JPH04210793A

JPH04210793A - 充電工具

Info

Publication number: JPH04210793A
Application number: JP2402086A
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: 1990-12-14
Filing date: 1990-12-14
Publication date: 1992-07-31

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】

［０００１］

【産業上の利用分野】本発明は、トルクを制御し、所定
のトルクでねじ締めを精度よく行う充電工具に関するも
のである。［０００２］

【従来の技術】従来の充電工具において、ねじ締めトル
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８図に示す。第８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、そのボール４１同士の押し付は
力はバネ４３により与えられている。軸先にかかる負荷
トルクがこのバネ４３の押し付は力以上になると、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。［０００３］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、定電流式等で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、ねじ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、ねじ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
たいトルク規定以上に達し、設定精度を悪くするという
ものである。［０００４］そこで、この電子回路でトルク制御する方
式の欠点の改良として、ねじが着座する手前で一旦モー
タを停止させ、着座をゆっくり行い、再度、所定の力で
ねじを締める方式をすでに出願人が考案している。その
ため、この方式の充電工具では、ねじが着座する手前で
ンモータを停止させ、慣性トルクの発生をなくし、締め付
はトルク精度を向上させている。［０００５］このような従来例の回路構成を第９図に示
す。軸先を回転駆動するモータ１にはＤＣブラシレスモ
ータを用いているが、ＤＣブラシモータでも良い。この
モータ１はＦＥＴブリッジを使用した電力変換部２によ
り駆動される。信号処理部３は、モータ１の回転軸の位
置を検出するホール素子１１からの信号を６個のＦＥＴ
ゲート駆動信号に変換して、電力変換部２へ送っている
。［０００６］定電流制御回路４はＰＷＭ　（パルス幅制
御）信号を作成し、上記信号処理部３へ送り、このＰＷ
Ｍ信号のＰＷＭ周波数は、発振回路で決定される。工具
全体の動作シーケンスを制御するＣＰＵ７から与えられ
るデジタル信号をＤ／Ａ変換器６により、電流指令値と
してアナログ値に変換して定電流制御回路４に送られる
。［０００７］締め付はトルク設定用のボリューム１０に
より設定されたアナログ値はＡ／Ｄ変換器８にてデジタ
ル値に変換され、そのデジタル信号がＣＰＵ７に入力さ
れるようになっている。モータ電流は検出用抵抗９によ
り検出され、電流検出回路１２を介して電流信号として
定電流制御回路４に入力され、この信号によりモータ１
は定電流制御されることになる。ねじの種類に応じて入
力されたスイッチ１３からの信号はスイッチインターフ
ェイス１４を介してＣＰＵ７に入力される。［０００８］この構成で、動作としては着座点を常時セ
ンシングして検出し、或いは予め学習動作によりねじの
回転数を記憶させて検出したりして、その点までは高速
動作、着座手前で回転数を低下させ、慣性力の影響をな
くしてから締め付けるという方式である。しかしながら
、ねじの着座までは、工具の速度を任意の速度に設定し
たい場合が多く、従来の構成では任意の速度の設定がで
きないという問題があった。［０００９］

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の点に
鑑みて提供したものであって、簡単な構成で速度制御が
実現可能とすることを目的とした充電工具を提供するも
のである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、モータの回転
速度を設定する速度設定手段と、モータの速度を検出す
る速度検出手段と、両手段からの信号とトルク設定値の
信号とを切り替えて駆動回路のパルス幅制御機能に速度
制御機能を付加する切替手段とを備えたものである。［００１１］また、請求項２では、駆動回路のパルス幅
制御の周波数を決定する発振回路の発振周波数を低周波
と高周波の２種類とし、ねじの着座手前までは低周波を
使用し、着座後は高周波を使用するようにしたものであ
る。［００１２］

【作　用】而して、ねじを着座するまでは、駆動回路を
速度制御機能として使用し、速度設定手段にて任意の速
度でモータを回転させるようにし、駆動回路のパルス幅
制御機能に速度制御機能を兼用させて、回路の使用効率
を向上させている。また、請求項２では、２種類のパル
ス制御のスイッチング周波数を持つことで、速度制御時
とトルク制御時に各々切り替えて使用し、パワー回路の
負担を減少させて発熱を防止し、バッテリーの消耗を減
らすようにしている。［００１３］

〔実施例２〕

ところで、先の実施例の改良すべき点として、ＰＷＭ制
御回路のスイッチング周波数がある。すなわち、トルク
制御時にトルクをリニアに制御するためには、モータコ
イル電流が連続した状態で通電することが必要となる。［００１７］そのためにはＰＷＭ信号のオン／オフ周期
をモータコイルの時定数に対して十分速くする必要があ
り、一般には人の可聴域を上回る周波数（２０ＫＨｚ）
以上が使用される。充電工具用には比較的巻数の少ない
Ｌの小さいコイルが使用されているため、実際には５０
ＫＨｚ程度の周波数が使用されており、一般的には周波
数は高ければ高い程制御性能が高くなるといえる。［００１８］一方、速度制御の際には、なるほど周波数
は高い方がよい場合もあるが、充電工具においては、減
速器、チャック、ロータ等の慣性がかなり大きく、速度
変動には比較的強いため、回路の高速追従性はあまり必
要としない。従って、ＰＷＭ周波数も数ＫＨｚ　　（１
〜２ＫＨｚ）で十分である。さらに、高周波でのスイッ
チングは、追従性はよいが、パワー素子のスイッチング
ロスを増加させ、発熱、バッテリーの消耗につながると
いう欠点も持つ。［００１９］従って、両者の良い点を採用することで、
比較的作業時間が長い着座までに使用される速度制御時
には低い周波数のＰＷＭを採用し、時間の短い着座後の
トルク制御には高速のＰＷＭを採用するように構成した
のが第４図に示す実施例である。第４図に示すように、
本実施例では、定電流制御による発生トルク制御回路の
ＰＷＭ機能を使用し、着座手前までのモータの速度制御
を実施するものである。すなわち、着座手前まではスイ
ッチ１３のアナログスイッチ出力が速度検出信号となる
ように設定し、かつ周波数も発振回路５ａによる低周波
の設定とし、速度設定用のボリューム１８の値に等しい
速度となるように駆動している。［００２０１次に、着座後はアナログスイッチ１６，１
７を電流検出側に、また、周波数は高周波の発振回路５
ｂに倒し、外部で設定された所定のトルク値になるよう
に定電流制御回路４を動作する。尚、これらのシーケン
スはすべてＣＰＵ７が指令を発生して制御するものであ
る。第５図は発振回路５ａ、５ｂの一例を示し、本例で
は一般に使用されているＣＲ発振器（抵抗Ｒ１とコンデ
ンサＣ＋、及びＲ２とＣ２）における例を示している。［００２１１尚、この動作タイミング及び速度とトルク
との関係は先の実施例と同じであり、第２図及び第３図
に示すようになる。ここで、ＰＷＭ方式の概略について
説明する。上述と同様に、制御対象は、速度或いは電流
のいずれでも同様である。まず、第６図に示すように、
誤差増幅器２１で、外部の設定値と検出値の誤差を得る
。そしてＰＷＭ比較器２２では、三角波と誤差電圧を比
較し、三角波が誤差電圧を上回った場合に、ＰＷＭ出力
はＨレベルになり、パワー素子をオンし、モータに通電
するという作用をなす回路である。［００２２］また、第７図にはＰＷＭスイッチング周波
数によるコイルＬの電流の違いを示している。コイルの
ＲＬ酸成分同一とすると、電圧が印加された場合、第７
図（ａ）に示すように鈍った電流波形が観測され、オフ
時にもすぐにＯにならず、この立ち上がり立ち下がりの
時間は（逆起電力を無視すると）常に同じである。従っ
て、周波数が低い場合には電流がオフしてから、次のオ
ンまでの間に落ち込んでしまう。速度制御の場合には、
モータと負荷の慣性が大きい場合には惰性で回転し、電
流が途切れても即回転が停止するわけではないので、こ
のような制御で差し支えないし、パワー素子のオンオフ
回数が低いので発熱の面で有利である。［００２３］Ｌかし、着座後のトルク制御を行う際には
、モータの回転数はかなり低下しており、慣性力は衰え
た状態であるため、電流の変動は即モータの発生トルク
に影響することになり、締め付は力のバラツキに表れる
。従って、第７図（Ｃ）の周波数の高い場合のように電
流が断続せず、つながった状態になるように制御する必
要がある。望ましくは、更に高い周波数でスイッチング
して、電流のリップルの少ない方が良い。［００２４］この高周波数スイッチングは欠点としてパ
ワー素子のオフ時のスイッチングロスが増加することで
あるが、ねじ締めの作業時間は比較的短いため、重大な
問題とはならない。本実施例では上述のように構成する
ことで、着座前と着座後の動作の違いを利用して、トル
ク制御用ＰＷＭ回路をそのまま速度制御に応用し、簡単
な切替回路と簡単なプログラムの追加のみで、速度制御
回路を実現することができ、作業がよりしやすくなり、
かつ作業時間の長い着座までの速度制御期間のスイッチ
ング周波数を低速で行うことで、不必要な発熱を防止し
、バッテリーの消耗を防ぎ、かつねじ締めに必要なトル
ク制御時には高速スイッチングで締め付はトルク精度を
向上させることが可能となる。［００２５］

【発明の効果】本発明は上述のように、モータの回転速
度を設定する速度設定手段と、モータの速度を検出する
速度検出手段と、両手段からの信号とトルク設定値の信
号とを切り替えて駆動回路のパルス幅制御機能に速度制
御機能を付加する切替手段とを備えたものであるから、
ねじを着座するまでは、駆動回路を速度制御機能として
使用し、速度設定手段にて任意の速度でモータを回転さ
せるようにし、駆動回路のパルス幅制御機能に速度制御
機能を兼用させて、回路の使用効率を向上させることが
できるものであり、また、着座前と着座後の動作の違い
を利用して、トルク制御用のパルス幅制御の駆動回路を
そのまま速度に応用し、簡単な切替手段とＣＰＵの簡単
なプログラムの追加のみで、速度制御回路を実現でき、
作業がしやすくなるという効果を奏するものである。［００２６］また、請求項２では、駆動回路のパルス幅
制御の周波数を決定する発振回路の発振周波数を低周波
と高周波の２種類とし、ねじの着座手前までは低周波を
使用し、着座後は高周波を使用するようにしたものであ
るから、２種類のパルス制御のスイッチング周波数を持
つことで、速度制御時とトルク制御時に各々切り替えて
使用し、パワー回路の負担を減少させて発熱を防止し、
バッテリーの消耗を減らすことができるものであり、ま
た、ねじ締めに必要なトルク制御時には高速スイッチン
グで締め付はトルク精度を向上させることが可能となる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の充電工具のブロック図である
。

【図２】動作のタイミングチャートを示す図である。

【図３】速度とトルクとの関係を示す図である。

【図４】本発明の実施例２のブロック図である。

【図５】発振回路の要部回路図である。

【図６１ＰＷＭの原理を示す説明図である。【図７】動作波形図である。

【図８】従来例の機械式のクラッチの要部断面図である
。

【図９】従来例のブロック図である。

【符号の説明】

１　モータ５　発振回路　　ＣＰＵ１６　アナログスイッチ１７　アナログスイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＤＣ電動機特性を有するモータと、このモ
ータ電流を検出してパルス幅制御により定電流で駆動す
る駆動回路と、この駆動回路を制御してねじを一定の速
度で回転駆動し、ねじが着座する手前の位置を検出する
センサーを備え、あるいは学習により着座手前を認識し
、着座寸前に回転を一旦停止させて、再度起動後ゆっく
りと着座させ、その後所定のトルクでねじを締め付ける
制御を行うＣＰＵを有する充電工具において、モータの
回転速度を設定する速度設定手段と、モータの速度を検
出する速度検出手段と、両手段からの信号とトルク設定
値の信号とを切り替えて駆動回路のパルス幅制御機能に
速度制御機能を付加する切替手段とを備えたことを特徴
とする充電工具。
【請求項２】駆動回路のパルス幅制御の周波数を決定す
る発振回路の発振周波数を低周波と高周波の２種類とし
、ねじの着座手前までは低周波を使用し、着座後は高周
波を使用したことを特徴とする請求項１記載の充電工具
。