(57)【要約】【課題】早期に打撃不良を解消することが可能な電動工具の提供。【解決手段】インパクトレンチ１は、ハウジング２と、モータ３と、ハンマ５６と、アンビル５７とを備えている。ハンマ５６は、モータ３に回転されることによって、アンビル５７を打撃している。ハウジング２には、当該打撃を検出するための３軸加速度センサ３６が設けられていて、３軸加速度センサ３６は、モータ３のスラスト方向及び回転方向の衝撃を検出することができる。モータ３は、３軸加速度センサの検出結果に基づいて制御される。【選択図】図１
2014069264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
該ハウジングに収容されるモータと、
該モータにより回転されるハンマと、
該ハンマに打撃されることにより回転するアンビルと、
該打撃を検出するための３軸加速度センサと、
該３軸加速度センサの検出結果に基づいて該モータを制御する制御部と、を備えた電動工具。
【請求項２】
該３軸加速度センサは、該ハンマの回転方向の衝撃及び該ハンマの回転軸の軸方向の衝撃を検出可能であ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】
該制御部は、該３軸加速度センサによって検出した該回転方向の衝撃が回転目標値よりも小さい場合、該モータに供給する電流を上昇させることを特徴とする請求項２に記載の電動工具。
【請求項４】
該制御部は、該３軸加速度センサによって検出した該軸方向の衝撃が軸目標値よりも大きい場合、該モータに供給する電流を下降させることを特徴とする請求項２または３に記載の電動工具。
【請求項５】
該モータの回転数を検出する回転数検出部をさらに備え、該制御部は該回転数検出部及び該３軸加速度センサの検出結果に基づいて該モータを制御することを特徴とする請求項２に記載の電動工具。
【請求項６】
該制御部は、該回転数検出部によって検出した該モータの回転数が回転数目標値よりも小さい場合、該モータに供給する電流を下降させ、該３軸加速度センサによって検出した該回転方向の衝撃が回転目標値よりも小さい場合、該モータに供給する該電流を上昇させ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】
該モータの電流を検出する電流検出部をさらに備え、該制御部は該電流検出部及び該３軸加速度センサの検出結果に基づいて該モータを制御することを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
【請求項８】
モータと、
該モータの回転により回転方向及び軸方向に移動するハンマと、
該ハンマに打撃されることにより回転するアンビルと、
該ハンマの軸方向の衝撃に対して該ハンマの回転方向の衝撃を区別して検出できる検出手段をそなえた電動工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動工具に関し、回転駆動力を出力する電動工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動工具たるインパクトレンチは、モータと、モータによって回転されるスピンドルと、スピンドルによって回転されるハンマと、ハンマによって打撃されるアンビルとを備えている。アンビルには先端工具が着脱可能に設けられていて、先端工具によってボルト等の止具を加工部材に締結する（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−７２８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、硬い部材を対象とした締付作業では、アンビルに対して打撃を与えるハンマの反発力が大きいため、ハンマが大きく後退しスピンドルに衝突してしまう。当該衝突によってハンマとスピンドルとが一時的にロック状態となってしまい、ハンマとアンビルとの打撃タイミングにずれが生じてハンマの打撃力が十分にアンビルに伝達されないという打撃不良が発生していた。このような打撃不良は、一度発生すると連続的に起こってしまいインパクトレンチの締付力の低下や振動、騒音の増加等の原因となっていた。
【０００５】
従来のインパクトレンチでは、上記の打撃不良を的確に検出することが難しかったため、一度発生した打撃不良を早期に解消することは困難であった。そこで本発明は、早期に打撃不良を解消することが可能な電動工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明はハウジングと、該ハウジングに収容されるモータと、該モータにより回転されるハンマと、該ハンマに打撃されることにより回転するアンビルと、該打撃を検出するための３軸加速度センサと、該３軸加速度センサの検出結果に基づいて該モータを制御する制御部と、を備えた電動工具を提供している。
【０００７】
このような構成によると、電動工具は３軸加速度センサを備えているため、ハンマとアンビルとの打撃状態を高精度で検出することができる。これにより、ハンマとアンビルとの打撃不良を的確に検出し、制御部が３軸加速度センサの検出結果に基づいてモータを制御することにより、打撃不良を早期に解消することができる。
【０００８】
また、該３軸加速度センサは、該ハンマの回転方向の衝撃及び該ハンマの回転軸の軸方向の衝撃を検出可能であることが好ましい。
【０００９】
このような構成によると、３軸加速度センサはハンマの回転方向及びハンマの軸方向の衝撃を検出可能であるため、ハンマとアンビルとの打撃不良をより正確に検出することができる。
【００１０】
また、該制御部は、該３軸加速度センサによって検出した該回転方向の衝撃が回転目標値よりも小さい場合、該モータに供給する電流を上昇させることが好ましい。
【００１１】
ハンマがアンビルを最適な位置で打撃していないと、ハンマとアンビルとの打撃タイミングがずれてプレヒットやオーバーシュートが発生し、打撃による反力が小さくなって回転方向の衝撃が回転目標値よりも小さくなる。この場合は、ハンマとアンビルとを最適な位置で打撃させるために制御部がモータに供給する電流を上昇させる。これにより、打撃力の低下を最小限に抑え、早期に打撃不良を解消することができる。
【００１２】
また、該制御部は、該３軸加速度センサによって検出した該軸方向の衝撃が軸目標値よりも大きい場合、該モータに供給する電流を下降させることが好ましい。
【００１３】
ハンマがアンビルを打撃した際の反力が大きい場合は、ハンマの後退量が大きくなってハンマの後方に位置する部材とハンマとが衝突してカムエンド衝突が発生する。これによって、軸方向の衝撃が軸目標値よりも大きくなるとともに、当該衝突によってモータからの回転エネルギーが失われ打撃力が低下する。この場合は、ハンマがアンビルを打撃する際の反力を抑えるために、制御部がモータに供給する電流を下降させる。これにより、打撃力の低下を最小限に抑え、早期に打撃不良を解消することができる。
【００１４】
また、該モータの回転数を検出する回転数検出部をさらに備え、該制御部は該回転数検出部及び該３軸加速度センサの検出結果に基づいて該モータを制御することが好ましい。
【００１５】
ハンマとアンビルの打撃不良によって、ハンマが一時的にロック状態となることがあり、このときにモータの回転数が低下する。制御部は、回転数検出部と３軸加速度センサの検出結果に基づいてモータを制御するため、このような打撃不良も検出することができる。
【００１６】
また、該制御部は、該回転数検出部によって検出した該モータの回転数が回転数目標値よりも小さい場合、該モータに供給する電流を下降させ、該３軸加速度センサによって検出した該回転方向の衝撃が回転目標値よりも小さい場合、該モータに供給する該電流を上昇させることが好ましい。
【００１７】
制御部は、モータの回転数が回転数目標値よりも低下した場合は、ハンマが一時的にロック状態になったと判断し、モータに供給する電流を下降させる。これにより、打撃力の低下を最小限に抑え、早期に打撃不良を解消することができる。
【００１８】
また、該モータの電流を検出する電流検出部をさらに備え、該制御部は該電流検出部及び該３軸加速度センサの検出結果に基づいて該モータを制御することが好ましい。
【００１９】
ハンマとアンビルの打撃不良によって、ハンマが一時的にロック状態となることがあり、このときにモータの電流値が上昇する。制御部は、電流検出部と３軸加速度センサの検出結果に基づいてモータを制御するため、このような打撃不良も検出することができる。
【００２０】
本発明の別の観点によると、モータと、該モータの回転により回転方向及び軸方向に移動するハンマと、該ハンマに打撃されることにより回転するアンビルと、該ハンマの軸方向の衝撃に対して該ハンマの回転方向の衝撃を区別して検出できる検出手段をそなえた電動工具を提供している。
【００２１】
このような構成によると、検出手段がハンマの軸方向の衝撃に対してハンマの回転方向の衝撃を区別して検出できるので、カムエンド衝突と、プレヒット及びオーバーシュートとを区別して検出することができる。これにより、電動工具に発生した打撃不良の状態を詳しく把握することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、打撃不良を解消することが可能な電動工具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るインパクトレンチの断面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るインパクトレンチのインパクト機構の分解斜視図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るインパクトレンチのインパクト機構の斜視図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るインパクトレンチのインパクト機構の動作を説明するための概略図。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るインパクトレンチのモータの制御ブロック図。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係るインパクトレンチのフローチャート。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係るインパクトレンチの３軸加速度センサの検出結果を示すグラフ。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係るインパクトレンチのフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態に係る電動工具の一例であるインパクトレンチ１について、図１から図７に基づき説明する。図１に示されるインパクトレンチ１は、ハウジング２と、モータ３と、ギヤ機構４と、インパクト機構５とから主に構成されている。ハウジング２は樹脂製であってインパクトレンチ１の外郭を成しており、略筒状の胴体部２１と、胴体部２１から延出されるハンドル部２２とから主に構成されている。
【００２５】
図１に示されるように、胴体部２１内には、その長手方向がモータ３の軸方向と一致するようにモータ３が配置されると共に、モータ３の軸方向一端側に向かってギヤ機構４、インパクト機構５が並んで配置されている。以下の説明においてはモータ３からギヤ機構４、インパクト機構５に向かう方向を前側として、モータ３の軸方向と平行な方向を前後方向と定義する。また胴体部２１からハンドル部２２が延びる方向を下側として上下方向を定義し、インパクトレンチ１の後ろから見た左右を左右方向として定義する。
【００２６】
胴体部２１には、後述のファン３４により胴体部２１内に外気を吸入・排出する図示せぬ吸気口及び排気口が形成されている。
【００２７】
ハンドル部２２は、胴体部２１の前後方向略中央位置から下側に向けて延出し胴体部２１と一体に構成されている。ハンドル部２２の内部にはスイッチ機構６が内蔵されると共に、その延出方向先端位置に図示せぬ商用電源に接続可能な電源ケーブル２３が延出している。ハンドル部２２において、胴体部２１からの根元部分であって前側位置には、作業者の操作箇所となるトリガ２４が設けられている。ハンドル部２２の下部には、電源ケーブル２３からの交流を直流に変換するための整流回路２５が収容されている。
【００２８】
図１に示されるように、モータ３は、出力軸３１と永久磁石３２Ａを備えるロータ３２と、ロータ３２と対向する位置に配置されるステータ３３とから主に構成されるブラシレスモータであり、出力軸３１の軸方向が前後方向と一致するように胴体部２１内に配置されている。出力軸３１はロータ３２の前後に突出しており、その突出した箇所でベアリングにより胴体部２１に回転可能に支承されている。出力軸３１において、前側に突出している箇所には、出力軸３１と同軸一体回転するファン３４が設けられている。前側に突出している箇所の最前端位置にはピニオンギヤ３１Ａが出力軸３１と同軸一体回転するように設けられている。
【００２９】
モータ３の後方には、複数のホール素子３５Ａを備えた基板３５が設けられている。複数のホール素子３５Ａは、永久磁石３２Ａに対して前後方向において対向する位置に、出力軸３１の円周方向に所定の間隔毎、例えば６０度毎に３つ配置されている。
【００３０】
モータ３の半径方向外方には、３軸加速度センサ３６を備えた制御部３７が設けられている。３軸加速度センサ３６は、ＸＹＺ軸方向の加速度を検出可能である。本実施の形態では、出力軸３１のスラスト方向（軸方向）の加速度をＺ軸方向の加速度として検出し、出力軸３１の回転方向（円周方向）の加速度をＸ、Ｙ軸方向の加速度として検出する。これにより、インパクト機構５のインパクト動作の衝撃を軸方向だけでなく回転方向においても検出することができる。制御部３７は、配線によって基板３５及び整流回路２５と電気的に接続されている。モータ３の詳細な制御については、後述する。３軸加速度センサ３６はモータ３の近傍かつインパクト機構５の軸方向の延長線上に設けられているため、インパクト機構５で発生した衝撃を的確に検出することができる。３軸加速度センサ３６は、本発明の検出手段に相当する。
【００３１】
ギヤ機構４は、ピニオンギヤ３１Ａと噛合している一対の遊星ギヤ４１と、遊星ギヤ４１と噛合しているアウターギヤ４２と、遊星ギヤ４１を保持しているスピンドル４３とを備えている。遊星ギヤ４１はピニオンギヤ３１Ａを太陽ギヤとする遊星歯車機構であり、ピニオンギヤ３１Ａからの回転を減速してスピンドル４３に伝達している。遊星ギヤ４１は、前後方向に延びる回転軸４１Ａを備えており、回転軸４１Ａはスピンドル４３に回転可能に支承されている。スピンドル４３は、図２に示すように、ギヤ支持部４３Ａと軸部４３Ｂとから構成されており、ギヤ支持部４３Ａで遊星ギヤ４１を支持している。遊星ギヤ４１がピニオンギヤ３１Ａの周囲を回転することにより、当該回転によってスピンドル４３が回転する。以下の説明において、軸方向、回転方向、半径方向、とは、軸部４３Ｂに対する方向をいう。
【００３２】
軸部４３Ｂは前後方向に延びるとともに、略Ｖ字状の２つの溝４３ａが軸部４３Ｂの回転軸に対して互いに対向するように形成されている。溝４３ａは、Ｖ字の開口部が後方に向くように形成されている。溝４３ａには、後述のボール５１が当該溝に沿って移動可能に設けられている。略Ｖ字状の溝４３ａは、斜め後下方向に延びる２つの辺を組み合わせて構成されており、スピンドル４３が正回転しているときにはボール５１は一方の辺のみを往復し、スピンドル４３が逆回転しているときにはボール５１は他方の辺のみを往復する。
【００３３】
インパクト機構５は、ボール５１と、ストッパ５２と、スプリング５３と、ワッシャ５４と、球５５と、ハンマ５６と、アンビル５７と、を備えている。ストッパ５２は略円筒形状であって、前後方向に貫通し軸部４３Ｂが挿入される孔５２ａが形成されている。ストッパ５２の前端面はハンマ５６と当接可能であり、ハンマ５６が所定量以上に後退することを防止している。
【００３４】
スプリング５３はコイルスプリングであって、軸部４３Ｂに外装されている。スプリング５３の後端部はストッパ５２に当接し、前端部はワッシャ５４に当接している。これにより、スプリング５３はワッシャ５４を介してハンマ５６を前方に付勢している。ワッシャ５４は略円板形状であって、ハンマ５６とスプリング５３との間に設けられている。ワッシャ５４とスプリング５３との間には球５５が設けられている。
【００３５】
ハンマ５６は、図３に示すように、略円筒形状であって、前後方向に貫通し軸部４３Ｂが挿入される貫通孔５６ａが形成されている。貫通孔５６ａには、半径方向内方に突出した段差部５６Ａが形成されていて、段差部５６Ａとストッパ５２の前端面とが当接可能である。段差部５６Ａの前方には、段差部５６Ａよりもさらに半径方向内方に突出しワッシャ５４を受ける受け部５６Ｂが設けられている。受け部５６Ｂには、前方に凹んだ凹部５６ｂが形成されている。球５５は、凹部５６ｂに回転可能に支持されているため、ワッシャ５４及びスプリング５３はハンマ５６に対して相対回転可能である。
【００３６】
受け部５６Ｂの前方には、半径方向内方に窪んだ２つの溝部５６ｃが形成されている。各溝部５６ｃは、各溝４３ａに対向する位置に形成されていて、溝４３ａとともにボール５１を支持している。これにより、ハンマ５６がスピンドル４３に対して保持されるとともに、ボール５１が溝４３ａを移動することによりハンマ５６がスピンドル４３に対して相対的に前後方向かつ円周方向に移動することができる。ハンマ５６が所定量以上に後方に移動すると、ハンマ５６の前端面が溝４３ａよりも後方に位置してしまうため、ボール５１が溝４３ａから離脱してしまう。しかし、段差部５６Ａとストッパ５２の前端面とが当接することによりハンマ５６の所定量以上の後退が防止されるため、ボール５１の離脱が防止される。ハンマ５６の前端面には、前方に突出する２つの係合突起５６Ｃが貫通孔５６ａに対して互いに対向する位置に設けられている。
【００３７】
アンビル５７は略円柱形状をなし、前後方向に延びている。アンビル５７は、半径方向外方に突出する２つの被係合突起５７Ａが設けられている。アンビル５７の先端部分には、図示せぬ先端工具を着脱可能な工具保持部５７Ｂが設けられている。２つの被係合突起５７Ａは、アンビル５７の回転軸に対して互いに対向する位置に設けられている。
【００３８】
スピンドル４３がモータ３によって回転されると、ボール５１と、ハンマ５６と、スプリング５３と、ストッパ５２と、がスピンドル４３と共に回転する。これによって、係合突起５６Ｃと被係合突起５７Ａとが係合して、ハンマ５６とアンビル５７とが共に回転し、ボルト等の締付作業が行われる。締付作業が進むにつれてアンビル５７の負荷が重くなり、当該負荷が所定値を超えると、ハンマ５６がスプリング５３の付勢力に抗して後退する。このとき、ボール５１は、溝４３ａ内を後方に移動する。ハンマ５６が係合突起５６Ｃの前後方向の高さ以上に後退すると、係合突起５６Ｃは係合していた被係合突起５７Ａを乗り越える。スピンドル４３の回転力はボール５１を介してハンマ５６に伝達されているため、ハンマ５６は回転を続け、各係合突起５６Ｃは係合していた被係合突起５７Ａと対向している被係合突起５７Ａをそれぞれ打撃する。これにより、アンビル５７が回転して、図示せぬ先端工具に回転力が伝達される。この打撃によって、スラスト方向及び回転方向に３軸加速度センサ３６によって検出可能な衝撃が発生する。
【００３９】
係合突起５６Ｃが被係合突起５７Ａを打撃したことによる反発力によって、ハンマ５６はスプリング５３の付勢力に抗して後方に移動する。このとき、ボール５１は溝４３ａを後方に移動する（図４Ｃ）。ハンマ５６は後方に移動しつつ回転しているため、係合突起５６Ｃが打撃した被係合突起５７Ａを乗り越える。ハンマ５６の後方への移動量は、加工部材の硬度や先端工具の形状などによって異なる。そして、スプリング５３の付勢力によってハンマ５６は再び前進し（図４Ｄ）、ボール５１は溝４３ａを前方に移動する。そして、ボール５１が溝４３ａの最前位置に位置すると（図３）、各係合突起５６Ｃは先ほど打撃した被係合突起５７Ａと対向する位置にある被係合突起５７Ａを打撃する。このとき、ハンマ５６の前側端面であって係合突起５６Ｃが設けられていない部分と被係合突起５７Ａの後面とが当接するのと同時に、係合突起５６Ｃの回転方向側面と被係合突起５７Ａの回転方向側面とが当接するように、スプリング５３のバネ定数やハンマ５６及びアンビル５７の質量、形状などが設計されている。このときの打撃状態を最適打撃状態といい、図４Ａに示す。これにより、ハンマ５６の回転エネルギーを効率的にアンビル５７に伝達することができる。
【００４０】
インパクトレンチ１での締付作業中に、先端工具とボルト等の止具とが互いに噛み合ってしまって相対的に回転不能となることがある。そうすると、アンビル５７は回転不能のままハンマ５６がアンビル５７を打撃するため、ハンマ５６の回転エネルギーの大部分が反発力となってハンマ５６に戻ってきてしまい、最適打撃状態と比べてハンマ５６が大きく後退する。これにより、ボール５１が溝４３ａの後端に衝突し、図４Ｂに示すような、いわゆるカムエンド衝突が発生する。カムエンド衝突によって、インパクトレンチ１に発生する振動が大きくなるとともに、回転エネルギーのロスとなり打撃力が低下する。
【００４１】
また、カムエンド衝突が発生したことによって、ハンマ５６とアンビル５７との打撃タイミングがずれてしまい、プレヒットやオーバーシュートといった現象が起きることがある。プレヒットの状態を図４Ｅに示し、オーバーシュートの状態を図４Ｆに示す。カムエンド衝突による反発力によって、ハンマ５６は最適打撃状態と比較して早いタイミングで前方に移動して、係合突起５６Ｃの前端面と被係合突起５７Ａの後面とが衝突してプレヒットが発生する。その後、ハンマ５６は回転を続けてボール５１は溝４３ａの最前位置に位置する。打撃タイミングがずれているため、ボール５１が最前位置にあるときには係合突起５６Ｃと被係合突起５７Ａとは互いに離間している。ハンマ５６のさらなる回転によってボール５１は、現在往復動している溝４３ａの辺の一方の辺から他方の辺へと乗り上げてしまい、オーバーシュートとなる。そして、オーバーシュートによってハンマ５６はわずかに後退し、後退した状態で係合突起５６Ｃが被係合突起５７Ａを打撃するため、ハンマ５６の回転エネルギーがアンビル５７に十分に伝達されない。このように、一度、打撃タイミングがずれると、連続的にプレヒット、オーバーシュートが発生して打撃力が低下するため早急に打撃タイミングを最適打撃状態に戻す必要がある。なお、カムエンド衝突、プレヒット、オーバーシュート等の不具合は、上述した場合だけでなく、加工部材や用いる先端工具などによってさまざまな状況下で発生する。本実施の形態では、３軸加速度センサ３６による高精度の打撃不良の検出により、プレヒット、オーバーシュート、カムエンド衝突をそれぞれ正確に検知することができる。これらの検出に基づいてモータ３を制御することにより、早期に最適打撃状態に戻すことができる。詳細なモータ３の制御等については後述する。
【００４２】
次にモータ３の駆動制御系の構成を図５に基づき説明する。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モータのロータ３２は複数組（本実施例では２組）のＮ極とＳ極を含む永久磁石３２Ａを含んで構成され、ステータ３３はスター結線された３相の固定子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗから成る。永久磁石３２Ａに対向配置されたホール素子３５Ａ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る。
【００４３】
基板３５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、制御信号出力回路６１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６１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、整流回路２５によって全波整流された直流電圧を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。
【００４４】
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、制御部３７に備えられた演算部６２によって、トリガ２４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（デューティー比）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。
【００４５】
ここで、ＰＷＭ信号は、基板３５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整流回路２５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。なお、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。
【００４６】
制御部３７は、制御信号出力回路６１と、演算部６２と、電圧検出回路６３と、電流検出回路６４と、印加電圧設定回路６５と、３軸加速度検出回路６６と、回転子位置検出回路６７と、を有する。演算部６２は、回転条件判定部６８と、回転数検出部６９と、補正用パラメータ導出部７０と、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）と、処理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、を含んで構成される。
【００４７】
演算部６２は、回転子位置検出回路６７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、その制御信号を制御信号出力回路６１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、ロータ３２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６５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に供給される電圧値及び電流値は、電圧検出回路６３及び電流検出回路６４によって測定され、その値が演算部６２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及び電流となるように調整される。なお、ＰＷＭ信号は正電源側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３に印加してもよい。
【００４８】
印加電圧設定回路６５は、トリガ２４の操作に基づいて、演算部６２に制御信号を出力している。３軸加速度検出回路６６は、３軸加速度センサ３６からの信号に基づいてスラスト方向及び回転方向の各加速度を演算部６２に出力している。
【００４９】
回転条件判定部６８は、３軸加速度検出回路６６からの出力信号に基づいて、ハンマ５６とアンビル５７との打撃が最適打撃状態であるか否かを判断している。回転数検出部６９は、回転子位置検出回路６７からの信号に基づいてモータ３の回転数を検出している。補正用パラメータ導出部７０は、回転条件判定部６８の判断結果に応じて、モータ３の制御のＰＷＭデューティーを調整するための補正用パラメータを導出している。
【００５０】
次に、インパクトレンチ１の動作について、図６から図７に基づいて説明する。
【００５１】
図６のフローチャートは、電源ケーブル２３が図示せぬ電源に接続されることによりスタートする。演算部６２は、トリガ２４が操作されたか否かを判断する（Ｓ１）。トリガ２４が操作されると（Ｓ１：ＹＥＳ）、３軸加速度センサ３６によってスラスト方向及び回転方向の加速度を検出する（Ｓ２）。
【００５２】
演算部６２は、３軸加速度検出回路６６からの信号に基づいてハンマ５６がアンビル５７を打撃したか否かを判断する（Ｓ３）。図７Ａ及び図７Ｃに３軸加速度センサ３６のスラスト方向のスラスト加速度ａＡの検出結果を示し、図７Ｂ及び図７Ｄに３軸加速度センサ３６の回転方向の回転加速度ａＲの検出結果を示す。係合突起５６Ｃと被係合突起５７Ａとが係合してハンマ５６とアンビル５７とが一体で回転している間は、スラスト加速度ａＡ及び回転加速度ａＲは一定であるため打撃がなされていないと判断する（Ｓ３：ＮＯ）。ハンマ５６がアンビル５７を打撃すると（Ｓ３：ＹＥＳ）、プロセスはＳ４に進む。ハンマ５６とアンビル５７との打撃は、例えば、スラスト方向の加速度であるスラスト加速度ａＡ及び回転方向の加速度である回転加速度ａＲの増加により判断する。
【００５３】
打撃が行われると、回転条件判定部６８はスラスト加速度ａＡのピーク値ａＡＰがスラスト目標値ａＡ０よりも以下か否かを判断する（Ｓ４）。最適打撃状態のスラスト加速度ａＡが、スラスト目標値ａＡ０として予め設定されている。図７Ａにおいては、１回目の打撃Ｉ１では、スラスト加速度ａＡのピーク値ａＡＰがスラスト目標値ａＡ０と略同一であるため、図４Ａに示すような最適打撃状態といえる。スラスト加速度ａＡがスラスト目標値ａＡ０以下の場合は（Ｓ４：ＹＥＳ）、回転条件判定部６８は回転加速度ａＲのピーク時の値が回転目標値ａＲ０よりも大きいか否かを判断する（Ｓ５）。最適打撃状態の回転加速度ａＲが、回転目標値ａＲ０として予め設定されている。図７Ｂにおいては、１回目の打撃では、回転加速度ａＲのピーク値ａＲＰが回転目標値ａＲ０と略同一であるため、（Ｓ５：ＹＥＳ）、最適打撃状態といえる。次に、作業者がトリガ２４を離したか否かを判断する（Ｓ８）。トリガ２４が操作されている間は、Ｓ２〜Ｓ５のプロセスを循環する。スラスト目標値ａＡ０は本発明の軸目標値に相当し、回転目標値ａＲ０は本発明の回転目標値に相当する。
【００５４】
Ｓ２において、再び３軸加速度センサ３６の値を検出する。打撃はすでに開始されているため（Ｓ３：ＹＥＳ）、プロセスはＳ４へと進む。時間ｔ１において、ピーク値ａＡＰがスラスト目標値ａＡ０を超えている（Ｓ４：ＮＯ）。これは、スラスト方向の衝撃が大きいことを意味し、１回目の打撃の反発力によって後退したハンマ５６がスピンドル４３に衝突してカムエンド衝突（図４Ｂ）が起きている。そうすると、補正用パラメータ導出部７０がピーク値ａＡＰをスラスト目標値ａＡ０とするために必要な補正用パラメータを算出し、演算部６２がモータ３の制御のＰＷＭデューティーを低下させる（Ｓ７）。すなはち、モータ３に供給される電流値が減少し回転数が下がる。これによって、ハンマ５６が受ける反発力が小さくなるため、ハンマ５６の後退量が低下してカムエンド衝突を防止することができる。３回目以降の打撃においては、すべて最適打撃状態（図４Ａ）である（Ｓ４：ＹＥＳ）。
【００５５】
回転加速度ａＲのピーク値が回転目標値ａＲ０以下になる場合について（Ｓ５：ＮＯ）、図７Ｃ及び図７Ｄに基づいて説明する。１回目の打撃Ｉ２は最適打撃状態だが、２回目の打撃Ｉ３では回転加速度ａＲのピーク値ａＲＰが回転目標値ａＲ０よりも大幅に低下している。これは、プレヒット及びオーバーシュートが発生したことが原因となっている。詳細には、打撃Ｉ３後にハンマ５６が後退して(図４Ｃ)、前進する(図４Ｄ)。しかし、このときの後退量が最適打撃状態に比べて少なかったため、打撃タイミングがずれて時間ｔ２にてプレヒットが発生する（図４Ｅ）。プレヒットでは発生する衝撃が少ないため、３軸加速度センサ３６はプレヒットを検出しない。そして、プレヒットに続いて時間ｔ３でオーバーシュートが発生し、ハンマ５６がわずかに後退した状態でアンビル５７を打撃する（図４Ｆ）。そうすると、ハンマ５６の回転エネルギーがアンビル５７に十分に伝達されないため、回転加速度ａＲのピーク値ａＲＰが小さくなる。図７Ｃに示すように、スラスト加速度ａＡにおいても、ピーク値ａＡＰがスラスト目標値ａＡ０からわずかに低下しているが、ピーク値ａＲＰのほうが回転目標値ａＲ０からより顕著に低下している。１軸の加速度センサでは、スラスト加速度ａＡしか検出することができないため、カムエンド衝突は検出することができたが、回転加速度ａＲが大きく低下するプレヒットやオーバーシュートは正確に検出することができなかった。本実施の形態では、３軸加速度センサ３６で回転加速度ａＲを検出することによって、確実にプレヒット及びオーバーシュートの発生を検知することができる。
【００５６】
回転条件判定部６８が、回転加速度ａＲのピーク値ａＲＰが回転目標値ａＲ０より小さいと判断すると（Ｓ５：ＹＥＳ）、補正用パラメータ導出部７０が回転加速度ａＲのピーク値ａＲＰを回転目標値ａＲ０とするために必要な補正用パラメータを算出し、演算部６２がモータ３の制御のＰＷＭデューティーを上昇させる（Ｓ６）。すなはち、モータ３に供給される電流値が増加し回転数が上がる。これによって、ハンマ５６が受ける反発力が大きくなるため、ハンマ５６の後退量が増加してプレヒット及びオーバーシュートを防止することができる。３回目以降の打撃においては、すべて最適打撃状態（図４Ａ）である（Ｓ４：ＹＥＳ、Ｓ５：ＹＥＳ）。
【００５７】
このような構成によると、インパクトレンチ１は３軸加速度センサ３６を備えているため、ハンマ５６とアンビル５７との打撃状態を高精度で検出することができる。これにより、ハンマ５６とアンビル５７との打撃不良を的確に検出し、制御部３７が３軸加速度センサ３６の検出結果に基づいてモータ３を制御することにより、打撃不良を早期に解消することができる。
【００５８】
このような構成によると、３軸加速度センサ３６はハンマ５６の回転方向及びハンマ５６のスラスト方向の衝撃を検出可能であるため、ハンマ５６とアンビル５７との打撃不良をより正確に検出することができる。
【００５９】
ハンマ５６がアンビル５７を最適な位置で打撃していないと、打撃による反力が小さくなって回転方向の衝撃が回転目標値ａＲ０よりも小さくなる。この場合は、ハンマ５６とアンビル５７とを最適な位置で打撃させるために制御部３７がモータ３に供給する電流を上昇させる。これにより、打撃力の低下を最小限に抑え、早期に打撃不良を解消することができる。
【００６０】
ハンマ５６がアンビル５７を打撃した際の反力が大きい場合は、ハンマ５６の後退量が大きくなってスピンドル４３とハンマ５６とが衝突してスラスト方向の衝撃がスラスト目標値ａＡ０よりも大きくなるとともに、当該衝突によってモータ３からの回転エネルギーが失われ打撃力が低下する。この場合は、ハンマ５６がアンビル５７を打撃する際の反力を抑えるために、制御部３７がモータ３に供給する電流を下降させる。これにより、打撃力の低下を最小限に抑え、早期に打撃不良を解消することができる。
【００６１】
次に、本発明の第２の実施の形態について図８のフローチャートに基づいて説明する。第１の実施の形態と同一の構成は、同一の符号を付し説明を省略する。第１の実施の形態では、カムエンド衝突を３軸加速度センサ３６によって検出していたが、第２の実施の形態ではモータ３の回転数によってカムエンド衝突を検出している。
【００６２】
Ｓ３において、打撃が検出されると（Ｓ３：ＹＥＳ）、回転条件判定部６８はモータ３の回転数ωが予め設定された目標回転数ω０よりも大きいか否かを判断する（Ｓ２４）。モータ３の回転は、遊星ギヤ４１等を介してスピンドル４３に伝達され、スピンドル４３は一定回転数で回転している。カムエンド衝突が発生すると、ボール５１が溝４３ａの後端部に衝突してハンマ５６とアンビル５７とが一時的にロック状態となるため、スピンドル４３の回転数が低下する。これに伴い、モータ３の回転数も低下する。つまり、モータ３の回転数の低下によってカムエンド衝突を検出することができる。モータ３の回転数ωが予め設定された目標回転数ω０よりも小さい場合は（Ｓ２４：ＮＯ）、カムエンド衝突が起こったと判断してＳ７へと移行する。
【００６３】
このような構成によると、制御部３７は回転数検出部６９と３軸加速度センサ３６の検出結果に基づいてモータ３を制御するため、カムエンド衝突を確実に検出することができる。
【００６４】
制御部３７は、モータ３の回転数が回転目標値ａＲ０よりも低下した場合は、ハンマ５６とスピンドル４３とが一時的にロック状態になったと判断し、モータ３に供給する電流を下降させる。これにより、打撃力の低下を最小限に抑え、早期に打撃不良を解消することができる。
【００６５】
なお、本発明のインパクトレンチは、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。
【００６６】
第２の実施の形態では、モータ３の回転数ωに基づいてカムエンド衝突を検出したが、モータ３の電流値に基づいてカムエンド衝突を検出してもよい。この場合には、カムエンド衝突が発生するとスピンドル４３の負荷が一時的に増加するため、モータ３の電流値が上昇する。制御部３７は、モータ３の電流が予め設定された電流目標値を超えた場合は、カムエンド衝突が発生したと判断してモータ３を制御するためのＰＷＭデューティーを低下させる。
【００６７】
また、上述の実施の形態では、１つの３軸加速度センサ３６によって回転方向およびスラスト方向の衝撃を検出したが、２つの加速度センサを組み合わせることによって回転方向及びスラスト方向の衝撃を検出しても良い。これにより、一の加速度センサによってカムエンド衝突を検出し、他の加速度センサによってプレヒット及びオーバーシュートを検出することができる。
【００６８】
また、上述の実施の形態では、モータ３として電動モータを用いたが、エアモータを用いてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１・・インパクトレンチ  ２・・ハウジング  ３・・モータ  ４・・ギヤ機構  ５・・インパクト機構  ２４・・トリガ  ２５・・整流回路  ３６・・３軸加速度センサ  ３７・・制御部  ５６・・ハンマ  ５７・・アンビル  ６２・・演算部  ６６・・３軸加速度検出回路  ６７・・回転子位置検出回路  ６８・・回転条件判定部  ６９・・回転数検出部  ７０・・補正用パラメータ導出部  ａＡ０・・スラスト目標値  ａＲ０・・回転目標値
【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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