KR101453891B1 - 임팩트 전동공구 및 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동공구에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 임팩트 전동공구에 있어서 임팩트 모드 및 드릴 모드를 동력 손실을 줄이고 효과적으로 수행할 수 있는 임팩트 전동공구의 구조 및 제어방법에 관한 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 임팩트 전동공구는 일단에 공구가 체결되는 공구축(100), 상기 공구축(100)의 타단에 형성되는 앤빌(110), 상기 앤빌(110)과 접촉하여 회전방향으로 충격을 가하는 해머(200), 상기 해머(200)에 결합되어 충격을 가세하는 해머 가세부(210) 및 상기 해머 가세부(210)의 상기 해머(200)에의 결합을 단속하는 가세 단속부(300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

임팩트 전동공구 및 제어방법{IMPACT POWER TOOLS AND METHOD FOR CONTROLLING THEREOF }

본 발명은 전동공구에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 임팩트 전동공구에 있어서 임팩트 모드 및 드릴 모드를 동력 손실을 줄이고 효과적으로 수행할 수 있는 임팩트 전동공구의 구조 및 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 전동공구는 유선 또는 배터리를 통해 전기를 동력원으로하여 내장된 모터를 구동하여 드라이버 및 드릴 등의 작업용도에 따라 선택적으로 결합된 툴을 회전시켜 나사를 체결하거나 구멍을 뚫는 등 다중작업을 할 수 있는 공구의 하나이다.

이중 임팩트 전동공구는 단순한 드릴 작업이외에 스크류나 볼트의 체결 작업 시 공구 축의 회전 방향으로 지속적인 충격을 가하여 단단한 대상에 대하여 체결을 용이하게 구현하는 전동공구이다.

도 1을 참조하면, 이러한 임팩트 기능을 구현하기 위하여 일단에 공구가 결합되고 타단에 앤빌이 형성된 공구축(10)에 모터측과 연결되는 해머(20)를 포함하고, 임팩트 기능을 활성화하여 모터를 구동하면 해머(20)가 회전하면서 공구축(10)의 앤빌을 타격하는 구조를 가지는 것이 일반적이다.

이때, 해머에 의한 임팩트 힘 즉, 타격력은 해머의 무게에 비례하여 해머의 질량이 크면 큰 타격력을 얻게 되므로 가능한 해머는 비중이 큰 금속재질로 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 이러한 임팩트 전동공구에 있어서 작업 종류에 따라 임팩트 기능이 오히려 불필요하고 타격이 작업에 방해가 되어 임팩트 기능을 제한할 필요가 있으므로, 임팩트 기능을 사용자가 임팩트 모드와 드릴 모드를 선택하여 단속할 수 있는 다양한 온오프수단이 함께 제공된다.

임팩트 기능을 오프하고 단순 드릴 모드로 작업하는 경우에는 해머(20)와 앤빌을 포함한 공구축(10)은 타격을 발생하지 않고 서로 접촉한 상태에서 단순 회전을 하게 된다.

따라서, 단순 드릴모드에서는 타격력을 높이기 위한 크고 무거운 해머부는 모터 구동에 부담이 되며 모터 구동력의 손실 요인이 되며, 임팩트 모드시 충분한 타격력을 얻으면서도 드릴 모드시 모터의 구동력의 손실을 크지 않은 적절한 크기와 중량의 해머를 설계하는 것이 중요하다.

그러나, 큰 타격력을 얻기 위하여 해머는 일정 중량 이상으로 구성되어야 하므로 종래의 구성에서 최적의 임팩트 발생부를 제공하는 데는 한계가 있다.

나아가, 종래 전동공구의 원동력을 제공하는 DC모터는 작업에 따라 일방향으로 회전하게 되므로 이러한 임팩트 기능을 구현하기 위해서는 일반적으로 해머와 앤빌 중 어느 한쪽 축에 캠 경로를 형성하고 스틸볼로 고정하여 탄성 지지하는 구조를 가진다.

따라서, 일정 토크 이상이면 캠 경로 형상에 따라 축 방향으로 이동하여 해머와 앤빌 접촉부가 상호 이격 되면서 해머가 앤빌 끝단을 넘어 회전하면서 다시 앤빌을 타격하게 되는 것이다.

최근에는, 전동공구에 BLDC 모터를 적용하여 종래의 기계적 구성으로 달성하였던 기능을 직접 전자 제어로 구현하는 아이디어가 제시되고 있으며, 이러한 임팩트 기능을 해머와 결합된 모터를 정,역회전하여 임팩트 타격을 하는 방법이 제시되고 있다.

따라서, 이러한 전자 제어에 따라 전동공구의 임팩트 모드를 구현하는 것에 따라 보다 효율적인 타격 기능을 수행할 수 있는 전동공구의 임팩트 전동공구의 구조를 제시할 필요가 있으며, 모터의 구동력의 손실을 줄이고 전자 제어를 활용한 임팩트 전동공구의 제어방법이 요구되고 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 임팩트 전동공구에 있어서 임팩트 기능를 구현하는 구조를 개선하여 동력 손실을 줄이고 효과적으로 임팩트 모드 및 드릴 모드를 수행할 수 있는 임팩트 전동공구의 구조 및 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 임팩트 전동공구는 일단에 공구가 체결되는 공구축(100), 상기 공구축(100)의 타단에 형성되는 앤빌(110), 상기 앤빌(110)과 접촉하여 회전방향으로 충격을 가하는 해머(200), 상기 해머(200)에 결합되어 충격을 가세하는 해머 가세부(210) 및 상기 해머 가세부(210)의 상기 해머(200)에의 결합을 단속하는 가세 단속부(300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가세 단속부(300)는 상기 공구축(100)의 검출 토크에 연동하여 결합을 단속하는 액추에이터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 가세 단속부(300)는 상기 공구축(100)의 검출 토크가 증가하면 상기 해머 가세부(210)를 해머(200)에 결합하도록 제어하며, 상기 토크의 변동은 전동공구의 모터 부하 변화에 의해 검출하는 것을 특징으로 할 수 있다.

나아가, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 임팩트 전동공구의 제어방법은, 임팩트 전동공구에 있어서 임팩트 모드의 활성화 여부를 판단하는 단계(S100), 공구축을 회전 구동하는 단계(S200), 상기 공구축에 가해지는 토크가 타격 발생 설정 토크 이상이면 상기 공구축에 해머에 의해 타격을 발생하도록 구동하는 단계(S300) 및 상기 공구축에 가해지는 토크가 타격 가세 설정 토크 이상이면 상기 해머에 해머 가세부를 가세하여 상기 공구축에 더 큰 타격을 발생하도록 구동하는 단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공구축에 가해지는 토크의 검출은 구동 모터의 부하 변동에 의해 검출하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 임팩트 전동공구는 해머와 해머 가세부가 별도로 구성되어, 드릴 모드와 임팩트 모드를 구분하여 해머 단독 또는 해머와 해머 가세부의 결합체를 종래의 앤빌에 충격하는 해머로 사용하여 작업에 따라 적절한 타격을 가할 수 있는 장점이 있다.

또한, 종래에 비해 해머를 분리구조로 하여 작은 해머만으로 구동하는 경우 모터의 구동력 손실을 줄일 수 있으며 작은 타격이 필요한 경우 적절한 작업 효과를 얻을 수 있다.

나아가, 해머와 해머 가세부의 결합을 단속하는 가세 단속부는 공구축의 검출 토크에 연동하여 작동하므로 볼트나 스크류 체결 작업 상태에 따라 적절히 결합을 단속하게 되므로 최적의 결과를 얻을 수 있다.

그리고, 공구축의 토크 검출은 별도의 센서나 기계적 구조가 필요없이 모터의 부하 변동에 의해 검출하므로 구조가 간단하고 생산원가를 절감할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 전동공구의 공구축 및 해머의 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 임팩트 전동공구의 해머와 해머 가세부가 분리된 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 임팩트 전동공구의 해머와 해머 가세부가 결합된 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 임팩트 전동공구의 가세 단속부의 동작을 개략적으로 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 임팩트 전동공구의 해머와 해머 가세부의 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 임팩트 전동공구의 제어방법을 설명하기 위한 도면.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 임팩트 전동공구에 대해서 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 임팩트 전동공구는 일단에 공구가 체결되는 공구축(100), 상기 공구축(100)의 타단에 형성되는 앤빌(110), 상기 앤빌(110)과 접촉하여 회전방향으로 충격을 가하는 해머(200), 상기 해머(200)에 결합되어 충격을 가세하는 해머 가세부(210) 및 상기 해머 가세부(210)의 상기 해머(200)에의 결합을 단속하는 가세 단속부(300)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 공구축(100)은 일단에 드릴 비트나 드라이버 비트와 같은 작업 목적에 맞는 다양한 공구를 체결하고 이를 회전시키고 직접 재료에 접촉하여 작업을 수행하는 구성요소이다.

상기 공구축(100)의 타단에는 앤빌(110)이 형성되고, 상기 앤빌(110)은 상기 해머(200)에 의해 공구축(100)의 회전 방향으로 타격되어 타단에 결합된 공구가 회전방향으로 충격(임팩트)되므로 스크류나 볼트와 같은 결속 부재를 대상물에 결합하는 타격력을 가하게 된다.

상기 해머(200)는 종래의 하나의 무거운 부재로 구성되는 것과는 달리, 상기 앤빌(110)과 접촉하고 충격하는 부위에 한정하여 분리한 부분으로 제공되는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같이, 타격 기능이 수행되지 않는 드릴 모드에서는 상기 해머(200)는 상기 앤빌(110)과 접촉한 상태를 유지하고, 모터측과 연결된 해머(200)가 회전하면 상기 앤빌(110)이 회전하여 공구축(100)이 회전하게 되므로 해머(200)는 공구축(100)를 회전시키기 위해서 항상 회전되는 부위가 된다.

따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 앤빌(110)에 접촉하고 충격하는 부위에 한정하여 종래에 비해 작게 형성된 해머(200)는 종래의 무거운 커다란 하나의 부재로 구성되는 것에 비하여 작고 가볍기 때문에 모터 구동력의 손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.

나아가, 약한 재질의 소재에 나사 또는 스크류를 체결하는 경우 약한 타격력을 가할 필요가 있으며 이러한 경우 가벼운 상기 해머(200)만으로 타격을 하면 적절한 작업 결과를 얻을 수 있을 것이다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 해머(200)와 동축으로 결합 또는 분리되고 충격을 가세하는 해머 가세부(210)가 별도의 구성으로 제공되고, 상기 해머 가세부(210)가 해머(200)에 결합하면 상기 앤빌(110)에 충격하는 해머(200)의 무게가 증가하므로 앤빌(110)에 강한 타격을 가하여 강력한 임팩트 기능을 달성할 수 있다.

따라서, 상기 해머(200)와 해머 가세부(210)의 결합 여부에 따라 상기 앤빌(110)에 가해지는 충격력이 달라지므로 최적의 작업 결과를 얻기 위해서는 해머(200)와 해머 가세부(210)의 결합을 작업 상태에 따라 적절히 단속할 필요가 있다.

상기 해머 가세부(210)와 해머(200)의 결합은 가세 단속부(300)에 의하여 단속될 수 있으며, 상기 가세 단속부(300)는 작업 상태에 따라 상기 해머 가세부(210)의 결합을 단속하여 상기 앤빌(110)에 가해지는 타격력을 가변시킬 수 있다.

예를 들면, 상기 가세 단속부(300)는 상기 공구축(100)에 가해지는 토크에 연동하여 상기 해머 가세부(210)와 해머(200)의 결합을 단속할 수 있으며, 이 경우 상기 공구축(100)의 검출 토크가 일정 토크 이상인 경우 더 이상 조여지지 않고 반발력이 상승하는 상태로 볼 수 있으므로 상기 해머 가세부(210)를 결합하여 앤빌(110)에 더 큰 충격을 가하여 스크류나 너트를 강하게 체결하도록 제어하는 것이다.

따라서, 상기 가세 단속부(300)는 상기 공구축(100)의 검출 토크가 증가하면 상기 해머 가세부(210)를 해머(200)에 결합하도록 제어하며, 상기 토크의 변동은 전동공구의 모터 부하 변화에 의해 검출하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 가세 단속부(300)는 상기 공구축(100)의 검출 토크에 연동하여 결합을 단속하는 액추에이터를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 해머 가세부(210)와 해머(200)의 결합을 단속할 수 있는 범위에서 액추에이터는 바(bar) 또는 봉과 같은 다양한 형태로 제공될 수 있다.

전술한 바와 같이, 전동공구의 임팩트 기능은 전술한 바와 같이 종래의 해머와 앤빌 중 어느 한쪽 축에 캠 경로를 형성하고 스틸볼로 고정하여 탄성 지지하고, 지지하는 탄성을 넘어서는 토크가 가해지면 해머가 축 방향으로 후퇴하면서 임팩트를 가하는 구조를 가지는 것이 일반적이었다.

따라서, 종래에는 임팩트가 발생하는 타격 설정토크는 해머를 탄성 지지하는 힘에 의하여 결정이 되었으나, 상기 공구축(100)에 별도의 토크를 검출할 수 있는 센서를 부착하거나 BLDC 모터를 적용하는 경우 공구축(100)을 구동하는 모터의 부하 변동에 의해 상기 공구축(100)에 가해지는 토크를 검출할 수 있으므로 이를 기초로 타격 설정토크를 설정할 수 있을 것이다.

결국, 상기 공구축(100)에 가해지는 토크의 변화에 연동하여 상기 가세 단속부(300)는 상기 공구축(100)의 검출 토크가 증가하면 상기 해머 가세부(210)를 해머(200)에 결합하도록 제어할 수 있으며 특히, 상기 토크의 변동은 전동공구의 모터 부하 변화에 의해 검출하는 것을 특징으로 할 수 있다.

도 4(a)를 참조하면, 드릴 모드나 큰 타격력을 필요하지 않는 경우에는 상기 가세 단속부(300)가 해머(200)와 해머가세부(210)의 결합을 해제하여 비교적 작고 가벼운 해머(200)만 회전하고 상기 앤빌(110)을 타격하게 된다.

도 4(b)를 참조하면, 스크류나 볼트가 어느정도 조여져서 더이상 회전하지 않을때 더 큰 타격을 가하여 강하게 결속 부재를 결합하기 위해서는 상기 가세 단속부(300)가 해머(200)와 해머 가세부(210)의 결합을 인가하여 상기 해머(200)와 해머 가세부(210)의 결합체가 상기 앤빌(110)을 충격하게 되어 원하는 작업을 마무리 할 수 있다.

따라서, 상기 가세 단속부(300)는 전동공구의 모터를 제어하는 전자 제어부에서 제어되는 것이 바람직하며, 상기 해머 가세부(210)와 해머(200)의 결합을 단속할 수 있는 액추에이터는 다양한 형태로 적용될 수 있을 것이다.

예를 들어 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 해머(200)와 해머 가세부(210)의 상호 간에 직접 결합할 수 있는 구조를 형성하고 상기 해머 가세부(210)를 축 방향으로 움직여 결합을 단속하도록 액추에이터를 적용할 수도 있다.

나아가, 상기 가세 단속부(300)는 사용자에 의해서 직접 결합 여부를 단속할 수 있도록 제공되어, 작업 종류에 따라 사용자의 의사에 따라 상기 해머 가세부(210)의 결합을 제한할 수도 있을 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 임팩트 전동공구의 제어방법에 대해서 설명한다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 임팩트 전동공구의 제어방법은 임팩트 전동공구에 있어서, 임팩트 모드의 활성화 여부를 판단하는 단계(S100), 공구축을 회전 구동하는 단계(S200), 상기 공구축에 가해지는 토크가 타격 발생 설정 토크 이상이면 상기 공구축에 해머에 의해 타격을 발생하도록 구동하는 단계(S300) 및 상기 공구축에 가해지는 토크가 타격 가세 설정 토크 이상이면 상기 해머에 해머 가세부를 가세하여 상기 공구축에 더 큰 타격을 발생하도록 구동하는 단계(S400)를 포함한다.

임팩트 모드는 작업 종류에 따라 사용자가 온 오프 할 수 있으므로 임팩트 모드의 활성화 여부를 먼저 판단하여(S100) 임팩트 모드의 작동 및 해머 가세부의 작동 여부를 결정한다.

이때, 임팩트 모드가 활성화되지 않으면 드릴 모드로 전동공구는 작동하게 되며, 별도의 임팩트 동작 없이 단순히 공구축을 회전시키고(S210) 전동공구에 무리가 가지 않도록 최대 설정 토크에 도달하면 작동을 멈추는 것으로(S310) 제어가 될 것이다.

임팩트 모드가 활성화된 상태에서 공구축을 회전 구동하게 되어 일련의 작업을 수행하게 되며(S200), 상기 공구축에 가해지는 토크가 타격 발생 설정 토크 이상이면 상기 공구축에 해머에 의해 타격을 발생하도록 구동하게 된다(S300).

이러한 타격 발생 설정 토크는 종래의 캠 경로와 스틸볼 구조를 상기 해머(200)의 회전축에 적용하여 해머를 탄성 지지하는 힘에 의해 결정될 수 있으며, 상기 공구축(100)에 별도의 토크를 검출할 수 있는 센서를 부착하거나 직접 모터의 부하 변동에 의해 상기 공구축(100)에 가해지는 토크를 검출하여 전자 제어를 통해 타격 발생 설정 토크를 설정할 수 있다.

또한, 상기 공구축에 가해지는 토크가 타격 가세 설정 토크 이상이면 상기 해머에 해머 가세부를 가세하여 상기 공구축에 더 큰 타격을 발생하도록 구동하도록 할 수 있으며(S400), 상기 공구축에 가해지는 토크의 검출은 구동 모터의 부하 변동에 의해 검출할 수 있다.

이러한 일련의 단계는 전동 공구에 있어서 모터 등을 제어하는 전자 제어 시스템에 의하여 타격 발생 설정토크, 타격 가세 설정토크 및 최고 설정 토크 등을 설정, 변경할 수 있으며 구동 모터의 부하 변동을 검출하여 과정을 수행하는 것이 바람직할 것이다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로, 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100; 공구축 110; 앤빌
200; 해머 210; 해머 가세부
300; 가세 단속부

Claims (5)

1. 삭제
2. 일단에 공구가 체결되는 공구축(100);
   상기 공구축(100)의 타단에 형성되는 앤빌(110);
   상기 앤빌(110)과 접촉하여 회전방향으로 충격을 가하는 해머(200);
   상기 해머(200)에 결합되어 충격을 가세하는 해머 가세부(210); 및
   상기 해머 가세부(210)의 상기 해머(200)에의 결합을 단속하는 가세 단속부(300)를 포함하고,
   상기 가세 단속부(300)는 상기 공구축(100)의 검출 토크에 연동하여 결합을 단속하는 액추에이터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 임팩트 전동공구.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 가세 단속부(300)는 상기 공구축(100)의 검출 토크가 증가하면 상기 해머 가세부(210)를 해머(200)에 결합하도록 제어하며, 상기 토크의 변동은 전동공구의 모터 부하 변화에 의해 검출하는 것을 특징으로 하는 임팩트 전동공구.
4. 임팩트 전동공구에 있어서,
   임팩트 모드의 활성화 여부를 판단하는 단계(S100);
   공구축을 회전 구동하는 단계(S200);
   상기 공구축에 가해지는 토크가 타격 발생 설정 토크 이상이면 상기 공구축에 해머에 의해 타격을 발생하도록 구동하는 단계(S300); 및
   상기 공구축에 가해지는 토크가 타격 가세 설정 토크 이상이면 상기 해머에 해머 가세부를 가세하여 상기 공구축에 더 큰 타격을 발생하도록 구동하는 단계(S400); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 임팩트 전동공구의 제어방법.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 공구축에 가해지는 토크의 검출은 구동 모터의 부하 변동에 의해 검출하는 것을 특징으로 하는 임팩트 전동공구의 제어방법.

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