JP2011189412A - Impact tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータにより駆動され新規な打撃機構部を実現したインパクト工具に関し、特に、締め付け負荷の大きさに応じてインパクト動作時の打撃の強ささを調整するインパクト工具に関する。 The present invention relates to an impact tool that is driven by a motor and realizes a new striking mechanism, and more particularly to an impact tool that adjusts the striking strength during impact operation according to the magnitude of the tightening load.
インパクト工具は、モータを駆動源として回転打撃機構部を駆動し、アンビルに回転力と打撃力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。近年、駆動源としてブラシレスＤＣモータが広く用いられるようになってきた。ブラシレスＤＣモータは、例えばブラシ（整流用刷子）の無いＤＣ（直流）モータであり、コイル（巻線）を固定子（ステータ）側に、マグネット（永久磁石）を回転子（ロータ）側に用い、インバータ回路で駆動された電力を所定のコイルへ順次通電することによりロータを回転させる。インバータ回路は、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）のような大容量の出力トランジスタを使用して構成され、大電流で駆動される。ブラシレスＤＣモータは、ブラシ付きＤＣ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。 The impact tool drives the rotary impact mechanism using a motor as a drive source, and intermittently transmits the rotary impact force to the tip tool by applying rotational force and impact force to the anvil to perform operations such as screw tightening. is there. In recent years, brushless DC motors have been widely used as drive sources. The brushless DC motor is, for example, a DC (direct current) motor without a brush (rectifying brush), and uses a coil (winding) on the stator (stator) side and a magnet (permanent magnet) on the rotor (rotor) side. The rotor is rotated by sequentially energizing the predetermined coil with the electric power driven by the inverter circuit. The inverter circuit is configured using a large-capacity output transistor such as an FET (Field Effect Transistor) or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), and is driven with a large current. A brushless DC motor is excellent in torque characteristics as compared with a brushed DC motor, and can tighten a screw, a bolt, or the like on a workpiece by a stronger force.
ブラシレスＤＣモータを用いたインパクト工具の例として、例えば特許文献１の技術が知られている。特許文献１では、連続回転式のインパクト機構部を有し、動力伝達機構部（減速機構部）を介してスピンドルに回転力が与えられると、スピンドルの回転軸方向に移動可能に係合するハンマが回転し、ハンマと当接するアンビルを回転させる。ハンマとアンビルは、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）をそれぞれ有し、これらの凸部は互いに回転方向に噛み合う位置にあり、凸部同士の噛み合いにより回転打撃力が伝えられる。ハンマは、スピンドルを囲むリング域で、スピンドルに対して軸方向に摺動自在にされ、ハンマの内周面には、逆Ｖ字型（略三角形）のカム溝が設けられる。スピンドルの外周面には軸方向に、Ｖ字型のカム溝が設けられており、このカム溝とハンマの内周カム溝との間に挿入されたボール（鋼球）を介してハンマが回転する。
As an example of an impact tool using a brushless DC motor, for example, the technique of
従来の動力伝達機構部においては、スピンドルとハンマは、カム溝に配置されたボールを介して保持され、ハンマはその後端に配置されるスプリングによって、スピンドルに対して軸方向後方に後退できるように構成されている。従って、ハンマはカム機構を介してモータによって間接的に駆動されることになり、スピンドルからハンマへの動力伝達部分の部品点数が多くなり製造コストが高くなってしまい、また工具本体の小型化が難しかった。 In the conventional power transmission mechanism, the spindle and the hammer are held via a ball disposed in the cam groove, and the hammer can be moved backward in the axial direction with respect to the spindle by a spring disposed at the rear end. It is configured. Therefore, the hammer is indirectly driven by the motor via the cam mechanism, which increases the number of parts in the power transmission portion from the spindle to the hammer, increasing the manufacturing cost, and reducing the size of the tool body. was difficult.
また、従来のインパクト工具においては、インパクト機構で打撃を行いながら締め付け作業を行うに当たり、毎回一定の締め付けトルク（設定最大トルク）が発生するように打撃が行われるため、打撃開始直後の必要な締め付けトルクが小さい場合にも、設定最大トルクでの打撃が行われていた。 Also, in the conventional impact tool, when performing the tightening work while performing impact with the impact mechanism, the impact is performed so that a constant tightening torque (set maximum torque) is generated every time. Even when the torque is small, hitting was performed at the set maximum torque.
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は簡単な機構のハンマとアンビルによってインパクト機構を実現し、所定の締め付けトルクで正確に締め付けを行うことができるインパクト工具を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above background, and an object thereof is to provide an impact tool that realizes an impact mechanism with a simple mechanism hammer and anvil and can be tightened accurately with a predetermined tightening torque. is there.
本発明の別の目的は、締め付け負荷の大きさに応じてインパクト動作時の打撃の強さを調整しながら効率良く打撃を行うインパクト工具を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide an impact tool that performs impact efficiently while adjusting the impact strength during impact operation according to the magnitude of the tightening load.
本発明のさらに別の目的は、打撃のために最適な駆動電流をモータへ流すことにより、省電力化を実現したインパクト工具を提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide an impact tool that realizes power saving by flowing an optimum drive current to the motor for hitting.
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。 The characteristics of representative ones of the inventions disclosed in the present application will be described as follows.
本発明の一つの特徴によれば、モータに接続されるハンマと、モータを正回転及び逆回転に交互に駆動することによってハンマにより打撃されるアンビルと、を有するインパクト工具であって、打撃による締め付けトルク値を検出し、締め付けトルク値に応じてモータへの駆動電流の大きさを変更するようにした。駆動電流の変更は、例えば、モータへ供給される印加電圧を変更することによって行うことができる。 According to one aspect of the present invention, there is provided an impact tool having a hammer connected to a motor and an anvil hit by the hammer by alternately driving the motor forward and reverse. The tightening torque value was detected, and the magnitude of the drive current to the motor was changed according to the tightening torque value. The drive current can be changed, for example, by changing the applied voltage supplied to the motor.
本発明の他の特徴によれば、モータはブラシレスＤＣモータであり、モータを駆動するためのインバータ回路を有し、インバータ回路におけるＰＷＭ制御のデューティ比を変えることによって印加電圧を変更する。また、モータを正回転又は逆回転に駆動する際に休止区間を設け、検出された締め付けトルク値に応じて、モータの逆回転から正回転への間の休止区間の長さを変更するか、ハンマの逆回転角度を変化させるか、ハンマの逆回転角度を変化させる。ハンマの逆回転角度は、逆回転の駆動後の休止区間の長さによって調整するか、或いは、モータの逆回転時の印加電圧を変更することにより変化させることができる。 According to another feature of the invention, the motor is a brushless DC motor, has an inverter circuit for driving the motor, and changes the applied voltage by changing the duty ratio of PWM control in the inverter circuit. Further, when the motor is driven in the forward rotation or the reverse rotation, a pause interval is provided, and according to the detected tightening torque value, the length of the pause interval between the reverse rotation of the motor and the forward rotation is changed, Change the reverse rotation angle of the hammer or change the reverse rotation angle of the hammer. The reverse rotation angle of the hammer can be adjusted by adjusting the length of the rest period after driving reverse rotation, or by changing the applied voltage during reverse rotation of the motor.
本発明のさらに他の特徴によれば、モータと、モータに接続されるハンマと、モータを正回転及び逆回転に交互に駆動することによってハンマにより打撃されるアンビルと、を有するインパクト工具であって、打撃による締め付けトルク値を検出し、締め付けトルク値に応じてモータの逆回転角度を制御するように構成した。この際、必要な締め付けトルク値が小さいときは逆回転角度を小さくし、必要な締め付けトルク値が大きいときは逆回転角度を大きくするように制御する。 According to still another aspect of the present invention, there is provided an impact tool having a motor, a hammer connected to the motor, and an anvil hit by the hammer by alternately driving the motor in forward and reverse rotations. Thus, the tightening torque value due to impact is detected, and the reverse rotation angle of the motor is controlled according to the tightening torque value. At this time, the control is performed such that the reverse rotation angle is reduced when the necessary tightening torque value is small, and the reverse rotation angle is increased when the necessary tightening torque value is large.
請求項１の発明によれば、モータを正回転及び逆回転に交互に駆動することによってハンマをアンビルに打撃し、打撃による締め付けトルク値を検出し、締め付けトルク値に応じてモータへの駆動電流の大きさを変更するようにしたので、締め付け負荷の大きさに応じて最適な駆動電流をモータに供給でき、軽負荷の際に必要以上に高い締め付けトルクで締め付けることを防止できる。 According to the first aspect of the present invention, the hammer is hit against the anvil by alternately driving the motor in the forward and reverse rotations, the tightening torque value due to the hit is detected, and the drive current to the motor according to the tightening torque value Since the size of the motor is changed, the optimum drive current can be supplied to the motor in accordance with the size of the tightening load, and it is possible to prevent tightening with a tightening torque higher than necessary when the load is light.
請求項２の発明によれば、駆動電流の変更は、モータへ供給される印加電圧を変更するので、簡単な制御にて駆動電流を調整することができる。 According to the second aspect of the present invention, the change of the drive current changes the applied voltage supplied to the motor, so that the drive current can be adjusted by simple control.
請求項３の発明によれば、モータはブラシレスＤＣモータであり、モータを駆動するためのインバータ回路を有し、インバータ回路におけるＰＷＭ制御のデューティ比を変えることによって印加電圧を変更するので、マイコン等の制御部により精度良く印加電圧を制御することができる。
According to the invention of
請求項４の発明によれば、モータを正回転又は逆回転に駆動する際に休止区間を設け、検出された締め付けトルク値に応じて、モータの逆回転から正回転への間の休止区間の長さを変更するので、休止区間の長さを調整するだけでハンマの反転距離（打撃前の助走距離）を調整することができ、打撃の強さを容易に調整することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, when the motor is driven in the forward rotation or the reverse rotation, the pause interval is provided, and the pause interval between the reverse rotation of the motor and the forward rotation is determined according to the detected tightening torque value. Since the length is changed, it is possible to adjust the reversal distance of the hammer (running distance before hitting) just by adjusting the length of the resting section, and the hitting strength can be easily adjusted.
請求項５の発明によれば、検出された締め付けトルク値に応じて、ハンマの逆回転角度を変化させるようにしたので、打撃の強さを容易に調整することができる。
According to the invention of
請求項６の発明によれば、検出された締め付けトルク値が大きくなるにつれハンマの逆回転角度を大きくするようにしたので、打撃の強さを徐々に増加させることができ、最適な締め付けトルクにより効率的に締め付け作業を行うことができる。
According to the invention of
請求項７の発明によれば、ハンマの逆回転角度は、逆回転の駆動後の休止区間の長さによって調整するので、休止区間の長さを調整するだけでハンマの逆回転角度を調整することができ、打撃の強さを容易に調整することができる。 According to the seventh aspect of the present invention, the reverse rotation angle of the hammer is adjusted by the length of the pause section after the reverse rotation is driven. Therefore, the reverse rotation angle of the hammer is adjusted only by adjusting the length of the pause section. Can be easily adjusted.
請求項８の発明によれば、モータの逆回転時の印加電圧を変更することにより、ハンマの逆回転角度を変化させるので、インバータ回路における制御を変えるだけで簡単に打撃の強さを容易に調整することができる。
According to the invention of
請求項９の発明によれば、モータを正回転及び逆回転に交互に駆動することによってハンマをアンビルに打撃するインパクト工具において、検出される締め付けトルク値に応じてモータの逆回転角度を制御するので、締め付け負荷の大きさに応じて最適なモータの制御を行うことができる。 According to the ninth aspect of the present invention, in the impact tool that strikes the hammer against the anvil by alternately driving the motor forward and backward, the reverse rotation angle of the motor is controlled according to the detected tightening torque value. Therefore, optimal motor control can be performed according to the size of the tightening load.
請求項１０の発明によれば、必要な締め付けトルク値が小さいときは逆回転角度を小さくし、必要な締め付けトルク値が大きいときは逆回転角度を大きくするので、軽負荷の際に必要以上に高い締め付けトルクで締め付けることを防止でき、効率の良い締め付け作業を行うことができる。
According to the invention of
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。 The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the following description and drawings.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。尚、以下の説明において、上下前後、左右の方向は、図１及び図２中に示した方向として説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the front and rear, front and rear, and left and right directions will be described as the directions shown in FIGS.
図１は本発明に係るインパクト工具の全体構造を示す縦断面図である。インパクト工具１は、充電可能なバッテリパック３０を電源とし、モータ３を駆動源として打撃機構４０を駆動し、出力軸であるアンビル４６に回転と打撃を与えることによってドライバビット等の図示しない先端工具に連続する回転力や断続的な打撃力を伝達してネジ締めやボルト締め等の作業を行う。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the overall structure of an impact tool according to the present invention. The
モータ３は、ブラシレスＤＣモータであって、側面から見て略Ｔ字状の形状を成すハウジング６（図２参照）の筒状の胴体部６ａ内に収容される。ハウジング６は、ほぼ対称な形状の左右２つの部材に分割可能に構成され、それら部材が複数のネジにより固定される。そのため、分割されるハウジング６の一方（本実施例では左側ハウジング）に複数のネジボス２０が形成され、他方（右側ハウジング）に複数のネジ穴（図示せず）が形成される。モータ３の回転軸１９は、胴体部６ａの後端側のベアリング１７ｂと中央部付近に設けられるベアリング１７ａによって回転可能に保持される。モータ３の後方には６つのスイッチング素子１０が搭載された基板７が設けられ、これらスイッチング素子１０によってインバータ制御を行うことによりモータ３を回転させる。基板７の前方側には、回転子３ａの位置を検出するためにホール素子やホールＩＣ等の回転位置検出素子５８が搭載される。
The
ハウジング６の胴体部６ａから略直角に一体に延びるグリップ部６ｂ内の上部にはトリガスイッチ８及び正逆切替レバー１４が設けられ、トリガスイッチ８には図示しないバネによって付勢されてグリップ部６ｂから突出するトリガ操作部８ａが設けられる。グリップ部６ｂ内の下方には、トリガ操作部８ａによってモータ３の速度を制御する機能等を備えた制御回路基板９が収容される。ハウジング６のグリップ部６ｂの下方に形成されたバッテリ保持部６ｃには、ニッケル水素やリチウムイオン等の複数の電池セルが収容されたバッテリパック３０が着脱可能に装着される。
A
モータ３の前方には、回転軸１９に取り付けられてモータ３と同期して回転する冷却ファン１８が設けられる。冷却ファン１８により、胴体部６ａの後方に設けられた空気取入口２６ａ、２６ｂから空気が吸引される。吸引された空気は、ハウジング６の胴体部６ａであって冷却ファン１８の半径方向外周側付近に形成される複数のスリット２６ｃ（図２参照）からハウジング６の外部に排出される。
A cooling
打撃機構４０は、アンビル４６とハンマ４１の２つの部品により構成され、ハンマ４１は遊星歯車減速機構２１の複数の遊星歯車の回転軸を連結するように固定される。現在広く使われている公知のインパクト機構と違って、ハンマ４１には、スピンドル、スプリング、カム溝、及びボール等を有するカム機構をもたない。そしてアンビル４６とハンマ４１とは回転中心付近に形成された嵌合軸と嵌合穴により１回転未満の相対回転だけができるように連結される。アンビル４６は、図示しない先端工具を装着する出力軸部分と一体に構成され、前端には軸方向と鉛直面の断面形状が六角形の装着穴４６ａが形成される。アンビル４６の後方側はハンマ４１の嵌合軸と連結され、軸方向中央付近でメタルベアリング１６ａによりケース５に対して回転可能に保持される。
The
ケース５は打撃機構４０及び遊星歯車減速機構２１を収容するための金属製の一体成形で製造され、ハウジング６の前方側に装着される。また、ケース５の外周側は、熱の伝達を防止するとともに、衝撃吸収効果等を果たすために樹脂製のカバー１１で覆われる。アンビル４６の先端には先端工具を保持するための先端工具保持手段が構成され、先端工具の着脱はスリーブ１５を前後方向に動かすことで行われる。
The
インパクト工具１において、トリガ操作部８ａが引かれてモータ３が起動されると、モータ３の回転は遊星歯車減速機構２１によって減速され、モータ３の回転数に対して所定の比率の回転数でハンマ４１が直接駆動される。ハンマ４１が回転すると、その回転力はアンビル４６に伝達され、アンビル４６がハンマ４１と同じ速度で回転を開始する。
In the
図２は、図１のインパクト工具１の外観を示す斜視図である。ハウジング６は３つの部分（６ａ、６ｂ、６ｃ）から構成され、胴体部６ａの、冷却ファン１８の半径方向外周側付近には冷却風排出用のスリット２６ｃが形成される。また、バッテリ保持部６ｃの上面には制御パネル３１が設けられる。制御パネル３１には、各種の操作ボタンや表示ランプ等が配置され、例えばＬＥＤライト１２をＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチや、バッテリパックの残量を確認するためのボタンが配置される。また、バッテリ保持部６ｃの側面にはモータ３の駆動モード（ドリルモード、インパクトモード）を切り替えるためのボタンスイッチ３２が設けられる。ボタンスイッチ３２を作業者が右方向へと押すことにより、ドリルモードとインパクトモードが交互に切り替わる。
FIG. 2 is a perspective view showing an appearance of the
バッテリパック３０には、リリースボタン３０ａが設けられ、左右両側に位置するリリースボタン３０ａを押しながら前方にバッテリパック３０を移動させることにより、バッテリパック３０をバッテリ保持部６ｃから取り外すことができる。バッテリ保持部６ｃの左右側には、着脱可能な金属製のベルトフック３３が設けられる。図２では、インパクト工具１の左側に取り付けられているが、ベルトフック３３を取り外してインパクト工具１の右側に装着することも可能である。バッテリ保持部６ｃの後端部付近にはストラップ３４が取り付けられる。
The
図３は、図１の打撃機構４０付近の拡大断面図である。遊星歯車減速機構２１は、プラネタリー型であり、モータ３の回転軸１９の先端と接続されるサンギヤ２１ａが駆動軸（入力軸）となり、胴体部６ａに固定されるアウターギヤ２１ｄ内で、複数のプラネタリーギヤ２１ｂが回転する。プラネタリーギヤ２１ｂの複数の回転軸２１ｃは、遊星キャリヤの機能を持つハンマ４１にて保持される。ハンマ４１は遊星歯車減速機構２１の従動軸（出力軸）として、モータ３と同方向に所定の減速比で回転する。この減速比をどの程度に設定するかは、主な締付対象（ネジかボルトか）、モータ３の出力と必要な締付トルクの大きさ等の要因から適切に設定すれば良く、本実施例ではモータ３の回転数に対してハンマ４１の回転数が１／８〜１／１５程度になるように減速比を設定する。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the
胴体部６ａの内部の２つのネジボス２０の内周側には、インナカバー２２が設けられる。インナカバー２２はプラスチック等の合成樹脂の一体成形で製造された部材であり、後方側には円筒状の部分が形成され、その円筒部分でモータ３の回転軸１９を回転可能に固定するベアリング１７ａを保持する。また、インナカバー２２の前方側には、２つの異なる径を有する円筒状の段差部が設けられ、その小さい方の段差部にはボール式のベアリング１６ｂが設けられ、大きい方の円筒状の段差部には、前方側からアウターギヤ２１ｄの一部が挿入される。尚、アウターギヤ２１ｄはインナカバー２２に回転不能に取り付けられ、インナカバー２２はハウジング６の胴体部６ａに回転不能に取り付けられることから、アウターギヤ２１ｄは非回転状態で固定されることになる。また、アウターギヤ２１ｄの外周部には外径が大きく形成されたフランジ部分が設けられ、フランジ部分とインナカバー２２の間にはＯリング２３が設けられる。ハンマ４１とアンビル４６の回転部分にはグリス（図示せず）が塗布されており、Ｏリング２３は、そのグリスがインナカバー２２側に漏れないようにシールする。
An
本実施例において特徴的なこととして、ハンマ４１がプラネタリーギヤ２１ｂの複数の回転軸２１ｃを保持する遊星キャリヤの機能を持つことである。そのためハンマ４１の後端部はベアリング１６ｂの内輪の内周側にまで延びる。また、ハンマ４１の後方側内周部は、モータ３の回転軸１９に取り付けられるサンギヤ２１ａを収容する円筒形の内部空間内に配置される。ハンマ４１の前方側中心軸付近は、軸方向前方に突出する軸部となる嵌合軸４５が形成され、嵌合軸４５はアンビル４６の後方側中心軸付近に形成される円筒形の嵌合穴４６ｆに嵌合する。尚、嵌合軸４５と嵌合穴４６ｆは、双方が相対的に回転可能なように軸支するものである。
A characteristic feature of this embodiment is that the
次に図４、５を用いて、図１、２に示した打撃機構４０の詳細構造を説明する。図４は、本発明の第１の実施例に係るハンマ４１とアンビル４６の形状を示す斜視図であり、ハンマ４１は斜め前方から、アンビル４６は斜め後方からみた図である。図５はハンマ４１とアンビル４６の形状を示す斜視図であり、ハンマ４１は斜め後方から見た図であり、アンビル４６は斜め前方からみた部分図である。ハンマ４１は、円柱形の本体部分４１ｂから径方向に突出する２つの羽根部４１ｃと４１ｄが形成される。羽根部４１ｄと４１ｃには、それぞれ軸方向に突出する突出部が形成され、羽根部４１ｃと４１ｄのそれぞれに一組ずつの打撃部と錘部が形成される。
Next, the detailed structure of the
羽根部４１ｃ側は、外周部が扇状に広がるように形成されとともに、外周部から軸方向前方に突出する突出部４２が形成される。この扇状に広がる部分と突出部４２が打撃部（打撃爪）として機能と同時に、錘部としての機能を果たす。突出部４２の円周方向の両側には打撃面４２ａと４２ｂが形成される。打撃面４２ａと４２ｂは、共に平面に形成されたもので、アンビル４６の後述する被打撃面と良好に面接触するように適度な角度がつけられる。一方、羽根部４１ｄは外周部が扇状に広がるように形成され、扇状に広がる形状によりその部分の質量が大きくなり錘部として作用する。また羽根部４１ｄの径方向中央付近から軸方向前方に突出する突出部４３が形成される。突出部４３は打撃部（打撃爪）として作用するもので、円周方向の両側には打撃面４３ａと４３ｂが形成される。打撃面４３ａと４３ｂは、共に平面状に形成されたもので、アンビル４６の後述する被打撃面と良好に面接触するように、円周方向に適度な角度がつけられる。
On the
本体部分４１ｂの軸心付近、前方側にはアンビル４６の嵌合穴４６ｆと嵌合される嵌合軸４１ａが形成される。本体部分４１ｂの後方側には遊星キャリヤの機能を有するように２つの円盤部４４ａ、４４ｂと円周方向の２箇所においてこれらを接続する接続部４４ｃが形成される。円盤部４４ａ、４４ｂの円周方向のそれぞれ２箇所には、貫通穴４４ｄが形成され、円盤部４４ａ、４４ｂの間に２つのプラネタリーギヤ２１ｂ（図３参照）が配置され、プラネタリーギヤ２１ｂの回転軸２１ｃ（図３参照）が貫通穴４４ｄに装着される。円盤部４４ｂの後方側には円筒形に延びる円筒部４４ｅが形成される。円筒部４４ｅの外周側はベアリング１６ｂの内輪にて保持される。また、円筒部４４ｅの内側の空間４４ｆにはサンギヤ２１ａ（図３参照）が配置される。尚、図４及び図５に示すハンマ４１とアンビル４６とは、金属の一体構造にて製造すると強度的にも重量的にも好ましい。
A
アンビル４６は、円柱形の本体部分４６ｂから径方向に突出する２つの羽根部４６ｃ、４６ｄが形成される。羽根部４６ｃの外周付近には軸方向後方に突出する突出部４７が形成される。突出部４７の円周方向両側には被打撃面４７ａ及び４７ｂが形成される。一方、羽根部４６ｄの径方向中央付近には軸方向後方に突出する突出部４８が形成される。突出部４８の円周方向両側には被打撃面４８ａ及び４８ｂが形成される。ハンマ４１が正回転（ネジ等を締め付ける回転方向）するときには、打撃面４２ａが被打撃面４７ａに当接し、同時に打撃面４３ａが被打撃面４８ａに当接する。また、ハンマ４１が逆回転（ネジ等をゆるめる回転方向）するときには、打撃面４２ｂが被打撃面４７ｂに当接し、同時に打撃面４３ｂが被打撃面４８ｂに当接する。この当接するのは同時となるように突出部４２、４３、４７、４８の形状が決定される。
The
このように、図４、５に示すハンマ４１及びアンビル４６によれば、回転する軸心を基準に対称な２箇所にて打撃が行われるので打撃時のバランスが良く、打撃時にインパクト工具１が振られにくく構成できる。また、打撃面は突出部の円周方向両側にそれぞれ設けられるので、正回転だけでなく逆回転時にもインパクト動作が可能になるので、使いやすいインパクト工具を実現できる。さらに、ハンマ４１でアンビル４６を打撃する方向は、円周方向のみであってアンビル４６を軸方向、前方に叩かないので、インパクトモードの際に先端工具を必要以上に被締付部材を押しつけることもなく、木材に木ねじ等を締め込む際に有利である。
As described above, according to the
次に、モータ３の駆動制御系の構成と作用を図６に基づいて説明する。図６はモータ３の駆動制御系の構成を示すブロック図であり、本実施例では、モータ３は３相のブラシレスＤＣモータで構成される。このブラシレスＤＣモータは、いわゆるインナーロータ型であって、複数組（本実施例では２組）のＮ極とＳ極を含む永久磁石（マグネット）を含んで構成される回転子（ロータ）３ａと、スター結線された３相の固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗから成る固定子（ステータ）３ｂと、回転子３ａ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（ホール素子）５８を有する。これら回転位置検出素子５８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を回転させる。回転位置検出素子５８は、基板７上の回転子３ａの永久磁石３ｃに対向する位置に設けられる。
Next, the configuration and operation of the drive control system of the
基板７上に搭載される電子素子には、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からなるインバータ回路５２を含む。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、制御回路基板９に搭載される制御信号出力回路５３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５３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５２に印加されるバッテリパック３０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。
The electronic elements mounted on the
６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートを駆動するスイッチング素子駆動信号（３相信号）のうち、３個の負電源側スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６をパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６として供給し、制御回路基板９上に搭載された演算部５１によって、トリガスイッチ８のトリガ操作部８ａ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。
Of the switching element drive signals (three-phase signals) for driving the gates of the six switching elements Q1 to Q6, the three negative power supply side switching elements Q4, Q5, Q6 are converted into pulse width modulation signals (PWM signals) H4, The pulse width (duty ratio) of the PWM signal is supplied as H5 and H6 and based on the detection signal of the operation amount (stroke) of the
ここで、ＰＷＭ信号は、インバータ回路５２の正電源側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３または負電源側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６の何れか一方に供給され、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３またはスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６を高速スイッチングさせることによってバッテリパック３０の直流電圧から各固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに供給する電力を制御する。尚、本実施例では、負電源側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６にＰＷＭ信号が供給されるため、ＰＷＭ信号のパルス幅を制御することによって各固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに供給する電力を調整してモータ３の回転速度を制御することができる。
Here, the PWM signal is supplied to any one of the positive power supply side switching elements Q1 to Q3 or the negative power supply side switching elements Q4 to Q6 of the
インパクト工具１には、モータ３の回転方向を切り替えるための正逆切替レバー１４が設けられ、回転方向設定回路６２は正逆切替レバー１４の変化を検出するごとに、モータの回転方向を切り替えて、その制御信号を演算部５１に送信する。演算部５１は、図示していないが、処理プログラムとデータに基づいて駆動信号を出力するための中央処理装置（ＣＰＵ）、処理プログラムや制御データを記憶するためのＲＯＭ、データを一時記憶するためのＲＡＭ、タイマ等を含んで構成される。
The
制御信号出力回路５３は、回転方向設定回路６２と回転子位置検出回路５４の出力信号に基づいて所定のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を交互にスイッチングするための駆動信号を形成し、その駆動信号を制御信号出力回路５３に出力する。これによって固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗの所定の巻線に交互に通電し、回転子３ａを設定された回転方向に回転させる。この場合、負電源側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６に印加する駆動信号は、印加電圧設定回路６１の出力制御信号に基づいてＰＷＭ変調信号として出力される。モータ３に供給される電流値は、電流検出回路５９によって測定され、その値が演算部５１にフィードバックされることにより、設定された駆動電力となるように調整される。尚、ＰＷＭ信号は正電源側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３に印加しても良い。
The control
回転数検出回路５５は、複数の回転子位置検出回路５４の信号を入力とし、モータ３の回転数を検出して演算部５１に出力する回路である。打撃衝撃検出センサ５６は、アンビル４６に発生する衝撃の大きさを検出するもので、その出力は打撃衝撃検出回路５７を介して演算部５１に入力される。打撃衝撃検出センサ５６としては、例えば、制御回路基板９に取り付けられる加速度センサで実現でき、打撃衝撃検出センサ５６の出力を用いて規定トルクで締め付けが完了した際に、モータ３を自動停止させるようにしても良い。
The rotation
本実施例に係るインパクト工具１においては、「連続駆動モード」と「断続駆動モード」で駆動させることができる。「連続駆動モード」とは、ハンマを連続駆動させて、アンビルを一方向に連続して回転させるという、単純な制御モードである。「断続駆動モード」とは、ハンマを正転及び停止、又は、正転及び逆転させながらハンマをアンビルに打撃することにより、アンビルに強い締め付けトルクを発生させる制御モードである。「断続駆動モード」では、アンビル４６を打撃するためにハンマ４１を正転及び逆転させる必要があるため、モータ３を特殊な制御を行う。この断続駆動モードによる制御は、本実施例に係るハンマ４１とアンビル４６により実現できた独特の制御方法である。断続駆動モードでは、ハンマ４１による打撃動作を行うために時間あたりの締め付け角度が連続駆動モードに比べて小さくなる。そこで、インパクト動作による締め付けを行う場合は、締め付け動作の初期の必要なトルクが小さくてすむ期間は連続駆動モードで駆動し、締め付け対象からの反力が強くなって必要な締め付けトルクが大きくなってきたら断続駆動モードに切り替えるようにすると、インパクトモードにおける締め付けのために要するトータル時間が短くてすむ。
The
ここで、図７及び８を用いてハンマ４１及びアンビル４６の回転動作を説明する。図７は図３のＡ−Ａ部の断面図であり、前述した「連続駆動モード」における基本的なハンマ４１の駆動制御を説明する図である。これら断面図からハンマ４１から軸方向に突出する突出部４２、４３と、アンビル４６から軸方向に突出する突出部４７、４８の位置関係が理解できるであろう。締め付け動作時（正回転時）のアンビル４６の回転方向は本図では反時計回りであり、ハンマ４１は、モータの駆動により図７（１）→（２）→（３）→（４）の順番に回転する。この際、ハンマ４１は、モータ３の駆動によって矢印７１、７２、７３、７４の方向に連続的に回転するので、アンビル４６はハンマ４１から後方から押されるようにして、ハンマ４１の打撃面４２ａ、４３ａがアンビル４６の被打撃面４７ａ、４８ａと接触したままアンビル４６も矢印方向に同期して回転する。
Here, the rotation operation of the
図７に示す「連続駆動モード」では、ハンマ４１を駆動するモータ３の回転トルクが、被締め付け材から受ける反力に比べて大きい状態での締め付けを意図しており、締め付けの際の負荷が小さい状況下においては、ハンマ４１をモータ３によって回転させるだけでアンビル４６も同期して回転させることができるので、インパクトモードによる締め付け初期に「連続駆動モード」を用いることによって高速で締め付けをすることができる。
In the “continuous drive mode” shown in FIG. 7, the tightening is performed in a state where the rotational torque of the
図８は図３のＡ−Ａ部の断面図であり、前述したインパクト工具１の「断続駆動モード」における基本的なハンマ４１の駆動制御を説明するための図である。「断続駆動モード」においては、ハンマ４１を一方向だけに回転させるのではなく、モータ３を独特な方法で駆動することによりハンマ４１を前進及び後退させることにより、ハンマ４１をアンビル４６に打撃するものである。図８（１）は初期状態を示す図であり、この状態は「連続駆動モード」等の他の駆動モードから「断続駆動モード」への切り替え直後の状態を示す。この状態から、モータ３の逆回転を開始することにより、ハンマ４１を矢印８１の方向（アンビル４６の回転方向とは逆の方向）へ回転させる。
FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 3 and is a view for explaining basic drive control of the
ハンマ４１とアンビル４６は、相対角度にして３６０度未満だけ回転でき、（１）の状態からハンマ４１だけを逆回転させることができる。（２）の状態付近までモータ３を逆回転させたら、モータ３の逆回転駆動を停止させるが、ハンマ４１は惰性で矢印８２の方向に回転し続け、（３）の位置まで逆回転する。図８（３）の位置の直前で、モータ３に正転方向の駆動電流を流して正転させることにより、ハンマ４１の矢印８３方向の回転が停止し、矢印８４の方向への回転（正方向への回転）を開始する。ここで、ハンマ４１が反転を行う位置を「反転位置」というが、本実施例では、ハンマ４１の反転開始から反転位置までの回転角が約２４０度である。ハンマ４１を約２４０度反転させるには、モータ３はこの角度に遊星歯車減速機構２１の減速比の逆数分だけ反転する必要がある。この反転角度は最大反転角度内で任意に設定すればよいが、打撃によって得られる締め付けトルクの大きさの要求値によって設定するのが好ましい。
The
ハンマ４１が反転をすると再び正回転方向に回転をするが、図８（４）のように突出部４２は再び突出部４８の外周側を通過し、同時に突出部４３は突出部４７の内周側を通過し、加速しながら矢印８５の方向に回転を続ける。このように、双方の通過を可能とするために、突出部４２の内径ＲＨ２は、突出部４８の外径ＲＡ１よりも大きく構成され、両者は衝突しない。同様に、突出部４３の外径ＲＨ１は、突出部４７の内径ＲＡ２よりも小さく構成され、両者は衝突しない。このような位置関係に構成すれば、ハンマ４１とアンビル４６との相対回転角を１８０度より大きく構成することができ、アンビル４６に対してハンマ４１の十分な量の反転角が確保でき、この反転角がハンマ４１をアンビル４６に打撃する前の加速区間とすることができる。
When the
次に、図８（５）の状態までハンマ４１を矢印８６の方向に加速して回転させると、突出部４２の打撃面４２ａは、突出部４７の被打撃面４７ａに衝突する。同時に、突出部４３の打撃面４３ａは突出部４８の被打撃面４８ａに衝突する。このように、回転軸に対して反対側の２箇所にて衝突することによりアンビル４６に対してバランスの良い打撃を行うことができる。
Next, when the
この打撃の結果、図８（６）に示すようにアンビル４６は、後方からハンマ４１に打撃されて矢印８７の方向に回転することになり、この打撃に伴う回転によって被締付材の締め付けが行われる。尚、ハンマ４１には、径方向の同心位置（ＲＨ２以上、ＲＨ３以下の位置）において唯一の突起である突出部４２を有し、同心位置（ＲＨ１以下の位置）において第３の唯一の突起である突出部４３を有する。また、アンビル４６は、径方向の同心位置（ＲＡ２以上、ＲＡ３以下の位置）において唯一の突起である突出部４７を有し、同心位置（ＲＡ１以下の位置）において唯一の突起である突出部４８を有する。以上のように、「断続駆動モード」では、モータ３を正方向及び逆方向に交互に回転させることにより、ハンマ４１を正方向及び逆方向に交互に回転させて、アンビル４６に対する打撃動作を行う。
As a result of this striking, as shown in FIG. 8 (6), the
次に、本実施例に係るインパクト工具１の駆動方法について図９を用いて説明する。本実施例に係るインパクト工具１においては、アンビル４６とハンマ４１が、相対的に３６０度未満の回転角で回転可能なように形成される。従って、ハンマ４１はアンビル４６に対して１回転以上の相対的回転ができないため、その回転制御も特有なものになる。図９は、インパクト工具１の運転時のトリガ信号、インバータ回路の駆動信号、モータ３の回転速度、ハンマ４１とアンビル４６の打撃状況を示す図である。各グラフにおいて横軸は時間であり、各グラフのタイミングを比較できるように横軸を合わせて記載している。
Next, a driving method of the
本実施例に係るインパクト工具１において、インパクトモードにおける締め付け作業の場合は、最初モータ３の連続駆動モードで高速に締め付けを行い、必要な締め付けトルク値が大きくなったらモータ３の断続駆動モード（１）に切り替えて締め付けを行い、必要な締め付けトルク値がさらに大きくなったらモータ３の断続駆動モード（２）に切り替えて締め付けを行う。図９の時刻Ｔ１からＴ２における連続駆動モードでは、演算部５１はモータ３を目標回転数に基づく制御を行う。このため演算部５１は、起動後に矢印８５ａで示す目標回転数に達するまでモータ３を加速させる。連続駆動モードでのアンビル４６の回転は、ハンマ４１に押されながら回転する。ここでハンマ４１は、回転子３ａの連続的な回転により、ハンマ４１が同期して連続的に回転する。回転子３ａの回転数とハンマ４１の回転数の比は１：１でも良いが、所定の減速比を持たせると好ましい。その後、アンビル４６に取り付けられた先端工具からの締め付け反力が大きくなると、アンビル４６からハンマ４１に伝わる反力が大きくなるため、矢印８５ｂに示すようにモータ３の回転速度が徐々に落ちてくる。そこで、その回転速度の落ち込みをモータ３に供給される電流値で検出して、時刻Ｔ２でモータ３の断続駆動モード（１）に切り替える。
In the
断続駆動モード（１）は、モータ３を連続的に駆動するのではなく断続的に駆動するモードであり、「休止→正回転駆動」を複数回繰り返すようにパルス状に駆動する。ここで、「パルス状に駆動する」とは、インバータ回路５２に加えるゲート信号を脈動させることにより、モータ３に供給される駆動電流を脈動させ、それによってモータ３の回転数又は出力トルクを脈動させるように駆動制御することである。この脈動は、時刻Ｔ２からＴ２１まではモータへ供給される駆動電流ＯＦＦ（休止）にし、時刻Ｔ２１からＴ３まではモータの駆動電流ＯＮ（駆動）にし、時刻Ｔ３からＴ３１までは駆動電流ＯＦＦ（休止）にし、時刻Ｔ３１から時刻Ｔ４までは駆動電流ＯＮにするというような、大きな周期（例えば数十Ｈｚ〜百数十Ｈｚ程度）で駆動電流のＯＮ−ＯＦＦを繰り返すことによって発生される。尚、駆動電流ＯＮ状態の時にはモータ３の回転数制御のためにＰＷＭ制御が行われるが、そのデューティ比制御の周期（通常数キロＨｚ）に比べると、脈動させる周期は十分小さい。
The intermittent drive mode (1) is a mode in which the
図９の例では、Ｔ２から一定の時間モータ３への駆動電流の供給を休止して、モータ３の回転速度が矢印８６ａに低下した後に、演算部５１（図５参照）は駆動信号８３ａを制御信号出力回路５３に送ることによりモータ３にパルス状の駆動電流（駆動パルス）が供給され、モータ３を加速させる。尚、この加速時の制御は、必ずしもデューティ比１００％で駆動という意味ではなく、１００％未満のデューティ比で制御する事もありうる。次に、矢印８６ｂの地点においてハンマ４１がアンビル４６に強く衝突することにより、矢印８８ａで示すように打撃力が与えられる。打撃力が与えられると再び、所定期間モータ３への駆動電電流の供給を休止し、モータの回転速度が矢印８６ｃで示すように低下した後に、演算部５１は駆動信号８３ｂを制御信号出力回路５３に送ることによりモータ３を加速させる。すると、矢印８６ｄの地点においてハンマ４１がアンビル４６に強く衝突することにより、矢印８８ｂで示すように打撃力が与えられる。断続駆動モード（１）においては、上述したモータ３の「休止→正回転駆動」を繰り返す断続的な駆動が１回又は複数回繰り返されるが、より高い締め付けトルクが必要になったらその状態を検出し、断続駆動モード（２）による回転駆動モードに切り替える。高い締め付けトルクが必要になったか否かの判定は、例えば矢印８８ｂで示す打撃力が与えられた際のモータ３の回転数（矢印８６ｄの前後）を用いて判断することができる。
In the example of FIG. 9, to suspend the supply of the drive current from T 2 to a certain time the
断続駆動モード（２）は、モータ３を断続的に駆動し、断続駆動モード（１）と同様にパルス状にモータ３を駆動するモードであるが、「休止→逆回転駆動→休止→正回転駆動」を複数回繰り返すように駆動する。つまり断続駆動モード（２）においては、モータ３の正回転駆動だけでなく逆回転駆動をも加わるために、図８に示したようにハンマ４１をアンビル４６に対して十分な相対角だけ逆回転させた後に、ハンマ４１を正回転方向に加速させて勢いよくアンビル４６に衝突させることになる。このようにハンマ４１を正逆両方向に交互に駆動することにより、アンビル４６に強い締め付けトルクを発生させるものである。
The intermittent drive mode (2) is a mode in which the
図９において、時刻Ｔ４で断続駆動モード（２）に切り替わると、モータ３の駆動を一時休止させて、その後、負の方向の駆動信号８４ａを制御信号出力回路５３に送ることによりモータ３を逆回転させる。正転、逆転を行う際には、制御信号出力回路５３から各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に出力する各駆動信号（オンオフ信号）の信号パターンを切り替えることにより実現される。モータ３が所定の回転角分だけ逆回転したら（矢印８７ａ）、モータ３の駆動を一時休止させる。モータ３の駆動の休止の際には、モータ３へは駆動電圧が供給されないため、モータ３は惰性で回転することになる。その後に正回転駆動を開始する（矢印８７ｂ）ため、正の方向の駆動信号８４ｂを制御信号出力回路５３に送る。尚、インバータ回路５２を用いた回転駆動においては、駆動信号をプラス側又はマイナス側に切り替えるものではないが、図１０ではどちら方向へ回転駆動するか容易に理解できるように、駆動信号を＋及び−方向に分けて模式的に表現した。
9, when at time T 4 switched to the intermittent driving mode (2), the driving of the
モータ３の回転速度が最大速度に達する付近で、ハンマ４１はアンビル４６に衝突する（矢印８７ｃ）。この衝突により断続駆動モード（１）で発生する締め付けトルク（８８ａ、８８ｂ）に比べて格段に大きい締め付けトルク（矢印８９ａ）が発生する。このように衝突が行われると矢印８７ｃから８７ｄに至るようにモータ３の回転速度が低下する。本実施例では、衝突が行われた後の所定の時間だけモータ３への駆動信号を継続して供給するようにしている。しかしながら、矢印８９ａに示す衝突を検出した瞬間にモータ３への駆動信号を停止する制御をしても良く、その場合は締付対象がボルトやナット等の場合は打撃後に作業者の手に伝わる反動が少なくて済む。本実施例のように衝突後もモータ３に駆動電流を流すことにより作業者への反力が連続駆動モードに比較して小さく、中負荷状態での作業に適している。また、締め付け速度が速く、パルス強モードと比較して電力消費が少なくて済むという効果が得られる。
In the vicinity of the rotation speed of the
その後、モータ３の駆動を一時休止させて、その後、負の方向の駆動信号８４ｃを制御信号出力回路５３に送ることによりモータ３を逆回転させ、同様にして、「休止→逆回転駆動→休止→正回転駆動」を所定回数だけ繰り返すことにより強い締め付けトルクでの締め付けが行われ、時刻Ｔ９において作業者がトリガ操作を解除することによってモータ３が停止し、締め付け作業が完了する。尚、作業の完了は作業者によるトリガ操作の解除だけでなく、演算部５１が設定された締め付けトルクでの締め付けが完了したと判断したらモータ３の駆動を停止するように制御しても良い。この締め付けトルクの検出の仕方については後述する。
Thereafter, the drive of the
図１０は、図９の連続駆動モード（２）部分の制御を示すもので、インバータ回路への駆動信号と、モータに流れる運転電流と、モータの回転速度との関係を示す図である。時刻Ｔ４において、連続駆動モード（１）から連続駆動モード（２）への制御に切り替わると、演算部５１はモータ３の駆動を一時休止させて、その後、負の方向の駆動信号８４ａを制御信号出力回路５３に送ることによりモータ３を逆回転させる。演算部５１は、負の方向の駆動信号８４ａを所定時間流し、モータ３の回転速度は矢印８７ａで示す所定の逆回転速度に到達する。次に、演算部５１はモータ３の駆動を時間Ｐ１だけ一時休止させる。この間、モータ３は惰性により逆方向の回転速度をほぼ保ったまま回転する。休止時間Ｐ１だけ経過したら、演算部５１はモータ３の正回転駆動を開始する（矢印８７ｂ）。正回転駆動は、正転駆動時間Ｄ１だけ行われ、このＤ１が経過する直前（時刻Ｔ５）にハンマ４１がアンビル４６と衝突することにより、アンビル４６に対する打撃が行われ、アンビル４６には打撃による強い締め付けトルクが発生する。ここで、連続駆動モード（２）に移行した直後の時間Ｐ１及び正転駆動時間Ｄ１は、予めデフォルト値を設定しておくと良い。打撃が行われた後に時間ｔａ経過したら、演算部５１はモータ３への駆動電流値Ｉ１（矢印９０ａのピークの大きさ）を測定する。
FIG. 10 shows the control of the continuous drive mode (2) portion of FIG. 9, and is a diagram showing the relationship among the drive signal to the inverter circuit, the operating current flowing through the motor, and the rotational speed of the motor. At time T 4, the switching control of the continuous drive mode (1) to the continuous driving mode (2), the
発明者らの実験により、連続駆動モード（２）に移行してからｍ回目の打撃直後のピーク電流Ｉｍの大きさは、打撃による締め付けトルクとほぼ比例することが判明した。そして、断続駆動モード（２）におけるｍ回目の打撃時の締め付けトルク値ＴＲｍは、
ＴＲｍ ＝ ｋ・ΔＩｍ （但し、ｋ：比例定数、 ｍ＝１，２・・、ｎ）
で表すことができる。また、トルク値ＴＲｍは、次の逆転電流後の休止時間Ｐｍ＋１と、正転電流を加える正転駆動時間Ｄｍ＋１を設定する基準となるものであり、得られたトルク値ＴＲｍを元に、休止時間Ｐｍ＋１と正転駆動時間Ｄｍ＋１を設定する。この設定の仕方は、所定の算出式で算出しても良いが、あらかじめトルク値ＴＲｍと休止時間Ｐｍ＋１、正転駆動時間Ｄｍ＋１の関係をデータテーブルとして演算部５１内の図示しない記憶装置内に格納しておくと良い。
By our experiments, the magnitude of peak current I m immediately after the hit of the m-th from the transition to continuous driving mode (2) was found to substantially proportional to the tightening torque by the striking. The tightening torque value TR m at the m-th hit in the intermittent drive mode (2) is
TR m = k · ΔI m (where k is a proportional constant, m = 1, 2,..., N)
Can be expressed as The torque value TR m serves as a reference for setting the rest time P m + 1 after the next reverse current and the forward rotation drive time D m + 1 to apply the forward current, and based on the obtained torque value TRm. The pause time P m + 1 and the forward rotation drive time D m + 1 are set. This setting method may be calculated by a predetermined calculation formula, but a storage device (not shown) in the
次に、得られたピーク電流Ｉ１を測定した後に休止時間ｔｂを置き、その後演算部５１は、負の方向の駆動信号８４ｃを供給して、モータ３が所定の逆回転速度、例えば−３０００ｒｐｍに到達するように制御し、矢印８７ｅで示す所定の逆回転速度に到達したら、駆動信号８４ｃの供給を停止する。この際の休止時間Ｐ２は、１回目の打撃時に得られた締め付けトルク値ＴＲ１によって決定する。ここで、ｍ回目の休止時間Ｐｍは、締め付けトルク値ＴＲｍ−１が大きくなるにつれて大きくするのが好ましい。休止時間Ｐｍを大きくするということは、図８（２）から（３）に至る範囲の、惰性でハンマ４１が逆回転する期間が長くなることを意味し、その結果、ハンマ４１の反転角度が大きくなり、反転位置が後方側になる。ハンマ４１の反転角度が大きくなることは、次の打撃の助走距離が長くなるため、ハンマ４１がアンビル４６を打撃する際の正方向の回転速度が高くなり、より大きい締め付けトルク値ＴＲｍを発生させることができる。
Next, after measuring the obtained peak current I 1 , the rest time t b is set, and then the
矢印８７ｆの地点から正方向に加速されたモータ３は、矢印８７ｇの地点、即ち時刻Ｔ６で回転速度がピークに到達するとともにアンビル４６を打撃する。この打撃が行われた後には、１回目の打撃時と同様に、時間ｔａが経過したら、演算部５１は駆動電流値Ｉ２（矢印９０ｂのピークの大きさ）を測定し、上述した式により締め付けトルク値ＴＲ２を算出する。その後、モータ３の駆動を時間ｔｂだけ一時休止させる。以下、同様の動作を繰り返し、時刻Ｔ７で３回目の打撃、時刻Ｔ８で４回目の打撃が行われる。また、各打撃の際に締め付けトルク値ＴＲｍを算出し、休止時間Ｐｍ＋１を決定する。そして、時間Ｔ９において作業者がトリガ操作を解除することによってモータ３が停止する。
以上のように、発明者らは駆動電流のピーク電流Ｉｍの大きさを用いて締め付けトルク値ＴＲｍを検出する方法を確立することができた。この結果、インパクト工具において締め付け負荷の大きさに応じて最適な打撃を行うように制御することができ、無駄なエネルギーの消費を押さえ、省電力化を図ることができた。 Thus, we were able to establish a method of detecting the torque value TR m tightened with the magnitude of the peak current I m of the driving current. As a result, it was possible to control the impact tool so as to perform an optimal impact according to the size of the tightening load, thereby suppressing wasteful energy consumption and saving power.
次に、図１１のフローチャートを用いて、本発明の実施例に係るインパクト工具１の断続駆動モード（２）における制御手順を説明する。まず、図９で示した断続駆動モード（１）における駆動が終了したら断続駆動モード（２）に移行させる（ステップ１１１）。断続駆動モード（２）では、図１０に示したように、休止→逆転電流→休止→正転電流の順に電流を流して、ハンマ４１をアンビル４６に衝突させる。正転電流においては、定電流制御によって所定の電流、例えば５０Ａでモータ３を駆動し、ハンマ４１を初期位置から正転方向に加速して、ハンマ４１がアンビル４６に衝突する。この衝突においては、ハンマ４１の慣性だけでなく回転子３ａの慣性も利用することができるので、比較的軽量なハンマ４１であっても強い打撃力を発生させることができる。断続駆動モード（２）における最初の打撃の際には、休止時間Ｐ１及び正転駆動時間Ｄ１は予め設定されるデフォルト値が用いられる。次に、打撃が検出されたか否かを検出し、検出されていない場合は、検出するまで待機する（ステップ１１２）。この打撃の検出は、打撃衝撃検出センサ５６（図６参照）により行われる。打撃が検出されたら、所定時間ｔａが経過するまで待機する（ステップ１１３）。所定時間ｔａが経過したら、モータ３の駆動電流を測定することによりピーク電流Ｉｍを検出する（ステップ１１４）。この測定は、電流検出回路５９（図６参照）を用いて行う。
Next, the control procedure in the intermittent drive mode (2) of the
次に、得られたピーク電流Ｉｍを元に締め付けトルク値ＴＲｍを算出する（ステップ１１５）。次に、締め付けトルク値ＴＲｍが設定された所定の締め付けトルクに到達したか、又は、作業者がトリガスイッチ８をオフにしたかを判断し（ステップ１１６）、締め付けトルクに到達した場合又はトリガスイッチ８がオフにされた場合は、モータ３の回転を停止させて（ステップ１２１）、締め付け作業を終了する。
Then, to calculate the torque value TR m tightened based on the peak current I m obtained (step 115). Next, it is determined whether the tightening torque value TR m has reached the set predetermined tightening torque, or whether the operator has turned off the trigger switch 8 (step 116). When the
ステップ１１６でいずれにも該当しない場合は、さらに休止時間ｔｂが経過したか（即ち、打撃が検出されてから、時間ｔａ＋ｔｂが経過したか）を判断し、経過していなかったら待機する（ステップ１１７）。休止時間ｔｂが経過した場合には、モータ３に逆転電流を供給して、モータ３を逆回転させる（ステップ１１８）。逆転電流も定電流制御が行われる。次に、モータ３の回転速度が所定の逆回転速度（例えば−３０００ｒｐｍ）に到達したか否かを検出し、到達していないならば到達するまで定電流制御を続けながら待機する（ステップ１１９）。到達した場合は、モータ３の逆転電流の供給を停止して、ステップ１１５で得られた締め付けトルク値ＴＲｍから、休止時間Ｐｍ＋１と正転駆動時間Ｄｍ＋１、及び、次の正転駆動における定電流制御値を算出し、ステップ１１１に戻る（ステップ１２０）。ここで次の正転駆動における定電流制御値は、締め付けトルク値ＴＲｍが大きいときは増大させて、小さいときは減少させる。この定電流制御値と締め付けトルク値ＴＲｍの関係は、データテーブル形式或いは関数形式であらかじめ演算部５１内の図示しない記憶装置内に格納しておくと良い。
If none of the above results in
以上説明したように、本実施例では、打撃直後にモータ３に流れる駆動電流の大きさによって、アンビルによる締め付けトルクの大きさを算出するので、歪センサ等の別途のトルク検出装置を用いることなくトルク検出手段を実現でき、打撃ごとに締め付け負荷を検出してモータの制御に反映させることができ、締め付け作業を精度良く行うことができる。尚、ステップ１１７において所定の休止時間ｔｂが経過した後にモータ３に逆転電流を供給するように構成したが、これをモータ３の回転数が所定の回転数（例えば５０００ｒｐｍ）まで低下したらモータ３に逆転電流を供給するように構成しても良い。
As described above, in this embodiment, since the magnitude of the tightening torque due to the anvil is calculated based on the magnitude of the drive current flowing in the
次に、図１０及び１２を用いて、本発明の第２の実施例に係るインパクト工具１の断続駆動モード（２）における制御手順を説明する。第２の実施例では、第１の実施例とモータ３の制御方法は同じであるが、打撃後のモータ３に供給されるピーク電流Ｉｍを用いて締め付けトルク値ＴＲｍを検出するのではなく、打撃後のモータ３の回転速度の落ち込み度合いを用いて検出するようにした点にある。図１０において、矢印８７ｃの時点において打撃が行われた後に時間ｔａ経過したら、演算部５１はモータ３の駆動を時間ｔｂだけ一時休止させる。この際、演算部５１は、このｔｂの時間経過中のモータ３の回転速度の落ち込みを監視し、回転速度曲線の傾きΔＮ１を算出する。
Next, a control procedure in the intermittent drive mode (2) of the
この傾きΔＮ１は、打撃後の短い時間だけ駆動電流を流し続け、その駆動電流を止めた直後のモータ３の回転速度の落ち込み度合いを示し、傾きΔＮ１が大きいことは打撃による締め付けトルクが大きいことを意味する。発明者らの実験により、締め付けトルク値ＴＲｍは傾きΔＮｍにほぼ反比例することが判明し、断続駆動モード（２）におけるｍ回目の打撃時の締め付けトルク値ＴＲｍは、
ＴＲｍ ＝ −α・ΔＮｍ （但し、α：比例定数、 ｍ＝１，２・・、ｎ）
で表すことができる。また、トルク値ＴＲｍは、次の逆転電流後の休止時間Ｐｍ＋１と、正転電流を加える正転駆動時間Ｄｍ＋１を設定する基準となるものであり、得られたトルク値ＴＲｍを元に、休止時間Ｐｍ＋１と正転駆動時間Ｄｍ＋１を設定する。この設定の仕方は、所定の算出式で算出しても良いが、あらかじめトルク値ＴＲｍと休止時間Ｐｍ＋１、正転駆動時間Ｄｍ＋１の関係をデータテーブルとして演算部５１内の図示しない記憶装置内に格納しておくと良い。
This slope ΔN 1 indicates that the drive current continues to flow for a short time after the impact, and indicates the degree of decrease in the rotational speed of the
TR m = −α · ΔN m (where α is a proportional constant, m = 1, 2,..., N)
Can be expressed as The torque value TR m serves as a reference for setting the rest time P m + 1 after the next reverse current and the forward drive time D m + 1 to apply the forward current. The torque value TR m is based on the obtained torque value TR m . In addition, a pause time P m + 1 and a normal rotation drive time D m + 1 are set. This setting method may be calculated by a predetermined calculation formula, but a storage device (not shown) in the
次に、得られた傾きΔＮ１を測定した直後（矢印８７ｄ）から、演算部５１は、負の方向の駆動信号８４ｃを供給して、所定の逆回転速度、例えば−３０００ｒｐｍに到達するように制御し、モータ３の回転速度は矢印８７ｅで示す所定の逆回転速度に到達させてから、駆動信号８４ｃの供給を停止する。この際の休止時間Ｐ２は、１回目の打撃時に得られた締め付けトルク値ＴＲ１によって決定する。ここで、ｍ回目の休止時間Ｐｍは、締め付けトルク値ＴＲｍ−１が大きくなるにつれて大きくするのが好ましい。休止時間Ｐｍを大きくするということは、図８（２）から（３）に至る範囲の、惰性でハンマ４１が逆回転する期間が長くなることを意味し、その結果、ハンマ４１の反転角度が大きくなり、反転位置が後方側になる。ハンマ４１の反転角度が大きくなることは、次の打撃の助走距離が長くなるため、ハンマ４１がアンビル４６を打撃する際の正方向の回転速度が高くなり、より大きい締め付けトルク値ＴＲｍを発生させることができる。
Next, immediately after measuring the obtained slope ΔN 1 (
矢印８７ｆの地点から正方向に加速されたモータ３は、矢印８７ｇの地点、即ち時刻Ｔ６で回転速度がピークに到達するとともにアンビル４６を打撃する。この打撃が行われた後には、１回目の打撃時と同様に、時間ｔａが経過したら、演算部５１はモータ３の駆動を時間ｔｂだけ一時休止させる。この際、演算部５１は、このｔｂ時間経過中のモータ３の回転速度の落ち込み度合いを監視し、回転速度曲線の傾きΔＮ２を算出する。以下、同様の動作を繰り返し、時刻Ｔ７で３回目の打撃、時刻Ｔ８で４回目の打撃が行われる。また、各打撃の際に締め付けトルク値ＴＲｍを算出し、休止時間Ｐｍ＋１を決定する。そして、時間Ｔ９において作業者がトリガ操作を解除することによってモータ３が停止する。
次に、図１２のフローチャートを用いて、本発明の第２の実施例に係るインパクト工具１の断続駆動モード（２）における制御手順を説明する。まず、図９で示した断続駆動モード（１）における駆動が終了したら断続駆動モード（２）に移行させる（ステップ１３１）。断続駆動モード（２）では、図１０に示したように、休止→逆転電流→休止→正転電流の順に電流を流して、ハンマ４１をアンビル４６に衝突させる。次に打撃が検出されたか否かを検出し、検出されていない場合は、ステップ１３１に戻る。打撃が検出されたら、所定時間ｔａが経過するまで待機する（ステップ１３３）。所定時間ｔａが経過したら、モータ３への正転電流の供給を停止し、モータ３の回転角度Δθの検出を開始する（ステップ１３４）。回転角度Δθは、モータ３に設けられた回転位置検出素子５８（図６参照）を用いて回転子位置検出回路５４により検出できる。
Next, the control procedure in the intermittent drive mode (2) of the
次に、モータ３へ正転電流の供給を停止してから時間ｔｂ経過時まで、モータ３の回転角度を検出して、その回転角度Δθを取得して、モータ３の回転速度の落ち込み度合いを示すΔＮｍを算出する。前述の式のように、このΔＮｍによって締め付けトルク値を算出することができる。次に、ステップ１３６によって、設定された締め付けトルクに到達したか、又は、作業者がトリガスイッチ８をオフにしたかを判断し（ステップ１３６）、締め付けトルクに到達した場合又はトリガスイッチ８がオフにされた場合は、モータ３の回転を停止させて（ステップ１４１）、締め付け作業を終了する。
Next, stop the supply of the forward rotation current to the
ステップ１３６でいずれにも該当しない場合はステップ１３７に進み、さらに休止時間ｔｂが経過したか（即ち、打撃が検出されてから、時間ｔａ＋ｔｂが経過）を判断し、経過していなかったら待機する（ステップ１３７）。休止時間ｔｂが経過した場合は、モータ３に逆転電流を供給して、モータ３を逆回転させる（ステップ１３８）。逆転電流も定電流制御が行われる。次に、モータ３の回転速度が所定の逆回転速度（例えば−３０００ｒｐｍ）に到達したか否かを検出し、到達していないならば到達するまで待機する（ステップ１３９）。到達した場合は、ステップ１３５で得られた締め付けトルク値ＴＲｍから、休止時間Ｐｍ＋１と正転駆動時間Ｄｍ＋１、及び、次の正転駆動における定電流制御値を算出し、ステップ１３１に戻る（ステップ１４０）。ここで次の正転駆動における定電流制御値は、取得されたΔＮｍが大きいときは増大させて、小さいときは減少させる。この定電流制御値と回転角度ΔＮｍの関係は、データテーブル形式であらかじめ演算部５１内の図示しない記憶装置内に格納しておくか、或いは、
定電流制御値 ＝ ｋ・Δθ （但し、ｋ：比例定数）
で算出するようにしても良い。
If none of the above applies in
Constant current control value = k · Δθ (where k is a proportional constant)
You may make it calculate by.
以上、第２の実施例によれば、打撃直後のモータの回転速度の低下を検出して、低下率から打撃による締め付けトルクの大きさを算出するので、歪センサ等の別途のトルク検出装置を用いることなくトルク検出手段を実現でき、打撃ごとに締め付け負荷を検出してモータの制御に反映させることができ、締め付け作業を精度良く行うことができる。尚、締め付けトルクの大きさをモータの回転速度の低下を検出するだけでなく、モータの回転角度の量でアンビルによる締付トルクの大きさを検出するように構成してもよい。 As described above, according to the second embodiment, since the decrease in the rotational speed of the motor immediately after the impact is detected and the magnitude of the tightening torque due to the impact is calculated from the decrease rate, a separate torque detection device such as a strain sensor is provided. The torque detecting means can be realized without using it, the tightening load can be detected for each impact and reflected in the control of the motor, and the tightening operation can be performed with high accuracy. The magnitude of the tightening torque may be configured not only to detect a decrease in the rotational speed of the motor but also to detect the magnitude of the tightening torque due to the anvil based on the amount of the rotational angle of the motor.
以上、本発明について実施例に基づき説明したが、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。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the Example, this invention is not limited to the above-mentioned Example, A various change is possible within the range which does not deviate from the meaning.
１ インパクト工具 ３ モータ
３ａ （モータの）回転子 ３ｂ （モータの）固定子
３ｃ （モータの）永久磁石 ３ｄ 絶縁部材
３ｅ （モータの）コイル ５ ケース
６ ハウジング 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）バッテリ保持部
７ 基板 ８ トリガスイッチ ８ａ トリガ操作部
９ 制御回路基板 １０ スイッチング素子 １１ カバー
１２ ＬＥＤライト １４ 正逆切替レバー
１５ スリーブ １６ａ メタルベアリング １６ｂ ベアリング
１７ａ、１７ｂ ベアリング １８ 冷却ファン
１９ （モータの）回転軸
２０ ネジボス ２１ 遊星歯車減速機構
２１ａ サンギヤ ２１ｂ プラネタリーギヤ
２１ｃ 回転軸 ２１ｄ アウターギヤ ２２ インナカバー
２３ Ｏリング ２６ａ、２６ｂ 空気取入口 ２６ｃ スリット
３０ バッテリパック ３０ａ リリースボタン ３１ 制御パネル
３２ ボタンスイッチ（パルスモード／ドリルモード切替スイッチ）
３３ ベルトフック ３４ ストラップ ４０ 打撃機構
４１ ハンマ ４１ａ 嵌合軸 ４１ｂ 本体部分
４１ｃ、４１ｄ 羽根部 ４２ 突出部 ４２ａ、４２ｂ 打撃面
４３ 突出部 ４３ａ、４３ｂ 打撃面
４４ａ、４４ｂ 円盤部 ４４ｃ 接続部
４４ｄ 貫通穴 ４４ｅ 円筒部 ４４ｆ 空間 ４５ 嵌合軸
４６ アンビル ４６ａ 装着穴 ４６ｂ 本体部分
４６ｃ、４６ｄ 羽根部 ４６ｆ 嵌合穴 ４７ 突出部
４７ａ、４７ｂ 被打撃面 ４８ 突出部 ４８ａ、４８ｂ 被打撃面
５０ 制御部 ５１ 演算部 ５２ インバータ回路
５３ 制御信号出力回路 ５４ 回転子位置検出回路
５５ 回転数検出回路 ５６ 打撃衝撃検出センサ
５７ 打撃衝撃検出回路 ５８ 回転位置検出素子 ５９ 電流検出回路
６０ スイッチ操作検出回路 ６１ 印加電圧設定回路
６２ 回転方向設定回路
1
3c (Motor)
19 (motor)
33
Claims (10)
前記打撃による締め付けトルク値を検出し、
前記締め付けトルク値に応じて前記モータへの駆動電流の大きさ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。 An impact tool comprising: a motor; a hammer connected to the motor; and an anvil that is struck by the hammer by alternately driving the motor forward and backward.
Detect the tightening torque value due to the impact,
An impact tool characterized in that the magnitude of the drive current to the motor is changed according to the tightening torque value.
前記モータを駆動するためのインバータ回路を有し、
前記インバータ回路におけるＰＷＭ制御のデューティ比を変えることによって前記印加電圧を変更することを特徴とする請求項２に記載のインパクト工具。 The motor is a brushless DC motor;
Having an inverter circuit for driving the motor;
The impact tool according to claim 2, wherein the applied voltage is changed by changing a duty ratio of PWM control in the inverter circuit.
検出された前記締め付けトルク値に応じて、前記モータの逆回転から正回転への間の休止区間の長さを変更することを特徴とする請求項３に記載のインパクト工具。 When driving the motor forward or reverse, a pause section is provided,
4. The impact tool according to claim 3, wherein a length of a pause section between reverse rotation and forward rotation of the motor is changed according to the detected tightening torque value. 5.
前記打撃による締め付けトルク値を検出し、
前記締め付けトルク値に応じて前記モータの逆回転角度を制御するようにしたことを特徴とするインパクト工具。 An impact tool comprising: a motor; a hammer connected to the motor; and an anvil that is struck by the hammer by alternately driving the motor forward and backward.
Detect the tightening torque value due to the impact,
An impact tool, wherein a reverse rotation angle of the motor is controlled in accordance with the tightening torque value.
必要な締め付けトルク値が大きいときは前記逆回転角度を大きくすることを特徴とする請求項９に記載のインパクト工具。 When the required tightening torque value is small, reduce the reverse rotation angle,
The impact tool according to claim 9, wherein the reverse rotation angle is increased when a necessary tightening torque value is large.
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