(57)【要約】【課題】  小さいネジやなべネジ等であっても精度良く高速に締め付けることができるインパクト工具を提供する。【解決手段】  モータと、半導体スイッチング素子を用いてモータへ供給する駆動電力を制御する制御手段と、モータの回転力により先端工具を連続的に又は断続的に駆動するものであってハンマとアンビルを含む打撃機構を有するインパクト工具において、制御手段はトリガが引かれたら半導体スイッチング素子を高デューティ比（１００％）で駆動し、ハンマによるアンビルの最初の打撃が行われる直前の時間ｔ１にデューティ比５２を低くして低デューティ比（４０％）にて以降の打撃を行うようにモータを駆動する。デューティ比の切り替えは、ハンマとアンビルが打撃の行われる前に行われる。【選択図】図４
2014121765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、半導体スイッチング素子を用いて前記モータへ供給する駆動電力を制御する制御手段と、前記モータの回転力により先端工具を連続的に又は断続的に駆動するものであってハンマとアンビルを含む打撃機構を有するインパクト工具であって、
前記制御手段はトリガが引かれたら前記半導体スイッチング素子を高デューティ比で駆動し、
前記ハンマによる前記アンビルの最初の打撃が行われる前に前記デューティ比を低くして低デューティ比にて打撃を行うように前記モータを駆動することを特徴とするインパクト工具。
【請求項２】
前記デューティ比の切り替えは、前記ハンマと前記アンビルとの係合が外れる前に行われることを特徴とする請求項１に記載のインパクト工具。
【請求項３】
前記デューティ比の切り替えは、前記ハンマが後退し始める前に行われることを特徴とする請求項１に記載のインパクト工具。
【請求項４】
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、
前記制御装置は前記電流値が第１の閾値を最初に超えた時点で高デューティ比から低デューティ比に切り替えるように制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のインパクト工具。
【請求項５】
前記モータはブラシレスＤＣモータで有り、
前記半導体スイッチング素子を複数用いたインバータ回路により前記ブラシレスモータを駆動することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のインパクト工具。
【請求項６】
前記高デューティ比は８０〜１００％の範囲で設定され、
前記低デューティ比は設定された高デューティ比の６０％以下の値に設定されることを特徴とする請求項４又は５に記載のインパクト工具。
【請求項７】
前記制御装置は前記電流値が第２の閾値を超えた時点で前記モータの駆動を停止させることを特徴とする請求項４又は５に記載のインパクト工具。
【請求項８】
（ａ）前記低デューティ比に切り替えた後に、前記電流検出手段により検出される電流値が前記第１の閾値以下の場合に、前記低デューティ比を所定の比率で連続して増加させ（但し、増加後のデューティ比は前記高デューティ比を越えない）、
（ｂ）前記電流検出手段により検出される電流値が前記第１の閾値を再び超えた場合は、デューティ比を前記低デューティ比に再び戻し、
（ｃ）前記（ａ）と（ｂ）の手順を繰り返すことを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載のインパクト工具。
【請求項９】
前記低デューティ比に切り替えた後に、前記電流検出手段により検出される電流値が前記第１の閾値よりも十分低い第３の閾値以下になった場合に、前記低デューティ比を高デューティ比に戻し、
前記ハンマによる前記アンビルの次の打撃が行われる前に低デューティ比に切り替えて打撃を行うように前記モータを駆動することを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載のインパクト工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインパクト工具に関し、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インパクト工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
手持ち式のインパクト工具、特に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と共に実装される。複数の位置検出素子は複数相の電機子巻線に対応しており、各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。
【０００４】
図１２は従来のインパクト工具におけるモータ電流、ＰＷＭ駆動信号のデューティ比、締付トルクの関係を示すグラフである。ここで時刻ｔ０にて作業者がトリガを引くことによりモータの回転が開始させてネジ等の締め付け作業を行う。この際のＰＷＭ駆動信号のデューティ比２０２は１００％である。図１２（３）が締め付けトルク値（Ｎ／ｍ）であり、時間が経過すると共に締付トルク値２０３が徐々に上昇する。そして締め付け部材からの反力が所定のトルク値以上になるとアンビルに対してハンマが後退することによりアンビルとハンマの係合関係が外れ、その係合関係が外れるとハンマは前方に移動しながら回転することにより時刻ｔ１においてアンビルに衝突し、アンビルに対して強い締め付けトルクを発生させる。この際のモータを駆動するインバータ回路に供給されるＰＷＭデューティ比は図１２（２）のデューティ比２０２に示すように１００％のまま、つまりフルパワー状態である。このようなモータの駆動制御におけるモータ電流を示すのが図１２（１）のモータ電流２０１である。モータ電流２０１はハンマの後退に応じて矢印２０１ａのように急激に上昇して係合状態が外れる手前にてピーク電流（矢印２０１ｂ）に到達し、係合状態が外れると急低下して矢印２０１ｃにて打撃を行うことにより再び係合状態となるためモータ電流２０１は再び増加し始める。
【０００５】
ここで図１３を用いてインパクト工具におけるハンマとアンビルを含む打撃部の動きと、モータ電流の増減関係を説明する。スピンドルに設けられるカム機構の作用により前後退をするハンマ２１０は、アンビル２２０からの反力が少ないうちは当接状態を保ったまま回転するが、反力が大きくなるとハンマ２１０はカム機構のスピンドルカム溝に沿ってスプリングを圧縮しながら矢印２３１のようにモータ側（図１３では上側）へと後退を始める（図１３（Ａ））。そして、ハンマ２１０の後退動によってハンマ２１０の凸部がアンビル２２０を乗り越えて両者の係合が解除されると、ハンマ２１０は、スピンドルの回転力により矢印２３２のように回転しながら、スプリング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矢印２３３のように前方に急速に加速されつつ前方へ移動する（図１３（Ｂ））。そしてハンマ２１０の凸部がアンビル２２０に衝突することにより再び係合して矢印２３４のように一体に回転し始める（図１３（Ｃ））。このとき、強力な回転打撃力がアンビル２２０に加えられる。この際のモータ電流２４０（単位Ａ）を示すのが下側の曲線であり、カム機構のスピンドルカム溝に沿ってスプリングを圧縮しながら矢印２３１のように後方に移動するときにモータ電流２４０が矢印２４０ａのようにピークに達する。そして（Ｂ）のようにハンマ２１０とアンビル２２０の係合状態が外れると、ハンマ２１０には反力が作用しないため負荷が軽くなりモータ電流２０１は矢印２４０ｂのように低下する。そして、矢印２４０ｃようにモータ電流２４０がほぼ低下した付近で打撃が行われる。尚、図１２で示した２０１ｂから２０１ｃは、図１３の矢印２４０ａから２４０ｃの部分に相当する。
【０００６】
再び図１２に戻る。図１２の時刻ｔ１、矢印２０１ｃの時点において打撃が行われた場合、ねじ締め部材が短いネジの場合は、図１２（３）の矢印２０３ａのように１回目の打撃でいきなり設定トルク値ＴＮを超えてしまうことがある。しかしながら、設定トルク値に到達しても自動停止しない電動工具の場合には、作業者がトリガを離す前にさらに数回打撃してしまうことがありうる。例えば、図１２（３）の例では時刻ｔ２にて２回目の打撃が行われ、この際のモータ電流は２０１ｃ〜２０１ｆのように増減する。この際、場合によってはネジ山を壊してしまったり、ネジ頭をねじ切ってしまったりする恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【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】
【０００８】
ところで、近年インパクト工具の出力の増加化が図られており、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ねじ締め作業等において最初の打撃の時に必要以上に強い打撃を与えてしまうことになり、ネジを痛めてしまう恐れが一層高くなる。この対策としては衝撃を小さくしようとしてモータの回転速度を低下させた状態で締め付けを行うことが考えられるが、そうすると締め付け全体に要する時間が長くなってしまい作業効率の低下につながる。
【０００９】
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、小さいネジやなべネジ等であっても精度良く高速に締め付けることができるインパクト工具を提供することにある。
【００１０】
本発明の別の目的は、締め付け効率の低下することなく打撃の際のネジ頭の破損を防止することができるインパクト工具を提供することにある。
【００１１】
本発明のさらに別の目的は、下穴機能付きのセルフドリリングねじやタッピングビスを効率良く締め付けることができるインパクト工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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、モータと、半導体スイッチング素子を用いてモータへ供給する駆動電力を制御する制御手段と、モータの回転力により先端工具を連続的に又は断続的に駆動するものであってハンマとアンビルを含む打撃機構を有するインパクト工具において、制御手段はトリガが引かれたら半導体スイッチング素子を高デューティ比で駆動し、ハンマによるアンビルの最初の打撃が行われる前にデューティ比を低くして低デューティ比にて打撃を行うようにモータを駆動する。デューティ比の切り替えは、ハンマとアンビルとの係合が外れる前に行われ、特に好ましくはハンマが後退し始める直前、例えば打撃の行われる１／４回転以上１回転未満前に行われると良い。ここで高デューティ比と低デューティ比は、トリガをフルに引いた場合の上限値の設定であって、トリガの引き具合によってデューティ比は、０より高デューティ比の範囲内で、もしくは、０より低デューティ比の範囲内で制御手段により設定される。
【００１３】
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、制御装置は電流値が第１の閾値を最初に超えた時点で高デューティ比から低デューティ比に切り替えるように制御する。モータはブラシレスＤＣモータとするのが好ましく、半導体スイッチング素子を複数用いたインバータ回路によりブラシレスモータを駆動すると良い。高デューティ比は８０〜１００％の範囲で設定され、低デューティ比は設定された高デューティ比の６０％以下の値に設定されると良い。締め付け完了によるモータの回転停止は、作業者がトリガを戻すことで行っても良いし、制御装置によって電流値が第２の閾値を超えたことを検出した時点でモータの駆動を自動的に停止させても良い。
【００１４】
本発明のさらに他の特徴によれば、低デューティ比に切り替えた後に、電流検出手段により検出される電流値が第１の閾値以下の場合に、低デューティ比を所定の比率で連続して増加させ（但し、増加後のデューティ比は高デューティ比を越えない）、（ｂ）電流検出手段により検出される電流値が第１の閾値を再び超えた場合は、デューティ比を低デューティ比に再び戻し、以降、（ａ）と（ｂ）の手順を繰り返すようにした。
【００１５】
本発明のさらに他の特徴によれば、低デューティ比に切り替えた後に、電流検出手段により検出される電流値が第１の閾値よりも十分低い第３の閾値以下になった場合に、低デューティ比を高いデューティ比に戻し、ハンマによるアンビルの次の打撃が行われる前に低デューティ比に切り替えて以降の打撃を行うようにモータを駆動する。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、制御手段はトリガが引かれたら高デューティ比で駆動するものの、最初の打撃直前に低デューティ比に切り替えて以降の打撃を行うので、高出力モータを用いたインパクトドライバにて短いネジや下穴機能付きのセルフドリリングねじを用いる場合であっても、作業スピードを低減すること無く、ネジ頭やネジ溝を破損したり、被締付材側を痛めてしまうことを効果的に防止できる。この結果、高出力型モータを採用することができる上にモータの省電力化を図ることができ、さらにはインパクト工具の信頼性及び寿命を向上できる。
請求項２の発明によれば、デューティ比の切り替えは、ハンマとアンビルとの係合が外れる前に行われるので、打撃が行われるまでは最大速度にて締め付けを行い、打撃の際には確実にデューティ比を低減させて適切な打撃力にてインパクト打撃を行うことができる。通常、係合が外れた直後には電流が下がってしまい、その後にデューティを下げても既にハンマがスプリングの力で加速し始めており初回の打撃力がほとんど小さくならないが、請求項２の発明によれば係合が外れる前にデューティ比の切り替えを行うので、最初の打撃時には低デューティ比による打撃を行うことができる。
請求項３の発明によれば、デューティ比の切り替えは、ハンマが後退し始める前に行われるので、デューティ比の低減による締め付け速度の低下を防止することができる。ここでハンマが後退し始めてからデューティ比を下げようとすると、係合が外れるまでの時間が非常に短いため、十分にモータの速度が低下しない可能性があるが、請求項３の発明によれば早めにデューティ比を下げることでモータの速度を十分に低下させることができる。
請求項４の発明によれば、制御装置は電流検出装置により検出された電流値が第１の閾値を最初に超えた時点で高デューティ比から低デューティ比に切り替えるので、特別な検出センサを別途準備することなく打撃の行われる直前にデューティ比を切り替えることができる。
請求項５の発明によれば、インバータ回路駆動のブラシレスＤＣモータを用いるので、デューティ比の制御によりきめ細かな締め付け制御を行うことができる。
【００１７】
請求項６の発明によれば、高デューティ比は８０〜１００％の範囲で設定され、低デューティ比は設定された高デューティ比の６０％以下の値に設定されるので、締め付けトルク不足を生ずること無く規定のトルクにて確実に締め付け作業を完遂できる。
請求項７の発明によれば、制御装置は電流値が第２の閾値を超えた時点でモータの駆動を停止させるので、締め付け不足又は締め付け過多を防止できる。
請求項８の発明によれば、低デューティ比に落とした後に、所定の比率にて徐々にデューティ比を上昇させるので、最初に低デューティ比に落とした後には、モータ電流のピーク値を追跡すること無く簡単な処理にてデューティ比の変動制御を行うことができ、低い処理能力のマイコンを用いた制御装置であっても本発明の処理を実現できる。
請求項９の発明によれば、低デューティ比に切り替えた後に電流値が第１の閾値よりも十分低い第３の閾値以下になった場合に再び高デューティ比に戻すので、外乱等の何らかの要因により電流値が一時的に上昇した場合であっても正常に締め付け動作を完了させることができ、締め付け不足の発生を防止できる。
【００１８】
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】
【００１９】
【図１】本発明の実施例に係るインパクト工具の内部構造を示す縦断面図である。
【図２】インバータ回路基板４を示す図であり、（１）はインパクト工具１の後側から見た背面図であり、（２）は側面から見た側面図である。
【図３】本発明の実施例に係るモータ３の駆動制御系の回路構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施例のインパクト工具におけるモータ電流、ＰＷＭ駆動信号のデューティ比、締付トルクの関係を示すグラフである（短いねじを締め付ける場合）。
【図５】本発明の実施例のインパクト工具におけるモータ電流、ＰＷＭ駆動信号のデューティ比、締付トルクの関係を示すグラフである（長いねじを締め付ける場合）。
【図６】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７】本発明の第２の実施例のインパクト工具におけるモータ電流、ＰＷＭ駆動信号のデューティ比、締付トルクの関係を示すグラフである（短いねじを締め付ける場合）。
【図８】本発明の第２の実施例のインパクト工具におけるモータ電流、ＰＷＭ駆動信号のデューティ比、締付トルクの関係を示すグラフである（長いねじを締め付ける場合）。
【図９】本発明の第２の実施例のインパクト工具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３の実施例のインパクト工具におけるモータ電流、ＰＷＭ駆動信号のデューティ比、締付トルクの関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の第３の実施例のインパクト工具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１２】従来のインパクト工具におけるモータ電流、ＰＷＭ駆動信号のデューティ比、締付トルクの関係を示すグラフである。
【図１３】インパクト工具におけるハンマとアンビルを含む打撃部の動きと、モータ電流の増減関係を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２０】
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１の矢印に示した方向として説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係るインパクト工具１の内部構造を示す図である。インパクト工具１は、充電可能なバッテリ９を電源とし、モータ３を駆動源として回転打撃機構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、スリーブ３１の取付穴３０ａに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ネジ締めやボルト締め等の作業を行う。ブラシレスＤＣ方式のモータ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１２は、ハウジング２の胴体部２ａの中央部付近に設けられる軸受１９ａと後端側の軸受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１２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４が配設される。ロータファン１３によって起こされる空気流は、空気取入孔１７ａ、１７ｂ及びインバータ回路基板４の周囲のハウジング部分に形成されたスロット（図示せず）からハウジング２の内部に取り込まれ、主にロータ３ａとステータ３ｂ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図示しないスロットからハウジング２の外部に排出される。インバータ回路基板４はモータ３の外形とほぼ同形の円形の両面基板であり、この基板上にはＦＥＴ等の複数のスイッチング素子５や、ホールＩＣ等の位置検出素子３３が搭載される。
【００２２】
ロータ３ａと軸受１９ａの間には、スリーブ１４とロータファン１３が回転軸１２と同軸上に取り付けられる。ロータ３ａは、マグネット１５によって形成される磁路を形成するもので、例えば４つの平板状のスロットが形成された薄い金属板の積層により構成される。スリーブ１４は、ロータファン１３とロータ３ａが空転せずに回るようにする接続部材で、例えばプラスチックによって形成される。スリーブ１４の外周部には、必要に応じてバランス修正用溝（図示せず）を形成する。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形されるもので、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り、回転軸１２が貫通する貫通穴の周囲から放射状に延びる複数のブレードを有する。ロータ３ａと軸受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、軸受１９ｂとロータ３ａ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４（図１）を同軸上に配置するためと、スイッチング素子５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必要とされるものである。
【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内の上部にはスイッチトリガ（ＳＷトリガ）６が配設され、スイッチトリガ６の下方にはスイッチ基板７が設けられる。スイッチトリガ６の上方には、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１０が設けられる。ハンドル部２ｂ内の下部には、スイッチトリガ６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８が収容され、この制御回路基板８は、バッテリ９とスイッチトリガ６に電気的に接続される。制御回路基板８は、信号線１１ｂを介してインバータ回路基板４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を含んで構成されるバッテリ９が着脱可能に装着される。バッテリ９は例えばリチウムイオン電池等の複数本の二次電池をパック化したもので、バッテリ９を充電するときは、インパクト工具１からバッテリ９を取り外して、図示しない専用の充電器に装着することにより充電される。
【００２４】
回転打撃機構２１は、遊星歯車減速機構２２とスピンドル２７とハンマ２４を備え、後端が軸受２０、前端がメタル２９により保持される。スイッチトリガ６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、その回転力は遊星歯車減速機構２２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、これらのカム溝２５、２８に係合するボール２６によって構成される。
【００２５】
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の相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。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。
【００２６】
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ネジ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ネジに回転打撃力が間欠的に繰り返し伝達され、例えば、ネジが木材等の図示しない被締めつけ材にねじ込まれる。
【００２７】
次に図２を用いて、本実施例に係るインバータ回路基板４を説明する。図２は、インバータ回路基板４を示す図であり、（１）はインパクト工具１の後側から見た背面図であり、（２）は側面から見た側面図である。インバータ回路基板４は、例えばガラエポ (ガラス繊維をエポキシ樹脂で固めたもの）で構成され、モータ３の外形とほぼ同形の略円形であり、中央にはスペーサ３５を貫通させるための穴４ａが形成される。インバータ回路基板４の周囲には、４つのねじ穴４ｂが形成され、このねじ穴４ｂを貫通するねじによって、インバータ回路基板４がステータ３ｂに固定される。インバータ回路基板４には、穴４ａを囲むように６つのスイッチング素子５が取り付けられる。本実施例ではスイッチング素子５として薄型のＦＥＴを用いたが、通常サイズのＦＥＴであっても良い。
【００２８】
スイッチング素子５は厚さが非常に薄いので、本実施例においては、基板上に寝かせた状態で、表面実装（ＳＭＴ：Ｓｕｒｆａｃｅ  ｍｏｕｎｔ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）によってスイッチング素子５をインバータ回路基板４に取り付ける。尚、図示していないが、インバータ回路基板４の６つのスイッチング素子５全体を覆うように、シリコンなどの樹脂をコーティングすることが望ましい。インバータ回路基板４は両面基板となっており、その前面側には３つの位置検出素子３３（図２（２）では２つだけ図示）と、サーミスタ３４等の電子素子が搭載される。インバータ回路基板４は、モータ３と同形の円よりも下方にやや突出する形状であり、その突出した部分に複数の貫通穴４ｄが形成され、前面側から信号線１１ｂが貫通されて後面側においてはんだ付け３８ｂにより固定される。同様に電源線１１ａも前面側からインバータ回路基板４の貫通穴４ｃを貫通されて、後面側においてはんだ付け３８ａにより固定される。尚、信号線１１ｂと電源線１１ａのインバータ回路基板４への固定は、基板上に固定されるコネクタを介しても良い。
【００２９】
次に、図３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。
【００３０】
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１５（永久磁石）を埋め込んで構成されたロータ３ａと、ロータ３ａ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３ｂを含んで構成される。なお、本実施例では、ロータ３ａの位置検出は、ホールＩＣ等の位置検出素子３３を用いて電磁結合的に行っているが、電機子巻線の誘起起電圧（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ロータ３ａの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。
【００３１】
インバータ回路基板４に搭載されるインバータ回路は、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４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４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９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。
【００３２】
制御回路基板８には、演算部４０、電流検出回路４１、電圧検出回路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、及び制御信号出力回路４８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、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４１はシャント抵抗３６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。電圧検出回路４２はバッテリ９のバッテリ電圧を検出するための回路であり、検出された検出電圧は演算部４０に入力される。
【００３３】
印加電圧設定回路４３は、スイッチトリガ６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３ａとステータ３ｂ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。
【００３４】
次に、図４のグラフを用いて本実施例のインパクト工具におけるモータ電流、ＰＷＭ駆動信号のデューティ比、締付トルクの関係を説明する。（１）〜（３）の各グラフは横軸が時間（ミリ秒）であり、互いの横軸を合わせて図示している。本実施例においては、インパクト工具１を用いて、短いねじ又は短いセルフドリリングねじを締め付ける場合の例であって、時刻ｔ０において作業者がスイッチトリガ６を引くことによりモータ３が始動し、それによってアンビル３０に所定の締付トルク５３が発生する。ネジが着座すると締付材から受けるトルクの反力が増大し、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。この結果、ハンマ２４はスプリング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時刻ｔ２においてアンビル３０の凸部を打撃する。この最初の打撃に至るまでのモータ電流５１の変動を示すのが図４（１）であり、矢印５１ｂから５１ｄまでのモータ電流５１の変動が図１３のモータ電流２４０の変動に相当する。ここで、ハンマ２４の打撃の前でハンマ２４が後ろに後退する時のモータ電流５１が最大となり（矢印５１ｃ）、モータ３にかかる負荷が最大となり電流値がピークに達する。
【００３５】
本実施例では、このモータ電流５１が所定の閾値（第１の閾値）たる電流閾値Ｉ１を越えたら図４（２）の時刻ｔ１のようにＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御のデューティ比５２の制限値を１００％から４０％に低下させる。この電流閾値Ｉ１は、高めに設定されていたデューティ比を低めに切り替えるタイミングを設定するための作業判別用の閾値である。このようにデューティ比５２を１００％から４０％に低下させることによりモータ電流５１の推移は矢印５１ｂから矢印５１ｃに至るようになる。尚、仮に時刻ｔ１においてデューティ比５２を落とさずに１００％のままとすると、モータ電流は点線５４のように急上昇し、１回目の打撃（時刻ｔ２）直後にモータ３を停止させるための電流閾値（第２の閾値）ＩＳＴＯＰを越える恐れがある。この場合締め付けられるねじに対して急激に打撃をしてしまう結果、ねじ頭を痛める恐れがある。本実施例では、１回目の打撃が起こる直前である時刻ｔ１の時点でデューティ比５２を１００％から４０％に低下させるため、打撃前はモータのフルパワーによる素早い締め付けを行い、打撃の所定回転前（本実施例では１／４回転〜１回転前であって例えば１／２回転程度前）においてデューティ比を落として以降の打撃を行うようにした。
【００３６】
このように時刻ｔ１においてデューティ比を４０％に低下させるため、以降の打撃を適正な強さにて行うことができ、その際のモータ電流５１はハンマ２４（図１参照）の回転位置、前後位置に応じて矢印５１ｄから５１ｈのように変動しながら複数回の打撃が行なわれる。この際の締付トルク５３は１回目の打撃（時刻ｔ２）、２回目の打撃（時刻ｔ３）が行われるにつれて矢印５３ａ、５３ｂのように徐々に増大し、３回目の打撃（時刻ｔ４）が行われた後には矢印５３ｃのように締め付け設定トルク値Ｔｎを越えるため締め付けが完了する。本実施例では締め付け完了をモータ電流５１の監視により演算部４０（図３参照）が行うように構成した。そのためモータ３の回転を停止させる判別の電流閾値ＩＳＴＯＰを設定し、矢印５１ｉのように時刻ｔ５においてモータ電流５１が電流閾値ＩＳＴＯＰを越えたことを検出したら、演算部４０はインバータ回路に供給する制御信号を停止させてモータ３の回転を停止する。本実施例の制御によれば、たとえ短いネジであったとしてもインパクト打撃を強く行って１回で終了させるのでは無く、適正な打撃で時刻ｔ２、ｔ３、ｔ４のように複数回に分けて行うのでネジ頭を痛めること無く確実に締め付け作業を完了させることができる。
【００３７】
次に図５に長いねじ又は長いセルフドリリングねじを締め付ける場合の、インパクト工具におけるモータ電流、ＰＷＭ駆動信号のデューティ比、締付トルクの関係を説明する。演算部４０において制御する制御方法は図４の場合と同じで有り、ネジの長さが長いために締め付け完了までに必要な打撃数が多くなるだけである。先ず、時刻ｔ０にてモータ３の回転が開始されると、ねじの締め付け状況に応じてモータ電流６１が上昇し、ネジの締め付けが所定の段階（例えば着座、セルフドリリングねじ、セルフタッピングビスにおいて下穴機能部の通過）になるとネジから受ける負荷が上昇するため、矢印６１ａのように急に上昇し、時刻ｔ１にて電流閾値Ｉ１を越えるため、演算部４０はＰＷＭのデューティ比を１００％から４０％に低下させる。その後、ハンマ２４が後退することにより矢印６１ｃのように最大になった後にハンマ２４とアンビルとの係合状態が外れるためモータ電流６１が低下し、最も低下した付近（矢印６１ｄ）にて１回目の打撃が行われる。この際の締め付けトルク値は矢印６３ａのように上昇する。同様の打撃を時刻ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６と行い、その際のモータ電流は矢印６１ｅ〜６１ｌのように増減する。この際のピーク電流は矢印６１ｅ、６１ｇ、６１ｉ、６１ｋ、６１ｍとなるがそれらは停止判別電流閾値ＩＳＴＯＰを越えていない。その際の締付トルク値は、矢印６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ、６３ｅのように段階的に増大していく。そして時刻ｔ７において６回目の打撃が行われると矢印６１ｏに示すように時刻ｔ８にて停止判別電流閾値ＩＳＴＯＰを越えるために演算部４０はモータ３の回転を停止させる。このように６回目の打撃によって締付トルク値６３は矢印６３ｆのように設定トルク値Ｔｎを越えるため締め付け動作が完了する。
【００３８】
以上のように、本実施例では連続してデューティ比１００％で打撃を行うのでは無く、１回目の打撃の前に低デューティ比４０％に切り替えてから以降の打撃が行われるようにした。このように打撃は必ず低いデューティ比で行うようにしたので、初回の打撃でいきなり設定トルク値ＴＮを越えること無く、複数回の打撃により確実に締め付けを完了させることができる。尚、本実施例では高デューティ比と低デューティ比の組み合わせを１００％と４０％としたが、高デューティ比は８０〜１００％の範囲で設定して、低デューティ比は設定された高デューティ比の６０％以下の値にするように、例えば９０％、３０％というようにその他のデューティ比の組み合わせとなるように設定しても良い。
【００３９】
次に図６のフローチャートを用いて、インパクト工具１による締め付け作業を行う際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６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は作業者によってスイッチトリガ６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７２に進む（ステップ７１）。ステップ７１でスイッチトリガ６が引かれたことを検出したら、演算部４０はＰＷＭデューティ値の上限値を１００％に設定し（ステップ７２）、スイッチトリガ６の操作量を検出する（ステップ７３）。次に演算部４０は作業者によってスイッチトリガ６が離されてＯＦＦになったか否かを検出し（ステップ７４）、引かれたままならステップ７５に進み、離された場合はモータ３を停止して（ステップ８１）、ステップ７１に戻る。次に演算部４０は検出されたスイッチトリガ６の操作量に応じてＰＭＷデューティ値を設定する（ステップ７５）。ここでは操作量に応じたＰＭＷデューティ値は、例えば（最大ＰＭＷデューティ値）×（操作量（％））で設定できる。次に演算部４０は、電流検出回路４１の出力を用いてモータ電流値Ｉを検出する（ステップ７６）。次に演算部４０は、ＰＷＭデューティ比の設定値（上限値）が１００％の設定であって検出されたモータ電流Ｉが作業判別電流閾値Ｉ１以上かを判定する（ステップ７７）。ここで、モータ電流Ｉが作業判別電流閾値Ｉ１以上の場合は、ＰＷＭデューティ比の最大値を４０％に設定してステップ７８に進む（ステップ８２）。モータ電流Ｉが作業判別電流閾値Ｉ１未満の場合は、ＰＷＭデューティ比の最大値を変更せずにステップ７８に進む。
【００４０】
次に演算部４０は、検出されたモータ電流値Ｉが停止判別電流閾値ＩＳＴＯＰ以上であるかどうかを判定し、閾値ＩＳＴＯＰ以上の場合はステップ７９にてモータを停止してステップ７１に戻る（ステップ７７）。閾値ＩＳＴＯＰ未満の場合はステップ７３に戻る（ステップ７８）。以上の処理を繰り返すことにより、最初の打撃が行われる直前までは高デューティ比による回転を行い、打撃開始の１回転未満以内の直前において低デューティ比に切り替えるようにして打撃を行うので、ネジの破損を防止できる上に複数回の打撃によって確実に締付設定トルクにて締め付けを行うことができる。また、打撃の際に必要以上に高いトルクを発生させないようにモータ３を駆動するので、高出力のモータ３を用いた場合であっても電動工具の耐久性を大幅に向上させることができる。さらに、打撃を行う際のモータ３の消費電力を削減することができるので、バッテリ寿命を伸ばすことができる。
【実施例２】
【００４１】
次に図７〜図９を用いて本発明の第２の実施例について説明する。第２の実施例においては、最初の打撃が行われる直前に高デューティ比を下げることは同じであるが、低デューティ比に下げた後であって、モータ電流が電流閾値Ｉ１以下の状態を維持している間はデューティ値を所定の比率で徐々に上げる制御を行うものである。
【００４２】
図７は第２の実施例のインパクト工具におけるモータ電流、ＰＷＭ駆動信号のデューティ比、締付トルクの関係を説明する。（１）〜（３）の各グラフは横軸が時間（ミリ秒）であり、互いの横軸を合わせて図示している。本実施例においては、インパクト工具１を用いて、短いねじを締め付ける場合の例であって、時刻ｔ０において作業者がスイッチトリガ６を引くことによりモータ３が始動し、それによってアンビル３０に所定の締付トルク９３が発生する。この際のハンマ２４とアンビル３０の動作は図４と同じであり、時刻ｔ３においてハンマ２４がアンビル３０を打撃する。この最初の打撃に至るまでのモータ電流９１の変動を示すのが図７（１）である。ここでハンマ２４が最初に後退する時のモータ電流９１がピークとなり（矢印９１ｃ）、モータ３にかかる負荷が最大となる。本実施例では、このモータ電流９１が所定の電流Ｉ１を越えたら図７（２）の時刻ｔ１のようにＰＷＭ制御のデューティ比９２を１００％から４０％に低下させる。デューティ比９２を４０％に低下させるとモータ電流９１が矢印９１ｂから矢印９１ｃに至るように変化し、時刻ｔ３付近で最初の打撃が行われる。その後は原則的にデューティ比を４０％付近に維持したままにするが、本実施例では時間の経過と共にわずかにデューティ比を上昇させるようにした。例えば、図７（２）の図において時刻ｔ２からｔ４までは一定の比率にてわずかに上昇させるようにした。しかしながら時刻ｔ４において再びモータ電流９１が第１の閾値Ｉ１を越えたため、上昇させたデューティ比をリセットして４０％に戻している。次に時刻ｔ５において再びモータ電流９１が第１の閾値Ｉ１を下回ったため時間の経過と共にわずかにデューティ比を上昇させる（時刻ｔ５〜ｔ７）。以降の処理を繰り返して２回目の打撃（時刻ｔ６）、３回目の打撃（時刻ｔ８）が行われるにつれて矢印９３ｂ、９３ｃのように締付トルク９３がと徐々に増大し、時刻ｔ９にてモータ電流９１が電流閾値ＩＳＴＯＰを越えたため締め付けを完了する。本実施例の制御によれば、第１の閾値Ｉ１を最初に越えた以降の処理において、第１の閾値Ｉ１を越えたらデューティ比のわずかな増加、第１の閾値Ｉ１を下回ったら低デューティ比（４０％）にセットと比較的単純な演算処理で実現できるので、ピーク電流を保持するための記憶領域を確保する必要が無く処理能力が低いマイコンであっても本実施例による処理を実現できる。
【００４３】
図８は第２の実施例のインパクト工具におけるモータ電流、ＰＷＭ駆動信号のデューティ比、締付トルクの関係を説明する。（１）〜（３）の各グラフは横軸が時間（ミリ秒）であり、互いの横軸を合わせて図示している。本実施例においては、インパクト工具１を用いて、長いネジやセルフドリリングねじ等を締め付ける場合の例であって、時刻ｔ０において作業者がスイッチトリガ６を引くことによりモータ３が始動し、それによってアンビル３０に所定の締付トルク１０３が発生する。この際のハンマ２４とアンビル３０の動作は図４と同じであり、時刻ｔ３においてハンマ２４がアンビル３０を打撃する。この最初の打撃に至るまでのモータ電流１０１の変動を示すのが図８（１）である。ここでハンマ２４が最初に後退する時のモータ電流１０１がピークとなり（矢印１０１ｃ）、モータ３にかかる負荷が最大となる。本実施例では、このモータ電流１０１が所定の電流Ｉ１を越えたら図８（２）の時刻ｔ１のようにＰＷＭ制御のデューティ比１０２を１００％から４０％に低下させる。デューティ比１０２を４０％に低下させるとモータ電流１０１が矢印１０１ｂから矢印１０１ｃに至るように変化し、時刻ｔ３付近で最初の打撃が行われる。その後は原則的にデューティ比を４０％付近に維持したままにするが、本実施例では時間の経過と共にわずかにデューティ比を上昇させるようにした。例えば、図８（２）の図において時刻ｔ２からｔ４までは一定の比率にてわずかに上昇させるようにした。しかしながら時刻ｔ４において再びモータ電流１０１が第１の閾値Ｉ１を越えたため、上昇させたデューティ比をリセットして４０％に戻している。次に時刻ｔ５において再びモータ電流９１が第１の閾値Ｉ１を下回ったため時間の経過と共にわずかにデューティ比を上昇させる（時刻ｔ５〜ｔ７）。次に、時刻ｔ８の打撃の前に再びモータ電流１０１が第１の閾値Ｉ１を越えたため上昇させたデューティ比をリセットして４０％に戻しているが、次の打撃直前にはモータ電流１０１が第１の閾値Ｉ１を上回ったままである。従って、この際はデューティ比を上昇させることはせずに、時刻ｔ７以降はデューティ比を４０％に固定したままとする。以降の処理を繰り返して６回目の打撃（時刻ｔ１１）までに矢印１０３ａ〜１０３ｆのように締付トルク１０３がと徐々に増大し、時刻ｔ１２にてモータ電流１０１が電流閾値ＩＳＴＯＰを越えたため締め付けを完了する。
【００４４】
次に図９のフローチャートを用いて、第２の実施例における締め付け作業を行う際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で示す制御手順も、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は作業者によってスイッチトリガ６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１１２に進む（ステップ１１１）。ステップ１１１でスイッチトリガ６が引かれたことを検出したら、演算部４０はＰＷＭデューティ値の上限値を１００％に設定し（ステップ１１２）、スイッチトリガ６の操作量を検出する（ステップ１１３）。次に演算部４０は作業者によってスイッチトリガ６が離されてＯＦＦになったか否かを検出し（ステップ１１４）、引かれたままならステップ１１５に進み、離された場合はモータ３を停止して（ステップ１２５）、ステップ１１１に戻る。
【００４５】
次に演算部４０は検出されたスイッチトリガ６の操作量に応じてＰＭＷデューティ値を設定する（ステップ１１５）。ここでは操作量に応じたＰＭＷデューティ値は、例えば（最大ＰＭＷデューティ値）×（操作量（％））で設定できる。次に演算部４０は、電流検出回路４１の出力を用いてモータ電流値Ｉを検出する（ステップ１１６）。次に演算部４０は、ＰＷＭデューティ比の設定値（上限値）が１００％の設定であって検出されたモータ電流Ｉが作業判別電流閾値Ｉ１以上かを判定する（ステップ１１７）。ここで、モータ電流Ｉが作業判別電流閾値Ｉ１以上の場合は、パワーダウン制御フラグをセットして（ステップ１２６）、ＰＷＭデューティ比の最大値を４０％に設定してステップ１２２に進む（ステップ１２７）。ここで、パワーダウン制御フラグは、モータ電流Ｉが作業判別電流閾値Ｉ１未満の場合にＯＮにされる制御フラグであって、演算部４０に含まれるマイコンによるコンピュータプログラムの実行に用いられるものである。ステップ１１７においてモータ電流Ｉが作業判別電流閾値Ｉ１未満の場合は、パワーダウン制御フラグをチェックして、フラグが既に設定されているか否かを判定する（ステップ１１８）。パワーダウン制御フラグを検出した場合は、前回設定したＰＷＭデューティ比の値に０．１％を加算し（ステップ１１９）、現在のＰＷＭデューティ比の値が１００％であるかを判定する（ステップ１２０）。ここでＰＷＭデューティ比の値が１００％の場合は、パワーダウン制御フラグをクリアし（ステップ１２１）、ステップ１２２に進む。ステップ１２０でＰＷＭデューティ比の値が１００％でない場合はステップ１２２に進む。ステップ１１８において、パワーダウンフラグを検出した場合は、前回のＰＷＭデューティ比の値に１％を加算してステップ１２２に進む（ステップ１２８）。
【００４６】
次に演算部４０は、検出されたモータ電流値Ｉが停止判別電流閾値ＩＳＴＯＰ以上であるかどうかを判定し、閾値ＩＳＴＯＰ以上の場合はステップ１２３にてモータを停止してステップ１１１に戻る（ステップ１２２）。閾値ＩＳＴＯＰ未満の場合はステップ１１３に戻る（ステップ１２２）。以上の処理を繰り返すことにより、最初の打撃が行われる直前までは高デューティ比による回転を行い、打撃開始の１回転未満以内において低デューティ比に切り替えるようにして打撃を行う。また、低デューティ比に切り替えた後であってもモータ電流Ｉが作業判別電流閾値Ｉ１以下の場合には、所定の時間間隔（本フローチャートの処理が行われるタイムインターバル毎）にデューティ比を徐々に上昇させるようにしたので、フローチャートの処理が実行されるその時々のモータ電流値Ｉに応じて４０％にするか、加算するかのいずれかの処理を行えば良いので、モータ電流値Ｉのピーク電流を保存するためのメモリ領域の確保が不要であるうえに、デューティ比が急激に上がったり下がったりを繰り返すことがなく、打撃が不安定になることを防止できる。
【実施例３】
【００４７】
次に図１０及び図１１を用いて本願発明の第３の実施例を説明する。第３の実施例は第１の実施例に対してさらに、低デューティ比から高デューティに戻す制御を追加したものである。図１０は長いねじを締め付ける場合の、インパクト工具におけるモータ電流、ＰＷＭ駆動信号のデューティ比、締付トルクの関係を説明する図である。先ず、時刻ｔ０にてモータ３の回転が開始されると、ねじの締め付け状況に応じて矢印１３１ａのようにモータ電流１３１が急に上昇し、時刻ｔ１にて電流閾値Ｉ１を越えるため、演算部４０はＰＷＭのデューティ比を１００％から４０％に低下させる。しかしながら、その後矢印１３１ｃのようにモータ電流１３１がピークに到達した後に矢印１３１ｄのようにモータ電流１３１が急激に低下して復帰電流閾値（第３の閾値）ＩＲを下回る場合がある。これはねじ山に鉄粉がかみこむなどして、何らかの原因により着座前にモータ電流Ｉが上がってしまう現象であるが、その場合はモータ３にかかる負荷トルクとモータ電流１３１は上がるものの、着座はしていないので、ねじが相手材を締め付けているトルク（締付トルク１３３）は矢印１３３ａのようにほとんど変動していない。従って第３の実施例ではモータ電流１３１が復帰電流閾値（第３の閾値）ＩＲを下回った場合は着座等に起因してモータ電流１３１が電流閾値Ｉ１を越えたものでは無いと判定し、演算部４０は復帰電流閾値（第３の閾値）ＩＲを下回った時刻ｔ２においてデューティ比を１００％に戻してモータ３の駆動を行う。
【００４８】
次に、締め付けが進行するにつれてモータ電流１３１が再び上昇して矢印１３１ｅのように時刻ｔ３にて電流閾値Ｉ１を再び越えたら演算部４０はＰＷＭのデューティ比を再び１００％から４０％に低下させる。この後、ハンマ２４が後退することにより矢印１３１ｆのようにモータ電流１３１が最大になった後にハンマ２４とアンビルとの係合状態が外れるためモータ電流１３１が低下し、最も低下した付近（矢印１３１ｇ）の時刻ｔ４にて１回目の打撃が行われる。この際の締め付けトルク値は矢印１３３ｂのように上昇する。同様の打撃を時刻ｔ５、ｔ６と行い、その際のモータ電流は矢印１３１ｈ〜１３１ｋのように増減し、時刻ｔ７において矢印１３１ｌに示すように停止判別電流閾値ＩＳＴＯＰを越えるために演算部４０はモータ３の回転を停止させる。尚、デューティ比の復帰電流閾値（第３の閾値）ＩＲは、打撃開始後のモータ電流１３１が下降時（矢印１３１ｇ、１３１ｉ、１３１ｋ）の時に容易に下回らないように電流閾値Ｉ１に対して十分小さく設定しておくと良い。
【００４９】
図１１は、本発明の第３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。まず、演算部４０は作業者によってスイッチトリガ６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１４２に進む（ステップ１４１）。ステップ１４１でスイッチトリガ６が引かれたことを検出したら、演算部４０はＰＷＭデューティ値の上限値を１００％に設定し（ステップ１４２）、スイッチトリガ６の操作量を検出する（ステップ１４３）。次に演算部４０は作業者によってスイッチトリガ６が離されてＯＦＦになったか否かを検出し（ステップ１４４）、引かれたままならステップ１４５に進み、離された場合はモータ３を停止して（ステップ１５７）、ステップ１４１に戻る。次に演算部４０は検出されたスイッチトリガ６の操作量に応じてＰＭＷデューティ値を設定し（ステップ１４５）、電流検出回路４１の出力を用いてモータ電流値Ｉを検出する（ステップ１４６）。
【００５０】
次に演算部は、検出されたモータ電流Ｉが作業判別電流閾値Ｉ１以上かを判定する（ステップ１４７）。モータ電流Ｉが作業判別電流閾値Ｉ１以上の場合は、ＰＷＭデューティ比の最大値を４０％に設定してステップ１５３に進む（ステップ１５８）。ステップ１４８で演算部は、検出されたモータ電流Ｉが復帰電流閾値ＩＲ以下かを判定する（ステップ１４８）。モータ電流Ｉが復帰電流閾値ＩＲ以上の場合はステップ１５４に進み、以下の場合は、検出したモータ電流値Ｉを演算部に含まれる電流値メモリに記憶する（ステップ１４９）。電流値メモリは、演算部に含まれるＲＡＭ等の一時記憶メモリを利用することができ、検出された時間の経過時間をカウントするための情報も併せて格納すると良い。次に演算部は、モータ電流ピーク検出タイマによって、モータ電流Ｉが復帰電流閾値ＩＲ以下になった時点からの経過時間を測定し、その時間が一定時間経過したかを判定する（ステップ１５０）。ここで、一定時間を経過していない場合はステップ１５４に進み、経過していたら、電流値メモリに格納された複数のモータ電流値を読み出す（ステップ１５１）。次に演算部４０は読み出したモータ電流値Ｉが連続して復帰電流閾値ＩＲ以下であるかを判定し、連続して復帰電流閾値ＩＲ以下の場合はＰＷＭデューティ値の設定値を１００％に設定し（ステップ１５３）、連続して復帰電流閾値ＩＲ以下でない場合はステップ１５８に進む。次に演算部４０は、検出されたモータ電流値Ｉが停止判別電流閾値ＩＳＴＯＰ以上であるかどうかを判定し、閾値ＩＳＴＯＰ以上の場合はステップ１５５にてモータを停止してステップ１４１に戻る。閾値ＩＳＴＯＰ未満の場合はステップ１４３に戻る（ステップ１５４）。
【００５１】
このように本実施例では何らかの原因によってモータ電流値Ｉが瞬間的に復帰電流閾値ＩＲ以下になっても直ちにデューティ比を１００％に復帰させずに、ピーク電流Ｉを観察してステップ１５２にて連続して復帰電流閾値ＩＲ以下が続いたことを確認して初めてデューティ比を１００％に復帰させるようにした。この結果ノイズや外乱等の影響によるでデューティ比の変動を効果的に防止ですることができる。尚、図１０で説明した時刻ｔ２でのデューティ比の切り替えでは、復帰電流閾値ＩＲ以下が連続したことを観察していないような制御に見えるが０に近い時間という意味であって、この連続する時間（一定時間）をどの程度に設定するかは、インパクト工具の特性等を考慮の上適宜設定すればよい。
【００５２】
以上の処理を繰り返すことにより、最初の打撃が行われる直前までは高デューティ比による回転を行い、打撃開始の１回転未満以内の直前において低デューティ比に切り替えるようにして打撃を行うので、ネジの破損を防止できる上に複数回の打撃によって確実に締付設定トルクにて締め付けを行うことができる。また、打撃の際に必要以上に高いトルクを発生させないようにモータ３を駆動するので、高出力のモータ３を用いた場合であっても電動工具の耐久性を大幅に向上させることができる。さらに、打撃を行う際のモータ３の消費電力を削減することができるので、バッテリ寿命を伸ばすことができる。尚、第３の実施例では復帰電流閾値ＩＲ以下の場合だけその状態が連続したことを観察するようにしたが、作業判別電流閾値Ｉ１以上の電流値の検出についても同様に連続的に観察するように構成しても良い。
【００５３】
以上のように、第３の実施例ではデューティ比１００％から４０％に低下させた後であっても、何らかの不慮の要因でモータ電流１３１が上がっただけであったと考えられる場合は、再びデューティ比を１００％に戻して以降の締め付け動作を継続するので、締め付け速度の低下を最小に抑えることができる。
【００５４】
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インパクト工具に限られず、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、打撃の際の駆動電力の調整を、ＰＷＭ制御のデューティ比の調整で行うようにしたが、それ以外にでも何らかの方法により打撃の際のモータに印加する電圧又は／及び電流を変更するようにしても良い。
【符号の説明】
【００５５】
１  インパクト工具                          ２  ハウジング
２ａ  胴体部                                ２ｂ  ハンドル部
３  モータ                                  ３ａ  ロータ
３ｂ  ステータ                              ４  インバータ回路基板
４ａ、４ｂ  穴                              ４ｃ、４ｄ  貫通穴
５  スイッチング素子                        ６  スイッチトリガ
７  スイッチ基板                            ８  制御回路基板
９  バッテリ                                １０  正逆切替レバー
１１ａ  電源線                              １１ｂ  信号線
１２  回転軸                                １３  ロータファン
１４  スリーブ                              １５  マグネット
１７ａ  空気取入孔                          １９ａ、１９ｂ、２０  軸受
２１  回転打撃機構                          ２２  遊星歯車減速機構
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  スリーブ
３３  位置検出素子                          ３４  サーミスタ
３５  スペーサ                              ３６  シャント抵抗
４０  演算部                                ４１  電流検出回路
４２  電圧検出回路                          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                      ５１  モータ電流
５２  デューティ比                          ５３  締付トルク
６１  モータ電流                            ６３  締付トルク値
９１  モータ電流                            ９２  デューティ比
９３  締付トルク                            １００  デューティ比
１０１  モータ電流                          １０２  デューティ比
１０３  締付トルク                          １２０  電気角
１３１  モータ電流                          ２０１  モータ電流
２０２  デューティ比                        ２０３  締付トルク値
２１０  ハンマ                              ２２０  アンビル
２４０  モータ電流  
【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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【図１３】
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