JP6592190B2 - 電動工具並びにその制御装置及び制御回路 - Google Patents

Description

本発明は、螺合部材を締め付ける際の締付トルクの大きさを設定変更可能とされた電動工具本体を有する電動工具並びにその制御装置及び制御回路に関し、より詳細には、電動工具本体の駆動が開始される前に締付トルクの設定値の大きさに関する通知を作業者に対して行うようにされた電動工具並びにその制御装置及び制御回路に関する。

ネジやナットなどの螺合部材を締め付けるための電動工具においては、ネジ等の種類やそれを締め付ける相手材などに応じて、締付トルクを変更することが必要となる場合がある。そのため、このような電動工具には、電気的または機械的なトルク制御機構が設けられて締付トルクの大きさを設定変更できるようになっているものがある（特許文献１）。また、工場の生産ラインにおいては異なる種類のネジ等の締め付け作業を所定の順序で連続的に行う場合があり、そのような場合に使用される電動工具においては、同一設定で行われた所定の作業工程が終了したことを電動工具自身が判断し、次の作業工程に移るときに締付トルクの設定値をその工程において要求される設定値に自動的に設定変更するようになっているものもある。

特開２０１５−１８８９４３号公報

締付トルクの設定値が変更されると、締め付け作業をしたときに電動工具を把持している作業者の手に加わる反力の大きさも設定値の変化に応じて変化することになる。作業者が常にその時に設定されている締付トルクの設定値を把握し、またその設定値によって自身の手に加わることになる反力がどの程度の大きさのものであるのかを把握していれば、作業者は想定される反力の大きさに合わせて把持力を調節するなどの事前の準備をしておくことができる。しかしながら、作業者は常に締付トルクの設定値を正しく把握できているわけではなく、特に設定値が自動的に変更される場合には設定変更されたことを作業者が気付かない場合もある。そのような時には、締付トルクが思っていたよりも大きな値に設定されていて、不意に予想よりも大きな反力を受けることがあり得る。このような場合には、作業者が適切に電動工具を把持した状態を保つことができず電動工具が締付トルクの反動で回転して、適切なトルクでの螺合部材の締め付けが行えない虞がある。また、場合によっては電動工具が手から離れて落下してしまう危険もある。

そこで本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、締め付け作業を開始する前に、必要に応じて締付トルクの設定値に関する通知を作業者に対して行ない、比較的に大きなトルクがかかる場合にそれを事前に作業者に知らせることができるようにした電動工具、並びにその制御装置及び制御回路を提供することを目的とする。

すなわち本発明は、
螺合部材を締め付ける際の締付トルクの大きさを設定変更可能とされた電動工具本体と、該締付トルクの設定値に関する通知を作業者に対して行うための通知手段と、を備える電動工具における制御回路であって、
電動工具本体に対する締付トルクの設定値が基準値よりも大きな値に設定されているときに、該電動工具本体の駆動が開始される前に通知手段に通知実行信号を送信して、該通知手段による作業者に対する通知が行われるようにする、制御回路を提供する。

当該制御回路は、該制御回路を備える電動工具を、締付トルクの設定値が基準値よりも大きい値に設定されていることを電動工具本体が駆動される前にそれを使用する作業者に対して通知することができるようにしている。そのため、該電動工具を使用する作業者は、電動工具本体の駆動に伴って比較的に大きな反力が加わることを事前に認識することができ、大きな反力に備えて事前に準備をしておくことができるようになる。これによって、締付トルクに伴う反動によって電動工具が回転して螺合部材が適切なトルクで締め付けられなくなるような事態や、電動工具が作業者の手から離れてしまうような事態を防止することが可能となる。

具体的には、該基準値が、所定の閾値であるようにすることができる。

または、該基準値が、該設定値の設定変更される前の値に所定の許容変動値を加算した値であるようにすることができる。

または、
該基準値が、第１基準値と第２基準値とを含み、
該第１基準値は所定の閾値であり、該第２基準値は該設定値の設定変更される前の値に所定の許容変動値を加算した値であり、
該電動工具本体に対して設定されている締付トルクの該設定値が該第１基準値と該第２基準値とのうちの少なくとも一方よりも大きいときに、該通知手段に該通知実行信号を送信するようにすることもできる。

また本発明は、
螺合部材を締め付ける際の締付トルクの大きさを設定変更可能とされた電動工具本体と、
該締付トルクの設定値に関する通知を作業者に対して行うための通知手段と、
上述の何れかの制御回路と、
を備える電動工具を提供する。

この場合には、該通知手段による該通知が、視覚的表示による通知と、音声表示による通知と、該電動工具本体を一時的に駆動不可とすることによる通知と、のうちの少なくとも一つであるようにすることができる。

具体的には、
該通知が、該電動工具本体を一時的に駆動不可とすることによる通知を少なくとも含み、
該電動工具本体が通知解除操作部を有しており、
該電動工具本体は、該通知手段による該通知が行なわれてから該通知解除操作部が操作されて該通知が解除されるまでの間は、該電動工具本体の駆動を開始できないようにすることができる。

また本発明は、
上述の何れかの制御回路を有する制御装置であって、当該制御装置とは別体とされた、螺合部材を締め付ける際の締付トルクの大きさを設定変更可能とされた少なくとも一つの電動工具本体と通信接続可能とされ、通信接続された該電動工具本体を制御するようにされた制御装置を提供する。

以下、本発明に係る電動工具の実施形態を添付図面に基づき説明する。

本発明の第１の実施形態に係る電動ドライバの外観図である。 図１の電動ドライバの機能ブロック図である。 図１の電動ドライバにおける通知動作を示す第１のフローチャートである。 図１の電動ドライバにおける通知動作を示す第２のフローチャートである。 図１の電動ドライバにおける通知動作を示す第３のフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る電動ドライバの外観図である。

本発明の第１の実施形態に係る電動ドライバ（電動工具）１００は、図１及び図２に示すように、内蔵された電動モータ１１２（図１には図示しない）によって回転駆動されるビットホルダ１１４を有する電動ドライバ本体（電動工具本体）１１０と、電動ドライバ本体１１０内に配置された制御回路１２０（図１には図示しない）とを備える。ビットホルダ１１４には、締め付け対象となるネジに合わせて適宜選択されたドライバビット１１６が取り外し可能に取付けられる。電動ドライバ本体１１０にはさらに、ＬＥＤ表示部１３２と複数の操作ボタン１３４とを有するインターフェース部１３０が設けられている。当該電動ドライバ１００は、電動モータ１１２を起動させるための起動スイッチ（図示しない）を電動ドライバ本体１１０内に備えている。この起動スイッチはビットホルダ１１４に取り付けられたドライバビット１１６をネジに押しつけることでＯＮ状態となり、それによってモータ制御部１２２が電動モータ１１２の駆動を開始するようになっている。

当該電動ドライバ１００はさらに、電動モータ１１２の駆動トルクを検知するためのトルクセンサ１２４を備える。また、制御回路１２０は、各種演算処理を行うための演算部１２０Ａと、設定パラメータなどのデータを保存しておくためのメモリ１２０Ｂとを有する。

当該電動ドライバ本体１１０は、締付トルクの大きさを設定変更可能となっている。具体的には、トルクセンサ１２４によって検出されるトルクの大きさに基づいて電動モータ１１２に供給する電力をモータ制御部１２２によって適宜制御して電動モータ１１２のトルクを制御し、ネジに加わる締め付けトルクが駆動開始前に予め設定されていた締付トルクの設定値の範囲内に制限されるようにしている。締付トルクの設定値は、インターフェース部１３０の操作ボタン１３４や、電動ドライバ本体１１０に通信接続される外部設定装置（図示しない）によって変更することができる。

また当該電動ドライバ１００は、生産ラインなどで一人の作業者が異なる種類のネジを順次連続して締め付けていくような場合においては、締付トルクの大きさを変更する必要が生じたときに自動的にその設定値を変更できるようにすることもできる。この場合、メモリ１２０Ｂには、複数の異なる締め付け工程が含まれる一連の作業における各工程で使用される設定パラメータが事前に保存されており、演算部１２０Ａは、各工程が終了して次の工程に移るときに次の工程で使用される設定パラメータをメモリ１２０Ｂから読み込み、電動ドライバ本体１１０の設定を自動的に変更する。例えば、第１工程が同一な３本のネジの締め付け作業であり、第２工程が第１工程におけるネジとは異なる２本のネジの締め付け作業であるとすると、第１工程の３本のネジ締め付けの際には第１設定パラメータのもとで当該電動ドライバ本体１１０は駆動され、第１工程が終了すると演算部１２０Ａが第２工程のための第２設定パラメータをメモリ１２０Ｂから読み出して設定を自動的に第１設定パラメータから第２設定パラメータに変更する。第２工程中は、該２本のネジの締め付けが終了するまでその設定値に基づいて当該電動ドライバ本体１１０は駆動される。それ以降は同様に、各工程が終了する毎に設定パラメータは次の工程のための設定パラメータに自動的に変更されていく。なお、設定パラメータには、上述の締付トルクの設定値の他に、例えば、電動モータ１１２の回転速度や回転時間などの項目が必要に応じて含まれていてもよい。

当該電動ドライバ１００は、設定パラメータに含まれる締付トルクの設定値が変更されたときに、その設定値を後述する基準値と比較して、設定値が基準値よりも大きい値に設定されている場合には作業者に対して後述する所定の通知を行うようになっている。これにより、作業者は、次に駆動するときに比較的に大きなトルクが発生することを、ネジの締め付け作業を開始する前に知ることができる。

本実施形態における作業者に対する通知は、制御回路１２０からの通知実行信号に基づく、ＬＥＤ表示部１３２の点滅による視覚的表示による通知、ブザー１３６のブザー音による音声表示による通知、及び一時的に電動ドライバ本体１１０の電動モータ１１２を駆動不可の状態とすることによる通知であり、これらが３つの通知が同時に行なわれるようになっている。なお、ＬＥＤ表示部１３２やブザー１３６などの通知手段が電子回路を含まないものである場合には、制御回路１２０からの通知実行信号はそれら通知手段を駆動するための電力を通知手段に直接供給する駆動電流とされ、通知手段が電子回路を含んでいる場合には、通知実行信号はその電子回路に対する入力信号とされ、通知手段がリレーやトランジスタなどの電気回路の開閉器を含みこの開閉器の開閉に伴って通知が実行されるようになっている場合には、通知実行信号はリレー等の開閉器を開閉するための接点信号とされる。通知手段は制御回路の種類や有無などにより種々の形態が考えられ、そのため通知実行信号は使用される通知手段の形態に合わせた種々の形態のものが適宜選択される。通知実行信号は、通知手段による作業者に対する通知が行われるように通知手段に対して送られるものであれば如何なる形態のものでもよい。通知が行なわれた後は、インターフェース部１３０の操作ボタン（通知解除操作部）１３４を押すことにより通知が解除される。通知が解除されることにより電動モータ１１２が駆動可能な状態に戻り、ネジの締め付け作業が可能な状態となる。

締付トルクの設定値を含む設定パラメータの変更は、上述の様に、手動で行なうようにも、自動的に行うようにもできる。以下においては、締付トルクの設定値が自動的に変更される場合を例に、当該電動ドライバ１００の通知動作についてさらに詳細に述べる。図３に示すように、電動ドライバ１００を起動すると（Ｓ１００）、制御回路１２０の演算部１２０Ａはメモリ１２０Ｂから最初の工程のための締付トルクの設定値を読み込む（Ｓ１０２）。次に演算部１２０Ａが締付トルクの設定値を予め設定されている閾値（基準値）と比較演算する（Ｓ１０４）。演算部１２０Ａは、設定値が閾値よりも大きい値に設定されている場合には作業者に対する通知の必要性があると判断して、各通知手段に対して通知実行信号を送信して通知を行うように命令をする（Ｓ１０６）。具体的には、ＬＥＤ表示部１３２、ブザー１３６、及びモータ制御部１２２に対して通知実行信号を送信する。これによりＬＥＤ表示部１３２はＬＥＤを点滅させ、ブザー１３６はブザー音を鳴らし、モータ制御部１２２は駆動スイッチがＯＮになったとしても電動モータ１１２を駆動しないようになる。通知が行なわれている状態でインターフェース部１３０における通知解除操作部としての操作ボタン１３４を押すと、通知が解除されて、ＬＥＤ表示部１３２の点滅及びブザーからのブザー音が停止されるとともにモータ制御部１２２は電動モータ１１２を駆動可能な状態とし（Ｓ１０８）、締め付け作業を行うことが可能な状態となる（Ｓ１１０）。最初の工程として設定されている所定のネジ締め付け工程が終了するまでネジ締め付け作業（Ｓ１１０）を繰り返し、その工程が終了して（Ｓ１１２）さらに次の工程がある場合には、次の工程のための設定パラメータを読み込んで（Ｓ１０２）、締付トルク等の設定値を設定変更する。設定変更された締付トルクの設定値を先程と同様に閾値と比較して（Ｓ１０４）、設定値が閾値よりも大きい値に設定されている場合には通知動作を行う（Ｓ１０６）。これ以降同様の動作を繰り返して、全ての工程が終了すると（Ｓ１１４）、通知動作を含む制御は終了となる（Ｓ１１６）。なお、上記実施形態においては、上述のように設定値が変更されたときにだけ通知を行うようにし、同一工程における２回目以降のねじ締め付け作業の前には通知をしないようにしているが、通知の必要性があると判断された設定値で複数回のネジの締め付け作業を行う場合にそのネジの締め付け作業の前に毎回通知を行うようにしてもよい。

通知の必要性の判断は、図４に示すように、現在の締付トルクの設定値を設定変更される前の前回の設定値と比較して行うようにしてもよい（Ｓ１５４、Ｓ１５６））。具体的には、前回の設定値の値にメモリ１２０Ｂに保存されている所定の許容変動値を加算した値を基準値として、現在の設定値がこの基準値よりも大きい値に設定されているときには通知の必要性があると判断して、図３の場合と同様な通知動作を行うようにする。なお、当該実施形態においては、まず前回の設定値と現在の設定値との比較において現在の設定値から前回の設定値を減算し（Ｓ１５４）、その減算した値が許容変動値よりも大きいときには通知の必要性があると判断するようにしている（Ｓ１５６）。この演算は、現在の設定値が上記基準値（前回の設定値に許容変動値を加算した値）よりも大きいかどうかを判断することと実質的に同一である。前回の設定値と現在の設定値との比較によって通知の必要性を判断するにあたって、演算部１２０Ａが具体的にどのような演算を行うのかは適宜設計される事項であり、上記以外の演算手順とすることも当然に考えられる。通知の必要性の判断以外の部分（Ｓ１５０−１５２、Ｓ１５８−１６８）は、図３の方法における対応する部分（Ｓ１００−１０２、Ｓ１０６−１１６）と同様である。

通知の必要性の判断は、図５に示すように、図３に示す方法（Ｓ１０４、Ｓ１０６）と図４に示す方法（Ｓ１５４、Ｓ１５６）とを組み合わせてもよい。すなわち、まず締付トルクの現在の設定値と所定の閾値（第１基準値）とを比較して（Ｓ２０４）、現在の設定値が閾値よりも大きい値に設定されているときには通知を行ない（Ｓ２１０）、小さい値に設定されているときには次に現在の設定値を前回の設定値に所定の許容変動値を加算した値（第２基準値）と比較して（Ｓ２０６）、現在の設定値がその加算した値よりも大きい値に設定されているときには通知を行ない（Ｓ２１０）、小さい値に設定されているときには通知を行なわないようにする。要するにこの場合には、現在の設定値が上記第１基準値（所定の閾値）と第２基準値（前回の設定値に所定の許容変動値を加算した値）とのうちの少なくとも一方よりも大きい値に設定されているときに通知が行なわれるということになる。

図５の方法における通知の必要性の判断以外の部分（Ｓ２００−２０２、Ｓ２１０−２２０）は、図３の方法における対応する部分（Ｓ１００−１０２、Ｓ１０６−１１６）と同様である。なお本実施形態に係る電動ドライバ１００の制御回路１２０においては、通知の必要性の判断は図３乃至図５に示す３つの方法から任意に選択可能となっている。

当該電動ドライバ１００においては、上述のように、締付トルクの設定値を電動モータ１１２の駆動が開始される前に評価して、それが種々設定される基準値に比べて大きい値に設定されているときには作業者に対してその通知を行うようになっている。そのため、作業者は締め付け作業をする前に比較的に大きな締付トルクが発生するであろうことを事前に知ることができ、それに合わせて大きな力で電動ドライバ本体１１０を把持するようにするなどして、予想される大きな反力に対する準備を十分にしておくことができるようになる。これにより、反力によって電動ドライバ本体１１０が大きく回転して適切なトルクでのネジの締め付けが行われず締め付け不良となったり、電動ドライバ本体１１０が手から離れてしまったりするなどの事態を防止することが可能となる。

本発明の第２の実施形態に係る電動ドライバ２００は、図６に示すように、電動ドライバ本体２１０と、電動ドライバ本体２１０とは別体とされた制御装置２５０とからなる。制御装置２５０には、ＬＥＤ表示部２３２と操作ボタン２３４とを有するインターフェース部２３０が配置され、またその内部には電動ドライバ本体２１０を制御するための制御回路１２０（図２）が内蔵されている。この電動ドライバ２００における制御回路１２０の構成及び機能は、第１の実施形態に係る電動ドライバ１００におけるものと同様である。制御装置２５０と電動ドライバ本体２１０とは、ケーブル２５２により通信接続されている。図示された電動ドライバ２００においては制御装置２５０に１つの電動ドライバ本体２１０だけが接続されているが、複数の電動ドライバ本体２１０を同時に接続して、これら複数の電動ドライバ本体２１０を同時に制御するようにすることもできる。その場合、メモリ１２０Ｂには複数の電動ドライバ本体２１０に対する各設定パラメータが保存される。通知の必要性を判断するための閾値及び許容変動値は、全ての電動ドライバ本体２１０に対して共通の値としてもよいし、それぞれに別の値を設定してもよい。また、複数の電動ドライバ本体２１０が一人の作業者によって使用されることが想定されている場合には、図４及び図５における締付トルクの前回の設定値は、前回の締め付け作業で使用された電動ドライバ本体２１０と次に使用される電動ドライバ本体２１０との異同に関わらず、前回の締め付け作業時の締付トルクの設定値とすることができる。また、通知手段としてのＬＥＤ表示部２３２及びブザー１３６、並びに通知解除操作部としての操作ボタン２３４は、電動ドライバ本体２１０に設けるようにしてもよいし、電動ドライバ本体２１０と制御装置２５０の両方に設けるようにしてもよい。

以上、本発明の電動工具の一実施形態として電動ドライバ１００、２００について述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、以下に述べるような種々の変更が可能である。

例えば本発明に係る電動工具は、ナットなどのネジ以外の螺合部材を締め付けるための工具とすることもできる。また、上記実施形態においては、通知手段として、視覚的表示による通知と、音声表示による通知と、電動ドライバ本体を一時的に駆動不可とすることによる通知とが同時に行われるようにしているが、３つのうちの１つ又は２つのみが行われるようにすることもできし、上記３つ以外の通知手段とすることもできる。また通知の解除は、解除ボタンによる解除ではなく、所定の時間が経過すると自動的に解除されるようにするなどの他の手段としてもよい。さらには、閾値及び許容変動値を複数設定して、締付トルクの設定値の大きさに従って、ＬＥＤの色を変更したりブザー音を変更したりするなど、異なる通知を行うようにすることもできる。

上記実施形態においては、締付トルクの制御は電動モータに供給する電力を制御することによる電気的制御によりなされているが、機械的なクラッチ機構におけるクラッチ動作開始トルクを設定変更することによる機械的制御により実現するようにしてもよい。機械的なクラッチ機構は、通常、２つのクラッチ板のうちの一方のクラッチ板をスプリングによって他方のクラッチ板に向かって付勢するようにし、ネジの締め付け作業によってクラッチ板間に作用するトルクにより一方のクラッチ板がスプリングの付勢力に抗して他方のクラッチ板から離れることによってクラッチ板間の回転方向での連結が解除されて、クラッチ板間の動力伝達が解除されるようになっている。従って、スプリングの付勢力を調整することによりクラッチ動作開始トルクの大きさ、すなわち締付トルクの設定値を変更することができる。このようなクラッチ機構を採用した場合、制御回路１２０はスプリングの付勢力を直接的に又は間接的に検知するセンサからの信号に基づいて現在の締付トルクの設定値を取得するようにするか、またはクラッチ機構が外部信号に基づいてスプリングの付勢力を変更する機構を備えるようにして、制御回路１２０がクラッチ機構に対して締付トルクの設定値に関する信号を送信してクラッチ機構のクラッチ動作開始トルクを変更することにより、締付トルクの設定値を変更するようにすることができる。

電動ドライバ（電動工具）１００；電動ドライバ本体（電動工具本体）１１０；電動モータ１１２；ビットホルダ１１４；ドライバビット１１６；制御回路１２０；演算部１２０Ａ；メモリ１２０Ｂ；モータ制御部１２２；トルクセンサ１２４；インターフェース部１３０；表示部１３２；操作ボタン１３４；ブザー１３６；
電動ドライバ２００；電動ドライバ本体２１０；インターフェース部２３０；表示部２３２；入力ボタン２３４；制御装置２５０；ケーブル２５２

Claims (8)

1. 螺合部材を締め付ける際の締付トルクの大きさを設定変更可能とされた電動工具本体と、該締付トルクの設定値に関する通知を作業者に対して行うための通知手段と、を備える電動工具における制御回路であって、
   電動工具本体に対する締付トルクの設定値が基準値よりも大きな値に設定されているときに、該設定値に基づく該電動工具本体の駆動が開始される前に通知手段に通知実行信号を送信して、該通知手段による作業者に対する通知が行われるようにする、制御回路。
2. 該基準値が、所定の閾値である、請求項１に記載の制御回路。
3. 該基準値が、該設定値の設定変更される前の値に所定の許容変動値を加算した値である、請求項１に記載の制御回路。
4. 該基準値が、第１基準値と第２基準値とを含み、
   該第１基準値は所定の閾値であり、該第２基準値は該設定値の設定変更される前の値に所定の許容変動値を加算した値であり、
   該電動工具本体に対して設定されている締付トルクの該設定値が該第１基準値と該第２基準値とのうちの少なくとも一方よりも大きいときに、該通知手段に該通知実行信号を送信するようにされた、請求項１に記載の制御回路。
5. 螺合部材を締め付ける際の締付トルクの大きさを設定変更可能とされた電動工具本体と、
   該締付トルクの設定値に関する通知を作業者に対して行うための通知手段と、
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の制御回路と、
   を備える電動工具。
6. 該通知手段による該通知が、視覚的表示による通知と、音声表示による通知と、該電動工具本体を一時的に駆動不可とすることによる通知と、のうちの少なくとも一つである、請求項５に記載の電動工具。
7. 該通知が、該電動工具本体を一時的に駆動不可とすることによる通知を少なくとも含み、
   該電動工具本体が通知解除操作部を有しており、
   該電動工具本体は、該通知手段による該通知が行なわれてから該通知解除操作部が操作されて該通知が解除されるまでの間は、該電動工具本体の駆動を開始できないようにされた、請求項６に記載の電動工具。
8. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の制御回路を有する制御装置であって、当該制御装置とは別体とされた、螺合部材を締め付ける際の締付トルクの大きさを設定変更可能とされた少なくとも一つの電動工具本体と通信接続可能とされ、通信接続された該電動工具本体を制御するようにされた制御装置。

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