JP2015208784A - 電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】ショックセンサの配置を工夫して組立作業性や配線作業性を良好にすると共に、定速度制御に入った場合でも打撃検出を可能とする。【解決手段】モータ１０によって打撃機構部２０を介して駆動され、先端工具を装着可能な出力部３０と、打撃機構部２０による出力部３０への打撃を検出するショックセンサ７０と、モータ１０を制御する制御部とを備え、前記制御部はスイッチング素子Ｑを有し、スイッチング素子Ｑはモータ１０に取り付けられたインバータ回路基板６１に搭載され、ショックセンサ７０は基板６１に実装されている。【選択図】図１

Description

本発明は、ボルトやナット等のネジ類の締め付け作業及び緩め作業等に使用するインパクトレンチやインパクトドライバーのような電動工具に関するものである。

従来のこの種の電動工具においては、作業者が経験的に締緩作業を行うため、ボルトを締め付ける時、締め過ぎてしまうことが多々あり、これを恐れた場合、締め不足が発生することになる。

このため、下記特許文献１に示されているように、モータ裏の離間位置に基板を配置し、この基板に加速度センサを実装して打撃数を検知する方法や、モータに流れる電流値の変化に基づいて打撃を検出する方法が提案されている。

特許第３２６４１５７号公報

しかし、前者では加速度センサがモータから離れた基板に実装されているため、打撃検出感度が良好でなく、ハウジングに加わった外部からの衝撃を打撃と誤認するおそれがある。

後者においては、電流によって打撃数を検出しているため、定速度制御の入った電動工具では、検出が困難である。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、ショックセンサの配置を工夫して組立作業性や配線作業を容易にすると共に、定速度制御に入った場合でも打撃検出を可能とする電動工具を提供することにある。また、感度よく打撃を検知することを可能とする電動工具を提供することにある。

本発明のある態様は電動工具である。この電動工具は、モータと、打撃機構部を介して前記モータにより駆動され、先端工具を装着可能な出力部と、前記打撃機構部による前記出力部への打撃を検出するショックセンサと、前記モータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部はスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子は前記モータに取り付けられた基板に搭載され、前記ショックセンサは前記基板に実装されていることを特徴とする。

前記態様において、前記ショックセンサは、前記基板の端部に実装されているとよい。

前記態様において、前記ショックセンサが実装された前記端部がたわむ構造であるとよい。

前記態様において、前記基板は、前記モータのステータコアに固定されており、前記基板の前記ステータコアへの取付面の反対面に前記ショックセンサが実装されているとよい。

前記態様において、前記基板は、前記モータのステータコアに固定されており、前記基板は、前記ステータコアへのネジ止め部から延出しかつ先端フリーな延出部を有し、前記延出部に前記ショックセンサが実装されているとよい。

本発明の別の態様も電動工具である。この電動工具は、モータと、打撃機構部を介して前記モータにより駆動され、先端工具を装着可能な出力部と、前記打撃機構部による前記出力部への打撃を検出するショックセンサと、前記モータの端部に固定され、前記ショックセンサが設けられる基板と、を備え、
前記基板は、前記モータへの固定領域から外側に延出する延出部を有し、前記ショックセンサは前記延出部に実装されていることを特徴とする。

前記別の態様において、前記基板は、前記モータの回転軸と略直交するように前記モータに固定され、前記延出部は、前記モータを軸方向から見た際に前記モータと重ならない部分であるとよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、モータにより打撃機構部を介して駆動される出力部を有する電動工具において、前記打撃機構部による前記出力部への打撃を検出するショックセンサを、前記モータに取り付けられたスイッチング素子搭載基板に設けており、別基板にショックセンサを設ける場合に比較して組立作業や配線作業を容易に行うことができる。また、モータ電流値の変化によって打撃検出する方法の場合には、定速度制御に入ったときに打撃検出が困難になるが、そのような問題も発生しない。また、基板の延出部にショックセンサを設ける場合、感度よく打撃を検知することができる。

本発明に係る電動工具の一実施の形態を示す側断面図。 実施の形態におけるスイッチング素子及びショックセンサ搭載基板を、モータ背後よりみた背面図。 実施の形態の制御ブロック図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１乃至図３で本発明に係る電動工具の一実施の形態として、インパクト工具（図示の例はインパクトレンチ）を説明する（図１中に前後及び上下方向を定義した）。図１に示すように、ハウジング１は、ブラシレスモータ１０と、打撃機構部２０と、出力部３０の一部とを収納する胴体部２と、一端が胴体部２に接続しているハンドル部３とを有している。打撃機構部２０はブラシレスモータ１０により駆動され、出力部３０に回転力と打撃力を加える伝達機構部分である。また、図３に示すように、ブラシレスモータ１０の停止、回転方向、回転速度等を制御する制御部は、制御回路５０及びインバータ回路６０を有し、ハウジング１内には、制御回路５０及びインバータ回路６０をそれぞれ搭載した制御回路基板９及びインバータ回路基板６１が収納されている。インバータ回路基板６１はインバータ回路６０のスイッチング素子Ｑ（Ｑ１〜Ｑ６）を搭載したスイッチング素子搭載基板である。制御回路基板９は胴体部２の内側下部に、インバータ回路基板６１はブラシレスモータ１０の端部である背面に固定され、かつ胴体部２の内側に配置される。

ブラシレスモータ１０は前後方向に延びる出力軸１１と、出力軸１１に固定され複数の永久磁石を有するロータ（回転子）１２と、ロータ１２を囲むように配置されるステータ（固定子）１３と、出力軸１１に固定された冷却ファン１６とを備える。ステータ１３はステータコア１４に複数のステータコイルを巻線したものである。出力軸１１の両側は軸支（軸受で支持）され、ステータコア１４はハウジング１の胴体部２内側に固定されている。出力軸１１の回転は遊星歯車機構１７を介して減速されて打撃機構部２０のハンマ２１に与えられる。

打撃機構部２０は、ハンマケース２５内に配されたハンマ２１とこれを前方に付勢するバネ２３を有している。ハンマ２１は前端に衝突部２２を有し、遊星歯車機構１７の出力軸で回転駆動される。出力部３０を構成するアンビル３１は、後端に被衝突部３２を備えている。また、ハンマ２１は、回転した際に衝突部２２が被衝突部３２と回転方向において衝突するように、バネ２３により前方に付勢されている。このような構成により、ハンマ２１が回転した際に、出力部３０のアンビル３１に打撃が与えられることとなる。また、ハンマ２１は、バネの付勢力に反して後方に移動することも可能に構成されており、衝突部２２と被衝突部３２との衝突後、ハンマ２１はバネ２３の付勢力に抗して回転しながら後退する。そして、衝突部２２が被衝突部３２を乗り越えると、バネ２３に蓄えられた弾性エネルギーが解放されてハンマ２１は前方に移動し、再び、衝突部２２と被衝突部３２とが衝突することとなる。

出力部３０を構成するアンビル３１は胴体部２の先端部、つまりハンマケース２５の前端側で回転自在に軸支されており、アンビル３１には、各種の先端工具を着脱自在に装着できる。

ハンドル部３には、トリガスイッチとしてのタンブラスイッチ４が設けられており、図３のスイッチトリガ回路５１を介してタンブラスイッチ４のオン、オフ情報及び正転、逆転情報が制御回路５０に入力されるようになっている。

ハンドル部３の下部からは電源コード５が引き出されており、電源コード５に接続されて図３の商用交流電源６（ＡＣ１００Ｖ）からの交流電力を直流電力に変換する整流回路７がハンドル部３の内側下部に収納される。

打撃機構部２０におけるハンマ２１の回転に伴う出力部３０に対する打撃（衝突部２２と被衝突部３２間の衝突）を検出するために、加速度センサ等で構成されるショックセンサ７０がスイッチング素子搭載基板としてのインバータ回路基板６１に搭載されている。具体的に言えば、図２に示すように、インバータ回路基板６１は、ブラシレスモータ１０のステータコア１４への接触部において、出力軸１１に対して略直交するようにステータコア１４にネジ６５で４箇所固定されており、さらにステータコア１４へのネジ止め部から延出しかつ先端フリーな延出部６１ａを有し、この延出部６１ａの端部位置にショックセンサ７０が実装されている。延出部６１ａは、ブラシレスモータ１０を軸方向から見た際にモータ１０と重ならない部分であり、先端フリーであって容易にたわむことができる構造（可撓性を有する構造）である。また、ショックセンサ７０の実装面は、ブラシレスモータ１０の発熱の影響を回避するために、インバータ回路基板６１のステータコア１４への取付面の反対面である。たわむ構造の延出部６１ａの端部にショックセンサ７０を設けることで、ハンマ２１による出力部３０の打撃、つまり衝突部２２と被衝突部３２間の衝突を高感度で検出できる。また、打撃回数はショックセンサ７０の打撃検出信号を受ける後述の制御回路５０で計数することで、測定可能である。

図３はインパクト工具の制御ブロック図である。ブラシレスモータ１０は３相のブラシレスＤＣモータで構成され、ロータ１２は複数組（本実施の形態では２組）のＮ極とＳ極を含む永久磁石１２ａを含んで構成され、ステータ１３はスター結線された３相のステータコイル１５（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を有する。制御回路５０及びインバータ回路６０を制御部は有しており、整流回路７の整流出力は、インバータ回路６０を介してブラシレスモータ１０のステータコイルＵ，Ｖ，Ｗに供給される。

インバータ回路６０は、図１においてブラシレスモータ１０の背後側のステータコア１４に固定されたインバータ回路基板６１上に搭載されており、３相ブリッジ形式に接続されたＦＥＴ等の６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を備える。

ロータ１２の回転位置を検出するために、回転子位置検出素子（ホール素子等）７５がインバータ回路基板６１上に、ロータ１２の周方向に所定の間隔毎、例えば角度６０°毎に配置されている。これらの回転子位置検出素子７５からの位置検出信号に基づいてステータコイルＵ，Ｖ，Ｗへの通電方向と時間が制御回路５０で制御され、ブラシレスモータ１０が回転するようになっている。なお、回転子位置検出素子７５はインバータ回路基板６１においてブラシレスモータ１０と対向する側の面に設けられている。

制御回路５０には、スイッチトリガ回路５１を介してタンブラスイッチ４のオン、オフ情報及び正転、逆転情報が入力され、回転子位置検出素子７５からの位置検出信号が入力され、モータ供給電流を検出するためにインバータ回路６０への電流供給経路に挿入された抵抗Ｒｓの電圧降下が入力される。また、打撃機構部２０におけるハンマ２１の回転に伴う打撃回数を検出するためにショックセンサ７０の打撃検出信号が制御回路５０に加えられる。

制御回路５０は、図示していないが、処理プログラムとデータに基づいてインバータ回路６０の駆動信号を出力するための中央処理装置（ＣＰＵ）と、処理プログラムや制御データを記憶するためのＲＯＭと、データを一時記憶するためのＲＡＭと、タイマと、ショックセンサ７０の打撃検出信号を計数するカウンタとを含んで構成され、インバータ回路６０が有するブリッジ接続された６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートに制御信号Ｈ１〜Ｈ６を所定のタイミングで出力する。また、ショックセンサ７０で検出した打撃の回数が、予め設定した回数に到達したらブラシレスモータ１０を停止する制御を行うことができる。つまり、検出した打撃回数に基づいてネジ類を締緩する際のトルクを適正に制御することが可能となる。なお、モータ停止制御を行う打撃検出の設定回数は適宜変更可能である。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) スイッチング素子搭載基板としてのインバータ回路基板６１にショックセンサ７０を搭載することで、ショックセンサ７０を別基板に配置する場合に比較して組立作業性や配線作業を良好にし、コンパクトに構成可能である。また、基板６１のモータ取付面の反対面の端部に、熱に弱いショックセンサ７０を配置することで、発熱するスイッチング素子Ｑやモータ１０からの熱の影響を受けにくくすることが可能である。すなわち、ショックセンサ７０の温度上昇による動作不良をなくすことができる。

(2) インバータ回路基板６１は、ステータコア１４へのネジ止め部から延出しかつ先端フリーな延出部６１ａを有している。この延出部６１ａはたわむことが可能な構造であるため、この延出部６１ａにショックセンサ７０を実装することで、より感度良く、高精度で打撃を検出することができる。

(3) インパクト工具が定速制御に入った場合であってもショックセンサ７０により打撃を検出可能である。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。

図１では、モータ１０の背後側のステータコア１４にスイッチング素子Ｑ及びショックセンサ７０を設けたインバータ回路基板６１を固定したが、モータ１０の前側のステータコア１４に前記基板６１を固定してもよい。また、組立作業性を考慮せずに感度を良くする場合には、インバータ回路基板６１にショックセンサ７０を設ける必要はなく、インバータ回路基板６１とは別の基板に設けても良い。この場合、別基板にも延出部６１ａに相当する部分、すなわち、別基板をハウジング１内にネジや挟み込み等により固定する際に自由に容易にたわむことができる延出部にショックセンサ７０を設ければよい。

本発明の実施の形態では、交流式のインパクト工具を例示したが、電池パック等の直流電源を用いた直流式のインパクト工具にも本発明は適用可能である。

また、本発明は、インパクトレンチやインパクトドライバーの他、ハンマドリル等にも適用可能である。

１ ハウジング
２ 胴体部
３ ハンドル部
４ タンブラスイッチ
５ 電源コード
７ 整流回路
９ 制御回路基板
１０ ブラシレスモータ
１２ ロータ
１３ ステータ
１４ ステータコア
２０ 打撃機構部
３０ 出力部
５０ 制御回路
６０ インバータ回路
６１ インバータ回路基板
６１ａ 延出部
６５ ネジ
７０ ショックセンサ
７５ 回転子位置検出素子

Claims (7)

1. モータと、
   打撃機構部を介して前記モータにより駆動され、先端工具を装着可能な出力部と、
   前記打撃機構部による前記出力部への打撃を検出するショックセンサと、
   前記モータを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部はスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子は前記モータに取り付けられた基板に搭載され、前記ショックセンサは前記基板に実装されていることを特徴とする電動工具。
2. 前記ショックセンサは、前記基板の端部に実装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。
3. 前記ショックセンサが実装された前記端部がたわむ構造であることを特徴とする請求項２に記載の電動工具。
4. 前記基板は、前記モータのステータコアに固定されており、前記基板の前記ステータコアへの取付面の反対面に前記ショックセンサが実装されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電動工具。
5. 前記基板は、前記モータのステータコアに固定されており、
   前記基板は、前記ステータコアへのネジ止め部から延出しかつ先端フリーな延出部を有し、前記延出部に前記ショックセンサが実装されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電動工具。
6. モータと、
   打撃機構部を介して前記モータにより駆動され、先端工具を装着可能な出力部と、
   前記打撃機構部による前記出力部への打撃を検出するショックセンサと、
   前記モータの端部に固定され、前記ショックセンサが設けられる基板と、を備え、
   前記基板は、前記モータへの固定領域から外側に延出する延出部を有し、前記ショックセンサは前記延出部に実装されていることを特徴とする電動工具。
7. 前記基板は、前記モータの回転軸と略直交するように前記モータに固定され、
   前記延出部は、前記モータを軸方向から見た際に前記モータと重ならない部分であることを特徴とする請求項６に記載の電動工具。

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