WO2019208105A1

WO2019208105A1 - 電動工具

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Publication number: WO2019208105A1
Application number: PCT/JP2019/014017
Authority: WO
Inventors: 石川　祐樹; 西河　智雅
Original assignee: Koki Holdings Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2019-10-31
Anticipated expiration: 2020-10-27
Also published as: JPWO2019208105A1; JP6984742B2

Abstract

動作モードの一つに軟質ボード用の締め付けモードを追加した電動工具を提供する。インパクト式の電動工具において、打撃機構による打撃を利用してネジを相手材に締め付けるインパクトモード（第１モード）に加えて、打撃を行わない軟質ボード用の締め付けモード（第２モード）を設けた。第２モードでは、作業者がトリガを操作するとモータが回転して、打撃しない状態にてネジ７３を相手材（７１、７２）に締め付け、ネジ７３が着座したらモータの回転を停止させる。この制御はモータ電流が着座停止閾値を超えたか否かで判断し、越えた場合にトリガ操作にかかわらずにモータを停止する。その後再びトリガが引かれたら、制御装置は所定時間分の追い締めを行った後にモータの回転を停止させる。

Description

電動工具

本発明は、電動工具に関する。

ネジ等を締め付けるための電動工具として、モータにより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等の電動工具が知られている。インパクト工具は小型軽量ながら高い締め付けトルクを実現できるが、ネジを締め付ける対象材が石膏ボード等の柔らかい材質の場合は、木ネジの締め付けを行うと締め過ぎでネジ頭が石膏ボード表面から深く沈み込ませてしまうリスクが高く、最悪の場合、石膏ボードを貫通してしまう虞がある。このような失態を犯した場合、作業中であった石膏ボードを１枚丸ごと取り付けなおす必要がある。石膏ボード（またはプラスターボード）とは、石膏を主成分とした素材を板状にして、特殊な板紙で包んだ建築材料であって、室内の壁・天井に最も多く使われている。石膏ボードは、断熱性・遮音性が高いという特徴に加えて耐火性に優れている。石膏ボードを合板の上に木ネジで固定するような場合には、木ネジを締め付ける電動工具として、専用の“ボード用ドライバ”を用いることが多い。ボード用ドライバは、特許文献１のように先端のビットの周囲にストッパ用のリングを配置し、木ネジのネジ頭がストッパ用のリングの先端、即ち、石膏ボードの表面と同一位置に到達した際に自動的にモータによる動力の伝達が遮断されるようにして、木ネジを常に最適な位置まで締め付けことが可能である。

特開平９－１７４４４８号公報

このように石膏ボードに対するねじ締め作業を行う場合は専用の“ボード用ドライバ”が用いられるが、石膏ボードの一部の手直し等、わざわざ“ボード用ドライバ”を準備するのが煩わしい場合、手近にあるインパクトドライバ（インパクト工具）で作業を終了させたい場合がある。そのような場合、作業者はインパクトドライバのトリガ操作に注意を払い、木ネジを締め過ぎないように作業をしていた。従って、インパクトドライバを用いながら容易に石膏ボードに対する締め付け作業を行いたいとの要望があった。

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は電動工具を用いて対象材の堅さに関係なくねじ締め作業を容易にできるようにすることにある。本発明の他の目的は、動作モードの一つに柔らかい相手材にネジを締め付けるためのモードを追加した電動工具を提供することにある。本発明の更に他の目的は、ネジの頭が石膏ボードを貫通する前にモータを停止させることを可能とした電独工具を提供することにある。本発明の更に他の目的は、締め付け途中のネジに対して追加の締め付けを行う自動追い締めモードを追加した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特徴を説明すれば次のとおりである。本発明の一つの特徴によれば、モータと、モータの起動及び回転を調整するためのトリガと、モータによって回転される打撃機構と、打撃機構に接続され、ネジを締め付ける出力軸と、モータに流れる電流を検出するための電流検出回路と、モータ、トリガ及び前記電流検出回路に接続され、モータの回転を制御する制御装置と、を有する電動工具において、制御装置は、電流検出回路により検知した電流の変化によって、打撃機構による打撃と、ネジの着座とを、それぞれ検知できるよう構成され、作業者がトリガを操作するとモータを回転させ、打撃機構による打撃が検出されない状態で、ネジを相手材に締め付けるようモータを回転させ、打撃機構による打撃が検出されない状態で、ネジが着座したらモータの回転を停止するよう構成された。ここで相手材は、石膏ボード等の軟弱な第１材と、軟弱な第１材の下地として設けられ第１材より硬い第２材とを有し、打撃機構が打撃しない状態でネジを第１材及び第２材にそれぞれ締め付けた場合でも、ネジが着座したらモータの回転を停止するように構成した。打撃機構による打撃が開始される前にネジの着座を検知してモータを停止させることで、ネジの頭が石膏ボード等の軟弱な相手材を誤って貫通するのを防ぐことができる。電動工具には、作業者のトリガが操作するとモータが回転し、打撃機構が打撃してネジを相手材に締め付ける第１モード（例えばインパクトモード）に加えて、作業者がトリガを操作するとモータが回転し、打撃機構が打撃しない状態でネジを相手材に締め付け、ネジが着座したらモータの回転を停止する第２モード（例えば石膏ボードモード）を設けるように構成した。さらに、モータに流れる電流を検出する電流検出回路を有し、第２モードにおいて、制御装置は電流検出回路によって検出される電流の所定時間当たりの変化量が着座停止閾値を超えた際にトリガの操作にかかわらずにモータの回転を停止させるようにした。

本発明の他の特徴によれば、モータによって回転される打撃機構と、モータの回転を制御する制御装置と、モータに流れる電流を検出する電流検出回路を有する電動工具において、制御装置は、出力軸の回転開始直後のモータに流れる電流値を単位時間毎に検出して、直近の複数単位分の電流値から単位時間に対する一階微分値、二階微分値を計算し、電流値からモータの回転を停止させる着座停止閾値を算出し、二階微分値を用いて算出された着座停止閾値を超えた場合に、トリガの操作にかかわらずにモータの回転を停止させるようにした。着座停止閾値は、出力軸の回転開始直後に電流検出回路により検出されたモータに流れる電流に基づいて設定する。また、着座停止閾値は、出力軸の回転開始からモータの回転を停止させる着座停止に至るまでに測定された電流値が、大きいほど小さく、小さいほど大きくなるように、一次式を用いて算出される。具体的には、着座停止閾値たるＴＨＳは、出力軸の回転開始から電流値Ｉを測定し、ＴＨ_Ｓ＝－αＩ＋β（但しαは係数、ベータは初期値）の式にて締め付け作業毎に設定される。また、モータの回転中に、測定された電流値のうち直近の数データ分を記録するメモリを設け、制御装置は記憶された電流値から一階微分値（ｄＩ／ｄｔ）を算出する。

本発明のさらに他の特徴によれば、打撃機構はモータにより回転されるハンマと、ハンマにより打撃されるアンビルを有し、制御装置は、ハンマがアンビルの後方をすり抜けて打撃動作に移行する際の電流値の急激な低下を検出したら、トリガの引き動作にかかわらずにモータの回転を停止させる。つまり、この機能は“インパクト動作抑制モード”として作用し、打撃動作が行われる直前に電流供給を切るので、強い打撃に追って軟質モードに木ネジを強く打ち込んでしまう現象を抑制できる。また、モータの回転が停止した後に、出力軸に取りつけられた先端工具がネジに押してられた状態でトリガが再度引かれたら、制御装置は所定時間分の追い締めを行った後に、トリガの引き動作にかかわらずにモータの回転を停止させる。出力軸に装着される先端工具は例えば木ネジを占めるドライバビットであって、所定時間とは木ネジの１周分の回転に要する回転時間よりも小さく設定される。

本発明のさらに他の特徴によれば、モータと、モータの起動及び回転を調整するためのトリガと、モータによって回転される打撃機構と、打撃機構に接続される出力軸と、モータの回転を制御する制御装置を有する電動工具において、作業者がトリガを操作するとモータが回転してネジを相手材に締め付け、ネジが着座したらモータを停止し、その後、出力軸に取り付けられた先端工具をネジに押しつけた状態でトリガが再度引かれたら、所定時間、モータを回転させた後にトリガの引き動作にかかわらずにモータの回転を停止させるようにした。このネジは例えば木ネジであって、所定時間は、木ネジの１周分の回転に要する回転時間よりも小さく、好ましくは半周分に要する回転時間以下に設定される。

本発明のさらに他の特徴によれば、モータと、モータの起動及び回転を調整するためのトリガと、モータによって回転される打撃機構と、打撃機構に接続される出力軸と、モータの回転を制御する制御装置を有する電動工具において、作業者がトリガを操作するとモータが回転してネジを相手材に締め付け、ネジが着座してもモータが停止しなかった場合、打撃機構が最初の打撃を行った後にトリガの操作にかかわらずにモータの回転を停止させるように構成した。

本発明の電動工具によれば、相手材の堅さに関係なくねじ締め作業が容易かつ確実にできる。また、締め付け途中のネジに対しては追加の締め付けを自動で行うことができる。このように電動工具を用いて相手材（例えば石膏ボード）の硬さに関係なく締め付け作業を確実に行うことができるので、専用のドライバ（ボード用ドライバ）を準備するほどの作業量でない場合にはインパクト工具だけで作業を完了できる。また、軟弱なボードへの締め過ぎを防止するために、ネジが着座したら早めにモータを停止させるようにしつつ、自動追い締めモードを設けたことにより締め付け不足を補うようにしたので、実用性が高くて石膏ボードへの締め付けミスの発生を防ぐことができる電動工具を実現できた。

本発明の実施例に係るインパクト工具１の外観を示す斜視図である。本実施例のインパクト工具１の全体構造を示す縦断面図である。本実施例のインパクト工具１を用いて石膏ボードへの木ネジの締め付け手順を説明するための図である。（Ａ）～（Ｃ）は本実施例のインパクト工具１で検知された着座状態と追い締め制御との関係を説明するための図であり、（Ｄ）は従来のインパクト工具によって締め過ぎとなった状態を示す図である。本実施例のインパクト工具１のモータ３の駆動制御系の回路図である。締め付け対象材（石膏ボード＋合板）の堅さの違いによる締め付け時間の経過とモータ電流の関係を示す図である。本実施例のインパクト工具１の締め付け時間の経過に伴うモータ電流波形の変化量を示す図であって、（Ａ）は電流値Ｉを示し（図６と同じ）、（Ｂ）は電流値Ｉの微分値を示し、（Ｃ）は電流値Ｉの二階微分値を示す。本実施例のインパクト工具１の石膏ボードモードにおける締め付け手順を示すフローチャートである（その１）。本実施例のインパクト工具１の石膏ボードモードにおける締め付け手順を示すフローチャートである（その２）。本実施例のインパクト工具１の石膏ボードモードにおける締め付け手順を示すフローチャートである（その３）。本実施例のインパクト工具１の締め付け開始時における負荷の有無を検知する方法を説明するための図である。正転時のハンマ２４によるアンビル２８への打撃が行われる状況を示す図である。本実施例のインパクト工具１の締め付け動作中おいて、ハンマ２４がアンビル２８に対して離脱する際のモータ３の電流波形を示す図である。本実施例のインパクト工具１のソフトウェアによる着座判定の仕方を説明するための図である。本実施例のインパクト工具１における着座判定用の閾値ＴＨ_Ｓの決定方法を説明するための図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。以下の説明において、前後左右、上下の方向は、図中に示した方向として説明する。本実施例においては、電動工具の一例としてインパクト工具１を用いて説明する。

図１は、本発明の実施例に係るインパクト工具１の外観を示す側面図である。インパクト工具１は、充電可能なパック式のバッテリ９０を電源とし、モータを駆動源として出力軸１０に回転力と打撃力を与え、装着機構１１にて取付穴１０ａに保持されるドライバビット等の図示しない先端工具に回転打撃力を間欠的に伝達してねじ締めやボルト締め等の作業を行う。インパクト工具１のハウジング２は、モータや動力伝達機構を収容するための略円筒状の筒状の胴体部２ａと、胴体部２ａの略中央付近から軸線Ａ１と略直交方向に延在するものであって、作業者が片手で把持するためのハンドル部２ｂと、ハンドル部２ｂの端部のうち、胴体部２ａと反対側に位置する下方側端部（反胴体部側端部）に設けられるバッテリ取付部２ｃにより構成される。ハンドル部２ｂ内の上部にはトリガレバー７ａが前方側に突出するように配設され、トリガレバー７ａの後方側には、出力軸１０の回転方向を正方向又は逆方向に切り換えるための正逆切替レバー８が設けられる。

バッテリ取付部２ｃはバッテリ９０の上面とほぼ同じ横面積を有し、その内部には、リチウムイオン電池等の２次電池からなるバッテリ９０が装着される。バッテリ９０は着脱可能であって、図１の状態から取り外す際には、左右両側にあるラッチボタン９１を押し込みながらバッテリ９０を電動工具本体に対して前方側に相対移動させる。バッテリ取付部２ｃの内部には前後、左右方向にほぼ水平に配置される制御回路基板（図２で後述）が配置される。バッテリ取付部２ｃの上面部分であってハンドル部２ｂの下端よりも前方部分には、第１のスイッチパネル３６が設けられる。第１のスイッチパネル３６には、照明装置９を点灯するためのライトスイッチ、バッテリ９０の残量を表示するための電池残量表示スイッチと電池残量表示ランプ、打撃強さを表示するための強弱表示ランプが配置される。また、バッテリ取付部２ｃの左側面部分にも第２のスイッチパネル３７が設けられ、打撃強さ（締め付けの強さ）を調整するための強弱切替スイッチ３８が設けられる。強弱切替スイッチ３８の斜め後下方には、インパクト工具１を作業者の腰ベルトに吊り下げるためのフック５０が設けられる。フック５０は着脱式であり、図１のようにバッテリ取付部２ｃの左側側面に取りつけるだけでなく、右側側面に取りつけることも可能であり、さらには取り外したままとしても良い。

ハウジング２の胴体部２ａの後端側付近には、スリット状の空気取入口１７ｂが形成され、その前方側であってロータファン１５（図２で後述）の外周付近には、空気排出用のスリット１７ｃが形成される。ハウジング２の前方側には金属製であってカップ状に形成され、先端に出力軸１０を貫通させる貫通穴が形成されたハンマケース５が設けられる。ハンマケース５の前方端付近の下側には、ＬＥＤを用いた照明装置９が設けられる。

図２は本実施例のインパクト工具１の内部構造を示す縦断面図である。モータ３は側面視で略Ｔ字状の形状を成すハウジング２の筒状の胴体部２ａ内に収容される。モータ３はブラシ（整流用刷子）の無いＤＣ（直流）モータであり、４極６スロットのブラシレスＤＣモータである。モータ３は永久磁石を備えたロータ（回転子）３ａと、３相巻線等の複数相の電機子巻線（固定子巻線）を備えたステータ（固定子）３ｂを含む。モータ３は、ロータ３ａの永久磁石の磁力を検出してロータ位置を検出する複数のホールＩＣより構成された位置検出素子１３の出力を用いて、バッテリ等から供給される直流電圧を複数の半導体スイッチング素子１４によってスイッチングされることにより動作する。モータ３の回転軸４は筒状の胴体部２ａの軸線Ａ１と同心に配置され、前側及び後側において２つの軸受１６ａ、１６ｂによってハウジング２に軸支される。ステータ３ｂの後方側には、３つの位置検出素子１３や６つの半導体スイッチング素子１４等を搭載するための略円環状のインバータ回路基板１２が配置される。インバータ回路基板１２はモータ３の外径とほぼ同径の略円環状の両面基板である。半導体スイッチング素子１４は６つ設けられてインバータ回路を形成し、各相の固定子巻線への通電を切換える。半導体スイッチング素子１４として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）等が用いられる。インバータ回路はマイクロコンピュータ（マイコン）により制御され、位置検出素子１３によるロータ３ａの位置検出結果に基づいて各相の電機子巻線の通電タイミングを設定するので、高度な回転制御が容易となる。

ハンマケース５は、内部に減速機構２０とインパクト機構２１を収容するものであって、ハウジング２の胴体部２ａの前方側に設けられる。ハンマケース５は金属の一体品にて製造され、カップ状の底部にあたる前方部分には出力軸１０を貫通させるための貫通穴５ａが形成される。ハンマケース５の外側であって、出力軸１０の先端部分に図示しない先端工具を装着又は取り外しできるための装着機構１１が設けられる。

ロータ３ａと軸受１６ａの間には、ロータファン１５が回転軸４と同軸に取り付けられる。ロータファン１５は、例えばプラスチックのモールドにより一体成形されるものであり、後方の内周側から空気を吸引し、前方側の半径方向外側に排出する、いわば遠心ファンである。ロータファン１５によって起こされる空気流は、空気取入口１７ａ及びインバータ回路基板１２の周囲のハウジング部分に形成された空気取入口１７ｂ（図１参照）から胴体部２ａの内部に取り込まれ、主にロータ３ａとステータ３ｂの間を通過するように前方側に流れ、ロータファン１５により、ロータファン１５の周囲のハウジング部分に形成された後述するスリット１７ｃ（図１参照）からハウジング２の外部に排出される。

ロータ３ａは、永久磁石によって形成される磁路を形成する。ステータ３ｂは、円環状の薄い鉄板の積層構造で製造され、内周側には６つのティース（図示せず）が形成され、各ティースにはエナメル線が巻かれてコイルが形成される。本実施例では、コイルをＵ、Ｖ、Ｗ相の３相を有するスター結線としている。

ハウジング２の胴体部２ａから略直角に一体に延びるハンドル部２ｂ内の上部にはトリガレバー７ａが前方側に突出するように配設され、トリガレバー７ａの後方にはトリガスイッチ７が設けられる。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レバー７ａ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の回転数を制御できる。モータ３の回転方向は、正逆切替レバー８を操作することによって切り替えることができる。ハンドル部２ｂ内の下部は、ハンドル部２ｂの軸線Ｂ１方向と略直交方向に拡径するバッテリ取付部２ｃが設けられる。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９０が着脱可能に装着される。バッテリ９０の上部には、モータ３のインバータ回路基板１２を制御するための制御回路部３０が設けられる。制御回路部３０には、前後左右方向に延びるように設けられる図示しない制御回路基板が収容される。制御回路基板には図５にて後述するマイコン４０が搭載される。制御回路基板３１は、信号線を介してインバータ回路基板１２と接続される。制御回路基板３１の近傍であって、バッテリ取付部２ｃの上面には、バッテリ９０の残量チェックスイッチと残量表示用のＬＥＤ表示装置と、照明装置９の点灯スイッチを配置するためのスイッチパネル３６が設けられる。

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４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２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、減速機構２０、インパクト機構２１を組み込んだハンマケース５とモータ３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、複数のネジで締め付ける方法が取られる。

インパクト機構２１は遊星歯車による減速機構２０の出力側に設けられるもので、スピンドル２２とハンマ２４を備え、後端が軸受１８ｂ、前端がメタル１８ａにより回転可能に保持される。減速機構２０とインパクト機構２１が、モータ３によって先端工具を駆動するための動力伝達機構を構成する。トリガレバー７ａが引かれてモータ３が起動されると、正逆切替レバー８で設定された方向にモータ３が回転を始め、その回転力は減速機構２０によって減速されてスピンドル２２に伝達され、スピンドル２２が所定の速度で回転する。ここで、スピンドル２２とハンマ２４とはカム機構によって連結され、このカム機構は、スピンドル２２の外周面に形成されたＶ字状のスピンドルカム溝２３と、ハンマ２４の内周面に形成されたハンマカム溝２５と、これらのカム溝２３、２５に係合する２つのスチールボール２６によって構成される。ハンマ２４は、ハンマスプリング２７によって常に前方に付勢されている。ハンマ２４とアンビル２８の対向する回転平面上の２箇所には軸線Ａ１方向に凸状に突出する打撃爪（図１２で後述するハンマ爪２４ａ、２４ｂ）と、打撃爪によって打撃される被打撃爪（図１２で後述するアンビル爪２８ａ、２８ｂ）が回転対称に形成されている。

スピンドル２２が回転駆動されると、その回転はカム機構を介してハンマ２４に伝達され、ハンマ２４が半回転しないうちにハンマ２４の打撃爪がアンビル２８の被打撃爪に係合してアンビル２８を回転させる。回転時のハンマ２４とアンビル２８の係合反力によってスピンドル２２とハンマ２４との間に相対回転が生ずると、ハンマ２４はカム機構のスピンドルカム溝２３に沿ってハンマスプリング２７を圧縮しながらモータ３側へと後退を始める。そして、ハンマ２４の後退動によってハンマ２４の打撃爪がアンビル２８の被打撃爪を乗り越えて両者の係合が解除されると、ハンマ２４は、スピンドル２２の回転力に加え、ハンマスプリング２７に蓄積されていた弾性エネルギーとカム機構の作用によって回転方向及び前方に急速に加速されつつ、ハンマスプリング２７の付勢力によって前方へ移動し、ハンマ２４の打撃爪がアンビル２８の被打撃爪に再び係合して一体に回転し始める。このように強力な回転打撃力がアンビル２８に加えられるため、アンビル２８と一体に形成された出力軸１０の取付穴１０ａに装着される図示しない先端工具に回転打撃力が伝達される。以後、同様の動作が繰り返されて先端工具に回転打撃力が間欠的に繰り返し伝達され、例えば、木ネジが木材等の図示しない被締め付け部材にねじ込まれる。

図３（Ａ）～（Ｅ）は本実施例のインパクト工具１を用いて第１材たる石膏ボードへの木ネジの締め付け手順を説明するための図である。石膏ボード７１は、石膏をしん材とし、両面を石膏ボード用原紙で被覆して成型したもので、防火性、遮音性、寸法安定性、工事の容易性等の特徴をもつ建築用内装材料であり、建築物の壁、天井などに広く用いられている。石膏ボードのような軟質のボードは単体の使用では壁材としての強度が不足するため、第２材たる合板の上に石膏ボード７１を重ね貼りすることが多い。図３（Ａ）は合板による下地の上に例えば板厚１０ｍｍの石膏ボード７１を重ねて、長さ２５ｍｍの木ネジ７３を締め付ける直前の状態である。ここでは作業者は木ネジ７３の先端７３ｄを石膏ボード７１に位置決めし、先端工具７０を木ネジ７３の頭頂面７３ａの十字溝（図示せず）に嵌合させる。木ネジ７３は、径方向に広がる皿部７３ｂと、外周側にネジ山が形成されたネジ部７３ｃにより形成される。ここでは皿部７３ｂの上面たる頭頂面７３ａは十字溝部分を除いて平坦な形状である。皿部７３ｂの外周面は頭頂面７３ａから漏斗状になるように軸方向を含む断面外縁が二次曲線状に絞り込まれる形状である。

図３（Ａ）の状態にて作業者がトリガレバー７ａを引くとモータ３が起動する。モータ３が回転を開始すると先端工具７０が回転し、先端工具７０と嵌合している木ネジ７３が回転し、木ネジ７３の先端７３ｄが石膏ボード７１にねじ込まれる。図３（Ｂ）は木ネジ７３の先端７３ｄが石膏ボード７１内に位置する状態である。図３（Ｂ）から先端工具７０がさらに回転して木ネジ７３が回転すると、木ネジ７３の先端７３ｄが合板等の下地７２に到達するので、木ネジ７３は下地７２にねじ込まれるため、先端工具７０に必要な締め付け負荷が増大する。尚、本実施例の木ネジ７３のネジ部７３ｃは、ネジ山部分を除くと軸線方向にみて径がほぼ一定であるため、締め付けが進むにつれて増大する負荷は、石膏ボード７１と下地７２との貫通長さにほぼ比例するように徐々に増大する。

図３（Ｄ）は皿部７３ｂの漏斗状の外周面が石膏ボード７１の表面に当接した状態である。このように皿部７３ｂの漏斗状の外周面が石膏ボード７１の表面に当接すると、締め付け負荷が急激に増大する。そこでインパクト工具１のマイコン４０は、皿部７３ｂの外周面の一部が石膏ボード７１の表面に当接した状態（着座状態）になったと検知して、モータ３を停止させる。着座検出のための具体的な方法は、図６、７にて後述する。ここで、図３（Ｄ）に示すような着座状態が検出されて停止した木ネジ７３の状態は、頭頂面７３ａが石膏ボード７１の表面よりも高さＳだけ突出している状態にある。理想的にはＳ＝０の時にマイコン４０が木ネジ７３の回転を停止させるのが好ましい。しかしながら、被締め付け材（石膏ボード７１及び下地７２）に対する締め付け負荷は一定では無いので、常にＳ＝０に保つのは先端工具７０と石膏ボード７１の表面の相対位置を検出しない限り困難である。一方で、木ネジ７３を締め付けすぎでＳ＜０となることは絶対に避けねばならない。木ネジ７３の締め過ぎによって石膏ボード７１の板厚が部分的に規定量に満たなくなると木ネジ７３による固定力が不足してしまうためである。また、石膏ボードはもろいので、表面の紙を貫いてしまうと固定力がほとんど生まれないためである。そこで、本実施例では、皿部７３ｂの軸方向の長さをＴ_Ｓとすると、０≦Ｓ＜Ｔ_Ｓを満たす状態であって、できるだけＳ＝０に近づく範囲でマイコン４０がモータ３を停止できるように制御した。マイコン４０は、作業者がトリガレバー７ａを引いたままであっても着座状態となって一定の締め付け状態を検知したら、モータ３を強制的に停止させる。すなわち、インパクト機構２１が打撃を行う前、言い換えるとインパクト機構２１が打撃をせずにハンマとアンビルが接触した状態で回転した状態で木ネジ７３を締め付け、木ネジ７３が着座したらモータ３を停止させている。

図３（Ｄ）の状態で先端工具７０の回転が停止すると、頭頂面７３ａが石膏ボード７１の表面よりも突出している状態であるため、追加の締め付け（増し締め）が必要となる。そこで、本実施例のインパクト工具１では追加で木ネジ７３を締め付けるための新たな制御、即ち“追い締め制御”を追加した。“追い締め制御”は、マイコン４０が先端工具７０を一定量だけ回転させた後に自動停止させる制御であり、“追い締め制御”における回転量が一定となるように制御される。ここでは、モータ３の駆動時間で追い締め制御の回転量を規定する。マイコン４０は、作業者がトリガレバー７ａを引いたことで先端工具７０の回転を開始し、モータ３が所定の微小時間だけ駆動されたら、作業者のトリガレバー７ａの引き状態にかかわらずにモータ３の回転を停止させる。この際の回転量は、木ネジ７３の不足する締め付け量を１～３回の追い締めで完了できる程度とする。図３（Ｄ）から（Ｅ）の状態は、先端工具７０を頭頂面７３ａに押し当てたままでトリガレバー７ａを引くようにしても良いし、一旦先端工具７０を頭頂面７３ａから離反させて、再び先端工具７０を頭頂面７３ａに押し当ててからトリガレバー７ａを再度引くような動作であっても良い。尚、図３（Ｄ）の追い締め制御を実現するために、マイコン４０はトリガレバー７ａが引かれた直後の初期負荷の量を検出し、大きな負荷があるか否かを判定する。大きな負荷の有無によって、トリガレバー７ａが引かれた時の状況が図３（Ａ）の状態に該当するか、図３（Ｄ）の状態で再度トリガレバー７ａが引かれたのかを判定する。この判定の仕方は図１１にて後述する。

図４（Ａ）～（Ｃ）は本実施例のインパクト工具１で検知された着座状態と追い締め制御との関係を説明するための図である。また、比較のために図４（Ｄ）に従来のインパクト工具によって締め過ぎとなった状態も示す。図４（Ａ）は、本実施例のインパクト工具１で検知された着座が最適ネジ締め位置に到達している状態を示すもので、本実施例のインパクト工具１を用いて締め付けをした際に７～９割程度の締め付けがこの状態になるように制御すると良い。ここでは石膏ボード７１の表面と木ネジ７３の頭頂面７３ａが同一面になっている。

図４（Ｂ）の左側の状態は、インパクト工具１で検知された着座位置が不足している状態を示し、木ネジ７３の頭頂面７３ａが石膏ボード７１の表面から距離Ｓ_１だけ浮いている。その後に１度だけ追い締めを行うことで右側に図示した最適ネジ締め位置に到達する。図４（Ｃ）の左側の状態は、インパクト工具１で検知された着座位置がさらに不足している別の状態を示し、木ネジ７３の頭頂面７３ａが石膏ボード７１の表面から距離Ｓ_２（Ｓ_２＞Ｓ_１）だけ浮いている。この場合は１度の追い締めだけでは足りないので、２度の追い締めを行うことで右側のような最適ネジ締め位置に到達する。ここでは先端工具７０を頭頂面７３ａに押し当てたままでトリガレバー７ａを引く操作が２回必要になり煩わしさも否めない。しかしながら、図４（Ｄ）のように締め過ぎとなってしまうと石膏ボード７１一枚分を張り替えねばならない虞が高いので、トリガレバー７ａを再び引く操作が増えるデメリットよりも、締め過ぎが発生するデメリットの方が遙かに大きい。本実施例では、図４（Ａ）の状態が７～９割程度、（Ｂ）の状態が２～０．５割程度、（Ｃ）の状態が１～０．５割程度、（Ｄ）の状況の発生がゼロとなるようにマイコン４０がモータ３の回転制御を行うようにできれば好ましい。木ネジ７３が着座するとモータ３を停止するが、トリガレバー７ａを再操作することで追い締めを行うことができる。この際、木ネジ７３の着座が検出できずにモータ３が停止しなかった場合、最初の打撃を検出した後にモータ３を停止するようにしても良い。この構成によれば、最初のトリガレバー７の操作で追い締めまでの動作を実行することができ、木ネジ７３の締め過ぎを抑制することができる。

次に、モータ３の駆動制御系の構成と作用を図５を用いて説明する。図５は本実施例のインパクト工具１の概略ブロック図である。本実施例では電源として二次電池で構成されたバッテリ９０を用い、ブラシレスＤＣモータを制御するために制御回路部（制御装置）３０はマイコン４０を含み、て複数の半導体スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６により構成されるインバータ回路を駆動する。モータ３は、いわゆるインナーロータ型で、一対のＮ極およびＳ極を含むマグネット（永久磁石）を埋め込んで構成されたロータ３ａに対向するように、６０°毎に配置された３つの位置検出素子１３が設けられる。ステータ３ｂにはスター結線された３相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗが含まれる。

インバータ回路基板１２上には、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が搭載される。制御回路基板３１に搭載されるマイコン４０は、制御信号出力回路４８を介してスイッチング素子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４８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４８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、インバータ回路に印加されるバッテリ９０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個の負電源側のスイッチング素子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３１上に搭載されたマイコン４０によって、トリガスイッチ７のトリガレバー７ａ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。

制御回路部３０には、マイコン４０、電流検出回路４１、スイッチ操作検出回路４２、印加電圧設定回路４３、回転方向設定回路４４、回転子位置検出回路４５、回転数検出回路４６、及び、入出力部４９が搭載される。制御回路部３０の中核をなすマイコン４０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と、後述するフローチャートに相当する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、タイマ等を内蔵するマイコンを含んで構成される。電流検出回路４１はシャント抵抗３２の両端電圧を測定することによりモータ３に流れる電流を検出する電圧検出手段であって、検出電流はマイコン４０に入力される。本実施例ではシャント抵抗３２をバッテリ９０とインバータ回路の間に設けて半導体スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６に流れる電流値を検出する方式であるが、シャント抵抗３２をインバータ回路とモータ３の間に設けてモータ３に流れる電流値を検出するようにしても良い。

スイッチ操作検出回路４２はトリガレバー７ａが引かれているかどうかを検出するもので、少しでも引かれていればオン信号をマイコン４０に出力する。印加電圧設定回路４３は、トリガレバー７ａの移動ストロークに応答してモータ３の印加電圧、すなわちＰＷＭ信号のデューティ比を設定するための回路である。回転方向設定回路４４は、モータの正逆切替レバー８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３の回転方向を設定するための回路である。回転子位置検出回路４５は、３つの位置検出素子１３の出力信号に基づいてロータ３ａとステータ３ｂの電機子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗとの関係位置を検出するための回路である。回転数検出回路４６は、単位時間内にカウントされる回転子位置検出回路４５からの検出信号の数に基づいてモータの回転数を検出する回路である。制御信号出力回路４８は、マイコン４０からの出力に基づいてスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６にＰＷＭ信号を供給する。ＰＷＭ信号のパルス幅の制御によって各電機子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗへ供給する電力を調整する。

マイコン４０には動作モードを切り換えるための入出力部４９からの信号が入力される。入出力部４９から入力される信号は、第１のスイッチパネル３６と第２のスイッチパネル３７からの入力信号や、その他のセンサ類の入力信号がある。また、マイコン４０から入出力部４９へ出力される信号は、先端工具付近を照らすための照明装置９を駆動する駆動回路への点灯又は消灯指示信号、第１のスイッチパネル３６上のＬＥＤ表示の点灯信号を含む。

図６は、締め付け対象材（石膏ボード＋合板）の堅さの違いによる締め付け時間の経過とモータ電流の関係を示す図である。縦軸は電流値Ｉ（単位：Ａ）であり、横軸は時間の経過（単位：ミリ秒）である。ここでは、１回の締め付けだけで木ネジ７３が図３（Ｅ）の状態まで理想的に締め付けられる場合を示しており、実線で示す電流値６１が、石膏ボード７１に加えて柔らかい下地７２に対する締め付けの状況を示す。また、点線で示す電流値６２が、石膏ボード７１に加えて硬い下地７２に対する締め付けの状況を示す。軟らかい下地の場合、時刻０にて作業者が図３（Ａ）に示す状態から木ネジ７３を締め付けるべくトリガレバー７ａを引くと、締め付けの進行と共に電流値６１は矢印６１ａから６１ｂのようにわずかに上昇する。ここではモータ３の始動直後の始動電流の影響の図示を省略しているので注意されたい（後述する図７でも同じ）。そして、時刻ｔ_１において着座初期状態（木ネジ７３の皿部７３ｂとネジ部７３ｃの境界位置が石膏ボード７１の表面に到達した状態）になると、矢印６１ｃのように急激に電流値が増加する。

マイコン４０は、着座初期状態を検出した後の適切なタイミング、即ち時刻ｔ_２でモータ３の回転を停止する。硬い下地の場合も同様に、時刻０にて作業者がトリガレバー７ａを引くと、締め付けの進行と共に電流値６２は矢印６２ａから６２ｂのように直線的に上昇する。そして、時刻ｔ_１において着座状態になると、矢印６２ｃのように大きく電流値が増加する。マイコン４０は着座を検出した後の適切なタイミング、即ち時刻ｔ_２でモータ３の回転を停止する。実際の締め付け動作では、硬い下地と軟らかい下地の場合に出力軸１０の回転速度が同じとは限らないため、時刻ｔ_１、ｔ_２がばらつくので、図６で示したのはあくまでも一例である。この波形図からわかるように、軟らかい下地の場合、矢印６１ａ～６１ｂに示すような着座前の電流値６１の小さい傾きに比べて、矢印６１ｃに示す着座後の傾きの上昇度合いが大きい。一方、硬い下地の場合、矢印６２ａ～６２ｂに示す着座初期状態よりも前の電流値６２の傾きに比べて、矢印６２ｃに示す着座初期状態よりも後の電流値６２傾きの上昇度合いが小さい。本実施例では、この着座初期状態前の電流値の傾きに対する、着座初期状態後の電流値の傾きの比率の違いに考慮しながら、モータ３を停止させるための停止閾値ＴＨ_Ｓ（後述）を最適に設定するようにした。このように本実施例では、締め付け対象材の堅さが異なっても確実に着座を検出してモータ３を停止することができる。

図７は締め付け対象材（第１材たる石膏ボード＋第２材たる合板）の堅さの違いによる締め付け時間の経過に伴うモータ電流の関係を示す図であって、図７（Ａ）の縦軸は電流値Ｉを示し、（Ｂ）の縦軸は電流値Ｉの微分値を示し、（Ｃ）の縦軸は電流値Ｉの二階微分値を示す。図７（Ａ）は図６と同一の図である。図７（Ｂ）は図７（Ａ）の電流値６１、６２をそれぞれ時間で微分して、ｄＩ／ｄｔによる微分値６３、６４を算出したものである。ｄＩ／ｄｔは、図７（Ａ）のグラフの傾きの大きさを示し、実線で示す軟らかい下地の場合の微分値６３は着座前には矢印６３ａの状態であり、点線で示す硬い下地の場合の微分値６４の矢印６４ａよりも小さい。また、時刻ｔ１の着座初期位置に到達してから木ネジ７３の頭頂面７３ａが石膏ボード７１と同一面に至るまでの間におけるｄＩ／ｄｔは、軟らかい下地の場合の微分値６３の立ち上がり（矢印６３ｂ）が、硬い下地の場合の微分値６４の立ち上がり（矢印６４ｂ）よりも明らかに大きくなる。本発明者らはこの矢印６３ａと６４ａの関係（６３ａ＜６４ａ）と、矢印６３ｂと６４ｂの関係（６３ｂ＞６４ｂ）が逆転する事実に注目して、停止閾値ＴＨ_Ｓを設定するようにした。この結果、第２材たる下地材の硬さの違いに応じた最適な停止閾値ＴＨ_Ｓ（後述）を、各締め付け毎に個別に設定することが可能となった。

図７（Ｃ）は微分値６３、６４をさらに微分して、図７（Ｂ）の微分値６３、６４のグラフの傾きを算出したものである。つまり、図７（Ａ）からみて二階微分値となり、二階微分値６５、６６はｄ^２Ｉ／ｄｔ^２にて算出される。ここで理解できるように、時刻０から時刻ｔ_１においては、二階微分値６５、６６はほとんど０であり双方に変わりが無い。一方、時刻ｔ_１から時刻ｔ_２において二階微分値６５、６６が急激に立ちあがる。この立ち上がり具合に応じてモータ３を停止させるための停止閾値ＴＨ_Ｓを変動させる。考え方としては、下地材が硬くて締め付け負荷が大きい場合は、二階微分値６６のようにｄ^２Ｉ／ｄｔ^２が時刻ｔ_１からｔ_２の範囲において小さくなるので、停止閾値ＴＨ_Ｓが小さくなるように設定する。他方、下地材が軟らかくて締め付け負荷が小さい場合は、二階微分値６５のようにｄ^２Ｉ／ｄｔ^２が時刻ｔ_１からｔ_２の範囲において大きくなるので、停止閾値ＴＨ_Ｓが大きくなるように設定する。以上のように本実施例では停止閾値ＴＨ_Ｓを着座初期位置到達後のｄ^２Ｉ／ｄｔ^２の大きさに応じて矢印８１のように上下させる。この上下させることにより、時刻０～時刻ｔ_１までの微分値６３、６４の大きさに合わせて停止閾値ＴＨ_Ｓを変動させることができるので、トリガレバー７ａを引いてから着座初期位置に到達する間の区間で、停止閾値ＴＨ_Ｓを変動させることが可能となる。

図８～図１０は本実施例のインパクト工具１の石膏ボードモードにおける締め付け手順を示すフローチャートである。インパクト工具１は、バッテリ９０が装着され、最初にトリガレバー７ａが引かれてトリガスイッチ７がオンになると、マイコン４０に電源が供給されるため、マイコン４０が起動して図８～図１０にて示す各ステップを実行する。図８～図１０にて示す各ステップは、マイコン４０にあらかじめ格納されたプログラムによってソフトウェア的に実行される。最初に、マイコン４０はインパクト工具１の設定されている動作モードを検出する（ステップ１０１）。本実施例のインパクト工具１の動作モードは、従来から設けられるインパクト動作モード（第１モード）に加えて、「石膏ボードモード（第２モードであって、軟質ボード用の動作モード）」が追加されている。インパクト動作モードでは締め付け強さを複数段階（例えば４段階）にて設定できる。インパクト工具の動作モードは第１モードと第２モードの２つだけに限らずに、その他の動作モード、例えばテクスネジ締め付けモード（第３モード）やその他の動作モードが設けられても良いが、ここでの第３モードやその他の動作モードの説明は省略する。ステップ１０１では、これらのモードのうち、いずれかが設定されているかをマイコン４０が判定する。

次にマイコン４０は、正逆切替レバー８の設定を検出することによりモータ３の回転方向を設定する（ステップ１０２）。次にマイコン４０は、ステップ１０１にて検出された動作モードが、「通常モード（通常のインパクト動作モード）」か、本実施例によって追加された新たな「石膏ボードモード」であるかを判定する（ステップ１０３）。動作モードが「通常モード」である場合は、マイコン４０は従来のインパクト工具と同じ制御たるステップ１０４～１１０の制御を行う。即ち、マイコン４０は設定されているインパクト動作による締め付け強さに応じてもモータ３の目標回転数を設定し（ステップ１０４）、トリガレバー７ａが引かれてトリガスイッチ７がオンになったか否かを判定する（ステップ１０５）。ステップ１０５にてトリガレバー７ａが引かれていない場合は、ステップ１０１に戻り、トリガレバー７ａが引かれている場合は、モータ３の駆動を開始する（ステップ１０６）。次に、マイコン４０はモータ３の回転中においてトリガスイッチ７がオフになったか否かを判定し（ステップ１０７）、オフになっていなかったらモータ３の回転数を検出し（ステップ１０９）、ステップ１０４で設定された目標回転数と検出された現在の回転数を比較し、ＰＷＭ制御におけるデューティ比を設定し、そのデューティ比となるようにインバータ回路を制御し、ステップ１０７に戻る（ステップ１１０）。ステップ１０７にてトリガレバー７ａが戻されてトリガスイッチ７がオフになったら、モータ３の駆動を停止させて締め付け動作を終了する（ステップ１０８）。以上が、従来から行われてきた通常のインパクト動作モードである。

ステップ１０３において、マイコン４０が「石膏ボードモード」に設定されていると判定したら、ステップ１１１以降のステップを実行する。ステップ１１１では、マイコン４０はモータ３の回転方向が「逆転」に設定されているかを判定する。逆転の場合は、石膏ボード特有の着座検出や追い締め制御は不要なので、ステップ１０４に進む。ステップ１１４でマイコン４０は、石膏ボードの締め付け用に適するモータ３の目標回転数を設定し（ステップ１１２）、トリガレバー７ａが引かれてトリガスイッチ７がオンになったか否かを判定する（ステップ１１３）。ステップ１１３にてトリガレバー７ａが引かれていない場合は、ステップ１０１に戻り、トリガレバー７ａが引かれている場合は、モータ３の駆動を開始する（ステップ１１４）。次に、マイコン４０はモータ３の回転中においてトリガスイッチ７がオフになったか否かを判定し（ステップ１１５）、オフになっていなかったらモータ３の回転数を検出し（ステップ１１７）、ステップ１１２で設定された目標回転数と検出された現在の回転数を比較し、ＰＷＭ制御におけるデューティ比を設定し、そのデューティ比となるようにインバータ回路を制御し、図９のステップ１２１に移行する（ステップ１１８）。ステップ１１５にてトリガレバー７ａが戻されてトリガスイッチ７がオフになったら、モータ３の駆動を停止させて（ステップ１１６）、締め付け動作を終了する。

図９は図８のステップ１１８に続く処理手順である。「石膏ボードモード」では、最初にマイコン４０が駆動時間の検出を行う（ステップ１１９）。この検出は一定の間隔毎（例えば１ミリ秒ごと）に行うもので、間隔の計測はマイコン４０が有するタイマ機能を用いて行われる。次に、マイコン４０は、電流検出回路４１（図５参照）を用いてモータ３に流れる電流値Ｉを測定する（ステップ１２０）。次にマイコン４０は、測定された電流値Ｉ（例えば時刻ｔ_ｎの電流値Ｉ_ｎ）を図示しない内部メモリに一時的に記憶する（ステップ１２１）。次にマイコン４０は、石膏ボードモードにおける「初期負荷判定終了フラグ」が、設定済み（＝“１”）であるか未設定（＝“０”）であるかを判定する（ステップ１２２）。ここで、「初期負荷判定終了フラグ」は、石膏ボードモードにおいてトリガレバー７ａが引かれた後に、図３（Ａ）のような締め付け前の状態であるか、図３（Ｄ）の後の状態のような追い締め制御であるかを示す負荷判定が実行されたか否かを示すフラグである。初期負荷判定終了フラグの“１”が検出された場合は、締め付け前の状態か追い締め制御かの判定が済んでいることを示す。初期負荷判定終了フラグ“１”が未検出の場合は、締め付け前の状態か追い締め制御かの判定が済んでいないことを示す。尚、初期負荷判定終了フラグは、作業者がトリガレバー７ａを離した際にクリアされて“０”が入力される。

ステップ１２２で初期負荷判定が終了していない場合、即ち初期負荷判定終了フラグの“１”が未検出の場合は、マイコン４０が初期負荷状態を検出ための時間が適正範囲（判定時間領域内）であるか否かを判定する（ステップ１２６）。ここで、図１１を用いて、追い締め制御を実行すべきか否かの負荷検知方法を説明する。図１１はインパクト工具１の締め付け開始時における負荷の有無を検知する方法を説明するための図であり、「石膏ボードモード」において作業者がトリガレバー７ａを引いた直後に毎回実行される。グラフの縦軸は電流検出回路４１（図５参照）によって検出される電流値Ｉ（単位Ａ）であり、横軸は時間の経過（単位ミリ秒）である。ここでは、電流値６８、６９の２つの波形を示している。電流値６８は図３（Ｅ）の締め付け時のように追い締め用の負荷がある状態であり、電流値６９は図３（Ａ）のように追い締め用の負荷が無い状態である。時刻０において作業者がトリガレバー７ａを引くと、モータ３が起動して回転を開始する。モータ３の始動直後には矢印６８ａ、６８ｂのように大きな始動電流が流れるので、この時間内に測定された電流値Ｉは判断には用いないようにして（不感期間）、始動電流が無くなってモータ３に流れる電流値６８、６９が安定した頃の所定区間（負荷検知区間）、即ち、矢印６８ｂ、６９ｂのように時刻ｔ_ａ～ｔ_ｂの区間の電流値６８、６９を測定し、それらの値が閾値ＴＨ_ｌを越えているか否かを判定する。ここで、閾値ＴＨ_ｌは負荷検知のために予め設定された閾値であり、閾値ＴＨ_ｌを越えていたら負荷がある、即ち図３（Ｄ）から（Ｅ）に至る“追い締め状態”であると判定され、閾値ＴＨ_ｌ以下であったら、図３（Ａ）に示す木ネジ７３の締め付け開始時の負荷無しの状態であると判定される。閾値ＴＨ_ｌを越えているか否かは、時刻ｔ_ａ～ｔ_ｂに至る電流値６８、６９のピーク値で判定しても良いし、平均値で判定しても良いし、フィルタリング処理をしてノイズを除去した後に判定しても良い。この負荷検知区間は、着座が検知される時刻ｔ_１（ｔ_１＞ｔ_ｅ）よりも十分前の区間にあるので、木ネジ７３のそれぞれの締め付けの初期段階でマイコン４０は負荷あり、負荷無しの状態を判断できる。尚、“負荷あり”であって時刻ｔ_ｂを越えた後、一定の時間経過後の時刻ｔ_ｅに、マイコン４０はモータ３を停止させる。ここで、時刻０から時刻ｔ_ｅに至る所定時間の設定値は８０ｍｓ程度であり、木ネジを約９０度回転させる程度である。“負荷なし”と判断された場合は、マイコン４０は図７で示したように着座検出をして時刻ｔ_２にてモータ３を停止する。

図８のステップ１２６に戻る。ステップ１２６にて、電流値が検出された時刻が初期負荷検出のための検知時間内であるかを判断し、負荷検知時間未満にあるとき、即ち図１２の時刻０からｔ_ａの間にあるときは図８のステップ１１５に戻る。ステップ１２６にて、電流値が検知時間内である時は、検出された電流値Ｉが、負荷検知の閾値ＴＨ_ｌを越えているか否かを判定する（ステップ１２７）。負荷検知の閾値ＴＨ_ｌを越えている場合にマイコン４０は、初期負荷状態（負荷あり）が検出されたと判定して、初期負荷の判定フラグを“１（＝負荷あり）”と判定するとともに、初期負荷の判定終了フラグを“１（＝判定済み）”に変更し（ステップ１２８、１２９）、図８のステップ１１５に戻る。ステップ１２７において負荷検知の閾値ＴＨ_ｌを越えていない場合は、マイコン４０は初期負荷状態（負荷なし）が検出されたと判定して、初期負荷の判定フラグを“０（＝負荷なし）”と判定する（ステップ１３０）とともに、初期負荷の判定終了フラグを“１（＝判定済み）”に変更し（ステップ１２９）、図８のステップ１１５に戻る。

図９のステップ１２２にて、初期負荷の判定終了フラグが“１（＝判定済み）”である場合は、判定された結果が負荷ありか、負荷無しかを判定し（ステップ１２３）、負荷が無い場合は石膏ボードモードによる追い締めでない通常の締め付けを実行すべく図１０のステップ１３１に移行する。ステップ１２３にて負荷がある場合は、マイコン４０は追い締めを行うためにモータ３を一定時間だけ駆動し、一定時間に到達しない間は図８のステップ１１５に戻る。一定時間が経過したら、マイコン４０はモータの回転を停止し、石膏ボードモードによる締め付け動作を終了する。尚、ステップ１２５でモータを停止する場合であっても、図４（Ｃ）の中央の状態である場合もある。その場合は、作業者は再度トリガレバー７ａを引くことによって更なるの追い締めを行う。

図１０は、図９のステップ１２３の“負荷無し”の場合の続きの処理手順を示すフローチャートである。ここでマイコン４０は、ハンマ２４によるアンビル２８への打撃が行われそうか否かを検出する（ステップ１３１）。ここでは加速度センサを用いて実際に打撃が行われた後に検出する方法としても良いが、モータ３の電流値Ｉを検出することにより、ハンマ２４が後退してアンビル２８との係合状態が外れた離脱状態になったことを検出する。この離脱状態の検出について、図１２と図１３を用いて説明する。

図１２は、正転時のハンマ２４によるアンビル２８への打撃が行われる状況を示す図であって、アンビル２８とハンマ２４の２つを軸線Ａ１（図２参照）の前方側から見た図である。図１２（Ａ）は、モータ３が回転してハンマ２４が正転方向に回転し、ハンマ爪（打撃爪）２４ａ、２４ｂがアンビル２８のアンビル爪（被打撃爪）２８ａ、２８ｂを回転方向後方から押すような形となるためアンビル２８がハンマ２４と同じ方向に回転する。この状態で先端工具７０（図３参照）から受ける負荷が増加すると、スピンドルカム機構によってハンマ２４がハンマスプリング２７（図２参照）を圧縮しながら後退を初めて、ついにはハンマ爪２４ａ、２４ｂとアンビル爪２８ａ、２８ｂの軸線Ａ１方向の接触長さが０となる。この結果、図１２（Ｂ）に示すようにハンマ爪２４ａ、２４ｂがアンビル爪２８ａ、２８ｂの後方側をすり抜けるようにして、図中の“ハンマ駆動”で示す矢印方向に回転する。この際、ハンマ爪２４ａ、２４ｂはアンビル爪２８ａ、２８ｂと回転方向に接触していないため、図１２（Ｂ）に示すハンマ２４の後退時のモータ３の負荷は大きく低下するので、その時の電流値Ｉも小さくなる。図１２（Ｃ）は、ハンマ爪２４ａ、２４ｂがアンビル爪２８ａ、２８ｂの後方側をすり抜けて、ハンマスプリング２７（図２参照）の付勢力によって前方側に移動しながら矢印方向に回転する。この回転は、ハンマ爪２４ａ、２４ｂがアンビル爪２８ａ、２８ｂと接触していない空転状態にあるため、モータ３には締め付けの負荷がかからないことになり、電流値Ｉがさらに低下する。この図１２（Ａ）～（Ｃ）に至る際のモータ３の電流値Ｉを示すのが図１３である。

図１３は本実施例のインパクト工具１の締め付け動作中おいて、ハンマ２４がアンビル２８に対して離脱する際のモータ３の電流波形を示す図である。縦軸は電流検出回路４１（図５参照）で検出されるモータ３の電流値Ｉ（単位Ａ）であり、横軸は時間の経過である。横軸の時刻ｔ_Ａ、ｔ_Ｂは、図１２（Ａ）、（Ｂ）の状態の時刻である。図３（Ａ）～（Ｃ）で示したように、木ネジ７３（図３参照）の締め付け時には着座に至るまでにモータ３の電流値６９は、矢印６９ｃのように徐々に増加する。矢印６９ｃで示す電流値６９の上昇は、ハンマ爪２４ａ、２４ｂがアンビル爪２８ａ、２８ｂを回転方向後方から押すようにして回転するためである。この状態で図１２（Ｂ）で示すようにハンマ爪２４ａ、２４ｂが後方側に離脱して、アンビル爪２８ａ、２８ｂとの係合が解消されると、ハンマ２４に加わる負荷が急激に減少するため、矢印６９ｄのように電流値６９が急激に低下する。この矢印６９ｄの時点でモータ３への電流の供給を続けると、モータ３は加速してハンマ爪２４ａ、２４ｂをアンビル爪２８ａ、２８ｂに勢いよく打撃させることなる。しかしながら、本実施例では石膏ボード７１（図３参照）という軟質部材への締め付けであるため、インパクト工具１の打撃動作を伴う締め付け作業はトルクが高すぎて締め過ぎ状態（図４（４））を招く恐れが高い。そこで本実施例では、マイコン４０が電流値６９の急激な低下を検出することによって、打撃が行われる状態を事前に検知し、打撃が行われる前、例えば時刻ｔ_ｆにおいて、モータ３への駆動電流の供給を停止するようにした。

再び図１２に戻る。図１２（Ｃ）に示すようにハンマ２４が空転しているときにマイコン４０がモータ３への駆動電流の供給を停止したとしても、モータ３は慣性により回転を続けるため、図１２（Ｄ）に示すようにハンマ爪２４ａ、２４ｂがアンビル爪２８ｂ、２８ａを打撃することになる。しかしながら、この打撃の際にはモータ３には駆動電流が流れていないため、打撃の力は弱くなり、被締め付け材（図４に示す石膏ボード７１）に加わる締め付け力も小さくなるため、締め過ぎ状態の発生を効果的に防止できる。以上のように制御してハンマ爪２４ａ、２４ｂがアンビル爪２８ａ、２８ｂを乗り上げて後退するようなハンマバック状態が起きたらマイコン４０はモータ３への駆動電流の供給を停止して、通常の打撃動作が行われないように制御する。この制御により、打撃動作では締め付けトルクが高すぎてしまうような軟弱部材へのネジの締め付けを良好に行うことができる。尚、図１３に示したように、本実施例ではハンマ２４の後退時にモータ３への駆動電流の供給を完全に停止しているが、完全に停止しなくても大幅に低減させて、例えば図１１の電流値６９が３０％未満となるように低減させるように回転を継続するように構成しても良い。

図１０に戻る。図１０のステップ１３２において、マイコン４０は打撃の検出を行うと、駆動電流の供給を停止することによって、モータ３の駆動を停止して処理を終了する（ステップ１３９）。尚、モータ３は急に停止せずに慣性にて回転するため１回だけ打撃が行われることになるが、打撃直前に電源が遮断されているので、打撃の実行による木ネジ７３の締め過ぎ状態が発生する虞はない。

ステップ１３２において、マイコン４０は打撃の検出ができない場合、即ち図１３の矢印６９ｄのように電流値Ｉの大幅な低下が検出できない場合は、検出された現在の電流値Ｉの変化量を検出する（ステップ１３３）。図７で示した本実施例での原理では、電流値Ｉの微分値と、二階微分値を算出して、それらを元に判定しているが、マイコン４０での実際異の判定は図１４に示すような方法で行う。図１４は、本実施例のインパクト工具１のソフトウェアによる着座判定の仕方を説明するための図である。ここでは電流値６０が図１３のように上昇したとする。この際、マイコン４０は一定の時間間隔毎、ここでは時間Ｔごとにモータ３へ流れる電流値を測定し、測定したｎ番目の電流値（ｎは自然数）をＩ_ｎとする。つまりＩ_ｎが測定された電流値であり、電流値Ｉ_ｎ－１が時間Ｔだけ前の時刻ｔ_ｎ－１に測定されたものであり、電流値Ｉ_ｎ－２が時間２Ｔだけ前の時刻ｔ_ｎ－２に測定されたものである。これらＩ_ｎ、Ｉ_ｎ－１、Ｉ_ｎ－２は、マイコン４０の内部メモリ内に一時的に格納される。時刻ｔ_ｎにおいて電流値Ｉ_ｎの測定が終了したら、マイコン４０は（Ｉ_ｎ－Ｉ_ｎ－１）－（Ｉ_ｎ－１－Ｉ_ｎ－２）の値を算出することにより、電流値６０の単位時間あたりの傾きを検出する。この検出結果が、閾値ＴＨ_Ｓを越えたらマイコン４０は木ネジ７３が着座していると判断してモータ３の駆動を停止させる。

図１４において、ステップ１３３では現在の電流Ｉ_ｎと、その直前に測定された電流Ｉ_ｎ－１を比較する。次にマイコン４０の内部メモリ内に一次記憶されている電流Ｉ_ｎ－１が測定された直前に測定された電流値Ｉ_ｎ－２の電流量を検出する（ステップ１３４）。次に、現測定区間の電流値の変化量（Ｉ_ｎ－Ｉ_ｎ－１）と、現測定区間の１つ前の測定区間の電流値の変化量、即ち過去の電流値の変化量（Ｉ_ｎ－１－Ｉ_ｎ－２）の差を算出する（ステップ１３５）。次にマイコン４０は、ステップ１３５で算出された電流値の変化量からモータ３を停止させるための閾値（停止閾値ＴＨ_Ｓ）を設定する。この停止閾値ＴＨ_Ｓの設定方法を図１５を用いて説明する。

図１５は縦軸が閾値ＴＨ_Ｓの大きさであり、横軸が電流値Ｉの値（単位Ａ）である。ネジが着座をしたとしてモータ３を停止させるための停止閾値８０は、電流Ｉ_ｍｉｎ～Ｉ_ｍａｘの範囲の内でリニアに変更する。ここはＩ_ｍｉｎ＜Ｉ＜Ｉ_ｍａｘの範囲においては、ＴＨ_ｓ＝αＩ＋βの式で閾値ＴＨ_Ｓを設定するようにした。α、βは係数である。ＴＨ_Ｓを算出するための電流値Ｉは、時刻１～ｎまでのうち所定の範囲内の任意の電流値を用いることができるが、例えば、複数区間の電流の平均値を用いるようにすれば良い。

図１０のステップ１３６に戻り、ステップ１３６において、図１５で示した式を用いてモータ３の停止閾値８０が決定したら、ステップ１３５にて算出した変化量の差が、設定された停止閾値ＴＨ_Ｓを越えたか否かを判定する（ステップ１３７）。ステップ１３５にて算出した変化量の差が停止閾値ＴＨ_Ｓを越えていない場合は、図８のステップ１１５に戻り、停止閾値ＴＨ_Ｓを越えている場合はマイコン４０はモータ３の駆動を停止して処理を終了する（ステップ１３８）。以上のようにマイコン４０が停止閾値ＴＨ_Ｓを用いて締め付け制御をするので、木ネジ７３が着座をしていて、かつ締め過ぎにならない状態でモータ３を停止させることができる。しかも、作業者がトリガレバー７ａを引いたままであってもマイコン４０が自動的にモータを停止するので、石膏ボード７１のような軟質部材に対してのねじ締めであっても理想的な締め付けを実施できる。また、作業者は締め付けが不足しているような場合には、再度トリガレバー７ａを引くことで、一定回転分の追い締めができるので、理想的な締め付け状態に到達させることができる。

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、上述の実施例では軟質ボードの締め付けモードとして、石膏ボードを締め付ける例で説明したが、石膏ボード以外の軟質のボードや、軟質の部材をねじ締める場合にも同様に適用できる。また、電動工具としてはバッテリを用いたインパクト工具だけに限られずに、ＡＣ商用電源を用いたインパクト工具であっても良い。また、打撃機構（インパクト機構）は、ハンマとアンビルを用いた機械的なインパクト機構だけでなく、オイルパルス機構を用いた電動工具であっても良い。

１…インパクト工具、２…ハウジング、２ａ…胴体部、２ｂ…ハンドル部、２ｃ…バッテリ取付部、３…モータ、３ａ…ロータ、３ｂ…ステータ、４…回転軸、５…ハンマケース、５ａ…貫通穴、７…トリガスイッチ、７ａ…トリガレバー、８…正逆切替レバー、９…照明装置、１０…出力軸、１０ａ…取付穴、１１…装着機構、１２…インバータ回路基板、１３…位置検出素子、１４…半導体スイッチング素子、１５…ロータファン、１６ａ，１６ｂ…軸受、１７ａ，１７ｂ…空気取入口、１７ｃ…スリット（空気排出口）、１８ａ…メタル、１８ｂ…軸受、２０…減速機構、２１…インパクト機構、２２…スピンドル、２３…スピンドルカム溝、２４…ハンマ、２４ａ，２４ｂ…ハンマ爪、２５…ハンマカム溝、２６…スチールボール、２７…ハンマスプリング、２８…アンビル、２８ａ，２８ｂ…アンビル爪、３０…制御回路部（制御装置）、３１…制御回路基板、３２…シャント抵抗、３６…スイッチパネル、３７…（第２の）スイッチパネル、３８…強弱切替スイッチ、４０…マイコン（演算部）、４１…電流検出回路、４２…スイッチ操作検出回路、４３…印加電圧設定回路、４４…回転方向設定回路、４５…回転子位置検出回路、４６…回転数検出回路、４８…制御信号出力回路、４９…入出力部、５０…フック、６０，６１，６２…電流値、６３，６４…（電流の）微分値６５、６６…（電流の）二階微分値、６８，６９…電流値、７０…先端工具、７１…石膏ボード（第１材）、７２…下地（第２材）、７３…木ネジ、７３ａ…頭頂面、７３ｂ…皿部、７３ｃ…ネジ部、７３ｄ…先端、８０…停止閾値、９０…バッテリ、９１…ラッチボタンＴＨ_ｌ…（負荷検知用の）閾値ＴＨ_Ｓ…停止閾値

Claims

モータと、前記モータの起動及び回転を調整するためのトリガと、前記モータによって回転される打撃機構と、前記打撃機構に接続され、ネジを締め付ける出力軸と、前記モータに流れる電流を検出するための電流検出回路と、前記モータ、前記トリガ及び前記電流検出回路に接続され、前記モータの回転を制御する制御装置と、を有する電動工具において、前記制御装置は、前記電流検出回路により検知した電流の変化によって、前記打撃機構による打撃と、前記ネジの着座とを、それぞれ検知できるよう構成され、作業者が前記トリガを操作すると前記モータを回転させ、前記打撃機構による打撃が検出されない状態で、前記ネジを相手材に締め付けるよう前記モータを回転させ、前記打撃機構による打撃が検出されない状態で、前記ネジが着座したら前記モータの回転を停止するよう構成されたことを特徴とする電動工具。
前記相手材は、第１材と、前記第１材より硬い第２材とを有し、前記打撃機構が打撃しない状態で前記ネジを前記第１材及び前記第２材にそれぞれ締め付けた場合でも、前記ネジが着座したら前記モータの回転を停止することを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
作業者の前記トリガが操作すると前記モータが回転し、前記打撃機構が打撃して前記ネジを前記相手材に締め付ける第１モードと、作業者が前記トリガを操作すると前記モータが回転し、前記打撃機構が打撃しない状態で前記ネジを前記相手材に締め付け、前記ネジが着座したら前記モータの回転を停止する第２モードと、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動工具。
前記第２モードにおいて、前記制御装置は前記電流検出回路によって検出される電流の所定時間当たりの変化量が着座停止閾値を超えた際に前記トリガの操作にかかわらず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３に記載の電動工具。
前記制御装置は、前記出力軸の回転開始直後の前記モータに流れる電流値を単位時間毎に検出して、直近の複数単位分の前記電流値から単位時間に対する一階微分値、二階微分値を計算し、前記電流値から前記モータの回転を停止させる前記着座停止閾値を算出し、前記二階微分値を用いて算出された前記着座停止閾値を超えた場合に、前記トリガの操作にかかわらず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４に記載の電動工具。
前記着座停止閾値は、前記出力軸の回転開始直後に前記電流検出回路により検出された前記モータに流れる電流に基づいて設定することを特徴とする請求項５に記載の電動工具。
前記着座停止閾値は、前記出力軸の回転開始から前記モータの回転を停止させる着座停止に至るまでに測定された前記電流値が、大きいほど小さく、小さいほど大きくなるように、一次式を用いて算出されることを特徴とする請求項６に記載の電動工具。
前記着座停止閾値たるＴＨＳは、前記出力軸の回転開始から前記電流値Ｉを測定し、　ＴＨ_Ｓ＝－αＩ＋β　（但しαは係数、ベータは初期値）の式にて締め付け作業毎に設定されることを特徴とする請求項７に記載の電動工具。
前記モータの回転中に、測定された前記電流値のうち直近の数データ分を記録するメモリを設け、前記制御装置は記憶された前記電流値から前記一階微分値（ｄＩ／ｄｔ）を算出することを特徴とする請求項８に記載の電動工具。
前記打撃機構は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されるアンビルと、を有し、前記制御装置は、前記ハンマが前記アンビルの後方をすり抜けて打撃動作に移行する際の前記電流値の急激な低下を検出したら、前記トリガの引き動作にかかわらず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５から９のいずれか一項に記載の電動工具。
前記モータの回転が停止した後に、前記出力軸に取りつけられた先端工具をネジに押しつけた状態で前記トリガが再度引かれたら、前記制御装置は所定時間分の追い締めを行った後に前記トリガの引き動作にかかわらず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１から１０のいずれか一項に記載の電動工具。
モータと、前記モータの起動及び回転を調整するためのトリガと、前記モータによって回転される打撃機構と、前記打撃機構に接続される出力軸と、前記モータの回転を制御する制御装置と、を有する電動工具において、作業者が前記トリガを操作すると前記モータが回転してネジを相手材に締め付け、前記ネジが着座したら前記モータを停止し、その後、前記出力軸に取り付けられた先端工具を前記ネジに押しつけた状態で前記トリガが再度引かれたら、所定時間、前記モータを回転させた後に前記トリガの引き動作にかかわらずに前記モータの回転を停止させることを特徴とする電動工具。
前記ネジは木ネジであって、前記所定時間は、前記木ネジの１周分の回転に要する回転時間よりも小さく設定されることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の電動工具。
作業者が前記トリガを操作すると前記モータが回転してネジを相手材に締め付け、前記ネジが着座しても前記モータが停止しなかった場合、前記打撃機構が最初の打撃を行った後に前記トリガの操作にかかわらず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１又は１２に記載の電動工具。
モータと、前記モータの起動及び回転を調整するためのトリガと、前記モータによって回転される打撃機構と、前記打撃機構に接続され、ネジを締め付ける出力軸と、前記モータに流れる電流を検出するための電流検出回路と、前記モータ、前記トリガ及び前記電流検出回路に接続され、前記モータの回転を制御する制御装置と、を有する電動工具において、前記制御装置は、前記電流検出回路により検知した電流の変化によって、前記打撃機構による打撃と、前記ネジの着座とを、それぞれ検知できるよう構成され、作業者が前記トリガを操作すると前記モータを回転させ、前記ネジが着座したら前記モータの回転を停止させ、その後、前記出力軸に取り付けられた先端工具を前記ネジに押しつけた状態で前記トリガが再度引かれたら前記モータを回転させ、所定時間後に前記トリガの引き動作にかかわらず前記モータの回転を停止させるよう構成されたことを特徴とする電動工具。