JP5201530B2

JP5201530B2 - 電動工具

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Publication number: JP5201530B2
Application number: JP2008177132A
Authority: JP
Inventors: 信宏高野; 良雄飯村; 和隆岩田; 智雅西河
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2008-07-07
Filing date: 2008-07-07
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2028-07-07
Also published as: JP2010012585A

Description

本発明は、モータにより回転駆動され、油圧によって発生する間欠的な打撃力を利用してボルト等の締結部材を締め付ける電動工具に関する。

ネジやボルト等の締め付けを行うインパクト式工具として、油圧を利用して打撃力を発生させるオイルパルスユニットを用いたインパクト式工具が知られている。オイルパルスユニットを用いた工具は、金属同士の衝突がないため作動音が低いという特徴を有する。オイルパルスユニットを用いたインパクト式工具を開示する例として、例えば特許文献１があり、オイルパルスユニットを駆動する動力としてエアモータが使用され、エアモータの出力軸がオイルパルスユニットに直結される。インパクト式工具を作動させるためのトリガスイッチを引くと、エアモータにエアーが供給される。そして規定の締め付けトルクで締め付けが行われたかを、トルクセンサや回転検出部からの出力を用いて検知し、規定の締め付け値に達したらエアモータの回転が停止される。

特開平６−９１５５２号公報

近年、可搬型電動工具のモータとして、ブラシレス直流モータが使われるようになってきた。ブラシレス直流モータは、高精度な回転制御が可能、メンテナンスフリーで長寿命、ロスが少なく作業量がアップする、というメリットを有する。可搬型電動工具においては、ブラシレス直流モータを駆動するためには、着脱可能な二次電池を用いることが多いが、二次電池の電圧は高くてもせいぜい２４Ｖ程度であり、大きい径のボルト締めなど、高い締め付けトルクが要求される作業の場合、二次電池を使う場合には締め付けトルク不足となる恐れがあった。そのため、電源として二次電池でなくＡＣ１００Ｖなどの商用電源を使うことが考えられるが、その場合、高い締め付けトルクを達成するために２４Ｖ以上の直流電圧を準備するとともに、大電流を許容する整流回路を設ける必要があり、この整流回路をインパクト式工具の内部に配置することはサイズ的な面から難しかった。また、商用電源を使う場合には電気的な絶縁についても考慮しなければならなかった。

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、小型、軽量化を図り、十分な締め付けトルクを有する電動工具を提供することにある。

本発明の別の目的は、良好な絶縁性を有する商用電源を用いた電動工具を提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、締め付けトルクの検出を行い、規定どおりの締め付けが行われたかを工具本体内で判定できる電動工具を提供することにある。

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。

本発明の一つの特徴によれば、ブラシレス直流方式のモータと、モータの回転を制御する回転制御回路と、モータを収容するハウジングと、モータにより駆動され先端工具が装着される出力軸と、ハウジングの前方に取り付けられ出力軸を保持するケースを有する電動工具において、ケースの内部に取り付けられたセンサと、該センサの出力を用いて先端工具の締め付け制御用のマイコンを備え、モータと回転制御回路の電源となるモータ系電源は商用電源から整流された非絶縁の直流電源を用い、モータと回転制御回路を絶縁材料で構成したハウジングで覆い、トルク検出手段とマイコンの電源となる制御系電源は商用電源から整流された絶縁されている直流電源であることを特徴とする。モータ系電源は、例えばＡＣ１００Ｖの商用電源から整流される、絶縁されていない直流であり、その電圧は例えば１４０Ｖである。制御系電源は例えばＡＣ１００Ｖの商用電源から整流された低電圧の直流であり、その電圧は１２Ｖである。電動工具は、モータによって駆動されるインパクトユニットを有し、出力軸はインパクトユニットのシャフトに連結され、センサは出力軸における衝撃トルクの発生を検知するトルク検知手段である。

本発明の他の特徴によれば、モータ系電源のための整流回路と、制御系電源のための整流回路は、電動工具のハウジングの外部に別途設けられた電源ボックス内に配置される。

本発明のさらに他の特徴によれば、モータ系電源は、商用電源を全波整流平滑回路によって整流された直流である。また、制御系電源は、ＡＣ／ＤＣコンバータによって商用電源から整流された直流である。回転制御回路には、モータの回転を起動させるトリガスイッチが接続され、トリガスイッチはモータ系電源に接続される。

本発明のさらに他の特徴によれば、回転制御回路は、モータの位置検出回路と、インバータ回路と、これらを制御するモータ制御用マイコンを含み、モータ制御用マイコンは、締め付け制御用のマイコンと絶縁された通信路を介して通信を行う。そして、締め付け制御用のマイコンは、トルク検出手段からの出力を用いて適切な締め付けが行われたかを判断し、締め付けが完了した場合にはモータ制御用マイコンに通信路を介してモータの停止信号を送るように構成した。

請求項１の発明によれば、ブラシレス直流モータを利用した電動工具においてモータと回転制御回路の電源となるモータ系電源は高電圧の非絶縁の電源を用いて絶縁材料で構成したハウジングで覆い、センサとマイコンの電源となる制御系電源は絶縁されている低電圧の電源を用いるので、比較的小型のモータでありながら出力を大きくすることができ、十分な締め付けトルクを有する電動工具を実現できる。また、モータと回転制御回路を絶縁材料で構成したハウジングに収納されるので絶縁性も問題なく、漏電に対する安全性を確保できる。さらに、モータ系電源は商用電源から整流された非絶縁の直流であり、制御系電源は商用電源から整流された絶縁の直流であるので、一つの商用電源から二種類の電源を容易に作り出すことができるので、本構成の電動工具を簡単な構成で安価に実現することができる。

請求項２の発明によれば、モータによって駆動されるインパクトユニットを有し、前記出力軸は前記インパクトユニットのシャフトに連結され、前記センサは前記出力軸における衝撃トルクの発生を検知するトルク検知手段であるので、十分な締め付けトルクで精度良く締め付けることができるインパクト工具を実現できる。

請求項３の発明によれば、モータ系電源のための整流回路と、制御系電源のための整流回路は、電動工具の本体ハウジングの外部に別途設けられた電源ボックス内に配置されるので、インパクト工具本体を小さく構成でき、小型、軽量化が達成できる。

請求項４の発明によれば、回転制御回路は、モータの位置検出回路と、インバータ回路と、これらを制御するモータ制御用マイコンを含み、モータ制御用マイコンは締め付け制御用のマイコンと、絶縁された通信路を介して通信を行うので、締め付けトルクの検出を行い、規定どおりの締め付けが行われたかを工具本体内で判定してモータの回転を停止させることができる。

請求項５の発明によれば、モータ系電源は、商用電源を全波整流平滑回路によって整流された直流であるので、簡単な構成で整流回路を実現でき、トランスを用いないために電源装置の小型軽量化が実現できる。

請求項６の発明によれば、制御系電源は、ＡＣ／ＤＣコンバータによって商用電源から整流された直流であるので、公知の電源回路を用いて、絶縁された低電圧の直流電圧を容易に作成することができる。

請求項７の発明によれば、回転制御回路には、モータの回転を起動させるトリガスイッチが接続され、このトリガスイッチはモータ系電源に接続されるので、制御系電源に影響を与えず、制御系電源の絶縁状態を保つことができる。

請求項８の発明によれば、締め付け制御用のマイコンは、トルク検出手段からの出力を用いて適切な締め付けが行われたかを判断し、締め付けが完了した場合にはモータ制御用マイコンに通信路を介してモータの停止信号を送るので、設定された適切な締め付けトルクによってボルトやナット、ネジ等を精度良く締め付けることができる。

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。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。尚、本明細書の説明において電動工具の例としてインパクト式工具１を用いて説明し、インパクト式工具１の上下及び前後の方向は、図１中に示した方向として説明する。図１は本発明の実施形態に係るインパクト式工具及びそれに接続される電源ボックス３０の全体を示す図であり、インパクト式工具１については断面図を示す。

インパクト式工具１は、電源ボックス３０からケーブル２により供給される電力を利用してモータ３を駆動し、モータ３によってオイルパルスユニット４を駆動し、オイルパルスユニット４に連結された出力軸５に回転力と打撃力を与えることによって六角ソケット等の図示しない先端工具に回転打撃力を連続的又は間欠的に伝達してナット締めやボルト締め等の作業を行う。

ケーブル２により供給される電源は、例えば、直流１４０Ｖであり、この直流電源は、工具本体の外部に設けられた電源ボックス３０内において、例えばＡＣ１００Ｖ等の商用電源２９から生成される。電源ボックス３０内においては、さらに制御系電源のために絶縁された直流１２Ｖ電源が商用電源２９から生成されケーブル２を介してインパクト式工具１に供給される。ケーブル２は、図示していないが内部に直流１４０Ｖ用の電源コードと、直流１２Ｖ用の電源コードを含んで構成され、電源コードとインパクト式工具１及び／又は電源ボックス３０は、図示しないコネクタを用いて脱着可能に構成しても良いし、脱着不能に構成しても良い。

モータ３は、内周側に永久磁石を有する回転子３ｂを有し、外周側に鉄心に巻かれた巻き線を有する固定子３ａとからなるブラシレス直流モータであって、２つのベアリング１０ａ、１０ｂによってその回転軸２０が固定され、ハウジングの筒状の胴体部６ａ内に収容される。ハウジングは、胴体部６ａとグリップ部６ｂと回路基板収納部６ｃが、絶縁体たるプラスチック等により一体的に製造される。モータ３の後方側には、モータ３を駆動するための駆動回路基板７ｂが配設され、この回路基板上にはＦＥＴなどの半導体素子により構成されるインバータ回路及び回転子３ｂの回転位置を検出するための回転位置検出素子４２が搭載される。回転位置検出素子４２としては、例えば、ホール素子、ホールＩＣを用いることができる。ハウジングの胴体部６ａ内部の最後端には、モータ３及びオイルパルスユニット４を冷却するための冷却ファン１７が設けられる。

ハウジングの胴体部６ａから略直角に下方向に延びるグリップ部６ｂの取り付け部付近にはトリガスイッチ８が配設され、その直下に設けられるスイッチ回路基板１４によりトリガスイッチ８を引いた量に比例する信号が、モータ制御用基板７ａに伝達される。グリップ部６ｂの下側、回路基板収納部６ｃには、モータ制御用基板７ａ、制御用基板９が設けられる。制御用基板９には、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）１８が設けられ、発光ダイオード１８の光は図示しないハウジングの透過窓を透過して又は貫通孔を通して外部から識別できるように配置される。

ハウジングの胴体部６ａ内に内蔵されたオイルパルスユニット４は、公知のものを用いることができ、主に、モータ３と同期して回転する駆動部分と、先端工具が取り付けられる出力軸５と同期して回転する出力部分の２つの部分により構成される。モータ３と同期して回転する駆動部分は、モータ３の回転軸２０に直結されるライナプレート２３と、その外周側で前方に延びるように固定される外径が略円柱形のライナ２２を含む。出力軸５と同期して回転する出力部分は、メインシャフト２４と、メインシャフト２４の外周側に１８０度隔てて形成された溝にバネを介して取付けられるブレード（図示せず）を含んで構成される。メインシャフト２４は一体成型されたライナ２２に貫通されて、ライナ２２とライナプレート２３により形成される閉空間内で回転できるように保持され、この閉空間内には、トルクを発生するためのオイル（作動油）が充填される。

トリガスイッチ８が引かれてモータ３が起動されると、モータ３の回転力はオイルパルスユニット４に伝達される。オイルパルスユニット４の内部にはオイルが充填されていて、出力軸５に負荷のかかっていないとき、又は、負荷が小さい際には、オイルの抵抗のみで出力軸５はモータ３の回転にほぼ同期して回転する。出力軸５に強い負荷がかかると出力軸５及びメインシャフト２４の回転が止まり、オイルパルスユニット４の外周側のライナ２２のみが回転を続け、１回転に１箇所あるオイルを密閉する位置にてオイルの圧力が急激に上昇して衝撃パルスを発生し、尖塔状の強いトルクによりメインシャフト２４を回転させ、出力軸５に大きな締付トルクが伝達される。以後、同様の打撃動作が数回繰り返され、締結対象が設定トルクで締め付けられる。

出力軸５は、後方側端部がベアリング１０ｃにより保持され、前方がメタルベアリング１６によりケース１５に保持される。本実施形態のベアリング１０ｃはボールベアリングであるが、ニードルベアリング等の他の軸受を用いることができる。

ケース１５の内周側においては、出力軸５の径が細くなっており、その細くなった部分に、トルク検出センサである歪ゲージ１２が取り付けられる。歪ゲージ１２が取り付けられる箇所の前方側においては、出力軸５の径は太くなっており、その箇所に歪ゲージ１２へ電圧を供給する入力用トランス１１ａと、歪ゲージ１２からの出力を伝達する出力用トランス１１ｂが設けられる。入力用トランス１１ａと出力用トランス１１ｂは、それぞれ内周側と外周側に配置されるコイルを含んで構成される。内周側のコイルは出力軸５に固定され、外周側のコイルはケース１５に固定される。入力用トランス１１ａと出力用トランス１１ｂへの入出力電圧は、コネクタ１１ｃを介して制御用基板９に伝達される。出力軸５に取り付けられる上述した各部分は、円筒形のケース１５に組み込まれ、ケース１５はハウジングの胴体部６ａに取り付けられる。また、ケース１５の下部には、接続用の配線等をカバーするための配線カバー１９が設けられる。

ここで、図２を用いて歪ゲージ１２の取り付け構造を説明する。図２は、図１のＡ−Ａ部の断面図である。回転子３ａの内周側の空間には、出力軸５が位置する。ここで、図２にて理解できるように、円柱形の出力軸５において、歪ゲージ１２が取り付けられる位置だけが、その径が細くなっていて、断面が略四角形になっている。そして断面の外周に位置する４つの平面それぞれに歪ゲージ１２を設けた。これによりトルクの検出精度を向上させることができる。

次に、前記モータ３の駆動制御系の構成と作用を図３に基づいて説明する。図３はモータ３の駆動制御系の回路構成を示すブロック図である。本実施形態では、モータ３は３相のブラシレス直流モータで構成される。このブラシレス直流モータは、いわゆるインナーロータ型であって、複数組の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）３ｂと、スター結線された３相の固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗからなる固定子３ａ（ステータ）と、回転子３ｂ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４２を有する。これら回転位置検出素子４２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。

駆動回路基板７ｂ上には、３相ブリッジ形式に接続されたＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄｅｆｆｅｃｔｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６からなるインバータ回路を含んで構成される。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、回転制御回路５１に接続され、６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ドレイン又は各ソースは、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、回転制御回路５１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、インバータ回路に印加される１４０Ｖ直流を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、トリガスイッチ８の操作量（ストローク）を印加電圧設定回路４９で検出し、この操作量に基づいた設定信号をモータ制御用の第１のマイコン５０に出力する。マイコン５０は、ＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）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。

ここで、ＰＷＭ信号は、インバータ回路の正電源側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３又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結果的に１４０Ｖ直流を各固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに供給する電力を制御する。尚、本実施の形態では、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、この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。このように本実施形態においては、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に供給される直流電流は１４０Ｖであり、二次電池を使う場合に比べて５〜１５倍の高電圧であるので、モータ３の回転トルクを極めて高くすることができる。

マイコン５０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、時計機能をもつタイマ等を含んで構成される。尚、詳細は後述するが、図３で示す回路には、絶縁されていない１４０Ｖ直流が直接又は減圧されて供給される。

次に図４を用いて、本発明の実施形態に係るインパクト式工具１の回路の全体構成を説明する。本実施形態によるインパクト式工具１においては、モータ３及びモータ制御回路の電源となるモータ系電源と、その他の制御機器への制御用電源の２系統に分け、モータ系電源を非絶縁電源で、制御系電源を絶縁された電源で駆動されるように構成したことに特徴がある。

インパクト式工具の内部に組み込まれる全体回路１Ａには、外部に設けられる電源ボックス３０からケーブル２を介して２つの直流が供給される。一つはＡＣ電源２９に対して絶縁されていない１４０Ｖ直流と、ＡＣ電源２９に対して絶縁されている１２Ｖ直流である。１４０Ｖ直流は、電源ボックス３０内の全波整流平滑回路３１により生成される。全波整流平滑回路３１は、例えば、整流素子４個をブリッジ状に接続した整流回路とコンデンサによる平滑回路を組み合わせたもので、本実施形態ではトランスを利用しないので、ＡＣ電源２９に対して非絶縁の状態にある。これは、モータ３に大電流が流れるため、仮にＡＣ電源２９に対して絶縁しようとすると巨大なトランスが必要になるので、電源ボックス３０を実用上差し障りがない程度に小型化するのが難しくなるからである。また、１４０Ｖ直流の供給先が図３で示す回路部分、特に、モータ３とモータ制御用の回路のみであるため、絶縁対策が比較的容易であるので、１４０Ｖ直流として絶縁されていない電源を用いた。１２Ｖ直流は、電源ボックス３０内に配置されるＡＣ／ＤＣコンバータ３２により生成され、本実施形態ではＡＣ／ＤＣコンバータ３２は、その出力が絶縁された公知の機器を用いる。

回路１Ａ内において、１４０Ｖ直流はモータ３の駆動回路基板７ｂに供給される。これは、図３のインバータ回路への供給電源である。駆動回路基板７ｂに搭載されたインバータ回路により、所定のモータ３の固定子巻線に駆動電源が供給される。１４０Ｖ直流はさらに、１８Ｖ定電圧回路５３にも供給される。１８Ｖ定電圧回路５３は絶縁されておらず、直流１４０Ｖの電源から１８Ｖの直流電圧を作成するもので、公知のチョッパー回路で構成しても良いし、ツエナーダイオードとトランジスタを組み合わせた公知の定電圧回路で構成しても良い。次に、１８Ｖ定電圧回路５３から出力された非絶縁１８Ｖ直流は、第２の定電圧回路５２に入力され、第２の定電圧回路５２によって、マイコン５０が動作するための動作電圧Ｖｃｃ、例えば５Ｖ直流と３．３Ｖ直流が生成される。ここで、１８Ｖ定電圧回路５３と第２の定電圧回路５２の二段構成にしたのは、設計上の便宜のためであり、可能ならば１４０Ｖ直流から直接マイコン５０が動作するための動作電圧を作成しても良い。また、マイコン５０を動作させるための信号を、絶縁された１２Ｖ電源からでなく、絶縁されていない１４０Ｖ電源から作成するようにしたのは、マイコン５０に接続される回路が絶縁されていないため、ここに絶縁された１２Ｖ電源を用いると絶縁状態でなくなってしまうからである。図４から明らかなように、モータ３及びモータ制御用の回路はすべて非絶縁の直流１４０Ｖを利用して駆動される。

電源ボックス３０で生成された絶縁された１２Ｖ直流電源は、モータ３の制御用の回路以外の部分に入力される。まず、１２Ｖ直流電源は定電圧回路６４に入力され、そこでマイコン６０の動作用の電圧、例えば５Ｖ、３．３Ｖが生成され、マイコン６０に入力される。また。±１２Ｖ電源７１に入力される。±１２Ｖ電源７１では、＋１２Ｖに加えて−１２Ｖの電圧をも生成する。−１２Ｖは歪ゲージ１２の駆動用に用いられる。なお、±１２Ｖ電源７１から歪ゲージ１２に至る電源ラインは図示していない。

１２Ｖ直流は、さらに冷却ファン１７にも供給される。冷却ファン１７は、マイコン６０の制御により、ドライブ回路７２によりＯＮ／ＯＦＦが制御される。ここで、冷却ファン１７を絶縁された１２Ｖ直流で駆動するようにしたのは、それを制御するマイコン６０が絶縁された電源で駆動されるからである。尚、マイコン５０によって冷却ファン１７を制御するならば、非絶縁系の定電圧回路５３の電源を使うことも可能である。但し、冷却ファン１７には、空気流入口や空気流出口などが形成されており、内部に埃やゴミが入ったりすることがありうる。また、冷却ファン１７の取り付け位置がハウジング６の本体部６ａの後端部に位置していることから、誤って触れてしまう恐れを極力さけるためにも、冷却ファン１７は絶縁された電源によって駆動される方が好ましい。

歪ゲージ１２には、トルク検出回路７０の発振回路７０ａからの発振信号が入力用トランス１１ａを介して供給される。同時に発振回路７０ａからの基準振幅はマイコン６０にも送られる。この基準振幅の入力がないとマイコン６０はトルク波形から歪みを検出できないからである。出力軸５にオイルパルスユニット４による締め付けトルクが生ずると、歪ゲージ１２の抵抗値が変化し、この抵抗値の変化により変化した基準振幅信号は出力用トランス１１ｂを介して検波回路７０ｂに伝達され検波される。検波回路７０ｂには、マイコン６０からオフセット調整用の信号が送られているので、オフセット補正された検波信号をマイコン６０に出力する。マイコン６０は、歪ゲージ１２の出力値を用いて、どのくらいのトルク値で締め付けが行われたか（締め付けトルク）を算出する。

第１のマイコン５０と、第２のマイコン６０は、信号ラインにて接続されて双方でデータのやりとりを行うが、双方の絶縁関係を保つために信号ラインはフォトカプラ６５を介して接続される。第２のマイコン６０から第１のマイコン５０に送られる信号は、モータ３の回転駆動力を設定するための信号６８及びモータ３の回転をＯＦＦさせるためのＯＮ／ＯＦＦ制御信号６９である。第１のマイコン５０から第２のマイコン６０に送られるデータは、トリガ８がＯＮされたか否かの信号６６と、モータ３の回転駆動力を設定するための信号６８に対するＡｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ信号６７である。もちろん、信号の種類はこれだけに限られず、その他の信号のやりとりをすることは任意である。

次に、本実施形態のインパクト式工具１を用いたボルトの締め付け時の動作を説明する。まず、作業者は、工具本体の操作ボタン（図示せず）を操作して、締め付けトルク値を設定する。締め付けトルク設定手段６２は、入力されたトルク値を認識してマイコン６０に出力する。作業者が先端工具にボルト等をセットし、被締結材に位置決めした後にトリガスイッチ８を引くと、その引かれたストロークに応じてマイコン５０はモータ３を回転させるように制御する。この際、マイコン６０は設定された締め付けトルクに応じて、モータ３の回転速度を制限することがあり、例えば、締め付けトルクが低い場合は、マイコン６０はマイコン５０に対して低い締め付けトルクに対応するモータ３の最大回転数を指示しておく。マイコン５０は、そのようにモータ３の回転数が制限されているときは、トリガスイッチ８のストロークがそれ以上の回転数に対応している場合でも、モータ３の回転が指示された最大回転数に保たれるように制御する。

次に、マイコン６０は歪ゲージ１２の出力をモニターし、所定の締め付けトルクで締め付けが行われたかをモニターする。マイコン６０は設定された締め付けトルク値で正常に締め付けが完了したと判断したら、信号線６９を介してモータ３をＯＦＦさせる信号をマイコン５０に送る。マイコン５０は、そのモータＯＦＦの指示を受けると、トリガスイッチがＯＮになっているにも関わらずにモータ３の回転を停止させる。作業者は、モータ３が自動停止したことにより作業が完了したことを認識できる。

尚、詳細の説明は省略するが、マイコン６０は送受信機６１を介して、様々なデータを上位装置などの外部の機器とやりとりすることが可能である。この場合、送受信機６１と上位装置は、図示しないケーブルを用いて接続される。また、有線方式を用いずに、公知の無線通信方式を用いても良い。

図５は、本実施形態において非絶縁電源が供給される電気回路部分を示したもので、太線で囲んだ部分に１４０Ｖ直流が供給される。モータ３には１４０Ｖ直流が供給されるが、ブラシレス直流モータの場合、コイルが配置される固定子３ａと回転軸２０に取り付けられる回転子３ｂが隙間を隔てており、非接触であるため、回転軸２０に対しての絶縁は良好に保つことができる。スイッチ回路基板１４にも１４０Ｖ直流が供給されるが、トリガスイッチ８はプラスチック等の絶縁材料で構成されるので、この部分での絶縁性も問題ない。また、モータ制御用基板７ａは、絶縁材料で構成されるハウジング６内に収納されるので、この部分での絶縁性も問題ない。

尚、非絶縁電源の電圧は１４０Ｖに限定されず、商用電源から直接整流できる高電圧、例えば商用電源の１／２以上の電圧であれば、任意の電圧数に設定することが可能である。また、絶縁電源については、商用電源より大幅に小さい電圧で感電の危険性が低い電圧、例えば２４Ｖ以下の電圧であれば、任意の電圧数に設定することが可能である。

以上、説明したように本実施形態によれば、比較的小型のモータでありながら、その出力を大きくすることができ十分な締め付けトルクを有するインパクト式工具を実現できる。

尚、本発明は上述の形態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、モータ系電源として非絶縁の直流電源を用いたが、非絶縁に限定されるものではなく、絶縁系の直流電源を用いても同様に適用できる。また、電動工具の例としてインパクト式工具を用いてせつめいしたが、インパクト工具に限られず、ブラシレス直流モータを用いた電動工具であれば同様に適用することができる。

本発明の実施形態に係るインパクト式工具の全体を示す断面図である。図１のＡ−Ａ部の断面図である。モータ３の駆動制御系の回路構成を示すブロック図である。本発明に係るインパクト式工具１の回路の全体構成を示す図である。非絶縁電源が供給される電気回路部分を示す図である。

符号の説明

１インパクト式工具１Ａ（内部に組み込まれる）全体回路
２ケーブル３モータ
３ａモータの固定子３ｂモータの回転子
４オイルパルスユニット
５出力軸６ａ（ハウジングの）胴体部
６ｂ（ハウジングの）グリップ部
６ｃ（ハウジングの）回路基板収納部
７モータ系基板７ａモータ制御用基板７ｂ駆動回路基板
８トリガスイッチ９制御用基板
１０ａ、１０ｂ、１０ｃベアリング
１１ａ入力用トランス１１ｂ出力用トランス１１ｃコネクタ
１２歪ゲージ１４スイッチ回路基板１５ケース
１６メタルベアリング１７冷却ファン１８発光ダイオード
１９配線カバー２０回転軸２２ライナ
２３ライナプレート２４メインシャフト２９商用電源
３０電源ボックス３１全波整流平滑回路
３２ＡＣ／ＤＣコンバータ
４１演算部４２回転位置検出素子
４７インバータ回路４９印加電圧設定回路
５０マイコン５１回転制御回路５２定電圧回路
５３１８Ｖ定電圧回路６０マイコン６１送受信機
６３角度検出回路６４定電圧回路６５フォトカプラ
６６、６７、６８、６９信号線
７０トルク検出回路７１ ±１２Ｖ電源

Claims

ブラシレス直流方式のモータと、該モータの回転を制御する回転制御回路と、前記モータを収容するハウジングと、前記モータにより駆動され先端工具が装着される出力軸と、前記ハウジングの前方に取り付けられ前記出力軸を保持するケースを有する電動工具において、
前記ケースの内部に取り付けられたセンサと、該センサの出力を用いて先端工具の締め付けを制御するマイコンを備え、
前記モータと前記回転制御回路の電源となるモータ系電源は商用電源から整流された非絶縁の直流電源を用い、前記モータと前記回転制御回路を絶縁材料で構成した前記ハウジングで覆い、
前記センサと前記マイコンの電源となる制御系電源は、商用電源から整流された絶縁されている直流電源を用いることを特徴とする電動工具。
前記モータによって駆動されるインパクトユニットを有し、前記出力軸は前記インパクトユニットのシャフトに連結され、
前記センサは前記出力軸における衝撃トルクの発生を検知するトルク検知手段であることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
前記モータ系電源のための整流回路と、前記制御系電源のための整流回路は、前記ハウジングの外部に設けられた電源ボックス内に配置されることを特徴とする請求項２に記載の電動工具。
前記回転制御回路は、前記モータの位置検出回路と、インバータ回路と、これらを制御するモータ制御用マイコンを含み、
前記モータ制御用マイコンは前記締め付け制御用のマイコンと、絶縁された通信路を介して通信を行うことを特徴とする請求項３に記載の電動工具。
前記モータ系電源は、商用電源を全波整流平滑回路によって整流された直流であることを特徴とする請求項２に記載の電動工具。
前記制御系電源は、ＡＣ／ＤＣコンバータによって商用電源から整流された直流であることを特徴とする請求項２に記載の電動工具。
前記回転制御回路には、前記モータの回転を起動させるトリガスイッチが接続され、該トリガスイッチは前記モータ系電源に接続されることを特徴とする請求項２に記載の電動工具。
前記締め付け制御用のマイコンは、前記トルク検出手段からの出力を用いて適切な締め付けが行われたかを判断し、締め付けが完了した場合には前記モータ制御用マイコンに前記通信路を介してモータの停止信号を送ることを特徴とする請求項４に記載の電動工具。