ９の着座直前を検知し、着座又は着座直前から所定の締め付け力となるまで更に締め付けて所定の締め付け力となって回転を停止するものであり、これにより着座し且つ所定の締め付け力とすることができる。
【００１３】
また、上記制御部６は、所定トルクとなった時点でモータ５を停止し、該モータ５停止後所定時間後に一定時間の増し締めのためにモータ５を回転させるものであることが好ましい。このような構成とすることで、着座し且つ所定の締め付け力となった後に、更に、一定の増し締めができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１記載の発明にあっては、回転式工具において、測距手段を構成する測距センサを複数個設け、該測距センサにより相手部材の座面と回転式工具の先端が所定の距離になったことを検知して着座と判断し回転式工具の回転を停止するとともに、複数個の測距センサで検知した相手部材の座面と回転式工具の先端との間の距離の差により回転式工具の座面に対する傾きを検出し、座面に対して垂直に位置していない場合には回転式工具の回転を停止させるための制御部を設けてあるので、回転式工具によりねじを相手部材にねじ込む際に、測距手段により相手部材の座面と回転式工具の先端が所定の距離になったことを検知してねじが相手部材の座面に着座したと判断してモータを停止し、これにより相手部材が硬質、軟質いずれであっても簡単な構成で着座を検出でき、ねじの締めすぎや早止めを防止できるものである。
【００１５】
加えて、請求項１記載の発明にあっては、ねじが傾いてねじ込まれているような場合には回転式工具の回転が停止してこれを知ることが出来て、ねじ込み作業を中止したり、ねじの傾きを修正して作業を継続したりできて、ねじを傾いてねじ込むおそれがないものである。また、回転式工具が傾いて使用されることなく座面に対して直角又は略直角姿勢でねじ込みできるので、回転式工具に設けた測距センサによる座面と回転式工具との間の距離の測定が正確にできて、座面へのねじの着座が確実に検知できるものである。
【００１６】
また、請求項２記載の発明にあっては、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、回転式工具の傾き方向を示す報知手段を設けてあるので、回転式工具が傾いて使用されている場合に、どの方向に傾いているかを知ることが出来て、これに基づいて簡単に正しい姿勢に補正することが可能となり、傾きなく正確にねじ込むことができるものである。
【００１７】
また、請求項３記載の発明にあっては、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、モータ逆転時には測距手段の判定をオフにするので、ねじ打ちが間違ったり、やり直したりするためにいったんねじ込んだねじを逆回転で緩めたり、外したりすることが可能となって、測距手段により着座を検知した際にモータのシャットオフするようにしたにもかかわらず回転式工具としての使用に支障がないものである。
【００１８】
また、請求項４記載の発明にあっては、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、測距手段での検知を手動でオフにすることができるスイッチを設けてあるので、連続して逆回転したり、特別なビットを使用したりする際に、測距手段の検知をオフにして使用でき、測距手段により着座を検知した際にモータのシャットオフするようにしたにもかかわらず回転式工具の多様な使用形態を選択することが可能となるものである。
【００１９】
また、請求項５記載の発明にあっては、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、測距手段による検知距離を可変するために回転式工具に対して測距手段を移動自在に取付けてあるので、少し深めにねじ込みたい場合など測距手段を移動させることで簡単に対応できるものである。
【００２０】
また、請求項６記載の発明にあっては、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、先端にねじを回転するためのビットを有する胴部から胴部に対して交差する方向にグリップを突出して回転式工具を構成し、該回転式工具の胴部のグリップを突出した側の面に測距手段を配設してあるので、コーナや壁の隅部分で作業する際に測距手段が壁その他の物に当たったりせず、また、目線の位置とビットの先端の間に測距手段が位置することがなく、目線の位置とビットの先端の間に測距手段を設けることによる測距手段が邪魔になってねじ締め作業の効率が落ちたり、ねじ込みの目標点を見間違うといったことを防ぐことができ、測距手段により着座を検知した際にモータのシャットオフするようにしたにもかかわらず回転式工具の操作性が低下しないものである。
【００２１】
また、請求項７記載の発明にあっては、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、上記制御部が、測距手段により相手部材の座面と回転式工具の先端が所定の距離になったことを検知して着座又は着座直前と判断し、この着座又は着座直前を測距手段で検出後、モータの出力軸の締付けトルクが所定締め付け力となる回転式工具の回転を停止するものであるから、測距手段によりねじの着座直前を検知し、着座又は着座直前から所定の締め付け力となるまで更に締め付けて所定の締め付け力となって回転を停止するものであり、これにより確実に着座し且つ所定の締め付け力とすることができるものである。
【００２２】
また、請求項８記載の発明にあっては、上記請求項７記載の発明の効果に加えて、上記制御部が、所定トルクとなった時点でモータを停止し、該モータ停止後所定時間後に一定時間の増し締めのためにモータを回転させるものであるから、着座し且つ所定の締め付け力となった後に、更に、一定の増し締めができて確実なねじ込みができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００２４】
図１には本発明の回転式工具の概略構成図が示してある。回転式工具１は胴部１２の後部から胴部１２に対して交差する方向にグリップ１３を突出して構成してある。胴部１２内にはモータ５、モータ５の回転を所定の減速比で減速する減速機１７と、モータ５の回転を減速機１７を介して伝達されるハンマ２０と、ハンマ２０により打撃されるアンビル２１を備えており、胴部１２の先端部にアンビル２１に接続したチャック２２を位置させ、該チャック２２にアンビル２１の打撃によって発生する衝撃力をねじ９やボルト等に伝達する出力軸であるビット１１が取付けてあり、アンビル２１による打撃はハンマ２０とアンビル２１間に所定値以上の力が加わり、アンビル２１に対してハンマ２０が一定以上回動した時に発生するようになっている。
【００２５】
グリップ１３のビット１１の突出方向と同方向の面にはトリガスイッチ２４が設けてあり、更に、グリップ１３内に電池３２、モータ駆動用スイッチング素子であるモータ駆動ＦＥＴブロック２５が内装してある。
【００２６】
上記のような構成の回転式工具１には測距手段２が設けてあり、測距手段２により被ねじ込み部材である相手部材３の座面４と回転式工具１の先端が所定の距離になったことを検知してねじ９が相手部材３の座面４に着座したと判断して回転式工具１の回転を停止するためのマイコンよりなる制御部６が設けてある。制御部６は図２に示すように、電源回路３３、ＬＥＤ点灯回路３４、ＰＷＭドライブ回路３５、ブレーキ回路３６、締め付け力検知回路２７等とともに制御回路ブロック４０を構成している。
【００２７】
図１に示す実施形態においては測距手段２が測距センサ７により構成してある。測距センサ７は発光部７ａと受光部７ｂとを有している。
【００２８】
しかして、回転式工具１のビット１１によりねじ９を被ねじ込み部材である相手部材３にねじ込むのであるが、ねじ込みに当たってはトリガスイッチ２４を操作して電源回路３３をオンにするとＰＷＭドライブ回路３５、モータ駆動ＦＥＴブロック２５を経由して電池電圧がモータ５と制御部６と測距センサ７に供給され、ビット１１によりねじ９を相手部材３にねじ込んで行く。この場合、同時に測距センサ７の発光部７ａから発光された光が相手部材３の座面４に当たり反射した光を受光素子７ｂで受光することにより相手部材３の座面４と回転式工具１の先端との間の距離を検出する。相手部材３の座面４と回転式工具１の先端との間の距離が所定距離（例えば５０ｍｍ）となったことを上記測距センサ７により検知すると、制御部６に信号が送られ、モータ５を瞬時に停止させるための信号をブレーキ回路３６を経由してモータ駆動ＦＥＴブロック２５に送り、モータ駆動ＦＥＴブロック２５をオフにし、モータ５への供給電流を遮断し、ブレーキ状態とすることで、シャットオフ（モータ停止）状態となる。この時、トリガスイッチ２４が引かれた状態の場合はモータ５停止を保持する。そして、トリガスイッチ２４を離すと（戻す）と制御回路用電池電圧の経路が遮断され、制御回路はリセット状態となり、時期トリガスイッチ２４の操作待ちの状態となる。上記のように測距センサ７により相手部材３の座面４と回転式工具１の先端との間の距離を測定してねじ９が相手部材３にねじ込まれてねじ９の頭部が座面４に着座した状態を検出してシャットオフするので、相手部材３の材料が硬い、軟らかいに関係なく確実に着座状態でシャットオフすることができるものである。
【００２９】
回転式工具１に測距センサ７を設ける場合、図３に示すように複数個の測距センサ７を設けるようにしてもよい。図３には胴部１２の周方向の異なる位置に複数個（実施形態では２個）の測距センサ７を設けてある。ここで、作業前に、測距センサ７Ａにより測定した相手部材３の座面４と回転式工具１の先端との間の距離Ｌ１と、測距センサ７Ｂにより測定した相手部材３の座面４と回転式工具１の先端との間の距離Ｌ２との距離に差が発生している場合には回転式工具１が相手部材３の座面４に対して直角ではなくて傾斜している（つまり、ねじ９が傾斜している）ことになるので、この場合にはシャットオフ（モータ５停止）するように制御部６により制御するものである。したがって、作業に当たって、回転式工具１のビット１１を相手部材３の座面４に対して垂直に位置させないとねじ９の打ち込み作業ができないようになっており、これによりねじ９の斜め打ち込みを防止することができるものである。また、作業中に測距センサ７Ａにより測定した相手部材３の座面４と回転式工具１の先端との間の距離Ｌ１と、測距センサ７Ｂにより測定した相手部材３の座面４と回転式工具１の先端との間の距離Ｌ２との距離に差が発生した場合には直ちにシャットオフさせる等の制御を行う。また、作業中の場合は途中停止させるのではなくＬＥＤ等の報知手段８（ＬＥＤ点灯回路３４により点灯する）により傾きを知らせるようにしてもよく、この場合には作業者は一旦停止をしたり、傾き補正をしながら作業を継続したりする等の選択ができる。
【００３０】
ここで、図４に示すように傾き方向を報知手段８であるモニターにより報知するようにしてもよい。このモニターは回転式工具１に設ける。モニターにはＸ軸とこれと直交するＹ軸の２つの座標軸が表示してあって、現状の傾きポイントＰがモニターに表示されるので、該傾きポイントＰがＸ軸とＹ軸の交点に位置するように回転式工具１の姿勢を調整することで回転式工具１の傾き補正ができるようにしてもよい。
【００３１】
上記のように、回転式工具１によりねじ９締めを行っている際に回転式工具１の傾きを検出してねじ９が傾いてねじ込まれているような場合には報知手段８により報知してこれを知ることができるので、ねじ９が傾いてねじ込まれることを防止できる。このように回転式工具１が傾いて使用されることなく座面４に対して直角又は略直角姿勢でねじ込みできるので、回転式工具１に設けた測距センサ７による座面４と回転式工具１との間の距離の測定が正確にできて、座面４へのねじ９の着座を確実に検知できるのである。
【００３２】
ところで、上記のような測距センサ７を用いた回転式工具１において、ねじ打ちが間違ったり、やり直したりするためにいったんねじ込んだねじ９を逆回転で緩めたり、外したりする場合、モータ５の逆回転時に測距センサ７にて所定距離を検出した場合にモータがシャットオフするとねじ９を逆回転して緩めたり、外したりできないので、モータ５逆転時には測距手段２の判定をオフにするように制御部６により制御する。この場合、モータ５の片方の端子電圧をモニターすることで逆回転動作時には測距センサ７で所定距離を検出しても測距手段２の判定をオフにするように制御部６により制御する。また、トリガスイッチ２４の操作直後にはモータ５の片方端子電圧が不安定なため、数秒ｍｓｅｃ（約５０ｍｓｅｃ）程度は動作させないようにする。つまり、作業者がトリガスイッチ２４操作後モータ５の起動が遅いと思わないレベルの官能時間とする。これにより、ねじ打ちが間違ったり、やり直したりするためにいったんねじ込んだねじ９を逆回転で緩めたり、外したりすることが可能となるものである。
【００３３】
また、作業者が作業によって上記したような測距手段２により着座を検知した際にモータ５のシャットオフを行うようにした回転式工具１において、着座検知によるシャットオフ制御するモードとは別に、着座検知を使用しないモードが選択できるような機能を有するようにしてもよい。すなわち、図１に示すように回転式工具１に測距手段２での検知を手動でオフにすることができるスイッチ１０を設け、測距手段２での検知をオンにしたり、オフにしたりするのを手動で選択できるようにする。この場合、スイッチ１０操作により測距センサ７そのものをオフにしたり、あるいは測距センサ７からの信号を受信しないように制御回路を切り替えたりする。このように、測距手段２での検知を手動でオフにすることができるスイッチ１０を設けることで、連続して逆回転したり、特別なビットを使用したりする際に、測距手段２の検知をオフにして使用できることになる。
【００３４】
また、図１に示す実施形態においては、回転式工具１に対して測距手段２を移動自在に取付けてあって、測距手段２による検知距離を可変自在としてある。図１において回転式工具１の胴部１２に取付け部材２６を介して測距センサ７が取付けてあるが、図１においては取付け部材２６を胴部１２に取付ける基部２６ａと測距センサ７を取付ける移動部材２６ｂとで構成し、基部２６ａに対して移動部材２６ｂをビット１１の軸方向と同方向に移動自在に取付けてあって、任意の移動位置において固定手段（図示せず）により固定自在となっている。なお、図１においては測距センサ７を胴部１２に対して取付ける移動部材２６ｂを移動自在とすることで測距センサ７を胴部１２に対して移動する例を示したが、測距センサ７を直接移動自在としてもよいものである。このように、回転式工具１に対して測距手段２を移動自在とすることで、測距センサ７の部品のばらつき調整等を実施できるだけでなく、少し深めにねじ込みたい場合など測距手段２を移動させることで対応できるものである。
【００３５】
また、回転式工具１の胴部１２に測距センサ７を設ける場合、図１に示すように胴部１２のグリップ１３を突出した側の面に測距手段２を配設することが好ましい。つまり、胴部１２のグリップ１３を突出した側の面に測距手段２を配設することで、コーナや壁の隅部分で作業する際に測距手段２が壁その他の物に当たったりしないものである。また、回転式工具１においてねじ込みの目標点を狙うには拳銃の焦点合わせと同様に胴部１２の上面（胴部１２のグリップ１３の突出面と反対側の面）に目線を持ってくることが多く、胴部１２のグリップ１３の突出面と反対側の面に測距手段２である測距センサ７があると測距センサ７が邪魔になってねじ込みの目標点を狙い難くてねじ締め作業の効率が落ちたり、目地込みの目標点を見間違ったりするが、上記のように胴部１２のグリップ１３を突出した側の面に測距手段２を配設することで、目線の位置とビット１１の先端の間に測距手段２が位置することがなく、ねじ締め作業の効率が落ちたり、ねじ込みの目標点を見間違うといったことを防ぐことができるものである。
【００３６】
ところで、上記のように着座直前を測距手段２により検知を行うに当たり、着座又は着座直前を測距手段２で検出後、モータ５の出力軸であるビット１１の締付けトルクを検出することにより所定トルクとなるまで制御部６により締め付ける制御を行うようにしてもよいものである。
【００３７】
すなわち、測距手段２で着座状態を検出しただけでは、相手部材３の材料の硬さ等により目的とする所定の締め付け力でねじ９が相手部材３にねじ込んであるかどうかが判らない。一方、締め付けトルクだけでモータ５のシャットオフ制御を行った場合、例えば、相手部材３に節などがあってねじ込み途中で所定の締め付けトルクに達してしまってモータ５がシャットオフされ、着座していない場合がある。そこで、上記のように、着座又は着座直前を測距手段２で検出後、モータ５の出力軸であるビット１１の締付けトルクを検出することにより所定トルクとなるまで制御部６により締め付ける制御を行うことで、着座し且つ目的とする所定の締め付け力でねじ９をねじ込んだ状態で自動的にモータ５をシャットオフすることができるものである。
【００３８】
所定の締め付け力となったことを検知するには従来から公知の種々の検知方法が採用できるが、例えば以下のようにして検知する。
【００３９】
ここで、締付け力の推定は一般的に次のようにして求めることができる。
【００４０】
Ｗ＝Ｆ・Ｌ＝Ｆ・（ｒ・θ）
Ｆ＝Ｗ／（ｒ・θ）＝（Ｗ／ｒ）・（１／θ）
ここで、Ｗ＝仕事量（打撃エネルギー）、Ｆ＝締め付け力、Ｌ＝移動距離、ｒ＝アンビルの半径、θ＝打撃毎のアンビルの回転角度である。
【００４１】
上記式により、仕事量：Ｗ、アンビル半径：ｒを一定としたとき、打撃毎のアンビルの回転角：θを求めることで締め付け力Ｆを求めることができる。
【００４２】
そして、推定締め付け力は電池電圧、スピードコントローラを考慮するためモータ回転速度、打撃間ＦＧパルスエッジ出力より実験的に推定する。
【００４３】
これにより、推定締め付け力＝Ｋ・（モータ回転速度2／打撃間ＦＧパルス数−ハンマ回転分のパルス数）
で求めることができる。なお、モータ回転速度は１０ｍｓ間のＦＧパルス数、ハンマ回転分のパルス数＝６５、Ｋ＝３１である。
【００４４】
そこで、図１、図２、図５に示すように回転式工具１にモータ３の回転数に比例した周波数信号を発生する出力軸であるビット１１の回転速度検出手段としての周波数ジェネレータ２３（ＦＧ）を設け、周波数ジェネレータ２３が発生した周波数信号を波形整形し、ビット１１の回転速度に応じたパルス幅のパルス信号を波形整形回路で整形して出力し、そのパルス信号を基に演算処理を行うことで、どのくらいの締め付けトルクが発生したのかを締め付け力検知回路２７に設けた締め付け力推定部２８で推定するようになっている。締め付け力推定部２８で推定された推定締め付け力（推定締め付けトルク）に基づき、後述する所定の演算を行って自動的に締め付けの完了をシャットオフ判定部３０で判定してモータ５の回転をシャットオフするようになっている。
【００４５】
シャットオフの判定は例えば、まずねじ９の一定回転（例えば５回転）までの推定トルクピーク値を検知し、一定回転（５回転）以降はこの推定ピーク値にある値（例えば＋６）を加算した値を下限しきい値とする。
【００４６】
そして、トルクの変化率（２回微分数）を求め、このトルクの変化率が０未満に到達したとき、上記推定トルクの下限しきい値が所定値（例えば２６）を越えているか否かを判定し、推定トルクの下限しきい値の方が所定値よりも大きい場合には相手部材３が硬い材料であると推定して上記推定トルク値の下限値に到達するとシャットオフ判定部３０により自動的に締め付けの完了を推定してモータ５の回転をシャットオフするものである。一方、トルクの変化率（２回微分数）を求め、このトルクの変化率が０未満に到達したとき、上記推定トルクの下限しきい値が所定値（例えば２６）を越えているか否かを判定し、推定トルクの下限しきい値の方が所定値を越えていない場合には相手部材３が柔らかい材料であると推定し、これ以上締め付けても締め付け効果がないので直ちにシャットオフ判定部３０により自動的に締め付けの完了を推定してモータ５の回転をシャットオフするものである。
【００４７】
上記のように着座又は着座直前を測距手段２により検知を行い、着座又は着座直前を測距手段で検出後、モータ５の出力軸の締付けトルクを検出することにより所定トルクとなるまで締め付ける制御を行うことで、着座し且つ所定の締め付け力となってモータ５をシャットオフするものであり、これにより着座し且つ所定の締め付け力とすることができるものである。
【００４８】
また、上記のように所定トルクとなった時点でモータ５を停止し、該モータ５停止後所定時間後に更に一定時間の増し締めのためにモータ５を回転させるように制御部６により制御するようにしてもよい。このようにすると、着座し且つ所定の締め付け力となった後に、更に、一定の増し締めができることになってより確実な締め付けができる。
【００４９】
図６には測距手段２の他の実施形態が示してある。すなわち、図６に示す実施形態では測距手段２をＣＣＤカメラ１４と照明用のライト１５で構成してある。すなわち、回転式工具１の胴部１２にＣＣＤカメラ１４と照明用のライト１５とを設け、照明用のライト１５で対象物を照らし、回転式工具１先端のねじ９及びビット１１の影５０をライトアップさせてＣＣＤカメラ１４で撮像し、その影５０の大きさや長さをモニターして所定のサイズ以下（又は以上）となると座面４にねじ９が着座したと判断して制御部６によりモータ５のシャットオフ制御を行うものである。なお、使用するねじ９のサイズや形状はあらかじめ制御部６のＣＰＵ等に登録しておくものである。
【００５０】
図７、図８には測距手段２の他の実施形態が示してある。本実施形態においては、回転式工具１の胴部１２の先端部に設けるビット１１の先端に座面４との接触検知手段１６を設け、この接触検知手段１６を測距手段２とした例が示してある。例えばビット１１の先端部の側面から前方に向けて軟質ゴムのような変形可能な軟質の接触検知手段１６を突設し、着座すると変形可能な軟質の接触検知手段１６が座面４に当たって図７の矢印方向に折れ曲がるようになっており、これにより着座を検知するようになっている。この場合、接触検知手段１６を軟質ゴムのような材料で形成することで接触検知手段１６により相手部材３を傷付けることがないものである。図８（ａ）はビット１１に設けた接触検知手段１６の着座前の上から見た状態を示し、図８（ｂ）は着座後の上から見た状態を示している。
【００５１】
図９には測距手段２の更に他の実施形態が示してある。モータ５の回転を減速してビット１１に回転を伝達する減速機１７の後方に圧力センサ１８を設けてあり、この圧力センサ１８を測距手段２としてある。本実施形態においては、回転式工具１の先端部のビット１１によりねじ９を保持しつつねじ９を相手部材３に押し付けながらねじ込み作業を行う時に出力軸であるビット１１の押し付け力を圧力センサ１８で検出し、検出信号を電気信号に変換し、検出値が所定値となると着座したと判断して制御部６によりモータ５のシャットオフ制御を行うのである。このようにして、減速機７の後方に設けた圧力センサ１８により回転式工具１の相手部材３側への押し付け力を検出して着座を確実に検知することができるものである。但し、図９（ｂ）のように初期始動時に回転式工具１を相手部材３側に強く押さえ付けることが考えられるので、その期間（約１〜２秒）は検知しない領域を設ける必要がある。
【００５２】
図１０には測距手段２の更に他の実施形態が示してある。本実施形態においては、回転式工具１のグリップ１３のビット１１の突出方向と反対側の面（つまりグリップ１３の後面）に押し付け力検知手段１９を設け、この押し付け力検知手段１９を測距手段２としてある。そして、グリップ１３を手で掴んで回転式工具１の相手部材３側へ押し付けながらねじ込む作業を行う際に、グリップ１３を掴んで回転式工具１を押し付けている押し付け力を押し付け力検知手段１９により検出し、検出信号を電気信号に変換し、検出値が所定値となると着座したと判断して制御部６によりモータ５のシャットオフ制御を行うのである。本実施形態においても、図１０（ｂ）のように初期始動時に回転式工具１を相手部材３側に強く押さえ付けることが考えられるので、その期間（約１〜２秒）は検知しない領域を設ける必要がある。
【００５３】
また、上記した各種の測距手段２を組み合わせて着座検知を行うようにしてもよいものであり、この場合、作業者が作業により任意の測距手段２を選択できるように、回転式工具１にダイヤル等のスイッチ手段を設けてモード選択ができるようにしてもよいものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の回転式工具の概略構成図である。
【図２】同上の全体のブロック図である。
【図３】同上の測距センサを複数個設けた実施形態の作用説明図である。
【図４】同上のモニターにより回転式工具の傾きを報知している例を示す説明図である。
【図５】同上の着座検知判定を示すブロック図である。
【図６】同上の測距手段の他の実施形態を示す説明図である。
【図７】同上の測距手段の更に他の実施形態を示す説明図である。
【図８】（ａ）は図７の実施形態において着座前のビット部分の平面図であり、（ｂ）は着座後のビット部分の平面図である。
【図９】（ａ）は同上の測距手段の更に他の実施形態を示す説明図であり、（ｂ）は着座検知を示すグラフである。
【図１０】（ａ）は同上の測距手段の更に他の実施形態を示す説明図であり、（ｂ）は着座検知を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５５】
１ 回転式工具
２ 測距手段
３ 相手部材
４ 座面
５ モータ
６ 制御部
７ 測距センサ
８ 報知手段
９ ねじ
１０ スイッチ
１１ ビット
１２ 胴部
１３ グリップ
１４ ＣＣＤカメラ
１５ ライト
１６ 接触検知手段
１７ 減速機
１８ 圧力センサ
１９ 押し付け力検知手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転式工具において、測距手段を構成する測距センサを複数個設け、該測距センサにより相手部材の座面と回転式工具の先端が所定の距離になったことを検知して着座と判断し回転式工具の回転を停止するとともに、複数個の測距センサで検知した相手部材の座面と回転式工具の先端との間の距離の差により回転式工具の座面に対する傾きを検出し、座面に対して垂直に位置していない場合には回転式工具の回転を停止させるための制御部を設けて成ることを特徴とする回転式工具。
【請求項２】
回転式工具の傾き方向を示す報知手段を設けて成ることを特徴とする請求項１記載の回転式工具。
【請求項３】
モータ逆転時には測距手段の判定をオフにすることを特徴とする請求項１記載の回転式工具。
【請求項４】
測距手段での検知を手動でオフにすることができるスイッチを設けて成ることを特徴とする請求項１記載の回転式工具。
【請求項５】
測距手段による検知距離を可変するために回転式工具に対して測距手段を移動自在に取付けて成ることを特徴とする請求項１記載の回転式工具。
【請求項６】
先端にねじを回転するためのビットを有する胴部から胴部に対して交差する方向にグリップを突出して回転式工具を構成し、該回転式工具の胴部のグリップを突出した側の面に測距手段を配設して成ることを特徴とする請求項１記載の回転式工具。
【請求項７】
上記制御部は、測距手段により相手部材の座面と回転式工具の先端が所定の距離になったことを検知して着座又は着座直前と判断し、この着座又は着座直前を測距手段で検出後、モータの出力軸の締付けトルクが所定締め付け力になると回転式工具の回転を停止するものであることを特徴とする請求項１記載の回転式工具。
【請求項８】
上記制御部は、所定トルクとなった時点でモータを停止し、該モータ停止後所定時間後に一定時間の増し締めのためにモータを回転させるものであることを特徴とする請求項７記載の回転式工具。
【請求項１】
回転式工具において、測距手段を構成する測距センサを複数個設け、該測距センサにより相手部材の座面と回転式工具の先端が所定の距離になったことを検知して着座と判断し回転式工具の回転を停止するとともに、複数個の測距センサで検知した相手部材の座面と回転式工具の先端との間の距離の差により回転式工具の座面に対する傾きを検出し、座面に対して垂直に位置していない場合には回転式工具の回転を停止させるための制御部を設けて成ることを特徴とする回転式工具。
【請求項２】
回転式工具の傾き方向を示す報知手段を設けて成ることを特徴とする請求項１記載の回転式工具。
【請求項３】
モータ逆転時には測距手段の判定をオフにすることを特徴とする請求項１記載の回転式工具。
【請求項４】
測距手段での検知を手動でオフにすることができるスイッチを設けて成ることを特徴とする請求項１記載の回転式工具。
【請求項５】
測距手段による検知距離を可変するために回転式工具に対して測距手段を移動自在に取付けて成ることを特徴とする請求項１記載の回転式工具。
【請求項６】
先端にねじを回転するためのビットを有する胴部から胴部に対して交差する方向にグリップを突出して回転式工具を構成し、該回転式工具の胴部のグリップを突出した側の面に測距手段を配設して成ることを特徴とする請求項１記載の回転式工具。
【請求項７】
上記制御部は、測距手段により相手部材の座面と回転式工具の先端が所定の距離になったことを検知して着座又は着座直前と判断し、この着座又は着座直前を測距手段で検出後、モータの出力軸の締付けトルクが所定締め付け力になると回転式工具の回転を停止するものであることを特徴とする請求項１記載の回転式工具。
【請求項８】
上記制御部は、所定トルクとなった時点でモータを停止し、該モータ停止後所定時間後に一定時間の増し締めのためにモータを回転させるものであることを特徴とする請求項７記載の回転式工具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−６２０１２（Ｐ２００７−６２０１２Ａ）
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０６９２４（Ｐ２００６−３０６９２４）
【出願日】平成１８年１１月１３日（２００６．１１．１３）
【分割の表示】特願２００１−３２９８９６（Ｐ２００１−３２９８９６）の分割
【原出願日】平成１３年１０月２６日（２００１．１０．２６）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１３日（２００６．１１．１３）
【分割の表示】特願２００１−３２９８９６（Ｐ２００１−３２９８９６）の分割
【原出願日】平成１３年１０月２６日（２００１．１０．２６）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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