JP4203459B2

JP4203459B2 - 電動ドライバ装置

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Publication number: JP4203459B2
Application number: JP2004250757A
Authority: JP
Inventors: 裕之中澤; 秀樹藤田
Original assignee: Nitto Kohki Co Ltd
Current assignee: Nitto Kohki Co Ltd
Priority date: 2004-08-30
Filing date: 2004-08-30
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2024-08-30
Also published as: US20080196914A1; EP2913156B1; US7464769B2; EP1800802B1; US7588098B2; CN100446934C; KR20080028514A; EP1800802A1; WO2006025181A1; TWI281428B; EP1800802A4; HK1106475A1; KR100843530B1; EP2913156A1; KR20070033049A; US20070163357A1; TW200618950A; CN101039776A; JP2006062063A

Description

本発明は、電動ドライバ及びその制御装置に関する。

電動ドライバには、ねじ締め忘れ防止機能を有する制御装置を備えたものがある。この方式では、電動ドライバが制御装置に接続され、ねじ締付作業において締付け負荷トルクが一定値以上に達したときに電動ドライバから締付け完了を表す信号が制御装置に送られ、制御装置が該締付け完了信号に応動して所定のカウンタ（締付本数カウンタ）を１つカウントさせることにより、締付本数をカウント表示したり予め設定された締付本数に達した時点を知らせるようになっている（例えば、特許文献１，２及び３参照）。
特開２０００−４７７０５号公報特公平７−８０１２８号公報特開２００３−１２３０５０号公報

ところで、電動ドライバを用いるねじ締付作業においては、ねじが傾いた状態で締め付けられることが生じうる。ねじが傾いて締め付けられる場合には、通常、正常なねじ締付が行われた場合よりも短い時間で締付負荷トルクが所定値に達する。また、既に締められたねじを再度ねじ締付（増し締め）する場合も、通常、正常なねじ締付が行われた場合よりも短い時間で締付負荷トルクが所定値に達する。このため、正常なねじ締付が行われる場合の代表的な（通常は最短の）締付時間を基準時間として制御装置に予め設定し、この基準時間よりも短い時間で電動ドライバから締付完了信号が発生された場合には、ねじが傾いて締め付けられたり、既に締められたねじを再度ねじ締付（増し締め）したものと制御装置が判定するようにしている。

上記基準時間を決定するために、従来は、本来のねじ締付作業を始める前に、一定数のねじについてネジ締めのテストを行い、適正にネジ締めが行われるのにかかった時間をストップウォッチなどにより計測し、そのうちの最短の時間を基準時間とする方法が採られていた。しかしながら、このような締付テストはユーザにとって非常に煩わしい作業である。

また、本来のねじ締付作業において実際のねじの締付作業においてはねじを誤った位置に締め付けてしまうことがあり、この場合、誤って締め付けたねじを外すために電動ドライバを逆回転させる動作（操作）が行われる。そのような場合には、誤った締付の際にいったんカウントした締付本数カウンタを直後の逆回転動作に応動してカウントを戻させてカウント値（締付本数）を元に戻す必要が生じる。この点につき、従来の装置では次のような問題がある。

図９は、ねじ締め忘れ防止機能付きの制御装置Ｐを備える電動ドライバＤの一般的な電気配線図を示す。図中、Ｄ１，Ｄ２はドライバモータＭへの電源線、Ｄ３は起動／停止信号線、Ｄ４は締付完了信号線、Ｄ５はコモン線である。コモン線は基準電圧Ｖｓに接続されている。Ｄ１，Ｄ２は制御装置Ｐの電源回路Ｓに接続されている。ドライバモータＭは直流モータであり、電源回路Ｓは直流電源である。ＲＳはモータＭの回転方向（正転・逆転）を選択するために電源電圧の極性を切り換える正転／逆転切換スイッチである。ＳＳはスタートスイッチであり、オペレータの開閉操作に応じて起動／停止信号線Ｄ３を介して始動・停止信号を電源回路Ｓに送る。たとえば、スタートスイッチＳＳが閉じられるとコモン線Ｄ５からの基準電圧Ｖｓが始動信号として電源回路Ｓに与えられ、スタートスイッチＳＳが開けられるとコモン線Ｄ５からの基準電圧Ｖｓが遮断され、この遮断が停止信号として電源回路Ｓに与えられるようになっている。ＢＳは常開のブレーキスイッチであり、ねじ締めにおける負荷トルクが所定値に達するとドライバ内蔵のカムＣが作動して閉状態に切り換えられる。ブレーキスイッチＢＳが閉じると、締付完了信号線Ｄ４を通して基準電圧Ｖｓの締付完了信号が制御装置Ｐ内の締付本数カウンタＴ及び電源回路Ｓに送られるようになっている。

上述のように誤って締め付けたねじを外すためにユーザが電動ドライバＤを逆回転させた場合に、マイクロコンピュータＡの締付本数カウンタＴのカウントを戻すための信号を電動ドライバＤから制御装置Ｐに与えることは、図９の回路構成のままでは不可能である。そこで、電動ドライバＤ側の回路構成を図１０に示すように変更することが考えられる。すなわち、正転／逆転スイッチＲＳをモータ回路から切り離してＯＮ／ＯＦＦスイッチとし、それに伴って制御装置Ｐ内の電源回路に正転／逆転切換機能を持たせる。そして、電動ドライバＤを逆転させるときは正転／逆転スイッチＲＳをたとえばＯＮ（閉状態）に切り換えて、コモン線Ｄ６からの基準電圧Ｖｓの信号（ＯＮ信号）を逆転制御信号として信号線Ｄ５を通じて制御装置Ｐ側の電源回路Ｓに送って該電源回路Ｓに出力電圧（モータ駆動電圧）の極性を反転させると同時に、同ＯＮ信号をカウンタＴに与えてカウントを戻させるようにするものである。

しかし、このように構成した場合には、電動ドライバ内の信号線が増えることに伴うコストアップ、及び、上記のようにした制御装置に対して従来の電動ドライバが使用できなくなるといった非互換性の問題が生じる。

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。
すなわち、本発明は、
電動ドライバと該電動ドライバに接続される制御装置とを有する電動ドライバ装置であって、
前記電動ドライバは、
ねじ締付のトルクを発生するためのドライバモータと、
前記ドライバモータに駆動電圧を供給するための電源線と、
基準電圧を与えるコモン線と、
前記ドライバモータの正転／逆転を切り換えるための第１入力端子、第２入力端子、第１出力端子及び第２出力端子を有する正転／逆転切換スイッチと、
前記正転／逆転切換スイッチの第１出力端子を前記制御装置に接続する第１信号線と、
前記正転／逆転切換スイッチの第２出力端子を前記制御装置に接続する第２信号線と、
前記コモン線と前記正転／逆転切換スイッチの第１入力端子との間に接続されたＯＮ及びＯＦＦの２位置で切換可能なスタートスイッチと、
前記スタートスイッチと前記正転／逆転切換スイッチの第２入力端子との間に接続され、ねじ締付の負荷トルクが所定値に達した時に作動するブレーキスイッチと
を有し、
前記正転／逆転切換スイッチは、
前記スタートスイッチを前記第１入力端子及び前記第１出力端子を介して前記第１信号線に接続し、前記ブレーキスイッチを前記第２入力端子及び前記第２出力端子を介して前記第２信号線に接続する正転接続位置と、
前記スタートスイッチを前記第１入力端子及び前記第２出力端子を介して前記第２信号線に接続し、前記ブレーキスイッチを前記第２入力端子及び前記第１出力端子を介して前記第１信号線に接続する逆転接続位置と
の間で切換可能とされており、
前記正転／逆転切換スイッチが前記正転接続位置にあるときは、前記スタートスイッチがＯＦＦからＯＮに切り換えられた時に前記ドライバモータを正転モードで始動させるための正転始動信号が前記第１信号線上に生成され、前記ブレーキスイッチが作動した時に前記ドライバモータに制動をかけるための締付完了信号が前記第２信号線上に生成され、前記スタートスイッチがＯＮからＯＦＦに切り換えられた時に前記ドライバモータを停止させるための停止信号が前記第１信号線上に生成され、
前記正転／逆転切換スイッチが前記逆転接続位置にあるときは、前記スタートスイッチがＯＦＦからＯＮに切り換えられた時に前記ドライバモータを逆転モードで始動させるための逆転始動信号が前記第２信号線上に生成され、前記スタートスイッチがＯＮからＯＦＦに切り換えられた時に前記ドライバモータを停止させるための停止信号が前記第２信号線上に生成され、
前記制御装置は、
前記電源線を介して前記ドライバモータに接続される電源端子を有し、前記電動ドライバからの前記正転始動信号、前記締付完了信号、前記逆転始動信号及び前記停止信号に応じて前記ドライバモータの動作を制御する電源回路と、
前記電動ドライバからの前記締付完了信号及び前記逆転始動信号に応じてねじ締付本数をカウントする締付本数カウンタと
を有する電動ドライバ装置を提供する。

本発明においては、更に、締付本数カウンタが、締付完了信号を受けてねじ締付本数を１つカウントアップし、逆転始動信号を受けてねじ締付本数を１つカウントダウンする構成を好適に採択することができる。

本発明においては、更に、ブレーキスイッチが、常開スイッチであり、ねじ締付の負荷トルクが所定値に達した時に作動して前記スタートスイッチと正転／逆転切換スイッチの第２入力端子との間の回路を閉じる構成を好適に採択することができる。あるいは、ブレーキスイッチが、常閉スイッチであり、ねじ締付の負荷トルクが所定値に達した時に作動して前記スタートスイッチと前記正転／逆転切換スイッチの第２入力端子との間の回路を遮断する構成も、好適に採択することができる。

本発明においては、更に、電源回路が、締付完了信号に応答して、ドライバモータに制動をかけるために、ドライバモータ及びＯＮ・ＯＦＦ制御可能なスイッチ素子を含む閉回路の短絡制動回路を形成し、スイッチ素子のＯＦＦ時間を一定に保ちながら、スイッチ素子のＯＮ時間をドライバモータの回転数の低減とともに漸次的に長くする仕方でスイッチ素子のＯＮとＯＦＦとを交互に繰り返す構成を好適に採択することができる。かかる構成においては、ねじ締付が完了した時点で、締付完了信号または停止信号に応答して、モータに制動をかけるために、モータ及びＯＮ・ＯＦＦ制御可能なスイッチ素子を含む閉回路からなる短絡制動回路を形成し、スイッチ素子のＯＦＦ時間を一定に保ちながら、スイッチ素子のＯＮ時間をモータの回転数の低減とともに漸次的に長くする仕方でスイッチ素子のＯＮとＯＦＦとを交互に繰り返すようにしたので、短絡制動回路を効率的に機能させ、短時間で効率的な制動を行うことができる。

本発明では、ねじが適正にねじ込まれなかったため、そのねじを逆転して外した場合に、制御装置内のねじ締付本数カウンタにカウントを戻すための信号を、従来の電動ドライバに比べて信号線を増やすことなく生成するようにしたので、配線増加に伴う制作上の煩雑さやコストアップを避けることが可能となる。

以下、本発明に係る電動ドライバ装置の実施形態を添付図面に基づき説明する。
図１に示すように、本発明に係る電動ドライバ装置１０は、電動ドライバ１２及び該電動ドライバにケーブル１３を介して接続された、ねじ締め忘れ防止機能を有するドライバ制御装置１４を備える。

電動ドライバ１２は、ねじ締め忘れ防止機能に関連した図２に示すような電気回路（電動ドライバ回路）を有している。この電動ドライバ回路は、図９及び図１０図に基づき説明した従来技術に関連する問題を解消するように企図したものであり、ドライバモータＭに駆動電圧を供給するための電源線Ｄ１，Ｄ２、電動ドライバ１２側から制御装置１４に所要の信号を送るための第１及び第２信号線Ｄ３，Ｄ４並びに第１及び第２信号線Ｄ３，Ｄ４上に所要の信号を生成するためのコモン線Ｄ５を有している。コモン線Ｄ５は、基準電圧Ｖｓに接続されている。

更に、この電動ドライバ回路は、正転／逆転切換スイッチ２８を有している。該正転／逆転切換スイッチ２８は、固定接点２８ａ、２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ、及び可動接点２８ｅ，２８ｆを有している。固定接点２８ａは固定接点２８ｄに、固定接点２８ｂは固定接点２８ｃにそれぞれ接続されている。一方の可動接点２８ｆはスタートスイッチ２０を介してコモン線Ｄ５に接続可能となっており、他方の可動接点２８ｅはブレーキスイッチ２６及びスタートスイッチ２０を介してコモン線Ｄ５に接続可能となっている。正転／逆転切換スイッチ２８は、オペレータの手動操作によって、可動接点２８ｅ，２８ｆがそれぞれ固定接点２８ｃ、２８ｄに接続する正転接続位置（図２）と、可動接点２８ｅ，２８ｆがそれぞれ固定接点２８ａ、２８ｂに接続する逆転接続位置（図示せず）との間で切り換えられるようになっている。

スタートスイッチ２０は、オペレータの手動操作に応じて始動・停止信号を制御装置１４に送るためのＯＮ／ＯＦＦスイッチである。正転／逆転切換スイッチ２８が図示の正転接続位置にある状態の下でスタートスイッチ２０が閉状態（ＯＮ）になると、コモン線Ｄ５からの基準電圧Ｖｓの信号（ＯＮ信号）がスタートスイッチ２０から正転／逆転切換スイッチ２８の可動接点２８ｆ、固定接点２８ｄ及び固定接点２８ａを介して第１信号線Ｄ３に送られ、第１信号線Ｄ３を通じて制御装置１４の電源回路３２に始動信号として与えられる。また、制御装置１４内のマイコン（マイクロコンピュータ）４０は、第１信号線Ｄ３を通じて始動信号を受け取ることで、正転モードになる。スタートスイッチ２０が開状態（ＯＦＦ）に切り換えられると、コモン線Ｄ５からの基準電圧Ｖｓの信号が断たれ、これが制御装置１４の電源回路３２には停止信号として与えられる。

また、正転／逆転切換スイッチ２８が逆転接続位置にある状態の下でスタートスイッチ２０が閉状態（ＯＮ）になると、コモン線Ｄ５からの基準電圧Ｖｓの信号（ＯＮ信号）がスタートスイッチ２０から正転／逆転切換スイッチ２８の可動接点２８ｆ及び固定接点２８ｂを介して第２信号線Ｄ４に送られ、第２信号線Ｄ４を通じて制御装置１４の電源回路３２に始動信号（すなわち逆転信号）として与えられる。さらに、制御装置１４のマイコン４０が上記ＯＮ信号を第２信号線Ｄ４から受け取ることで逆転モードになり、マイコン４０内の締付本数カウンタ３４がカウント値を１つカウントダウンするようになっている。また、正転と同様に、逆転モードでも、スタートスイッチ２０が開状態（ＯＦＦ）に切り換えられると、コモン線Ｄ５からの基準電圧ＶｓのＯＮ信号が断たれ、この遮断が制御装置１４の電源回路３２には停止信号として与えられる。

ブレーキスイッチ２６は、常開スイッチであり、ねじ締付作業において負荷トルクが所定値に達したときにドライバ１２内臓のカム２９が作動して閉状態に切り換えられるようになっている。ブレーキスイッチ２６が閉じると、ドライバ１２から締付完了信号が制御装置１４に送られるようになっている。より詳細には、正転／逆転切換スイッチ２８が図示の正転接続位置にあるときにブレーキスイッチ２６が閉じると、コモン線Ｄ５からの基準電圧Ｖｓの信号が締付完了信号としてブレーキスイッチ２６より正転／逆転切換スイッチ２８の可動接点２８ｅ，固定接点２８ｃ及び固定接点２８ｂを介して第２信号線Ｄ４に送られ、第２信号線Ｄ４を通じてドライバ制御装置１４に送られる。ドライバ制御装置１４内では、第２信号線Ｄ４からの締付完了信号に応動して、電源回路３２がモータ駆動電圧の出力を停止し、電源線Ｄ１、Ｄ２を短絡してドライバモータＭに制動をかける。それとともに、マイコン４０内で締付本数カウンタ３４がカウント値を１つカウントするようになっている。

なお、図２では、電動ドライバ１２からの始動信号、停止信号および締付完了信号をドライバ制御装置１４内で各信号線から電源回路３２に直接与えるように構成を示しているが、マイコン４０が電動ドライバ１２からの信号を全て受け取って電源回路３２を制御する構成とすることも可能である。

ねじ締付作業においては、正転／逆転切換スイッチ２８が図示の正転接続位置とされ、スタートスイッチ２０がＯＮにされると、始動信号（基準電圧Ｖｓ）が第１信号線Ｄ３を介して制御装置１４内の電源回路３２に送られ、電源回路３２より正転用の極性を有するモータ駆動電圧が電源線Ｄ１，Ｄ２を介してモータＭに送られる。

モータＭが正転してねじ締めが行われ、負荷トルクが所定値に達したとき（すなわち、ねじ締付が完了されたとき）に、（当該電動ドライバの回転駆動シャフトにより作動される）カム２９によってブレーキスイッチ２６が閉じられ、第２信号線Ｄ４を介して締付完了信号がドライバ制御装置１４内の電源回路３２及びマイコン４０（締付本数カウンタ３４）に送られる。電源回路３２では、モータ駆動電圧の出力を停止または遮断するなどの所要の動作が行われ、カウンタ３４ではねじが一本締め付けられたものとしてカウントが行われる。カウントの結果（カウント値または累積締付本数）は、ディスプレイ３６に表示される。

誤ったねじを締め付けてしまったときには、オペレータは正転／逆転切換スイッチ２８を逆転接続位置としてスタータスイッチ２０を閉じ、第２信号線Ｄ４を介して始動信号（すなわち逆転信号）を送ることにより、制御装置１４の電源回路３２は出力極性を反転させて、モータＭを逆転させ、締め付けたねじを緩める方向に回して外す。同時に、逆転信号はカウンタ３４に送られて、カウントが戻され、締付本数のカウントの修正が行われる。

以上に説明したように、図２に示す電動ドライバ装置の回路配線においては、電動ドライバから制御装置への信号線を増やすことなく、制御装置における締付本数カウンタを、電動ドライバの逆転に伴いカウントを戻させるという機能を持たせることができる。

尚、この図２の電動ドライバの回路配線は、図９及び図１０に基づき説明した問題点を解消するために、本願発明者が初めに開発した図１１に示す如き配線回路における（以下に述べるような）別の問題点を発見して、それを解消するために新たに開発したものである。

すなわち、図１１の回路配線においては、電動ドライバが図２のものと同様に、ドライバモータＭに対する電源線Ｄ１，Ｄ２、第１及び第２信号線Ｄ３，Ｄ４、及び、コモン線Ｄ５を有している。コモン線Ｄ５は、基準電圧Ｖｓ（例えば０ボルト）に固定される。更に該電気配線は、正転／逆転切換スイッチ２８を有している。該正転／逆転切換スイッチ２８は、固定接点２８ａ、２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ、及び、可動接点２８ｅ，２８ｆを有している。固定接点２８ｂは固定接点２８ｃに接続されている。また、可動接点２８ｆはスタートスイッチ２０を介してコモン線Ｄ５に接続されており、可動接点２８ｅはブレーキスイッチ２６を介してコモン線Ｄ５に接続されている。正転／逆転切換スイッチ２８は、可動接点２８ｅ，２８ｆがそれぞれ固定接点２８ａ、２８ｃに接続された正転接続位置（図１２）と、可動接点２８ｅ，２８ｆがそれぞれ固定接点２８ｂ、２８ｄに接続された逆転接続位置（図示せず）との間で切り換えられる。スタートスイッチ２０、ブレーキスイッチ２６、正転／逆転スイッチ２８の作動に基づく、制御装置１４における始動、逆転、締付本数カウントアップ及びカウントダウン等は図２におけるものと同様に行われる。

この回路配線における問題は次のようなものである。すなわち、カム２９はブレーキスイッチ２６をＯＮとするための隆起部分を有し、過負荷が生じるとブレーキスイッチをＯＮにする。正転／逆転スイッチで正転／逆転の設定を行った後、スタートスイッチをＯＮにし、ねじ締めを行い、ブレーキスイッチがＯＮにされたとき、たまたまカムの隆起部の先端でブレーキスイッチがＯＮにされたまま停止することがある。このブレーキスイッチがＯＮにされた状態で、正転／逆転の設定がされると、制御装置１４のマイコンのＣＰＵは、次のプログラムサイクルで正転／逆転の設定がされ、スタートスイッチがＯＮにされたと判断し、実際にはスタートスイッチがＯＮとなっていなくても回転してしまう可能性があるのである。これに対して、図２の回路配線では、ブレーキスイッチがそのような状態にあったとしても、その状態では、ブレーキスイッチと直列にされているスタートスイッチはＯＦＦの状態にされているので、問題は生じないのである。

次に、本発明に係る電動ドライバ装置の別の特徴について説明する。本発明に係る電動ドライバ装置における制御装置１４は、ねじ締付作業においてねじが傾くことなく適正に締め付けられたか否かを判定できるようにするための基準値を決定するようにしている。

すなわち、本発明に係る電動ドライバ装置においては、ねじが傾かずに、適正にねじ締付が行われたか否かを判断するための基準として、ねじ締付時間を用いてその判断を行う。ねじが傾いて締め付けられたときには、締付負荷トルクが正常な締付時よりも早く増大して締付完了信号を生じることを利用するものである。本発明では、このねじ締付時間の基準値を決定するのに、ねじ締付作業を行う前に、オペレータに煩わしい手間をかけることなく、所定本数のねじに対し締付テストを行い、適正にねじ締めが行われた場合の時間を計り、そのうちの最小のものをねじ締め時間の基準値とするものである。制御装置１４内のマイコン４０は、以下に説明するように、このねじ締めテストにおける電動ドライバからの締付完了信号等に基づき、締付時間の基準値を決定する。

図３は、本発明においてねじ締付時間の基準値を決定するためのマイコン４０の処理手順を示すフローチャートである。

この実施形態では、予め、一定時間のタイムブロック（本実施形態では５０ｍｓｅｃ）、ねじ締付完了されるまでの予測時間ＴＩＭ１、ねじ締めテストをするねじの本数ｍｓ、テストの済んだねじの本数（本実施形態では０）を設定しておく。締付テストが開始されると、最初に、ねじ締め計測時間ＴＩＭ２の値をゼロに初期化する（ステップＳ１）。各ねじの締付においてスタートスイッチ２０がＯＮされると、第１信号線Ｄ３を通して送られてくる始動信号を受信し、電動ドライバのモータＭが回転を開始したことを判定する（ステップＳ２）。この時点から任意に設定されたタイムブロック（本実施形態では５０ｍｓｅｃ）分のタイマ処理すなわち計時処理を開始し（ステップＳ３）、第２信号線Ｄ４からの締付完了信号を受け取るまで、すなわち負荷トルクが締付完了の所定値に達するまで（ステップＳ４）、1タイムブロックのタイマ処理を繰り返してその度に締付時間ＴＩＭ２を1タイムブロック（本実施形態では５０ｍｓｅｃ）加算する（ステップＳ５）。そして、締付完了信号を受信して締付完了トルクに達したと判定したときには（ステップＳ４）、締付時間ＴＩＭ２が予め設定した予測時間ＴＩＭ１よりも大きいか否かを判定し（ステップＳ６）、予測時間ＴＩＭ１よりも小さいときには締付時間ＴＩＭ２を新たな予測時間ＴＩＭ１として置き換える、つまり更新する（ステップＳ７）。また、テストねじの本数ｍに１を加算する（ステップＳ８）。この工程を、テストねじの本数ｍが所定本数ｍｓとなるまで行い（Ｓ９、Ｓ１０）、最終的に得られたＴＩＭ１を基準値Ｒｅとして設定記憶する（ステップＳ１１）。この基準値Ｒｅは、ねじ締めテストに続いて行われる正規のねじ締付作業において締付良否判定のための基準時間となる。尚、上記予測時間ＴＩＭ１を短く設定すると、基準時間が予測時間ＴＩＭ１となってしまうので、予測時間ＴＩＭ１を設定できる時間の最大値又は電動ドライバに使用されるねじ締付時間が最も長いねじのねじ締付時間以上の長い時間に自動設定するようにしてもよい。

次に、本発明の第３の特徴について説明する。図４は、電源回路３２に設けられた電動ドライバ１２のモータＭを駆動するためのＨ形ブリッジ回路の概念図である。

すなわち、図４においてＭはドライバモータとしてのブラシ付きＤＣモータであり、４２は直流電源の正極電源電圧端子、４４は第１スイッチ素子、４６は第２スイッチ素子、４８は第３スイッチ素子、５０は第４スイッチ素子、５４は電源回路制御部である。正極電源電圧端子４２とＤＣモータＭの一方の端子との間に第１スイッチ素子４４が接続され、正極電源電圧端子４２とＤＣモータＭの他方の端子との間に第３スイッチ素子４８が接続されている。また、グランド端子（負極電源電圧端子）とＤＣモータＭの一方の端子との間に第４スイッチ素子５０が接続され、グランド端子とＤＣモータＭの他方の端子との間に第２スイッチ素子４６が接続されている。各スイッチ素子４４，４６，４８，５０は、たとえばトランジスタからなり、電源回路制御部５４によってＯＮ／ＯＦＦ制御される。

電源回路制御部５４は、第１信号線Ｄ３からの正転モードの始動信号を受け取ると、図４に示すように、第３スイッチ素子４８、第４スイッチ素子５０をＯＦＦとし、第１スイッチ素子４４及び第２スイッチ素子４６をＯＮとしてモータＭを正転させる。

また、電源回路制御部５４は、第２信号線Ｄ４からの逆転モードの始動信号（逆転信号）を受けると、図５に示すように、第１スイッチ素子４４及び第２スイッチ素子４６をＯＦＦとし、第３スイッチ素子４８及び第４スイッチ素子５０をＯＮとしてモータＭを逆転させる。

また、電源回路制御部５４は、図６に示すように、正転時において、第２信号線Ｄ４から締付完了信号を受けると、第２スイッチ素子４６及び第４スイッチ５０をＯＦＦとし、第１スイッチ素子４４及び第３スイッチ素子４８をＯＮとする。この場合、第１スイッチ素子４４、第３スイッチ素子４８及びモータＭを含む閉回路が形成され、この閉回路がモータＭに対する短絡制動回路として作用してモータＭに制動をかけるようになっている。

この短絡制動回路が形成された時点で、モータＭが高速で回転していると、モータＭより高電圧の起電力が発生し、同回路には大きな電流が流れる。本発明では、過大電流がブラシ付きＤＣモータに通電されたときにはブラシの損耗が著しいことに鑑みて、これを避けるために、第１スイッチ素子４４および／または第３スイッチ素子４８（図６では第３スイッチ素子４８）をＯＮ／ＯＦＦ制御またはスイッチング制御するようにしている。

本発明ではこのＯＮ／ＯＦＦ制御を行うのに、図７に示すように、周波数変調制御方式を採用している。この方式では、最初、モータＭが高速回転しているときには、早い周波数で第１スイッチ素子４４および/または第３スイッチ素子４８をＯＮ/ＯＦＦ（ＯＦＦ時間の間隔は一定）させ、徐々に回転速度に見合ったＯＮ/ＯＦＦの周波数に広げて行く。すなわち、モータＭが高速回転しているときは、発電機として発生する電圧が高いので、早い周波数で第１スイッチ素子４４および/または第３スイッチ素子４８をＯＮ/ＯＦＦさせる。ＯＦＦ時間が一定のため、第１スイッチ素子４４および/または第３スイッチ素子４８をＯＮしている時間が相対的に短くなり、その結果、電流の上昇が抑えられ、流れる電流量が小さくなる。モータＭの回転速度が低くなった段階では、低い周波数で第１スイッチ素子４４および/または第３スイッチ素子４８をＯＮ/ＯＦＦさせる。本実施形態では、周波数を図７に示すように、４段階に設定しているが、無段階変調も可能である。図８は、そのようなＯＮ／ＯＦＦ制御を行わない場合に短絡制動回路に流れる電流（図８ａ）と、上記本発明におけるＯＮ／ＯＦＦ制御を行った場合に短絡制動回路に流れる電流（図８ｂ）とを示している。これから分かるように、本発明におけるＯＮ／ＯＦＦ制御を行った場合には、所要の時間間隔で短絡電流を流すことにより、その最大電流値を４Ａ程度に抑えることができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図示の例では制御装置１４が締付本数カウンタ３４を備えているが、該カウンタを外付けとし、制御装置は電動ドライバから受け取った締付完了信号や逆転信号を外付けのカウンタに送るだけのものとすることができる。また、図示の例では、スタートスイッチ２０に基準電圧を与えるようにしたが、グランド電位を与えるようにすることもできる。

本発明に係る電動ドライバ装置の概要図である。同装置の電気回路図である。同装置において行われるねじ締付完了の予測時間（基準時間）決定を行う手順を示すフロー図である。同装置におけるドライバモータの正転モードにおける回路図である。同ドライバモータの逆転モードにおける回路図である。同ドライバモータにける締付完了モードにおける回路図である。図６に示す締付完了モードにおいて形成される短絡制動回路に対するＯＮ／ＯＦＦ制御のＯＮ／ＯＦＦ信号の一例を示す図である。短絡制動回路に対するＯＮ／ＯＦＦ制御を行わない場合に短絡制動回路に流れる電流値を示す図である。短絡制動回路に対するＯＮ／ＯＦＦ制御を行った場合に短絡制動回路に流れる電流値を示す図である。従来の電動ドライバ装置の回路図である。図９の電動ドライバ装置にドライバモータを逆転したときにねじ締付本数のカウンタのカウントダウンを行わせる機能を持たせようとした場合に考えられる回路図を示す。本発明者が図１０の電気回路を改良するために当初開発した回路図である。

符号の説明

１０電動ドライバ装置
１２電動ドライバ
１３ケーブル
１４ドライバ制御装置
２０スタートスイッチ
２６ブレーキスイッチ
２８正転／逆転切換スイッチ
２８ａ，ｂ，ｃ，ｄ固定接点
２８ｅ，ｆ可動接点
２９カム
３２電源回路
３４締付本数カウンタ
３６ディスプレイ
４０マイコン
４２正極電源電圧端子
４４第１スイッチ素子
４６第２スイッチ素子
４８第３スイッチ素子
５０第４スイッチ素子
５４電源回路制御部
Ｄ１、Ｄ２電源線
Ｄ３第１信号線
Ｄ４第２信号線
Ｄ５コモン線
Ｖｓ基準電圧
Ｍドライバモータ
Ｒｅ基準値

Claims

電動ドライバと該電動ドライバに接続される制御装置とを有する電動ドライバ装置であって、
前記電動ドライバは、
ねじ締付のトルクを発生するためのドライバモータと、
前記ドライバモータに駆動電圧を供給するための電源線と、
基準電圧を与えるコモン線と、
前記ドライバモータの正転／逆転を切り換えるための第１入力端子、第２入力端子、第１出力端子及び第２出力端子を有する正転／逆転切換スイッチと、
前記正転／逆転切換スイッチの第１出力端子を前記制御装置に接続する第１信号線と、
前記正転／逆転切換スイッチの第２出力端子を前記制御装置に接続する第２信号線と、
前記コモン線と前記正転／逆転切換スイッチの第１入力端子との間に接続されたＯＮ及びＯＦＦの２位置で切換可能なスタートスイッチと、
前記スタートスイッチと前記正転／逆転切換スイッチの第２入力端子との間に接続され、ねじ締付の負荷トルクが所定値に達した時に作動するブレーキスイッチと
を有し、
前記正転／逆転切換スイッチは、
前記スタートスイッチを前記第１入力端子及び前記第１出力端子を介して前記第１信号線に接続し、前記ブレーキスイッチを前記第２入力端子及び前記第２出力端子を介して前記第２信号線に接続する正転接続位置と、
前記スタートスイッチを前記第１入力端子及び前記第２出力端子を介して前記第２信号線に接続し、前記ブレーキスイッチを前記第２入力端子及び前記第１出力端子を介して前記第１信号線に接続する逆転接続位置と
の間で切換可能とされており、
前記正転／逆転切換スイッチが前記正転接続位置にあるときは、前記スタートスイッチがＯＦＦからＯＮに切り換えられた時に前記ドライバモータを正転モードで始動させるための正転始動信号が前記第１信号線上に生成され、前記ブレーキスイッチが作動した時に前記ドライバモータに制動をかけるための締付完了信号が前記第２信号線上に生成され、前記スタートスイッチがＯＮからＯＦＦに切り換えられた時に前記ドライバモータを停止させるための停止信号が前記第１信号線上に生成され、
前記正転／逆転切換スイッチが前記逆転接続位置にあるときは、前記スタートスイッチがＯＦＦからＯＮに切り換えられた時に前記ドライバモータを逆転モードで始動させるための逆転始動信号が前記第２信号線上に生成され、前記スタートスイッチがＯＮからＯＦＦに切り換えられた時に前記ドライバモータを停止させるための停止信号が前記第２信号線上に生成され、
前記制御装置は、
前記電源線を介して前記ドライバモータに接続される電源端子を有し、前記電動ドライバからの前記正転始動信号、前記締付完了信号、前記逆転始動信号及び前記停止信号に応じて前記ドライバモータの動作を制御する電源回路と、
前記電動ドライバからの前記締付完了信号及び前記逆転始動信号に応じてねじ締付本数をカウントする締付本数カウンタと
を有する電動ドライバ装置。
前記締付本数カウンタは、前記締付完了信号を受けて前記ねじ締付本数を１つカウントアップし、前記逆転始動信号を受けてねじ締付本数を１つカウントダウンする、請求項１に記載の電動ドライバ装置。
前記ブレーキスイッチは、常開スイッチであり、ねじ締付の負荷トルクが所定値に達した時に作動して前記スタートスイッチと前記正転／逆転切換スイッチの第２入力端子との間の回路を閉じる、請求項１または請求項２に記載の電動ドライバ装置。
前記ブレーキスイッチは、常閉スイッチであり、ねじ締付の負荷トルクが所定値に達した時に作動して前記スタートスイッチと前記正転／逆転切換スイッチの第２入力端子との間の回路を遮断する、請求項１または請求項２に記載の電動ドライバ装置。
前記電源回路は、
前記締付完了信号に応答して、前記ドライバモータに制動をかけるために、前記ドライバモータ及びＯＮ・ＯＦＦ制御可能なスイッチ素子を含む閉回路の短絡制動回路を形成し、前記スイッチ素子のＯＦＦ時間を一定に保ちながら、前記スイッチ素子のＯＮ時間を前記ドライバモータの回転数の低減とともに漸次的に長くする仕方で前記スイッチ素子のＯＮとＯＦＦとを交互に繰り返す、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電動ドライバ装置。