(57)【要約】【課題】  出力の高いモータを用いて、連続駆動出力を制限しながら高速でねじやボルトの緩め作業を行う。【解決手段】  ＰＷＭ制御により回転数の調整及び回転方向を切替え可能なモータによって先端工具を回転させる電動工具において、制御手段は切替スイッチによりモータの逆回転が設定されたら、トリガが引かれてから所定時間Ｔ１だけ半導体スイッチング素子を高デューティ比（１００％）にてＰＷＭ制御し、所定時間Ｔ１が経過したら前記デューティ比を高い値から低い値（８０％以下）に変更して駆動し、モータに流れる電流値２７２が閾値Ｉ５まで低下したら再び高デューティ比（１００％）に戻してモータを駆動する。この制御により高出力モータを用いて、確実にネジやボルトを緩めることができ、しかも迅速に緩め作業を完了させることができる。【選択図】  図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体スイッチング素子をＰＷＭ制御することにより駆動されるモータと、前記モータの起動及び回転を調整するためのトリガと、前記モータの回転方向を正回転又は逆回転に切り換える切替スイッチと、前記モータによって先端工具を回転させる動力伝達機構と、前記モータの回転を制御する制御手段を有する電動工具であって、
前記制御手段は、前記切替スイッチにより逆回転が設定されたら、前記トリガが引かれてから前記半導体スイッチング素子を高いデューティ比にてＰＷＭ制御して前記モータを駆動し、
その後に前記デューティ比を高い値から低い値に変更した状態で前記モータを駆動することを特徴とする電動工具。
【請求項２】
前記デューティ比の高い値から低い値への変更は、前記トリガが引かれてから所定時間Ｔ１だけ経過した後に行われることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
【請求項３】
前記モータまたは前記半導体スイッチング素子に流れる電流値を検出する電流検出手段を設け、
前記電流検出手段によって検出された電流値が閾値Ｉ５を下回った時に前記制御手段は前記低いデューティ比から前記高いデューティ比に切り換えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動工具。
【請求項４】
前記高いデューティ比は１００％であり、前記低いデューティ比は８０％以下であることを特徴とする請求項３に記載の電動工具。
【請求項５】
前記制御手段は、前記低いデューティ比によるモータ制御と高いデューティ比によるモータ制御を交互に切り換えることを特徴とする請求項３又は４に記載の電動工具。
【請求項６】
前記低いデューティ比と高いデューティ比の交互の切り替えは一定の時間間隔Ｔ２毎に行われることを特徴とする請求項５に記載の電動工具。
【請求項７】
半導体スイッチング素子をＰＷＭ制御することにより駆動されるモータと、前記モータの起動及び回転を調整するためのトリガと、前記モータの回転方向を正回転又は逆回転に切り換える切替スイッチと、前記モータによって先端工具を回転させる動力伝達機構と、前記モータの回転を制御する制御手段を有する電動工具であって、
前記制御手段は、前記切替スイッチにより逆回転が設定されたら前記半導体スイッチング素子を前記正回転よりも高いデューティ比によるＰＷＭ制御によって前記モータを逆回転させることを特徴とする電動工具。
【請求項８】
前記制御手段は、前記トリガが引かれて前記モータが逆回転を開始して所定時間Ｔ１が経過したら前記デューティ比を高い値から低い値に変更した状態で前記モータを駆動することを特徴とする請求項７に記載の電動工具。
【請求項９】
前記モータまたは前記半導体スイッチング素子に流れる電流値を検出する電流検出手段を設け、
前記所定時間Ｔ１が経過後において前記電流検出手段によって検出された電流値が閾値Ｉ５を下回った時に前記制御手段は前記低いデューティ比から前記高いデューティ比に切り換えることを特徴とする請求項８に記載の電動工具。
【請求項１０】
モータと、前記モータの起動及び回転を調整するためのトリガと、前記モータの回転方向を正回転又は逆回転に切り換える切替スイッチと、前記モータによって先端工具を回転させる動力伝達機構と、前記モータの回転を制御する制御手段を有する電動工具であって、
前記制御手段は、前記切替スイッチにより逆回転が設定されたら、前記トリガが引かれてから前記モータを高速モードにて駆動し、
その後に前記モータの回転特性を高速モードから低速モードに切り換えた状態で駆動することを特徴とする電動工具。
【請求項１１】
前記モータの高速モードから低速モードへの切り換えは、前記トリガが引かれてから所定時間Ｔ１だけ経過した後に行われることを特徴とする請求項１０に記載の電動工具。
【請求項１２】
前記モータに流れる電流値を検出する電流検出手段を設け、
前記電流検出手段によって検出された電流値が閾値Ｉ５を下回った時に前記制御手段は前記高速モードから前記低速モードに切り換えることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の電動工具。
【請求項１３】
前記制御手段は、前記低速モードと高速モードによるモータ駆動を交互に切り換えることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の電動工具。
【請求項１４】
モータと、前記モータの起動及び回転を調整するためのトリガと、前記モータの回転方向を正回転又は逆回転に切り換える切替スイッチと、前記モータによって先端工具を回転させる動力伝達機構と、前記モータの回転を制御する制御手段を有する電動工具であって、
前記制御手段は、前記切替スイッチにより逆回転が設定されたら前記モータを逆回転させ、前記逆回転の途中で前記モータのＰＷＭ制御のデューティ比を下げるか、又は、前記モータの回転特性を高速モードから低速モードに切り換えるように制御することを特徴とする電動工具。
【請求項１５】
前記制御手段は、前記トリガが引かれて前記モータが逆回転を開始して所定時間Ｔ１が経過したら前記デューティ比を高い値から低い値に変更するか、又は、前記モータの回転特性を高速モードから低速モードに切り換えることを特徴とする請求項１４に記載の電動工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動工具に関し、特に、駆動源として用いられるモータの制御方法を改良した電動工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
手持ち式の電動工具において、バッテリに蓄電された電気エネルギーにて駆動するコードレスタイプのインパクト工具が広く用いられている。ドリルやドライバ等の先端工具をモータによって回転駆動して所要の作業を行うインパクト工具においては、例えば特許文献１に開示されているように、バッテリを用いてブラシレスＤＣモータを駆動する。ブラシレスＤＣモータは、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）をロータ側に、永久磁石をステータ側に用い、インバータ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。ブラシレスモータはブラシ付きモータに比べて高効率であり、充電可能な二次電池を使用しつつ高い出力を得ることが可能となる。また、モータの回転駆動のためのスイッチング素子を搭載した回路を有するので、電子制御により高度なモータの回転制御が容易となる。
【０００３】
ブラシレスＤＣモータは、永久磁石を備えたロータ（回転子）と、３相巻線等の複数相の電機子巻線（固定子巻線）を備えたステータ（固定子）を含み、ロータの永久磁石の磁力を検出してロータ位置を検出する複数のホールＩＣより構成された位置検出素子と、電池パック等から供給される直流電圧をＦＥＴ（電界効果トランジスタ）やＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）等の半導体スイッチング素子を用いてスイッチングして各相の固定子巻線への通電を切換えてロータを駆動するインバータ回路が用いられる。インバータ回路はマイクロコンピュータ（マイコン）により制御され、ホールＩＣ等の位置検出素子によるロータの位置検出結果に基づいて各相の電機子巻線の通電タイミングを設定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２７８６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年電動工具の出力の増大化が図られており、ブラシレスＤＣモータの利用などに伴い工具サイズを小さくしつつ高い回転速度、高い締め付けトルクを得ることができるようになってきた。しかしながら、高い締め付けトルクを実現することは、他方でねじ締め作業等において必要以上に強い打撃を与えてしまうことになるため、要求される締め付けトルク値に合わせて適正な出力や特性のモータを選択することが重要である。特にインパクト工具においては、必要以上にモータの出力を高めるとねじの頭を痛めてしまう恐れが高くなり、寿命や連続稼働時の温度上昇制限の観点から、モータの出力が高くなりすぎないようにする場合もあった。そのためモータとして得られるポテンシャルを最大に生かす電動工具となっていないことがあった。
【０００６】
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、出力のできるだけ高いモータを用いて、連続駆動出力を制限しながら高速で締め付け作業を完了させるようにした電動工具を提供することにある。
【０００７】
本発明の別の目的は、高いモータ出力でありながら打撃の際のねじ頭やボルトの破損を防止し、耐久性の高い電動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、締め付け対象に対して十分に高出力なモータを、着座直後付近でデューティ比の上限値を下げるように制御することにより、モータの温度上昇を抑えて適正なトルクにて素早く締め付けを完了させるようにした電動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。
本発明の一つの特徴によれば、半導体スイッチング素子をＰＷＭ制御することにより駆動されるモータと、モータの起動及び回転を調整するためのトリガと、モータの回転方向を正回転又は逆回転に切り換える切替スイッチと、モータによって先端工具を回転させる動力伝達機構と、モータの回転を制御する制御手段を有する電動工具であって、制御手段は、切替スイッチにより逆回転が設定されたら、トリガが引かれてから所定時間Ｔ１だけ半導体スイッチング素子を高いデューティ比にてＰＷＭ制御してモータを駆動し、所定時間Ｔ１が経過したらデューティ比を高い値から低い値に変更した状態でモータを駆動するようにした。この構成により高い出力のモータを連続駆動させることによる温度上昇や機械的なストレスから電動工具を効果的に保護することができ、信頼性が高くて寿命が長い電動工具を実現できる。また、従来よりも高出力高回転のモータを積極的に使用するので、逆回転によりネジやボルト等の緩め作業を行うときにも高出力かつ高速に作業を行うことができる。
【００１０】
本発明の他の特徴によれば、モータまたは半導体スイッチング素子に流れる電流値を検出する電流検出手段を設け、所定時間Ｔ１が経過後において電流検出手段によって検出された電流値が閾値Ｉ５を下回った時に制御手段は低いデューティ比から高いデューティ比に切り換える。高デューティ比は１００％であり、低デューティ比は８０％以下が好ましい。この構成により、ネジやボルトを緩める初期段階で最大トルクを発生させることができ、トルク不足によってネジやボルトが動かないということを防止できる。さらに電流値が閾値Ｉ５を下回った時に再び高いデューティ比でモータを駆動するので、負荷の軽い、いわばフリーラン区間を高速で緩めることができ、作業時間の短縮化が可能となる。このように逆回転時においてもモータのデューティ比を落としながら回転させるので、従来ならば１００％デューティで連続稼働させても熱的にも機械的にも問題ない程度の出力のモータしか使えないところを、それよりも１０％以上高い高出力のモータを電動工具に採用することができる。
【００１１】
本発明のさらに他の特徴によれば、制御手段は、所定時間Ｔ１が経過後において低いデューティ比によるモータ制御と高いデューティ比によるモータ制御を、トリガが戻されるまで交互に切り換えるようにした。この切り替えのタイミングは、電流値を見る方法、時間間隔で設定する方法、出力軸からの反力にて決定する方法など種々が考えられるが、低いデューティ比と高いデューティ比を一定の時間間隔Ｔ２毎に行うようにすれば、新たな検出手段や制御機器を追加すること無く容易に実現できる。
【００１２】
本発明のさらに他の特徴によれば、半導体スイッチング素子をＰＷＭ制御することにより駆動されるモータと、モータの起動及び回転を調整するためのトリガと、モータの回転方向を正回転又は逆回転に切り換える切替スイッチと、モータによって先端工具を回転させる動力伝達機構と、モータの回転を制御する制御手段を有する電動工具であって、制御手段は、切替スイッチにより逆回転が設定されたら半導体スイッチング素子を正回転よりも高いデューティ比によるＰＷＭ制御によってモータを逆回転させるように構成した。この構成によりその電動工具で締め付け作業を行ったネジやボルトを逆回転の締め付けトルク不足により緩めることができないという現象の発生を防止することができる。
また制御手段は、トリガが引かれてモータが逆回転を開始して所定時間Ｔ１が経過したらデューティ比を高い値から低い値に変更した状態でモータを駆動するので、高い出力のモータを連続駆動させることによる温度上昇や機械的なストレスから電動工具を効果的に保護することができる。
【００１３】
本発明のさらに他の特徴によれば、モータと、モータの起動及び回転を調整するためのトリガと、モータの回転方向を正回転又は逆回転に切り換える切替スイッチと、モータによって先端工具を回転させる動力伝達機構と、モータの回転を制御する制御手段を有する電動工具であって、制御手段は、切替スイッチにより逆回転が設定されたら、トリガが引かれてからモータを高速モードにて駆動し、その後にモータを高速モードから低速モードに落とした状態で駆動するように構成した。この構成により高い出力のモータを連続駆動させることによる温度上昇や機械的なストレスから電動工具を効果的に保護することができ、信頼性が高くて寿命が長い電動工具を実現できる。このモードを切り換えることによる回転数を下げる制御は、例えば、モータの進角を小さくしたり、モータの通電角を切り替えたり、モータのコイルを切り替えることによって実行できる。
【００１４】
本発明のさらに他の特徴によれば、モータと、モータの起動及び回転を調整するためのトリガと、モータの回転方向を正回転又は逆回転に切り換える切替スイッチと、モータによって先端工具を回転させる動力伝達機構と、モータの回転を制御する制御手段を有する電動工具であって、制御手段は切替スイッチにより逆回転が設定されたらモータを逆回転させ、逆回転の途中でモータのＰＷＭ制御のデューティ比を下げるか、又は、モータの回転特性を高速モードから低速モードに切り換えるように制御する。この切り替えは、トリガが引かれて所定時間Ｔ１が経過したらデューティ比を高い値から低い値に変更するか、又はモータの回転特性を逆回転開始直後の高速モードから低速モードに切り換えるように制御すると良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、本発明によれば高出力で確実にねじやボルトを緩めることができ、しかも緩め時間の短縮化を図ることができる電動工具を提供できる。また操作性の大変良い電動工具を提供できる。
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】
【００１６】
【図１】本発明の実施例に係るインパクト工具１の内部構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例に係るインパクト工具１の外観を示す側面図である。
【図３】本発明の実施例に係るインパクト工具１の概略ブロック図である。
【図４】本発明の実施例のインパクト工具におけるモータ３の駆動制御系の回路構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施例に係るインパクト工具１のデューティ比の制御方法を説明するための図であり、モータの回転数５８とデューティ比の関係を示すである。
【図６】インパクトの各動作モードでのデューティ比の設定方法を説明する図であって（１）が従来技術における設定方法、（２）が本実施例における設定方法である。
【図７】（１）本発明の実施例のインパクト工具における全速のボルト締め付けを行う際の出力軸回転数とモータ電流値、ＰＷＭ駆動信号のデューティ比の関係を示すグラフであり、（２）はそのときの打撃トルクの大きさを示す図である。
【図８】本発明の実施例のインパクト工具における出力軸回転数とモータ電流値、ＰＷＭ駆動信号のデューティ比の関係を示すグラフである。（固定済みのボルトを２度締めする場合）。
【図９】本発明の実施例のインパクト工具１を用いて締め付け作業を行う際のデューティ比の設定手順を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施例に係る出力軸回転数、モータ電流値、ＰＷＭ駆動信号のデューティ比の関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の第２の実施例のインパクト工具１を用いて木ねじを締め付ける際のデューティ比の設定手順を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第２の実施例の変形例に係る出力軸回転数、モータ電流値、ＰＷＭ駆動信号のデューティ比の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１７】
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、前後の方向は、図中に示した方向として説明する。図１は本発明に係る電動工具の内部構造を示す断面図である。本実施例においては、電動工具の例として、インパクト工具１を用いて説明する。
【００１８】
インパクト工具１は、充電可能なバッテリ１１を電源とし、モータ３を駆動源として減速機構２０によって所定の減速比で減速させてインパクト機構２１を駆動し、出力軸であるアンビル３０に回転力と打撃力を与え、取付穴３０ａに装着され装着機構３１にて保持されるドライバビット等の図示しない先端工具に回転打撃力を間欠的に伝達してねじ締めやボルト締め等の作業を行う。
【００１９】
モータ３はブラシレスＤＣモータであり、内周側に２組のマグネット５ａが配置されたロータ５を有し、外周側に６つのスロットに巻線４ａが巻かれたステータ４が配置されるもので、いわゆる４極６スロットのモータである。尚、本発明は４極６スロットのモータだけに限られずに、他の極数、他のスロット数のモータであっても良い。モータ３は側面視で略Ｔ字状の形状を成すハウジング２の筒状の胴体部２ａ内に収容される。モータ３の回転軸６は、ハウジング２の胴体部２ａの中央部付近に設けられるベアリング１９ａと後端側のベアリング１９ｂによって回転可能に保持され、モータ３の前方には、回転軸６と同軸に取り付けられモータ３と同期して回転するロータファン１３が設けられ、モータ３の後方には、モータ３を駆動するためのインバータ回路基板１２が配設される。
【００２０】
ロータファン１３によって起こされる空気流は、空気取入口１７ａ及びインバータ回路基板１２の周囲のハウジング部分に形成された後述するスリット（図２のスリット１７ｂ）から胴体部２ａの内部に取り込まれ、主にロータ５とステータ４の間を通過するように流れ、ロータファン１３の後方から吸引されてロータファン１３の径方向外側に流れ、ロータファン１３の周囲のハウジング部分に形成された後述するスリット（図２のスリット１８）からハウジング２の外部に排出される。インバータ回路基板１２はモータ３の外形とほぼ同形の略円形の両面基板であり、この基板上にはＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の複数のスイッチング素子１４や、ホールＩＣ等の位置検出素子３３が搭載される。
【００２１】
ロータ５とベアリング１９ａの間には、スリーブ３６とロータファン１３が回転軸６と同軸上に取り付けられる。ロータ５は、マグネット５ａによって形成される磁路を形成するものである。スリーブ３６は、例えばプラスチック又は金属によって構成できるが、金属製にする場合は、ロータ５の磁路に影響しないように非磁性体であることが好ましい。
【００２２】
ロータファン１３は、例えばプラスチックのモールドにより一体成型されるものであり、後方の内周側から空気を吸引し、前方側の半径方向外側に排出する、いわば遠心ファンである。ロータ５とベアリング１９ｂの間には、プラスチック製のスペーサ３５が設けられる。スペーサ３５の形状は略円筒形で、ベアリング１９ｂとロータ５との間の間隔を設定する。この間隔はインバータ回路基板１２を同軸上に配置するためと、スイッチング素子１４を冷却する空気流の流路として必要とされる空間を形成するために重要である。
【００２３】
ハウジング２の胴体部２ａから略直角に一体に延びるハンドル部２ｂ内の上部にはトリガ８が配設され、トリガ８の下方にはスイッチ回路基板７が設けられる。ハンドル部２ｂ内の下部には、トリガ８の引き動作によって前記モータ３の速度を制御する機能を備えた制御回路基板９が収容され、この制御回路基板９は、バッテリ１１とスイッチ回路基板７に電気的に接続される。制御回路基板９は、信号線を介してインバータ回路基板１２と接続される。ハンドル部２ｂの下方には、ニカド電池、リチウムイオン電池等のバッテリ１１が着脱可能に装着される。
【００２４】
遊星歯車による減速機構２０の出力側に設けられるもので、インパクト機構２１は、スピンドル２７とハンマ２４を備え、後端がベアリング２２、前端がメタル２９により回転可能に保持される。トリガ８が引かれてモータ３が起動されると、正逆切替レバー１０で設定された方向にモータ３が回転を始め、その回転力は減速機構２０によって減速されてスピンドル２７に伝達され、スピンドル２７が所定の速度で回転駆動される。ここで、スピンドル２７とハンマ２４とはカム機構によって連結され、このカム機構は、スピンドル２７の外周面に形成されたＶ字状のスピンドルカム溝２５と、ハンマ２４の内周面に形成されたハンマカム溝２８と、これらのスピンドルカム溝２５、２８に係合するボール２６によって構成される。ハンマ２４は、スプリング２３によって常に前方に付勢されており、静止時にはボール２６とスピンドルカム溝２５、２８との係合によってアンビル３０の端面とは隙間を隔てた位置にある。そして、ハンマ２４とアンビル３０の対向する回転平面上の２箇所には図示しない凸部がそれぞれ対称的に形成されている。
【００２５】
スピンドル２７が回転駆動されると、その回転はカム機構を介してハンマ２４に伝達され、ハンマ２４が半回転しないうちにハンマ２４の凸部がアンビル３０の凸部に係合してアンビル３０を回転させるが、そのときの係合反力によってスピンドル２７とハンマ２４との間に相対回転が生ずると、ハンマ２４はカム機構のスピンドルカム溝２５に沿ってスプリング２３を圧縮しながらモータ３側へと後退を始める。そして、ハンマ２４の後退動によってハンマ２４の凸部がアンビル３０の凸部を乗り越えて両者の係合が解除されると、ハンマ２４は、スピンドル２７の回転力に加え、スプリング２３に蓄積されていた弾性エネルギーとカム機構の作用によって回転方向及び前方に急速に加速されつつ、スプリング２３の付勢力によって前方へ移動し、その凸部がアンビル３０の凸部に再び係合して一体に回転し始める。このとき、強力な回転打撃力がアンビル３０に加えられるため、アンビル３０の取付穴３０ａに装着される図示しない先端工具を介してねじに回転打撃力が伝達される。以後、同様の動作が繰り返されて先端工具からねじに回転打撃力が間欠的に繰り返し伝達され、例えば、ねじが木材等の図示しない被締め付け部材にねじ込まれる。
【００２６】
図２は、本発明の実施例に係るインパクト工具１の外観を示す側面図である。図２において、ハウジング２の胴体部２ａのインバータ回路基板１２の外周側には、吸気用のスリット１７ｂが形成され、ロータファン１３の外周部には、スリット１８が形成される。ハウジング２の前方側には金属製であってカップ状に形成されたハンマケース１５が設けられる。ハンマケース１５は、内部に減速機構２０とインパクト機構２１を収容するものであって、カップの底部にあたる前方部分にはアンビル３０を貫通させるための穴が形成される。ハンマケース１５の外側に装着機構３１が設けられる。
【００２７】
図３は本発明の実施例に係るインパクト工具１の概略ブロック図である。本実施例では電源として二次電池で構成されたバッテリ１１を用い、駆動源たるモータ３としてブラシレスＤＣモータを用いた。ブラシレスＤＣモータを制御するために制御手段３９を用いて複数の半導体スイッチング素子により構成されるインバータ回路３８を駆動する。制御手段３９はバッテリ１１の電力を用いて電源回路３７にて生成された低電圧により駆動される。インバータ回路３８からモータ３へは３本の電力線が接続され、インバータ回路３８にて所定の相へ駆動電流を供給することによりモータ３を回転させる。モータ３の出力は減速機構２０に伝達され、減速機構２０によって減速された回転力によってインパクト機構２１を駆動する。制御手段３９によってモータ３を駆動するために、モータ３の近傍にはロータ５の位置検出用の信号を生成するための位置検出素子（ホールＩＣ）３３が設けられ、位置検出素子３３の出力が制御手段３９に入力される。制御手段３９には、正逆切替レバー１０の信号と、トリガ８の信号が入力される。また、モータ３を駆動するモータとして第１の設定手段５４と第２の設定手段５３が設けられる。第１の設定手段５４では、インパクトモードとしてモータの回転数を設定して締め付けトルクを４段階に分けた４つの動作モードを設定できる。また、テックスねじを締め付けるための１つのテックスモードを設定できる。第２の設定手段５３では、通常モードとねじ込みモードを設定できる。第１の設定手段５４と第２の設定手段５３は、例えば操作パネル５５（図１参照）に設けることができる。
【００２８】
次に、図４を用いてモータ３の駆動制御系の構成と作用を説明する。図３はモータ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。モータ３は、いわゆるインナーロータ型で、一対のＮ極およびＳ極を含むマグネット５ａ（永久磁石）を埋め込んで構成されたロータ５と、ロータ５の回転位置を検出するために６０°毎に配置された３つの位置検出素子３３と、位置検出素子３３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３相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗからなるステータ４を含んで構成される。
【００２９】
インバータ回路基板１２に搭載されるインバータ回路３８は、３相ブリッジ形式に接続された６個のＦＥＴ（以下、単に「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）から構成され、インバータ回路基板１２に搭載される。温度検出用素子（サーミスタ）３４は、インバータ回路基板１２上のトランジスタに近接する位置に固定される。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４８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４８から出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、インバータ回路に印加されるバッテリ１１の直流電圧を、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）交流電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとして、電機子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗへ電力を供給する。
【００３０】
制御回路基板９には、演算部４０、電流検出回路４１、スイッチ操作検出回路４２、印加電圧設定回路４３、回転方向設定回路４４、回転子位置検出回路４５、回転数検出回路４６、温度検出回路４７、制御信号出力回路４８、及び打撃衝撃検出回路４９が搭載される。演算部４０は、図示されていないが、処理プログラムとデータに基づいて駆動信号を出力するためのＣＰＵと、後述するフローチャートに相当するプログラムや制御データを記憶するためのＲＯＭと、データを一時記憶するためのＲＡＭと、タイマ等を内蔵するマイコンを含んで構成される。電流検出回路４１はシャント抵抗３２の両端電圧を測定することによりモータ３に流れる電流を検出する電圧検出手段であって、検出電流は演算部４０に入力される。本実施例ではシャント抵抗３２をバッテリ１１とインバータ回路３８の間に設けて半導体スイッチング素子に流れる電流値を検出する方式であるが、シャント抵抗をインバータ回路３８とモータ３の間に設けてモータ３に流れる電流値を検出するようにしても良い。
【００３１】
スイッチ操作検出回路４２はトリガ８が引かれているかどうかを検出するもので、少しでも引かれていればオン信号を演算部４０に出力する。印加電圧設定回路４３は、トリガ８の移動ストロークに応答してモータ３の印加電圧、すなわちＰＷＭ信号のデューティ比を設定するための回路である。回転方向設定回路４４は、モータの正逆切替レバー１０による正方向回転または逆方向回転の操作を検出してモータ３の回転方向を設定するための回路である。回転子位置検出回路４５は、３つの位置検出素子３３の出力信号に基づいてロータ５とステータ４の電機子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗとの関係位置を検出するための回路である。回転数検出回路４６は、単位時間内にカウントされる回転子位置検出回路４５からの検出信号の数に基づいてモータの回転数を検出する回路である。制御信号出力回路４８は、演算部４０からの出力に基づいてトランジスタ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３の回転数を制御することができる。打撃衝撃検出回路４９は、打撃衝撃検出センサ５０からの検出信号を元にインパクト機構２１によって打撃が行われた時点やそのトルクの大きさを検出する。尚、打撃衝撃検出センサ５０の代わりに、又は打撃衝撃検出センサ５０に加えてジャイロセンサ（図示せず）やその他の任意のセンサを設けても良い。
【００３２】
演算部４０には動作モードを切り換えるためのダイヤルスイッチ５３の出力信号と、トルク値（又はモータの回転数）を設定するためのトルク切替スイッチ５４の出力信号が入力される。演算部４０はさらに、先端工具付近を照らすためのＬＥＤ等の照明手段５１の点灯を制御する。この点灯は図示しない点灯スイッチが押されたかどうかを演算部４０により判定して点灯を制御するようにしても良いし、トリガ８の引かれた動作に連動させて点灯させるようにしても良い。表示手段５２は、設定トルク値の強さや電池残量、その他の情報を表示するためのもので、光学的な手段により情報を表示する。本実施例では複数のＬＥＤや、７又はそれ以上のセグメントにより数字とアルファベットが表示可能なＬＥＤ表示器、あるいは液晶表示器などを用いることができる。
【００３３】
次に図５を用いて本実施例に係るインパクト工具１のデューティ比の制御方法を説明する。従来のブラシレスＤＣモータを用いるインパクトドライバにおいては、時刻ｔ＝０において作業者がトリガ８をＯＮにして（引いて）モータ３の回転が開始されてからは、全区間においてデューティ比の上限値（トリガをいっぱいに引いたときのデューティ比の設定値）を１００％として制御し、モータの回転数１５８は２点鎖線に示すように一定であった（実際には負荷の変動によって変動があり得るが、ここでは考慮しないものとする）。そして時刻ｔ２において作業者がトリガをＯＦＦとする（離す）とモータ３の回転が停止する。これに対して本実施例では、時刻ｔ＝０において作業者がトリガ８を引いてモータ３の回転が開始されるまでデューティ比の上限値を１００％としてモータ３を全速で駆動する。そして、インパクト動作が１〜複数回行われて締め付け対象たるねじやボルトが着座したと判断された後に、時刻ｔ１においてデューティ比を大幅に下げて低デューティ比により制御する。このような制御によりモータ３の回転数はＮｍａｘとなり、矢印５８ａから５８ｂの区間までほぼ一定に制御される。その後、矢印５８ｃのようにモータの回転数５８を大幅に低下させて、矢印５８ｃのように制御し、作業者によりトリガ８が離されるまでモータ３を低速にて回転させる。モータ３の回転数は矢印５８ｃから５８ｄのように負荷の増加に伴って徐々に低下する。
【００３４】
本実施例では、同じ電圧、同じ容量のバッテリ１１を使うものの、モータ３の出力を従来使用するタイプよりも高出力のものを使用する。例えば、従来用いていたモータと外寸やステータ４のコア部分、ロータ５部分は同一形状としつつ、巻線４ａの巻き数をへらして、その代わり巻線４ａの線径を太くすることにより、巻線４ａに大電流を流せるように構成し、モータ３の回転数をあげて出力を増大させた。一方、このように出力を増大させたままで従来のモータ制御（デューティ比を１００％のままトリガオフまで連続駆動）すると、温度上昇が過大となって熱的に厳しくなってしまうこと、着座後の作業者によるトリガオフのタイミングが遅れてしまうとモータ３やインパクト機構２１等のメカ部分への負荷が大きくなってしまうことから好ましくない。しかしながら、本願発明においては、そのようなハイパワーのモータ３を敢えて採用して、複数回の打撃が行われて着座がおこなわれたと判断される時点（時刻ｔ１）までは全速（高速）にてモータ３を駆動することにより、従来方法に対して矢印５９ａのように負荷が軽い領域での回転数を上昇させ、一方、時刻ｔ１以降において打撃を繰り返す領域での回転数を矢印５９ｂのように大きく低下させることにより、モータ３やメカ部分への負荷を低減させるようにした。このように制御することにより、高出力のモータを用いて、短時間で締め付けを完了させることができ、しかもモータやメカ部分の耐久性を向上させることができる。
【００３５】
図６は、インパクトモードでのデューティ比の設定方法を説明する図であって、（１）が従来技術における設定方法、（２）が本実施例における設定方法である。双方の図において、縦軸はモータ３のデューティ比の上限値であり、横軸は時間である。本実施例で前提となるインパクト工具１は、インパクト動作としてモード１〜モード４までの４つのモードが設定される。これらは操作パネル５５に設けられたトルク切替スイッチ５４を押す毎に切り替わるもので、モードを切り換えることによりモータの回転数が切り替わる。例えば、締め付けトルクが一番小さいモード１（弱１）の時にはトリガ８をいっぱいに引いた状態でモータ３が９００回転／分、モード２（弱２）の時の回転数が１５００回転／分、モード３（中）の時の回転数が２２００回転／分、そして締め付けトルクが一番大きいモード４（強）の時の回転数が２９００回転／分である。このようにモータ３の回転数を設定するため、矢印１６１〜１６４のように制御手段はデューティ比をＤ１〜Ｄ４に設定する。ここでデューティ比Ｄ４は１００％である。Ｄ１〜Ｄ４のデューティ比（最大値）は一定で有り、例えばモード３においてはトリガ８の引き量に応じて矢印１６５のようにデューティ比が０からＤ３の範囲内で設定される。ここで作業者がトリガ８をフルに引いた状態でモータ３を回転させると、着座が行われる付近から時刻ｔ１を越えた後も同じデューティ比において一定の制御がされる。このような制御を行うために、従来のインパクト工具においては矢印１６１のようにデューティ比１００％にてモータ３を連続駆動させても、熱的にも機械的な強度的にも問題が無いような定格のモータ３を選定していた。
【００３６】
本実施例では図６（２）のように、少なくとも着座に到達するまで、ここでは時刻ｔ１まではモード１〜４のいずれのモードにおいても、デューティ比を１００％としてモータ３を最高速で駆動するように構成した。時刻０から時刻ｔ１までは、いずれのモードが設定されていてもトリガ８の引き量に応じて矢印６５のようにデューティ比が０から１００％の範囲で調整される。一方、時刻ｔ１になったら、設定モードに応じて矢印６１〜６４で示すようにデューティ比をＤ１〜Ｄ４のいずれかに低減させるように構成した。ここではＤ４を６０％程度として、Ｄ１〜Ｄ３をそれぞれ１５％、３０％、４５％に設定した。尚、Ｄ４をどの程度まで下げるように制御するのかは任意であり、低いデューティ比の最大（ここではＤ４）を１００％よりも１割以上低下させると良く、７０％以下くらいに制御すると大きな効果が得られる。図６（２）では、モード３においてはトリガ８の引き量に応じて矢印６６のようにデューティ比が０からＤ３の範囲で調整される。本実施例においてはインパクトモードで駆動する場合は、モード１〜４のいずれのモードを設定しているかに関係なく、時刻ｔ１まではフルパワーで制御し、時刻ｔ１以降は各モード値に応じて最大デューティ値を変更するように構成したので、従来よりもはるかに高出力高回転のモータを用いて迅速に締め付け作業を完了させることができるようになった。
尚、高デューティ比をすべて１００％とするのではなく、それぞれのモードにおいて高デューティ比と低デューティの組み合わせを持たせるように設定しても良い。例えば、高デューティ比と低デューティ比の関係が、モード４では１００％と６０％、モード３では９０％と４５％、モード２では６０％と３０％、モード１では３０％と１５％というように、それぞれのモードにおいて高デューティ比と高デューティ比を設けても良い。また、別の制御方法として、時刻０〜ｔ１までの間の区間においては、トリガの引き量が一定以上、例えば半分以上であったら演算部４０がデューティ比を１００％に固定して全速で制御するようにしても良い。
【００３７】
図７（１）は本発明の実施例のインパクト工具における先端回転数とモータ電流値、ＰＷＭ駆動信号のデューティ比の関係を示すグラフであり、全速のボルト締め付け動作時の状態を示す図である。図７（２）はそのときの打撃トルクの大きさを示す図である。図５及び図６で説明したように本実施例においては、いずれの動作モードにかかわらずに、着座してから所定の打撃がすむまではデューティ比１００％の最高回転数にてモータ３を回転させて高速で先端工具を回転させ、所定の打撃トルクに到達した時点たる時刻ｔ１の時点でデューティ比を１００％から設定モード毎のデューティ比に低減させるように制御する。このように制御するときの出力軸の回転数７１（＝先端工具の回転数）は矢印７１ａのフリーランにおけるほぼ一定の回転数から、矢印７１ｂのように着座前後においては急激な回転低下まで変化する。このように出力軸の回転数７１が低下するのはインパクト機構２１においてハンマ２４が後退して打撃動作が開始されるからである。電流検出回路４１（図４参照）によって検出される電流値７２は、矢印７２ａ付近のフリーラン区間においてはほぼ一定で有り徐々に上昇する程度であるが、ボルトやねじの着座付近においては先端工具から受ける反力（負荷）の急上昇により矢印７２ｂのように急激に上昇する。そして矢印７２ｃの時点で、電流値７２が閾値Ｉ１を越えたらデューティ比を１００％から動作モードに対応させた所定の値に低減させる。時刻ｔ１以降の回転数７１は負荷の増大から矢印７１ｃから矢印７１ｄにまで低下し、作業者が時刻ｔ２においてトリガ８を離すことによりモータ３が停止する。一方、モータ３に流れる電流値は矢印７２ｄのように徐々に上昇するが、デューティ比を大幅に下げていることから第１の閾値Ｉ１を越えることはないので、過大な電流が流れることによるインバータ回路やモータ３の発熱を防止することができる。
【００３８】
図７（２）は（１）の状態の際の打撃トルク７３の大きさを示した図である。横軸の時間軸を（１）と（２）で合わせて図示している。また、打撃の行われるタイミングのうちいくつかを三角マークにて図示している。三角マークは代表的なものしか図示していないが、最初の三角マーク(矢印７３ａ)から最後の三角マーク７３ｆまで複数回の打撃が続けて行われるものである。この図から理解できるように、矢印７３ａ付近でインパクト機構２１による打撃動作が開始される。本実施例のインパクト工具１においては毎秒１０〜３０打撃程度が行われる。打撃が開始した矢印７３ａ時点では設定されたデューティ比は１００％であり、複数回の打撃を行ううちに電流値７２の上昇率が大きくなり、電流がＩ１以上になると着座が完了したと判断してデューティを下げるように制御する。ここでは時刻ｔ１において行われる矢印７３ｂの打撃が、設定された動作モードにおける締め付けトルク値ＴＮになるように、閾値Ｉ１の値が設定される。閾値Ｉ１は動作モード毎に設定され、製品開発時に実験等によって最適値を設定してあらかじめマイコン等に記憶させておくと良い。時刻ｔ１以降はデューティ比が低い状態とされるが、それでも矢印７３ｄ、７３ｅのように十分な大きさの打撃トルクが発生するので、ねじやボルト等を確実に締め付けることが可能となる。作業者がトリガ８を離す時刻ｔ２における矢印７３ｆで示す打撃トルク値は、矢印７３ｂの締め付けトルク値を越えることがないように低減するデューティ比の値を設定すれば良い。尚、各モードにおける低減するデューティ比の値も、製品開発時に実験等によって最適値を設定してあらかじめマイコン等に記憶させておくと良い。
【００３９】
次に、図８を用いて固定済みのボルトを２度締めする場合における出力軸回転数とモータ電流、ＰＷＭ駆動信号のデューティ比の関係を説明する。図４〜図７で説明したようにフリーラン期間においてモータ３を最高速度で駆動するように制御すると、作業者が締め付け済みのボルトやねじ等を何らかの理由で２度締めしようとすると、ボルトやねじの頭を破損したり、またはモータやメカ部に過大な力が掛かり好ましくない。そこで、本実施例のインパクト工具１においては第１の閾値Ｉ１よりも大きい第２の電流値Ｉ２を設定して、２度締め状態を早期に検出して、検出された場合にはすかさずデューティ比を低減させるように制御する。ここでは２度締めを検出するための検出区間を設定するための時間窓（ここではトリガ起動から時刻Ｔまでの間）を設定し、その時間窓内においては第１の閾値Ｉ１の代わりに第２の閾値Ｉ２によってデューティ比を低減させるタイミングを決定するようにした。時刻Ｔが過ぎたら第１の電流値Ｉ１によってデューティ比を低減させるタイミングを切り換えるように制御する。時刻ｔ＝０において作業者がトリガを引くと、締め付け対象のボルトが締め付け済みであるため、先端工具の回転数が矢印８１ａのように急激に低下するとともに、負荷が大きいため電流値８２が矢印８２ａのように急激に増大し、矢印８２ｂの時点で第２の閾値Ｉ２に到達する。そこで、それまで１００％だったデューティ比を低いデューティ値に変更するように制御した。そして作業者がトリガをオフにしたらモータ３が停止するが、デューティを低下させた後の電流値８２は第１の閾値Ｉ１よりも十分低いため、第１の閾値Ｉ１を越えることはない。このようにトリガを引いてから所定の時間窓だけは２度締め検出用の第２の閾値Ｉ２を用いるようにし、時間窓を過ぎたあとは図４〜図７で説明した方法を採用するようにしたので、通常のねじやボルト締めでも、何らかの理由によって２度締めを試みてしまった場合でも、モータを損傷することを効果的に防止できる。
【００４０】
次に図９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のモータ制御用のデューティ比の設定手順について説明する。図９で示す制御手順は、例えば、マイクロプロセッサを有する演算部４０においてコンピュータプログラムを実行することによりソフトウェア的に実現できる。まず、演算部４０は作業者によってトリガ（ＴＲ）８が引かれてＯＮになったか否かを検出し、引かれたらステップ５０２に進む（ステップ５０１）。次に、演算部４０はトリガ８の引き量が最大量、つまり全速となる全速域であるかどうかを判定する（ステップ５０２）。ステップ５０２において全速域でない場合、例えばトリガ８を半分程度しか引いていない場合は、トリガの引き量に応じた、通常のデューティ比制御を行う（ステップ５１１）。例えばトリガの引き量が半分ならデューティ比を半分とするなど、引き量とデューティ比の値を比例または所定の関係式にて対応づけるようにすれば良い。次にステップ５１２にてトリガ８がオンのままで有るかを検出し、トリガ８が戻されたらステップ５０１に戻り、戻されていなかったらステップ５１１に戻る。
【００４１】
ステップ５０２において、トリガ８の引き量が最大、つまり全速域である場合に演算部４０はデューティ比を１００％にしてモータ３を駆動する（ステップ５０３）。次に演算部４０は電流検出回路４１（図４参照）により検出された電流値が第２の閾値Ｉ２以上であるかを判定する（ステップ５０４）。ここで電流値が第２の閾値Ｉ２以上である場合は図８で説明した２度締めに相当するので、デューティ値を１００％から低い値に変更して、トリガの引き量に応じた低デューティ比（３）の制御を行う（ステップ５０９）。尚、低デューティ比（３）は図６（２）で示した低デューティ比（２）と同様にモード毎に異なるように設定すれば良い。また、低デューティ比（２）と低デューティ比（３）は同一でなく異なるように、好ましくは低デューティ比（３）が低デューティ比（２）よりも更に低いデューティ比となるように制御すれば良い。次にステップ５１０にてトリガ８がオンのままで有るかを検出し、トリガ８が戻されたらステップ５０１に戻り、戻されていなかったらステップ５０９に戻る。
【００４２】
ステップ５０４において、電流検出回路４１（図４参照）により検出された電流値が第２の閾値Ｉ２未満と判定されたら、２度締めを検出するための検出区間を設定するための時間窓内、つまり所定時間Ｔが経過する前であるか否かを判定し、経過していなかったらステップ５０１に戻る（ステップ５０５）。ステップ５０５において所定時間Ｔが経過したら、電流値が第１の閾値Ｉ１以上であるかを判定し、閾値Ｉ１未満の場合はステップ５０１に戻る（ステップ５０６）。ここで電流値が第１の閾値Ｉ１以上である場合は図６（２）で説明したようにデューティ値を１００％から低い値に変更して、トリガの引き量に応じた低デューティ比（２）の制御を行う（ステップ５０７）。次にステップ５０８にてトリガ８がオンのままで有るかを検出し、トリガ８が戻されたらステップ５０１に戻り、戻されていなかったらステップ５０７に戻る。
【００４３】
以上説明したように本実施例の制御によれば、無負荷回転数を高くしたモータでインパクトが離脱トルクに達して打撃を開始する時点までは高速で回転（デューティ比１００％）させ、
複数回の打撃が継続したと判断されたら、高いデューティ比から低いデューティ比に下げるように制御するので、過剰締め付けを防止でき、モータの温度上昇を抑えて素早い締め付けを完了させることができるインパクト工具を実現できる。また、ねじに砂がかみこんだ場合などに瞬間的にトルクが高くなり１回だけ打撃するという状況がおこるが、仮に電流値が初回打撃相当値以上となっただけですぐにデューティ比を下げる制御を行うと、砂がかんだ場合に１回だけ打撃した後にすぐにデューティ比が下がり、それ以降のねじ締めが遅くなってしまう。本発明によれば複数回の打撃が継続したことによりトルクの高い状態でのねじ締めが継続していると判断される状態で初めてデューティ比を下げるので、締め付け不足の問題を解決することができる。
【００４４】
本実施例においては、高デューティ比から低デューティ比への切り換えタイミングを、電流値７２の大きさによって切り換えるようにしたが、これだけに限られずに図７（１）の矢印７２ｂ付近の電流値７２の単位時間当たりの上昇率を監視し、この上昇率が所定の時間だけ継続して高い状態を維持するようになったら高デューティ比から低デューティ比への切り換えるように構成しても良い。このように構成すれば、トルクの高い状態でねじが継続して締め付けられていることが確認できる。この電流値７２の上昇率を監視方法は、短い時間間隔毎に検出された電流値の微分値を演算により求める等、公知の電流上昇率監視方法によって実現すれば良い。
また、電動工具に締め付けトルク値の大きさを検出するトルクセンサを用いるようにして、締め付け具が着座した状態を正確に検出して、着座をしたことを確認した後にデューティ比を下げるように構成しても良い。このように、着座するまでは高いデューティで締め続けているのでフリーランの状態から着座した瞬間に高いトルクまで締め付けることができる。そしてその後にデューティ比を下げて締め付けを継続することで、締付トルクが一定の値に近づくことになりねじ毎の締付トルクのばらつきを抑えることができる。
【実施例２】
【００４５】
次に図１０及び図１１を用いて本発明の第２の実施例について説明する。図１０は本発明の第２の実施例のインパクト工具における出力軸回転数（先端工具の回転数）とモータ電流値、ＰＷＭ駆動信号のデューティ比との関係を示すグラフであり、モータを逆回転させて締め付け済みのねじを緩める動作時の状態を示す図である。締め付けられたねじやボルトを緩める場合は、モータを逆回転させることによって先端工具を逆方向に回転させる。この緩め動作の場合は、回転開始時のトルクを十分確保することが重要で有り、一旦ねじが緩み始めると、その後に必要なトルクは少なめで済む。そこで、モータの逆回転時においてはいずれの動作モードにかかわらずに、所定の打撃がすむまではデューティ比１００％の最高回転数にてモータ３を回転させて高トルクにてねじやボルトの回転を開始させる。ここでは矢印２７１ａのように徐々にアンビル３０の回転数２７１が上昇する。矢印２７１ａの区間の初期部分においては、打撃動作が行われてモータ３の回転数と、アンビル３０の回転数が比例しない状態である。ねじやボルトが一旦回転を始めて所定時間（時間Ｔ１）だけ経過したら、演算部４０はＰＷＭ制御のデューティ比を１００％から設定モード毎のデューティ比に低減させるように制御する。ここではデューティ比の上限値を１００％から８０％程度に制限をする。この上限値８０％は、トリガ８を一杯に引いたときのデューティ比の設定最大値であり、トリガ８の引き量が少ない場合はその割合に応じたデューティ比が設定される。電流検出回路４１にて検出される電流値２７２は、トリガ８をオンにした直後、即ちモータ３の始動時が一番高くて、アンビル３０の回転数が矢印２７１ａのように上昇すると、電流値２７２は矢印２７２ａのように低下する。そして、トリガを引いてから時間Ｔ１に到達するまではデューティ比１００％で駆動するが、時間Ｔ１の経過後はデューティ比を制限してモータ３の駆動を行う。このようにデューティ比の上限値を制限するのは、従来に比べて高出力高回転のモータ３を使用しているため、デューティ比１００％で回転させ続けると熱的余裕が少なくなるからである。
【００４６】
所定の時間窓（時間０〜Ｔ１）の経過後はデューティ比を制限するので、電流値２７２は矢印２７２ｂのように低減度合いを増やしながら減少する。このときの回転数２７１は、ネジの緩め具合の進行に伴いネジから受ける反力が少なくなるため、矢印２７１ｂのように時間の経過と共に上昇する。時刻ｔ５において電流値２７２が閾値（第５の電流値）Ｉ５まで低下したら、演算部４０は再びデューティ比を１００％に戻してモータ３を回転させる。時刻ｔ５の時点ではねじの緩み度合いがかなり進行しているため、先端工具からうける反力が緩め初期の頃に比べて小さい。デューティ比を１００％に戻すと電流値２７２が矢印２７２ｄのように一瞬上昇するとともにアンビル３０の回転数も矢印２７１ｅのように急上昇し、矢印２７１ｆのように最高回転数付近でほぼ一定になる。時刻ｔ６においてねじ緩めが完了し、作業者がトリガ８を戻すことによりモータ３の回転が完了する。尚、時刻ｔ５以降においてはデューティ比を１００％と高くしているが、この期間の先端工具から受ける反力がきわめて低いため、モータ３を高速にて回転させたとしても電流値２７２の最高値は閾値Ｉ５をほんの少しだけ超える程度で有り、時間間隔Ｔ１内の電流値２７２とくらべて半分以下であるため発熱量を心配する必要がほとんど無く、モータ３を連続稼働させることが可能である。尚、閾値Ｉ５の値は動作モード毎に異なるように設定しても良いし、動作モードに関わらずに一定に設定しても良いが、製品開発時に実験等によって最適値を設定してあらかじめマイコン等に記憶させておくと良い。
【００４７】
次に図１１のフローチャートを用いて、本発明の第２の実施例のインパクト工具１のモータ制御用のデューティ比の設定手順について説明する。演算部４０は作業者によってトリガ（ＴＲ）８が引かれてＯＮになったか否かを検出し、引かれたらステップ８０２に進む（ステップ８０１）。次に、演算部４０は回転方向設定回路４４の出力により正逆切替レバー１０が正転側にあるか逆転側にあるかを判定する（ステップ８０２）。ステップ８０２において正転の場合は、実施例１で説明したデューティ比の制御を行う（ステップ８１１）。次にステップ８１２にてトリガ８がオンのままで有るかを検出し、トリガ８が戻されたらステップ８０１に戻り、戻されていなかったらステップ８１１に戻る（ステップ８１２）。
【００４８】
ステップ８０２において正逆切替レバー１０が逆転側、つまりモータ３の回転方向が逆転の場合は、トリガ８の引き量が最大、つまり全速域であるか否かを判定し（ステップ８０３）、全速域の場合には演算部４０はデューティ比を１００％にしてモータ３を駆動し（ステップ８０４）、全速域で無い場合はステップ８１１に進む。ここで全速域とは、トリガ８が一杯に引かれた状態としても良いし、トリガ８がある程度の量以上、例えば７０％以上引かれているときには、トリガの引き量が７０〜１００％の範囲内のいずれであってもデューティ比を１００％に固定するようにして回転させる。次に演算部４０はトリガ８がオンになってから所定の経過時間Ｔ１が経過したかを判定し、その時間Ｔ１が経過したら、デューティ比の上限を８０％程度に低くなるように設定して、トリガの引き量に応じたデューティ比（４）の制御を行う（ステップ８０６）。時間Ｔ１が経過していない場合はステップ８０１に戻る（ステップ８０５）。
【００４９】
次に演算部４０は、電流検出回路４１（図４参照）により検出された電流値が第５の閾値Ｉ５以上であるかを判定する（ステップ８０７）。ここで電流値が第５の閾値Ｉ５以上である場合はネジの緩め状態が十分進行していないのでステップ８０８に進み（ステップ８０７）、トリガ８がオンのままの場合はステップ８０６に戻り、オフになったらステップ８０１に戻る（ステップ８０８）。ステップ８０７において、電流検出回路４１（図４参照）により検出された電流値が第５の閾値Ｉ５未満である場合は、演算部４０はデューティ比を１００％にしてモータ３を駆動する（ステップ８０９）。ここで設定するデューティ比は、トリガ８の引き量に応じた上限値を１００％としても良いし、トリガ８を所定量以上（例えば７０％以上）引いた場合にはデューティ比を１００％に固定するようにして回転させても良い。次にステップ８１０において、トリガ８がオンのままの場合はステップ８０９に戻り、オフになったらステップ８０１に戻る。
【００５０】
以上の制御フローによって、電動工具を逆回転させるネジの緩め作業を行うが、本実施例では緩め開始時のデューティ比を大きくしたので、トルク不足によってねじやボルトが緩まないという問題を効果的に防止できた。また、緩め作業の後半部分のねじやボルト等からの反力が低下している区間においては、デューティ比の設定又は上限値を１００％にして高速でモータ３を回転させるので、迅速にねじやボルトの緩め作業を完了させることができる。尚、図１０、１１の説明中では述べていないが、正回転時のデューティ比制御と逆回転時のデューティ比制御を関連付けて制御することにより、より高度な制御を行うことができる。例えば、図６（２）で説明した時間０〜時刻ｔ１までの最大デューティ比（Ｄｍａｘ正転）と、図１０の時間０からＴ１までの最大デューティ比（Ｄｍａｘ逆転）の関係を、Ｄｍａｘ正転＜Ｄｍａｘ逆転と設定することも可能である。この場合は、例えばＤｍａｘ正転が９５％、Ｄｍａｘ逆転が１００％と設定でき、このように設定することにより、逆転時のアンビル３０に発生する最大回転トルクが正転時のアンビル３０に発生する最大回転トルクよりも大きくなる。このように電動工具の出力トルクを設定するようにすれば、締め付けられたねじやボルトを確実に緩めることができるという効果がある。
【００５１】
次に図１２を用いて第２の実施例の変形例を説明する。第２の実施例において、ねじやボルトの締め付け作業において、トリガＯＮからトリガＯＦＦまでを、設定デューティ比の上限を１００％に固定しないで制御を行うのは、従来と違って連続稼働を続けることが熱的にもメカ的にも好ましくないような高出力高回転のモータ３を用いるからであって、本実施例の制御はいわば高出力のモータの出力を絞りながら動作させるものである。図１２に示す変形例もその考えを用いる制御を行うものであって、閾値Ｉ５を用いてトリガＯＮから閾値Ｉ５を下回るまでの制御は図１０で説明した制御と同じである。トリガ８を引いた直後であって所定の時間窓（時刻０〜Ｔ１）までデューティ比１００％の最高回転数にてモータ３を回転させて高トルクにてねじやボルトの回転を開始させる。ここでは矢印３７１ａのように徐々にアンビル３０の回転数が上昇し、矢印３７２ａのように電流値３７２が徐々に減少する。
【００５２】
所定時間（時間Ｔ１）だけ経過したらＰＷＭ制御のデューティ比を１００％から設定モード毎のデューティ比、例えば８０％に制限したデューティ比制御（４）を行う。デューティ比を制限すると電流値３７２は矢印３７２ｂのように低減度合いを増やしながら急激に減少し、回転数３７１は矢印３７１ｂのように時間の経過と共に上昇する。時刻ｔ７において電流値３７２が閾値（第５の電流値）Ｉ５まで低減したら再びデューティ比を１００％に戻す。デューティ比を１００％に戻すと電流値３７２が矢印３７２ｃのように一瞬上昇するとともにアンビル３０の回転数も矢印３７１ｃのように急上昇する。ここで、本変形例においては、所定時間Ｔ１が経過後において、演算部４０は低デューティ比によるモータ制御と高デューティ比によるモータ制御を交互に切り換えるようにし、この切り替えを作業者によるトリガ８がオフにされるまで続けるように制御する。低デューティ比と高デューティ比の交互の切り替えのタイミングをどうするかは種々考えられ、本実施例では所定の時間間隔毎に行う。図１２の例で時刻ｔ７以降は、所定間隔（時間Ｔ２）毎にデューティ比の上限値を高い値（ここでは時刻ｔ７〜ｔ８間の１００％）と、低い値（ここでは時刻ｔ８〜ｔ９間の８０％）を交互に切り換えるように制御する。本実施例では例えば、時間Ｔ１は０．２秒、時間Ｔ２は０．１秒程度に設定することができるが、これらは緩める対象であるネジやボルトに併せて適宜設定すれば良い。また、高いデューティ比と低いデューティ比の関係は１００％と８０％程度に限られずに、低いデューティ比が高いデューティ比をその他の比率としても良く、低いデューティ比を高いデューティ比の８０％〜３０％程度の範囲としても良い。尚、所定間隔毎にデューティ比を切り換えると、アンビル３０の回転数３７２は矢印３７１ｃのように上昇した後に、時刻ｔ８にて矢印３７１ｄにて低下してから再び上昇し、時刻ｔ９にて矢印３７１ｅのように増加してから徐々に上昇する。ここで、デューティ比を切り換えることにより、時刻ｔ７、ｔ８、ｔ９のように急変動する。また電流値３７２も同様に、時刻ｔ７、ｔ８、ｔ９において矢印３７２ｃ、３７２ｄ、３７２ｅのように変動する。この際、この変動具合が大きいと作業者に違和感を与えることがあるので、デューティ比の変動がなるべく急激にならないように設定すると良い。代案として時刻ｔ７、ｔ８、ｔ９においてデューティ比を段階的に変更するのでは無く、徐々に変更するように制御したり連続可変制御をするようにしても良い。
【００５３】
以上のように第２の実施例によれば、モータ３の逆回転時においてもデューティ比１００％にてモータ３を所定時間以上連続駆動しないように制御することにより、モータ３の発熱量を抑えることが可能となり、従来使用していたモータよりもはるかに高い出力や回転数が可能なハイパワーモータを用いた電動工具を実現できる。尚、この逆回転時のデューティ比制御は、動力伝達機構として減速機構２０とインパクト機構２１を有するインパクト工具だけに限られずに、ドライバドリルでの逆回転時の制御、その他の正方向又は逆方向に回転させる回転工具の制御においても同様に適用することができる。このように逆回転時においても正回転時と同等又はそれ以上の回転数で回転させることを可能とすることにより、締め付けたねじやボルトを確実に緩めることができるという効果を達成できる。
【００５４】
尚、第２の実施例では所定時間（時間Ｔ１）だけ経過したらＰＷＭ制御のデューティ比を１００％から設定モード毎のデューティ比に下げるようにしたが、この下げるための切り替えを別の条件によって行うようにしても良い。例えば、電流が所定値を超えるとＤｕｔｙ比を下げる、あるいはモータの回転数が所定値を下回るとＤｕｔｙ比を下げる、といった方法としても良い。また、第２の実施例の変形例として、逆回転開始後の初期段階を高デューティ比、その後を低デューティ比の制御で無く、モータの進角を小さくしたり、モータの通電角を切り替えたり、モータのコイルを切り替えることによって、逆回転当初のモータにより制御可能な最高回転数を高くし、その後のモータの制御可能な最高回転数を下げるように、モータの回転特性を切り換えることにより逆回転によるネジやボルトの緩め作業を効率良く行うように構成しても良い。このモータの回転特性を高速モードから低速モードに切り換える制御においても、トリガが引かれてから所定時間Ｔ１だけ経過した後に切り替えを行うようにすれば良い。さらに、電流検出手段を設けて電流検出手段によって検出された電流値が閾値Ｉ５を下回った時に制御手段が低い回転数（低速モード）から高い回転数（高速モード）に切り換えるように構成しても良い。
【００５５】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施例ではバッテリで駆動されるインパクト工具の例を用いて説明したが、本発明はコードレスタイプの工具に限られず、商用電源を用いたインパクト工具であっても同様に適用できる。また、トリガを引き始めてから引き終えるまでの間に、トリガの引き量と設定デューティ比の関係を変更するようにする制御は、ＰＷＭ制御によってブラシレスモータを駆動する電動工具、例えばドライバドリル、いわゆる電子パルス方式のインパクトドライバ等に同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１  インパクト工具                        ２  ハウジング
２ａ  （ハウジングの）胴体部              ２ｂ  （ハウジングの）ハンドル部
２ｃ  （ハウジングの）バッテリ取付部      ３  モータ
４  ステータ                              ４ａ  巻線
５  ロータ                                ５ａ  マグネット
６  回転軸                                ７  スイッチ回路基板
８  トリガ                                ９  制御回路基板
１０  正逆切替レバー                      １１  バッテリ
１２  インバータ回路基板                  １３  ロータファン
１４  スイッチング素子                    １５  ハンマケース
１７ａ  空気取入口                        １７ｂ  スリット
１８  スリット                            １９ａ  ベアリング
１９ｂ  ベアリング                        ２０  減速機構
２１  インパクト機構                      ２２  ベアリング
２３  スプリング                          ２４  ハンマ
２５  スピンドルカム溝                    ２６  ボール
２７  スピンドル                          ２８  ハンマカム溝
２９  メタル                              ３０  アンビル
３０ａ  取付穴                            ３１  装着機構
３２  シャント抵抗                        ３３  位置検出素子（ホールＩＣ）
３４  温度検出用素子（サーミスタ）        ３５  スペーサ
３６  スリーブ                            ３７  電源回路
３８  インバータ回路                      ３９  制御手段
４０  演算部                              ４１  電流検出回路
４２  スイッチ操作検出回路                ４３  印加電圧設定回路
４４  回転方向設定回路                    ４５  回転子位置検出回路
４６  回転数検出回路                      ４７  温度検出回路
４８  制御信号出力回路                    ４９  打撃衝撃検出回路
５０  打撃衝撃検出センサ                  ５１  照明手段
５２  表示手段                
５３  ダイヤルスイッチ（第２の設定手段）
５４  トルク切替スイッチ（第１の設定手段）
５５  操作パネル                          ５８  回転数
７１  回転数                              ７２  電流値
７３  打撃トルク                          ８２  電流値
１００  デューティ比                      １０１〜１０３  回転数
１０５  電流値                            １５８  モータ回転数
２７１、３７１  回転数                    ２７２、３７２  電流値
【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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【図１２】
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