油脉冲工具的制作方法

专利名称：油脉冲工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及油脉冲工具，该油脉冲工具由电动机驱动旋转，以通过利用液压产 生的间歇撞击力对螺栓等的紧固构件进行紧固。
背景技术：
作为用于对螺钉、螺栓等进行紧固的冲击工具，已知通过利用液压产生撞击力 的油脉冲工具。油脉冲工具的特征在于，由于不存在金属之间的冲击，因此该油脉冲工 具的操作噪音低。已有例如PTLl作为公开这种油脉冲工具的实例，使用电动机作为驱动 油脉冲单元的动力，并且电动机的输出轴直接连接到油脉冲单元上。当扣动了用于操作 油脉冲工具的触发开关时，驱动功率被供应至电动机。引用列表专利文献PTL 1 JP-A-2006-88280

发明内容
技术问题尽管根据背景技术的油脉冲工具，通过与扣动触发开关的量成比例地改变供应 至电动机的功率来控制电动机的旋转速度，但油脉冲工具不根据在该油脉冲工具中有无 产生类似脉冲状的扭矩(撞击)来执行对增大或减小供应至电动机的功率的控制。本发 明人发现该背景技术中具有以下待解决的问题。当油脉冲单元产生了类似脉冲状的扭矩，而强旋转扭矩被传送至前端工具时， 驱动电动机暂时停止旋转，或者由于所述撞击的反作用而反向旋转一定的角度。在继续 向电动机提供功率而不在旋转停止或者电动机反向旋转时改变功率的背景技术中，在该 情况下流过大电流，电动机的大部分变热，从而功耗的效率较低。此外，当电动机的反 向旋转停止时，开始正常旋转并且再次经过撞击位置，尽管撞击较弱但仍施该撞击(脉 冲)，该弱撞击力对紧固部件的禁锢完全不做贡献，因此，形成了干扰电动机旋转的不必 要操作。本发明鉴于上述背景技术而实施，并且本发明的目的在于提供一种油脉冲工 具，当撞击之后紧接着反向旋转的电动机常规旋转时，该油脉冲工具进行控制以约束产 生的弱撞击力。本发明的另一目的在于提供一种油脉冲工具，该油脉冲工具通过在油脉冲工具 中的撞击之后紧接着控制电动机的驱动力，而能够减小电动机的功耗。解决问题的方案根据本发明的一个特征，在具有电动机、由电动机驱动的油脉冲单元以及与油 脉冲单元的轴相连并且装有前端工具的输出轴的油脉冲工具中，设有用于调节电动机的 驱动力的驱动调节装置，当撞击力通过在油脉冲单元上产生的类似脉冲状的扭矩传送至输出轴时，执行控制以使电动机的驱动力减小，并且当经过了轴的撞击位置时，旋转受 到类似脉冲状的扭矩干扰的电动机的驱动力增大。具体而言，当电动机在由类似脉冲状 的扭矩产生的对输出轴的撞击的反作用下反向旋转时，当电动机反向旋转、直至停止反 向旋转、开始常规旋转并且经过了冲击位置时，控制减小电动机的驱动力。驱动调节 装置为例如具有微机的运算部分，该微机用于对设定提供至电动机的电压的电路进行控 制，可以通过调节供应至电动机的功率来增大或减小驱动力。根据本发明的另一特征，当电动机反向旋转时，驱动调节装置以第一减小驱动 力驱动电动机，并且直至反向旋转停止、开始正常旋转并且经过了冲击位置时，以小于 第一减小驱动力的第二减小驱动力来驱动电动机。此外，在紧挨着在油脉冲单元上产生 脉冲的位置之前，驱动调节装置可以控制减小驱动力，并且在将撞击力通过在油脉冲单 元上产生的类似脉冲状的扭矩传送至输出轴之后，驱动调节装置进一步减小电动机的驱 动力。根据本发明的又另一特征，油脉冲工具设有扭矩检测传感器，该扭矩检测传感 器为检测在输出轴上产生的撞击力的应变计等，并且驱动调节装置基于扭矩检测传感器 的输出来调节电动机的驱动力。此外，设有旋转位置检测装置，该旋转位置检测装置为 用于检测电动机的旋转位置的霍尔IC等，并且驱动调节装置基于旋转位置检测装置的输 出来调节电动机的驱动力。根据本发明的又另一特征，电动机为无刷直流电动机，并且驱动调节装置通过 由PWM控制改变提供的功率占空比来调节供应至无刷直流电动机的功率。本发明的有益效果根据本发明的一个方面，在紧挨着撞击力被传送到输出轴之前或者当撞击力被 传送到输出轴时，电动机的驱动力被减小，并且由于当经过轴的撞击位置时，旋转受到 类似脉冲状的扭矩干扰的电动机恢复至正常驱动力，因此能够减小当电动机的旋转在产 生油脉冲的情况下受到干扰时消耗的驱动力(功率)，并且从而防止产生由此导致的热量。根据本发明的另一方面，当电动机反向旋转、直至反向旋转停止、开始正常旋 转然后经过了撞击位置时，驱动调节装置减小电动机的驱动电压，因此，减小了当电动 机的旋转受到干扰时消耗的驱动力(功率)，并且防止产生由此导致的热量。根据本发明的另一方面，当电动机反向旋转时，以第一次减小的驱动力驱动电 动机，并且直至反向旋转停止、开始正常旋转然后经过了所述撞击位置时，以小于第一 次减小的驱动力的第二次减小的驱动力驱动电动机，因此，执行了相应于电动机的旋转 位置的驱动力精细调节，从而，进一步减小了由电动机消耗的输出(功率)。根据本发明的另一方面，在紧挨着在油脉冲单元上产生脉冲的位置之前，减小 电动机驱动力，因此，减小了电动机的驱动力(功率)对撞击的不良影响。根据本发明的另一方面，设有扭矩检测传感器以检测产生的撞击力，驱动调节 装置基于扭矩检测传感器的输出来调节电动机的驱动力，因此，以简单的方法检测到减 小电动机驱动力的时刻。根据本发明的另一方面，设有旋转位置检测装置以检测电动机的旋转位置，驱 动调节装置基于旋转位置检测装置的输出来调节电动机的驱动力，因此，可以根据电动机的旋转位置提前控制驱动力。根据本发明的另一方面，驱动调节装置通过由PWM控制改变所提供的功率的占 空比来调节供应至无刷直流电动机的功率。


图1是示出根据本发明实施例的冲击打入器的整体的剖视图。图2是图1中的油脉冲单元4的放大剖视图。图3示出了图2中的B-B剖面以及以8个阶段表示在使用油脉冲单元4的状态 下的旋转一周的运动的剖视图。图4是图1中的A-A部分的剖视图。图5是示出根据本发明实施例的电动机3的驱动控制系统的构造的框图。图6A是示出在背景技术中在油脉冲单元4中实施撞击以及实施紧固直至达到设 定扭矩之前的紧固扭矩与时间之间的关系的图。图6B是示出当通过油脉冲单元4实施撞击时相对于输出轴5旋转衬套21的状况 的图。图7是示出在图6B中所示的衬套21的旋转位置处供给到电动机3的功率有效值 的实例的示意图。图8是说明根据本发明实施例的电动机的控制程序的流程图。图9是示出根据本发明实施例的电动机3的控制程序的第二变型实例的流程图。图10是示出根据本发明实施例的电动机3的控制程序的第三变型实例的流程 图。图11是示出根据本发明实施例的电动机3的控制程序的第四变型实例的流程 图。图12是示出根据本发明实施例的电动机3的控制程序的第五变型实例的流程 图。图13A和图13B示出了表示电动机3从图6A和图6B中所示的撞击位置反向旋 转、之后开始常规旋转、再次经过撞击位置并且到达后继撞击位置的时间段的示意图。图14是说明检测油脉冲单元4的漏油的程序的流程图。
具体实施例方式下面将参考

本发明的实施例。此外，在对说明书进行说明时，将通过 建立如图1中所示方向的上下方向和前后方向而做出说明。图1是示出根据本发明实施 例的油脉冲工具的整体的剖视图。油脉冲工具1通过利用电源缆线2从外部供电并且通过电动机3驱动油脉冲单元 4，从而向连接到油脉冲单元4上的输出轴5施加旋转力和撞击力，从而向六边形插槽等 的前端工具(未示出)连续地或间歇地传输旋转撞击力，以执行螺母紧固、螺栓紧固等操作。通过电源缆线2供给的电源为直流电或AC 100V等的交流电，在为交流电的情 况下，通过在油脉冲工具1的内部设置整流器(未示出)而将交流电转换成直流电，然后传输到电动机的驱动电路。电动机3为无刷直流电动机，其具有转子3b和定子3a，在该 转子3b的内周侧上设有永磁体，在该定子3a的外周侧上设有围绕芯部缠绕的绕组，并且 该电动机3的旋转轴被两个轴承10a、IOb所固定并且被收容在壳体的圆筒形的筒状部分 6a的内部。通过塑料等将筒状部分6a和手柄部分6b—体地制成壳体。在电动机3后 方设置有用于驱动电动机3的驱动电路板7，并且在该电路板7上安装有由FET半导体元 件等和用于检测转子3b的旋转位置的霍尔元件构成的逆变器电路，以及霍尔IC的旋转位 置检测元件42等。在壳体的筒状部分6a内部的最后方设置有用于冷却的冷却风扇单元 17。触发开关8被设置在壳体的用于连接手柄部分6b的部分附近，该手柄部分6b沿 着与筒状部分6a大致垂直的向下方向从筒状部分6a延伸，并且通过设置在触发开关8正 下方的开关电路板14将与扣动触发开关8的量成比例的信号发送到电动机控制板9a。手 柄部分6b的下侧设有电动机控制板9a、扭矩检测板9b以及旋转位置检测板9c这三个控 制板9。旋转位置检测板9c设有多个发光二极管(LED) 18，并且发光二极管18的光被 设置为通过射出壳体的发射窗口或穿过通孔(未示出)而能够从外部识别。根据包含在壳体的筒状部分6a内部的油脉冲单元4，后侧的衬板23直接连接到 电动机3的旋转轴，并且前侧的主轴24直接连接到输出轴5。当通过扣动触发开关8来起 动电动机3时，电动机3的旋转力被传输到油脉冲单元4。油被填充到油脉冲单元4的内 部，当不向输出轴5施加负荷时，或者当负荷小时，输出轴5仅在油的阻力下与电动机3 的旋转基本同步地旋转。当向输出轴5施加强负荷时，输出轴5和主轴24的旋转停止， 仅有油脉冲单元4的外周侧上的衬套继续旋转，油压被迅速提升以在一周旋转中在气密 密封存在于一个部分中的油的位置处产生冲击脉冲，通过呈尖塔状的强扭矩使主轴24旋 转，并且大的紧固扭矩被传输到输出轴5。之后，多次重复类似的撞击操作，并且以设定 扭矩来紧固待紧固的目标。输出轴5由位于后侧端部处的轴承IOc保持，并且输出轴5的前侧由金属轴承16 以及箱体15保持。尽管实施例的轴承IOc为滚珠轴承，可以使用滚针轴承等其它轴承。 在轴承IOc上安装有旋转位置检测传感器13。旋转位置检测传感器13由下列元件构成 永磁体13a，其固定在滚珠轴承IOc的内圈上并且与输出轴5同步旋转；传感器壳体，其 固定到外轴承上以覆盖滚珠轴承；以及霍尔IC等的位置检测元件13b。永磁体13a包括 多组磁极，并且在与永磁体13a相对的盖体的外周侧的部分上设置用于将位置检测元件 13b的信号发送到外部的连接器13c。在永磁体13a的内周侧，输出轴5的直径变得细小，并且该细小部分连接有构成 扭矩检测传感器的应变计12。输出轴5的直径在连接有应变计12的部分的前侧变粗，并 且该部分设有用于向应变计12供给电压的输入用变压器组11a，以及用于传送来自应变 计12的输出的输出用变压器组lib。输入用变压器组Ila和输出用变压器组lib由分别 布置在其内周侧和外周侧上的线圈构成。内周侧的线圈被固定到输出轴5上，并且外周 侧的线圈被固定到箱体15上。输入到内周侧的变压器组Ila的输入电压和从输出用变压 器组lib输出的输出电压通过连接器Ilc传送到扭矩检测板9b。与输出轴5相连的上述 各个部分与呈圆筒状的箱体15形成一体，并且箱体15连接到壳体的筒状部分6a上。此 外，箱体15的下部设有用于覆盖连接线路等的线路盖体31。
图2是图1中的油脉冲单元4的放大剖视图。油脉冲单元4主要由下述两个部分 构成驱动部分，其与电动机3同步旋转；以及输出部分，其与连接有前端工具的输出 轴5同步旋转。与电动机3同步旋转的驱动部分包括衬板23，其直接连接到电动机3 的旋转轴上；以及一体成型的衬套21，其被固定为延伸到驱动部分外周侧的前侧，并且 衬套21的外径构成大致圆柱状。与输出轴5同步旋转的输出部分由主轴24和叶片25a、 25b构成，该叶片25a、25b以彼此间隔180度的方式连接到在主轴24的外周侧上形成的 槽上。主轴24穿入到一体成型的衬套21中，并且被保持为能够在由衬套21和衬板23 形成的密闭空间的内部旋转，并且用于产生扭矩的油(工作流体)被填充到密闭空间的内 部。O形圈30被设置在衬套21与主轴24之间，O形圈29被设置在衬套21与衬板23 之间，并且确保它们之间的气密性。此外，尽管没有示出，衬套21设有用于使油压从高 压室逃逸到低压室的减压阀，并且可以通过控制所产生的最大油压来调节紧固扭矩。图3示出了图2中的B-B剖面以及以8个阶段表示在使用油脉冲单元4的状态下 的旋转一周的运动的剖视图。衬套21的内部形成有衬套室，该衬套室的剖面形成如图3 中(1)所示的4个区域。在主轴24的外周部分中，叶片25a、25b被适合地插入彼此相 对的两个槽部分中，并且通过弹簧沿着圆周方向推动叶片25a、25b，以使叶片25a、25b 与衬套21的内面形成接触。在叶片25a、25b之间的主轴24的外周面上设有构成沿轴向 延伸的突出尖塔的突出形状的密封面26a、26b。衬套21的内周面形成有通过构造为屋顶 状而构成的突出形状的密封面27a、27b和突出形状的部分28a、28b。根据油脉冲工具1，在紧固螺栓时，当紧固螺栓的底座面就座时，负荷被施加到 主轴24上，使主轴24和叶片25a、25b进入基本停止的状态，并且仅衬套21继续旋转。 根据衬套21相对于主轴24的旋转，产生每旋转一周一次的冲击脉冲，在产生冲击脉冲 时，在油脉冲工具1的内部，形成在衬套21的内周面上的突出形状的密封面27a与形成 在主轴24的外周面上的突出形状的密封面26a彼此形成接触。与此同时，突出形状的密 封面27b与突出形状的密封面26b彼此形成接触。通过以此方式分别使形成在衬套21的 内周面上的一对突出形状的密封面与形成在主轴24的外周面上的一对突出形状的密封面 彼此接触，衬套21的内部被分隔成两个高压室和两个低压室。此外，由高压室与低压室 之间的压力差在主轴24上产生瞬间的强旋转力。接下来，将说明油脉冲单元4的操作过程。首先，通过扣动触发开关8使电动机 3旋转，并且衬套21也随着电动机3的旋转而与电动机3同步旋转。尽管根据实施例， 衬板23直接连接到电动机3的旋转轴上并且旋转相同的转数，但本发明不限于此，衬板 23也可以借助于减速机构连接到旋转轴上。图3中的(1)至⑶为以相对于主轴24的相对角度示出使衬套21旋转一周的状 态的视图。如上所述，当不向输出轴5施加负荷或者负荷小时，主轴24仅在油的阻力下 与电动机3的旋转基本同步地旋转。当向输出轴5施加强负荷时，直接连接到输出轴5 上的主轴24的旋转停止，并且仅外侧上的衬套21继续旋转。图3中的(1)为示出当在主轴24上产生冲击脉冲的撞击力时的位置关系的视 图。(1)所示的位置为在一周旋转中存在于一个部分的“气密密封油的位置”。这里， 在沿着主轴24的轴向的整个区域内，突出形状的密封面27a和26a、密封面27b和密封面26b、叶片25a和突出形状的部分28a、以及叶片25b和突出形状的部分28b分别彼此形成 接触，从而衬套21的内部空间被分隔成两个高压室和两个低压室这4个室。这里，高压和低压为存在于内部的油压。此外，当衬套21由于电动机3的旋转 而旋转时，高压室的容积减小，因此，油被压缩并且瞬间产生高压，并且高压将叶片25 推向低压室一侧。结果，主轴24在上下叶片25a、25b的作用下由于旋转力而瞬间工作， 并且产生强的旋转扭矩。通过形成高压室，产生使叶片25a、25b沿着图中的顺时针方向 旋转的强撞击力。图3中的(1)表示说明书中的“撞击位置”。图3中的⑵示出了衬套21从撞击位置起旋转45度的状态。当经过(1)中所 示的撞击位置后，突出形状的密封面27a和26a、突出形状的密封面27b和密封面26b、 叶片25a和突出形状的部分28a、以及叶片25b和突出形状的部分28b彼此形成接触的状 态解除，因此，被分隔成衬套21内部的4个室的空间释放，油流到各个空间中，因此， 不产生旋转扭矩，并且衬套21由于电动机3的旋转而进一步旋转。图3中的(3)示出了衬套21从撞击位置起旋转90度的状态。在该状态下，叶 片25a、25b与突出形状的密封面27a、27b形成接触并且沿着径向退回到内侧直至处于不 从主轴24突出的位置处，因此，油压的影响不起作用并且不产生旋转扭矩，因此，衬套 21如原样旋转。图3中的(4)示出了衬套21从撞击位置起旋转135度的状态。在该状态下，衬 套21的内部空间彼此连通，并且不产生油压的变化，因此，在主轴上不产生旋转扭矩。图3中的(5)示出了衬套21从撞击位置起旋转180度的状态。在该位置处，尽 管突出形状的密封面27b和26a、突出形状的密封面27a和密封面26b彼此邻近，但突出 形状的密封面27b和26a、以及突出形状的密封面27a和密封面26b彼此不形成接触。这 是因为，形成在主轴24上的突出形状的密封面26a和26b不是布置在相对于主轴的轴线 彼此对称的位置处。类似地，形成在衬套21的内周上的突出形状的密封面27a和27b也 不是布置在相对于主轴的轴线彼此对称的位置处。因此，在该位置处，油的影响几乎不 起作用，因此，几乎不产生旋转扭矩。此外，尽管填充在内部中的油有粘度，但在突出 形状的密封面27b和26a或者突出形状的密封面27a和26b彼此相对时，仅稍稍形成高压 室，因此，或多或少产生旋转扭矩，因此，与(2)至(4)、(6)至(8)不同，在紧固时旋 转扭矩不起作用。图3中的(6)至⑶的状态基本类似于(2)至⑷的状态，在该状态下，不产生 旋转扭矩。当从(8)中的状态进一步旋转时，形成图3中的(1)的状态，在沿着主轴24 的轴向的整个区域内，突出形状的密封面27a和26a、密封面27b和密封面26b、叶片25a 和突出形状的部分28a、以及叶片25b和突出形状的部分28b分别彼此形成接触，从而衬 套21的内部空间被分隔成两个高压室和两个低压室这4个室，因此，在主轴24上产生强 的旋转扭矩。接下来，将参考图4说明旋转位置检测传感器和扭矩检测传感器的连接结构。 图4为图1中的A-A部分的剖视图。不旋转的由金属制成的旋转位置检测传感器盖体33b 布置在箱体15的内侧。在该旋转位置检测传感器盖体33b的内周侧上设有圆筒状的转子 33a,并且在转子33a的外周上固定有磁极沿着圆周方向布置的永磁体13a。转子33a被 固定到轴承IOc的内圈上并且与内圈一起旋转。霍尔元件的位置检测元件13b等被设置在永磁体13a的外周侧的一部分或多个部分上，从而能够精确地检测输出轴5的旋转位置。 连接器34为用于将位置检测元件13b的输出连接到外部的连接器，并且设有经由剖视图 中未示出的路径从位置检测元件13b连接到连接器34的连接线路。线路盖体31为形成 供用于检测旋转位置的线路和用于扭矩检测传感器的线路穿过的空间的盖体。输出轴5被布置在转子33a的内周侧的空间中。这里，参考图4可以理解，在 圆柱状的输出轴5中，输出轴5的直径仅在连接应变计12的位置处变得细小，并且输出 轴5的剖面大致由四边形构成。此外，应变计12分别设置在处于剖面的外周上的四个平 坦面上。因而，能够提高检测扭矩的精度。如上面所说明的，根据实施例，旋转位置检测传感器和扭矩检测传感器沿着输 出轴的轴向布置在相同位置处，或者重叠布置，因此，能够缩短输出轴的整体长度，并 且能够实现整体长度(前后长度)短的油脉冲工具。此外，旋转位置检测传感器被布置在 外周侧上，因此，扩大了旋转位置检测传感器的转子直径，并且提高了位置检测精度。 此外，输出轴由轴承可旋转地固定，旋转位置检测传感器被固定在轴承上，因此，旋转 位置检测传感器能够与轴承一体地制成，并且能够实现易于形成一体的油脉冲工具。此 外，旋转位置检测传感器由转子和霍尔元件构成，转子被固定在轴承的旋转部分上，因 此，使得轴承的旋转部分能够用于保持转子，并且能够实现减少部件的数量。接下来，将参考图5说明电动机3的驱动控制系统的构造和操作。图5为示出 电动机3的驱动控制系统的构造的框图。根据实施例，电动机3由3相无刷直流电动机 构成。无刷直流电动机为内转子型，并且包括转子(转子)3b，其由包括多组N极和 S极的永磁体(磁体)构成；定子3a(定子)，其由以星形连接方式连接的3相定子绕组 U、V、W构成；以及三个旋转位置检测元件42，其沿周向分别以例如30°角的预定间 隔布置，以检测转子3b的旋转位置。基于来自旋转位置检测元件42的位置检测信号来 控制向定子绕组U、V、W通电的方向和时间，并且电动机3旋转。驱动电路47由以3相桥式连接的FET的6件开关元件Ql至Q6等构成。以桥 式连接方式连接的6件开关元件Ql至Q6的各个栅极连接到控制信号输出电路46，并且 6件开关元件Ql至Q6的各个漏极或各个源极连接到以星形连接方式连接的定子绕组U、 V、W。因而，6件开关元件Ql至Q6通过切换从控制信号输出电路46输入的元件驱动 信号(Hl至H6的驱动信号)来执行开关操作，并且通过构成作为3相(U相、V相和W 相)电压Vu、Vv、Vw施加到驱动电路47上的直流电源52来向定子绕组U、V、W供 电。此外，直流电源52可以由可安装且可拆除地设置的二次电池构成。在对6件开关元件Ql至Q6的各个栅极进行驱动的开关元件驱动信号(3相信 号)中，脉冲宽度调制信号(PWM信号)H4、H5、H6供给到3件负电源侧开关元件Q4、 Q5、Q6,通过运算部分41根据触发开关8的操作(行程)量基于施加电压设定电路49 的检测信号来改变PWM信号的脉冲宽度(占空比)，从而调节对电动机3的供电量，并 且控制电动机3的起动/停止以及旋转速度。这里，PWM信号被供给到驱动电路47的正电源侧开关元件Ql至Q3或者负电 源侧开关元件Q4至Q6中的任一方，并且，通过高速切换开关元件Ql至Q3或者开关元 件Q4至Q6，从而控制从直流电源供给到各个定子绕组U、V、W的功率。此外，根据 本实施例，从负电源侧开关元件Q4至Q6供给PWM信号，因此，可以通过控制PWM信号的脉冲宽度，从而调节供给到各个定子绕组U、V、W的功率来控制电动机3的旋转速度。油脉冲工具1设有用于切换电动机3的旋转方向的常规/反向切换杆51，并且旋 转方向设定电路50在每次检测到常规/反向切换杆51的变化时切换电动机的旋转方向， 并且将其控制信号发送到运算部分41。尽管没有示出，运算部分41由下述部分构成中央处理单元(CPU)，其基于处 理程序和数据输出驱动信号；ROM，其用于存储处理程序和控制数据；RAM，其用于 临时存储数据；以及定时器等。旋转角度检测电路44为这样的电路其输入来自旋转位置检测传感器13的位置 检测元件13b的信号，并检测输出轴5的旋转位置(旋转角度)，然后将其检测值输出到 运算部分41。撞击检测电路45为这样的电路其输入来自应变计12的信号，并且通过 检测扭矩的产生来检测撞击的时间。控制信号输出电路46基于旋转方向设定电路50和转子位置检测电路43的输出 信号形成用于交替地切换预定开关元件Ql至Q6的驱动信号，并且从控制信号输出电路 46输出该驱动信号。因此，向定子绕组U、V、W的预定线路交替地通电，并且定子3b 沿着设定的旋转方向旋转。在此情况下，将施加到驱动电路47的负电源侧开关元件Q4 至Q6的驱动信号作为基于施加电压设定电路49的输出控制信号的PWM调制信号而输 出。通过电流检测电路48来测量供给到电动机3的电流值，并且通过将该值反馈到运算 部分41而对该值进行调节以设定驱动功率。此外，可以将PWM信号施加到正电源侧开 关元件Ql至Q3。接下来，将参考图6A、图6B和图7说明下述控制以与油脉冲单元4的撞击协 作的方式改变供给到电动机3的功率。图6A为示出在背景技术中由油脉冲单元4执行撞击直至紧固达到设定扭矩之前 的紧固扭矩与时间之间的关系的图。在紧固螺栓时，根据油脉冲工具1，尽管衬套21和 主轴24彼此同步旋转，但当向主轴24施加负荷时，主轴24进入基本停止的状态，并且 仅衬套21继续旋转。此外，通过油脉冲单元的操作，间歇的紧固扭矩被传送到输出轴 5。表示该状态的附图为图6A。纵坐标表示紧固扭矩的大小，而横坐标表示时间。呈 间断产生的尖塔形状的扭矩曲线上方的标号表示脉冲的(撞击)次数。这里，在大尖塔 形状的脉冲的右侧产生小脉冲61至67。将参考图6B进一步说明产生脉冲61至67的原 理。图6B为示出当执行撞击时使衬套21相对于输出轴5旋转的情况的示意图，例如 示出了图6A中第七次至第八次撞击68的情况。在图6B中，当电动机3在常规旋转控 制(图中圆圈1所示的路径)下大致旋转一周并且到达第五次的撞击位置时，衬套21和电 动机3在从输出轴5接收到的反作用力下反向旋转一定程度的距离(图中圆圈3所示的路 径)。尽管由于反作用力的大小、填充到油脉冲单元4内部的油的粘度等原因，该距离不 是恒定的，但当距离大时，还存在返回约60°的旋转角度的情况。通常，通过一次撞击 对紧固构件进行紧固是不够的，因此，电动机3需要再次常规旋转。因此，尽管向电动 机3供给预定驱动功率，当在使电动机3反向旋转的同时(图中圆圈3所示的路径)供给 用于常规旋转的驱动功率时，大量电流流过并且产生热量，因此，效率差并且费电。因
10此，根据本实施例，使圆圈3的路径中的驱动功率比正常时减少得多。此外，当开始使电动机3常规地旋转而对电动机3强力加速(图中圆圈4所示的 路径)时，当到达撞击位置(图中圆圈4与圆圈5之间的位置)时，尽管扭矩小，仍产生 脉冲64。然而，从图6A可以理解到，该扭矩显著地小于通过常规撞击执行的扭矩撞击 力，因此，在对紧固构件进行紧固时扭矩不起作用。因此，在(2)中的圆圈4与圆圈5 之间的撞击位置处，优选缓慢地旋转电动机3，从而不产生脉冲。通常，由于油的粘度特性，油脉冲单元4在经过撞击位置时产生的扭矩具有在高速时大且在低速时小的特性。 因此，根据本发明，通过进行逐步加速直至经过图中圆圈4与圆圈5之间的撞击位置，从 而以低速旋转电动机3，以控制不在油脉冲单元4上产生脉冲。因此，在图中圆圈4的加 速中，供给到电动机3的驱动功率减小。在经过撞击位置之后，电动机3的加速再次返 回到正常控制，并且重复该控制，直至以预定扭矩对紧固构件进行紧固。此外，可以通过使上述功率控制更加精细，减少在紧挨撞击位置之前的圆圈2 的部分中的供电，来控制以减小撞击时作用于电动机3的影响，从而。此外，在再次经 过撞击位置之后紧接着的圆圈5的部分中，电动机3不可以突然加速，而是可以在消除撞 击位置附近的油粘度的影响之后加速。图7是示出在图6B所示的旋转位置处供给到电动机3的功率有效值的实例的示 意图。在圆圈1的部分中，具有在正常旋转时供给到电动机3的功率，在紧挨着圆圈2 的撞击位置之前功率下降到约75%，当执行撞击并且电动机3在圆圈3的部分反向旋转 时，供给的功率下降到约一半，并且当电动机3停止旋转时，供给的功率进一步下降， 并且电动机3缓慢地加速(圆圈4的部分)。当经过撞击位置后，经过圆圈5的部分，恢 复在正常旋转时供给的功率(圆圈1的部分)。此外，尽管功率在图中表示为有效值，例 如，可以使用PWM(脉冲宽度调制)系统的控制，并且，与在圆圈1的位置时相比，可 以减小在圆圈3或圆圈4的位置时使直流电源的开关为ON的时间段与使开关为OFF的 时间段相比的比率(占空比)。此外，在圆圈2或圆圈5的位置时的占空比也可以控制为 与在圆圈1的位置时相比减小。此外，作为控制功率的方法，通过改变电压本身的PAM 系统(脉冲幅值调制)，可以控制减小供给的电压。接下来，将参考图8中的流程图说明本发明实施例中电动机3的控制程序。根 据本实施例，假定电动机3在图6B中的圆圈1和圆圈2的部分中以100%的PWM占空 比旋转(步骤81)。尽管根据扣动触发开关8的量来改变状态，根据本实施例，为了简 化说明，将假定拉动触发开关8的量为100%进行说明，并且该旋转状况被称为“正常旋 转”。接下来，检测衬套21是否到达图6B所示的撞击位置并且电动机3是否由于撞击 而反向旋转(步骤82)。能够利用连接到电动机3的驱动电路板7上的旋转位置检测元件 42来检测电动机3的反向旋转。当电动机3没有反向旋转时，控制程序返回到步骤81， 当电动机反向旋转时，控制程序进行到步骤83。在步骤83中，供给到电动机3的驱动功率的PWM占空比减小到50%。功率以 此方式下降，这是因为在图6A和图6B所示的圆圈3的部分，当使PWM占空比保持 为100%时，效率差。此外，因为当使PWM占空比为0%时，电动机3的反向旋转未被 制动，因此，需要一定程度的驱动功率。接下来，检测电动机3的反向旋转是否停止(步骤84)。能够检测到是否由连接到电动机3的驱动电路板7的霍尔IC的旋转位置检测元件42等的输出使反向旋转停止。 当电动机3的反向旋转停止时，控制程序进行到常规旋转电动机3的控制(步骤85)。在 此情形下，通过将PWM占空比抑制到约25%直至经过图6B中的圆圈4的部分，使得在 经过撞击位置时不产生脉冲(步骤86)。当在步骤87中检测到经过撞击产生位置时，解 除电动机3的驱动功率的限制，使PWM占空比为100%，并且驱动电动机3，以使得尽 快到达后继撞击位置。根据上面 说明的实施例的控制，在紧挨着将撞击力传送到输出轴之前或者当撞 击力被传送到输出轴时，减小供给到电动机的功率，并且当旋转被脉冲状扭矩干扰的电 动机经过轴的撞击位置时，恢复正常功率，因此，能够减少当产生脉冲状扭矩时电动机 的旋转受到干扰时消耗的功率，并且能够防止产生如此导致的发热。接下来，将参考图9中的流程图说明根据本发明实施例的电动机3的控制程序的 第二变型实例。假定电动机3在图6B中的圆圈1和圆圈2的部分中以100%的PWM占 空比正常地旋转(步骤91)。接下来，检测电动机3是否旋转、衬套21是否到达图6B中 的撞击位置以及电动机3的旋转是否停止，即被撞击锁止(步骤92)。能够利用连接到电 动机3的驱动电路板7上的旋转位置检测元件42来检测到电动机3是否被锁止。这里， 电动机3的锁止表示几乎不存在图6B中的圆圈3和圆圈4的路径。在步骤92中，当电 动机3没有被锁止时，控制程序返回到步骤91，而当电动机3被锁止时，控制程序进行到 步骤93。在步骤93中，供给到电动机3的驱动功率的PWM占空比减小到50%。功率以 此方式下降，这是因为当向处于锁止状态的电动机3施加100%的驱动功率时，大电流 流动。此外，由于已被锁止之后的位置处于撞击位置的附近，因此优选不构成100%的驱 动功率直到经过撞击位置。接下来，检测衬套21是否经过了撞击产生位置(步骤94)。当衬套21没有经 过撞击产生位置时，重复步骤94，而当经过撞击产生位置时，控制程序进行到步骤95， PWM占空比被抑制到约25%，并且防止在经过撞击位置时产生脉冲(步骤95)。此外， 判断衬套21是否旋转了以圆圈5所示的预定角度(步骤96)，并且当检测到衬套21旋转 时，解除对电动机3的驱动功率的限制，并且以100%的PWM占空比驱动电动机3(步骤 97)。此外，能够利用旋转位置检测元件42的输出和旋转位置检测传感器13的输出来辨 识出衬套21是否旋转了预定角度。根据上面说明的第二变型实例的控制，在经过撞击位置并且其影响不起作用 时，恢复正常功率，因此，电动机3能够平稳地旋转。接下来，将参考图10中的流程图说明根据本发明实施例的电动机3的控制程序 的第三变型实例。假定电动机3在图6B中的圆圈1和圆圈2的部分中以100%的PWM 占空比正常地旋转(步骤101)。接下来，检测电动机3是否旋转、衬套21是否到达图6B 中的撞击位置以及是否执行了撞击(步骤102)。能够利用扭矩检测传感器(应变计12) 的输出检测到是否执行了撞击。在步骤102中，当没有检测到撞击时，控制程序返回到 步骤101，当检测到撞击时，控制程序进行到步骤103。在步骤103中，供应至电动机3 的驱动功率的PWM占空比减小到50%。接下来，在步骤104中，检测是否经过预定时 间段，当检测到经过该预定时间段时，解除对电动机3的驱动功率的限制，并且以100%的PWM占空比驱动电动机3(步骤105)。能够通过运算部分41中包含的微机，利用定 时器检测在产生撞击之后是否经过恒定时间段。因此，第三变型实例甚至能够应用于不 设有旋转位置检测元件42的驱动源，例如，当设置扭矩检测传感器时的直流电动机。接下来，将参考图11中的流程图说明根据本发明实施例的电动机3的控制程序 的第四变型实例。假定电动机3在图6B中的圆圈1和圆圈2的部分中以100%的PWM 占空比正常地旋转(步骤111)。接下来，检测电动机3是否旋转并且衬套21是否到达图 6B中的撞击位置(步骤112)。这里，衬套21到达撞击位置的重要性在于，不仅表明衬 套21的位置与撞击位置完全一致，而且表明衬套21落入撞击位置之前或之后的预定范围 内，尤其优选地表明衬套21落入图6B所示的圆圈2的范围内。为了判断是否到达撞击 位置，将上次的撞击位置存储到运算部分41中。 当没有到达撞击位置时，控制程序返回到步骤111，当到达撞击位置时，控制程 序进行到步骤113。在步骤113中，供给到电动机3的驱动功率的PWM占空比减小到 50%。接下来，检测是否执行了撞击(步骤114)。能够利用扭矩检测传感器(应变计 12)的输出检测到是否执行了撞击。当执行了撞击时，将撞击时的电动机3的旋转角度存 储到运算部分中(步骤115)。此外，不仅可以存储电动机3的旋转角度而且可以存储输 出轴5的旋转位置。接下来，检测在已经反向旋转或停止之后电动机3是否常规旋转，以及是否经 过撞击产生位置(步骤116)，当经过撞击产生位置时，供给到电动机3的驱动功率的 PWM占空比减小到25% (步骤117)。接下来，在步骤118中，检测是否旋转了预定角 度，当旋转了预定角度时，解除对电动机3的驱动功率的限制，并且以100%的PWM占 空比驱动电动机3(步骤119)。因此，根据第四变型实例，供给到电动机3的功率在紧挨 着在油脉冲单元上产生的脉冲的位置之前减小，因此，能够减少当产生撞击力时在电动 机中流动的驱动功率的不利影响。此外，设有用于检测撞击力产生的扭矩检测传感器， 基于扭矩检测传感器的输出来调节供给到电动机的功率，因此，能够通过简单的方法来 检测降低电动机的驱动功率的时间。接下来，将参考图12中的流程图说明根据本发明实施例的电动机3的控制程序 的第五变型实例。假定电动机3在图6B中的圆圈1和圆圈2的部分中以100%的PWM 占空比正常地旋转(步骤121)。接下来，检测电动机3是否旋转并且衬套21是否到达上 次的撞击位置(步骤122)。基于存储到运算部分41中的位置来检测是否到达上次的撞击 位置。当没有到达上次的撞击位置时，控制程序返回到步骤121，而当到达了上次的撞击 位置时，控制程序进行到步骤123。在步骤123中，供给到电动机3的驱动功率的PWM 占空比减小到75%。接下来，在步骤124中，检测电动机3是否由于撞击而反向旋转。 当电动机3反向旋转时，供给到电动机3的驱动功率的PWM占空比减小到50%，并且将 电动机3反向旋转时的旋转角度存储到运算部分41中(步骤125、步骤126)。接下来，检测电动机3的反向旋转是否停止(步骤127)。当能够检测到电动 机3停止时，开始使电动机常规旋转的控制(步骤127、步骤128)。在此情况下，通 过将PWM占空比抑制到约25%，防止当经过撞击位置时产生脉冲(步骤129)。在步 骤130中，当检测到经过撞击产生位置时，解除对电动机3的驱动功率的限制，以100% 的PWM占空比驱动电动机3，并且驱动电动机3以使其尽快到达后继撞击位置(步骤131)。如上所述，根据本实施例，当在已经执行撞击之后电动机反向旋转或者停止 时，驱动电流受到限制，因此，不消耗不必要的功率，提高了功耗效率，此外，还能够 防止产生热量。此外，根据本实施例，当再次经过撞击位置时，低速经过撞击位置，因 此不产生脉冲，从而能够防止浪费性的撞击，并且能够执行平稳的紧固操作。接下来，将参考图13A至图14说明检测油脉冲单元4的性能降低的方法。根据 本实施例，主要针对由于漏油导致的油脉冲单元4的性能降低，并且被构造为在漏油变 得严重之前向操作员发出警报。图13A和图13B为示出电动机3从图6A中的68所示的撞击位置(即，扭矩峰 值)反向旋转、之后开始常规旋转、再次经过撞击位置、经过距离撞击位置180度远的 位置、然后再次到达撞击位置的时间段的示意图。图13A为示出新产品的油脉冲单元4 产生的扭矩与时间之间的关系图。由于油的粘度，当经过油脉冲单元4的撞击位置时的 扭矩具有在高速时大并且在低速时小的特性。根据该扭矩，如图13A所示，需要时间段 Tl，在该时间段Tl中，在突出形状的密封面27a和26a以及27b和26b彼此相对的位置 处产生一次大扭矩(第七次撞击)，此后，由于接收到其反作用，衬套21反向旋转，由于 电动机3的旋转力而再次开始常规地旋转，并且再次经过撞击位置。尽管在从撞击位置 旋转180度的位置上产生非常小的扭矩，但这里没有示出该扭矩。此外，到达下一个撞 击位置(第八次撞击)，产生紧固扭矩。另一方面，图13B表示示出了由于漏油等原因性能劣化的油脉冲单元4产生的扭 矩与时间之间的关系的数据。需要时间段T2，在时间段T2中，从在撞击位置(第七次 撞击)处产生紧固扭矩，电动机3反向旋转，之后开始常规旋转，再次经过撞击位置并且 产生小扭矩。通过比较图13A和图13B可以理解到，在由于长时间使用或者寿命等原因 产生漏油的油脉冲单元4中，产生小扭矩之前的经过时间T更短，并且建T1>T2的关 系。能够从时间段的减少量检测到性能的降低。此外，尽管由于连续使用油脉冲工具1而使油脉冲单元4内部的油的温度升高， 并且由于温度升高也使经过时间段T改变，在此情况下，当油冷却时温度返回到原始 值，因此，能够通过检测正在冷却的或处于相同温度的经过时间T的衰减变化来检测漏 油。此外，电动机3的转数也使经过时间T改变。因此，当检测经过时间T时，优选的 是，总是在相同的条件下监测经过时间Τ。当油脉冲单元4发生漏油时，衬套21内部的油的阻力减小，因此，结果是，仅 需要如(2)所示的时间段Τ2，在时间段Τ2中，电动机3反向旋转，之后开始常规旋转， 并且再次经过撞击位置。因此，能够通过监测时间段如何衰减变化来预测或提前检测到 发生漏油。 图14为说明利用经过时间T检测漏油的程序的流程图。在图14中，通过如图 13Α所示施加紧固扭矩的撞击来执行紧固操作(步骤141)。在此情形下紧固的数量被记 录到运算部分41的存储装置中。可以记录总数量，或者可以记录例如各100件或各500 件的各预定数量的数据。此外，不仅第100个或第500个的数量信息，而且还可以与其 对应地记录日期和时间信息。接下来，获取当紧固达到设定扭矩时第一扭矩与第二扭矩之间的经过时间T(步骤143)。在图6A中，在第七次达到设定扭矩，因此，记录第七次撞击的经过时间T，从 而记录在此情形下的时间间隔T2(步骤144)。接下来，计算先前记录在运算部分41中 的基准值Tl和Τ2(步骤145)。尽管在这里以Τ1-Τ2执行计算，但计算不限于此，还可 以计算Τ1/Τ2等。
在步骤146中，当Τ1_Τ2<基准值1时，发生漏油的可能性高，因此，执行劣化 前通知(步骤147)。可以通过点亮发光二极管18、使蜂鸣器发声或者在其它显示部分进 行显示来执行通知。接下来，在步骤148中，当Τ1_Τ2<基准值2时，发生了不再适合 连续使用的情况，因此，通过语句通知，可以指示更换油脉冲单元4或者停止操作以使 得在必要时防止油脉冲单元4的操作(步骤149)。这里，基准值2为比基准值1短的时 间段。如上所述，根据本实施例，在达到油脉冲单元4的使用寿命之前，提前发出警 报，因此能够防止由于连续地使用油脉冲工具1而未识别到达使用寿命而使漏油的影响 殃及油脉冲工具1内部的各个部分。因此，操作员能够被确切地通知到，注意性能降低 或发生漏油。此外，通过比较测量到的经过时间和存储到存储装置中的经过时间，检测 出油脉冲单元的性能降低，因此，能够精确地检测出各种工具性能的降低，而不受到工 具本身的个体差异的影响。此外，尽管执行图8至图12所示的控制，但顾虑到小扭矩的产生受到抑制并且 不能够测量经过时间Τ，在此情况下，可以测量经过时间Τ，而不是仅当测量经过时间T 时执行降低施加到电动机3的驱动电压的控制。此外，作为其它方法，当经过时间T减 小时，结果，第七次撞击与第八次撞击之间的间隔被缩短，因此，可以通过撞击间隔变 化来检测性能的降低。此外，作为其它方法，可以构成如下不测量经过时间Τ，而是测量通过产生 撞击反向旋转电动机而使电动机停止之前的反向旋转角，可以通过该反向旋转角的衰减 变化来检测油脉冲单元的性能降低。尽管已经如上所述基于实施例说明了本发明，但本发明不限于上述模式，还可 以在不偏离主旨的范围内进行各种变化。例如，尽管对使用无刷直流电动机作为油脉 冲工具的驱动源的实例进行了说明，但即使通过有刷直流电动机也能够类似地应用本发 明。此外，甚至通过由气动电动机构成驱动源能够类似地应用本发明。本申请基于2008年5月8日提交的日本专利申请Νο.2008_122398，该申请的全 部内容以引用的方式并入本文。
权利要求
1.一种油脉冲工具，包括电动机，其根据驱动电压产生驱动力；油脉冲单元，其由所述驱动力驱动并且当所述电动机经过撞击位置时在轴上产生类 似脉冲状的扭矩；以及输出轴，前端工具安装到所述输出轴上，所述输出轴被连接到所述轴上， 其特征在于，所述油脉冲工具还包括用于控制所述驱动电压的驱动调节装置， 所述驱动调节装置在包括了所述扭矩被传送到所述输出轴的时刻的特定时间段内减 小所述驱动电压，并且所述驱动调节装置在所述特定时间段结束后增大所述驱动电压。
2.根据权利要求1所述的油脉冲工具，其中，所述电动机由于基于所述扭矩的撞击的反作用而反向旋转，并且 当所述电动机反向旋转、直至所述电动机再次正向旋转然后所述电动机经过了所述 撞击位置时，所述驱动调节装置减小所述驱动电压。
3.根据权利要求2所述的油脉冲工具，其中，当所述电动机反向旋转时，所述驱动调节装置以第一减小驱动电压驱动所述电动机，以低于所述第一减小驱动电压的第二减小驱动电压驱动所述电动机，直至所述电动 机再次正向旋转并且所述电动机经过所述撞击位置。
4.根据权利要求2或3所述的油脉冲工具，其中，在紧挨着产生所述扭矩之前，所述驱动调节装置减小所述驱动电压，并且 在将所述扭矩传送到所述输出轴之后，所述驱动调节装置进一步减小所述驱动电压。
5.根据权利要求4所述的油脉冲工具，进一步包括扭矩检测传感器，其构成为检测传送到所述输出轴的所述扭矩， 其中，所述驱动调节装置基于所述扭矩检测传感器的输出来调节所述电动机的所述 驱动力。
6.根据权利要求1所述的油脉冲工具，进一步包括 旋转位置检测装置，其构成为检测所述电动机的旋转位置，其中，所述驱动调节装置基于所述旋转位置检测装置的输出来调节所述电动机的所 述驱动电压。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的油脉冲工具，其中，所述电动机为无刷直流电动机，并且所述驱动调节装置通过改变由PWM控制提供的 功率占空比来调节所述无刷直流电动机的所述驱动电压。
全文摘要
根据本发明的一个方面，一种油脉冲工具包括电动机，其根据驱动电压产生驱动力；油脉冲单元，其由驱动力驱动，并且当电动机经过电动机的轴上的撞击位置时，油脉冲单元产生类似脉冲状的扭矩；以及输出轴，前端工具安装到所述输出轴，所述输出轴被连接到所述轴上，其特征在于，油脉冲工具还包括用于控制驱动电压的驱动调节装置，在包括了扭矩被传送到输出轴上的时刻的特定时间段内减小驱动电压，并且在特定时间段结束后增大驱动电压。
文档编号B25B21/02GK102015215SQ200980116890
公开日2011年4月13日 申请日期2009年5月8日 优先权日2008年5月8日
发明者原田哲祐, 大津新喜, 岩田和隆, 西河智雅, 高野信宏 申请人:日立工机株式会社