JPS6026678B2 - 電動ドライバ−の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は被制御モータの回転トレク円検出し、このト
ルク値が設定所定値に達すると被制御モータによる負荷
へのそれ以上のトルクの印加を遮断する電動ドライバー
の制御に使用して最適な電動ドライバーの制御装置に関
するものである。

例えば、電動ドライバーを使用してねじの締め付け作業
を行う場合には、すべてのねじを同一回転トルクの状態
で締め付けて、ねじによって締め付けて組立てられる被
締付物全体の締め付け力を均一化してその強度を増大さ
せることが必要である。従来各種の規格を有する電動ド
ライバーに共通に使用可能であってその回転トルクを検
出してその検出値によって電動ドライバーの締め付けト
ルクの制御を行う装置は提案されておらず、従来その制
御を行おうとすれば使用する電動ドライバ−の規格に対
応した個々の特殊の機能を有する工具用モータと絹合せ
た装置をそれぞれ使用する必要があった。この発明は各
種の規格のモータに共通に使用可能であって、そのモー
タの回転トルクを検出してその値が所定設定値に達する
とモータによる対象負荷への回転トルクの印加を遮断す
ることが可能なモータの制御装置を供Ｖ給するもので、
特に各種規格の異なった電動ドライバーに適用して効果
を発揮し予め設定された回転トルク値に達するまで電動
ドライバーによって対象負荷のとしての被締付物の締め
付けを行い設定トルク値に達すると電動ドライバーによ
る回転トルクの印加を遮断することができる。

この発明においてはモータの電機子電流を検出して起点
レベル値を設定する調整手段Ａが設けられ、この調整手
段Ａにより設定された起点レベル値が表示手段に表示の
基準零点としてに表示される。

一方この発明においてはモータＭの電機子電流を検出し
てこの電機子電流に対してトルク値として予め設定され
た設定レベル値に対応して一定の動作電気信号を得るよ
うにモータの定格回転速度に対応してトルク値設定する
設定手段Ｂが設けられている。この設定手段Ｂによる設
定レベル値は設定レベル表示手段に表示され、設定手段
Ｂの動作電気信号によって作動してモータＭの動作を停
止させる遮断手段Ｃが設けられ規格の異なるモータに対
しても常に所定の設定トルク値に対応した電機子電流に
達した時にモ−夕の動作を停止させることが可能となる
。なお電源の投入より所定遅延時間後にこの遮断手段Ｃ
を作動可能とし、モータＭの突入電流による誤動作を防
止する遅延動作回路Ｅが設けられている。以下この発明
の電動ドライバーの制御装置をその実施例に基づき図面
を使用して詳細に説明する。

モータの電機子電流を検出して起点レベル値を設定する
調整手段や設けられる。

即ち電源端子ｔ４には第１及び第２の電流トランス１１
，１２の一次側コイル１１−１，１２−１が直列に接続
され、その端部はサィリスタ１３の陽極側に接続される
。サィリスタ１３の陰極側はモータの第１の接続端子Ｌ
‘こ接続され、モータの第２の接続端子ら‘ま電源端子
ｔ３に接続される。サィリスタ１３の陽極には抵抗１８
の一端が接続され、抵抗１８の他端はコンデンサー９の
一端に接続され、このコンデンサー９の他端にはサィリ
スタ１３の陰極側が接続される。このコンデンサ１９及
び抵抗１８はサィリスタ１３のサージァブソーバーの機
能を有する。端子ｔ４には第１のリレー回路１４の共通
端子ｔ８及び第２のリレー回路１５の共通端子ｔ７が接
続される。

第２のリレ−回路１５の端子ｔ５は第１のリレー回路１
４の端子ｔ，２に接続され、この端子ｔ，２には第１の
リレー回路１４のコイル１４の一端が接続されている。
このコイル１４の池端はサィリスタ１３の陰極側に接続
される。又第２のリレー回路１５の端子ら‘ま第１のリ
レー回路１４の端子ら‘こ接続される。通常状態におい
ては第１のリレー回路１４の端子ｔ８，ら，及びｔ９，
ｔ，。がそれぞれ接続されている。第１のリレー回路路
１４の端子らｏには抵抗２０の一端が接続され、この抵
抗２０の他端には半固定抵抗２１の一端が接続される。

この半固定抵抗２１の他端には可変抵抗器２２の一端が
接続され、この可変抵抗器２２の他端には半固定抵抗器
２３の一端が接続される。この半固定抵抗器２３の池端
にはダイオード２４の陽極側が接続され、ダイオード２
４の陰極側は電源端子ｔ３に接続される。半固定抵抗器
２１と可変抵抗器２２との接続点と、半間定抵抗器２２
とダイオード２４の接続点間にはコンデンサ２５が接続
される。可変抵抗器２２の沼動機子にはダイオード２６
の陽極側が接続され、このダイオード２６の陰極側はト
リガ素子２７を介してサイリスタ１３の陰極側に後続さ
れる。

このサィリスタ１３の陰極側とダイオード２６の陰極側
間にはコンデンサ２８が接続される。このコンデンサ２
８はモ−タＭの逆起電圧の帰還用のコンデンサである。
第１の接続端子ｔ，にスイッチ３０の一端が接続され、
このスイッチ３０の他端と第２の端子ｔ２間にモータＭ
が接続される。

即ち等価的に表示すると、スイッチ３０の他端と第２の
端子ｔ２間に励磁コイル３１と整流子３２が直列に接続
される。又電源端子ら‘こはダイオード２４の陰極側が
接続されている。動作前の状態においては前述のように
第１のＩＪレー回路１４において端子ｔ８及びｔ９はそ
れぞれ端子ｔ，．及びｔ，。

と接続され、第２のリレー回路１５において端子いま端
子ｔ６と接続されている。電源端子ｔ３，ｔ４に電源電
圧が印加されると、この電圧により抵抗２０、半固定抵
抗２１、可動抵抗２２、半固定抵抗２３及びダイオード
２４を通る電流が流れる。この半固定抵抗２１，２３及
び可変抵抗２２によって電源端子ｔ３，Ｌ間に印加され
る電圧値が分割されてダイオード２６、トリガ素子２７
を介してサィリスタ１３の陰極側に印加され、サィリス
タ１３が導適状態となる。サィリスタ１３が導適状態と
なることによってスイッチ３０を投入すると第１、第２
の電流トランス１１，１２の一次側コイル１１一１，１
２一１にモータＭが無負荷状態でその整流子３２を通る
電機子爵流が流れることになる。この時サィリスタ１３
を導通状態とする電流値は半固定抵抗２１，２３及び可
変抵抗２２の抵抗値を調整することによって所望値に設
定することが可能である。

この調整電流値は被測定モータＭの電機子爵流の起点を
設定する。後述するように規格回転速度の異なる汎用電
動ドライバーをこのような帰還方式の位相制御によって
電流制御して動作させ、無負荷状態で回転させると無負
荷状態では入力電流は結合ギャ条件を含まない謂ゆる裸
モータの特性となる。従って裸モータの入力電流を規定
の基準レベル値に調整すれば電機子電流がトルクに比例
するため規格回転速度がたとえ異なる個々のモータを使
用しても、これら裸モータ自身のトルクはほぼ等しくな
るのである。以上に説明した調整手段Ａにより設定され
た起点レベル値が表示の基準零点とされる表示手段が設
けられる。

即ち第２の電流トランス１２の二次側コイル１２一２間
には整流回路３３が接続され、この整流回路３３の出力
端子間にはコンデンサ３４が接続される。コンデンサ３
４の正極側は抵抗３５を介してコンデンサ３６の正極側
に接続され、コンデンサ３４及び３６の負極側が接続さ
れる。コンデンサ３６に並列に半固定抵抗３７、可変抵
抗３８及び半固定抵抗３９の直列接続回路が接続される
。さらにコンデンサ３６に並列に半固定抵抗４０と電流
計４１の直列接続回路が接続される。可変抵抗器３８の
摺動端子とコンデンサ３６の負極側間にコンデンサ４２
が接続される。一次側コイル１２一１にモータＭの電機
子電流が流れると、これが二次側コイル１２−２で検出
され整流回路３３の出力端子には整流電圧が生じこれが
コンデンサ３４間に印力ロされる。この電圧はコンデン
サ３４，３６及び抵抗３５により炉波され直流電圧が得
られ、この直流電圧が半固定抵抗３７、可変抵抗３８及
び半固定抵抗３９の直列接続回路の両端に与えられる。
電流計４１の両端にはコンデンサ３４の両端に印加され
た電圧が抵抗３５と半固定抵抗４０を通る電流で所定値
だけ電圧低下された値が印加される。半固定抵抗３７及
び３９は可変抵抗３８の上下限の電位を調整設定するた
めに用いられる。半固定抵抗４０は電流計４１の感度調
整用抵抗器である。コンデンサ４２は電流計４１の指針
の振動吸収とフィルタ用を兼ねるものである。可変抵抗
器２２摺動端子を調整して得られたモータＭの無負荷時
における起点レベル電流値が電流計４１上の零点位置に
表示されるように電流計４１の表示盤４１−Ｄの表示を
行う。従って電流計４１には調整手段により設定された
起点レベル値が表示の零点として表示されることにある
。モータＭの電機子電流を検出し、これに対して設定さ
れた設定レベル値に対応して一定の動作電圧を得るよう
に設定される設定手段Ｂが設けられる。即ち可変抵抗器
３８の摺動端子にトルク値で選択設定されたモータＭの
電機子電流に対応して一定の動作電圧が得られるように
設定される。例えば電動ドライバーを駆動するモー外ま
負荷電流３−４Ａ、回転数１２００‐２８０岬ＰＭ程度
のものが使用されている。この種のモータにおいては定
格電流が近似するものでは定格回転速度が異なっていて
もギヤ機構部分を除いた謂ゆる裸モータ部分の電気的特
性は、製造会社或は型番の相異する製品を取り上げても
殆んど同一の電気的特性を有している。即ち定格電流が
近似するモータではモータ鉄心の大きさとコイル巻数が
ほぼ同一であり、従ってその超磁力もほぼ同一となるの
である。従って定格電流値がほぼ一致する電動ドライバ
ーのモータの入力電流を任意の一定電流値に設定すると
きは、トルクは電流値に比例するためそれらのモータの
回転トルク値はほぼ等しくなる。

従ってモータＭの負荷電流１のとトルクＴ（Ｋ，Ｇ，Ｃ
ｍ）とはモータＭの回転速度が一定であれば比例関係に
あり、これら間の関係を図示すると第４図のような特性
が得られる。可変抵抗器３８の摺動端子の回転つまみ５
０の周囲の表示盤５１に、第４図に対応して説明すると
回転速度１２００，１８００，２４００（ＲＰＭ）にそ
れぞれ対応する円心円目盛線を表示する。

それぞれの回転数の目盛線上に第２電流トランス１２の
一次コイル１２一１に流れるモータＭのの負荷電流値に
対応して可変抵抗器３８に流れる電流値に対して摺動端
子に一定の動作電圧値が得られるように第４図に基づい
てそれぞれのトルク値を記入する。例えば回転速度２４
００（ＲＰＭ）対応して一次コイル１２‐１を流れる負
荷電流値が２．泌の時にトルク値７．５、負荷電流値２
．粉でトルク値１０・・・・・・と記入する。即ち可変
抵抗３８により構成される抵抗減衰回路の検出電圧レベ
ルにより負荷電流に対応するトルク、レベルが調整され
た抵抗値最大の摺敷位置で減衰最少、即ちトルク最少点
が設定され抵抗値最少の摺動位置で減衰最大、即ちトル
ク最大点が設定される。このように調整すれば求むるト
ルク制御範囲を可変抵抗３８の抵抗変化範囲内に入れる
ことができるので、トルクは電流値に、電流値は抵抗値
に置換されることになって第２図に示すような一連のト
ルク目盛を施すことができる。従って第１、第２の接続
端子ｔ，，ｔ２間に例えば電動ドライバーを接続して回
転速度２４００ＲＰＭで駆動させトルク１０（Ｋ，Ｇ，
Ｃｍ）を得るには、可変抵抗器３８の摺動端子を回動さ
せる回転つまみ５０を操作してその指示値を回転速度２
４００ＲＰＭの円上で１０に設定する。

然る時には電動ドライバーが回転して２．蛤の負荷電流
を取ってトルク値１０が得られた状態で可変抵抗器３８
の槌勤端子に所定の動作電圧値が得られる。この動作電
圧値が後述する遮断手段Ｃに与えられてその遮断動作が
行われるのである。第３図に示すように電流計４１の表
示盤４１一Ｄにこの電流計４１に流れる電流値に対応す
る負荷電流値と共に各回転数に対応したトルク値を目盛
られている。

このようにすると電流計４１の表示盤４１−Ｄの表示に
よってその測定時の負荷電流値及びトルク値を直統する
ことが可能となる。断定手段の動作電圧により作動して
モータの動作を停止させる遮断手段Ｃが設けられる。即
ち第１の電流トランス１１の二次側コイル１１−２の端
子間に整流回路５３が援線され、この整流回路５３の出
力端子の一方は定電圧ダイオード５４の陰極側に接続さ
れる。整流回路５３の出力端子の他方は抵抗５５の一端
に接続され抵抗５５の他端は定電圧ダイオード５４の陽
極側に接続される。定電圧ダイオード５４に並列にコン
デンサ５６が接続される。定電圧ダイオード５４の陰極
側には抵抗５７の一端が接続され、抵抗５７の他端はト
ランジスタ５８のェミッタに援競され、又定電圧ダイオ
ード５９の陰極側に接続されるこの定電圧ダーィオ−ド
５９の陽極側は定電圧ダイオード５４の陽極側が接続さ
れる。トランジスタ５８のコレクタと定電圧ダイオード
５４の陰極側聞に第３のリレー回路６０のコイル６１が
接続される。トランジスタ５８のベースに抵抗６２の一
端が接続され、この抵抗６２の池端は定電圧ダイオード
５９の陽極側に接続される。鶏抗６２に並列にコンデン
サ６３が接続され、抵抗６２とコンデンサ６３の接続点
と定電圧ダィオードド５４の陰極側との間に抵抗６４が
接続される。第３のリレー回滋６００の援片６５の一端
に接続される端子Ｌ５と電源端子ｔ４とが接続され、第
３のリレー回路６０の端子Ｌ６は整流回路６６の一つの
入力端子に接続され、この整流回路６６の他の入力端子
には電源端子ｔ３が接続される。

整流回路６６の一つの出力端子に抵抗６７の一端が接続
され、この抵抗６７の他端は定電圧ダイオード６８の陰
極側に接続される。この定電圧ダイオード６８の陽極側
は整流回路６６の他の出力端子に接続される。定電圧ダ
イオード６８に並列にコンデンサ６９が接続され、定電
圧ダイオード６８の陰極側には抵抗７０の一端が接続さ
れる。抵抗７０の他端はトランジスタ７１のベースに後
続され、トランジスタ７１のベースには又半固定抵抗７
２の一端が接続され、この半固定抵抗７２の他端は定電
圧ダイオード６８の陽極側に接続される。トランジスタ
７１のエミツタにはコンデンサ４２と電流計４１の接続
点が接続される。トランジスタ７１のコレクタには第２
のリレー回路１５のコイル７４の一端が接続され、この
コイル７４の他端は抵抗７０とコンデンサ６９との接続
点に接続される。コイル７４と抵抗７０の接続点には抵
抗７６の一端が接続され、抵抗７５の池端は定電圧ダイ
オード７６の陰極側に接続される。定電圧ダイオード７
６の陽極側は半固定抵抗７２とコンデンサ６９との接続
点に接続される。定電圧ダイオード７６に並列にコンデ
ンサ７７が接続され、定電圧ダイオード７６の陽極側と
トランジスタ７１のベース間にコンデンサ７８が接続さ
れる。可変抵抗３８の摺動端子の他端はダイオード７９
の陽極側に接続され、ダイオード７９の陰極側はトラン
ジスタ７１のベースに接続される。ダイオード７９はト
ランジスタ７１の回路の電気信号が検出回路側に逆流す
ることを防止するために用いられている。第１のリレー
回路１４の端子ｔ，２と第２のリレー回路１５の端子ｔ
５とが接続される。可変抵抗器２２により設定された起
点レベル値以上の無負荷電流やモータＭの電機子に流れ
ると、この電流が第１の電流トランス１１で検出され整
流回路５３の出力端子間には整流電圧が得られる。

この電圧値が抵抗５５でそこに流れる電流により電圧降
下して得られた電圧が抵抗６４，６２でトランジスタ５
８のベース電圧がェミツタ電圧を越えるように分割され
てトランジスタ５８のベースに与えられる。抵抗６２に
は比較的大容量のコンデンサ６３が並列に接続されてい
るため、モータＭの起動後所定時間遅延して第３のリレ
ー回路６０の鞍片６５がコイル６１で駆動されて端子上
，５，ｔ，６間が接続され、整流回路６６の入力端子間
に電源端子ｔ３，Ｌを通じて電源電圧が印加される。こ
のようにモータＭの突入電流現象が終了した時点で整流
回路６６の入力機に電源電圧が印加するため、モータＭ
の突入電流現象が終了した安定状態で整流回路６６の後
段に接続される回路が動作して誤動作が防止されること
になる。従ってモータＭの突入電流が静まり整流回路６
６が動作を開始すると、整流された直流電圧は抵抗６７
を通りダイオード６８及びフィルタコンデンサ６９の両
端に荷電されて安定直流となる。抵抗７０及び半固定抵
抗７２は抵抗７５、定電圧ダイオード７６によって設定
されるトランジスタ７１のェミッ夕電圧に対するベース
、バイアス電圧を調整するために設けられている。トラ
ンジスタ７１の電流の立上り点が抵抗７０及び半固定抵
抗７２によって調整される。コンデンサ７８と７７はフ
ィルタ用のコンデンサである。調整手段Ａにより設定さ
れる起点レベル値に対応する電機子電流値から設定手段
Ｂにより設定される所望のトルク値に対応する電機子電
流値の範囲においては可変抵抗３８の摺敷端子からの電
気信号によってトランンジスタ７１は非導適状態にある
ように抵抗７０及び半固定抵抗７２の抵抗値が設定され
る。

従ってこの範囲の電機子電流範囲では第２のリレー回路
１５のコイル７４には電流が流れることがなく、第２の
リレー回路１５においては端子ら，ｔ７間が電気的接続
状態を保持している。モータＭの電機子電流が設定手段
Ｂで設定される所望トルク値に対応した電流値に達する
と、可変抵抗３８の摺動機子の電気信号がトランジスタ
７１のベースに与えられてトランジスタ７１が導通状態
となる。

従って第２のリレー回路１５のコイル７４に電流が流れ
第２のリレー回路１５が騒動されてその端子ら及びｔ７
が互に接続される。このため半固定抵抗２１，２３及び
可変抵抗２２を流れる電流が遮断されてサイリスタ１３
に対するトリガ素子２７による励起が停止されて第１、
第２の接続端子ら，りこ接続されたモータＭを含む閉回
路が遮断される。従ってモータＭは予め設定された所定
のトルク値に達した時点で負荷電流をとらない状態とな
り、所定のトルク値に達してモータＭは作動を停止する
。

第２のリレー回路１５が作動すると第１のリレー回路１
４のコイル１４に電流が流れ、第１のリレー回路１４が
作動して停止状態を保持する。この保持状態はスイッチ
３０をＯＦＦにすることにより解除され、次のモータＭ
の回転動作が可能となる。第１、第２の接続端子ｔ，，
ｔ２間に電動ドライバーを接続してねじ頭部にドリルビ
ットを挿入しねじの緒付けを行っている場合には電動ド
ライバーによって予め設定されたトルク値に達するまで
ねじの縦付けが進行してトルク値が上昇して行ってこの
所定の締付けトルク値に達すると、ねじの縦付けが停止
されることになる。第１、第２の接続端子ら，ｔ２間に
接続されるモータＭの回転数等の規格が変化しても、調
整手段Ａによって起点レベル値に対応する無負荷時の電
機子電流は一定に保持される。又設定手段Ｂにより所望
のトルク値を設定すると負荷が接続された状態でこの設
定レベル値にトルク値が達した時に遮断手段Ｃが作動し
てモータＭの動作が停止し常に設定手段Ｂで設定された
所望のトルク値の回転が実現可能である。このようにこ
の発明の電動ドライバーの制御装置では例えば各種の規
格の電動ドライバーを交換して使用する場合にも広く使
用可能であって、従来のように特殊性能の工具モータを
組込んで制御使用する必要がなく、装置も４・型化され
携帯にも便利である。

又各種の規格の異なるモ−外こ対して広い回転教範圏に
おいて所望のトルク値の設定が可能であって精密な作業
が可能である。例えば中型モータを例にとれば定格電流
３一４Ａ、回転数１２００−２８０船ＰＭの範囲、又小
型モータを例にとれば定格電流１．８‐２．松、回転数
１４００‐２４００ＲＰＭのように、定格電流幅を比較
的狭く分割するときは回転数に無関係に適合させ得るの
で、汎用電動ドライバーの殆んど総べての型と組合せて
高精度の制御ができる。さらに予め設定された所望の設
定トルク値に達すると極めて迅速な応答速度でモータＭ
の作動を停止させるため、高作業精度が得られると共に
事故の発生によって過大電流がモータ回路に流れた場合
も迅速にモータの作動を停止させるので保安効果も極め
て大きい。

以上詳細に説明したようにこの発明によると、規格の異
なる各種のモータに対して広く使用可能であり、広い回
転速度範囲において予め設定される所望のトルク値に達
するまでモータを作動させ所望のトルク値に達すると迅
速にモータの作動を停止させることが可能な電動ドライ
バーの制御装置を提供することが可能となる。

実施例においては主として電動ドライバー用のモータに
対して使用する場合を説明したが、この発明は電動ドラ
イバー用モータに対して使用する場合に限らず、一般に
交流整流子型モータの回転トルクの制御を行う各種の分
野、例えば電気機関車用モータの制御試験などに広く適
用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の電動ドライバーの制御装置の実施例
の構成を示す回路図、第２図はこの発明の電動ドライバ
ーの制御装置の実施例における設定レベル表示手段の表
示盤の構成を示す図、第３図はこの発明の電動ドライバ
ーの制御装置の実施例における起点レベル表示手段と設
定レベル表示手段の表示盤の構成を示す図、第４図は回
転数をパラメータとしたモータの電機子電流と回転トル
クとの関係を示す図、第５図はこの発明の電動ドライバ
ーの制御装置の構成を原理的に示すブロック図である。 １１：第１の電流検出トランス、１２：第２の電流検出
トランス、１３：サイリスタ、１４：第１のリレー回路
、１５：第２のリレー回路、２１，２３，３７，３９，
４０：半固定抵抗、２２，３８：可変抵抗、３３，５３
，６６：整流回路、４１：電流計、５４，５９，６８．
７６：定電圧ダイオード、５８，７１：トランジスタ、
Ａ：調整手段、Ｂ：設定手段、Ｃ：遮断手段、Ｅ：遅延
勤回路。才２図 才３図 図 ★ 才ム腰 才５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 定格回転速度の異なるモータをそれぞれ駆動源とし
   た複数種の電動ドライバーに対して共通に使用可能で、
   前記電動ドライバーによる被締付物に対する締付けトル
   クが予め設定した所定値になるように前記電動ドライバ
   ーを制御する電動ドライバーの制御装置であり、前記モ
   ータの無負荷状態での電機子電流を検出した前記被締付
   物に対する締付けトルクの起点レベル値を設定する調整
   手段と、前記予め設定されるトルク値が前記定格回転速
   度にそれぞれ対応付けて設定可能で、前記モータの負荷
   状態での電機子電流を検出し、前記設定されるトルクの
   設定レベル値において一定の動作電気信号が得られる設
   定手段と、この設定手段による設定される設定レベル値
   が前記モータの定格回転速度にそれぞれ対応付けてトル
   ク値として表示される設定レベル表示手段と、前記調整
   手段により設定された起点レベル値を零点として前記モ
   ータの負荷電流をトルク値に対応付けて表示する表示手
   段と、前記設定手段の動作電気信号により作動して前記
   モータの動作を停止させる遮断手段とを有することを特
   徴とする電動ドライバーの制御装置。