JP7117659B2 - 電動工具システム - Google Patents

Description

本開示は、電動工具、および電動工具の状態を管理するシステムに関する。

特許文献１は、作業内容に関する作業情報を取得する作業情報取得部と、作業場所の位置情報を取得する位置情報取得部と、作業対象情報を取得する作業対象情報取得部と、作業情報と位置情報と作業対象情報とを対応付けて記憶部に記憶させる情報管理部とを備えた作業管理装置を開示する。作業管理装置は、設計図面データにもとづいて作業の良否を判定する判定部をさらに備える。作業の良否を判定した結果は表示部に表示される。

特開２０１６－９１３１６号公報

電動工具に不具合が発生すると、ねじやボルトなどのねじ部材の締付トルクを高精度に管理することが難しくなる。そのため電動工具の現在の状態を評価して、電動工具を適切に管理する仕組みの構築が望まれている。

本開示はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、電動工具の状態管理に用いる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の電動工具システムは、電動工具およびサーバシステムを備える。電動工具は、モータと、先端工具を取付可能な出力軸と、モータの回転出力を出力軸に伝達する動力伝達機構と、モータの回転中に検出された物理量データを取得する取得部と、物理量データと、物理量データを取得したときの時刻に関する時間情報とを対応付けて記憶する記憶部と、物理量データと時間情報とを、サーバシステムに送信する工具側送信部と、を有する。サーバシステムは、送信された物理量データおよび時間情報を受信するサーバ側受信部と、物理量データおよび時間情報を用いて、電動工具の状態の程度を評価する状態評価部と、を有する。

本発明の別の態様は、電動工具である。この電動工具は、モータと、先端工具を取付可能な出力軸と、モータの回転出力を出力軸に伝達する動力伝達機構と、モータの回転中に検出された物理量データを、取得する取得部と、物理量データと、物理量データを取得したときの時刻に関する時間情報とを対応付けて記憶する記憶部と、物理量データと時間情報とを、サーバシステムに送信する送信部と、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本開示の表現を方法、装置、システム、コンピュータプログラム、またはコンピュータプログラムを記録した記録媒体などの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。

本開示によれば、電動工具の状態管理に用いる技術を提供できる。

実施形態の電動工具システムの構成を示す図である。 実施形態の電動工具の機能ブロックを示す図である。 実施形態のサーバシステムの機能ブロックを示す図である。 物理量データおよび時間情報の例を示す図である。 劣化度の評価表の例である。

図１は、実施形態の電動工具システム１００の構成を示す。電動工具システム１００は、電動工具１およびサーバシステム５０を含む。アクセスポイント（以下、「ＡＰ」と呼ぶ）４０は、無線ＬＡＮクライアントである電動工具１と相互接続し、インターネットなどの外部のネットワーク４２に接続する。ルータ４１は、サーバシステム５０と有線接続し、ネットワーク４２に接続する。電動工具１およびサーバシステム５０は、ネットワーク４２を介して通信可能に接続される。

図２は、実施形態の電動工具１の機能ブロックを示す。電動工具１はハウジング２を備え、ハウジング２内には、駆動部３、制御部１０、通信部１５、報知部１８、記憶部１９、検出部２０、クロック２５およびバッテリ３０が設けられる。バッテリ３０は、ハウジング２の下端側に設けられ、電動工具１における各構成要素に電力を供給する。なおハウジング２の下端側は、工具本体とは別体のバッテリパックとして形成されて、工具本体に着脱可能とされてもよい。クロック２５はリアルタイムクロックであって、現在の日時情報を生成し、制御部１０に供給する。

駆動部３は、駆動源であるモータ４と、モータ４のモータシャフト５に連結される動力伝達機構６とを備えて、出力軸７を駆動する。出力軸７には先端工具装着部８が連結され、ねじ部材に締付トルクを付与するドライバなどの先端工具を取付可能とする。動力伝達機構６は、モータ４の回転出力を出力軸７に伝達する機構である。動力伝達機構６は、モータシャフト５に取り付けられたピニオンギヤに噛み合う遊星歯車減速機構を有してよい。実施形態の電動工具１はインパクト回転工具であって、動力伝達機構６は、出力軸７に間欠的な回転打撃力を付与するインパクト機構を含む。

検出部２０は、電動工具１における物理量データを検出する。検出部２０は、締付トルク検出部２１、電流検出部２２、回転数検出部２３および振動検出部２４を有してよい。締付トルク検出部２１は、ねじ部材の締付トルクを検出する。締付トルク検出部２１は、出力軸７に取り付けられた磁歪式のトルクセンサおよび出力軸７の回転角センサを含んでよい。トルクセンサは、出力軸７にトルクが加わることにより生じる軸歪みに応じた透磁率の変化を非回転部分に設置したコイルで検出し、歪みに応じた電圧信号を出力する。回転角センサは、出力軸７の回転角を出力する。締付トルク検出部２１は、歪みに応じた電圧信号と、出力軸７の回転角を用いて、ねじ部材の締付トルクを算出して出力する。

電流検出部２２は、モータ４に供給される電流を検出する。回転数検出部２３は、モータ４の回転数（回転速度）を検出する。回転数検出部２３は、モータ４の回転角を検出する磁気ロータリエンコーダや、ホール素子ＩＣなどであってよい。振動検出部２４は、ハウジング２内で発生する振動を検出する。振動検出部２４は、変位センサ、速度センサまたは加速度センサであってよく、電磁素子、圧電素子、静電容量素子などによって形成されてよい。

通信部１５は送信部１６および受信部１７を有する。通信部１５は、たとえばIEEE802.11プロトコルなどの通信プロトコルでＡＰ４０と無線通信するモジュールであってよい。また通信部１５は、第４世代移動通信システムにおける無線通信機能を有してもよい。なお通信部１５は無線通信モジュールではなく、ＵＳＢケーブルなどによって外部機器と有線通信するモジュールであってもよい。

報知部１８は、ユーザに対して情報を出力する出力インタフェースである。報知部１８は、情報を音声出力するスピーカおよび／または情報を画面出力するディスプレイを含んでよい。記憶部１９はメモリであって、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。ＲＯＭは、少なくとも電動工具１を識別するための識別情報（工具ＩＤ）を記憶する。ＲＯＭは、さらにモータ制御部１２が使用する制御プログラムを記憶する。ＲＡＭは、送信部１６から送信する情報を一時的に記憶し、受信部１７が受信した情報を一時的に記憶する。

本開示における電動工具または方法の主体は、コンピュータを備えている。このコンピュータがプログラムを実行することによって、本開示における工具または方法の主体の機能が実現される。コンピュータは、プログラムにしたがって動作するプロセッサを主なハードウェア構成として備える。プロセッサは、プログラムを実行することによって機能を実現することができれば、その種類は問わない。プロセッサは、半導体集積回路（IC）、またはＬＳＩ（large scale integration）を含む１つまたは複数の電子回路で構成される。ここではＩＣやＬＳＩと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（very large scale integration）もしくはＵＳＬＩ（ultra large scale integration）と呼ばれるものであってもよい。ＬＳＩの製造後にプログラムされる、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（FPGA）、又はＬＳＩ内部の接合関係の再構成又はＬＳＩ内部の回路区画のセットアップができる再構成可能な論理デバイスも同じ目的で使うことができる。複数の電子回路は、１つのチップに集積されてもよいし、複数のチップに設けられてもよい。複数のチップは１つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に備えられていてもよい。プログラムは、コンピュータが読み取り可能なＲＯＭ、光ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録される。プログラムは、記録媒体に予め格納されていてもよいし、インターネット等を含む広域通信網を介して記録媒体に供給されてもよい。

制御部１０は、制御基板に搭載されるコンピュータにより実現される。制御部１０は、電動工具１を統括的に制御する機能を有し、電動工具１に関する様々な処理を実行する。制御部１０は、取得部１１、モータ制御部１２、通信制御部１３および報知制御部１４を有する。

取得部１１は、モータ４の回転中に検出された物理量データを取得する。モータ４の回転中に検出された物理量データは、少なくとも検出部２０により検出された物理量データを含んでよい。すなわち取得部１１は、モータ４の回転中に、締付トルク検出部２１から締付トルク値、電流検出部２２からモータ電流値、回転数検出部２３からモータ回転数、振動検出部２４から振動データをそれぞれ取得する。取得部１１は、物理量データと、物理量データを取得したときの時刻に関する時間情報とを対応付けて、記憶部１９に記憶させる。

物理量データに対応付けられる時間情報は、クロック２５から供給される現在時刻を示す絶対時刻情報であってよい。また対応付けられる時間情報は、基準となる時刻、たとえば製造日時や初回使用日時などからの経過時間を示す相対時刻情報であってよい。いずれの場合であっても、物理量データと時間情報とが対応付けられることで、サーバシステム５０が物理量データの時間推移を解析できるようになる。以上のように記憶部１９は、物理量データと、物理量データの取得時刻に関する時間情報とを対応付けて記憶する。

ハウジング２のグリップ部前側には、ユーザが操作可能な操作スイッチ９が設けられる。操作スイッチ９は、引き操作可能なトリガ式スイッチであってよい。モータ制御部１２は、操作スイッチ９の操作によりモータ４のオンオフを制御するとともに、操作スイッチ９の操作量に応じてモータ４の印加電流を制御して、モータ回転数を調整する。作業開始前、記憶部１９には、今回の作業による目標トルク値が設定されている。モータ制御部１２は、締付トルク検出部２１により検出される締付トルク値を監視して、締付トルク値が目標トルク値に到達すると、モータ４の回転を自動停止する。このような制御を行うことで、ねじ部材の締付トルクが管理される。

通信制御部１３は、送信部１６による送信動作および受信部１７による受信動作を制御する。通信部１５は、ネットワーク４２を介してサーバシステム５０と接続する。実施形態の電動工具システム１００において、通信制御部１３は、モータ４の回転停止後に、送信部１６から、記憶部１９に記憶された物理量データおよび時間情報を、サーバシステム５０に送信させる。送信部１６は、１回の締付作業に関して取得された物理量データおよび時間情報を、作業終了後にサーバシステム５０に送信することが好ましい。

図３は、実施形態のサーバシステム５０の機能ブロックを示す。サーバシステム５０は、通信部５１、状態評価部５４、通知部５５および記憶装置５６を備える。通信部５１は、受信部５２および送信部５３を有する。

サーバシステム５０は、たとえば電動工具１の製造主体により運営、管理されてよい。図１には、サーバシステム５０が１台の電動工具１とのみ接続している様子を示しているが、サーバシステム５０は、複数の電動工具１と接続して、それぞれの電動工具１で取得された物理量データおよび時間情報を受信する。なお電動工具１において送信部１６は、自身の工具ＩＤに対応付けて、物理量データおよび時間情報を、サーバシステム５０に送信する。

受信部５２は、電動工具１から送信された物理量データおよび時間情報を受信する。記憶装置５６は、電動工具１の工具ＩＤに対応付けて、受信した物理量データおよび時間情報を記憶する。状態評価部５４は、受信した物理量データおよび時間情報を用いて、電動工具１の状態の程度を評価する。たとえば状態評価部５４は、工具状態の程度を評価することで、故障しているか否か、または故障しそうであるか否か、または劣化の程度を判断する。

サーバシステム５０は、１台または複数台の処理装置を有して構成されてよい。たとえばサーバシステム５０は、電動工具１から送信される物理量データ等を収集する収集装置と、収集した物理量データ等を用いて電動工具１の状態の程度を評価する評価装置とを有してよい。この場合、図３に示した通信部５１および記憶装置５６が、収集装置側の構成として設けられ、状態評価部５４および通知部５５が、評価装置側の構成として設けられてよい。

図４は、１回の作業に関して受信した物理量データおよび時間情報の例を示す。図４には、物理量データのうち、締付トルク値と振動データの関係を示している。この例では、締付トルク値が０を超えたことを検出した時刻（ｔ１）から、締付トルク値が目標トルク値（Ｔｔ［Ｎ・ｍ］）に到達して、モータ４の回転が自動停止した時刻（ｔ２）までの間の物理量データの変化が示される。

記憶装置５６には、工具ＩＤに対応付けて、過去の作業ごとに取得された物理量データおよび時間情報のセットが複数蓄積されている。受信部５２が、工具ＩＤに対応付けられた物理量データおよび時間情報を受信すると、状態評価部５４は、同一の工具ＩＤに対応付けられている物理量データおよび時間情報を記憶装置５６から読み出して、電動工具１の状態の時間推移を解析して、状態の程度を評価する。

具体的に状態評価部５４は、今回の締付トルク値のデータを参照して、最終的な締付トルク値がＴｔ［Ｎ・ｍ］であることを判定すると、過去に記憶された物理量データの中から、最終的な締付トルク値がＴｔ［Ｎ・ｍ］である物理量データを特定する。状態評価部５４は、過去の直近の所定回数（たとえば５０回）分の締付トルク値の変化データを用いて、締付トルク値が０を超えた時点からＴｔ［Ｎ・ｍ］に到達した平均時間（Ｔｓ）を求める。状態評価部５４は、たとえば最終的な締付トルク値ごとに、当該締付トルクに到達した平均時間Ｔｓを事前に算出して、保持しておいてもよい。

状態評価部５４は、今回の到達時間（ｔ２－ｔ１）と平均時間Ｔｓとの比（Ｒ）を、
Ｒ＝（ｔ２－ｔ１）／Ｔｓ
として算出する。
状態評価部５４は、Ｒ値に応じて、電動工具１の状態の程度、ここでは劣化の程度を評価する。

図５は、劣化度の評価表の例を示す。評価表では、Ｒ値に応じた劣化の程度が定義されている。実施形態の状態評価部５４は、評価表にしたがって、電動工具１の状態を評価する。工具の劣化は、たとえば摩耗により生じる部品間のガタ、工具落下による部品の位置ずれ、電気系統の接触不良など、様々な要因からなる。

図５に示す評価表を、便宜上、ガタの大きさの程度に限定して説明する。「やや劣化」は、ガタはあるものの無視してよい程度であることを意味する。「劣化度大」は、ガタが大きくなって、作業効率に支障が生じ始めており、故障の一歩手前であることを意味する。「故障可能性あり」は、故障と呼べる状態にあることを意味する。以下で示すように、評価結果は電動工具１に送信されて、ユーザに通知される。

なお図５に示す評価表では、比（Ｒ）に応じた劣化の程度が定義されているが、今回の到達時間（ｔ２－ｔ１）と平均時間Ｔｓとの差分に応じて劣化の程度が定義されてもよい。

最終的な締付トルク値がＴｔ［Ｎ・ｍ］であっても、締め付けるための先端工具の種類や、締付対象となるワークの種類によっては、その締付トルク値の変化特性は異なることがある。変化特性が異なる要因としては、たとえば先端工具の長さの違いや、ワークの硬さの違いなどが挙げられる。

そこで状態評価部５４は、過去に記憶された物理量データの中から、最終的な締付トルク値がＴｔ［Ｎ・ｍ］である物理量データを特定した後に、その中から、振動データの変化特性が共通する物理量データを抽出してよい。振動データの変化特性が共通することは、使用した先端工具の種類や、ワークの種類などの作業状況が近似していることを意味する。状態評価部５４は、近似した作業状況における物理量データを抽出し、過去の直近の所定回数（たとえば５０回）分の締付トルク値の変化データを用いて、締付トルク値が０を超えた時点からＴｔ［Ｎ・ｍ］に到達した平均時間（Ｔｓ’）を求めてもよい。この場合、状態評価部５４は、近似した作業状況における締付トルク値の変化特性を評価することになるため、評価精度を高められる。

なお状態評価部５４は、振動データに限らず、モータ４に供給した電流値の変化特性や、モータ４の回転数の変化を加味して、電動工具１の状態を評価してよい。たとえば今回の物理量データにおいて、過去の作業状況が近似している物理量データと比較すると、モータ電流供給量が少なかったり、またモータ４の回転数が低い場合には、バッテリ３０の容量低下の可能性がある。そこで状態評価部５４は、特性異常がバッテリ３０の容量低下を原因とするものであると判断される場合には、評価表を用いた劣化度の評価を実施しなくてよい。これにより状態評価部５４は、電動工具１が劣化していないにも関わらず、「劣化度大」または「故障可能性あり」と誤評価する可能性を低減できる。

通知部５５は、状態評価部５４による評価結果を示す評価データを、送信部５３から電動工具１に送信させる。なお評価結果が「問題なし」である場合、通知部５５は、評価データを送信部５３から送信させない。つまり状態評価部５４が状態を「やや劣化」、「劣化度大」、「故障可能性あり」と評価した場合に限って、通知部５５は、評価データを送信部５３から電動工具１に送信させてよい。

電動工具１において、受信部１７が、送信された評価データを受信する。報知制御部１４は、報知部１８から評価データを報知させる。報知部１８は、評価結果をスピーカから音声出力し、または評価結果をディスプレイから画面出力する。ユーザは報知部１８から報知された内容により、電動工具１の状態を知ることができる。なおユーザは「故障可能性あり」の報知を受けると、当該電動工具１をすみやかに修理に出すことが好ましい。

以上、本開示を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。検出部２０は、温度を検出する温度検出部や、音を検出する音検出部をさらに有してよい。

本開示の態様の概要は、次の通りである。
本開示のある態様の電動工具システム（１００）は、電動工具（１）およびサーバシステム（５０）を含む。電動工具（１）は、モータ（４）と、先端工具を取付可能な出力軸（７）と、モータの回転出力を出力軸に伝達する動力伝達機構（６）と、モータの回転中に検出された物理量データを取得する取得部（１１）と、物理量データと、物理量データを取得したときの時刻に関する時間情報とを対応付けて記憶する記憶部（１９）と、物理量データと時間情報とを、サーバシステム（５０）に送信する工具側送信部（１６）とを有してよい。サーバシステム（５０）は、送信された物理量データおよび時間情報を受信するサーバ側受信部（５２）と、物理量データおよび時間情報を用いて、電動工具（１）の状態の程度を評価する状態評価部（５４）とを有してよい。物理量データは、モータ回転中に電動工具の振動を検出した振動データ、および締付トルク値を含むことが好ましい。

サーバシステム（５０）は、状態評価部（５４）による評価データを電動工具（１）に送信するサーバ側送信部（５３）を有してよく、電動工具（１）は、送信された評価データを受信する工具側受信部（１７）と、評価データを報知する報知部（１８）とを有してよい。

工具側送信部（１６）は、電動工具（１）の識別情報に対応付けて、物理量データおよび時間情報を、サーバシステム（５０）に送信してよく、サーバシステム（５０）は、電動工具（１）の識別情報に対応付けて物理量データおよび時間情報を記憶する記憶装置（５６）を有してよい。状態評価部（５４）は、電動工具の識別情報に対応付けて記憶された物理量データおよび時間情報を用いて、電動工具の状態の時間推移を解析して、状態の程度を評価することが好ましい。

本開示の別の態様の電動工具（１）は、モータ（４）と、先端工具を取付可能な出力軸（７）と、モータの回転出力を出力軸に伝達する動力伝達機構（６）と、モータの回転中に検出された物理量データを取得する取得部（１１）と、物理量データと、物理量データを取得したときの時刻に関する時間情報とを対応付けて記憶する記憶部（１９）と、物理量データと時間情報とを、サーバシステムに送信する送信部（１７）とを備えてよい。

１・・・電動工具、４・・・モータ、６・・・動力伝達機構、７・・・出力軸、８・・・先端工具装着部、１０・・・制御部、１１・・・取得部、１２・・・モータ制御部、１３・・・通信制御部、１４・・・報知制御部、１５・・・通信部、１６・・・送信部、１７・・・受信部、１８・・・報知部、１９・・・記憶部、２０・・・検出部、２１・・・締付トルク検出部、２２・・・電流検出部、２３・・・回転数検出部、２４・・・振動検出部、２５・・・クロック、５０・・・サーバシステム、５１・・・通信部、５２・・・受信部、５３・・・送信部、５４・・・状態評価部、５５・・・通知部、５６・・・記憶装置、１００・・・電動工具システム。

Claims (4)

1. 電動工具およびサーバシステムを含む電動工具システムであって、
   前記電動工具は、
   モータと、
   先端工具を取付可能な出力軸と、
   前記モータの回転出力を前記出力軸に伝達する動力伝達機構と、
   前記モータの回転中に検出された物理量データを、取得する取得部と、
   前記物理量データと、前記物理量データを取得したときの時刻に関する時間情報とを対応付けて記憶する記憶部と、
   前記物理量データと前記時間情報とを、前記電動工具の識別情報に対応付けて、前記サーバシステムに送信する工具側送信部と、を有し、
   前記サーバシステムは、
   前記電動工具の識別情報に対応付けて、過去の前記物理量データおよび前記時間情報を記憶する記憶装置と、
   前記工具側送信部により送信された、前記電動工具の識別情報に対応付けられた 前記物理量データおよび前記時間情報を受信するサーバ側受信部と、
   受信した 前記物理量データおよび前記時間情報が対応付けられている前記電動工具の識別情報と同一の前記識別情報に対応付けられて記憶されている前記物理量データおよび前記時間情報を前記記憶装置から読み出して、前記電動工具の状態の時間推移を解析して、前記電動工具の状態の程度を評価する状態評価部と、を有する、
   ことを特徴とする電動工具システム。
2. 前記物理量データは、前記モータ回転中に前記電動工具の振動を検出した振動データ、および締付トルク値を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動工具システム。
3. 前記サーバシステムは、
   前記状態評価部による評価データを前記電動工具に送信するサーバ側送信部を有し、
   前記電動工具は、
   送信された前記評価データを受信する工具側受信部と、
   前記評価データを報知する報知部と、を有する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電動工具システム。
4. 前記状態評価部は、過去の前記物理量データの中から、受信した前記物理量データと変化特性が共通する過去の前記物理量データを抽出して、前記電動工具の状態の時間推移を解析する、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電動工具システム。

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