JP2017213619A

JP2017213619A - 工具

Info

Publication number: JP2017213619A
Application number: JP2016107976A
Authority: JP
Inventors: 祐輔大澤; Yusuke Osawa
Original assignee: Max Co Ltd
Current assignee: Max Co Ltd
Priority date: 2016-05-30
Filing date: 2016-05-30
Publication date: 2017-12-07

Abstract

【課題】ねじの部材への増し締めを簡単に行う。【解決手段】制御部は、操作パネルで増し締めモードに切り替えられたか否かを判断する（Ｓ１００）。増し締めモードが選択された場合、操作パネルでＤＣブラシレスモータにおけるモータ電流値Ｔｈやモータ回転積算角度Ａが設定される（Ｓ１１０）。次に、制御部は、増し締めモードの実行し、電流検出部からＤＣブラシレスモータの電流値を取得した後、取得したＤＣブラシレスモータの電流値が予め設定されたモータ電流値Ｔｈ以上となったか否かを判断する（Ｓ１２０）。ＤＣブラシレスモータの電流値がモータ電流値Ｔｈ以上となったら、ＤＣブラシレスモータの回転積算角度の積算処理を実行し（Ｓ１３０）、ＤＣブラシレスモータの回転積算角度が予め設定されたモータ回転積算角度Ａ以上となった場合に、増し締めのための回転が終了したと判断してＤＣブラシレスモータの駆動を停止させる（Ｓ１５０）。【選択図】図４

Description

本発明は、工具に関する。

電動工具には、強モードや弱モード等、駆動力が異なるモードの他に、石膏ボードの面位置仕上げや、サッシ、建具等の小ねじ締めを行うために用いられる増し締めモードが設けられている。増し締めモードとは、ねじを所定角度だけ回転させてからモータを停止させるモードであり、インパクト回転工具では、打撃を行った際の電流や回転脈動から打撃周期を推定した後、モータの実回転数との差から軸先回転角度を推定し、推定した軸先回転角度でモータの駆動を停止させる。これにより、ねじの締め過ぎによる部材やねじの損傷の低減を図っている。

例えば、特許文献１には、通常モードで締め付けられた被締め付け部材に対してさらに所定の打撃を加えて締め付けを行う増し締めモードを備えたインパクト回転工具が記載されている。また、特許文献２には、トリガが引かれたときにモータを所定時間だけ回転させて停止させるオートストップモードを備えた回転工具が記載されている。

特許第４４００３０３号特開２０１３−１４６８４６号公報

しかしながら、上述した特許文献１および２に記載される電動工具等では、以下のような問題がある。すなわち、近年、従来よりも高い電圧、例えば１８Ｖ等の電池が使用されるようになってきており、電池の電圧の上昇に伴ってモータの出力トルクも大きくなっている。そのため、このような状態で増し締めモードを実行しても、石膏ボード等の柔らかい部材に対しては打撃が行われずにねじ頭が石膏ボードと面一以下となる位置まで締め付けられてしまい、面一以下まで締め付けが行われた後に打撃が開始される場合もある。打撃を行った際の電流や回転脈動から軸先回転角度を推定する増し締めモードでは、打撃が発生しない場合に軸先の正確な角度を推定できず、増し締めモードとしての機能を発揮できないという問題がある。

そこで、本発明は、ねじの部材への増し締めを確実に行うことができる工具を提供することを目的とする。

本発明に係る工具は、トリガの操作に応じて駆動するモータと、前記モータの駆動により回転および打撃可能に設けられた打撃機構と、前記モータの負荷を検知する負荷検知部と、を備え、前記負荷検知部により検知される負荷が閾値以上となった場合に、前記モータを所定の角度だけ回転させて停止させるものである。

また、本発明に係る工具は、トリガの操作に応じて駆動するモータと、前記モータの駆動により回転および打撃可能に設けられた打撃機構と、前記モータの負荷を検知する負荷検知部と、を備え、前記負荷検知部により検知される負荷が閾値以上の状態で駆動される前記モータの回転角度を検出し、前記回転角度の積算値に基づいて、回転を停止させるものである。

本発明によれば、ねじの部材への増し締めを確実に行うことができる。

本発明の一実施の形態に係る電動工具の構成例を示す正面図である。電動工具の構成例を示す断面図である。電動工具の機能構成例を示すブロック図である。増し締めモード時における電動工具の動作例を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上拡張されており、実際の比率と異なる場合がある。

［電動工具１０の構成例］
図１は本発明の一実施の形態に係る電動工具１０の平面構成の一例を示し、図２はその断面構成の一例を示している。なお、図１および図２において、紙面の左側を電動工具１０の前方とし、紙面の右側を電動工具１０の後方とする。

本発明に係る電動工具１０は、ＤＣブラシレスモータ（以下、モータ２０という）を駆動源とするインパクトドライバである。電動工具１０は、図１および図２に示すように、筒状の電動工具本体（ハウジング）１２と、電動工具本体１２の下部から略鉛直方向に延びるグリップ１６とを備えている。電動工具本体１２の側面部には、モータ２０の回転を正回転または逆回転に切り替えるための正逆切替スイッチ６０が設けられている。

電動工具本体１２には、モータ２０と、冷却ファン２８と、減速機４０と、スピンドル４２と、ハンマ４４と、アンビル４６とがそれぞれ内蔵されている。モータ２０は、例えばＤＣブラシレスモータから構成され、電動工具本体１２の後部に組み付けられている。モータ２０は、ユーザーによるスイッチ３０の引き操作に基づいて回転する。

冷却ファン２８は、モータ２０の後方であって、モータ２０の回転軸２０ａの同軸上に設けられている。冷却ファン２８は、モータ２０の回転に伴って回転し、電動工具本体１２の側面部に設けられた吸込口から外気を吸い込んでモータ２０を冷却し、吸い込んだ空気を電動工具本体１２の側面部に設けられた排気孔から外部に排出する。

減速機４０は、モータ２０の前方に設けられ、モータ２０の回転軸２０ａに接続されている。減速機４０は、遊星歯車機構を構成し、モータ２０の回転に伴って回転すると共にモータ２０の回転を減速させてスピンドル４２にモータ２０の動力を伝達する。

ハンマ４４は、スピンドル４２の回転を回転打撃力に変換し、変換した回転打撃力をアンビル４６に伝達する。具体的には、ねじ締め動作時（モータ２０の起動時）に後述する出力軸４６ａに設定以上の負荷トルク（ねじ締め抵抗）が付与されると、ハンマ４４が圧縮ばね４５を圧縮しながら後退することでアンビル４６とハンマ４４との回転方向の係合が一時的に解除され、その後、圧縮はね４５が復元する力でハンマ４４が前進してハンマ４４がアンビル４６を回転方向に打撃する。

アンビル４６は、電動工具本体１２の先端部に設けられ、図示しないドライバビット（先端工具）が装着可能な出力軸４６ａを有している。出力軸４６ａにドライバビットを取り付けた状態でモータ２０を回転駆動させると、モータ２０の駆動力によりドライバビットが回転すると共に打撃されるようになっている。

グリップ１６は、ユーザーが電動工具１０を把持するための部位である。グリップ１６の下部には、電池７０を着脱可能に取り付けることが可能な電池パック取付部１８が設けられている。図１および図２では、電池パック取付部１８に電池７０が取り付けられていない状態を示し、電池７０を破線で示す。電池７０は例えばリチウムイオン電池であり、電圧は１８Ｖである。電池７０には、残量ゲージが設けられており、電池残量が視認できるようになっている。

電池パック取付部１８のグリップ１６の前端から前方に張り出した部位の上面部には、操作パネル６２が設けられている。操作パネル６２には、打撃モードを切り替えるためのモード設定ボタンや打撃モード表示ＬＥＤ等が設けられている。

スイッチ３０は、グリップ１６の上部前方側であって、ユーザーがグリップ１６を把持したときに人差し指がかかる位置に配設されている。スイッチ３０は、モータ２０を起動および停止させると共に、モータ２０の回転速度を調整するための操作部として機能する。例えば、ユーザーがスイッチ３０を大きく（強く）引き操作するとモータ２０が高速で回転駆動し、ユーザーがスイッチ３０を小さく（弱く）引き操作するとモータ２０が低速で回転駆動する。

［電動工具１０の機能構成例］
図３は、本発明に係る電動工具１０の機能構成の一例を示すブロック図である。図３に示すように、電動工具１０は、モータ２０と、モータ駆動回路８０と、制御回路５０と、電流検出部９０と、スイッチ３０と、操作パネル６２とを備えている。

モータ２０は、ロータ２２と、ステータ２４と、３個のホールセンサ２６ａ，２６ｂ，２６ｃとを有している。ロータ２２は、複数組のＮ極とＳ極を含む永久磁石から構成されている。本例では、４極の永久磁石を用いているが、これに限定されることはない。ステータ２４は、スター結線された３相の固定子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗから構成されている。ステータ２４は、スター結線ではなく、デルタ結線により構成しても良い。

ホールセンサ２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、例えばステータ２４に取り付けられたセンサ基板に所定の間隔をあけて配設されている。ホールセンサ２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、回転するロータ２２から発生する磁界を検出し、検出した磁界に応じたホール信号をロータ位置検出回路５６に出力する。

モータ駆動回路８０は、インバータ回路であって、電池７０からの直流を所定の電力量に調整してモータ２０に出力する。モータ駆動回路８０は、６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を有している。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６には、例えばソース，ゲート，ドレインからなるｎ型のＭＯＳＦＥＴ(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)を用いることができる。なお、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６としては、例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ等の他のスイッチング素子を用いても良い。

スイッチング素子Ｑ１は、電池７０の正極に接続されると共にモータ２０のＵ相の端子に接続されている。スイッチング素子Ｑ２は、電池７０の正極に接続されると共にモータ２０のＶ相の端子に接続されている。スイッチング素子Ｑ３は、電池７０の正極に接続されると共にモータ２０のＷ相の端子に接続されている。スイッチング素子Ｑ４は、電池７０の負極に接続されると共にモータ２０のＵ相の端子に接続されている。スイッチング素子Ｑ５は、電池７０の負極に接続されると共にモータ２０のＶ相の端子に接続されている。スイッチング素子Ｑ６は、電池７０の負極に接続されると共にモータ２０のＷ相の端子に接続されている。

なお、本実施の形態では、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３のそれぞれを上アームと呼び、スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６のそれぞれを下アームと呼ぶ場合がある。

制御回路５０は、ロータ位置検出回路５６と、制御部５２と、ゲート信号出力回路５４とを有している。ロータ位置検出回路５６は、ホールセンサ２６ａ，２６ｂ，２６ｃから供給されるホール信号に基づいて、ロータ２２の回転位置（回転角度）を検出して制御部５２に出力する。

制御回路５０には、スイッチ３０が配線を介して接続されている。スイッチ３０は、ユーザーによるスイッチ３０の操作量に基づく操作信号（電圧信号）を生成して制御回路５０に出力する。ここで、スイッチ３０の操作量は、モータ２０の目標回転数に相当する。

制御部５２は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)５２ａと、ＲＯＭ(Read Only Memory)やＲＡＭ(Random Access Memory)等を含む記憶部５２ｂとを有している。ＣＰＵ５２ａは、入力されるロータ２２の回転位置やスイッチ３０の操作量に基づいて、記憶部５２ｂに格納されているプログラムやデータを読み出して実行することにより、ハンマ４４等による回転打撃によりねじ締めを行う通常モードや、ハンマ４４等による回転により増し締めを行う増し締めモード等の各種打撃モードを実行する。

また、制御部５２は、ロータ位置検出回路５６から出力されるロータ２２の回転位置に基づいて所定のＭＯＳＦＥＴＱ１〜Ｑ６をオン／オフ制御するための各駆動信号を生成する。このとき、制御部５２は、スイッチ３０から入力される操作信号（操作量）に基づいてデューティー比を設定し、設定したデューティー比に基づいて駆動信号をＰＷＭ制御する。すなわち、制御部５２は、スイッチ３０の操作量に相当する目標回転数に応じて駆動信号のデューティー比を演算し、演算により得られた各駆動信号をゲート信号出力回路５４に出力する。なお、デューティー比は、駆動信号における１周期内のオンの時間とオフの時間の割合である。

ゲート信号出力回路５４は、制御部５２に接続されると共に、対応する６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲートのそれぞれに接続されている。ゲート信号出力回路５４は、例えばレベルシフト回路により構成され、制御部５２から供給される駆動信号（パルス信号）に基づいて６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートに駆動電圧を印加する。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、後述するゲート信号出力回路５４から出力される駆動信号に基づいてスイッチング動作を行い、モータ駆動回路８０に印加される電池７０の直流電流を固定子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗのそれぞれに３相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを供給する。

電流検出部９０は、電池７０とモータ駆動回路８０との間に接続された図示しない抵抗の電圧降下値を取得し、モータ２０に流れる電流を検出して電流値を制御部５２に供給する。制御部５２は、電流検出部９０により検出されたモータ２０の電流値からモータ２０の負荷トルクの変動を判断し、増し締めモードを実行するか否かを判断する。

操作パネル６２は、制御部５２に接続され、ユーザーによる打撃モードの切り替え操作を受け付け、切り替えられた打撃モードに応じた切替信号を制御部５２に供給する。例えば、ユーザーにより打撃モードが増し締めモードに切り替えられた場合には、増し締めモードに応じた切替信号が制御部５２に供給される。

［電動工具１０の動作例］
図４は、ユーザーが増し締めモードを実施する場合における電動工具１０の動作の一例を示すフローチャートである。制御部５２のＣＰＵ５２ａは、記憶部５２ｂに記憶されているプログラムやデータを実行することにより図４に示すシーケンスを実行する。

図４に示すように、ステップＳ１００において、制御部５２は、ユーザーより操作パネル６２において打撃モードが増し締めモードに切り替えられたか否かを判断する。制御部５２は、打撃モードが増し締めモードに切り替えられたと判断した場合、ステップＳ１１０に進む。一方、打撃モードが増し締めモードに切り替えられていないと判断した場合、操作パネル６２で現在選択されている他の打撃モードを実行する。なお、増し締めモードには、低速駆動でねじを部材に締め付けて着座させるねじ締め工程と、締め付け後にねじを部材に対して面一とする増し締め工程とが含まれる。

増し締めモードが選択されると、ステップＳ１１０において、操作パネル６２では、ＤＣブラシレスモータ２０のモータ電流値Ｔｈやモータ回転積算角度Ａがユーザーにより設定される。なお、モータ電流値Ｔｈやモータ回転積算角度Ａとして、デフォルトの設定や前回の設定を利用する場合には、本ステップの入力操作を省略して次のステップに進むようにしても良い。

ここで、モータ電流値Ｔｈとは、ねじの石膏ボード等の部材への着座（ねじ締め）が終了したか否かを判断する際に用いる閾値であり、例えばねじ頭部の座面が部材に着座するまでのモータ２０の負荷トルクに基づいて設定される。モータ回転積算角度Ａとは、ＤＣブラシレスモータ２０の電流値が設定されたモータ電流値Ｔｈを超えた時点から、ＤＣブラシレスモータ２０を回転させる角度である。なお、ＤＣブラシレスモータ２０の回転角度と先端工具の回転角度とは、打撃機構による打撃が行われない場合には一致している。

制御部５２は、モータ電流値Ｔｈ等の設定が終了したら、ユーザーによるスイッチ３０の引き操作に基づいて増し締めモードを実行し、ステップＳ１２０に進む。

ステップＳ１２０において、制御部５２は、増し締めモードの実行に伴い、電流検出部９０からＤＣブラシレスモータ２０の電流値を取得した後、取得したＤＣブラシレスモータ２０の電流値が予め設定されたモータ電流値Ｔｈ以上となったか否かを判断する。制御部５２は、ＤＣブラシレスモータ２０の電流値がモータ電流値Ｔｈ以上となった場合、ねじ締め作業が終了（ねじが部材に着座）したと判断してステップＳ１３０に進む。一方、ＤＣブラシレスモータ２０の電流値がモータ電流値Ｔｈ未満である場合、ねじ締め作業が終了していないと判断し、ＤＣブラシレスモータ２０の電流値を継続して監視する。

ステップＳ１３０において、制御部５２は、ＤＣブラシレスモータ２０の電流値がモータ電流値Ｔｈ以上となったら、ＤＣブラシレスモータ２０の回転積算角度の積算処理を開始する。制御部５２は、ロータ位置検出回路５６から供給される回転位置に基づいて回転駆動しているＤＣブラシレスモータ２０の回転角度を積算する。ステップＳ１３０が終了したら、ステップＳ１４０に進む。

ステップＳ１４０において、制御部５２は、積算により得られたＤＣブラシレスモータ２０の回転積算角度（積算値）が予め設定されたモータ回転積算角度Ａ以上となったか否かを判断する。制御部５２は、ＤＣブラシレスモータ２０の回転積算角度がモータ回転積算角度Ａ以上となった場合、設定された増し締めのための回転が終了したと判断してステップＳ１５０に進み、ＤＣブラシレスモータ２０の駆動を停止させる。

一方、ステップＳ１４０において、制御部５２は、ＤＣブラシレスモータ２０の回転積算角度がモータ回転積算角度Ａ未満である場合、ねじの増し締め動作が終了していないと判断してステップＳ１３０に戻り、モータ回転積算処理を継続して実行する。本実施の形態では、このような処理を繰り返し実行する。

［本発明の適用例］
次に、上述した増し締めモードを選択して石膏ボードにねじ締めおよび増し締めを行う場合について説明する。まず、ユーザーにより操作パネル６２で増し締めモードが選択され、続けて、操作パネル６２でモータ電流値Ｔｈおよびモータ回転積算角度Ａのそれぞれが設定される。

次に、ねじを石膏ボードの表面に押し当てた後、ユーザーによるスイッチ３０の引き操作により、ねじを石膏ボードに食いつかせる（ねじ立たせ）作業が行われる。ねじの石膏ボードの着座までは、ＤＣブラシレスモータ２０の電流値は設定したモータ電流値Ｔｈ未満となるので、増し締めモードにおいてねじを石膏ボードに確実に締め付けて着座させることができる。

また、ねじが石膏ボードに着座すると、負荷トルクが上昇し、これに伴ってＤＣブラシレスモータ２０の電流値も上昇する。このとき、電動工具１０では、ＤＣブラシレスモータ２０の電流値が予め設定したモータ電流値Ｔｈを超えるので、これをトリガとしてＤＣブラシレスモータ２０が設定されたモータ回転積算角度Ａまで回転した後に停止する。つまり、ねじ頭が石膏ボードに面一となる位置で、ＤＣブラシレスモータ２０の回転が停止する。なお、採用される電池７０の電圧の上昇に伴ってモータの駆動トルクも上がっているので、石膏ボード施工時には打撃機構による打撃はほとんどの場合で行われない。増し締めモードにおいて、打撃機構により打撃が行われる場合でも、打撃が行われた後にＤＣブラシレスモータ２０の電流値が予め設定したモータ電流値Ｔｈを超えたか否かを判断し、その判断結果に基づいて増し締めを実行する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、電池７０の電圧の上昇に伴ってモータの駆動トルクが大きくなった場合でも、モータ２０の電流値に基づいて増し締めを行うか否かを判断するので、ねじを部材に締めすぎることなく確実に電動工具１０の動作を停止させることができる。すなわち、打撃が行われない場合でも、増し締め作業を確実に実行することができる。

なお、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態に記載の範囲には限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能である。例えば、本発明は、上述した電動工具１０だけでなく、打撃工具以外の回転工具に対しても好適に適用することができる。また、ねじを増し締めする部材も石膏ボードに限定されることはなく、打撃が行われない部材であれば良い。

また、上述したモータ電流値Ｔｈは、増し締めを行う部材毎に対応して設定することが好ましい。この場合、増し締めを行う部材毎にモータ電流値Ｔｈを予めテーブルとして用意しておき、ユーザーが操作パネル６２等で増し締めを行う部材に最適なモータ電流値Ｔｈを選択できるようにしても良い。また、上述した実施の形態では、モータ電流値Ｔｈおよびモータ回転積算角度Ａの設定を操作パネル６２で行っていたが、これに限定されることはない。モータ電流値Ｔｈおよびモータ回転積算角度Ａの少なくとも一方の設定を、電動工具１０に接続したコンピュータ等の情報処理端末により設定を行うようにしても良い。

また、上述した実施の形態では、増し締めを行うか否かを判断する際の負荷としてモータ電流値Ｔｈを用いたが、これに限定されることはない。

また、本実施の形態によれば、モータ電流の閾値（Ｔｈ）を低い値に設定しておけば、モータの回転開始と同時に角度のカウントを始めるので、所定の角度だけ回転させることが可能になる。また、トリガの操作回数に応じて段階的に締め込みを行うことができるので、締め付け状態を確認しながら、最適な締め付けを行うことができる。また、締め込みの初期にネジを少しだけ回転させて部材に食いつかせる「ねじ立たせ」を簡単に行うことができる。

また、上述した実施の形態では、所定の電流値を上回ったときに角度検出を開始して、所定角度回転後にモータを停止しているが、所定の電流値を上回った時の回転角度のみを積算して、所定角度だけ回転したことを判断するようにしても良い。
このような制御にすれば、部材の硬さのバラつきによるトルク変動や、外乱（ノイズ）による誤検知などの影響を無くすことができる。

さらに、本明細書において示した装置やプログラムにおける動作およびステップ等の各処理の実行順序は、前の処理の出力を後の処理で用いない限り、任意の順序で実現可能である。

１０電動工具（工具）
２０モータ
２４操作パネル（操作部）
２６ａ，２６ｂ，２６ｃホールセンサ（位置検知部）
４４ハンマ（打撃機構）
４６アンビル（打撃機構）
５２制御部
５６ロータ位置検出回路（位置検知部）
９０電流検出部（負荷検知部）

Claims

トリガの操作に応じて駆動するモータと、
前記モータの駆動により回転および打撃可能に設けられた打撃機構と、
前記モータの負荷を検知する負荷検知部と、
を備え、
前記負荷検知部により検知される負荷が閾値以上となった場合に、前記モータを所定の角度だけ回転させて停止させる
ことを特徴とする工具。
トリガの操作に応じて駆動するモータと、
前記モータの駆動により回転および打撃可能に設けられた打撃機構と、
前記モータの負荷を検知する負荷検知部と、
を備え、
前記負荷検知部により検知される負荷が閾値以上の状態で駆動される前記モータの回転角度を検出し、
前記回転角度の積算値に基づいて、回転を停止させる
ことを特徴とする工具。
前記モータの電流値によって前記負荷を検出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の工具。
前記モータを回転させる前記所定角度および前記モータの前記閾値の少なくとも一方を設定可能とした
ことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の工具。