(57)【要約】【課題】  クラッチ機構部が動作した際のモータの停止制御を改良することにより確実に締め付けを完了させる。【解決手段】  モータにより駆動される先端工具と、モータと先端工具の回転力伝達経路にクラッチが作動したことを検知するホール素子が設けられたクラッチ部を有する回転工具であって、ホール素子の出力がある一定時間だけ所定のレベル（ローレベルからΔＶｃボルト高い状態）を超えたとき（時間ｔ２）から、モータを所定の角度ＷＴだけ回転させた後（時間ｔ３）に停止させるように構成した。所定の角度ＷＴの制御は、回転角の検出で行っても良いし経過時間で行っても良い。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、
前記モータにより駆動される先端工具と、
前記モータと前記先端工具の回転力伝達経路にクラッチが作動したことを検知する電子スイッチが設けられたクラッチ部と、を有する回転工具であって、
前記電子スイッチの出力がある一定時間所定のレベルを超えたときに、モータを所定の角度分回転させた後に停止させることを特徴とする回転工具。
【請求項２】
前記電子スイッチは、前記クラッチ部が作動して回転力の伝達が遮断された際に停止信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の回転工具。
【請求項３】
前記クラッチ部は、動力伝達を遮断するために軸方向に移動する移動部材と、移動しない固定部材を有し、
前記電子スイッチは、前記移動部材に設けられる磁石と、前記磁石に対向した位置であって前記固定部材に設けられる磁気検出手段を含んで構成されることを特徴とする請求項２に記載の回転工具。
【請求項４】
前記磁気検出手段は、ホール素子であることを特徴とする請求項３に記載の回転工具。
【請求項５】
前記回転工具は、モータの回転を制御する制御部を有し、
前記制御部は、前記電子スイッチの出力が所定のレベルを超えた後に、前記モータが所定の回転角だけ回転した後に前記モータを停止させ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回転工具。
【請求項６】
前記回転工具は、モータの回転を制御する制御部を有し、
前記制御部は、前記電子スイッチの出力が所定のレベルを超えた後に、前記モータが所定時間だけ回転した後に前記モータを停止させ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回転工具。
【請求項７】
モータと、
前記モータによって回転駆動される出力軸と、
前記モータと出力軸の間に設けられるクラッチと、
前記クラッチの動作を検知するセンサと、を有する回転工具であって、
前記センサによってクラッチの動作を検知した後、前記モータを所定量回転させた後に前記モータの回転を停止させることを特徴とする回転工具。
【請求項８】
前記クラッチの動作の際に移動する移動部材を設け、
前記移動部材に磁石を固定し、
前記磁石に対向する位置に、磁気検出手段を設けたことを特徴とする請求項７に記載の回転工具。
【請求項９】
前記センサによってクラッチの動作を検知した後、前記モータを所定角度回転させた後に前記モータの回転を停止させることを特徴とする請求項８に記載の回転工具。
【請求項１０】
前記センサによってクラッチの動作を検知した後、前記モータを所定時間だけ回転させた後に前記モータの回転を停止させることを特徴とする請求項８に記載の回転工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はクラッチ機構付きの回転工具に関し、特にクラッチ機構が作動した際にモータの回転を停止させる停止スイッチを有する回転工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のクラッチ機構付きの回転工具においては、起動スイッチをオンにしてモータが回転させると、回転軸から減速機構に回転力が伝達され、所定の回転数に減速されて、クラッチ機構を介してシャフト及びソケットに回転力が伝達され先端工具を回転させる。これにより締付部材である図示しないねじ等が被締付材に締め込まれる。このような回転工具の例として特許文献１の技術が知られており、特許文献１ではねじが締め込まれて、締付けトルクが所定のトルクに達したときにクラッチ機構が作動し、減速機構とシャフトの接続が解除されることによって、締付部材の締め付けが終了する。この際、クラッチ機構が作動すると停止スイッチ（リミットスイッチ）がオフとなってモータを自動停止させる。
【０００３】
この従来例のクラッチ機構及び停止スイッチの構成を示すのが図７である。図７は従来例に係る回転工具の部分断面図である。回転工具の図示しないモータの回転軸５ｄの前側には遊星歯車機構からなる減速機構５０が接続され、減速機構５０の前側にはクラッチ機構２７０を介してシャフト７が接続される。減速機構５０は、２段式の遊星歯車減速機構であり、モータの回転軸５ｄに取り付けられた第一ピニオン５１が入力軸となる。第一ピニオン５１の周囲には第一遊星ギヤ５２が設けられ、第一ピニオン５１が回転することによって第一遊星ギヤ５２は外周側のリングギヤ５３と噛合しながら第一ピニオン５１の周りを公転する。第一遊星ギヤ５２はニードルピン５４によって第一ギヤホルダ５５に固定される。第一ギヤホルダ５５は遊星キャリアとしての機能を果たし、その前方側には第二ピニオン５６が一体に成型される。
【０００４】
第二ピニオン５６の周囲には、第二遊星ギヤ５８が設けられ、第二ピニオン５６が回転することによって第二遊星ギヤ５８は外周側のリングギヤ５３と噛合しながら第二ピニオン５６の周りを公転する。第二遊星ギヤ５８はニードルピン５９によって第二ギヤホルダ６０に固定される。第二ギヤホルダ６０は遊星キャリアとしての機能とクラッチカムの機能を兼用するもので、前方の軸方向と垂直な面には円周方向に複数のクラッチカムを形成する凹凸部（図示せず）が設けられる。クラッチカムの凹部には複数のボール７１が配置され、ボール７１の前側から軸方向に移動可能なカラー７２によってボール７１が保持される。カラー７２はニードル７３を介してクラッチスリーブ２７４に接続される。ニードル７３はギヤボックス２０９を軸方向に貫通する丸棒であり、例えば円周方向に等間隔で複数本設けられる。
【０００５】
クラッチスリーブ２７４は、クラッチ機構２７０が動作するトルクを調整するための部材であって、スプリング７７によってクラッチスリーブ２７４を後方側に付勢される。この付勢力の強さによってクラッチ機構２７０が動作するトルクを任意に設定できるが、図７の構造ではクラッチリング２０４を回転させてスプリング７７の前方の保持位置を移動させることによって付勢力を調整できる。クラッチスリーブ２７４の周囲には段差付きの円環状の第二スリーブ２７７が設けられ、第二スリーブ２７７の前方側は第二スプリング２７６で付勢される。第二スリーブは、対向して設けられる停止スイッチ２７５のプランジャ２７５ａを押下するために設けられる部材である。
【０００６】
停止スイッチ２７５は、いわゆるプッシュ式のマイクロスイッチであり、プランジャ２７５ａが後方に押し込まれている状態で停止スイッチ２７５がオンとなり、プランジャ２７５ａの押し込まれる状態が解除されたら停止スイッチ２７５がオフとなる。クラッチ機構２７０が非動作時、即ちモータの動力がシャフト７に伝達されている図７に示す状況においては、プランジャ２７５ａが後方に押し込まれている状態であり、停止スイッチ２７５はオン状態である。
【０００７】
回転工具によるネジ締めが進んでシャフト７への負荷が、クラッチスリーブ２７４、ニードル７３を介してカラー７２に作用するスプリング７７の押圧力を超えると、第二ギヤホルダ６０の前方側に形成される図示しないクラッチカムがボール７１及びカラー７２を前方へ押し出して第二ギヤホルダ６０をシャフト７に対して空転させる。これがモータ５からの回転力がシャフト７に伝達しない状態であり、クラッチが作動した状態である。この際、クラッチスリーブ２７４が前方側に移動することにより、クラッチスリーブ２７４の外周側に設けられる第二スリーブ２７７も第二スプリング２７６の付勢力に抗して前方に移動し、プランジャ２７５ａの後方への押圧状態を解除する。このプランジャ２７５ａの押圧解除によって停止スイッチ２７５の接点（図示せず）が離合してオフ状態となってモータへ供給される電力が遮断され、モータの回転が停止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実開平１−１７０５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図７に示した従来の回転工具は、機械的接点を有する停止スイッチ２７５を用いるため、クラッチ機構２７０が動作したらすぐにモータの回転を停止させていた。このようにすぐにモータの回転を停止させてしまうと、クラッチの動作が不安定になる場合があった。すなわち、クラッチの動作が行われた後に、正転方向にモータが回転されれば所定のトルクに達することができるが、逆転方向にモータが回転した場合には、所定のトルクに達することができないものとなってしまっていた。
【００１０】
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、クラッチ機構部動作時の停止制御を改良することにより確実に締め付け作業を完了させることができる回転工具を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、クラッチ機構部動作後の締め付け具合を制御できるようにした回転工具を提供することにある。
【００１２】
本発明のさらに他の目的は、停止スイッチの機械的接点を無くして信頼性及び耐久性を大幅に向上した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】
【００１３】
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。
【００１４】
本発明の一つの特徴によれば、モータと、モータにより駆動される先端工具と、モータと先端工具の回転力伝達経路にクラッチが作動したことを検知する電子スイッチが設けられたクラッチ部を有する回転工具であって、電子スイッチの出力がある一定時間所定のレベルを超えたときに、モータを所定の角度分回転させた後に停止させるように構成した。電子スイッチは、クラッチ部が作動して回転力の伝達が遮断された際に停止信号を出力する。また、クラッチ部は、動力伝達を遮断するために軸方向に移動する移動部材と、移動しない固定部材を有し、電子スイッチは、移動部材に設けられる磁石と、磁石に対向した位置であって固定部材に設けられるホール素子、ホールＩＣ等の磁気検出手段を含んで構成した。
【００１５】
本発明の他の特徴によれば、回転工具はモータの回転を制御する制御部を有し、制御部は、電子スイッチの出力が所定のレベルを超えた後にモータが所定の回転角だけ回転した後にモータを停止させるか、或いは、モータが所定時間だけ回転した後にモータを停止させるように構成した。モータの回転角は、モータの回転制御に用いられるホール素子等の出力信号を用いることによって検出できる。
【００１６】
本発明のさらに他の特徴によれば、モータと、モータによって回転駆動される出力軸と、モータと出力軸の間に設けられるクラッチと、クラッチの動作を検知するセンサと、を有する回転工具であって、センサによってクラッチの動作を検知した後、モータを所定量回転させた後にモータの回転を停止させるように構成した。また、クラッチの動作の際に移動する移動部材を設け、移動部材に磁石を固定し、磁石に対向する位置に磁気検出手段を設け、センサによってクラッチの動作を検知したらモータを所定角度回転させた後にモータの回転を停止させるように構成した。尚、回転角を検出するのではなく、センサによってクラッチの動作を検知した後、モータを所定時間だけ回転させた後にモータの回転を停止させるように構成しても良い。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明によれば、電子スイッチの出力がある一定時間所定のレベルを超えたときに、モータを所定の角度分回転させた後に停止させるので、締め付け不足が生ずることが無く、設定トルクにて確実に締め付けを完了させることができる。
【００１８】
請求項２の発明によれば、電子スイッチは、クラッチ部が作動して回転力の伝達が遮断された際に停止信号を出力するので、作業者が起動スイッチを握って作業を開始したら、締め付け作業の終了時に自動的にモータの回転が止まるので作業性が向上する。
【００１９】
請求項３の発明によれば、電子スイッチは、移動部材に設けられる磁石と、磁石に対向した位置であって固定部材に設けられる磁気検出手段を含んで構成されるので、信頼性が高くて長寿命のスイッチ機構を実現できる。
【００２０】
請求項４の発明によれば、磁気検出手段はホール素子であるので、安価な部品にて信頼性の高いスイッチ機構を実現でき、回転工具のコストダウンを実現できる。
【００２１】
請求項５の発明によれば、電子スイッチの出力が所定のレベルを超えた後に、モータが所定の回転角だけ回転した後にモータを停止させるので、締め付け不足を確実に回避することができる。
【００２２】
請求項６の発明によれば、電子スイッチの出力が所定のレベルを超えた後に、モータが所定時間だけ回転した後にモータを停止させるので、クラッチ機構が働いた後の所定角度の締め付けがし難いような材質への締め付け作業においても、確実にモータを停止させることができる。
【００２３】
請求項７の発明によれば、回転工具においてセンサによってクラッチの動作を検知した後、モータを所定量回転させた後にモータの回転を停止させるので、締め付け不足が生ずることが無く、設定トルクにて確実に締め付けを完了させることができる。
【００２４】
請求項８の発明によれば、電子スイッチは、移動部材に設けられる磁石と、磁石に対向した位置であって固定部材に設けられる磁気検出手段を含んで構成されるので、信頼性が高くて長寿命のセンサを実現できる。
【００２５】
請求項９の発明によれば、センサによってクラッチの動作を検知した後、モータを所定角度回転させた後にモータの回転を停止させるので、締め付け不足を確実に回避することができる。
【００２６】
請求項１０の発明によれば、センサによってクラッチの動作を検知した後、モータを所定時間だけ回転させた後にモータの回転を停止させるので、クラッチ機構が働いた後の所定角度の締め付けがし難いような材質への締め付け作業においても、確実にモータを停止させることができる。
【００２７】
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】
【００２８】
【図１】本発明の実施例に係る電動式ドライバの縦断面図である。
【図２】本発明の実施例に係る電動式ドライバの側面図である。
【図３】図１の減速機構５０及びクラッチ機構７０付近の部分拡大断面図である。
【図４】本発明の実施例に係る電動式ドライバのモータ５の駆動制御系を示す回路ブ    ロック図である。
【図５】本発明の実施例に係る電動式ドライバのモータ５の駆動制御の手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施例に係る電動式ドライバのクラッチ機構７０が動作する際の、モータ５の回転数の変化、クラッチ動作検出回路９１の出力、モータ５の駆動状態を説明するための図である。
【図７】従来例に係るクラッチ機構付きの電動式ドライバの部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２９】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下の図において、同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。また、本明細書においては、上下、前後左右の方向は図１から図３に示す方向であるとして説明する。
【００３０】
図１は本発明の実施例に係る電動式ドライバ１の断面図である。電動式ドライバ１はモータ５を有し、モータ５を内部に収納するハウジング２と、モータ５の回転を所定の減速比で減速する減速機構５０と、減速機構５０の前方に設けられるクラッチ機構７０と、クラッチ機構７０の前方に取り付けられ、シャフト７を回転可能に保持するケース３と、ケース３から前方に延びて先端工具を取り付けるためのソケット８を含んで構成される。本実施例においては、モータ５、減速機構５０、クラッチ機構７０、シャフト７及び先端工具は同軸上に配置される。減速機構５０は、モータ５の回転を所定の比率で減速してクラッチ機構７０に伝達するもので、例えば２段式の遊星歯車を用いた構成である。減速機構５０の前方には、先端工具に一定の負荷トルクが加わると減速機構５０とシャフト７の回転伝達を解除するクラッチ機構７０が設けられる。クラッチ機構７０が作動して減速機構５０とシャフト７の回転伝達が解除される際の負荷トルクの大きさは、ダイヤル２２を回転させることによって調節可能である。ダイヤル２２は透明な保護部材であり、クラッチリング４が回転を容易にするための部材である。クラッチリング４は、スプリング７７の前端と接触し、ケース３の外周に形成されたネジ部分と螺合することにより軸方向に移動可能である。クラッチリング４を回転させるとスプリング７７が圧縮され、ボール７１の押付け力を強くすることができる。
【００３１】
モータ５を収容するハウジング２は筒状に形成され、モータ５の回転軸５ｄの延長線を通る鉛直面で左右に分割可能に構成される。右側のハウジングには、図示しない複数のネジボスが形成され、図示しないネジにて左側のハウジングと固定される。このようにハウジングの部分を左右分割式に構成したので、一方のハウジングに、モータ５、減速機構５０、クラッチ機構７０や後述するスイッチレバー１０、正逆切替スイッチ２１、回路部品及び基板等を配置した後、他方のハウジングをかぶせてねじ止めすることにより、容易に組み立てることができる。
【００３２】
ハウジング２のほぼ中央付近には、いわゆるインナーロータ型のブラシレスＤＣ方式のモータ５が収容される。モータ５は、回転軸５ｄに永久磁石を有する回転子５ａが取り付けられ、ハウジング２側にコイル５ｃを有する固定子５ｂが固定される。モータ５の前方側において、回転軸５ｄと同軸上に小型の冷却ファン６が設けられる。モータ５が回転することによって冷却ファン６も回転し、ハウジング２の後方に設けられる図示しない空気取入口から外気を吸引して、インバータ基板２７に搭載されるスイッチング素子１６やモータ５の周囲を流れることにより各部を冷却し、ハウジング２の前方側に設けられる図示しない排出口から排出される。モータ５の回転軸５ｄは２つのベアリング１９ａ、１９ｂにより回転可能に保持される。ベアリング１９ａ、１９ｂはハウジング２の側壁から突出して形成される固定リブ２ａ、２ｂによってそれぞれ保持される。
【００３３】
ハウジング２の後端部には、電源基板２６、インバータ基板２７及び制御基板２８の３つの回路基板が搭載される。ハウジング２にはコネクタ２９ｂを介して電源コード２９ａが接続され、電源回路１８には外部から例えば５０Ｈｚ、１００Ｖの交流が供給される。電源基板２６には、供給された交流電力を、所定の直流電力に整流するための電源回路１８が設けられる。整流された直流電力は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子１６により構成されるインバータ回路により、モータ５のコイル５ｃの各相に所定の間隔で順次供給される。インバータ回路や、インバータ基板２７上に搭載されるインバータ回路を制御するための制御回路１７の構成は、ブラシレスＤＣモータを制御する公知の回路を用いることができる。その制御回路についての詳細説明は後述する。
【００３４】
ハウジング２の上部にはモータ５の回転をオンオフするための起動スイッチが設けられる。起動スイッチは、ハウジング２に対して回動軸１２を基準に揺動可能なスイッチレバー１０と、スイッチレバー１０を所定の揺動方向に付勢するスプリング１１と、回動軸１２に対してスイッチレバーの１０の押圧面１０ａとは反対側の端部１０ｂに取り付けられる永久磁石１３と、永久磁石１３と対向する位置に設けられるホール素子１４により構成される。ホール素子１４は基板１５に搭載される。ハウジング２から外部に突出するスイッチレバー１０の押圧面１０ａを押下し、スプリング１１が圧縮される方向にスイッチレバー１０を移動させると、図１ではスイッチレバー１０が回動軸１２を中心に反時計方向に揺動（微少角度だけ回転）し、永久磁石１３とホール素子１４の対面状態が解除される。その結果、ホール素子１４が永久磁石１３から生ずる磁界の影響をうけなくなりホール素子１４の出力がローとなり、この出力変化が後述する制御部へ信号が伝達される。このように、スイッチレバー１０を移動させることによりホール素子１４が磁石の近接離間を検知するので、モータ５の回転をオン又はオフすることができる。この起動スイッチの機構は、機械的な接点を有せずに永久磁石１３を用いて磁気的にホール素子１４にて検知するので、接点が劣化することが無く、長期間安定して作動させることができる。
【００３５】
ハウジング２のモータ５の下部には、モータ５の回転方向を正転と逆転に切替えるための正逆切替スイッチ２１が設けられる。正逆切替スイッチ２１は切替操作レバー２０をモータ５が収容されるハウジング２の中腹部の外周側であって、モータ５の回転軸５ｄの方向と、切替操作レバー２０の延びる方向がほぼ平行になるように設けられる。正逆切替スイッチ２１の後方には、表示部２３が設けられる。表示部２３は本体の下面から視認できるように配置され、例えば現在の回転数やトルクなどを表示することができる。
【００３６】
ここで、ハウジング２においてモータ５が占める軸方向（前後方向）の長さ部分をＭとすると、スイッチレバー１０の外部に突出する部分（即ち押圧面１０ａ）が占める軸方向の長さ部分はＳ１となる。このＳ１は完全にＭの範囲内になるようにスイッチレバー１０が配置される。
【００３７】
モータ５の回転軸５ｄの後端には位置検出用の永久磁石３０が設けられ、この永久磁石３０に対向する位置に３つのホール素子３１が設けられる。ホール素子３１は、回転子５ａ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°毎に基板３２上に配置される。
【００３８】
図２は、本発明の実施例に係る電動式ドライバ１の側面図である。本実施例の電動式ドライバ１は、後方に吊り下げ用のフック３３が設けられ、工場の流れ作業等のラインで、フック３３を用いて弾力性のあるゴム等で吊り下げておく。作業者は、ハウジング２の中央付近の把持部分を片方の手２４（通常は利き手）で握って作業する。この際、スイッチレバー１０は、例えば人差し指で握ることによって電動式ドライバ１を握る動作とスイッチをオンにする動作を同時に行うことができる。
【００３９】
再び図１に戻り、スイッチレバー１０と共にハウジング２の把持部分を握って揺動させるとホール素子１４が磁石の近接離間を検知し、電源回路１８からインバータ回路に整流された直流が供給される。インバータ回路によって、所定の駆動電流がモータ５の所定のコイル５ｃに順次供給されることによって回転子５ａが回転する。モータ５が回転すると、回転軸５ｄから減速機構５０に回転力が伝達され、所定の回転数に減速されて、クラッチ機構７０を介してシャフト７及びソケット８に回転力が伝達され、ソケット８の前方側に装着される先端工具３６（図２参照）が回転される。これにより、締付部材である図示しないねじ等が被締付材に締め込まれる。ねじが締め込まれて、締付けトルクが所定のトルクに達したときにクラッチ機構７０が作動し、減速機構５０とシャフト７の接続が解除されることによって、締付部材の締め付けが終了する。
【００４０】
クラッチ機構７０が作動して動力伝達が遮断されると、永久磁石７５ａがホール素子７５ｂから離れることによって、停止スイッチ７５の出力がロー（Ｌｏｗ）となってモータ５を停止させる。本実施例においては、この停止スイッチ７５の出力が変化したらすぐにモータ５を停止させるのではなく、所定の回転角度だけモータ５を回転させた後に停止させるようにした。停止スイッチ７５は、クラッチ機構７０のクラッチスリーブ７４の一部に取り付けられる永久磁石７５ａと、永久磁石７５ａと対向する位置に設けられるホール素子７５ｂによって構成される。永久磁石７５ａの大きさはホール素子７５ｂに対して磁界の影響を与えるのに十分な大きさであれば良く、ホール素子７５ｂの大きさとほぼ同じか、又は、やや大きい程度の大きさで良い。また、製造上の容易さからクラッチスリーブ７４の外周側に円環状の磁石を取り付けるようにしても良い。
【００４１】
クラッチ機構７０が作動していない状態、即ち、ボール７１が初期位置にあって、ボール７１がカラー７２を前方に押し出していない状態では、クラッチスリーブ７４は最後端位置にあり、永久磁石７５ａとホール素子７５ｂの間隔は最小状態にある。つまりクラッチ機構７０が作動していない状態の時にホール素子７５ｂの出力はハイとなる。一方、クラッチ機構７０が作動して、ボール７１によってカラー７２が前方に押し出された際には、カラー７２の軸方向前方への移動がニードル７３を介してクラッチスリーブ７４に伝達され、スプリング７７を圧縮しながらクラッチスリーブ７４は前方に移動する。この際、クラッチスリーブ７４に取り付けられる永久磁石７５ａはホール素子７５ｂに対して離れる方向（前方向）に移動するので、ホール素子７５ｂの出力はローに切り替わる。このホール素子７５ｂの出力変化を後述する制御部で検出することによって、制御部はモータ５の回転を停止させる。
【００４２】
図３は、図１の減速機構５０及びクラッチ機構７０部分の拡大断面図である。電動式ドライバ１の図示しないモータの回転軸５ｄの前側には遊星歯車機構からなる減速機構５０が接続され、減速機構５０の前側にはクラッチ機構７０を介してシャフト７が接続される。減速機構５０の構成は図７で説明したものと同様に、２段式の遊星歯車減速機構であって同じ構成の部分には同じ参照符号を付しているので繰り返しの説明は省略する。複数本のニードル７３の先端にはクラッチスリーブ７４が接続される。クラッチスリーブ７４は、クラッチ機構７０が動作するトルクを調整するための部材であって、前方側から後方側にスプリング７７によって付勢される。この付勢力の強さによってクラッチ機構７０が動作するトルクを任意に設定できる。図３の構造ではダイヤル２２を回転させてスプリング７７の前方の保持位置を移動させることによって付勢力を調整できる。クラッチスリーブ７４の後端部の円環状に広がる部分の円周上の一箇所には永久磁石７５ａが設けられる。永久磁石７５ａは接着剤や圧入等の任意の方法によりクラッチスリーブ７４に固定させることができる。ホール素子７５ｂの出力は、後述する制御部８０（図７参照）に入力される。
【００４３】
ネジ締めが進んでシャフト７への負荷が、カラー７２をニードル７３及びクラッチスリーブ７４を介して固定するスプリング７７の押圧力を超えると、第二ギヤホルダ６０の前方側に形成される図示しないクラッチカムがボール７１及びカラー７２を前方へ押し出して第二ギヤホルダ６０を空転させる。これがモータ５からの回転力がシャフト７に伝達しない状態であり、クラッチが作動した状態である。
【００４４】
次に、モータ５の駆動制御系の構成と作用を図４に基づいて説明する。図４はモータ５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５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回転子（ロータ）５ａと、スター結線された３相の固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗから成る固定子（ステータ）５ｂを有する。スイッチ操作検出回路９０が、起動スイッチ用のホール素子１４からの信号が変化したことを検出すると、演算部８１はホール素子３１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を制御し、モータ５を所定の回転数で回転させる。
【００４５】
インバータ基板２７上に搭載される電子素子は、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１６（Ｑ１〜Ｑ６）から構成されるインバータ回路８２である。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、制御基板２８に搭載される制御信号出力回路８３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８３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８２に印加される電源回路１８の出力たる直流１８ａ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。
【００４６】
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、制御基板２８上に搭載された演算部８１によって、モータ５のスイッチ手段を構成するホール素子１４の出力信号に基づいてモータ５への電力供給を開始させる。
【００４７】
ここで、ＰＷＭ信号は、インバータ回路８２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直流１８ａ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５の回転速度を制御することができる。
【００４８】
モータ５の回転方向を切り替えるための正逆切替スイッチ２１の出力は回転方向設定回路９２に入力され、回転方向設定回路９２は正逆切替スイッチ２１の変化を検出するごとに、モータ５の回転方向を切り替えて、その制御信号を演算部８１に送信する。演算部８１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。
【００４９】
演算部８１は、回転方向設定回路９２と回転子位置検出回路８４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８３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、回転子５ａを設定された回転方向に回転させる。モータ５に供給される電流値は、電流検出回路８９によって測定され、その値が演算部８１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。
【００５０】
クラッチ動作検出回路９１には、クラッチ機構７０が動作した際に出力信号がローになるホール素子７５ｂが接続され、クラッチ動作検出回路９１はホール素子７５ｂの出力を反転増幅して演算部８１に出力する。このように作業者がスイッチレバー１０を押下するだけで締付け作業が開始され、所定のトルクまで締め付けが完了すると自動的にクラッチ機構７０が作動しモータ５の回転が自動停止する。この後作業者はスイッチレバー１０を離して作業を完了する。
【００５１】
次に図５及び図６を用いて本実施例の電動式ドライバ１における締め付け部材の締め付け動作について説明する。図５は本発明の実施例に係るフローチャートである。図５で示す制御は、例えば、マイクロプロセッサを有する演算部８１においてプログラムを実行することによりソフトウェア的に実行できる。作業者による作業の開始に先立ち、ソケット８には適切な先端工具３６が装着され、電源コード２９ａが商用電源のコンセントに装着される。
【００５２】
作業者が先端工具３６をネジ等の締め付け部材に位置づけてからスイッチレバー１０を握る（押下する）と、演算部８１はスイッチ用のホール素子１４の出力が変化したことを検出し（ステップ１０１）、モータ５の回転を開始させる（ステップ１０２）。ここでモータ５は目標回転数にて回転するように演算部８１によって制御されるが、その回転数制御については公知の方法を用いれば良いので詳細な説明は省略する。
【００５３】
次に、演算部８１はスイッチ操作検出回路９０（図４参照）の出力からスイッチレバー１０の押下が解除されたか否かを判定し（ステップ１０３）、解除された場合、即ちスイッチがＯＦＦになった場合は、ステップ１０６に進み、演算部８１はモータ５の回転を停止させる（ステップ１０７）。ステップ１０３でスイッチがＯＮのままの場合は、演算部８１は回転方向設定回路９２（図４参照）の出力からモータ５の回転方向が正方向、即ちクラッチ機構が作用する方向であるかを判定し、正方向でない場合はステップ１０２に戻る。
【００５４】
次に演算部８１は、クラッチ動作検出回路９１（図４参照）からの出力電圧（クラッチ電圧）の変化を検出し、この電圧変化が特定の閾値、ここでは０．４Ｖを越えた状況が所定の時間、例えば３ミリ秒続いたか否かを判定する（ステップ１０５）。出力電圧変化が０．４Ｖを越えていない場合はステップ１０２に戻る。出力電圧変化が０．４Ｖを越えた状態が３ミリ秒以上続いた場合は、演算部８１はクラッチ機構７０が動作したものと判定する。
【００５５】
ここで図６を用いてクラッチ機構７０が動作する際の、モータ５の回転数の変化、クラッチ動作検出回路９１の出力、モータ５の駆動状態を説明する。図６において横軸は時間（単位ミリ秒）であり、（１）〜（３）の３つのグラフの横軸のスケールを合わせて表示している。図６（１）はモータの回転数１１０を示す。ここで、時間ｔ０で作業者がスイッチレバー１０を押下すると、モータ５が始動され、矢印１１１のように加速して矢印１１２にて所定の目標回転数Ｎに到達する。矢印１１２の地点ではモータ５が目標回転数Ｎで回転しながらねじ等の締め付けが行われるが、締め付け作業が進むにつれて負荷が増大し、矢印１１３からモータ５の回転数が徐々に落ちてくる。そして、モータ５の回転数が低下する矢印１１４のいずれかの段階でクラッチ機構７０が動作し、矢印１１５にて演算部８１によってモータ５の回転が停止される。
【００５６】
図６（２）は、クラッチ動作検出回路９１の出力信号１２０を示す。出力信号１２０はホール素子７５ｂの出力信号をクラッチ動作検出回路９１に含まれるオペアンプによって増幅及び反転され演算部８１に入力される。クラッチ機構７０が動作していない場合は、永久磁石７５ａとホール素子７５ｂが近接しているため、クラッチ動作検出回路９１の出力はローレベルとなる（尚、本実施例のホール素子７５ｂは、永久磁石７５ａとホール素子７５ｂが近接時がハイ、離反時がローとなる）。演算部８１はクラッチ動作検出回路９１の出力信号１２０の立ち上がりを検出し、ローレベルから所定の量Δｃだけ、本実施例では矢印１２２から１２３にかけてΔＶｃ＝０．４Ｖだけ立ち上がった状態が３ミリ秒以上続いたか否かを検出する。この３ミリ秒は、クラッチ機構が動作した後に再びクラッチＯＦＦになるまでの出力信号１２０の復帰時間である。
【００５７】
図６（２）において、矢印１２３からさらに出力信号１２０は上昇し、矢印１２４から１２５においてクラッチ動作検出回路９１の出力信号１２０はハイレベルになる。この状態は図３に示したカラー７２が前方側に移動させられてボール７１がクラッチ爪を乗り越えている状態であって、永久磁石７５ａがホール素子７５ｂから離反している状態である。ボール７１がクラッチ爪を乗り越えたあとは、永久磁石７５ａがホール素子７５ｂに再び接近するため、図６（２）の矢印１２５から１２６、１２７に至るように出力信号１２０がローに戻る。図６（２）のＴｃは例えば３ミリ秒であり、これは出力信号１２０がローレベル状態から＋ΔＶｃになって再び＋ΔＶｃに戻るまでの時間である。この矢印１２３から１２６に至る時間は、ある程度一定であるので計測によってＴｃを固定値としてあらかじめ設定しておくことができる。
【００５８】
従来の電動式ドライバにおいては、矢印１２６あるいは矢印１２７の時点でコイル５ｃへの駆動電圧の供給を停止することによって、モータ５を停止させるように制御していた。しかしながら、本実施例では矢印１２６の時点から所定の回転角ＷＴ分モータ５が回転するのに要する時間ＴＷＴが経過した後にモータ５を停止させるようにした。この状態を示すのが図６（３）である。図６（３）は演算部８１によるモータ５のＯＮ制御とＯＦＦ制御を示す信号１３０であり、矢印１３１ではＯＮであり、図６（２）の矢印１２６の時点（時間ｔ２）から所定の時間ＴＷＴが経過した矢印１３２の時点（時間ｔ３）まで経過してからモータ５の駆動を停止させるようにした。この時間ＴＷＴはモータ５が、所定の回転角ＷＴだけ回転するのに要する時間であるので、締め付け毎にばらつくことがある。
【００５９】
再び図５のフローチャートに戻り、ステップ１０６にてモータ５が所定角度だけ回転したか否かを検出し、回転したことを検出したらモータ５を停止させる（ステップ１０７）。また、モータ５が所定角度だけ回転していない場合は、回転するまで待機する。ステップ１０５における、モータ５の回転角度の検出は、ホール素子３１（図４参照）から得られる位置信号を用いて検出するようにすると良い。発明者らの実験によれば、クラッチ用のボール７１の個数が３つで、クラッチ爪（ニードル）が３つの場合の製品で減速機構５０のギヤ比が１：１６のものではＷＴ＝９８５度とし、ギヤ比が１：２０．５６のものはＷＴ＝７５０度と設定した。尚、時間ＴＷＴをモータ５の回転角度により決定するのではなく、単純に図６（３）の時間ｔ２から固定時間が経過するまでとして検出するようにしても良いし。この固定時間は製品毎に予め設定しておき、演算部８１に含まれる記憶装置内に記憶しておくと良い。
【００６０】
以上のように構成することにより、クラッチ機構７０が働いた後に所定の回転角度だけ確実に締め付けるようにしたので、締め付け不足が発生することを防止できる。また、クラッチ機構７０が働いた後のモータ５の回転角度を検出して、これを制御に用いているので締め付け過多を起こす恐れも防止できる。
【００６１】
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、上述の実施例では回転工具の例として電動式ドライバで説明したが、これだけに限られずに、他の携帯型の回転工具であっても同様に適用できる。また、本実施例では商用電源で駆動される回転工具の例で説明したが、バッテリパックを用いたコードレス式の回転工具においても同様に本発明を適用できる。さらに、本実施例はクラッチ動作が行われたかどうかの検出をホール素子を用いて行ったが、その他の非接触式のセンサを用いるようにしても良い。
【符号の説明】
【００６２】
１  電動式ドライバ      ２  ハウジング      ２ａ、２ｂ  固定リブ
３  ケース      ４  クラッチリング      ５  モータ
５ａ  回転子      ５ｂ  固定子      ５ｃ  コイル      ５ｄ  回転軸
６  冷却ファン      ７  シャフト      ８  ソケット      ９  ギヤボックス
１０  スイッチレバー      １０ａ  押圧面      １０ｂ  端部
１１  スプリング      １２  回動軸      １３  永久磁石      １４  ホール素子
１５  基板      １６  スイッチング素子      １７  制御回路      １８  電源回路
１８ａ  直流      １９ａ、１９ｂ  ベアリング      ２０  切替操作レバー
２１  正逆切替スイッチ      ２２  ダイヤル      ２３  表示部
２４  （作業者の）手      ２６  電源基板      ２７  インバータ基板
２８  制御基板      ２９ａ  電源コード      ２９ｂ  コネクタ
３０  永久磁石      ３１  ホール素子      ３２  基板      ３３  フック
３６  先端工具      ５０  減速機構      ５１  第一ピニオン
５２  第一遊星ギヤ      ５３  リングギヤ      ５４  ニードルピン
５５  第一ギヤホルダ      ５６  第二ピニオン      ５８  第二遊星ギヤ
５９  ニードルピン      ６０  第二ギヤホルダ      ７０  クラッチ機構
７１  ボール      ７２  カラー      ７３  ニードル
７４  クラッチスリーブ      ７５  停止スイッチ      ７５ａ  永久磁石
７５ｂ  ホール素子      ７７  スプリング      ８０  制御部
８１  演算部      ８２  インバータ回路      ８３  制御信号出力回路
８４  回転子位置検出回路      ８９  電流検出回路
９０  スイッチ操作検出回路      ９１  クラッチ動作検出回路
９２  回転方向設定回路      ２０３  ケース      ２０４  クラッチリング
２０９  ギヤボックス      ２７０  クラッチ機構
２７４  クラッチスリーブ      ２７５  停止スイッチ
２７５ａ  プランジャ      ２７６  第二スプリング      ２７７  第二スリーブ  
【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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