專(zhuān)利名稱(chēng)：沖擊電動(dòng)工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種諸如沖擊扳手或沖擊起子的沖擊電動(dòng)工具，用于擰緊(和松開(kāi))螺紋物體，例如，螺栓和螺母。

背景技術(shù)：
沖擊電動(dòng)工具被設(shè)計(jì)為通過(guò)使用由電機(jī)輸出功率旋轉(zhuǎn)的錘對(duì)輸出軸(砧座)施加旋轉(zhuǎn)打擊沖擊而執(zhí)行擰緊作業(yè)。由于沖擊電動(dòng)工具以高速操作并且具有增加的扭矩，其已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于建筑場(chǎng)所、制造工廠等等。日本專(zhuān)利特許公開(kāi)H5-200677公開(kāi)了一種沖擊電動(dòng)工具，其中通過(guò)計(jì)數(shù)打擊的次數(shù)并隨后確定這樣計(jì)數(shù)的打擊次數(shù)是否達(dá)到對(duì)應(yīng)于期望的擰緊扭矩的值而實(shí)現(xiàn)在達(dá)到期望的扭矩時(shí)自動(dòng)停止所述工具操作的關(guān)斷功能。
通過(guò)錘的旋轉(zhuǎn)速度(即，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度)確定沖擊電動(dòng)工具的最大擰緊力，其中錘的旋轉(zhuǎn)速度依次取決于驅(qū)動(dòng)功率源的電壓。為此，如果僅通過(guò)使用打擊次數(shù)執(zhí)行關(guān)斷，則可能在需要管理螺栓和螺母的擰緊扭矩的工廠生產(chǎn)中不可能進(jìn)行該管理。這是因?yàn)椋捎谶B續(xù)操作，隨著用作驅(qū)動(dòng)功率源的電池電壓逐漸減小，擰緊扭矩也逐漸減小。


發(fā)明內(nèi)容
考慮上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種沖擊電動(dòng)工具，其即使在驅(qū)動(dòng)功率源的電壓減小時(shí)也能夠以穩(wěn)定的擰緊扭矩執(zhí)行擰緊作業(yè)。
根據(jù)本發(fā)明的觀點(diǎn)，提供一種沖擊電動(dòng)工具，包括通過(guò)使用電機(jī)的輸出功率對(duì)輸出軸施加打擊沖擊的沖擊機(jī)構(gòu)；用于檢測(cè)由所述沖擊機(jī)構(gòu)施加的所述打擊沖擊以獲得打擊時(shí)序的打擊檢測(cè)單元；用于檢測(cè)所述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)單元；用于根據(jù)通過(guò)所述打擊檢測(cè)單元獲得的打擊時(shí)序以及通過(guò)所述旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)單元獲得的所述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度而計(jì)算打擊速度的打擊速度檢測(cè)單元；以及用于計(jì)數(shù)通過(guò)所述打擊檢測(cè)單元檢測(cè)的所述打擊沖擊的次數(shù)并且在所述打擊沖擊的次數(shù)達(dá)到預(yù)定打擊次數(shù)時(shí)停止所述電機(jī)的控制單元，其中所述控制單元被設(shè)計(jì)為在所述打擊速度檢測(cè)單元中獲得的所述打擊速度等于或低于指定的打擊速度時(shí)校正所述預(yù)定打擊次數(shù)。
隨著功率源電壓下降，打擊速度會(huì)減小。響應(yīng)于所述打擊速度的減小，校正所述預(yù)定打擊次數(shù)，由此預(yù)防出現(xiàn)擰緊扭矩不足的情況。
優(yōu)選地，所述控制單元通過(guò)計(jì)算不足打擊能量、將所述不足打擊能量轉(zhuǎn)換為不足打擊次數(shù)并且隨后將所述不足打擊次數(shù)加到所述預(yù)定打擊次數(shù)而執(zhí)行所述預(yù)定打擊次數(shù)的校正，所述控制單元通過(guò)使所述預(yù)定打擊次數(shù)乘以通過(guò)第一指定的打擊速度計(jì)算的打擊能量與通過(guò)所檢測(cè)的打擊速度計(jì)算的打擊能量之間的差值的這樣一種方式來(lái)計(jì)算所述不足打擊能量。
這使得可能執(zhí)行精確的校正而不增加成本。
當(dāng)所檢測(cè)的打擊速度等于或低于第二指定的打擊速度時(shí)，所述控制單元停止所述電機(jī)并且通知操作者在所述擰緊扭矩中出現(xiàn)異常，其中所述第二指定的打擊速度小于所述第一指定的打擊速度?；蛘?，當(dāng)所檢測(cè)的打擊速度等于或低于第二指定的打擊速度時(shí)，所述控制單元停止所述電機(jī)并且使所述電機(jī)不能操作，其中所述第二指定的打擊速度小于所述第一指定的打擊速度。
在本發(fā)明的沖擊電動(dòng)工具中，響應(yīng)于功率源電壓的減小，擰緊扭矩會(huì)減小，因?yàn)榧词勾驌舸螖?shù)保持不變，一次打擊的打擊能量也會(huì)表現(xiàn)為減小。一次打擊的打擊能量與打擊速度有關(guān)。在本發(fā)明中，檢測(cè)打擊速度并且根據(jù)由此檢測(cè)的打擊速度來(lái)校正所述打擊次數(shù)。由于這一特征，可能保證穩(wěn)定的擰緊扭矩。因此，所述沖擊電動(dòng)工具在例如工廠等需要管理擰緊扭矩的操作中是有效的。



結(jié)合附圖，通過(guò)對(duì)下列實(shí)施例的描述，本發(fā)明的目的和特點(diǎn)將變得清晰，其中 圖1是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的沖擊電動(dòng)工具的操作流程圖； 圖2是表示本發(fā)明的沖擊電動(dòng)工具的方框圖； 圖3是用于解釋本發(fā)明的沖擊電動(dòng)工具中擰緊扭矩和旋轉(zhuǎn)角度之間相互關(guān)系的視圖； 圖4是用于解釋本發(fā)明的沖擊電動(dòng)工具中擰緊扭矩、旋轉(zhuǎn)角度和估計(jì)的擰緊扭矩之間相互關(guān)系的視圖； 圖5是用于解釋擰緊扭矩、旋轉(zhuǎn)角度和打擊次數(shù)之間相互關(guān)系的視圖； 圖6是用于解釋擰緊扭矩和電池電壓之間相互關(guān)系的視圖；并且 圖7是用于解釋擰緊扭矩與打擊速度之間相互關(guān)系的視圖。

具體實(shí)施例方式 下面參照附圖描述本發(fā)明的具體實(shí)施例。
圖2中的附圖標(biāo)記1表示電機(jī)，通過(guò)減速器2將該電機(jī)的旋轉(zhuǎn)輸出功率傳輸至驅(qū)動(dòng)軸3。錘4通過(guò)凸輪機(jī)構(gòu)(未示出)與驅(qū)動(dòng)軸3連接。錘4與具有輸出軸的砧座5結(jié)合并且通過(guò)彈簧6被朝向砧座5偏置。錘4、砧座5、彈簧6和凸輪機(jī)構(gòu)共同形成沖擊機(jī)構(gòu)。
由于錘4和砧座5在彈簧6的偏置力作用下互相結(jié)合，當(dāng)沒(méi)有負(fù)載施加到砧座5上時(shí)，錘4將電機(jī)1的旋轉(zhuǎn)原樣地傳輸至砧座5。然而，如果負(fù)載扭矩增大，則錘4逆著彈簧6的偏置力向后移動(dòng)。由于通過(guò)錘4的向后移動(dòng)釋放了錘4和砧座5之間的結(jié)合，錘4在彈簧6的偏置作用下和凸輪機(jī)構(gòu)的引導(dǎo)下旋轉(zhuǎn)并向前移動(dòng)，由此對(duì)砧座5施加旋轉(zhuǎn)打擊沖擊。
參考圖2，附圖標(biāo)記10、11、12和13分別表示控制電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、用作驅(qū)動(dòng)功率源的充電電池和觸發(fā)開(kāi)關(guān)。通過(guò)觸發(fā)開(kāi)關(guān)13的操作打開(kāi)或關(guān)閉電機(jī)1。根據(jù)觸發(fā)開(kāi)關(guān)13的操作量來(lái)改變電機(jī)1的旋轉(zhuǎn)速度。
沖擊電動(dòng)工具包括用于檢測(cè)砧座5被錘4打擊的打擊檢測(cè)單元21、用于檢測(cè)電機(jī)1的旋轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)單元22、座合(seating)檢測(cè)單元23和打擊速度檢測(cè)單元24。在當(dāng)前實(shí)施例中，座合檢測(cè)單元23和打擊速度檢測(cè)單元24包括在控制電路10的計(jì)算單元中。
打擊檢測(cè)單元21包括用于捕捉打擊聲音的擴(kuò)音器或用于感測(cè)打擊沖擊的加速度傳感器。打擊檢測(cè)單元21檢測(cè)施加打擊沖擊的時(shí)序。
旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)單元22用于檢測(cè)電機(jī)1的旋轉(zhuǎn)角度。在電機(jī)1為刷式電機(jī)的情況下，旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)單元22包括附著到電機(jī)1上的旋轉(zhuǎn)傳感器(例如，頻率發(fā)生器)。在電機(jī)1為無(wú)刷式電機(jī)的情況下，旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置22包括用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置的位置檢測(cè)傳感器(霍爾傳感器)。
座合檢測(cè)單元23用于檢測(cè)螺母或螺栓頭在目標(biāo)元件上的座合。通過(guò)根據(jù)電機(jī)1的旋轉(zhuǎn)速度和電機(jī)1在兩次連續(xù)打擊之間的旋轉(zhuǎn)量估計(jì)擰緊扭矩并且隨后確定這樣估計(jì)的擰緊扭矩是否達(dá)到預(yù)定值而檢測(cè)該座合。
在當(dāng)前實(shí)施例中，基于通過(guò)上述計(jì)算得到的估計(jì)擰緊扭矩來(lái)判斷所述座合，并且通過(guò)在座合后計(jì)數(shù)進(jìn)行打擊的次數(shù)來(lái)判斷最終的擰緊扭矩。后面將解釋原因。
通過(guò)座合檢測(cè)單元23執(zhí)行的擰緊扭矩的估計(jì)基于每次打擊的動(dòng)能的增益或損失。在假設(shè)通過(guò)錘4的打擊動(dòng)作傳遞到砧座5的能量基本上等于擰緊操作中消耗的能量的前提下來(lái)進(jìn)行估計(jì)。現(xiàn)在假設(shè)通過(guò)圖3中所示的函數(shù)T＝τ(θ)表示在座合時(shí)間點(diǎn)附近螺母的旋轉(zhuǎn)角度θ與擰緊扭矩T之間的相互關(guān)系，并且還假設(shè)由錘4進(jìn)行的打擊發(fā)生在各自的旋轉(zhuǎn)角度θ1至θN處，則通過(guò)對(duì)函數(shù)τ在θ1和θ2之間的段上求積分而獲得的值E1代表在擰緊操作中消耗的能量。值E1等于錘4在旋轉(zhuǎn)角度θ1處打擊砧座5時(shí)傳遞到砧座5的能量。因此，通過(guò)等式(1)給出在θN至θN+1之間的段上的平均擰緊扭矩T Tav＝En/Δθn ………(1) 其中，En為能量并且Δθn為連續(xù)打擊之間的旋轉(zhuǎn)角度(θn+1-θn)。
能量En由等式(2)表示 En＝1/2×Ja×ωn2 ………(2) 其中，Ja為砧座5的已知慣性矩并且ωn為通過(guò)執(zhí)行計(jì)算的打擊速度檢測(cè)單元24獲得的打擊速度，在所述計(jì)算中，用打擊間隔除以連續(xù)打擊之間的砧座旋轉(zhuǎn)角度。這里，根據(jù)連續(xù)打擊之間的電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度、減速器2的減速比以及在一次旋轉(zhuǎn)期間由錘4施加到砧座5的打擊次數(shù)之間的相互關(guān)系來(lái)計(jì)算砧座旋轉(zhuǎn)角度θ。
圖4表示擰緊螺栓時(shí)扭矩的變化。在用于將金屬物體接合在一起的擰緊作業(yè)的情況下，從圖4中可以清楚地看出，擰緊扭矩在每次施加打擊沖擊時(shí)逐漸增大。螺栓旋轉(zhuǎn)角度在每次施加打擊沖擊時(shí)逐漸減小并且最終變?yōu)槲⑿〗嵌取Ｓ捎趯⒚看问┘哟驌魶_擊時(shí)螺栓(砧座5)的旋轉(zhuǎn)角度用于前述對(duì)于得到估計(jì)的擰緊扭矩T的計(jì)算中，在旋轉(zhuǎn)角度變?yōu)檩^小值的區(qū)域中誤差會(huì)變大。因此，估計(jì)的擰緊扭矩(圖4中的“b”)與實(shí)際的擰緊扭矩(圖4中的“a”)不同。盡管可能在砧座5上安裝高精度和高分辨率的旋轉(zhuǎn)角度傳感器，但其往往會(huì)增加沖擊電動(dòng)工具的重量，從而降低可使用性。另外，沖擊電動(dòng)工具結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜并且制造成本升高。
很難基于打擊次數(shù)來(lái)確定螺栓的座合或非座合?；诠烙?jì)的擰緊扭矩對(duì)座合或非座合的確定確保了增加的精確度并且容易精確地檢測(cè)螺栓在每次施加打擊沖擊時(shí)的旋轉(zhuǎn)角度，直到座合完成。在當(dāng)前實(shí)施例中，如果如前述得到的估計(jì)的擰緊扭矩T等于或大于預(yù)定值Ts，則確定座合完成。根據(jù)座合完成之后的打擊次數(shù)是否達(dá)到對(duì)應(yīng)于期望的擰緊扭矩的指定打擊次數(shù)而確定最終的擰緊扭矩。由于座合完成之后螺栓進(jìn)入穩(wěn)定擰緊狀態(tài)，擰緊扭矩也穩(wěn)定，如圖5中所示。
在這點(diǎn)上，如果基于打擊次數(shù)對(duì)擰緊扭矩是否達(dá)到目標(biāo)擰緊扭矩進(jìn)行確定，則由于前述的功率源電壓下降而使重復(fù)確定的準(zhǔn)確率降低。圖6表示當(dāng)打擊次數(shù)保持不變時(shí)，擰緊扭矩和電池電壓之間的相互關(guān)系。
由于前面提到的原因，在控制操作期間，監(jiān)控等式(2)中的打擊速度ωn并且根據(jù)該打擊速度ωn校正預(yù)定打擊次數(shù)，其中在所述控制操作期間，計(jì)數(shù)打擊次數(shù)并且當(dāng)這樣計(jì)數(shù)的打擊次數(shù)達(dá)到對(duì)應(yīng)于目標(biāo)擰緊扭矩的預(yù)定打擊次數(shù)時(shí)執(zhí)行關(guān)斷。
參考圖1，如果開(kāi)啟觸發(fā)開(kāi)關(guān)13(步驟S100)，則以對(duì)應(yīng)于觸發(fā)開(kāi)關(guān)13的操作量的旋轉(zhuǎn)速度控制電機(jī)1(步驟S101)。然后，如果通過(guò)打擊檢測(cè)單元21檢測(cè)到打擊，則座合檢測(cè)單元23計(jì)算估計(jì)的擰緊扭矩(步驟S103)。在步驟S104中確定座合并且在步驟S105至步驟S110中執(zhí)行基于打擊次數(shù)的關(guān)斷操作。如果估計(jì)的擰緊扭矩等于或大于預(yù)定值Ts并且在步驟S104中確定已經(jīng)完成座合，則控制單元10響應(yīng)于由打擊檢測(cè)單元21發(fā)出的打擊信號(hào)而計(jì)數(shù)打擊次數(shù)(步驟S105)。
如果計(jì)數(shù)的打擊次數(shù)已經(jīng)達(dá)到預(yù)定打擊次數(shù)(步驟S106)并且此時(shí)的打擊速度等于或大于第一指定的打擊速度(電池電壓正常時(shí)的打擊速度)(步驟S107)，則執(zhí)行關(guān)斷操作。相反，如果工具停止之前的打擊速度小于該第一指定的打擊速度，則校正預(yù)定打擊次數(shù)。
在執(zhí)行校正中，通過(guò)使預(yù)定打擊次數(shù)乘以一差值來(lái)計(jì)算不足打擊能量，其中所述差值為根據(jù)第一指定的打擊速度計(jì)算的打擊能量與通過(guò)根據(jù)打擊速度檢測(cè)單元24獲得的打擊速度計(jì)算的打擊能量之間的差值。將該不足打擊能量轉(zhuǎn)換為不足打擊次數(shù)。然后，通過(guò)將該不足打擊次數(shù)加到預(yù)定打擊次數(shù)而得到校正的打擊次數(shù)。如果打擊次數(shù)達(dá)到校正的打擊次數(shù)(步驟S109)，則停止電機(jī)1以執(zhí)行關(guān)斷。更確切的說(shuō)，通過(guò)下述等式計(jì)算不足打擊能量不足打擊能量＝((第一指定的打擊速度)2-(實(shí)際打擊速度)2)×預(yù)定打擊次數(shù)。不足打擊能量的這種計(jì)算基于這樣一個(gè)概念，其中，如果連續(xù)打擊之間的旋轉(zhuǎn)角度很小并且基本上恒定，則打擊速度的平方與擰緊扭矩成比例。使用以下等式執(zhí)行從不足打擊能量到不足打擊次數(shù)的轉(zhuǎn)換 不足打擊次數(shù)＝校正系數(shù)×不足打擊能量÷(實(shí)際打擊速度)2。
打擊速度越小，不足打擊次數(shù)就越大。因此，可能以增加的精確度執(zhí)行校正。校正系數(shù)為隨著沖擊電動(dòng)工具的類(lèi)型變化的任意整數(shù)。
當(dāng)檢測(cè)的打擊速度過(guò)低時(shí)，即使如圖7所示地校正打擊次數(shù)也不可能達(dá)到目標(biāo)擰緊扭矩。因此，當(dāng)檢測(cè)的打擊速度等于或低于第二指定的打擊速度S2(小于如圖7所示的第一指定的打擊速度S1)時(shí)，雖然在圖1中未示出，還是希望通過(guò)使用圖2所示的通知單元14通過(guò)光或聲音(蜂鳴聲)通知操作者缺少功率源電壓以停止電機(jī)1并且要求操作者更換電池，在該第二指定的打擊速度S2處，不能通過(guò)以校正的打擊次數(shù)的打擊操作來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)擰緊扭矩。如果直到或除非更換電池電機(jī)1都保持不能發(fā)動(dòng)，則可能可靠地防止否則可能由不足擰緊扭矩導(dǎo)致的擰緊作業(yè)的劣質(zhì)完成。
盡管已經(jīng)針對(duì)典型的實(shí)施例示出和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于前述具體實(shí)施例而是在不偏離本發(fā)明范圍的情況下可以對(duì)其進(jìn)行多種改變和修改。
權(quán)利要求
1、一種沖擊電動(dòng)工具，包括
沖擊機(jī)構(gòu)，用于通過(guò)使用電機(jī)的輸出功率對(duì)輸出軸施加打擊沖擊；
打擊檢測(cè)單元，用于檢測(cè)由所述沖擊機(jī)構(gòu)施加的所述打擊沖擊以獲得打擊時(shí)序；
旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)單元，用于檢測(cè)所述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度；
打擊速度檢測(cè)單元，用于根據(jù)通過(guò)所述打擊檢測(cè)單元獲得的打擊時(shí)序和通過(guò)所述旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)單元獲得的所述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度來(lái)計(jì)算打擊速度；以及
控制單元，用于計(jì)數(shù)通過(guò)所述打擊檢測(cè)單元檢測(cè)的所述打擊沖擊的次數(shù)并且在所述打擊沖擊的次數(shù)達(dá)到預(yù)定打擊次數(shù)時(shí)停止所述電機(jī)，其中所述控制單元被設(shè)計(jì)為在所述打擊速度檢測(cè)單元中獲得的所述打擊速度等于或低于指定打擊速度時(shí)校正所述預(yù)定打擊次數(shù)。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖擊電動(dòng)工具，其中所述控制單元通過(guò)計(jì)算不足打擊能量、將所述不足打擊能量轉(zhuǎn)換為不足打擊次數(shù)并且將所述不足打擊次數(shù)加到所述預(yù)定打擊次數(shù)而執(zhí)行對(duì)所述預(yù)定打擊次數(shù)的校正，其中所述控制單元按照使所述預(yù)定打擊次數(shù)乘以根據(jù)第一指定打擊速度計(jì)算的所述打擊能量與根據(jù)所檢測(cè)的打擊速度計(jì)算的所述打擊能量之間的差值的方式來(lái)計(jì)算所述不足打擊能量。
3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的沖擊電動(dòng)工具，其中當(dāng)所檢測(cè)的打擊速度等于或低于第二指定打擊速度時(shí)，所述控制單元停止所述電機(jī)并且通知操作者在所述擰緊扭矩中出現(xiàn)異常，其中所述第二指定打擊速度小于所述第一指定打擊速度。
4、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的沖擊電動(dòng)工具，其中當(dāng)所檢測(cè)的打擊速度等于或低于第二指定打擊速度時(shí)，所述控制單元停止所述電機(jī)并且保持所述電機(jī)不能操作，其中所述第二指定打擊速度小于所述第一指定打擊速度。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種沖擊電動(dòng)工具，其包括通過(guò)使用電機(jī)的輸出功率對(duì)輸出軸施加打擊沖擊的沖擊機(jī)構(gòu)。打擊檢測(cè)單元檢測(cè)由所述沖擊機(jī)構(gòu)施加的所述打擊沖擊以獲得打擊時(shí)序，并且打擊速度檢測(cè)單元由通過(guò)所述打擊檢測(cè)單元獲得的打擊時(shí)序以及由旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)單元獲得的所述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度而計(jì)算打擊速度。控制單元計(jì)數(shù)由所述打擊檢測(cè)單元檢測(cè)的所述打擊沖擊的次數(shù)并且在所述打擊沖擊的次數(shù)達(dá)到預(yù)定打擊次數(shù)時(shí)停止所述電機(jī)。所述控制單元被設(shè)計(jì)為在所述打擊速度檢測(cè)單元中獲得的所述打擊速度等于或低于指定打擊速度時(shí)校正所述預(yù)定打擊次數(shù)。
文檔編號(hào)B25B21/02GK101396810SQ200810165840
公開(kāi)日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2008年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日
發(fā)明者有村直, 水野光政, 大橋敏治, 坂上正昭 申請(qǐng)人:松下電工株式會(huì)社