電動締付け工具
【課題】 電動締付け工具において、被動軸の回転制御を円滑に行なう上で有効な技術を提供する。
【解決手段】 モータ１１１と、前記モータ１１１によって回転駆動される駆動軸１１５と、工具ビット１１９が装着可能な被動軸１１７と、駆動軸１１５の回転を被動軸１１７に伝達する減速機構１１３と、を備え、工具ビット１１９が長軸方向回りに回転動作することにより被加工材に対する固定具の締付け作業を行う電動締付け工具であって、減速機構１１３は、回転自在に支持されたインターナルギア１２３と、駆動軸１１５によって回転駆動される太陽ギア１２１と、被動軸１１７に連結されるとともに、太陽ギア１２１及びインターナルギア１２３に噛み合い係合しつつ当該太陽ギア１２１の周りを周回する遊星ギア１２５と、を有し、インターナルギア１２３の回転を制御することで被動軸１１７の回転を制御するインターナルギア制御手段１６１，１７１を更に有する。
【解決手段】 モータ１１１と、前記モータ１１１によって回転駆動される駆動軸１１５と、工具ビット１１９が装着可能な被動軸１１７と、駆動軸１１５の回転を被動軸１１７に伝達する減速機構１１３と、を備え、工具ビット１１９が長軸方向回りに回転動作することにより被加工材に対する固定具の締付け作業を行う電動締付け工具であって、減速機構１１３は、回転自在に支持されたインターナルギア１２３と、駆動軸１１５によって回転駆動される太陽ギア１２１と、被動軸１１７に連結されるとともに、太陽ギア１２１及びインターナルギア１２３に噛み合い係合しつつ当該太陽ギア１２１の周りを周回する遊星ギア１２５と、を有し、インターナルギア１２３の回転を制御することで被動軸１１７の回転を制御するインターナルギア制御手段１６１，１７１を更に有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動スクリュードライバや電動ドライバドリル等、モータによって駆動される工具ビットが長軸方向回りに回転動作することにより被加工材に対する固定具の締付け作業を行う電動締付け工具の無段変速技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動締付け工具においては、モータによって駆動される駆動軸と、工具ビットが装着される被動軸との間にクラッチ機構が設けられている。このクラッチ機構は、工具ビットの締付けトルクが一定値に達した時点で駆動軸から被動軸への動力伝達を遮断する。このようなクラッチ機構を備えた電動締付け工具は、例えば特開平９−３０９０７５号公報に記載されている。
【０００３】
機械式クラッチ機構は、ボールと爪、あるいは爪同士の噛み合い係合によって動力を伝達し、噛み合い係合を解除することで動力の伝達を遮断するよう構成される。このため、クラッチの動作前後で急激なトルク変化が発生し、不快な動作を伴う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３０９０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、電動締付け工具において、被動軸の回転制御を円滑に行なう上で有効な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するため、本発明の好ましい形態の電動締付け工具は、モータと、モータによって回転駆動される駆動軸と、工具ビットが装着可能な被動軸と、駆動軸の回転を被動軸に伝達する減速機構と、を備えており、工具ビットが長軸方向回りに回転動作することにより被加工材に対する固定具の締付け作業を行う。本発明における「電動締付け工具」は、固定具としてのネジの締付け作業に用いられるドライバ、固定具としてのボルト（ナット）の締付け作業に用いられるレンチ等を包含する。
【０００７】
本発明の好ましい形態では、減速機構は、回転自在に支持されたインターナルギアと、駆動軸によって回転駆動される太陽ギアと、被動軸に連結されるとともに、太陽ギア及びインターナルギアに噛み合い係合しつつ当該太陽ギアの周りを周回する遊星ギアと、を有する。また、本発明の好ましい形態では、インターナルギアの回転を制御することで被動軸の回転を制御するインターナルギア制御手段を更に有する。本発明における「インターナルギアの回転を制御する」とは、インターナルギアを固定（制止）状態とする態様、当該固定状態を解除して回転を許容する状態とする態様、あるいはインターナルギアを積極的に回転駆動する態様を包含する。
【０００８】
固定具の締付け作業を行うべくモータを通電駆動した場合、モータの回転出力は、駆動軸によって回転駆動される太陽ギアから当該太陽ギアとインターナルギアとの双方に噛み合い係合しつつ当該太陽ギアの周りを周回する遊星ギアを介して被動軸に伝達される。本発明によれば、インターナルギア制御手段によってインターナルギアの回転が規制された固定状態と、回転規制が解除された回転許容状態との間で状態を切替えることにより、あるいは固定状態と、積極的な駆動状態との間で状態を切替えることにより被動軸の回転を無段で変速して工具ビットによる固定具の締付け作業を円滑に行なうことができる。
また、本発明によれば、被動軸の出力を無段階に変速可能としたことにより、例えば被動軸に予め定めた所定のトルク値が作用した場合に被動軸の回転がゼロとなるように制御することが可能である。このため、被動軸に作用するトルク値が所定のトルク値を超えたときに動力を遮断するべく設置される機械式のクラッチ装置を省略することができ、動力工具の構造の簡素化、コンパクト化を実現することができる。
【０００９】
本発明の更なる形態によれば、被動軸は、工具ビットによって回転される固定具が被加工材に着座した際に、高速回転から低速回転に制御される構成とした。本発明によれば、被動軸の急激なトルク変化が発生しないため、固定具による適正な締付け作業を遂行することができる。
【００１０】
本発明の更なる形態によれば、モータを収容する作業工具本体を有する。また、インターナルギア制御手段は、インターナルギアの作業工具本体に対する回転抵抗を制御する回転抵抗制御手段である。ここで、「回転抵抗を制御する」とは、作業工具本体に対してインターナルギアが回転しないように回転抵抗を付与する態様及びインターナルギアの回転を許容するように回転抵抗を解除する態様をいう。また「回転抵抗制御手段」としては、摩擦力（ブレーキ）を利用する手段、回転ストッパを利用する手段等を好適に包含する。
【００１１】
本発明によれば、インターナルギアに対して回転抵抗を付与して作業工具本体に対して固定状態としたときは、被動軸を設定された回転数で定常駆動することができ、一方、インターナルギアに対する回転抵抗を解除して当該インターナルギアを作業工具本体から切り離したときは、反力受け部材としてのインターナルギアの回転が許容されるので、被動軸側の負荷（締付けトルク）に応じて当該被動軸が無段階に減速し、最後に停止とすることができる。このため、被動軸の急激なトルク変化が発生しないため、円滑な締付け作業が遂行される。
【００１２】
本発明の更なる形態によれば、インターナルギア制御手段は、インターナルギアを回転駆動させる駆動源である。本発明における「駆動源」とは、典型的には、サブモータがこれに該当する。
【００１３】
本発明によれば、駆動源によってインターナルギアを積極的に駆動させることで、被動軸の回転を変速することができる。すなわち、インターナルギアを太陽ギアの回転方向と反対方向に回転駆動したときには、被動軸の回転速度をより増速することが可能であり、同方向に回転駆動したときは、被動軸の回転速度をゼロに達するまでを含めて減速することが可能である。このため、例えば締付け作業の開始から終了までの工程において開始から途中までの領域では、被動軸をモータによる定常駆動よりも高速で駆動し、迅速に締付け作業を行わせ、締付け作業の短縮を図ることができる。一方、締付け作業の終了に近づいた段階では、被動軸を無段階に減速し、締付け終了と同時に回転がゼロとなるように制御することによって締付け作業を円滑に行なうことができる。なお、被動軸を無段階に減速する態様としては、減速が一定の比率で変化する態様、あるいは異なる比率で変化する態様等を広く包含する。
【００１４】
本発明の更なる形態によれば、トルク検知手段を有し、当該トルク検知手段は、インターナルギアから工具ビットに至る回転伝達経路のトルク値を検知する。本発明によれば、トルク値の検知をインターナルギアから工具ビットまでの回転伝達経路中で行なうようにしたことで、トルク検知手段が設置し易い。
【００１５】
本発明の更なる形態によれば、トルク検知手段が予め定めた設定トルク値を検知した際に、被動軸の回転がゼロとなるように駆動源によってインターナルギアを回転駆動する。本発明における「設定トルク値を検知した際」とは、典型的には、締付け作業時において、固定具が被加工材に着座することに伴う締付けトルク変動を検知した場合、あるいは締付け途中で固定具の締付けトルクが何らかの原因で異常に上昇したことを検知した場合がこれに該当する。
【００１６】
従って、本発明によれば、固定具の締付け作業時において、固定具の被加工材に対する着座を検知した場合には、あるいは締付け途中で固定具の締付け異常が発生したような場合には、それに基づき被動軸の回転をゼロとなるように駆動源によってインターナルギアを回転駆動し、固定具の締付け作業を終了あるいは中断することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電動締付け工具において、被動軸の回転制御を円滑に行なう上で有効な技術が提供されることとなった。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るスクリュードライバの全体構成を示す側断面図である。
【図２】スクリュードライバの主要部を示す側断面図である。
【図３】遊星歯車機構のインターナルギアの回転を制御する小型モータの動作説明図であり、（Ａ）は回転しないように制御される場合（停止状態）を示し、（Ｂ）はスピンドルの回転を増速する側に回転駆動される場合を示し、（Ｃ）はスピンドルの回転を減速する側に回転駆動される場合を示す。
【図４】締付け作業時に距離センサを用いて小型モータを制御する場合を説明する図であり、ネジ等の頭部が被加工材に着座する前の状態を示す。
【図５】締付け作業時に距離センサを用いて小型モータを制御する場合を説明する図であり、ネジ等の頭部が被加工材に着座した後の状態を示す。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るスクリュードライバの構成を示す側断面図である。
【図７】摩擦クラッチ装置の動作態様を示す説明図であり、（Ａ）はクラッチの接続状態（オン状態）を示し、（Ｂ）はクラッチの遮断状態（オフ状態）を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（本発明の第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態につき、図１〜図５を参照しつつ説明する。本実施の形態は、電動締付け工具として充電式の電動スクリュードライバを例にして説明する。本実施の形態に係る電動スクリュードライバ１０１は、図１に示すように、概括的に見て、スクリュードライバ１０１の外郭を構成する本体部１０３、当該本体部１０３の先端領域（図示左側）にビット保持器１１８を介して着脱自在に取付けられたドライバビット１１９、本体部１０３に一体状に連接されたハンドグリップ（ハンドル）１０９を主体として構成される。本体部１０３は、本発明における「作業工具本体」に対応し、ドライバビット１１９は、本発明における「工具ビット」に対応する。なお本実施の形態では、説明の便宜上、ドライバビット１１９側を前側とし、その反対側を後側とする。
【００２０】
本体部１０３は、駆動モータ１１１、当該駆動モータ１１１の前方（図１及び図２の左側）に配置された減速機構としての遊星歯車機構１１３及びスピンドル１１７等を収容する内側ハウジング１０７と、外殻を形成する外側ハウジング１０５とを主体として構成される。駆動モータ１１１は、本発明における「モータ」に対応する。外側ハウジング１０５は、左右に分割された構造とされ、左右の半割ハウジングを互いに接合することによって内側ハウジング１０７のうち、スピンドル１１７を支持する先端領域（前端部）以外の領域を覆う構成とされる。なお、ハンドグリップ１０９は、本体部１０３の長軸方向（ドライバビット１１９の長軸方向）と交差する下方に延在され、その延在端部には駆動モータ１１１の電源となるバッテリが収容されたバッテリパック１０８が着脱自在に装着されている。
【００２１】
駆動モータ１１１は、ハンドグリップ１０９に配置された操作部材としてのトリガ１０９ａが引き操作されたときに通電駆動される構成とされる。図２に示すように、駆動モータ１１１の回転出力は、モータ軸１１２と一体に回転する駆動軸１１５から遊星歯車機構１１３を経てスピンドル１１７に伝達され、当該スピンドル１１７にてビット保持器１１８を介して保持されるドライバビット１１９に伝達される。駆動軸１１５は、本発明における「駆動軸」に対応し、スピンドル１１７は、本発明における「被動軸」に対応する。
【００２２】
遊星歯車機構１１３は、図２に示すように、駆動軸１１５に一体に形成された第１太陽ギア１２１、円筒の内側に歯が形成されたインターナルギア（リングギア）１２３、第１太陽ギア１２１とインターナルギア１２３との双方に噛み合い係合して第１太陽ギア１２１の回転軸線周りに周回する（公転する）複数の第１遊星ギア１２５、複数の第１遊星ギア１２５を回転自在に支持するとともに、第１太陽ギア１２１と同軸上で回転する第１キャリア１２７、第１キャリア１２７の回転軸線回りに形成された第２太陽ギア１２９、第２太陽ギア１２９とインターナルギア１２３との双方に噛み合い係合して第２太陽ギア１２９の回転軸線周りに周回する（公転する）複数の第２遊星ギア１３１、第２遊星ギア１３１を回転自在に支持するとともに、スピンドル１１７に連結された第２キャリア１３３によって構成されており、インターナルギア１２３が本体部１０３側に固定された状態では、駆動軸１１５の回転出力が減速してスピンドル１１７に伝達される。なお、本実施の形態における遊星歯車機構１１３は、第１遊星ギア１２５を支持する第１キャリア１２７と、第２遊星ギア１３１を支持する第２キャリア１３３が軸方向に２段連接された構成とされているが、必ずしも２段である必要はない。インターナルギア１２３は、第１遊星ギア１２５及び第２遊星ギア１３１が第１及び第２太陽ギア１２１，１２９の周りを公転する際に反力を受ける部材である。
【００２３】
本実施の形態では、インターナルギア１２３は、外側が軸受（ニードルベアリング）１３５を介して本体部１０３（外側ハウジング１０５又は内側ハウジング１０７）に回転可能に支持されている。また、インターナルギア１２３の外側における長軸方向の一部の領域には、外歯１３７が形成されており、この外歯１３７にサブモータとして備えられた小型モータ１６１によって回転駆動される駆動ギア１６３が噛み合い係合している。すなわち、本実施の形態のインターナルギア１２３は、小型モータ１６１によって積極的に駆動することが可能とされている。小型モータ１６１は、回転方向を変えることができる可逆式のモータであり、外側ハウジング１０５の内部空間における駆動モータ１１１の下方空間領域に形成された収容部１０６内に、回転軸線が当該駆動モータ１１１の回転軸線と平行となるように配置されている。
【００２４】
図３には、インターナルギア１２３の回転制御態様が示される。小型モータ１６１が停止された状態（回転駆動しない状態）では、インターナルギア１２３は、停止状態に維持される。このときのスピンドル１１７の回転は、駆動モータ１１１によって駆動される遊星歯車機構１１３の減速比で定められた定常回転となる。この定常回転状態が（Ａ）として示される。なお、インターナルギア１２３は、遊星ギア１２５，１３１が太陽ギア１２１，１２９の周りを公転する際、周方向の反力を受ける。小型モータ１６１が太陽ギア１２１，１２９の回転方向（図において時計回り）と反対方向（図において反時計回りに）に回転（以下、正回転ともいう）されたときには、反力受け部材であるインターナルギア１２３が太陽ギア１２１，１２９と同方向（図において時計回り）に回転される。このため、遊星ギア１２５，１３１の太陽ギア１２１，１２９周りの回転数がインターナルギア１２３の回転分だけ増加するので、スピンドル１１７の回転数が増える。この増速回転状態が（Ｂ）として示される。一方、小型モータ１６１が上記と逆方向（図において時計回り）に回転（以下、逆回転ともいう）されたときは、遊星ギア１２５，１３１の太陽ギア１２１，１２９周りの回転数がインターナルギア１２３の回転分だけ減少することになるので、スピンドル１１７の回転数が減る。この減速回転状態が（Ｃ）として示される。
【００２５】
このように、本実施の形態によれば、小型モータ１６１を停止状態に維持し、あるいは正回転又は逆回転で強制駆動することによって、遊星歯車機構１１３のインターナルギア１２３の回転を制御し、これによってスピンドル１１７の回転速度を制御することが可能となる。小型モータ１６１は、本発明における「インターナルギア制御手段」及び「駆動源」に対応する。
【００２６】
図２に示すように、内側ハウジング１０７の先端領域には、締付け作業時にインターナルギア１２３からドライバビット１１９に至る回転伝達経路のトルク値を検知するトルクセンサ１４７が配設されている。トルクセンサ１４７は、本発明における「トルク検知手段」に対応し、トルクが検出可能であれば、その形式は限定されない。本実施の形態では、トルクセンサ１４７はスピンドル１１７に作用するトルクを検知する構成とされ、当該トルクセンサ１４７によって検知されたトルク値がコントローラ１４９に出力される。コントローラ１４９は、駆動モータ１１１及び小型モータ１６１の駆動制御を行なう手段として備えられる。
【００２７】
上記のように構成された電動スクリュードライバ１０１において、固定具としてのネジやボルト（以下、ネジ等という）の締付け作業を行う場合には、ドライバビット１１９を介してネジ等を作業対象物としての被加工材に押し付けた状態でトリガ１０９ａを引き操作し、駆動モータ１１１を通電駆動すると、遊星歯車機構１１３を介してスピンドル１１７が回転駆動される。これによりスピンドル１１７とともに回転するドライバビット１１９を介してネジ等の締付作業を行うことができる。
【００２８】
上記のネジ等の締付け作業において、本実施の形態では、トリガ１０９ａが引き操作されると、コントローラ１４９を通じて駆動モータ１１１が通電駆動され、同時に小型モータ１６１が一定速度の正回転で駆動され、インターナルギア１２３を太陽ギア１２１の回転方向と同方向に積極的に回転させる構成としている。このときは、前述したようにスピンドル１１７が増速されることになる。このため、本実施の形態によれば、ネジ等が被加工材に着座する前の低負荷（低トルク）状態では、スピンドル１１７に装着されたドライバビット１１９を定常回転よりも速い一定の速度で回転させ、ネジ等の締付け作業を素早く行うことが可能となり、締付け時間を短縮することができる。
【００２９】
また、本実施の形態では、ネジ等の締付け作業時における締付けトルクをトルクセンサ１４７によって検知してコントローラ１４９に入力し、当該検知されたトルク値が設定トルク値を超えたときに、当該コントローラ１４９を通じて小型モータ１６１が逆回転側に駆動される構成としている。そしてトルクセンサ１４７のトルク変動検知に基づき小型モータ１６１が逆回転側に駆動された場合には、当該小型モータ１６１は、スピンドル１１７の回転を減速させて最終的にはゼロとするようにインターナルギア１２３を回転駆動するべく制御される。
【００３０】
従って、ネジ等の締付け作業が進行し、ネジ等の頭部が被加工材に着座し、それに伴いスピンドル１１７に作用するトルク値が設定トルク値を超えたときには、小型モータ１６１を逆回転側（減速側）に駆動してスピンドル１１７の回転数がゼロとなるようにインターナルギア１２３を回転駆動することでドライバビット１１９による締付け作業を終了することができる。このように、本実施の形態によれば、締付け作業が終了に近づいた着座後には、スピンドル１１７を無段階に減速して回転がゼロとなるように制御することによってネジ等を目標トルク値で締付け、当該締付け作業を終了することができる。このため、機械式クラッチを用いて動力伝達を遮断して締付け作業を終了する場合のような急激なトルク変動が発生することがなく、円滑な締付け作業を遂行することができる。この場合、スピンドル１１７を無段階に減速して回転数をゼロにする態様としては、減速が一定の比率で変化するようにしてもよいし、異なる比率で変化するようにしてもよい。
【００３１】
なお、ネジ等の締付け作業が終了すると、作業者がトリガ１０９ａの引き操作を継続している場合でも駆動モータ１１１及び小型モータ１６１の駆動がそれぞれ停止されるように構成される。すなわち、駆動モータ１１１及び小型モータ１６１の停止については、例えばタイマーを用いて、トルクセンサ１４７が設定トルク値を検知後、所定時間経過した時点で両モータ１１１，１６１を停止するように制御する構成とすることが可能であるし、あるいは速度センサあるいは加速度センサ等を用いて、スピンドル１１７が停止したことを検知し、それに基づいて両モータ１１１，１６１を停止するように制御する構成とすることも可能である。
【００３２】
また、トルクセンサ１４７は、ネジ等の着座に伴うトルク変動を検知して小型モータ１６１の駆動制御を行なう形態として用いることのみならず、締付け作業の異常状態検知としても用いることができる。すなわち、ネジ等の締付け作業途中で何らかの原因によってネジ等の締付けトルクが異常に高くなり、当該トルク値が設定トルク値を超えた場合には、上記の場合と同様、小型モータ１６１を逆回転側（減速側）に駆動してスピンドル１１７を回転がゼロとなるようにインターナルギア１２３を積極的に回転することにより、ネジ等の締付け作業を途中で止めることができる。
【００３３】
なお、本実施形態に係る電動スクリュードライバ１０１は、トルクセンサ１４７とは別途に距離センサ１６５を設けることが可能である。距離センサ１６５は、例えば光学式あるいは超音波式のものが用いられ、図２に示すように、外側ハウジング１０５の前端側内部に収容した状態で配置され、被加工材Ｗに向けて照射された光あるいは超音波が被加工材Ｗに反射して入射されるまでの時間に基づいて、ネジ等Ｓの頭部から被加工材の表面までの距離を測定する。
【００３４】
図４にはネジ等Ｓの頭部が被加工材Ｗの表面に着座する前の状態が示される。この着座前の状態では、小型モータ１６１がスピンドル１１７の回転速度を増速する側（正回転側）に回転駆動されるように制御される。そしてネジ等Ｓが被加工材Ｗに着座したことが距離センサ１６５によって検知されると、当該検知信号のコントローラ１４９への入力に基づいて、当該コントローラ１４９が小型モータ１６１をスピンドル１１７の回転がゼロとなるようにインターナルギア１２３を減速する側（逆回転側）に回転駆動する。ネジ等Ｓの着座状態が図５に示される。これにより、スピンドル１１７を無段階に減速して回転をゼロとすることによって目標トルク値でネジ等Ｓを締付け、当該締付け作業を終了することができる。締付け作業が終了すれば、駆動モータ１１１及び小型モータ１６１は、共に停止される。
【００３５】
ところで、駆動モータ１１１によって駆動される駆動軸１１５と、ドライバビット１１９が装着されるスピンドル１１７との間に機械式のクラッチ機構を設け、ネジ等が被加工材に着座後、締付けトルクが予め定めた設定トルク値を越えたときにクラッチ機構を作動させて動力を遮断する構成では、駆動軸１１５とスピンドル１１７間にクラッチ機構が直列状に介在される関係で、本体部１０３の長軸方向寸法が長くなってしまう。しかるに、本実施の形態によれば、小型モータ１６１によってインターナルギア１２３を制御する方式としたことによって、当該小型モータ１６１を外側ハウジング１０５の内部空間における駆動モータ１１１の下方領域に当該駆動モータ１１１と並列に配置することができる。その結果、本体部１０３の長軸方向寸法が短縮されるため、ハンドグリップ１０９からドライバビット１１９先端までの距離が短くなり、ネジ等の締付け作業がやり易くなる。
【００３６】
なお、本実施の形態では、トリガ１０９ａを引き操作し、駆動モータ１１１を通電駆動すると同時に小型モータ１６１がスピンドル１１７の回転を増速する側に通電駆動される構成としたが、トリガ１０９ａとは、別途に小型モータ制御用スイッチを設置し、当該小型モータ制御用スイッチによって、小型モータ１６１の停止を維持する状態と増速する状態間で、又は停止を維持する状態、増速する状態及び減速する状態間で選択的に切替え可能とし、そしていずれかを選択した状態でトリガ１０９ａを引き操作して駆動モータ１１１を通電駆動した際には、小型モータ１６１が選択された状態に制御されるように構成してもよい。
【００３７】
（本発明の第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態につき、図６及び図７を参照しつつ説明する。本実施の形態は、遊星歯車機構１１３のインターナルギア１２３の制御につき、前述した第１の実施形態における小型モータ１６１による積極的な強制駆動方式から、摩擦抵抗を利用してインターナルギア１２３の回転を規制する固定状態と、回転規制を解除することで回転を許容する回転許容状態との間で切替えることができるように構成したものであり、この点以外の構成については、前述した第１の実施形態と同様とされる。従って、第１の実施形態と同一構成部材については、同一符号を付してその説明を省略あるいは簡略にする。
【００３８】
本実施の形態では、図６に示すように、インターナルギア１２３に回転抵抗を付与して当該インターナルギア１２３が回転しないように保持（規制）し、またインターナルギア１２３に付与された回転抵抗を解除することで当該インターナルギア１２３の回転を許容する手段としての摩擦クラッチ装置１７１を備えている。摩擦クラッチ装置１７１は、外側ハウジング１０５内の駆動モータ１１１の下方空間領域に形成された収容部１０６に、動作方向（軸線方向）が当該駆動モータ１１１の回転軸線と平行となるように配置されている。摩擦クラッチ装置１７１は、本発明における「インターナルギア制御手段」及び「回転抵抗制御手段」に対応する。
【００３９】
摩擦クラッチ装置１７１は、図７において拡大された状態で示される。図示のように、摩擦クラッチ装置１７１は、インターナルギア１２３と連結された可動側摩擦クラッチ板１７３と、当該可動側摩擦クラッチ板１７３に対向状に配置される固定側摩擦クラッチ板１７５と、当該固定側摩擦クラッチ板１７５を可動側摩擦クラッチ板１７３に接触または離間させるべく作動するソレノイド１７７とを主体として構成される。収容部１０６には、クラッチ軸１７９がインターナルギア１２３の回転軸線と平行に配置されている。クラッチ軸１７９は、軸受１８１を介して収容部１０６に回転自在に取り付けられるとともに、当該クラッチ軸１７９の軸方向一端には可動側摩擦クラッチ板１７３が固定され、軸方向他端にはインターナルギア１２３の外歯１３７と噛み合い係合する歯車１８３が固定されている。かくして可動側摩擦クラッチ板１７３は、インターナルギア１２３と連結された構成とされる。
【００４０】
ソレノイド１７７は、励磁コイルが巻かれた筒状のソレノイド本体部１７７ａと、励磁コイルに対する通電あるいは通電解除によってソレノイド本体部１７７ａの長軸方向（ドライバビット１１９の長軸方向）に直線状に動作する棒状の可動鉄心１７７ｂとを備えたプランジャ形の電磁石であり、可動鉄心１７７ｂの先端に固定側摩擦クラッチ板１７５が固定されている。固定側摩擦クラッチ板１７５は、クラッチバネとしてのコイルバネ１８５によって常時に可動側摩擦クラッチ板１７３に接近する方向へと弾発状に付勢されている。そして、締付けトルクを検知してコントローラ１４９へと入力するトルクセンサ１４７が設定トルク値を検知したときに、当該コントローラ１４９からの指令に基づきソレノイド１７７の励磁コイルに通電されて固定側摩擦クラッチ板１７５が可動側摩擦クラッチ板１７３から引き離される構成とされる。
【００４１】
上記のように構成された摩擦クラッチ装置１７１は、通常時にはソレノイド１７７の励磁コイルに対する通電が遮断されている。このため、固定側摩擦クラッチ板１７５がコイルバネ１８５の弾発力で可動側摩擦クラッチ板１７３に押圧接触されて当該可動側摩擦クラッチ板１７３の回転を規制している。この状態が図７の（Ａ）に示される。すなわち、固定側摩擦クラッチ板１７５が可動側摩擦クラッチ板１７３に押付けられたクラッチオンの状態では、可動側摩擦クラッチ板１７３と一体化された歯車１８３と外歯１３７が噛み合い係合しているインターナルギア１２３は、固定側摩擦クラッチ板１７５と可動側摩擦クラッチ板１７３間の摩擦力（回転抵抗）によって本体部１０３側に固定された状態に保持される。
【００４２】
従って、この状態でネジ等の締付け作業を行うべく、トリガ１０９ａの引き操作によって駆動モータ１１１が通電駆動されると、当該駆動モータ１１１の回転出力は、遊星歯車機構１１３を通じてスピンドル１１７に伝達される。このため、スピンドル１１７に保持されたドライバビット１１９によって駆動モータ１１１の定常駆動による速度での締付け作業が開始される。
【００４３】
ネジ等の締付け作業が進行し、当該ネジ等の頭部が被加工材に着座して締付けトルクが高くなり、それに伴いインターナルギア１２３に作用する反力が摩擦クラッチ装置１７１の摩擦力を超えると、固定側摩擦クラッチ板１７５と可動側摩擦クラッチ板１７３の摩擦接触面間に相対滑りが生じ、当該インターナルギア１２３が回転し始める。そのため、スピンドル１１７の回転速度が減速される。この状態は半クラッチとも呼ばれる。
【００４４】
そして、ネジ等の締付けトルク値が更に上昇して設定トルク値を超えると、トルクセンサ１４７及びコントローラ１４９を通じてソレノイド１７７の励磁コイルが通電される。これにより可動鉄心１７７ｂがコイルバネ１８５に抗して固定側摩擦クラッチ板１７５が可動側摩擦クラッチ板１７３から離間される。この状態が図７の（Ｂ）に示される。このため、インターナルギア１２３に対する回転抵抗が解除されて当該インターナルギア１２３の回転が許容される。すなわち、反力受け部材であるインターナルギア１２３が自由に回転される結果、駆動モータ１１１の回転出力のスピンドル１１７への伝達が遮断されて当該スピンドル１１７の回転が停止される。これによりネジ等の締付け作業が終了する。なお、ネジ等の締付け作業終了後は、第１の実施形態の場合と同様、駆動モータ１１１の駆動が停止され、またソレノイド１７７の励磁コイルの通電が遮断される。
【００４５】
このように、本実施の形態によれば、ネジ等の締付け作業時において、締付け開始からネジ等が被加工材に着座するまでの過程では、摩擦クラッチ装置１７１によってインターナルギア１２３を回転しないように回転抵抗を付与し、締付け作業が終了に近づいた着座後には、摩擦クラッチ装置１７１による回転抵抗を解除し、インターナルギア１２３を自由に回転させ、いわばクラッチの如く機能させることによって、目標トルク値でネジ等を締付け、当該締付け作業を終了することができる。このため、第１の実施形態の場合と同様に、機械式クラッチを用いて動力伝達を遮断して締付け作業を終了する場合のような急激なトルク変動が発生することがなく、締付け作業を円滑に遂行することができる。
【００４６】
また、本実施の形態においては、図７に示すように、ソレノイド固定ケース１８７が２部品で構成されている。一方の部品は、ソレノイド本体部１７７ａを収容固定するとともに、軸方向の一端側に雌ネジ１８８ａを備えた筒状のソレノイド保持部１８８として備えられる。他方の部品は、ソレノイド保持部１８８の雌ネジ１８８ａに螺合する雄ネジ１８９ａを有するケース固定部１８９として備えられる。そして、ソレノイド保持部１８８とケース固定部１８９とは、雌ネジ１８８ａと雄ネジ１８９ａとの螺合構造によって組み合わされている。従って、ソレノイド保持部１８８とケース固定部１８９は、長軸線回りに相対回動させることでソレノイド１７７の動作方向に関する相対位置が調整可能とされ、これによりコイルバネ１８５の初期弾発力を適宜に定めることができる。すなわち、本実施の形態によれば、摩擦クラッチ装置１７１の摩擦力を微調整することができる。
【００４７】
また、本実施の形態によれば、摩擦クラッチ装置１７１によってインターナルギア１２３を制御する方式としたことによって、当該摩擦クラッチ装置１７１を外側ハウジング１０５の内部空間における駆動モータ１１１の下方領域に当該駆動モータ１１１と並列に配置することができる。その結果、本体部１０３の長軸方向寸法が短縮されるため、ハンドグリップ１０９からドライバビット１１９先端までの距離が短くなり、ネジ等の締付け作業がやり易くなる。
【００４８】
なお、第２の実施形態では、摩擦クラッチ装置１７１の摩擦抵抗を利用してインターナルギア１２３の回転を制止する構成としたが、これに変えてインターナルギア１２３に対して周方向において係合することでインターナルギア１２３の回転を規制し、軸方向又は径方向に退避動作して上記係合を解除することでインターナルギア１２３の回転を許容する回転ストッパを用いてもよい。
【００４９】
また、本実施の形態は、電動締付け工具としてスクリュードライバを例にとって説明したが、ネジの締付け作業に用いられるドライバ、ボルト・ナットの締付け作業に用いられるレンチ等の締付け工具に広く適用することが可能である。
【００５０】
本発明の趣旨に鑑み、以下の如き態様が構成可能である。
（態様１）
「請求項３に記載の回転抵抗制御手段は、摩擦クラッチ装置であり、当該摩擦クラッチ装置は、前記作業工具本体の内部空間に前記モータと並列に配置されていることを特徴とする。」
【００５１】
（態様２）
「請求項４に記載の駆動源は、サブモータであり、当該サブモータは、前記作業工具本体の内部空間に前記モータと並列に配置されていることを特徴とする。」
【符号の説明】
【００５２】
１０１ 電動スクリュードライバ（電動締付け工具）
１０３ 本体部（作業工具本体）
１０５ 外側ハウジング
１０６ 収容部
１０７ 内側ハウジング
１０８ バッテリパック
１０９ ハンドグリップ
１０９ａ トリガ
１１１ 駆動モータ（モータ）
１１２ モータ軸
１１３ 遊星歯車機構（減速機構）
１１５ 駆動軸
１１７ スピンドル（被動軸）
１１８ ビット保持器
１１９ ドライバビット（工具ビット）
１２１ 第１太陽ギア
１２３ インターナルギア
１２５ 第１遊星ギア
１２７ 第１キャリア
１２９ 第２太陽ギア
１３１ 第２遊星ギア
１３３ 第２キャリア
１３５ 軸受
１３７ 外歯
１４７ トルクセンサ（トルク検知手段）
１４９ コントローラ
１６１ 小型モータ（インターナルギア制御手段）（駆動源）
１６３ 駆動ギア
１６５ 距離センサ
１７１ 摩擦クラッチ装置（インターナルギア制御手段）（回転抵抗制御手段）
１７３ 可動側摩擦クラッチ板
１７５ 固定側摩擦クラッチ板
１７７ ソレノイド
１７７ａ ソレノイド本体部
１７７ｂ 可動鉄心
１７９ クラッチ軸
１８１ 軸受
１８３ 歯車
１８５ コイルバネ
１８７ ソレノイド固定ケース
１８８ ソレノイド保持部
１８８ａ 雌ネジ部
１８９ ケース固定部
１８９ａ 雄ネジ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動スクリュードライバや電動ドライバドリル等、モータによって駆動される工具ビットが長軸方向回りに回転動作することにより被加工材に対する固定具の締付け作業を行う電動締付け工具の無段変速技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動締付け工具においては、モータによって駆動される駆動軸と、工具ビットが装着される被動軸との間にクラッチ機構が設けられている。このクラッチ機構は、工具ビットの締付けトルクが一定値に達した時点で駆動軸から被動軸への動力伝達を遮断する。このようなクラッチ機構を備えた電動締付け工具は、例えば特開平９−３０９０７５号公報に記載されている。
【０００３】
機械式クラッチ機構は、ボールと爪、あるいは爪同士の噛み合い係合によって動力を伝達し、噛み合い係合を解除することで動力の伝達を遮断するよう構成される。このため、クラッチの動作前後で急激なトルク変化が発生し、不快な動作を伴う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３０９０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、電動締付け工具において、被動軸の回転制御を円滑に行なう上で有効な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するため、本発明の好ましい形態の電動締付け工具は、モータと、モータによって回転駆動される駆動軸と、工具ビットが装着可能な被動軸と、駆動軸の回転を被動軸に伝達する減速機構と、を備えており、工具ビットが長軸方向回りに回転動作することにより被加工材に対する固定具の締付け作業を行う。本発明における「電動締付け工具」は、固定具としてのネジの締付け作業に用いられるドライバ、固定具としてのボルト（ナット）の締付け作業に用いられるレンチ等を包含する。
【０００７】
本発明の好ましい形態では、減速機構は、回転自在に支持されたインターナルギアと、駆動軸によって回転駆動される太陽ギアと、被動軸に連結されるとともに、太陽ギア及びインターナルギアに噛み合い係合しつつ当該太陽ギアの周りを周回する遊星ギアと、を有する。また、本発明の好ましい形態では、インターナルギアの回転を制御することで被動軸の回転を制御するインターナルギア制御手段を更に有する。本発明における「インターナルギアの回転を制御する」とは、インターナルギアを固定（制止）状態とする態様、当該固定状態を解除して回転を許容する状態とする態様、あるいはインターナルギアを積極的に回転駆動する態様を包含する。
【０００８】
固定具の締付け作業を行うべくモータを通電駆動した場合、モータの回転出力は、駆動軸によって回転駆動される太陽ギアから当該太陽ギアとインターナルギアとの双方に噛み合い係合しつつ当該太陽ギアの周りを周回する遊星ギアを介して被動軸に伝達される。本発明によれば、インターナルギア制御手段によってインターナルギアの回転が規制された固定状態と、回転規制が解除された回転許容状態との間で状態を切替えることにより、あるいは固定状態と、積極的な駆動状態との間で状態を切替えることにより被動軸の回転を無段で変速して工具ビットによる固定具の締付け作業を円滑に行なうことができる。
また、本発明によれば、被動軸の出力を無段階に変速可能としたことにより、例えば被動軸に予め定めた所定のトルク値が作用した場合に被動軸の回転がゼロとなるように制御することが可能である。このため、被動軸に作用するトルク値が所定のトルク値を超えたときに動力を遮断するべく設置される機械式のクラッチ装置を省略することができ、動力工具の構造の簡素化、コンパクト化を実現することができる。
【０００９】
本発明の更なる形態によれば、被動軸は、工具ビットによって回転される固定具が被加工材に着座した際に、高速回転から低速回転に制御される構成とした。本発明によれば、被動軸の急激なトルク変化が発生しないため、固定具による適正な締付け作業を遂行することができる。
【００１０】
本発明の更なる形態によれば、モータを収容する作業工具本体を有する。また、インターナルギア制御手段は、インターナルギアの作業工具本体に対する回転抵抗を制御する回転抵抗制御手段である。ここで、「回転抵抗を制御する」とは、作業工具本体に対してインターナルギアが回転しないように回転抵抗を付与する態様及びインターナルギアの回転を許容するように回転抵抗を解除する態様をいう。また「回転抵抗制御手段」としては、摩擦力（ブレーキ）を利用する手段、回転ストッパを利用する手段等を好適に包含する。
【００１１】
本発明によれば、インターナルギアに対して回転抵抗を付与して作業工具本体に対して固定状態としたときは、被動軸を設定された回転数で定常駆動することができ、一方、インターナルギアに対する回転抵抗を解除して当該インターナルギアを作業工具本体から切り離したときは、反力受け部材としてのインターナルギアの回転が許容されるので、被動軸側の負荷（締付けトルク）に応じて当該被動軸が無段階に減速し、最後に停止とすることができる。このため、被動軸の急激なトルク変化が発生しないため、円滑な締付け作業が遂行される。
【００１２】
本発明の更なる形態によれば、インターナルギア制御手段は、インターナルギアを回転駆動させる駆動源である。本発明における「駆動源」とは、典型的には、サブモータがこれに該当する。
【００１３】
本発明によれば、駆動源によってインターナルギアを積極的に駆動させることで、被動軸の回転を変速することができる。すなわち、インターナルギアを太陽ギアの回転方向と反対方向に回転駆動したときには、被動軸の回転速度をより増速することが可能であり、同方向に回転駆動したときは、被動軸の回転速度をゼロに達するまでを含めて減速することが可能である。このため、例えば締付け作業の開始から終了までの工程において開始から途中までの領域では、被動軸をモータによる定常駆動よりも高速で駆動し、迅速に締付け作業を行わせ、締付け作業の短縮を図ることができる。一方、締付け作業の終了に近づいた段階では、被動軸を無段階に減速し、締付け終了と同時に回転がゼロとなるように制御することによって締付け作業を円滑に行なうことができる。なお、被動軸を無段階に減速する態様としては、減速が一定の比率で変化する態様、あるいは異なる比率で変化する態様等を広く包含する。
【００１４】
本発明の更なる形態によれば、トルク検知手段を有し、当該トルク検知手段は、インターナルギアから工具ビットに至る回転伝達経路のトルク値を検知する。本発明によれば、トルク値の検知をインターナルギアから工具ビットまでの回転伝達経路中で行なうようにしたことで、トルク検知手段が設置し易い。
【００１５】
本発明の更なる形態によれば、トルク検知手段が予め定めた設定トルク値を検知した際に、被動軸の回転がゼロとなるように駆動源によってインターナルギアを回転駆動する。本発明における「設定トルク値を検知した際」とは、典型的には、締付け作業時において、固定具が被加工材に着座することに伴う締付けトルク変動を検知した場合、あるいは締付け途中で固定具の締付けトルクが何らかの原因で異常に上昇したことを検知した場合がこれに該当する。
【００１６】
従って、本発明によれば、固定具の締付け作業時において、固定具の被加工材に対する着座を検知した場合には、あるいは締付け途中で固定具の締付け異常が発生したような場合には、それに基づき被動軸の回転をゼロとなるように駆動源によってインターナルギアを回転駆動し、固定具の締付け作業を終了あるいは中断することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電動締付け工具において、被動軸の回転制御を円滑に行なう上で有効な技術が提供されることとなった。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るスクリュードライバの全体構成を示す側断面図である。
【図２】スクリュードライバの主要部を示す側断面図である。
【図３】遊星歯車機構のインターナルギアの回転を制御する小型モータの動作説明図であり、（Ａ）は回転しないように制御される場合（停止状態）を示し、（Ｂ）はスピンドルの回転を増速する側に回転駆動される場合を示し、（Ｃ）はスピンドルの回転を減速する側に回転駆動される場合を示す。
【図４】締付け作業時に距離センサを用いて小型モータを制御する場合を説明する図であり、ネジ等の頭部が被加工材に着座する前の状態を示す。
【図５】締付け作業時に距離センサを用いて小型モータを制御する場合を説明する図であり、ネジ等の頭部が被加工材に着座した後の状態を示す。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るスクリュードライバの構成を示す側断面図である。
【図７】摩擦クラッチ装置の動作態様を示す説明図であり、（Ａ）はクラッチの接続状態（オン状態）を示し、（Ｂ）はクラッチの遮断状態（オフ状態）を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（本発明の第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態につき、図１〜図５を参照しつつ説明する。本実施の形態は、電動締付け工具として充電式の電動スクリュードライバを例にして説明する。本実施の形態に係る電動スクリュードライバ１０１は、図１に示すように、概括的に見て、スクリュードライバ１０１の外郭を構成する本体部１０３、当該本体部１０３の先端領域（図示左側）にビット保持器１１８を介して着脱自在に取付けられたドライバビット１１９、本体部１０３に一体状に連接されたハンドグリップ（ハンドル）１０９を主体として構成される。本体部１０３は、本発明における「作業工具本体」に対応し、ドライバビット１１９は、本発明における「工具ビット」に対応する。なお本実施の形態では、説明の便宜上、ドライバビット１１９側を前側とし、その反対側を後側とする。
【００２０】
本体部１０３は、駆動モータ１１１、当該駆動モータ１１１の前方（図１及び図２の左側）に配置された減速機構としての遊星歯車機構１１３及びスピンドル１１７等を収容する内側ハウジング１０７と、外殻を形成する外側ハウジング１０５とを主体として構成される。駆動モータ１１１は、本発明における「モータ」に対応する。外側ハウジング１０５は、左右に分割された構造とされ、左右の半割ハウジングを互いに接合することによって内側ハウジング１０７のうち、スピンドル１１７を支持する先端領域（前端部）以外の領域を覆う構成とされる。なお、ハンドグリップ１０９は、本体部１０３の長軸方向（ドライバビット１１９の長軸方向）と交差する下方に延在され、その延在端部には駆動モータ１１１の電源となるバッテリが収容されたバッテリパック１０８が着脱自在に装着されている。
【００２１】
駆動モータ１１１は、ハンドグリップ１０９に配置された操作部材としてのトリガ１０９ａが引き操作されたときに通電駆動される構成とされる。図２に示すように、駆動モータ１１１の回転出力は、モータ軸１１２と一体に回転する駆動軸１１５から遊星歯車機構１１３を経てスピンドル１１７に伝達され、当該スピンドル１１７にてビット保持器１１８を介して保持されるドライバビット１１９に伝達される。駆動軸１１５は、本発明における「駆動軸」に対応し、スピンドル１１７は、本発明における「被動軸」に対応する。
【００２２】
遊星歯車機構１１３は、図２に示すように、駆動軸１１５に一体に形成された第１太陽ギア１２１、円筒の内側に歯が形成されたインターナルギア（リングギア）１２３、第１太陽ギア１２１とインターナルギア１２３との双方に噛み合い係合して第１太陽ギア１２１の回転軸線周りに周回する（公転する）複数の第１遊星ギア１２５、複数の第１遊星ギア１２５を回転自在に支持するとともに、第１太陽ギア１２１と同軸上で回転する第１キャリア１２７、第１キャリア１２７の回転軸線回りに形成された第２太陽ギア１２９、第２太陽ギア１２９とインターナルギア１２３との双方に噛み合い係合して第２太陽ギア１２９の回転軸線周りに周回する（公転する）複数の第２遊星ギア１３１、第２遊星ギア１３１を回転自在に支持するとともに、スピンドル１１７に連結された第２キャリア１３３によって構成されており、インターナルギア１２３が本体部１０３側に固定された状態では、駆動軸１１５の回転出力が減速してスピンドル１１７に伝達される。なお、本実施の形態における遊星歯車機構１１３は、第１遊星ギア１２５を支持する第１キャリア１２７と、第２遊星ギア１３１を支持する第２キャリア１３３が軸方向に２段連接された構成とされているが、必ずしも２段である必要はない。インターナルギア１２３は、第１遊星ギア１２５及び第２遊星ギア１３１が第１及び第２太陽ギア１２１，１２９の周りを公転する際に反力を受ける部材である。
【００２３】
本実施の形態では、インターナルギア１２３は、外側が軸受（ニードルベアリング）１３５を介して本体部１０３（外側ハウジング１０５又は内側ハウジング１０７）に回転可能に支持されている。また、インターナルギア１２３の外側における長軸方向の一部の領域には、外歯１３７が形成されており、この外歯１３７にサブモータとして備えられた小型モータ１６１によって回転駆動される駆動ギア１６３が噛み合い係合している。すなわち、本実施の形態のインターナルギア１２３は、小型モータ１６１によって積極的に駆動することが可能とされている。小型モータ１６１は、回転方向を変えることができる可逆式のモータであり、外側ハウジング１０５の内部空間における駆動モータ１１１の下方空間領域に形成された収容部１０６内に、回転軸線が当該駆動モータ１１１の回転軸線と平行となるように配置されている。
【００２４】
図３には、インターナルギア１２３の回転制御態様が示される。小型モータ１６１が停止された状態（回転駆動しない状態）では、インターナルギア１２３は、停止状態に維持される。このときのスピンドル１１７の回転は、駆動モータ１１１によって駆動される遊星歯車機構１１３の減速比で定められた定常回転となる。この定常回転状態が（Ａ）として示される。なお、インターナルギア１２３は、遊星ギア１２５，１３１が太陽ギア１２１，１２９の周りを公転する際、周方向の反力を受ける。小型モータ１６１が太陽ギア１２１，１２９の回転方向（図において時計回り）と反対方向（図において反時計回りに）に回転（以下、正回転ともいう）されたときには、反力受け部材であるインターナルギア１２３が太陽ギア１２１，１２９と同方向（図において時計回り）に回転される。このため、遊星ギア１２５，１３１の太陽ギア１２１，１２９周りの回転数がインターナルギア１２３の回転分だけ増加するので、スピンドル１１７の回転数が増える。この増速回転状態が（Ｂ）として示される。一方、小型モータ１６１が上記と逆方向（図において時計回り）に回転（以下、逆回転ともいう）されたときは、遊星ギア１２５，１３１の太陽ギア１２１，１２９周りの回転数がインターナルギア１２３の回転分だけ減少することになるので、スピンドル１１７の回転数が減る。この減速回転状態が（Ｃ）として示される。
【００２５】
このように、本実施の形態によれば、小型モータ１６１を停止状態に維持し、あるいは正回転又は逆回転で強制駆動することによって、遊星歯車機構１１３のインターナルギア１２３の回転を制御し、これによってスピンドル１１７の回転速度を制御することが可能となる。小型モータ１６１は、本発明における「インターナルギア制御手段」及び「駆動源」に対応する。
【００２６】
図２に示すように、内側ハウジング１０７の先端領域には、締付け作業時にインターナルギア１２３からドライバビット１１９に至る回転伝達経路のトルク値を検知するトルクセンサ１４７が配設されている。トルクセンサ１４７は、本発明における「トルク検知手段」に対応し、トルクが検出可能であれば、その形式は限定されない。本実施の形態では、トルクセンサ１４７はスピンドル１１７に作用するトルクを検知する構成とされ、当該トルクセンサ１４７によって検知されたトルク値がコントローラ１４９に出力される。コントローラ１４９は、駆動モータ１１１及び小型モータ１６１の駆動制御を行なう手段として備えられる。
【００２７】
上記のように構成された電動スクリュードライバ１０１において、固定具としてのネジやボルト（以下、ネジ等という）の締付け作業を行う場合には、ドライバビット１１９を介してネジ等を作業対象物としての被加工材に押し付けた状態でトリガ１０９ａを引き操作し、駆動モータ１１１を通電駆動すると、遊星歯車機構１１３を介してスピンドル１１７が回転駆動される。これによりスピンドル１１７とともに回転するドライバビット１１９を介してネジ等の締付作業を行うことができる。
【００２８】
上記のネジ等の締付け作業において、本実施の形態では、トリガ１０９ａが引き操作されると、コントローラ１４９を通じて駆動モータ１１１が通電駆動され、同時に小型モータ１６１が一定速度の正回転で駆動され、インターナルギア１２３を太陽ギア１２１の回転方向と同方向に積極的に回転させる構成としている。このときは、前述したようにスピンドル１１７が増速されることになる。このため、本実施の形態によれば、ネジ等が被加工材に着座する前の低負荷（低トルク）状態では、スピンドル１１７に装着されたドライバビット１１９を定常回転よりも速い一定の速度で回転させ、ネジ等の締付け作業を素早く行うことが可能となり、締付け時間を短縮することができる。
【００２９】
また、本実施の形態では、ネジ等の締付け作業時における締付けトルクをトルクセンサ１４７によって検知してコントローラ１４９に入力し、当該検知されたトルク値が設定トルク値を超えたときに、当該コントローラ１４９を通じて小型モータ１６１が逆回転側に駆動される構成としている。そしてトルクセンサ１４７のトルク変動検知に基づき小型モータ１６１が逆回転側に駆動された場合には、当該小型モータ１６１は、スピンドル１１７の回転を減速させて最終的にはゼロとするようにインターナルギア１２３を回転駆動するべく制御される。
【００３０】
従って、ネジ等の締付け作業が進行し、ネジ等の頭部が被加工材に着座し、それに伴いスピンドル１１７に作用するトルク値が設定トルク値を超えたときには、小型モータ１６１を逆回転側（減速側）に駆動してスピンドル１１７の回転数がゼロとなるようにインターナルギア１２３を回転駆動することでドライバビット１１９による締付け作業を終了することができる。このように、本実施の形態によれば、締付け作業が終了に近づいた着座後には、スピンドル１１７を無段階に減速して回転がゼロとなるように制御することによってネジ等を目標トルク値で締付け、当該締付け作業を終了することができる。このため、機械式クラッチを用いて動力伝達を遮断して締付け作業を終了する場合のような急激なトルク変動が発生することがなく、円滑な締付け作業を遂行することができる。この場合、スピンドル１１７を無段階に減速して回転数をゼロにする態様としては、減速が一定の比率で変化するようにしてもよいし、異なる比率で変化するようにしてもよい。
【００３１】
なお、ネジ等の締付け作業が終了すると、作業者がトリガ１０９ａの引き操作を継続している場合でも駆動モータ１１１及び小型モータ１６１の駆動がそれぞれ停止されるように構成される。すなわち、駆動モータ１１１及び小型モータ１６１の停止については、例えばタイマーを用いて、トルクセンサ１４７が設定トルク値を検知後、所定時間経過した時点で両モータ１１１，１６１を停止するように制御する構成とすることが可能であるし、あるいは速度センサあるいは加速度センサ等を用いて、スピンドル１１７が停止したことを検知し、それに基づいて両モータ１１１，１６１を停止するように制御する構成とすることも可能である。
【００３２】
また、トルクセンサ１４７は、ネジ等の着座に伴うトルク変動を検知して小型モータ１６１の駆動制御を行なう形態として用いることのみならず、締付け作業の異常状態検知としても用いることができる。すなわち、ネジ等の締付け作業途中で何らかの原因によってネジ等の締付けトルクが異常に高くなり、当該トルク値が設定トルク値を超えた場合には、上記の場合と同様、小型モータ１６１を逆回転側（減速側）に駆動してスピンドル１１７を回転がゼロとなるようにインターナルギア１２３を積極的に回転することにより、ネジ等の締付け作業を途中で止めることができる。
【００３３】
なお、本実施形態に係る電動スクリュードライバ１０１は、トルクセンサ１４７とは別途に距離センサ１６５を設けることが可能である。距離センサ１６５は、例えば光学式あるいは超音波式のものが用いられ、図２に示すように、外側ハウジング１０５の前端側内部に収容した状態で配置され、被加工材Ｗに向けて照射された光あるいは超音波が被加工材Ｗに反射して入射されるまでの時間に基づいて、ネジ等Ｓの頭部から被加工材の表面までの距離を測定する。
【００３４】
図４にはネジ等Ｓの頭部が被加工材Ｗの表面に着座する前の状態が示される。この着座前の状態では、小型モータ１６１がスピンドル１１７の回転速度を増速する側（正回転側）に回転駆動されるように制御される。そしてネジ等Ｓが被加工材Ｗに着座したことが距離センサ１６５によって検知されると、当該検知信号のコントローラ１４９への入力に基づいて、当該コントローラ１４９が小型モータ１６１をスピンドル１１７の回転がゼロとなるようにインターナルギア１２３を減速する側（逆回転側）に回転駆動する。ネジ等Ｓの着座状態が図５に示される。これにより、スピンドル１１７を無段階に減速して回転をゼロとすることによって目標トルク値でネジ等Ｓを締付け、当該締付け作業を終了することができる。締付け作業が終了すれば、駆動モータ１１１及び小型モータ１６１は、共に停止される。
【００３５】
ところで、駆動モータ１１１によって駆動される駆動軸１１５と、ドライバビット１１９が装着されるスピンドル１１７との間に機械式のクラッチ機構を設け、ネジ等が被加工材に着座後、締付けトルクが予め定めた設定トルク値を越えたときにクラッチ機構を作動させて動力を遮断する構成では、駆動軸１１５とスピンドル１１７間にクラッチ機構が直列状に介在される関係で、本体部１０３の長軸方向寸法が長くなってしまう。しかるに、本実施の形態によれば、小型モータ１６１によってインターナルギア１２３を制御する方式としたことによって、当該小型モータ１６１を外側ハウジング１０５の内部空間における駆動モータ１１１の下方領域に当該駆動モータ１１１と並列に配置することができる。その結果、本体部１０３の長軸方向寸法が短縮されるため、ハンドグリップ１０９からドライバビット１１９先端までの距離が短くなり、ネジ等の締付け作業がやり易くなる。
【００３６】
なお、本実施の形態では、トリガ１０９ａを引き操作し、駆動モータ１１１を通電駆動すると同時に小型モータ１６１がスピンドル１１７の回転を増速する側に通電駆動される構成としたが、トリガ１０９ａとは、別途に小型モータ制御用スイッチを設置し、当該小型モータ制御用スイッチによって、小型モータ１６１の停止を維持する状態と増速する状態間で、又は停止を維持する状態、増速する状態及び減速する状態間で選択的に切替え可能とし、そしていずれかを選択した状態でトリガ１０９ａを引き操作して駆動モータ１１１を通電駆動した際には、小型モータ１６１が選択された状態に制御されるように構成してもよい。
【００３７】
（本発明の第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態につき、図６及び図７を参照しつつ説明する。本実施の形態は、遊星歯車機構１１３のインターナルギア１２３の制御につき、前述した第１の実施形態における小型モータ１６１による積極的な強制駆動方式から、摩擦抵抗を利用してインターナルギア１２３の回転を規制する固定状態と、回転規制を解除することで回転を許容する回転許容状態との間で切替えることができるように構成したものであり、この点以外の構成については、前述した第１の実施形態と同様とされる。従って、第１の実施形態と同一構成部材については、同一符号を付してその説明を省略あるいは簡略にする。
【００３８】
本実施の形態では、図６に示すように、インターナルギア１２３に回転抵抗を付与して当該インターナルギア１２３が回転しないように保持（規制）し、またインターナルギア１２３に付与された回転抵抗を解除することで当該インターナルギア１２３の回転を許容する手段としての摩擦クラッチ装置１７１を備えている。摩擦クラッチ装置１７１は、外側ハウジング１０５内の駆動モータ１１１の下方空間領域に形成された収容部１０６に、動作方向（軸線方向）が当該駆動モータ１１１の回転軸線と平行となるように配置されている。摩擦クラッチ装置１７１は、本発明における「インターナルギア制御手段」及び「回転抵抗制御手段」に対応する。
【００３９】
摩擦クラッチ装置１７１は、図７において拡大された状態で示される。図示のように、摩擦クラッチ装置１７１は、インターナルギア１２３と連結された可動側摩擦クラッチ板１７３と、当該可動側摩擦クラッチ板１７３に対向状に配置される固定側摩擦クラッチ板１７５と、当該固定側摩擦クラッチ板１７５を可動側摩擦クラッチ板１７３に接触または離間させるべく作動するソレノイド１７７とを主体として構成される。収容部１０６には、クラッチ軸１７９がインターナルギア１２３の回転軸線と平行に配置されている。クラッチ軸１７９は、軸受１８１を介して収容部１０６に回転自在に取り付けられるとともに、当該クラッチ軸１７９の軸方向一端には可動側摩擦クラッチ板１７３が固定され、軸方向他端にはインターナルギア１２３の外歯１３７と噛み合い係合する歯車１８３が固定されている。かくして可動側摩擦クラッチ板１７３は、インターナルギア１２３と連結された構成とされる。
【００４０】
ソレノイド１７７は、励磁コイルが巻かれた筒状のソレノイド本体部１７７ａと、励磁コイルに対する通電あるいは通電解除によってソレノイド本体部１７７ａの長軸方向（ドライバビット１１９の長軸方向）に直線状に動作する棒状の可動鉄心１７７ｂとを備えたプランジャ形の電磁石であり、可動鉄心１７７ｂの先端に固定側摩擦クラッチ板１７５が固定されている。固定側摩擦クラッチ板１７５は、クラッチバネとしてのコイルバネ１８５によって常時に可動側摩擦クラッチ板１７３に接近する方向へと弾発状に付勢されている。そして、締付けトルクを検知してコントローラ１４９へと入力するトルクセンサ１４７が設定トルク値を検知したときに、当該コントローラ１４９からの指令に基づきソレノイド１７７の励磁コイルに通電されて固定側摩擦クラッチ板１７５が可動側摩擦クラッチ板１７３から引き離される構成とされる。
【００４１】
上記のように構成された摩擦クラッチ装置１７１は、通常時にはソレノイド１７７の励磁コイルに対する通電が遮断されている。このため、固定側摩擦クラッチ板１７５がコイルバネ１８５の弾発力で可動側摩擦クラッチ板１７３に押圧接触されて当該可動側摩擦クラッチ板１７３の回転を規制している。この状態が図７の（Ａ）に示される。すなわち、固定側摩擦クラッチ板１７５が可動側摩擦クラッチ板１７３に押付けられたクラッチオンの状態では、可動側摩擦クラッチ板１７３と一体化された歯車１８３と外歯１３７が噛み合い係合しているインターナルギア１２３は、固定側摩擦クラッチ板１７５と可動側摩擦クラッチ板１７３間の摩擦力（回転抵抗）によって本体部１０３側に固定された状態に保持される。
【００４２】
従って、この状態でネジ等の締付け作業を行うべく、トリガ１０９ａの引き操作によって駆動モータ１１１が通電駆動されると、当該駆動モータ１１１の回転出力は、遊星歯車機構１１３を通じてスピンドル１１７に伝達される。このため、スピンドル１１７に保持されたドライバビット１１９によって駆動モータ１１１の定常駆動による速度での締付け作業が開始される。
【００４３】
ネジ等の締付け作業が進行し、当該ネジ等の頭部が被加工材に着座して締付けトルクが高くなり、それに伴いインターナルギア１２３に作用する反力が摩擦クラッチ装置１７１の摩擦力を超えると、固定側摩擦クラッチ板１７５と可動側摩擦クラッチ板１７３の摩擦接触面間に相対滑りが生じ、当該インターナルギア１２３が回転し始める。そのため、スピンドル１１７の回転速度が減速される。この状態は半クラッチとも呼ばれる。
【００４４】
そして、ネジ等の締付けトルク値が更に上昇して設定トルク値を超えると、トルクセンサ１４７及びコントローラ１４９を通じてソレノイド１７７の励磁コイルが通電される。これにより可動鉄心１７７ｂがコイルバネ１８５に抗して固定側摩擦クラッチ板１７５が可動側摩擦クラッチ板１７３から離間される。この状態が図７の（Ｂ）に示される。このため、インターナルギア１２３に対する回転抵抗が解除されて当該インターナルギア１２３の回転が許容される。すなわち、反力受け部材であるインターナルギア１２３が自由に回転される結果、駆動モータ１１１の回転出力のスピンドル１１７への伝達が遮断されて当該スピンドル１１７の回転が停止される。これによりネジ等の締付け作業が終了する。なお、ネジ等の締付け作業終了後は、第１の実施形態の場合と同様、駆動モータ１１１の駆動が停止され、またソレノイド１７７の励磁コイルの通電が遮断される。
【００４５】
このように、本実施の形態によれば、ネジ等の締付け作業時において、締付け開始からネジ等が被加工材に着座するまでの過程では、摩擦クラッチ装置１７１によってインターナルギア１２３を回転しないように回転抵抗を付与し、締付け作業が終了に近づいた着座後には、摩擦クラッチ装置１７１による回転抵抗を解除し、インターナルギア１２３を自由に回転させ、いわばクラッチの如く機能させることによって、目標トルク値でネジ等を締付け、当該締付け作業を終了することができる。このため、第１の実施形態の場合と同様に、機械式クラッチを用いて動力伝達を遮断して締付け作業を終了する場合のような急激なトルク変動が発生することがなく、締付け作業を円滑に遂行することができる。
【００４６】
また、本実施の形態においては、図７に示すように、ソレノイド固定ケース１８７が２部品で構成されている。一方の部品は、ソレノイド本体部１７７ａを収容固定するとともに、軸方向の一端側に雌ネジ１８８ａを備えた筒状のソレノイド保持部１８８として備えられる。他方の部品は、ソレノイド保持部１８８の雌ネジ１８８ａに螺合する雄ネジ１８９ａを有するケース固定部１８９として備えられる。そして、ソレノイド保持部１８８とケース固定部１８９とは、雌ネジ１８８ａと雄ネジ１８９ａとの螺合構造によって組み合わされている。従って、ソレノイド保持部１８８とケース固定部１８９は、長軸線回りに相対回動させることでソレノイド１７７の動作方向に関する相対位置が調整可能とされ、これによりコイルバネ１８５の初期弾発力を適宜に定めることができる。すなわち、本実施の形態によれば、摩擦クラッチ装置１７１の摩擦力を微調整することができる。
【００４７】
また、本実施の形態によれば、摩擦クラッチ装置１７１によってインターナルギア１２３を制御する方式としたことによって、当該摩擦クラッチ装置１７１を外側ハウジング１０５の内部空間における駆動モータ１１１の下方領域に当該駆動モータ１１１と並列に配置することができる。その結果、本体部１０３の長軸方向寸法が短縮されるため、ハンドグリップ１０９からドライバビット１１９先端までの距離が短くなり、ネジ等の締付け作業がやり易くなる。
【００４８】
なお、第２の実施形態では、摩擦クラッチ装置１７１の摩擦抵抗を利用してインターナルギア１２３の回転を制止する構成としたが、これに変えてインターナルギア１２３に対して周方向において係合することでインターナルギア１２３の回転を規制し、軸方向又は径方向に退避動作して上記係合を解除することでインターナルギア１２３の回転を許容する回転ストッパを用いてもよい。
【００４９】
また、本実施の形態は、電動締付け工具としてスクリュードライバを例にとって説明したが、ネジの締付け作業に用いられるドライバ、ボルト・ナットの締付け作業に用いられるレンチ等の締付け工具に広く適用することが可能である。
【００５０】
本発明の趣旨に鑑み、以下の如き態様が構成可能である。
（態様１）
「請求項３に記載の回転抵抗制御手段は、摩擦クラッチ装置であり、当該摩擦クラッチ装置は、前記作業工具本体の内部空間に前記モータと並列に配置されていることを特徴とする。」
【００５１】
（態様２）
「請求項４に記載の駆動源は、サブモータであり、当該サブモータは、前記作業工具本体の内部空間に前記モータと並列に配置されていることを特徴とする。」
【符号の説明】
【００５２】
１０１ 電動スクリュードライバ（電動締付け工具）
１０３ 本体部（作業工具本体）
１０５ 外側ハウジング
１０６ 収容部
１０７ 内側ハウジング
１０８ バッテリパック
１０９ ハンドグリップ
１０９ａ トリガ
１１１ 駆動モータ（モータ）
１１２ モータ軸
１１３ 遊星歯車機構（減速機構）
１１５ 駆動軸
１１７ スピンドル（被動軸）
１１８ ビット保持器
１１９ ドライバビット（工具ビット）
１２１ 第１太陽ギア
１２３ インターナルギア
１２５ 第１遊星ギア
１２７ 第１キャリア
１２９ 第２太陽ギア
１３１ 第２遊星ギア
１３３ 第２キャリア
１３５ 軸受
１３７ 外歯
１４７ トルクセンサ（トルク検知手段）
１４９ コントローラ
１６１ 小型モータ（インターナルギア制御手段）（駆動源）
１６３ 駆動ギア
１６５ 距離センサ
１７１ 摩擦クラッチ装置（インターナルギア制御手段）（回転抵抗制御手段）
１７３ 可動側摩擦クラッチ板
１７５ 固定側摩擦クラッチ板
１７７ ソレノイド
１７７ａ ソレノイド本体部
１７７ｂ 可動鉄心
１７９ クラッチ軸
１８１ 軸受
１８３ 歯車
１８５ コイルバネ
１８７ ソレノイド固定ケース
１８８ ソレノイド保持部
１８８ａ 雌ネジ部
１８９ ケース固定部
１８９ａ 雄ネジ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、前記モータによって回転駆動される駆動軸と、工具ビットが装着可能な被動軸と、前記駆動軸の回転を前記被動軸に伝達する減速機構と、を備え、工具ビットが長軸方向回りに回転動作することにより被加工材に対する固定具の締付け作業を行う電動締付け工具であって、
前記減速機構は、回転自在に支持されたインターナルギアと、前記駆動軸によって回転駆動される太陽ギアと、前記被動軸に連結されるとともに、前記太陽ギア及び前記インターナルギアに噛み合い係合しつつ当該太陽ギアの周りを周回する遊星ギアと、を有し、
前記インターナルギアの回転を制御することで前記被動軸の回転を制御するインターナルギア制御手段を更に有することを特徴とする電動締付け工具。
【請求項２】
請求項１に記載の電動締付け工具であって、
前記被動軸は、前記工具ビットによって回転される固定具が被加工材に着座した際に、高速回転から低速回転に制御されることを特徴とする電動締付け工具。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電動締付け工具であって、
前記モータを収容する作業工具本体を有し、
前記インターナルギア制御手段は、前記インターナルギアの前記作業工具本体に対する回転抵抗を制御する回転抵抗制御手段であることを特徴とする電動締付け工具。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の動力工具であって、
前記インターナルギア制御手段は、前記インターナルギアを回転駆動させる駆動源であることを特徴とする電動締付け工具。
【請求項５】
請求項４に記載の電動締付け工具であって、
トルク検知手段を有し、当該トルク検知手段は、前記インターナルギアから前記工具ビットに至る回転伝達経路のトルク値を検知することを特徴とする電動締付け工具。
【請求項６】
請求項５に記載の電動締付け工具であって、
前記トルク検知手段が予め定めた設定トルク値を検知した際に、前記被動軸の回転がゼロとなるように前記駆動源によって前記インターナルギアを回転駆動することを特徴とする電動締付け工具。
【請求項１】
モータと、前記モータによって回転駆動される駆動軸と、工具ビットが装着可能な被動軸と、前記駆動軸の回転を前記被動軸に伝達する減速機構と、を備え、工具ビットが長軸方向回りに回転動作することにより被加工材に対する固定具の締付け作業を行う電動締付け工具であって、
前記減速機構は、回転自在に支持されたインターナルギアと、前記駆動軸によって回転駆動される太陽ギアと、前記被動軸に連結されるとともに、前記太陽ギア及び前記インターナルギアに噛み合い係合しつつ当該太陽ギアの周りを周回する遊星ギアと、を有し、
前記インターナルギアの回転を制御することで前記被動軸の回転を制御するインターナルギア制御手段を更に有することを特徴とする電動締付け工具。
【請求項２】
請求項１に記載の電動締付け工具であって、
前記被動軸は、前記工具ビットによって回転される固定具が被加工材に着座した際に、高速回転から低速回転に制御されることを特徴とする電動締付け工具。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電動締付け工具であって、
前記モータを収容する作業工具本体を有し、
前記インターナルギア制御手段は、前記インターナルギアの前記作業工具本体に対する回転抵抗を制御する回転抵抗制御手段であることを特徴とする電動締付け工具。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の動力工具であって、
前記インターナルギア制御手段は、前記インターナルギアを回転駆動させる駆動源であることを特徴とする電動締付け工具。
【請求項５】
請求項４に記載の電動締付け工具であって、
トルク検知手段を有し、当該トルク検知手段は、前記インターナルギアから前記工具ビットに至る回転伝達経路のトルク値を検知することを特徴とする電動締付け工具。
【請求項６】
請求項５に記載の電動締付け工具であって、
前記トルク検知手段が予め定めた設定トルク値を検知した際に、前記被動軸の回転がゼロとなるように前記駆動源によって前記インターナルギアを回転駆動することを特徴とする電動締付け工具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１４８０７１（Ｐ２０１１−１４８０７１Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３４５４（Ｐ２０１０−１３４５４）
【出願日】平成２２年１月２５日（２０１０．１．２５）
【出願人】（０００１３７２９２）株式会社マキタ (1,210)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２５日（２０１０．１．２５）
【出願人】（０００１３７２９２）株式会社マキタ (1,210)
【Ｆターム（参考）】
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