(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、該モータによって駆動されるインパクトユニットと、該インパクトユニットのシャフトに連結され先端工具が装着される出力軸と、前記インパクトユニットにおいて発生された衝撃の大きさを検出する検出手段を有する回転打撃工具において、
前記検出手段によって検出された出力値が規定値に達したと判定された場合に、前記インパクトユニットによって確認のための確認打撃を行い、
前記確認打撃によって回転する前記出力軸の回転角を検出し、
前記回転角が所定の角度以下である場合に締め付け動作を完了し、
前記回転角が所定の角度以上である場合に締め付け動作を続行することを特徴とする回転打撃工具。
【請求項２】
前記確認打撃が、直前の打撃よりも弱い打撃となるように前記モータの回転を制御することを特徴とする請求項１に記載の回転打撃工具。
【請求項３】
前記モータはブラシレスＤＣモータであり、
前記回転角は、前記ブラシレスＤＣモータに設けられた位置検出素子の出力を用いて検出されることを特徴とする請求項２に記載の回転打撃工具。
【請求項４】
前記回転角は、前回の打撃から次の打撃までに出現する前記位置検出素子の出力変化を計測することによって算出することを特徴とする請求項３に記載の回転打撃工具。
【請求項５】
前記ブラシレスＤＣモータは、複数組のＮＳ極からなる永久磁石を有する回転子を有し、
前記位置検出素子は、前記永久磁石に対向するように所定の間隔で設けられた複数のホール素子又はホールＩＣであることを特徴とする請求項４に記載の回転打撃工具。
【請求項６】
前記確認打撃は、前記ブラシレスＤＣモータに駆動電流を供給するインバータ回路へのデューティ比を落とした状態で行われることを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載の回転打撃工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータにより回転駆動され、間欠的な打撃力を利用してネジやボルト等の締め付け部材を締め付ける回転打撃工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
ネジやボルト等の締め付けを行う回転打撃工具（動力工具）として、回転力又は回転方向への打撃力を与えて締め付けを行うインパクト工具が知られている。インパクト工具の種類としては、特許文献１に記載のように、スプリングやカム機構を用いてハンマ部が軸方向に移動可能な状態で回転し、ハンマがアンビル部に対して１回転する間に１回又は２回打撃する方式のインパクトドライバや、打撃機構としてオイルパルスユニットを用いたオイルパルス工具が知られている。
【０００３】
オイルパルス工具は、金属同士の衝突がないため作動音が低いという特徴を有する。オイルパルスユニットを駆動する動力としてモータを使用し、モータの出力軸がオイルパルスユニットに直結される。オイルパルス工具を作動させるためのトリガスイッチを引くと、モータに駆動電力が供給され、トリガスイッチを引く量に比例してモータの駆動力を変化させてモータの回転速度を制御する。オイルパルスユニットでパルス状のトルクが発生すると、先端工具に強い回転トルクが伝達され、トルクセンサにて毎回の打撃による出力軸のトルクのピーク値が検出される。また出力軸に設けた角度センサにて出力軸の回転角度を検出し、予め設定したねじ締め開始から終了までのピークトルクの目標曲線と測定したピークトルクの差から、ピークトルクが目標トルクに近づくように制御を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３０５５７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在販売されているオイルパルス工具においては、角度センサの角度値から各打撃における回転角度の増加分を算出して、ピークトルクが締め付け完了の判定値を超えても角度の増加分が着座判定値よりも大きい場合は締め付け完了とは見なさずに打撃を継続する。そして、ピークトルクが締め付け完了の判定値を超えて、角度の増加分が着座判定値よりも小さいという２つの条件を満たした場合にモータを停止させる。このように締め付け完了状態をピークトルクと締め付け角度の増加分の２つの条件で確実に制御可能とするためには、オイルパルス工具の回転軸にトルクセンサや角度センサを設ける必要があり、これらセンサとの信号やりとりのための回転トランスが必要となる。結果として、角度センサや回転トランスを設ける分だけインパクト工具が大きくなり、電気配線が複雑になり、工具の価格が高くなる。
【０００６】
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、出力軸に角度センサを設けなくても、打撃時における出力軸の回転角度を精度良く検出することができる回転打撃工具を提供することにある。
【０００７】
本発明の別の目的は、出力軸に角度センサやトルクセンサを設けなくても規定のトルクまで確実に締め付けを行うことができる回転打撃工具を提供することにある。
【０００８】
本発明のさらに別の目的は、締め付け完了状態を衝撃センサの出力とモータの回転角度の２つの要素から確認することによって、締め付け部材の締め付け不良を防止することができる回転打撃工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
本発明の一つの特徴によれば、モータと、モータによって駆動されるインパクトユニットと、インパクトユニットのシャフトに連結され先端工具が装着される出力軸と、インパクトユニットにおいて発生された衝撃の大きさを検出する検出手段を有する回転打撃工具において、検出手段によって検出された出力値が規定値に達したと判定された場合に、インパクトユニットによって確認のための確認打撃を行い、確認打撃によって回転する出力軸の回転角を検出し、回転角が所定の角度以下である場合に締め付け動作を完了し、回転角が所定の角度以上である場合に締め付け動作を続行するように構成した。この確認打撃の際には、直前の打撃よりも弱い打撃力となるようにモータの回転を制御すると好ましい。
【００１１】
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、出力軸の回転角は、ブラシレスＤＣモータに設けられた位置検出素子の出力を用いて間接的に検出（算出）する。回転角は、前回の打撃から次の打撃までに出現する位置検出素子の出力変化を用いる（例えば位置検出パルスを計測する）ことによって算出する。ブラシレスＤＣモータは、複数組のＮＳ極からなる永久磁石を有する回転子を有し、位置検出素子は、永久磁石に対向するように所定の間隔で設けられた複数のホール素子又はホールＩＣで構成する。確認打撃は、ブラシレスＤＣモータに駆動電流を供給するインバータ回路へのデューティ比を落とした状態で行うと好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、検出手段によって検出された出力値が規定値に達したと判定された場合に、さらにインパクトユニットによって確認のための確認打撃を行って出力軸の回転角を検出し、回転角が所定の角度以下である場合に締め付け動作を完了するので、締め付け不足状態が生ずることを効果的に防止できる。また、回転角が所定の角度以上である場合には、締め付け動作を続行することによって確実に締め付けを完了させることができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、確認打撃が、直前の打撃よりも弱い打撃力となるようにモータの回転を制御するので、確認打撃によって締め付け部材が締めすぎ状態となることを回避することができる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、モータとしてブラシレスＤＣモータを用い、出力軸の回転角は、ブラシレスＤＣモータに設けられた位置検出素子の出力を用いて間接的に検出（算出）するので、先端工具が装着される出力軸に直接回転角度を検出するセンサを設ける必要がなく、回転打撃工具の大きさを小さくすることができ、また製造のコストダウンを図ることができる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、回転角は、前回の打撃時から次の打撃までに出現する位置検出パルスを計測することによって算出するので、前回の打撃時に出力軸がどの程度回転したのかを算出することができる。
【００１６】
請求項５の発明によれば、位置検出素子は、永久磁石に対向するように所定の間隔で設けられた複数のホール素子又はホールＩＣであるので、既存のモータの構成を何ら変えることなく、制御部による制御を変えるだけで本発明による動作を実現できる。
【００１７】
請求項６の発明によれば、確認打撃は、ブラシレスＤＣモータに駆動電流を供給するインバータ回路へのデューティ比を落とした状態で行われるので、確認打撃によって締め付け部材が締め付け過多になることを効果的に防止できる。
【００１９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例に係るインパクトドライバの全体を示す断面図である。
【図２】図１のオイルパルスユニット４の拡大断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面であって、オイルパルスユニット４の使用状態における一回転の動きを８段階で示した断面図である。
【図４】本発明の実施例に係るモータ３の駆動制御系の構成を示すブロック図である。
【図５】回転子位置検出回路４３の出力波形と、その波形を用いたモータ３の回転位置信号との関係を示す図である。
【図６】オイルパルスユニット４で打撃が行われて目標出力値にまで締め付けられるまでの目標出力と、衝撃センサ１２からの実際の出力の一例を示す図である。
【図７】オイルパルスユニット４で打撃が行われた際の、前回の打撃からその打撃までの締め付け角度を示す図である。
【図８】図６及び７で示す各打撃の際にインバータ回路４７に供給されるＰＷＭ制御のデューティ比の大きさを示すグラフである。
【図９】図６の４回目の打撃のような偽着座の状態における、ピーク出力と位置検出パルスとの関係を示す図である。
【図１０】図６の７回目の打撃のような本着座の状態における、ピーク出力と位置検出パルスとの関係を示す図である。
【図１１】本発明の実施例に係る回転打撃工具における打撃の制御手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２１】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。本実施例においては回転打撃工具の例としてオイルパルスユニットを用いたインパクトドライバを用いて説明する。また、本明細書の説明において上下及び前後の方向は、図１中に示した方向として説明する。図１は本発明の実施例に係るインパクトドライバの全体を示す断面図である。
【００２２】
インパクトドライバ１は、外部から電源コード２により供給される電力を利用してモータ３を駆動し、モータ３によってオイルパルスユニット４を駆動し、オイルパルスユニット４のメインシャフト２４に回転力と打撃力を与えることによってドライバビットや六角ソケット等の図示しない先端工具に回転打撃力を連続的又は間欠的に伝達してねじ締め、ナット締め、ボルト締め等の締め付け作業を行う。
【００２３】
電源コード２により供給される電源は、直流又はＡＣ１００Ｖ等の交流であり、交流の場合はインパクトドライバ１内に図示しない整流器を設けて直流に変換した後に、モータの駆動用回路に送られる。モータ３は、内周側に永久磁石を有する回転子３ｂを有し、外周側に鉄心に巻かれた巻き線を有する固定子３ａを有するブラシレス直流モータであって、２つのベアリング１０ａ、１０ｂによってその回転軸が回転可能に固定され、ハウジングの筒状の胴体部６ａ内に収容される。ハウジングは胴体部６ａとハンドル部６ｂが一体的に、プラスチック等により製造される。モータ３の後方には、モータ３を駆動するための駆動回路基板７が配設され、この回路基板上にはＦＥＴなどの半導体素子により構成されるインバータ回路及び回転子３ｂの回転位置を検出するためのホール素子、ホールＩＣなどの回転位置検出素子４２が搭載される。ハウジングの胴体部６ａ内部の最後端には、冷却用の冷却ファンユニット１７が設けられる。
【００２４】
胴体部６ａから略直角に下方向に延びるハウジングのハンドル部６ｂの取り付け部付近にはトリガスイッチ８が配設され、その直下に設けられるスイッチ回路基板１４によりトリガスイッチ８を引いた量に比例する信号が、モータ制御用基板９ａに伝達される。ハンドル部６ｂの下側には、モータ制御用基板９ａ、回転位置検出用基板９ｂの２つの制御基板９が設けられる。モータ制御用基板９ａには、オイルパルスユニット４における打撃の衝撃を検出するための衝撃センサ１２が設けられる。衝撃センサ１２の出力によって、行われた打撃の大きさを検出することができる。尚、オイルパルスユニット４における打撃の大きさを検出する手段は、衝撃センサ１２だけに限られず、モータに流れる電流の変化により検出する手段であっても良い。
【００２５】
ハウジングの胴体部６ａ内に内蔵されたオイルパルスユニット４は、後方側のライナプレート２３がモータ３の回転軸に直結され、前方側のメインシャフト２４がインパクトドライバ１の出力軸として作用する。トリガスイッチ８が引かれてモータ３が起動されると、モータ３の回転力はオイルパルスユニット４に伝達される。オイルパルスユニット４の内部にはオイルが充填されていて、メインシャフト２４に負荷のかかっていないとき、又は、負荷が小さい際には、オイルの抵抗のみでメインシャフト２４はモータ３の回転にほぼ同期して回転する。メインシャフト２４に強い負荷がかかるとメインシャフト２４の回転が止まり、オイルパルスユニット４の外周側のライナのみが回転を続け、１回転に１箇所あるオイルを密閉する位置にてオイルの圧力が急激に上昇して衝撃パルスを発生し、尖塔状の強いトルクによりメインシャフト２４を回転させ、メインシャフト２４に大きな締付トルクが伝達される。以後、同様の打撃動作が数回繰り返され、締結対象が設定トルクで締め付けられる。メインシャフト２４は、ベアリング１０ｃによりハウジング６の胴体部６ａに回転可能に支持される。本実施例のベアリング１０ｃはボールベアリングであるが、ニードルベアリング等の他の軸受を用いることができる。
【００２６】
図２は、図１のオイルパルスユニット４の拡大断面図である。オイルパルスユニット４は、主に、モータ３と同期して回転する駆動部分と、先端工具が取り付けられるメインシャフト２４と同期して回転する出力部分の２つの部分により構成される。モータ３と同期して回転する駆動部分は、モータ３の回転軸に直結されるライナプレート２３と、その外周側で前方に延びるように固定される外径が略円柱形のライナ２１及びローワプレート２２を含む。メインシャフト２４と同期して回転する出力部分は、メインシャフト２４と、メインシャフト２４の外周側に１８０度隔てて形成された溝にバネを介して取り付けられるブレードを含んで構成される。
【００２７】
メインシャフト２４はローワプレート２２に貫通されて、ライナ２１、ライナプレート２３及びローワプレート２２により形成される閉空間内で回転できるように保持され、この閉空間内には、トルクを発生するためのオイル（作動油）が充填される。ローワプレート２２とメインシャフト２４の間にはＯリング３０が設けられ、ライナ２１とライナプレート２３の間にはＯリング２９が設けられ、相互間の気密性が確保される。尚、図示していないが、ライナ２１にはオイルの圧力を高圧室から低圧室に逃がす図示しないリリーフバルブが設けられ、発生するオイルの最大圧力を制御し、締め付けトルクを調整することができる。
【００２８】
図３は図２のＡ−Ａ断面であって、オイルパルスユニット４の使用状態における一回転の動きを８段階で示した断面図である。ライナ２１の内部は、図３（１）に示すような４つの領域を形成するような断面を有するライナ室が形成される。メインシャフト２４の外周部には、対向する２個の溝部にバネを介してブレード２５ａ、２５ｂが嵌挿され、ブレード２５ａ、２５ｂがライナ２１の内面に当接するようにバネによって円周方向に付勢される。ブレード２５ａ、２５ｂ間のメインシャフト２４の外周面には軸方向に延びる二本の突状たる凸状シール面２６ａ、２６ｂが設けられる。ライナ２１の内周面には山形状に盛り上げて成る凸状シール面２７ａ、２７ｂと、凸状部２８ａ、２８ｂが形成される。
【００２９】
インパクトドライバ１はボルト締め付け時において締め付けボルトの座面が着座すると、メインシャフト２４に負荷がかかり、メインシャフト２４、ブレード２５ａ、２５ｂはほぼ停止した状態になり、ライナ２１だけが回転し続ける。メインシャフト２４に対してライナ２１が回転することに伴い、１回転に１回の衝撃パルスが発生するが、この衝撃パルス発生時においてインパクトドライバ１内は、ライナ２１の内周面に形成した凸状シール面２７ａとメインシャフト２４の外周面に形成した凸状シール面２６ａが接触する。同時に、凸状シール面２７ｂと凸状シール面２６ｂが接触する。このようにライナ２１の内周面に形成した一対の凸状シール面と、メインシャフト２４の外周面に形成した一対の凸状シール面がそれぞれ当接することにより、ライナ２１の内部は二つの高圧室と２つの低圧室に仕切られる。そして、高圧室と低圧室との圧力差によりメインシャフト２４に瞬間的な強い回転力が発生する。
【００３０】
次に、オイルパルスユニット４の動作手順を説明する。図３の（１）〜（８）は、ライナ２１がメインシャフト２４に対して相対角で１回転する状態を示した図である。トリガ８を引くことによりモータ３が回転し、これに伴いライナ２１も同期して回転する。本実施例では、モータ３の回転軸にライナプレート２３が直結され、同じ回転数で回転するが、この構成に限定されず、減速機構を介して接続するようにしても良い。メインシャフト２４に負荷のかかっていないとき、又は、負荷が小さい時には、オイルの抵抗のみでメインシャフト２４はモータ３の回転にほぼ同期して回転する。先端工具に強い負荷がかかるとメインシャフト２４の回転が止まり、外側のライナ２１のみが回転を続ける。このライナ２１のみが回転を続ける状態を示すのが図３である。
【００３１】
図３の（１）は、メインシャフト２４に衝撃パルスによる打撃力が発生するときの位置関係を示す図である。この（１）に示す位置が、１回転に１箇所ある“オイルを密閉する位置”である。ここでは、凸状シール面２７ａと２６ａが、シール面２７ｂとシール面２６ｂが、ブレード２５ａと凸状部２８ａが、ブレード２５ｂと凸状部２８ｂがそれぞれメインシャフト２４の軸方向全域において当接し、これによりライナ２１の内部空間が２つの高圧室と２つの低圧室の４室に区画される。
【００３２】
ここで高圧、低圧とは、内部に存在するオイルの圧力である。さらにモータ３の回転によってライナ２１が回転すると、高圧室の容積は減少するためオイルは圧縮されて瞬間的に高圧が発生し、この高圧はブレード２５を低圧室側に押し出す。その結果、メインシャフト２４には上下のブレード２５ａ、２５ｂを介して瞬間的に回転力が作用して強力な回転トルクが発生する。この高圧室が形成されることにより、ブレード２５ａ、２５ｂを図中時計方向に回転させるような強い打撃力が作用する。図３（１）に示す位置を本明細書では「打撃位置」と呼ぶ。
【００３３】
図３の（２）は、打撃位置からライナ２１が４５度回転した状態を示す。（１）に示す打撃位置を過ぎると、凸状シール面２７ａと２６ａ、凸状シール面２７ｂとシール面２６ｂ、ブレード２５ａと凸状部２８ａ、及び、ブレード２５ｂと凸状部２８ｂの当接状態が解除されるため、ライナ２１の内部の４室に区画されていた空間が解除され、相互の空間にオイルが流れるため、回転トルクは発生せず、ライナ２１はモータ３の回転によりさらに回転する。
【００３４】
図３の（３）は、打撃位置からライナ２１が９０度回転した状態を示す。この状態では、ブレード２５ａ、２５ｂが凸状シール面２７ａ、２７ｂに当接してメインシャフト２４から突出しない位置まで半径方向内側まで後退するため、オイルの圧力の影響を受けず回転トルクは発生しないため、ライナ２１はそのまま回転する。
【００３５】
図３の（４）は、打撃位置からライナ２１が１３５度回転した状態を示す。この状態ではライナ２１の内部空間は連通してオイルの圧力変化は生じないため、メインシャフトに回転トルクは発生しない。
【００３６】
図３の（５）は、打撃位置からライナ２１が１８０度回転した状態を示す。この位置では、凸状シール面２７ｂと２６ａ、凸状シール面２７ｂとシール面２６ｂが接近するが、当接しない。これは、メインシャフト２４に形成した凸状シール面２６ａと２６ｂが、メインシャフトの軸に対して対称位置にないためである。同様にライナ２１の内周に形成した凸状シール面２７ａと２７ｂもメインシャフトの軸に対して対称位置にはない。従って、この位置ではオイルの影響をほとんど受けないため回転トルクはほとんど発生しない。尚、内部に充填されるオイルには粘性があり、凸状シール面２７ｂと２６ａ、又は、凸状シール面２７ａと２６ｂが対面した際に、ほんの僅かながら高圧室が形成されるため、（２）〜（４）、（６）〜（８）と違って若干の回転トルクが生じるが、この回転トルクは締め付けには効果がない。
【００３７】
図３の（６）〜（８）の状態は、（２）〜（４）とほぼ同様であり、これらの状態の際は回転トルクが発生しない。（８）の状態からさらに回転すると、図３の（１）の状態に戻り、凸状シール面２７ａと２６ａが、シール面２７ｂとシール面２６ｂが、ブレード２５ａと凸状部２８ａが、ブレード２５ｂと凸状部２８ｂがそれぞれメインシャフト２４の軸方向全域において当接し、これによりライナ２１の内部空間が２つの高圧室と２つの低圧室の４室に区画されるため、メインシャフト２４に強い回転トルクが発生する。
【００３８】
次に、前記モータ３の駆動制御系の構成と作用を図４に基づいて説明する。図４はモータ３の駆動制御系の構成を示すブロック図である。本実施例では、モータ３は３相のブラシレス直流モータで構成される。このブラシレス直流モータは、インナーロータ型であって、複数組のＮ極とＳ極を含む永久磁石（マグネット）を含んで構成される回転子（ロータ）３ｂと、スター結線された３相の固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗからなる固定子３ａ（ステータ）と、回転子３ｂの回転位置を検出するために周方向に所定の間隔毎、例えば角度６０°毎に配置された３つの回転位置検出素子４２を有する。これら回転位置検出素子４２からの位置検出信号に基づいて固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗへの通電方向と時間が制御され、モータ３が回転する。
【００３９】
インバータ回路４７は、３相ブリッジ形式に接続されたＦＥＴ等の６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含んで構成される。ブリッジ接続された６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートは、制御信号出力回路４６に接続され、６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ドレイン又は各ソースは、スター結線された固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに接続される。これによって、６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、制御信号出力回路４６から入力されたスイッチング素子駆動信号（Ｈ１〜Ｈ６の駆動信号）によってスイッチング動作を行い、インバータ回路４７に印加される直流電源５２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。尚、直流電源５２は着脱可能に設けられる二次電池で構成しても良い。
【００４０】
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、演算部４１によって、トリガスイッチ８の操作量（ストローク）を印加電圧設定回路４９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。
【００４１】
ここで、ＰＷＭ信号は、インバータ回路４７の正電源側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３又は負電源側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６の何れか一方に供給され、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３又はスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６を高速スイッチングさせることによって結果的に直流電源から各固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに供給する電力を制御する。尚、本実施の形態では、負電源側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６にＰＷＭ信号が供給されるため、このＰＷＭ信号のパルス幅を制御することによって各固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに供給する電力を調整してモータ３の回転速度を制御することができる。
【００４２】
インパクトドライバ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５１が設けられ、回転方向設定回路５０は正逆切替レバー５１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４１に送信する。演算部４１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。回転子位置検出回路４３は、位置検出素子４２の出力を演算部４１に出力する回路である。回転角度検出回路４４は回転子位置検出回路４３からの信号からモータ３の回転位置を示す位置信号を出力する回路である。衝撃検出回路４５は、衝撃センサ１２の信号を入力とし、打撃により生じた衝撃の大きさを検出して演算部４１に出力する回路である。
【００４３】
演算部４１は、回転方向設定回路５０と回転子位置検出回路４３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４６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３ｂを設定された回転方向に回転させる。この場合、インバータ回路４７の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４９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４８によって測定され、その値が演算部４１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。
【００４４】
次に、図５を用いて回転子位置検出回路４３の出力波形と、その波形を用いたモータ３の回転位置信号との関係を示す図である。モータ３は３相２極モータであり、Ｕ、Ｖ、Ｗ相用にそれぞれ６０度ずつ離れた３つの位置検出素子４２が設けられる。位置検出素子４２からの出力信号をＡ／Ｄ変換した信号は、矩形波６１〜６３のようになり、それぞれが回転子３ｂの回転角にして９０度毎にＨｉｇｈからＬｏｗに、又は、ＬｏｗからＨｉｇｈに交互に変化する。矩形波形６４はＵ、Ｖ、Ｗ相用の矩形波６１〜６３の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジによって極性反転するパルス波であり、回転子３ｂが３０度ずつ回転する毎に短い間隔の矩形波６４が出現する。この矩形波は位置検出パルスとして用いられるものであり、回転子３ｂが３６０度回転すると、位置検出パルスが１２個出現する。図５においては、回転子３ｂの位置の起点（＝回転角０度、位置信号“１２”）から、３０度回転する毎に矩形波６４がＨｉｇｈ状態となり、回転子３ｂが固定子３ａに対して３６０度回転した時点で１２個目の矩形パルスが出現する。
【００４５】
本実施例におけるオイルパルスユニット４は、その入力部（ライナプレート２３）がモータ３の回転軸に連結されているので、回転子３ｂの回転角とライナ２１の回転は同期しており、これらの回転角は一致する。ライナ２１とメインシャフト２４の回転は図３で示したように完全に同期しているわけではないが、打撃によってメインシャフト２４がある角度だけ回転すると、次の打撃位置に達するまでに回転するライナ２１の回転角（＝回転子３ｂの回転角）は、（３６０度＋打撃によって回転した回転角）となる。
【００４６】
図６は、オイルパルスユニット４で打撃が行われて目標出力にまで締め付けられるまでの目標出力と、衝撃センサ１２からの実際の出力の一例を示す図である。締め付け打撃の大きさは、衝撃センサ１２の出力値に対応し、括弧内の数字はその打撃が何回目かを示す。図６において衝撃センサ１２の出力信号の大きさ（単位アンペアまたはボルト）であり、横軸は時間（ミリ秒）である。ボルト締め付け時においてインパクトドライバ１は、締め付けボルトの座面が着座まではライナ２１とメインシャフト２４がほぼ同期して回転するが、先端工具に負荷がかかるとメインシャフト２４はほぼ停止した状態になり、ライナ２１だけ回転し続ける。そして、オイルパルスユニット４の作用により、メインシャフト２４に対する打撃が行われ、間欠的な締め付け力が伝達される。
【００４７】
打撃が行われる際には、その打撃時の衝撃センサ１２の出力が目標出力となるようにモータ３の回転が制御される。例えば、最初の打撃の目標出力Ｔｒ（１）は、スタート出力Ｔｓと等しくなるように、モータ３の回転が制御される。その制御によって実際に生じた検出された出力がＴ（１）である。次に、その出力Ｔ（１）の大きさを参考にして、次の目標出力Ｔｒ（２）を計算により決定して２回目の打撃を行う。同様にして、目標出力Ｔｒ（ｎ）を徐々に上げながら３回目及び４回目の打撃を行う。そのときの打撃時に検出された出力がＴ（３）、Ｔ（４）である。通常、被締め付け材やボルトやナットの不良や品質のばらつき等がなければ、目標出力Ｔｒ（ｎ）（但し、ｎ＝１、２、．．．ｍ）とほぼ一致する出力Ｔ（ｎ）が発生する。
【００４８】
しかしながら、何らかの理由によって４回目の打撃が強くなってＴ（４）のように出力値がカット出力Ｔｃを超えてしまう場合がある。これは、打撃エネルギーとしては大きくなっていないものの、先端工具からうける反力が大きくなり、打撃の発生時間が短くなるかわりにピーク出力が大きくなるためである。このような場合、従来の回転角センサを有しないインパクトドライバにおいては、検出された出力Ｔ（４）がカット出力Ｔｃを超えているので締め付け完了と判断されてモータ３の回転が停止する。また、メインシャフト２４に角度センサを設ける従来のインパクトドライバにおいては、カット出力Ｔｃを超えた打撃（本例では４回目の打撃）の際に回転したメインシャフト２４の角度を検出し、メインシャフト２４の回転角が所定の角度以上であった場合には正常な締め付け完了でないと判断し、モータ３を停止させずに打撃動作を継続する。本実施例においては、メインシャフト２４に角度センサを設けていないので、打撃の際の回転角度を用いて締め付けが完了したかの確認ができない。
【００４９】
そこで本実施例に係るインパクトドライバ１においては、出力Ｔ（４）がカット出力Ｔｃを超えた場合であっても直ちにモータ３を停止せずに、確認のための追加の打撃（本明細書では「確認打撃」という）を再度行う。その際の目標出力Ｔｒ（５）は、Ｔ（４）を用いて設定するのではなく、Ｔｒ（４）を用いて算出したものを用いるようにした。その結果目標出力Ｔｒ（５）は、Ｔｒ（４）とＴｒ（６）の間くらいの出力値であり、カット出力Ｔｃを超えていない。図７は、オイルパルスユニット４で打撃が行われた際の、前回打撃における角度増分Ｒ（ｎ）を示す図であり、図６の打撃タイミング（ｎ回目）と対応させて記載している。例えば、４回目の打撃から５回目の打撃までの間に、３６０度＋Ｒ（５）度だけ回転したことを意味し、Ｒ（５）は前回の打撃（４回目の打撃）によってメインシャフト２４がＲ（５）度だけ回ったことを示す。図６で示す試験打撃によって発生された出力Ｔ（５）の際には、オイルパルスユニット４が４回目の打撃の際に閾値θｄ以上回転していることが判断できる。従って、この確認のための確認打撃によって、カット出力Ｔｃを超えた出力Ｔ（４）は、締め付けがきちんと完了したからではなく、何らかの理由でカット出力Ｔｃを超えた出力が出現したものであると判断できる。
【００５０】
５回目の打撃の際に、カット出力Ｔｃを超えた４回目の打撃が締め付け完了で無いと判断されたので、締め付け動作が継続され、図６で示すように６〜７回目の打撃が続けて行われる。７回目の打撃においては出力Ｔ（７）がカット出力Ｔｃを超えているが、直ちにモータ３を停止せずに、確認のための打撃（８回目の打撃）を行う。８回目の打撃を行うことによって、前回（７回目）の打撃の際にＲ（８）度だけしか回っていないことが確認でき、これは締め付け完了をした状態を示す閾値θｄ以下であることが確認できたので、この８回目の打撃が完了した時点でモータ３を停止させる。
【００５１】
図８は、図６及び７で示す各打撃の際にインバータ回路４７に供給されるＰＷＭ制御のデューティ比の大きさを示すグラフである。１回目の打撃が行われるまでは所定のデューティ比Ｄ０によるモータ３の回転制御が行われ（フリーラン）、１回目の打撃以降は、下記の式
Ｄ（ｎ）＝Ｄ（ｎ−１）＋Ｇ１×（Ｔｒ（ｎ−１）―Ｔ（ｎ−１））
但し、ｎ＝２〜ｍ、Ｇ１：ゲイン定数
によって決定するデューティにてモータの回転制御を行う、いわゆるフィードバック制御が行われる。この式によれば、打撃の回数によって打撃力が上昇するにつれて、その次の打撃力をより強くするためにＤ（４）＞Ｄ（３）＞Ｄ（２）、及び、Ｄ（７）＞Ｄ（６）の関係になる。しかしながら、５回目の打撃、及び８回目の打撃は締め付けがきちんと完了したかの確認のための確認打撃であるため、前回の打撃時のデューティ比よりも十分低いデューティ比（例えばデューティ比Ｄ０）で打撃を行う。
【００５２】
図９は、図６の４回目の打撃のような偽着座の状態における、ピーク出力と位置検出パルスとの関係を示す図である。４回目の打撃の場合は、カット出力Ｔｃを超えるピーク出力１０１が発生するが、その際、オイルパルスユニット４のライナ２１の回転が例えば６０度程度と大きくなって、ピーク出力１０１が０になるまでに２〜３パルス分の位置検出パルスが出現する。その結果、次の確認打撃までの間に１４パルス出現したことにより４回目から５回目の打撃の間に４２０度分ライナ２１が回転したことが確認できる。このうち３６０度が通常の１回転分なので、４回目の打撃時に回転したメインシャフト２４の回転角が、４２０−３６０＝６０度であることが算出できる。通常、打撃時においてメインシャフト２４と共にライナ２１が共に回っているので（尚、この現象を「共回り」という）、４回目の打撃で６０度共回りがしたということは、締め付け完了時の正常な状態（もはや締め付けがほとんど行えない状態）ではないと判断できる。尚、位置検出パルスの出現は３０度毎に一回なので、共周りの角度検出は＋−３０度未満の誤差が生じうるが、締め付け完了か否かを判断するには十分な精度である。
【００５３】
図１０は、図６の７回目の打撃のような本着座の状態における、ピーク出力と位置検出パルスとの関係を示す図である。７回目の打撃の場合は、カット出力Ｔｃを超えるピーク出力１１１が発生するが、その際、オイルパルスユニット４のライナの共周りがほとんど無く、ピーク出力１１１が０になるまでに位置検出パルスの出現がない。そして、次の確認打撃までの間に１２パルス出現したことにより７回目の打撃時の共回りの回転角がほぼ０度であることが確認できる。従って、７回目の打撃時はボルトの締め付けが完了してそれ以上締め付けができない状態であることが確認できる。
【００５４】
次に図１１のフローチャートを用いて、本願発明の実施例による打撃完了の確認手順について説明する。まず、作業者がトリガスイッチ８を引くことによりモータ３が起動する（ステップ１２０）。モータ３の回転数はトリガスイッチ８を引く量によって変化するが、ボルトが着座するまでは打撃を伴わずにオイルパルスユニット４のライナ２１とメインシャフト２４がほぼ同期して回転する。ボルトが着座して先端工具から受ける反力が大きくなると、オイルパルスユニット４のメインシャフト２４の回転が止まり、ライナ２１のみが回転を続ける。ライナ２１が図３で説明した打撃位置に到達すると、メインシャフト２４に衝撃パルスによる打撃力が発生し１回目の打撃が行われる（ステップ１２１）。
【００５５】
次に演算部４１は、ステップ１２１の打撃が何回目かのカウントをして、図９、１０で説明した方法によって共回り角度を測定する（ステップ１２２）。尚、１回目の打撃の場合は、前回の打撃がないのでモータ３の起動時から１回目の打撃に至るまでに出現した位置検出パルスの回数を測定する。次に、演算部４１はその打撃が初回打撃、即ち１回目の打撃か否かを判定し、１回目の打撃の場合はステップ１２８に進み、２回目以降の打撃の場合はステップ１２４に進む。１回目の打撃の場合は、モータ３を起動してから１回目の打撃に至るまでに出現した位置検出パルスの回数を元にフリーラン角度を求め、その回数が２度締め判定のための設定値以下か否かを判定する。ここで２度締めとは、締め付けが完了したボルト等に先端工具を当てて、再度トリガスイッチ８を引くことにより締め付けを行うものである。この場合は、オイルパルスユニット４の回転において、次の打撃位置ですぐに打撃が行われる。従って、モータ３の回転開始から設定角度以下の回転で打撃が開始されたら２度締めと判定し、演算部４１はモータ３の回転を停止させて処理を終了する（ステップ１３０）。ステップ１２８で設定角度以上の回転の場合は、ステップ１２４に進む。
【００５６】
ステップ１２４において、カット出力Ｔｃを超えたか否かを判定し、超えていない場合は、検出された出力値を用いてモータ３のフィードバック制御を行い（ステップ１２７）、ステップ１２１に戻る。フィードバック制御においては、検出された出力値からＰＷＭ制御のためのデューティ比Ｄ（ｎ）を算出する。次に、ステップ１２４において、カット出力Ｔｃを超えた場合は、デューティを初期デューティＤ０に設定して確認打撃を行う（ステップ１２５）。次の打撃たる確認打撃が行われると、その打撃までに行われた回転角度（共回り角度）は設定値以下であるかを判定し（ステップ１２６）、設定値以上である場合は図９で説明した偽着座の状態であるのでステップ１２７に進む。ステップ１２６において設定値以下である場合は図１０における本着座に至った状態であることが確認できたので、演算部４１はモータの回転を停止させる（ステップ１２９）。
【００５７】
以上説明したように本実施例によれば、出力軸に生ずる打撃力が所定の締め付け力（カット出力）を超えた場合であっても、念のため弱い打撃力にて確認のための追加の打撃を行い、次の打撃までに回転した出力軸の回転角を検出することによって、きちんと締め付けが行われたか否かを検証することができる。
【００５８】
以上、本発明を示す実施例に基づき説明したが、本発明は上述の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、本実施例ではインパクトユニットの例としてオイルパルスユニットを用いた例で説明したが、オイルパルスユニットを用いた回転打撃工具だけではなく、機械式のハンマとアンビルを有するインパクト機構を用いた回転打撃工具においても同様に適用できる。また、上述の実施例においてはインパクト機構の駆動源として、ブラシレス直流モータを用いた例を説明したが、ブラシ付き直流モータであっても同様に適用できる。
【００５９】
また、エアモータを駆動源にするものでも同様に適用できる。ブラシ付き直流モータやエアモータのようにモータの回転角度を検出する手段を有しない駆動源の場合はモータの回転角度を検出するセンサ、或いは、先端工具を固定する出力軸の回転角度を検出するセンサを用いると良い。
【符号の説明】
【００６０】
１  インパクトドライバ      ２  電源コード      ３  モータ
３ａ  モータの固定子      ３ｂ  モータの回転子      ４  オイルパルスユニット
６ａ  ハウジングの胴体部      ６ｂ  ハウジングのハンドル部      
７  駆動回路基板      ８  トリガスイッチ      ９  制御基板      
９ａ  モータ制御用基板      ９ｂ  回転位置検出用基板
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  ベアリング      １２  衝撃センサ
１４  スイッチ回路基板      １６  メタル      １７  冷却ファン
２１  ライナ      ２２  ローワプレート      ２３  ライナプレート
２４  メインシャフト    ２５ａ、２５ｂ  ブレード      
２６ａ、２６ｂ  凸状シール面      ２７ａ、２７ｂ  凸状シール面
２８ａ、２８ｂ  凸状部      ２９、３０  Ｏリング
４１  演算部    ４２  回転位置検出素子      ４３  回転子位置検出回路      
４４  回転角度検出回路      ４５  打撃検出回路      ４６  制御信号出力回路
４７  インバータ回路      ４８  電流検出回路      ４９  印加電圧設定回路
５０  回転方向設定回路      ５１  正逆切替レバー      ５２  直流電源
６１〜６４  矩形波
１０１、１１１  ピーク出力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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