JP2011101926A - 電動回転工具の駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クラッチ機構を備えた電動回転工具において、ドライバービット等を結合する電動回転工具の出力軸の回転停止状態を所要のセンサにより検出し、このセンサの検出信号に基づいて電動モータの駆動停止制御を行うことにより、前記クラッチ機構のクラッチ動作とは無関係に電動回転工具の適正なねじ締め駆動制御を達成することができる電動回転工具の駆動制御装置を提供する。
【解決手段】クラッチ機構１６を備えた電動回転工具からなり、電動回転工具の回転出力軸１８の外周の一部にセンサ感知部材３０を設け、前記センサ感知部材に対向してその外周部に前記センサ感知部材が前記回転出力軸と共に回転および停止する状態を検出するセンサ３２を設け、前記ドライバービット２０によるねじ締め作業において、ねじ締めの完了に伴う前記回転出力軸の回転停止状態を前記センサにより検出し、前記クラッチ機構のクラッチ動作とは無関係に電動モータの駆動停止制御を行う制御手段３６を設けた構成からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動ドライバー等の電動回転工具の駆動制御装置に係り、特に電動回転工具の電動モータの出力軸から適宜減速機構およびクラッチ機構を介して動力が伝達されるドライバービット等の作業軸に対し、ねじ締め作業を行う場合において、前記クラッチ機構により予め設定したトルク値を超える負荷トルクを受けた際に、前記クラッチ機構の動作により前記作業軸の回動が阻止されて瞬時に回転停止する状態を検出することによって、電動モータの駆動を適正に停止制御するように構成した電動回転工具の駆動制御装置に関するものである。

本出願人は、先に、電動モータの回転軸に固着したピニオンギヤから動力伝達を受けて自転しつつ公転する遊星歯車とこの遊星歯車に外接して公転軌道を付与するインターナルギヤとからなり、前記インターナルギヤの一側部にクラッチ面を形成し、このインターナルギヤをケーシングに回転自在に収納すると共に前記ケーシングに通孔を設け、この通孔内に鋼球を弾力的に支持することにより、前記鋼球を前記クラッチ面に押圧せしめてインターナルギヤをケーシングに係止し、所定値以上の反対トルクを受けて前記インターナルギヤが回動する際、この回動を検出してモータの通電を遮断するよう構成した電動回転工具の自動通電遮断装置を開発し、特許を得た（特許文献１参照）。

そこで、この特許文献１に記載の電動回転工具の自動通電遮断装置において、前記インターナルギヤの回動検出を行う手段としては、鋼球を弾力的にインターナルギヤ底部に向けて押圧するスリーブの軸線方向への移動をマイクロスイッチのレバーにより検出する構成によるものと、インターナルギヤの外側に固着した磁石片とケーシング内面に配設した磁気検出素子との組合せからなる構成によるものとが、それぞれ提案されている。

また、本出願人は、電動モータを内蔵した把持部を設け、前記電動モータの出力軸に減速機構を介して作業軸としての従動軸を結合し、前記従動軸に対して所定値以上の負荷トルクが作用した際に前記出力軸と従動軸との係合を遮断するように動作するカム係合部を備えたクラッチ機構を設け、前記クラッチ機構の動作点をトルク設定値として調節可能に構成したトルク設定機構を設け、さらに前記クラッチ機構のクラッチ動作を検出すると同時に前記電動モータの駆動停止制御を行うトルク検出機構を設けてなる電動回転工具において、前記トルク検出機構は、前記クラッチ機構のカム係合部におけるカム係合が完全に解除されてクラッチ動作が完了した状態で、その検出動作と同時に前記電動モータの駆動停止制御を行うように設定した電動回転工具のトルク制御方式を開発し、特許出願を行った（特許文献２参照）。

そこで、この特許文献２に記載の電動回転工具のトルク制御方式において、前記クラッチ機構のカム係合部は、クラッチカム面と鋼球との組合せにより構成し、前記クラッチカム面は、従動軸の軸周囲においてクラッチ動作を行う突起部を形成すると共に、前記鋼球はトルク設定機構に対し前記クラッチカム面と対向し弾力的に係合する構成とし、また、前記トルク検出機構は、従動軸の軸周囲に配置された磁石と磁気センサとから構成し、そして従動軸に対し所定値以上の負荷トルクが作用して、前記クラッチカム面の突起部が前記鋼球を乗り越えて、カム係合が完全に解除された状態において、電動モータの駆動停止制御を行う構成としたことが、提案されている。

さらに、本出願人は、電動モータの出力軸にトルクリミッタの駆動軸を結合し、前記トルクリミッタの伝動回転軸をドライバービットに結合し、前記トルクリミッタにより規定されるトルク設定値に基づいてねじ締めを行うように構成した定トルク電動ドライバーにおいて、前記トルクリミッタを、把持部ケーシング内に回転自在に収納配置すると共に、前記ドライバービットに結合されるトルクリミッタの伝動回転部の外周面部に単一もしくは複数からなるセンサ感知部材を配設し、さらに前記センサ感知部材に対応させて前記把持部ケーシング内にセンサを配置し、前記ドライバービットによるねじ締め作業において、前記トルクリミッタの駆動軸側が空転してその伝動回転部側が回転停止する状態を前記センサにより検出し、前記電動モータの駆動停止制御を行う制御手段を設けた構成からなる、定トルク電動ドライバーを開発し、特許出願を行った（特許文献３参照）。

すなわち、この特許文献３に記載の定トルク電動ドライバーにおいては、トルクリミッタの駆動軸側を電動モータの出力軸に結合し、このトルクリミッタの伝動回転部側をドライバービットの接続を行うビットホルダ軸に結合して、前記トルクリミッタの伝動回転部の外周の一部に磁性体などのセンサ感知部材を設けると共に、このセンサ感知部材に対応させて把持部ケーシングの内側面にホール素子等のセンサを設け、前記センサにより前記トルクリミッタの伝動回転部の回転状態を前記センサ感知部材による間欠的な検出信号により監視して、前記トルクリミッタの作動に伴う伝動回転部の回転停止状態を前記検出信号の有無によって判定し、これにより前記トルクリミッタの伝動回転部の回転停止を検出した際に、この検出信号に基づいて電動モータの駆動を直ちに停止するように構成されている。

特公昭６０−３９６０号公報 特開２００２−３２１１６６号公報 特開２００８−１８３６４３号公報

前述した特許文献１および特許文献２により、それぞれ提案された電動回転工具の自動通電遮断装置および電動回転工具のトルク制御方式は、いずれもクラッチカム面と鋼球との組合せにより構成されたクラッチ機構におけるクラッチ動作を検出するものである。すなわち、この場合、クラッチ機構のクラッチ動作を行うクラッチカム面あるいは鋼球の移動変位状態を、直接的または間接的に機械的スイッチ機構やホール素子等のセンサにより検出し、電動モータの駆動停止制御を行うように構成されている。

このように、電動回転工具によりねじ締め作業を行うに際し、予めねじの締付けトルク値に見合うように前記クラッチ機構のクラッチ動作点を設定した場合において、ねじ締め作業における当初のクラッチ動作に際しては、設定したトルク値を異常に超える状態でクラッチ動作が行われ、次いで予め設定された動作点での断続的なクラッチ動作を、生じる傾向にあることが確認された。

従って、前述したように、クラッチ機構を備えた電動回転工具の駆動制御装置において、前記クラッチ機構のみによって、ねじ締め作業における締付けトルク値の設定を適正かつ高精度に行うには、クラッチ機構の設計製作上においてより一層の精密部品化とその組立てを必要とする。このため、汎用性を有する電動回転工具において、前記クラッチ機構の精密部品化とその組立てには限界があり、前述したようにねじ締め作業において、設定したトルク値を異常に超える状態でのクラッチ動作を、確実に回避することができない難点がある。

そこで、本発明者は、前述した問題点を解決するため、鋭意研究並びに試作を重ねた結果、クラッチ機構を備えた電動回転工具において、ねじ締め作業を行う場合において、適正なねじ締めが行われて、ねじ締め動作が完了する時点においては、電動回転工具の出力軸に結合されたドライバービットの回転が阻止されて停止状態となることから、前記ドライバービットと結合される電動回転工具の出力軸の回転停止状態を所要のセンサにより検出し、このセンサの検出信号に基づいて電動モータの駆動停止制御を行うように構成すれば、前記クラッチ機構のクラッチ動作とは無関係に電動回転工具の適正なねじ締め駆動停止制御を適正かつ円滑に達成することができることを突き止めた。

なお、このような電動回転工具の出力軸の回転停止状態を検出することは、前記特許文献３に記載の発明と比較して、一見して類似するようであるが、前記特許文献３に記載の発明においては、電動モータの出力軸にトルクリミッタを結合した定トルク電動ドライバーであり、前記トルクリミッタの作動に伴う伝動回転部の回転停止状態を検出するものであって、クラッチ機構を備えた電動回転工具とは、構造的および機能動作的において、全く相違するものである。

そして、前記クラッチ機構を備えた電動回転工具においては、前記電動回転工具の出力軸の回転停止状態を検出した時点のねじ締めトルク値の検出に際しては、本発明者が先に開発し、特開２００８−１８３６４４号として特許出願を行った電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置によって、容易かつ適正にして、しかも高精度に検出することができる。

すなわち、前記特開２００８−１８３６４４号に記載の発明は、電動モータのモータハウジングの一端部より突出する駆動出力軸に対し、この駆動出力軸を囲繞するように配置したスリーブ体を設け、このスリーブ体の一端にフランジ部を形成して前記モータハウジングの一端部に固定すると共に、前記スリーブ体の他端は遊星歯車を備える減速機構のインターナルギヤ部として一体的に構成した構造とし、前記スリーブ体の外周部にストレンゲージを取り付けた構成からなり、前記減速機構よりクラッチ機構を介して接続される出力軸に対しドライバービットを結合すると共に、前記電動モータを電動ドライバーの把持部ケーシング内に固定配置し、前記スリーブ体に取り付けたストレンゲージにより、ねじ締め作業におけるねじの締付けトルクを検出するように構成したものである。

従って、本発明の目的は、クラッチ機構を備えた電動回転工具において、ドライバービット等を結合する電動回転工具の出力軸の回転停止状態を所要のセンサにより検出し、このセンサの検出信号に基づいて電動モータの駆動停止制御を行うことにより、前記クラッチ機構のクラッチ動作とは無関係に電動回転工具の適正なねじ締め駆動制御を達成することができる電動回転工具の駆動制御装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の電動回転工具の駆動制御装置は、電動モータを内蔵した把持部と、前記電動モータの駆動出力軸に対して減速機構を介してドライバービットと結合する回転出力軸と、前記回転出力軸に対し予め設定した所定値以上の負荷トルクが作用した際に、前記駆動出力軸と回転出力軸との係合を遮断するクラッチ動作を行うカム係合部を備えたクラッチ機構とを備えた電動回転工具からなり、
電動回転工具の回転出力軸の外周の一部にセンサ感知部材を設け、前記センサ感知部材に対向してその外周部に前記センサ感知部材が前記回転出力軸と共に回転および停止する状態を検出するセンサを設け、
前記ドライバービットによるねじ締め作業において、ねじ締めの完了に伴う前記回転出力軸の回転停止状態を前記センサにより検出し、前記クラッチ機構のクラッチ動作とは無関係に電動モータの駆動停止制御を行う制御手段を設けたことを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の電動回転工具の駆動制御装置において、前記回転出力軸の外周の一部に設けるセンサ感知部材は、その円周方向に等間隔で配置した複数のマグネットにより構成し、前記センサとしてホール素子を使用することを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の電動回転工具の駆動制御装置において、前記電動モータのモータハウジングの一端部より突出する駆動出力軸に対し、この駆動出力軸を囲繞するように配置したスリーブ体を設け、このスリーブ体の一端にフランジ部を形成して前記モータハウジングの一端部に固定すると共に、前記スリーブ体の他端は遊星歯車を備える減速機構のインターナルギヤ部として一体的に構成し、さらに前記スリーブ体の外周部にストレンゲージを取り付けた構成とし、ねじ締めの完了に伴う前記回転出力軸の回転停止状態を前記センサにより検出した時点におけるねじ締めトルク値を検出するように構成したことを特徴とする。

本発明の請求項１に記載の電動回転工具の駆動制御装置によれば、電動回転工具の回転出力軸の一部にセンサ感知部材を設け、前記センサ感知部材に対向してその外周部に前記センサ感知部材が前記回転出力軸と共に回転および停止する状態を検出するセンサを設けることによって、所要のねじ締め完了時において、クラッチ機構のクラッチ動作とは無関係に電動モータの駆動を適正かつ円滑に停止させことができると共に、電動モータの駆動による電力消費も適正に行うことができ、連続するねじ締め作業を迅速かつ確実に行うことができ、しかも各種部品等の組立て作業における生産効率の向上と製造コストの低減を容易に達成することができる。

本発明の請求項２記載の電動回転工具の駆動制御装置によれば、センサ感知部材とセンサとを、それぞれ複数のマグネットとホール素子の組合せにより構成することにより、ねじ締め作業と電動モータの駆動制御とを適正かつ円滑に達成することができる。

本発明の請求項３記載の電動回転工具の駆動制御装置によれば、電動回転工具の出力軸の回転停止状態を検出した時点のねじ締めトルク値の検出を適正かつ確実に行うことができる。

また、本発明に係る電動回転工具の駆動制御装置によれば、例えば、ねじの倒れやかじり等による異常なねじ締め状態の場合において、ドライバービットの回転動作が急停止状態となった際に、この状態をセンサにより検出して電動モータの駆動停止制御を行うことができ、ねじ取付け対象物の損傷等を防止することができると共に、適正なねじ締め作業の作業効率の向上を図ることができ、しかもねじ締め作業の安全性を高めることができる等の利点が得られる。

本発明に係る電動回転工具の駆動制御装置の一実施例を示す概略構成説明図である。 本発明に係る電動回転工具の駆動制御装置のドライバービットの回転速度とねじ締めトルク特性とその制御に関するセンサ検出信号、電動モータ駆動電源およびその負荷電流の時系列的な変化特性を示す説明図である。

次に、本発明に係る電動回転工具の駆動制御装置の実施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。

図１は、本発明に係る電動回転工具の駆動制御装置の一実施例を示す概略構成説明図である。すなわち、図１において、参照符号１０は把持部ケーシングを示し、この把持部ケーシング１０の内部に電動モータ１２と減速機構１４とクラッチ機構１６とを内蔵した構成からなる。

本実施例における電動回転工具の駆動制御装置において、クラッチ機構１６は、電動モータ１２の駆動出力軸１３に減速機構１４を介して、ドライバービット２０を着脱自在に結合するビットホルダとしての回転出力軸１８と接続した構成からなり、前記ドライバービット２０および回転出力軸１８に対して所定値以上の負荷トルクが作用した際に、前記駆動出力軸と回転出力軸１８との係合を遮断するように動作するカム係合部を備えた、従来公知の構成を有する。この場合、図示しないが、前記クラッチ機構１６のカム係合部は、クラッチカム面と鋼球１５との組合せにより構成し、前記クラッチカム面は、回転出力軸１８の軸周囲においてクラッチ動作を行う突起部を形成すると共に、前記鋼球１５は前記クラッチカム面と対向し弾力的に係合する構成とし、前記ドライバービット２０および回転出力軸１８に対し所定値以上の負荷トルクが作用して、前記クラッチカム面の突起部が前記鋼球１５を乗り越えて、カム係合が解除されることにより、前記駆動出力軸と回転出力軸１８との係合が遮断されるように構成される。

そこで、本実施例において、前記把持部ケーシング１０の先端底部には、前記回転出力軸１８を挿通すると共に先端側を開口した環状凹部２１を形成した円筒部２２を設け、この円筒部２２の前記環状凹部２１の底面となる把持部ケーシング１０の底部に通孔２３を設けて、この通孔２３内に前記鋼球１５が収納配置される。そして、この鋼球１５に対して対向保持するようにフランジ付きスリーブ２４を配置し、さらに前記フランジ付きスリーブ２４を、コイルスプリング２５を介して、前記円筒部２２の外周部に形成したねじ溝に螺合し前記回転出力軸１８を挿通するように構成したスプリングキャップ２６を装着し、所要の弾性押圧力をもって保持するように構成される。

そして、本実施例の電動回転工具の駆動制御装置においては、前記回転出力軸１８のスプリングキャップ２６の装着されたその囲繞空間領域内を利用して、前記回転出力軸１８の外周の一部にセンサ感知部材３０を配設する。また、前記センサ感知部材３０に対向して、その外周部に若干離間させて、前記センサ感知部材３０が前記回転出力軸１８と共に回転および停止する状態を検出するためのセンサ３２を、把持部ケーシング１０の円筒部２２の先端部に適宜支持部材３３を介し保持するようにして配設する。この場合、前記センサ感知部材３０としては、前記回転出力軸１８の外周部においてその円周方向に等間隔で配置した複数のマグネットにより構成すると共に、前記センサ３２としては、ホール素子を好適に使用することができる。

なお、図１において、参照符号３４は電動モータ１２の駆動用電源、３６は電動モータ１２を駆動制御するための制御装置、３８は電動モータ１２のＯＮ／ＯＦＦ操作を手動で行うための把持部ケーシング１０に設けた操作スイッチをそれぞれ示す。従って、本実施例において、前記電動回転工具の把持部ケーシング１０に設けたセンサ３２により検出される前記回転出力軸１８の回転停止の検出信号は、前記制御装置３６に入力し、この制御装置３６において、前記回転出力軸１８の回転停止状態を判定し、前記電動モータ１２の駆動停止制御を行うように構成される。

次に、前記構成からなる電動回転工具の駆動制御装置を使用してねじ締め作業を行う場合の駆動制御動作について説明する。

本実施例に係る電動回転工具を、制御装置３６介して電源３４に接続し、操作スイッチ３８をＯＮ状態に操作すれば、電動モータ１２が付勢され、その駆動出力軸１３から減速機構１４およびクラッチ機構１６を介して回転出力軸１８が正転駆動し、ドライバービット２２に回転駆動力が伝達され、ねじ締め作業を行うことができる。

ねじ締め作業の開始からねじの締付け完了に至る大部分のねじ締め行程においては、電動モータ１２の駆動出力軸１３と回転出力軸１８およびドライバービット２０は、一体的に回転動作する。従って、この場合、把持部ケーシング１０側に設けたセンサ３２により、回転出力軸１８に設けたセンサ感知部材３０に対して検出される信号は、所要のパルス信号として得られ、制御装置３６おいて前記回転出力軸１８およびドライバービット２０の回転状態として判定される。

次いで、ねじの締付け行程においては、電動モータ１２より得られるねじの締付けトルクが増大するに従って、ドライバービット２０の回転は、急激に減速してほぼ停止状態に至る。この時点において、前記センサ３２により検出される信号は、前記パルス信号の出力停止状態となり、制御装置３６おいて前記回転出力軸１８およびドライバービット２０の回転停止状態として判定され、電動モータ１２に対する電力供給を遮断するように構成される。

このようにして、本実施例の電動回転工具の駆動制御装置においては、前述したねじ締め作業において、ドライバービット２０のねじの締付け完了に伴う回転停止状態を検出して、クラッチ機構１６のクラッチ動作とは無関係に、電動モータ１２の駆動停止制御を行うことができる。従って、前述した本実施例の電動回転工具の駆動制御装置により、ねじ締め作業を行う場合のねじ締めトルク特性と、その制御に関するセンサ検出信号、電動モータ駆動電源およびその負荷電流の時系列的な変化特性については、それぞれ図２に示すような特性が得られる。

さらに、本実施例の電動回転工具の駆動制御装置においては、ねじの倒れやかじり等による異常なねじ締め状態の場合において、ドライバービット２０の回転動作が急停止状態となった際に、この状態をセンサ３２により検出し制御装置３６を介して電動モータの駆動停止制御を行うことができる。すなわち、不適正なねじ締め状態によるドライバービット２０の急停止状態を検出することによって、電動モータ１２の駆動停止制御を行うことにより、ねじ取付け対象物の損傷等を防止することができると共に、適正なねじ締め作業の作業効率の向上を図ることができ、しかもねじ締め作業の安全性を高めることができる等、多くの優れた利点が得られる。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は前述した実施例に限定されることなく、例えばセンサ感知部材３０とセンサ３２の設置に際しては種々の設置位置を選択することができるばかりでなく、センサ３２の設置個数についても、単一もしくは２以上の複数個を設置することができる等、本発明の精神を逸脱しない範囲内において多くの設計変更を行うことができる。

１０ 把持部ケーシング
１２ 電動モータ
１３ 駆動出力軸
１４ 減速機構
１５ 鋼球
１６ クラッチ機構
１８ 回転出力軸
２０ ドライバービット
２１ 環状凹部
２２ 円筒部
２３ 通孔
２４ フランジ付きスリーブ
２５ コイルスプリング
２６ スプリングキャップ
３０ センサ感知部材（マグネット）
３２ センサ（ホール素子）
３３ 支持部材
３４ 電源
３６ 制御装置
３８ 操作スイッチ

Claims (3)

1. 電動モータを内蔵した把持部と、前記電動モータの駆動出力軸に対して減速機構を介してドライバービットと結合する回転出力軸と、前記回転出力軸に対し予め設定した所定値以上の負荷トルクが作用した際に、前記駆動出力軸と回転出力軸との係合を遮断するクラッチ動作を行うカム係合部を備えたクラッチ機構とを備えた電動回転工具からなり、
   電動回転工具の回転出力軸の外周の一部にセンサ感知部材を設け、前記センサ感知部材に対向してその外周部に前記センサ感知部材が前記回転出力軸と共に回転および停止する状態を検出するセンサを設け、
   前記ドライバービットによるねじ締め作業において、ねじ締めの完了に伴う前記回転出力軸の回転停止状態を前記センサにより検出し、前記クラッチ機構のクラッチ動作とは無関係に電動モータの駆動停止制御を行う制御手段を設けたことを特徴とする電動回転工具の駆動制御装置。
2. 前記回転出力軸の外周の一部に設けるセンサ感知部材は、その円周方向に等間隔で配置した複数のマグネットにより構成し、前記センサとしてホール素子を使用することを特徴とする請求項１記載の電動回転工具の駆動制御装置。
3. 前記電動モータのモータハウジングの一端部より突出する駆動出力軸に対し、この駆動出力軸を囲繞するように配置したスリーブ体を設け、このスリーブ体の一端にフランジ部を形成して前記モータハウジングの一端部に固定すると共に、前記スリーブ体の他端は遊星歯車を備える減速機構のインターナルギヤ部として一体的に構成し、さらに前記スリーブ体の外周部にストレンゲージを取り付けた構成とし、ねじ締めの完了に伴う前記回転出力軸の回転停止状態を前記センサにより検出した時点におけるねじ締めトルク値を検出するように構成したことを特徴とする請求項１または２記載の電動回転工具の駆動制御装置。

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