JP4551386B2 - Electric screwdriver - Google Patents
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Description
本発明は、電動ドライバに係り、特に正逆転切換機能を有する電動ドライバに関する。 The present invention relates to an electric driver, and more particularly to an electric driver having a forward / reverse switching function.
一般に、電動ドライバは、モータの回転駆動力をギヤやクラッチを介してドライバビットに伝えてねじを回すように構成されており、ねじの締め付け時にドライバビットがねじ側から反作用として受ける負荷トルクが設定値に達した時点で所定のカムが働いてクラッチを切り、これと同時にモータを停止させるようにしている。この場合、モータの通電を切る方法もあるが、モータ制御回路ないし駆動回路を働かせてモータを発電機として動作させ、発電制動によるブレーキをかける方法も多用されている。このような締め付け完了時のブレーキ機能は、ねじ締めのサイクルを可及的に短くでき、かつ締め付けトルクの精度の向上を図れる利点がある。また、大抵の電動ドライバは、誤って締めたねじを緩めて外すためにモータを逆回転させる逆転機能も備えており、ユーザはメカニカル式の正逆切換スイッチによりねじ締め用の正転モードとねじ緩め用の逆転モードのいずれかを任意に選択できるようになっている。モータには、ブラシ付きDCモータやインバータ制御のブラシレスDCモータがよく使われている。
従来の電動ドライバにおいては、ユーザがねじ締めを誤った場合には、そのねじ締めの正転モードを終了させ、正逆切換スイッチを「正転」から「逆転」に切り換えて、ドライバビットを再度当該ねじの頭(十字穴)に当て、次いでスタートスイッチをオン操作するのが正逆転切換機能の正しい操作手順となっている。 In the conventional electric screwdriver, if the user makes a mistake in tightening the screw, the forward rotation mode of the screw tightening is terminated, the forward / reverse selector switch is switched from “forward” to “reverse”, and the driver bit is set again. The correct operating procedure of the forward / reverse switching function is to turn on the start switch after hitting the head (cross hole) of the screw.
しかしながら、実際の使用形態としては、ユーザがねじ締めの最中に締め付けミスまたは不良に気づいた瞬間にあわてて正逆切換スイッチを「逆転」に切り換えてしまうことがよくある。その場合、電動ドライバ内の制御部はそのような早とちりの正逆切換操作(操作ミス)にそのまま応動して、直ちにモータ駆動電圧の極性または位相を逆転させるようになっている。しかし、この時、モータはまだ正回転しているため、その逆起電力が逆回転用の駆動電圧に足し合わさることとなる。その結果、瞬時的にモータ巻線およびモータ駆動回路に非常に大きな電流が流れ、スイッチング素子(トランジスタ)の破壊を招くおそれがある。この対策に大容量のスイッチング素子を用いることも行われているが、装置コストの増大のみならず、駆動回路基板の大型化ひいてはドライバ全体の大型化を来たし、使い勝手を悪くしている。特に、ブラシレスモータは、インバータがスイッチング用のパワートランジスタを多数含むので、この問題が顕著に現れる。 However, in actual use, the forward / reverse selector switch is often switched to “reverse” at the moment when the user notices a tightening error or failure during screw tightening. In that case, the control unit in the electric driver responds to such a fast forward / reverse switching operation (operation error) as it is, and immediately reverses the polarity or phase of the motor drive voltage. However, since the motor is still rotating forward at this time, the counter electromotive force is added to the driving voltage for reverse rotation. As a result, a very large current flows instantaneously in the motor winding and the motor drive circuit, which may cause destruction of the switching element (transistor). Although a large-capacity switching element is also used for this measure, not only the device cost is increased, but also the drive circuit board is enlarged and the entire driver is enlarged, and the usability is deteriorated. In particular, in a brushless motor, this problem appears remarkably because the inverter includes a large number of power transistors for switching.
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、ねじ締め作業中にユーザが任意に正逆切換操作を行っても何の支障や不具合も出ないようにして使い勝手やねじ締め作業の効率性を大きく向上させる電動ドライバを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and is easy to use so that no troubles or problems occur even if the user arbitrarily performs forward / reverse switching operation during the screw tightening operation. An object is to provide an electric screwdriver that greatly improves the efficiency of screw tightening work.
上記の目的を達成するために、本発明の電動ドライバは、ねじ締め用の正転モードとねじ緩め用の逆転モードとを選択的に切り換えられる電動ドライバであって、ドライバビットを着脱可能に保持するビットホルダを回転駆動するための正逆転可能なモータと、前記モータの動作を制御するためのモータ制御部と、ユーザの手動操作により正転モードを選択するための第1の位置と逆転モードを選択するための第2の位置との間で切換可能な正逆切換スイッチと、前記モータの回転開始を指示するためのスタートスイッチと、前記正逆切換スイッチおよび前記スタートスイッチの状態に応じて前記モータの回転動作に関する指令を前記モータ制御部に与える操作指令部とを具備し、前記操作指令部が、前記正逆切換スイッチが前記第1の位置と前記第2の位置との間にある状態を電気的に検出して第2のブレーキ信号を発生する回路を有し、前記第2のブレーキ信号に応答して前記ブレーキ指令を出力するように構成され、前記正転モードの実行中に前記正逆切換スイッチが前記第1の位置から前記第2の位置に切り換えられたときに、前記操作指令部がそのスイッチ切換操作に応動して前記ブレーキ指令を前記モータ制御部に与え、前記モータ制御部が前記ブレーキ指令にしたがって前記モータにブレーキをかける。
In order to achieve the above object, the electric screwdriver of the present invention is an electric screwdriver that can selectively switch between a forward rotation mode for screw tightening and a reverse rotation mode for screw loosening, and holds the driver bit detachably. A motor capable of forward and reverse rotation for driving the bit holder to rotate, a motor control unit for controlling the operation of the motor, and a first position and reverse rotation mode for selecting the forward rotation mode by a user's manual operation According to the state of the forward / reverse selector switch that can be switched between the second position for selecting the motor, the start switch for instructing the start of rotation of the motor, the forward / reverse selector switch, and the start switch. comprising an operating command unit which gives an instruction relating to rotation of the motor to the motor controller, the operation command section, the forward-reverse changeover switch said first position A circuit that electrically detects a state between the second position and generates a second brake signal, and is configured to output the brake command in response to the second brake signal; is, the when the forward and reverse change-over switch is switched to the second position from the first position, the brake command the operation command unit in response to the switch switching operation during the execution of the forward rotation mode Is applied to the motor control unit, and the motor control unit brakes the motor in accordance with the brake command.
上記の構成においては、ねじ締めのために正転モードでモータを正回転させている最中にユーザが正逆切換スイッチを第1の位置から第2の位置に切り換えた場合には、操作指令部において、第2のブレーキ信号が発生され、この第2のブレーキ信号に応答してブレーキ指令が出力され、ブレーキ指令にしたがってモータ制御部が働いてモータに好ましくは発電制動によるブレーキをかける。正回転しているモータに対して逆回転用の通電制御は行わない。これにより、モータの巻線およびモータ駆動回路に過大な電流が流れることはない。また、ユーザは、直後にドライバビットを再度当該ねじの頭に押し当ててスタートスイッチをオン操作することにより、当該ねじの緩め(取り外し)作業を確実な開始タイミングで迅速に行うことができる。
In the above configuration, when the user switches the forward / reverse selector switch from the first position to the second position while the motor is rotating forward in the forward rotation mode for screw tightening, the operation command A second brake signal is generated in the unit, a brake command is output in response to the second brake signal, and a motor control unit operates in accordance with the brake command to brake the motor, preferably by dynamic braking. The energization control for the reverse rotation is not performed for the motor rotating in the forward direction. Thereby, an excessive current does not flow through the motor winding and the motor drive circuit. Also, the user can quickly perform the loosening (removal) operation of the screw at a reliable start timing by pressing the driver bit against the screw head again and immediately turning on the start switch.
本発明の好適な一態様によれば、逆転モードの実行中に正逆切換スイッチが第2の位置から第1の位置に切り換えられたときに、操作指令部がそのスイッチ切換操作に応動してブレーキ指令をモータ制御部に与え、モータ制御部がブレーキ指令にしたがってモータにブレーキをかける。このように、ねじ緩めのために逆転モードでモータを逆回転させている最中にユーザが正逆切換スイッチを切り換えた場合でも、ブレーキをかけるので、モータ駆動回路を保護することができる。 According to a preferred aspect of the present invention, when the forward / reverse selector switch is switched from the second position to the first position during execution of the reverse rotation mode, the operation command unit is responsive to the switch switching operation. A brake command is given to the motor control unit, and the motor control unit brakes the motor according to the brake command. Thus, even when the user switches the forward / reverse selector switch during reverse rotation of the motor in the reverse rotation mode for loosening the screw, the brake is applied, so that the motor drive circuit can be protected.
また、好適な一態様によれば、ねじ締め付けの際に負荷トルクが設定値に達した時点で第1ブレーキ信号を発生するトルク監視部が備えられ、操作指令部がトルク監視部からの第1ブレーキ信号に応動してブレーキ指令をモータ制御部に与え、モータ制御部がブレーキ指令にしたがってモータにブレーキをかける。このように、ねじ締めが正常に完遂した場合にも、モータにブレーキをかけて、ねじ締めの所要時間を可及的に短くし、かつ締め付けトルクの精度の向上を図ってよい。 According to a preferred aspect, the torque monitoring unit that generates the first brake signal when the load torque reaches the set value when the screw is tightened is provided, and the operation command unit receives the first command from the torque monitoring unit. A brake command is given to the motor control unit in response to the brake signal, and the motor control unit brakes the motor according to the brake command. As described above, even when the screw tightening is completed normally, the motor may be braked to shorten the time required for the screw tightening as much as possible and to improve the accuracy of the tightening torque.
また、好適な一態様によれば、スタートスイッチが、ビットホルダの軸方向の変位に応動し、ビットホルダに軸方向の押圧力が所定値以上の大きさで加えられた時にスタート信号を発生し、ビットホルダに加えられていた軸方向の押圧力が解除された時にスタート信号を解除する。そして、操作指令部は、スタート信号に応答してスタート指令をモータ制御部に与え、スタート信号が解除された時にスタート指令を解除する。そして、モータ制御部は、スタート指令にしたがってモータに対する回転動作のための通電を開始し、スタート指令が解除された時にモータに対する通電を止める。 According to a preferred aspect, the start switch is responsive to the axial displacement of the bit holder, and generates a start signal when the axial pressing force is applied to the bit holder with a magnitude greater than a predetermined value. The start signal is released when the axial pressing force applied to the bit holder is released. The operation command unit gives a start command to the motor control unit in response to the start signal, and cancels the start command when the start signal is canceled. Then, the motor control unit starts energization for the rotational operation for the motor according to the start command, and stops energization for the motor when the start command is released.
スタートスイッチの別の好適な一態様として、手動式操作レバーの変位に応動し、この操作レバーが所定の位置まで押圧された時にスタート信号を発生し、操作レバーに加えられていた押圧力が解除された時にスタート信号を解除するように構成してもよい。 As another preferred mode of the start switch, in response to the displacement of the manual operation lever, a start signal is generated when the operation lever is pressed to a predetermined position, and the pressing force applied to the operation lever is released. The start signal may be canceled when the operation is performed.
また、好適な一態様によれば、操作指令部が、スタート信号に応答してスタート指令をモータ制御部に与え、スタート信号が解除された時にスタート指令を解除する。そして、モータ制御部は、該スタート指令にしたがってモータに対する回転動作のための通電を開始し、スタート指令が解除された時にモータに対する通電を止める。 According to a preferred aspect, the operation command unit gives a start command to the motor control unit in response to the start signal, and releases the start command when the start signal is released. Then, the motor control unit starts energization for the rotational operation for the motor according to the start command, and stops energization for the motor when the start command is released.
また、別の好適な一態様において、操作指令部は、スタート信号がアクティブになっている間にブレーキ信号に応動してセットされてブレーキ指令を発生し、スタート信号が解除されて非アクティブになった時点でリセットされてブレーキ指令を解除する自己保持回路を有する。 In another preferred embodiment, the operation command unit is set in response to the brake signal to generate a brake command while the start signal is active, and becomes inactive when the start signal is released. A self-holding circuit that is reset at the time of release and releases the brake command.
本発明の電動ドライバによれば、上記のような構成および作用により、ねじ締め作業中にユーザが任意に正逆切換操作を行っても何の支障も不具合も出ないようにし、使い勝手やねじ締め作業効率の向上もはかることができる。 According to the electric driver of the present invention, the above-described configuration and operation prevent any trouble or trouble from occurring even if the user arbitrarily performs forward / reverse switching operation during the screw tightening operation. Work efficiency can also be improved.
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1に、本発明の好適な一実施形態における電動ドライバの全体構成を示す。この電動ドライバは、片手で把持できるのに適したサイズを有する円筒状のハウジング10を有している。このハウジング10には、ビットホルダ12から内奥または後方に向かって順にトルク調整リング14、クラッチ部16、ギヤ部18、モータ20および実装基板22が一列に取付または収容されている。
FIG. 1 shows an overall configuration of an electric driver according to a preferred embodiment of the present invention. This electric driver has a
実装基板22は、この電動ドライバにおいて電源回路、制御回路、モータ駆動回路等を構成する電気部品の全部または大部分をプリント基板上に実装している。モータ20は、たとえば3相のブラシレスDCモータからなり、インバータ制御で回転動作する。ビットホルダ14は、締付対象のねじまたはビスに応じたドライバビット24を着脱可能に挿入して固定保持するように構成されている。また、トルク調整リング14を回すことによりトルクを無段階に調整することができる。
The
クラッチ部16には、ドライバビット24をねじの頭に当てて押し込んだ時に始動(回転開始)用のスタート信号SS-を発生するスタートスイッチ26と、ねじの締め付けが完了した時に急停止用の第1ブレーキ信号BR1-を発生するブレーキスイッチ28が設けられている。
The
スタートスイッチ26は、たとえば、ビットホルダ12またはそれと連動する部材の軸方向の変位に応動し、ドライバビット24を介してビットホルダ12に軸方向の押圧力(反作用)が所定値以上の大きさで加えられた時に、マイクロスイッチあるいはホール素子等の位置センサをオンさせて、ステップ波形(たとえばHレベル→Lレベル波形)を有するスタート信号SS-を発生する。そして、ビットホルダ12に加えられていた上記軸方向の押圧力が解除されると(ドライバビット24をねじから離すと)、該位置センサをオフさせて、スタート信号SS-を切る(Hレベルに戻す)ようになっている。このスタートスイッチ26より発生されるスタート信号SS-は、実装基板22に搭載されている後述の操作指令回路36(図2、図3)に送られる。
The
本電動ドライバは、ねじ締め付けの際にねじ側から反作用として受ける負荷トルクが設定値に達したか否かをクラッチ部16に設けられたカム(図示せず)等のメカニカルな動作で監視するトルク監視部を有しており、該トルク監視部は負荷トルクが設定値に達したことが検出された時に、たとえばマイクロスイッチあるいはホール素子等の位置センサであるブレーキスイッチ28をオンさせて、パルス波形の第1ブレーキ信号BR1-を発生するようになっている。このブレーキスイッチ28より発生される第1ブレーキ信号BR1-も、実装基板22上の操作指令回路36に送られる。
The electric driver monitors the mechanical torque of a cam (not shown) or the like provided in the
ハウジング10の外周面には、たとえばスライド式の正逆切換スイッチ30が取り付けられている。この正逆切換スイッチ30は、ユーザの手動操作により「正転」位置と「逆転」位置との間でスライド移動可能つまり切換可能となっており、「正転」位置に切り換えられたときはユーザがねじ締め用の正転モードを選択したことを示す第1論理値(たとえばLレベル)の正逆切換信号FRを発生し、「逆転」位置に切り換えられたときはユーザがねじ緩め用の逆転モードを選択したことを示す第2論理値(たとえばHレベル)の正逆切換信号FRを発生するように構成されている。この正逆切換信号FRも実装基板22上の操作指令回路36に与えられる。
For example, a slide type forward /
ハウジング10の後端部には電気コード32のコネクタが取り付けられており、電気コード32を介して商用周波数の交流電力が給電されるようになっている。
A connector of an
図2に、実装基板22上の主要な電気回路の構成を示す。図示のように、実装基板22上には電源回路34、操作指令回路36、モータ制御回路38およびインバータ回路40が搭載されている。
FIG. 2 shows a configuration of main electric circuits on the mounting
電源回路34は、商用交流電源42より電気コード32を介してたとえば100Vの商用交流電圧を入力し、入力した交流をトランスおよび整流回路(図示せず)に通して所定電圧レベルの直流に変換し、モータ駆動用のDC電流をインバータ回路40に供給するとともに、制御用の内部電源電圧VDD,VCCを操作指令回路36およびモータ制御回路38に供給する。
The
操作指令回路36は、上述したようにスタートスイッチ26、ブレーキスイッチ28および正逆切換スイッチ30よりそれぞれ発生されるスタート信号SS-,第1ブレーキ信号BR1-および正逆切換信号FRを受け取り、それらのスイッチ26,28,30の状態に応じてモータ20の動作に関する指令を所定のロジックまたは判定基準で決定し、その決定した指令を信号の形態でモータ制御回路38に与えるようになっている。この操作指令回路36の構成および作用は後に詳しく説明する。
The
モータ制御回路38は、操作指令回路36からの各指令に応動して、ブラシレスDCモータ20に指令通りの動作(回転、ブレーキ、静止等)を行わせるようにインバータ回路40を制御する。このインバータ制御にPWM制御を用いることができる。また、インバータスイッチングのタイミングを得るために、ロータの回転位置を検出する回転センサ44がブラシレスDCモータ20に取り付けられており、この回転センサ44より発生される3相のロータ位置信号RTがモータ制御回路38に与えられる。
The
インバータ回路40は、ブラシレスDCモータ20の3相巻線(U,V,W)に対して6個のパワートランジスタからなるスイッチング素子TR1〜TR6を3相ブリッジ結線してなり、モータ制御回路38からのスイッチング制御信号に応じてそれらのスイッチング素子TR1〜TR6を所定の位相シーケンスおよびサイクルで順次選択的にオン・オフさせて、3相のモータ駆動電流MIをモータ20に流すようになっている。
The
図3に、この実施形態における操作指令回路36の具体的な回路構成例を示す。この操作指令回路36は、スタートスイッチ26からのスタート信号SS-、ブレーキスイッチ28からの第1ブレーキ信号BR-および正逆切換スイッチ30からの正逆切換信号FRをそれぞれ受け付けてスタート指令、ブレーキ指令および正転指令/逆転指令を出力する回路に加えて、正逆切換スイッチ30の状態に基づいて第1ブレーキ信号BR1-と同様のモータブレーキ動作を条件的に求める第2ブレーキ信号BR2-を発生する回路を有している。
FIG. 3 shows a specific circuit configuration example of the
スタートスイッチ26(図1)からのスタート信号SS-は入力端子50より受付回路52に入力される。このスタート信号受付回路52は、信号入力端子50とノードNaとの間に接続された抵抗54と、電源電圧端子VDDとノードNaとの間に接続された抵抗56と、ノードNaとグランド電位との間に接続されたコンデンサ58とを有する。
A start signal SS − from the start switch 26 (FIG. 1) is input to the receiving
ねじ締め作業が行われていない時(この実施形態ではドライバビット24がねじ頭に押し付けられていない時)は、スタートスイッチ26はオフ状態で、スタート信号SS-がHレベルのままであり、ノードNaの電位はHレベルに保たれる。ねじ締め作業のためにユーザがスタートスイッチ26をオンさせると、スタート信号SS-がステップ波形でHレベルからLレベルに変わり、ノードNaの電位もそれまでのHレベルからLレベルに変わる。このノードNaに得られるHレベルからLレベルへの電位の変化または二値信号が「スタート指令」として出力端子60よりモータ制御回路38に与えられる。さらに、ノードNaの二値信号は、リセット入力(R)として両RSフリップフロップ62,64に与えられる。
When screwing operation is not performed (when not pressed against the
ブレーキスイッチ28からの第1ブレーキ信号BR1-は、入力端子66より受付回路68に入力される。この第1ブレーキ信号受付回路68は、入力抵抗67、結合コンデンサ70およびタイマ回路72を有する。
The first brake signal BR 1 − from the
第1ブレーキ信号BR1-は定常時はHレベルに保たれ、ねじの締め付けで負荷トルクが設定値に達した時だけLレベルのパルス波形となる。第1ブレーキ信号BR-がHレベルからLレベルに変化した時にノードNbの電位もHレベルからLレベルに立ち下がり、この立ち下りエッジに応動してタイマ回路72が一定のパルス幅を有するHレベルの出力信号を発生する。このタイマ回路72からのHレベルの出力信号はセット信号(S)としてRSフリップフロップ62に入力される。ここで、RSフリップフロップ62のリセット入力(R)がLレベルになっている時は、つまりスタート信号SS-がアクティブ(Lレベル)になっている時は、タイマ回路72からのHレベルの出力信号に応動してRSフリップフロップ62の出力(Q-)がそれまでのHレベルからLレベルに変わる。そうすると、NANDゲート74およびNOT回路76を介して出力端子78にRSフリップフロップ62の出力(Q-)と同じ論理値変化(Hレベル→Lレベル)を示す出力信号が得られ、このLレベルの出力信号が「ブレーキ指令」としてモータ制御回路38に与えられる。第1ブレーキ信号BR-がアクティブなLレベルから非アクティブなHレベルに戻った後も、RSフリップフロップ62の自己保持機能によりリセット入力(R)がHレベルになるまで(スタートスイッチ26がオフするまで)、「ブレーキ指令」が持続的に出力される。
The first brake signal BR1 − is kept at the H level in a steady state, and has an L level pulse waveform only when the load torque reaches a set value by tightening the screw. H level falls from the potential also H level of node Nb when the changes from H level to L level to L level, the
RSフリップフロップ62は、一対のNORゲート80,82で構成されている。タイマ回路72は、NOT回路で代用してもよい。
The RS flip-
なお、ブレーキスイッチ28がクラッチ部16に設けられた、たとえばカムに乗り上げた状態で止まると、ブレーキスイッチ28がオン状態(第1ブレーキ信号BR1-がアクティブなLレベルの状態)にホールドされることがある。しかし、第1ブレーキ信号BR1-がHレベルからLレベルに立ち下がった時から一定時間の経過後にタイマ回路72の出力信号はHレベルからLレベルに戻る。これにより、スタートスイッチ26がオフした時点で、RSフリップフロップ62のリセット入力(R)がHレベルになって、RSフリップフロップ62はリセットされる。つまり、本電動ドライバを停止させた際にブレーキスイッチ28がクラッチ部16に設けられたカムに乗り上げた状態になっても、スタートスイッチ26をいったんオフさせてから再度オン操作すれば、本電動ドライバを正常に再起動させることができる。
Incidentally, the
また、タイマ回路72の代わりにNOT回路を使用した場合においても、ブレーキスイッチ28が上記カムに乗り上げた状態にあるときは、結合コンデンサ70の働き(時定数機能)によりNOT回路のHレベル状態つまりRSフリップフロップ62のセット入力(S)のHレベル状態は所定時間しか続かないので、そのうちRSフリップフロップ60のリセット入力(R)がHレベルになれば、その時点でRSフリップフロップ62がリセットされる。そして、スタートスイッチ26を再度オン操作して、RSフリップフロップ62のリセット入力(R)をLレベルにすれば、本電動ドライバは正常に再スタートする。
Even when a NOT circuit is used instead of the
正逆切換スイッチ30は、電気的には、可動操作部材(たとえばスライド部材)に対応する可動接点30Mと、「正転」位置に対応する第1固定接点30Fと、「逆転」位置に対応する第2固定接点30Rとを有しており、ユーザが手動操作で「正転」を選択したときは可動接点30Mが第1固定接点30Fに接続され、「逆転」を選択したときは可動接点30Mが第2固定接点30Rに接続されるように構成されている。
The forward /
可動接点30Mはグランド電位に接続されている。第1固定接点30Fは抵抗84を介してノードNcに接続され、第2固定接点30Rは抵抗86を介してノードNdに接続されている。ここで、ノードNcは、電源電圧端子VDDとグランド電位との間に直列接続された抵抗88およびコンデンサ90の接続点に設定されており、NANDゲート92の一方の入力端子に接続されている。また、ノードNdは、電源電圧端子VDDとグランド電位との間に直列接続された抵抗94およびコンデンサ96の接続点に設定されており、NANDゲート92の他方の入力端子に接続されるとともに、正転指令/逆転指令用の出力端子98にも接続されている。
The
正逆切換スイッチ30が「正転」位置に切り換わっている時、つまり可動接点30Mが第1固定接点30Fに接続されている時は、ノードNcの電位はLレベルであり、このLレベルの信号が「正転指令」として出力端子98よりモータ制御回路38に与えられる。この時、ノードNdの電位はHレベルであり、NANDゲート92の出力はHレベルである。
When the forward /
また、正逆切換スイッチ30が「逆転」位置に切り換わっている時、つまり可動接点30Mが第2固定接点30Rに接続されている時は、ノードNcの電位はHレベルであり、このHレベルの信号が「逆転指令」として出力端子98よりモータ制御回路38に与えられる。この時、ノードNdの電位はLレベルであり、NANDゲート92の出力はHレベルである。
Further, when the forward /
正逆切換スイッチ30が「正転」位置から「逆転」位置に切り換わるまでの間、つまり可動接点30Mが第1固定接点30Fまたは第2固定接点30Rのいずれにも接続されていない時は、ノードNc,Ndの双方が共にHレベルになり、NANDゲート92の出力がそれまでのHレベルからLレベルに変わる。この実施形態では、抵抗84,86,88,94、コンデンサ90,96およびNANDゲート92により第2ブレーキ信号生成回路95を構成し、NANDゲート92の出力を第2ブレーキ信号BR2-とする。この第2ブレーキ信号BR2-はLレベルでアクティブになる。
Until the forward /
NANDゲート92よりアクティブなLレベルの第2ブレーキ信号BR2-が出力されると、その次段のNOT回路100の出力がHレベルになり、これがRSフリップフロップ64にセット入力(S)として与えられる。ここで、RSフリップフロップ62のリセット入力(R)がLレベルになっている時は、つまりスタート信号SS-がアクティブ(Lレベル)になっている時は、NOT回路100からのHレベルの出力信号に応動してRSフリップフロップ64の出力(Q-)がそれまでのHレベルからLレベルに変わる。そうすると、NANDゲート74およびNOT回路76を介して出力端子78にRSフリップフロップ64の出力(Q-)と同じ論理値変化(Hレベル→Lレベル)を示す出力信号が得られ、このLレベルの出力信号がブレーキ指令としてモータ制御回路38に与えられる。この場合も、第2ブレーキ信号BR-がアクティブなLレベルから非アクティブなHレベルに戻った後も、つまり正逆切換スイッチ30において可動接点30Mが固定接点30F,30Rのいずれかに接続された後も、RSフリップフロップ64の自己保持機能によりリセット入力(R)がHレベルになるまで(スタートスイッチ26がオフするまで)、「ブレーキ指令」が持続的に出力される。なお、RSフリップフロップ64は、一対のNORゲート102,104で構成されている。
Second brake signal from the
図4および図5に、この実施形態における電動ドライバの主要な動作手順(特に操作指令回路36およびモータ制御回路38の処理手順)をフローチャートで示す。以下、このフローチャートに基づいてこの電動ドライバの作用を説明する。
FIG. 4 and FIG. 5 are flowcharts showing main operation procedures of the electric driver in this embodiment (particularly, processing procedures of the
電源スイッチが入力されると、この電動ドライバは使用可能になる。先ず、正逆切換スイッチ30が「正転」または「逆転」のどちらの位置に切り換わっているのかを判別する(ステップS1)。通常、ユーザは、ねじ締め作業を行うときは、正逆切換スイッチ30を「正転」位置に切り換えておく。上記のように、正逆切換スイッチ30が「正転」に切り換わっているときは、正逆切換スイッチ30より得られる正逆切換信号FRがLレベルで、操作指令回路36より「正転指令」が出される。もっとも、操作指令回路36より「スタート指令」が出されていないので、モータ制御回路38はインバータ回路40をオフ状態に保っておく。したがって、ブラシレスDCモータ20も静止したまである。
When the power switch is input, the electric driver can be used. First, it is determined whether the forward /
そして、ユーザが締付対象のねじの頭(十字穴)にドライバビットを当てて押し込むと、スタートスイッチ26がオンして、スタート信号SS-がそれまでのHレベルからアクティブなLレベルに変わり、上記のように操作指令回路36より「スタート指令」が出される(ステップS2)。そうすると、モータ制御回路38は、操作指令回路36からの「スタート指令」および「正転指令」にしたがって、ブラシレスDCモータ20を正方向に回転させるようにインバータ回路40のスイッチング制御を開始する(ステップS3)。
Then, when the user pushes against the driver bit in the screw head of the target tightening (cross hole), the
こうして、ブラシレスDCモータ20が正方向に回転することにより、その回転駆動力がギヤ部18、クラッチ部16、ビットホルダ12を介してドライバビット24に伝えられ、このドライバビット24の回転トルクによって当該ねじが締められる。そして、このねじ締めが正常に完遂すると、つまり負荷トルクが設定値に達すると(ステップS5)、その時点で自動的にブレーキスイッチ28よりパルス波形の第1ブレーキ信号BR1-が出力され、これを受けて操作指令回路36より「ブレーキ指令」が出される。モータ制御回路38は、「スタート指令」および「正転指令」に加えて「ブレーキ指令」を受け取ることとなり、「ブレーキ指令」にしたがってインバータ回路40を通じてブラシレスDCモータ20に発電制動によるブレーキをかける(ステップS6)。このブラシレスDCモータ20の発電制動は、たとえば、インバータ回路40において上部トランジスタTR1,TR2,TR3の全部をオンにし、下部トランジスタTR4,TR5,TR6の全部をオフにすることによって行われる。
Thus, when the
こうしてブレーキ機能によりモータ20の回転が急停止する。ユーザがドライバビット24を引いて当該ねじの頭から離すと、ここでスタートスイッチ26がオフして、スタート信号SS-がそれまでのLレベルからHレベルに変わる(ステップS7)。これを受けて、操作指令回路36は、モータ制御回路38に対して「スタート指令」を解除し、それと同時にフリップフロップ62をリセットさせて「ブレーキ指令」も解除する。「ブレーキ指令」が解除されると、モータ制御回路38は発電制動のためのインバータ制御を終了し、インバータ回路40内のトランジスタTR1〜TR6を全部オフにする(ステップS8)。こうして、標準操作によるねじ締め作業の1サイクルを終了する。
Thus, the rotation of the
この実施形態で最も特徴的な動作は、ユーザがねじ締めの最中に正逆切換スイッチ30を「逆転」に切り換えた場合である。たとえば、ねじの打点を間違えた場合や、傾いてねじ込んだりした場合に、ねじ締めの途中でもユーザはそれに気づいた瞬間に反射的に正逆切換スイッチを「逆転」に切り換えることが多々ある。このようなねじ締め最中の正逆切換操作は、従来の電動ドライバにおいては早とちりの操作ミスであったが、この実施形態では以下に説明するように決して操作ミスにはならない。
The most characteristic operation in this embodiment is when the user switches the forward /
この実施形態において、ねじ締めが完了する前にユーザが正逆切換スイッチ30を「逆転」に切り換えた場合は(ステップS4)、上記のように正逆切換スイッチ30が「正転」位置から「逆転」位置へ移行する途中で、操作指令回路36内でアクティブな第2ブレーキ信号BR2-が生成され、この第2ブレーキ信号BR2-に応じた「ブレーキ指令」が出力される。モータ制御回路38は、スタート指令」および「正転指令」に加えてこの「ブレーキ指令」を操作指令回路36から受け取ると、ねじ締め完了時のときと全く同じインバータ制御でブラシレスDCモータ20に発電制動によるブレーキをかける(ステップS6)。
In this embodiment, when the user switches the forward /
このように、ねじ締めのためにモータ20を正回転させている最中に正逆切換スイッチ30を「正転」から「逆転」に切り換えた場合には、モータ20に逆回転用の通電を行うのではなく、発電制動用の通電を行う。このことにより、モータ20およびインバータ回路40に過大な電流が流れることはなく、スイッチングトランジスタTR1〜TR6等の故障には至らない。
In this way, when the forward /
なお、正逆切換スイッチ30が「逆転」位置に切り換わると、正逆切換信号FRがHレベルになり、操作指令回路36より「逆転指令」が出力される。しかし、同時に「ブレーキ指令」も出力されているので、モータ制御回路38はこの「逆転指令」を無視する。
When the forward /
そして、ユーザがねじ締めを中断した当該ねじからドライバビット24を離すと、ここでスタートスイッチ26がオフして、スタート信号SS-がそれまでのLレベルから非アクティブなHレベルに変わる(ステップS7)。この場合も、操作指令回路36は、モータ制御回路38に対して「スタート指令」を解除し、それと同時にフリップフロップ64をリセットさせて「ブレーキ指令」も解除する。「ブレーキ指令」が解除されたことで、モータ制御回路38は発電制動のためのインバータ制御を終了し、インバータ回路40内のトランジスタTR1〜TR6を全部オフにする(ステップS8)。
When the user releases the
通常、ユーザは、この直後にドライバビット24を当該ねじの頭に再度押し当てて、逆転モードによるねじ緩め(取り外し)の作業を行う。この場合、正逆切換スイッチ30が「逆転」位置にある状態の下でスタートスイッチ30がオンし(ステップS1→S10)、操作指令回路36より「逆転指令」および「スタート指令」が同時に出力され、これらの指令にしたがってモータ制御回路38はブラシレスDCモータ20を逆方向に回転させるようにインバータ回路40のスイッチング制御を開始する(ステップS11)。
Usually, immediately after this, the user presses the
この逆回転動作によりねじが緩められと、ユーザはドライバビット24をねじ頭から引き離すので、スタートスイッチ26がオフし(ステップS13)、操作指令回路36は「スタート指令」を解除する。この「スタート指令」の解除を受けて、モータ制御回路38はインバータ回路40内のトランジスタTR1〜TR6を全部オフにし(ステップS16)、ブレーキを使わないでブラシレスDCモータ20を停止させる。
When the screw is loosened by this reverse rotation operation, the user pulls the
非常に特殊な使い方として、ユーザがねじ緩めの逆回転動作を開始させた直後にドライバビット24を当該ねじの頭に押しつけたまま正逆切換スイッチ30を「逆転」位置から「正転」位置へ切り換える場合もあり得る(ステップS12)。この場合も、この実施形態では、操作指令回路36が第2ブレーキ信号BR2-をアクティブにして「ブレーキ指令」を出力し、この「ブレーキ指令」にしたがってモータ制御回路38が上記と同じインバータ制御でブラシレスDCモータ20に発電制動によるブレーキをかける(ステップS14)。直後に、ユーザがドライバビット24を当該ねじから離すと、スタートスイッチ26がオフし(ステップS15)、操作指令回路36から「スタート指令」の解除を受けてモータ制御回路38がインバータ回路40を完全オフにする(ステップS16)。
As a very special usage, immediately after the user starts the reverse rotation operation of loosening the screw, the forward /
上記のように、この実施形態の電動ドライバにおいては、ユーザがねじ締めの最中に正逆切換スイッチ30を「正転」から「逆転」に切り換えた場合には、その切換操作に応じてモータ20に逆回転用の通電を行うのではなく、発電制動によるブレーキをかけてモータ20を急停止させるようにしたので、モータ20の巻線およびインバータ回路40に過大な電流が流れることはない。このことにより、実装基板22上で大きな面積を占めるインバータ回路40に大容量の大型スイッチングトランジスタを使用する必要がないので、実装基板22を小さくし、ハウジング10のコンパクト化をはかることができる。
As described above, in the electric driver of this embodiment, when the user switches the forward / reverse selector switch 30 from “forward rotation” to “reverse rotation” during screw tightening, the motor is operated in accordance with the switching operation. 20 is not energized for reverse rotation, but is braked by dynamic braking to stop the
また、ユーザは、そのようなねじ締めの途中で正逆切換操作を行った場合は、上記のようなブレーキがかかった後に、ドライバビット24をいったん当該ねじ頭から離して直後に再度押し付けることより、自分が意識したタイミングで電動ドライバに逆回転によるねじ緩め(取り外し)を開始させることができる。この使い勝手は、ねじ頭の損傷を防止するうえで非常に重要である。つまり、ドライバビット24がねじ頭(十字穴)にゆるく嵌まっている状態で不意に逆回転によるねじ緩め(取り外し)が開始されると、ねじ頭が損傷するおそれがある。その点、この実施形態の電動ドライバにおいては、ユーザが自分の意思で自分のコントロールできるタイミングでスタートスイッチ26をオンさせるので、ねじ頭に十分な押圧力を加えた状態でねじ緩め(取り外し)の逆回転動作を開始させることが可能であり、ねじ頭が損傷するおそれはない。したがって、不所望なねじ頭の損傷を気にすることなく安心してねじ締め作業を遂行できるので、結果的には作業の効率性が向上する。
Further, when the user performs forward / reverse switching operation during such screw tightening, after the brake is applied, the
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものでは決してなく、その技術的思想の範囲内で種々の変形・変更が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the technical idea.
たとえば、ブラシレスDCモータの代わりにブラシ付きDCモータを用いることも可能であり、インバータ回路以外のモータ駆動回路を用いることも可能である。また、上記実施形態では、ビットホルダ12の軸方向の変位に応動してオン・オフするスタートスイッチ26を設け、ドライバビット24に所定値以上の押圧力が加えられたときにスタートスイッチ26がオンするように構成した。しかし、図示省略するが、たとえばトリガ式やプッシュ式のレバーをハウジング10に取り付け、ユーザがこのレバーを操作してスタートスイッチをオン・オフするように構成することも可能である。すなわち、ユーザが指でレバーを弾発的に押し込んだときにスタートスイッチがオンし、ユーザがレバーから指を離すようにして押圧力を解除したときにスタートスイッチがオフするようにしてよい。
For example, a brushed DC motor can be used instead of a brushless DC motor, and a motor drive circuit other than an inverter circuit can be used. Further, in the above embodiment, the
上記実施形態では、ハウジング10内にモータ20、モータ制御回路38、正逆切換スイッチ30、スタートスイッチ26、操作指令回路36、インバータ回路40、電源回路38等の電気系が設けられている。しかし、モータ20以外のそれら電気系の一部(たとえばモータ制御回路38等)または全部を別置のユニットに設ける構成も可能である。
In the above embodiment, the electrical system such as the
また、正逆切換スイッチ30において、「正転」位置と「逆転」位置との間に「ニュートラル」位置を設ける構成も可能である。その場合、「ニュートラル」位置に切り換えた場合は、たとえスタートスイッチをオンさせてもモータが回転しないように操作指令回路36ないしモータ制御回路38を構成することができる。もっとも、スタートスイッチをオンさせてからモータ回転中に「ニュートラル」に切り換えた場合は、本発明による「ブレーキ」機能を働かせてよい。
Further, the forward /
10 ハウジング
12 ビットホルダ
20 モータ
24 ドライバビット
26 スタートスイッチ
28 ブレーキスイッチ
30 正逆切換スイッチ
34 電源回路
36 操作指令回路(操作指令部)
38 モータ制御回路
40 インバータ回路
52 スタート信号受付回路
62 RSフリップフロップ
64 RSフリップフロップ
68 第1ブレーキ信号受付回路
95 第2ブレーキ信号生成回路
DESCRIPTION OF
38
Claims (8)
ドライバビットを着脱可能に保持するビットホルダを回転駆動するための正逆転可能なモータと、
前記モータの動作を制御するためのモータ制御部と、
ユーザの手動操作により正転モードを選択するための第1の位置と逆転モードを選択するための第2の位置との間で切換可能な正逆切換スイッチと、
前記モータの回転開始を指示するためのスタートスイッチと、
前記正逆切換スイッチおよび前記スタートスイッチの状態に応じて前記モータの回転動作に関する指令を前記モータ制御部に与える操作指令部と
を具備し、
前記操作指令部が、前記正逆切換スイッチが前記第1の位置と前記第2の位置との間にある状態を電気的に検出して第2のブレーキ信号を発生する回路を有し、前記第2のブレーキ信号に応答して前記ブレーキ指令を出力するように構成され、
前記正転モードの実行中に前記正逆切換スイッチが前記第1の位置から前記第2の位置に切り換えられたときに、前記操作指令部がそのスイッチ切換操作に応動して前記ブレーキ指令を前記モータ制御部に与え、前記モータ制御部が前記ブレーキ指令にしたがって前記モータにブレーキをかける、
電動ドライバ。 An electric driver capable of selectively switching between a forward rotation mode for screw tightening and a reverse rotation mode for screw loosening,
A reversible motor for rotationally driving a bit holder that detachably holds a driver bit;
A motor control unit for controlling the operation of the motor;
A forward / reverse selector switch that can be switched between a first position for selecting the forward rotation mode and a second position for selecting the reverse rotation mode by a user's manual operation;
A start switch for instructing rotation start of the motor;
The instructions relating to the rotation operation of the motor; and a operation command unit giving the motor controller in accordance with the state of the forward-reverse changeover switch and the start switch,
The operation command section includes a circuit that electrically detects a state in which the forward / reverse selector switch is between the first position and the second position and generates a second brake signal; Configured to output the brake command in response to a second brake signal;
When the forward / reverse selector switch is switched from the first position to the second position during execution of the forward rotation mode, the operation command section responds to the switch switching operation and sends the brake command. Giving to the motor control unit, the motor control unit brakes the motor according to the brake command ,
Electric screwdriver.
前記操作指令部が前記トルク監視部からの前記第1のブレーキ信号に応動して前記ブレーキ指令を前記モータ制御部に与え、前記モータ制御部が前記ブレーキ指令にしたがって前記モータにブレーキをかける、請求項1または請求項2に記載の電動ドライバ。 A torque monitoring unit that generates a first brake signal when the load torque reaches a set value during screw tightening;
The operation command unit in response to said first brake signal from the torque monitoring unit gives the braking command to the motor controller, the motor control unit brakes the motor in accordance with the brake command, wherein The electric driver according to claim 1 or claim 2.
前記操作指令部が、前記スタート信号に応答してスタート指令を前記モータ制御部に与え、前記スタート信号が解除された時に前記スタート指令を解除し、
前記モータ制御部が、前記スタート指令にしたがって前記モータに対する回転動作のための通電を開始し、前記スタート指令が解除された時に前記モータに対する通電を止める、請求項1〜5のいずれか一項に記載の電動ドライバ。 The start switch responds to an axial displacement of the bit holder, and generates a start signal when an axial pressing force is applied to the bit holder with a magnitude greater than a predetermined value, and is applied to the bit holder. Release the start signal when the axial pressing force was released,
The operation command unit gives a start command to the motor control unit in response to the start signal, and cancels the start command when the start signal is released,
6. The motor control unit according to claim 1, wherein the motor control unit starts energization for a rotational operation on the motor according to the start command , and stops energization of the motor when the start command is released. The described electric screwdriver.
前記操作指令部が、前記スタート信号に応答してスタート指令を前記モータ制御部に与え、前記スタート信号が解除された時に前記スタート指令を解除し、
前記モータ制御部が、前記スタート指令にしたがって前記モータに対する回転動作のための通電を開始し、前記スタート指令が解除された時に前記モータに対する通電を止める、請求項1〜5のいずれか一項に記載の電動ドライバ。 The start switch responds to the displacement of the manual operation lever, generates a start signal when the operation lever is pressed to a predetermined position, and releases the pressing force applied to the operation lever. Cancel the start signal,
The operation command unit gives a start command to the motor control unit in response to the start signal, and cancels the start command when the start signal is released,
6. The motor control unit according to claim 1, wherein the motor control unit starts energization for a rotational operation on the motor according to the start command , and stops energization of the motor when the start command is released. The described electric screwdriver.
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