(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、 
前記モータの回転力を先端工具に伝達する動力伝達部と、 
前記先端工具を前記動力伝達部の出力軸に保持する先端工具保持部と、 
前記モータの回転を制御する制御部と、
前記モータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、を有する電動工具であって、
前記モータに流れる負荷電流を検出することにより前記出力軸にかかる負荷の大きさを検出するトルク検出手段を設け、
前記制御部は、最初に正転モードで前記出力軸を連続回転させ、前記モータに流れる負荷電流が一定値以上になったら、前記出力軸を第１の角度Ａ１の正回転と第２の角度Ａ２（但しＡ２＜Ａ１）の逆回転を交互に繰り返すように制御することを特徴とする電動工具。
【請求項２】
前記モータは、回転位置検出素子を有するブラシレスＤＣモータであって、
前記制御部は、前記回転位置検出素子からの位置信号を用いて前記出力軸の回転角を算出することを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
【請求項３】
前記第２の角度Ａ２は、前記第１の角度Ａ１の１／３〜２／３であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動工具。
【請求項４】
前記制御部は、正回転及び逆回転の繰り返し中に前記モータに流れる負荷電流が一定値以下になったら前記出力軸の正回転と逆回転を交互に繰り返す制御を停止させ、前記出力軸を連続的に逆回転させることを特徴とする請求項３に記載の電動工具。
【請求項５】
前記動力伝達部は、前記モータによって駆動されるハンマと、前記ハンマに対して回転可能であって前記ハンマによって打撃されるアンビルと、を有し、
前記出力軸は前記アンビルに接続されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電動工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タップ立て作業（ねじ立て作業）を行う電動工具に関し、特に、モータを制御することによりタップ立て作業に自動的に行うようにした電動工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
ネジ等を締め付けるための電動工具として、ドライバドリルが広く用いられている。ドライバドリルはモータの回転力を、減速機構とクラッチ機構を介して伝達し、チャック等の先端工具保持部を回転させる。クラッチ機構は、所定の締め付けトルクに達した際に動力の伝達を遮断させる。このようなドライバドリルは特許文献１に開示されており、クラッチ機構として、いわゆる機械式のクラッチが用いられている。これは遊星歯車減速機構のインターナルギヤの前端面に形成された複数の軸方向に延びるクラッチ爪にボールが係合し、これらの係合状態が解除されることによりクラッチとして作用する。このボールは、ギヤケースに対して回転不能及び軸方向に移動可能に設けられたクラッチプレートによりインターナルギヤ側に常時付勢される。クラッチプレートは、押圧部材との間に挟持されるコイルスプリングにより付勢される。押圧部材は回転式のダイヤルを回すことによって軸方向に移動可能であり、この移動によってコイルスプリングの圧縮量が調整され、ボールへの付勢力を変化させることによってクラッチが動作する際の締め付けトルクの大きさを設定する。ドライバドリルにおいては、コイルスプリングの圧縮量を最大量にしてクラッチ爪とボールの係合状態が解除できないようにしてクラッチ機構の動作を制限するドリルモードを有する。
【０００３】
一方、電動工具の他の態様として、モータを駆動源として回転打撃機構部を駆動し、アンビルに回転と打撃を与えることによって先端工具に回転打撃力を間欠的に伝達してネジ締め等の作業を行うインパクト工具が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２０５５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の電動工具においては先端工具として公知のポイントタップ等を装着して、ネジ穴加工（タップ立て作業）をすることが可能である。しかしながら、この場合は先端工具を連続的に正回転させながらネジ穴加工をするので、タップ立て作業で生じた連続的な切粉を効果的に切断して排除することが困難な場合があった。切粉排出のために、タップ立て作業中に正逆切替レバーを用いて作業者が手動にてモータの回転方向を切り替えることも考えられるが、操作が非常に煩わしく現実的な使い方とは言えない。また、携帯型の電動工具においては正逆切替レバーを切り替える際に回転軸と垂直方向に力を加えてしまってポイントタップに無理な力を与えてしまい、ポイントタップを折ってしまう恐れがある。そこで電動工具を用いて失敗無く容易にタップ立て作業を行いたいという要望があった。
【０００６】
一方、近年電動工具のモータとしてブラシレスＤＣモータが広く用いられるようになってきた。ブラシレスＤＣモータは、例えばブラシ（整流用刷子）の無いＤＣ（直流）モータであり、コイル（巻線）を固定子側に、マグネット（永久磁石）を回転子側に用い、インバータ回路で駆動された電力を所定のコイルへ順次通電することによりロータを回転させる。インバータ回路は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）や、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）のような大容量の出力トランジスタを使用して構成され、マイクロコンピュータ（以下「マイコン」と称する）を有する制御部によってモータの回転を高精度に制御することが可能である。本発明の作業者らは、モータの正転及び逆転制御を精度良く行うことにより電動工具を用いてタップ立て作業を実現できるのではないかと考えた。
【０００７】
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は締め付け作業を行う電動工具において、先端工具としてタップを装着して効率的にタップ立て作業を行うことができる電動工具を実現することにある。
【０００８】
本発明の別の目的は、制御部がモータの駆動方向を自動的に変更することによってタップ立て作業を自動で行うことができる電動工具を実現することにある。
【０００９】
本発明のさらに別の目的は、新たな機械的な部品を追加することなく既存の電動工具にタップモードを追加し、安価で軽量な構造の電動工具を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの特徴を説明すれば、次の通りである。
【００１１】
本発明の一つの特徴によれば、モータと、モータによって駆動されるハンマと、ハンマに対して回転可能であってハンマによって打撃されるアンビルと、を有する打撃機構と、アンビルに接続される出力軸と、モータの回転を制御する制御部と、モータの回転位置を検出する回転位置検出手段を有する電動工具においてタップモードを設けた。タップモードにおいて制御部は、出力軸を第１の角度Ａ１の正回転と第２の角度Ａ２（但しＡ２＜Ａ１）の逆回転を繰り返すように制御する。
【００１２】
本発明の他の特徴によれば、モータは回転位置検出素子を有するブラシレスＤＣモータであって、制御部は回転位置検出素子からの位置信号を用いて出力軸の回転角を算出する。また、出力軸にかかる負荷の大きさを検出するトルク検出手段を設けた。トルク検出手段は、例えばモータに流れる負荷電流の大きさによって負荷を検出することができる。
【００１３】
本発明のさらに他の特徴によれば、タップモードにおいて制御部は、最初に正転モードで出力軸を連続回転させ、モータに流れる負荷電流が一定値以上になったら、出力軸を第１の角度Ａ１の正回転と第２の角度Ａ２（但しＡ２＜Ａ１）の逆回転を交互に繰り返すように制御する。第２の角度Ａ２は、例えば第１の角度Ａ１の１／３〜２／３程度である。制御部は、正回転及び逆回転の繰り返し中にモータに流れる負荷電流が一定値以下になったら出力軸の正回転と逆回転を交互に繰り返す制御を停止させ、出力軸を連続的に逆回転させる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電動工具において、先端工具として装着されるタップを駆動するタップモードを設け、制御部はモータに流れる負荷電流が一定値以上になったら出力軸を第１の角度Ａ１の正回転と第２の角度Ａ２（但しＡ２＜Ａ１）の逆回転を交互に繰り返すように制御するので、通常の締め付け作業やドリル作業に加えて、電動工具でタップ立て作業を行うことができ、タップの食いつき部が下穴に入り込む際には出力軸を連続回転させることにより素早くタップ部を下穴にまで到達させることができ、タップ立て作業の時間短縮を図ることができる。また、出力軸にかかる負荷の大きさを検出するトルク検出手段を設けたので、制御部はトルク検出手段の出力を用いて制御モードの切り替えや、タップモードの終了を容易に判別することができる。さらに、トルク検出手段はモータに流れる負荷電流によって負荷を検出するので、新たな検出機器を設けることなく既存の電流検出手段を用いて出力軸にかかる負荷の大きさを検出することができるので、製造コストの上昇を抑えることができる。
【００１５】
本発明によれば、制御部はブラシレスＤＣモータの回転位置検出素子からの位置信号を用いて出力軸の回転角を算出するので、新たな回転角度検出手段を追加することなく出力軸の回転位置検出手段を実現でき、製造コストの上昇を避けることができる。
【００１９】
本発明によれば、第２の角度Ａ２は第１の角度Ａ１の１／３〜２／３であるので、タップ立て作業で生じた連続的な切粉を効果的に切断して排除することができる。また、制御部は正回転及び逆回転の繰り返し中にモータに流れる負荷電流が一定値以下になったら出力軸の正回転と逆回転を交互に繰り返す制御を停止させるので、タップ立て作業の終了が自動で識別され、作業者にとって使い勝手の良い電動工具が実現できる。さらに、タップ立て作業が終了したら、出力軸を連続的に逆回転させるので、作業終了後もタップを自動的に引き抜くことができる。
【００２１】
本発明の上記及び他の目的ならびに新規な特徴は、以下の明細書の記載及び図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例に係るドライバドリル１の全体構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例に係るドライバドリル１のモータ３の駆動制御系を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明の実施例に係るドライバドリル１のモータに流れる電流値と先端工具の回転状況を示す図である。
【図４】本発明の実施例に係るドライバドリル１のタップモードでの駆動手順の示すフローチャートである。
【図５】本発明の他の実施例に係る電動工具（インパクトドライバ１０１）の全体構造を示す断面図である。
【図６】図５の第２遊星キャリヤ組立体１５１とアンビル１６１の形状を示す分解斜視図である
【図７】図５のＡ−Ａ断面位置におけるハンマ１５２、１５３とアンビル１６１の打撃爪１６４、１６５の打撃動作を示す図である。
【図８】タップ立て作業の手順を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２３】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。尚、以下の説明において、上下前後の方向は、図１に示す方向として説明する。
【００２４】
図１は本発明の実施例に係る電動工具であるドライバドリル１の全体構造を示す断面図である。図１に示すように、ドライバドリル１には、ハウジング２の胴体部２ａ内にブラシレス直流方式のモータ３が収容され、モータ３の回転力を減速する減速機構部３０とクラッチ機構部４０等の動力伝達部を介してスピンドル（出力軸）１６に装着されたチャック（先端工具保持部）１２に着脱自在に保持されるドライバまたはドリル等の図示しない先端工具に回転力を与える。ハウジング２の胴体部２ａ内であってモータ３の後端側には、モータ３を駆動するためのインバータ回路基板６が設けられる。
【００２５】
モータ３は、いわゆるインナーロータ型のブラシレスＤＣモータであり、回転軸３ｅにマグネット３ｂを有するロータ３ａが取り付けられ、ハウジング２側にステータコイル３ｄを有するステータ３ｃが固定される。ステータコイル３ｄへの駆動電流の供給には、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のスイッチング素子７を用いた公知のインバータ回路が用いられる。モータ３の前方側において、回転軸３ｅと同軸上に小型の冷却ファン１７が設けられる。モータ３が回転することによって冷却ファン１７も回転し、ハウジング２の後方に設けられる空気取入口１０から外気が吸引され、外気はスイッチング素子７やモータ３の周囲を流れることによりこれらを冷却し、ハウジング２の側方に設けられる図示しない排出口から排出される。
【００２６】
胴体部２ａ先端側に配置されるクラッチ機構部４０は、減速機構部３０の出力軸に得られる回転トルクをスピンドル１６の負荷に応答してスピンドル１６に伝達するか否かを制御する。これにより、予めトルク調整及びモード切り替え用のダイヤル５によって所望の締付けトルク（負荷トルク）に設定しておくと、クラッチ機構部４０は、減速機構部３０の出力軸の回転力が設定した締付けトルクに達したとき、その出力軸が空転してスピンドル１６及びチャック１２への回転伝達を遮断する機能を持つ。
【００２７】
クラッチ機構は、クラッチ爪たるピン４２と、第３段目の遊星歯車減速機構を構成するリングギヤの前端面に形成されたクラッチ爪と、ピン４２を軸方向後方に押圧するコイルスプリング４４とコイルスプリング４４の前方側で軸方向に移動可能な押圧部材４５を含んで構成される。押圧部材４５はダイヤル５を回転することによって同期して回転するように構成され、ダイヤル５を回転操作されることにより押圧部材４５が軸方向に移動する。この押圧部材４５の軸方向（前後方向）に移動することによりピン４２の後方への付勢力の強さを調整することが可能となり、締付けトルク（負荷トルク）を調整できる。尚、図１ではスピンドル１６の上側には、最前位置にある押圧部材４５の断面図を示しており、スピンドル１６の下側には、最後位置にある押圧部材４５’の断面図を示しているが、これらは理解を助けるためにそのように上下で非対称に図示した。４５がダイヤルを回す前であってコイルスプリング４４が最も伸びた状態であり、４５’がダイヤルを回した後でコイルスプリング４４が圧縮された状態である。押圧部材４５は、円周方向に連続したリング状の部材であるため、実際には上下で対称な形状となる。
【００２８】
減速機構部３０は、モータ３の回転軸３ｅのピニオンギヤに噛合う、例えば、３段の遊星歯車減速機構（変速ギヤケース）から構成される。また減速機構部３０は、変速比を切換えるためのシフトノブ１５を有する。使用者の手動によるシフトノブ１５の切換え操作により低速と高速の２段階で変速が可能となる。
【００２９】
ハウジング２のバッテリ取付部２ｃには、モータ３の駆動電源となるバッテリ４が着脱可能に装着される。バッテリ４の上部には、モータ３のインバータ回路基板６を制御するための制御回路基板９が前後左右方向に延びるように設けられる。ハンドル部２ｂの上端部にはトリガスイッチ１３が配設され、トリガスイッチ１３のトリガ操作部１３ａがバネ力によって押された状態でハンドル部２ｂから前方に突出する。使用者はハンドル部２ｂを片手で把持し、人差し指等によってトリガ操作部１３ａを後方に引くことによって、トリガ押込量（操作量）を調整し、モータ３の回転数を制御することができる。モータ３の回転方向は、正逆切替レバー１４を操作することによって切り替えることができる。
【００３０】
バッテリ４は、トリガスイッチ１３および制御回路基板９へ動作電源を供給するとともに、インバータ回路基板６へモータ３の駆動電力を供給する。バッテリ４を構成する二次電池は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッカド電池等を用いることができる。
【００３１】
ハウジング２の胴体部２ａは、ハンドル部２ｂ及びバッテリ取付部２ｃと共に合成樹脂材料の一体成形により製造され、モータ３の回転軸３ｅを通る鉛直面で左右に２分割されるように形成される。組立の際にはハウジング２の左側部材と右側部材を準備し、予め、図１の断面図で示すような一方のハウジング２（例えば左側のハウジング）に、モータ３、減速機構部３０、クラッチ機構部４０等の組込みを行い、しかる後、他方のハウジング２（例えば右側のハウジング）を重ねて、複数のネジ８で締め付ける方法が取られる。
【００３２】
次に、モータ３の駆動制御系の構成と作用を図２に基づいて説明する。図２はモータ３の駆動制御系の構成を示すブロック図であり、本実施例では、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モータは、いわゆるインナーロータ型であって、複数組（本実施例では２組）のＮ極とＳ極を含む永久磁石（マグネット）を含んで構成されるロータ（回転子）３ａと、スター結線された３相の固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗから成るステータ３ｃと、ロータ３ａの回転位置を検出するために周方向に所定の間隔毎、例えば角度６０°毎に配置された３つの回転位置検出素子６８を有する。これら回転位置検出素子６８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。
【００３３】
インバータ回路基板６上に搭載される電子素子には、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を含む。制御回路基板９に搭載される制御部６０は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の駆動制御をする。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、制御信号出力回路６３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。これによって、６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、制御信号出力回路６３から入力されたスイッチング素子駆動信号（Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６等の駆動信号）によってスイッチング動作を行い、インバータ回路６２に印加されるバッテリ４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。
【００３４】
６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートを駆動するスイッチング素子駆動信号（３相信号）のうち、３個の負電源側スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６をパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６として供給し、制御回路基板９上に搭載された演算部６１によって、トリガスイッチ１３のトリガ操作部１３ａ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。
【００３５】
ここで、ＰＷＭ信号は、インバータ回路６２の正電源側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３または負電源側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６の何れか一方に供給され、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３また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バッテリ４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。尚、本実施例では、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。
【００３６】
ドライバドリル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１４が設けられ、回転方向設定回路５９は正逆切替レバー１４の変化を検出するごとに、モータの回転方向を切り替えて、その制御信号を演算部６１に送信する。演算部６１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）、処理プログラムや制御データを記憶するためのＲＯＭ、データを一時記憶するためのＲＡＭ、タイマ等を含んで構成される。
【００３７】
制御信号出力回路６３は、回転方向設定回路５９と回転子位置検出回路６４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、その駆動信号を制御信号出力回路６３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５８の出力制御信号に基づいてＰＷＭ変調信号として出力される。モータ３に供給される電流値は、電流検出回路６９によって測定され、その値が演算部６１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。尚、ＰＷＭ信号は正電源側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３に印加しても良い。
【００３８】
次に、図３、図４を用いて本実施例に係るドライバドリル１の駆動方法について説明する。その前に、図８を用いてドライバドリル１にて実現するタップ立て動作の手順を説明する。図８はタップ立て作業の手順を説明するための図であり、（１）から（５）までの順で作業が行われる。まず、ドライバドリル１の先端工具としてドリルを取り付け、タップ立てを行う部材２０１に所定の径の下穴２０２を開ける。次に図８（１）に示すように、下穴２０２に先端工具として電動工具に装着されるタップ２１０を覗かせて（案内して）位置決めする。この際、下穴２０２の中心線とタップ２１０を一致させる。尚、図８ではタップ２１０の単体を表示しているが、実際にはタップ２１０はドライバドリル１等の電動工具の出力軸に装着されるものである。タップ２１０は棒状のシャンク部２１３の先端側に、先細り状にされた食いつき部２１１と、雌ねじ溝を形成するためのタップ部２１２が形成される。シャンク部２１３の後端側はドライバドリル１のチャック１２に取り付けるために軸方向と垂直な断面形状が六角形に形成された取付部２１４が形成される。
【００３９】
取付部２１４は、例えば、タップ２１０を電動ドリル、インパクトドライバ、ハンマドリルなどの駆動用工具の六角取付口に装着することができる。六角形状の中心軸に対称な対辺間の間隔は例えば６．３５ｍｍであって、軸方向の長さ（前後方向長さ）は３０ｍｍ程度である。また、取付部２１４の軸方向（前後方向）の中央付近に、円周方向に連続した窪み２１５を形成して、インパクトドライバ等のいわゆるワンタッチ取り付け機構のボールが嵌合できるように構成した。窪み２１５の最細部の直径は、例えば５ｍｍである。
【００４０】
図８（１）のようにタップ２１０を位置決めしたらドライバドリル１（電動工具）の回転モードをタップ立てモードに設定し、トリガ操作部１３ａを引いてモータ３の回転を開始してタップ２１０の正方向（ねじ締め方向）への回転をゆっくりと開始する。この回転によって食いつき部２１１が下穴２０２に食いつき（入り込む）、図８（２）のようにタップ２１０と下穴２０２の中心線が一致する。この状態でタップ２１０をさらに回転させると、食いつき部２１１が図８（３）のように下穴２０２に入り込む。さらにタップ２１０を回転させると、タップ部２１２が下穴２０２に到達してタップ立て動作を行う。このタップ立て動作においては、タップ２１０を１回転させたら半回転戻すという動作を繰り返す。そして作業が完了したら図８（５）のようにタップ２１０を逆回転させることによって、下穴２０２から引き出してタップ立て作業を終了する。尚、図８の例では右ねじを形成する場合の例で説明したが、左ネジも同様に形成することができるが、その場合は左ネジようのタップを用いてタップを図８の例とは逆方向に回転させながら作業を行う。
【００４１】
本実施例においては、ブラシレスＤＣモータを用いたドライバドリル１を用いて、このようなタップ立て作業を行うタップモードを実現した。図３（１）及び（２）は、図８（１）〜（５）に示すタップ立て動作を電動工具で実現する際のモータ３の電流波形図と先端工具の回転角との関係を示す図である。各グラフの横軸はともに時間（ミリ秒）であり、これらのスケールを合わせて図示している。作業者によって時間ｔ０においてトリガ操作部１３ａが引かれるとモータ３の回転が開始し、図８（１）から（２）に至るように、タップ２１０の正方向（ねじ締め方向）に回転する（矢印７１）。この回転によって食いつき部２１１が下穴２０２に食いつくが、タップ部２１２が下穴２０２に到達するとタップ２１０から受ける反力が増大するためにモータ３に流れる電流が増加し、電流値が徐々に増加する（矢印７２）。ここで演算部６１は電流検出回路６９の出力をモニターすることによりモータ３に供給される電流値を監視し、電流値がタップ動作（逆転と正転を繰り返しながらタップ立てを行う制御動作）を開始するための基準値である閾値（タップ動作開始閾値）Ｉ１を越えたか否かを判断する。
【００４２】
図３の例では時間ｔ１において閾値Ｉ１を越えたので、モータ３を逆転させてタップが逆転を開始した位置から第２の角度Ａ２だけ戻す。本実施例ではＡ２を１８０度に設定している（矢印７３）。この際モータ３には逆転電流（−方向の電流）が供給される。次に、タップ２１０をＡ２だけ反転させたら、時間ｔ２においてモータに正転電流（矢印７４）の供給を開始し、タップ２１０を第１の角度Ａ１だけ正転させる。本実施例ではＡ１を５４０度に設定している。スピンドル１６の回転角度は、減速機構（例えば減速比ｉ＝１５．４７）と、回転位置検出素子６８の検出信号を用いて得られる回転角度と減速機構（例えば減速比ｉ＝１５．４７）を元に算出することができる。ここで５４０度正転させると、時間ｔ３において、最初の逆回転を開始した開始角度αから＋３６０度回転したことになる。
【００４３】
次に、本実施例では第１の角度Ａ１だけ正転させたら、時間ｔ３から再びモータ３を逆転させてタップをＡ２だけ反転させるために、モータ３に対して逆転電流（矢印７５）を供給する。次に、タップ２１０を１８０度反転させたら、時間ｔ２においてモータに正転電流（矢印７６）の供給を開始し、タップ２１０を第１の角度Ａ１（本実施例では５４０度）だけ正転させる。この正回転の結果時間ｔ３において、最初の逆回転を開始した開始角度αから＋７２０度したことになる。
【００４４】
同様にしてモータ３の正転及び逆転を繰り返しながらタップ立てを行う。尚、演算部６１はタップ動作時のモータ３に流れる電流Ｉを監視する。通常はタップ動作時の電流はＩ２程度であるが、タップ動作が終了する（部材をタップ２１０が貫通する）と、モータ３に受ける反力が小さくなるためにモータのモータ３に流れる電流Ｉが減少する。そのため演算部６１は電流検出回路６９からの出力から電流値がタップ動作終了を判断するための閾値（タップ動作終了閾値）Ｉ３以下になったかどうかを判定する。図３の例では時間ｔ２ｎ〜ｔ２ｎ＋１の間に閾値Ｉ３以下になったので、所定の正転角度の回転が完了した時間ｔ２ｎ＋１にてタップ動作を終了させて、モータを元の位置まで逆転させる。尚、本実施例では最初に回転開始したタップ回転角０度でなく、それよりもさらに３６０度ほど逆転させるようにした。これは、ネジ穴からタップ２１０を完全に引き抜くためである。
【００４５】
図４は、本発明の実施例に係るドライバドリル１のタップモードでの駆動手順の示すフローチャートである。まず、ハウジング２のバッテリ取付部２ｃにバッテリ４が装着されると、ドライバドリル１がスタンバイ状態となる。本フローチャートでの処理は、この際にドライバドリル１の動作モードとして、図示しない選択ダイヤル又はスイッチ等にタップモードが選択されているものとする。次に、演算部６１は作業者によりトリガ操作部１３ａが操作されてトリガスイッチ１３がオンなったかを判定する（ステップ８８）。オンになっていない場合は待機する。オンになったら、演算部６１はカウンタｎを１にセットし、回転角α１の検出を開始する。ここで回転角α１はスピンドル１６の回転角であり、モータ３の回転が開始されたときのスピンドル１６の回転角を０度とし、その後のモータ３の回転によってスピンドル１６が何度回転したかを検出する。
【００４６】
次に、演算部６１はモータ３を正転方向（ネジを締め付ける方向）に駆動することにより、図３の矢印７１に示すようにスピンドル１６を回転させる（ステップ９１）。この際、演算部６１は電流検出回路６９（図２参照）を用いてモータ３に流れる電流の大きさを監視する。次に、演算部６１は検出された電流値が正転及び逆転を交互に繰り返すタップ動作を開始する閾値Ｉ１を越えたか否かを判定し、越えていない場合はステップ９０に戻る（ステップ９１）。この電流値≧Ｉ１が図３で示す時間ｔ１の時点の状況である。
【００４７】
ステップ９１において検出された電流値が閾値Ｉ１を越えたら、演算部６１は基準角度となるαｎ（ここではｎ＝１のためα１）を記憶し（ステップ９２）、モータ３の逆転駆動を開始する（ステップ９３）。この逆転の際に、演算部６１は回転位置検出素子６８からの位置信号を元にタップ２１０の回転角度（＝スピンドル１６の回転角度）を検出する。そして、逆転した回転角がＡ２に到達した場合、即ち回転角αｎ−Ａ２に到達した場合（図３の時間ｔ２）は、演算部６１はモータ３の正転駆動を開始する（ステップ９５）。この際、演算部６１は電流検出回路６９（図２参照）を用いてモータ３に流れる電流の大きさを監視すると共に、回転位置検出素子６８からの位置信号を元にタップ２１０の回転角度（＝スピンドル１６の回転角度）を検出する。
【００４８】
次に演算部６１は検出された電流値がタップ動作終了を示す閾値Ｉ２以下になったかどうかを判定する（ステップ９６）。電流値が閾値Ｉ２以下でない場合は、正転した回転角が基準位置αｎ―Ａ２＋Ａ１の位置に到達したか（図３の時間ｔ３）を判定し（ステップ９７）、到達していなければステップ９５に戻り、到達した場合はカウンタｎの値を１増やして（ステップ９８）、ステップ９２に戻り、以下同様の処理を繰り返す。ステップ９６において、電流値がタップ動作終了を示す閾値Ｉ２以下になった場合は、演算部６１はモータ３を所定角度逆回転させてタップ２１０をネジ穴から抜き出して作業を終了する（ステップ９９）。
【００４９】
以上、本実施例によればドライバドリル１においてタップモードを設け、演算部６１が自動でタップ２１０の回転制御を行うので、従来手動で行っていたタップ立て動作を電動工具を用いて行うことができる。また、ブラシレスモータを演算部で制御する電動工具であれば、特別な機器を追加することなくタップモードを実現できるので、製造コストアップを抑えることができる。
【実施例２】
【００５０】
次に図５から図７を用いて、インパクトドライバにタップ立てモードを設ける実施例を説明する。図５は本発明に係るインパクトドライバ１０１の全体構造を示す縦断面図である。インパクトドライバ１０１は、充電可能なバッテリパック１０４を電源とし、モータ１０３を駆動源として打撃機構１５０を駆動し、出力軸であるアンビル１６１に回転力と打撃を与えることによってドライバビット等の図示しない先端工具に連続する回転力や断続的な打撃力を伝達してネジ締めやボルト締め等の作業を行う。
【００５１】
モータ１０３は、ブラシレスＤＣモータであって、側面から見て略Ｔ字状の形状を成すハウジング１０２の略筒状の胴体部１０２ａ内に、回転軸１０３ｅの軸方向が前後方向と一致するように収容される。ハウジング１０２は、ほぼ対称な形状の左右２つの部材に分割可能に構成される。モータ１０３の後方には６つのスイッチング素子１０７が搭載されたインバータ回路基板１０６が設けられる。インバータ回路基板１０６の前方側であって回転子の永久磁石に対向する位置には、回転子の位置を検出するためのホールＩＣ等の回転位置検出素子１６８が搭載される。モータ１０３の前方には、回転軸１０３ｅに取り付けられてモータ１０３と同期して回転する冷却ファン１１７が設けられる。冷却ファン１１７が回転することによって、空気取入口１１０ａ及び１１０ｂから外気を吸引し、スイッチング素子１０７やモータ３を冷却した後に冷却ファン１１７の外周付近に形成される図示しない排出口から空気が排出される。
【００５２】
ハウジング１０２のハンドル部１０２ｂにはトリガスイッチ１１３が設けられ、ハンドル部１０２ｂからトリガ操作部１１３ａが突出する。ハンドル部１０２ｂ内の下方であってバッテリ取付部１０２ｃの内部には、トリガ操作部１１３ａの操作に応じてモータ１０３の速度を制御する機能等を備えた制御回路を搭載する制御回路基板１０９が収容される。制御回路基板１０９の前方側上面には、インパクトドライバ１０１の動作モードを設定するための回転式のダイヤルスイッチ１０５が設けられ、ダイヤルスイッチ１０５のダイヤルの一部又は全部がハウジング１０２から外部に露出するように取り付けられる。ダイヤルスイッチ１０５によって複数の動作モードを切り替えることができ、例えば動作モードを、「ドリルモード（クラッチ動作無し）」、「ドライバモード（クラッチ動作あり）」、「インパクトモード」、又は、「タップ立てモード」に切り替えることができる。尚、図５では図示していないが、ハウジング１０２のいずれかの一部に液晶表示あるいはＬＥＤ表示等の表示部を設け、ダイヤルスイッチ１０５によって設定されたモードを示すようにすると良い。
【００５３】
打撃機構１５０は、アンビル１６１と第２遊星キャリヤ組立体１５１の２つの部品により構成され、第２遊星キャリヤ組立体１５１は遊星歯車減速機構１２０の２段目の遊星歯車の回転軸を連結すると共に、アンビル１６１を打撃するための後述するハンマを有する。現在広く使われている公知の打撃機構と違って、打撃機構１５０は、スピンドル、スプリング、カム溝、及びボール等を有するカム機構をもたない。そしてアンビル１６１と第２遊星キャリヤ組立体１５１とは回転中心付近に形成された嵌合軸と嵌合穴により半回転未満の相対回転だけができるように連結される。アンビル１６１は、先端工具（図示せず）を装着する出力軸部分と一体に構成され、前端には軸方向と鉛直面の断面形状が六角形の装着穴１６２ａが形成される。尚、アンビル１６１と、先端工具を装着する出力軸は別体部品で構成して連結させるように構成しても良い。アンビル１６１の後方側は第２遊星キャリヤ組立体１５１の嵌合軸と連結され、軸方向中央付近でメタル１１６ａによりハンマケース１１９に対して回転可能に保持される。アンビル１６１の先端には先端工具をワンタッチで着脱するためのスリーブ１１５が設けられる。これらアンビル１６１と第２遊星キャリヤ組立体１５１の詳細形状については後述する。
【００５４】
ハンマケース１１９は打撃機構１５０及び遊星歯車減速機構１２０を収容するために金属製の一体成形で製造され、ハウジング１０２の前方側の内部に装着される。ハンマケース１１９は、ベアリング機構（メタル１１６ａとメタル１１６ｂ）を介してアンビル１６１を保持するものであり、左右分割式のハウジング１０２によって全体が覆われるようにして固定される。このようにハンマケース１１９は、ハウジング１０２に対してしっかりと保持されるので、アンビル１６１の軸受け部分にガタつきが生ずることを防止でき、インパクトドライバ１０１の長寿命化を図ることができる。
【００５５】
トリガ操作部１１３ａが引かれてモータ１０３が起動されると、モータ１０３の回転は遊星歯車減速機構１２０によって減速され、モータ１０３の回転数に対して所定の比率の回転数で第２遊星キャリヤ組立体１５１が回転する。第２遊星キャリヤ組立体１５１が回転すると、その回転力は第２遊星キャリヤ組立体１５１に設けられるハンマを介してアンビル１６１に伝達され、アンビル１６１が第２遊星キャリヤ組立体１５１と同じ速度で回転を開始する。インパクトモードでは、先端工具側からの受ける反力によってアンビル１６１にかかる力が大きくなると、後述する制御部は締め付け反力の増大を検出し、モータ１０３の回転が停止してロック状態になる前に、第２遊星キャリヤ組立体１５１の駆動モードを変更してハンマを断続的に駆動する。
【００５６】
遊星歯車減速機構１２０は、プラネタリー型であり、第１減速機構部と第２減速機構部の２つの減速機構部を有し、各減速機構部はそれぞれ、サンギヤ、複数のプラネタリーギヤ、リングギヤを含んで構成される。遊星歯車減速機構１２０の減速比は、主な締め付け対象（ネジかボルトか）や、モータ１０３の出力と必要な締付トルクの大きさ等の要因から適切に設定すれば良いが、本実施例ではモータ１０３の回転数に対して第２遊星キャリヤ組立体１５１の回転数が１／８〜１／１５程度になる。
【００５７】
次に図６を用いて、打撃機構１５０を構成する第２遊星キャリヤ組立体１５１とアンビル１６１の詳細構造を説明する。図６は、第２遊星キャリヤ組立体１５１とアンビル１６１の形状を示す斜視図であり、第２遊星キャリヤ組立体１５１は斜め前方から、アンビル１６１は斜め後方から見た図である。第２遊星キャリヤ組立体１５１は、一体に構成される円盤状部材１５４を基本とし、円盤状部材１５４の対向する２箇所に軸方向前方に突出する２つのハンマ１５２、１５３が形成される。ハンマ１５２、１５３は打撃部（打撃爪）として機能し、ハンマ１５２の円周方向には、打撃面１５２ａと１５２ｂが形成され、ハンマ１５３の円周方向には、打撃面１５３ａと１５３ｂが形成される。打撃面１５２ａ、１５２ｂ、１５３ａ、１５３ｂは、共に平面に形成されたもので、アンビル１６１の後述する被打撃面と良好に面接触するように形成される。円盤状部材１５４の中心軸付近から前方に、突当部１５６ａと嵌合軸１５６ｂが形成される。
【００５８】
円盤状部材１５４の後方側には遊星キャリヤの機能を有するように２つの円盤部（図では１５５ｂのみ見える）が形成され、円周方向の３箇所において円盤部１５５ｂを接続する接続部１５５ｃが形成される。円盤部１５５ｂの円周方向のそれぞれ３箇所には、貫通穴１５５ｅが形成され、円盤部１５５ｂの間に３つの第２プラネタリーギヤ１５７（図５参照）が配置され、第２プラネタリーギヤ１５７の回転軸たるニードルピンが貫通穴１５５ｅに装着される。円盤部１５５ｂの後方側中心軸付近には円形のくり貫き穴１５５ｆが形成され、くり貫き穴１５５ｆを介して第２ピニオン１２９が貫通し、第２プラネタリーギヤ１５７と噛合する。尚、第２遊星キャリヤ組立体１５１は、金属の一体構造にて製造すると強度的にも重量的にも好ましい。同様にアンビル１６１も金属の一体構造にて製造すると強度的にも重量的にも好ましい。
【００５９】
アンビル１６１は、円柱形の出力軸部分１６２の後方に円盤部１６３が形成され、この円盤部１６３の外周方向に突出する２つの打撃爪１６４、１６５が形成される。打撃爪１６４の円周方向両側には被打撃面１６４ａ及び１６４ｂが形成される。同様に打撃爪１６５の円周方向両側には被打撃面１６５ａ及び１６５ｂが形成される。円盤部１６３の中央には嵌合穴１６３ａが形成され、嵌合軸１５６ｂが嵌合穴１６３ａによって回動可能なように接続されることにより、第２遊星キャリヤ組立体１５１とアンビル１６１が、モータ１０３の回転軸１０３ｅと同軸延長線上にて相対回転できるように構成される。
【００６０】
第２遊星キャリヤ組立体１５１が正回転（ネジ等を締め付ける回転方向）するときには、打撃面１５２ａが被打撃面１６４ａに当接し、同時に打撃面１５３ａが被打撃面１６５ａに当接する。また、第２遊星キャリヤ組立体１５１が逆回転（ネジ等をゆるめる回転方向）するときには、打撃面１５２ｂが被打撃面１６５ｂに当接し、同時に打撃面１５３ｂが被打撃面１６４ｂに当接する。この当接するタイミングが同時となるようにハンマ１５２、１５３及び打撃爪１６４、１６５の形状が決定されるので、回転する軸心を基準に対称な２箇所にて打撃が行われるので打撃時のバランスが良く、打撃時にインパクトドライバ１０１が振られにくく構成できる。
【００６１】
図７は、ハンマ１５２、１５３及び打撃爪１６４、１６５のタップ動作時におけるアンビル１６１の一回転の動きを示した断面図である。断面は軸方向と垂直面であって、断面位置は図５のＡ−Ａ部である。図７においては、ハンマ１５２、１５３及び円盤状部材１５４が一体に回転する部分（駆動側）であり、打撃爪１６４、１６５が一体に回転する部分（被駆動側）である。タップ２１０の食いつき部２１１が下穴２０２に食いつき、下穴２０２に入り込む状態時（図８（１）参照）には、図７（１）の状態のように打撃爪１６４、１６５はハンマ１５２、１５３から押されることにより反時計回り（矢印１７１の方向）に連続して回転する。しかしながら、モータ１０３に流れる電流がタップ動作開始閾値Ｉ１を越えたら、モータ１０３を逆回転させて図７（２）の矢印１７２のようにハンマ１５２、１５３を逆回転させる。ここで、ハンマ１５２、１５３を保持する第２遊星キャリヤ組立体１５１とアンビル１６１は回転角にして約１２０度の相対回転ができるように構成されるので、図７（２）から図７（３）の間のようにハンマ１５２が打撃爪１６５に、ハンマ１５３が打撃爪１６４に衝突するまではハンマ１５２は空転することになる。
【００６２】
ハンマ１５２が所定の角度だけ逆回転したら、図７（３）に示す位置にてハンマ１５２、１５３は打撃爪１６４、１６５に衝突する。この状態からさらにハンマ１５２、１５３を逆回転させることにより、打撃爪１６４、１６５がハンマ１５２、１５３に押されることによって打撃爪１６４、１６５が逆回転を開始する。このようにして図７（４）で矢印１７４の方向に打撃爪１６４、１６５を逆回転させ、図７（５）に至る位置まで逆回転させる。図７（５）の位置はモータ１０３の逆回転を開始した（１）の位置からアンビル１６１が回転角にして１８０度逆回転した位置になる。この結果、アンビル１６１の先端に装着されるタップ２１０が１８０度だけ逆回転する。
【００６３】
次に、モータ１０３に正回転方向への駆動電流を流すことにより、矢印１７６に示すようにハンマ１５２、１５３を正回転方向へ回転させる。この際、図７（５）から図（７）に至る間は、ハンマ１５２、１５３は打撃爪１６４、１６５から離れて回転するが、１２０度ほど回転すると図７（７）に示すようにハンマ１５２、１５３が打撃爪１６４、１６５に接触する。このままの状態でさらにモータ１０３を正回転させて、図７（８）〜（１０）のように正回転方向に２７０度回転させる。本実施例の制御では図７（１０）に示す状態からさらに２７０度ほど打撃爪１６４、１６５を回転させるが、その状態の図示は省略する。尚、アンビル１６１の逆回転角度及びその後の正回転角度をどのくらいに設定するかは任意であるが、アンビル１６１の正回転を１回転としたら、逆回転角度はその１／３〜２／３程度とすると好ましい。
【００６４】
そして、再び図７（１）の状態から図７（１０）に至る正転及び逆転動作を繰り返すことによって、タップ立て動作を完了させる。以上のように制御することにより、インパクトドライバ１０１を用いてもタップ立て動作を行うことが可能となる。その制御の際のタップ回転角度は、ブラシレスＤＣモータ１０３の回転位置検出素子１６８を用いて行うので、追加の構成要素を負荷することなくタップモードを実現することができる。
【００６５】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、本実施例では電動工具の例としてドライバドリルとインパクトドライバの例で説明したが、これだけに限られずに従来から知られている特許文献１に記載されたような打撃機構を用いた回転工具においても適用できる。また、タップ２１０の正回転角度と逆回転角度は、ホールＩＣ等のモータの回転位置検出手段を用いて算出するように構成したが、これ以外に回転角センサを設けることにより検出しても良い。
【符号の説明】
【００６６】
１  ドライバドリル      ２  ハウジング      ２ａ  （ハウジングの）胴体部
２ｂ  （ハウジングの）ハンドル部      ２ｃ  （ハウジングの）バッテリ取付部
３  モータ      ３ａ  ロータ      ３ｂ  マグネット      ３ｃ  ステータ
３ｄ  ステータコイル      ３ｅ  回転軸      ４  バッテリ
５  ダイヤル      ５ａ〜５ｄ  溝      ６  インバータ回路基板
７  スイッチング素子      ８  ネジ      ９  制御回路基板
１０  空気取入口      １２  チャック      １３  トリガスイッチ
１３ａ  トリガ操作部      １４  正逆切替レバー      １５  シフトノブ
１６  スピンドル      １７  冷却ファン      ３０  減速機構部
４０  クラッチ機構部      ４２  ピン      ４４  コイルスプリング
４５  押圧部材      ５８  印加電圧設定回路      ５９  回転方向設定回路
６０  制御部      ６１  演算部      ６２  インバータ回路
６３  制御信号出力回路      ６４  回転子位置検出回路
６８  回転位置検出素子      ６９  電流検出回路
１０１  インパクトドライバ      １０２  ハウジング      １０２ａ  胴体部
１０２ｂ  ハンドル部      １０２ｃ  バッテリ取付部      １０３  モータ
１０３ａ  ロータ      １０３ｃ  ステータ      １０３ｅ  回転軸
１０４  バッテリパック      １０５  ダイヤルスイッチ
１０６  インバータ回路基板      １０７  スイッチング素子
１０９  制御回路基板      １１０ａ、１１０ｂ  空気取入口
１１３  トリガスイッチ      １１３ａ  トリガ操作部      １１５  スリーブ
１１６ａ、１１６ｂ  メタル      １１７  冷却ファン
１１９  ハンマケース      １２０  遊星歯車減速機構
１２９  第２ピニオン      １５０  打撃機構
１５１  第２遊星キャリヤ組立体      １５２、１５３  ハンマ
１５２ａ、１５２ｂ  打撃面      １５３ａ、１５３ｂ  打撃面
１５４  円盤状部材      １５５ｂ  円盤部        １５５ｃ  接続部
１５５ｅ  貫通穴      １５５ｆ  穴      １５６ａ  突当部
１５６ｂ  嵌合軸      １５７  第２プラネタリーギヤ
１６１  アンビル      １６２  出力軸部分      １６２ａ  装着穴
１６３  円盤部      １６３ａ  嵌合穴      １６４  打撃爪
１６４ａ、１６４ｂ  被打撃面      １６５  打撃爪
１６５ａ、１６５ｂ  被打撃面      １６８  回転位置検出素子
２０１  （タップ立てを行う）部材      ２０２  下穴
２１０  タップ      ２１１  食いつき部      ２１２  タップ部
２１３  シャンク部      ２１４  取付部      ２１５  窪み
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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