(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング部と、該ハウジング部内に収容されるブラシレスモータと、該ブラシレスモータを駆動するインバータ回路部と、該インバータ回路部を制御する制御回路部と、トリガ操作部の押込量に対応して前記ブラシレスモータの動作を制御するスイッチトリガと、を備えた電動工具において、
前記制御回路部は、所定の締付トルクに対応して前記ブラシレスモータの回転トルクを設定するトルク設定手段を備え、
前記制御回路部は、前記トルク設定手段による前記締付けトルクを前記インバ−タ回路部へ与えるＰＷＭ駆動信号のＰＷＭデューティーの大きさとして設定し、前記トリガ操作部の押込量の大きさに拘わらず設定したＰＷＭデューティーの大きさを超えないように制御すると共に、
前記ブラシレスモータの駆動電流及び前記ブラシレスモータの回転数の一方又は両方から締付トルクを算出し、該算出した締付トルクが前記トルク設定手段によって予め設定した締付トルク以上となったら前記ブラシレスモータの運転を停止させることを特徴とする電動回転工具。
【請求項２】
前記制御回路部は、前記モータ部の前記駆動電流を検出するための電流検出手段と、前記モータ部の回転数を検出する回転数検出手段と、前記トリガ操作の押込み量、前記電流検出手段および前記回転数検出手段の検出信号ならびに前記トルク設定手段の設定信号に基づいて、前記インバータ回路部の半導体スイッチング素子を駆動する制御信号を出力する演算手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載された電動回転工具。
【請求項３】
前記制御回路部が算出する前記締付トルクは、検出された前記駆動電流に基づいて算出した第１の締付トルク、または検出された前記回転数に基づいて算出した第２の締付トルクに基づいて決定された締付トルクであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された電動回転工具。
【請求項４】
前記制御回路部が算出する前記締付トルクは、検出された前記駆動電流に基づいて算出した第１の締付トルクと、検出された前記回転数に基づいて算出した第２の締付トルクとの平均値に基づいて決定された締付トルクであることを特徴とする請求項１または２に記載された電動回転工具。
【請求項５】
前記制御回路部は、前記トルク設定手段によって設定される前記締付トルクに対応する前記ＰＷＭデューティーの大きさを設定値とし、該ＰＷＭデューティーの設定値と比較しながら前記インバータ回路部の半導体スイッチング素子を駆動する前記ＰＷＭ駆動信号のＰＷＭデューティーの大きさを可変させることによって締付トルクを制御することを特徴とする請求項１に記載された電動回転工具。
【請求項６】
前記電動回転工具は、ドライバ、インパクトドライバ、ドライバドリル、ドリル、またはディスクグラインダから選択された一つの工具であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載された電動回転工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボルトまたはナット等のネジ締めを行う、ドライバ、インパクトドライバ、ドライバドリル等の締付トルクの設定を必要とする電動回転工具に関し、特に、電動モータによって駆動される駆動源の出力軸から先端工具へ伝達される締付トルクを検出するためのトルク検出技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボルトまたはナット等のネジ締めを行うインパクトドライバやドライバドリルなどの電動回転工具においては、電動モータからドライバビット等の先端工具へ伝達されるネジ締めに必要な締付トルクを適正に管理し、先端工具における締付トルクが設定した値に達すれば、電動モータを含む駆動源の動作を停止させ、または駆動源から先端工具への動力の伝達を機械的に分離させることが好ましい。このため、電動モータの出力軸もしくは動力出力軸の締付トルクの検出または推定を行うためのトルク検出手段が要求される。
【０００３】
従来、下記特許文献１に示されるように、電動モータを含む駆動機構部の回転出力軸上にトルク検出センサを具備するトルク測定手段と、トルク測定手段のトルク検出信号に基づいて電動モータを駆動制御する制御回路手段とを設けて、締付トルクを実際に測定してモータ制御することが知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１３８４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、駆動機構部の回転出力軸上にトルク測定手段を具備する電動回転工具においては、精度よく締付トルクを検出できるという利点はあるが、駆動出力軸に設けられるトルク測定手段を含む駆動出力軸の機構部が大きくなるので、電動回転工具の全長寸法や先端工具側の外周寸法が大きくなり、さらに電動回転工具の総重量が重くなるという問題がある。このため、電動回転工具の使い勝手または操作性が低下するという問題を生ずる。また、特別なトルク検出器および検出回路装置を必要とするので、電動回転工具の製造コストも高価になるという問題がある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消するためになされたもので、比較的簡単な検出手段で、かつ適切に締付トルクを検出することが可能なトルク検出手段を搭載する電動回転工具を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、設定した締付トルクを検出した場合、駆動源の電動モータを停止させる電子的クラッチ機能を有する電動回転工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記本発明の目的を達成するために、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、次のとおりである。
【０００９】
本発明の一つの特徴は、ハウジング部と、該ハウジング部内に収容されるブラシレスモータと、該ブラシレスモータを駆動するインバータ回路部と、該インバータ回路部を制御する制御回路部と、トリガ操作部の押込量に対応して前記ブラシレスモータの動作を制御するスイッチトリガと、を備えた電動工具において、前記制御回路部は、所定の締付トルクに対応して前記ブラシレスモータの回転トルクを設定するトルク設定手段を備え、前記制御回路部は、前記トルク設定手段による前記締付けトルクを前記インバ−タ回路部へ与えるＰＷＭ駆動信号のＰＷＭデューティーの大きさとして設定し、前記トリガ操作部の押込量の大きさに拘わらず設定したＰＷＭデューティーの大きさを超えないように制御すると共に、前記ブラシレスモータの駆動電流及び前記ブラシレスモータの回転数一方または両方から締付トルクを算出し、該算出した締付トルクが前記トルク設定手段によって予め設定した締付トルク以上となったら前記ブラシレスモータの運転を停止させることにある。
【００１０】
本発明の他の特徴は、前記制御回路部は、前記モータ部の前記駆動電流を検出するための電流検出手段と、前記モータ部の回転数を検出する回転数検出手段と、前記トリガ操作の押込み量、前記電流検出手段および前記回転数検出手段の検出信号ならびに前記トルク設定手段の設定信号に基づいて、前記インバータ回路部の半導体スイッチング素子を駆動する制御信号を出力する演算手段とを備えたことにある。
【００１１】
本発明の他の特徴は、前記制御回路部が算出する前記締付トルクは、検出された前記駆動電流に基づいて算出した第１の締付トルク、または検出された前記回転数に基づいて算出した第２の締付トルクに基づいて決定された締付トルクとしたことである。
【００１２】
本発明の他の特徴は、前記制御回路部が算出する前記締付トルクは、検出された前記駆動電流に基づいて算出した第１の締付トルクと、検出された前記回転数に基づいて算出した第２の締付トルクとの平均値に基づいて決定されたことにある。
【００１３】
本発明の他の特徴は、前記制御回路部は、前記トルク設定手段によって設定される前記締付トルクに対応する前記ＰＷＭデューティーの大きさを設定値とし、該ＰＷＭデューティーの設定値と比較しながら前記インバータ回路部の半導体スイッチング素子を駆動する前記ＰＷＭ駆動信号のＰＷＭデューティーの大きさを可変させることによって締付トルクを制御することにある。
【００１４】
本発明の他の特徴は、前記電動回転工具を、ドライバ、インパクトドライバ、ドライバドリル、ドリル、またはディスクグラインダから選択された一つの工具とすることである。
【発明の効果】
【００２０】
上記本発明の一構成によれば、締付トルクの検出およびモータの停止手段によれば、電流検出手段によって検出したモータ駆動電流または回転数検出手段によって検出したモータ回転数から締付トルクを算出するので、モータ制御回路装置の制御プログラムの中に、締付トルク検出およびモータ停止の制御手段を追加することによって、構造的に特別な形状を有するトルク検出装置を装着することなく、所期の目的を達成できる。すなわち、制御回路部は、モータ駆動電流またはモータ回転数を検出し、締付トルクを算出することによって、モータ部における回転トルク（締付トルク）の出力を先端工具の出力軸から停止させるクラッチ機能を形成する。
【００２１】
上記本発明の他の構成によれば、検出したモータ駆動電流から第１の締付トルクを算出し、かつ検出したモータ回転数から第２の締付トルクを算出し、該第１の締付トルクおよび第２の締付トルクに基づいて締付トルクを決定するので、実測した締付トルクと比較して、より近い締付トルクを推定できる。
【００２２】
また、上記本発明のさらに他の構成によれば、ブラシレス直流モータのＰＷＭ駆動信号のＰＷＭデューティーに対応して締付トルクを設定し、かつＰＷＭデューティーを可変させることによってモータ電流およびモータ回転数を制御して締付トルクを制御するので、締付トルクの制御が容易となる。特に、本発明は、ＰＷＭデューティーの可変により広範囲の回転速度の制御が可能なブラシレス直流モータを動力駆動源とする電動回転工具に適用して好適となる。
【００２３】
さらに、上記本発明によれば、モータが焼損しない範囲内の締付トルクに設定してモータを運転できるので、作業の中断による電池パックの電力消費を低減させることができる。
【００２４】
また、上記本発明によれば、負荷状態またはＰＷＭ駆動信号のＰＷＭデューティーに対応して締付トルクを検出できるので、電池パックの一充電当たりにおける作業量の効率を向上させることができる。
【００２５】
本発明のさらに他の目的、ならびに本発明のさらに他の新規な特徴は、本明細書の以下の記述および添付図面からさらに明らかにされるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２７】
図１は本発明の実施態様に係るコードレスタイプのドライバドリルの全体構造図、図２は図１に示したドライバドリルのＡ−Ａ線に沿うブラシレス直流モータ部の部分断面図、図３は図１に示したドライバドリルの全体を示す機能ブロック図である。
【００２８】
［電動回転工具の組立構成］
図１に示すように、ドライバドリル４０は、胴体ハウジング部１ａ内にブラシレス直流モータ２が収納されており、ブラシレス直流モータ２の駆動力を伝達する動力伝達部２５により、スピンドル（出力軸）２７ａに装着されたチャック２８に着脱自在に保持されるドライバまたはドリルの先端工具（図示なし）に回転力を与える。すなわち、胴体ハウジング部１ａの左端部側には、ブラシレス直流モータ２を駆動するためのインバータ回路部（回路基板）３が収容され、胴体ハウジング部１ａの中間部および右端部側には、ブラシレス直流モータ２の回転出力軸２ｅ方向に回転力を伝達し、モータ２の回転数を減速するための減速機構部２６と、減速機構部２６の出力軸に得られる回転トルクをスピンドル２７ａに伝達する動力伝達機構部２７とが収容されている。動力伝達機構部２７は、減速機構部２６の回転力をスピンドル（出力軸）２７ａに伝達するように結合される。また、この動力伝達機構部２７には、通常のインパクト機構部を設けてもよい。
【００２９】
胴体ハウジング部１ａの右端部には、トルク設定ダイヤル５ａが設定されている。トルク設定ダイヤル５ａは、図３に示すように、ダイヤル５ａによって締付トルクを電気的に設定するように構成され、設定した検出電圧は、トルク設定回路５に入力され、トルク設定回路５の出力は、後述する演算部１９に入力され、モータ２の回転数の制御信号として使用される。ダイヤル５ａは、ドライバによる締付トルクの大きさに対応して、例えば、１０段階の締付トルクを設定するように１０段階の電気的信号を出力する。ダイヤル５ａは例えばポテンショメータにより構成される。この設定ダイヤル５ａは、ハンドルハウジング部１ｂの制御回路基板４の近傍に設置してもよい。
【００３０】
もし、トルク設定ダイヤル５ａによって設定した締付トルク以上の負荷トルクがスピンドル２７ａに加わると、後述する本発明に従ってモータ部２およびインバータ回路部３に流れるモータ電流が停止され、減速機構部２６を含む動力伝達部（回転駆動部）２５の動作が停止されるように構成する。これによって過大負荷電流に対するモータ部２およびインバータ回路部３の焼損が防止できる。電子的クラッチの主な目的は、段階的なトルク制御を行うことにあるが、本発明によれば、過大負荷電流に対する保護によって、クラッチ機能を持たせることができる。
【００３１】
減速機構部２６は、周知の技術によって構成され、ブラシレス直流モータ２の回転出力軸２ｅのピニオンギアに噛合う、例えば、２段の遊星歯車減速機構（変速ギアケース）（図示なし）から構成される。
【００３２】
ブラシレス直流モータ２は、本実施形態によれば、３相ブラシレス直流モータから構成される。ブラシレス直流モータ２は、図２に示すように、円筒状の外形をもつステータ２ｃと、ステータ２ｃのティース部２ｈの内周部内に同心軸状に設けられ、回転出力軸２ｅ方向に延びるＮ極およびＳ極の永久磁石（マグネット）が埋め込まれた内部磁石配置形であるロータ（マグネットロータ）２ａと、ステータ２ｃの３相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗからなるステータ巻線（電機子巻線）２ｄとから構成される。
【００３３】
ステータ巻線２ｄは、ステータヨーク２ｃのティース部２ｈを取り囲むように、樹脂材料からなる絶縁層２ｆ（図１参照）を介してスロット２ｇ内に巻回されている。ロータ２ａの近傍には、ロータ２ａの回転位置を検出するために、回転方向に６０°毎に配置された３つの回転位置検出素子（ホールＩＣ）１０、１１、１２（図３参照）が配置される。スター結線されたステータ２ｃの３相巻線２ｄ（Ｕ、Ｖ、Ｗ）には、インバータ回路部３より回転位置検出素子１０、１１、１２の位置検出信号に基づいて電気角１２０°の通電区間に制御された電流が供給される。なお、ブラシレス直流モータ２のロータ２ｂの回転位置検出手段（１０、１１、１２）は、ホールＩＣによって電磁結合的に検出する他に、ステータ巻線２ｄの誘起起電圧（逆起電力）を、フィルタを通して論理信号として取出すことによってロータ位置を検出するセンサレス方式を採用することもできる。
【００３４】
再び図１を参照して、胴体ハウジング部１ａは、ハンドルハウジング部１ｂと共に一体に形成された合成樹脂材料からなり、ハンドルハウジング部１ｂと一体に形成される、ブラシレス直流モータ２の回転軸中心に沿った垂直面で２分される断面形状が半円状の胴体ハウジング部１ａの一対を準備し、予め、図１の部分断面図で示すような一方の胴体ハウジング部１ａに、ブラシレス直流モータ２のロータ回転軸２ｅやステータ２ｃ等の組込みを行い、しかる後、一対のハウジング部材１ａ、１ｂの他方を重ねて、ネジ締め等で一対のハウジング部材１ａ、１ｂを締結させる方法が取られる。したがって、一対の胴体ハウジング部１ａおよびハンドルハウジング部１ｂの締結体（完成体）において、ステータ２ｃの外周面は、胴体ハウジング部１ａと一体形成された複数のステータ保持部（リブ部）（図示なし）によって把持または挟持される。
【００３５】
モータ２の右端部側には冷却用ファン２４が設けられ、冷却用ファン２４近傍の胴体ハウジング部１ａには、図示されていないが、排気口（通風口）が形成されている。一方、胴体ハウジング部１ａの左端部には吸気口（通風口）２１が形成され、この吸気口２１から冷却用ファン２４の近傍に形成される上記排気口に至る通路２３は、冷却用空気の流通路を形成し、インバータ回路部３の半導体スイッチング素子３ａの温度上昇、およびモータ２のステータ巻線２ｄの温度上昇を抑制する。特に、ドライバモードまたはドリルモードにおいて、モータ２の負荷状況によっては半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に大電流が流れて該スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の発熱が大きくなるので、冷却用ファン２４によってインバータ回路部３を強制的に空冷する。
【００３６】
なお、インバータ回路部３は、円形状の回路基板からなり、モータ２のステータ２ｃの一端部側を全面的に覆っている。一方、ステータ２ｃの他端部側には、防塵カバー２２が設けられ、インバータ回路部３と同様に、ステータ２ｃの他端部側面を覆っている。これらインバータ回路部３および防塵カバー２２の両者は、ステータ２ｃと共に、ロータ２ａを閉塞または密封する防塵構造（密閉構造）を形成する。これにより、モータ２への粉塵の侵入を防止できる。
【００３７】
ハンドルハウジング部１ｂの下端部には、ブラシレス直流モータ２の駆動電源となる電池パック８が着脱可能に装着されている。また、電池パック８の上部には、モータ２のインバータ回路部３を制御するための制御回路部（（回路基板）４が、紙面を横切る方向に延在するように設けられている。
【００３８】
一方、ハンドルハウジング部１ｂの上端部にはスイッチトリガ７が配設され、スイッチトリガ７のトリガ操作部７ａがバネ力によって付勢された状態でハンドルハウジング部１ｂから突出している。作業者がトリガ操作部７ａをバネ力に抗してハンドルハウジング部１ｂ内方向へ把持することによって、トリガ押込量（操作量）を調整し、モータ２の回転数を制御することができる。本実施態様によれば、スイッチトリガ７は、トリガ押込量をインバータ回路部３の半導体スイッチング素子３ａを駆動するＰＷＭ駆動信号のＰＷＭデューティーに変換するために、後述する印加電圧設定回路１４（図３参照）に電気的接続されている。
【００３９】
電池パック８は、スイッチトリガ７および制御回路部４へ駆動電源を供給し、かつインバータ回路部３へ駆動電力を供給するように電気的接続されている。電池パック８を構成する二次電池は、リチウムイオン電池が使用されている。リチウムイオン電池は、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池に比較して約３倍のエネルギー密度を持ち、小形軽量であるという利点をもっている。このため、ハンドルハウジング部１ｂ内に収納する電池パック８の収納部分を少なくすることができるので、ハンドルハウジング部１ｂの把持部には電池パックの収納を省略し、その把持部の外周長を他の電池種を使用する場合より短く形成し、握り易いハンドル形状にすることができる。このリチウムイオン電池の電源電圧は、例えば、１４．４Ｖに設定される。もちろん、本発明は電池パック８がニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池で構成される場合にも適用できる。
【００４０】
［電動回転工具の回路的構成］
ブラシレス直流モータ２のインバータ回路部３および制御回路部４について、図３を参照して説明する。
【００４１】
インバータ回路部（電力変換器）３は、３相ブリッジ形式に接続された６個の半導体スイッチング素子３ａを有し、半導体スイッチング素子３ａは、本実施態様によれば、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）Ｑ１〜Ｑ６から構成されている。ブリッジ接続された６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６の各ゲートは、制御回路部４の制御信号出力回路１３に接続され、また、６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６のコレクタまたはエミッタはスター結線されたステータ巻線２ｄ（巻線：Ｕ、Ｖ、Ｗ）に接続される。これによって、６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６は、制御信号出力回路１３から入力されたスイッチング素子のＰＷＭ駆動信号Ｈ１〜Ｈ６によってスイッチング動作を行い、インバータ回路部３に印加される電池パック８の直流電圧を、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の駆動電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換して、ステータ巻線２ｄ（３相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗ）へ３相交流電力を供給する。
【００４２】
制御回路部４は、図１に示したスイッチトリガ７および制御回路基板４の回路装置を含み、インバータ回路部３へＰＷＭ駆動信号を出力するために設けられている。機能的には処理プログラムとデータに基づいて制御信号出力回路１３の出力駆動信号を形成するための演算部１９と、上述したトルク設定ダイヤル５ａの検出信号を受けるトルク設定回路５と、上記３つのホールＩＣ１０、１１、１２の出力信号に基づいてロータ２ａとステータ２ｃのステータ巻線Ｕ、Ｖ、Ｗとの関係位置を検出し、演算部１９へ通常のロータ２ａの位置情報を出力する回転子位置検出部１６と、ホールＩＣ１０、１１、１２から一定間隔で出力される信号の時間間隔からモータ２の回転数を検出する回転数検出回路１７と、モータ２の駆動電流を常に検出して、その情報を演算部１９に出力する電流検出回路１８と、電池パック８からモータ２のステータ巻線２ｄへ供給される電源電圧を検出する電圧検出回路２０と、上記したスイッチトリガ７のトリガ操作部７ａによるトリガ押込量に応答してスイッチトリガ７において発生する出力制御信号に対応するＰＷＭ信号のＰＷＭデューティーを設定するための印加電圧設定回路１４と、モータ２の正逆切替レバー９（図１参照）による正方向回転または逆方向回転の操作を検出してモータ２（ロータ２ａ）の回転方向を設定するための回転方向設定回路１５と、から構成されている。
【００４３】
演算部１９は、電流検出回路１８、電圧検出回路２０、および印加電圧設定回路１４の各出力情報に基づいて、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のＰＷＭ駆動信号のＰＷＭデューティー比を制御することによって、モータ部２への印加電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを制御する。また、回転方向設定回路１５と回転子位置検出回路１６の情報を基に、所定のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を所定の順序にスイッチングすることによってステータ巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに印加電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを所定の順序に供給するように制御し、これによって、設定した回転方向にモータ２を回転させるように制御する。また、トルク設定回路５の出力情報に基づいてモータ部２の運転の起動または停止を制御する。この演算部１９は、図示されていないが、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ＣＰＵ、後述するような制御フローを実行する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、時間をカウントするためのタイマ等を含むマイコンによって構成されている。
【００４４】
制御回路部４は、６個の半導体スイッチング素子３ａ（Ｑ１〜Ｑ６）の各ゲートを駆動するスイッチング駆動信号（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ＰＷＭ駆動信号Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６として供給し、スイッチトリガ７（図１参照）のトリガ操作部７ａのトリガ押込量に応答する印加電圧設定回路１４の出力信号に基づいて、ＰＷＭ駆動信号のパルス幅のデューティー比（以下、「ＰＷＭデューティー」と称する）を変化させることによりモータ２への電力を調整し、モータ２の起動および回転速度を制御する。スイッチトリガ７のトリガ操作部７ａのトリガ押込量（ｄ）とＰＷＭデューティー（ＰＷＭ  ＤＵＴＹ）との関係図の一例を図４に示す。なお、ＰＷＭ駆動信号は、３個の負電源側スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６に供給する代わりに、正電源側スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３の駆動信号Ｈ１〜Ｈ３をＰＷＭ駆動信号として形成しても、結果的に、電池パック８の直流電圧から各ステータ巻線Ｕ、Ｖ、Ｗへ供給する印加電圧を制御することができる。
【００４５】
以上の構成により、制御回路部４は、回転方向設定回路１５によって設定された正回転方向または逆回転方向の回転設定信号、回転子位置検出回路１６の位置検出信号、回転数検出回路１７の回転数検出信号、電流検出回路１８のモータ電流検出信号、電圧検出回路２０の電源電圧検出信号、および印加電圧設定回路１４のＰＷＭデューティー設定信号に基づいて、制御信号出力回路１３からインバータ回路部３へＰＷＭ駆動信号Ｈ１〜Ｈ６を出力し、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチングを交互に制御することにより、３相交流電圧がモータ２のステータ巻線Ｕ、Ｖ、Ｗへ出力されるように制御する。また、ＰＷＭ駆動信号Ｈ１〜Ｈ６のＰＷＭデューティーを調整することによりモータ２のモータ電流およびモータ回転数（回転速度）を制御する。さらに、制御回路部４により、モータの起動または停止を行う。
【００４６】
［電動回転工具の締付トルク検出のための制御フロー］
以下に、電動回転工具４０によって、ボルトやナット等のネジ締付作業を行う場合の制御フローについて、図５を参照して説明する。
【００４７】
処理３００において、ボルトやナット等のネジ締付トルクの大きさ（負荷状況）に対応してトルク設定ダイヤル５ａによって所望の締付トルク（Ｔｓｅｔ）の設定を行う。設定ダイヤル５ａの出力はトルク設定回路５に入力され、設定値は演算部１９のメモリ部（ＲＡＭ）に記憶される。
【００４８】
ステップ３０１において、作業者がスイッチトリガ７（トリガ操作部７ａ）を引込んでスイッチトリガ７をオンしたか否かを判断する。オンされれば、ステップ３０２においてモータの起動を開始させる。次に、ステップ３０３において、スイッチトリガ７のトリガ操作部７ａのトリガ操作量（トリガ引込量）に基づいて、ＰＷＭ駆動信号（Ｈ１〜Ｈ６）のＰＷＭデューティー（ＰＷＭ  ＤＵＴＹ）の目標値（ＰＷＭ  ＤＵＴＹｓｅｔ）を設定する。ＰＷＭデューティーの目標値ＰＷＭ  ＤＵＴＹｓｅｔは、ステップ３００で設定された目標締付トルクＴｓｅｔに対応して設定する。なお、ＰＷＭデューティーの目標値ＰＷＭ  ＤＵＴＹｓｅｔは、スイッチトリガ７の操作部の操作量によって決定され、上記目標締付トルクＴｓｅｔと関係なく設定できる。
【００４９】
次に、ステップ３０４において、検出したＰＷＭ駆動信号のＰＷＭデューティー（ＰＷＭ  ＤＵＴＹ）が、設定したＰＷＭ目標値ＰＷＭ  ＤＵＴＹｓｅｔになるように、ＰＷＭデューティーの加算を行う。この加算は、現ＰＷＭ  ＤＵＴＹに対して一定の割合、例えば、Ｂ％の割合で行う。
【００５０】
ステップ３０５において、トリガ操作部７ａのトリガ操作量（トリガ引込量）に基づく加算が、目標値ＰＷＭ  ＤＵＴＹｓｅｔに達したか否かを判別する。現ＰＷＭ  ＤＵＴＹが目標値ＰＷＭ  ＤＵＴＹｓｅｔを超えている場合は、ステップ３０６によって現ＰＷＭ  ＤＵＴＹ＝目標値ＰＷＭ  ＤＵＴＹｓｅｔになるように制御する。
【００５１】
ステップ３０６で現ＰＷＭ  ＤＵＴＹ＝目標値ＰＷＭ  ＤＵＴＹｓｅｔにされ、またはステップ３０５において現ＰＷＭ  ＤＵＴＹが目標値ＰＷＭ  ＤＵＴＹｓｅｔより小さい値に制御されている場合は、ステップ３０７においてモータ電流Ｉを検出する。そして、引き続くステップ３０８で、検出したモータ２（ステータ巻線２ｄ）のモータ電流Ｉに基づいて第１の締付トルクＴ１の推定値を算出する。第１の締付トルクＴ１の算出は、モータ電流Ｉにモータのトルク特性定数Ｋ１を乗算し、その乗算値（Ｋ１＊Ｉ）から損失トルクＴ０を差し引いた値（Ｔ１＝Ｋ１＊Ｉ−Ｔ０）とする。図６はモータ電流Ｉと算出した推定第１の締付トルクＴ１との関係を示す。この関係は、演算部１９のメモリ部（ＲＯＭ）に記憶しておく。
【００５２】
引き続くステップ３０９において、回転数検出回路１７によってモータ２の回転数Ｎを検出する。一方、ステップ３１０において、電圧検出回路２０によって電池パック８からモータ２へ供給される電源電圧Ｖを検出し、ステップ３１１で、その検出電圧Ｖと現ＰＷＭ  ＤＵＴＹに基づいてモータ２（ステータ巻線２ｄ）に印加されるモータ印加電圧Ｅ（Ｅ＝Ｖ＊現ＰＷＭ  ＤＵＴＹ）を算出する。さらに、ステップ３１２に進み、上記検出回転数Ｎおよび算出したモータ印加電圧Ｅから、第２の締付トルクの推定値Ｔ２を算出する。第２の締付トルクの推定値Ｔ２は、モータ印加電圧Ｅのトルク特性定数Ｋ２を乗算した値より、回転数Ｎのトルク特性定数Ｋ３を乗算した値および損失トルクＴ０を差し引いた値（Ｔ２＝Ｋ２＊Ｅ−Ｋ３＊Ｎ−Ｔ０）となる。図７はモータ回転数Ｎと算出した推定第２の締付トルクＴ２との関係を示す。この関係も、第１の締付トルクＴ１と同様に、演算部１９のメモリ部（ＲＯＭ）に記憶しておく。
【００５３】
次に、ステップ３１３において、上記第１の締付トルクの推定値Ｔ１と上記第２の締付トルクＴ２との平均値Ｔａｖｅ（Ｔａｖｅ＝Ｔ１＋Ｔ２／２）を求め、ステップ３１４に進み、上記締付トルクＴａｖｅが、最初に設定した設定締付トルクＴｓｅｔ（設定目標値ＰＷＭ  ＤＵＴＹｓｅｔ）を超えたか否かを判断する。目標値を超えた場合（Ｙｅｓの場合）、ステップ３１５でモータ２の運転を停止させる。これにより、ボルトやナット等のネジによる被締付部材への締付に際し、ネジが潰れたり、過度な締付が生じたりすることを防止することができる。もし、目標値Ｔｓｅｔを超えていない場合には、ステップ３０３に戻り、所定の締付トルクに達するまで、上記の動作を繰り返す。
【００５４】
かかる実施態様によれば、締付トルクの推定（検出）は、モータ電流（Ｉ）から算出した第１の締付トルク（Ｔ１）と、モータ回転数（Ｎ）から算出した第２の締付トルク（Ｔ２）との平均値（Ｔ１／２＋Ｔ２／２）により締付トルクを推定するので、トルク測定器で検出する実際の締付トルクに近く、かつ緩やかに変化する締付トルクを検出することができる。
【００５５】
また、上記実施態様において、モータ電流（Ｉ）から算出した上記第１の締付トルク（Ｔ１）またはモータ回転数（Ｎ）から算出した上記第２の締付トルク（Ｔ２）のいずれか一方の算出トルクを、直接、締付トルクＴａｖｅと見做した値で、予め設定した締付トルクＴｓｅｔと比較して制御してもよい。ただし、この場合、上記第１の締付トルク（Ｔ１）と上記第２の締付トルク（Ｔ２）との平均値で推定した締付トルクＴａｖｅに比較して実際の締付トルクからの差が大きくなるので、比較的に大きい締付トルクを制御する場合に実用に供することができる。
【００５６】
以上の実施態様から明らかにされるように、本発明によれば、締付トルクの検出およびモータの停止手段によれば、電流検出手段によって検出したモータ駆動電流、または回転数検出手段によって検出したモータ回転数から締付トルクを算出するので、モータ制御回路装置の制御プログラムの中に、締付トルク検出およびモータ停止の制御手段を追加することによって、構造的に特別な形状を有するトルク検出装置を装着することなく、所期の目的を達成できる。
【００５７】
また、本発明によれば、ブラシレス直流モータのＰＷＭ駆動信号のＰＷＭデューティーに対応して締付トルクを設定し、かつＰＷＭデューティーを可変させることによって、モータ電流およびモータ回転数を制御して締付トルクを制御するので、締付トルクの制御が容易となる。特に、本発明は、ＰＷＭデューティーの可変により広範囲の回転速度の制御が可能なブラシレス直流モータを動力駆動源とする電動回転工具に適用して好適となる。
【００５８】
さらに、本発明によれば、モータが焼損しない範囲内の締付トルクに設定してモータを運転させるので、作業の中断による電池パックの電力消費を低減させることができる。また、本発明によれば、負荷状態またはＰＷＭ駆動信号のＰＷＭデューティーに対応して締付トルクを検出するので、電池パックの一充電当たりにおける作業量の効率を向上させることができる。
【００５９】
なお、上記実施形態では、ブラシレス直流モータとして３相ブラシレス直流モータを使用した場合について説明したが、３相以外のブラシレス直流モータを使用することもできる。また、本発明は、上記実施態様で説明したドライバドリル以外に、ドライバ、インパクトドライバ、ドリル、またはディスクグラインダ等の他の電動回転工具に適用することもできる。さらに、電動回転工具の電池パックの二次電池としてリチウムイオン電池を使用したが、ニカド電池、ニッケル水素電池等の他の二次電池で構成できる。特に、リチウムイオン電池を使用する場合は、電池パックの小型、軽量化が可能となり、電動回転工具の作業効率の向上と、小型、軽量化による操作性の向上とが期待できる。
【００６０】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施形態に係る電動回転工具の全体構造図。
【図２】図１に示した電動回転工具のＡ−Ａ線に沿うブラシレス直流モータの断面図。
【図３】図１に示した電動回転工具の機能ブロック図。
【図４】図１に示した電動回転工具におけるスイッチトリガの押込量とＰＷＭ信号のデューティーとの関係を示す特性図。
【図５】図３示した電動回転工具における締付トルク検出手段の実施態様に係る制御フローチャート。
【図６】図５に示した締付トルク検出手段に用いられるモータ電流と第１の締付トルクの推定値との関係を示す特性図。
【図７】図５に示した締付トルク検出手段に用いられるモータ回転数と第２の締付トルクの推定値との関係を示す特性図。
【符号の説明】
【００６２】
１：ハウジング      １ａ：胴体ハウジング部      １ｂ：ハンドルハウジング部
２：ブラシレス直流モータ      ２ａ：ロータ（マグネットロータ）
２ｂ：永久磁石      ２ｃ：ステータ（ステータヨーク）      ２ｄ：ステータ巻線
２ｅ：出力回転軸      ２ｆ：絶縁層      ２ｇ：スロット      ２ｈ：ティース部
３：インバータ回路部      ３ａ：半導体スイッチング素子      ４：制御回路部
５：トルク設定回路      ５ａ：トルク設定ダイヤル      ７：スイッチトリガ
７ａ：トリガ操作部      ８：電池パック（リチウムイオン二次電池）
９：正逆切替レバー      １０、１１、１２：回転位置検出素子（ホールＩＣ）
１３：制御信号出力回路      １４：印加電圧設定回路      １５：回転方向設定回路
１６：回転子位置検出回路      １７：回転数検出回路      １８：電流検出回路
１９：演算部      ２０：電圧検出回路      ２１：吸気口      ２２：防塵カバー
２３：空気流通路      ２４：冷却用ファン      ２５：動力伝達部
２６：減速機構部      ２７：伝達機構部      ２７ａ：スピンドル（出力軸）
２８：チャック（先端工具取付部）      ４０：電動回転工具
Ｈ１〜Ｈ６：ＰＷＭ駆動信号      Ｑ１〜Ｑ６：半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）
Ｕ、Ｖ、Ｗ：３相ステータ巻線
【図１】
0005182562.tif 000002
【図２】
0005182562.tif 000003
【図３】
0005182562.tif 000004
【図４】
0005182562.tif 000005
【図５】
0005182562.tif 000006
【図６】
0005182562.tif 000007
【図７】
0005182562.tif 000008