JP2004291143A

JP2004291143A - Screw fastening power tool

Info

Publication number: JP2004291143A
Application number: JP2003086378A
Authority: JP
Inventors: Kozo Kawai; 幸三河井; Motoharu Muto; 元治武藤
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: JP4300840B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To certainly change a motor speed to a low rotation speed just before seating of a screw. <P>SOLUTION: This screw fastening power tool comprises the motor for rotating an attached tip tool, an operation switch operated by a user, and a control part for operating the motor at a rotation speed corresponding to an operation amount of the operation switch. While the operation amount of the operation switch is increased, control of the rotation speed of the motor by the control part is switched from a first speed setting range where the rotation speed is increased with increase of the operation amount to a second speed setting range where the rotation speed is kept lower than a maximum rotation speed in the first speed setting range. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はねじ締め電動工具に関し、詳しくは、ねじ着座後の好適なねじ締めを実現する電子的制御部に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ねじ締め電動工具としては、ねじの締付けを好適に制御する為に機械式クラッチを使用したものと、電子制御クラッチを使用したものとがある。機械式クラッチは、先端工具を取付けるチャックに設定トルク以上の負荷トルクがかかると、モータからチャックへの動力伝達をばねに抗して機械的に遮断するものであり、上記機械式クラッチを用いることで、ねじの着座により急激に負荷トルクが上昇して設定トルクを超えると、それ以上はねじが締め付けられないようにすることができる。これに対して、電子制御クラッチは、ねじの着座により設定トルク以上の負荷トルクに相当する負荷電流がモータに流れると、これを検出してモータへの通電を停止させ、それ以上はねじが締め付けられないようにするものである。
【０００３】
機械式クラッチの場合、ばねという機構部品により設定トルクへの到達が検出されるので、締め付けトルクのばらつきが大きく、また、設定トルクの細かな設定が困難であるとともに設定可能なトルク範囲も小さいという問題がある。これに対して、電子制御クラッチの場合においては、上記した機械式クラッチの問題は解消されるものの、設定トルクへの到達が検出された時点でモータへの通電を停止させても減速機やチャック等の慣性による回転運動を強制的に停止させることまではできず、したがって設定トルク以上の負荷トルクでねじが締め付けられるという問題がある。また、モータの回転速度が変化している領域ではモータの負荷電流と締め付けトルクとの関係がねじと被固定部材との組合せにより変化するので、ねじ締めを所定の締め付けトルクで精度良く行うことが困難であるという問題がある。
【０００４】
そこで、電子制御クラッチにおいて上記問題を解消するものとして、ねじの着座直前の回転数を作業中の学習により記憶し、この記憶された回転数に到達すれば一旦モータを停止させた後に低速の締め付け作業を行うものが提案されている（特許文献１参照）。しかし、このものにおいては、ねじの回転数を学習したとしても、ボルトとナットのねじ山が合うまでの空転量や、被固定部材が木である場合にねじが木に食い込むまでの空転量といったものが生じるので、正確に着座直前を検出することは困難であるという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１５３６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ねじの着座直前に確実にモータを低い回転速度に切換えることのできる、ねじ締め電動工具を提供することを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明を、装着した先端工具を回転駆動させるモータと、使用者により操作される操作スイッチと、操作スイッチの操作量に応じた回転速度でモータを運転させる制御部とを具備したねじ締め電動工具において、前記制御部によるモータの回転速度の制御を、操作スイッチの操作量を増加させていく途中で、操作量が大きなほど回転速度を高くする第１速度設定範囲から、第１速度設定範囲の最高回転速度よりも低い回転速度に保持する第２速度設定範囲に切換わるものとしたことを特徴としたものとする。
【０００８】
このようにすることで、ねじの着座直前に使用者の目視による判断に基づいて操作スイッチの操作量を調整するという簡単な操作により、モータの回転速度を第２速度設定範囲の低速となるように確実に切換えることができる。つまり、ねじに設定トルク以上の締め付けトルクが生じることが簡単な操作により確実に防止されるものである。
【０００９】
また、締付けトルク設定手段を備えるとともに、前記制御部を、締付けトルク設定手段での設定値に応じて第２速度設定範囲でのモータの回転速度を設定するものとしてもよい。このようにすることで、ねじの締め付けトルクを使用者が自在に設置することができるものである。
【００１０】
また、モータ電流検出手段を備えるとともに、前記制御部を、締め付けトルク設定手段での設定値に応じて第２速度設定範囲でのモータの上限電流を設定し、モータ電流検出手段での検出値が上限電流以下となるように電流制限するものとしてもよい。このようにすることで、ねじの締め付けトルクを更に高精度で制御することができるものである。
【００１１】
また、モータ電流検出手段を備えるとともに、前記制御部を、締め付けトルク設定手段での設定値に応じて第２速度設定範囲でのモータの上限電流を設定し、モータ電流検出手段での検出値が上限電流を超えた場合にはモータを停止させるものとしてもよく、このようにすることで、ねじの締め付けトルクを更に高精度で制御することができるものである。更に、前記制御部を、モータ電流検出手段での検出値が上限電流を所定回数又は所定時間超えた場合にモータを停止させるものとした場合には、締め付けトルクの多様な制御が可能となるものである。
【００１２】
また、前記制御部を、第１速度設定範囲では第１周波数での第１ＰＷＭ制御を行い、第２速度設定範囲では第２周波数での第２ＰＷＭ制御を行うものとしてもよい。このようにすることで、第１速度設定範囲と第２速度設定範囲においてモータの出力制御が容易となるものである。そして、第２周波数が第１周波数よりも低いものとすることで、第１速度設定範囲においてはモータのきめ細かい出力制御が可能になるとともに、第２速度設定範囲においては使用者に締め付け時の断続的な反動を与えてねじ締め完了のタイミングを判断し易くすることができるものである。
【００１３】
また、前記制御部を、第２速度設定範囲における第２周波数での第２ＰＷＭ制御のオンパルス内で、第１周波数での第１ＰＷＭ制御を行うものとしてもよい。このようにすることで、第２速度設定範囲においてモータのきめ細かい出力制御を可能とし、同時に、使用者に断続的な反動を与えてねじ締め完了のタイミングを判断し易くすることができるものである。
【００１４】
また、操作スイッチの操作量が第２速度設定範囲に移行する際に使用者にクリック感を付与するクリック手段を備えたものであってもよい。このようにすることで、モータの制御が第２速度設定範囲に移行したことを使用者に明確に通知することができるものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に示す実施の形態に基づいて説明する。図２には、本発明の実施の形態における一例のねじ締め電動工具１の全体を示している。このねじ締め電動工具１は、ねじ３０を締め付ける為の先端工具２を着脱自在に装着するチャック３と、小型高トルクの直流モータであるモータ４と、モータ４の動力をチャック３に伝達する遊星減速機である減速機５と、充放電可能な２次電池である電池部６と、トリガー状の操作スイッチ７と、使用者による操作スイッチ７の操作量（即ち引き込み量）に応じた回転速度で運転されるようにモータ４から電池部６への電流供給を制御する制御部８とを具備して成る電動ドライバである。
【００１６】
上記制御部８は図３に示す通りの構成であって、可変抵抗１７を用いた操作スイッチ７の操作量を読取るスイッチ操作状態読取り手段９と、該スイッチ操作状態読取り手段９で読取られた操作量に応じて回転速度を決定する回転速度設定手段１０と、該回転速度設定手段１０で決定された回転速度でモータ４を運転させるモータ制御手段１１と、低抵抗を用いた電流センサ１３からの出力に基づきモータ４に流れる電流値を検出するモータ電流検出手段１２とを備えている。スイッチ操作状態読取り手段９とモータ電流検出手段１２はマイコンのＡ／Ｄ変換を利用したものであり、モータ制御手段１１は、モータ４への通電のオンオフを制御する駆動用ＦＥＴ１４と該モータ４の回転にブレーキをかけるブレーキ用ＦＥＴ１５の制御によりモータ４の運転制御を行うものであり、駆動用ＦＥＴ１４をＰＷＭ制御するとともに駆動パルスのデューティを変更することでモータ４の回転速度を変更自在としている。
【００１７】
図１（ｂ）には本例の制御部８による操作スイッチ７の操作量に応じたモータ４の回転速度制御の様子を示しているが、図示のように、操作スイッチ７を引込み始めてから操作量が所定量Ｑ_１に達するまでの間は、遊び範囲としてモータ４に通電せず（即ち回転速度ゼロ）、操作量が所定量Ｑ_１を超えて所定量Ｑ_２に達するまでの間は、操作量が大きくなるほど回転速度が高くなっていくようにモータ４を制御する。この操作量が所定量Ｑ_１から所定量Ｑ_２までの速度制御領域が第１速度設定範囲となっている。操作量が所定量Ｑ_２を超えて所定量Ｑ_３に達するまでの間は、モータ４の回転速度を第１速度設定範囲の最高回転速度で維持する最高速度範囲となっており、次に操作量が所定量Ｑ_３を超えると、モータ４の回転速度を第１速度設定範囲の最高回転速度よりも低い一定の回転速度に保持するものである。この操作量が所定量Ｑ_３を超えた低速領域が第２速度設定範囲となっており、該第２速度設定範囲でのモータ４の回転速度は、ねじ締め電動工具１に備えた締め付けトルク設定手段１６での設定値に応じて、制御部８の回転速度設定手段１０にて設定されるものである。
【００１８】
このように、操作スイッチ７の操作量を増加させていく途中で、操作量が大きなほど回転速度を高くする第１速度設定範囲から、第１速度設定範囲の最高回転速度よりも低い回転速度に保持する第２速度設定範囲に切換わるような制御とすることで、使用者の目視による判断に基づいてねじ３０の着座直前に操作スイッチ７の操作量を調整して（大きく引き込んで）モータ４の回転速度が第２速度設定範囲の低速となるように切換えれば、図１（ａ）に示すような第２速度設定範囲に切換わることのない従来の回転速度制御の場合と比して、減速機５やチャック３の慣性による回転エネルギを小さくした状態でねじ３０を着座させることができ、設定トルク以上の締め付けトルクがねじ３０に生じることが防止される。また、着座時にモータ４の回転速度は一定に保持されることからも、ねじ締めが所定の締め付けトルクで精度良く行われるものである。
【００１９】
図４に模式的に示すように、第１速度設定範囲でのモータ４の回転速度制御は、第１周波数（本例では１９ｋＨｚ）での駆動用ＦＥＴ１４の第１ＰＷＭ制御により行われ、第２速度設定範囲でのモータ４の回転速度制御は、第１周波数よりも低い第２周波数（本例では３０Ｈｚ）での駆動用ＦＥＴ１４の第２ＰＷＭ制御により行われる。具体的には、まず、操作スイッチ７を操作して上記した第１速度設定範囲に至ると、第１ＰＷＭ制御において低デューティで低速によりねじ３０を被固定部材３１に対し締め付けていく［図５（ａ）参照］。第１速度設定範囲での操作スイッチ７の操作量が増加すると第１ＰＷＭ制御におけるデューティが増加するようになっており、これに伴いモータ４の回転速度は徐々に増加してデューティ１００％となれば最高回転速度に至る。そして、第１速度設定範囲で最高回転速度となった状態から、操作量が更に所定量増加するまでの間は、第１ＰＷＭ制御のデューティ１００％の状態が保持される。これが最高速度範囲であり、モータ４へのフル通電によりねじ３０は高速で締められていく［図５（ｂ）参照］。最高速度範囲にてねじ３０が締められる様子を使用者が目視にて確認し、着座直前［図５（ｃ）参照］となったら操作スイッチ７の操作量を更に増加させ、第２速度設定範囲での制御に切換えて低速に保持する。ここで、ブレーキ用ＦＥＴ１４をオンにしても減速機５やチャック３の惰性によりねじ３０の回転速度はすぐに低速には切換わらず、余分に締められることとなるが、使用者はこれによりねじ３０が着座にまで至らないように操作する［図５（ｄ）参照］。その後、ねじ３０は回転速度設定手段１０により設定された回転速度で締められ、低速での着座に至り［図５（ｅ）参照］、操作スイッチ７をオフにするまで締付けが行われるものである。
【００２０】
第２速度設定範囲でのモータ４の第２ＰＷＭ制御は、既述したように、締め付けトルク設定手段１６での設定値に対応した回転速度となるように第２周波数で行われるものであるが、本例においては更に、第２速度設定範囲における第２周波数での第２ＰＷＭ制御のオンパルス内で、第１周波数での第１ＰＷＭ制御が行われるようにしている。図６には、第２速度設定範囲における第１ＰＷＭ制御のデューティを６０％、第２ＰＷＭ制御のデューティを４７％とした場合のモータ４の電流波形を示している。このものは、第１速度設定範囲では締め始めからほぼ１００％のデューティで動作させたものであり、図中のＦ点を境に操作スイッチ７を第２速度設定範囲となるまで操作すると、パルス状の電流波形はその電流ピーク値が徐々に増加した後に或るレベルで飽和し、図中のＧ点でねじ３０の着座に至った後は負荷の増加により電流ピーク値がステップ状に増大していることが見てとれる。また、図中のＨ点以後はモータ４がロック状態に至り電流ピーク値も飽和していることが分かる。即ち、Ｈ点以後の電流ピーク値がモータ４のロック電流値であり、該ロック電流値に相当するトルクがねじ３０の締め付けトルクとなる。
【００２１】
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、第２速度設定範囲における第２ＰＷＭ制御のデューティを４７％に固定して第１ＰＷＭ制御のデューティを変化させると、ロック電流値及び戻しトルクは第１ＰＷＭ制御のデューティが増加するに伴い増加する。即ち、第１ＰＷＭ制御のデューティにより締め付けトルクが制御可能であることが分かる。
【００２２】
図８には、第２速度設定範囲における第２ＰＷＭ制御のデューティを１００％とした場合のモータ４の電流波形を示している。この場合、第２速度設定範囲においては第１速度設定範囲と同様の第１周波数による第１ＰＷＭ制御のみを行うこととなる。モータ４の電流波形は概ね図６に基づき既述した電流波形と同様であり、図中のＦ点を境に第２速度設定範囲に至り、Ｇ点でねじ３０の着座に至り、Ｈ点以後はモータ４がロック状態に至るものである。この場合においても、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、第１ＰＷＭ制御のデューティにより締め付けトルクが制御可能であることが分かる。
【００２３】
図１０には、第２速度設定範囲における第１ＰＷＭ制御のデューティを１００％とした場合のモータ４の電流波形を示している。この場合、第２速度設定範囲においては第２周波数による第２ＰＷＭ制御のみを行うこととなる。モータ４の電流波形は概ね図６や図８に基づき既述した電流波形と同様であり、図中のＦ点を境に第２速度設定範囲に至り、Ｇ点でねじ３０の着座に至り、Ｈ点以後はモータ４がロック状態に至るものである。
【００２４】
ここで、第２速度設定範囲での回転速度制御を図８のように第１周波数による第１ＰＷＭ制御のみで行った場合と、図１０のように第２周波数による第２ＰＷＭ制御のみで行った場合とを比較すると、両者の違いは周波数の高低であり、前者の場合は第１周波数が１９ｋＨｚという高周波数であることからロック電流ひいては締め付けトルクをきめ細かく制御することができるという利点があり、後者の場合は第２周波数が３０Ｈｚという低周波数であることからねじ３０の着座以後はモータ４への断続的な通電による反動がねじ締め電動工具１を把持する使用者の手に明確に伝達され、この断続的な反動を感じることによりねじ締め完了のタイミングを適切に判断し易くなるという利点がある。
【００２５】
そして、図６のように第２速度設定範囲での回転速度制御を、第１周波数での第１ＰＷＭ制御と第２周波数での第２ＰＷＭ制御とを組合せて行うようにした場合は、高周波数である第１周波数の作用により締め付けトルクがきめ細かく制御され、同時に、低周波数である第２周波数の作用によりねじ締め完了のタイミングの判断を容易にする断続的な振動が発生するものである。
【００２６】
次に、モータ４の電流リミッタについて説明する。上記のように第１ＰＷＭ制御と第２ＰＷＭ制御とを組合せた制御によってロック電流や締め付けトルクを制御することはできるが、これだけでは精度面で十分であるとは言いづらい。また、図１１には被固定部材３１として木を用いた場合のモータ４の電流波形を示しているが、図の波形からも明らかなように、このような場合はねじ３０が着座に至る点が明確でなく電流ピーク値もだらだらと増加を続けることとなる。そこで、モータ電流検出手段１２によってモータ４に流れる電流値を検出するとともに、締め付けトルク設定手段１６での設定値に相当するロック電流をモータ４の上限電流として、モータ電流検出手段１２の検出値がこの上限電流を所定回数又は所定時間超えた場合にはモータ４を停止させるように制御させる。なお、上限電流は、締め付けトルク設定手段１６での設定値を基にモータ４のＮ−Ｔ特性や電源部４の電圧、減速比等を考慮して設定されるものである。また、制御部８によるモータ４の電流制御を、モータ電流検出手段１２での検出値が上限電流を超えた場合にはモータ４への電流をカットすることで、モータ電流検出手段１２での検出値が上限電流以下となるように電流制限するものとしてもよい。
【００２７】
図１２には操作スイッチ７の構造を示しているが、図示のように、操作スイッチ７には可撓性のレバー１８を操作量の増加方向（図中矢印方向）に向けて突設させており、ねじ締め電動工具１の本体側の上記レバー１８近傍には、操作スイッチ７の操作量が所定量となるまで移動した際にレバー１８の突先が当る位置に、凸部１９を形成している。レバー１８と凸部１９とが当る時点での操作スイッチ７の操作量は第２速度設定範囲に移行する操作量若しくはその近傍に設定されており、レバー１８が凸部１９に当った後に自身の撓みにより凸部１９を乗り越えていく際に使用者は明確なクリック感を得て第２速度設定範囲に移行したことを通知されるものである。即ち、上記のレバー１８及び凸部１９が、操作スイッチ７の操作量が第２速度設定範囲に移行する際に使用者にクリック感を付与するクリック手段２０となっている。なお、上記クリック手段２０としては、操作スイッチ７の操作量が第２速度設定範囲側から第１速度設定範囲側に戻る際には殆どクリック感を付与しないようにレバー１８及び凸部１９を形成したものが好ましい。
【００２８】
なお、本例においては、トリガー状であってその引込み量が操作量となる操作スイッチ７を用いているが、これに限定されず、回転式であってその回転量が操作量となるもの等、或る程度の操作量を有するものであれば操作スイッチ７として用いることができるのは勿論である。
【００２９】
【発明の効果】
上記のように請求項１記載の発明にあっては、ねじの着座直前に使用者の目視による判断に基づいて操作スイッチの操作量を調整するという簡単な操作により、モータの回転速度を第２速度設定範囲の低速となるように確実に切換えることができるので、ねじに設定トルク以上の締め付けトルクが生じることが簡単な操作により確実に防止されるという効果がある。
【００３０】
また、請求項２記載の発明にあっては、請求項１記載の発明の効果に加えて、ねじの締め付けトルクを使用者が自在に設置することができるという効果がある。
【００３１】
また、請求項３記載の発明にあっては、請求項２記載の発明の効果に加えて、ねじの締め付けトルクを更に高精度で制御することができるという効果がある。
【００３２】
また、請求項４記載の発明にあっては、請求項２記載の発明の効果に加えて、ねじの締め付けトルクを更に高精度で制御することができるという効果がある。
【００３３】
また、請求項５記載の発明にあっては、請求項４記載の発明の効果に加えて、締め付けトルクの多様な制御が可能になるという効果がある。
【００３４】
また、請求項６記載の発明にあっては、請求項１〜５のいずれか記載の発明の効果に加えて、第１速度設定範囲と第２速度設定範囲においてモータの出力制御が容易になるという効果がある。
【００３５】
また、請求項７記載の発明にあっては、請求項６記載の発明の効果に加えて、第１速度設定範囲においてはモータのきめ細かい出力制御が可能になるとともに、第２速度設定範囲においては使用者に締め付け時の断続的な反動を与えてねじ締め完了のタイミングを判断し易くすることができるという効果がある。
【００３６】
また、請求項８記載の発明にあっては、請求項７記載の発明の効果に加えて、第２速度設定範囲においてモータのきめ細かい出力制御を可能とし、同時に、使用者に断続的な反動を与えてねじ締め完了のタイミングを判断し易くすることができるという効果がある。
【００３７】
また、請求項９記載の発明にあっては、請求項１〜８のいずれか記載の発明の効果に加えて、モータの制御が第２速度設定範囲に移行したことを使用者に明確に通知することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は従来のねじ締め電動工具の制御方法を示す説明図であり、（ｂ）は本発明の実施の形態における一例の電動工具の制御方法を示す説明図である。
【図２】一例のねじ締め電動工具の全体説明図である。
【図３】一例のねじ締め電動工具の制御回路を示す説明図である。
【図４】一例のねじ締め電動工具のＰＷＭ制御の説明図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は一例のねじ締め電動工具を用いてねじ締めを行う各段階の説明図である。
【図６】一例のねじ締め電動工具のモータの電流波形を示す説明図である。
【図７】（ａ）は第２ＰＷＭ制御のデューティを４７％に固定した時の第１ＰＷＭ制御のデューティとロック電流との関係を示す説明図であり、（ｂ）は第２ＰＷＭ制御のデューティを４７％に固定した時の第１ＰＷＭ制御のデューティと戻しトルクとの関係を示す説明図である。
【図８】一例のねじ締め電動工具のモータの別の電流波形を示す説明図である。
【図９】（ａ）は第２ＰＷＭ制御のデューティを１００％に固定した時の第１ＰＷＭ制御のデューティとロック電流との関係を示す説明図であり、（ｂ）は第２ＰＷＭ制御のデューティを１００％に固定した時の第１ＰＷＭ制御のデューティと戻しトルクとの関係を示す説明図である。
【図１０】一例のねじ締め電動工具のモータのまた別の電流波形を示す説明図である。
【図１１】一例のねじ締め電動工具を木ねじに用いた場合のモータの電流波形を示す説明図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は一例の操作スイッチを引込む各段階を示す説明図である。
【符号の説明】
１ねじ締め電動工具
２先端工具
４モータ
７操作スイッチ
８制御部
１２モータ電流検出手段
１６締め付けトルク設定手段
２０クリック手段
３０ねじ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a screw tightening power tool, and more particularly, to an electronic control unit that realizes a suitable screw tightening after a screw is seated.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a screw tightening power tool, there are a tool using a mechanical clutch for suitably controlling screw tightening and a tool using an electronic control clutch. The mechanical clutch is designed to mechanically cut off the power transmission from the motor to the chuck against the spring when a load torque greater than the set torque is applied to the chuck to which the accessory tool is attached. If the load torque suddenly rises due to the seating of the screw and exceeds the set torque, the screw can be prevented from being further tightened. On the other hand, when a load current corresponding to a load torque equal to or greater than the set torque flows to the motor due to seating of the screw, the electronic control clutch detects this and stops energizing the motor. It is something that is not to be done.
[0003]
In the case of a mechanical clutch, the reaching of the set torque is detected by a mechanical component called a spring, so that the variation in the tightening torque is large, and it is difficult to finely set the set torque, and the settable torque range is also small. There's a problem. On the other hand, in the case of the electronic control clutch, although the above-mentioned problem of the mechanical clutch is solved, the reduction gear or the chuck may be used even if the power supply to the motor is stopped when the reaching of the set torque is detected. It is not possible to forcibly stop the rotational movement due to inertia, and therefore, there is a problem that the screw is tightened with a load torque greater than a set torque. Further, in the region where the rotation speed of the motor is changing, the relationship between the load current of the motor and the tightening torque changes depending on the combination of the screw and the fixed member, so that the screw can be accurately tightened with the predetermined tightening torque. There is a problem that it is difficult.
[0004]
In order to solve the above problem in the electronic control clutch, the number of rotations immediately before the seating of the screw is stored by learning during operation, and when the stored number of rotations is reached, the motor is temporarily stopped and then the low-speed tightening is performed. One that performs work has been proposed (see Patent Document 1). However, in this case, even if the number of rotations of the screw is learned, the amount of idling until the thread of the bolt and the nut match, or the amount of idling until the screw bites into the tree when the member to be fixed is a tree. There is a problem in that it is difficult to accurately detect immediately before sitting because of the occurrence of the object.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-1536
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a screw tightening power tool capable of reliably switching a motor to a low rotation speed immediately before a screw is seated.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a motor that rotationally drives a mounted tip tool, an operation switch operated by a user, and a control unit that operates the motor at a rotation speed according to an operation amount of the operation switch. In the screw tightening power tool provided with the above, the control of the rotation speed of the motor by the control unit is performed while increasing the operation amount of the operation switch, from the first speed setting range in which the rotation speed increases as the operation amount increases. The second speed setting range is maintained at a rotation speed lower than the maximum rotation speed in the first speed setting range.
[0008]
By doing so, the rotation speed of the motor can be reduced to the low speed in the second speed setting range by a simple operation of adjusting the operation amount of the operation switch based on the visual judgment of the user immediately before the seating of the screw. Can be reliably switched. That is, it is possible to reliably prevent a tightening torque higher than the set torque from being generated in the screw by a simple operation.
[0009]
In addition, a tightening torque setting unit may be provided, and the control unit may set the rotation speed of the motor in the second speed setting range according to a setting value of the tightening torque setting unit. By doing so, the user can freely set the tightening torque of the screw.
[0010]
In addition to the motor current detecting means, the control unit sets the upper limit current of the motor in the second speed setting range according to the setting value of the tightening torque setting means, and the detection value of the motor current detecting means is The current may be limited so as to be equal to or less than the upper limit current. By doing so, the tightening torque of the screw can be controlled with higher accuracy.
[0011]
In addition to the motor current detecting means, the control unit sets the upper limit current of the motor in the second speed setting range according to the setting value of the tightening torque setting means, and the detection value of the motor current detecting means is If the current exceeds the upper limit current, the motor may be stopped. In this way, the screw tightening torque can be controlled with higher accuracy. Further, when the control unit is configured to stop the motor when the value detected by the motor current detecting means exceeds the upper limit current for a predetermined number of times or for a predetermined time, various control of the tightening torque is possible. It is.
[0012]
Further, the control unit may perform the first PWM control at the first frequency in the first speed setting range, and may perform the second PWM control at the second frequency in the second speed setting range. By doing so, the output control of the motor is facilitated in the first speed setting range and the second speed setting range. By setting the second frequency to be lower than the first frequency, fine output control of the motor can be performed in the first speed setting range, and in the second speed setting range, the user can perform intermittent tightening. This makes it easier to judge the timing of the completion of screw tightening by giving a natural reaction.
[0013]
Further, the control unit may perform the first PWM control at the first frequency within the on-pulse of the second PWM control at the second frequency in the second speed setting range. By doing so, fine output control of the motor can be performed in the second speed setting range, and at the same time, an intermittent reaction is given to the user to easily determine the timing of screw tightening completion. .
[0014]
Further, the apparatus may include a click unit that gives a user a click feeling when the operation amount of the operation switch shifts to the second speed setting range. By doing so, it is possible to clearly notify the user that the control of the motor has shifted to the second speed setting range.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the accompanying drawings. FIG. 2 shows an entire screw-fastened power tool 1 according to an embodiment of the present invention. The screw tightening power tool 1 includes a chuck 3 to which a tip tool 2 for tightening a screw 30 is detachably mounted, a motor 4 that is a small high-torque DC motor, and a planet that transmits the power of the motor 4 to the chuck 3. A speed reducer 5 that is a speed reducer, a battery unit 6 that is a chargeable / dischargeable secondary battery, a trigger-like operation switch 7, and a rotation speed according to an operation amount of the operation switch 7 by a user (ie, a retracted amount) And a control unit 8 that controls the current supply from the motor 4 to the battery unit 6 so as to be operated by the electric driver.
[0016]
The control unit 8 has a configuration as shown in FIG. 3, and includes a switch operation state reading unit 9 for reading the operation amount of the operation switch 7 using the variable resistor 17, and an operation read by the switch operation state reading unit 9. A rotation speed setting means 10 for determining a rotation speed according to the amount, a motor control means 11 for operating the motor 4 at the rotation speed determined by the rotation speed setting means 10, and a current sensor 13 using a low resistance. Motor current detecting means 12 for detecting a current value flowing through the motor 4 based on the output. The switch operation state reading means 9 and the motor current detecting means 12 use A / D conversion of a microcomputer, and the motor control means 11 includes a driving FET 14 for controlling on / off of energization of the motor 4 and a driving FET 14 for the motor 4. The operation of the motor 4 is controlled by controlling the brake FET 15 for applying a brake to the rotation. The rotation speed of the motor 4 can be freely changed by PWM controlling the drive FET 14 and changing the duty of the drive pulse.
[0017]
FIG. 1B shows how the control unit 8 of the present embodiment controls the rotation speed of the motor 4 in accordance with the operation amount of the operation switch 7. until the amount reaches a predetermined amount Q _1, does not energize the motor 4 as a tolerance range (that is, the rotation speed zero) until the operation amount reaches the predetermined amount Q ₂ exceeds a predetermined amount Q _1, The motor 4 is controlled so that the rotation speed increases as the operation amount increases. The manipulated variable speed control region from a predetermined amount Q ₁ to a predetermined amount Q ₂ is in the first speed setting range. During operation amount to reach a predetermined amount Q ₃ exceeds a predetermined amount Q ₂ are has a maximum speed range to maintain the rotational speed of the motor 4 at a maximum rotation speed of the first speed setting range, then operation If the amount exceeds a predetermined amount Q _3, it is to hold the rotational speed of the motor 4 at a constant rotational speed lower than the maximum rotational speed of the first speed setting range. The low-speed region in which the operation amount exceeds a predetermined amount Q ₃ has a second speed setting range, the rotational speed of the motor 4 at a second speed setting range, torque setting tightening with the screw fastening power tool 1 The rotation speed is set by the rotation speed setting unit 10 of the control unit 8 according to the set value of the unit 16.
[0018]
As described above, while the operation amount of the operation switch 7 is being increased, the rotation speed is increased from the first speed setting range in which the rotation speed increases as the operation amount increases, to a rotation speed lower than the maximum rotation speed in the first speed setting range. By performing control to switch to the second speed setting range to be held, the operation amount of the operation switch 7 is adjusted (largely retracted) immediately before the screw 30 is seated based on the visual judgment of the user. When the rotation speed is switched so as to be lower than the second speed setting range, compared with the conventional rotation speed control that does not switch to the second speed setting range as shown in FIG. In addition, the screw 30 can be seated in a state where the rotational energy due to the inertia of the speed reducer 5 and the chuck 3 is reduced, and the tightening torque greater than the set torque is prevented from being generated in the screw 30. Further, since the rotation speed of the motor 4 is kept constant at the time of seating, screw tightening is performed accurately with a predetermined tightening torque.
[0019]
As schematically shown in FIG. 4, the rotation speed control of the motor 4 in the first speed setting range is performed by the first PWM control of the driving FET 14 at the first frequency (19 kHz in this example), and the second speed is controlled. The rotational speed control of the motor 4 in the set range is performed by the second PWM control of the driving FET 14 at a second frequency (30 Hz in this example) lower than the first frequency. Specifically, first, when the operation switch 7 is operated to reach the above-described first speed setting range, the screw 30 is fastened to the fixed member 31 at a low duty and a low speed in the first PWM control [FIG. a)]. When the operation amount of the operation switch 7 in the first speed setting range increases, the duty in the first PWM control increases, and accordingly, the rotation speed of the motor 4 gradually increases and reaches a duty of 100%. Up to maximum speed. Then, the state of the first PWM control at a duty of 100% is maintained from the state where the rotation speed becomes the maximum in the first speed setting range until the operation amount further increases by a predetermined amount. This is the maximum speed range, and the screw 30 is tightened at high speed by full energization to the motor 4 (see FIG. 5B). The user visually confirms that the screw 30 is tightened in the maximum speed range, and immediately before sitting (see FIG. 5C), further increases the operation amount of the operation switch 7 to set the second speed setting range. The control is switched to and the low speed is maintained. Here, even if the brake FET 14 is turned on, the rotational speed of the screw 30 is not immediately switched to the low speed due to the inertia of the speed reducer 5 and the chuck 3 and is excessively tightened. An operation is performed so that 30 does not reach seating (see FIG. 5D). Thereafter, the screw 30 is tightened at the rotation speed set by the rotation speed setting means 10, reaches a low-speed seating (see FIG. 5E), and is tightened until the operation switch 7 is turned off. .
[0020]
As described above, the second PWM control of the motor 4 in the second speed setting range is performed at the second frequency so as to have a rotation speed corresponding to the set value of the tightening torque setting unit 16. In this example, further, the first PWM control at the first frequency is performed within the ON pulse of the second PWM control at the second frequency in the second speed setting range. FIG. 6 shows a current waveform of the motor 4 when the duty of the first PWM control is 60% and the duty of the second PWM control is 47% in the second speed setting range. In the first speed setting range, the operation was performed with a duty of approximately 100% from the start of tightening. When the operation switch 7 was operated until the second speed setting range was reached at point F in the drawing, the pulse After the current peak value gradually increases, the current waveform saturates at a certain level, and after the screw 30 is seated at the point G in the figure, the current peak value increases stepwise due to an increase in load. You can see that Further, it can be seen that after the point H in the figure, the motor 4 has reached the locked state and the current peak value is also saturated. That is, the current peak value after the point H is the lock current value of the motor 4, and the torque corresponding to the lock current value is the tightening torque of the screw 30.
[0021]
As shown in FIGS. 7A and 7B, when the duty of the second PWM control in the second speed setting range is fixed to 47% and the duty of the first PWM control is changed, the lock current value and the return torque become the second. It increases as the duty of the 1 PWM control increases. That is, it is understood that the tightening torque can be controlled by the duty of the first PWM control.
[0022]
FIG. 8 shows a current waveform of the motor 4 when the duty of the second PWM control in the second speed setting range is set to 100%. In this case, in the second speed setting range, only the first PWM control using the first frequency similar to the first speed setting range is performed. The current waveform of the motor 4 is substantially the same as the current waveform described above with reference to FIG. 6, reaches the second speed setting range at the point F in the figure, reaches the seat of the screw 30 at the point G, and starts after the point H. Indicates that the motor 4 reaches a locked state. Also in this case, as shown in FIGS. 9A and 9B, it can be seen that the tightening torque can be controlled by the duty of the first PWM control.
[0023]
FIG. 10 shows a current waveform of the motor 4 when the duty of the first PWM control in the second speed setting range is set to 100%. In this case, only the second PWM control using the second frequency is performed in the second speed setting range. The current waveform of the motor 4 is substantially the same as the current waveform described above with reference to FIGS. 6 and 8, the second speed setting range is reached at the point F in the figures, and the screw 30 is seated at the G point. After the point H, the motor 4 reaches the locked state.
[0024]
Here, the case where the rotation speed control in the second speed setting range is performed only by the first PWM control using the first frequency as shown in FIG. 8 and the case where the rotation speed control is performed only by the second PWM control using the second frequency as shown in FIG. The difference between the two is that the frequency is high and low. In the former case, since the first frequency is as high as 19 kHz, there is an advantage that the lock current and thus the tightening torque can be finely controlled. In this case, since the second frequency is a low frequency of 30 Hz, the recoil due to the intermittent energization to the motor 4 after the seating of the screw 30 is clearly transmitted to the hand of the user holding the screw-fastened power tool 1. There is an advantage that it is easy to appropriately judge the timing of screw tightening completion by feeling the intermittent reaction.
[0025]
When the rotational speed control in the second speed setting range is performed by combining the first PWM control at the first frequency and the second PWM control at the second frequency as shown in FIG. Tightening torque is finely controlled by the action of a certain first frequency, and at the same time, intermittent vibration is generated by the action of the second frequency, which is a low frequency, which makes it easy to determine the timing of completion of screw tightening.
[0026]
Next, the current limiter of the motor 4 will be described. Although the lock current and the tightening torque can be controlled by the control combining the first PWM control and the second PWM control as described above, it is hard to say that this alone is sufficient in terms of accuracy. FIG. 11 shows a current waveform of the motor 4 when a tree is used as the fixed member 31. As is clear from the waveform in the figure, in this case, the point at which the screw 30 reaches the seating position is shown. Is not clear, and the current peak value continues to increase gradually. Therefore, the value of the current flowing through the motor 4 is detected by the motor current detecting means 12, and the lock current corresponding to the set value of the tightening torque setting means 16 is set as the upper limit current of the motor 4. When the upper limit current exceeds a predetermined number of times or a predetermined time, the motor 4 is controlled to stop. The upper limit current is set in consideration of the NT characteristics of the motor 4, the voltage of the power supply unit 4, the reduction ratio, and the like based on the set value of the tightening torque setting unit 16. The control of the current of the motor 4 by the control unit 8 is performed by cutting the current to the motor 4 when the detection value of the motor current detection unit 12 exceeds the upper limit current. The current may be limited so that the value is equal to or less than the upper limit current.
[0027]
FIG. 12 shows the structure of the operation switch 7. As shown in the figure, the operation switch 7 is provided with a flexible lever 18 projecting in the direction of increasing the operation amount (the direction of the arrow in the figure). In the vicinity of the lever 18 on the main body side of the screw tightening power tool 1, a projection 19 is formed at a position where the tip of the lever 18 contacts when the operation amount of the operation switch 7 reaches a predetermined amount. ing. The amount of operation of the operation switch 7 at the time when the lever 18 hits the convex portion 19 is set at or near the operation amount for shifting to the second speed setting range. When the user gets over the convex portion 19 due to bending, the user gets a clear click feeling and is notified that the user has shifted to the second speed setting range. That is, the lever 18 and the projection 19 serve as a click unit 20 that gives the user a click feeling when the operation amount of the operation switch 7 shifts to the second speed setting range. The click means 20 is formed with a lever 18 and a convex portion 19 so that when the operation amount of the operation switch 7 returns from the second speed setting range side to the first speed setting range side, almost no click feeling is given. Are preferred.
[0028]
In this example, the operation switch 7 having a trigger shape and the amount of retraction is the operation amount is used. However, the present invention is not limited to this, and the operation switch 7 is a rotary type and the amount of rotation is the operation amount. Of course, any switch having a certain amount of operation can be used as the operation switch 7.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the invention, the rotation speed of the motor is adjusted to the second speed by a simple operation of adjusting the operation amount of the operation switch based on the visual judgment of the user immediately before the seating of the screw. Since it is possible to reliably switch the speed to a low speed in the speed setting range, there is an effect that generation of a tightening torque higher than the set torque on the screw can be reliably prevented by a simple operation.
[0030]
According to the second aspect of the present invention, in addition to the effect of the first aspect, there is an effect that the user can freely set the screw tightening torque.
[0031]
According to the third aspect of the invention, in addition to the effect of the second aspect of the invention, there is an effect that the tightening torque of the screw can be controlled with higher accuracy.
[0032]
According to the invention of claim 4, in addition to the effect of the invention of claim 2, there is an effect that the tightening torque of the screw can be controlled with higher accuracy.
[0033]
According to the invention of claim 5, in addition to the effect of the invention of claim 4, there is an effect that various control of the tightening torque becomes possible.
[0034]
According to the invention of claim 6, in addition to the effect of the invention of any of claims 1 to 5, the output control of the motor becomes easy in the first speed setting range and the second speed setting range. This has the effect.
[0035]
According to the invention of claim 7, in addition to the effect of the invention of claim 6, fine output control of the motor can be performed in the first speed setting range, and in the second speed setting range. There is an effect that it is possible to give the user an intermittent recoil at the time of tightening and to easily determine the timing of screw tightening completion.
[0036]
According to the invention of claim 8, in addition to the effect of the invention of claim 7, fine output control of the motor is enabled in the second speed setting range, and at the same time, intermittent recoil is given to the user. This makes it easier to determine the timing of screw tightening completion.
[0037]
According to the ninth aspect of the present invention, in addition to the effects of any one of the first to eighth aspects, the user is clearly notified that the control of the motor has shifted to the second speed setting range. There is an effect that can be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is an explanatory diagram showing a conventional method for controlling a screw tightening power tool, and FIG. 1B is an explanatory diagram showing a control method for an example power tool according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an overall explanatory view of an example of a screw tightening power tool.
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a control circuit of an example of a screw tightening power tool.
FIG. 4 is an explanatory diagram of PWM control of an example of a screw tightening power tool.
5 (a) to 5 (e) are explanatory views of each stage of screw tightening using an example of a screw tightening power tool.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a current waveform of a motor of the example screw tightening power tool.
FIG. 7A is an explanatory diagram showing the relationship between the duty of the first PWM control and the lock current when the duty of the second PWM control is fixed to 47%, and FIG. FIG. 7 is an explanatory diagram showing a relationship between the duty of the first PWM control and the return torque when the ratio is fixed to%.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing another current waveform of the motor of the example screw tightening power tool.
9A is an explanatory diagram showing a relationship between the duty of the first PWM control and the lock current when the duty of the second PWM control is fixed to 100%, and FIG. 9B is a diagram illustrating the duty of the second PWM control being 100%. FIG. 7 is an explanatory diagram showing a relationship between the duty of the first PWM control and the return torque when the ratio is fixed to%.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing another current waveform of the motor of the example screw tightening power tool.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a current waveform of a motor when an example of the screw tightening power tool is used for a wood screw.
12 (a) to 12 (c) are explanatory views showing each step of pulling in an example of an operation switch.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Screw tightening electric tool 2 Tip tool 4 Motor 7 Operation switch 8 Control part 12 Motor current detecting means 16 Tightening torque setting means 20 Click means 30 Screw

Claims

装着した先端工具を回転駆動させるモータと、使用者により操作される操作スイッチと、操作スイッチの操作量に応じた回転速度でモータを運転させる制御部とを具備したねじ締め電動工具において、前記制御部によるモータの回転速度の制御を、操作スイッチの操作量を増加させていく途中で、操作量が大きなほど回転速度を高くする第１速度設定範囲から、第１速度設定範囲の最高回転速度よりも低い回転速度に保持する第２速度設定範囲に切換わるものとしたことを特徴とするねじ締め電動工具。A screw tightening power tool comprising: a motor that rotationally drives a mounted tip tool; an operation switch operated by a user; and a control unit that operates the motor at a rotation speed according to an operation amount of the operation switch. The control of the rotation speed of the motor by the unit is performed while increasing the operation amount of the operation switch, from the first speed setting range in which the rotation speed increases as the operation amount increases, from the maximum rotation speed in the first speed setting range. The power tool is further adapted to switch to a second speed setting range for maintaining a low rotation speed.

締付けトルク設定手段を備えるとともに、前記制御部を、締付けトルク設定手段での設定値に応じて第２速度設定範囲でのモータの回転速度を設定するものとしたことを特徴とする請求項１記載のねじ締め電動工具。2. The apparatus according to claim 1, further comprising a tightening torque setting unit, wherein the control unit sets a rotation speed of the motor in a second speed setting range according to a set value of the tightening torque setting unit. Screw tightening power tool.

モータ電流検出手段を備えるとともに、前記制御部を、締め付けトルク設定手段での設定値に応じて第２速度設定範囲でのモータの上限電流を設定し、モータ電流検出手段での検出値が上限電流以下となるように電流制限するものとしたことを特徴とする請求項２記載のねじ締め電動工具。A motor current detecting unit, wherein the control unit sets an upper limit current of the motor in the second speed setting range according to a setting value of the tightening torque setting unit, and the detected value of the motor current detecting unit is set to the upper limit current. 3. The screw-tightening power tool according to claim 2, wherein the current is limited as follows.

モータ電流検出手段を備えるとともに、前記制御部を、締め付けトルク設定手段での設定値に応じて第２速度設定範囲でのモータの上限電流を設定し、モータ電流検出手段での検出値が上限電流を超えた場合にはモータを停止させるものとしたことを特徴とする請求項２記載のねじ締め電動工具。A motor current detecting unit, wherein the control unit sets an upper limit current of the motor in the second speed setting range according to a setting value of the tightening torque setting unit, and the detected value of the motor current detecting unit is set to the upper limit current. 3. The screw-fastening power tool according to claim 2, wherein the motor is stopped when the power exceeds the limit.

前記制御部を、モータ電流検出手段での検出値が上限電流を所定回数又は所定時間超えた場合にモータを停止させるものとしたことを特徴とする請求項４記載のねじ締め電動工具。5. The screw-fastening power tool according to claim 4, wherein the control unit stops the motor when a value detected by the motor current detection means exceeds an upper limit current a predetermined number of times or a predetermined time.

前記制御部を、第１速度設定範囲では第１周波数での第１ＰＷＭ制御を行い、第２速度設定範囲では第２周波数での第２ＰＷＭ制御を行うものとしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載のねじ締め電動工具。The control unit performs the first PWM control at a first frequency in a first speed setting range, and performs the second PWM control at a second frequency in a second speed setting range. 5. The screw tightening power tool according to any one of 5).

第２周波数が第１周波数よりも低いことを特徴とする請求項６記載のねじ締め電動工具。The screw-fastened power tool according to claim 6, wherein the second frequency is lower than the first frequency.

前記制御部を、第２速度設定範囲における第２周波数での第２ＰＷＭ制御のオンパルス内で、第１周波数での第１ＰＷＭ制御を行うものとしたことを特徴とする請求項７記載のねじ締め電動工具。8. The screw tightening motor according to claim 7, wherein the control unit performs the first PWM control at the first frequency within an on-pulse of the second PWM control at the second frequency in the second speed setting range. tool.

操作スイッチの操作量が第２速度設定範囲に移行する際に使用者にクリック感を付与するクリック手段を備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか記載のねじ締め電動工具。The screw-fastening power tool according to any one of claims 1 to 8, further comprising click means for giving a user a click feeling when the operation amount of the operation switch shifts to the second speed setting range.