JP2009072888A - インパクト工具 - Google Patents

Abstract

【課題】 インパクト工具を提供する。
【解決手段】 インパクトドライバ１００は、モータ１と、モータ１によって回転されるスピンドル１１と、スピンドル１１の軸方向に作用して先端工具を打撃する打撃力を発生し、スピンドル１１の回転力と打撃力を先端工具に伝達する回転インパクト機構部１０と、モータ１に流れる電流値を検出する電流検出回路３２と、モータ１に流れる電流値を制御する制御信号出力回路３７と、を有し、電流検出回路３２が所定値を超える電流値を検出したときに、回転インパクト機構部１０が打撃力を発生する前後の第１の所定期間に亘って制御信号出力回路３７がモータ１に流れる電流値を下げる。
【選択図】図４

Description

本発明は、インパクトドライバやインパクトレンチ等のインパクト工具に関する。

インパクト工具は、電池パックを電源とし、モータを駆動源として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ものである。（例えば、特許文献１参照）。従来より駆動源として用いられるモータとしては、ブラシと整流子を備えた直流モータが広く用いられてきたが、これに代わってブラシレス直流モータを用いる試みがなされている。ブラシレス直流モータは、ブラシ付き直流モータと比較するとトルク特性に優れ、より強い力で被加工部材にネジやボルト等を締め付けることができる。
特開２００２−４６０７８号公報

しかしながら、ボルト、ナット等の硬い部材を対象とした締め付け作業では、アンビルに対して打撃を与えるハンマとアンビルの衝撃反力が大きく、更にブラシレス直流モータの駆動力が加わりハンマは大きく後退してしまう。ハンマの後退量が過大であると、ハンマと対向する機構部への衝突による衝撃力が増加し、当該機構部を破損させるという問題がある。

本発明は、斯かる実情に鑑み、大きなトルクで締め付け作業を可能にすると共に、回転打撃力発生時にハンマと対向する機構部の破損を招かないようにしたインパクト工具を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明のインパクト工具は、電動モータと、前記電動モータによって回転されるスピンドルと、前記スピンドルの軸方向に作用して先端工具を打撃する打撃力を発生し、前記スピンドルの回転力と打撃力を先端工具に伝達する回転インパクト機構部と、前記電動モータに流れる電流値を検出する電流検出手段と、前記電動モータに流れる電流値を制御する電流制御手段と、を有し、前記電流検出手段が所定値を超える電流値を検出したときに、前記回転インパクト機構部が打撃力を発生する前後の第１の所定期間に亘って前記電流制御手段が前記電動モータに流れる電流値を下げることを特徴としている。

このような構成によれば、電流検出手段が所定値を超える電流値を検出したときに、回転インパクト機構部が打撃力を発生する前後の第１の所定期間に亘って電流制御手段が電動モータに流れる電流値を下げるので、過剰な打撃力が発生することを防止することができ、これにより、スピンドルが過剰に後退して障壁と衝突して破損させることを防止している。

また、前記電動モータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記回転数検出手段により検出された前記電動モータの回転数から最低回転数を検出する最低回転数検出手段とを更に有し、前記最低回転数検出手段が最低回転数を検出したときには、前記最低回転数を検出してから第２の所定期間が経過した後に前記第１の所定期間が開始することが好ましい。

このような構成によれば、最低回転数を検出することにより、打撃力の発生までの時間を確実に検出することができる。

また、前記電流検出手段が前記所定値を超える電流値を所定回数検出した場合、前記電流制御手段が前記電動モータに流れる電流値を下げることが好ましい。

このような構成によれば、過剰な打撃力が発生していることを確実に検出することができる。

また、前記電動モータはブラシレス直流モータであることが好ましい。

このような構成によれば、より強い力で被加工部材にネジやボルト等を締め付けることができる。

また、本発明の別の観点によるインパクト工具は、電動モータと、前記電動モータによって回転されるスピンドルと、前記スピンドルの軸方向に作用して先端工具を打撃する打撃力を発生し、前記スピンドルの回転力と打撃力を先端工具に伝達する回転インパクト機構部と、前記電動モータに流れる電流値を検出する電流検出手段と、前記電動モータに流れる電流値を制御する電流制御手段と、前記電動モータに電流が流れている時間を計測する計時手段と、を有し、前記計時手段が計時する第１の所定期間の間に前記電流検出手段が所定値を超える電流値を検出したときは、前記回転インパクト機構部が打撃力を発生する前後の第１の所定期間に亘って前記電流制御手段が前記電動モータに流れる電流値を下げる電流値低減処理を実行し、前記計時手段が計時する前記第１の所定期間の間に前記電流値低減処理が実行されなかった場合には、前記第１の所定期間経過後は前記電流値低減処理を実行しないことを特徴としている。

このような構成によれば、計時手段が計時する第１の所定期間の間に電流値低減処理が実行されなかった場合には、第１の所定期間経過後は電流値低減処理を実行しないので、例えば、電流値低減処理が望ましくないネジの木材等への打ち込みの場合も、確実にネジを木材等に打ち込むことができる。

また、前記電動モータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記回転数検出手段により検出された前記電動モータの回転数から最低回転数を検出する最低回転数検出手段とを更に有し、前記最低回転数検出手段が最低回転数を検出したときには、前記最低回転数を検出してから第２の所定期間が経過した後に前記第１の所定期間が開始することが好ましい。

このような構成によれば、最低回転数を検出することにより、打撃力の発生までの時間を確実に検出することができる。

また、前記電流検出手段が前記所定値を超える電流値を所定回数検出した場合、前記電流制御手段が前記電動モータに流れる電流値を下げることが好ましい。

このような構成によれば、過剰な打撃力が発生していることを確実に検出することができる。

また、前記電動モータはブラシレス直流モータであることが好ましい。

このような構成によれば、より強い力で被加工部材にネジやボルト等を締め付けることができる。

また、本発明の別の観点によるインパクト工具は、電動モータと、前記電動モータによって回転されるスピンドルと、前記スピンドルの軸方向に作用して先端工具を打撃する打撃力を発生し、前記スピンドルの回転力と打撃力を先端工具に伝達する回転インパクト機構部と、前記電動モータに流れる電流値を検出する電流検出手段と、前記電動モータに流れる電流値を制御する電流制御手段と、前記電動モータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記回転インパクト機構部が前記先端工具を打撃する打撃間隔を検出する打撃間隔検出手段と、を有し、所定期間の間に前記電流検出手段が所定値を超える電流値を検出したときは、前記回転インパクト機構部が打撃力を発生する前後の期間に亘って前記電流制御手段が前記電動モータに流れる電流値を下げる電流値低減処理を実行し、前記打撃間隔検出手段が検出した打撃間隔に応じて、前記回転インパクト機構部が打撃力を発生する前後の期間を変更することを特徴としている。

このような構成によれば、打撃間隔検出手段が検出した打撃間隔に応じて、回転インパクト機構部が打撃力を発生する前後の期間を変更するので、不均一な打撃力が発生しているような場合にも、それらを是正することができ、これにより、スピンドルが過剰に後退して障壁と衝突して破損させることを防止することができる。

また、前記打撃間隔検出手段が検出した打撃間隔が基準間隔より長い場合には、前記回転インパクト機構部が打撃力を発生する前後の期間を基準時間より長くし、逆に、前記打撃間隔検出手段が検出した打撃間隔が基準間隔より短い場合には、前記回転インパクト機構部が打撃力を発生する前後の期間を基準時間より短くすることが好ましい。

このような構成によれば、より簡易に不均一な打撃力を是正することができる。

また、前記打撃間隔検出手段は、前記回転数検出手段により検出された前記電動モータの回転数から極小回転数を検出する極小回転数検出手段と、前記回転数検出手段により検出された前記電動モータの回転数から極大回転数を検出する極大回転数検出手段と、を有し、極大回転数が検出されたタイミングから極小回転数が検出されたタイミングまでの時間に応じて、前記回転インパクト機構部が打撃力を発生する前後の期間を変更することが好ましい。

このような構成によれば、極大回転数が検出されたタイミングから極小回転数が検出されたタイミングまでの時間を検出することにより、打撃間隔を確実に検出することができる。

また、前記電流検出手段が前記所定値を超える電流値を所定回数検出した場合、前記電流制御手段が前記電動モータに流れる電流値を下げることが好ましい。

このような構成によれば、過剰な打撃力が発生していることを確実に検出することができる。

また、前記電動モータはブラシレス直流モータであることが好ましい。

このような構成によれば、より強い力で被加工部材にネジやボルト等を締め付けることができる。

本発明のインパクト工具によれば、スピンドルが過剰に後退して障壁と衝突して破損させることを防止することができる。

以下、本発明の第１の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明をコードレスタイプのインパクトドライバに適用した場合の電動工具全体を示す構造図、図２は回転インパクト機構部の動作説明図、図３はブラシレス直流モータで構成された電動工具のモータ駆動部の構成を閉めずブロック図である。

最初に、図１を参照して本発明の実施の形態に係るインパクトドライバ１００の構成について説明する。インパクトドライバ１００は、後述するブラシレス直流モータ１（以下、「モータ１」という。）の回転軸と同一方向（水平軸方向）に沿って、一端部（図面の右端部）から他端部（図面の左端部）に延在する胴体ハウジング部６と、胴体ハウジング部６より垂下するハンドルハウジング部７とから構成された工具本体を含み、胴体ハウジング部６の他端部に配置された先端工具保持部８には、図示されていないが、工具本体より回転打撃力を受けて、被加工部材にネジを締付けるドライバビット（先端工具）が着脱自在に装着される。先端工具としてドライバビットの代わりに、ボルト締付用ビットを装着することもできる。

胴体ハウジング部６の一端部には、駆動源となるモータ１が装着され、胴体ハウジング部６の他端部には回転打撃力を出力する先端工具保持部８に先端工具（図示なし）が着脱自在に装着される。

胴体ハウジング部６の一端部側には、モータ１を駆動するためのインバータ部２を搭載した回路基板が装着されている。胴体ハウジング部６の中間部には、モータ１の回転軸方向に回転力を伝達する動力伝達機構部（減速機構部）９、前記回転打撃力を与える回転インパクト機構部１０、該回転インパクト機構部１０の回転打撃力を先端工具へ伝達するアンビル１３が装着されている。

ハンドルハウジング部７の下端部には、モータ１の駆動電源となる電池パック４ａを収容した電池パックケース４が着脱可能に装着されている。また、電池パックケース４の上部には、モータ１のインバータ部２を制御するための制御回路部３を搭載した回路基板が、紙面を横切る方向に延在するように設けられている。一方、ハンドルハウジング部７の上端部にはトリガスイッチ１５が配設されている。トリガスイッチ１５はバネによって付勢された状態でハンドルハウジング部７から突出している。後述するように、トリガスイッチ１５をバネ力に抗してハンドルハウジング部７内方向へ押し込むことによってモータ１を起動することができ、トリガ押込量を調整することで、モータ１の回転数を制御することができる。

電池パック４ａは、トリガスイッチ１５および制御回路部（回路基板）３へ駆動電源を供給し、かつインバータ部２へ駆動電力を供給するように電気的接続されている。

モータ１の回転出力軸の回転力は、その回転出力軸のギヤ歯に係合された動力伝達機構部（減速機構部）９を介して、回転インパクト機構部１０の一部を構成するスピンドル１１に伝達される。動力伝達機構部（減速機構部）９は、ピニオンギヤ（サンギヤ）９ａと、そのピニオンギヤ９ａに噛合う二つの遊星ギヤ９ｂとを含み、これらは胴体ハウジング部６内のインナカバー（図示なし）内に組み込まれている。スピンドル１１には、この動力伝達機構部（減速機構部）９によって、ブラシレス直流モータ１の回転に対し減速された回転力が与えられる。

回転インパクト機構部１０は、動力伝達機構部（減速機構部）９を介して回転力が与えられるスピンドル１１と、スピンドル１１に取付けられ、スピンドル１１の回転軸方向に移動可能に係合し、回転打撃力を与えるハンマ１２と、ハンマ１２による回転打撃力で回転し、先端工具保持部８を有するアンビル１３とを備える。ハンマ１２およびアンビル１３は、回転平面上の２箇所に互いに対称的に配置された２つのハンマ凸部（打撃部）１２ａおよび２つのアンビル凸部１３ａをそれぞれ有し、該ハンマ凸部１２ａおよびアンビル凸部１３ａは互いに回転方向に噛み合う位置にある。

これら凸部同士１２ａおよび１３ａの噛み合いにより、回転打撃力が伝えられる。ハンマ１２は、スピンドル１１を囲むリング域で、スピンドル１１に対して軸方向に摺動自在にされていると共に、スプリング１４によって軸方向前方へと付勢されている。ハンマ１２の内周面には、逆Ｖ字型（略三角形）のカム溝１２ｂが設けられている。一方、スピンドル１１の外周面には軸方向に、Ｖ字型のカム溝１１ａが設けられており、このカム溝１１ａとハンマ１２の内周カム溝１２ｂ間に挿入されたボール（鋼球）１７を介してハンマ１２が回転する。

図２は回転インパクト機構部１０の動作概略図とモータ回転数の関係を示した図であり、（Ａ）はハンマ１２が後退しアンビル１３の凸部１３ａから離脱した状態、（Ｂ）はハンマ１２が後退した状態から回転をしながら図示しないスプリングに付勢されてアンビル１２の凸部１３ａに向かって移動している状態、（Ｃ）はスプリングの付勢力によりハンマ１２がアンビル１３の凸部１３ａに回転打撃力を与えハンマ１２の凸部１２ａとアンビル１３の凸部１３ａが係合した状態を示した図である。

回転インパクト機構部１０において、被加工物とネジ等の締付具の間に作用しているトルクが小さいと、モータ１から与えられるスピンドル１１の回転力は、ボール１７を挟持するスピンドル１１のカム溝１１ａおよびハンマ１２のカム溝１２ｂを介してハンマ１２に伝達され、スピンドル１１およびハンマ１２を一緒に回転させ始める。スピンドル１１およびハンマ１２は相対的にねじられることになり、ハンマ１２は、スピンドルのカム溝１１ａに沿って、スプリング１４をねじりながら圧縮しつつ後退し（図２の（Ａ）に示した矢印の方向）、ハンマ凸部１２ａがアンビル凸部１３ａとの結合から離れた時点から、ハンマ１２はアンビル凸部１３ａの高さを乗り越えると、アンビル１３との噛み合いが解ける（図２の（Ａ）に示した状態）。このときモータ回転数は最小値を示す。さらにハンマ１２は、スプリング１４による付勢とカム溝１１ａによるガイドを受けて、回転しつつ前進し（図２の（Ｂ）に示した状態）、ハンマ凸部（打撃部）１２ａで回転前方のアンビル１３のアンビル凸部１３ａに衝撃トルクを与える（図２の（Ｃ）に示した状態）。この衝撃トルクは、後述するように、アンビル１３の先端工具保持部８に取付けられたドライバビットへ伝わり、さらにドライバビットから締付具ネジに回転衝撃トルクを伝えて、被加工部材へのネジ込みもしくは締付けを行う。再びハンマ凸部１２ａおよびアンビル凸部１３ａが互いに係合することになるので、その後、再びハンマ１２の後退が始まり、上記の打撃動作を繰返すことになる。

次に、図３を参照しながらモータ１のインバータ回路部２および制御回路部３について説明する。

モータ１は、本実施の形態では３相ブラシレス直流モータから成る。モータ１は、インナーロータ型で、一対のＮ極およびＳ極を含む永久磁石（マグネット）を埋め込んで構成された回転子（マグネットロータ）１ｂと、該マグネットロータ１ｂの回転位置を検出するために６０°毎に配置された３つの回転位置検出素子（ホールＩＣ）５ａ、５ｂ、５ｃと、回転位置検出素子５ａ、５ｂ、５ｃからの位置検出信号に基づいて電気角１２０°の電流の通電区間に制御されるスター結線された固定子１ｃの３相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗからなる電機子巻線１ｄとから構成される。なお、本実施の形態では、モータ１の回転子１ｂの位置検出は、ホールＩＣを用いて電磁結合的に行っているが、固定子巻線１ｄの誘起起電圧（逆起電力）を、フィルタを通して論理信号として取出すことによって回転子位置を検出するセンサレス方式を採用することもできる。

インバータ回路部（電力変換器）２は、３相ブリッジ形式に接続された６個のＦＥＴ（以下、「トランジスタ」という。）Ｑ１〜Ｑ６と、フライホイールダイオード（図示なし）とから構成される。ブリッジ接続された６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６の各ゲートは制御信号出力回路３７に接続され、また、６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６のソースまたはドレインはスター結線された電機子巻線Ｕ、ＶおよびＷに接続される。これによって、６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６は、制御信号出力回路３７から入力されたスイッチング素子駆動信号によってスイッチング動作を行い、インバータ部２に印加される電池パック４ａの直流電圧を、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとして、電機子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗへ電力を供給する。

制御回路部３は、演算部３１，電流検出回路３２，印加電圧設定回路３３，回転方向設定回路３４，回転位置検出回路３５，回転数検出回路３６、及び制御信号出力回路３７によって構成されている。演算部３１は、図示されていないが、処理プログラムとデータに基づいて駆動信号を出力するためのＣＰＵ、後述する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、データを一時記憶するためのＲＡＭ、タイマ等を含むマイコンによって構成される。電流検出回路３２はモータ１に流れているモータ電流を検出するための回路であり、検出電流は演算部３１に入力される。

印加電圧設定回路３３は、トリガスイッチ１５の押込量に応答してモータ１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１１は、モータの正逆切替レバー１６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１の回転方向を設定するための回路である。回転位置検出回路１２は、３つの回転位置検出素子５ａ、５ｂ、５ｃの出力信号に基づいて回転子１ｂと固定子１ｃ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３６は、単位時間内にカウントされる回転子位置検出回路３５からの検出信号の数に基づいてモータ回転数を検出する回路である。

制御信号出力回路３７は、演算部３１からの出力に基づいて電源側トランジスタ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して設定した回転方向へのモータ１の回転数を制御することができる。

次に、図４、図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照しながら、第１の実施の形態に係るインパクトドライバ１００の制御について説明する。図４は、打撃トルクＴと、モータ電流Ｉと、モータ回転数Ｎとの関係を示すタイムチャートであり、図５（ａ）及び図５（ｂ）は、ハンマ１２による打撃の前後でモータ１の回転数を減少させる制御のフローチャートである。

まず、打撃トルクと、モータ電流と、モータ回転数との関係を図２及び図４を参照して説明する。図４は、打撃トルクＴと、モータ電流Ｉと、モータ回転数Ｎとの関係を示すタイムチャートである。

ハンマ１２がアンビル１３のアンビル凸部１３ａと係合するとモータ１にかかる負荷が極大となるため、図４に示すように、モータ１の回転数Ｎは極小となる（（Ａ））。一方、モータ１にかかる負荷が極大となることにより、モータ電流Ｉは、極大となる（（Ｂ））。その後、ハンマ１２がアンビル１３のアンビル凸部１３ａに乗り上がるとモータ１の回転方向の負荷が減少し、アンビル１３のアンビル凸部１３ａを乗り越えて両者の係合が解除されると（図２（Ａ）〜（Ｃ））、モータ１にかかる負荷が極小となり、モータ１の回転数Ｎは極大となる（（Ｃ））。一方、モータ１にかかる負荷が極小となることにより、モータ電流Ｉは、極小となる（（Ｄ））。そして、モータ１の回転数Ｎが極大となり、モータ電流Ｉが極小となったタイミングで、ハンマ１２による打撃が行われる（（Ｅ））。

ここで、本実施の形態のように、ブラシレスモータ等の駆動力の大きいモータを用いた場合には、ハンマによる打撃が過剰となるため、ハンマがアンビルの凸部に乗り上がった勢いで過剰に後退し、そのまま反対側の障壁に衝突してしまい、障壁を破損させてしまうことがある。そこで、本実施の形態では、ハンマ１２による打撃の前後でモータ１の回転数を減少させる。

図５（ａ）及び（ｂ）のフローチャートでは、まず、モータ制御のＰＷＭデューティが１００％か否かを判断する（Ｓ５０１）。上記したようなハンマ１２の過剰後退は、通常、トリガスイッチ１５を最大にひいた場合、すなわち、ＰＷＭデューティが１００％の場合に生じる現象だからである。

ＰＷＭデューティが１００％でない場合には（Ｓ５０１：ＮＯ）、引き続き、ＰＷＭデューティが１００％か否かを判断し続ける。ＰＷＭデューティが１００％の場合には（Ｓ５０１：ＹＥＳ）、続いて、モータ電流Ｉが３５Ａ以上か否かを判断する（Ｓ５０２）。本実施の形態では、ハンマ１２の過剰後退が生じる可能性のある電流値として閾値を３５Ａに設定したが、他の値であってもよい。

モータ電流Ｉが３５Ａより小さい場合には（Ｓ５０２：ＮＯ）、引き続き、モータ電流Ｉが３５Ａ以上か否かを判断する。モータ電流Ｉが３５Ａ以上の場合には（Ｓ５０２：ＹＥＳ）、時間Ｔａ（１０ｍｓｅｃ）のタイマをスタートさせ（Ｓ５０３）（図４参照）、再び、モータ電流Ｉが３５Ａ以上か否かを判断する（Ｓ５０４）。

モータ電流Ｉが３５Ａ以上の場合には（Ｓ５０４：ＹＥＳ）、ＣＮＴ１をカウントアップし（Ｓ５０５）、続いて、時間Ｔａ（１０ｍｓｅｃ）が経過したか否かを判断する（Ｓ５０６）。モータ電流Ｉが３５Ａより小さい場合には（Ｓ５０４：ＮＯ）、ＣＮＴ１をカウントアップせずに、時間Ｔａ（１０ｍｓｅｃ）が経過したか否かを判断する（Ｓ５０６）。このようにして、所定時間（本実施の形態では、１０ｍｓｅｃ）内に検出したモータ電流Ｉが閾値３５Ａ以上だった回数がカウントされる。

時間Ｔａ（１０ｍｓｅｃ）が経過していない場合には（Ｓ５０６：ＮＯ）、１ｍｓｅｃのインターバルの経過後（Ｓ５０７）、Ｓ５０４に戻り、再び、モータ電流Ｉが３５Ａ以上か否かを判断する。時間Ｔａ（１０ｍｓｅｃ）が経過していた場合には（Ｓ５０６：ＹＥＳ）、ＣＮＴ１が５より大きいか否かを判断する（Ｓ５０８）。

ＣＮＴ１が５以下の場合には（Ｓ５０８：ＮＯ）、Ｓ５０２に戻り、再び、モータ電流Ｉが３５Ａ以上か否かを判断する。ＣＮＴ１が５より大きい場合には（Ｓ５０８：ＹＥＳ）、ＣＮＴ２をカウントアップし（Ｓ５０９）、続いて、ＣＮＴ２が５より大きいか否かを判断する（Ｓ５１０）。ＣＮＴ２が５以下の場合には（Ｓ５１０：ＮＯ）、Ｓ５０２に戻り、再び、モータ電流Ｉが３５Ａ以上か否かを判断する。このように、Ｓ５０３〜Ｓ５０７で検出されたモータ電流Ｉが５回より多く閾値３５Ａ以上だったという判断（Ｓ５０８）が、５回行われた後に、以下で説明するモータ１の回転数を減少させる制御を開始する。

ＣＮＴ２が５より大きい場合には（Ｓ５１０：ＹＥＳ）、続いて、モータ回転数Ｎの最大値Ｎｍａｘを決定する（Ｓ５１１）（図４参照）。本実施の形態では、１ｍｓｅｃ毎にモータ回転数Ｎを検出し、検出結果が前回の検出結果よりも大きい場合には、最大値を更新し、４回の検出後の更新値を最大値Ｎｍａｘとして決定する。これにより、ハンマ１２による打撃のタイミングが検出される。

続いて、モータ回転数Ｎの最小値Ｎｍｉｎを決定する（Ｓ５１２）（図４参照）。本実施の形態では、１ｍｓｅｃ毎にモータ回転数Ｎを検出し、検出結果が前回の検出結果よりも小さい場合には、最小値を更新し、４回の検出後の最小値を最小値Ｎｍｉｎとして決定する。これにより、ハンマ１２がアンビル凸部１３ａと係合するタイミング、すなわち、ハンマ１２がアンビル凸部１３ａに乗り上がる直前のタイミングが検出される。

続いて、時間Ｔｂ（７ｍｓｅｃ）のタイマをスタートさせ（Ｓ５１３）、時間Ｔｂ（７ｍｓｅｃ）が経過したか否かを判断する（Ｓ５１４）（図４参照）。時間Ｔｂ（７ｍｓｅｃ）が経過していない場合には（Ｓ５１４：ＮＯ）、引き続き、時間Ｔｂ（７ｍｓｅｃ）が経過したか否かを判断する。ここで、時間Ｔｂ（７ｍｓｅｃ）は、ハンマ１２がアンビル凸部１３ａと係合したタイミングからハンマ１２による打撃が生じるタイミングまでの期間よりも短ければ、７ｍｓｅｃに限定されない。これにより、ハンマ１２による打撃が生じるタイミングの少し前までは、モータ１は、ＰＷＭデューティ１００％で駆動されることとなる。

Ｔｂ（７ｍｓｅｃ）が経過していた場合には（Ｓ５１４：ＹＥＳ）、時間Ｔｃ（６ｍｓｅｃ）のタイマをスタートさせ（Ｓ５１５）、続いて、ＰＷＭデューティを７０％に低下させる（Ｓ５１６）（図４参照）。ここで、時間Ｔｃ（６ｍｓｅｃ）は、ハンマ１２による打撃が生じるタイミングを含む期間であれば、６ｍｓｅｃに限定されない。これにより、ハンマ１２による打撃が生じるタイミングの前後では、モータ１は、ＰＷＭデューティ７０％で駆動されることとなる。

その後、時間Ｔｃ（６ｍｓｅｃ）が経過したか否かを判断する（Ｓ５１７）（図４参照）。時間Ｔｃ（６ｍｓｅｃ）が経過していない場合には（Ｓ５１７：ＮＯ）、引き続き、時間Ｔｃ（６ｍｓｅｃ）が経過したか否かを判断し、時間Ｔｃ（６ｍｓｅｃ）が経過していた場合には（Ｓ５１７：ＹＥＳ）、ＰＷＭデューティを１００％に戻す（Ｓ５１８）。

このような構成により、ハンマ１２による打撃が生じるタイミングの前後でモータ制御のＰＷＭデューティを減少、すなわち、モータ１の回転数を減少させるので、ハンマ１２による過剰な打撃が防止され、これにより、ハンマ１２が過剰に後退して障壁と衝突して破損させることを防止している。

次に、図６、図７（ａ）及び（ｂ）を参照しながら、本発明の第２の実施の形態に係るインパクトドライバ１００の制御について説明する。図６は、打撃トルクＴと、モータ電流Ｉと、モータ回転数Ｎとの関係を示すタイムチャートであり、図７（ａ）及び図７（ｂ）は、ハンマ１２による打撃の前後でモータ１の回転数を減少させる制御のフローチャートである。なお、図７（ａ）及び図７（ｂ）は、図５（ａ）及び図５（ｂ）のフローチャートと同一のステップには同一の符号を付し、異なる部分のみを説明する。

第２の実施の形態では、図７（ａ）のＳ５０１でＰＷＭデューティが１００％であると判断した後に、時間Ｔｚ（３００ｍｓｅｃ）のタイマをスタートさせる（Ｓ７０１）（図６参照）。その後、時間Ｔｚ（３００ｍｓｅｃ）が経過したか否かを判断し（Ｓ７０２）、時間Ｔｚ（３００ｍｓｅｃ）が経過していない場合には（Ｓ７０２：ＮＯ）、Ｓ５０２に進み、図５（ａ）及び図５（ｂ）で説明した内容の制御が行われる。Ｓ５１０で、ＣＮＴ２が５以下であると判断した場合には、再び、Ｓ７０２に戻り、時間Ｔｚ（３００ｍｓｅｃ）が経過したか否かを判断する。一方、時間Ｔｚ（３００ｍｓｅｃ）が経過したと判断した場合には（Ｓ７０２：ＹＥＳ）、引き続き、時間Ｔｚ（３００ｍｓｅｃ）が経過したか否かを判断することとなるので、以後、図５（ａ）及び図５（ｂ）で説明した内容の制御が行われることはない。

このように、第２の実施の形態では、所定期間（本実施の形態では３００ｍｓｅｃ）内にモータ１の回転数を減少させる制御が開始されなかった場合には、その後もモータ１の回転数を減少させる制御を行わない。例えば、先端工具がドライバの場合には、ネジを木材等に打ち込むこととなるため、途中でモータ１の回転数が減少すると打ち込みが不完全となってしまう場合がある。しかしながら、第２の実施の形態では、所定期間内にモータ１の回転数を減少させる制御が開始されなかった場合には、その後もモータ１の回転数を減少させる制御を行わないため、確実にネジを木材等に打ち込むことができる。

次に、図８及び図９（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、本発明の第３の実施の形態に係るインパクトドライバ１００の制御について説明する。図８は、打撃トルクＴと、モータ電流Ｉと、モータ回転数Ｎとの関係を示すタイムチャートであり、図９（ａ）乃至図９（ｃ）は、ハンマ１２による打撃の前後でモータ１の回転数を減少させる制御のフローチャートである。なお、図９（ａ）乃至図９（ｃ）は、図７（ａ）及び図７（ｂ）のフローチャートと同一のステップには同一の符号を付し、異なる部分のみを説明する。

第３の実施の形態では、図９（ａ）のＳ５１０でＣＮＴ２が５より大きいと判断した後に、Ｔｃフラグが０か否かを判断する（Ｓ９０１）。Ｔｃフラグが０の場合には（Ｓ９０１：ＹＥＳ）、Ｔｄ＿ｏｌｄ４＜Ｔｄ＿ｏｌｄ３、且つ、Ｔｄ＿ｏｌｄ３＞Ｔｄ＿ｏｌｄ２、且つ、Ｔｄ＿ｏｌｄ２＜Ｔｄ＿ｏｌｄ１、且つ、Ｔｄ＿ｏｌｄ１＜Ｔｄか否かを判断する（Ｓ９０２）。ここで、Ｔｄ＿ｏｌｄ４、Ｔｄ＿ｏｌｄ３、Ｔｄ＿ｏｌｄ２、Ｔｄ＿ｏｌｄ１は、それぞれ４回前、３回前、２回前、１回前のＴｄである。なお、Ｔｄについては、後述する。

Ｔｄ＿ｏｌｄ４＜Ｔｄ＿ｏｌｄ３、且つ、Ｔｄ＿ｏｌｄ３＞Ｔｄ＿ｏｌｄ２、且つ、Ｔｄ＿ｏｌｄ２＜Ｔｄ＿ｏｌｄ１、且つ、Ｔｄ＿ｏｌｄ１＜Ｔｄの場合には（Ｓ９０２：ＹＥＳ）、Ｔｃフラグを１に設定した後（Ｓ９０４）、Ｓ５１１でモータ回転数Ｎの最大値Ｎｍａｘを決定する。Ｓ９０１、又は、Ｓ９０２でＮＯの場合には、そのままＳ５１１に進み、モータ回転数Ｎの最大値Ｎｍａｘを決定する。

すなわち、元々のＴｃフラグが０であり、かつ、Ｔｄ＿ｏｌｄ４＜Ｔｄ＿ｏｌｄ３、且つ、Ｔｄ＿ｏｌｄ３＞Ｔｄ＿ｏｌｄ２、且つ、Ｔｄ＿ｏｌｄ２＜Ｔｄ＿ｏｌｄ１、且つ、Ｔｄ＿ｏｌｄ１＜Ｔｄの場合にのみ、Ｔｃフラグを１に設定する。

Ｓ５１１でモータ回転数Ｎの最大値Ｎｍａｘを決定した後、タイマをスタートさせ（Ｓ９０４）、その後、モータ回転数Ｎの最小値Ｎｍｉｎを決定する（Ｓ５１２）。モータ回転数Ｎの最小値Ｎｍｉｎの決定と同時にタイマのカウントをストップさせ、そのカウント値Ｔｄを記憶する（Ｓ９０５）。すなわち、カウント値Ｔｄは、モータ回転数Ｎの最大値Ｎｍａｘから最小値Ｎｍｉｎまでの時間であって、ここで記憶されたＴｄがＳ９０２の判断で用いられる。従って、Ｓ９０２の「Ｔｄ＿ｏｌｄ４＜Ｔｄ＿ｏｌｄ３、且つ、Ｔｄ＿ｏｌｄ３＞Ｔｄ＿ｏｌｄ２、且つ、Ｔｄ＿ｏｌｄ２＜Ｔｄ＿ｏｌｄ１、且つ、Ｔｄ＿ｏｌｄ１＜Ｔ」とは、図８の区間Ａで示すように、ハンマ１２による打撃の間隔が交互に増減していることを意味する。

続いて、Ｓ５１３、Ｓ５１４で時間Ｔｂ（７ｍｓｅｃ）が経過したと判断した場合には、Ｔｃフラグが１か否かを判断する（Ｓ９０６）。Ｔｃフラグが１の場合には（Ｓ９０６：ＹＥＳ）、時間Ｔｃの前回値が４ｍｓｅｃか否かを判断する（Ｓ９０７）。時間Ｔｃの前回値が４ｍｓｅｃの場合には（Ｓ９０７：ＹＥＳ）、時間Ｔｃを９ｍｓｅｃに設定し（Ｓ９０８）、タイマをスタートさせる（Ｓ９１１）。一方、時間Ｔｃの前回値が４ｍｓｅｃでない場合には（Ｓ９０７：ＮＯ）、時間Ｔｃを４ｍｓｅｃに設定し（Ｓ９０９）、タイマをスタートさせる（Ｓ９１１）。

また、Ｔｃフラグが１でない場合には（Ｓ９０６：ＮＯ）、時間Ｔｃを６ｍｓｅｃに設定し（Ｓ９１０）、タイマをスタートさせる（Ｓ９１１）。Ｓ９１１でタイマのスタートと同時に、ＰＷＭデューティを７０％に低下させ（Ｓ９１２）、その後、時間Ｔｃが経過したか否かを判断する（Ｓ９１３）。

時間Ｔｃが経過していない場合には（Ｓ９１３：ＮＯ）、引き続き、時間Ｔｃが経過したか否かを判断し、時間Ｔｃが経過している場合には（Ｓ９１３：ＹＥＳ）、ＰＷＭデューティを１００％に戻す（Ｓ９１４）。その後、時間Ｔｘが経過したか否かを判断する（Ｓ９１５）。時間Ｔｘが経過していない場合には（Ｓ９１５：ＮＯ）、Ｓ９０１に戻り、再び、Ｔｃフラグが０か否かを判断する。時間Ｔｘが経過している場合には（Ｓ９１５：ＹＥＳ）、Ｔｃフラグを０にした後（Ｓ９１６）、Ｓ９０１に戻る。

このように、本実施の形態では、過去のＴｄ（打撃間隔）の増減パターンから、その後のＴｄを予測して、その後のＴｄを均一にするような制御を行っている。従って、ハンマ１２が不均一な間隔で打撃を行っているような場合にもそれらを是正することができ、ハンマ１２による過剰な打撃を防止でき、これにより、ハンマ１２が過剰に後退して障壁と衝突して破損させることを防止している。

尚、本発明のインパクト工具は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明のインパクト工具は、作業現場におけるネジはボルト等の締付作業に利用される。

本発明の実施形態に係る電動工具の全体構造図。 図１に示した電動工具における回転インパクト機構部の動作概略図とモータ回転数の関係を示した図であり、（Ａ）はハンマが後退しアンビルから離脱した状態、（Ｂ）はハンマが後退した状態から回転をしながら図示しないスプリングに付勢されてアンビルに向かって移動している状態、（Ｃ）はスプリングの付勢力によりハンマがアンビルに回転打撃力を与え係合した状態を示した図。 図１に示した電動工具におけるモータの駆動制御系を示す機能ブロック図。 本発明の第１の実施の形態による駆動制御を行った場合の各種特性を示したタイムチャートであり、（Ａ）は打撃トルク特性、（Ｂ）はモータ電流特性、（Ｃ）はモータ回転数特性である。 本発明の第１の実施の形態による駆動制御を説明したフローチャート。 図５（ａ）に示したフローチャートに続く部分のフローチャート。 本発明の第２の実施の形態による駆動制御を行った場合の各種特性を示したタイムチャートであり、（Ａ）は打撃トルク特性、（Ｂ）はモータ電流特性、（Ｃ）はモータ回転数特性である。 本発明の第２の実施の形態による駆動制御を説明したフローチャート。 図７（ａ）に示したフローチャートに続く部分のフローチャート。 本発明の第３の実施の形態による駆動制御を行った場合の各種特性を示したタイムチャートであり、（Ａ）は打撃トルク特性、（Ｂ）はモータ電流特性、（Ｃ）はモータ回転数特性である。 本発明の第３の実施の形態による駆動制御を説明したフローチャート。 図９（ａ）に示したフローチャートに続く部分のフローチャート。 図９（ｂ）に示したフローチャートに続く部分のフローチャート。

符号の説明

１００ インパクトドライバ
１ ブラシレス直流モータ
２ インバーター部
３ 制御回路部
３１ 演算部
３２ 電流検出回路
３３ 印加電圧設定回路
３４ 回転方向設定回路
３５ 回転位置検出回路
３６ 回転数検出回路
３７ 制御信号出力回路
４ 電池パックケース
４ａ 電池パック
５ａ，５ｂ、５ｃ 回転位置検出素子（ホールＩＣ）
６ 胴体ハウジング部
７ ハンドルハウジング部
８ 先端工具保持部
９ 動力伝達機構部（減速機構部）
１０ 回転インパクト機構部
１１ スピンドル
１２ ハンマ
１３ アンビル
１４ スプリング
１５ トリガースイッチ
１６ 正逆切替レバー
１７ ボール（鋼球）

Claims (13)

1. 電動モータと、
   前記電動モータによって回転されるスピンドルと、
   前記スピンドルの軸方向に作用して先端工具を打撃する打撃力を発生し、前記スピンドルの回転力と打撃力を先端工具に伝達する回転インパクト機構部と、
   前記電動モータに流れる電流値を検出する電流検出手段と、
   前記電動モータに流れる電流値を制御する電流制御手段と、を有し、
   前記電流検出手段が所定値を超える電流値を検出したときに、前記回転インパクト機構部が打撃力を発生する前後の第１の所定期間に亘って前記電流制御手段が前記電動モータに流れる電流値を下げるようにすることを特徴とするインパクト工具。
2. 前記電動モータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記回転数検出手段により検出された前記電動モータの回転数から最低回転数を検出する最低回転数検出手段とを更に有し、前記最低回転数検出手段が最低回転数を検出したときには、前記最低回転数を検出してから第２の所定期間が経過した後に前記第１の所定期間が開始することを特徴とする請求項１記載のインパクト工具。
3. 前記電流検出手段が前記所定値を超える電流値を所定回数検出した場合、前記電流制御手段が前記電動モータに流れる電流値を下げるようにすることを特徴とする請求項１若しくは２に記載のインパクト工具。
4. 前記電動モータはブラシレス直流モータであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載のインパクト工具。
5. 電動モータと、
   前記電動モータによって回転されるスピンドルと、
   前記スピンドルの軸方向に作用して先端工具を打撃する打撃力を発生し、前記スピンドルの回転力と打撃力を先端工具に伝達する回転インパクト機構部と、
   前記電動モータに流れる電流値を検出する電流検出手段と、
   前記電動モータに流れる電流値を制御する電流制御手段と、
   前記電動モータに電流が流れている時間を計測する計時手段と、を有し、
   前記計時手段が計時する第１の所定期間の間に前記電流検出手段が所定値を超える電流値を検出したときは、前記回転インパクト機構部が打撃力を発生する前後の第１の所定期間に亘って前記電流制御手段が前記電動モータに流れる電流値を下げる電流値低減処理を実行し、前記計時手段が計時する前記第１の所定期間の間に前記電流値低減処理が実行されなかった場合には、前記第１の所定期間経過後は前記電流値低減処理を実行しないようにしたことをすることを特徴とするインパクト工具。
6. 前記電動モータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記回転数検出手段により検出された前記電動モータの回転数から最低回転数を検出する最低回転数検出手段とを更に有し、前記最低回転数検出手段が最低回転数を検出したときには、前記最低回転数を検出してから第２の所定期間が経過した後に前記第１の所定期間が開始することを特徴とする請求項５に記載のインパクト工具。
7. 前記電流検出手段が前記所定値を超える電流値を所定回数検出した場合、前記電流制御手段が前記電動モータに流れる電流値を下げるようにすることを特徴とする請求項５若しくは６に記載のインパクト工具。
8. 前記電動モータはブラシレス直流モータであることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一に記載のインパクト工具。
9. 電動モータと、
   前記電動モータによって回転されるスピンドルと、
   前記スピンドルの軸方向に作用して先端工具を打撃する打撃力を発生し、前記スピンドルの回転力と打撃力を先端工具に伝達する回転インパクト機構部と、
   前記電動モータに流れる電流値を検出する電流検出手段と、
   前記電動モータに流れる電流値を制御する電流制御手段と、
   前記電動モータの回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記回転インパクト機構部が前記先端工具を打撃する打撃間隔を検出する打撃間隔検出手段と、を有し、
   所定期間の間に前記電流検出手段が所定値を超える電流値を検出したときは、前記回転インパクト機構部が打撃力を発生する前後の期間に亘って前記電流制御手段が前記電動モータに流れる電流値を下げる電流値低減処理を実行し、前記打撃間隔検出手段が検出した打撃間隔に応じて、前記回転インパクト機構部が打撃力を発生する前後の期間を変更するようにしたことを特徴とするインパクト工具。
10. 前記打撃間隔検出手段が検出した打撃間隔が基準間隔より長い場合には、前記回転インパクト機構部が打撃力を発生する前後の期間を基準時間より長くし、逆に、前記打撃間隔検出手段が検出した打撃間隔が基準間隔より短い場合には、前記回転インパクト機構部が打撃力を発生する前後の期間を基準時間より短くしたことを特徴とする請求項９に記載のインパクト工具。
11. 前記打撃間隔検出手段は、前記回転数検出手段により検出された前記電動モータの回転数から極小回転数を検出する極小回転数検出手段と、前記回転数検出手段により検出された前記電動モータの回転数から極大回転数を検出する極大回転数検出手段と、を有し、極大回転数が検出されたタイミングから極小回転数が検出されたタイミングまでの時間に応じて、前記回転インパクト機構部が打撃力を発生する前後の期間を変更するようにしたことを特徴とする請求項９若しくは１０に記載のインパクト工具。
12. 前記電流検出手段が前記所定値を超える電流値を所定回数検出した場合、前記電流制御手段が前記電動モータに流れる電流値を下げるようにすることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか一に記載のインパクト工具。
13. 前記電動モータはブラシレス直流モータであることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか一に記載のインパクト工具。

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