JP4300840B2

JP4300840B2 - Screw tightening electric tool

Info

Publication number: JP4300840B2
Application number: JP2003086378A
Authority: JP
Inventors: 幸三河井; 元治武藤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: JP2004291143A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はねじ締め電動工具に関し、詳しくは、ねじ着座後の好適なねじ締めを実現する電子的制御部に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ねじ締め電動工具としては、ねじの締付けを好適に制御する為に機械式クラッチを使用したものと、電子制御クラッチを使用したものとがある。機械式クラッチは、先端工具を取付けるチャックに設定トルク以上の負荷トルクがかかると、モータからチャックへの動力伝達をばねに抗して機械的に遮断するものであり、上記機械式クラッチを用いることで、ねじの着座により急激に負荷トルクが上昇して設定トルクを超えると、それ以上はねじが締め付けられないようにすることができる。これに対して、電子制御クラッチは、ねじの着座により設定トルク以上の負荷トルクに相当する負荷電流がモータに流れると、これを検出してモータへの通電を停止させ、それ以上はねじが締め付けられないようにするものである。
【０００３】
機械式クラッチの場合、ばねという機構部品により設定トルクへの到達が検出されるので、締め付けトルクのばらつきが大きく、また、設定トルクの細かな設定が困難であるとともに設定可能なトルク範囲も小さいという問題がある。これに対して、電子制御クラッチの場合においては、上記した機械式クラッチの問題は解消されるものの、設定トルクへの到達が検出された時点でモータへの通電を停止させても減速機やチャック等の慣性による回転運動を強制的に停止させることまではできず、したがって設定トルク以上の負荷トルクでねじが締め付けられるという問題がある。また、モータの回転速度が変化している領域ではモータの負荷電流と締め付けトルクとの関係がねじと被固定部材との組合せにより変化するので、ねじ締めを所定の締め付けトルクで精度良く行うことが困難であるという問題がある。
【０００４】
そこで、電子制御クラッチにおいて上記問題を解消するものとして、ねじの着座直前の回転数を作業中の学習により記憶し、この記憶された回転数に到達すれば一旦モータを停止させた後に低速の締め付け作業を行うものが提案されている（特許文献１参照）。しかし、このものにおいては、ねじの回転数を学習したとしても、ボルトとナットのねじ山が合うまでの空転量や、被固定部材が木である場合にねじが木に食い込むまでの空転量といったものが生じるので、正確に着座直前を検出することは困難であるという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１５３６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ねじの着座直前に確実にモータを低い回転速度に切換えることのできる、ねじ締め電動工具を提供することを課題とするものである。
【０００７】
上記課題を解決するために本発明を、装着した先端工具を回転駆動させるモータと、使用者により操作される操作スイッチと、操作スイッチの操作量に応じた回転速度でモータを運転させる制御部とを具備したねじ締め電動工具において、締付けトルク設定手段を備え付け、前記制御部によるモータの回転速度の制御を、操作スイッチの操作量を増加させていく途中で、操作量が大きなほど回転速度を高くする第１速度設定範囲から、第１速度設定範囲の最高回転速度よりも低い回転速度に保持する第２速度設定範囲に切換わるものとし、該締付けトルク設定手段の設定値に応じて第２速度設定範囲でのモータの回転速度を設定するものとしたことを特徴とする。
【０００８】
このようにすることで、ねじの着座直前に使用者の目視による判断に基づいて操作スイッチの操作量を調整するという簡単な操作により、モータの回転速度を第２速度設定範囲の低速となるように確実に切換えることができる。つまり、ねじに設定トルク以上の締め付けトルクが生じることが簡単な操作により確実に防止されるものである。また、ねじの締付けトルクを設定することで、第２速度設定範囲でのモータの回転速度を自在に設定することができる。
【００１０】
また、モータ電流検出手段を備えるとともに、前記制御部を、締め付けトルク設定手段での設定値に応じて第２速度設定範囲でのモータの上限電流を設定し、モータ電流検出手段での検出値が上限電流以下となるように電流制限するものとしてもよい。このようにすることで、ねじの締め付けトルクを更に高精度で制御することができるものである。
【００１１】
また、モータ電流検出手段を備えるとともに、前記制御部を、締め付けトルク設定手段での設定値に応じて第２速度設定範囲でのモータの上限電流を設定し、モータ電流検出手段での検出値が上限電流を超えた場合にはモータを停止させるものとしてもよく、このようにすることで、ねじの締め付けトルクを更に高精度で制御することができるものである。更に、前記制御部を、モータ電流検出手段での検出値が上限電流を所定回数又は所定時間超えた場合にモータを停止させるものとした場合には、締め付けトルクの多様な制御が可能となるものである。
【００１２】
また、前記制御部を、第１速度設定範囲では第１周波数での第１ＰＷＭ制御を行い、第２速度設定範囲では第２周波数での第２ＰＷＭ制御を行うものとしてもよい。このようにすることで、第１速度設定範囲と第２速度設定範囲においてモータの出力制御が容易となるものである。そして、第２周波数が第１周波数よりも低いものとすることで、第１速度設定範囲においてはモータのきめ細かい出力制御が可能になるとともに、第２速度設定範囲においては使用者に締め付け時の断続的な反動を与えてねじ締め完了のタイミングを判断し易くすることができるものである。
【００１３】
また、前記制御部を、第２速度設定範囲における第２周波数での第２ＰＷＭ制御のオンパルス内で、第１周波数での第１ＰＷＭ制御を行うものとしてもよい。このようにすることで、第２速度設定範囲においてモータのきめ細かい出力制御を可能とし、同時に、使用者に断続的な反動を与えてねじ締め完了のタイミングを判断し易くすることができるものである。
【００１４】
また、操作スイッチの操作量が第２速度設定範囲に移行する際に使用者にクリック感を付与するクリック手段を備えたものであってもよい。このようにすることで、モータの制御が第２速度設定範囲に移行したことを使用者に明確に通知することができるものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に示す実施の形態に基づいて説明する。図２には、本発明の実施の形態における一例のねじ締め電動工具１の全体を示している。このねじ締め電動工具１は、ねじ３０を締め付ける為の先端工具２を着脱自在に装着するチャック３と、小型高トルクの直流モータであるモータ４と、モータ４の動力をチャック３に伝達する遊星減速機である減速機５と、充放電可能な２次電池である電池部６と、トリガー状の操作スイッチ７と、使用者による操作スイッチ７の操作量（即ち引き込み量）に応じた回転速度で運転されるようにモータ４から電池部６への電流供給を制御する制御部８とを具備して成る電動ドライバである。
【００１６】
上記制御部８は図３に示す通りの構成であって、可変抵抗１７を用いた操作スイッチ７の操作量を読取るスイッチ操作状態読取り手段９と、該スイッチ操作状態読取り手段９で読取られた操作量に応じて回転速度を決定する回転速度設定手段１０と、該回転速度設定手段１０で決定された回転速度でモータ４を運転させるモータ制御手段１１と、低抵抗を用いた電流センサ１３からの出力に基づきモータ４に流れる電流値を検出するモータ電流検出手段１２とを備えている。スイッチ操作状態読取り手段９とモータ電流検出手段１２はマイコンのＡ／Ｄ変換を利用したものであり、モータ制御手段１１は、モータ４への通電のオンオフを制御する駆動用ＦＥＴ１４と該モータ４の回転にブレーキをかけるブレーキ用ＦＥＴ１５の制御によりモータ４の運転制御を行うものであり、駆動用ＦＥＴ１４をＰＷＭ制御するとともに駆動パルスのデューティを変更することでモータ４の回転速度を変更自在としている。
【００１７】
図１（ｂ）には本例の制御部８による操作スイッチ７の操作量に応じたモータ４の回転速度制御の様子を示しているが、図示のように、操作スイッチ７を引込み始めてから操作量が所定量Ｑ_１に達するまでの間は、遊び範囲としてモータ４に通電せず（即ち回転速度ゼロ）、操作量が所定量Ｑ_１を超えて所定量Ｑ_２に達するまでの間は、操作量が大きくなるほど回転速度が高くなっていくようにモータ４を制御する。この操作量が所定量Ｑ_１から所定量Ｑ_２までの速度制御領域が第１速度設定範囲となっている。操作量が所定量Ｑ_２を超えて所定量Ｑ_３に達するまでの間は、モータ４の回転速度を第１速度設定範囲の最高回転速度で維持する最高速度範囲となっており、次に操作量が所定量Ｑ_３を超えると、モータ４の回転速度を第１速度設定範囲の最高回転速度よりも低い一定の回転速度に保持するものである。この操作量が所定量Ｑ_３を超えた低速領域が第２速度設定範囲となっており、該第２速度設定範囲でのモータ４の回転速度は、ねじ締め電動工具１に備えた締め付けトルク設定手段１６での設定値に応じて、制御部８の回転速度設定手段１０にて設定されるものである。
【００１８】
このように、操作スイッチ７の操作量を増加させていく途中で、操作量が大きなほど回転速度を高くする第１速度設定範囲から、第１速度設定範囲の最高回転速度よりも低い回転速度に保持する第２速度設定範囲に切換わるような制御とすることで、使用者の目視による判断に基づいてねじ３０の着座直前に操作スイッチ７の操作量を調整して（大きく引き込んで）モータ４の回転速度が第２速度設定範囲の低速となるように切換えれば、図１（ａ）に示すような第２速度設定範囲に切換わることのない従来の回転速度制御の場合と比して、減速機５やチャック３の慣性による回転エネルギを小さくした状態でねじ３０を着座させることができ、設定トルク以上の締め付けトルクがねじ３０に生じることが防止される。また、着座時にモータ４の回転速度は一定に保持されることからも、ねじ締めが所定の締め付けトルクで精度良く行われるものである。
【００１９】
図４に模式的に示すように、第１速度設定範囲でのモータ４の回転速度制御は、第１周波数（本例では１９ｋＨｚ）での駆動用ＦＥＴ１４の第１ＰＷＭ制御により行われ、第２速度設定範囲でのモータ４の回転速度制御は、第１周波数よりも低い第２周波数（本例では３０Ｈｚ）での駆動用ＦＥＴ１４の第２ＰＷＭ制御により行われる。具体的には、まず、操作スイッチ７を操作して上記した第１速度設定範囲に至ると、第１ＰＷＭ制御において低デューティで低速によりねじ３０を被固定部材３１に対し締め付けていく[図５（ａ）参照]。第１速度設定範囲での操作スイッチ７の操作量が増加すると第１ＰＷＭ制御におけるデューティが増加するようになっており、これに伴いモータ４の回転速度は徐々に増加してデューティ１００％となれば最高回転速度に至る。そして、第１速度設定範囲で最高回転速度となった状態から、操作量が更に所定量増加するまでの間は、第１ＰＷＭ制御のデューティ１００％の状態が保持される。これが最高速度範囲であり、モータ４へのフル通電によりねじ３０は高速で締められていく[図５（ｂ）参照]。最高速度範囲にてねじ３０が締められる様子を使用者が目視にて確認し、着座直前[図５（ｃ）参照]となったら操作スイッチ７の操作量を更に増加させ、第２速度設定範囲での制御に切換えて低速に保持する。ここで、ブレーキ用ＦＥＴ１４をオンにしても減速機５やチャック３の惰性によりねじ３０の回転速度はすぐに低速には切換わらず、余分に締められることとなるが、使用者はこれによりねじ３０が着座にまで至らないように操作する[図５（ｄ）参照]。その後、ねじ３０は回転速度設定手段１０により設定された回転速度で締められ、低速での着座に至り[図５（ｅ）参照]、操作スイッチ７をオフにするまで締付けが行われるものである。
【００２０】
第２速度設定範囲でのモータ４の第２ＰＷＭ制御は、既述したように、締め付けトルク設定手段１６での設定値に対応した回転速度となるように第２周波数で行われるものであるが、本例においては更に、第２速度設定範囲における第２周波数での第２ＰＷＭ制御のオンパルス内で、第１周波数での第１ＰＷＭ制御が行われるようにしている。図６には、第２速度設定範囲における第１ＰＷＭ制御のデューティを６０％、第２ＰＷＭ制御のデューティを４７％とした場合のモータ４の電流波形を示している。このものは、第１速度設定範囲では締め始めからほぼ１００％のデューティで動作させたものであり、図中のＦ点を境に操作スイッチ７を第２速度設定範囲となるまで操作すると、パルス状の電流波形はその電流ピーク値が徐々に増加した後に或るレベルで飽和し、図中のＧ点でねじ３０の着座に至った後は負荷の増加により電流ピーク値がステップ状に増大していることが見てとれる。また、図中のＨ点以後はモータ４がロック状態に至り電流ピーク値も飽和していることが分かる。即ち、Ｈ点以後の電流ピーク値がモータ４のロック電流値であり、該ロック電流値に相当するトルクがねじ３０の締め付けトルクとなる。
【００２１】
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、第２速度設定範囲における第２ＰＷＭ制御のデューティを４７％に固定して第１ＰＷＭ制御のデューティを変化させると、ロック電流値及び戻しトルクは第１ＰＷＭ制御のデューティが増加するに伴い増加する。即ち、第１ＰＷＭ制御のデューティにより締め付けトルクが制御可能であることが分かる。
【００２２】
図８には、第２速度設定範囲における第２ＰＷＭ制御のデューティを１００％とした場合のモータ４の電流波形を示している。この場合、第２速度設定範囲においては第１速度設定範囲と同様の第１周波数による第１ＰＷＭ制御のみを行うこととなる。モータ４の電流波形は概ね図６に基づき既述した電流波形と同様であり、図中のＦ点を境に第２速度設定範囲に至り、Ｇ点でねじ３０の着座に至り、Ｈ点以後はモータ４がロック状態に至るものである。この場合においても、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、第１ＰＷＭ制御のデューティにより締め付けトルクが制御可能であることが分かる。
【００２３】
図１０には、第２速度設定範囲における第１ＰＷＭ制御のデューティを１００％とした場合のモータ４の電流波形を示している。この場合、第２速度設定範囲においては第２周波数による第２ＰＷＭ制御のみを行うこととなる。モータ４の電流波形は概ね図６や図８に基づき既述した電流波形と同様であり、図中のＦ点を境に第２速度設定範囲に至り、Ｇ点でねじ３０の着座に至り、Ｈ点以後はモータ４がロック状態に至るものである。
【００２４】
ここで、第２速度設定範囲での回転速度制御を図８のように第１周波数による第１ＰＷＭ制御のみで行った場合と、図１０のように第２周波数による第２ＰＷＭ制御のみで行った場合とを比較すると、両者の違いは周波数の高低であり、前者の場合は第１周波数が１９ｋＨｚという高周波数であることからロック電流ひいては締め付けトルクをきめ細かく制御することができるという利点があり、後者の場合は第２周波数が３０Ｈｚという低周波数であることからねじ３０の着座以後はモータ４への断続的な通電による反動がねじ締め電動工具１を把持する使用者の手に明確に伝達され、この断続的な反動を感じることによりねじ締め完了のタイミングを適切に判断し易くなるという利点がある。
【００２５】
そして、図６のように第２速度設定範囲での回転速度制御を、第１周波数での第１ＰＷＭ制御と第２周波数での第２ＰＷＭ制御とを組合せて行うようにした場合は、高周波数である第１周波数の作用により締め付けトルクがきめ細かく制御され、同時に、低周波数である第２周波数の作用によりねじ締め完了のタイミングの判断を容易にする断続的な振動が発生するものである。
【００２６】
次に、モータ４の電流リミッタについて説明する。上記のように第１ＰＷＭ制御と第２ＰＷＭ制御とを組合せた制御によってロック電流や締め付けトルクを制御することはできるが、これだけでは精度面で十分であるとは言いづらい。また、図１１には被固定部材３１として木を用いた場合のモータ４の電流波形を示しているが、図の波形からも明らかなように、このような場合はねじ３０が着座に至る点が明確でなく電流ピーク値もだらだらと増加を続けることとなる。そこで、モータ電流検出手段１２によってモータ４に流れる電流値を検出するとともに、締め付けトルク設定手段１６での設定値に相当するロック電流をモータ４の上限電流として、モータ電流検出手段１２の検出値がこの上限電流を所定回数又は所定時間超えた場合にはモータ４を停止させるように制御させる。なお、上限電流は、締め付けトルク設定手段１６での設定値を基にモータ４のＮ−Ｔ特性や電源部４の電圧、減速比等を考慮して設定されるものである。また、制御部８によるモータ４の電流制御を、モータ電流検出手段１２での検出値が上限電流を超えた場合にはモータ４への電流をカットすることで、モータ電流検出手段１２での検出値が上限電流以下となるように電流制限するものとしてもよい。
【００２７】
図１２には操作スイッチ７の構造を示しているが、図示のように、操作スイッチ７には可撓性のレバー１８を操作量の増加方向（図中矢印方向）に向けて突設させており、ねじ締め電動工具１の本体側の上記レバー１８近傍には、操作スイッチ７の操作量が所定量となるまで移動した際にレバー１８の突先が当る位置に、凸部１９を形成している。レバー１８と凸部１９とが当る時点での操作スイッチ７の操作量は第２速度設定範囲に移行する操作量若しくはその近傍に設定されており、レバー１８が凸部１９に当った後に自身の撓みにより凸部１９を乗り越えていく際に使用者は明確なクリック感を得て第２速度設定範囲に移行したことを通知されるものである。即ち、上記のレバー１８及び凸部１９が、操作スイッチ７の操作量が第２速度設定範囲に移行する際に使用者にクリック感を付与するクリック手段２０となっている。なお、上記クリック手段２０としては、操作スイッチ７の操作量が第２速度設定範囲側から第１速度設定範囲側に戻る際には殆どクリック感を付与しないようにレバー１８及び凸部１９を形成したものが好ましい。
【００２８】
なお、本例においては、トリガー状であってその引込み量が操作量となる操作スイッチ７を用いているが、これに限定されず、回転式であってその回転量が操作量となるもの等、或る程度の操作量を有するものであれば操作スイッチ７として用いることができるのは勿論である。
【００２９】
【発明の効果】
上記のように請求項１記載の発明にあっては、ねじの着座直前に使用者の目視による判断に基づいて操作スイッチの操作量を調整するという簡単な操作により、モータの回転速度を第２速度設定範囲の低速となるように確実に切換えることができるので、ねじに設定トルク以上の締め付けトルクが生じることが簡単な操作により確実に防止されるという効果がある。また、ねじの締め付けトルクを使用者が自在に設置することができるという効果がある。
【００３１】
また、請求項２記載の発明にあっては、請求項１記載の発明の効果に加えて、ねじの締め付けトルクを更に高精度で制御することができるという効果がある。
【００３２】
また、請求項３記載の発明にあっては、請求項１記載の発明の効果に加えて、ねじの締め付けトルクを更に高精度で制御することができるという効果がある。
【００３３】
また、請求項４記載の発明にあっては、請求項３記載の発明の効果に加えて、締め付けトルクの多様な制御が可能になるという効果がある。
【００３４】
また、請求項５記載の発明にあっては、請求項１〜４のいずれか記載の発明の効果に加えて、第１速度設定範囲と第２速度設定範囲においてモータの出力制御が容易になるという効果がある。
【００３５】
また、請求項６記載の発明にあっては、請求項５記載の発明の効果に加えて、第１速度設定範囲においてはモータのきめ細かい出力制御が可能になるとともに、第２速度設定範囲においては使用者に締め付け時の断続的な反動を与えてねじ締め完了のタイミングを判断し易くすることができるという効果がある。
【００３６】
また、請求項７記載の発明にあっては、請求項６記載の発明の効果に加えて、第２速度設定範囲においてモータのきめ細かい出力制御を可能とし、同時に、使用者に断続的な反動を与えてねじ締め完了のタイミングを判断し易くすることができるという効果がある。
【００３７】
また、請求項８記載の発明にあっては、請求項１〜７のいずれか記載の発明の効果に加えて、モータの制御が第２速度設定範囲に移行したことを使用者に明確に通知することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は従来のねじ締め電動工具の制御方法を示す説明図であり、（ｂ）は本発明の実施の形態における一例の電動工具の制御方法を示す説明図である。
【図２】一例のねじ締め電動工具の全体説明図である。
【図３】一例のねじ締め電動工具の制御回路を示す説明図である。
【図４】一例のねじ締め電動工具のＰＷＭ制御の説明図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は一例のねじ締め電動工具を用いてねじ締めを行う各段階の説明図である。
【図６】一例のねじ締め電動工具のモータの電流波形を示す説明図である。
【図７】（ａ）は第２ＰＷＭ制御のデューティを４７％に固定した時の第１ＰＷＭ制御のデューティとロック電流との関係を示す説明図であり、（ｂ）は第２ＰＷＭ制御のデューティを４７％に固定した時の第１ＰＷＭ制御のデューティと戻しトルクとの関係を示す説明図である。
【図８】一例のねじ締め電動工具のモータの別の電流波形を示す説明図である。
【図９】（ａ）は第２ＰＷＭ制御のデューティを１００％に固定した時の第１ＰＷＭ制御のデューティとロック電流との関係を示す説明図であり、（ｂ）は第２ＰＷＭ制御のデューティを１００％に固定した時の第１ＰＷＭ制御のデューティと戻しトルクとの関係を示す説明図である。
【図１０】一例のねじ締め電動工具のモータのまた別の電流波形を示す説明図である。
【図１１】一例のねじ締め電動工具を木ねじに用いた場合のモータの電流波形を示す説明図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は一例の操作スイッチを引込む各段階を示す説明図である。
【符号の説明】
１ねじ締め電動工具
２先端工具
４モータ
７操作スイッチ
８制御部
１２モータ電流検出手段
１６締め付けトルク設定手段
２０クリック手段
３０ねじ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a screw tightening electric tool, and more particularly to an electronic control unit that realizes suitable screw tightening after screw seating.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there are two types of screw tightening electric tools, one using a mechanical clutch and the other using an electronically controlled clutch in order to suitably control screw tightening. The mechanical clutch is designed to mechanically cut off the power transmission from the motor to the chuck against the spring when a load torque higher than the set torque is applied to the chuck to which the tip tool is mounted. Thus, when the load torque increases rapidly due to the seating of the screw and exceeds the set torque, the screw can be prevented from being tightened any further. In contrast, the electronic control clutch detects when a load current corresponding to a load torque equal to or higher than the set torque flows to the motor due to the seating of the screw, and stops energizing the motor. It is to prevent it from being done.
[0003]
In the case of a mechanical clutch, the reaching of the set torque is detected by a mechanical component called a spring, so the variation in tightening torque is large, and it is difficult to set the set torque in detail and the settable torque range is also small. There's a problem. On the other hand, in the case of an electronically controlled clutch, the above-mentioned problem of the mechanical clutch is solved, but the reduction gear and chuck are not affected even when the motor is de-energized when reaching the set torque is detected. Therefore, it is impossible to forcibly stop the rotational motion due to inertia, and therefore, there is a problem that the screw can be tightened with a load torque higher than the set torque. Also, in the region where the rotational speed of the motor is changing, the relationship between the motor load current and the tightening torque changes depending on the combination of the screw and the fixed member, so that the screw can be tightened with a predetermined tightening torque with high accuracy. There is a problem that it is difficult.
[0004]
Therefore, in order to solve the above problems in the electronically controlled clutch, the rotational speed immediately before the seating of the screw is stored by learning during work, and once the stored rotational speed is reached, the motor is once stopped and then tightened at a low speed. Some have been proposed (see Patent Document 1). However, in this case, even if the number of rotations of the screw is learned, the amount of idle rotation until the screw threads of the bolt and nut match, and the amount of idle rotation until the screw bites into the tree when the fixed member is wood, etc. As a result, it is difficult to accurately detect immediately before sitting.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-8-1536 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a screw tightening electric tool capable of reliably switching a motor to a low rotational speed immediately before the screw is seated.
[0007]
In order to solve the above problems, the present invention includes a motor that rotationally drives a mounted tip tool, an operation switch that is operated by a user, and a control unit that operates the motor at a rotation speed according to the operation amount of the operation switch; In the screw tightening electric tool provided with the tightening torque setting means, the rotation speed is increased as the operation amount is increased while the operation amount of the operation switch is increased in the control of the rotation speed of the motor by the control unit. The first speed setting range is switched from the first speed setting range to the second speed setting range for maintaining the rotational speed lower than the maximum rotational speed of the first speed setting range, and the second speed is set according to the set value of the tightening torque setting means. It is characterized in that the rotation speed of the motor within the setting range is set .
[0008]
By doing in this way, the rotational speed of the motor is set to a low speed within the second speed setting range by a simple operation of adjusting the operation amount of the operation switch based on the visual judgment of the user immediately before the screw is seated. Can be reliably switched to. That is, it is possible to reliably prevent a tightening torque exceeding the set torque from being generated by a simple operation. Further, by setting the screw tightening torque, it is possible to freely set the rotation speed of the motor in the second speed setting range.
[0010]
In addition to the motor current detecting means, the control unit sets the upper limit current of the motor in the second speed setting range according to the set value in the tightening torque setting means, and the detected value in the motor current detecting means is It is good also as what restrict | limits an electric current so that it may become below an upper limit electric current. In this way, the tightening torque of the screw can be controlled with higher accuracy.
[0011]
In addition to the motor current detecting means, the control unit sets the upper limit current of the motor in the second speed setting range according to the set value in the tightening torque setting means, and the detected value in the motor current detecting means is When the upper limit current is exceeded, the motor may be stopped, and in this way, the tightening torque of the screw can be controlled with higher accuracy. Further, when the control unit is configured to stop the motor when the detection value of the motor current detection means exceeds the upper limit current for a predetermined number of times or for a predetermined time, various control of the tightening torque is possible. It is.
[0012]
The control unit may perform first PWM control at a first frequency in a first speed setting range and perform second PWM control at a second frequency in a second speed setting range. By doing so, motor output control is facilitated in the first speed setting range and the second speed setting range. By setting the second frequency to be lower than the first frequency, fine output control of the motor is possible in the first speed setting range, and the user is intermittently tightened in the second speed setting range. Thus, it is possible to make it easier to judge the timing of screw tightening completion.
[0013]
The controller may perform the first PWM control at the first frequency within the on-pulse of the second PWM control at the second frequency in the second speed setting range. In this way, fine output control of the motor can be performed in the second speed setting range, and at the same time, it is possible to easily determine the timing of screw tightening completion by giving an intermittent reaction to the user. .
[0014]
In addition, a click unit may be provided that gives the user a click feeling when the operation amount of the operation switch shifts to the second speed setting range. In this way, it is possible to clearly notify the user that the motor control has shifted to the second speed setting range.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the accompanying drawings. FIG. 2 shows an entire screw tightening electric tool 1 as an example in the embodiment of the present invention. The screw tightening electric tool 1 includes a chuck 3 on which a tip tool 2 for tightening a screw 30 is detachably mounted, a motor 4 which is a small high torque DC motor, and a planetary gear which transmits the power of the motor 4 to the chuck 3. The speed reducer 5 that is a speed reducer, the battery unit 6 that is a chargeable / dischargeable secondary battery, a trigger-type operation switch 7, and the rotational speed according to the amount of operation of the operation switch 7 by the user (ie, the amount of retraction). And an electric driver comprising a control unit 8 for controlling current supply from the motor 4 to the battery unit 6 so as to be operated at
[0016]
The control unit 8 is configured as shown in FIG. 3, and the switch operation state reading means 9 for reading the operation amount of the operation switch 7 using the variable resistor 17 and the operation read by the switch operation state reading means 9. The rotation speed setting means 10 for determining the rotation speed according to the amount, the motor control means 11 for operating the motor 4 at the rotation speed determined by the rotation speed setting means 10, and the current sensor 13 using a low resistance Motor current detecting means 12 for detecting a current value flowing through the motor 4 based on the output. The switch operation state reading means 9 and the motor current detection means 12 utilize A / D conversion of a microcomputer, and the motor control means 11 includes a driving FET 14 for controlling on / off of energization of the motor 4 and the motor 4. The operation of the motor 4 is controlled by controlling the brake FET 15 that brakes the rotation, and the rotational speed of the motor 4 can be changed by PWM controlling the drive FET 14 and changing the duty of the drive pulse.
[0017]
FIG. 1B shows the state of the rotational speed control of the motor 4 in accordance with the operation amount of the operation switch 7 by the control unit 8 of this example. As shown in the figure, the operation is performed after the operation switch 7 starts to be retracted. until the amount reaches a predetermined amount Q _1, does not energize the motor 4 as a tolerance range (that is, the rotation speed zero) until the operation amount reaches the predetermined amount Q ₂ exceeds a predetermined amount Q _1, The motor 4 is controlled so that the rotational speed increases as the operation amount increases. The manipulated variable speed control region from a predetermined amount Q ₁ to a predetermined amount Q ₂ is in the first speed setting range. During operation amount to reach a predetermined amount Q ₃ exceeds a predetermined amount Q ₂ are has a maximum speed range to maintain the rotational speed of the motor 4 at a maximum rotation speed of the first speed setting range, then operation If the amount exceeds a predetermined amount Q _3, it is to hold the rotational speed of the motor 4 at a constant rotational speed lower than the maximum rotational speed of the first speed setting range. The low-speed region in which the operation amount exceeds a predetermined amount Q ₃ has a second speed setting range, the rotational speed of the motor 4 at a second speed setting range, torque setting tightening with the screw fastening power tool 1 The rotation speed setting means 10 of the control unit 8 is set according to the set value in the means 16.
[0018]
In this way, while the operation amount of the operation switch 7 is being increased, the rotation speed is lower than the maximum rotation speed in the first speed setting range from the first speed setting range in which the rotation speed increases as the operation amount increases. By adopting a control that switches to the second speed setting range to be held, the operation amount of the operation switch 7 is adjusted (subtracted greatly) immediately before the screw 30 is seated based on the visual judgment of the user. If the rotation speed is switched to a low speed within the second speed setting range, as compared with the conventional rotation speed control that does not switch to the second speed setting range as shown in FIG. The screw 30 can be seated in a state where the rotational energy due to the inertia of the speed reducer 5 and the chuck 3 is reduced, and a tightening torque higher than the set torque is prevented from being generated on the screw 30. Further, since the rotational speed of the motor 4 is kept constant at the time of seating, the screw tightening is performed with a predetermined tightening torque with high accuracy.
[0019]
As schematically shown in FIG. 4, the rotational speed control of the motor 4 in the first speed setting range is performed by the first PWM control of the driving FET 14 at the first frequency (19 kHz in this example), and the second speed is controlled. The rotation speed control of the motor 4 in the set range is performed by the second PWM control of the driving FET 14 at a second frequency (30 Hz in this example) lower than the first frequency. Specifically, when the operation switch 7 is operated to reach the first speed setting range described above, the screw 30 is fastened to the fixed member 31 at a low speed with a low duty in the first PWM control [FIG. see a)]. When the operation amount of the operation switch 7 in the first speed setting range increases, the duty in the first PWM control increases. With this, the rotational speed of the motor 4 gradually increases to become 100% duty. It reaches the maximum rotation speed. The state of 100% duty of the first PWM control is maintained from when the maximum rotational speed is reached in the first speed setting range until the manipulated variable further increases by a predetermined amount. This is the maximum speed range, and the screw 30 is fastened by full energization of the motor 4 [see FIG. 5B]. The user visually confirms that the screw 30 is tightened in the maximum speed range, and when it becomes just before seating [see FIG. 5 (c)], the operation amount of the operation switch 7 is further increased, and the second speed setting range Switch to control at, and keep at low speed. Here, even if the brake FET 14 is turned on, the rotational speed of the screw 30 is not immediately switched to a low speed due to the inertia of the speed reducer 5 or the chuck 3, but the screw 30 is tightened excessively. It operates so that 30 may not reach seating (refer to Drawing 5 (d)). Thereafter, the screw 30 is tightened at the rotational speed set by the rotational speed setting means 10, reaches low-speed seating (see FIG. 5E), and is tightened until the operation switch 7 is turned off. .
[0020]
As described above, the second PWM control of the motor 4 in the second speed setting range is performed at the second frequency so that the rotation speed corresponds to the set value in the tightening torque setting means 16. In this example, the first PWM control at the first frequency is further performed within the ON pulse of the second PWM control at the second frequency in the second speed setting range. FIG. 6 shows the current waveform of the motor 4 when the duty of the first PWM control is 60% and the duty of the second PWM control is 47% in the second speed setting range. In this case, the first speed setting range is operated with a duty of almost 100% from the beginning of tightening, and when the operation switch 7 is operated until reaching the second speed setting range with point F in the figure as a boundary, The current waveform is saturated at a certain level after the current peak value gradually increases, and after reaching the seat of the screw 30 at the point G in the figure, the current peak value increases stepwise due to the increase in load. I can see that. It can also be seen that after the point H in the figure, the motor 4 is in a locked state and the current peak value is saturated. That is, the current peak value after point H is the lock current value of the motor 4, and the torque corresponding to the lock current value is the tightening torque of the screw 30.
[0021]
As shown in FIGS. 7A and 7B, when the duty of the second PWM control in the second speed setting range is fixed to 47% and the duty of the first PWM control is changed, the lock current value and the return torque are It increases as the duty of 1PWM control increases. That is, it can be seen that the tightening torque can be controlled by the duty of the first PWM control.
[0022]
FIG. 8 shows a current waveform of the motor 4 when the duty of the second PWM control in the second speed setting range is 100%. In this case, in the second speed setting range, only the first PWM control with the first frequency similar to the first speed setting range is performed. The current waveform of the motor 4 is substantially the same as the current waveform described above with reference to FIG. 6, reaching the second speed setting range at the point F in the figure, reaching the seat of the screw 30 at the point G, and after the point H Indicates that the motor 4 reaches a locked state. Even in this case, as shown in FIGS. 9A and 9B, it can be seen that the tightening torque can be controlled by the duty of the first PWM control.
[0023]
FIG. 10 shows a current waveform of the motor 4 when the duty of the first PWM control in the second speed setting range is 100%. In this case, only the second PWM control by the second frequency is performed in the second speed setting range. The current waveform of the motor 4 is substantially the same as the current waveform described above with reference to FIGS. 6 and 8, reaching the second speed setting range at the point F in the figure, reaching the seat of the screw 30 at the point G, After the H point, the motor 4 reaches a locked state.
[0024]
Here, when the rotational speed control in the second speed setting range is performed only by the first PWM control by the first frequency as shown in FIG. 8, and when the second PWM control by the second frequency is performed only by the second frequency as shown in FIG. The difference between the two is that the frequency is high and low. In the former case, since the first frequency is 19 kHz, there is an advantage that the lock current and the tightening torque can be finely controlled. In this case, since the second frequency is a low frequency of 30 Hz, after the screw 30 is seated, the reaction caused by intermittent energization of the motor 4 is clearly transmitted to the user's hand holding the screwed electric tool 1. There is an advantage that it is easy to appropriately determine the timing of screw tightening completion by feeling an intermittent reaction.
[0025]
When the rotation speed control in the second speed setting range is performed by combining the first PWM control at the first frequency and the second PWM control at the second frequency as shown in FIG. The tightening torque is finely controlled by the action of a certain first frequency, and at the same time, intermittent vibration that makes it easy to determine the timing of screw tightening is generated by the action of the second frequency, which is a low frequency.
[0026]
Next, the current limiter of the motor 4 will be described. As described above, the lock current and the tightening torque can be controlled by the combination of the first PWM control and the second PWM control, but it is difficult to say that this is sufficient in terms of accuracy. Further, FIG. 11 shows the current waveform of the motor 4 when wood is used as the fixed member 31. As is clear from the waveform of the figure, in this case, the screw 30 reaches the seating point. However, the current peak value continues to increase gradually. Therefore, the current value flowing through the motor 4 is detected by the motor current detecting means 12, and the detected value of the motor current detecting means 12 is set with the lock current corresponding to the set value in the tightening torque setting means 16 as the upper limit current of the motor 4. When this upper limit current is exceeded a predetermined number of times or for a predetermined time, the motor 4 is controlled to be stopped. The upper limit current is set in consideration of the NT characteristic of the motor 4, the voltage of the power supply unit 4, the reduction ratio, and the like based on the set value in the tightening torque setting means 16. Further, the current control of the motor 4 by the control unit 8 is performed by detecting the current in the motor current detecting means 12 by cutting the current to the motor 4 when the detected value in the motor current detecting means 12 exceeds the upper limit current. The current may be limited so that the value is equal to or less than the upper limit current.
[0027]
FIG. 12 shows the structure of the operation switch 7. As shown, the operation switch 7 has a flexible lever 18 projecting in the direction of increasing the operation amount (in the direction of the arrow in the figure). In the vicinity of the lever 18 on the main body side of the screw tightening electric tool 1, a convex portion 19 is formed at a position where the tip of the lever 18 hits when the operation amount of the operation switch 7 reaches a predetermined amount. ing. The operation amount of the operation switch 7 at the time when the lever 18 and the convex portion 19 hit is set to the operation amount to shift to the second speed setting range or in the vicinity thereof, and after the lever 18 hits the convex portion 19, When the user gets over the convex portion 19 due to the bending, the user is notified that the user has obtained a clear click feeling and has shifted to the second speed setting range. That is, the lever 18 and the convex portion 19 serve as a click means 20 that gives a click feeling to the user when the operation amount of the operation switch 7 shifts to the second speed setting range. As the click means 20, the lever 18 and the convex portion 19 are formed so as to hardly give a click feeling when the operation amount of the operation switch 7 returns from the second speed setting range side to the first speed setting range side. Is preferred.
[0028]
In this example, the operation switch 7 is used which has a trigger shape and the amount of pull-in becomes an operation amount. However, the operation switch 7 is not limited to this, and is a rotary type whose rotation amount becomes an operation amount. Of course, any switch having a certain amount of operation can be used as the operation switch 7.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, in the first aspect of the invention, the rotation speed of the motor is set to the second speed by a simple operation of adjusting the operation amount of the operation switch based on the visual judgment of the user immediately before the screw is seated. Since it is possible to reliably switch the speed setting range to a low speed, it is possible to reliably prevent a tightening torque exceeding the set torque from being generated on the screw by a simple operation. Further, there is an effect that the user can freely set the tightening torque of the screw.
[0031]
Further, the invention according to claim 2 has an effect that the tightening torque of the screw can be controlled with higher accuracy in addition to the effect of the invention according to claim 1 .
[0032]
In addition, the invention according to claim 3 has an effect that the tightening torque of the screw can be controlled with higher accuracy in addition to the effect of the invention according to claim 1 .
[0033]
Further, in the invention described in claim 4 , in addition to the effect of the invention described in claim 3 , there is an effect that various control of the tightening torque becomes possible.
[0034]
Further, in the invention of claim 5, wherein, in addition to the effect of the invention according to any one of claims 1-4, the output control of the motor is facilitated in the first speed setting range and the second speed setting range There is an effect.
[0035]
Further, in the invention according to claim 6 , in addition to the effect of the invention according to claim 5 , fine output control of the motor is possible in the first speed setting range, and in the second speed setting range. There is an effect that it is possible to easily determine the timing of screw tightening completion by giving the user an intermittent reaction at the time of tightening.
[0036]
In addition, in the invention described in claim 7 , in addition to the effect of the invention described in claim 6 , it is possible to perform fine output control of the motor in the second speed setting range, and at the same time, intermittent reaction to the user. Thus, there is an effect that it is possible to easily determine the timing of completion of screw tightening.
[0037]
In addition, in the invention described in claim 8 , in addition to the effects of the invention described in any one of claims 1 to 7 , the user is clearly notified that the motor control has shifted to the second speed setting range. There is an effect that can be done.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is an explanatory diagram illustrating a conventional screw tightening electric tool control method, and FIG. 1B is an explanatory diagram illustrating an example electric tool control method according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is an overall explanatory view of an example screw tightening electric tool.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a control circuit of an example screw tightening electric tool.
FIG. 4 is an explanatory diagram of PWM control of an example screw tightening electric tool.
FIGS. 5A to 5E are explanatory views of each stage in which screw tightening is performed using an example screw tightening electric tool.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a current waveform of a motor of an example screw tightening electric tool.
7A is an explanatory diagram showing the relationship between the duty of the first PWM control and the lock current when the duty of the second PWM control is fixed at 47%, and FIG. 7B is a diagram showing the duty of the second PWM control being 47%; It is explanatory drawing which shows the relationship between the duty of 1st PWM control when it fixes to%, and a return torque.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing another current waveform of the motor of the screw tightening electric tool of the example.
9A is an explanatory diagram illustrating a relationship between the duty of the first PWM control and the lock current when the duty of the second PWM control is fixed to 100%, and FIG. 9B is a diagram illustrating the duty of the second PWM control as 100; It is explanatory drawing which shows the relationship between the duty of 1st PWM control when it fixes to%, and a return torque.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing another current waveform of the motor of the screw tightening electric tool of the example.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a current waveform of a motor when an example of a screw tightening electric tool is used as a wood screw.
FIGS. 12A to 12C are explanatory views showing respective steps of retracting an example operation switch.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Screw tightening electric tool 2 Tip tool 4 Motor 7 Operation switch 8 Control part 12 Motor current detection means 16 Tightening torque setting means 20 Click means 30 Screw

Claims

A tightening torque in a screw tightening electric tool comprising: a motor for rotationally driving a mounted tip tool; an operation switch operated by a user; and a control unit for operating the motor at a rotation speed corresponding to an operation amount of the operation switch. A first speed is provided from a first speed setting range in which setting means is provided, and the rotation speed of the motor is controlled by the control unit while the operation amount of the operation switch is increased and the rotation speed is increased as the operation amount is increased. It is assumed that the speed is switched to the second speed setting range in which the rotational speed is lower than the maximum rotational speed in the setting range, and the rotational speed of the motor in the second speed setting range is set according to the set value of the tightening torque setting means. screwing power tool is characterized in that the stuff.

Motor current detecting means, and the controller sets an upper limit current of the motor in the second speed setting range according to a set value in the tightening torque setting means, and the detected value in the motor current detecting means is the upper limit current. 2. The screw tightening electric tool according to claim 1, wherein the current is limited so as to satisfy the following conditions.

Motor current detection means, and the control unit sets the upper limit current of the motor in the second speed setting range according to the set value in the tightening torque setting means, and the detected value in the motor current detection means is the upper limit current The screw tightening electric tool according to claim 1, wherein the motor is stopped when exceeding.

4. The screw tightening electric tool according to claim 3, wherein the control unit is configured to stop the motor when a detected value of the motor current detecting means exceeds an upper limit current a predetermined number of times or a predetermined time.

The control unit performs a first PWM control at a first frequency in a first speed setting range and performs a second PWM control at a second frequency in a second speed setting range. 4. The screw tightening electric tool according to any one of 4 above.

The screw tightening electric tool according to claim 5, wherein the second frequency is lower than the first frequency.

The screw tightening electric motor according to claim 6, wherein the controller performs the first PWM control at the first frequency within the ON pulse of the second PWM control at the second frequency in the second speed setting range. tool.

The screw tightening electric tool according to any one of claims 1 to 7, further comprising click means for giving a click feeling to the user when the operation amount of the operation switch shifts to the second speed setting range.