JPWO2019124008A1 - 工具並びに工具の制御回路及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電動ドライバの側で合格信号の出力の有無を設定して必要な合格信号のみを出力することが可能となるようにすること。【解決手段】当該電動ドライバ１００の制御回路１２８は、設定データが保存されるメモリ１３２と、設定データに基づいて電動ドライバ１００を制御する演算部１３１とを有する。設定データには、各作業工程における工具の動作に対する合格基準を示す合格基準値、及び各作業工程において合格基準が満たされたときに合格信号を出力するか否かを作業工程毎に設定するための合格信号出力設定値が含まれている。演算部１３１は、合格基準を満たし且つそのときの作業工程に対応する合格信号出力設定値が合格信号を出力する設定値であるときには該合格信号を出力し、合格信号出力設定値が合格信号を出力しない設定値であるときには合格信号を出力しない。【選択図】図１

Description

本発明は、制御条件を作業工程毎に順次変更しながら動作する工具のための制御回路、そのような制御回路を備える工具、及び該工具の制御方法に関する。

例えば特許文献１には、電動モータによってドライバビットを回転駆動してねじ締め作業を行なうようにした電動ドライバが開示されている。このような電動ドライバにおいては、通常、ねじの種類やねじが締め付けられる部材に合せて電動モータの回転速度や締め付けトルクなどの設定をユーザが変更できるようになっている。また、工場の生産ラインにおいては異なる種類のねじの締め付け作業を所定の順序で連続的に行なう場合があり、そのような場合に使用される電動ドライバにおいては、ある作業工程が終了して次の作業工程に移る際に、電動ドライバの設定がその作業工程で要求される制御条件に自動的に変更されていくようになっている。また、作業工程毎に予め合格基準が設定されており、各作業工程における電動ドライバの動作がこの合格基準を満たすものであった場合には、外部装置に対して合格信号を出力するようにもなっている。

上述のような電動ドライバはプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）などの外部装置に接続され、外部装置が電動ドライバから送信された合格信号に基づいて種々の動作を行なうようになっている場合がある。そのような動作としては、例えば、終了した作業工程で使用したねじが収容されている容器の蓋を閉じるとともに、次の作業工程で使用するねじが収容されている容器の蓋を開ける動作がある。

国際公開第２０１７／１７０６４８号

上述の従来の電動ドライバにおいては、各作業工程において合格基準が満たされている場合に、各作業工程が終了する毎に毎回合格信号を出力するか、又は全ての作業工程が合格基準を満たすものであった場合に最後に一度だけ合格信号をするか、のどちらかしか選択することができなかった。しかしながら、合格信号を受信する外部装置においては、一連の作業工程のうちの特定の作業工程が完了したときにだけ所定の動作を行ない、他の作業工程が完了したときには何らの動作も行なわない場合もある。このような場合として、例えば、ある作業工程においてねじの仮締めを行ない次の作業工程においてそのねじの本締めを行い、さらにこの後に別の作業工程が続くような場合が考えられる。この場合には２つの作業工程を行なうことによって初めてねじの締め付けが完了するため、最初の作業工程が完了した時点で合格信号を受信しても外部装置が行なう動作がない場合がある。この場合、外部装置は最初の合格信号は必要がないものとして処理するように予め設定しておく必要がある。すなわち、全ての作業工程の完了時に合格信号が送信される従来の電動ドライバに接続される外部装置においては、不要な合格信号を無視するような設定をしておかなければならなくなり、設定作業が繁雑になる。

そこで本発明は、制御条件を作業工程毎に順次変更しながら動作する工具における制御回路であって、工具の側で合格信号の出力の有無を設定して必要な合格信号のみを出力することを可能とする制御回路を提供することを目的とする。また、そのような制御回路を備える工具、及び工具の制御方法を提供することも目的とする。

すなわち本発明は、
制御条件を作業工程毎に順次変更しながら動作する工具における制御回路であって、
各作業工程における制御条件を設定するための設定データが保存される情報記憶部と、
該設定データに基づいて該工具の制御条件を作業工程毎に順次変更する演算部と、
を備え、
該設定データには、各作業工程における該工具の動作に対する合格基準を示す合格基準値、及び各作業工程において該合格基準が満たされたときに合格信号を出力するか否かを作業工程毎に設定するための合格信号出力設定値が含まれており、
該演算部は、該合格基準値に基づいて各作業工程における該工具の動作が該合格基準を満たすか否かを判断し、該合格基準を満たし且つそのときの作業工程に対応する合格信号出力設定値が該合格信号を出力する設定値であるときには該合格信号を出力し、該合格信号出力設定値が該合格信号を出力しない設定値であるときには該合格信号を出力しないようにされた、制御回路を提供する。

当該制御回路においては、合格信号出力設定値に基づいて作業工程毎に合格信号の出力の有無を設定することができるようになっているため、接続される外部装置において必要とされない合格信号を送信しないようにすることが可能となる。これにより、外部装置の側で不要な合格信号を無視するような設定をする必要がなくなり、外部装置の設定を簡略化することが可能となる。

好ましくは、該演算部は、該工具の動作がそのときの作業工程における該合格基準を満たさないと判断したときに、不合格信号を出力するようにすることができる。

また本発明は、上述の制御回路を備え、該制御回路によって制御条件を作業工程毎に順次変更しながら動作するようにされた工具を提供する。

さらに本発明は、
制御条件を作業工程毎に順次変更しながら動作する工具の制御方法であって、
情報記憶部に保存された設定データを読み込むステップと、
該設定データに基づいて、各作業工程における該工具の制御条件を順次変更するステップと、
各作業工程における該工具の動作が、該設定データに含まれる合格基準値が示す各作業工程における合格基準を満たすか否かを判断するステップと、
該合格基準を満たし、且つそのときの作業工程に対応する合格信号出力設定値が合格信号を出力する設定値であるときには外部に合格信号を出力し、該合格信号出力設定値が該合格信号を出力しない設定値であるときには外部に該合格信号を出力しないようにするステップと、
を含む制御方法を提供する。

以下、本発明に係る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。 メモリに保存される条件設定データを示す図である。 メモリに保存される順序設定データを示す図である。 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。 図５の電動ドライバの機能ブロック図である。

本発明の第１の実施形態に係る電動ドライバ（工具）１００は、図１及び図２に示すように、工具ハウジング１１０と、工具ハウジング１１０に内蔵された電動モータ１１２と、電動モータ１１２によって回転駆動されるビットホルダ１１４とを備える。ビットホルダ１１４には、対象となるねじに合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り付けられる。工具ハウジング１１０には、表示部１１８及び入力ボタン１２０を有する入力インターフェース１２２と、当該電動ドライバ１００をプログラマブルロジックコントローラ（以下、ＰＬＣ）１２３に接続するための接続ケーブル１２４とが設けられている。工具ハウジング１１０内にはさらに、電動モータ１１２の駆動を制御するためのモータ駆動回路１２６と、当該電動ドライバ１００全体の制御を行うための制御回路１２８と、電動モータ１１２のロータの回転位置を検出するホールセンサ１３０と、が設けられている。制御回路１２８は、演算部１３１と、設定データが保存されているメモリ（情報記憶部）１３２とを有している。演算部１３１はメモリ１３２に保存されている設定データに基づいて電動ドライバ１００を制御する。

メモリ１３２に保存される設定データには、各作業工程における制御条件を設定するための条件設定データが含まれる。当該電動ドライバ１００のメモリ１３２には、図３に示すように第１から第３０の作業工程に対応した第１から第３０の条件設定データを保存することができるようになっている。条件設定データには、ねじ締め作業の際の締め付けトルクやねじ締め本数を示す設定値が含まれている。これら以外にも、例えば電動モータ１１２の回転速度を制御するための設定値などを含めることもできる。当該電動ドライバ１００における条件設定データにはさらに、各作業工程における当該電動ドライバ１００の動作に対する合格基準を示す合格基準値が含まれている。当該電動ドライバ１００においては、合格基準値として、ねじ締め作業を行なったときの電動モータ１１２の最小回転時間と最大回転時間とを設定するための設定値が含まれている。例えば最小回転時間よりも短い時間で電動モータ１１２の回転が停止したときにはねじの頭が想定している時間よりも早く着座したことが予想され、また最大回転時間よりも長い時間で電動モータ１１２の回転が停止したときにはねじの頭が想定している時間よりも遅く着座したことが予想される。すなわち、最小回転時間より早く又は最大回転時間よりも遅く電動モータ１１２が停止したときには誤ったねじを選択してねじ締めを行なった可能性が高いと判断できる。演算部１３１は、当該電動ドライバ１００の動作が合格基準を満たさなかったと判断したときには、当該電動ドライバ１００の動作を一時的に停止させるとともに、不合格信号をＰＬＣ１２３に対して出力する。条件設定データにはさらに、合格基準を満たしたときに外部に合格信号を出力するか否かを設定するための合格信号出力設定値が含まれる。演算部１３１は、ある作業工程の動作が合格基準を満たすものであったと判断したときに合格信号を出力できるようになっているが、合格信号を出力するか否かは合格信号出力設定値によって決定される。すなわち合格信号出力設定値が合格信号を出力する設定値（ＯＮ）である場合には合格信号をＰＬＣ１２３に対して出力し、合格信号を出力しない設定値（ＯＦＦ）である場合には合格信号をＰＬＣ１２３に対して出力しない。条件設定データにおけるこれらの設定値は、対応する作業工程に合せて適宜の値にそれぞれ設定されている。なお、条件設定データにおける上述の設定項目は例示的に示すものであり、想定される作業工程に合せて他の項目としてもよい。

設定データにはさらに、作業工程の実行順序を設定するための複数の順序設定データが含まれる。図４に示すように、当該電動ドライバ１００のメモリ１３２には第１から第３０までの実行順序を設定することができ、各実行順序を示すデータがそれぞれ順序設定データとしてメモリ１３２に保存されている。各順序設定データには、最大で８つの作業工程を登録することができる。順序設定データにはさらに、一連の作業工程が完了した後の次動作を設定するための次動作設定値が含まれる。当該電動ドライバ１００においては、次動作設定値として、当該電動ドライバ１００の動作を停止する設定値（終了）、同じ実行順序での一連の作業工程を再度実行する設定値（ループ）、及び別の順序設定データに基づく実行順序での一連の作業工程に移行する設定値（他の実行順序に移行）から選択可能となっている。

設定データに含まれる上述の条件設定データ及び順序設定データは、入力インターフェース１２２の操作により任意に変更可能である。または、パソコンなどの外部装置から対応するデータを送信して設定データを書き換えることも可能である。

当該電動ドライバ１００が起動して所定の初期設定が完了すると、演算部１３１がメモリ１３２から必要な設定データを読み込む。複数の実行順序のうちのどれを実行するかは任意に選択可能であり、通常は予め指定されている。演算部１３１は指定された実行順序に対応する所定の順序設定データを読み込んで作業工程の実行順序を設定する。例えば第１実行順序が指定されている場合には、第１順序設定データを読み込んで、図４に示すように、第１作業工程、第２作業工程、第３作業工程、及び第４作業工程が一連の作業工程として設定されて、これらの作業工程が順次実行されることになる。演算部１３１は、これらの作業工程にそれぞれ対応する第１乃至第４条件設定データに基づいて作業工程毎に制御条件を順次変更しながら、電動ドライバ１００を動作させる。本実施形態においては、第１作業工程は４本のねじの仮締めを行うことを想定したものであり、第２作業工程は仮締めしたねじを本締めすることを想定したものとなっている。したがって、第１作業工程が正常に完了すると４本のねじがその頭が着座しない状態でねじ込まれた状態となり、第２作業工程ではそれらの仮締めしたねじをさらにねじ込んでねじの頭を着座させてさらに所定の締め付けトルクでの締め付けを行う。これにより４本のねじのねじ締めが完了した状態となる。第１条件設定データの合格信号出力設定値は「ＯＦＦ」となっているため、第１作業工程が正常に完了して合格基準が満たされていても演算部１３１は合格信号を出力しない。一方で第２条件設定データの合格信号出力設定値は「ＯＮ」となっているため、第２作業工程が正常に完了して合格基準が満たされると演算部１３１は合格信号を出力する。同様に第３作業工程では８本のねじの仮締めが行なわれ、第４作業工程では仮締めされた８本のねじの本締めが行なわれて、第４作業工程が正常に完了した時点で合格信号が出力される。第１順序設定データにおける次動作設定値は「終了」となっているため、第４作業工程が完了した時点で当該電動ドライバ１００の動作は停止する。

上述のように、仮締め工程である第１及び第３作業工程の完了時には合格信号を出力せず、本締め工程である第２及び第４作業工程の完了時にのみ合格信号を出力することにより、ＰＬＣ１２３はねじの締め付けが完了したときにのみ合格信号を受信することになる。ＰＬＣ１２３は、当該電動ドライバ１００での動作に連動して他の周辺機器などの動作を制御するが、各作業工程が完了したときに必ずしも毎回何かしらの制御を行なうわけではなく、所定の作業工程が完了したときにのみ制御を行なうようにする場合が多い。従来の電動ドライバ１００においては各作業工程が完了したときに毎回合格信号が出力されるため、ＰＬＣ１２３側で不要な合格信号を無視するような設定をしておかなければならなかった。これに対して当該電動ドライバ１００においては不要な合格信号を出力しないようにできるため、ＰＬＣ１２３の側での合格信号を無視するような設定をなくすことが可能となる。また、例えば上述の第２作業工程のあとにねじの増し締め工程を新たに追加する場合には、最初の４本のねじ締めは第１乃至第３作業工程が全て完了することにより完了することになるため第２作業工程の完了時の合格信号出力設定値を「ＯＦＦ」にして新たな第３作業工程（増し締め工程）の完了時の合格信号出力設定値を「ＯＮ」とすれば、この作業工程の変更に伴うＰＬＣ１２３側での設定変更は生じない。

第２実行順序が指定されている場合には、第２順序設定データが読み込まれて、第３作業工程、第３０作業工程、及び第７作業工程が一連の作業工程として設定され、作業工程毎に制御条件を順次変更しながら電動ドライバ１００は動作する。第２順序設定データにおける次動作設定値は「ループ」となっているため、最後の作業工程である第７作業工程が完了すると、再び最初の作業工程である第３作業工程に戻り、以降同じ作業工程を繰り返し実行することになる。

第３実行順序が指定されている場合には、第３順序設定データが読み込まれて、最初の第１作業工程から最後の第１３作業工程までの８つの作業工程が一連の作業工程として設定され、作業工程毎に制御条件を順次変更しながら電動ドライバ１００は動作する。第３順序設定データにおける次動作設定値は「第４実行順序に移行」となっているため、最後の第１３作業工程が完了すると、指定された第４順序設定データを読み出して第４実行順序が設定され、該第４実行順序での一連の作業工程に移行する。当該電動ドライバ１００が、第４実行順序での一連の作業工程に基づいて動作を継続し、第４実行順序での最後の作業工程である第１１作業工程が完了すると、第４順序設定データの次動作設定値が「終了」となっていることにより、当該電動ドライバ１００の動作は停止する。

このように当該電動ドライバ１００においては、ある順序設定データに基づく一連の作業工程が完了した後の次動作を「終了」、「ループ」、「他の実行順序に移行」から選択可能となっている。特に別の順序設定データに基づく実行順序に移行することができるようになっているため、ＰＬＣ１２３などの外部装置の制御に依ることなく当該電動ドライバ１００自身でより複雑な実行順序の作業工程を設定することが可能となる。また、よく利用される基本的な実行順序を各順序設定データに設定しておけば、それらの実行順序間を適宜移行していくように設定することにより、最初から実行順序を組み直す場合に比べて、工程変更をより素早く且つ容易に行なうことも可能となる。なお、選択可能な次動作として上述の３つを必ずしも含む必要はなく、また別の次動作を代わりにまたは追加的に含んでいても良い。

当該電動ドライバ１００においてはさらに、複数の順序設定データに基づく複数の実行順序にまたがって実行された作業工程の履歴をメモリ１３２に保存していくようにもなっている。何らかの作業ミスにより、その作業工程をやり直したり、場合によっては前の作業工程からやり直したりする必要が生じる場合がある。その場合にはメモリ１３２に保存された作業工程の履歴に基づいて、やり直しが必要となる作業工程にまで戻れるようになっている。具体的には、入力インターフェース１２２の入力ボタン１２０を操作することにより履歴に残っている前の作業工程に戻ることができる。入力ボタン１２０の操作により、そのときの作業工程中の一つの作業分だけ戻る、一つ前の作業工程にまで戻る、一つ前の順序設定データの実行順序における最後の作業工程に戻る、又は一つ前の順序設定データの実行順序における最初の作業工程に戻るといった戻り方ができるようになっている。なお、当該電動ドライバ１００におけるメモリ１３２は、読み出し及び書き込みが可能な不揮発性メモリと、プラグラム動作に必要なデータを一時的に保存するためのキャッシュメモリなどの揮発性メモリとの組み合わせとなっており、設定データは不揮発性メモリに保存され、作業工程の履歴は揮発性メモリに保存される。

本発明の第２の実施形態に係る電動ドライバ２００は、図５及び図６に示すように、電動ドライバ本体２０２と、それを制御するためのコントローラ２０４とからなる。電動ドライバ本体２０２とコントローラ２０４とは、それぞれに設けられた通信部２３８ａ，２３８ｂを介して通信ケーブル２０６により接続されている。ＰＬＣ２２３に接続される通信ケーブル２２４はコントローラ２０４の側に設けられている。電動ドライバ本体２０２の工具ハウジング２１０内には、第１の実施形態に係る電動ドライバ１００と同様な、電動モータ２１２、モータ駆動回路２２６、及びホールセンサ２３０が設けられている。入力インターフェース２２２はコントローラ２０４の側に設けられている。

当該電動ドライバ２００においては、電動ドライバ本体２０２とコントローラ２０４とにそれぞれ演算部２３１ａ、２３１ｂが設けられている。これら２つの演算部２３１ａ、２３１ｂは通信ケーブル２０６を介して互いに通信しており、２つの演算部２３１ａ、２３１ｂにより第１の実施形態における演算部１３１と同様の機能を果たしている。同様に電動ドライバ本体２０２とコントローラ２０４とのそれぞれにメモリ２３２ａ、２３２ｂが設けられ、これら２つのメモリ２３２ａ、２３２ｂにより第１の実施形態におけるメモリ１３２と同様な機能を果たしている。すなわち当該電動ドライバにおいては、制御回路２２８が電動ドライバ本体２０２とコントローラ２０４とに分散して配置されている。

なお、当該実施形態においては、演算部２３１ａ、２３１ｂ及びメモリ２３２ａ、２３２ｂを電動ドライバ本体２０２とコントローラ２０４とに分散して配置しているが、それぞれを電動ドライバ本体２０２とコントローラ２０４のうちの一方にまとめて配置することもできるし、制御回路２２８の全体をコントローラ２０４の側に配置することもできる。

以上に本発明の実施形態について説明をしたが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、本発明に係る工具を電動工具の一種である電動ドライバを例として説明しているが、トルクレンチや研磨機などの他の電動工具とすることもできるし、上述のような制御回路を有しつつ動力源を電動モータではなくエアモータとしたエア工具などの他の動力工具とすることもできる。本発明に係る工具はさらに、動力を有さない手工具とすることもできる。このような手工具としては、例えばトルク検出機能を有するトルクレンチがある。該トルクレンチにおいては、作業工程毎のナットやボルトなどの締め付け回数（制御条件）や締め付け動作の際のトルク基準値（合格基準）などを含む条件設定データを含む設定データが制御回路のメモリに保存されており、締め付け動作がその作業工程において設定された所定の締め付け回数分だけ行なわれると、制御回路の演算部により次の作業工程に移るとともに制御条件が設定データに基づいて変更される。また制御回路は、締め付け動作の際にトルクセンサによって検出されたトルク値をトルク基準値と比較して該締め付け動作の合格判定を行なう。条件設定データには、上記実施形態と同様に、合格信号出力設定値が含まれていて、締め付け動作がトルク基準値（合格基準）を満たしたときに合格信号を出力するか否かを作業工程毎に任意に設定可能となっている。また同様に、順序設定データと次動作設定値とに基づいて、順序設定データにより設定された一連の作業工程が完了した後の次動作を選択できるようにもなっている。

また、本発明の工具は、ＰＬＣ以外の例えばパソコンなどの他の外部装置に接続するようにすることもできるし、合格信号や不合格信号を無線により送信するようにすることもできる。さらには、設定データを保存するための情報記憶部として上述のような内蔵された半導体メモリ以外にも、ハードディスクドライブ、書き込み可能なＣＤやＤＶＤなどの記録メディア、及び取外し可能なＵＳＢメモリなど、他の手段を採用することもできるし、これらを任意に組み合わせたものとしてもよい。

１００ 電動ドライバ（工具）
１１０ 工具ハウジング
１１２ 電動モータ
１１４ ビットホルダ
１１６ ドライバビット
１１８ 表示部
１２０ 入力ボタン
１２２ 入力インターフェース
１２３ プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）
１２４ 接続ケーブル
１２６ モータ駆動回路
１２８ 制御回路
１３０ ホールセンサ
１３１ 演算部
１３２ メモリ（情報記憶部）
２００ 電動ドライバ
２０２ 電動ドライバ本体
２０４ コントローラ
２０６ 通信ケーブル
２１０ 工具ハウジング
２１２ 電動モータ
２２２ 入力インターフェース
２２４ 通信ケーブル
２２６ モータ駆動回路
２２８ 制御回路
２３０ ホールセンサ
２３１ａ 演算部
２３１ｂ 演算部
２３２ａ メモリ
２３２ｂ メモリ
２３８ａ 通信部
２３８ｂ 通信部

Claims (4)

1. 制御条件を作業工程毎に順次変更しながら動作する工具における制御回路であって、
   各作業工程における制御条件を設定するための設定データが保存される情報記憶部と、
   該設定データに基づいて該工具の制御条件を作業工程毎に順次変更する演算部と、
   を備え、
   該設定データには、各作業工程における該工具の動作に対する合格基準を示す合格基準値、及び各作業工程において該合格基準が満たされたときに合格信号を出力するか否かを作業工程毎に設定するための合格信号出力設定値が含まれており、
   該演算部は、該合格基準値に基づいて各作業工程における該工具の動作が該合格基準を満たすか否かを判断し、該合格基準を満たし且つそのときの作業工程に対応する合格信号出力設定値が該合格信号を出力する設定値であるときには該合格信号を出力し、該合格信号出力設定値が該合格信号を出力しない設定値であるときには該合格信号を出力しないようにされた、制御回路。
2. 該演算部は、該工具の動作がそのときの作業工程における該合格基準を満たさないと判断したときに、不合格信号を出力するようにされた、請求項１に記載の制御回路。
3. 請求項１又は２に記載の制御回路を備え、該制御回路によって制御条件を作業工程毎に順次変更しながら動作するようにされた工具。
4. 制御条件を作業工程毎に順次変更しながら動作する電動工具の制御方法であって、
   情報記憶部に保存された設定データを読み込むステップと、
   該設定データに基づいて、各作業工程における該工具の制御条件を順次変更するステップと、
   各作業工程における該工具の動作が、該設定データに含まれる合格基準値が示す各作業工程における合格基準を満たすか否かを判断するステップと、
   該合格基準を満たし、且つそのときの作業工程に対応する合格信号出力設定値が合格信号を出力する設定値であるときには外部に合格信号を出力し、該合格信号出力設定値が該合格信号を出力しない設定値であるときには外部に該合格信号を出力しないようにするステップと、
   を含む制御方法。

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