JP5720890B2 - 電動工具 - Google Patents

Description

本発明は、制御部のプログラムに従って動作する電子パルスドライバ等の電動工具に関する。

例えば自動車工場の組立作業においては、多種多様なネジ、ボルトを使用するため、各部品に適した仕様の工具が求められる。しかしながら、従来の電動工具は、制御部（例えばマイコン）に書き込まれたプログラムを書き換えることができなかったため、顧客の要望にあった動作に対応できないという不具合があった。

特開２０１１−６２７７１号公報

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、制御部のプログラムもしくはプログラムの設定値を書き換えることの可能な電動工具を提供することにある。

本発明のある態様は、電動工具である。この電動工具は、
モータと、
前記モータを収容するハウジングと、
前記ハウジングの内部に収容される制御部と、
前記制御部を外部の書換え手段に接続可能なケーブルを含む接続手段と、を有する電動工具であって、
前記接続手段は、外部の書換え手段から前記制御部に、電源供給と信号送信の双方を実行可能であると共に、前記モータへ電力を供給する電源線を介さずに前記制御部に接続されることを特徴とする。

前記接続手段は、少なくとも外部の書換え手段に接続する側が、電源供給系と通信系の２系統に分かれていてもよい。

前記電源供給系がＵＳＢケーブルを含んでもよい。

前記通信系がＲＳ２３２Ｃケーブルを含んでもよい。

前記制御部は、Ｍ１６Ｃ／６４のＣＰＵを有してもよい。

前記接続手段は、伝送用ＩＣを含む変換手段を有してもよい。

前記伝送用ＩＣは、バストランシーバであってもよい。

前記変換手段は、前記ハウジングの外部に設けられていてもよい。

前記接続手段は、前記変換手段から前記制御部までの間では、電源供給と通信を１本のケーブルの別々の信号線で実行してもよい。

前記１本のケーブルは、前記ハウジングに設けられた通信用コネクタに着脱自在であるとよい。

前記接続手段は、前記変換手段から外部の書換え手段に接続する側のケーブルが電源供給系と通信系の２系統に分かれていてもよい。

前記接続手段は、前記ハウジングに着脱自在であるとよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、制御部のプログラムを書き換えることが可能で、顧客の要望にあった動作に対応しやすい電動工具を実現可能である。

本発明の実施の形態に係る電動工具及びその制御プログラムもしくはプログラムの設定値の書換えシステムの外観図。 同システムのブロック図。 図１に示す電動工具の外観を示す側面図。 図３に示す電動工具の内部構成を示す断面図。 図４に示す通信用コネクタを含むコネクタ部材の拡大斜視図。 専用ケーブルの信号線が５本である場合の制御プログラムもしくはプログラムの設定値の書換えシステムのブロック図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、本発明の実施の形態に係る電動工具及びその制御プログラムもしくはプログラムの設定値の書換えシステムの外観図である。図２は、同システムのブロック図である。なお、図１において、電動工具１０１の駆動源となるバッテリは取り外されている。プログラムの設定値とは、例えばプログラムを動作させるパラメータを意味する。以下では、「制御プログラムもしくはプログラムの設定値」を「制御プログラム等」と表記する。

制御プログラム等書換えシステム１００は、電動工具１０１と、コンピュータ１０３と、電源用ケーブル１０４と、通信用ケーブル１０５と、変換手段１０６と、専用ケーブル１０８とを備える。

電子パルスドライバやインパクトドライバ等の電動工具１０１は、ハウジングに内蔵した制御部の例示であるマイコン１０７（マイクロコンピュータ）の例えばＥＥＰＲＯＭに書き込まれたプログラムによって動作を制御する。マイコン１０７は、Ｍ１６Ｃ／６４のＣＰＵ（Central Processing Unit）を有する。電動工具１０１は、外部のコンピュータ１０３に接続するための通信用コネクタ１０２を備えている他は、公知の構成でよい。通信用コネクタ１０２はマイコン１０７に繋がる。なお、通信用コネクタ１０２は汎用コネクタでよく、例えばマイクロＵＳＢ用コネクタである。

コンピュータ１０３は、ＰＣ（Personal computer）等の汎用コンピュータでよい。電源用ケーブル１０４は、例えばＵＳＢケーブルであり、一端がコンピュータ１０３のＵＳＢポートに接続され、他端は変換手段１０６のＵＳＢコネクタに接続される。通信用ケーブル１０５は、例えばＲＳ２３２Ｃケーブルであり、一端がコンピュータ１０３のＲＳ２３２Ｃポートに接続され、他端は変換手段１０６のＲＳ２３２Ｃコネクタに接続される。変換手段１０６は、ＲＳ２３２Ｃの信号レベルとマイコン１０７の信号レベルとの間の変換を行う。変換手段１０６に含まれる伝送用ＩＣは、例えばバストランシーバ（ここではMAX3221EAE）である。専用ケーブル１０８は、一端が変換手段１０６に接続（例えば固定一体化）され、他端は電動工具１０１の通信用コネクタ１０２に接続される。専用ケーブル１０８の信号線は、受信用（ＲＤピンに接続）、電源用（Ｖccピンに接続）、送信用（ＴＤピンに接続）及びグランド用（ＧＮＤピンに接続）の４本である。

上記のように接続した状態で、マイコン１０７に書き込まれた制御プログラム等をコンピュータ１０３により書き換える。電動工具１０１から電池は外されているので、マイコン１０７の電源（例えば５Ｖ）は、コンピュータ１０３から電源用ケーブル１０４、変換手段１０６、及び専用ケーブル１０８を経由して供給する。マイコン１０７のプログラム書換えのための信号は、コンピュータ１０３から通信用ケーブル１０５、変換手段１０６、及び専用ケーブル１０８を経由して送信する。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) ハウジングに内蔵したマイコン１０７又はマイコン１０７に付属もしくは内蔵される記憶素子の制御プログラム等を事後的に書換え可能なため、顧客の要望にあった動作を、プログラムを書き換えることで実現できる。すなわち、顧客の要望にあった制御プログラム等を用意することで、個々の顧客の要望に対応でき、汎用性の高い電動工具となる。

(2) 電動工具１０１の本体からバッテリを外し、工具として動作させないようにした状態で、外部のコンピュータ１０３からマイコン１０７に電源を供給するとともに書換え用の信号を送信するので、マイコン１０７の制御プログラム等を安全に書き換えることができる。

(3) マイコン１０７のＣＰＵは安価なＭ１６Ｃ／６４であり、安価な電動工具を提供できるようになる。

(4) 変換手段１０６は電動工具１０１のハウジングの外部にあって電動工具１０１に着脱自在なため、変換手段１０６をハウジング内部に固定する場合と比較して、マイコン１０７の制御プログラム等を書き換えるために電動工具１０１に追加する部品点数を抑えることができ、コスト面でも有利である。

(5) ＵＳＢケーブルでコンピュータ１０３から電源（５Ｖ）を供給することができ、一種類の専用ケーブルを用意する以外にアダプタ等の電源回路を設ける必要が無く、部品点数及びコスト削減に有利で生産性が良い。また、全世界共通の５Ｖ電源を使用することで、電源の安定性が高い。

以下、電動工具１０１の具体的構成の一例を説明する。

図３は、電動工具１０１の外観を示す側面図である。図４は、電動工具１０１の内部構成を示す断面図である。本図において前後、上下の方向を定義する。なお、これらの図では、図１と異なり、バッテリ１１を取り付けて工具として作業可能な状態を示している。

電動工具１０１は、充電可能なバッテリ１１を電源とし、モータ３を駆動源として回転打撃機構を駆動し、出力軸３０に回転力と打撃力を与え、スリーブ３１に覆われる装着穴３０ａに保持されるドライバビット等の図示しない先端工具に回転打撃力を間欠的に伝達してねじ締めやボルト締め等の作業を行う。

ブラシレスＤＣ方式のモータ３は、側面視で略Ｔ字状の形状を成すハウジング２の筒状の胴体部２ａ内に収容される。モータ３の回転軸３ｅは、ハウジング２の胴体部２ａの中央部付近に設けられるベアリング１９ａと後端側のベアリング１９ｂによって回転可能に保持され、モータ３の前方には、回転軸３ｅと同軸に取り付けられモータ３と同期して回転する冷却ファン１６が設けられる。モータ部は、モータ３とモータ３を駆動するためのインバータ回路基板４により構成され、インバータ回路基板４はモータ３の後方に配設される。冷却ファン１６によって起こされる空気流は、空気取入口１７から胴体部２ａの内部に取り込まれ、主にロータ３ａとステータ３ｂの間を通過するように流れ、冷却ファン１６の後方から吸引されて冷却ファン１６の半径方向に流れ、冷却ファン１６の周囲のハウジング部分に形成された空気排出口１８（図３に示す）からハウジング２の外部に排出される。

インバータ回路基板４はモータ３の外形とほぼ同径の円環状の多層基板であり、この基板上にはＦＥＴ（Field Effect Transistor）等の複数のスイッチング素子２０や、ホールＩＣ等の位置検出素子及びその他の電子素子が搭載される。

ハウジング２の胴体部２ａから略直角に一体に延びるハンドル部２ｂ内の上部にはトリガスイッチ６が配設され、トリガスイッチ６の下方にはスイッチ基板７が設けられる。ハンドル部２ｂ内の下部には、トリガ部６ａの引き動作によって前記モータ３の速度を制御する機能を備えた制御回路基板８が収容される。図２に示すマイコン１０７は、制御回路基板８に搭載される。マイコン１０７と接続する通信用コネクタ１０２を含むコネクタ部材２００（図５に拡大して示す）が、制御回路基板８の下部においてハウジング２にネジ止め等で固定される。通信用コネクタ１０２は、バッテリ１１を取り外すことで外部に露出する。

制御回路基板８は、バッテリ１１とトリガスイッチ６に電気的に接続される。制御回路基板８は、モータフラットケーブル１２を介してインバータ回路基板４と接続される。モータフラットケーブル１２は、例えば１８本のフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuits）で構成することができる。制御回路基板８は、スイッチフラットケーブル１３を介してスイッチ基板７と接続される。スイッチフラットケーブル１３も同様にＦＰＣにて構成することができる。制御回路基板８にはバッテリ１１のプラス電極とマイナス電極と接触するターミナル３４が設けられるが、このターミナル３４に電源線１４の一端が接続され、電源線１４の他端はスイッチ基板７に接続される。電源線１４はプラス用とマイナス用の２線が使用される。

ハンドル部２ｂの下方のバッテリ接続部２ｃには、ニカド電池、リチウムイオン電池等で構成されるバッテリ１１が着脱可能に装着される。バッテリ１１は、側面視（図４のように見た状態）で略Ｌ字形の形状であり、ハンドル部２ｂの内部にまで上方に延びるようにして収容される。

動力伝達機構は、遊星歯車減速機構２４と打撃機構２５により構成され、後端がベアリング２８、前端がメタル２９により保持される。遊星歯車減速機構２４は、モータ３の回転軸３ｅに取り付けられるサンギヤと、複数の遊星ギヤと、遊星ギヤの外周側にある固定式のリングギヤを有し、複数の遊星ギヤの回転軸を固定する遊星キャリヤを回転させる。また、本構成例の打撃機構２５は、現在広く使われている公知の打撃機構と違って、軸方向に移動可能なスピンドル、スプリング、カム溝、及びボール等を有するカム機構をもたない。

本構成例においては、ハンマ２６ａが形成されたスピンドル２６が遊星キャリヤと一体に構成される。そしてアンビル２７とスピンドル２６とは回転中心付近に形成された嵌合軸と嵌合穴により半回転未満の相対回転だけができるように連結される。アンビル２７は、先端工具（図示せず）を装着する出力軸３０と一体に構成され、出力軸３０の前端には軸方向と鉛直面の断面形状が六角形の装着穴３０ａが形成される。出力軸３０の先端には図示しない先端工具をワンタッチで着脱するためのスリーブ３１が設けられる。尚、アンビル２７と、先端工具を装着する出力軸３０は別体部品で構成して連結させるように構成してもよい。

トリガ部６ａが引かれてモータ３が起動されると、モータ３の回転は遊星歯車減速機構２４によって減速され、モータ３の回転数に対して所定の比率の回転数でスピンドル２６が回転する。スピンドル２６が回転すると、その回転力はハンマ２６ａを介してアンビル２７に伝達され、アンビル２７がスピンドル２６と同じ速度で回転を開始する。そして先端工具側からの受ける反力によってアンビル２７にかかる力が大きくなると、例えば、制御回路基板８に搭載されるマイコン１０７（図２に示す）は締め付け反力の増大を検出し、モータ３の回転が停止してロック状態になる前に、スピンドル２６の駆動モードを変更してハンマを断続的に駆動してインパクト動作を行う。

図３に示すように、ハウジング２は３つの部分（胴体部２ａ、ハンドル部２ｂ、バッテリ接続部２ｃ）から構成され、胴体部２ａの、冷却ファン１６（図４参照）の半径方向外周側付近にはスリット状に形成された複数の空気排出口１８が形成される。ここで、ハンドル部２ｂは作業者が片手で把持する部分である。

バッテリ１１には、リリースボタン１１ａが設けられ、左右両側に位置するリリースボタン１１ａを押しながら下方にバッテリ１１を移動させることにより、バッテリ１１をバッテリ接続部２ｃから取り外すことができる。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

専用ケーブル１０８の信号線は、５本であってもよい。通信用コネクタ１０２のピン数に応じて信号線の本数を設定すればよい。図６に、専用ケーブル１０２の信号線が５本である場合の制御プログラム書換えシステムのブロック図を示す。

コンピュータ１０３がＲＳ２３２Ｃポートを備えていない場合は、ＵＳＢ−ＲＳ２３２Ｃコンバータを設けることで対応してもよい。

マイコンがＵＳＢインターフェイスを内蔵するものであれば、通信用ケーブルをＵＳＢケーブルすることもできる。また、電源用ケーブルと通信用ケーブルをＵＳＢケーブル１本とすることも可能である。

通信用コネクタ１０２とは別に電源用のＵＳＢコネクタを設け、接続手段を、電動工具１０１側でも２系統（電源供給系と通信系）に分けてもよい。

電動工具は、制御部のプログラムに従って動作するものであれば電動ドライバ等の締付機に限らず広く適用可能である。

１００ 制御プログラム等書換えシステム
１０１ 電動工具
１０３ コンピュータ
１０４ 電源用ケーブル
１０５ 通信用ケーブル
１０６ 変換手段
１０７ マイコン
１０８ 専用ケーブル

Claims (12)

1. モータと、
   前記モータを収容するハウジングと、
   前記ハウジングの内部に収容される制御部と、
   前記制御部を外部の書換え手段に接続可能なケーブルを含む接続手段と、を有する電動工具であって、
   前記接続手段は、外部の書換え手段から前記制御部に、電源供給と信号送信の双方を実行可能であると共に、前記モータへ電力を供給する電源線を介さずに前記制御部に接続されることを特徴とする電動工具。
2. 前記接続手段は、少なくとも外部の書換え手段に接続する側が、電源供給系と通信系の２系統に分かれていることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
3. 前記電源供給系がＵＳＢケーブルを含むことを特徴とする請求項２に記載の電動工具。
4. 前記通信系がＲＳ２３２Ｃケーブルを含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の電動工具。
5. 前記制御部は、Ｍ１６Ｃ／６４のＣＰＵを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電動工具。
6. 前記接続手段は、伝送用ＩＣを含む変換手段を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電動工具。
7. 前記伝送用ＩＣは、バストランシーバであることを特徴とする請求項６に記載の電動工具。
8. 前記変換手段は、前記ハウジングの外部に設けられていることを特徴とする請求項６又は７に記載の電動工具。
9. 前記接続手段は、前記変換手段から前記制御部までの間では、電源供給と通信を１本のケーブルの別々の信号線で実行することを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の電動工具。
10. 前記１本のケーブルは、前記ハウジングに設けられた通信用コネクタに着脱自在であることを特徴とする請求項９に記載の電動工具。
11. 前記接続手段は、前記変換手段から外部の書換え手段に接続する側のケーブルが電源供給系と通信系の２系統に分かれていることを特徴とする請求項６から１０のいずれか一項に記載の電動工具。
12. 前記接続手段は、前記ハウジングに着脱自在であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の電動工具。