JP2007021620A - 電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】締め付け作業時における締め付けトルクを均一にすることができる電動工具をコスト安価に提供する。
【解決手段】モータ１８と、前記モータ１８に連結されたギアボックス２０と、前記ギアボックス２０の出力軸２２に連結された打撃機構３０と、前記モータ１８の駆動回路５０と、引き込み量に応じた速度指令信号を前記駆動回路５０へ出力するトリガースイッチ４０と、を有する電動工具１０において、前記駆動回路５０は、前記モータ１８の回転速度を検出する速度検出回路６０と、前記検出されたモータの回転速度を前記速度指令信号に対応する指令速度とを合致するように常時フィードバック制御を行う主制御回路６２と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、ボルトやナットなどのネジ類の締め付け及び緩め作業に使用する電動インパクトドライバや電動インパクトレンチ等の電動工具に関するものである。

従来より、モータによってハンマを回転駆動し、ハンマによる打撃衝撃を出力軸に加えることで出力軸を回転させ、出力軸に装着されたドライバビットやソケットレンチなどのビットにより、ボルトやナット等のねじ類の締め付け作業や緩め作業を行う電動インパクトドライバや電動インパクトレンチのような電動工具が提供されている（例えば、特許文献１参照）。

このような電動工具では、ブラシレスＤＣモータが駆動源として用いられている。このブラシレスＤＣモータを駆動させるために電動工具内部には、インバータ回路や、このインバータ回路を制御する制御回路などが内蔵されている。そして、電動工具のハウジングに設けられてトリガースイッチを作業者の指で操作することにより回転数を可変としている。

しかしながら、電動工具では、操作性・作業性を考慮して充電式電池を電源としたコードレスのものが一般的であるため、次のような問題がある。すなわち、電源を充電式電池とする場合、電源電圧が大きく変動するため、モータの回転速度にムラが生じ、電動工具の締め付けトルクが一定とならないという不具合がある。もっとも、モータに入力される駆動電流を電圧制御することにより上記不具合を解消することができるが、かかる場合、電圧制御用のインバータ回路が必要となり製造コストアップとなる問題がある。

また、電動工具のトリガースイッチは、電圧切換スイッチやスライド抵抗などが用いられている。このような機械的に接触しているスイッチであると、機械的な接触部分で経年劣化がおき寿命が短いという問題があり、また、その構成を変更する場合には、伝導後部に内蔵されている配線基板の変更が必要となり、拡張性がないという問題がある。
特開２００３−１４５５４７

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、締め付け作業時における締め付けトルクを均一にすることができる電動工具をコスト安価に提供することを目的とする。

本発明の電動工具は、モータと、前記モータに連結されたギアボックスと、前記ギアボックスの出力軸に連結された打撃機構と、前記モータの駆動回路と、引き込み量に応じた速度指令信号を前記駆動回路へ出力するトリガースイッチと、を有する電動工具において、前記駆動回路は、前記モータの回転速度を検出する速度検出手段と、前記検出されたモータの回転速度を前記速度指令信号に対応する指令速度とを合致するように常時フィードバック制御を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、モータの回転中において常にモータの回転速度がトリガースイッチの引き込み量に対応する指令速度と合致するようにフィードバック制御することにより、単位時間当たりの打撃機構による打撃数を一定に制御することができるため、電動工具の締め付けトルクを一定にすることができる。また、モータの回転速度をフィードバック制御するために部品点数の増加を伴うことがないため、コスト安価に製造することができる。

以下、本発明の一実施形態に係るインパクトドライバ１０について、図１〜図６に基づいて詳細に説明する。

（１）インパクトドライバ１０の構造
図１に基づいてインパクトドライバ１０の構造について説明する。

インパクトドライバ１０は、ピストル型のハウジング１２から構成され、このハウジング１２は筒状の本体１４とこの本体１４の後部下面から突出した把持部１６とを有している。本体１４の内部には、３相のブラシレスＤＣモータからなるモータ１８と、減速機構を有するギアボックス２０と、ギアボックス２０の出力軸２２に連結された打撃機構３０を有している。本体１４の前端部には、チャック２４が設けられ、ドライバ２６を着脱自在に取り付けることができるようになっている。このチャック２４は打撃機構３０と連結されており、モータ１８が回転することによりギアボックス２０で減速され、打撃機構３０で軸方向に打撃力が与えられチャック２４と共にドライバ２６が軸方向に移動しつつ回転する。

モータ１８の下方には、モータ１８を駆動するための駆動回路５０が設けられた配線基板２８が取り付けられている。

本体１４と把持部１６の境目部分には、後述するトリガースイッチ４０が設けられている。また、把持部１６の下端には、リチウムイオン電池よりなる充電池２９が着脱自在に取り付けられている。

（２）打撃機構３０の構造
次に、図２に基づいて打撃機構３０の構造について説明する。

打撃機構３０は、キャリアー３１と、ハンマー３２と、アンビル３３とより形成されている。

キャリアー３１は、円柱型であり、ギアボックス２０の出力軸２２に連結され、出力軸２２と共に同速で回転する。このキャリアー３１の出力側の中心部には回転軸３４が一体に突出している。

ハンマー３２は、キャリアー３１の回転軸３４に対し同軸に取り付けられ、回転軸３４と共に回転し、かつ、軸方向に移動自在となっている。ハンマー３２とキャリアー３１との間にはコイル状のスプリング３５が配され、このスプリング３５はハンマー３２を前方に常に付勢している。円柱型のハンマー３２の出力側、即ち前面には、突部３６、３６が１８０度毎に２個突出し、ハンマー３２は凹凸状態となっている。

アンビル３３は、打撃機構３０の出力軸３７を有し、ハンマー３２に対し、２つの突部３６、３６の間に挟まるように取り付けられている。即ち、アンビル３２は出力軸３７と、出力軸３７の後端部から径方向に突出した受け体３８とより構成され、出力軸３７と受け体３８とはＴ字状に形成されている。

この打撃機構２２の動作状態について説明する。

キャリアー３１が回転すると、回転軸３４に連結されたハンマー３２も同速で回転する。この場合にアンビル３３は、ハンマー３２と共に回転するが、突部３６、３６の間の凹部に位置している時には、図２に示すように、軸方向に対しては移動していない状態となっている。しかし、アンビル３３の受け体３８が突部３６、３６の位置にきて突部３６、３６の上に乗ると、ハンマー３２が軸方向に沿ってスプリング３５の付勢力に反して後方に移動する。そして、ハンマー３２が更に回転して、アンビル３３の受け体３８が再び２個の突部３６、３６の間の凹部に落ち込むとスプリング３５の付勢力によりアンビル３３及びハンマー３２が前方に押し出されドライバー２６も前方に押されて打撃力が発生する。

上記のような状態を繰り返すことによりドライバー２６に打撃力を与えながらネジを締め付けることができる。

（３）トリガースイッチ４０の構造
次に、トリガースイッチ４０の構造について、図３に基づいて説明する。

トリガースイッチ４０は、箱状のスイッチ本体４１と、このスイッチ本体４１に対し摺動自在に設けられたトリガー部４２を有している。トリガー部４２からスイッチ本体４１の方向に向かって棒状の移動部材４３が突出している。この移動部材４３の先端部にはマグネット４４が取り付けられ、このマグネット４４を有する移動部材４３の先端部が、スイッチ本体４１内部に挿入されている。また、トリガー部４２はコイル状のバネ４５によって、常に外方に付勢されている。

スイッチ本体４１の内部であって、移動部材４３の摺動方向に沿う位置にホールＩＣ４６が設けられている。また、ホールＩＣ４６の前方には、マイクロスイッチよりなるメインスイッチ４７が配されている。このメインスイッチ４７は、トリガー部４２が全く押圧されていない状態の移動部材４３の位置である初期位置Ｐｓを検出するものであり、トリガー部４２が少しでも押圧されて移動部材４３が移動するとＯＦＦ状態からＯＮ状態になる。

これらメインスイッチ４７とホールＩＣ４６とは、不図示の配線基板に設けられ、この配線基板はスイッチ本体４１に収納されている。

トリガースイッチ４０のトリガー部４２を全く押圧していない状態では、バネ４５の付勢力によって、図３の初期位置Ｐｓに保持されている。この状態では、移動部材４３の先端部に取り付けられたマグネット４４がホールＩＣ４６から最も離れた位置にある。そして、トリガー部４２を指で押圧することにより、移動部材４３はスイッチ本体４１内部へ引き込まれ、引き込み量が大きくなるにつれマグネット４４がホールＩＣ４６に接近し、ホールＩＣ４６に最隣接する位置Ｐｅまで移動する。これにより、図４に示すように、ホールＩＣ４６は、引き込み量が大きくなるにつれ電圧値が増大するホール電圧を出力し、このホール電圧は速度指令信号として駆動回路５０へ入力される。

（４）駆動回路５０の構成
次に、駆動回路５０の構成について、図５に基づいて説明する。

図５に示すように、駆動回路５０は、インバータ回路５２と、インバータ回路５２を制御する制御回路５４と、上記したメインスイッチ４７を有するメインスイッチ回路５６と、上記したトリガースイッチ４０とから構成されている。

インバータ回路５２は、６個のＦＥＴ１〜６から構成され、２個のＦＥＴが直列に接続された回路が３組並列に取り付けられたフルブリッジ回路である。そして、各直列に接続されたＦＥＴ１〜６の中間点からモータ１８の固定子巻線に駆動電流を供給する。

６個のＦＥＴ１〜６は、制御回路５４に内蔵されている論理回路５８からのゲート信号によってＯＮ／ＯＦＦすることができる。また、このインバータ回路５２は、リチウムイオン電池よりなる充電池２９から電圧が供給される。

制御回路５４は、充電池２９からその駆動のための電源が供給され、かつ、充電池２９と制御回路５４との間には、メインスイッチ回路５６が設けられている。このメインスイッチ回路５６は、メインスイッチ４７とスイッチングトランジスタ４８から構成され、メインスイッチ４７をＯＮ状態になると、スイッチングトランジスタ４８もＯＮ状態になり、充電池２９から直流電源が供給されて制御回路５４が駆動する。

制御回路５４は、上記した論理回路５８以外に、モータ１８の回転速度を検出する速度検出回路６０と、論理回路５８を制御する主制御回路６２とを有している。より詳細には、速度検出回路６０は、モータ１８に設けられた３つのホール素子Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３よりモータ１８の回転子の回転による各相毎の磁極変化に対応した回転信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の入力を受け、この回転信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３に基づいてモータ１８の回転速度と回転子の位置を演算しその結果を主制御回路６２へ出力する。主制御回路６２は、速度検出回路６０からの現在の回転速度を、トリガースイッチ４０のホールＩＣ４６から速度指令信号と比較し、この回転速度が速度指令信号に対応する指令速度になるように論理回路５８をフィードバック制御することにより、ホールＩＣ４６から入力された速度指令信号に対応する指令速度でモータ２０が回転するようになっている。

（５）コードレス電動工具１０の動作状態
次に、図６に基づいてコードレス電動工具１０の動作状態について説明する。

メインスイッチ４７がＯＦＦ状態のときは、制御回路５４に電源が供給されていないため、モータ１８は停止状態となっている。但し、この場合においても充電池２９からインバータ回路５２には電圧がかかった状態となっている。

コードレス電動工具１０の作業者が、トリガー部４２を初期位置から少しでも押圧してメインスイッチ４７をＯＮ状態にすると制御回路５４に電源が投入される。そして、上述したようにトリガー部４２の引き込み量に応じた速度指令信号がホールＩＣ４６から出力され、駆動回路５０は速度指令信号に対応する指令速度でモータ１８を回転させる。

そして、モータ１８の回転中に充電池２９の電源電圧の変動やモータ１８に加わる負荷の変化などによりモータ１８の回転速度が変化した場合、速度検出回路６０がこの速度変化を検知することで、主制御部６２は、モータ１８の回転速度を減速、あるいは加速させて、速度指令信号に対応する指令速度でモータ１８が回転するように論理回路５８をフィードバック制御する。このフィードバック制御はモータ１８の回転中において常時行われる。

そして、作業者が作業を終えトリガー部４２から手を放すと、バネ４５の付勢力によりトリガー部４２が初期位置に復帰することで、メインスイッチ４７がＯＦＦ状態となり制御回路５４への電源供給が絶たれ、モータ１８は停止する。

以上のように、本実施形態のインパクトドライバ１０では、モータ１８の回転中において常時フィードバック制御を行うことにより、充電池２９の電源電圧の変動やモータ１８に加わる負荷の変化などの外的要因に関係することなく、常に速度指令信号に対応する指令速度でモータ１８を回転させることができるため、単位時間当たりの打撃機構による打撃数を一定に制御して、インパクトドライバ１０の締め付けトルクを一定にすることができる。また、モータの回転速度をフィードバック制御するために部品点数の増加を伴うことがないため、コスト安価に製造することができる。

さらにまた、トリガースイッチ４０は、ホールＩＣ４６と非接触のマグネット４４とから構成されているため、機械的な接触がなく長寿命化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るインパクトドライバの正面図である。 打撃機構の斜視図である。 トリガースイッチの断面図である。 トリガースイッチの引き込み量と速度指令信号との関係を説明する説明図である。 駆動回路の回路図である。 駆動回路の動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０…インパクトドライバ
１８…モータ
２０…ギアボックス
２２…出力軸
２９…充電池
３０…打撃機構
４０…トリガースイッチ
４６…ホールＩＣ
４７…メインスイッチ
４８…スイッチングトランジスタ
５０…駆動回路
５２…インバータ回路
５４…制御回路
５６…メインスイッチ回路
５８…論理回路
６０…速度検出回路
６２…主制御回路

Claims (2)

1. モータと、前記モータに連結されたギアボックスと、前記ギアボックスの出力軸に連結された打撃機構と、前記モータの駆動回路と、引き込み量に応じた速度指令信号を前記駆動回路へ出力するトリガースイッチと、を有する電動工具において、
   前記駆動回路は、前記モータの回転速度を検出する速度検出手段と、前記検出されたモータの回転速度を前記速度指令信号に対応する指令速度とを合致するように常時フィードバック制御を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする電動工具。
2. 前記トリガースイッチは、スイッチ本体と、前記スイッチ本体から摺動自在に配されたトリガー部とを有し、
   前記トリガー部から前記スイッチ本体内部に向かって移動部材が突出し、
   前記移動部材にはマグネットが設けられ、
   前記スイッチ本体内部であって、前記移動部材が摺動する方向に沿ってホール素子が配列されていることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
   

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