JPH04105880A

JPH04105880A - 充電工具

Info

Publication number: JPH04105880A
Application number: JP22729390A
Authority: JP
Inventors: Koji Soshin; 耕児宗進; Shinichi Okamoto; 真一岡本
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1990-08-28
Filing date: 1990-08-28
Publication date: 1992-04-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、ねじを締め付ける充電工具に関するものであ
る。

［従来の技術］従来の充電工具において、ねし締めトルクを制限する手
段として機械式のクラッチが用いられており、その−例
を第１２図に示す。

第１２図に示すように、工具の軸先とモータとは、ボー
ル４１を持つクラッチ板４２で接続されており、そのポ
ール４１同士の押し付け力はバネ４３により与えられて
いる。軸先にががる負荷トルクがこのバネ４３の押し付
け力以上になると、ボール４１がバネ圧に打ち勝ちモー
タ側は空回りをし、規定以上のトルクを伝達しないよう
な構造となっている。この方式では、動作時の騒音が大
、振動が大、寿命が短い等が問題であった。

［発明が解決しようとする課題］かかる従来の機械式の欠点をなくするために、電子回路
により、定電流式等て発生トルクを制限する手法がある
が、それには、次のような問題がある。

すなわち、ねじ締め作業の効率を上げるには、モータの
回転数を上昇し、ねし締め速度を速くする必要があるが
、締め速度が速ければ速い程、わしの着座時にモータが
急停止する際の慣性力によるトルクが大きくなり、制御
したいトルク以上に達し、設定精度を悪くするという問
題があった。

つまり、ねじの着座時に瞬時に増加する負荷により、モ
ータが停止する際、回転子及び工具のギア等の慣性のた
め、ねしによけいな力が加わり、そのため、モータの発
生トルクを制御して、希望の締め付け力で締めようとす
る際、制御できない誤差となり、極端な場自には、ねじ
山を破損することがある。第１３図はこのような、ねじ
の着座時の慣性トルクの実測図を示すものであり、曲線
（イ）が速度特性を示し、曲線（ロ）が慣性トルクを示
している。

この慣性■・ルクは原理的には、慣性と回転速度の変化
く加速度）に比例するため、工具の回転を遅くすれば小
さくなるのは当然であるが、それてはねじを締めるのに
時間がかかつて、作業能率が落ちてしまう。

本発明は、上述の点に鑑みて提供したものであって、作
業能率を落とすことなく、ねじが着座する手前でモータ
を停止させて慣性トルクの発生をなくし、締め付けトル
ク精度を向上させることを目的とした充電工具を提供す
るものである。

［課題を解決するための手段］本発明は、ＤＣ電動機特性を有するモータと、二のモー
タを定電流で駆動する駆動回路とを備え、モータの回転
によりねじを締め付ける充電工具において、締め付ける
複数種類のねしのピッチ、長さ等のデータを予め夫々記
憶した記憶手段と、締め（＝ｆけるわしの種類を入力す
ることができる入力装置と、入力装置からの信号により
当該ねじのデータを記憶手段から読み出してねじが着座
する手前までの回転数を計算し、該回転数に至るまで上
記駆動回路を駆動すると共に、モータの回転停止後に駆
動回路を再度駆動して予め設定した所定のトルクでねじ
を所定時間締め付ける制御手段とを備えたものである。

また、請求項２ては、ＤＣ電動機特性を有するモータと
、このモータを定電流で駆動する駆動回路とを備え、モ
ータの回転によりわしを締め付ける充電工具において、
モータの軸と同方向に移動自在に工具本体に設けた検出
棒がねじの締め付けによりわしの被締め付け部に押接さ
れて着座手前における検出信号を出力するセンサーと、
このセンサー出力を受けて駆動回路を介してモータを一
旦停止させて、モータの回転停止後に駆動回路を再度駆
動して予め設定した所定のトルクでねじを所定時間締め
付ける制御手段とを備えたものである。

また、請求項３ては、ＤＣ電動機特性を有するモータと
、このモータを定電流で駆動する駆動回路とを備え、モ
ータの回転によりねじを締め付ける充電工具において、
ねじが着座する手前でねじの被締め付け部へ投光した反
射光を検出して着座の手前である検出信号を出力するセ
ンサーと、このセンサー出力を受けて駆動回路を介して
モータを一旦停止させて、モータの回転停止後に駆動回
路を再度駆動して予め設定した所定のトルクでねじを所
定時間締め付ける制御手段とを備えたものである。

［作　用］而して、入力装置から信号を受けた制御手段により、当
該ねじのデータを記憶手段から読み出してねじが着座す
る手前までの回転数を計算し、該回転数に至るまて駆動
回路を駆動すると共に、モータの回転停止後に駆動回路
を再度駆動して予め設定した所定のトルクでねじを所定
時間締め付けるようにしている。

請求項２ては、着座手前のセンサー出力を受けた制御手
段により、駆動回路を介してモータを一旦停止させて、
モータの回転停止後に駆動回路を再度駆動して予め設定
した所定のトルクでねじを所定時間締め付けるようにし
ている。

請求項３においては、着座手前のセンサー出力を受けた
制御手段により、駆動回路を介してモータを一旦停止さ
せて、モータの回転停止後に駆動回路を再度駆動して予
め設定した所定のトルクでねじを所定時間締め付けるよ
うにしている。

［実施例］］以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。第１
図はブロック図を示し、モータ１は、ＤＣブラシ電動機
、ＤＣブラシレス電動機等のＤＣ電動機特性を有する丁
）Ｃ電動機で構成され、このモータ１は、定電流駆動回
路２により定電流にて駆動される。ＣＰ　Ｕブロック６
がらの信号を受けたＤ／Ａコンバータ３により所定の電
流値が設定されて定電流駆動回路２が駆動される。モー
タ］の軸先の回転数はエンコーダ４を介してカウンタ］
２にて検出され、その出力はＣＰＵブロック６に入力さ
れる。ＣＰ　Ｌｌブロック６は、制御手段を構成するＣ
　Ｐ　Ｕ　７、ＲＯＭ８、ＲＡＭ９、各入出力ボート等
から構成されており、締め付ける複数種！（例えば、Ｍ
３、Ｍ４・・・）のねじのピッチや、長さ等のデータを
予めＲＯＭ８にて記憶している。

尚、このＲＯＭ８にて記憶手段が構成される。

ＲＯＭ８に入力するためのねじのデータは入力装置であ
るデータ人カキ−１１から入力され、また、このデータ
人カキ−１１により新たに希望するデータを入力するこ
とができる。この場合の新たなねしのデータはＲＡＭ９
にて記憶される。

更に、ねしを締め付（）る際には、データ入カキ−１１
にてねじのタイプの種別信号を入力してねし締めを行う
ようになっている。表示部１０は、データ人カキ−１１
から入力されたデータ等が表示される。

第２図は動作時のフローチャートを示し、第３図は動作
時の速度及びトルク特性を示している。

本実施例は、ねじの着座をセンサーなしで検出して、ト
ルク制御を行う電子式クラッチであり、以下に第２図及
び第３図により動作を説明する。

まず、ねじの種類を選定し、ねじの設定値としての締め
付けトルク値を入力し、選定したねじの種類のデータが
内部のＲＯＭ８に記憶してあれば、内部データを使用し
、記憶されていなければデータ人カキ−１１よりねしの
ピッチ、長さ等のデータを入力する。そして、選定した
ねじのデータをＣｐ　１−１７に認識させると同時に、
工具の減速比等からねじの着座手前までにモータ１の回
転数で何回転必要かを計算する。この場自、例えば、着
座の手前１　ｍ　ｒｎ　（限定されない）まての回転数
を認識する。

次に、ＣＰ　Ｕ　７は定電流駆動回路２を駆動してモー
タ１を高速で回転させ、先はど計算した回転数となれば
モータ１を停止させる。このとき、工具軸先は、停止ま
でに惰性でいくらか回転するため、停止点を正しく設定
する必要がある。この場合、例えば、惰性で回転して停
止する時がねじの着座の手前１ｒｎｒｎとなるように、
計算した回転数を補正するようにしてもよい。また、惰
性でいくらか回転しても、着座には至らないので、その
まま次の制御を行うようにしてもよい。

モータ］が完全に停止したなら、ねしを完全に締め付け
るために、モータ］を再起動させるが、この場合、ｃ　
Ｐ　ＬＪ　７によりＤ／Ａコンバータ３の出力値が徐々
に上昇するように制御を行い、モータ１が急激に回転し
ないように定電流駆動回路２を制御してモータ電流をゆ
っくりと増加させていく。−）まり、ねじか着座するま
でゆっくりと締めていく。そして、増加する電流か所定
の（入力した）トルク設定値になった時点て、電流の増
加を止める。この電流設定値は、ＣＰ　Ｕブロック６の
出力ボートよりり、、’Ａコンバータ３を介して定電流
駆動回路２へ出力する。その後、所定の時間だけその設
定値を保持した後、電流を停止さぜることて、ねしを完
全に締め付けることができる。

尚、指定されたねじのデータからモータｌの回転数を計
算する式を以下に示す。

ねじのピッチをＰ、ねし長さをし、工具のギア比をｒｌ
、モータ１の回転数をＮとすると、Ｎ　＝　ｒｌ　Ｘ　
＜　Ｌ　／　Ｐ　）て示される。

［実施例２］第４図〜第７図は実施例２を示し、ねしが着座する手前
での位置をセンサーにて検出するようにしたものである
。第５図に示すように、工具本体Ａの上部にはねし出兵
を検出するセンサー２１が設けてあり、このセンサー２
１は第６図に示すように、工具本体Ａの軸と同方向に移
動自在な検出棒２２と、この検出棒２２を軸先方向に付
勢するバネ２４と、検出棒２２にて押接される駆動片２
５により駆動されるスイッチ２３等で構成されている。

また、検出棒２２はバネ２４により飛び出さないように
ストッパー２６が設けである。このセンサー２１の検出
棒２２は、ねじが締まるにつれて、工具先端のビット２
７がねしを締める物体に近付き、着座手前で検出棒２２
の先端が上記物体に当たった際に、スイッチ２３がオン
となり、その信号を着座手前信号としてＣＰＵ７に出力
して、着座手前であることを知らせるｗ１造となってい
る。また、使用するビット２７の長さにより着座手前の
位置が変わるため、検出棒２２は前後にスライド可能な
構造としである。

次に、動作を説明する。第７図は動作時のフローチャー
トを示し、また、モータ１の速度と１へルクの動作特性
は第３図と同しである。まず、データ人カキ−１１より
ＣＰ　Ｕブロック６に希望する締め１寸はトルク値を入
力し、その後、定電流駆動回路２を駆動してモータ１を
高速で回転させる。

二の回転は、センサー２１の検出棒２２がねじ締め対象
に到達するまて動作を続け、検出棒２２がねし締め対象
に到達すると、スイッチ２３の出力を受けたＣ　Ｐ　Ｕ
　７が定電流駆動量ｉ￥８２の動作を停止させて、モー
タ１の回転を停止させる。このとき、ねしは着座の手前
で停止する。

モータ１が完全に停止したなら、わしを完全に締め付け
るために、モータ１を再起動させるが、二の場き、ＣＰ
　ｔＪ　７によりＤ／Ａコンバータ３の出力値が徐々に
上昇するように制御を行い、モータ１が急激に回転しな
いように定電流駆動回路２を制御してモータ電流をゆっ
くりと増加させていく。′）まり、ねじが着座するまで
ゆっくりと締めていく。そして、増加する電流が所定の
く入力した）１〜ルク設定値になった時点て、電流の増
加を止める。この電流設定値は、ＣＰＵブロック６の出
力ボートよりＤ／Ａコンバータ３を介して定電流駆動回
路２へ出力する。その後、所定の時間だけその設定値を
保持した後、電流を停止させることで、ねじを完全に締
め叶けることがてきる。

尚、この実施例では、センサー２１人力を使用しない場
６には、実施例１と同様な制御が可能となっている。

［実施例３］次に実施例３を第８図〜第１１図により説明する。本実
施例は実施例２と同様にセンサーによりねしの着座の手
前の位置を検出するようにしたものであり、センサーを
光反射式センサーとしたものである。センサー３１は工
具本体Ａの上部に設けられており、第１０図に示すよう
に、発光ダイオードＬＥＤとフォトトランジスタＱとで
構成されている。

ねじが締まるにつれて、先端のビット２７がねじを締め
る物体３２に近付き、所定の距離に近ｆすいた際に、セ
ンサー３１の発光ダイオードＬＥＤから投光された光が
物体３２を反射し、この反射光がフォ１−１〜ランシス
タＱて受光される。そして、フォトトランジスタＱの出
力を着座の手前の検出信号としてＣＰＵフロック７１＼
出力するようになっている。尚、センサー３］における
反射の距離か一定のため、取り付けビット２７の長さに
応してスライドさせることで対応させている。また、第
８図に示すように、センサー３１にホリューノ＼３３を
設け、このボリューム３３の値を可変させることて、着
座の手前の位置を含めたセンサー３１の位置における測
定距離を設定するようになっている。

次に、動作を説明する。第１１図は動作時のフローチャ
ートを示し、また、モータ１の速度とトルクの動作特性
は第３図と同しである。まず、データ人カキ−１１より
ＣＰＵフロック６に希望する締め付けトルク値を入力し
、その後、定電流駆動回路２を駆動してモータ１を高速
で回転させる。この回転は、センサー３１が物体３２に
近付いて着座の手前の位置を検出するまで動作を続け、
センサー３１が物体３２を検出すると、センサー３１の
出力を受けたｃ　ｐ　ｕ　７が定電流駆動回路２の動作
を停止させて、モータ１の回転を停止させる。このとき
、ねしは着座の手前て停止する。

モータ］が完全に停止したなら、ねしを完全に締め付け
るために、モータ１を再起動させるか、この場き、ＣＰ
　Ｕ　７によりＤ／Ａコンバータ３の出力値が徐々に上
昇するように制御を行い、モータ１が急激に回転しない
ように定電流駆動回路２を制御してモータ電流をゆっく
りと増加させていく。つまり、ねじか着座するまでゆっ
くりと締めていく。そして、増加する電流が所定の（入
力した）トルク設定値になった時点て、電流の増加を止
める。この電流設定値は、（１：　Ｐ　Ｕブロック６の
出力ボートよりＤ　／　Ａコンバータ３を介して定電流
駆動回路２へ出力する。その陵、所定の時間だけその設
定値を保持した後、電流を停止さぜることて、ねしを完
全に締め付けることがてきる。

尚、この実施例でも、センサー３１人力を使用しない場
合には、実施例１と同様な制御が可能となっている。

［発明グ）効果］本発明は上述のように、ＤＣ電動機特性を有するモータ
と、このモータを定電流で駆動する駆動回路とを備え、
モータの回転によりねじを締め付ける充電工具において
、締め付ける複数種類のねしのピッチ、長さ等のデータ
を予め夫々記憶した記憶手段と、締め付けるねじの種類
を入力する二とがてきる入力装置と、入力装置からの信
号により当該ねじのデータを記憶手段から読み出してね
じが着座する手前までの回転数を計算し、該回転数に至
るまで上記駆動回路を駆動すると共に、モータの回転停
止後に駆動回路を再度駆動して予め設定した所定のトル
クでねじを所定時間締め付ける制御手段とを備えたもの
であるから、入力装置から信号を受けた制御手段により
、当該ねじのデータを記憶手段から読み出してねじが着
座する手前までの回転数を計算し、該回転数に至るまて
駆動回路を駆動すると共に、モータの回転停止後に駆動
回路を再度駆動して予め設定した所定のトルクでねじを
所定時間締め付けることで、慣性トルクによる衝撃力を
なくしてねじを完全に締め付けることができるものであ
り、従って、トルク制御が電子式であるため、従来のよ
うに機械式クラッチがなく、低騒音、低振動であり、ま
た、軽量であり、更には、ねじの着座手前を検出するセ
ンサーを用いていないため、センシング等の機構、回路
が不要で構成が簡単となり、また、慣性トルクによる衝
撃力がなく精度が高く、高速でねし締めができて作業効
率が高いものであり、また、ねじのデータを記憶させる
ため、データの変更が容易である効果を奏するものであ
る。

請求項２ては、ＤＣ電動機特性を有するモータと、この
モータを定電流で駆動する駆動回路とを備え、モータの
回転によりねじを締め付ける充電工具において、モータ
め軸と同方向に移動自在に工具本体に設けた検出棒がね
じの締め付けによりねしの被締め付け部に押接されて着
座手前における検出信号を出力するセンサーと、このセ
ンサー出力を受けて駆動回路を介してモータを一旦停止
させて、モータの回転停止後に駆動回路を再度駆動して
予め設定した所定の１ヘルつてねしを所定時間締め付け
る制御手段とを備えたものであるから、着座手前のセン
サー出力を受けた即制御手段により、駆動回路を介して
モータを一旦停止させて、モータの回転停止後に駆動回
路を再度駆動して予め設定した所定のトルつてねじを所
定時間締め付けることで、慣性トルクによる衝撃力をな
くしてねじを完全に締め付けることができるものであり
、従って、トルク制御が電子式であるなめ、従来のよう
に機械式クラッチかなく、低騒音、低振動であり、また
、軽量であり、更には、慣性トルクによる衝撃力がなく
精度が高く、高速でねじ締めができて作業効率が高いも
のであり、また、センサーにて着座の手前を検出する構
成であるため、ねじの種類、長さに関係なく作業ができ
、操作性がよいという効果を奏するものである。

更に、請求項３においては、Ｉ）　Ｃ電動機特性を有す
るモータと、このモータを定電流で駆動する駆動回路と
を備え、モータの回転によりねじを締め付ける充電工具
において、わしが着座する手前でねじの被締め付け部へ
投光した反射光を検出して着座の手前である検出信号を
出力するセンサーと、このセンサー出力を受けて駆動回
路を介してモータを一旦停止させて、モータの回転停止
後に駆動回路を再度駆動して予め設定した所定のトルク
でねじを所定時間締め１寸ける制御手段とを備えたもの
であるから、着座手前のセンサー出力を受けた制御手段
により、駆動回路を介してモータを一旦停止させて、モ
ータの回転停止後に駆動回路を再度駆動して予め設定し
た所定のトルクでねじを所定時間締め付けることで、慣
性トルクによる衝撃力をなくしてねじを完全に締め付け
ることができるものであり、従って、トルク制御が電子
式であるため、従来のように機械式クラッチがなく、低
騒音、低振動であり、また、軽量であり、更には、慣性
トルクによる衝撃力がなく精度が高く、高速てねじ締め
がてきて作業効率が高いものであり、また、センサーに
て着座の手前を検出する構成であるため、ねじの種類、
長さに関係なく作業がてき、操作性がよいという効果を
奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のブロック図、第２図は同上の
フローチャート、第３図は同上の動作説明図、第４図は
同上の実施例２のブロック図、第５図は同上の工具本体
の側面図、第６図は同上のセンサーの構成図、第７図は
同上のフローチャート、第８図は同上の実施例３のブロ
ック図、第９図は同上の説明図、第１０図は同上のセン
サーの構成図、第１１図は同上のフローチャート、第１
２図は従来例の機械式クラッチの要部断面図、第１３図
は同上の特性図である。１はモータ、２１はセンサー、２２は検出棒、３］はセ
ンサー、Ａは工具本体である。代理人　弁理士　石　１）長　七第図イδてアムス７第７図重重む

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ＤＣ電動機特性を有するモータと、このモータを
定電流で駆動する駆動回路とを備え、モータの回転によ
りねじを締め付ける充電工具において、締め付ける複数
種類のねじのピッチ、長さ等のデータを予め夫々記憶し
た記憶手段と、締め付けるねじの種類を入力することが
できる入力装置と、入力装置からの信号により当該ねじ
のデータを記憶手段から読み出してねじが着座する手前
までの回転数を計算し、該回転数に至るまで上記駆動回
路を駆動すると共に、モータの回転停止後に駆動回路を
再度駆動して予め設定した所定のトルクでねじを所定時
間締め付ける制御手段とを備えたことを特徴とする充電
工具。
（２）ＤＣ電動機特性を有するモータと、このモータを
定電流で駆動する駆動回路とを備え、モータの回転によ
りねじを締め付ける充電工具において、モータの軸と同
方向に移動自在に工具本体に設けた検出棒がねじの締め
付けによりねじの被締め付け部に押接されて着座手前に
おける検出信号を出力するセンサーと、このセンサー出
力を受けて駆動回路を介してモータを一旦停止させて、
モータの回転停止後に駆動回路を再度駆動して予め設定
した所定のトルクでねじを所定時間締め付ける制御手段
とを備えたことを特徴とする充電工具。
（３）ＤＣ電動機特性を有するモータと、このモータを
定電流で駆動する駆動回路とを備え、モータの回転によ
りねじを締め付ける充電工具において、ねじが着座する
手前でねじの被締め付け部へ投光した反射光を検出して
着座の手前である検出信号を出力するセンサーと、この
センサー出力を受けて駆動回路を介してモータを一旦停
止させて、モータの回転停止後に駆動回路を再度駆動し
て予め設定した所定のトルクでねじを所定時間締め付け
る制御手段とを備えたことを特徴とする充電工具。