JP2004074311A

JP2004074311A - 電動ネジ締め機

Info

Publication number: JP2004074311A
Application number: JP2002234743A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Yuasa; 湯浅　祐一
Original assignee: Ryobi Ltd
Current assignee: Ryobi Ltd
Priority date: 2002-08-12
Filing date: 2002-08-12
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】本願は、電動ネジ締め機を使用する際に、ネジの位置決めから締め付けまでの一連のネジ締め作業を効率よく実施できるようにすることを目的とする。
【解決手段】本発明による電動ネジ締め機は、回転部材と、スイッチ部材と、前記回転部材に与えられる駆動電力を制御する電力制御部と、前記電力制御部を制御する制御部を備える電動ネジ締め機であって、前記制御部は前記電力制御部の電力を一定値に保つ手段と、前記電力制御部の電力を可変値とすることができる手段を有することを特徴とする。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テレビ、ステレオ、コンピュータ、カメラなどの小型精密機器や建設部材をはじめとする、組み立て作業で使用する電動ネジ締め機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動ネジ締め機として、例えば、下記の先行技術に開示されたものがある。
（１）実願昭５８−１００５５９号：スタートスイッチ投入時からビットの回転数が無段階に徐々に上昇し、一定速度まで自動的に変化する電動ドライバを開示する。
（２）実開平５−６７４７２号：ドライバ・ビットの回転速度及びネジのすりわりへのドライバ・ビットの先端合わせ時間を、事前に設定できる電動ドライバを開示する。
【０００３】
上記（１）は、図４における実線で示すソフトスタート方式に、上記（２）は図４における点線で示す速度切替方式に概ね対応し、特徴をあらわす。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術である、実願昭５８−１００５５９号にて開示された技術はいわゆるソフトスタート方式で、ネジを締めるモータの低速領域がソフトスタート動作の一通過点でしかなく、ネジのすりわりとビットとの位置決め完了前にモータの回転数が上がるとネジのすりわりからビットがはずれてしまい、すりわりや、ネジを締めようとしている部材側を損傷させてしまう可能性がある。また、これを回避するためにソフトスタート時間を長くとると、作業の効率の低下を招くことになる。実開平５−６７４７２号にて開示された技術はモータの回転数速度切り替え方式で、予め設定された時間の間、低速回転が維持され、その後、高速回転に切り替えられるため、予想以上に位置決め時間を要した場合、位置決めが未完了のまま高速回転に切り替わるため、ネジのすりわりからビットがはずれてしまい、すりわりや、ネジを締めようとしている部材側を損傷させてしまう可能性がある。
【０００５】
本願はこのような問題を解決するために発明されたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による電動ネジ締め機は、回転部材と、スイッチ部材と、前記回転部材に与えられる駆動電力を制御する電力制御部と、前記電力制御部を制御する制御部を備える電動ネジ締め機であって、前記制御部は前記電力制御部の電力を一定値に保つ手段と、前記電力制御部の電力を可変値とすることができる手段を有することを特徴とする。
【０００７】
また、前記制御部は、前記電力制御部の電力を時間の経過に対して自動的に可変とする手段を有することを特徴とする。
【０００８】
さらに、前記制御部は、前記電力制御部の電力を第１の電力値から第２の電力値に変更するまでの時間を可変とする手段を有することを特徴とする。
【０００９】
さらに、前記制御部は、前記スイッチ部材のスイッチ位置に応じて、前記電力制御部の電力を変化させることを特徴とする。
【００１０】
さらに、前記制御部は、前記スイッチ部材の第１のスイッチ位置において、前記電力制御部の電力を一定値に保ち、第２のスイッチ位置において、前記電力制御部の電力を時間の経過に対して自動的に可変とする手段を有することを特徴とする。
【００１１】
さらに、前記制御部は、前記回転部材に過大な負荷が印加された場合に、前記電力制御部の電力を大きくする手段を有することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
−第１の実施形態−
本実施形態では、電動ネジ締め機のスイッチを軽く引き込んだ状態で、低速回転を維持し、その間にネジのすりわりとビットとの位置決めを完了させ、その後スイッチを更に引き込むといわゆるソフトスタートを開始してネジの締め付けを完了させる。
【００１３】
以下、図１および図２を参照して、本発明による電動ネジ締め機の第１の実施形態について説明する。
【００１４】
図１は第１の実施形態を示す電気回路図である。電動ネジ締め機の回転駆動用モータ１００と、回転駆動用モータ１００に与えられる駆動電力を制御する半導体スイッチ素子２００、制御部６００およびトリガスイッチ９００から概略構成される。
【００１５】
回転駆動用モータ１００は電動ネジ締め機のビットと直結し、回転することによりネジ締めを行う動力源である。本実施形態ではＤＣモータを使用している。
【００１６】
半導体スイッチ素子２００はＦＥＴ、サイリスタ、トライアックなどの半導体素子である。ゲートＧに加えられる信号によってドレインＤ、ソースＳ間をオン状態にしたり、オフ状態にする。オン状態のときに回転駆動用モータ１００に電池Ｂの電圧が印加され、回転可能状態になる。またオフ状態の場合には、回転駆動モータ１００に電池Ｂの電圧は印加されない。
【００１７】
トリガスイッチ９００は、一点鎖線で囲まれ、第１接点９ａと第２接点９ｂが含まれる。トリガスイッチ９００を引き込まない初期状態では第１接点９ａは、接点２と接続し、第２接点９ｂは、開放状態となっている。この状態では回転駆動用モータ１００には電池Ｂの電圧が印加されないので、回転しない。トリガスイッチ９００を少し引くと、第１接点９ａは、接点１と接続し、第２接点９ｂは、開放状態を維持する。接点１は電池Ｂと接続されているので、正逆切り替えスイッチを介して回転駆動用モータに電池Ｂの電圧が供給されるため、回転駆動モータ１００が回転可能状態となる。
【００１８】
制御部６００は、実線で囲まれ、トリガスイッチ９００の引き込み度合いに応じて、半導体スイッチ素子２００のゲートＧに加える信号を選択する部分である。トリガスイッチ９００を少し引いた状態では、半導体スイッチ素子２００のゲートＧにスイッチ６を介して、一定パルス信号を与え、回転駆動モータ１００を低速一定回転に保つ。トリガスイッチ９００を更に引きこむと、半導体スイッチ素子２００のゲートＧにスイッチ３を介して、時間の経過とともに回転駆動モータ１００を早く回転させる、いわゆるソフトスタートを行うパルス信号を与えながら、あらかじめ定められた最高回転数に達する。
【００１９】
制御部６００について、詳述する。制御部６００は、フィードバック回路３００、低速回転制御回路４００、ソフトスタート回路５００、スイッチＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ４、およびＳＷ６から概ね構成される。トリガスイッチ９００の引き込み量に連動して、スイッチＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ４、およびＳＷ６が開閉し、半導体スイッチ素子２００のゲートＧに印加される信号が制御部６００内から選択される。まずトリガスイッチ９００を引き込まない状態では、第１接点９ａは接点２が接続し、回転駆動用モータ１００の回路端部Ｍ１、Ｍ２は正逆切り替えスイッチを介して第１接点９ａにて短絡しているので、回転駆動用モータ１００に電池Ｂの電圧が加わることはないので回転しない。次に、トリガスイッチ９００を少し引き込むと、第１接点９ａは接点１と接続し、回転駆動用モータ１００の回路端部Ｍ１、Ｍ２は正逆切り替えスイッチ、第１接点９ａを介して電池Ｂの電圧が加わる。また第２接点９ｂは開放状態となるため、スイッチＳＷ１は開放状態、スイッチＳＷ３は開放状態、ＳＷ４は短絡状態、スイッチＳＷ６は短絡状態となる。すると、低速回転制御回路４００で発生した一定周波数の発振信号がインバータＩＮＶ５の信号出力となり、スイッチＳＷ６を介して、半導体スイッチ素子２００のゲートＧに印加される。このゲートＧに印加された信号により、半導体スイッチ素子２００のドレインＤ、ソースＳ間は一定周期のオン、オフ状態を繰り返す。ドレインＤ、ソースＳ間がオン状態の時に回転駆動用モータ１００に電池Ｂの電圧が加わる。したがって、回転駆動用モータ１００は一定周期に基づいた、回転（低速）を維持する。
【００２０】
次に、トリガスイッチ９００を更に引き込むと、第１接点９ａは接点１が接続した状態を維持するので、回転駆動用モータ１００の回路端部Ｍ１、Ｍ２は正逆切り替えスイッチ、第１接点９ａを介して電池Ｂの電圧が加わっている。また第２接点９ｂは短絡状態となるため、スイッチＳＷ１は短絡状態、スイッチＳＷ３は短絡状態となり、接続スイッチＳＷ４は開放状態、スイッチＳＷ６は開放状態となる。この状態では、半導体スイッチ素子２００のゲートＧに加えられる信号は、スイッチＳＷ３を介した半導体ＩＣ１の出力Ｏｕｔｐｕｔになる。半導体ＩＣ１は、いわゆるソフトスタートを開始するための半導体であり、半導体スイッチ２００のゲートＧには、時間の経過とともに、ソースＳ、ドレインＤ間をオン状態にする比率の大きいパルス信号が印加され、回転駆動用のモータ１００は、徐々に回転数が上昇し、あらかじめ定められた最高回転数に達する。
【００２１】
次に、フィードバック回路３００、低速回転制御回路４００、ソフトスタート回路５００について詳述する。
【００２２】
フィードバック回路３００は、一点鎖線で囲まれ、抵抗Ｒ１、Ｒ２、可変抵抗器ＶＲ１、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２およびダイオードＤ２から構成される。抵抗Ｒ１に、半導体スイッチ素子２００のドレインＤおよびトリガスイッチ９００の正逆切り替えスイッチを介して、回転駆動用モータ１００の逆起電圧Ｖ１が印加されると、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２を介して、抵抗Ｒ２が正電圧になる。この正電圧は低速回転制御回路４００のコンデンサＣ１を充電するために供給され、半導体スイッチ素子２００のオン時間幅を増大させ、回転駆動用モータ１００により大きな電力が供給される。したがって、過負荷となって、逆起電圧Ｖ１が発生した回転駆動用モータ１００にさらに電力が供給され、トルクが大きくなり、過負荷状態が解消される。
【００２３】
低速回転制御回路４００は、一点鎖線で囲まれ、抵抗Ｒ３、Ｒ４、可変抵抗器ＶＲ２、インバータＩＮＶ５、ＩＮＶ６、ダイオードＤ３、Ｄ４およびコンデンサＣ１から構成される。フィードバック回路３００のインバータＩＮＶ２の出力電圧がグランド電圧になっている場合には、抵抗Ｒ３、Ｒ４、可変抵抗器ＶＲ２およびコンデンサＣ１によって決まる発振周波数ｆ１で発振状態となり、インバータＩＮＶ５から発振周波数ｆ１のパルスが出力される。フィードバック回路３００のインバータＩＮＶ２が正電圧になっている場合には、回転駆動用モータ１００が過負荷状態になっており、逆起電圧Ｖ１が発生しているので、インバータＩＮＶ５の出力のオン時間幅が増大する。
【００２４】
ソフトスタート回路５００は、一点鎖線で囲まれ、半導体ＩＣ１（型式：Ｕ２３５２Ｂ等）、抵抗Ｒ５、Ｒ７、可変抵抗器ＶＲ３、インバータＩＮＶ４、コンデンサＣ２〜Ｃ５、スイッチＳＷ１〜４および最高回転数設定部８００、から構成される。
【００２５】
半導体ＩＣ１は、パルス幅可変タイプの発振器である。発振周波数はコンデンサＣ４の値で決定される。ソフトスタート動作時の開始時からあらかじめ定められた最高回転数に達するまでの時間は、可変抵抗ＶＲ３とコンデンサＣ５の時定数で決定される。すなわち、図２における時間Ｔ１からＴ２に至るまでの時間は可変抵抗ＶＲ５とコンデンサＣ５の値を掛けた時定数で決定される。
【００２６】
スイッチＳＷ１およびＳＷ３はトリガスイッチ９００と連動しており、トリガスイッチ９００を深く引くとスイッチＳＷ１は短絡状態、スイッチＳＷ３は短絡状態となり、半導体ＩＣ１の出力端子Ｏｕｔｐｕｔから出力されたパルス信号が半導体スイッチ２００のゲートＧに印加され、回転駆動用モータの回転数が徐々に上がり、いわゆるソフトスタート動作を開始し、一定時間後にあらかじめ定められた最高回転数に達する。トリガスイッチ９００を引かない場合および少し引いた場合には、スイッチＳＷ１は開放状態、スイッチＳＷ３は開放状態となっているため、いわゆるソフトスタート動作は開始しない。
【００２７】
次に最高回転数設定部８００について説明する。最高回転数設定部８００は、点線で囲まれ、抵抗Ｒ６、スイッチＳＷ５、低電圧ダイオードＺＤ１、ＺＤ２およびダイオードＤ５からなる。図２における時間Ｔ２に対応する回転数Ｎ３が最高回転数となるが、この値はＳＷ５で制御することができる。本実施形態においては、ＳＷ５が接点Ｈと接続しているときは高速回転とし、ＳＷ５が接点Ｍと接続しているときは中速回転とし、ＳＷ５が接点Ｌと接続しているときは低速回転とすることができる。ＳＷ５が接点Ｈと接続しているときはＳＷ５の電圧が電池Ｂの電圧とほぼ同じになり、ＳＷ５が接点Ｍと接続しているときはＳＷ５の電圧が定電圧ダイオードＺＤ１で決まる電圧となり、ＳＷ５が接点Ｌと接続しているときはＳＷ５の電圧が定電圧ダイオードＺＤ２で決まる電圧となるので、半導体ＩＣ１のＶｃｏｎｔｒ端子電圧が変化することにより最高回転数が変化する。半導体ＩＣ１のＶｃｏｎｔｒ端子電圧が低くなるほど、最高回転数は小さくなる。
【００２８】
図２は第１の実施形態における、起動時の駆動パルスと回転駆動用モータ１００の回転数の関係を模式的に表わした図である。Ｔ０〜Ｔ１はトリガスイッチ９００を少し引いた状態を表わす。この状態においては、低速回転制御回路４００によって、一定周期のパルス信号Ｐ０が回転駆動用モータ１００に印加され、一定の回転数Ｎ１で回転駆動用モータ１００が回転する。この回転数は低速回転制御回路４００により予め小さい値に設定されているので、作業者がネジとビットとの位置決め作業を容易に行えるようになっている。ネジとビットとの位置決めが完了した時点（Ｔ１）で作業者がトリガスイッチ９００を更に引き込むと、ソフトスタート回路５００が動作を始め、Ｔ１時間からＴ２時間に移る間に、オン状態の比率が大きくなるパルス信号Ｐ１が印加され、回転駆動用のモータ１００は、徐々に回転数が上昇し、スイッチＳＷ５であらかじめ定められた最高回転数Ｎ３に達する。Ｔ１からＴ２までの時間は、前述した最高回転数設定部８００で任意に設定することができる。また、Ｔ１およびＴ２の時間は、作業の習熟度、作業毎の状況に応じて、作業者がトリガスイッチ９００の引き込み量を調節することにより任意に設定できる。
【００２９】
−第２の実施形態−
以下、図３を参照して、本発明による電動ネジ締め機の第２の実施形態について説明する。図３は図１におけるフィードバック回路３００、低速回転制御回路４００、およびソフトスタート回路５００を概ね構成要素とする制御部６００をマイクロコンピュータで代用したものである。なお、図３において、図１と共通する部分には同一符号を付し、それらの説明は省略する。
【００３０】
マイクロコンピュータ１０００には、電源電圧Ｖｄｄ、グランド電圧Ｖｓｓ、発振器入力ＯＳＣ１、ＯＳＣ２、入力端子ＡＤ０、ＲＡ０および出力端子ＲＢ０が備えられている。
【００３１】
電源電圧Ｖｄｄには、電池Ｂの電圧が第１接点９ａ、正逆切り替えスイッチおよびダイオードＤ６、Ｄ７を介してマイクロコンピュータ１０００に供給される。グランド電圧Ｖｓｓは電池Ｂの負極側に接続されている。振動子Ｘ１、およびコンデンサＣ６、Ｃ７で発振回路を構成し、発振器入力ＯＳＣ１、ＯＳＣ２に接続されている。この発振周波数は、マイクロコンピュータ１０００内部で使用されるもので、回転駆動用モータ１００の回転数とは直接には関連がない。入力端子ＲＡ０は第２接点９ｂが閉じているときには、グランド電圧となり、マイクロコンピュータ１０００がその状態を検知する。入力端子ＤＡ０は第１接点９ａが閉じているときには、電池Ｂの電圧をダイオードＤ１を介して、マイクロコンピュータ１０００が検知する。出力端子ＲＢ０は、半導体スイッチ２００のゲートＧに接続されており、ゲートＧに電源電圧Ｖｄｄとグランド電圧Ｖｓｓ間のパルス信号を出力し、回転駆動用モータ１００の回転数を制御する。
【００３２】
低速回転時には出力端子ＲＢ０から、図２のパルス列Ｐ０に相当するパルスが出力され、回転駆動用モータ１００が一定の回転数Ｎ１で回転する。引き込みトリガがさらに引き込まれると、出力端子ＲＢ０から、低速回転時の周波数と同じ周波数で、オン時間が次第に長くなる図２におけるＰ１に相当するパルス列が出力され、回転駆動用モータ１００の回転数が上昇していき、Ｔ２時間で回転数がＮ３に到達する。引き込みトリガをもとに戻すと、出力端子ＲＢ０の出力はグランド電圧になり、回転駆動用モータ１００も停止する。
【００３３】
上述したＮ１、Ｎ３、Ｔ２時間は、マイクロコンピュータ１０００に予めプログラムを書き込んでおくことで設定できる。またパルス列Ｐ０、Ｐ１を出力させるには、マイクロコンピュータ１０００の出力端子ＲＢ０をスイッチング動作させればよいことは明白である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によると、トリガスイッチを軽く引き込んだ状態で低速回転を開始し、作業者が、ネジとビットとの位置決めが完了した時点でトリガスイッチをさらに引き込むといわゆるソフトスタート動作を開始する。従って、低速回転からいわゆるソフトスタート動作への切り替えを作業者が任意に行えるため、位置決めを完全に終えた後、ネジ締め動作に移行できるため、ネジのすりわりからのビットはずれが防止でき、すりわりやフローリング等の材料を傷つけることなく効率よく作業ができる。また、必要以上のトルクで締め付け作業を行うと、ビットはずれを起こす恐れがあるが、最高回転数を調整することにより、作業に最適なトルクでの締め付けが可能となる。ソフトスタート時間も調整可能で、作業者の技量に合わせた最適な調整ができる。
【００３５】
なお、本発明の一連の回転速度制御機構は電動ネジ締め機ならず、電動ドライバや電動ドリル等の電動工具に適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態を示す電気回路図である。
【図２】第１の実施形態における、起動時の駆動パルスと回転駆動用モータ１００の回転数の関係を模式的に表わした図である。
【図３】第２の実施形態を示す電気回路図である。
【図４】従来例を示す図である。
【符号の説明】
１００・・・回転駆動用モータ
２００・・・半導体スイッチ素子
３００・・・フィードバック回路
４００・・・低速回転制御回路
５００・・・ソフトスタート回路
６００・・・制御部
７００・・・ソフトスタート時間設定部
８００・・・最高回転数設定部
９００・・・トリガスイッチ
９ａ・・・第１接点
９ｂ・・・第２接点
１０００・・・マイクロコンピュータ

Claims

回転部材と、
スイッチ部材と、
前記回転部材に与えられる駆動電力を制御する電力制御部と、前記電力制御部を制御する制御部を備える電動ネジ締め機であって、
前記制御部は前記電力制御部の電力を一定値に保つ手段と、
前記電力制御部の電力を可変値とすることができる手段を有することを特徴とする電動ネジ締め機。
前記制御部は、前記電力制御部の電力を時間の経過に対して自動的に可変とする手段を有することを特徴とする請求項１に記載の電動ネジ締め機。
前記制御部は、前記電力制御部の電力を第１の電力値から第２の電力値に変更するまでの時間を可変とする手段を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動ネジ締め機。
前記制御部は、前記スイッチ部材のスイッチ位置に応じて、前記電力制御部の電力を変化させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動ネジ締め機。
前記制御部は、前記スイッチ部材の第１のスイッチ位置において、前記電力制御部の電力を一定値に保ち、第２のスイッチ位置において、前記電力制御部の電力を時間の経過に対して自動的に可変とする手段を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動ネジ締め機。
前記制御部は、前記回転部材に過大な負荷が印加された場合に、前記電力制御部の電力を大きくする手段を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動ネジ締め機。