JP2020519474A - 電気パルス工具 - Google Patents

Abstract

本発明は、電気パルス工具（１０）及び電気パルス工具（１０）において明確に規定されたパルスを達成する方法に関する。この目的は、トルクがパルスの状態で電気パルス工具（１０）の出力シャフト（１４）に送り出されるようになった電気パルス工具（１０）によって達成される。電気パルス工具（１０）は、回転子（１２）付き電気モータ（１１）及び出力シャフト（１４）を駆動するようになった歯車構造体（１３）を有する。電気パルス工具（１０）は、各期間の間、歯車構造体（１３）内の遊びが閉じられるよう定められ、そして歯車構造体が出力シャフト（１４）を動かし始めるまで回転子（１２）の速度を制御するよう作動する。

Description

本発明は、電気パルス工具及び電気パルス工具における方法に関する。特に、本発明は、トルクがパルスの状態で送り出されて例えばねじ継手を締め付けたりするとともに／あるいは弛めたりするような締め付け作業を実行するための電気パルス工具に関する。

ボルト、ねじ及びナットを締結するための電力工具が多くの互いに異なる用途で用いられている。これらの用途のうちの幾つかにおいて、クランプ力又は少なくとも関連トルクを制御することができるようにすることが望ましく又はそれどころか必要である。かかる電力工具は、典型的には、トルクが測定されるよう電力工具の出力シャフトを回転させるよう制御される。トルクが所定の値に達すると、電力工具は、出力シャフトの回転を停止させるよう制御される。これは、例えば、工具への電力を切断することによって達成されるのが良くあるいはクラッチを摺動させるのが良い。

電力工具、特に手持ち型電力工具を操作する際に遭遇する問題は、オペレータが反力を受けることである。オペレータに伝わる反力を軽減する一手法は、電気モータをパルス化された仕方で駆動する一連のエネルギーパルスを供給するパルス型電気モータを使用することである。エネルギーは、典型的には、電流パルスとして供給されるのが良い。それにより、オペレータが対処する必要のある反力を軽減させることができる。

米国特許第６，６８０，５９５号明細書は、ねじを締結するための制御方法及び締結装置を記載している。締結装置は、パルス化漸増トルクを出力するよう制御される。実際のトルクを求め、そして実際のトルクが標的値に達したときにモータを停止させる。パルス化漸増トルクを発生させるには、パルス化電流を締結装置の電気モータに供給する。

また、米国特許第７，７７０，６５８号明細書は、ねじを締結するための制御方法及び締結装置を記載している。実際のトルクを求め、実際のトルクが標的値に達したときにモータを停止させる。さらに、実際のトルクが設定された値に達すると、締結装置により送り出されるトルクを減少させる。パルス化トルクを発生させるには、パルス化電流を締結装置の電気モータに供給する。

米国特許第６，６８０，５９５号明細書 米国特許第７，７７０，６５８号明細書

電力アシスト型締結工具の作動を改良することが望まれ続けている。例えば、パルスは、明確に規定された状態にならない。規定されていないパルスと関連した一問題は、例えば標的トルクに達するために必要とされるパルスの数について生じている。

それゆえ、改良型パルス化締め付け方法及び電気パルス工具が要望されている。

本発明の目的は、パルスがより明確に規定された改良型電気パルス工具を提供することにある。この目的は、本発明の第１の観点によれば、トルクがパルスの状態で電気パルス工具の出力シャフトに送り出されるようになった電気パルス工具によって達成される。電気パルス工具は、回転子付き電気モータ及び出力シャフトを駆動するようになった歯車構造体を有する。電気パルス工具は、各期間の間、歯車構造体内の遊びが閉じられるよう定められ、そして歯車構造体が出力シャフトを動かし始めるまで回転子の速度を制御するよう作動する。

本発明の例示の実施形態に関する利点は、各パルスについて知られている運動エネルギーを達成することができ、かくしてより明確に規定されたパルスを達成することができるということにある。

次に、添付の図面を参照して本発明を詳細に説明する。

動力工具の縦断面図である。

従来型電力工具、例えばナットランナ又はねじ回しは、典型的には、実施される作業、例えば継手の締め付けの質を制御することができるセンサ、例えば角度エンコーダ及びトルク計器を備えている。

さらに、特に手持ち型動力工具に関し、オペレータの受ける反力は、できるだけ低いことと特定の締め付け作業を終了させる時間ができるだけ短いことの両方が重要である。オペレータは、作業サイクル中、何百回にもわたって締め付け作業を行う場合があり、したがって、締め付け作業は、オペレータの快適さにとって人間工学的であるとともに作業ステーションでの生産性のために迅速であることが重要である。人間工学的締め付け作業は、典型的には反力ができるだけ小さいことを示唆している。

図１は、本発明の実施形態に係る電気パルス工具１０の例示の実施形態を示している。工具１０は、トルクが一連のパルスの状態で送り出されてねじ継手を締め付ける締め付け作業又は工具１０によって実行される回転作用を含む同様な作用を実施するよう構成されている。この目的のため、パルス工具は、回転子２０及び固定子２１を備えた電気モータ１１を有する。電気モータ１１は、２つの互いに逆の回転方向、すなわち時計回りの方向と反時計回りの方向に回転するよう構成されている。

工具１０は、ハンドル２２をさらに有し、このハンドルは、図示の実施形態では拳銃型のものである。しかしながら、本発明は、かかる形態には限定されず、任意形式の電気パルス工具に利用でき、図１の設計に限定されることはない。電源２４がモータ１１に接続されている。図示の実施形態では、電源は、ハンドルの下方部分内に配置されるのが良いバッテリである。他形式の電源、例えば電力を電気ケーブル経由で電気工具１０に供給する外部電源もまた想定される。工具１０は、電気モータ１１の電力供給を制御するようオペレータによって操作可能に配置されたトリガ２３をさらに有するのが良い。幾つかの実施形態では、工具１０は、外部制御ユニット（図示せず）に連結されている。外部制御ユニットは、工具１０に電力を供給することができる。制御ユニットはまた、工具を制御するために信号を工具１０に送信したり信号を工具１０から受信したりするよう構成されているのが良い。さらに、工具は、出力シャフト１４を有する。

本発明は、出力シャフト１４が歯車装置１３により回転子１２に連結されている電気パルス工具に利用される。

電気パルス工具１０は、電気モータ１１を制御するよう構成されたプロセッサ１６をさらに有する。電気パルス工具１０は、プロセッサ１６によって実行可能な命令を格納しているメモリ２６をさらに有する。プロセッサ１６は、中央処理装置（ＣＰＵ）、マイクロコントローラ、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、又はコンピュータプログラムコードを実行することができる任意他の適当な形式のプロセッサである。メモリ２６は、読み取り書き込み記憶装置（ＲＡＭ）、読み取り専用記憶装置（ＲＯＭ）、又は永続的記憶装置、例えば磁気メモリ、光メモリ、もしくはソリッドステートメモリ又はそれどころか遠隔取り付け型メモリのうちの１つ又はこれらの組み合わせである。

センサ２５が一実施形態に従って出力シャフト１４上に配置されている。変形例として、センサ２５は、歯車装置１３上に配置されても良い。しかしながら、センサ２５は、電気パルス工具１０内の他の場所に配置されても良い。本発明の例示の一実施形態によれば、センサ２５は、トルクセンサ２５である。本発明の別の例示の実施形態によれば、センサ２５は、位置センサ２５である。

先行技術の電気パルス工具では、パルスは、固定された電流を一定の時間の間、電力工具内のモータに流すことによって作られる。この方法に関する問題は、パルスが明確に規定された状態にならないことにある。規定されないパルスと関連した一問題は、例えば標的トルクに達するために必要とされるパルスの数について生じている。

しかしながら、本発明者は、これとは異なり、歯車装置１３内の遊びが閉じられるように定められ、そして歯車装置が出力シャフト１４を動かし始めるまで、回転子１２の速度を制御することによって明確に規定されたパルスを達成することができることに気づいた。この方法の利点は、各パルスについて既知の運動エネルギーを達成することができるということにある。

かくして、本発明は、一観点によれば、電気パルス工具１０に関し、トルクは、パルス状態で電気パルス工具１０の出力シャフト１４に送り出される。上述したように、電気パルス工具１０は、回転子１２付きの電気モータ１１及び出力シャフト１４を駆動するようになった歯車装置１３を有する。さらに、電気パルス工具１０は、各期間の間、歯車装置１３内の遊びが閉じられるように定められ、そして歯車装置が出力シャフト１４を動かし始めるまで、回転子１２の速度を制御するよう作動する。

電気パルス工具１０の例示の実施形態では、歯車装置１３は、別個の遊びユニット（図示せず）を有する。電気パルス工具１０の別の例示の実施形態では、遊びユニットは、歯車装置１３とは別体である。この遊びユニットの目的は、遊びを歯車装置１３に追加することにある。別個の遊びユニットに関する利点は、遊びの量を選択することができるということにある。大きな遊びが遊びユニットで選択された場合、歯車装置１３内の遊びが閉じられるよう定められる前における速度を制御する時間が長い。

電気パルス工具１０の例示の一実施形態では、速度は、遊びが閉じられる前に所定の速度に到達するよう制御される。かくして、この例示の実施形態では、回転子内で生じる所定の速度に対応した運動エネルギーのある特定の量が得られる。次に、この既知の量の運動エネルギーを継手にアンロードする。

例示の一実施形態によれば、速度は、所定の電流オン時間間隔中、電流パルスを電気モータ１１に提供することによって制御される。電流パルスを所定の電流オン時間間隔中、電気モータ１１に提供することによって、ある特定の既知の速度に到達することができる。これは、例示の一実施形態によれば、電流と速度が互いにどのように関連しているかの従来の経験に基づいている。所望の速度に選択された電流時間間隔で到達しない場合、所定の速度に到達するために電流時間間隔を次の期間中に調節するのが良い。別の例示の実施形態によれば、速度は、常時測定され、電流供給は、所望の速度に到達するよう制御される。別の例示の実施形態によれば、速度は、常時測定され、電流供給は、所望の速度に達してこれを維持するよう制御される。

電気パルス工具１０の例示の一実施形態によれば、歯車装置１３内の遊びは、回転子１２の速度が十分に減少すると、閉じるよう定められている。かくして、この例示の実施形態では、速度は、歯車装置１３内の遊びが閉じられる時点を求めるために用いられる。この背後にあるこの原理は、歯車装置１３内の遊びが閉じられると、歯車装置が出力シャフト１４を動かし始め、その結果、回転子１２の十分な速度の減少が得られることにある。

電気パルス工具１０の別の例示の実施形態では、歯車装置１３内の遊びは、トルクセンサによって検出されたトルクが増大すると、閉じられるよう定められている。この背後にあるこの原理は、歯車装置１３内の遊びが閉じられると、歯車装置が出力シャフト１４を動かし始め、その結果、トルクが増大することにある。

電気パルス工具１０の別の例示の実施形態では、歯車装置１３内の遊びは、モータに提供された電流が増大すると、閉じられるよう定められている。この背後にあるこの原理は、歯車装置１３内の遊びが閉じられると、歯車装置が出力シャフト１４を動かし始め、その結果、電流の増大が得られることにある。

本発明の電気パルス工具のさらに例示の別の実施形態では、電気パルス工具はさらに、ねじ継手の締め付けと関連したパラメータ値に達するまで期間を繰り返すよう作動する。本発明の電気パルス工具の例示の実施形態では、ねじ継手の締め付けと関連したパラメータ値はトルクである。本発明の電気パルス工具のさらに別の例示の実施形態では、ねじ継手の締め付けと関連したパラメータ値は、角度である。

本発明はまた、コンピュータプログラムが記憶されたコンピュータ可読記憶媒体であって、コンピュータプログラムは、電気パルス工具で実行されると、電気パルス工具が上述の方法を実施するようにすることを特徴とするコンピュータ可読記憶媒体に関する。

例示の一実施形態では、上述のコンピュータプログラムコードが電気パルス工具１０のプロセッサ１６内で実行されると、それにより、電気パルス工具１０は、上述したように作動する。

かくして、例示の一実施形態によれば、プロセッサ１６及びプロセッサ１６によって実行可能な命令を格納したメモリ２６を有し、電気パルス工具１０は、各期間の間、歯車装置１３内の遊びが閉じられるように定められ、そして歯車装置が出力シャフト１４を動かし始めるまで、回転子１２の速度を制御するよう作動する。さらに、電気パルス工具１０がプロセッサ１６及びプロセッサ１６によって実行可能な命令を格納したメモリ２６を有する実施形態では、電気パルス工具１０は、各期間の間、上述の例示の実施形態に従って作動する。

本発明はまた、電気パルス工具１０内において実行され、上述の例示の実施形態に従って締め付け作業を実行する方法に関する。上述の例示の実施形態の場合と同様、トルクをパルスの状態で送り出してねじ継手を締め付ける。上述したように、電気パルス工具１０は、回転子１２付きの電気モータ１１及び出力シャフト１４を駆動するようになった歯車装置１３を有する。

この方法は、各期間の間、歯車装置１３内の遊びが閉じられるよう定められ、そして歯車装置が出力シャフト１４を動かし始めるまで、回転子１２の速度を制御するステップを含む。

この方法の例示の一実施形態によれば、速度は、遊びが閉じられる前に所定の速度に到達するよう制御される。別の例示の実施形態では、速度は、所定の電流オン時間間隔中、電流パルスを電気モータ１１に提供することによって制御される。

本方法の例示の実施形態では、歯車装置１３内の遊びは、回転子１２の速度が十分に減少したときに閉じられるよう定められている。別の例示の実施形態では、歯車装置１３内の遊びは、トルクセンサによって検出されたトルクが増大すると、閉じられるよう定められている。

本方法の例示の実施形態では、電気パルス工具１０は、回転子の位置変化を求めるよう構成された位置センサ２５を有し、速度は、回転子の求められた位置変化に基づいて定められる。

本方法の別の例示の実施形態では、電気パルス工具１０はさらに、ねじ継手の締め付けと関連したパラメータ値に達するまで期間を繰り返すよう作動する。本方法の別の例示の実施形態では、電気パルス工具１０においてねじ継手の締め付けと関連したパラメータ値は、トルクである。本方法のさらに別の例示の実施形態では、電気パルス工具１０において、ねじ継手の締め付けと関連したパラメータ値は、角度である。

例示の実施形態では、モータに供給されるパルス化エネルギーは、制御されたパルス電流として記載されている。しかしながら、パルス化エネルギーは、電流以外の他の何らかのパラメータに基づいて制御されることが想定される。したがって、本明細書で用いられる（電流）パルスという用語はまた、電流制御パルス以外の他形式のエネルギーパルス、例えばモータ速度制御パルス、電圧制御パルスなどを含む。

Claims (20)

1. 電気パルス工具（１０）であって、トルクがパルスの状態で前記電気パルス工具（１０）の出力シャフト（１２）に送り出され、前記電気パルス工具（１０）は、回転子（１２）付きの電気モータ（１１）及び前記出力シャフト（１４）を駆動するようになった歯車装置（１３）を有し、前記電気パルス工具（１０）は、各期間の間、
   前記歯車装置（１３）内の遊びが閉じられるように定められ、そして前記歯車装置が前記出力シャフト（１４）を動かし始めるまで、前記回転子（１２）の速度を制御するよう作動する、電気パルス工具（１０）。
2. 前記速度は、前記遊びが閉じられる前に所定の速度に達成するよう制御される、請求項１記載の電気パルス工具（１０）。
3. 前記速度は、所定の電流オン時間間隔中、電流パルスを前記電気モータ（１１）に提供することによって制御される、請求項１又は２記載の電気パルス工具（１０）。
4. 前記歯車装置（１３）内の前記遊びは、前記回転子（１２）の速度が十分に減少したときに閉じられるよう定められている、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の電気パルス工具（１０）。
5. 前記歯車装置（１３）内の前記遊びは、トルクセンサによって検出されたトルクが増大すると、閉じられるよう定められている、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の電気パルス工具（１０）。
6. 前記歯車装置（１３）内の前記遊びは、前記電気モータに提供された前記電流が増大すると、閉じられるよう定められている、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の電気パルス工具（１０）。
7. 前記回転子の位置変化を求めるよう構成された位置センサ（２５）をさらに有し、前記速度は、前記回転子の前記定められた位置変化に基づいて定められる、請求項１〜６のうちいずれか一に記載の電気パルス工具（１０）。
8. 前記電気パルス工具（１０）はさらに、ねじ継手の締め付けと関連したパラメータ値に達するまで前記期間を繰り返すよう作動する、請求項１〜７のうちいずれか一に記載の電気パルス工具（１０）。
9. ねじ継手の締め付けと関連した前記パラメータ値は、トルクである、請求項８記載の電気パルス工具（１０）。
10. ねじ継手の締め付けと関連した前記パラメータ値は、角度である、請求項８記載の電気パルス工具（１０）。
11. 電気パルス工具（１０）における方法であって、トルクがパルスの状態で前記電気パルス工具（１０）の出力シャフト（１２）に送り出され、前記電気パルス工具（１０）は、回転子（１２）付きの電気モータ（１１）及び前記出力シャフト（１４）を駆動するようになった歯車装置（１３）を有し、前記方法は、各期間の間、
    前記歯車装置（１３）内の遊びが閉じられるよう定められ、そして前記歯車装置が前記出力シャフト（１４）を動かし始めるまで、前記回転子（１２）の速度を制御するステップを含む、方法。
12. 前記速度は、前記遊びが閉じられる前に所定の速度に達成するよう制御される、請求項１１記載の方法。
13. 前記速度は、所定の電流オン時間間隔中、電流パルスを前記電気モータ（１１）に提供することによって制御される、請求項１１又は１２記載の方法。
14. 前記歯車装置（１３）内の前記遊びは、前記回転子（１２）の速度が減少したときに閉じられるよう定められている、請求項１１〜１３のうちいずれか一に記載の方法。
15. 前記歯車装置（１３）内の前記遊びは、トルクセンサによって検出されたトルクが増大すると、閉じられるよう定められている、請求項１１〜１４のうちいずれか一に記載の方法。
16. 前記回転子の位置変化を求めるよう構成された位置センサ（２５）をさらに有し、前記速度は、前記回転子の前記求めされた位置変化に基づいて定められる、請求項１１〜１５のうちいずれか一に記載の方法。
17. 前記電気パルス工具（１０）はさらに、ねじ継手の締め付けと関連したパラメータ値に達するまで前記期間を繰り返すよう作動する、請求項１１〜１６のうちいずれか一に記載の方法。
18. ねじ継手の前記締め付けと関連した前記パラメータ値は、トルクである、請求項１７記載の方法。
19. ねじ継手の前記締め付けと関連した前記パラメータ値は、角度である、請求項１７記載の方法。
20. コンピュータプログラムが記憶されたコンピュータ可読記憶媒体であって、前記コンピュータプログラムは、電気パルス工具（１０）内で実行されると、前記電気パルス工具（１０）が請求項１１〜１９のうちいずれか一に記載の方法を実施するようにする、コンピュータ可読記憶媒体。

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