JP2008055564A - 電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】電動工具に不要な電源コードを付加することなく、コードレスのメリットを失わずに、締付本数管理を行なうこと。作業エリアの限定をなくして作業効率を向上させること。小型で使い勝手が良く、過酷な条件下での使用を可能にすること。
【解決手段】充電式の電動工具本体２内に、ねじの締付が完了したことを検知するねじ締め完了検知手段と、検知した締付本数をカウントするねじ締めカウント手段と、締付すべきねじの本数を予め設定するねじ締め本数設定手段と、締付本数が予め定めた設定本数に達したときに作業完了を報知するねじ締め完了報知手段とを構成するねじ締め作業監視用の制御回路を内蔵すると共に、電動工具本体２のグリップ部１２の下側前部１２ａに、少なくともねじ締め本数設定手段６、ねじ締め完了報知手段７を配設した電動工具１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ねじ締め作業監視機能を備えた充電式の電動工具に関するものである。

電動ドライバなどの電動工具で製品を組み立てたり、同じねじ締め作業を繰り返して行う場合、作業者に締付確認を任せていると、締め忘れが発生する場合が多くなる。締め忘れがあると製品の品質、信頼性を損なうため、作業工程ごとに締付本数確認をする必要がある。このため、作業者の負担が増大すると共に、うっかりミスも完全に防げなかった。

これを防止する対策として電動工具に締付本数をカウントする制御装置をつなげて、ねじの締め忘れを防止する発明がされている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。

この従来技術によって、ねじの締め忘れはほぼ改善されるが、しかしながら従来では、電動工具と制御装置とを電源コードでつないでいるため、コード式やエアホース式の電動工具を使用して、作業エリアが限定されている場合にはデメリットはあまり出ないが、作業エリアが限定されていない場合は、工具の取り回しがし難くなったり、作業エリアが限定されてしまうという課題がある。特に充電式のコードレス工具の場合は、本来のコードレスのメリットが無くなってしまうという課題があった。

そこで、本発明者らは、本発明に至る過程で、ねじ締め作業監視用の制御回路を電動工具本体に内蔵することを考えた。ところが、制御回路は精密電子機器であることから、衝撃、振動を嫌うものである。したがって、電動工具内部に制御回路基板を内装する際には、その内装箇所を慎重に設定する必要がある。特に、電動工具が落下や転倒して床や地面に衝突すると、制御回路に大きな衝撃、振動が加わり、損傷することがあり、これを防止することが重要となる。
特開平９−１５０３３８号公報 特開２００３−１２３０５０号公報 特開２００５−１２５４６４号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、充電式の電動工具に不要な電源コードを付加することなく、コードレスのメリットを失わずに、締付本数管理を行なうことができると共に、作業エリアの限定をなくすことができ、作業効率が向上すると共に、小型で使い勝手が良く、さらに過酷な条件下での使用を可能にし、耐久性に優れた電動工具を提供することを課題とするものである。

前記課題を解決するために本発明は、ねじ締めを行なう駆動部２４と、駆動部２４を回転駆動するモータ１１と、モータ１１をＯＮ／ＯＦＦするトリガスイッチＳＷと、充電式の電池パック９とを備えた電動工具であって、電動工具本体２内に、ねじの締付が完了したことを検知するねじ締め完了検知手段４と、検知した締付本数をカウントするねじ締めカウント手段５と、締付すべきねじの本数を予め設定するねじ締め本数設定手段６と、締付本数が予め定めた設定本数に達したときに作業完了を報知するねじ締め完了報知手段７とを構成するねじ締め作業監視用の制御回路８を内蔵すると共に、電動工具本体２の手で把持するグリップ部１２の下側前部１２ａに、少なくとも前記ねじ締め本数設定手段６、ねじ締め完了報知手段７を配設したことを特徴としている。

このような構成とすることで、充電式の電動工具１に不要な電源コードを付加することなく、コードレスのメリットを失わずに、電動工具本体２に内蔵されたねじ締め作業監視用の制御回路８によって、締付本数管理が行える。しかもグリップ部１２の下側前部１２ａに少なくともねじ締め本数設定手段６、ねじ締め完了報知手段７を配設することで、グリップ部１２が大きくならず、握り安さも悪くすることも無くなると共に、グリップ部１２の下側前部１２ａは電動工具１の取り回し時や落としてしまったときでも、大きな衝撃や振動やかかる部分ではないので、この部分に配設されるねじ締め本数設定手段６及びねじ締め完了報知手段７の構成部品の損壊を防止できるようになる。

また、前記グリップ部１２の下側前部１２ａの外周部を突起状のエラストマー３０で外囲するのが好ましく、この場合、電動工具本体２の取り回し時や落としてしまったときに、エラストマー３０がクッションとなって衝撃を緩衝することにより、ねじ締め本数設定手段６及びねじ締め本数設定手段６の構成部品の破損を防止でき、過酷な条件下での使用を可能にし、耐久性を一層向上させることができる。

また、前記ねじ締め本数設定手段に、予め設定された締付本数の変更不可とするためのホールド機能を追加するのが好ましく、この場合、ホールド機能の働きによって締付本数の変更ができない状態にでき、例えば作業中に誤ってねじ締め本数設定手段６に触れても、その締付本数が変更されてしまうことがなくなる。従って、作業中に設定状態を保ったまま、正確な締付本数管理が可能となる。

また、前記電動工具本体２のグリップ部１２が胴体部分１３に対してストレート型とＬ字型とに角度変更可能とされ、グリップ部１２の下側前部１２ａに設けられるねじ締め本数設定手段６にて設定された締付本数の表示を上下逆に変更可能とするのが好ましく、この場合、グリップ部１２を下向き、上向きどちらの姿勢で使用する場合でも、設定表示部６ａの表示が見やすく、スムーズにねじ締付作業ができるようになる。

本発明は、電池パックを備えた電動工具本体内に、ねじ締め作業監視用の制御回路を内蔵することにより、充電式の電動工具に不要な電源コードを付加することなく、コードレスのメリットを失わずに、締付本数管理が行えると共に、作業エリアの限定がなくなり、作業効率が向上すると共に、電動工具本体の手で把持するグリップ部の下側前部に、少なくともねじ締め本数設定手段とねじ締め完了報知手段とを配設したことにより、狭い場所での使い勝手やグリップ部の握り感を損なうことがなくなり、小型で使い勝手の良い電動工具が得られると共に、グリップ部の下側前部は電動工具の取り回し時や落としてしまったときでも、モータが内蔵される重い胴体部分と比較してグリップ部は大きな衝撃や振動やかかる部分ではないので、ねじ締め本数設定手段及びねじ締め完了報知手段の構成部品の損壊を防止でき、過酷な条件下での使用を可能にし、耐久性を向上することができるものである。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。

本実施形態では、電動工具１として電動ドライバを例に挙げて説明する。図１はＬ字型で使用する場合の斜視図、図２は側面図、図３は側面断面図、図４はストレート型で使用する場合の側面図、図５は側面断面図である。

電動工具１は、ねじ締めを行なう駆動部２４と、駆動部２４を回転駆動するモータ１１と、モータ１１をＯＮ／ＯＦＦするトリガスイッチＳＷと、着脱可能な充電式の電池パック９と、これらを収納するハウジング３により構成されている。

駆動部２４にはクラッチ機構が配されており、締付けるべきねじに嵌合させたドライバビットに加わるトルクがねじ締付けの進行に伴い増大し、所定値に到達した瞬間にクラッチが作動してモータ１１と該ドライバビットとの機械的連結を遮断するようになっている。このクラッチが作動すると、ねじ締め完了検知手段４がこれを検知してシャットオフ信号（パルス信号）をねじ締めカウント手段５に送るようになっている。

電動工具本体２のハウジング３は、本体バランスを考慮してストレート型（Ｔ型）或いはＬ字型の形状をしている。ここでは、図１〜図５に示すように、電動工具本体２のハウジング３が、グリップ部１２と胴体部分１３とが回動軸部１４を中心に回転して角度変更自在に連結されており、ストレート型とＬ字型とのいずれかに変更自在となっている。なお回動軸部１４による角度変更の構成、及び変更した角度で仮保持する構成は適宜設定自在であり、特に限定されない。このように、グリップ部１２の角度を変更することで作業者が使いやすい位置に変更できる。通常、横向きや上向きのねじ締め作業はＬ字型とし、下向き作業はストレート型にすると作業がしやすくなる。

ハウジング３の胴体部分１３には、駆動部２４、モータ１１、トリガスイッチＳＷ、トリガスイッチＳＷをＯＦＦ状態に保持するロックスイッチ１５、モータ１１の出力トルクや回転数を切り替える切替スイッチ１６とが配置されている。モータ１１のクラッチ側には、ねじ締め完了検知手段４を構成するフォトインタラプタ４ａが内蔵されており、１回の締付完了時のクラッチの動きが検知され、その検知信号がねじ締めカウント手段５に送信される。なお、ねじ締め完了検知手段４は、フォトインタラプタ４ａに限らず、距離センサ、或いは、モータオフ信号によって、ねじの締付を完了したことを検知するものであってもよい。

ハウジング３のグリップ部１２には、電池パック９を着脱自在に装着する電池パック装着部１７が設けられていると共に、グリップ部１２内部にはねじ締め作業監視用の制御回路基板８ａが内蔵されてある。ここでは、図５に示すように、グリップ部１２内の回動軸部１４に近い部位にねじ締めカウント手段５を構成するマイコン５ａが内蔵されている。なおこのマイコン５ａは、グリップ部１２の下側前部１２ａに内蔵されていてもよい。

また、グリップ部１２の下側前部１２ａには、図５に示すように、ねじ締め本数設定手段６を構成する設定表示部６ａと、ねじ締め完了報知手段７を構成する圧電ブザー７ａとが設けられている。本例では、グリップ部１２の下側前部１２ａはグリップ部１２の手で握る部分よりも前方Ｆに突出しており、グリップ部１２を手で握ったときに下側前部１２ａに手がかからないようになっている。これにより、グリップ部１２が握りやすくなると共に、手が下側前部１２ａに露出して設けられる設定表示部６ａに触れることがないようにしている。

ここで、グリップ部１２の下側前部１２ａとは、グリップ部１２の手で握る部分よりも下方部分で、且つ、グリップ部１２を手で握ったときに前方Ｆに向く部分をいう。さらに前方Ｆとは、図１のように電動工具本体２の胴体部分１３とグリップ部１２とをＬ字型に曲げたときに、胴体部分１３の出力側（ドリル側）と同じ方向である。

このグリップ部１２の下側前部１２ａに露出して配置される設定表示部６ａは、図７に示すように、表示器１８と、設定ボタン１９とで構成される。表示器１８は、数値表示用のＬＥＤ１８ａと、アップ／ダウン選択用の上下ランプ１８ｂ，１８ｃとを備える。設定ボタン１９は、「モード」ボタン１９ａ、「リセット」ボタン１９ｄ、「＋」「−」のボタン１９ｂ，１９ｃを備える。なお、図７中の２０は暗所作業をサポートするＬＥＤライトである。

図８、図９を参照して設定表示部６ａの使用方法の一例を説明する。電動工具本体２のトリガスイッチＳＷをＯＮにすると、図８のように表示器１８のＬＥＤ１８ａが点灯して、締付したい締付本数の設定、変更が可能となる。先ず「モード」ボタン１９ａの短押しを行なうと、アップ／ダウン選択モードとなり、上ランプ１８ｂ又は下ランプ１８ｃの一方が点滅状態となり、「＋」ボタン１９ｂで上ランプ１８ｂのみを点滅させるとカウントアップを選択した状態となり、「−」ボタン１９ｃで下ランプ１８ｃのみを点滅させるとカウントダウンを選択した状態となる。その後、「モード」ボタン１９ａの短押しを行なうと、選択状態が記憶されると同時に、設定値変更モードとなり、ＬＥＤ１８ａが点滅し、この状態で「＋」ボタン１９ｂと「−」ボタン１９ｃとで締付本数を設定できる。本例では最大「９９」まで設定できる。その後、「モード」ボタン１９ａの短押しを行なうと、設定値が記憶される。なお、上記のアップ／ダウン選択モードと設定値変更モードの順番は特に限定しない。

一方、「モード」ボタン１９ａの長押し（例えば２秒以上）を行なうと、図９の音質設定モードになる。本例ではＬＥＤ１８ａが「Ｆ１」となり、この状態で「＋」ボタン１９ｂ（或いは「−」ボタン１９ｃ）を１回押すごとに、例えば音の高さが異なるブザー音（本例では３種類の周波数のブザー音）が順番に発生し、任意の音質で「モード」ボタン１９ａを押すと、その音質が記憶される。これにより、複数の作業者が並んで作業をする場合に、隣接する人のブザー音との混乱を防止できるようになる。その後、「モード」ボタン１９ａの短押しを行なうと、ＬＥＤ１８ａが「Ｆ１」から例えば「Ｆ２」に切り替わり、誤カウント設定モードになる。ここでは例えば作業途中でモータ１１を止めたりして誤カウントが生じたときにＬＥＤ１８ａが「Ｆ２」となった状態で、「＋」「−」ボタン１９ｂ，１９ｃ、「リセット」ボタン１９ｄを押して、誤カウントが修正可能となる。

また本例では、２度締めのカウント防止機能を備えている。ねじ締め後に同じねじをもう一度締め付ける２度締め（確認締め）が行なわれても、設定された時間内に行なった作業であれば、カウント防止機能が働くようになっている。例えばカウント時間を１秒に設定した場合、１秒以内に２度締めが行なわれてもカウントはせず、１秒以上の場合のみカウントを行なう。

図１０は、ねじ締め作業監視用の制御回路８の回路図である。トリガスイッチＳＷをＯＮにすると、ＣＰＵ２１は電源電圧の供給を受ける。ＣＰＵ２１は、自己に供給される電源を自己保持する電源自己保持手段２２と、供給電源の電圧を検出する電池電圧測定手段２５とを備えている。ＣＰＵ２１には、ねじ締め完了検知手段４を構成するフォトインタラプタ４ａからのシャットオフ信号、設定表示部６ａからの設定入力信号が入力される。図中の５０は回路電圧駆動用素子、５１はモータ駆動用ＦＥＴ、５２はブレーキ用ＦＥＴである。

次に、この制御回路８の動作例を図１１、図１２のフローチャートに示す。図１１においてトリガスイッチＳＷをＯＮにすると（Ｓ１）、イニシャル処理（回路通電とメモリ読み出し）が行なわれ（Ｓ２）、その後、電池電圧が第２の閾値よりも高いと判断されたときだけ、表示器１８が点灯する（Ｓ３）。表示器１８には予め設定した内容（例えば、カウントダウンを選択し且つ設定本数が「１０」）が表示される。さらに、電池電圧が第１の閾値（＞第２の閾値）よりも高いと判断されたときはモータ１１が駆動してねじ締めが行なわれる（Ｓ４）。その後、所定の締付トルクになれば（或いはクラッチが作動すれば）、フォトインタラプタ４ａからシャットオフ信号（パルス信号）が送られ、ＣＰＵ２１はモータ１１を自動停止させる。このとき、ねじ締めカウント手段５により締付本数「１」がカウントされ、表示器１８が「１０」から「９」に切り替わる（なおカウントアップを選択したときは、表示器１８が「１」→「２」に切り替わる）。そして、最終的に設定した締付本数に到達すると、圧電ブザー７ａからブザー音が発生して、締付作業完了が知らされる。これにより、ねじの締め忘れを防止できる。さらに締付本数に到達した段階で通電が停止すると共に、設定表示部６ａは元の設定本数（例えば、「１０」）に自動復帰して（Ｓ５）、当該ワークのねじ締め作業が完了する。

また、モータ１１の停止後に設定値を更新する場合は、図１２において、先ず電池電圧が第１の閾値よりも高いかどうか判定され、高いときのみ表示器１８が点灯状態となり（Ｓ６）、設定本数の入力がされたときにはその設定内容を更新保存する（Ｓ７）。一方、設定本数が入力されずに一定時間を経過すれば、表示器１８が消灯して、回路への通電を遮断する（Ｓ８）。

しかして、前記構成によれば、電動工具本体２にねじ締め作業監視機能を一体に付与できるので、ねじの締め忘れを無くして、製品の組み立てミス防止を図ることができると共に、ねじの締め忘れに伴う作業者の負荷を軽減でき、ねじ締め作業の精度と効率を向上することができる。そのうえ、従来のように電動工具と制御装置とを電源コードでつなぐ必要もなくなる。特に、本例の電池パック９を備えた充電式電動工具にねじ締め作業監視機能を持たせることにより、コードレス化によって、作業エリアが限定されなくなり、コードレスのメリットがより一層発揮されるものである。

しかもグリップ部１２の下側前部１２ａに、ねじ締め本数設定手段６及びねじ締め完了報知手段７を配設することで、ハウジング３の胴体部分１３やグリップ部１２が大きくならず、またグリップ部１２の握り安さも悪くすることも無くなると共に、グリップ部１２の下側前部１２ａは電動工具１の取り回し時や落としてしまったときでも、モータ１１が内蔵される重い胴体部分１３と比較してグリップ部１２は大きな衝撃や振動やかかる部分ではないので、この部分に配設されるねじ締め本数設定手段６及びねじ締め完了報知手段７の構成部品の損壊を十分に防止できるようになる。

さらに、ねじ締め作業完了から所定時間経過後に、電池パック９からねじ締め本数設定手段６への通電を遮断する構造となっているので、電池パック９の電池の無駄使いを防止できる。また、電池電圧の測定値が所定値（第２の閾値）以下の時は、設定表示部６ａへの通電を遮断したり、さらに、電池電圧の測定値が第２の閾値よりも大きな第１の閾値以下の時は、モータ１１への通電を停止することで、節電効果に加えて、電池パック９の負担軽減が図られる。

また本例では、図１０に示すように、制御回路８の設定表示部６ａには、表示器１８の変更をできなくするホールドスイッチ１０が介在されている。ホールドスイッチ１０の操作部分は、グリップ部１２の下側前部１２ａで、且つ設定表示部６ａ近傍の側面部分（図１）に設けてある。ホールドスイッチ１０が導通状態（ＯＮ）のときは設定表示部６ａの入力を受け付けるようになり、ホールドスイッチ１０が非導通状態（ＯＦＦ）のときは設定表示部６ａの入力を受け付けない構成となっている。ホールドスイッチ１０をＯＦＦにすることで、設定表示部６ａの入力が可能となり、ホールドスイッチ１０をＯＮにしておくことにより、作業中に誤って設定表示部６ａに触れても、締付本数が変更されることがない。つまり、ホールドスイッチ１０をＯＮにすると、マイコン設定により、表示器１８のボタンを押しても数字が変わらなくなる。ちなみに、設定表示部６ａを電動工具本体２に配置すると、作業中に設定表示部６ａのボタンに触れてしまい締付本数を変えてしまう恐れがあるが、本発明のホールド機能を働かせることにより、作業中に設定を変えられなくすることができ、設定状態を保ったまま、締付本数管理が正確にできる。

なお、ホールドスイッチ１０に代えて、モータ１１の駆動中は設定入力を行っても入力を受け付けないような構成としてもよい。例えば、モータ１１のオン信号が入力されているときは設定表示部６ａからの操作信号をすべてキャンセルするような回路構成とする。これにより、ホールドスイッチ１０を設けた場合と同様、作業中に誤って設定表示部６ａのボタンに触れても、設定内容やカウント数が変更されるおそれがなくなる。

また本例のＣＰＵ２１は、設定表示部６ａの設定内容やカウント数を保存する記憶手段（図示せず）を備えている。これにより例えばねじ締め作業の途中で電池交換をした場合、記憶手段に予め設定された締付本数や最後のカウント数をそれぞれ記憶しておくことができ、これにより、電池交換後もそのまま継続して締付作業ができるようになる。

さらに本例では、グリップ部１２が胴体部分１３に対してストレート型とＬ字型とに角度変更可能とされた電動工具１において、グリップ部１２の下側前部１２ａに設けられる設定表示部６ａで設定された締付本数の表示を上下逆に変更可能となっている。これにより電動工具本体１ａのグリップ部１２を下向き、上向きどちらの姿勢で使用する場合でも、設定表示部６ａの表示が見やすく、スムーズにねじ締付作業ができるようになる。なお、文字や記号の表示を上下逆にする方法として、例えば、設定ボタン１９の「＋」ボタン１９ｂと「−」ボタン１９ｃとを一緒に押すと、内蔵された切換えスイッチが切り換えられ、これに応じて表示制御回路が表示器の文字や記号の表示を上下逆の表示に切換えるようにする構成となっている。

図６は本発明の他の実施形態であり、グリップ部１２の下側前部１２ａの外周部に沿って突起状のエラストマー３０を突設させた場合の一例を示している。これにより、電動工具本体２の取り回し時や落としてしまったときに、エラストマー３０がクッションとなって衝撃を緩衝することにより、グリップ部１２は大きな衝撃や振動やかかる部分ではないこととあいまって、ねじ締め本数設定手段６及びねじ締め本数設定手段６の構成部品（設定表示部６ａや圧電ブザー７ａ、これらの制御回路８部品）の破損をより防止でき、過酷な条件下での使用を可能にし、耐久性を一層向上させることができる。これにより、製造工程や工事現場での使われ方に対応できるようになる。また、ハウジング３の成形樹脂とエラストマー樹脂とを用いて２色成形することで、エラストマー３０の付与が簡単に達成できる。

本発明の電動工具は電源コード式、充電式を問わず適用される。

本発明の一実施形態に用いる電動工具をＬ字型で使用する場合の斜視図である。 図１の側面図である。 図１の側面断面図 同上の電動工具をストレート型で使用する場合の側面図である。 図４の側面断面図である。 本発明の他の実施形態であり、グリップ部の下側前部の外周部に沿って突起状のエラストマーを突設させた場合の一例を示す斜視図である。 同上の設定表示部の正面図である。 同上の設定表示部のカウントモードとカウント設定モードの説明図である。 同上の設定表示部の機能設定モードの説明図である。 同上のねじ締め作業監視用の制御回路の回路図である。 同上の制御回路の動作例を説明するフローチャートである。 同上の制御回路の動作例を説明するフローチャートである。

符号の説明

１ 電動工具
２ 電動工具本体
３ ハウジング
４ ねじ締め完了検知手段
５ ねじ締めカウント手段
６ ねじ締め本数設定手段
７ ねじ締め完了報知手段
８ ねじ締め作業監視用の制御回路
９ 電池パック
１１ モータ
１２ グリップ部
１２ａ グリップ部の下側前部
１３ 胴体部分
２４ 駆動部
２５ 電池電圧測定手段
３０ エラストマー
ＳＷ トリガスイッチ

Claims (4)

1. ねじ締めを行なう駆動部と、駆動部を回転駆動するモータと、モータをＯＮ／ＯＦＦするトリガスイッチと、充電式の電池パックとを備えた電動工具であって、電動工具本体内に、ねじの締付が完了したことを検知するねじ締め完了検知手段と、検知した締付本数をカウントするねじ締めカウント手段と、締付すべきねじの本数を予め設定するねじ締め本数設定手段と、締付本数が予め定めた設定本数に達したときに作業完了を報知するねじ締め完了報知手段とを構成するねじ締め作業監視用の制御回路を内蔵すると共に、電動工具本体の手で把持するグリップ部の下側前部に、少なくとも前記ねじ締め本数設定手段、ねじ締め完了報知手段を配設したことを特徴とする電動工具。
2. 前記グリップ部の下側前部の外周部を突起状のエラストマーで外囲したことを特徴とする請求項１記載の電動工具。
3. 前記ねじ締め本数設定手段に、予め設定された締付本数の変更不可とするためのホールド機能を追加したことを特徴とする請求項１又は２記載の電動工具。
4. 前記電動工具本体のグリップ部が胴体部分に対してストレート型とＬ字型とに角度変更可能とされ、グリップ部の下側前部に設けられるねじ締め本数設定手段にて設定された締付本数の表示を上下逆に変更可能としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電動工具。
   
   
   

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