冲击式旋转工具以及冲击式旋转工具用配件的制作方法
【专利摘要】提供一种能够更高精度地计算出紧固扭矩的冲击式旋转工具以及冲击式旋转工具用配件。冲击式旋转工具(11)具备：驱动源(15)；冲击力产生部(17)，其产生用于将驱动源的动力转换为脉冲状的扭矩的冲击力；轴部(21)，其向用于进行紧固作业的工具传递脉冲状的扭矩；扭矩测量部(26、41)，其测量对轴部施加的扭矩来获取测量扭矩；旋转角测量部(27、42)，其测量轴部的旋转角；紧固扭矩计算部(43、44、45)，其根据轴部的旋转角计算角加速度，基于角加速度和测量扭矩来计算紧固扭矩；以及控制部(50)，其基于紧固扭矩来控制驱动源。
【专利说明】冲击式旋转工具以及冲击式旋转工具用配件
【技术领域】
[0001]本发明涉及冲击式旋转工具以及冲击式旋转工具用配件。
【背景技术】
[0002]冲击式旋转工具通过减速机构使电动机的旋转力减速，将减速后的旋转力通过锤的打击或液压转换为脉冲状的冲击扭矩，利用冲击扭矩进行紧固作业、松开作业(参照日本特开2012-206181号公报)。在冲击式旋转工具中，与仅使用减速机构的旋转工具相比能够获得高扭矩，因此作业性得到提高。冲击式旋转工具被广泛地使用于建筑现场、安装现场坐寸ο
[0003]在产生高扭矩的冲击式旋转工具中，有时会将螺栓、螺丝等紧固部件过度紧固。但是，如果为了避免这种过度紧固而将紧固部件松弛地紧固，则不能以期望的强度固定紧固部件。
[0004]因此，为了以规定扭矩进行紧固部件的紧固，使用设置于电动机的旋转轴的扭矩传感器来测量对电动机的旋转轴施加的扭矩。另外，在日本特开2005-125425号公报所记载的冲击式紧固工具中，用旋转编码器检测电动机的旋转角度，对该旋转角度进行二次微分来运算角加速度，对所得到的角加速度乘以惯性矩，由此求出扭矩。而且，当扭矩的运算值达到预先设定的目标扭矩值时，停止电动机的驱动。
【发明内容】
[0005]发明要解决的问题
[0006]在以往的冲击式旋转工具中，测量作用于电动机的旋转轴的扭矩，求出其测量扭矩来作为紧固扭矩。但是，在电动机的输出扭矩中还包含使主轴旋转的扭矩。因此，难以根据测量扭矩计算出实际的紧固扭矩。其结果，根据作业对象的不同有时以完全不同的紧固扭矩使电动机的驱动停止。
[0007]本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够更高精度地计算出紧固扭矩的冲击式旋转工具以及冲击式旋转工具用配件。
[0008]用于解决问题的方案
[0009]第一方式的冲击式旋转工具具备:驱动源；冲击力产生部，其产生用于将上述驱动源的动力转换为脉冲状的扭矩的冲击力；轴部，其向用于进行紧固作业的工具传递上述脉冲状的扭矩；扭矩测量部，其将对上述轴部施加的扭矩作为测量扭矩来进行测量；旋转角测量部，其测量上述轴部的旋转角；紧固扭矩计算部，其根据上述旋转角计算角加速度，基于上述角加速度和上述测量扭矩来计算紧固扭矩；以及控制部，其基于上述紧固扭矩来控制上述驱动源。
[0010]根据第二方式，提供一种能够安装于上述第一方式的冲击式旋转工具的冲击式旋转工具用配件。该配件具备:扭矩测量部，其将对上述冲击式旋转工具中的轴部施加的扭矩作为测量扭矩来进行测量；旋转角测量部，其测量上述轴部的旋转角；以及紧固扭矩计算部，其根据上述旋转角计算角加速度，基于上述角加速度和上述测量扭矩来计算紧固扭矩。
[0011]第三方式的冲击式旋转工具具备:驱动源；冲击力产生部，其产生用于将上述驱动源的动力转换为脉冲状的扭矩的冲击力；轴部，其向用于进行紧固作业的工具传递上述脉冲状的扭矩；第一测量部，其将对上述轴部施加的扭矩作为测量扭矩来进行测量;第二测量部，其测量上述轴部的周向的加速度和上述轴部的角速度中的至少一方；扭矩运算部，其基于由上述第一测量部测量出的上述测量扭矩以及使用上述第二测量部的测量值求出的上述轴部和上述工具的惯性扭矩，来求出紧固扭矩；以及控制部，其基于上述紧固扭矩来控制上述驱动源。
[0012]根据第四方式，提供一种能够安装于上述第三方式的冲击式旋转工具的冲击式旋转工具用配件。该配件具备:第一测量部，其将对上述冲击式旋转工具中的轴部施加的扭矩作为测量扭矩来进行测量；第二测量部，其测量上述轴部的周向的加速度和上述轴部的角速度中的至少一方；以及扭矩运算部，其基于由上述第一测量部测量出的上述测量扭矩以及使用上述第二测量部的测量值求出的上述轴部和安装于上述冲击式旋转工具的前端工具的惯性扭矩来求出紧固扭矩。上述扭矩运算部构成为输出上述紧固扭矩的计算值和基于上述紧固扭矩的计算值的驱动源的控制信号中的至少一方。
[0013]发明的效果
[0014]根据上述冲击式旋转工具以及上述冲击式旋转工具用配件，能够更高精度地计算出紧固扭矩。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是第一实施方式的冲击式旋转工具的示意性的侧截面图。
[0016]图2是表示图1的冲击式旋转工具的电气结构的框图。
[0017]图3是说明图1的冲击式旋转工具的动作的一例的流程图。
[0018]图4A是表示轴扭矩传感器的输出的曲线图。
[0019]图4B是表示旋转编码器的脉冲信号的曲线图。
[0020]图4C是表示伴随轴部的旋转的角度变化的曲线图。
[0021]图5是表示从扭矩计算部输出的电压信号的波形的曲线图。
[0022]图6是用于对其它例子的冲击式旋转工具的角加速度的计算方法进行说明的示意图。
[0023]图7是说明能够安装于第一实施方式的冲击式旋转工具的配件的示意性的侧截面图。
[0024]图8是表示第二实施方式的冲击式旋转工具的电气结构的框图。
[0025]图9A是图8的冲击式旋转工具的示意性的侧截面图。
[0026]图9B是表示图8的冲击式旋转工具的变形例的侧视图。
[0027]图1OA是沿着图9A的A-A线的截面图。
[0028]图1OB是沿着图1OA的B-B线的截面图。
[0029]图11是说明第二实施方式的冲击式旋转工具的动作的一例的流程图。
[0030]图12A是说明第二实施方式的冲击式旋转工具的动作的一例的波形图。
[0031]图12B是说明第二实施方式的冲击式旋转工具的动作的一例的波形图。
[0032]图12C是说明第二实施方式的冲击式旋转工具的动作的一例的波形图。
[0033]图13A是说明第二实施方式的冲击式旋转工具的角加速度的计算方法的波形图。
[0034]图13B是说明第二实施方式的冲击式旋转工具的角加速度的计算方法的波形图。
[0035]图14是表示第二实施方式的冲击式旋转工具的紧固扭矩的变化的时序图。
[0036]图15A是说明第二实施方式的冲击式旋转工具的变形例的说明图。
[0037]图15B是说明第二实施方式的冲击式旋转工具的其它变形例的说明图。
[0038]图16A是说明能够安装于第二实施方式的冲击式旋转工具的配件的示意性的侧截面图。
[0039]图16B是表示第二实施方式的冲击式旋转工具的变形例的侧视图。
[0040]图17是表示图16A的冲击式旋转工具以及配件的电气结构的框图。
【具体实施方式】
[0041 ] 下面，按照附图来说明冲击式旋转工具的第一实施方式。
[0042]如图1所示，冲击式旋转工具11是能够单手把持的手持式工具，例如是冲击式螺丝改锥或者冲击式扳手等。作为形成冲击式旋转工具11的外包装的主体的外壳12具备有底筒状的主体部13和从主体部延伸出的握持部14。握持部14从主体部13朝向与主体部13的轴线交叉的方向(图1中的下方)延伸。
[0043]在主体部13内的基端部侧即图1中的右侧的位置配设有作为驱动源的一例的电动机15。以使电动机15的旋转轴线与主体部13的轴线一致且电动机15的输出轴16朝向主体部13的前端侧的方式将电动机15配设在主体部13内。电动机15例如是有刷电动机或者无刷电动机等直流电动机。电动机15的输出轴16上连接有冲击力产生部17。冲击力产生部17将电动机15的旋转力转换为脉冲状的扭矩来产生冲击力。
[0044]冲击力产生部17从电动机15的输出侧起依次具备减速机构18、锤19、砧座20以及作为轴部的一例的主轴21。
[0045]减速机构18使电动机15的旋转以规定的减速比减速。利用该减速机构18进行减速而得到的高扭矩的旋转力被传递至锤19。砧座20被锤19打击。通过锤19的打击而对主轴21以冲击的方式施加旋转力。此外，主轴21也可以作为砧座20的一部分而与砧座20 一体形成。或者，也可以将与砧座20分开形成的主轴21固定于砧座20。
[0046]锤19被设置为相对于减速机构18的驱动轴22旋转自如且沿着驱动轴22在前后方向上滑动自如。另外，通过安装于减速机构18与锤19之间的螺旋弹簧23的作用力向主体部13的前端侧(图1中的左方)施力，从而锤19被按压于砧座20。
[0047]在锤19的前表面，朝向砧座20突出的一对突起19a在周向上等间隔配置。各突起19a在周向上与砧座20的向径向突出的一对突起20a中的一个突起相抵接。当锤19的突起19a与砧座20的突起20a抵接时，锤19与砧座20 —体地旋转。然后，利用减速机构18进行减速后的驱动轴22的旋转力通过锤19与砧座20的一体旋转而被传递至与砧座20同轴的主轴21。主体部13的前端部(图1中的左端部)设置有卡盘部13a。前端工具24以能够卸下的方式安装于该卡盘部13a的插孔。
[0048]当通过前端工具24的旋转而螺栓或者螺丝等紧固部件不断紧固时，例如与紧固部件的紧固开始相比，对主轴21施加的负荷大。或者，当通过前端工具24的旋转而螺栓或者螺丝等紧固部件不断松动时，例如与紧固部件的松动开始相比，对主轴21施加的负荷小。而且，当对锤19与砧座20之间施加规定值以上的扭矩时，锤19 一边压缩螺旋弹簧23一边沿着驱动轴22向后方(在图1中为右方)移动。当锤19移动到后方而与砧座20分离时，突起19a脱离突起20a，锤19单独转动。而且，当锤19相对于砧座20转动规定角度时，锤19 一边转动一边通过螺旋弹簧23的作用力接近砧座20，并再次打击砧座20。每次由于作用于主轴21的负荷而锤19相对于砧座20转动规定量以上时，重复进行锤19的打击。这种锤19对砧座20进行的打击作为冲击作用于紧固部件。
[0049]如图1所示，在冲击式旋转工具11的主轴21上安装有轴扭矩传感器26和旋转编码器27。
[0050]轴扭矩传感器26例如是磁致伸缩式传感器，通过设置于非旋转部分的线圈检测与由于对主轴21施加扭矩而在主轴21上产生的变形相应的磁导率的变化，生成与变形的大小成比例的电压信号。从轴扭矩传感器26输出的电压信号是扭矩检测信号SI (参照图4A)。扭矩检测信号SI从轴扭矩传感器26被提供给控制电路30的轴扭矩测量部41。
[0051]旋转编码器27将与主轴21的旋转相应的两相(A相、B相)的脉冲提供给旋转角计算部42。旋转角计算部42基于两相的脉冲来计算主轴21的旋转角变化(旋转角度Θ )。在本实施方式中，旋转编码器27和旋转角计算部42作为旋转角测量部发挥功能。
[0052]在握持部14中设置有触发杆29。通过由操作者操作触发杆29来驱动冲击式旋转工具U。另外，由大致四角箱状的收容壳体构成的电池组安装部31以能够装卸的方式安装在握持部14的下端部。在电池组安装部31中收容有作为二次电池的电池组32。冲击式旋转工具11是将电池组32作为驱动用电源的充电式工具。电池组32通过电力线33与控制电路30相连接。
[0053]在电动机15中设置有检测电动机15的转速的速度检测部34。例如能够通过频率发生器来实现速度检测部34，该频率发生器生成频率与电动机15的转数成比例的频率信号。速度检测部34例如也可以是旋转编码器。在电动机15是无刷电动机的情况下，速度检测部34也可以是霍尔传感器，能够根据霍尔传感器的信号、反电动势来检测转速。速度检测部34将与电动机15的转速对应的输出信号提供给控制电路30。
[0054]控制电路30通过引线35与电动机15电连接，控制电动机15的驱动等。另外，检测触发杆29的操作的触发开关与控制电路30电连接。
[0055]当操作者操作触发杆29时，控制电路30进行根据触发杆29的拉入量改变电动机15的转速等控制。控制电路30经由电动机驱动器控制向电动机15的通电，并且控制电路30进行电动机15的旋转控制以及扭矩设定。
[0056]另外，控制电路30通过信号线36与旋转编码器27相连接，并且通过信号线37与轴扭矩传感器26相连接。控制电路30使用轴扭矩传感器26的输出信号和旋转编码器27的输出信号来计算紧固扭矩值，在紧固扭矩值超过扭矩设定值的情况下输出停止信号。
[0057]接着，参照图2来说明冲击式旋转工具的电气结构。
[0058]如图2所示，冲击式旋转工具11具备轴扭矩传感器26、旋转编码器27以及控制电路30。
[0059]控制电路30具备轴扭矩测量部41和旋转角计算部42。轴扭矩测量部41接收轴扭矩传感器26的输出信号(扭矩检测信号SI)，计算对砧座20或者主轴21施加的扭矩(测量扭矩)。在本实施方式中，利用轴扭矩传感器26和轴扭矩测量部41来构成扭矩测量部。旋转角计算部42接收旋转编码器27的输出信号，计算主轴21的旋转角。
[0060]控制电路30还具备角加速度计算部43、惯性矩设定部44以及扭矩计算部45。在本实施方式中，利用角加速度计算部43、惯性矩设定部44以及扭矩计算部45来构成紧固扭矩计算部。角加速度计算部43基于由旋转角计算部42计算出的旋转角来计算角加速度。惯性矩设定部44设定前端工具24的绕轴的惯性矩。扭矩计算部45基于测量扭矩、角加速度以及惯性矩来计算紧固扭矩值。此外，被设定为惯性矩的值既可以是惯性矩本身的值，也可以是依据惯性矩的值、与该惯性矩成比例的值。另外，本实施方式的控制电路30包括缓冲器部46，该缓冲器部46能够依次存储由轴扭矩测量部41计算出的测量扭矩的一次打击的波形数据。
[0061]另外，控制电路30具备进行电动机15的扭矩管理以及速度控制等的控制部50。控制部50具备设定紧固扭矩的目标值的扭矩设定部51。
[0062]扭矩设定部51与限制速度计算部53和停止判断部55电连接。例如扭矩设定部51包括能够由作业者操作的操作钮(省略图示)和可变电阻器(省略图示)，通过根据操作钮的操作位置、即由作业者设定的紧固扭矩设定值(基准值)改变可变电阻器的电阻值，来设定停止电动机15的驱动时的目标扭矩To (参照图5)。例如，扭矩设定部51在紧固扭矩设定值的±10%的范围内设定目标扭矩To。此外，也可以将紧固扭矩设定值设为目标扭矩To。
[0063]控制部50具备:电动机速度测量部52，其测量电动机15的转速；限制速度计算部53，其计算电动机15的限制速度；以及电动机控制部54，其控制电动机15的驱动。控制电路30包括CPU，例如利用由CPU执行的控制用程序(软件)来实现控制部50的各部52?54。此外，也可以利用 ASIC(Applicat1n Specific Integrated Circuit:专用集成电路)等集成电路(硬件)来实现控制部50的各部52?54。或者，还可以利用软件实现各部52?54的一部分，利用硬件实现其它部分。
[0064]电动机速度测量部52基于速度检测部34的输出信号来测量电动机15的转速。限制速度计算部53根据由电动机速度测量部52测量出的电动机15的转速和由扭矩设定部51设定的目标扭矩To来计算电动机15的转速的上限值(限制速度)。电动机控制部54控制电动机15的驱动，使得将对触发杆29进行拉入操作时的电动机15的转速限制为限制速度以下。例如，当目标扭矩To小时，即使对触发杆29进行了最大限度的拉入操作，电动机控制部54也将电动机15限制在小于最高速度的限制速度以下。
[0065]控制电路30具备停止判断部55，该停止判断部55判断由扭矩计算部45计算出的扭矩值是否达到目标扭矩To。另外，控制电路30具备记录停止时的扭矩值等的记录部56。
[0066]接着，说明本实施方式的冲击式旋转工具11的作用。
[0067]操作者例如在对螺栓、螺丝等紧固部件进行紧固时，操作扭矩设定部51来预先设定设定扭矩。
[0068]如图1?图3所示，当操作触发杆29而接通触发开关(省略图示)时(步骤S10)，控制部50确认由扭矩设定部51设定的设定扭矩和由惯性矩设定部44设定的惯性矩(步骤 SI I)。
[0069]另外，控制部50的扭矩设定部51基于设定扭矩设定目标扭矩To (阈值)(步骤S12)。接着，控制部50的电动机控制部54对电动机15提供驱动电流来驱动电动机15 (步骤 S13)。
[0070]接着，控制电路30的轴扭矩测量部41获取由轴扭矩传感器26检测到的扭矩检测信号SI (步骤S14)。轴扭矩测量部41在电动机15的驱动过程中始终获取扭矩检测信号SI。轴扭矩测量部41将扭矩检测信号SI的一次打击的波形数据依次存储到缓冲器部46(步骤 S15)。
[0071]另外，控制电路30的旋转角计算部42获取由旋转编码器27检测到的A相、B相的脉冲信号Sa、Sb来作为旋转编码器信号(步骤S16)。顺便提及，如图4B所示，脉冲信号Sa、Sb是相位彼此相差90度的矩形波状的信号。
[0072]接着，旋转角计算部42计算主轴21的旋转角度Θ (步骤SI7)。在此，对旋转角变化的一例进行说明。如图4C所示，主轴21的旋转角度Θ由于由冲击力产生部17产生的冲击力而增大。具体地说，当通过一次打击(冲击)对砧座20进行旋转驱动时，在消除砧座20与前端工具24之间的旋转晃动并进一步消除前端工具24与紧固部件之间的旋转晃动之后，紧固部件等少许扭曲，由此主轴21的旋转角度Θ增大(区间P1)。接着，通过实际紧固紧固部件而使旋转角度Θ进一步增大(区间P2)。然后，在变得不紧固紧固部件之后，紧固部件等的扭曲恢复，进一步地开始产生旋转晃动，由此旋转角度Θ减小(区间P3)。
[0073]接着，角加速度计算部43计算通过冲击而实际紧固紧固部件的紧固期间(区间P2)(步骤S18)。在此，角加速度计算部43计算各打击时的与第一和第二时间点之间的差对应的期间，来作为紧固期间(区间P2)。第一时间点是通过本次的冲击力而增加的旋转角度Θ与在前一次的冲击力的产生期间中得到的最大旋转角度相同时。第二时间点是通过本次的冲击力而增加的旋转角度Θ成为在本次的冲击力的产生期间中得到的最大旋转角度时。
[0074]接着，扭矩计算部45基于由角加速度计算部43计算出的紧固期间(区间P2)来设定扭矩计算期间(步骤S19)。扭矩计算期间被设定为能够获取计算紧固扭矩所需的扭矩信息(扭矩检测信号SI)的长度。例如，扭矩计算期间被设定为与区间P2相同的期间。在区间P2短的情况下，也可以将扭矩计算期间设定为比区间P2长。或者，在区间P2长的情况下，也可以将扭矩计算期间设定为比区间P2短。接着，扭矩计算部45从缓冲器部46获取扭矩计算期间(在此为区间P2)的范围内的扭矩检测信号SI的波形数据，基于该波形数据计算区间P2的平均扭矩值，来作为测量扭矩Ts (步骤S20)。
[0075]另外，角加速度计算部43基于紧固期间(区间P2)设定旋转角度计算期间(步骤S21)。旋转角度计算期间被设定为能够获取计算紧固扭矩所需的角度信息(旋转角度Θ)的长度。例如，旋转角度计算期间被设定为与区间P2相同的期间。在区间P2短的情况下，可以将旋转角度计算期间设定为比区间P2长。或者，在区间P2长的情况下，可以将旋转角度计算期间设定为比区间P2短。接着，角加速度计算部43根据旋转角度计算期间(在此为区间P2)的范围内的旋转角度Θ的数据来计算角加速度α (步骤S22)。在本实施方式中，角加速度计算部43使用区间Ρ2的范围内的旋转角度Θ的二次近似曲线来计算角加速度α。旋转角度Θ的二次近似曲线用下式表示。
[0076]【式I】
[0077]Θ = at2+bt+c
[0078]在此，用旋转角度Θ的二次微分来导出角加速度α，因此角加速度计算部43根据下式来计算角加速度α。
[0079]【式2】
_ _ --^θ *
[0080]α ~ 一一— = La
Jr
[0081]在紧固期间(区间P2)内角加速度α有可能变动。然而，为了易于计算角加速度α，并且基于获得区间Ρ2内的角加速度α的平均值这一想法，将区间Ρ2内的角加速度α设为固定值来导出。
[0082]由角加速度计算部43计算出的角加速度α被提供给扭矩计算部45。接着，扭矩计算部45使用区间Ρ2的测量扭矩Ts、区间Ρ2的角加速度α以及由惯性矩设定部44设定的惯性矩I，根据下式来计算紧固扭矩T(步骤S23)。
[0083]【式3】
[0084]T = TsXA-1X a XB+C
[0085]在此，A、B、C是调整用的校正系数。校正系数A是对由安装于主轴21的轴扭矩传感器26的静态特性和动态特性的差异等产生的扭矩测量值的误差进行校正的系数，大致是I?2左右的值。校正系数B是对由于主轴21的前端部分、前端工具24发生弹性变形(扭曲变形)而产生的惯性扭矩的误差进行校正的系数。校正系数C是对主轴21的前端部分、前端工具24的弹性变形时的粘性影响等进行校正的系数。在不特别需要这些校正的情况下，可以使用A = UB= UC = O0
[0086]还存在按每次打击计算出的紧固扭矩T不是单调增加而减少的情况。考虑该情况，扭矩计算部45对紧固扭矩T进行校正(步骤S24)。例如，扭矩计算部45根据两次打击、三次打击的数据的移动平均来计算紧固扭矩T。但是，在打击间计算出的两个紧固扭矩T的偏差小、紧固扭矩T单调增加的情况下，也可以省略步骤S24而实施下一个步骤S25。
[0087]在此，对紧固扭矩T的变化进行说明。如图5所示，紧接在利用冲击式旋转工具11开始螺丝、螺栓等紧固部件的紧固之后，砧座20不会被锤19打击。因此，扭矩(轴扭矩传感器26的输出)随着紧固部件的紧固的进行而逐渐增加(用图5中的D图示)。当扭矩超过固定值时，产生锤19对砧座20的打击，并反复产生冲击脉冲IP。而且，每当产生冲击脉冲IP时都计算并更新紧固扭矩T。在计算出下一个紧固扭矩T之前保持紧固扭矩T的上一次的计算值。计算紧固扭矩T需要时间，因此从产生冲击脉冲IP起延迟规定时间更新紧固扭矩T。紧固扭矩T随着紧固部件的紧固的进行而逐渐变大。因此，每次产生冲击脉冲IP时阶段状地更新由扭矩计算部45计算出的紧固扭矩T。
[0088]在图3中，在紧固扭矩T小于目标扭矩To(阈值)的情况下(步骤S25:“否”)，停止判断部55不输出电动机15的停止信号而从步骤S14和步骤S16起反复进行处理。
[0089]另一方面，在紧固扭矩T为目标扭矩To以上的情况下(步骤S25:“是”)，停止判断部55对电动机控制部54提供电动机15的停止信号。电动机控制部54响应该停止信号而停止向电动机15提供驱动电流(步骤S26)。S卩，在由扭矩计算部45计算出的紧固扭矩T达到目标扭矩To的情况下，控制部50使电动机15的驱动停止。作为结果，停止冲击式旋转工具11的驱动。
[0090]之后，停止判断部55将紧固所需的扭矩值、时间等紧固信息记录到记录部56。每次进行紧固作业时记录紧固信息。因此，例如在作业完成之后，操作者能够获得每次紧固作业的扭矩值、时间。
[0091 ] 第一实施方式具有以下优点。
[0092](I)控制电路30基于角加速度α和测量扭矩Ts来计算紧固扭矩Τ。因此，与仅根据角加速度α估计紧固扭矩T的情况、仅根据测量扭矩Ts估计紧固扭矩T的情况相比，能够高精度地计算出紧固扭矩Τ。与冲击扭矩的变动比较平缓且利用液压的气动工具(Oilpulse)、螺帽扳手(Nut runner)等工具相比,冲击式扳手、冲击式螺丝改锥等冲击式旋转工具分量轻。因此，能够提供一种易于进行扭矩管理且分量轻的工具。
[0093](2)扭矩计算部45使用测量扭矩Ts、惯性矩I以及角加速度α，根据T =TsXA-1X a XB+C(其中，么、8、(:是系数)来计算紧固扭矩T。由此，能够更加可靠地计算出紧固扭矩T。
[0094](3)角加速度计算部43计算由旋转编码器27和旋转角计算部42测量出的旋转角度Θ的近似曲线，并进行近似曲线的二次微分，由此计算出角加速度α。由此，不进行复杂的运算处理而能够简化角加速度计算部43的运算处理。
[0095](4)角加速度计算部43将旋转角度Θ的近似曲线设为二次近似曲线来进行计算，进行二次近似曲线的二次微分，由此计算出角加速度α。由此，不需要导出三次以上的近似曲线，不进行复杂的运算处理而能够简化角加速度计算部43的运算处理。
[0096]此外，上述第一实施方式可以如下那样变更。
[0097]在第一实施方式中，将紧固期间(区间Ρ2)的角加速度α设为固定值来进行计算，但并不限于固定值。例如也可以计算比紧固期间(区间Ρ2)长的期间内的旋转角度Θ的近似曲线。特别是以包含偏离于区间Ρ2的范围的旋转角度Θ的信息(特别是区间Pl中包含的一部分旋转角度Θ)的方式计算角加速度α，由此即使紧固期间(区间Ρ2)短也能够获得旋转角度Θ的信息。因此，能够有助于提高紧固扭矩T的计算精度。或者，也可以计算比区间Ρ2短的期间内的紧固扭矩Τ。特别是在扭矩低的期间区间Ρ2长。因此，存在以下情况:除去区间Ρ2的前半期间(加速中的期间)而使用区间Ρ2的后半期间(减速中的期间)来计算近似曲线能够有助于计算精度的提高。
[0098]在第一实施方式中，虽然没有特别地提及，但例如也可以将砧座20的突起20a设为弹性体，减小由砧座20与锤19抵接时的冲击导致的扭矩变动。在该情况下，轴扭矩测量部41也可以导出规定时间内的峰值来作为测量扭矩Ts。由此，能够期待角加速度α变得非常小，因此能够视为紧固扭矩T?测量扭矩Ts。
[0099]作为角加速度α，也可以使用规定期间、例如紧固期间(区间Ρ2)内的角加速度α的测量值的平均值。
[0100]在第一实施方式中，将旋转角度Θ的近似曲线设为二次近似曲线来导出，但也可以设为三次以上的近似曲线来导出。以下表示导出旋转角度Θ的四次近似曲线时的一例。
[0101]区间Ρ2的范围内的旋转角度Θ的四次近似曲线用下式表示。
[0102]【式4】
[0103]Θ = at4+bt3+ct2+dt+e
[0104]在此，角加速度α利用旋转角度Θ的二次微分来导出，因此角加速度计算部43根据下式来计算角加速度α。
[0105]【式5】
-? _
[0106]a = r = 12α/ ▲十 6fei + 2c
dr
[0107]这样，通过使用三次以上的高次的近似曲线，能够更高精度地获得旋转角度Θ的变化。因此，能够更高精度地计算出角加速度α。
[0108]在上述实施方式中，在角加速度α的计算中使用了近似式(旋转角度Θ的近似曲线)，但并不限于此。例如图6所示，也可以使用两点Χ1、Χ2之间的速度Vl和两点Χ2、Χ3之间的速度ν2来计算速度变化。具体地说，也可以通过下式来计算角加速度a。
[0109]【式6】
Θ2^Θ\
- viI1 -1]
「01101 a 二 —..................二 —...................=-
L J/3 + /2 ^ r2-H /3 + 12—/2 +il
2 2 2 2
[0111]电动机15也可以是除有刷电动机或者无刷电动机以外的直流电动机或者交流电动机。
[0112]冲击式旋转工具11的驱动源并不限于电动机，例如也可以是螺线管。另外，驱动源并不限于电动机、螺线管之类的电动式，也可以是液压式。
[0113]冲击式旋转工具11也可以是非充电式的AC冲击式旋转工具、空气冲击式旋转工具。
[0114]作为扭矩传感器,也可以使用变形测量计(Deformat1n gauge)。在该情况下,也可以将变形测量计固定在主轴21上，例如使用集电环等装置以非接触通信的方式获取扭矩数据。
[0115]在第一实施方式中，将冲击式旋转工具设为能够把持的手持式，但并不限于此。
[0116]如图7所示，也可以将具备轴扭矩传感器26、旋转编码器27以及具有控制电路30的一部分功能的控制电路74的配件70装卸自如地设置于冲击式旋转工具11。配件70例如作为冲击式旋转工具11的前端配件而被提供。配件70具备:作为壳体的外壳71，其能够安装于冲击式旋转工具I的主体(外壳12);以及输出轴72，其贯穿外壳71。输出轴72的一端例如安装于冲击式旋转工具11的卡盘部13a，将主轴21的旋转传递至输出轴72。在输出轴72的另一端上安装前端工具24。为了抑制外壳71与输出轴72 —体旋转，利用固定部件73将外壳71固定于冲击式旋转工具11的主体部13。
[0117]在输出轴72上安装有轴扭矩传感器26和旋转编码器27。轴扭矩传感器26和旋转编码器27与收容在外壳71内的控制电路74电连接。控制电路74例如包括上述第一实施方式中的轴扭矩测量部41、旋转角计算部42、角加速度计算部43、惯性矩设定部44、扭矩计算部45、缓冲器部46、停止判断部55以及记录部56。控制电路74与收容在冲击式旋转工具11内的控制电路60电连接。该控制电路60包括上述第一实施方式的控制部50。例如，当由控制电路74的停止判断部55计算出的紧固扭矩T达到目标扭矩To时，控制电路74对控制电路60的电动机控制部54提供停止信号。另外，由扭矩设定部51设定的设定扭矩信息从冲击式旋转工具11的控制部50被提供给控制电路74。
[0118]此外，配件70的结构是一例，也可以是以下结构:从至少具备旋转编码器27和轴扭矩传感器26的配件向冲击式旋转工具11的控制电路30提供旋转角度、扭矩等信息。
[0119]也可以将上述第一实施方式以及上述各种变形例适当地组合。
[0120]接着，按照图8?图17来说明冲击式旋转工具的第二实施方式。
[0121]与第一实施方式同样地，第二实施方式的冲击式旋转工具101是能够单手把持的手持式，被用作进行螺栓、螺母等紧固部件的紧固作业的冲击式螺丝改锥或者冲击式扳手。
[0122]冲击式旋转工具101具备冲击力产生部、输出轴126、作为第一测量部的扭矩传感器130、作为第二测量部的加速度传感器140以及扭矩运算部160。
[0123]如图9所示，冲击式旋转工具101的主体102具备圆筒形状的主体部103和从主体部103的周面向与主体部103的轴线交叉的方向(图9A中向下)突出的握持部104。在握持部104的下部装卸自如地安装有在树脂制的壳体内收纳了充电电池170的电池组105。在握持部104上安装有电池组105的状态下，从充电电池170经由电线171向包括扭矩运算部160(参照图8)的控制电路150、电动机110(驱动源)提供电力。冲击式旋转工具101利用从充电电池170提供的电力进行动作。
[0124]冲击力产生部包括冲击机构120，该冲击机构120基于电动机110的旋转轴111的旋转力生成脉冲状的冲击力，并将该冲击力施加到输出轴126。
[0125]电动机110例如是有刷电动机或者无刷电动机等直流电动机。电动机110的旋转轴111与主体部103的轴线一致。电动机110以旋转轴111朝向主体部103的前侧(图9A中的左侧)的方式收纳在主体部103的后部(图9A中的右侧)。
[0126]从控制电路150经由电线172对电动机110提供驱动电流，由控制电路150控制电动机110的转数、转速、旋转方向。
[0127]冲击机构120间歇性地对输出轴126施加脉冲状的冲击力。冲击机构120具备减速机构121、锤122、砧座123以及螺旋弹簧124。
[0128]减速机构121与电动机110的旋转轴111连结，使电动机110的旋转以规定的减速比减速。利用该减速机构121进行减速而得到的高扭矩的旋转力被传递至锤122。
[0129]锤122被设置为相对于减速机构121的驱动轴121a旋转自如且沿着驱动轴121a在前后方向上滑动自如。通过驱动轴121a贯穿其内部的螺旋弹簧124的弹性力向前侧施力，将锤122按压在设置于输出轴126的后部的砧座123。在锤122的前表面设置有与砧座123的向径向突出的突起123a相抵接的突起122a。在锤122的突起122a抵接于砧座123的突起123a的状态下，由于驱动轴121a进行旋转而锤122和砧座123 —体地旋转，由此，与砧座123 —体地设置的输出轴126进行旋转。此外，在第二实施方式中，冲击机构120基于电动机110的旋转产生脉冲状的冲击力，但也可以通过控制对电动机110进行驱动的电流来基于电动机110的旋转力产生脉冲状的冲击力。在该情况下，由控制电动机110的旋转的电动机控制部154构成冲击力产生部。
[0130]在紧固或者松开紧固部件的作业中，对输出轴126施加的扭矩变大。而且，当对锤122与砧座123之间施加规定值以上的扭矩时，输出轴126的旋转停止。于是，锤122 —边压缩螺旋弹簧124 —边沿着减速机构121的驱动轴121a后退。当锤122后退而远离砧座123时，突起122a脱离突起123a。其结果，锤122 —边单独地转动一边接受螺旋弹簧124的作用力而前进。当锤122转动了规定角度时，锤122的突起122a抵接于突起123a，由此从锤122对砧座123施加冲击力。通过反复进行这种动作,能够对输出轴126间歇性地施加冲击力，能够以更大的扭矩进行紧固或者松开紧固部件的作业。
[0131]输出轴126与被锤122打击而旋转的砧座123 —体地设置。输出轴126以与主体部103的轴线一致的方式旋转自如地安装于主体部103的前端部。输出轴126的前端从主体部103的前端部向外侧突出。在输出轴126的前端设置有作为卡盘部的四棱柱部127，该卡盘部用于安装与作业内容相应的工具100 (前端工具)。在该四棱柱部127上安装工具100，冲击式旋转工具101被用作冲击式螺丝改锥或者冲击式扳手。此外，如图9B所示，也可以取代四棱柱部127而将六角孔126a设置为卡盘部。在该情况下，通过将设置于工具100的六棱柱状的轴部10a插入到输出轴126的六角孔126a中，来将工具100安装于输出轴126。输出轴126作为将由来自冲击力产生部的冲击力(冲击力)产生的脉冲状的扭矩传递至工具100的轴部而发挥功能。
[0132]扭矩传感器130例如是磁致伸缩式传感器，以非接触的方式检测由于对输出轴126施加扭矩而在输出轴126中产生的变形,生成与变形的大小成比例的电信号。该电信号表示对输出轴126施加的扭矩(测量扭矩)，经由电线173提供给控制电路150。
[0133]如图1OA和图1OB所示，在通过对圆柱状的输出轴126的一部分实施D型切割加工而形成的槽126b内粘贴有加速度传感器140，该加速度传感器140至少测量周向的加速度成分。此外，加速度传感器140除了测量周向的加速度成分以外，还可以测量径向的加速度成分。
[0134]加速度传感器140设置于通过冲击机构120进行旋转的输出轴126。为了对加速度传感器140提供电力并接收加速度传感器140的测量值，设置有通信线圈141、142。通信线圈141固定于输出轴126的圆周面上。通信线圈142由圆筒线圈构成且在其中心贯穿有输出轴126。通信线圈142与通信线圈141相向地配置。当控制电路150经由电线174对通信线圈142通交流电流时，通过相互感应而在通信线圈141中有电流流动。加速度传感器140对在通信线圈141中流动的电流进行整流、平滑，之后例如预先蓄积在电容器(未图示)中，由此确保动作电力。另外，加速度传感器140使频率与从控制电路150提供的交流电流频率不同的脉冲信号流入通信线圈141，由此经由通信线圈142和电线174向控制电路150发送测量值。由此，控制电路150能够以非接触方式对加速度传感器140提供电力，另外能够以非接触方式接收加速度传感器140的测量值。
[0135]控制电路150具备旋转控制功能，即基于与设置于握持部104的触发杆106a的拉入操作相应地从操作开关106输出的操作信号来控制电动机110的旋转。另外，控制电路150具备扭矩控制功能，即使用扭矩传感器130 (第一测量部)和加速度传感器140 (第二测量部)的测量值来求出紧固扭矩，当紧固扭矩达到目标扭矩时使电动机110停止。
[0136]控制电路150具备电动机控制部151、扭矩运算部160、作为控制部的停止判断部166、扭矩设定部167以及记录部168。电动机控制部151具备转速测量部152、限制速度计算部153以及电动机控制部154。另外，扭矩运算部160具备扭矩测量部161、缓冲器部162、角加速度计算部163、惯性矩设定部164以及扭矩计算部165。在此，例如由微型计算机执行控制用程序，由此通过微型计算机的运算功能来实现电动机控制部151、扭矩测量部161、角加速度计算部163、扭矩计算部165以及停止判断部166等。
[0137]扭矩设定部167与电动机控制部151和停止判断部166电连接，根据操作钮(省略图示)的操作位置改变可变电阻器的电阻值。扭矩设定部167将与由作业者设定的紧固扭矩设定值的大小相应的信号(例如与可变电阻的电阻值相应的电压信号)作为目标扭矩TO提供给电动机控制部151和停止判断部166。
[0138]转速测量部152基于从设置于电动机110的速度检测部112提供的与速度相应的信号来测量电动机110的转速。对于速度检测部112，例如使用产生频率与电动机110的转数成比例的频率信号的频率发生器。
[0139]限制速度计算部153根据由转速测量部152测量出的转速和由扭矩设定部167设定的目标扭矩来计算操作触发杆106a时的转速的上限值(限制速度)。
[0140]电动机控制部154基于与触发杆106a的拉入操作相应地从操作开关106输入的操作信号来控制电动机110的驱动，使得电动机110的转速为限制速度以下。在此，如果目标扭矩(紧固扭矩的目标值)被设定得小，则有时限制速度小于电动机110的最高速度。在这种情况下，即使最大限度地拉触发杆106a，电动机110的转速也被限制为低于最高速度的限制速度以下。另外，当进行紧固作业时紧固扭矩达到目标扭矩而从停止判断部166向电动机控制部154输入停止信号时，电动机控制部154使电动机110的旋转停止。
[0141]扭矩测量部161基于来自扭矩传感器130的输出信号来测量对输出轴126施加的扭矩。
[0142]缓冲器部162存储由扭矩测量部161得到的扭矩的测量值。缓冲器部162将从扭矩测量部161接收到的新数据覆盖到旧数据并进行保存。也就是说，缓冲器部162存储当前时刻至规定时间前的扭矩的测量值。
[0143]角加速度计算部163将由加速度传感器140测量出的周向的加速度除以从输出轴126的中心位置到加速度传感器140的安装位置的距离，来求出角加速度。
[0144]惯性矩设定部164用于设定与安装于输出轴126的加速度传感器140相比靠前的部分的惯性矩II。在此，所谓与安装于输出轴126的加速度传感器140相比靠前的部分，包括输出轴126中与加速度传感器140的安装位置相比靠前端侧的部位和安装于输出轴126的前端的四棱柱部127的工具100。
[0145]扭矩计算部165基于由扭矩传感器130得到的扭矩的测量值来计算紧固部件的紧固扭矩。在此，扭矩传感器130的测量值是紧固部件的紧固扭矩同与输出轴126中扭矩传感器130的安装部位相比靠前端侧的部位的惯性扭矩相加而得到的值。根据输出轴126中与扭矩传感器130的安装部位相比靠前端侧的部分和安装于输出轴126的前端的工具100的惯性矩以及输出轴126的角加速度，能够求出与输出轴126中扭矩传感器130的安装部位相比靠前端侧的部位的惯性扭矩。在施工现场、工厂等中使用冲击式旋转工具101的情况下，某种程度上决定了进行紧固作业的紧固部件的种类，与作业对象的紧固部件相应地也决定了所要使用的工具100。因此，使用者例如与工具100相应地求出输出轴126中与扭矩传感器130的安装部位相比靠前端侧的部分和安装于输出轴126的前端的工具100的惯性矩，将该惯性矩的值预先设定在惯性矩设定部164中。
[0146]因而，扭矩计算部165基于由扭矩传感器130得到的扭矩的测量值、根据加速度传感器140的测量值求出的输出轴126的角加速度以及由惯性矩设定部164设定的惯性矩来计算紧固扭矩。在此，如果将由扭矩传感器130得到的扭矩的测量值设为Tl，将根据加速度传感器140的测量值求出的角加速度设为al，将惯性矩的设定值设定为II，将校正系数设为A、B、C，则扭矩计算部165使用下面的式子计算紧固扭矩T2。
[0147]【式7】
[0148]T2 = TlXA-1lXalXB+C
[0149]此外，校正系数A是对由安装于输出轴126的扭矩传感器130的静态特性和动态特性的差异等而产生的扭矩测量值的误差进行校正的系数，大致是I?2左右的值。校正系数B是对由于输出轴126的前端部分和安装于输出轴126的前端的工具100发生弹性变形(扭曲变形)而产生的惯性扭矩的误差进行校正的系数。校正系数C是对输出轴126的前端部分和安装于输出轴126的前端的工具100的弹性变形时的粘性影响等进行校正的系数。
[0150]停止判断部166将由扭矩计算部165计算出的紧固扭矩T2与根据扭矩设定部167的设定值求出的目标扭矩TO (阈值)进行比较，当紧固扭矩T2为目标扭矩TO以上时，向电动机控制部154输出停止信号。
[0151]记录部168记录停止判断部166的判断结果等。
[0152]接着，按照图11的流程图来说明使用了第二实施方式的冲击式旋转工具101的紧固作业时的动作。
[0153]当作业者拉入触发杆106a时(步骤S101)，与触发杆106a的操作量相应的操作信号从操作开关106被提供给控制电路150。控制电路150在从操作开关106接收到操作信号时，从扭矩设定部167读入紧固扭矩的设定值，从惯性矩设定部164读入惯性矩的设定值(步骤S102)。控制电路150的停止判断部166基于从扭矩设定部167读入的紧固扭矩的设定值来设定紧固扭矩的阈值、即目标扭矩TO (步骤S103)。
[0154]接着，电动机控制部151的电动机控制部154对电动机110提供与来自操作开关106的操作信号相应的驱动电流，使电动机110进行旋转(步骤S104)。
[0155]当电动机110进行旋转时，每当经过规定的计测时间点，扭矩测量部161从扭矩传感器130获取信号，根据该信号运算对输出轴126施加的扭矩(步骤S105)。然后，扭矩测量部161将扭矩运算值(测量扭矩)存储到缓冲器部162 (步骤S106)。
[0156]另外，每当经过规定的计测时间点，角加速度计算部163从加速度传感器140获取测量信号(步骤S107)。角加速度计算部163根据从加速度传感器140获取到的测量信号求出周向的加速度，通过用该周向的加速度除以从输出轴126的轴中心到加速度传感器140的安装位置的距离，来求出角加速度(步骤S108)。
[0157]另外，角加速度计算部163求出紧固紧固部件200的紧固期间(步骤S109)。例如，能够将紧固期间设为在电动机110的旋转停止方向上角加速度为最大的时刻。或者，也可以将紧固期间设为比在电动机110的旋转停止方向上角加速度为最大的时刻提前规定时间或者靠后规定时间的时刻。或者，紧固期间也可以是包括在电动机110的旋转停止方向上角加速度为最大的时刻的规定期间(固定期间)。
[0158]图12A?图12C是表示紧固作业时的扭矩传感器130和加速度传感器140的测量结果的波形图。图12A表示由加速度传感器140测量出的周向的加速度α I的波形图。图12Β表示由加速度传感器140测量出的径向的加速度α 2的波形图。图12C是由扭矩传感器130得到的扭矩的测量值Tl的波形图。例如在周向的加速度α I为如图12Α所示的测量结果的情况下，角加速度计算部163求出包含在电动机110的旋转停止方向上角加速度为最大的时刻(时刻tl)的固定期间DTl (例如200 μ S)，来作为紧固期间(参照图12Α)。
[0159]此外，如上所述，角加速度计算部163也可以将在旋转停止方向上角加速度为最大的时刻(时刻tl)设为紧固期间，来求出该紧固期间内的角加速度。或者，角加速度计算部163还可以将在旋转停止方向上角加速度为最大的时刻(时刻tl)的规定时间前或者规定时间后的时刻设为紧固期间，来求出该紧固期间内的角加速度。
[0160]在此，对求出在电动机110的旋转停止方向上角加速度为最大的时刻的规定时间后的角加速度的情况进行说明。当锤122的突起122a抵接于砧座123的突起123a时，对砧座123施加冲击力，安装于输出轴126的工具100进行旋转。此时，存在以下情况:在抵接于砧座123的突起123a的突起122a反弹而暂时脱离之后直到砧座123停止为止的期间，锤122追上砧座123而突起122a再次撞击突起123a。在该情况下，预测为在旋转停止方向上角加速度为最大的时刻、例如I μ秒?100 μ秒后，锤122的突起122a追上砧座123而再次撞击。因而，通过利用进行该再次撞击的时刻的角加速度来计算紧固扭矩，能够以更高的精度计算出紧固扭矩。
[0161]扭矩计算部165根据在步骤S109中求出的紧固期间DTl来设定扭矩的计算期间(步骤S110)。扭矩计算部165从缓冲器部162读入在步骤SllO中设定的计算期间的测量值，例如通过求出所读入的测量值的平均来计算出扭矩的测量值Tl (步骤S111)。
[0162]另外，角加速度计算部163根据在步骤S109中求出的紧固期间DTl来设定角加速度的计算期间(步骤S112)，通过求出在步骤S112中设定的计算期间内的角加速度的平均，来计算出角加速度的测量值al (步骤S113)。
[0163]在计算出扭矩Tl和角加速度al时，扭矩计算部165将扭矩Tl和角加速度al的计算结果以及由惯性矩设定部164设定的惯性矩Il代入上述[式7]，来计算出紧固部件200的紧固扭矩T2(步骤S114)。
[0164]在计算出紧固部件200的紧固扭矩Τ2时，停止判断部166将紧固扭矩Τ2与目标扭矩TO (阈值)进行比较(步骤S115)。图14示出了紧固扭矩Τ2的随时间的变化。每次锤122打击砧座123时，紧固扭矩Τ2阶段性地变大。此外，图14中的虚线IPl示出了锤122对砧座123施加的间歇性的打击。
[0165]在步骤SI 15的判断中，如果紧固扭矩Τ2小于目标扭矩TO (步骤S115为“否”)，则控制电路150返回到步骤S105和步骤S107再次进行上述的处理。
[0166]在图14的时刻t2紧固扭矩T2为目标扭矩TO以上时(步骤S115为“是”)，停止判断部166向电动机控制部154输出停止信号。电动机控制部154在被输入停止信号时，在时刻t3停止向电动机110提供电流，使电动机110的旋转停止(步骤SI 16)。由此，能够将紧固扭矩T2管理为规定的扭矩。另外，停止判断部166输出停止信号，并且使紧固扭矩T2的信息记录到记录部168 (步骤S117)，结束紧固作业时的动作。
[0167]第二实施方式具有以下优点。
[0168](I)冲击式旋转工具101具备电动机110、冲击机构120 (冲击力产生部)、输出轴126、扭矩传感器130 (第一测量部)、加速度传感器140 (第二测量部)以及扭矩运算部160。冲击力产生部产生脉冲状的冲击力。输出轴126上安装用于进行紧固作业的工具100。输出轴126通过由冲击力产生部产生的冲击力进行旋转。扭矩传感器130测量对输出轴126施加的扭矩。加速度传感器140测量输出轴126的周向的加速度。扭矩运算部160使用加速度传感器140的测量值来求出输出轴126和安装于输出轴126的工具100的惯性扭矩，基于该惯性扭矩和由扭矩传感器130得到的扭矩的测量值来求出紧固扭矩。
[0169]在该结构中，与不考虑惯性扭矩而仅求出扭矩传感器的测量值作为紧固扭矩的情况相比，扭矩运算部160能够更为准确地测量紧固扭矩。此外，第二测量部并不限定于测量周向的加速度的加速度传感器140，也可以测量输出轴126的角速度，还可以测量输出轴126的周向的加速度和角速度这两者。
[0170](2)冲击式旋转工具101的控制部(停止判断部166和电动机控制部151)能够使用由扭矩运算部160求出的紧固扭矩来控制电动机110。
[0171](3)扭矩计算部165根据输出轴126的角加速度al以及输出轴126的前端部分和安装于输出轴126的前端的工具100的惯性矩Il来求出惯性扭矩。然后，扭矩计算部165从扭矩传感器130的测量值Tl减去惯性扭矩，来求出紧固扭矩T2(参照上述[式7])。因此，与不考虑惯性扭矩而将测量值Tl设为紧固扭矩Τ2的情况相比，能够更加准确地求出紧固扭矩Τ2。
[0172](4)扭矩运算部160还优选求出固定时间的平均值，作为由扭矩传感器130得到的扭矩的测量值和根据加速度传感器140的测量值得到的输出轴126的角加速度，能够减少因噪声等的影响而在紧固扭矩的计算值中产生的误差。
[0173]此外，上述第二实施方式也可以如下那样进行变更。
[0174]在第二实施方式中，扭矩计算部165将扭矩的测量值Tl计算为固定期间(规定期间)的平均值，角加速度计算部163将角加速度的测量值al计算为固定期间(规定期间)的平均值。也可以取代这种方式，而仅在扭矩的测量值Tl和角加速度的测量值al中的任一方中使用平均值。
[0175]在第二实施方式中，作为第二测量部的加速度传感器140安装于输出轴126的外周部，来测量周向的加速度α I和径向的加速度α 2。扭矩运算部160的角加速度计算部163通过用由加速度传感器140测量出的周向的加速度α I除以从输出轴126的中心位置到加速度传感器140的安装位置的距离(r)，来求出角加速度(a l/r)。在该结构中，角加速度计算部163能够求出旋转停止方向上的角加速度的最大值、或者包含在旋转停止方向上角加速度为最大的时刻的规定期间内的角加速度的平均值，来作为角加速度。另外，能够使用测量周向的加速度的一个加速度传感器140来计算角加速度。
[0176]在该结构中，扭矩运算部160可以将由加速度传感器140测量出的径向的加速度α 2为零的停止时刻的规定时间前的角加速度用于紧固扭矩的运算。图13Α分别示出打击时的输出轴126的角度Θ 1、周向的加速度α 1、径向的加速度α 2以及角速度ω?的时间变化。当输出轴126的旋转停止时，离心力为零，因此径向的加速度α 2为零(图13Α的时刻t2)。因而，扭矩运算部160能够基于径向的加速度α 2为零的时刻来准确地求出输出轴126的旋转停止的停止时刻(时刻t2)。另外，扭矩运算部160将停止时刻(时刻t2)的规定时间前的角加速度用于紧固扭矩的运算，由此能够更加准确地求出紧固扭矩。此外，停止时刻的规定时间前是指检测到适于计算紧固扭矩的角加速度的时刻。该时刻是根据进行紧固部件的紧固作业的结果而从经验上求出的。在此，扭矩运算部160也可以求出停止时刻(时刻t2)前的固定期间DTl (规定期间)的角加速度的平均值，将该角加速度的平均值用于紧固扭矩的运算。
[0177]另外，在第二实施方式的冲击式旋转工具101中，也可以代替加速度传感器140，而在输出轴126的外周部或者中心部安装第二测量部，来测量输出轴126的角速度ω I。图13Β表示打击时的角速度ω I的测量结果。当输出轴126的旋转停止时，角速度ω I的值为零。扭矩运算部160可以根据直到由第二测量部测量出的角速度ω I为零的停止时刻(图13Β的时刻t4)的规定时间前为止的固定期间DT2内的角速度ω I的平均变化率来求出角加速度，将该角加速度用于紧固扭矩的运算。由此，仅根据由一个角速度传感器得到的角速度的测量结果也能够求出输出轴126的停止时刻，进而求出用于紧固扭矩的运算的角加速度。此外，扭矩运算部160可以根据固定期间DT2内的角速度ω?的微分值求出角加速度，也可以将该角加速度用于紧固扭矩的运算。
[0178]在第二实施方式的冲击式旋转工具101中，在主体102上安装有以非接触方式测量对输出轴126施加的扭矩的扭矩传感器130，但也可以在输出轴126上安装直接测量对输出轴126施加的扭矩的扭矩传感器130。在该情况下，如图15Α所示，对安装于输出轴126的扭矩传感器130供电且设置用于从扭矩传感器130接收信号的通信线圈131、132即可。通信线圈131固定于输出轴126的圆周面。通信线圈132由圆筒线圈构成，且在其中心贯穿有输出轴126。通信线圈132与通信线圈131相向地配置。通信线圈132经由电线173与控制电路150电连接。当控制电路150对通信线圈132通交流电流时，通过相互感应而在通信线圈131中有电流流动。对该电流进行整流、平滑化之后对扭矩传感器130提供动作电力。另外，扭矩传感器130通过使频率与从控制电路150提供的交流电流频率不同的脉冲信号流入通信线圈131，来经由通信线圈132向控制电路150发送测量值。由此，控制电路150能够以非接触方式对扭矩传感器130提供电力，另外能够以非接触方式接收扭矩传感器130的测量值。
[0179]也就是说，在该变形例中，在输出轴126上设置有受电部(通信线圈131、141)，该受电部用于以非接触方式从固定于主体102的供电部(通信线圈132、142)接收扭矩传感器130和加速度传感器140的动作电力。另外，在输出轴126上设置有通信部(通信线圈131、141)，该通信部用于将扭矩传感器130和加速度传感器140的测量值输出到收纳于主体102的扭矩运算部160。供电部和通信部中的至少一方在冲击机构120没有对输出轴126间歇性地施加冲击力的期间进行动作。在冲击机构120没有施加冲击力的期间，由电动机110产生的电磁噪声比较小。因此，通过使供电部和通信部在该期间进行动作，不易于发生由电磁噪声引起的误动作。
[0180]此外，也可以代替图15Α的结构，以非接触方式仅对扭矩传感器130和加速度传感器140中的任一方进行供电，或者仅扭矩传感器130和加速度传感器140中的任一方以非接触方式输出测量信号。
[0181]另外，如图15Β所示，为了将安装于输出轴126的扭矩传感器130和加速度传感器140与收纳在主体102内的控制电路150电连接，也可以设置集电环128。集电环128具备:环状的电路128a，其沿着与输出轴126同心的圆周面整周地形成；以及刷128b，其固定地配置于主体102，与电路128a弹性地接触。刷128b经由电线与控制电路150电连接。在该结构中，扭矩传感器130和加速度传感器140经由集电环128与控制电路150电连接。S卩，从控制电路150经由集电环128对扭矩传感器130和加速度传感器140提供动作电力。另外，扭矩传感器130和加速度传感器140的测量信号经由集电环128被提供给控制电路150的扭矩运算部160。在该结构中，即使在电磁噪声多的环境中也能够将扭矩传感器130和加速度传感器140的测量信号传递至控制电路150。此外，在经由集电环128进行电力提供和测量信号的接收和发送的情况下，为了防止由电磁噪声导致的误动作，也优选在冲击机构120没有对输出轴126施加冲击力的期间进行供电和测量信号的发送和接收。
[0182]在第二实施方式中，扭矩运算部160的全部或者一部分例如可以使用MEMS (MicroElectro Mechanical Systems:微电子机械系统)技术与第一测量部(扭矩传感器130)、第二测量部(加速度传感器140)或者二者一体地设置。在该情况下，扭矩运算部160的全部或者一部分被一体化而得到的测量部(第一测量部、第二测量部或者二者)可以安装于输出轴126 (例如在输出轴126上安装于通信线圈或者集电环的附近)。
[0183]或者，扭矩运算部160的全部或者一部例如也可以使用MEMS技术小型化，与第一测量部和第二测量部并列设置安装于输出轴126(例如在输出轴126上安装于通信线圈或者集电环的附近)。
[0184]如图16A所示，也可以将具备扭矩传感器130、加速度传感器140以及控制电路182的配件180装卸自如地安装于冲击式旋转工具101。配件180的控制电路182测量紧固扭矩，将紧固扭矩的测量值或者基于紧固扭矩的测量值的控制信号输出到冲击式旋转工具 101。
[0185]如图17所示，控制电路182包括上述第二实施方式中的扭矩运算部160和停止判断部166。在图17的结构中，控制电路150除了扭矩运算部160和停止判断部166设置在控制电路182中这一点以外，与在上述第二实施方式中说明的控制电路150相同。下面，对与第二实施方式相同的构成要素附加相同的附图标记，并省略其说明。
[0186]如图16A所示，配件180具备作为装卸自如地安装于冲击式旋转工具101的主体的壳体的外壳181。
[0187]外壳181旋转自如地支承安装有加速度传感器140和扭矩传感器130的输出轴129。输出轴129的两端向外壳181的外侧突出。输出轴129的后端连结于与砧座123 —体地设置的输出轴126的前端。输出轴129的前端设置有四棱柱部129a。在该四棱柱部129a上安装用于进行紧固部件200的紧固作业的工具100。此外，如图16B所示，也可以在输出轴129的前端设置六角孔12%来代替四棱柱部129a。在该情况下，通过将设置于工具100的六棱柱状的轴部10a插入到输出轴129的六角孔129b，来将工具100安装于输出轴129。此外，与第二实施方式同样地，使用通信线圈(未图示)进行向安装于输出轴129的加速度传感器140和扭矩传感器130的供电和通信，但也可以使用集电环进行供电和通信。
[0188]外壳181被安装成经由支承棒等固定部件183固定于主体102的前侧以避免外壳181相对于主体102进行旋转。
[0189]当紧固扭矩T2达到目标扭矩TO时，控制电路182输出停止信号。控制电路182利用电线175与收纳于主体102的控制电路150电连接。由此，控制电路150与控制电路182之间经由电线175发送和接收信号。另外，从控制电路150经由电线175对控制电路182提供动作电力。
[0190]冲击式旋转工具101的配件180例如实现为装卸自如地安装于冲击式旋转工具101的主体102的前端配件。具备这种配件180的冲击式旋转工具101的动作与上述第二实施方式相同，因此省略详细的说明。
[0191]通过使用配件180，能够对不具有测量施加于输出轴的扭矩的测量功能、测量输出轴的加速度或者角速度的测量功能的冲击式旋转工具追加扭矩测量功能。另外，扭矩传感器130和加速度传感器140收纳于外壳181，因此能够容易地进行更换或者追加扭矩传感器130和加速度传感器140的作业。
【权利要求】
1.一种冲击式旋转工具，其特征在于，具备: 驱动源； 冲击力产生部，其产生用于将上述驱动源的动力转换为脉冲状的扭矩的冲击力； 轴部，其向用于进行紧固作业的工具传递上述脉冲状的扭矩； 扭矩测量部，其将对上述轴部施加的扭矩作为测量扭矩来进行测量； 旋转角测量部，其测量上述轴部的旋转角； 紧固扭矩计算部，其根据上述旋转角计算角加速度，基于上述角加速度和上述测量扭矩来计算紧固扭矩；以及 控制部，其基于上述紧固扭矩来控制上述驱动源。
2.根据权利要求1所述的冲击式旋转工具，其特征在于， 当将上述紧固扭矩设为T、将上述测量扭矩设为Ts、将上述轴部的惯性矩设为1、将上述角加速度设为α时，上述紧固扭矩计算部构成为按照下式来计算上述紧固扭矩， T = TsXA-1X a XB+C 其中，A、B、C为校正系数。
3.根据权利要求1或2所述的冲击式旋转工具，其特征在于， 上述紧固扭矩计算部构成为计算由上述旋转角测量部测量出的上述旋转角的近似曲线，通过进行上述近似曲线的二次微分来计算上述角加速度。
4.根据权利要求3所述的冲击式旋转工具，其特征在于， 上述紧固扭矩计算部构成为计算上述旋转角的二次近似曲线，通过进行上述二次近似曲线的二次微分来计算上述角加速度。
5.根据权利要求1或2所述的冲击式旋转工具，其特征在于， 上述紧固扭矩计算部计算规定期间内的上述测量扭矩的平均值，并且计算上述规定期间内的上述角加速度的平均值。
6.根据权利要求1或2所述的冲击式旋转工具，其特征在于， 上述紧固扭矩计算部计算各冲击力产生时的同第一时间点与第二时间点之间的差对应的紧固期间，上述第一时间点是通过本次的冲击力而增加的上述旋转角与在前一次的冲击力的产生期间中得到的最大旋转角度相同时，上述第二时间点是通过本次的冲击力而增加的上述旋转角成为在本次的冲击力的产生期间中得到的最大旋转角度时， 上述紧固扭矩计算部构成为基于包括上述紧固期间的至少一部分的期间来计算上述旋转角的近似曲线。
7.根据权利要求1或2所述的冲击式旋转工具，其特征在于， 由上述扭矩测量部测量的测量扭矩是规定期间内的峰值。
8.—种冲击式旋转工具用配件，能够安装于冲击式旋转工具，该配件的特征在于，具备: 扭矩测量部，其将对上述冲击式旋转工具中的轴部施加的扭矩作为测量扭矩来进行测量; 旋转角测量部，其测量上述轴部的旋转角；以及 紧固扭矩计算部，其根据上述旋转角计算角加速度，基于上述角加速度和上述测量扭矩来计算紧固扭矩。
9.一种冲击式旋转工具，其特征在于，具备: 驱动源； 冲击力产生部，其产生用于将上述驱动源的动力转换为脉冲状的扭矩的冲击力； 轴部，其向用于进行紧固作业的工具传递上述脉冲状的扭矩； 第一测量部，其将对上述轴部施加的扭矩作为测量扭矩来进行测量； 第二测量部，其测量上述轴部的周向的加速度和上述轴部的角速度中的至少一方；扭矩运算部，其基于由上述第一测量部测量出的上述测量扭矩以及使用上述第二测量部的测量值求出的上述轴部和上述工具的惯性扭矩，来求出紧固扭矩；以及控制部，其基于上述紧固扭矩来控制上述驱动源。
10.根据权利要求9所述的冲击式旋转工具，其特征在于， 当将上述紧固扭矩设为T2、将由上述第一测量部测量出的上述测量扭矩设为Tl、将根据上述第二测量部的测量值得到的上述轴部的角加速度设为al、将上述轴部中与安装有上述第二测量部的部位相比靠前端侧的部位和上述工具的惯性矩设为Il时，上述扭矩运算部构成为按照下式计算上述紧固扭矩， T2 = TlXA-1lXalXB+C 其中，A、B、C是校正系数。
11.根据权利要求9或10所述的冲击式旋转工具，其特征在于， 上述扭矩运算部针对由上述第一测量部测量出的上述测量扭矩和根据上述第二测量部的测量值得到的上述轴部的角加速度中的任一方或者双方，使用规定期间的平均值。
12.根据权利要求9或10所述的冲击式旋转工具，其特征在于， 上述第二测量部构成为安装于上述轴部的外周部，测量上述轴部的周向的加速度，上述扭矩运算部构成为通过用上述轴部的周向的加速度除以从上述轴部的中心位置到上述第二测量部的安装位置的距离，来求出上述轴部的角加速度， 上述扭矩运算部将 (i)上述驱动源的旋转停止方向上的上述角加速度的最大值； (?)在上述旋转停止方向上上述角加速度为最大时的规定时间前或者规定时间后的上述角加速度；或者 (iii)包括在上述旋转停止方向上上述角加速度为最大的时刻的规定期间内的上述角加速度的平均值， 使用于上述紧固扭矩的运算。
13.根据权利要求9或10所述的冲击式旋转工具，其特征在于， 上述第二测量部构成为安装于上述轴部的外周部，测量上述轴部的周向的加速度和径向的加速度， 上述扭矩运算部构成为通过用上述轴部的周向的加速度除以从上述轴部的中心位置到上述第二测量部的安装位置的距离，来求出上述轴部的角加速度， 上述扭矩运算部将 (i)上述轴部的径向的加速度为零的停止时刻的规定时间前的上述角加速度；或者 (?)上述停止时刻前的规定期间内的上述角加速度的平均值， 使用于上述紧固扭矩的运算。
14.根据权利要求9或10所述的冲击式旋转工具，其特征在于， 上述第二测量部构成为安装于上述轴部的外周部，测量上述轴部的角速度， 上述扭矩运算部构成为根据直到上述角速度为零的停止时刻的规定时间前为止的固定期间内的上述角速度的微分值或者平均变化率来求出上述轴部的角加速度。
15.根据权利要求9或10所述的冲击式旋转工具，其特征在于，还具备: 主体，其收纳上述冲击力产生部和上述扭矩运算部； 供电部，其固定于上述主体；以及 受电部，其设置于上述轴部，用于以非接触方式从上述供电部接收上述第一测量部和上述第二测量部的动作电力， 其中，上述受电部还作为通信部发挥功能，该通信部用于以非接触方式向上述扭矩运算部发送上述第一测量部的测量值和上述第二测量部的测量值， 上述冲击力产生部构成为对上述轴部间歇性地施加上述脉冲状的扭矩， 上述供电部和上述通信部中的至少一方构成为在上述冲击力产生部没有对上述轴部施加冲击力的期间进行动作。
16.根据权利要求9或10所述的冲击式旋转工具，其特征在于，还具备: 主体，其收纳上述冲击力产生部和上述扭矩运算部；以及 壳体，其收纳上述第一测量部和上述第二测量部，且装卸自如地安装于上述主体，上述第一测量部的测量值和上述第二测量部的测量值被输出到收纳于上述主体的上述扭矩运算部。
17.—种冲击式旋转工具用配件，能够安装于冲击式旋转工具，该配件的特征在于，具备: 第一测量部，其将对上述冲击式旋转工具中的轴部施加的扭矩作为测量扭矩来进行测量; 第二测量部，其测量上述轴部的周向的加速度和上述轴部的角速度中的至少一方；以及 扭矩运算部，其基于由上述第一测量部测量出的上述测量扭矩以及使用上述第二测量部的测量值求出的上述轴部和安装于上述冲击式旋转工具的前端工具的惯性扭矩来求出紧固扭矩， 其中，上述扭矩运算部构成为输出上述紧固扭矩的计算值和基于上述紧固扭矩的计算值的驱动源的控制信号中的至少一方。
【文档编号】B25B21/00GK104290067SQ201410338861
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2013年7月19日
【发明者】关野文昭, 稻垣贤一郎, 大桥敏治, 有村直, 大谷隆儿, 水野光政 申请人:松下电器产业株式会社