JP2012179698A - 電動工具及び留め具の締付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】締付けトルクを安定させることが可能な電動工具を提供する。
【解決手段】モータ３により正転、逆転が可能なハンマ４２と、逆転方向への回転により加速距離を稼いだハンマ４２の正転方向への回転により打撃されて回転するアンビル５２と、先端工具を保持可能で、先端工具にアンビルの回転を伝達する先端工具装着部５１と、モータに電力を供給する電力供給部と、電力供給部を制御する制御部７２とを備え、制御部７２は、正転電力及び逆転電力を所定の周期で切り換えてモータ３に供給するパルスモードの後に、締付方向の正転電力のみをモータに供給するナットランナモードを実行可能としている。ナットランナモードでは、目標値に向けてトルクを上昇させた後、所定時間だけ一定トルクでモータを安定駆動させ、その後、トルクを開放させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばビット等の先端工具を回転駆動する電動工具及び留め具の締付け方法に関する。

従来の電動工具は、モータと、モータにより回転駆動される歯車列と、モータの制御を行う制御回路と、モータへの電流の供給と遮断を行うトリガとを主に有している（例えば下記特許文献１参照）。歯車列の回転力は、電動工具に着脱自在に設けられたビット等の先端工具に伝達され、これにより木ネジやボルト等（留め金具）の締付け作業を行う。従来の電動工具は、動作モードとして、モータの電流にてトルクを検出し、所定トルクを超えるとモータが正転、停止を繰返して一定間隔のパルスを発生させるラチェッティング動作モード（低周波モード）を有する。ラチェッティング動作モードでは、先端工具の出力スピンドルに、急激な高いトルクの衝撃が加わるとしている。

特許第３７４５３９３号公報

従来の電動工具においては、ラチェッティング動作モード時（パルス発生時）にネジが着座してモータの電流値が急上昇してもパルス動作を継続し、パルス動作のまま締付けを終了すると、最終的な締付けトルクが打撃の衝撃によるトルクになるため安定しない（ばらつく）といった問題が考えられる。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、締付けトルクを安定させることが可能な電動工具及び留め具の締付け方法を提供することにある。

本発明の第１の態様は電動工具である。この電動工具は、正転及び逆転可能なモータと、
前記モータから駆動力を供給されて正転方向又は逆転方向に回転するハンマと、
前記ハンマと別体に設けられ、前記逆転方向への回転により加速距離を稼いだ前記ハンマの前記正転方向への回転により打撃されて回転するアンビルと、
先端工具を保持可能であり、前記先端工具に前記アンビルの回転を伝達する先端工具装着部と、
前記モータに電力を供給する電力供給部と、
前記電力供給部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、正転電力及び逆転電力を所定の周期で切り換えて前記モータに供給するパルスモードの後に、締付方向の正転電力のみを前記モータに供給するナットランナモードを実行可能であり、
前記ナットランナモードでは、目標値に向けてトルクを上昇させた後、所定時間だけ一定トルクでモータを安定駆動させ、その後、トルクを開放させることを特徴とする。

前記第１の態様の電動工具において、前記ナットランナモードでは、目標値に向けて緩やかにトルクを上昇させるとよい。また、前記ナットランナモードでは、トルクを緩やかに開放させるとよい。前記ナットランナモードでは、前記電力供給部の駆動電圧を前記パルスモードよりも高くするとよい。さらに、前記ナットランナモードにおける最大トルクを、前記パルスモードにおける前記ハンマの打撃によるトルクよりも大きくするとよい。

前記第１の態様の電動工具において、前記モータのトルクを計測するトルク検出手段を備えるとよい。この場合、前記モータと前記ハンマとの間に遊星歯車機構が設けられ、前記遊星歯車機構のリングギヤがハウジングの内側に回転自在に支持されていて、前記トルク検出手段が、前記ハウジング側に固定的に設けられて前記リングギヤの反力を受ける荷重センサであるとよい。

前記第１の態様の電動工具において、電源電圧を昇圧した電圧によって充電されるキャパシタを備え、前記ナットランナモードでは、前記電力供給部の駆動電圧を前記キャパシタが供給するとよい。

前記第１の態様の電動工具において、前記ナットランナモードにおけるトルクの目標値を複数のトルク値の間で変更可能な構成であるとよい。

前記第１の態様の電動工具において、前記ナットランナモード時の反力を受ける反力受けを有するとよい。

本発明の第２の態様も電動工具である。この電動工具は、正転及び逆転可能なモータと、
前記モータから駆動力を供給されて正転方向又は逆転方向に回転するハンマと、
前記ハンマと別体に設けられ、前記逆転方向への回転により加速距離を稼いだ前記ハンマの前記正転方向への回転により打撃されて回転するアンビルと、
先端工具を保持可能であり前記先端工具に前記アンビルの回転を伝達する先端工具装着部と、
前記モータに正転電力及び逆転電力を第１の周期で切り換えて供給する電力供給部と、
前記電力供給部を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする電動工具において、
前記モータを駆動するための第１の電源と、前記第１の電源とは異なる第２の電源を有することを特徴とする。

本発明の第３の態様も電動工具である。この電動工具は、モータと、前記モータを収容するハウジングと、前記モータによって駆動される先端工具と、を有する構成であって、 前記モータを駆動するための第１の電源と、前記第１の電源とは異なる第２の電源を有することを特徴とする。

本発明の第４の態様は留め具の締付け方法である。この留め具の締付け方法は、アンビルの回転を伝達する先端工具装着部によって先端工具を保持し、前記先端工具によって留め具の締付け作業を行う留め具の締付け方法であって、
モータを所定の周期で切り換えて正転方向及び逆転方向に回転させ、前記モータに連動してハンマを正転方向及び逆転方向に回転させ、前記逆転方向への回転により加速距離を稼いだ前記ハンマの前記正転方向への回転によりアンビルを打撃し回転させるパルスモードを実行した後に、
締付方向の正転電力のみを前記モータに供給し、目標値に向けてトルクを上昇させた後、所定時間だけ一定トルクでモータを安定駆動させ、その後、トルクを開放させるナットランナモードを実行することを特徴とする。

本発明の第５の態様は電動工具である。この電動工具は、第１の電源と、前記第１の電源を変圧した第２の電源と、前記第１の電源又は前記第２の電源によって駆動されるモータと、前記モータにより回転されるハンマと、前記ハンマにより打撃可能なアンビルとを有することを特徴とする。

この第５の態様によれば、ハンマを第１の電源又は第２の電源で駆動できるので、第１の電源よりも第２の電源の電圧が高い場合には、第１の電源のみで駆動するよりも、モータの回転速度を高くすることができる。また、第１の電源よりも第２の電源の電圧が低い場合には、第１の電源のみで駆動する場合よりも、モータの回転を高精度で行うことができる。

本発明の第６の態様も電動工具である。この電動工具は、モータと、
前記モータを収容し前後方向に延びる胴体部と、前記胴体部より下方に延びるハンドル部と、前記ハンドル部の下方に配置される電池接続部と、を有するハウジングと、
前記電池接続部の下部に固定される電池と、
前記胴体部の前部に配置され、前記モータにより回転される先端工具装着部と、
前記電池の電圧を昇圧した電圧によって充電されるキャパシタと、
前記モータの回転を制御する制御部を配置する制御回路基板と、を有する電動工具であって、
前記ハンドル部又は電池接続部の内部に、前記キャパシタ及び制御回路基板を配置したことを特徴とする。

この第６の態様によれば、電池・キャパシタ・制御部が近接して配置されるので、配線がスムーズになり、コンパクトで組立性の良い電動工具となる。

前記第６の態様の電動工具において、前記キャパシタの通電のためのスイッチング素子を、前記制御回路基板上に配置するとよい。スイッチング素子を制御回路基板上に配置することで、追加の基板を用意する必要が無く、コンパクトな電動工具となる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、パルスモードの後にナットランナモードを実行するため、パルス動作による締付けでは締付けトルクが安定しない（ばらつく）といった問題を解決し、締付けトルクを安定させることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る電動工具の一例である電子パルスドライバの内部構成を示す断面図。 同電子パルスドライバの制御ブロック図。 同電子パルスドライバの動作時におけるハンマとアンビルとの位置関係を示す、図１のIII-III'断面図。 同電子パルスドライバのドリルモードにおける電流と時間との関係を示す説明図。 同電子パルスドライバのクラッチモードでボルトを締結する際の電流と時間との関係を示す説明図。 同電子パルスドライバのクラッチモードで木ネジを締結する際の電流と時間との関係を示す説明図。 同電子パルスドライバのパルスモードでボルトを締結する際の電流と時間との関係を示す説明図。 同電子パルスドライバのパルスモードで木ネジを締結する際の電流と時間との関係を示す説明図（その１）。 同電子パルスドライバのパルスモードで木ネジを締結する際の電流と時間との関係を示す説明図（その２）。 同電子パルスドライバのナットランナモードでネジを締結する際の電流と時間との関係を示す説明図。 本発明の別の実施の形態に係る電子パルスドライバを示す模式図。 同電子パルスドライバの制御ブロック図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、本発明の実施の形態に係る電動工具の一例である電子パルスドライバ１の内部構成を示す断面図である。図２は、電子パルスドライバ１の制御ブロック図である。図３は、電子パルスドライバ１の動作時におけるハンマ４２とアンビル５２との位置関係を示す、図１のIII-III'断面図（ハンマ４２とアンビル５２のみ示す）である。

まず、主に図１を参照し、電子パルスドライバ１の全体構成を説明する。

電子パルスドライバ１は、ハウジング２と、モータ３と、ハンマ部４と、アンビル部５と、スイッチ機構６とから主に構成されている。ハウジング２は樹脂製であって電子パルスドライバ１の外郭を成しており、略筒状の胴体部２１と、胴体部２１から下方に延出されるハンドル部２２とから主に構成されている。

胴体部２１はモータ３を収容し、前後方向に延びた構造である。胴体部２１内には、その長手方向がモータ３の軸方向と一致するようにモータ３が配置されると共に、モータ３の軸方向一端側に向かってハンマ部４、アンビル部５が並んで配置されている。以下の説明においては、モータ３からハンマ部４、アンビル部５に向かう方向を前側として、モータ３の軸方向と平行な方向を前後方向と定義する。また胴体部２１からハンドル部２２が延びる方向を下側として上下方向を定義し、前後方向と直交する方向を左右方向と定義する。

胴体部２１内において前側位置には、ハンマ部４及びアンビル部５が内蔵されるハンマケース２３が配置、固定されている。ハンマケース２３は、金属製であって略漏斗形状を成し、漏斗形状の先端が前側を向くように配置されており、前端部分に後述の先端工具装着部５１が前側へ突出する開口２３ａが形成されていると共に、開口２３ａを画成する内壁にアンビル部５を回転可能に支持する軸受メタル２３Ａを有している。

胴体部２１において、開口２３ａ近傍位置であってハンマケース２３の下方位置には、ライト２Ａが保持されている。ライト２Ａは、後述の先端工具装着部５１に図示せぬ先端工具であるビットが装着された際に、ビットの前端付近を照射可能に構成されている。また胴体部２１においてライト２Ａの下方位置には、切替部であるモード切替用のダイヤル２Ｂが回転操作可能に配置されている。胴体部２１によりライト２Ａを保持する構造であるため、特にライト２Ａを保持する部材を別途設ける必要が無く、簡単な構成で確実にライト２Ａを保持することができる。またライト２Ａ及びダイヤル２Ｂは、左右方向において胴体部２１の略中央位置にそれぞれ配置されている。また胴体部２１には、後述のファン３２により胴体部２１内に外気を吸入・排出する図示せぬ吸気口及び排気口が形成されている。

ハンドル部２２は、胴体部２１の前後方向略中央位置から下側に向けて延出され胴体部２１と一体に構成されている。ハンドル部２２の内部にはスイッチ機構６が内蔵されると共に、その延出方向先端位置に電池接続部８０が配置されている。電池接続部８０の下部にモータ３等に電力を供給する電池２４が着脱可能に装着（固定）されている。ハンドル部２２において、胴体部２１からの根元部分であって前側位置には、作業者の操作箇所となるトリガ２５が設けられている。またトリガ２５が設けられた位置は、前述のダイヤル２Ｂの下方であってダイヤル２Ｂ近傍位置である。よって一の指でトリガ２５及びダイヤル２Ｂをそれぞれ操作することが可能である。

胴体部２１の上部かつ後側には、表示部２６が配置されている。表示部２６は、後述のドリルモード、クラッチモード、パルスモード、及びナットランナモードのうちいずれのモードが選択されているかを表示する。

モータ３は、出力軸部３１を備える（固着一体化した）ロータ３Ａと、ロータ３Ａと対向する位置に配置されるステータ３Ｂとから主に構成されるブラシレスモータであり、出力軸部３１の軸方向が前後方向と一致するように胴体部２１内に配置されている（ステータ３Ｂ側が胴体部２１に固定）。出力軸部３１はロータ３Ａの前後に突出しており、その突出した箇所でベアリングにより胴体部２１に回転可能に支承されている。出力軸部３１において、前側に突出している箇所には、出力軸部３１と同軸一体回転するファン３２が設けられている。前側に突出している箇所の最前端位置にはピニオンギヤ３１Ａが出力軸部３１と同軸一体回転するように設けられている。

ハンマ部４は、ギヤ機構４１と、ハンマ４２とから主に構成されており、モータ３の前側であってハンマケース２３内に内蔵されるように配置されている。ギヤ機構４１は、一のアウターギヤ４１Ａを共有する二つの遊星歯車機構４１Ｂ、４１Ｃから構成されている。アウターギヤ４１Ａは、ハンマケース２３内に内蔵されると共に胴体部２１に固定されている。一の遊星歯車機構４１Ｂは、アウターギヤ４１Ａと噛合するようにアウターギヤ４１Ａ内に配置され、ピニオンギヤ３１Ａを太陽ギヤとして用いている。他の遊星歯車機構４１Ｃは、アウターギヤ４１Ａと噛合するようにアウターギヤ４１Ａ内であって一の遊星歯車機構４１Ｂの前側に配置され、一の遊星歯車機構４１Ｂの出力軸を太陽ギヤとして用いている。

ハンマ４２は、遊星歯車機構４１Ｃの遊星キャリアの前面に規定されており、前側に向けて突出すると共に遊星歯車機構４１Ｃの遊星キャリアの回転中心からずれた位置に配置された第１係合突起４２Ａと、遊星歯車機構４１Ｃの遊星キャリアの回転中心を挟んで第１係合突起４２Ａと対極に位置する第２係合突起４２Ｂとを有している（図３）。

アンビル部５は、先端工具を保持可能な先端工具装着部５１と、ハンマ４２の打撃により回転するアンビル５２とから主に構成されており、ハンマ部４の前方に配置されている。先端工具装着部５１は、円筒状に構成され、ハンマケース２３の開口２３ａ内に軸受メタル２３Ａを介して回転可能に支持されている。また先端工具装着部５１は、前端から後方へと向けて穿設され、図示せぬビットが挿入される穿孔５１ａを有すると共に、前端部分に図示せぬビットを保持するチャック５１Ａを有している。

アンビル５２は、先端工具装着部５１の後方であってハンマケース２３内に位置するように先端工具装着部５１と一体に構成されており、後側に向けて突出すると共に先端工具装着部５１の回転中心からずれた位置に配置された第１被係合突起５２Ａと、先端工具装着部５１の回転中心を挟んで第１被係合突起５２Ａと対極に位置する第２被係合突起５２Ｂとを有している。ハンマ４２が回転すると、第１係合突起４２Ａと第１被係合突起５２Ａとが衝突すると同時に、第２係合突起４２Ｂと第２被係合突起５２Ｂとが衝突することによりハンマ４２の回転力がアンビル５２に伝達される。詳細な動作は後述する。

スイッチ機構６は、制御回路基板６１と、トリガスイッチ６２と、スイッチング基板６３及び、これらを接続する配線とから構成されている。制御回路基板６１は、ハンドル部２２内において電池２４近傍位置（下部の電池接続部８０内）に配置されており、電池２４に接続されると共にライト２Ａ、ダイヤル２Ｂ、トリガスイッチ６２、スイッチング基板６３、及び表示部２６に接続されている。

以下、主に図２を参照し、電子パルスドライバ１の回路構成（モータ３の駆動制御系の構成）を説明する。

可変電源２４’は、図１の第１の電源としての電池２４と不図示のＤＣ−ＤＣコンバータなどの昇圧手段とを含み、電池２４の電圧と、電池２４の電圧を昇圧した昇圧電圧とを選択的に出力可能である。可変電源２４’の出力の切替は、制御部７２の制御に従う。第２の電源としてのキャパシタＣ１（電気二重層キャパシタ等の大容量キャパシタ）は、ダイオードＤ１を介して可変電源２４’に接続され、可変電源２４’の出力電圧により充電される。特に、可変電源２４’からの昇圧電圧が印加されて蓄電することで、後述のナットランナモードにおいてモータ３に大電力を供給可能とする。キャパシタＣ１はハンドル部２２の内部に配置される。例えば制御回路基板６１の上に配置してもよい。また、キャパシタＣ１の通電等のためのスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８が制御回路基板６１上に配置されている。

本実施の形態では、モータ３は３相のブラシレスＤＣモータで構成される。このブラシレスＤＣモータのロータ３Ａは複数組（本実施の形態では２組）のＮ極とＳ極を含む永久磁石を含んで構成され、ステータ３Ｂはスター結線された３相の固定子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗから成る。ロータ３Ａの回転位置を検出するために、回転位置検出素子（ホール素子など）６４がスイッチング基板６３上に、ロータ３Ａの周方向に所定の間隔毎、例えば角度６０°毎に配置されている。これらの回転位置検出素子６４からの位置検出信号に基づいて固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗへの通電方向と時間が制御され、モータ３が回転する。回転位置検出素子６４は、スイッチング基板６３上のロータ３Ａの永久磁石３Ｃに対向する位置に設けられている。

スイッチング基板６３上に搭載される電子素子６３Ａには、３相ブリッジ形式に接続されたＦＥＴなどの６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６からなるインバータ回路６６を含む。ブリッジ接続された６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートは、制御回路基板６１に搭載される制御信号出力回路６５に接続され、６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ドレインまたは各ソースは、スター結線された固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに接続される。６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、制御信号出力回路６５から入力されたスイッチング素子駆動信号（Ｈ１〜Ｈ６の駆動信号）によってスイッチング動作を行い、インバータ回路６６に印加される可変電源２４’の直流電圧を３相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）電圧Ｖｕ、Ｖｖ，Ｖｗとして固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに電力を供給する。

６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のうち３個の負電源側スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６の各ゲートには、パルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）Ｈ４，Ｈ５，Ｈ６を供給し、制御回路基板６１上に搭載された演算部６７によって、トリガ２５の操作量（ストローク）の検出信号に基づいてＰＷＭ信号のパルス幅（デューティー比）を変化させることによってモータ３への電力供給量を調整し、モータ３の起動／停止と回転速度を制御する。

ここで、ＰＷＭ信号は、インバータ回路６６の正電源側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３（ハイサイドスイッチ）又は、負電源側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６（ローサイドスイッチ）の何れか一方に供給され、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３又はスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６を高速スイッチングさせることによって可変電源２４’の直流電圧から各固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに供給する電力を制御する。なお、負電源側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６にＰＷＭ信号が供給されるため、ＰＷＭ信号のパルス幅を制御することによって各固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに供給する電力を調整してモータ３の回転速度を制御することができる。

モータの回転数等を制御する制御部７２は、制御回路基板６１上に搭載されており、制御信号出力回路６５と、演算部６７と、電流検出回路７１と、スイッチ操作検出回路７６と、印加電圧設定回路７０と、回転方向設定回路６８と、回転子位置検出回路６９と、回転数検出回路７５と、打撃衝撃検出回路７４と、電圧検出回路７９とを有する。演算部６７は、図示していないが、処理プログラムとデータに基づいて駆動信号を出力するための中央処理装置（ＣＰＵ）と、処理プログラムや制御データを記憶するためのＲＯＭと、データを一時記憶するためのＲＡＭと、タイマとを含んで構成される。

演算部６７は、回転方向設定回路６８と回転子位置検出回路６９との出力信号に基づいて所定のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を交互にスイッチングするための駆動信号を形成し、その制御信号を制御信号出力回路６５に出力する。これによって固定子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの所定の巻線に交互に通電し、ロータ３Ａを設定された回転方向に回転させる。この場合、負電源側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６に印加する駆動信号は、印加電圧設定回路７０の出力制御信号に基づいてＰＷＭ変調信号Ｈ４，Ｈ５，Ｈ６として出力される。モータ３に供給される電流値は、抵抗Ｒ１の端子電圧に基づいて電流検出回路７１によって測定され、その値が演算部６７にフィードバックされることにより、設定された駆動電力となるように調整される。なお、ＰＷＭ信号は正電源側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３に印加してもよい。

電子パルスドライバ１には、モータ３の回転方向を切り替えるための正逆切替レバー２７が設けられ、回転方向設定回路６８は正逆切替レバー２７の変化を検出するごとに、モータ３の回転方向を切り替えて、その制御信号を演算部６７に送信する。制御部７２には、アンビル５２に発生する衝撃の大きさを検出する打撃衝撃検出センサ７３が接続され、その出力は打撃衝撃検出回路７４を介して演算部６７に入力される。モータ３の回転位置及び回転数は、回転位置検出素子６４の出力信号に基づいて回転子位置検出回路６９及び回転数検出回路７５から演算部６７にフィードバックされる。

以下、主に図３を参照し、電子パルスドライバ１の動作時におけるハンマ４２とアンビル５２との位置関係を説明する。

図３（１）は、第１係合突起４２Ａと第１被係合突起５２Ａとが接触している同時に、第２係合突起４２Ｂと第２被係合突起５２Ｂとが接触している状態を示している。第１係合突起４２Ａの外径ＲＨ３と第１被係合突起５２Ａの外径ＲＡ３とは等しくなるように構成される。この状態から、ハンマ４２は図３の時計回り方向に回転し、図３（２）に示す状態となる。第１係合突起４２Ａの内径ＲＨ２は、第２被係合突起５２Ｂの外径ＲＡ１よりも大きく構成されていることから、第１係合突起４２Ａと第２被係合突起５２Ｂとは互いに接触しない。同様に、第２係合突起４２Ｂの外径ＲＨ１は、第１被係合突起５２Ａの内径ＲＡ２よりも小さく構成されていることから、第２係合突起４２Ｂと第１被係合突起５２Ａとは互いに接触しない。そして、図３（３）に示す位置までハンマ４２が回転すると、モータ３は逆回転を開始してハンマ４２は反時計回り方向に回転する。図３（３）に示す位置がハンマ４２がアンビル５２に対して最反転位置まで逆回転した状態となる。モータ３の正回転により、ハンマ４２は図３（４）に示す状態を経由して図３（５）に示すように第１係合突起４２Ａと第１被係合突起５２Ａとが衝突すると同時に、第２係合突起４２Ｂと第２被係合突起５２Ｂとが衝突する。この衝突時の衝撃によって、図３（６）に示すようにアンビル５２が反時計回り方向に回転する。

上述のように、ハンマ４２に設けられた２箇所の係合突起は、回転する軸心を基準に対称の位置でアンビル５２に設けられた２箇所の被係合突起と衝突する。このような構成により、打撃時のバランスが安定し、作業者が打撃時に電子パルスドライバ１に振られにくくすることができる。

また、第１係合突起４２Ａの内径ＲＨ２は第２被係合突起５２Ｂの外径ＲＡ１よりも大きく構成されているとともに、第２係合突起４２Ｂの外径ＲＨ１は第１被係合突起５２Ａの内径ＲＡ２よりも小さく構成されていることから、ハンマ４２とアンビル５２との相対回転角を１８０度より大きく構成することができる。これによりアンビル５２に対してハンマ４２の十分な反転角及び加速距離を確保することができる。

また、第１係合突起４２Ａ及び第２係合突起４２Ｂは円周方向の両端面で第１被係合突起５２Ａ及び第２被係合突起５２Ｂと衝突可能であるため、正回転時だけではなく逆回転時にもインパクト動作が可能となるため、使い勝手の良いインパクト工具を提供することができる。また、ハンマ４２でアンビル５２を打撃する際、軸方向（前方）に叩かないので先端工具を被加工部材に押し付けることを防止でき、木材に木ねじを締め込む際に有利である。

次に、図４〜図９を用いて、本実施の形態による電子パルスドライバにおいて使用可能な動作モードについて説明する。

本実施の形態による電子パルスドライバは、ドリルモード、クラッチモード、パルスモード、及びナットランナモードの４つの動作モードを備えている。

ドリルモードとは、ハンマ４２とアンビル５２とを一体的に回転させるモードであって、主に、木ネジを締結する場合等に用いられる。モータ３に流れる電流は、図４に示すように、締結が進むにつれて増加する。

クラッチモードとは、図５及び図６に示すように、ハンマ４２とアンビル５２とを一体的に回転させた状態でモータ３に流れる電流が目標値（目標トルク）まで増加した場合にモータ３の駆動を停止させるモードであって、主に、締結後に外観に現れる留め金具（ネジ、ボルト、ナットなどの回転動作により取り付ける部材）を締結する場合等、正確なトルクで締結することを重要視する場合に用いられる。なお、クラッチモードにおいては、擬似クラッチの発生のためにモータ３が逆転され、また、木ネジを締結する際には、ネジなめ防止のためにモータ３が逆転される（図６参照）。

パルスモードとは、図７〜図９に示すように、ハンマ４２とアンビル５２とを一体的に回転させた状態でモータ３に流れる電流が所定値ｃ（所定トルク）まで増加した場合にモータ３の正転及び逆転を交互に切り換えて打撃により留め金具を締結するモードである。図８及び図９では、電流が所定値ｅ以上となると第１パルスモードから周期の短い第２パルスモードに移行する動作を行う。このようなパルスモードは、主に、外観に現れない場所で用いられる長尺のネジを締結する場合等に用いられる。これにより、強力な締結力を供給することができると同時に、被加工部材からの反発力を低減することができる。

ナットランナモードは、図１０に示すように、パルスモードの後に実行される。すなわち、ナットランナモードが選択された場合、ハンマ４２とアンビル５２とを一体的に回転させた状態でモータ３に流れる電流が所定値ｃ（所定トルク）まで増加した後、モータ３の正転及び逆転を交互に切り換えて打撃により留め金具を締結するパルスモードを実行し、電流の急昇により着座を判別した後に（例えば、電流が所定値ｅ以上になると）ナットランナモードに移行する。

図１０で示すように、ナットランナモードにおいては電流の上昇域１０１ａで緩やかに電流（トルク）を上昇させた後、締付域１０１ｂで電流（トルク）を安定させ、トルク開放域１０１ｃで緩やかに電流（トルク）を開放する。これにより最後のナットランナモードにより安定した（ばらつきのない）締付けトルクを実現することが可能となる。

次に、本実施の形態による電子パルスドライバ１がネジの締結動作を行う際の制御部７２による制御を、ナットランナモードが選択された場合を例に説明する。なお、以下の説明では、電流に基づく判断には起動電流を考慮しないこととする。また、正転の電流を与えた際の電流値の急激な上昇も考慮しないこととする。例えば、図６〜１０において示されるような正転電流を与えた際の電流値の急激な上昇は、ネジ又はボルト締付けに寄与しないためである。この電流値の急激な上昇は、例えば約２０ｍｓの不感時間を設けることによって、考慮しないようにすることができる。

作業者は、所定の留め金具に対応した先端工具を先端工具装着部５１にて保持する。また、モード切替用ダイヤル２Ｂを操作してナットランナモードを選択する。そして、先端工具を留め金具に係合（嵌合）させた状態でスイッチトリガ２５を引く。すると、スイッチ操作検出回路７６がそれを検出し、制御部７２が起動する。可変電源２４’の出力電圧は、当初電池２４の電圧とする。スイッチング素子Ｑ７（例えばＦＥＴ）はオン、スイッチング素子Ｑ８（例えばＦＥＴ）はオフとする。なお、スイッチング素子Ｑ８はオンとしてもよい。そして、印加電圧設定回路７０は、スイッチトリガ２５の操作量（作業者がトリガを引いた量）に応じた信号を演算部６７に送信する。演算部６７は、回転方向設定回路６８からの回転方向指示信号、回転子位置検出回路６９からの位置信号、及び印加電圧設定回路７０からの回転数指示信号、及び回転数検出回路７５からの回転数検出信号を受信し、それらに基づいてスイッチング素子駆動信号Ｈ１〜Ｈ６を生成し、それらを制御信号出力回路６５からスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲートに入力する。ここで、負電源側スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６のゲートに入力する信号Ｈ４，Ｈ５，Ｈ６はＰＷＭ信号とする。なお、ＰＷＭ信号Ｈ４，Ｈ５，Ｈ６のデューティ比は、回転数検出回路７５からの回転数検出信号と印加電圧設定回路７０からの回転数指示信号とに基づくフィードバック制御によって演算部６７が調整する。

（連続締付モード：図１０のｔ₁〜ｔ₃）
スイッチング素子駆動信号Ｈ１〜Ｈ６に基づいてスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６はモータ３に電力を供給し、モータ３が連続的に回転する（ハンマ４２及びアンビル５２が一体に回転し、留め金具の締付けが進む）。締付けが進むと、トルクが増大して第１目標値に到達する。すると、制御部７２は、連続締付モードを終了し、パルスモードに移行する。なお、モータ３の電流が図１０で所定値ｃに到達したことを電流検出回路７１が検出することで、トルクが第１目標値に到達したことを間接的に検出できる。

（パルスモード：図１０のｔ₃〜ｔ₁₁）
制御部７２は、スイッチング素子駆動信号Ｈ１〜Ｈ６を制御し、モータ３に逆転電力と正転電力とを切り替えながら供給する。すると、逆転方向への回転により加速距離を稼いだハンマ４２が、正転方向への回転によりアンビル５２を打撃し、アンビル５２を回転させる。なお、ハンマ４２がアンビル５２を打撃すると、打撃衝撃検出センサ７３がこれを検出する。打撃衝撃検出センサ７３の出力を打撃衝撃検出回路７４が受信し、打撃検出信号を演算部６７に入力する。演算部６７は、打撃検出信号に基づき、正転方向から逆転方向への回転方向の切替えを行う。パルスモードは、トルクが増大して第２目標値（第１目標値よりも大きい）に到達するまで実行し、その後はナットランナモードに移行する。なお、モータ３の電流が図１０で所定値ｅに到達したことを電流検出回路７１が検出することで、トルクが第２目標値に到達したことを間接的に検出できる。

（ナットランナモード：図１０のｔ₁₁〜）
制御部７２は、可変電源２４’の出力電圧を、電池２４の電圧から当該電圧を昇圧した昇圧電圧に切り替え、スイッチング素子Ｑ８をオンし、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６はオフし（モータ３への通電を停止し）、キャパシタＣ１を充電する。そして、電圧検出回路７９によってキャパシタＣ１の端子電圧が目標値に到達したことを検知したら、モータ３への通電を再開する。なお、ナットランナモードへの移行時までに、キャパシタＣ１を目標値まで充電しておく構成も可能なことは当業者に自明である。制御部７２は、ＰＷＭ制御の対象となっているスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６のうち通電すべきスイッチング素子のＰＷＭ信号のデューティ比を初期値（例えばゼロ）から徐々に大きくしていき、電流（トルク）を緩やかに上昇させる（図１０の上昇域１０１ａ）。そして、トルクが第３目標値（第２目標値より大きい）まで増大したことを電流検出回路７１によって検出したら、デューティ比をコントロールして電流（トルク）を所定時間だけ一定に保持し（図１０の締付域１０１ｂ）、モータ３を安定駆動させる。その後、デューティ比を徐々に小さくしていき、電流（トルク）を緩やかに開放する。

なお、図１０において、電池２４の満充電電圧：１４．４Ｖ、キャパシタＣ１の容量：１０Ｆ、キャパシタＣ１に溜まる最大の電圧：３６Ｖ、電流値ｃ：１５Ａ、ｄ：２０Ａ、ｅ：７５Ａとしたとき、ナットランナーモードの目標トルクに応じた電流は例えば１００Ａ程度に設定する。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) パルスモードの後にナットランナモードを実行するので、パルスモードのままネジ等の留め金具の締付けを終了する場合と比較して、安定した（ばらつきのない）締付けトルクを実現することが可能となる。すなわち、パルスモードのまま締付けを終了する場合、最終的な締付けトルクが打撃の衝撃によるトルクになるため安定しない（ばらつく）といった問題があるところ、本実施の形態では、ナットランナモードを実行することにより最終的な締付けトルクがモータのロックトルクとなり、衝撃によるトルクよりもばらつきを少なく安定させることが可能となる。

(2) ナットランナモードへの移行時に可変電源２４’の出力電圧を高くしているため、また、昇圧電圧でキャパシタＣ１を充電してキャパシタＣ１からモータ３に電力を供給するため、パルスモードにおける衝撃によるトルクよりも大きなロックトルクをナットランナモードで実現可能である。

(3) ナットランナモードでは、トルクの上昇と開放を緩やかに行うため、作業者に加わる反力の急激な変化を防止することができる。

(4) パルスモードは留め具を打撃することによって、留め具の締め付けを素早く行うことができるモードであり、ナットランナモードは、留め具の締付のトルクをより正確に設定できるモードである。この２つのモードを組み合わせることにより、留め具の締付けを、素早く・正確に行うことができるようになる。

図１１は電子パルスドライバの別の実施の形態の模式図（電子パルスドライバ１’は断面で示す）である。図１２は、図１１の電子パルスドライバ１’の制御ブロック図である。この電子パルスドライバ１’は、図１のものと異なり、ＡＣ電源２４０により駆動する。電源ユニット１０３は、少なくともブリッジ整流回路２４１、大容量キャパシタＣ１、平滑コンデンサＣ２（例えば容量０．５Ｆ）及びダイオードＤ１を含み、ＡＣ電源２４０（交流１００Ｖ）からの交流電圧を直流電圧に変換する。大容量キャパシタＣ１には、ＡＣ電源２４０の電圧の最大値（波高値）が端子電圧となるように充電される。締付けトルクは荷重センサ１０２により直接計測する。荷重センサ１０２の出力をトルク検出回路１０７で受信し、演算部６７は、トルク検出回路１０７からのトルク検出信号に基づいてトルク制御を行う。

ギヤ機構４１のアウターギヤ４１Ａ（リングギヤ）は、ハウジング２の胴体部２１に回転自在に支持され、アウターギヤ４１Ａの回転方向支持部１０２ａは、ハウジング２側に固定的に設けられた荷重センサ１０２により回転を規制するように支持される。モータ３を駆動させ、締結作業を行う際に、締結力の反力がアウターギヤ４１Ａの回転方向支持部１０２ａに加わり、締結トルクを荷重センサ１０２により計測する。つまり、荷重センサ１０２はリングギヤの反力を受けるトルク検出手段として機能する。これにより所定トルクになるようにモータ３を制御できるため、モータ３の電流によりトルクを管理するより正確にトルク管理が行える。

また、電源ユニット１０３を設けることで、電源ユニット１０３内にキャパシタ（図１２のＣ１）を設定し、ナットランナモード時にキャパシタＣ１を使用することで、大きなトルクを発生させることが可能となる。また、締付けトルクをパーソナルコンピュータ１０４より電動工具１側へ転送することで、種々の締付けトルクの設定値を容易に設定変更可能となる。さらに、電動工具１の先端に、先端側（ネジを締め付ける対象物側）に延びる反力受け１０５を設けることで、ナットランナモード時に大きなトルクを発生させた際の反力を反力受け１０５で受けることが可能となる（反力受け１０５が隣のネジや隣接する壁に当接することにより反力を受け止めることが可能となる）。

なお、ＡＣ電源２４０（交流１００Ｖ）利用の場合、例えばキャパシタＣ１の容量：１００Ｆ、キャパシタＣ１溜まる最大の電圧：１４０Ｖ、ナットランナーモードの目標トルクに応じた電流：２０Ａに設定する。

なお、その他の点については、図１等に示す実施の形態のものと同様である。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。

１・・電子パルスドライバ ２・・ハウジング ２Ａ・・ライト ２Ｂ・・ダイヤル ３・・モータ ３Ａ・・ロータ ３Ｂ・・ステータ ４・・ハンマ部 ５・・アンビル部 ６・・スイッチ機構 ２１・・胴体部 ２２・・ハンドル部 ２３・・ハンマケース ２３Ａ・・メタル ２３ａ・・開口 ２４・・電池 ２５・・トリガ ３１・・出力軸部 ３１Ａ・・ピニオンギヤ ３２・・ファン ３３・・ピニオンギヤ ４１・・ギヤ機構 ４１Ａ・・アウターギヤ ４１Ｂ・・遊星歯車機構 ４１Ｃ・・遊星歯車機構 ４２・・ハンマ ４２Ａ・・第１係合突起 ４２Ｂ・・第２係合突起 ５１・・先端工具装着部 ５１Ａ・・チャック ５１ａ・・穿孔 ５２・・アンビル ５２Ａ・・第１被係合突起 ５２Ｂ・・第２被係合突起 ６１・・基板 ６２・・トリガスイッチ ６３・・スイッチング基板 ６４・・回転位置検出素子 ６５・・制御信号出力回路 ６６・・インバータ回路 ６７・・演算部 ６８・・回転方向設定回路 ６９・・回転子位置検出回路 ７０・・印加電圧設定回路 ７１・・電流検出回路 ７２・・制御部 ７３・・打撃衝撃検出センサ ７４・・打撃衝撃検出回路 ７５・・回転数検出回路 ７６・・スイッチ操作検出回路 Ｑ１〜Ｑ８・・スイッチング素子

Claims (16)

1. 正転及び逆転可能なモータと、
   前記モータから駆動力を供給されて正転方向又は逆転方向に回転するハンマと、
   前記ハンマと別体に設けられ、前記逆転方向への回転により加速距離を稼いだ前記ハンマの前記正転方向への回転により打撃されて回転するアンビルと、
   先端工具を保持可能であり、前記先端工具に前記アンビルの回転を伝達する先端工具装着部と、
   前記モータに電力を供給する電力供給部と、
   前記電力供給部を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、正転電力及び逆転電力を所定の周期で切り換えて前記モータに供給するパルスモードの後に、締付方向の正転電力のみを前記モータに供給するナットランナモードを実行可能であり、
   前記ナットランナモードでは、目標値に向けてトルクを上昇させた後、所定時間だけ一定トルクでモータを安定駆動させ、その後、トルクを開放させることを特徴とする電動工具。
2. 請求項１記載の電動工具において、前記ナットランナモードでは、目標値に向けて緩やかにトルクを上昇させることを特徴とする電動工具。
3. 請求項１又は２記載の電動工具において、前記ナットランナモードでは、トルクを緩やかに開放させることを特徴とする電動工具。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の電動工具において、前記ナットランナモードでは、前記電力供給部の駆動電圧を前記パルスモードよりも高くすることを特徴とする電動工具。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の電動工具において、前記ナットランナモードにおける最大トルクを、前記パルスモードにおける前記ハンマの打撃によるトルクよりも大きくすることを特徴とする電動工具。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の電動工具において、前記モータのトルクを計測するトルク検出手段を備えることを特徴とする電動工具。
7. 請求項６に記載の電動工具において、
   前記モータと前記ハンマとの間に遊星歯車機構が設けられ、
   前記遊星歯車機構のリングギヤがハウジングの内側に回転自在に支持され、
   前記トルク検出手段は、前記ハウジング側に固定的に設けられて前記リングギヤの反力を受ける荷重センサであることを特徴とする電動工具。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の電動工具において、
   電源電圧を昇圧した電圧によって充電されるキャパシタを備え、
   前記ナットランナモードでは、前記電力供給部の駆動電圧を前記キャパシタが供給することを特徴とする電動工具。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の電動工具において、前記ナットランナモードにおけるトルクの目標値を複数のトルク値の間で変更できることを特徴とする電動工具。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の電動工具において、前記ナットランナモード時の反力を受ける反力受けを有することを特徴とする電動工具。
11. 正転及び逆転可能なモータと、
    前記モータから駆動力を供給されて正転方向又は逆転方向に回転するハンマと、
    前記ハンマと別体に設けられ、前記逆転方向への回転により加速距離を稼いだ前記ハンマの前記正転方向への回転により打撃されて回転するアンビルと、
    先端工具を保持可能であり前記先端工具に前記アンビルの回転を伝達する先端工具装着部と、
    前記モータに正転電力及び逆転電力を第１の周期で切り換えて供給する電力供給部と、
    前記電力供給部を制御する制御部と、
    を備えたことを特徴とする電動工具において、
    前記モータを駆動するための第１の電源と、前記第１の電源とは異なる第２の電源を有することを特徴とする電動工具。
12. モータと、
    前記モータを収容するハウジングと、
    前記モータによって駆動される先端工具と、を有する電動工具であって、
    前記モータを駆動するための第１の電源と、
    前記第１の電源とは異なる第２の電源を有することを特徴とする電動工具。
13. アンビルの回転を伝達する先端工具装着部によって先端工具を保持し、前記先端工具によって留め具の締付け作業を行う留め具の締付け方法であって、
    モータを所定の周期で切り換えて正転方向及び逆転方向に回転させ、前記モータに連動してハンマを正転方向及び逆転方向に回転させ、前記逆転方向への回転により加速距離を稼いだ前記ハンマの前記正転方向への回転によりアンビルを打撃し回転させるパルスモードを実行した後に、
    締付方向の正転電力のみを前記モータに供給し、目標値に向けてトルクを上昇させた後、所定時間だけ一定トルクでモータを安定駆動させ、その後、トルクを開放させるナットランナモードを実行することを特徴とする留め具の締付け方法。
14. 第１の電源と、
    前記第１の電源を変圧した第２の電源と、
    前記第１の電源又は前記第２の電源によって駆動されるモータと、
    前記モータにより回転されるハンマと、
    前記ハンマにより打撃可能なアンビルと、を有する電動工具。
15. モータと、
    前記モータを収容し前後方向に延びる胴体部と、前記胴体部より下方に延びるハンドル部と、前記ハンドル部の下方に配置される電池接続部と、を有するハウジングと、
    前記電池接続部の下部に固定される電池と、
    前記胴体部の前部に配置され、前記モータにより回転される先端工具装着部と、
    前記電池の電圧を昇圧した電圧によって充電されるキャパシタと、
    前記モータの回転を制御する制御部を配置する制御回路基板と、を有する電動工具であって、
    前記ハンドル部又は電池接続部の内部に、前記キャパシタ及び制御回路基板を配置したことを特徴とする電動工具。
16. 請求項１５に記載の電動工具において、前記キャパシタの通電のためのスイッチング素子を、前記制御回路基板上に配置したことを特徴とする電動工具。