JP2009220214A

JP2009220214A - 電動工具

Info

Publication number: JP2009220214A
Application number: JP2008066919A
Authority: JP
Inventors: Takahisa Aradate; 卓央荒舘
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2008-03-17
Filing date: 2008-03-17
Publication date: 2009-10-01

Abstract

【課題】モータの回転数及び打撃数を電動工具と着脱可能な外部機器を介してのみ設定又は変更でき、また、実際の作業時の回転数及び打撃数の情報を電動工具の記憶手段に記憶し、その情報を電動工具と着脱可能な外部機器に読込ませ記憶するようにした電動工具を提供する。
【解決手段】電動工具は電動工具へ着脱することが可能な外部機器１３を接続するためのコネクタ９を有しており、記憶手段８は外部機器１３を介して設定したい回転数及び打撃数情報を記憶し、制御信号出力部は記憶手段が記憶した回転数及び打撃数に基づき制御信号を出力しモータの回転数を出力するようにした。また、記憶手段８は、作業中の回転数及び打撃数を記憶し、電動工具と着脱可能な外部機器１３は情報を読込み記憶するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、ブラシレスＤＣモータを搭載した電動工具に関するものである。

インパクトドライバ等の電動工具を用いたネジ等の締め付けの際に、トリガスイッチの押込み量に応じてモータの回転数が変わる工具においては、トリガスイッチの押込み量を、経験或いは勘に基づき微妙に調整しながら作業を行なっていた。そのため、締め付け量に過不足が生じがちであった。

上述した問題を解決するために、工具本体に回転数や打撃数を設定できる設定手段を設け、作業時に設定された回転数又は打撃数となるように制御する工具が発明されている。

特開２００１−１２９７６８号公報

上述した電動工具は、様々な用途及び場所で用いられているが、主な用途として自動車工場における製品のネジ締め作業というものが挙げられる。自動車工場においては製品の性質状高い安全性が求められるため、ネジ締めを要する製品の組み立て工程において厳格な管理が必要であり、定められた回転数及び打撃数でネジ締めを行なう必要がある。

従来のように、工具本体においてモータの回転数や打撃数を変更できる仕様の工具では、作業者が不意に定められた設定を変更してしまう場合も考えられる。

また、自動車工場においてはより厳格な管理のため実際の作業時にどのぐらいの力でネジを締めたかということを記録する必要もある。従来の電動工具では回転数及び打撃数を設定することはでるが、実際の回転数や打撃数を記録することはできない。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、モータの回転数及び打撃数を電動工具と着脱可能な外部機器を介してのみ設定又は変更でき、また、実際の作業時の回転数及び打撃数の情報を電動工具の記憶手段に記憶し、その情報を電動工具と着脱可能な外部機器に読込ませ記憶するようにした電動工具を提供することである。

上記目的を達成するため、永久磁石を備えた回転子と電機子巻線を備えた固定子とからなるブラシレスＤＣモータと、外部電源から供給される直流電圧をスイッチングして各相の固定子巻線への通電を切り換えて前記ブラシレスＤＣモータを駆動するインバータ回路と、作業者のトリガ操作により前記ブラシレスＤＣモータを動作させるトリガスイッチと、前記トリガスイッチをトリガ操作することによって前記インバータ回路を構成するスイッチング素子を制御して前記ブラシレスＤＣモータの印加電圧を制御する制御信号出力部と、情報を記憶するための記憶手段を有する電動工具であって、前記電動工具は前記電動工具へ着脱することが可能な外部機器を接続するためのコネクタを有しており、前記記憶手段は前記外部機器を介して設定したい回転数情報を記憶し、前記制御信号出力部は前記記憶手段が記憶した回転数に基づき制御信号を出力しモータの回転数を出力するようにしたことを特徴とする。

また、上記目的を達成するため、前記電動工具と着脱可能な前記外部機器を介して前記電動工具の前記記憶手段に記憶した回転数の情報は、前記電動工具本体単独では変更することができず、前記電動工具と着脱可能な外部機器を介してのみ変更可能としたことを特徴とする。

また、上記目的を達成するため、前記電動工具本体に取り付けられた先端工具に回転打撃力を間欠的に伝導させるための回転打撃機構部と、前記打撃機構部によって打撃された打撃の回数を振動によって検出する打撃センサと、前記制御信号出力部が前記打撃センサによって検出した打撃回数を認識するような構成を有し、前記電動工具の前記記記憶手段は前記電動工具と着脱可能な前記外部機器を介して設定したい打撃数情報を記憶し、前記制御信号出力部は前記記憶手段によって記憶された打撃数を前記打撃センサから検出した場合モータを止めるようにしたことを特徴とする。

また、上記目的を達成するため、前記電動工具と着脱可能な前記外部機器を介して前記電動工具の前記記憶手段に記憶した打撃数の情報は、前記電動工具本体単独では変更することができず、前記電動工具と着脱可能な外部機器を介してのみ変更可能としたことを特徴とする。

また、上記目的を達成するため、前記記憶手段は、前記電動工具作動中に打撃センサにより検出された打撃回数の情報を記憶し、前記電動工具と着脱可能な前記外部機器は前記情報を読込み記憶するようにしたことを特徴とする。

また、上記目的を達成するため、前記ブラシレスモータの回転子の位置を検出するためのホールＩＣを有し、前記記憶手段は、前記ホールＩＣによって検出される位置情報に基づくモータの回転数の情報を記憶し、前記電動工具と着脱可能な前記外部機器は前記情報を読込み記憶するようにしたことを特徴とする。

まず、本発明の実施形態における電動工具の一例として図１に示す電池駆動のインパクトドライバについて説明する。

図１において、電動工具のハウジング１０１には、ブラシレスＤＣモータ２と、ブラシレスＤＣモータ２を駆動や、制御を行なうための制御部６と、モータ１０２の回転動力を伝達するための伝達機構部１０４が収容されている。モータ駆動のための電圧源として充電電池１を用いている。尚、モータ駆動のための電圧源としては、充電電池に限定されるものではない。

伝達機構部１０４は、遊星ギア１０６とリングギア１０７で構成される減速機構部、スピンドル１０８とスピンドル１０８上に前後動可能に配されたバネ１１１により付勢されたハンマ１０９から構成されるインパクト機構部、先端工具を保持可能なアンビル１１０とアンビル１１０上に設けられたハンマ１０９の打撃衝撃が加わりアンビル１１０を回転させるための突起部１１２が設けられている。

実際の作業中に伝達機構部１０４の動作について説明する。負荷が小さい間はスピンドル１０８からハンマ１０９を介してアンビル１１０にそのまま回転が伝達される。負荷が大きくなってくると、ハンマ１０９はバネ１１１の弾性力に抗した後退と、バネ１１１の弾性力の付勢を受けた状態で回転しながらの前進を交互に行なうものである。前進時にハンマ１０９はその打撃力をアンビル１１０に回転力として与えて、ネジ締め作業を行なう。また、ハウジング１０１中央部にはブラシレスＤＣモータ２を動作させるためのスイッチトリガ１０が配置されている。作業者はスイッチトリガ１０の操作により電動工具の操作を行なう。

図２は、本実施形態におけるブラシレスＤＣモータ２の制御回路３の構成を示したものである。

１はＤＣブラシレスモータ２の駆動源である充電電池である。２はブラシレスＤＣモータであり、複数の永久磁石２ａを埋め込んで構成させる回転子２ｂと、複数の突極にそれぞれ固定子巻線２ｄが巻回されている固定子２ｃとを備えて構成されている。なお、永久磁石２ａの配置および永久磁石２ａの数や、固定子２ｃの突極の数など、回転子２ｂや固定子２ｃの構造は上記述のものに限られるものではない。また、回転子２ｂの永久磁石２ａに対応するようにホールＩＣ３、４、５が設けてあり、回転子２ｂの回転位置を検出する。この構成におけるモータの制御部６は、ホールＩＣ３、４、５で検出される回転子の回転位置検出信号を入力ポート６ｂに入力し、その情報に基づいて適正な固定子巻線への通電を行い、回転子を回転させている。また、前記回転位置検出信号に基づいて制御部６は、モータの回転数の検出も行っている。

６は制御部であり、本実施形態においてはマイクロコンピュータを用いている。制御部であるマイクロコンピュータは、Ａ／Ｄポート６ａ、入力ポート６ｂ、タイマ６ｃを有している。

７は、ブラシレスＤＣモータ２に通電する電流を制御する３相インバータブリッジであり、スイッチング素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆから構成されている。

電動工具にはコネクタのメス部９、外部機器１３にはコネクタのオス部１３ａが設けられており、外部機器はこのコネクタを介して外部機器に着脱可能な構成となっている。外部機器１３は前記コネクタのオス部１３ａの他に、回転数及び打撃数を設定する設定手段１３ｂ、及び記憶手段１３ｃを有している。外部機器１３の設定手段１３ａにおいて設定された回転数及び打撃数はコネクタを介して記憶手段８に記憶される。本実施形態においては記憶手段としてＥＥＰＲＯＭを想定している。

作業者がスイッチトリガ１０が押した場合、制御部６のＡ／Ｄポート６ａにおいてスイッチトリガが押されたことを認識する。その後、制御部６は前記記憶手段８において格納されている、ある設定された回転数に応じてゲートドライバ１１を介して、３相インバータブリッジ７のスイッチング素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆをタイマモジュール６ｄによりデューティー制御する。すなわち、回転数が高い場合はデューティー比を上げ、逆に低い場合は下げるように制御する。このデューティー比は設定された回転数によって決定される。

また、１２は打撃センサであり打撃数を振動によって検出する。検出信号は制御部６の入力ポート６ｂに入力される、制御部６は打撃数をカウントすることができる。この打撃数及び先に述べた回転数は記憶手段８に記憶される。この記憶された打撃数及び回転数の情報はコネクタを介して外部機器１３の記憶手段１３ｃが読込み記憶できるようにしている。

次に、本実施形態における動作の一例を図３のフローチャートを用いて説明する。

まず、制御部６はスイッチトリガが押されたか否かを検出する（ステップ３０１）。スッチトリガが押されたか否かは制御部６のＡ／Ｄポート６ａにおいて入力が認識できたか否かによって判別する。

ステップ３０１において、スイッチトリガが押されたと認識した場合は、制御部６は、記憶手段８に格納された予め設定されている回転数・打撃数を読み込む（ステップ３０２）。この回転数・打撃数はコネクタを介して外部機器１３の設定手段１３ｂによって設定されたものであり、基本的にはこの設定は外部機器のみにおいて設定され得るものであり工具本体単独では変更できないようになっている。

次に、制御部６はステップ３０２において設定された回転数応じて、ゲートドライバ１０を介して、３相インバータブリッジ７のスイッチング素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆをタイマモジュール６ｄによりデューティー制御する（ステップ３０３）。すなわち、回転数が高い場合はデューティー比を上げ、逆に低い場合は下げるように制御する。このデューティー比は設定された回転数によって決定される。

前記したように、制御部６が３相インバータブリッジ７のスイッチング素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆをデューティー制御することによってモータの固定子巻線への通電が行なわれモータが所定の回転数で回転するが、この時、制御部６はホールＩＣ３、４、５で検出される回転子の回転位置検出信号に基づき回転数を検出する（ステップ３０４）。

検出された回転数の情報は、記憶手段８に記憶される（ステップ３０５）。

次に、打撃センサ１１で打撃数を検出する（ステップ３０６）。本実施形態で示したインパクトドライバの場合打撃時に振動を伴う。打撃センサはこの振動を検出することによって打撃数を検出するものである。検出信号は制御部６の入力ポート６ｂに入力される、制御部６は打撃数をカウントすることができる。

カウントした打撃数は記憶手段８に記憶される（ステップ３０７）。

次に、外部機器により予め設定されている打撃数を制御部６がカウントしたか否かを判別する（ステップ３０８）。ステップ３０８において設定された打撃数をカウントしていない場合は、スイッチトリガがオフ状態であるか否かを判別する（ステップ３０９）。スッチトリガが押されたか否かは制御部６のＡ／Ｄポート６ａにおいて入力が認識できたか否かによって判別する。

ステップ３０９においてスイッチトリガがオフ状態であると判別しなかった場合は、ステップ３０３に戻る。ステップ３０９においてスイッチトリガがオフ状態であると判別した場合は、制御部６はゲートドライバ１０を介して、３相インバータブリッジ７のスイッチング素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆをオフする（ステップ３１０）。

また、ステップ３０８において所定の打撃数がカウントされている場合も、制御部６はゲートドライバ１０を介して、３相インバータブリッジ７のスイッチング素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆをオフする。

スイッチングを止めた後は、スイッチトリガが押されているか否かを検出して（ステップ３１１）、押されていない場合はステップ３０１に戻る。

また、ステップ３０５及び３０７において記憶手段８において記憶された回転数及び打撃数はコネクタを介して外部機器１３を工具に装着し、そのコネクタを介して外部機器の記憶手段１３ｃに記憶する。

ＤＣブラシレスモータの一例を説明した図本実施例におけるモータ駆動部及び通信部の概略を説明した図本実施例における動作の一例を示したフローチャート

符号の説明

１は、充電電池、２はモータ、６は制御部、７は３相インバータブリッジ、８は記憶手段、９はコネクタ、１０はスイッチトリガ、１３は外部機器。

Claims

永久磁石を備えた回転子と電機子巻線を備えた固定子とからなるブラシレスＤＣモータと、外部電源から供給される直流電圧をスイッチングして各相の固定子巻線への通電を切り換えて前記ブラシレスＤＣモータを駆動するインバータ回路と、作業者のトリガ操作により前記ブラシレスＤＣモータを動作させるトリガスイッチと、前記トリガスイッチをトリガ操作することによって前記インバータ回路を構成するスイッチング素子を制御して前記ブラシレスＤＣモータの印加電圧を制御する制御信号出力部と、情報を記憶するための記憶手段を有する電動工具であって、前記電動工具は前記電動工具へ着脱することが可能な外部機器を接続するためのコネクタを有しており、前記記憶手段は前記外部機器を介して設定したい回転数情報を記憶し、前記制御信号出力部は前記記憶手段が記憶した回転数に基づき制御信号を出力しモータの回転数を出力するようにした電動工具。
請求項１記載の電動工具において、前記電動工具と着脱可能な前記外部機器を介して前記電動工具の前記記憶手段に記憶した回転数の情報は、前記電動工具本体単独では変更することができず、前記電動工具と着脱可能な外部機器を介してのみ変更可能とした電動工具。
請求項目１または２の何れか一に記載の電動工具において、前記電動工具本体に取り付けられた先端工具に回転打撃力を間欠的に伝導させるための回転打撃機構部と、前記打撃機構部によって打撃された打撃の回数を振動によって検出する打撃センサと、前記制御信号出力部が前記打撃センサによって検出した打撃回数を認識するような構成を有し、前記電動工具の前記記記憶手段は前記電動工具と着脱可能な前記外部機器を介して設定したい打撃数情報を記憶し、前記制御信号出力部は前記記憶手段によって記憶された打撃数を前記打撃センサから検出した場合モータを止めるようにした電動工具。
請求項３記載の電動工具において、前記電動工具と着脱可能な前記外部機器を介して前記電動工具の前記記憶手段に記憶した打撃数の情報は、前記電動工具本体単独では変更することができず、前記電動工具と着脱可能な外部機器を介してのみ変更可能とした電動工具。
請求項１乃至４の何れか一に記載の電動工具において、前記記憶手段は、前記電動工具作動中に打撃センサにより検出された打撃回数の情報を記憶し、前記電動工具と着脱可能な前記外部機器は前記情報を読込み記憶するようにした電動工具。
請求項１乃至意５の何れか一に記載の電動工具において、前記ブラシレスモータの回転子の位置を検出するためのホールＩＣを有し、前記記憶手段は、前記ホールＩＣによって検出される位置情報に基づくモータの回転数の情報を記憶し、前記電動工具と着脱可能な前記外部機器は前記情報を読込み記憶するようにした電動工具。