JP2011245583A

JP2011245583A - 電動工具

Info

Publication number: JP2011245583A
Application number: JP2010120077A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Miyamoto; 雅弘宮本
Original assignee: Nidec Techno Motor Corp
Current assignee: Nidec Techno Motor Corp
Priority date: 2010-05-26
Filing date: 2010-05-26
Publication date: 2011-12-08
Anticipated expiration: 2030-05-26
Also published as: JP5564690B2

Abstract

【課題】締付け作業中におけるモータの停止が、締付け完了によるものか又は過放電によるものかを作業者が容易に判断可能な電動工具を提供する。
【解決手段】モータと、モータの駆動電源としてのバッテリと、先端工具が装着されたチャックとを備え、前記モータによりチャックを回転させることで被締結部材の締付けを行う手動式の電動工具において、コントローラによって、バッテリ電圧が第一閾電圧よりも大きい第二閾電圧を下回ったと判定した場合（ステップ５の判定がＹＥＳの場合）には、モータ停止後におけるモータの再起動を禁止するようにする。
【選択図】図３

Description

本発明は、モータと、該モータの駆動電源としてのバッテリと、該モータにより駆動されて被締結部材を締付ける回転駆動部とを備えた電動工具に関する技術分野に属する。

従来より、バッテリを電源としてモータにより工具を回転させることで、ボルト等の締付けを行う手動式の電動工具は知られている。例えば、特開２００６−３４６７７１号公報に開示される電動工具では、回転部のトルクが予め設定された設定トルクに達したときに、モータを自動停止させることで、ボルトの締付けトルクを一定に維持するようにしている。

この種の電動工具では、バッテリの過放電による破損を防止するべく、現在までに様々な技術が提案されている。例えば、特許第４３７０８１９号公報に開示される電動工具では、バッテリの過放電による破損を防止するために、バッテリの電圧が所定レベルまで低下したときには、モータの回転速度を低下させるか又はモータの作動を停止させるようにしている。
特開２００６−３４６７７１号公報特許第４３７０８１９号公報

しかしながら、前記特許文献１に示すように締付け完了時にモータを自動停止させる機能を備えた電動工具に対して、特許文献２に示す過放電防止技術を適用した場合には、締付け作業時にモータが停止したときに、該停止の要因が締付け完了によるものか又は過放電によるものかを作業者が判断し難いという問題がある。

本発明の目的は、締付け作業中におけるモータの停止が、締付け完了によるものか又は過放電によるものかを作業者が容易に判断可能な電動工具を提供することにある。

具体的には、第一の発明に係る電動工具は、モータと、前記モータの駆動電源としてのバッテリと、前記モータにより駆動されて被締結部材を締付ける回転駆動部と、前記モータを手動操作により作動させるための操作手段と、前記回転駆動部による前記被締結部材の締付けが完了したことを検知する完了検知手段と、前記完了検知手段により前記被締結部材の締付け完了が検知されたときには、前記操作手段が手動操作されているか否かに拘わらず、モータを停止するモータ停止手段と、前記バッテリの電圧を検出する電圧検出手段と、前記モータの作動中に、前記電圧検出手段による検出電圧が第一閾電圧を下回ったときには、該モータを停止させる過放電防止手段と、前記モータの作動中に、前記電圧検出手段による検出電圧が前記第一閾電圧よりも大きい第二閾電圧を下回った場合には、その後、前記操作手段の手動操作が解除されることにより前記モータが停止した後の、又は前記モータ停止手段の作動により前記モータが停止した後のモータの起動を禁止する再起動禁止手段と、
を備えているものとする。

前記の構成によれば、作業者が操作手段を手動操作することでモータ（回転駆動部）が作動して、被締結部材（ボルト等）の締付けが開始される。そして、完了検知手段により、被締結部材の締付け完了が検知されたときには、モータ停止手段が作動することで、操作手段が操作されているか否かに拘わらずモータの作動が停止する。これにより、被締結部材の締付けトルクを略一定に管理することができる。そして、電動工具の動作中（モータの作動中）に、バッテリ電圧が第一閾電圧を下回ったときには、過放電防止手段が作動することによりモータが停止する。これにより、バッテリの過放電による性能劣化を防止することができる。

また、本発明によれば、バッテリ電圧が、前記第一閾電圧よりも大きい第二閾電圧を下回った場合には、その後、操作手段の手動操作が解除されることによりモータが停止した後の、又は前記モータ停止手段の作動により前記モータが停止した後のモータの起動が禁止される。これにより、作業者は、操作手段を操作しても電動工具が起動しない場合（モータが起動しない場合）には、バッテリ電圧が第二閾電圧未満に低下していると判断することができる。したがって、作業者は、締付け作業を再開するためにバッテリを充電（又は交換）するしかなくなるため、バッテリ電圧を常に、第一閾電圧よりも十分に高い値に維持することができる。よって、被締結部材の締付けに長時間を要する場合（例えば、ボルト長さが格段に長い場合）など特別な場合を除いて、電動工具の動作中に過放電防止手段の作動によってモータが停止することはなくなる。よって、作業者は、このような特別な場合を除いては、締付け作業中のモータの停止要因が、締付け完了によるものか又は過放電によるものかを判断する必要がなくなるので、従来に比べてこの判断が容易になる。

以上より、第１の発明に係る電動工具によれば、バッテリ電圧が第一閾電圧よりも大きい第二閾電圧を下回った場合には、モータ停止後におけるモータの再起動を禁止するようにしたことで、被締結部材の締付け作業中にモータが停止した場合に、該停止の原因が、締付け完了によるものか又は過放電によるものかを、作業者が容易に判断することができる。よって、作業者が、被締結部材の締付けが未完了であるにも拘わらず誤って完了したものと判断するのを防止することができる。延いては、被締結部材の締付けトルクが不足するのを防止することが可能となる。

本発明の実施形態に係る電動工具を示す側面図である。電動工具の制御ブロック図である。コントローラにおけるモータの作動制御を示すフローチャートである。電動工具の動作中にバッテリ電圧が第二閾電圧を下回る例を示すタイムチャートである。電動工具の動作中にバッテリ電圧が第一閾電圧を下回る例を示すタイムチャートである。

図１は、本発明の実施形態に係る電動工具１を示す。この電動工具１は、作業者が把持するためのハンドル部２を備えた手動式の電動工具１である。電動工具１は、モータ３と、モータ３の駆動電源としてのバッテリ４と、モータ３の回転数を減速するギヤボックス５と、ギヤボックス５に連結された出力軸６とを備えている。バッテリ４は、充電式であり、ハンドル部２の下端部に外付けされている。出力軸６の先端部にはチャック７が設けられている。チャック７には、螺子ジやボルト等の被締結部材を締付けるための先端工具（図示省略）が着脱自在に装着される。出力軸６の近傍には、トルク検出素子８（図２参照）が設けられている。このトルク検出素子８は、被締結部材の締付けが完了した瞬間に発生する逆トルクを検出する。トルク検出素子８は、該逆トルクを検出したときには、その検出信号を締付け完了信号として後述のコントローラ９に出力する。尚、以下の説明では、被締結部材はボルトであるものとして説明を行う。

前記ハンドル部２内には、コントローラ９及び駆動回路１０が内蔵されている。駆動回路１０は、図２に示すように、バッテリ４からの電力の供給を受けてモータ３を駆動させるためのものであって、例えば特開２００３−１４５４４７号公報に示す周知の回路構成を採用することができる。

コントローラ９は、トリガースイッチ１１、トルク検出素子８、及びバッテリ電圧センサ１２からの信号を基に、駆動回路１０に対して制御信号を出力することでモータ３の駆動制御を行うように構成されている。コントローラ９は、例えばＣＰＵやＲＯＭ等を有する周知のマイクロコンピュータによって構成されている。

バッテリ電圧センサ１２は、前記バッテリの電圧を検出して、その検出信号をコントローラ９に出力する。

トリガースイッチ１１は、ハンドル部２に設けられていて、作業者が該ハンドル部２を把持した状態で指で操作可能なトリガ式のスイッチである。トリガースイッチ１１は、作業者のスイッチ操作に応じて、トリガースイッチ１１が操作されたことを示すオン信号と、トリガースイッチ１１の非操作を示すオフ信号とのいずれかをコントローラ９に出力する。

コントローラ９は、トリガースイッチ１１からのオン信号を検出したときには、駆動回路１０によりモータ３を回転駆動させる。このモータ３の回転速度は、トリガースイッチ１１の操作量に応じてコントローラ９により設定される。一方、コントローラ９は、トリガースイッチ１１からのオフ信号を検出したときには、駆動回路１０に対して停止信号を出力することで、モータ３を停止させる。

コントローラ９は、トリガースイッチ１１からのオン信号を検出している場合において（モータ３の作動中）、トルク検出素子８からの検出信号を検出したときにはモータ３を停止させるように構成されている。

また、コントローラ９は、バッテリ電圧センサ１２からの信号を基にバッテリ電圧を算出して、該算出したバッテリ電圧を基に、過放電防止制御と再起動防止制御とを実行する。

すなわち、コントローラ９は、モータ３の作動中に、バッテリ電圧が第一閾電圧Ｅ１を下回ったときには、トリガースイッチ１１の操作状態（オン／オフ状態）に拘わらずモータ３を停止させるように構成されている（過放電防止制御）。ここで、第一閾電圧Ｅ１は、例えば、所望のバッテリ性能を維持することができるバッテリ電圧の下限値か又はそれよりもやや高い値とすることができる。

また、コントローラ９は、モータ３の作動中にバッテリ電圧が第一閾電圧Ｅ１よりも大きい第二閾電圧Ｅ２を下回ったときには、後述するように再起動禁止フラグを立てることで、該モータ３が停止した後の再起動を禁止するように構成されている。（再起動禁止制御）。第二閾電圧Ｅ２は、第一閾電圧Ｅ１よりもやや大きい値とすることが好ましい
次に、コントローラ９における過放電防止制御及び再起動禁止制御の詳細を、図３のフローチャートに基づいて説明する。

ステップＳ１では、再起動禁止フラグを０にセットする。

ステップＳ２では、バッテリ電圧センサ１２からの信号を読み込んで、読み込んだ信号を基にバッテリ電圧を算出する。そして、該算出したバッテリ電圧が第一閾電圧Ｅ１未満であるか否かを判定し、この判定がＹＥＳであるときにはステップＳ１０に進む一方、ＮＯであるときにはステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、トリガースイッチ１１の操作信号（オン信号）を基にその操作量に応じた目標回転数を算出する。そして、モータ駆動回路１０に対して、モータ３を該目標回転数で駆動させるために必要な制御信号を出力する。そうして、モータを回転させて工具１を駆動する。

ステップＳ４では、ステップＳ２と同様に、バッテリ電圧センサ１２からの信号を読み込んでバッテリ電圧を算出する。そして、該算出したバッテリ電圧が第一閾電圧Ｅ１未満であるか否かを判定し、この判定がＹＥＳであるときにはステップＳ１０に進む一方、ＮＯであるときにはステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、ステップＳ４で読み込んだバッテリ電圧が第二閾電圧Ｅ２（＞Ｅ１）未満であるか否かを判定し、この判定がＹＥＳであるときにはステップＳ７に進む一方、ＮＯであるときにはステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、トリガースイッチ１１からの信号がオフ信号であるか否かの判定と、前記締付け完了信号を受信したか否かの判定を行い、この両判定のいずれか一方がＹＥＳであるときにはステップＳ８に進む一方、ＮＯであるときにはステップＳ４に戻る。

ステップＳ５の判定がＹＥＳであるときに進むステップＳ７では、再起動禁止フラグを立てる。つまり再始動禁止フラグを１にセットする。

ステップＳ６の判定がＹＥＳであるときに進むステップＳ８では、再起動禁止フラグが１であるか否かを判定し、この判定がＹＥＳであるときにはステップＳ１０に進む一方、ＮＯであるときにはステップＳ９に進む。

ステップＳ９では、モータ駆動回路１０に停止信号を出力することでモータ３を停止し、工具１の駆動を停止する。

ステップＳ８の判定がＹＥＳであるときに進むステップＳ１０では、ステップＳ９と同様に、モータ駆動回路１０に停止信号を出力することでモータ３を停止し、工具１の駆動を停止する。

ステップＳ１１では、トリガースイッチ１１の操作状態（オン／オフ）に拘わらずモータ３の起動（再起動）を禁止する。

以上のように構成された電動工具１の動作について説明する。図４に示すように、時刻Ｔ１では、作業者がトリガースイッチ１１を操作することで、コントローラ９によりステップＳ３の処理が実行さる。これにより、モータ３が回転して先端工具が駆動することで、ボルトの締付け動作が開始する。時刻Ｔ２では、コントローラ９によって、トルク検出素子８からの締付け完了信号が受信され、これを受けてモータ３の回転が停止し先端工具の駆動が停止する。この時刻Ｔ１〜Ｔ２における動作がボルト締付け時の基本動作となる
ところで、電動工具１の動作中（モータ３の作動中）は、バッテリ４の内部抵抗に起因する電圧降下と、バッテリ４の残量低下に伴う電圧降下とが相俟って、バッテリ電圧の低下が工具停止時に比べて顕著になる（図４参照）。図４の時刻Ｔ３〜Ｔ５では、電動工具１の動作に伴うバッテリ電圧の低下によって、時刻Ｔ４でバッテリ電圧が第二閾電圧Ｅ２を下回る様子を示している。本実施形態では、バッテリ電圧が第二閾電圧Ｅ２を下回ったときには、コントローラ９によって、モータ３の駆動は継続されるものの、再起動禁止フラグが立てられる。したがって、時刻Ｔ５でボルトの締付けが完了した後に、作業者が別のボルトの締付け作業を行うためにトリガースイッチ１１を操作したとしても、モータ３が起動しないようになっている。すなわち、本実施形態では、バッテリ電圧が、次回の締付け作業中に第一閾電圧Ｅ１を下回ると予測されるほど低下している場合には、コントローラ９によってモータ３の起動を禁止する（ステップＳ１１の処理を実行する）ようにしている。

これにより、作業者は、電動工具１の停止後に、トリガースイッチ１１を操作しても電動工具１が動作（起動）しない場合には、バッテリ電圧が低下していると判断してバッテリ４を充電するか又は交換することで、締付け作業を再開することができる。

したがって、バッテリ電圧を常に、第一閾電圧Ｅ１よりも高い値に維持することができ、電動工具１の動作中（モータ３の作動中）に、バッテリ電圧が第一閾電圧Ｅ１を下回ることにより工具１の動作が停止するのを防止することができる。

但し、ボルト長さ（螺子部長さ）が長い場合など締付けに長時間を要する場合には、工具の動作中にバッテリ電圧が第一閾電圧Ｅ１を下回る場合がある（図５の時刻Ｔ５参照）。この場合（ステップＳ４の判定がＹＥＳである場合）には、コントローラ９によりステップＳ１０の処理が実行されて、モータ３は強制的に停止するとともに、該停止後のモータ３の再起動も禁止される。これにより、バッテリ４の過放電を確実に防止することができる。

このように、本実施形態では、ボルトの締付けに長時間を要するような特別な場合を除いては、コントローラ９によって過放電防止制御が実行されることもない。よって、作業者は、このような特別な場合以外は、締付け作業中のモータの停止要因が、締付け完了によるものか又は過放電によるものかを判断する必要がなくなるので、従来に比べてこの判断が容易になる。

《他の実施形態》
本発明の構成は、前記各実施形態に限定されるものではなく、それ以外の種々の構成を包含するものである。

前記実施形態では、コントローラ９は、ＣＰＵ等を有するマイクロコンピュータとされているが、簡単な論理回路からなるものであってもよい。

本発明は、モータと、該モータの駆動電源としてのバッテリと、該モータにより駆動されて被締結部材を締付ける回転駆動部とを備えた電動工具に有用であり、特に、被締結部材の締付けが完了したときに手動操作に拘わらずモータを停止させる手段を備えた電動工具に有用である。

１電動工具
３モータ
４バッテリ
７チャック（回転駆動部）
８トルク検出素子（完了検知手段）
９コントローラ（モータ停止手段、過放電防止手段、再起動禁止手段）
１１トリガースイッチ（操作手段）
１２バッテリ電圧センサ（電圧検出手段）

Claims

モータと、
前記モータの駆動電源としてのバッテリと、
前記モータにより駆動されて被締結部材を締付ける回転駆動部と、
前記モータを手動操作により作動させるための操作手段と、
前記回転駆動部による前記被締結部材の締付けが完了したことを検知する完了検知手段と、
前記完了検知手段により前記被締結部材の締付け完了が検知されたときには、前記操作手段の手動操作に拘わらずモータを停止するモータ停止手段と、
前記バッテリの電圧を検出する電圧検出手段と、
前記モータの作動中に、前記電圧検出手段による検出電圧が第一閾電圧を下回ったときには、該モータを停止させる過放電防止手段と、
前記モータの作動中に、前記電圧検出手段による検出電圧が前記第一閾電圧よりも大きい第二閾電圧を下回った場合には、その後、前記操作手段の手動操作が解除されることにより前記モータが停止した後の、又は前記モータ停止手段の作動により前記モータが停止した後のモータの起動を禁止する再起動禁止手段と、
を備えた電動工具。
請求項１記載の電動工具において、
前記再起動禁止手段はさらに、前記過放電防止手段の作動により前記モータが停止した場合においても、該停止後の該モータの起動を禁止するように構成されている電動工具。