JP3110344U - Electric spanner - Google Patents
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Abstract
【課題】 出力トルクを自分で任意に設定可能であり、かつ出力トルクが設定値に到達した時にモータへの通電をオフするトルク出力制御可能な電動スパナであって、安定的に出力トルクを得ることのできる電動スパナを提供する。
【解決手段】モータと、クラッチ装置を設けたメインフレームと、電子ブレーキ装置とを有する電動スパナであって、前記電子ブレーキ装置は、トルク目標値の設定手段と、出力トルクの測定手段と、該出力トルクが前記目標値に到達するときに前記モータへの電源をオフにするトルク制御手段とを備え、かつ、前記モータは起動電流と停止電流が相違することを特徴とする、トルク出力制御可能な電動スパナ。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an output torque stably, wherein an output torque can be arbitrarily set by the user and the torque output can be controlled to turn off energization to a motor when the output torque reaches a set value. An electric spanner that can be used is provided.
An electric spanner having a motor, a main frame provided with a clutch device, and an electronic brake device, the electronic brake device comprising: torque target value setting means; output torque measuring means; A torque control means for turning off the power supply to the motor when the output torque reaches the target value, and the motor has a starting current and a stopping current different from each other, and torque output control is possible Electric spanner.
[Selection] Figure 1
Description
本考案はトルク出力制御が可能な電動スパナに関し、特に出力トルクが設定値に到達するとモータへの電源がオフとなる電動スパナに関する。 The present invention relates to an electric spanner capable of controlling torque output, and more particularly to an electric spanner that turns off power to a motor when output torque reaches a set value.
従来のスパナ(手動または電動のスパナ、インパクトレンチ、トルクレンチなどを総称して、「スパナ」という。)を用いてボルトの締め付けや緩め作業を行う場合、例えば自動車保全工場などでは空気圧を利用した大型スパナを用いることが多い。一方、携帯に便利な小型のものについては、特に米国のように各州の間の距離が極めて長く長距離運転をする人が多い国では、自動車に電動スパナを載せておくことは一般的といえる。 When tightening or loosening bolts using conventional spanners (generally referred to as manual or electric spanners, impact wrench, torque wrench, etc., and "spanner"), for example, automobile maintenance factories used air pressure. A large spanner is often used. On the other hand, it is common to place an electric spanner on a car, especially in countries where the distance between states is very long and there are many people who drive long distances, especially in the United States. .
主としてタイヤのボルトを締結するために用いられる従来の小型の電動スパナの代表的な構造を図5に断面図にて示す。中空な台座1の内部にモータ11が設けられ、モータ11の先端には伝達歯車111が嵌合している。メインフレーム12の一端には、伝達歯車111と噛み合う受動歯車121が嵌合する。モータ11が回転すると、受動歯車121が駆動され、回転数を減じつつメインフレーム12の他端にある出力軸13にトルクを伝達する。出力軸13の先端には嵌合端131が形成され、嵌合端131は、図示しないボルトまたはナットを嵌合してこれを回転させる。これによりボルト/ナットの組み合わせを締めたり緩めたりする。
A typical structure of a conventional small electric spanner used mainly for fastening a tire bolt is shown in a sectional view in FIG. A motor 11 is provided inside the hollow base 1, and a
また、メインフレーム12内にはクラッチ装置14が設けられ、モータ11の連続出力を間欠出力に変換する。また、電源がスイッチ15にて制御され、モータ11を正逆に回転させることができるものも一般的である。
A
しかし、上記した従来型の電動スパナでは、ボルトやナットを緩めたり締めたりする際に出力トルクを設定することができないので、作業者が経験や聴覚によって出力トルクを判別することになる。作業者の感覚に左右されるかかる方法では誤差が極めて大きく、ボルトの締付トルクが不適切となり易い。 However, in the above-described conventional electric spanner, the output torque cannot be set when the bolts or nuts are loosened or tightened, so the operator determines the output torque based on experience or hearing. In such a method that depends on the operator's sense, the error is extremely large, and the bolt tightening torque tends to be inappropriate.
かかる課題に対し、特にエアモーターを用いた大型のインパクトレンチについてはトルク制御をする装置が例えば先行文献1(特許文献1:特開平6−15579号公報)など各種提案されている。一方、持ち運び可能な小型のインパクトレンチについても例えば先行文献2(特許文献2:特開平7−116968号公報)にはアンビルとハンマーの衝撃的な係合時間を検出する手段を備えることにより出力トルクを演算し、制御することのできるインパクトレンチに関する発明が記載されている。 In response to such a problem, various types of devices that perform torque control have been proposed, for example, for a large impact wrench using an air motor, for example, Prior Document 1 (Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 6-15579). On the other hand, for a small impact wrench that can be carried, for example, the prior art document 2 (Patent Document 2: Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-116968) includes a means for detecting the impact engagement time between the anvil and the hammer, thereby providing an output torque. An invention relating to an impact wrench capable of calculating and controlling the above is described.
しかし、電動スパナを用いたボルト締結作業の効率化は更なる改善が求められており、作業者が使いやすく、かつ安定的に動作する技術の開発が求められていた。 However, further improvement in the efficiency of bolt fastening work using an electric spanner has been demanded, and the development of a technique that is easy for the operator to use and operates stably has been demanded.
そこで本考案は、出力トルクを作業者が任意に設定可能であり、かつ出力トルクが設定値に到達した時にモータへの通電をオフするトルク出力制御可能な電動スパナであって、安定的に出力トルクを得ることのできる電動スパナを提供することを主たる目的とする。また更に、出力トルクの設定や、ボルトの締結作業を容易に行える電動スパナや、同様の機構を有する電動ドライバーまたは電動ドリルもあわせて提供することを本考案の副次的な目的とする。 Therefore, the present invention is an electric spanner in which the output torque can be arbitrarily set by the operator, and when the output torque reaches the set value, the torque output can be controlled to turn off the power to the motor. The main object is to provide an electric spanner capable of obtaining torque. Furthermore, it is a secondary object of the present invention to provide an electric spanner that can easily set an output torque and a bolt fastening operation, and an electric screwdriver or electric drill having a similar mechanism.
そこで上記課題を解決するため本考案者は鋭意検討の末、トルク目標値を設定する手段と、出力トルクを測定し、トルク目標値との比較によるフィードバック制御を行うとともに、モータの起動(駆動)電流と停止電流を相違させ、特に起動電流を停止電流よりも大きくすることによって電圧変動による不安定動作を回避し、安定したトルク出力を得られるようになるとの知見に基づき、本考案の完成に到った。 Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has intensively studied, a means for setting a torque target value, an output torque is measured, feedback control is performed by comparison with the torque target value, and the motor is started (driven). Based on the knowledge that a stable torque output can be obtained by making the starting current different from the stopping current, especially by making the starting current larger than the stopping current to avoid unstable operation due to voltage fluctuations, the present invention has been completed. Arrived.
すなわち以下の考案によれば、上記の各課題を解決することが可能である。
(1)モータと、クラッチ装置を設けたメインフレームと、電子ブレーキ装置とを有する電動スパナであって、
前記電子ブレーキ装置は、トルク目標値の設定手段と、出力トルクの測定手段と、該出力トルクが前記目標値に到達するときに前記モータへの電源をオフにするトルク制御手段とを備え、かつ、
前記モータは起動電流が停止電流より大きいことを特徴とする、トルク出力制御可能な電動スパナ。
That is, according to the following device, each of the above problems can be solved.
(1) An electric spanner having a motor, a main frame provided with a clutch device, and an electronic brake device,
The electronic brake device comprises torque target value setting means, output torque measurement means, and torque control means for turning off the power to the motor when the output torque reaches the target value, and ,
An electric spanner capable of controlling torque output, wherein the motor has a starting current larger than a stopping current.
また、出力トルクを制御する電子ブレーキ装置にディスプレーパネルを電気的に接続し、トルク目標値と出力トルクを電動工具の筐体外部にて表示させることにより、電動スパナおよびこれと類似する電動工具について、大型化を伴うことなく、作業者が作業中に視線を大きく移動させずにそれぞれのトルク値を目視することができ、ボルトの締結作業の容易化に資するとの知見に基づき、以下の各関連考案の完成にもあわせて想到した。
(2)前記トルク目標値の設定手段が、前記トルク目標値または前記出力トルクを表示するディスプレーと、前記目標値を任意に設定するための操作ボタンとを備える(1)記載の電動スパナ。
(3)(1)または(2)に記載のモータおよび電子ブレーキ装置を備える電動ドライバーまたは電動ドリル。
In addition, by electrically connecting the display panel to the electronic brake device that controls the output torque and displaying the torque target value and the output torque outside the housing of the electric tool, the electric spanner and similar electric tools Based on the knowledge that, without increasing the size, the operator can visually check each torque value without moving the line of sight greatly during the work, and contributes to facilitating the bolt fastening work. I came up with the completion of related devices.
(2) The electric spanner according to (1), wherein the torque target value setting means includes a display for displaying the torque target value or the output torque, and an operation button for arbitrarily setting the target value.
(3) An electric screwdriver or electric drill provided with the motor and electronic brake device according to (1) or (2).
本考案にかかる電動スパナによれば、トルク目標値を設定し、検出した出力トルクとの差異を演算することでモータのフィードバック制御を行う。また、モータの連続出力がクラッチ装置により間欠出力に変換され、出力トルクが所定の目標値を満足した場合すみやかに電子ブレーキ装置によるモータ電源のオフが行われることから、作業者の経験や感覚に頼らずに目標の締付トルクを得ることができる。また、かかるトルク目標値を得るためにはモータの駆動と停止を素早く安定して繰り返す必要があるところ、本考案ではモータの起動電流と回転停止電流を異なるものとしているため、モータの誤動作を防ぎ、安定的な駆動と停止の制御を可能としている。 According to the electric spanner according to the present invention, the torque target value is set, and the feedback control of the motor is performed by calculating the difference from the detected output torque. In addition, since the motor's continuous output is converted to intermittent output by the clutch device, and the motor power is turned off by the electronic brake device as soon as the output torque satisfies the predetermined target value, the experience and feeling of the operator is reduced. The target tightening torque can be obtained without reliance. In addition, in order to obtain such torque target value, it is necessary to repeat driving and stopping of the motor quickly and stably. In the present invention, since the motor starting current and the rotation stopping current are different, the malfunction of the motor is prevented. It enables stable drive and stop control.
また、トルク目標値を設定するに際し、本考案にかかる電動スパナは外部にディスプレー装置と操作ボタンを備えるため、他の入出力手段なしにトルク目標値を任意に設定したり、作業中の出力トルクを時刻歴的に作業者が確認したりすることができる。 In addition, when setting the torque target value, the electric spanner according to the present invention has an external display device and operation buttons, so that the torque target value can be arbitrarily set without any other input / output means, or the output torque during work can be set. The operator can confirm the time history.
さらに、本考案で用いるモータと電子ブレーキ装置は、目標トルクの設定と出力トルクの監視および制御を可能とするものであるため、搭載する対象は電動スパナに限られるものではない。本考案にかかる電動スパナと類似する技術であり、かつ主たる構成要素である上記モータおよび電子ブレーキを共通して備える電動工具として、例えば電動ドライバーや電動ドリルをあわせて提供することができる。 Furthermore, since the motor and the electronic brake device used in the present invention enable the setting of the target torque and the monitoring and control of the output torque, the mounting target is not limited to the electric spanner. For example, an electric screwdriver or an electric drill can be provided as a power tool that is similar to the electric spanner according to the present invention and includes the motor and the electronic brake, which are main components.
以下、本考案の実施の形態について図面を用いて具体的に説明する。ただし本考案は以下の実施の形態および後述する実施例に限られるものではない。図1は本考案にかかる電動スパナの断面図である。2は台座、3は電子ブレーキ装置、21はモータ、22はメインフレーム、23は出力軸、24はクラッチ装置、25はスイッチ、26は制御器インタフェース、211は伝達歯車、221は受動歯車、231は嵌合端を表わす。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments and examples described later. FIG. 1 is a cross-sectional view of an electric spanner according to the present invention. 2 is a base, 3 is an electronic brake device, 21 is a motor, 22 is a main frame, 23 is an output shaft, 24 is a clutch device, 25 is a switch, 26 is a controller interface, 211 is a transmission gear, 221 is a passive gear, 231 Represents a mating end.
本考案にかかる電動スパナは、筐体として中空な台座2を有する。台座2にはモータ21が固設され、またモータ21の回転軸には伝達歯車211が嵌合している。モータ21が回転すると受動歯車221が駆動され、メインフレーム22およびクラッチ装置24を介して出力軸23にトルクを伝達する。出力軸23の先端には嵌合端231が設けられ、図示しないボルト頭などを嵌合する。
The electric spanner according to the present invention has a
本考案に特徴的な電子ブレーキ装置3は、制御器インタフェース26およびスイッチ25が電気的に接続している。電動スパナに通電すると、まず出力トルクを設定することが可能となる。出力トルクの設定の有無に関わらず、この状態からスイッチ25を押すとモータ21が回転し、メインフレーム22の動力が嵌合端231に伝えられることとなる。メインフレーム22は例えば衝撃機構であり、具体的にはアンビル、ハンマー、カムなどからなる衝撃回転式のインパクトレンチを構成する部品からなることが一般的である。クラッチ装置24は、モータ21の連続的な回転を適宜間欠出力に変換するための装置である。また、後述のように出力トルクの目標値を設定したうえでモータ21を駆動させた結果、出力トルクが該目標設定値に到達したと測定されたときには、電子ブレーキ装置3はモータ21への通電をオフにする機能を持つ。
In the electronic brake device 3 characteristic of the present invention, the
本考案における出力トルクの設定方式は、ディスプレーと操作ボタンからなり、簡便かつ作業者が表示を視認しやすい構造であれば特に限定されない。具体例を図2に示す。4はパネル、41はディスプレー、411および412は上下ボタンである。電子ブレーキ装置3には該パネル4が電気的に接続されており、モータ出力トルクの目標値を設定する作業を行うとともにその値を表示させる機能を持つ。さらに、モータ駆動中の出力トルクの測定値もあわせて表示することで作業者は締結作業の終了が近いことを知ることができる。
The setting method of the output torque in the present invention is not particularly limited as long as it is composed of a display and operation buttons and is simple and easy for the operator to visually recognize the display. A specific example is shown in FIG. 4 is a panel, 41 is a display, and 411 and 412 are up and down buttons. The
パネル4は、例えば液晶ディスプレー41と上下ボタン411,412からなる操作ボタンを備える。ただし操作ボタンの数、形状、配置は特に限定されるものではなく、例えば電源ボタン、リセットボタン、目標値記憶ボタン、表示切替ボタンなどを設けることも好適である。電動スパナに通電し、パネル4に電力が供給されると、上下ボタン411,412によって出力トルクの設定をすることができるようになる。また、設定された目標トルクは電子ブレーキ装置3に記憶され、出力トルクが該目標トルクに到達すると、モータ21への通電はオフにされる。
The
電子ブレーキ装置3の機能について、図3のシステムブロック図を用いて具体的に説明する。電子ブレーキ装置3は、マイクロ制御器30、入力ユニット31、出力ユニット32およびトルク測定ユニット33を有する。また、モータ21、メインフレーム22、制御器インタフェース26および電源ユニット34が接続している。
The function of the electronic brake device 3 will be specifically described with reference to the system block diagram of FIG. The electronic brake device 3 includes a microcontroller 30, an input unit 31, an output unit 32, and a
電源34をオンにすると、モータ21およびマイクロ制御器30に電流が流れる。入力ユニット31は出力トルクの目標値を設定するものであり、出力ユニット32は例えば液晶ディスプレー41によってかかる目標値を表示させる。トルク測定ユニット33は、メインフレーム22の出力状態を監視し、目標値からの乖離量に基づくフィードバック信号をマイクロ制御器30に入力する。出力トルクの測定には従来から精度の高い複数の方法が提案されており、例えば前記先行文献1または2に記載の方法などを用いてもよい。
When the power supply 34 is turned on, a current flows through the
マイクロ制御器30は本考案にかかる電動スパナの中央処理装置(CPU)であり、トルク測定ユニット33で測定して入力された信号を演算し、モータ21の出力を制御するための信号を制御器インタフェース26に送る。制御器インタフェース26は、マイクロ制御器30と接続し、モータ21などの高負荷の部材を駆動するための電子制御回路である。モータ21は制御器インタフェース26に駆動され、メインフレーム22に動力を提供する。メインフレーム22はクラッチ装置24によってモータの連続出力を間欠出力に変換しつつ出力軸23を回転させる。
The microcontroller 30 is a central processing unit (CPU) of the electric spanner according to the present invention, calculates a signal measured and input by the
本考案にかかる電動スパナの実施例について、各ユニットの機能および動作原理を更に詳細に説明する。図4は、本実施例の制御回路図である。 Regarding the embodiment of the electric spanner according to the present invention, the function and operation principle of each unit will be described in more detail. FIG. 4 is a control circuit diagram of this embodiment.
R3から入力された電気信号は増幅器にて増幅され、整流器にて整流された後、TTLの標準電位として入力ユニット31を経由してマイクロ制御器30に入力される。制御器インタフェース26はMOSFETなどからなる制御回路である。制御器インタフェース26はマイクロ制御器30にインタフェースし、モータなどの高負荷部材を駆動する。入力ユニット31はマン/マシンインタフェースであり、トルクの入力値を決定する。出力ユニット32は数字用液晶ディスプレー41とデコーダICを備え、マイクロ制御器30から送られるデータをデコードして液晶ディスプレー41に表示し、設定トルク値および実際トルク値を示す。
The electric signal input from R3 is amplified by an amplifier, rectified by a rectifier, and then input to the microcontroller 30 via the input unit 31 as a TTL standard potential. The
マイクロ制御器30はマイクロチップなどからなるCPUである。マイクロ制御器30の制御方式は特に限定されないが、インディレクト・トランスミッション機構の制御用の専用アルゴリズムによるソフトウェアをフラッシュメモリに記憶させ、本考案にかかる電動スパナ全体の動作を精確に制御する方式が好適である。電源ユニット34は、例えばモータ21に直流12V、マイクロ制御器30に直流5V、などの配分にて電力を供給する。
The microcontroller 30 is a CPU composed of a microchip or the like. Although the control method of the microcontroller 30 is not particularly limited, a method of accurately controlling the operation of the entire electric spanner according to the present invention by storing software based on a dedicated algorithm for controlling the indirect transmission mechanism in a flash memory is preferable. It is. The power supply unit 34 supplies electric power, for example, with a distribution of 12 V DC to the
本考案に用いる電子ブレーキ装置3はマイクロ制御器30をCPUとし、電源ユニット34と電気的に接続すると、入力ユニット31から使用者のコマンド(トルク目標値)を受け取る。次にスイッチ25をオンにすると、出力トルク測定ユニット33によって出力トルク値のフィードバック信号をマイクロ制御器30に転送して演算を行う。出力ユニット32に伝送された出力信号は、制御器インタフェース26によりモータ21などを駆動させるとともに、出力トルクをディスプレー41で表示する。これにより作業者がボルトやナットの締結状態を知ることができ、出力トルクが設定値に到達すると、モータ21への通電が遮断される。
The electronic brake device 3 used in the present invention uses the microcontroller 30 as a CPU and receives a user command (torque target value) from the input unit 31 when electrically connected to the power supply unit 34. Next, when the
また、本考案の電子ブレーキ装置3は、モータ起動(駆動)電流と回転停止電流が異なるものであることを特徴とする。具体的には、起動電流は停止電流の2倍以上が好ましく、4倍以上が更に好ましい。これにより、電圧変動によってかかる起動電流または停止電流程度にまで供給電流が低下した場合もモータの不安定動作を回避し、安定的な駆動力を得ることができる。更には、過電圧保護および過電流保護の機能を有するほか、入力電圧によって出力トルク値を自動的に調節できることが望ましい。 The electronic brake device 3 of the present invention is characterized in that the motor start (drive) current and the rotation stop current are different. Specifically, the starting current is preferably 2 times or more of the stopping current, more preferably 4 times or more. As a result, even when the supply current is reduced to about the start current or the stop current due to the voltage fluctuation, the unstable operation of the motor can be avoided and a stable driving force can be obtained. Furthermore, it is desirable to have functions of overvoltage protection and overcurrent protection and to be able to automatically adjust the output torque value according to the input voltage.
本発明の別の実施例として、上記の電子ブレーキ装置3およびモータ21を備える電動ドライバーおよび電動ドリルを挙げる。すなわち、これらは電動スパナと同様に出力軸を回転駆動させる方式の電動工具であって類似する技術に基づき、主たる構成要素である電子ブレーキとモータを有し出力トルクの制御が可能である。具体的には、図1において嵌合端231をプラスまたはマイナスのドライバーとすれば電動ドライバーが、ドリル刃とすれば電動ドリルが、それぞれ得られる。これらは嵌合端231のみ、または出力軸23と嵌合端231を交換することで実現できるため、交換可能なアタッチメントとして提供することも好適である。
As another embodiment of the present invention, an electric screwdriver and an electric drill including the electronic brake device 3 and the
本考案にかかる電動スパナは、そのトルクコントロールと安定的な回転駆動、簡便な出力値の設定が可能であるため、ボルトナットの締結のみならず、実施例2にても示したように希望トルクによる軸回転動作を要する様々な電動工具への応用が可能である。 The electric spanner according to the present invention is capable of torque control, stable rotation drive, and simple output value setting, so that not only the bolt and nut are fastened but also the desired torque as shown in the second embodiment. It is possible to apply to various power tools that require shaft rotation operation.
1,2 台座
11,21 モータ
111,211 伝達歯車
12,22 メインフレーム
121,221 受動歯車
13,23 出力軸
131,231 嵌合端
14,24 クラッチ装置
15,25 スイッチ
26 制御器インタフェース
3 電子ブレーキ装置
30 マイクロ制御器
31 入力ユニット
32 出力ユニット
33 トルク測定ユニット
34 電源ユニット
4 パネル
41 ディスプレー
411 上ボタン
412 下ボタン
1, 2
Claims (3)
前記電子ブレーキ装置は、トルク目標値の設定手段と、出力トルクの測定手段と、該出力トルクが前記目標値に到達すると前記モータへの電源をオフにするトルク制御手段とを備え、かつ、
前記モータは起動電流が停止電流より大きいことを特徴とする、トルク出力制御可能な電動スパナ。 An electric spanner having a motor, a main frame provided with a clutch device, and an electronic brake device,
The electronic brake device includes a torque target value setting means, an output torque measuring means, and a torque control means for turning off the power to the motor when the output torque reaches the target value, and
An electric spanner capable of controlling torque output, wherein the motor has a starting current larger than a stopping current.
An electric screwdriver or electric drill provided with the motor and electronic brake device according to claim 1 or 2.
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