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KR200490007Y1 - 정밀 토크 스크류드라이버 - Google Patents

정밀 토크 스크류드라이버 Download PDF

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KR200490007Y1
KR200490007Y1 KR2020197000039U KR20197000039U KR200490007Y1 KR 200490007 Y1 KR200490007 Y1 KR 200490007Y1 KR 2020197000039 U KR2020197000039 U KR 2020197000039U KR 20197000039 U KR20197000039 U KR 20197000039U KR 200490007 Y1 KR200490007 Y1 KR 200490007Y1
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KR
South Korea
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clutch
torque
power tool
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rotary power
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KR2020197000039U
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KR20190001441U (ko
Inventor
트로이 씨. 토슨
매튜 제이. 메르게너
존 에스 4세 데이
토비 리히텐슈타이거
제이콥 피. 슈나이더
트렌트 셰필드
Original Assignee
밀워키 일렉트릭 툴 코포레이션
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

전동 공구에 사용하기 위한 변환기 조립체는 전동 공구의 하우징에 고정되는 브래킷, 및 아치형 외연부를 갖는 돌출부를 포함한다. 돌출부는 브래킷의 중앙축으로부터 오프셋되며 중앙축과 평행한 방향으로 브래킷으로부터 연장된다. 변환기 조립체는 또한 돌출부의 원위 단부가 수용되는 구멍을 갖는 내측 허브를 갖는 변환기를 포함한다. 돌출부의 아치형 외연부는 구멍을 적어도 부분적으로 획정하는 벽 세그먼트와 실질적으로 선접촉한다. 변환기는 또한 전동 공구의 링 기어에 고정되는 외측 림, 내측 허브를 림에 상호 연결하는 가요성 웨브, 및 링 기어에 가해진 반작용 토크에 응답하여 가요성 웨브의 변형을 검출하도록 가요성 웨브에 고정되는 센서를 포함한다.

Description

정밀 토크 스크류드라이버{PRECISION TORQUE SCREWDRIVER}
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2015년 4월 28일자로 출원된 동시 계류중인 미국 가출원 제62/153,859호, 2016년 1월 6일자로 출원된 미국 가출원 제62/275,469호, 및 2016년 2월 8일자로 출원된 미국 가출원 제62/292,566호의 우선권을 주장하며, 이들 모두의 전체 내용은 본원에 참조로 포함된다.
기술분야
본 고안은 전동 공구에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스크류드라이버에 관한 것이다.
스크류드라이버와 같은 회전식 전동 공구는 통상적으로 파스너에 가해질 수 있는 토크의 양을 제한하기 위한 기계식 클러치를 포함한다. 그러한 기계식 클러치는, 예컨대, 공구를 작동시키기 위해 점진적으로 상이한 다수의 토크 세팅들 중 하나를 선택하기 위한 사용자 조절 가능한 칼라를 포함한다. 그러한 기계식 클러치는 공구의 토크 출력을 증가 또는 감소시키는 데에 유용하지만, 일련의 파스너 구동 작동 중에 토크의 정밀한 적용을 전달하는 데에 특히 유용하지는 않다.
본 고안은, 일 양태에서, 하우징, 모터, 모터로부터 토크를 수신하는 출력 샤프트, 및 모터와 출력 샤프트 사이에 위치 설정되는 유성 트랜스미션(planetary transmission)을 포함하는 전동 공구에 사용하기 위한 변환기 조립체를 제공한다. 유성 트랜스미션은 링 기어를 포함한다. 트랜스미션 조립체는 하우징에 고정되는 브래킷 및 아치형 외연부를 갖는 돌출부를 포함한다. 돌출부는 브래킷의 중앙축으로부터 오프셋되며 중앙축과 평행한 방향으로 브래킷으로부터 연장된다. 변환기 조립체는 또한 돌출부의 원위 단부가 수용되는 구멍을 갖는 내측 허브를 갖는 변환기를 포함한다. 돌출부의 아치형 외연부는 구멍을 적어도 부분적으로 획정하는 벽 세그먼트와 실질적으로 선접촉한다. 변환기는 또한 링 기어에 고정되는 외측 림, 내측 허브를 림에 상호 연결하는 가요성 웨브, 및 출력 샤프트로부터 링 기어에 가해진 반작용 토크에 응답하여 가요성 웨브의 변형을 검출하도록 가요성 웨브에 고정되는 센서를 포함한다.
본 고안은, 다른 양태에서, 하우징, 모터, 모터로부터 토크를 수신하는 출력 샤프트, 및 모터와 출력 샤프트 사이에 위치 설정되는 유성 트랜스미션을 포함하는 회전식 전동 공구를 제공한다. 유성 트랜스미션은 링 기어를 포함한다. 전동 공구는 또한 하우징에 고정되는 브래킷 및 아치형 외연부를 갖는 돌출부를 포함한다. 돌출부는 브래킷의 중앙축으로부터 오프셋되며 중앙축과 평행한 방향으로 브래킷으로부터 연장된다. 전동 공구는 또한 돌출부의 원위 단부가 수용되는 구멍을 갖는 내측 허브를 갖는 변환기를 포함한다. 돌출부의 아치형 외연부는 구멍을 적어도 부분적으로 획정하는 벽 세그먼트와 실질적으로 선접촉한다. 변환기는 또한 링 기어에 고정되는 외측 림, 내측 허브를 림에 상호 연결하는 가요성 웨브, 및 출력 샤프트로부터 링 기어에 가해진 반작용 토크에 응답하여 가요성 웨브의 변형을 검출하도록 가요성 웨브에 고정되는 센서를 포함한다.
본 고안은 또 다른 양태에서, 모터, 모터로부터 토크를 수신하는 출력 스핀들, 모터와 출력 스핀들 사이에 위치 설정되어 상기 모터로부터 출력 스핀들로 전달될 수 있는 토크의 양을 제한하는 클러치, 및 클러치를 통해 출력 스핀들로 전달되는 토크의 양을 검출하기 위한 변환기를 포함하는 회전식 전동 공구를 제공한다. 클러치는 클러치를 통해 전달된 검출된 토크량의 변환기로부터의 피드백에 응답하여 모터로부터 출력 스핀들로 전달될 수 있는 토크의 양을 변경하도록 조절될 수 있다.
본 고안은 다른 양태에서, 모터, 모터로부터 토크를 수신하는 출력 스핀들, 모터와 출력 스핀들 사이에 위치 설정되어 출력 스핀들을 모터에 선택적으로 맞물리게 하는 클러치, 및 클러치를 통해 출력 스핀들로 전달되는 토크의 양을 검출하기 위한 변환기를 포함하는 회전식 전동 공구를 제공한다. 클러치는 클러치를 통해 전달된 검출된 토크량의 변환기로부터의 피드백에 응답하여 출력 스핀들이 모터에 맞물리는 제1 모드로부터 출력 스핀들이 모터로부터 맞물림 해제되는 제2 모드로 구동될 수 있다.
본 고안은 다른 양태에서, 회전식 전동 공구의 작동 방법을 제공한다. 방법은 전동 공구의 출력 샤프트에 토크를 제공함으로써 파스너 구동 작동을 개시하는 단계, 변환기를 이용하여 파스너 구동 작동 중에 출력 샤프트 상의 반작용 토크를 검출하는 단계, 및 미리 결정된 토크 임계값에 도달하는 출력 샤프트 상의 반작용 토크에 응답하여 클러치를 기계식으로 맞물림 해제하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 클러치를 통해 전달된 검출된 토크량과 일치하는 전동 공구의 디스플레이 디바이스 상의 수치 토크값을 뷰잉하는 단계를 포함한다.
본 고안의 다른 피쳐 및 양태는 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면을 고려하면 명백해질 것이다.
도 1은 본 고안의 실시예에 따른 변환기 조립체를 통합한 회전식 전동 공구의 사시도이다.
도 2는 도 1의 선 2-2를 따른 전동 공구의 단면도이다.
도 3은 도 1의 선 2-2를 따른 전동 공구의 일부의 확대 단면도이다.
도 4는 도 1의 전동 공구의 변환기 조립체와 링 기어의 분해 사시도이다.
도 4a는 도 4의 선 4A-4A를 따른 단면도이다.
도 5는 도 1의 전동 공구의 변환기 조립체와 링 기어의 평면도로서, 전동 공구의 작동 중에 변환기 조립체의 변환기에 가해진 힘을 예시한다.
도 5a는 도 5의 변환기 조립체의 확대 평면도로서, 구멍과 돌출부를 예시한다.
도 5b는 도 5의 변환기 조립체의 확대 평면도이지만, 본 고안의 다른 실시예에 따른 상이한 형태를 갖는 구멍을 통합한다.
도 6은 도 1의 전동 공구의 제어기의 사시도이다.
도 7은 일부가 제거된 도 6의 제어기의 사시도이다.
도 8은 일부가 제거된 도 6의 제어기의 사시도이다.
도 9는 도 1의 전동 공구에 통합되는 전기 구성요소의 개략도이다.
도 10은 도 1의 전동 공구의 트리거의 사시도이다.
도 11은 도 1의 전동 공구의 트리거 홀더의 사시도이다.
도 12는 도 1의 전동 공구 내에서 도 10 및 도 11의 조립된 트리거 및 트리거 홀더를 각각 도시하는 단면도이다.
도 13은 본 고안의 다른 실시예에 따른 클러치 메카니즘을 통합한 회전식 전동 공구의 일부의 사시도이다.
도 14는 도 13의 회전식 전동 공구의 측면도로서, 클러치 메카니즘을 예시한다.
도 15는 도 14의 회전식 전동 공구의 종단면도이다.
도 16은 도 14의 클러치 메카니즘의 제2 플레이트의 후방 사시도이다.
도 17은 도 14의 클러치 메카니즘의 제1 플레이트의 전방 사시도이다.
도 18은 도 13의 회전식 전동 공구를 이용하는 예시적인 체결 시퀀스 중에 토크 대 시간의 그래프이다.
도 19는 본 고안의 다른 실시예에 따른 클러치 메카니즘을 통합한 회전식 전동 공구의 일부의 측면도이다.
도 19a는 맞물림 모드에서 도 19의 클러치 메카니즘의 확대 측면도이다.
도 20은 토크 렌치 모드에서 클러치 메카니즘의 측면도이다.
도 20a는 토크 렌치 모드에서 도 20의 클러치 메카니즘의 확대 측면도이다.
도 21은 맞물림 해제 모드에서 클러치 메카니즘의 측면도이다.
도 21a는 맞물림 해제 모드에서 도 21의 클러치 메카니즘의 확대 측면도이다.
도 22는 본 고안의 다른 실시예에 따른 클러치 메카니즘을 통합한 회전식 전동 공구의 일부의 사시도이다.
도 23은 도 22의 회전식 전동 공구의 단면도이다.
도 24는 도 22의 클러치 메카니즘의 확대 사시도이다.
도 25는 도 22의 회전식 전동 공구를 사용하는 경질 조인트 및 연질 조인트를 위한 예시적인 체결 시퀀스 중에 반응 시간 대 공구 출력의 그래프이다.
도 26은 도 22의 회전식 전동 공구를 이용하는 예시적인 체결 시퀀스 중에 토크 대 회전 각도의 그래프이다.
본 고안의 임의의 실시예를 상세히 설명하기 전에, 본 고안은 그 용례에 있어서 이하의 설명에 기재되거나 첨부 도면에 예시된 구성요소의 구성 및 배열의 상세 내용으로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 본 고안은 다른 실시예가 가능하고 다양한 방식으로 실시되거나 실행될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 어구 및 전문 용어는 설명의 목적을 위한 것이고 제한적인 것으로 간주되어서는 안된다는 점을 이해해야 한다.
도 1 및 도 2는 메인 하우징(14), 메인 하우징(14) 내에 위치 설정되는 모터(18), 모터(18)로부터 토크를 수신하는 다단 유성 트랜스미션(22), 및 트랜스미션(22)의 출력부와 동시 회전하도록 커플링된 출력 스핀들(26)을 포함하는 회전식 전동 공구(10; 예컨대, 스크류드라이버)를 예시한다. 도시되지 않았지만, 공구 비트가, 예컨대 워크피스에 대해 작업을 수행하도록 신속-해제 메카니즘(또한 도시되지 않음)을 이용하여 출력 스핀들(26)에 고정될 수 있다.
공구(10)의 예시된 실시예에서, 모터(18)는 구동 샤프트(30; 도 2)를 통해 회전 출력을 생성할 수 있는 브러시리스 전기 모터이고, 구동 샤프트는 다시 트랜스미션(22)에 회전 입력을 제공한다. 트랜스미션(22)은 메인 하우징(14)에 고정된 트랜스미션 하우징(34), 트랜스미션 하우징(34) 내에 위치 설정된 링 기어(38), 및 2개의 유성 스테이지(42, 46)를 포함하지만, 임의의 갯수의 유성 스테이지가 대안으로 사용될 수 있다. 출력 스핀들(26)은 트랜스미션(22)의 제2 유성 스테이지(46)에 있는 캐리어(50)와 함께 동시 회전하도록 커플링됨으로써 트랜스미션(22)의 토크 출력을 수신한다.
도 4를 참조하면, 공구(10)는 또한 모터(18), 트랜스미션(22), 및 출력 스핀들(26)의 회전축(56; 도 2)과 일치하게 동축으로 위치 설정된 변환기 조립체(54)를 포함한다. 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 변환기 조립체(54)는 스핀들(26)에 의해 토크 출력을 검출하고 모터(18)와 인터페이싱하여[즉, 도 2에 도시된 고레벨 또는 마스터 제어기(58)를 통해] 토크 출력이 미리 정해진 토크값 또는 토크 임계값에 근사할 때에 모터(18)의 회전 속도를 제어한다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 변환기 조립체(54)는 변환기 하우징(34)에 회전 고정된 브래킷(62)을 포함한다. 공구(10)의 예시된 실시예에서, 브래킷(62)은 브래킷(62)의 외연부 둘레에서 동일하게 이격되어 트랜스미션 하우징(34)의 단부면에 있는 대응하는 슬롯(68); 도 3에 그 중 하나가 도시됨) 내에 수용되는 3개의 반경 방향 외향 연장 탭(66)을 포함한다. 대안으로, 탭(66)은 트랜스미션 하우징(34) 내에서 브래킷(62)의 센터링 및/또는 고정을 용이하게 하도록 인벌류트 형상(involute shape)을 각각 가질 수 있다. 유지 링(70)이 트랜스미션 하우징(34) 내에서 브래킷(62) 및 링 기어(38)의 축방향 이동을 못하게 하도록 트랜스미션 하우징(34)에 있는 관련된 원주 방향 홈(72) 내에 위치 설정된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 브래킷(62)은 브래킷(62)의 중앙축(76)과 동축인 중앙 구멍(74)을 더 포함하고, 중앙 구멍 내에는 베어링(78)이 모터(18)의 구동 샤프트(30)를 회전 가능하게 지지하도록 위치 설정되며, 모터의 구동 샤프트는 제1 유성 스테이지(42)와 맞물린 피니언(82)에 부착된다. 브래킷(62)은 또한 반대 방향으로 중앙축(76)으로부터 반경 방향으로 오프셋된 2개의 축방향 연장 돌출부(86)를 포함한다(또한 도 4 참조). 각각의 돌출부(86)는 아치형 외연부를 갖는데, 그 목적은 아래에서 더 상세하게 설명된다. 그리고, 각각의 돌출부(86)는 링 기어(38) 내에 획정된 환형 공동(94) 내에 위치 설정되는 원위 단부(90)를 갖는다. 변환기 조립체(54)의 예시된 실시예에서, 돌출부(86)는 브래킷(62)의 대응하는 구멍과 압입 또는 억지 끼워맞춤하는 원통형 핀으로서 구성된다. 대안으로, 각각의 돌출부(86)가 아치형 외연부를 갖는 링 기어 공동(94) 내에 위치된 세그먼트를 갖는다면, 돌출부(86)는 다수의 상이한 형상 중 임의의 형상을 가질 수 있다. 다른 대안으로서, 브래킷(62)은 2개보다 많거나 적은 돌출부(86)를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 변환기 조립체(54)는 또한 외측 림(102), 내측 허브(106), 및 외측 림(102)과 내측 허브(106)를 상호 연결하는 다수의 웨브(110)를 갖는 변환기(98)를 포함한다. 브래킷(62)과 유사하게, 변환기(98)의 내측 허브(106)는 중앙축(76)과 동축이고, 반대 방향으로 중앙축(76)으로부터 반경 방향으로 오프셋된 한쌍의 축방향 연장 장타원형 홀(114)을 포함하고, 장타원형 홀 내에는 각각의 돌출부(86)가 수용된다. 대안으로, 내측 허브(106)는 2개보다 많거나 적은 장타원형 홀(114)을 포함할 수 있지만, 장타원형 홀(114)의 갯수 및 각도 위치는 브래킷(62) 상의 돌출부(86)의 갯수 및 각도 위치와 대응해야 한다. 변환기 조립체(54)의 예시된 실시예에서, 홀(114)은 실질적으로 편평한 한쌍의 대향 벽 세그먼트(118)(도 5 및 도 5a)에 의해 획정된다. 그 결과, 각각의 돌출부(86)는 각각의 홀(114) 내의 벽 세그먼트(118) 중 적어도 하나와 실질적으로 선접촉한다. 바꿔 말해서, 돌출부(86)와 홀(114)은 내측 허브(106)의 두께와 일치하는 선을 따라 돌출부(86)와 홀(114) 사이에 물리적 접촉을 제공하도록 형상화된다. 대안으로, 벽 세그먼트(118)는 각각의 돌출부(86)(즉, 원통형 핀은 도 5b에 도시됨)의 외연부의 반경(R1)보다 큰 반경(R2)을 갖는 아치형 형상을 포함하고, 또한 그 결과 돌출부(86)와 홀(114) 사이에 선접촉이 된다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 변환기(98)의 외측 림(102)은 대체로 원형이고 한쌍의 반경 방향 내향 연장 슬롯(122)에 의해 중단되는 원주를 획정한다. 변환기 조립체(54)의 예시된 실시예에서, 슬롯(122)은 90도의 각도(δ)만큼 장타원형 홀(114)로부터 각형으로 오프셋된다. 대안으로, 슬롯(122)은 0도 내지 90도의 둔각만큼 장타원형 홀(114)로부터 각형으로 오프셋될 수 있다. 다른 대안으로서, 슬롯(122)은 슬롯(122)과 홀(114)이 단일 평면에 의해 양분될 수 있도록 장타원형 홀(114)과 각형으로 정렬될 수 있다. 예시된 변환기(98)는 외측 림(102)에 한쌍의 슬롯(122)을 포함하지만, 대안으로, 2개보다 많거나 적은 슬롯(122)이 외측 림(102)에 형성될 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 웨브(110)는 내측 허브(106)로부터 외측 림(102)으로 반경 방향 외향으로 연장되는 박벽 부재로서 구성된다. 변환기 조립체(54)의 예시된 실시예에서, 변환기(98)는 90도의 동일한 증분으로 각형으로 이격된 4개의 웨브(110)를 포함한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 웨브(110)의 두께(T)[즉, 중앙축(76)과 평행한 방향으로 측정된]는 외측 림(102)의 내측 허브(106)의 두께보다 작다. 보다 구체적으로, 각각의 웨브(110)의 두께(T)는 내측 허브(106)로부터 웨브(110)의 중간점을 향해 점진적으로 테이퍼진다. 마찬가지로, 각각의 웨브(110)의 두께(T)는 외측 림(102)으로부터 웨브(110)의 중간점을 향해 점진적으로 테이퍼진다. 따라서, 각각의 웨브(110)의 두께(T)는 웨브(110)의 중간점과 일치하는 최소값을 갖는다.
도 5를 참조하면, 변환기(98)는 또한 웨브(110)가 겪는 변형을 검출하도록 (예컨대, 접착제 등을 이용함으로써) 각각의 웨브(110)에 커플링되는 센서[예컨대, 변형 게이지(126)]를 포함한다. 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 변형 게이지(126)는 각각의 웨브(110)가 겪는 변형의 크기에 비례하여 변형 게이지(126)에 의해 발생되는 각각의 전압 신호를 전달하도록 고레벨 또는 마스터 제어기(58)에 전기적으로 연결된다. 이들 신호는 출력 스핀들(26)에 의해 워크피스(예컨대, 파스너)에 가해진 토크를 나타내는, 전동 공구(10)의 작동 중에 변환기(98)의 외측 림(102)에 가해진 반작용 토크의 양으로 교정된다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 링 기어(38)는 공동(94) 내에 위치 설정되고 반대 방향으로 중앙축(76)으로부터 반경 방향으로 오프셋되는 한쌍의 반경 방향 내향 연장 돌출부(130)를 포함한다. 대안으로, 외측 림(102)은 2개보다 많거나 적은 슬롯(122)을 포함할 수 있지만, 슬롯(122)의 갯수 및 각도 위치는 링 기어(38) 상의 반경 방향 내향 연장 돌출부(130)의 갯수 및 각도 위치와 적어도 대응해야 한다. 예컨대, 외측 림(102)은 링 기어(38) 및 브래킷(62)에 대한 변환기(98)의 록킹을 용이하게 하도록 링 기어(38) 상의 돌출부(130)의 갯수의 임의의 배수인 슬롯(122)의 갯수를 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 링 기어(38) 상의 반경 방향 내향 연장 돌출부(130)는 외측 림(102)에 형성된 각각의 슬롯(122) 내에 부분적으로 수용된다. 각각의 돌출부(130)는 대응하는 슬롯(122)의 하나의 벽 세그먼트(134)와 실질적으로 선접촉한다. 바꿔 말해서, 반경 방향 내향 연장 돌출부(130)와 슬롯(122)은 외측 림(102)의 두께와 일치하는 선을 따라 돌출부(130)와 슬롯 사이에 물리적 접촉을 제공하도록 형상화된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 공구(10)는 또한 워크피스와 주위 작업 공간을 조명하도록 구성되는 작업등(142)을 포함한다. 작업등(142)은 고레벨 또는 마스터 제어기(58)와 전기 통신되어 선택적으로 구동되고, 트리거(138)와 트랜스미션 하우징(34) 사이에서 공구(10)의 전방 단부에 배치된다. 예시된 실시예에서, 작업등(142)은 발광 다이오드[즉, LED(146)] 및 LED(146)를 차폐하는 커버(150)를 포함한다(도 2). 일부 실시예에서, 커버(150)는 LED(146)에 의해 방출되는 광을 워크피스 및 주위 작업 공간을 향해 집중 또는 확산시키는 렌즈의 역할을 할 수 있다. 공구(10)의 예시된 실시예에서, LED(146)는 많은 상이한 색상들 중 하나로 조명하도록 제어기(58)에 의해 작동 가능한 다색 LED(146; 예컨대, RGB LED)로서 구성된다. 대안으로, LED(146)는 단일 색상(예컨대, 흰색)만을 방출하도록 구성될 수 있다. 예시된 작업등(142)은 단일 LED(146)를 포함하지만, 작업등(142)은 대안으로 다수의 다색 LED 또는 단색 LED를 포함할 수 있다.
작동 중에, [예컨대, 도 1 및 도 2에 도시된 트리거(138)를 누름으로써] 모터(18)가 구동되면, 토크가 구동 샤프트(30)로부터 유성 트랜스미션(22)을 통해 출력 스핀들(26)로 전달되어 출력 스핀들(26)에 부착된 공구 비트를 회전시킨다. 공구 비트가 워크피스(예컨대, 파스너)와 맞물려 워크피스를 구동시킬 때에, 출력 스핀들(26)이 회전하는 것과 반대 방향으로 반작용 토크가 출력 스핀들(26)에 가해진다. 이 반작용 토크는 유성 스테이지(42, 46)를 통해 링 기어(38)로 전달되고, 반작용 토크는 힘 성분(FR)에 의해 변환기(98)의 외측 림(102)으로 가해지는데, 이 힘 성분은 크기가 동일하고, 동일한 양만큼 중앙축(76)으로부터 반경 방향으로 오프셋되며, 도 5의 기준 프레임으로부터 반대 방향으로 연장된다.
외측 림(102)에 작용하는 힘 성분(FR)은 브래킷(62)에 의해 저지되는 모멘트를 중앙축(76) 둘레의 변환기(98)에 가한다. 특히, 모멘트는 힘 성분(FB)에 의해 브래킷(62)으로부터 연장되는 돌출부(86)로 가해지는데, 이 힘 성분은 크기가 동일하고, 동일한 양만큼 중앙축(76)으로부터 반경 방향으로 오프셋되며, 도 5의 기준 프레임으로부터 반대 방향으로 연장된다. 그러나, 브래킷(62)이 트랜스미션 하우징(34) 내에 고정되기 때문에, 내측 허브(106)는 트랜스미션 하우징(34)에 의해 탭(66)에 가해진 수직력(FN)으로 인한 각도 변위가 방지된다.
외측 링 기어(38)에 가해진 반작용 토크가 증가함에 따라, 힘 성분(FR)의 크기가 또한 증가되고, 결과적으로 웨브(110)가 편향되고 외측 림(102)이 내측 허브(106)에 대해 약간의 각도만큼 변위되게 된다. 힘 성분(FR)의 크기가 계속 증가함에 따라, 웨브(110)의 편향 및 외측 림(102)과 내측 허브(106) 사이의 상대적인 각도 변위가 점진적으로 증가된다. 편향된 결과로서 웨브(110)가 겪는 변형은 변형 게이지(126)에 의해 검출되고, 변형 게이지는 각각의 전압 신호를 전동 공구(10)의 고레벨 또는 마스터 제어기(58)로 출력한다. 전술한 바와 같이, 이들 신호는 출력 스핀들(26)에 의해 워크피스에 가해진 토크를 나타내는 변환기(98)의 외측 림(102)에 가해진 반작용 토크의 양으로 교정된다.
힘 성분(FR)이 선접촉에 의해 외측 림(102)에 가해지고 힘 성분(FB)이 선접촉에 의해 [돌출부(86)를 통해] 브래킷(62)에 가해지기 때문에, 각각의 웨브(110)에 부착된 4개의 변형 게이지(126) 사이에서 더 일관된 변형 측정이 달성될 수 있음으로써, 링 기어(38)에 가해진 반작용 토크, 및 이에 따라 출력 스핀들(26)에 의해 워크피스에 가해진 토크를 보다 정확하게 측정할 수 있다. 바꿔 말해서, 힘 성분(FR, FB) 중 어느 하나가 슬롯(122) 또는 홀(114)의 영역에 걸쳐 분포되면, 그러한 분포는 2개의 슬롯(122) 또는 2개의 홀(114) 간에 일관되지 않을 것이다. 결과적으로, 내측 허브(106)는 중앙축(76)에 대해 왜곡되거나 오프셋될 수 있어, 하나 이상의 웨브(110)가 다른 웨브보다 더 편향되게 한다. 웨브(110)의 편향에 있어서의 그러한 불일치는 궁극적으로 링 기어(38)에 가해진 반작용 토크의 부정확한 측정을 초래할 것이다.
고레벨 또는 마스터 제어기(58)는 전동 공구의 핸들 및 그 회로 내의 인쇄 회로 기판(PCB)을 지칭한다. 특히, 도 6에 도시된 바와 같이, 제어기(58)는 파워 PCB(200) 및 제어 PCB(202)를 적층 배열로 포함하며, 이에 따라 제1 및 제2 PCB의 실장 표면은 대체로 평행한 평면을 형성한다. 도 7은 도 6에 도시된 제어기(58)의 유사한 도면을 제공하지만, 제어 PCB(202)를 노출시키도록 파워 PCB(200)가 제거되어 있다. 도 8은 도 6에 관하여 제어기(58)의 반대측의 도면을 제공하는데, 파워 PCB(200)의 하면을 노출시키도록 제어 PCB(202)가 제거되어 있다.
도 9는 파워 PCB(200) 및 제어 PCB(202) 상의 회로를 포함하는 마스터 제어기(58)의 구성요소들의 회로 블록도를 예시한다. 도시된 바와 같이, 제어 PCB(202)는 마이크로컨트롤러(MCU)(204), 홀 센서(206), 홀 센서(208), 주변 MCU(210), NOR 게이트(212), 및 AND 게이트(214)를 포함하고, 파워 PCB(200)는 스위치 전계 효과 트랜지스터(FET)(216) 및 모터 FET(218)를 포함한다. 전원(220)은 DC 전력을 전동 공구(10)의 다양한 구성요소에 제공하는 전동 공구 배터리 팩이다. 예컨대, 전원(220)은 리튬 이온 전지를 갖는 재충전 가능한 전동 공구 배터리 팩일 수 있다. 몇몇 예에서, 전원(122)은 표준 벽 콘센트에 커플링되는 플러그를 통해 AC 전력(예컨대, 120V/60Hz)을 수신한 다음, 수신된 전력을 필터링, 조정, 및 정류하여 DC 전력을 공구 구성요소에 출력한다. 일반적으로 말하면, 제어 PCB(202)의 구성요소는 사용자에 의한 트리거(138)의 누름을 검출하고, 이에 응답하여 파워 PCB(200)의 구성요소를 제어하여 전원(220)으로부터 전력을 공급하고 모터(18)를 구동시킨다.
도 7을 참조하면, 트리거(138)는 트리거 본체(230), 홀더(232), 트리거 본체(230)에 고정되고 홀더(232)를 통해 연장되는 아암(234), 및 스프링(236)을 포함한다. 홀더(232)는 공구(10)의 메인 하우징(14)에 고정되고, 트리거 본체(230)는 아암(234)의 종축을 따라 홀더(232)에 대해 이동될 수 있다. 스프링(236)은 트리거 본체(230)를 홀더(232)로부터 멀어지게 안내하는 편향력을 제공한다. 아암(234)은 트리거 본체(230)에 고정되어 트리거 본체와 함께 이동한다. 아암(234)은 자석(240)을 수용하고 고정시키는 공동 또는 리세스인 자석 홀더(238)를 포함한다.
도 10은 홀더(232) 및 아암(234)과 별개로 트리거 본체(230)를 예시한다. 트리거 본체(230)는 4개의 안내 채널(242)을 포함한다. 도 11은 트리거 본체(230)와 별개로 아암(234)을 갖는 홀더(232)를 예시한다. 홀더(232)는 각각의 안내 채널(242)에 의해 각각 수용되는 4개의 가이드(244)를 포함한다. 안내 채널(242)과 가이드(244)는 트리거 본체(230)가 아암(234)의 종축(237)을 따라 이동하는 것을 보장한다. 홀더(232)는 아암의 종축(237)에 대체로 수직인 방향으로 연장되는 플랜지(246)를 더 포함한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 플랜지(246)는 공구(10)의 메인 하우징(14)의 리세스(248)에 의해 수용된다. 플랜지(246)와 리세스(248)는 홀더(232)를 메인 하우징(14)에 고정시키도록 협동한다.
사용자가 트리거 본체(230)를 홀더(232)를 향해 내향으로 눌러 스프링(236)의 편향력을 극복하면, 자석(240)이 홀 센서(206, 208)를 향해 나아가 홀 센서 위를 지나간다. 각각의 홀 센서(206, 208)는 자석(240)의 위치에 따라 로직 하이 또는 로직 로우의 이진법 출력을 제공한다. 보다 구체적으로, 홀 센서(206, 208)는 트리거 본체(230)가 홀더(232)를 향해 내향으로 눌려질 때에 자석(240)이 홀 센서(206, 208) 위를 지나기 때문에 로직 로우 신호를 출력한다. 반대로, 홀 센서(206, 208)는 트리거 본체(230)가 홀더(232)로부터 멀리 편향될 때에(즉, 사용자에 의해 눌려지지 않을 때에) 자석(240)이 홀 센서(206, 208) 근처에 있지 않기 때문에 로직 하이 신호를 출력한다. 따라서, 홀 센서(206, 208)는 트리거 본체(230)가 안쪽으로 눌려졌는지 또는 바깥쪽으로 편향(해제)되었는지의 표시를 검출하여 출력한다.
도 9를 다시 참조하면, 홀 센서(206)의 출력은 NOR 게이트(212)의 제1 입력부 및 MCU(204)로 제공되고, 홀 센서(208)의 출력은 NOR 게이트(212)의 제2 입력부 및 MCU(204)로 제공된다. NOR 게이트(212)는 그 제1 및 제2 입력부 모두가 로직 로우 신호를 수신하지 않으면 로직 로우 신호를 출력하고, 그 경우에, NOR 게이트(212)는 로직 하이 신호를 출력한다. 바꿔 말해서, NOR 게이트(212)는 NOR 게이트(212)의 제1 및 제2 입력부 모두가 로직 로우 신호를 수신할 때에 로직 하이 신호를 AND 게이트(214)로 출력한다. 그러나, NOR 게이트(212)의 입력부들 중 어느 한쪽 또는 양쪽이 로직 하이 신호를 수신하는 경우에, NOR 게이트(212)는 로직 로우 신호를 AND 게이트(214)로 출력한다. 유사하게, MCU(204)는 홀 센서(206, 208) 모두가 로직 로우 신호를 출력할 때에 로직 하이 신호를 AND 게이트(214)로 출력한다. 그렇지않으면, MCU(204)의 입력부들 중 어느 한쪽 또는 양쪽이 홀 센서(206, 208)로부터 로직 하이 신호를 수신하는 경우에, NOR 게이트(212)는 로직 로우 신호를 AND 게이트(214)로 출력한다.
AND 게이트(214)는 NOR 게이트(212)로부터 신호를 수신하는 제1 입력부 및 MCU(204)로부터 신호를 수신하는 제2 입력부를 포함한다. AND 게이트(214)는 NOR 게이트(212)와 MCU(204) 모두가 AND 게이트(214)의 각각의 입력부에 로직 하이 신호를 출력할 때에 로직 하이 신호를 출력한다. AND 게이트(214)의 입력부들 중 어느 한쪽 또는 양쪽이 로직 로우 신호를 수신하는 경우에, AND 게이트(214)는 로직 로우 신호를 출력한다.
AND 게이트(214)는 제어 신호를 스위치 FET(216)로 출력한다. AND 게이트(214)가 로직 로우 신호를 출력할 때에, 스위치 FET(216)는 전원(220)으로부터의 전력이 모터 FET(218)에 도달하지 않도록 개방되거나 "오프"된다. AND 게이트(214)가 로직 하이 신호를 출력할 때에, 스위치 FET(216)는 전원(220)으로부터의 전력이 모터 FET(218)에 도달하도록 폐쇄되거나 "온"된다.
따라서, 사용자가 트리거 본체(230)를 누를 때에, 자석(240)이 홀 센서(206, 208) 위를 통과하여 홀 센서 모두가 로직 로우 신호를 NOR 게이트(212)로 출력하게 하고, 이로 인해 NOR 게이트(212)가 로직 하이 신호를 AND 게이트(214)로 출력하게 되고 AND 게이트(214)가 로직 하이 신호를 출력하여 스위치 FET(216)를 턴온시키게 된다. 유사하게, 사용자가 트리거 본체(230)를 해제하면, 편향 스프링(236)이 자석(240)을 홀 센서(206, 208)로부터 멀어지게 이동시켜 홀 센서(206, 208) 모두가 로직 하이 신호를 NOR 게이트(212)로 출력하게 하고, 이로 인해 NOR 게이트(212)가 로직 로우 신호를 AND 게이트(214)로 출력하게 되고 AND 게이트(214)가 로직 로우 신호를 출력하여 스위치 FET(216)를 턴오프시키거나 개방시킨다. 따라서, 트리거(138)가 눌릴 때에, 스위치 FET(216)는 턴온되고, 트리거(138)가 해제될 때에, 스위치 FET(216)는 턴오프된다.
게다가, MCU(204)가 트리거(138)가 눌린다는 것을 나타내는 로직 로우 신호를 홀 센서(206, 208) 모두로부터 수신할 때에, MCU(204)는 모터 FET(218)를 제어하여 모터(18)를 구동시킨다. 모터(18)의 로터 자석이 추가 홀 센서의 면을 가로질러 회전할 때의 표시(예컨대, 펄스)와 같은 모터 피드백 정보를 출력하는 추가 홀 센서가 도 9에 예시되어 있지 않다. 이들 추가 홀 센서로부터의 모터 피드백 정보에 기초하여, MCU(204)는 로터의 위치, 속도, 및/또는 가속도를 결정할 수 있다. MCU(204)는 이 모터 피드백 정보를 사용하여 모터 FET(218) 및 이에 의해 모터(18)를 제어한다. MCU(204)는 또한 순방향 역방향 선택기(244a)의 위치의 표시를 제공하는 선택기 홀 센서(도시 생략)로부터 표시를 수신한다. 순방향 역방향 선택기(244a)와 관련된 홀 센서는 파워 PCB(200)로부터 분리되고 선택기(244a)의 전방에서 수직으로 배향된 PCB 상에 배치된다. MCU(204)는 모터 FET(218)를 제어하여 선택기 홀 센서로부터의 표시에 따라 모터를 순방향 또는 역방향으로 구동한다.
따라서, 트리거(138)가 눌려지면, MCU(204)는 트리거(138)가 눌려졌음과 순방향 역방향 선택기(244a)의 위치에 기초하여 원하는 회전 방향을 검출하고, 스위치 FET(216)가 턴온되며, MCU(204)는 모터 FET(218)를 구동하여 모터(18)를 구동한다. 반대로, 트리거(138)가 해제되면, MCU(204)는 트리거(138)가 해제되고, 스위치 FET(216)가 턴오프된 것을 검출하고, MCU(204)는 모터 FET(218)의 스위칭을 중단하여 모터(18)를 정지시킨다. 트리거(138)는 메인 본체(230)를 누르고 해제하는 것으로부터의 움직임이 전기적 연결을 물리적으로 만들거나 파손하지 않기 때문에 비접촉 트리거로서 지칭될 수 있다. 오히려, 홀 센서(206, 208)는 트리거(138)의 이동 구성요소와 접촉하지 않고 메인 본체(230)의 위치를 검출하는 데에(그리고 MCU(204)에게 알리는 데에) 사용된다.
홀 센서(206, 208)는, 제어 PCB(202) 상의 홀 센서들의 정렬을 고려해 볼 때에 홀 센서(208)가 홀 센서(206)보다 약간 전에 또는 후에 상태를 변경할 수 있다는 것을 제외하고는 동일한 출력을 제공하도록 의도된 중복 센서이고, 이 경우, 홀 센서(208)는 에지에 더 가깝다. 예컨대, 홀 센서(208)는 트리거 본체(230)가 눌려질 때에 자석(240)의 존재를 홀 센서(206)보다 약간 전에 검출할 수 있고, 트리거 본체(230)가 사용자에 의해 해제될 때에 자석(240)의 부재를 홀 센서(206)보다 약간 후에 검출할 수 있다.
전동 공구(10)의 고레벨 또는 마스터 제어기(58)는, 변형 게이지(126)에 의해 출력된 신호를 모니터링하고, 교정된 또는 측정된 토크를 하나 이상의 미리 결정된 값과 비교하며, 하나 이상의 미리 결정된 토크값에 도달한 전동 공구(10)의 토크 출력에 응답하여 모터(18)를 제어하고, 작업등(142)을 구동하여 워크피스 및 주위 작업 공간의 조명 패턴을 변경하고 최종의 원하는 토크값이 파스너에게 가해졌다는 신호를 공구(10)의 사용자에게 전송할 수 있다. 전동 공구(10)의 예시된 실시예에서, 주변 MCU(210)는 변형 게이지(126)로부터의 측정된 토크를 제1 토크 임계값 및 제1 토크 임계값보다 큰 제2 토크 임계값과 비교한다. 주변 MCU(210)는 측정된 토크가 제1 토크 임계값에 도달하면 표시를 MCU(204)로 출력하고, MCU(204)는 모터 FET(218)를 제어하여 모터(18)의 회전 속도를 감소시킴으로써 오버슈트(overshoot) 및 과도한 토크가 워크피스에 가해질 가능성을 줄인다. 그 후, MCU(204)는, 측정된 토크가 제2(및 원하는) 토크값에 도달한 것을 주변 MCU(210)가 나타낼까지 감소된 회전 속도로 모터(18)를 계속 구동하며, 그 때에 MCU(204)는 모터 FET(218)를 제어하여 모터(18)를 정지시킨다.
파스너 구동 작동을 위한 공구(10)의 초기 활성화 시에, MCU(204)는 작업등(142)의 LED(146)를 활성화시켜 백색광을 방출함으로써 워크피스와 주위 작업 공간을 전통적인 방식으로 조명한다. 그 후, 측정된 토크가 제2 (및 원하는) 토크값에 도달하면, MCU(204)는 LED(146)를 구동시켜 LED(146)에 의해 방출되는 조명 패턴을 변경함으로써 원하는 토크값이 성공적으로 달성되었다는 신호를 사용자에게 전송하거나 알린다. 예컨대, MCU(204)는 LED(146)를 구동시켜 색상을 백색에서 녹색으로 변경시켜 원하는 토크값이 성공적으로 달성되었다는 것을 나타낸다. 그러나, 원하는 토크값이 달성되지 못하게 하는 문제가 발생하면, MCU(204)는 LED(146)를 구동시켜 색상을 백색에서 적색으로 변경시킨다. 대안으로, LED(146)가 구동되어 색상을 변경시키기보다는, 원하는 토크값이 성공적으로 달성되었고 및/또는 달성되지 않았다는 신호를 사용자에게 전송하도록 하나 이상의 상이한 패턴을 점멸하게 함으로써 LED(146)의 조명 패턴을 MCU(204)가 변경시킬 수 있다. 공구(10)의 성능을 전달하기 위한 표시기로서 작업등(142)을 사용함으로써, 사용자는 파스너 상의 원하는 토크값이 달성되었는지의 여부를 알기 위해 파스너 구동 작동 중에 워크피스로부터 사용자의 눈을 떼어 낼 필요가 없다. 또한, 작업등(132)이 공구(10)의 전방에 배치되기 때문에, 사용자는 작업등(142)을 의도치 않게 차단할 우려없이 워크피스 및/또는 파스너에 충분한 레버리지를 가하도록 공구(10)를 여러 방식으로 파지할 수 있다.
도면에 도시되지는 않았지만, 공구(10)는 또한 배터리가 공구(10)에 연결되지 않은 경우 공구의 토크 세팅을 표시하기 위한 이차 디스플레이(일차 디스플레이는 공구(10)의 토크 세팅을 설정하는 데에 사용됨)를 포함할 수 있다. 그러한 이차 디스플레이는, 예컨대, 디스플레이 상의 이미지가 변경될 때에 전력만을 필요로 하는 쌍안정 디스플레이일 수 있다. 그러한 쌍안정 디스플레이는 미국 메사츄세츠주 빌러리카 소재의 Eink Corporation으로부터 상업적으로 입수할 수 있다. 그러한, 디스플레이 상에 정적 이미지를 유지하는 데에 전력이 소비되지 않거나 달리 요구되지 않는다. 공구(10)의 토크 세팅이 변경될 때(즉, 배터리가 연결될 때), 제어기(58)는 토크 세팅이 변경된 후에 공구(10)의 새로운 토크 세팅을 반영하도록 이차 디스플레이 상의 이미지를 업데이트할 수 있다. 공구(10) 상에 그러한 이차 쌍안정 디스플레이를 통합함으로써, 공구(10)의 토크 세팅을 디스플레이하는 동안, 배터리가 제거된 상태로 공구 크립(tool crib)에 많은 양의 툴(10)을 저장할 수 있어, 공구 크립 관리자 또는 공구 크립에 엑세스하는 개인은 배터리를 우선 공구(10)에 부착하지 않고 사용할 공구(10)를 선택할 수 있다. 그러므로, 이차 쌍안정 디스플레이에 의해 나타낸 바와 같이 특별한 토크 세팅으로 이미 설정된 공구(10)가 개인이 토크 세팅을 결정하도록 배터리를 우선 공구(10)에 부착할 필요없이 개인에 의해 선택될 수 있다. 그러한 쌍안정 디스플레이는 또한, 또는 대안으로 그 충전 상태를 나타내도록 공구(10)의 배터리 상에 통합될 수 있다.
도 13은 본 고안의 다른 실시예에 따른 전동 공구(1010)의 일부를 예시한다. 전동 공구(1010)는 클러치 메카니즘(1154)을 포함하지만, 도 1 내지 도 12를 참조하여 전술한 전동 공구(10)와 유사하므로, 동일한 구성요소는 1000을 더한 동일한 참조 번호로 나타낸다. 전동 공구(10, 1010) 간의 차이만을 아래에서 설명한다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 전동 공구(1010)는 모터(1018), 트랜스미션 하우징(1034), 모터(1018)로부터 토크를 수신하는, 트랜스미션 하우징(1034) 내의 다단 유성 트랜스미션(1022), 및 트랜스미션(1022)의 출력부와 동시 회전하도록 커플링된 출력 스핀들(1026)을 포함한다. 도 15를 참조하면, 트랜스미션(1022)은 연속적인 유성 스테이지(1042, 1046)를 통해 토크를 전달하도록 트랜스미션 하우징(1034) 내에 위치 설정되는 공통 링 기어(1038)(도 15)를 포함한다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 공구(1010)는 또한 모터(1018), 트랜스미션(1022), 및 출력 스핀들(1026)의 회전축(1056)과 일직선 및 동축으로 위치 설정되는, 전술한 변환기 조립체(54)와 동일한 변환기 조립체(1054)를 포함한다. 변환기 조립체(1054)는 스핀들(1026)에 의해 출력된 토크를 검출하고 디스플레이 디바이스(1057; 도 9)에 인터페이싱되어[즉, 도 2에 도시된 고레벨 또는 마스터 제어기(58)를 통해] 각각의 파스너 구동 작동을 위해 스핀들(1026)에 의해 출력된 수치 토크값을 디스플레이한다. 그러한 디스플레이 디바이스(1057)는, 예컨대 보드 상에 위치되어 공구(1010)와 통합될 수 있거나(예컨대, LCD 스크린), 공구(1010)로부터 원격으로 위치 설정될 수 있다(예컨대, 모바일 전자 디바이스). 원격 디스플레이 디바이스와 인터페이싱하도록 구성된 공구(1010)의 실시예에서, 공구(1010)는 각각의 파스너 구동 작동을 위해 출력 스핀들(1026)에 의해 달성된 토크값을 원격 디스플레이 디바이스에 대해 무선 통신하기 위해 (예컨대, 블루투스 또는 WiFi 전송 프로토콜을 사용하는) 송신기를 포함한다. 전동 공구(10)와 달리, 전동 공구(1010)의 변환기 조립체(1054)는 토크 출력이 미리 정해진 토크값 또는 토크 임계값에 근사할 때에 모터(1018)의 회전 속도를 제어하도록 모터(1018)와 인터페이싱하지 않는다. 대신에, 기계식 클러치 메카니즘(1154; 도 14 및 도 15)은 워크피스에 출력되는 토크가 토크 임계값을 초과하지 못하게 한다.
도 15를 참조하면, 클러치 메카니즘(1154)은 공구(1010)에 의해 구동되는 파스너 또는 워크피스에 의해 가해지는 출력 스핀들(1026) 상의 반작용 토크가 클러치 메카니즘(1154)의 미리 결정된 토크 임계값에 도달할 때에 모터(1018)에 의해 출력된 토크를 출력 스핀들(1026)로부터 멀어지게 선택적으로 전환시키도록 작동할 수 있다. 클러치 메카니즘(1154)은 트랜시미션(1022)의 제2 유성 스테이지(1046)의 출력 캐리어(1160)와 동시 회전하도록 커플링되는 제1 플레이트(1158; 또한 도 17 참조), 출력 스핀들(1026)과 동시 회전하도록 커플링되는 제2 플레이트(1162; 또한 도 16 참조), 및 제1 플레이트(1158)와 제2 플레이트(1162) 사이에 위치 설정되어 클러치 메카니즘(1154)이 맞물릴 때에 토크가 트랜스미션(1022)으로부터 출력 스핀들(1026)로 전달되게 하는 복수 개의 맞물림 부재[예컨대, 볼(1164)]을 포함한다. 공구(1010)의 예시된 실시예에서, 제1 플레이트(1158)는 제2 유성 스테이지(1046)의 출력 캐리어와 단일 피스로서 일체형으로 형성되지만, 제2 플레이트(1162)는 제2 플레이트(1162)에 형성된 대응하는 블라인드 홈(1168) 및 스핀들(1026)의 외연부에 형성된 대응하는 딤플(1170)에 수용된 볼(1166)의 세트(도 15에는 단하나만이 도시되어 있음)를 통해 출력 스핀들(1026)에 대해 활주 가능하게 커플링되고 회전 구속된다. 따라서, 제2 플레이트(1162)는 회전축(1056)을 따라 축방향으로 활주하는 동시에 스핀들(1026)과 동시 회전할 수 있다. 대안으로, 제1 플레이트(1158)는 유성 스테이지(1046)의 출력 캐리어(1160)와 별개로 형성되고 임의의 다수의 여러 방식으로(예컨대, 억지 끼워맞춤 또는 압력 끼워맞춤, 파스너를 이용하여, 용접 등에 의해) 출력 캐리어에 고정될 수 있다. 더욱이, 제2 플레이트(1166)는 대안으로 제2 플레이트(1162)가 스핀들(1026)에 대해 축방향으로 활주하게 하지만 제2 플레이트(1162)를 스핀들(1026)에 대해 회전 구속하는 스플라인 끼워맞춤 등의 다른 구성을 이용하여 스핀들(1026)에 활주 가능하게 커플링될 수 있다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 클러치 메카니즘(1154)은 또한 하우징(1034)에 대한 제1 플레이트(1158)의 회전을 용이하게 하도록 트랜스미션 하우징(1034)의 내향 연장 환형 벽(1174)과 제1 플레이트(1158) 사이에 개재된 스러스트 베어링(1172)을 포함한다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 제2 플레이트(1162)는 회전축(1056) 둘레에서 이격된 축방향 연장 돌출부(1176)를 포함한다. 홈(1178)은 볼(1164)이 각각 수용되는 인접한 돌출부(1176)에 의해 제2 플레이트(1162)의 단부면(1180)에 형성된다. 도 17에 도시된 바와 같이, 제1 플레이트(1158)는, 회전축(1056)으로부터 반경 방향으로 이격되어 볼(1164)이 적어도 부분적으로 위치 설정되는 딤플(1182)을 포함하고, 볼(1164)의 나머지는 제2 플레이트(1162; 도 16)의 단부면(1180)에 있는 각각의 홈(1178) 내에 수용된다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 공구(1010)는 또한 [볼(1164)이 돌출부(1176)를 가로지름으로써 하나의 홈(1178)으로부터 인접한 홈(1178)으로 활주할 때에] 클러치 메카니즘(1154)이 미끄러지는 토크 임계값을 설정하도록 작동될 수 있는 클러치 메카니즘 조절 조립체(1184)를 포함한다. 클러치 메카니즘 조절 조립체(1184)는 출력 스핀들(1026)에 나사 체결되는 조절 링 또는 너트(1186) 및 스핀들(1026)이 연장되는, 너트(1186)에 인접한 환형 링 시트(1188)를 포함한다. 특히, 너트(1186)는 나사식 내연부(1190)를 포함하고, 스핀들(1026)은 대응하는 나사식 외연부(1192)를 포함한다. 따라서, 너트(1186)와 스핀들(1026) 사이의 상대 회전이 또한 스핀들(1026)을 따른 너트(1186)의 병진을 초래하여 탄성 부재[예컨대, 압축 스프링(1194)]의 예하중을 조절할 수 있다. 스프링(1194)은 스핀들(1026) 둘레에 원주 방향으로 그리고 제2 플레이트(1162)와 시트(1188) 사이에 위치 설정되고, 제2 플레이트(1162)를 제1 플레이트(1158)를 향해 편향시키도록 작동될 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 트랜스미션 하우징(1034)에 형성된 세장형 구멍(1196)은 너트(1186)를 스핀들(1026)에 대해 회전시키도록 작동될 수 있는 수공구(도시 생략)에 의한 클러치 메카니즘 조절 조립체(1184)에 대한 엑세스를 허용한다. 그러한 수공구는 시트(1188; 도 14)에 형성된 반경 방향 슬롯(1198) 내에 삽입 가능하고 너트(1186) 상에 형성된 기어이(1200)와 맞물릴 수 있는 헤드를 포함할 수 있다. 따라서, 수공구의 회전은 [스핀들(1026)에 대하여] 너트(1186)에 회전을 부여하여, 스프링(1194)의 압축된 길이 및 이에 따라 예하중을 변경시키게 된다. 그러한 수공구는, 예컨대 드릴 척 키이(drill chuck key)와 유사할 수 있다.
작동 중에, 공구(1010)는 공구(1010)는 클러치 메카니즘(1154)을 통해 파스너 또는 워크피스로 전달되는 토크의 양을 기계식으로 제한하는 동시에 변환기 조립체(1054)를 통해 파스너 또는 워크피스에 가해지는 토크의 양의 시각적 피드백[즉, 디스플레이 디바이스(1057)를 통해]을 제공할 수 있다. 공구(1010) 등의 단일 디바이스에 통합될 때에, 이들 피쳐[즉, 토크 출력의 시각적 피드백 및 기계식 토크 제한 클러치 메카니즘(1154)]는 조작자가 공구(1010)를 교정하는 데에 달리 요구되는 외부 또는 추가 기계 및/또는 디바이스를 사용하는 일 없이 시행착오 절차를 사용하여 공구(1010)의 토크 임계값을 교정하게 한다. 또한, 이들 피쳐가 동시에 사용되는 경우, 공구(1010)의 조작자에게는 클러치(1154)가 미끄러질 때에 파스너 또는 워크피스에 가해지는 토크값의 즉각적인 시각적 피드백이 제공된다. 따라서, 조작자는 유리하게는 스프링(1194) 상의 예하중을 조절하여 원하는 토크 임계값을 달성할 수 있다.
도 18을 참조하면, 모터(1018)가 [예컨대, 트리거(138)를 누름으로써] 구동되면 체결 시퀀스가 시작되고, 이 지점에서 스핀들(1026)에 가해진 반작용 토크 또는 "런닝 토크(running torque)"는 공구 비트가 파스너 또는 워크피스와 맞물려 구동시킬 때에 변환기 조립체(1054)에 의해 측정된다. 체결 시퀀스 중에, 토크는 모터(1018)로부터, 유성 트랜스미션(1022)을 통해, 클러치 메카니즘(1154)을 통해, 그리고 출력 스핀들(1026)로 전달되어 출력 스핀들(1026)에 부착된 공구 비트를 회전시킨다. 반작용 토크는 출력 스핀들(1026)이 회전하는 방향과 반대 방향으로 구동되는 파스너 또는 워크피스에 의해 출력 스핀들(1026)에 가해진다. 반작용 토크는 변환기 조립체(1054)를 통해 힘 성분(FR; 도 5)에 의해 변환기 조립체에 가해지고, 이는 제어기(58)에 의해 런닝 토크로서 해석된다.
체결 시퀀스 전반에 걸쳐, 클러치 메카니즘(1154)은, 모터(1018)로부터 토크가 클러치 메카니즘(1154)을 통해 출력 스핀들(1026)로 전달되어 워크피스를 계속 구동시키는 제1 모드, 및 모터(1018)로부터 토크가 스핀들(1026)로부터 제1 플레이트(1158)를 향해 전환되는 제2 모드에서 작동될 수 있다. 구체적으로, 제1 모드에서, 제1 플레이트(1158)와 제2 플레이트(1162)는 동시 회전되어, 스핀들(1026) 상의 반작용 토크가 클러치 메카니즘(1154)의 토크 임계값보다 작다고 가정하면 스핀들(1026)이 적어도 증분량만큼 회전하게 한다. 파스너 또는 워크피스가 더 구동됨에 따라, 스핀들(1026) 상의 반작용 토크는 증가된다(도 18의 그래프에 양의 기울기로서 예시됨). 반작용 토크가 토크 임계값보다 작은 동안에, 스프링(1194)은 제2 플레이트(1162)의 돌출부(1176)를 제1 플레이트(1158)의 볼(1164)을 향해 편향시켜, 볼(1164)이 제2 플레이트(1162) 상의 돌출부(1176)에 대해 걸려서 제2 플레이트(1162; 도 14)의 홈(1178) 내에 유지되게 한다. 그 결과, 제1 플레이트(1158)는 제2 플레이트(1162) 및 출력 스핀들(1026)에 대해 회전하게 못하게 된다.
출력 스핀들(1026) 상의 반작용 코트가 토크 임계값(도 18에 예시된 트레이스의 정점과 일치하는 최대 토크에 의해 예시됨)에 도달한 경우, 클러치 메카니즘(1154)은 제1 모드로부터 제2 모드로 천이된다. 구체적으로, 제2 모드에서, [돌출부(1176)에 대해 걸려 있는] 볼(1164)에 의해 제2 플레이트(1162) 상에 가해지는 마찰력은 더 이상 제1 플레이트(1158)가 회전하거나 제2 플레이트(1162)에 대해 미끄러지는 것을 방지하기에 충분하지 않다. 제1 플레이트(1158)가 제2 플레이트(1162)에 대해 초기에 미끄러지기 시작할 때에, 볼(1164)은 각각의 돌출부(1176) 위를 굴러서 지나가(즉, 가로질러) 스프링(1194)의 편향에 저항하는 축방향 변위를 제2 플레이트(1162)에 가하여 제2 플레이트(1162) 및 스핀들(1026)에 대한 토크 전달을 중지시킨다. 모터(1018)가 구동되고 토크 임계값이 계속해서 초과될 때에, 제1 플레이트(1158)는 제2 플레이트(1162) 및 출력 스핀들(1026)에 대해 계속 회전한다. 그 결과, 변환기 조립체(1054)에 의해 검출된 반작용 토크는, 클러치 메카니즘(1154)에 초기에 미끄러지거나 제1 모드에서 제2 모드로 천이되는 토크값으로부터 급속하게 감소된다(도 18의 그래프에서 음의 기울기로 예시됨]. 제1 플레이트(1158)는, 출력 스핀들(1026) 상의 반작용 토크가 클러치 메카니즘(1154)의 토크 임계값을 초과하는 한 제2 플레이트(1162) 및 출력 스핀들(1026)에 대해 계속해서 미끄러지거나 회전하게 되어, 볼(1164)이 돌출부(1176) 위로 올라가 돌출부를 지나가게 한다.
전술한 바와 같이, 파스너 구동 작동의 전체 시퀀스 중에[즉, 제1 모드에서 작동하는 클러치 메카니즘(1154)으로 시작하여 제2 모드에서 작동하는 클러치 메카니즘(1154)으로 종료됨], 제어기(58)는 변환기(1054)로부터의 전압 신호를 클러치 메카니즘(1154)을 통해 전달되는 반작용 토크의 양으로 교정한다. 제1 모드로부터 제2 모드로 클러치 메카니즘(1154)의 천이와 일치하여, 제어기(58)는 (도 18에 예시된 트레이스의 정점과 일치하는) 스핀들(1026)에 의해 출력된 피크 실제 토크값을 계산하고 디스플레이 디바이스(1057)가 스핀들(1026)에 의해 출력된 실제 토크값을 디스플레이하게 한다.
디스플레이 디바이스(1057) 상에 달성된 실제 토크값의 시각적 피드백에 기초하여, 스핀들(1026)에 의해 출력된 상이한 실제 토크값을 달성하기 위해 공구(1010)의 조작자가 공구(1010)를 더 높거나 낮은 토크 임계값으로 조절하도록 결정하면, 조작자는 스프링(1194) 상의 예하중을 각각 증가시키거나 감소시킨다. 그렇게 하기 위하여, 공구는 공구가 너트(1186)와 맞물려 회전시킬 수 있는 트랜스미션 하우징(1034)의 세장형 구멍(1196) 내에 위치 설정된다. 너트(1186)가 스핀들(1026) 둘레에서 회전되는 경우, 너트(1186)는 회전축(1056)을 따라 축방향으로 병진되고, 이는 너트(1186)의 회전 방향에 따라 스프링(1194)을 압축시키거나 압축 해제시킨다. 조작자는 계속적인 파스너 구동 작동을 수행하고 클러치 메카니즘 조절 조립체(1184)에 증분 조절을 행하여 공구(1010)의 출력 토크를 변경시킴으로써 이 방식으로 공구(1010)를 계속해서 수동으로 교정할 수 있다.
도 19는 본 고안의 다른 실시예에 따른 전동 공구(2010)의 일부를 예시한다. 전동 공구(2010)는 클러치 메카니즘(2154)을 포함하지만, 도 1 내지 도 12를 참조하여 전술한 전동 공구(1010)와 유사하므로, 동일한 구성요소는 2000을 더한 동일한 참조 번호로 나타낸다. 전동 공구(10, 2010) 간의 차이만을 아래에서 설명한다.
도 19, 도 20, 및 도 21을 참조하면, 전동 공구(2010)는 다단 유성 트랜스미션[예컨대, 트랜스미션(22); 도 2]에 회전 입력을 제공하는 구동 샤프트(2030)를 갖는 브러시리스 전기 모터(2018)를 포함한다. 도 19에 도시된 바와 같이, 구동 샤프트(2030)는 2피스, 즉 모터(2018)의 전기자로부터 연장되는 제1 샤프트부(2030a) 및 트랜스미션과 맞물리는 제2 샤프트부(2030b)로서 형성된다. 아래에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 제1 및 제2 샤프트부(2030a, 2030b)는, 제1 작동 방식에서, 제1 샤프트부(2030a)가 토크를 제2 샤프트부(2030b)로 전달하고, 다른 작동 방식에서, 제1 샤프트부(2030a)가 제2 샤프트부(2030b)와 상관없이 회전함으로써 토크를 제2 샤프트부(2030b) 및 트랜스미션으로부터 전환시키도록 선택적으로 동시 회전된다.
공구(2010)는 또한 모터(2018)의 회전축(2056)과 일직선 및 동축으로 그리고 트랜스미션과 모터(2018) 사이에 위치 설정되는 변환기 조립체[도시되지 않았지만, 전술한 변환기 조립체(54)와 동일함]를 포함한다. 변환기 조립체(54)는 공구(2010)의 스핀들[도시되지 않았지만, 전술한 스핀들(26)과 동일함]에 의해 출력된 토크를 검출하고 디스플레이 디바이스(1057)에 인터페이싱되어[즉, 도 2에 도시된 고레벨 또는 마스터 제어기(58)를 통해] 각각의 파스너 구동 작동을 위해 스핀들(26)에 의해 출력된 수치 토크값을 디스플레이한다. 그러한 디스플레이 디바이스는, 예컨대 보드 상에 위치되어 공구(2010)와 통합될 수 있거나(예컨대, LCD 스크린), 공구(2010)로부터 원격으로 위치 설정될 수 있다(예컨대, 모바일 전자 디바이스). 원격 디스플레이 디바이스와 인터페이싱하도록 구성된 공구(2010)의 실시예에서, 공구(2010)는 각각의 파스너 구동 작동을 위해 출력 스핀들(26)에 의해 달성된 토크값을 원격 디스플레이 디바이스에 대해 무선 통신하기 위해 (예컨대, 블루투스 또는 WiFi 전송 프로토콜을 사용하는) 송신기를 포함한다. 전동 공구(10)와 달리, 전동 공구(2010)의 변환기 조립체는 토크 출력이 미리 정해진 토크값 또는 토크 임계값에 근사할 때에 모터(2018)의 회전 속도를 제어하도록 모터(2018)와 인터페이싱하지 않는다. 대신에, 기계식 클러치 메카니즘(2154)은 워크피스에 출력되는 토크가 토크 임계값을 초과하지 못하게 한다.
도 19를 참조하면, 클러치 메카니즘(2154)은 제1 샤프트부(2030a)와 제2 샤프트부(2030b) 사이에 개재되고 변환기 조립체(54)로부터의 입력을 이용하여 마스터 제어기[예컨대, 전술한 마스터 제어기(58)]에 의해 전기적으로 제어된다. 클러치 메카니즘(2154)은, 클러치 메카니즘(2154)이 제1 및 제2 샤프트부(2030a, 2030b)를 상호 연결하여 그 사이에 토크 전달을 허용하는 맞물림 모드(도 19 및 도 19a)와, 클러치 메카니즘(2154)이 샤프트부들(2030a, 2030b)을 회전 분리시켜 그 사이의 토크 전달을 금지시키는 맞물림 해제 모드(도 21 및 도 21a) 사이에서 시프트될 수 있다. 따라서, 클러치 메카니즘(2154)은 토크 변환기에 의해 검출된 스핀들(26) 상의 반작용 토크가 미리 결정된 토크 임계값을 초과할 때에 토크를 출력 스핀들(26)로부터 멀어지게 선택적으로 전환시킬 수 있다.
도 19a를 참조하면, 클러치 메카니즘(2154)은 제1 샤프트부(2030a)와 동시 회전하도록 커플링되는 제1 커플링(2156) 및 제2 샤프트부(2030b)와 동시 회전하도록 커플링되는 제2 커플링(2158)을 포함한다. 클러치 메카니즘(2154)은 또한 제1 및 제2 커플링(2156, 2158) 각각의 적어도 일부 둘레에 원주 방향으로 배치되는 슬리브(2160), 및 슬리브(2160)의 내연부에 고정되고, 클러치 메카니즘(2154)이 맞물림 모드에 있을 때에 토크가 제1 커플링(2156)으로부터 제2 커플링(2158)으로 전달되게 하는 복수 개의 맞물림 부재[예컨대, 제1 세트의 볼(2162)과 제2 세트의 볼(2164)]을 포함한다. 공구(2010)의 예시된 실시예에서, 제1 및 제2 커플링(2156, 2158)은 형상이 대체로 원통형이고 제1 및 제2 샤프트부(2030a, 2030b)의 구성요소와 별개의 구성요소로서 형성된다. 커플링은 임의의 다수의 상이한 방식으로(예컨대, 억지 끼워맞춤 또는 압력 끼워맞춤, 파스너, 상보적 단면 형상들을 이용하여, 용접 등에 의해) 샤프트부(2030a, 2030b)와 동시 회전하도록 고정될 수 있다. 대안으로, 제1 및 제2 커플링은 각각 제1 및 제2 커플링부(2030a, 2030b)와 단일 피스로서 일체형으로 형성될 수 있다.
도 19a를 계속 참조하면, 제1 커플링(2156)은 제1 커플링(2156)의 외연부 상에 원주 방향으로 모두 배치되는 제1 홈(2166) 및 제2 홈(2168)을 포함한다. 각각의 원주 방향 홈(2166, 2168)은, 클러치 메카니즘(2154)이 아래에서 더 상세하게 설명되는 맞물림 해제 모드(도 21 및 도 21a에 도시됨) 또는 토크 렌치 모드(도 20 및 도 20a에 도시됨)에 있을 때에 원주 방향 홈(2166, 2168) 내에서 제1 커플링(2156)에 대한 제1 세트의 볼(2162)의 활주 또는 롤링 운동을 수용하도록 제1 세트의 볼(2162)의 형상에 상보적인 반구형 프로파일을 갖는다. 제1 원주 방향 홈(2166)은 제1 샤프트부(2030a)에 인접하고, 제2 원주 방향 홈(2168)은 제1 원주 방향 홈(2166)으로부터 떨어져서 제1 커플링(2156) 상에 배치된다. 따라서, 제1 및 제2 원주 방향 홈(2166, 2168)은 회전축(2056)의 방향을 따라 서로 축방향으로 이격된다.
제1 커플링(2156)은 제1 및 제2 원주 방향 홈(2166, 2168) 사이에서 연장되는 원통형 벽(2170)을 더 포함한다. 원통형 벽(2170)은 원주 방향 홈(2166, 2168)을 상호 연결하고 클러치 메카니즘(2154)이 맞물림 모드(도 19 및 도 19a에 도시됨)에 있을 때에 각각의 볼(2162)을 수용하는 종방향 연장 리세스(2172)의 세트를 포함한다. 바꿔 말해서, 리세스(2172)는 원통형 벽(2170)의 원주를 따라 서로 각형으로 오프셋되고, 각각의 리세스(2172)는 회전축(2056)에 평행하게 축방향으로 연장되어, 각각의 리세스(2172)는 제1 및 제2 원주 방향 홈(2166, 2168) 사이에서 홈에 직교하는 방향으로 연장된다. 리세스(2172)는 또한 제1 세트의 볼(2162)의 형상에 상보적인 반구형 프로파일을 갖는다.
도 19a를 계속 참조하면, 제2 커플링(2158)은 제2 샤프트부(2030b)에 대향하게 제2 커플링(2158)의 단부에 배치된 제2 커플링(2158)의 외연부 상에 원주 방향으로 배치되는 단일 홈(2174)을 포함한다. 원주 방향 홈(2174, 2168)은, 클러치 메카니즘(2154)이 아래에서 더 상세하게 설명되는 맞물림 해제 모드(도 21 및 도 21a에 도시됨) 또는 토크 렌치 모드(도 20 및 도 20a에 도시됨)에 있을 때에 원주 방향 홈(2166, 2158) 내에서 제1 커플링(2156)에 대한 제1 세트의 볼(2164)의 활주 또는 롤링 운동을 수용하도록 제1 세트의 볼(2164)의 형상에 상보적인 반구형 프로파일을 갖는다.
제1 커플링(2158)은 또한 제2 커플링(2158)의 원주를 따라 서로 각형으로 오프셋되고 회전축(2056)에 평행한 축방향으로 연장되는 슬롯(2176)의 세트를 포함한다. 슬롯(2176)은 또한 내부에 볼(2164)을 수용하도록 제2 세트의 볼(2164)의 형상에 상보적인 반구형 프로파일을 갖는다. 도 19a에 도시된 바와 같이, 각각의 슬롯(2176)의 후방은 제2 커플링(2158)에 있는 원주 방향 홈(2174)으로 개방되고 각각의 슬롯(2176)의 전방 단부는 제2 샤프트부(2030b)에 도달하기 전에 종료된다.
제1 커플링(2156)의 원통형 벽(2170)에 있는 리세스(2172)는 원통형 벽(2170)을 다수의 벽 세그먼트 또는 구동 러그(2178)로 분할한다. 따라서, 제1 세트의 벽(2162)이 각각의 리세스(2172) 내에 수용될 때에, 구동 러그(2178)는 실질적으로 점접촉으로 각각의 볼(2162)과 맞물린다. 마찬가지로, 제2 커플링(2158)의 슬롯(2176)은 제2 커플링(2158)을 다수의 벽 세그먼트 또는 피동 러그(2180)로 분할한다. 따라서, 제2 세트의 볼(2164)이 각각의 슬롯(2176) 내에 수용될 때에, 피동 러그(2180)는 실질적으로 점접촉으로 각각의 볼(2164)과 맞물린다.
도 19를 참조하면, 클러치 메카니즘(2154)은 슬리브(2160)를 클러치 메카니즘(2154)이 맞물림 모드에 있는 디폴트 또는 원점 위치를 향해 편향시키기 위한 한쌍의 스프링(2182a, 2182b)을 더 포함한다. 공구(2010)는 클러치 메카니즘(2154)을 맞물림 모드와 맞물림 해제 모드 사이에서 시프트시키기 위해 스프링(2182a, 2182b)의 편향에 대항하여 슬리브(2160)를 도 19 및 도 19a에 도시된 원점 위치로부터 멀리 시프트시키도록 토크 변환기(54)로부터의 입력에 응답하여 마스터 제어기(58)에 의해 전자적으로 제어되는 액추에이터(2183)를 포함한다. 예컨대, 액추에이터(2183)는 슬리브(2160)를 원점 위치로부터 멀리 시프트시키도록 슬리브(2160)의 일단부(또는 어느 한 단부)를 끌어당기는 자기장을 발생시킬 수 있는 하나 이상의 전자석, 또는 슬리브를 원점 위치로부터 멀리 어느 한 방향으로 시프트시킬 수 있는 하나 이상의 솔레노이드로서 구성될 수 있다. 클러치 메카니즘(2154)의 예시된 실시예에서, 스프링(2182a, 2182b)은 스프링(2182a)이 슬리브(2160)를 전방 방향(2184)으로 편향시키고 다른 스프링(2182b)이 슬리브(2160)를 후방 방향(2186)으로 편향시키도록 슬리브(2160)의 대향 단부 상에 배치된다. 대안으로, 다른 구성요소가 사용되어 도 19 및 도 19a에 도시된 원점 위치를 향해 슬리브(2160)를 편향시킬 수 있다.
클러치 메카니즘의 맞물림 모드(도 19 및 도 19a)에서, 슬리브(2160) 내의 제1 및 제2 세트의 볼(2162, 2164)은 제1 커플링(2156) 상의 구동 러그(2178) 및 제2 커플링(2158) 상의 피동 러그(2180)와 각각 맞물린다. 따라서, 제1 샤프트부(2030a)로부터 제2 샤프트부(2030b)로의 토크 전달을 허용하도록 클러치 메카니즘(2154)에 의해 견고한 결합이 제공된다. 그러나, 클러치 메카니즘의 맞물림 해제 모드(도 21 및 도 21a)에서, 슬리브(2160) 내의 제1 및 제2 세트의 볼(2162, 2164)은 제1 커플링(2156)의 원주 방향 홈(2166) 및 제2 커플링(2158)의 원주 방향 홈(2174) 내에 각각 위치 설정된다. 따라서, 2세트의 볼(2162, 2164)이 구동 러그(2178) 및 피동 러그(2180)로부터 맞물림 해제되기 때문에 제1 및 제2 샤프트부(2030a, 2030b) 사이의 결합이 단락되어, 제1 샤프트부(2030a)로부터 제2 샤프트부(2030b)로의 토크 전달이 방지된다.
도 20 및 도 20a를 참조하면, 전술한 바와 같이, 클러치 메카니즘(2154)은 또한 제3 모드 또는 "수동 토크 렌치" 모드로 시프트될 수 있다. 이 모드에서, 슬리브(2160)는 전방 방향(2184)으로 원점 위치로부터 멀리 시프트되어, 제2 세트의 볼(2164)을 슬롯(2176) 내에 유지하지만 제1 세트의 볼(2162)을 원주 방향 홈(2168)으로 시프트시킨다. 따라서, 제1 세트의 볼(2162)이 구동 러그(2178)로부터 맞물림 해제되기 때문에 제1 및 제2 샤프트부(2030a, 2030b) 사이의 결합이 단락되어, 제1 샤프트부(2030a)로부터 제2 샤프트부(2030b)로의 토크 전달이 방지된다. 더욱이, 슬리브(2160)는 슬리브(2160)를 트랜스미션 하우징에 대해 회전 로킹하도록 트랜스미션의 일부[슬리브(2160)의 외연부 상의 사선으로 개략적으로 도시됨)와 동시에 맞물림으로써, 제2 샤프트(2030b)를 트랜스미션 하우징에 견고하게 결합하여 그 회전[및 출력 스핀들(26)로 종결되는 제2 샤프트부(2030b)의 하류측의 나머지 구성요소들의 회전]을 방지한다. 이에 따라, 출력 스핀들(26)은 공구(2010)의 메인 하우징 및 트랜스미션 하우징에 대해 회전 로킹되어, 토크를 파스너 또는 워크피스에 가하도로 회전축(2056)을 중심으로 공구(2010)를 수동으로 회전시킴으로써 공구(2010)가 수동 토크 렌치로서 사용되게 한다. 예컨대, 트랜스미션 하우징의 내부 및 슬리브(2160)의 외부 상의 정합 스플라인들이 맞물려서 슬리브(2160)를 트랜스미션 하우징에 회전 고정시킬 수 있다. 변환기 조립체(54)가 제2 샤프트부(2030b)와 출력 스핀들(26) 사이에 위치 설정되기 때문에, 변환기 조립체(54)는 출력 스핀들(26)에 인가된 반작용 토크를 검출하도록 작동 가능 상태로 있게 된다. 따라서, 수동 토크 렌치 모드는 파스너 또는 워크피스에 가해진 토크값의 공구(2010)의 사용자에 대한 피드백을 디스플레이 디바이스(1057)를 이용하여 제공하면서 파스너 또는 워크피스 상에 가해진 토크의 수동 조절을 허용한다.
작동 시에, 클러치 메카니즘(2154)은 파스너 또는 워크피스로 전달되는 토크의 양을 기계식으로 제한하고 공구(2010)는 각각의 파스너 구동 작동 중에 파스너 또는 워크피스에 가해진 토크의 양에 관한 시각적 피드백[즉, 디스플레이 디바이스(1057)를 통해]을 제공할 수 있다. 도 19에 도시된 바와 같이, 클러치 메카니즘(2154)은 맞물림 모드에 있다. 파스너 구동 작동을 개시하기 위해, 모터(2018)가 [예컨대, 트리거(138)를 누름으로써] 구동되고, 이 구동은 제1 샤프트부(2030a)를 사용자가 원하는 특정한 방향으로 회전시킨다. 제1 세트의 볼(2162)이 제1 커플링(2156) 상의 구동 러그(2168)와 맞물리기 때문에, 토크는 슬리브(2160)를 통해 전달되고, 이 토크는 다시 [제1 세트의 볼(2164)과 구동 러그(2180)의 맞물림을 경유하여] 제1 세트의 볼(2164) 및 제2 커플링(2158)을 통해 전달된다. 그 결과, 제2 샤프트부(2030b)는 제1 샤프트부(2030a) 및 슬리브(2060)와 동일한 방향으로 구동되고, 이어서 트랜스미션(22)과 출력 스핀들(26)을 구동시킨다. 파스너 또는 워크피스에 의해 출력 스핀들(26) 상에 가해진 반작용 토크 또는 "런닝 토크"는 공구 비트가 파스너 또는 워크피스를 구동시킬 때에 변환기 조립체(54)에 의해 측정된다.
클러치 메카니즘(2154)은 [토크 변환기(54)로부터의 입력을 이용하는] 마스터 제어기(58)가 런닝 토크가 미리 결정된 토크 임계값에 도달했다고 결정할 때까지 맞물림 모드에 있게 된다. 이어서, 클러치 메카니즘(2154)은 마스터 제어기(58)에 의해 맞물림 모드로부터 맞물림 해제 모드(도 21 및 도 21a에 도시됨)로 구동된다. 구체적으로, 마스터 제어기(58)는 액추에이터(2183)를 구동시키고, 액추에이터는 슬리브(2160)를 스프링(2182a)의 편향에 대항하여 원점 위치로부터 전방 방향(2186)으로 이동 또는 시프트시킴으로써, 제1 세트의 볼(2162)을 제1 커플링(2156)의 제1 원주 방향 홈(2166) 내에 그리고 제2 세트의 볼(2164)을 제2 커플링(2158)의 원주 방향 홈(2174) 내에 위치 설정한다. 동시에, 마스터 제어기(58)는 모터(2018)를 중지시켜 동적 제동을 가하여 제1 샤프트부(2030a)의 회전을 신속하게 감속시킨다. 그 결과, 제1 및 제2 샤프트부(2030a, 2030b) 사이의 결합이 신속하게 분리되어, 이후에 동적으로 제동될 때에 모터(2018)에 의해 생성되는 토크는 제1 샤프트부(2030a)를 넘어서 전달되지 못한다. 이는 공구(2010)의 전체 정밀도를 증가시키는데, 그 이유는 파스너 또는 워크피스의 토크 오버런이 최소화되거나 제거되기 때문이다. 또한, 클러치 메카니즘(2154)이 맞물림 모드로부터 맞물림 해제 모드로 구동될 때에, 변환기 조립체(54)에 의해 검출된 최대 토크는 사용자가 참조하도록 디스플레이 디바이스(1057)로 출력될 수 있다. 모터(2018)가 정지된 후에, 액추에이터(2183)는 슬리브(2160)를 해제함으로써, 클러치 메카니즘(2154)의 맞물림 모드와 일치하고 이후의 파스너 구동 작동을 위해 공구(2010)를 준비시키는 도 19 및 도 19a의 원점 위치로 스프링(2182a, 2182b)이 슬리브(2160)를 편향시키게 한다.
몇몇 경우에, [디스플레이 디바이스(1057)에 의해 표시되는] 파스너 또는 워크피스에 실제로 인가된 토크는 원하는 토크값보다 약간 아래일 수 있다. 이 경우, 클러치 메카니즘(2154)은 원하는 토크값을 달성하기 위해 파스너 또는 워크피스로 추가 토크를 수동으로 가하도록 도 20 및 도 20a에 도시된 수동 토크 렌치 모드로 시프트될 수 있다. 클러치 메카니즘(2154)을 토크 렌치 모드로 시프트하기 위하여, 마스터 제어기(58)는 [예컨대, 공구(2010)의 외부에 있는 사용자에게 엑세스 가능한 순간형 스위치(도시 생략)의 구동에 의해] 액추에이터(2183)를 구동하게 되고, 액추에이터는 슬리브(2160)를 스프링(2182b)의 편향에 대항하여 원점 위치로부터 전방 방향(2184)으로 이동 또는 시프트시킴으로써, 제1 세트의 볼(2162)을 제1 커플링(2156)의 제2 원주 방향 홈(2168) 내에 위치 설정하지만, 제2 세트의 볼(2164)은 슬롯(2176) 내에 유지시킨다. 그 결과, 제1 및 제2 샤프트부(2030a, 2030b) 사이의 결합이 신속하게 분리됨으로서, 모터(2018)로부터 출력 스핀들(2026)로의 토크 전달을 방지한다. 동시에, 슬리브(2160)는 제2 샤프트부(2030b)와 공구(2010)의 하류측 회전 구성요소[출력 스핀들(26)을 포함함]의 회전을 트랜스미션 하우징에 대해 효과적으로 로킹하도록 트랜스미션 하우징에 의해 회전 구속된다. 원하는 토크값을 달성하도록 공구(2010)를 수동으로 회전시킨 후에, 스위치가 해제되어 액추에이터(2183)를 중지시키고 슬리브(2160)가 스프링(2182a, 2182b)의 작용 하에 원점 위치로 복귀하게 할 수 있다.
일반적으로, 모터는 전동 공구의 운동 에너지에 큰 기여를 한다. 다량의 운동 에너지로 인해, 특히 경질 또는 고강도 조인트에서 전달된 토크 출력을 정밀하게 제어하기가 어렵다. 더욱이, 전자식으로 모터를 제동하면 운동 에너지가 완전히 소멸되지 않아 파스너에 오버 토크가 걸리는 경우가 많다. 클러치 메카니즘(1010, 2010)은 고정밀 조임 시퀀스를 위해 설계되고 모터를 기어열의 나머지로부터 커플링 및 커플링 해제함으로써 토크 오버슈트의 위험을 감소시킨다.
도 22는 본 고안의 다른 실시예에 따른 전동 공구(3010)의 일부를 예시한다. 전동 공구(3010)는 클러치 메카니즘(3154)을 포함하지만, 도 1 내지 도 21을 참조하여 전술한 전동 공구(2010)와 유사하므로, 동일한 구성요소는 3000을 더한 동일한 참조 번호로 나타낸다. 전동 공구(10, 3010) 간의 차이만을 아래에서 설명한다.
도 22 및 도 23을 참조하면, 전동 공구(3010)는 다단 유성 트랜스미션[예컨대, 트랜스미션(22); 도 2]에 회전 입력을 제공하는 구동 샤프트(3030)를 갖는 브러시리스 전기 모터(3018)를 포함한다. 도 23에 도시된 바와 같이, 구동 샤프트(3030)는 2피스, 즉 모터(3018)의 전기자로부터 연장되는 제1 샤프트부(3030a) 및 트랜스미션과 맞물리는 제2 샤프트부(3030b)로서 형성된다. 아래에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 제1 및 제2 샤프트부(3030a, 3030b)는, 제1 작동 방식에서, 제1 샤프트부(3030a)가 토크를 제2 샤프트부(3030b)로 전달하고, 다른 작동 방식에서, 제1 샤프트부(3030a)가 제2 샤프트부(3030b)와 상관없이 회전함으로써 토크를 제2 샤프트부(3030b) 및 트랜스미션으로부터 전환시키도록 선택적으로 동시 회전된다.
공구(3010)는 또한 모터(3018)의 회전축(3056)과 일직선 및 동축으로 그리고 트랜스미션과 모터(3018) 사이에 위치 설정되는, 전술한 변환기 조립체(54)와 동일한 변환기 조립체(3054)를 포함한다. 변환기 조립체(3054)는 공구(3010)의 스핀들[도시되지 않았지만, 전술한 스핀들(26)과 동일함]에 의해 출력된 토크를 검출하고 디스플레이 디바이스(1057)에 인터페이싱되어[즉, 도 2에 도시된 고레벨 또는 마스터 제어기(58)를 통해] 각각의 파스너 구동 작동을 위해 스핀들(26)에 의해 출력된 수치 토크값을 디스플레이한다. 전동 공구(10)와 달리, 전동 공구(3010)의 변환기 조립체(3054)는 토크 출력이 미리 정해진 토크값 또는 토크 임계값에 근사할 때에 모터(3018)의 회전 속도를 제어하도록 모터(3018)와 인터페이싱하지 않는다. 대신에, 변환기 조립체(3054)는 클러치 메카니즘(3154)과 인터페이싱하여 워크피스에 출력되는 토크가 토크 임계값을 초과하지 못하게 한다.
도 22 및 도 23의 실시예에서, 클러치 메카니즘(이하, "전자 기계식 클러치"로서 지칭됨)(3154)는 모터(3018)와 트랜스미션을 분리하여 모터(3018)의 운동 에너지가 트랜스미션으로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 전자 기계식 클러치(3154)는 제1 샤프트부(3030a)와 제2 샤프트부(3030b) 사이에 개재되고 변환기 조립체(3054)로부터의 입력을 이용하여 마스터 제어기[예컨대, 전술한 마스터 제어기(58)]에 의해 전기적으로 제어된다. 전자 기계식 클러치(3154)는, 전자 기계식 클러치(3154)가 제1 및 제2 샤프트부(3030a, 3030b)를 상호 연결하여 그 사이에 토크 전달을 허용하는 맞물림 모드(도 22 및 도 23)와, 전자 기계식 클러치(3154)가 샤프트부들(3030a, 3030b)을 회전 분리시켜 그 사이의 토크 전달을 금지시키는 맞물림 해제 모드(도시 생략) 사이에서 시프트될 수 있다. 따라서, 전자 기계식 클러치(3154)는 토크 변환기(3054)에 의해 검출된 스핀들(26) 상의 반작용 토크가 미리 결정된 토크 임계값을 초과할 때에 토크를 출력 스핀들(26)로부터 멀어지게 선택적으로 전환시킬 수 있다.
도 23을 참조하면, 전자 기계식 클러치(3154)는 제1 샤프트부(3030a)에 고정 장착된 로터(3188), 로터(3188)와 동시 회전하도록 커플링된 브레이크 패드(3190), 제2 샤프트부(3030b)에 활주 가능하게 커플링된 전기자(3192), 전자기장을 선택적으로 생성하도록 전기자(3192) 둘레에 권취된 필드 또는 코일(3194), 및 클러치(3154)의 전술한 모든 구성 요소를 둘러싸는 클러치 하우징(3196)을 포함한다. 로터(3188)는 강자성 재료로 구성되고 로터(3188)와 제1 샤프트부(3030a) 상의 정합하는 각각의 비원형 단면 프로파일을 이용하여 제1 샤프트부(3030a)와 동시 회전하도록 커플링된다. 게다가, 로터(3188)는 세트 스크류(3197; 도 24)에 의해 제1 샤프트부(3030a)에 대해 축방향으로 유지된다. 다른 실시예에서, 로터(3188)는 대응하는 스플라인 영역을 갖는 제1 샤프트부(3030a) 상에 스플라인 끼워맞춤될 수 있다. 클러치 하우징(3196)의 내향 연장 환형 벽(3174)과 로터(3188) 사이에 스러스트 베어링(3172)이 위치 설정되어 하우징(3196)에 대한 로터(3188)의 회전을 용이하게 한다. 파스너(3198)는 로터(3188)와 브레이크 패드(3190)에 있는 대응하는 구멍들 내에 수용되어 로터(3188)와 브레이크 패드(3190)를 결합시킨다. 파스너(3198)는 리벳으로 도시되어 있지만, 다른 실시예에서, 파스너(3198)는 대안으로 스크류, 볼트, 핀, 또는 다른 적절한 파스너일 수 있다.
도 23을 참조하면, 전기자(3192)는 또한 강자성 재료로 구성된다. 전기자(3192)는 제2 샤프트부(3030b)의 대응하는 스플라인 영역(3199)에 스플라인 끼워맞춤됨으로써, 전기자(3192)가 제2 샤프트부(3030b)에 대해 축방향으로 이동될 수 있게 한다. 더욱이, 전기자(3192)는 전기자(3192)의 로터 대향면을 통해 연장되는 원주 방향 홈(3200)을 포함한다. 캐스트인 프로세스(cast-in process)는 전기자(3192)의 강자성 재료와 상이한 재료로 원주 방향 홈(3200)을 채운다. 홈(3200) 내에 배치된 재료는 홈(3200) 내에 배치된 재료에 대항하여 물체[예컨대, 브레이크 패드(3190)]를 활주시키는 데에 비교적 많은 힘이 요구되도록 높은 마찰 계수 특성을 갖는다. 유사하게, 브레이크 패드(3190)의 전기자 대향면은 높은 마찰 계수를 갖는 재료로 구성된다. 따라서, 브레이크 패드(3190)와 전기자(3192)가 서로 접촉할 때에, 큰 마찰력이 발생함으로써, 로터(3188)로부터 전기자(3192)로[또는 제1 샤프트부(3030a)로부터 제2 샤프트부(3030b)로]의 신속한 토크 전달을 보장한다. 일부 실시예에서, 브레이크 패드(3190)의 전기자 대향면과 전기자(3192)의 로터 대향면은 각각 정합면들의 접촉 표면적을 증가시키도록 적어도 하나의 릿지를 포함할 수 있다.
도 23을 계속 참조하면, 코일(3194)의 통전은 토크 변환기(3054)로부터의 입력을 이용하여 마스터 제어기(58; 도 2에 도시됨)에 의해 제어된다. 코일(3194)이 통전될 때에, 코일(3194)은 자기장을 생성함으로써, 로터(3188)의 강자성 재료 및 전기자(3192)의 강자성 재료를 자화시킨다. 따라서, 전자 기계식 클러치(3154)가 맞물림 모드에 있을 때에(도 23), 전류가 코일(3194)에 인가되어, 로터(3188)와 전기자(3192)를 자화시키고, 이는 다시 전기자(3192)와 브레이크 패드(3190)를 맞물리게 한다. 이와 달리, 클러치(3154)가 맞물림 해제 모드에 있을 때에(도시되지 않음), 전류가 코일(3194)로부터 제거되어, 로터(3188)와 전기자(3192)를 비자화시키고, 이는 다시 전기자(3192)와 브레이크 패드(3190)를 맞물림 해제시킨다. 맞물림 해제 모드에서, 브레이크 패드(3190)와 전기자(3192) 사이에 공기 간극이 존재한다. 일부 실시예에서, 편향 부재(예커대, 스프링; 도시 생략)가 브레이크 패드(3190)와 전기자(3192) 사이에 위치 설정되어, 전자 기계식 클러치(3154)가 맞물림 해제 모드에 있을 때에 브레이크 패드(3190)와 전기자(3192) 간의 분리를 유지할 수 있다.
작동 시에, 클러치(3154)는 공구(3010)로부터 파스너로 전달된 토크의 양을 제한할 수 있다. 파스너 구동 작동을 개시할 때에, 사용자가 트리거(138)를 누르는 것에 응답하여 코일(3194)이 통전되고 모터(3018)가 구동되며, 이 구동은 제1 샤프트부(3030a)를 사용자가 원하는 특정한 방향으로 회전시킨다. 브레이크 패드(3190)가 클러치(3154)의 맞물림 모드에서 전기자(3192)와 맞물리기 때문에, 토크는 제1 샤프트부(3030a)를 통해 제2 샤프트부(3030b)로 전달된다. 제2 샤프트부(3030b)는 제1 샤프트부(3030a)와 동일한 방향으로 구동되고, 이어서 트랜스미션(22)과 출력 스핀들(26)을 구동시킨다. 파스너 또는 워크피스에 의해 출력 스핀들(26) 상에 가해진 반작용 토크 또는 "런닝 토크"는 공구 비트가 파스너를 구동시킬 때에 변환기 조립체(3054)에 의해 측정된다.
전자 기계식 클러치(3154)는 [토크 변환기(3054)로부터의 입력을 이용하는] 마스터 제어기(58)가 런닝 토크가 미리 결정된 토크 임계값에 도달했다고 결정할 때까지 맞물림 모드에 있게 된다. 이어서, 전자 기계식 클러치(3154)는 마스터 제어기(58)에 의해 맞물림 모드로부터 맞물림 해제 모드로 구동된다. 구체적으로, 마스터 제어기(58)는 코일(3194)로부터 전류를 제거하고, 이로 인해 로터(3188) 및 전기자(3192)가 비통정됨으로써 전기자(3192)를 브레이크 패드(3190)로부터 분리시킨다. 그 결과, 제1 및 제2 샤프트부(3030a,32030b) 사이의 결합이 신속하게 분리되어, 이후에 동적으로 제동될 때에 모터(3018)에 의해 생성되는 토크는 제1 샤프트부(3030a)를 넘어서 전달되지 못한다. 이는 공구(3010)의 전체 정밀도를 증가시키는데, 그 이유는 파스너의 토크 오버런이 감소되거나 완전히 제거되기 때문이다. 모터(3018)가 정지된 후에, 제어기(58)는 코일(3194)을 다시 통전시킴으로써, 로터(3188)와 전기자(3192)를 자화시키고 전기자(3192)와 브레이크 패드(3190)를 다시 맞물리게 하여 후속하는 파스너 구동 작동을 위해 공구(3010)를 준비시킬 수 있다.
클러치(3154)에 의해 허용되는 전달 가능한 토크의 양은, (1) 코일(3194)에 인가되는 전류의 크기를 변경시킴으로써; (2) 브레이크 패드(3190)와 전기자(3192) 상의 릿지의 크기를 변경시킴으로써; (3) 브레이크 패드(3190) 상의 재료의 마찰 계수를 증가시킴으로써; 또는 이들의 임의의 조합에 의해 조절될 수 있다. 코일(3194)에 인가되는 전류의 크기를 변경시키는 것은 공구(3010)의 디스플레이 디바이스(1057)를 통해, 공구의 사용자 인터페이스를 통해, 또는 공구(3010)와 무선 통신하는 원격 디스플레이를 통해 프로그래밍될 수 있다.
도 25에 도시된 바와 같이, 파스너 또는 워크피스 요소 상의 토크 오버런은 체결되는 조인트의 종류(예컨대, 경질 조인트 또는 연질 조인트)에 따라 크게 달라진다. 토크 오버런의 일반적인 인자는 모터가 정지될 때의 지연된 반응 시간 및 모터가 정지하는 데에 걸리는 시간량을 포함한다. 따라서, 회전식 전동 공구의 운동 에너지 중 적어도 90%가 모터로부터 발생되기 때문에, 모터를 트랜스미션으로부터 커플링 해제하는 것이 유리하다. 토크 오버런을 방지하는 또 다른 방법은 파스너가 안착되는 순간을 가능한 한 조기에 검출하는 것이다. 도 26은 토크 대 회전 각도가 체결 시퀀스 중에 측정되는 통상적인 볼트 토크 프로파일을 예시한다. 파스너에 가해진 토크는 파스너가 안착될 때에 증가되는, 이는 조기 검출이 중요한 한가지 이유이다. 제어기를 통해 특정된 토크를 신호 필터링하는 것은 제어기의 반응 시간을 지연시켜 피크 토크가 목표값을 초과할 때까지 파스너 상의 토크를 더 증가시킨다. 전자 기계식 클러치(3154)는 전술한 바와 같은 파스너 상의 토크 오버런을 방지하는 데에 일조한다.
본 고안의 다양한 특징은 아래의 청구범위에 기술된다.

Claims (36)

  1. 회전식 전동 공구로서,
    모터;
    모터로부터 토크를 수신하는 출력 샤프트;
    상기 모터와 출력 샤프트 사이에 위치 설정되어 상기 모터로부터 출력 샤프트로 전달될 수 있는 토크의 양을 제한하는 클러치; 및
    상기 클러치를 통해 출력 샤프트로 전달되는 토크의 양을 검출하기 위한 변환기
    를 포함하고, 상기 클러치는 클러치를 통해 전달된 검출된 토크량의 변환기로부터의 피드백에 응답하여 모터로부터 출력 샤프트로 전달될 수 있는 토크의 양을 변경하도록 조절될 수 있는 것인 회전식 전동 공구.
  2. 제1항에 있어서, 상기 클러치는 모터에 커플링된 제1 플레이트, 상기 출력 샤프트에 커플링되어 함께 동시 회전하고 출력 샤프트에 대해 활주 가능한 운동을 하는 제2 플레이트, 및 상기 제1 및 제2 플레이트 사이에 위치 설정되는 복수 개의 맞물림 부재를 포함하는 것인 회전식 전동 공구.
  3. 제2항에 있어서, 상기 클러치는 제1 및 제2 플레이트가 맞물림 부재를 통해 동시 회전하는 제1 모드, 및 제1 플레이트가 제2 플레이트에 대해 회전하는 제2 모드에서 작동될 수 있는 것인 회전식 전동 공구.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 플레이트는 상기 제1 모드에서 상기 맞물림 부재가 걸리는 복수 개의 돌출부를 포함하고, 맞물림 부재는 상기 제2 모드에서 상기 돌출부를 가로질러, 상기 제2 플레이트가 출력 샤프트를 따라 활주하게 하는 것인 회전식 전동 공구.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 클러치의 토크 임계값을 설정하도록 작동 가능한 클러치 조절 조립체
    를 더 포함하는 회전식 전동 공구.
  6. 제5항에 있어서, 상기 클러치 조절 조립체는 출력 샤프트에 나사 체결 가능하게 커플링되는 조절 링과, 상기 클러치와 조절 링 사이에 개재되는 탄성 부재를 포함하는 것인 회전식 전동 공구.
  7. 제6항에 있어서, 상기 조절 링은 탄성 부재의 예하중 인장을 변경하여 클러치의 토크 임계값을 변경시키도록 출력 샤프트에 대해 회전 가능한 것인 회전식 전동 공구.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 변환기에 의해 출력된 전압 신호를 수신하고 클러치를 통해 전달된 토크의 양으로 전압 신호를 교정하도록 변환기와 전기 통신하는 제어기
    를 더 포함하는 회전식 전동 공구.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어기와 전기 통신하고 전동 공구에 의해 수행되는 각각의 파스너 구동 작동을 위해 출력 샤프트에 의해 출력된 수치 토크값을 디스플레이하도록 작동 가능한 디스플레이 디바이스
    를 더 포함하는 회전식 전동 공구.
  10. 회전식 전동 공구의 작동 방법으로서,
    전동 공구의 출력 샤프트에 토크를 제공함으로써 파스너 구동 작동을 개시하는 단계;
    변환기를 이용하여 파스너 구동 작동 중에 출력 샤프트 상의 반작용 토크를 검출하는 단계;
    미리 결정된 토크 임계값에 도달하는 출력 샤프트 상의 반작용 토크에 응답하여 클러치를 기계적으로 맞물림 해제하는 단계; 및
    상기 클러치를 통해 전달된 검출된 토크량과 일치하는 전동 공구의 디스플레이 디바이스 상의 수치 토크값을 뷰잉하는 단계
    를 포함하는 회전식 전동 공구의 작동 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    클러치의 미리 결정된 토크 임계값을 조절하는 단계;
    전동 공구의 출력 샤프트에 토크를 제공함으로써 제2 파스너 구동 작동을 개시하는 단계; 및
    상기 클러치를 통해 전달된 검출된 제2 토크량과 일치하는 전동 공구의 디스플레이 디바이스 상의 상이한 제2 수치 토크값을 뷰잉하는 단계
    를 더 포함하는 회전식 전동 공구의 작동 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    전동 공구에 대해 원하는 토크 임계값이 아래의 단계들, 즉
    클러치의 미리 결정된 토크 임계값을 조절하는 단계;
    전동 공구의 출력 샤프트에 토크를 제공함으로써 추가 파스너 구동 작동을 개시하는 단계; 및
    각각의 파스너 구동 작동을 위해 클러치를 통해 전달된 검출된 토크량과 일치하는 전동 공구의 디스플레이 디바이스 상의 수치 토크값을 뷰잉하는 단계
    를 반복함으로써 달성될 때까지 클러치의 미리 결정된 토크 임계값을 교정하는 단계를 더 포함하는 회전식 전동 공구의 작동 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 클러치의 미리 결정된 토크 임계값을 교정하는 단계는 외부 또는 추가 기계를 사용하는 일 없이 시행착오법에 의해 수행되는 것인 회전식 전동 공구의 작동 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 클러치의 미리 결정된 토크 임계값을 조절하는 단계는 수공구를 이용하여 클러치 조절 조립체를 조절하는 단계를 더 포함하는 것인 회전식 전동 공구의 작동 방법.
  15. 회전식 전동 공구로서,
    모터;
    모터로부터 토크를 수신하는 출력 샤프트;
    상기 모터와 출력 샤프트 사이에 위치 설정되어 출력 샤프트를 모터에 선택적으로 맞물리게 하는 클러치; 및
    상기 클러치를 통해 출력 샤프트로 전달되는 토크의 양을 검출하기 위한 변환기
    를 포함하고, 상기 클러치는 클러치를 통해 전달된 검출된 토크량의 변환기로부터의 피드백에 응답하여 출력 샤프트가 모터에 맞물리는 제1 모드로부터 출력 샤프트가 모터로부터 맞물림 해제되는 제2 모드로 구동될 수 있는 것인 회전식 전동 공구.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 변환기에 의해 출력된 전압 신호를 수신하고 클러치를 통해 전달된 토크의 양으로 전압 신호를 교정하도록 변환기와 전기 통신하는 제어기
    를 더 포함하는 회전식 전동 공구.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제어기와 전기 통신하고 전동 공구에 의해 수행되는 각각의 파스너 구동 작동을 위해 출력 샤프트에 의해 출력된 수치 토크값을 디스플레이하도록 작동 가능한 디스플레이 디바이스
    를 더 포함하는 회전식 전동 공구.
  18. 제16항에 있어서, 상기 모터는 전동 공구의 트랜스미션과 맞물리는 제1 샤프트부 및 별개의 제2 샤프트부에 의해 획정되는 구동 샤프트를 포함하는 것인 회전식 전동 공구.
  19. 제18항에 있어서, 상기 클러치는 상기 제1 샤프트부와 제2 샤프트부 사이에 개재되어 동시 회전을 위해 제1 및 제2 샤프트부와 선택적으로 커플링되는 것인 회전식 전동 공구.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제어기는 미리 결정된 토크 임계값에 도달하는 클러치를 통해 전달된 검출된 토크량에 응답하여 클러치를 제1 및 제2 샤프트부가 동시 회전하도록 커플링되는 제1 모드로부터 제2 샤프트부가 제1 샤프트부에 대해 회전될 수 있는 제2 모드로 시프트시키도록 작동될 수 있는 것인 회전식 전동 공구.
  21. 제19항에 있어서, 상기 클러치는 상기 제1 샤프트부 상에 배치된 제1 커플링, 상기 제2 샤프트부 상에 배치된 제2 커플링, 및 상기 제1 및 제2 커플링 각각의 적어도 일부 둘레에 원주 방향으로 배치되는 슬리브를 포함하는 것인 회전식 전동 공구.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 슬리브를 제1 모드와 일치하는 제1 위치, 또는 제2 모드와 일치하는 제2 위치 중 적어도 하나로 시프트시키는 액추에이터
    를 더 포함하는 회전식 전동 공구.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 슬리브를 제1 모드와 일치하는 제1 위치, 또는 제2 모드와 일치하는 제2 위치 중 적어도 하나를 향해 편향시키는 편향 부재
    를 더 포함하는 회전식 전동 공구.
  24. 제23항에 있어서, 상기 편향 부재는 슬리브를 제1 위치를 향해 편향시키고, 회전식 전동 공구는 슬리브를 제1 위치로부터 제2 위치를 향해 시프트시키는 액추에이터를 더 포함하는 것인 회전식 전동 공구.
  25. 제21항에 있어서, 상기 제1 및 제2 커플링 각각은 복수 개의 구동 러그 및 인접한 원주 방향 홈을 포함하고, 상기 클러치는 제1 커플링의 구동 러그와 선택적으로 맞물릴 수 있는 제1 세트의 맞물림 부재와, 제2 커플링의 구동 러그와 선택적으로 맞물릴 수 있는 제2 세트의 맞물림 부재를 더 포함하는 것인 회전식 전동 공구.
  26. 제25항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세트의 맞물림 부재는 제1 모드에서 제1 및 제2 커플링의 구동 러그와 각각 맞물림으로써 토크를 제1 샤프트부로부터 제2 샤프트부로 전달하는 것인 회전식 전동 공구.
  27. 제26항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세트의 맞물림 부재는 제2 모드에서 제1 및 제2 커플링의 원주 방향 홈 내에 각각 위치 설정됨으로써 제2 샤프트부가 제1 샤프트부에 대해 회전하게 하는 것인 회전식 전동 공구.
  28. 제25항에 있어서, 상기 클러치는, 상기 제2 세트의 맞물림 부재가 제2 커플 링의 구동 러그와 맞물리고, 상기 제1 세트의 맞물림 부재가 제1 커플링의 원주 방향 홈 내에 위치 설정되며, 슬리브가 전동 공구의 하우징에 고정되는 수동 토크 렌치 모드로 시프트될 수 있는 것인 회전식 전동 공구.
  29. 제28항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세트의 맞물림 부재는 슬리브의 내연부에 고정되는 볼로서 구성되는 것인 회전식 전동 공구.
  30. 제19항에 있어서, 상기 클러치는 상기 제1 샤프트부 또는 제2 샤프트부 중 하나와 함께 동시 회전하도록 커플링되는 강자성 재료로 구성된 로터, 및 상기 제1 샤프트부 또는 제2 샤프트부 중 다른 하나와 함께 동시 회전하도록 커플링되는 전기자를 포함하고, 상기 클러치가 제2 모드로부터 제1 모드로 구동될 때에, 상기 로터는 상기 전기자와 함께 동시 회전하도록 커플링되는 것인 회전식 전동 공구.
  31. 제30항에있어서, 상기 클러치는 상기 전기자의 적어도 일부를 둘러싸는 코일을 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 코일을 통전시켜 상기 로터와 전기자를 자화시키는 자기장을 발생시킴으로써, 상기 전기자를 로터를 향해 끌어당겨 마찰 접촉시키고 클러치 작동의 제1 모드에서 동시 회전하도록 전기자를 로터에 커플링시키도록 작동될 수 있는 것인 회전식 전동 공구.
  32. 제31항에 있어서, 상기 제어기는 클러치 작동의 제2 모드에서 코일을 비통전시키도록 작동될 수 있어, 공기 간극이 로터와 전기자 사이에서 개방되게 하는 것인 회전식 전동 공구.
  33. 제32항에 있어서, 상기 클러치는 로터의 전기자-대향면과 함께 동시 회전하도록 커플링되고 클러치 작동의 제1 모드에서 전기자와 맞물릴 수 있는 브레이크 패드를 더 포함하고, 상기 브레이크 패드는 로터를 구성하는 재료보다 더 큰 마찰 계수를 갖는 재료로 구성되는 것인 회전식 전동 공구.
  34. 제33항에 있어서, 상기 전기자는 로터-대향면 및 상기 로터-대향면 내에 배치된 홈을 포함하고, 상기 홈은 전기자를 구성하는 재료보다 더 큰 마찰 계수를 갖는 재료로 채워지는 것인 회전식 전동 공구.
  35. 제30항에 있어서, 상기 로터는 제1 샤프트부와 함께 동시 회전하도록 커플링되고, 상기 전기자는 제2 샤프트부와 함께 동시 회전하도록 커플링되는 것인 회전식 전동 공구.
  36. 제35항에 있어서, 상기 로터는 제1 샤프트부에 고정되고, 상기 전기자는 제2 샤프트부에 대해 회전 구속되지만 상기 제1 모드와 제2 모드 사이에서 구동되는 클러치에 응답하여 제2 샤프트부를 따라 활주될 수 있는 것인 회전식 전동 공구.
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