(57)【要約】【課題】モータの定回転制御により締め付けトルクを所望トルクに制御する回転打撃工具において、異常打撃を発生させることなく打撃前にモータを高速回転できるようにする。【解決手段】回転打撃工具は、モータと、打撃機構と、打撃検出部と、制御部と、を備える。打撃機構は、モータの回転力によって回転するハンマ、ハンマの回転力を受けて回転するアンビル、及び、アンビルに工具要素を装着するための装着部を備え、アンビルに対して外部から所定値以上のトルクが加わると、ハンマがアンビルから外れて空転し、アンビルを回転方向に打撃するものであり、制御部は、モータの駆動を開始してから、打撃検出部にて打撃が検出されるまでは、モータへの通電電流を一定デューティ比でＰＷＭ制御し、打撃検出部にて打撃が検出されると、モータの回転速度が一定回転速度に制御する定回転制御を実行する。【選択図】図２
2018176373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、
前記モータの回転力によって回転するハンマ、該ハンマの回転力を受けて回転するアンビル、及び、該アンビルに工具要素を装着するための装着部を備え、前記アンビルに対して外部から所定値以上のトルクが加わると、前記ハンマが前記アンビルから外れて空転し、前記アンビルを回転方向に打撃する打撃機構と、
前記ハンマによる前記アンビルの打撃を検出する打撃検出部と、
前記モータを駆動制御する制御部と、
を備え、前記制御部は、前記モータの駆動を開始してから、前記打撃検出部にて前記打撃が検出されるまでは、前記モータへの通電電流を一定デューティ比でＰＷＭ制御し、前記打撃検出部にて前記打撃が検出されると、前記モータの回転速度が一定回転速度となるように前記モータへの通電電流を制御する定回転制御を実行するよう構成されている、回転打撃工具。
【請求項２】
前記制御部は、前記定回転制御を開始すると、前記モータの駆動停止条件が成立するまで、前記定回転制御を継続するよう構成されている、請求項１に記載の回転打撃工具。
【請求項３】
前記制御部は、前記定回転制御を開始した後、前記打撃検出部にて前記打撃が検出されなくなると、前記モータの制御を前記定回転制御から前記一定デューティ比のＰＷＭ制御に戻すように構成されている、請求項１に記載の回転打撃工具。
【請求項４】
前記制御部は、前記定回転制御の実行中に、当該定回転制御によって前記モータの回転速度を前記一定回転速度に維持できるか否かを判定する判定部を備えている、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の回転打撃工具。
【請求項５】
前記制御部は、前記判定部にて前記モータの回転速度を前記一定回転速度に維持できないと判定されると、その旨を報知する報知動作、及び、前記モータの駆動を停止する停止動作、の少なくとも一方を実施するよう構成されている、請求項４に記載の回転打撃工具。
【請求項６】
前記制御部において、前記判定部は、前記定回転制御で前記モータの回転速度を前記一定回転速度に制御するのに設定される前記通電電流の制御用のデューティ比が、予め設定された設定値以上であるときに、前記モータの回転速度を前記一定回転速度に維持できないと判定するよう構成されている、請求項４又は請求項５に記載の回転打撃工具。
【請求項７】
前記モータの回転モードを、高速・低速を含む複数段階に切り替え可能な設定部を備え、
前記制御部は、前記設定部を介して設定された回転モードに応じて、前記一定デューティ比を設定するよう構成されている、請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の回転打撃工具。
【請求項８】
前記制御部は、前記回転モードに応じて設定される前記一定デューティ比の値が、予め設定された閾値以下であるときには、前記一定デューティ比のＰＷＭ制御を実施することなく、前記定回転制御を実行するよう構成されている、請求項７に記載の回転打撃工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、モータの回転力により回転動作し、外部から所定値以上のトルクが加わると回転方向へ打撃力を加えるよう構成された回転打撃工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転打撃工具には、モータの回転力を受けて回転するハンマと、そのハンマの回転力を受けて回転するアンビルと、が備えられている。
そして、工具要素が装着されるアンビルに対し、外部から所定値以上のトルクが加わると、ハンマがアンビルから外れて空転し、所定角度空転した後、アンビルを回転方向に打撃するよう構成されている。
【０００３】
このため、回転打撃工具によれば、ねじを対象物に固定する際に、ハンマによるアンビルの打撃によって、対象物に対し、ねじをしっかりと締め付けることができる。
また、この種の回転打撃工具においては、ねじの締付トルクを一定にするために、モータの回転速度を一定回転速度に制御する、定回転制御を実施することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−７４５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のようにモータを定回転制御すれば、打撃時のモータの回転速度を一定にして、打撃によるねじの締付トルクを所望トルクに制御することができる。
しかし、モータの駆動開始後、モータを一定回転速度で駆動するようにすると、打撃前のモータの無負荷運転時若しくは低負荷運転時にも、モータの回転速度が制限されることになる。
【０００６】
このため、上記従来の回転打撃工具では、対象物へねじを締め付け固定するのに要する時間が長くなり、作業性が低下するという問題がある。
一方、この問題を抑制するために、モータの駆動開始後、打撃が発生するまでと、打撃発生後とで、モータの定回転制御の目標回転速度を切り替え、打撃が発生するまでは、モータを打撃時よりも高速回転させることが考えられる。
【０００７】
しかし、このようにモータを高速回転させると、ハンマがアンビルを打撃して打撃方向とは逆方向に戻されてから、ばねがハンマを打撃方向に押し戻すよりも早く、ハンマが回転することがある。
【０００８】
この場合、ハンマは、アンビルを打撃せずに、アンビルを飛び越えてしまい、モータ１回転当たりの打撃回数が減って、トルク精度を悪化させる、異常打撃が発生することになる。また、このような異常打撃発生時には、ハンマのカムがアンビルを擦りながら飛び越えるので、これら各部が劣化するという問題もある。
【０００９】
本開示の一局面では、モータを定回転制御することにより締め付けトルクを所望トルクに制御可能な回転打撃工具において、異常打撃を発生させることなく、打撃前にモータを高速回転できるようにすることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の一局面の回転打撃工具は、モータと、打撃機構と、打撃検出部と、制御部と、を備える。
打撃機構は、モータの回転力によって回転するハンマ、ハンマの回転力を受けて回転するアンビル、及び、アンビルに工具要素を装着するための装着部を備え、アンビルに対して外部から所定値以上のトルクが加わると、ハンマがアンビルから外れて空転し、アンビルを回転方向に打撃するよう構成されている。
【００１１】
また、打撃検出部は、ハンマによるアンビルの打撃を検出するものであり、制御部は、モータを駆動制御するものである。
そして、制御部は、モータの駆動を開始してから、打撃検出部にて打撃が検出されるまでは、モータへの通電電流を一定デューティ比でＰＷＭ制御する。また、制御部は、打撃検出部にて打撃が検出されると、モータの回転速度が一定回転速度となるようにモータへの通電電流を制御する定回転制御を実行する。
【００１２】
つまり、本開示の回転打撃工具においては、打撃検出部にて打撃が検出されるまでの間、モータは、一定デューティ比のパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）にてオープンループ制御される。また、打撃検出部にて打撃が検出されると、モータは、回転速度が一定の目標回転速度となるようにフィードバック制御される。
【００１３】
そして、一定デューティ比のＰＷＭ信号にてモータがオープンループ制御されているときには、モータの回転速度は、モータの回転軸に加わる負荷に応じて変化する。つまり、モータの無負荷若しくは低負荷運転時にはモータは高速で回転し、ハンマによるアンビルの打撃時等、モータに加わる負荷が増大すると、モータの回転速度が低下する。
【００１４】
従って、本開示の回転打撃工具によれば、モータの駆動開始後、モータに加わる負荷が増加するまで、モータを高速回転させることができる。このため、モータの駆動開始後の回転速度が高くなって、回転打撃工具を用いたねじの締め付け作業を効率よく行うことができる。
【００１５】
また、モータの駆動開始後、打撃機構の装着部に装着された工具要素に加わる負荷が増加すると、モータの回転速度が低下するため、打撃機構による打撃が発生して打撃検出部にて打撃が検出されるときには、モータの回転速度は充分抑制されることになる。
【００１６】
このため、本開示の回転打撃工具によれば、モータを定回転制御で高速回転させたときのように、打撃発生時のモータの回転速度が高くなって、異常打撃が発生するのを抑制できる。また、異常打撃の発生を抑制できるので、打撃機構を始めとする回転打撃工具各部が異常打撃によって劣化するのを抑制できる。
【００１７】
ここで、制御部は、定回転制御を開始すると、モータの駆動停止条件が成立するまで、定回転制御を継続するよう構成されていてもよい。
また、制御部は、定回転制御を開始した後、打撃検出部にて打撃が検出されなくなると、モータの制御を、定回転制御から、一定デューティ比のＰＷＭ制御に戻すように構成されていてもよい。
【００１８】
そして、制御部を後者のように構成すれば、例えば、ねじが対象物に食い込み、工具要素に加わる負荷が一時的に増加して、打撃機構による打撃が発生したような場合に、モータの制御を定回転制御から一定デューティ比のＰＷＭ制御に戻すことができるようになる。
【００１９】
そして、この場合には、ねじが対象物に着座するまで、モータを再度高速回転させることができるようになるため、作業効率を高めることができる。
一方、回転打撃工具において、定回転制御によって、モータの回転速度を一定回転速度に制御できるのは、定回転制御によってモータへの通電電流を制御できるときであり、モータ駆動用の電源電圧が低下したときには、モータを一定回転速度で駆動できないことがある。そして、この状態で、モータを定回転制御しても、ねじを所望トルクで締め付けることはできない。
【００２０】
このため、制御部には、定回転制御の実行中に、定回転制御によってモータの回転速度を一定回転速度に維持できるか否かを判定する判定部を備えるようにしてもよい。
また、制御部は、判定部にてモータの回転速度を一定回転速度に維持できないと判定されると、その旨を報知する報知動作、及び、モータの駆動を停止する停止動作、の少なくとも一方を実施するようにされていてもよい。
【００２１】
このようにすれば、報知動作若しくは停止動作によって、回転打撃工具による締め付けトルクが低下していること、換言すれば、モータ駆動用の電源電圧が低下していること、を使用者に通知して、使用者に対し、バッテリ等の電源部の交換を促すことができる。
【００２２】
また、判定部は、定回転制御によってモータの回転速度を一定回転速度に維持できるか否かを判定する際、モータ駆動時の電源電圧を検出して、電源電圧が設定電圧よりも低下しているか否かを判断するようにしてもよい。
【００２３】
また、判定部は、定回転制御でモータの回転速度を前記一定回転速度に制御するのに設定される通電電流の制御用のデューティ比が、予め設定された設定値以上であるときに、モータの回転速度を一定回転速度に維持できないと判定するよう構成されていてもよい。
【００２４】
そして、判定部を後者のように構成すれば、モータ制御用のデューティ比だけで電源部の異常を判定できることから、電源電圧等を検出して電源部の異常を判定するようにした場合に比べて、構成を簡単にすることができる。
【００２５】
なお、上記判定部の機能は、制御部がモータを定回転制御するよう構成されていれば実現できることから、判定部は、例えば、制御部が一定デューティ比でモータをＰＷＭ制御するよう構成されていない従来装置でも、適用することができる。
【００２６】
また次に、本開示の回転打撃工具には、モータの回転モードを、高速・低速を含む複数段階に切り替え可能な設定部が備えられ、制御部は、設定部を介して設定された回転モードに応じて、一定デューティ比を設定するよう構成されていてもよい。
【００２７】
このようにすれば、使用者は、設定部を介して回転モードを設定することで、モータの駆動開始後の無負荷若しくは低負荷運転時の最大回転速度を複数段階に任意に切り替えることができるようになり、回転打撃工具の使い勝手を向上できる。
【００２８】
なお、この場合、制御部は、回転モードに応じて設定される一定デューティ比の値が、予め設定された閾値以下であるときには、一定デューティ比のＰＷＭ制御を実施することなく、定回転制御を実行するよう構成されていてもよい。
【００２９】
つまり、回転モードに応じて設定されるデューティ比が低いと、モータの回転トルクを、打撃機構の打撃に必要な必要トルクまで上昇させるのに時間がかかり、また、その必要トルクまで上昇させることができないことも考えられる。
【００３０】
そこで、回転モードに応じて設定される一定デューティ比の値が閾値以下であるときには、定回転制御を実行することで、モータの回転速度を所望回転速度まで速やかに上昇させて、打撃機構による打撃動作を実現できるようにするのである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施形態の回転打撃工具全体の構成を表す断面図である。
【図２】回転打撃工具のモータ駆動系の構成を表すブロック図である。
【図３】モータの回転速度をフィードバック制御する制御系の構成を表す機能ブロック図である。
【図４】モータの駆動制御処理を表すフローチャートである。
【図５】モータの駆動制御処理で設定されるデューティ比と回転速度の変化を表すタイムチャートである。
【図６】バッテリ電圧低下時に設定されるデューティ比と回転速度の変化を表すタイムチャートである。
【図７】モータの回転速度とトルクとの関係を表す説明図である。
【図８】モータの駆動制御処理の第１変形例を表すフローチャートである。
【図９】モータの駆動制御処理の第２変形例を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下に、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態では、本開示の回転打撃工具の一例として、ボルトやナット等、締め付け対象となるねじを、対象物に固定するのに利用される充電式インパクトドライバ１について説明する。
【００３３】
図１に示すように、本実施形態の充電式インパクトドライバ１は、工具本体１０と、工具本体１０に電力を供給するバッテリパック３０とにより構成されている。
工具本体１０は、後述するモータ４や打撃機構６等が収容されたハウジング２と、ハウジング２の下部（図１の下側）から突出するように形成されたグリップ部３とにより構成されている。
【００３４】
ハウジング２内には、その後部（図１の左側）にモータ４が収容されていると共に、モータ４の前方（図１の右側）に釣鐘状のハンマケース５が組み付けられており、ハンマケース５内に打撃機構６が収容されている。
【００３５】
すなわち、ハンマケース５内には、後端側に中空部が形成されたスピンドル７が同軸で収容されており、ハンマケース５内の後端側に設けられたボールベアリング８が、このスピンドル７の後端外周を軸支している。
【００３６】
スピンドル７におけるボールベアリング８の前方部位には、回転軸に対して点対称で軸支された２つの遊星歯車からなる遊星歯車機構９が、ハンマケース５の後端側内周面に形成されたインターナルギヤ１１に噛合している。
【００３７】
この遊星歯車機構９は、モータ４の出力軸１２の先端部に形成されたピニオン１３と噛合するものである。
そして、打撃機構６は、スピンドル７と、スピンドル７に外装されたハンマ１４と、このハンマ１４の前方側で軸支されるアンビル１５と、ハンマ１４を前方へ付勢するコイルバネ１６とから構成される。
【００３８】
つまり、ハンマ１４は、スピンドル７に対して一体回転可能且つ軸方向へ移動可能に連結されており、コイルバネ１６により前方（アンビル１５側）に付勢されている。
また、スピンドル７の先端部は、アンビル１５の後端に同軸で遊挿されることで回転可能に軸支されている。
【００３９】
アンビル１５は、ハンマ１４による回転力及び打撃力を受けて軸回りに回転するものであり、ハウジング２の先端に設けられた軸受２０によって、軸回りに回転自在かつ軸方向に変位不能に支持されている。
【００４０】
また、アンビル１５の先端部には、工具要素の装着部として、ドライバビットやソケットビット等の各種工具ビット（図示略）を装着するためのチャックスリーブ１９が設けられている。
【００４１】
なお、モータ４の出力軸１２、スピンドル７、ハンマ１４、アンビル１５、及びチャックスリーブ１９は、いずれも同軸状となるように配置されている。
また、ハンマ１４の前端面には、アンビル１５に打撃力を与えるための２つの打撃突部１７，１７が周方向に１８０°の間隔を隔てて突設されている。
【００４２】
一方、アンビル１５には、その後端側に、ハンマ１４の各打撃突部１７，１７が当接可能に構成された２つの打撃アーム１８，１８が周方向に１８０°の間隔を隔てて形成されている。
【００４３】
そして、ハンマ１４がコイルバネ１６の付勢力でスピンドル７の前端側に付勢・保持されることで、そのハンマ１４の各打撃突部１７，１７がアンビル１５の各打撃アーム１８，１８に当接するようになる。
【００４４】
この状態で、モータ４の回転力により遊星歯車機構９を介してスピンドル７が回転すると、ハンマ１４がスピンドル７と共に回転し、そのハンマ１４の回転力が打撃突部１７，１７と打撃アーム１８，１８とを介してアンビル１５に伝達される。
【００４５】
これにより、アンビル１５の先端に装着されたドライバビット等が回転し、ねじ締めが可能となる。
そして、ねじが所定位置まで締め付けられることにより、アンビル１５に対して外部から所定値以上のトルクが加わると、そのアンビル１５に対するハンマ１４の回転力（トルク）も所定値以上になる。
【００４６】
これにより、ハンマ１４がコイルバネ１６の付勢力に抗して後方に変位し、ハンマ１４の各打撃突部１７，１７がアンビル１５の各打撃アーム１８，１８を乗り越えるようになる。つまり、ハンマ１４の各打撃突部１７，１７がアンビル１５の各打撃アーム１８，１８から一旦外れ、空転する。
【００４７】
このようにハンマ１４の各打撃突部１７，１７がアンビル１５の各打撃アーム１８，１８を乗り越えると、ハンマ１４は、スピンドル７と共に回転しつつコイルバネ１６の付勢力で再び前方へ変位し、ハンマ１４の各打撃突部１７，１７がアンビル１５の各打撃アーム１８，１８を回転方向に打撃する。
【００４８】
従って、本実施形態の充電式インパクトドライバ１においては、アンビル１５に対して所定値以上のトルクが加わる毎に、そのアンビル１５に対してハンマ１４による打撃が繰り返し行われる。そして、このようにハンマ１４の打撃力がアンビル１５に間欠的に加えられることにより、ねじを高トルクで増し締めすることができる。
【００４９】
また、ハンマ１４は、打撃毎にコイルバネ１６の付勢力に抗して後方に変位するが、この後方への変位（つまり、跳ね返り）が大きくなると、異常打撃が発生し易くなる。
そこで、本実施形態では、打撃によるハンマ１４の跳ね返りを抑えるために、モータ４の出力軸１２の後端側に取り付けられる冷却用のファン２６を、合成樹脂性のものに比べて比重の高い金属（例えば、亜鉛若しくは亜鉛を主成分とする金属）にて構成している。
【００５０】
つまり、ファン２６をこのように構成することで、モータ４の慣性を大きくして、ハンマ１４の跳ね返りにより発生する異常打撃を抑制している。
次に、グリップ部３は、作業者が当該充電式インパクトドライバ１を使用する際に把持する部分であり、その上方にトリガスイッチ２１が設けられている。
【００５１】
このトリガスイッチ２１は、作業者により引き操作されるトリガ２１ａと、このトリガ２１ａの引き操作によりオン・オフされるとともにこのトリガ２１ａの操作量（引き量）に応じて抵抗値が変化するように構成されたスイッチ本体部２１ｂとを備えている。
【００５２】
また、トリガスイッチ２１の上側（ハウジング２の下端側）には、モータ４の回転方向を正転方向（本実施形態では、工具の後端側から前方を見た状態で右回り方向）又は逆転方向（正転方向とは逆の回転方向）の何れか一方に切り替えるための正逆切り替えスイッチ２２が設けられている。
【００５３】
更に、ハウジング２の下部前方には、トリガ２１ａが引き操作されたときに当該充電式インパクトドライバ１の前方を光で照射するための照明ＬＥＤ２３が設けられている。
また、グリップ部３における前方下部には、バッテリパック３０内のバッテリ２９の残量や充電式インパクトドライバ１の動作状態等を表示すると共に、モータ４の回転モード等、各種設定値の変更を受け付けるための表示・設定部２４が設けられている。
【００５４】
なお、モータ４の回転モードは、例えば、高速・中速・低速というように、モータ４駆動時の回転速度を使用者が外部操作により段階的に設定するためのものであり、モータ４を一定デューティ比でＰＷＭ制御する際のデューティ比を設定するのに用いられる。
【００５５】
また、グリップ部３の下端には、バッテリ２９を収容したバッテリパック３０が、着脱自在に装着されている。このバッテリパック３０は、装着時にはグリップ部３の下端に対してその前方側から後方側へとスライドさせることにより装着される。
【００５６】
バッテリパック３０に収容されたバッテリ２９は、本実施形態では、例えばリチウムイオン２次電池など、繰り返し充電可能な２次電池である。
また、グリップ部３の内部には、バッテリパック３０から電力供給を受けて、モータ４を駆動制御する制御部４０（図２参照）が設けられている。
【００５７】
図２に示すように、制御部４０は、バッテリ２９からモータ４への通電経路に設けられたモータ駆動部４２と、モータ駆動部４２を介してモータ４への通電電流を制御するマイコン５０を中心に構成されている。
【００５８】
モータ４は、ブラシレスモータにて構成されており、モータ駆動部４２は、モータ４に流れる電流及びその方向を制御可能なブリッジ回路にて構成されている。またモータ駆動部４２には、トリガスイッチ２１が接続されており、トリガスイッチ２１が使用者により操作されて、オン状態であるとき、バッテリ２９からモータ４への通電経路が形成される。
【００５９】
マイコン５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むマイクロコントローラである。そして、マイコン５０には、表示・設定部２４や、モータ４に設けられた回転センサ４４、ハンマ１４による打撃を検出する打撃検出部４６が接続されている。なお、図２には記載されていないが、マイコン５０には、上述した正逆切り替えスイッチ２２、照明ＬＥＤ２３や、トリガスイッチ２１も接続されている。
【００６０】
回転センサ４４は、モータ４の所定回転角度毎に回転検出信号を発生する周知のものであり、マイコン５０は、回転センサ４４からの回転検出信号に基づき、モータ４の回転位置や回転速度を検出できる。
【００６１】
また、打撃検出部４６は、ハンマ１４の打撃突部１７がアンビル１５の打撃アーム１８を打撃することにより発生する打撃音又は振動を検出する打撃検出素子を備え、打撃検出素子からの検出信号をノイズ除去用のフィルタを介してマイコン５０に入力する。このため、マイコン５０は、打撃検出部４６からの検出信号に基づき、ハンマ１４による打撃を検出できる。
【００６２】
次に、マイコン５０は、トリガスイッチ２１がオン状態となって、モータ４を駆動する際には、モータ駆動部４２のブリッジ回路を構成するスイッチング素子を所定デューティ比のＰＷＭ信号にてオン・オフさせることで、モータ４への通電電流を制御する。
【００６３】
具体的には、モータ４の駆動開始時には、表示・設定部２４を介して使用者が設定した回転モードに応じて、一定のデューティ比を設定し、その設定した一定デューティ比のＰＷＭ信号をモータ駆動部４２に出力することで、モータ４への通電電流をＰＷＭ制御する。
【００６４】
なお、この場合、モータ４はオープンループ制御され、その回転速度は負荷に応じて変動することになる。
また、本実施形態において、マイコン５０がモータ４を駆動するのに用いるＰＷＭ信号の周期は、一般的な回転打撃装置の周期に比べて短くなるように設定されている。つまり、ＰＷＭ制御の周波数は、一般的な周波数（例えば、８ｋＨｚ）よりも高い周波数（例えば、２０ｋＨｚ）に設定されている。
【００６５】
これは、ＰＷＭ制御でモータ４に流れる実効電流を増加させて、バッテリ電圧が低下しても、モータ４の起動トルクを確保できるようにするためである。
また、一定デューティ比のＰＷＭ制御でモータ４を駆動しているときに、打撃検出部４６にて打撃が検出されると、モータ４の回転速度が、トリガスイッチ２１の操作量に応じて設定される目標回転速度となるように、モータ４を駆動制御する定回転制御に移行する。
【００６６】
この定回転制御の実行時には、マイコン５０は、図３に示すように、目標速度設定部５２、偏差演算部５４、ＰＩ制御部５６、及び、ＤＵＴＹ変換部５８として機能し、ＤＵＴＹ変換部５８にて生成される所定デューティ比のＰＷＭ信号をモータ駆動部４２に出力する。
【００６７】
つまり、マイコン５０は、目標速度設定部５２にて、トリガスイッチ２１の操作量に応じてモータ４の目標回転速度を設定し、偏差演算部５４にて、目標回転速度とモータ４の回転速度との偏差を求め、ＰＩ制御部５６にて、偏差を比例・積分する。
【００６８】
ＰＩ制御部５６は、偏差を比例・積分することで、モータ４の回転速度を目標回転速度に制御するための制御量を算出するものであり、ＤＵＴＹ変換部５８では、この制御量を、モータ４への通電電流をＰＷＭ制御するのに必要なデューティ比に変換する。
【００６９】
この結果、打撃検出部４６による打撃検出後は、モータ４は、回転速度が目標回転速度となるように、フィードバック制御されることになる。
以下、このようにマイコン５０にて実行されるモータ４の駆動制御処理について、図４のフローチャートに沿って詳しく説明する。
【００７０】
図４に示すように、この駆動制御処理では、まず、Ｓ１１０（Ｓはステップを表す）にて、モータ４の駆動を禁止する駆動禁止フラグがオフ状態であるか否か、つまり、モータ４の駆動が許可されているか否か、を判断する。
【００７１】
Ｓ１１０にて、駆動禁止フラグがオフ状態で、モータ４の駆動が許可されていると判断されると、Ｓ１２０に移行して、トリガスイッチ２１がオン状態であるか否かを判断する。そして、トリガスイッチ２１がオン状態であれば、Ｓ１３０に移行し、打撃検出部４６にて打撃が検出されたか否かを判断する。
【００７２】
Ｓ１３０にて、打撃は検出されていないと判断されると、Ｓ１４０に移行して、打撃中フラグがセットされているか否かを判断する。打撃中フラグは、Ｓ１３０にて打撃が検出されたと判断されたときに、後述のＳ１８０にてセットされるフラグであり、打撃中フラグがセットされていないときには、Ｓ１５０に移行する。
【００７３】
Ｓ１５０では、回転モードに応じて、モータ４を一定デューティ比でＰＷＭ制御する際のデューティ比（一定ＤＵＴＹ）を設定する。そして、続くＳ１６０では、その設定した一定デューティ比でモータ４を駆動するように、モータ駆動部４２にＰＷＭ信号を出力し、続くＳ１７０にて、表示・設定部２４に設けられた異常報知のためのＬＥＤを消灯した後、Ｓ１１０に移行する。
【００７４】
なお、Ｓ１６０では、モータ４を一定デューティ比でＰＷＭ制御するが、モータ４の駆動開始直後は、図５に示すように、モータ４の回転速度が徐々に上昇するよう、ＰＷＭ信号のデューティ比を徐々に増加させる。この結果、モータ４は、Ｓ１５０で設定された一定デューティ比に対応した回転速度まで徐々に加速されることになり、所謂ソフトスタートが実現されることになる。
【００７５】
次に、Ｓ１３０にて、打撃が検出されたと判断されると、Ｓ１８０に移行して、打撃中フラグをセットし、Ｓ１９０に移行する。また、Ｓ１４０にて、打撃中フラグがセットされていると判断された場合にも、Ｓ１９０に移行する。
【００７６】
Ｓ１９０では、トリガスイッチ２１の操作量に応じて、モータ４をフィードバック制御するための目標回転速度を設定する。そして、続くＳ２００では、モータ４の回転速度がＳ１９０にて設定された目標回転速度となるように、モータ４への通電電流を制御するＰＷＭ信号のデューティ比を設定する、定回転制御を実行する。
【００７７】
次に、続くＳ２１０では、Ｓ２００の定回転制御で設定されたＰＷＭ信号のデューティ比（ＤＵＴＹ）が、予め設定された閾値（例えば９０％）以下であるか否かを判断する。Ｓ２１０にて実行される判定処理は、本開示の判定部としての機能を実現するための処理であり、Ｓ２１０にて、ＰＷＭ信号のデューティ比（ＤＵＴＹ）が閾値以下であると判断された場合には、バッテリ２９は正常であると判断して、Ｓ２２０に移行する。
【００７８】
Ｓ２２０では、Ｓ２００の定回転制御で設定されたデューティ比（ＤＵＴＹ）のＰＷＭ信号をモータ駆動部４２に出力することで、モータ４を駆動する。また、Ｓ２２０の処理実行後は、Ｓ２３０にて、表示・設定部２４に設けられた異常報知のためのＬＥＤを消灯し、Ｓ１１０に移行する。
【００７９】
従って、図５に示すように、モータ４が、駆動開始後、一定デューティ比でＰＷＭ制御されているとき、時点ｔ１で、打撃検出部４６にて打撃が検出されると、モータ４の制御がオープンループ制御からフィードバック制御に切り替えられることになる。
【００８０】
そして、このフィードバック制御（つまり定回転制御）では、モータ４の回転速度を目標回転速度に制御するためのデューティ比が設定されて、モータ４がこのデューティ比のＰＷＭ信号にて駆動される。この結果、ハンマ１４によるアンビル１５の打撃トルクが安定し、ねじを所望の締め付けトルクで対象物に締め付けることができるようになる。
【００８１】
また、モータ４は、駆動開始時には一定デューティ比のＰＷＭ信号にてＰＷＭ制御されることから、ねじを対象物に螺合している低負荷状態では、回転速度が略無負荷時の回転速度まで上昇する。
【００８２】
そして、図５に示す時点ｔ０で、ねじが対象物に着座して、モータ４に加わる負荷が上昇すると、回転速度が低下することから、打撃検出部４６にて打撃が検出される時点ｔ１までの間に、モータ４の回転速度が充分抑制されることになる。
【００８３】
従って、本実施形態によれば、打撃検出部４６にて打撃が検出されて、モータ４の制御を定回転制御に切り替えるときに、モータ４の回転速度が高くなりすぎていて、上述した異常打撃が発生するのを抑制することができる。
【００８４】
次に、Ｓ２１０にて、Ｓ２００で設定された定回転制御用のデューティ比（ＤＵＴＹ）が閾値（例えば９０％）を越えていると判断されると、バッテリ２９が異常であると判断して、Ｓ２４０に移行し、モータ４の駆動を停止する。
【００８５】
また、続くＳ２５０では、表示・設定部２４に設けられた異常報知用のＬＥＤを点灯し、続くＳ２６０にて、モータ４の駆動を禁止する駆動禁止フラグをオン状態にセットした後、Ｓ１１０に移行する。
【００８６】
このように、デューティ比（ＤＵＴＹ）が閾値を越えると、バッテリ２９が異常であると判断するのは、ハンマ１４による打撃トルクは、図７に示すように、モータ４の回転速度だけでなく、バッテリ２９の状態によっても変化するためである。
【００８７】
つまり、図３に示した定回転制御の制御系は、バッテリ２９が、満充電状態から、放電により残容量が空付近になっても、モータ４を目標回転速度に制御して、所望の打撃トルクを発生させることができるように設計される。なお、残容量は、バッテリ２９に残っている電力量のことである。
【００８８】
しかし、バッテリ２９が劣化して、残容量が更に低下すると、打撃前にモータ４の回転速度が目標回転速度から低下してしまい、モータ４を目標回転速度で回転させて所望の打撃トルクを発生させることができなくなる。
【００８９】
そして、この場合には、図６に示すように、モータ４を定回転制御しているときに、デューティ比（ＤＵＴＹ）を上昇させて、時点ｔ２で、デューティ比（ＤＵＴＹ）が１００％に達したとしても、モータ４の回転速度は、目標回転速度から低下することになる。
【００９０】
そこで、本実施形態では、このような異常状態を、判定部としてのＳ２１０の処理にて、定回転制御で設定されるデューティ比（ＤＵＴＹ）に基づき判定する。そして、異常判定時には、モータ４の駆動を停止し、異常報知用のＬＥＤを点灯することで、バッテリ２９の異常を報知する。この結果、使用者に対し、バッテリパック３０の交換を促すことができる。
【００９１】
なお、本実施形態では、定回転制御でのＰＷＭ信号のデューティ比（ＤＵＴＹ）が１００％になるまでに異常を判定できるように、１００％よりも小さい閾値（例えば９０％）を設定しているが、この閾値を１００％に設定してもよい。
【００９２】
そして、このようにデューティ比からバッテリ２９の異常を判定することで、バッテリパック３０や工具本体１０に、バッテリ２９の残容量からバッテリ異常を判定するための異常検出部を設けることなく、バッテリ２９の異常を判定できるようになる。
【００９３】
次に、Ｓ１１０にて駆動禁止フラグがオン状態であると判断された場合、或いは、Ｓ１２０にてトリガスイッチ２１がオフ状態であると判断された場合には、Ｓ２７０にて打撃中フラグをクリアした後、Ｓ２８０に移行して、モータ４の駆動を停止させる。
【００９４】
また、続くＳ２９０では、表示・設定部２４に設けられた異常報知用のＬＥＤを消灯し、Ｓ３００にて、現在、マイコン５０がリセットされた直後であるか、或いは、トリガスイッチ２１がオフ状態であるか、を判断する。
【００９５】
Ｓ３００にて、マイコン５０がリセットされた直後であるか、或いは、トリガスイッチ２１がオフ状態であると判断されると、Ｓ３１０に移行して、駆動禁止フラグをクリアした後、Ｓ１１０に移行する。また、Ｓ３００にて、マイコン５０はリセットされた直後ではなく、トリガスイッチ２１はオフ状態ではないと判断されると、そのままＳ１１０に移行する。
【００９６】
従って、Ｓ２６０にて駆動禁止フラグが一旦セットされると、その後、トリガスイッチ２１がオフされるか、マイコン５０がリセットされるまでは、駆動禁止フラグがオン状態に保持され、モータ４の駆動が禁止されることになる。
【００９７】
なお、Ｓ３００においては、トリガスイッチ２１がオフ状態であるか否かの判定は実施せず、マイコン５０がリセットされたか否かだけを判定するようにしてもよい。
このようにすれば、Ｓ２６０にて駆動禁止フラグが一旦セットされると、その後、バッテリパック３０が交換されて、マイコン５０がリセットされるまで、駆動禁止フラグをオン状態に保持して、モータ４の駆動を禁止できるようになる。
【００９８】
従って、この場合には、充電式インパクトドライバ１とバッテリパック３０との組み合わせにおいて、定回転制御のデューティ比（ＤＵＴＹ）が繰り返し閾値（例えば９０％）を越えるような場合に、バッテリパック３０が繰り返し使用されるのを抑制できる。
【００９９】
つまり、バッテリパック３０の残容量が低下したり、バッテリパック３０の内部抵抗が増加したりすると、定回転制御のデューティ比（ＤＵＴＹ）が閾値（例えば９０％）を越えて、駆動禁止フラグがセットされる可能性が高くなる。
【０１００】
そして、このような場合に、トリガスイッチ２１がオフ状態となったときに、駆動禁止フラグをクリアするようにすると、トリガスイッチ２１が操作される度に、バッテリパック３０が使用されることになり、バッテリパック３０が劣化し易くなる。また、このような場合、適切なトルクを出力できない可能性もある。
【０１０１】
これに対し、Ｓ３００にて判定する駆動禁止フラグのクリア条件を、マイコン５０がリセットされたときだけにすれば、バッテリパック３０が交換されるまで、モータ４の駆動を禁止できるようになり、バッテリパック３０が劣化するのを抑制でき、また、適切なトルクでねじを締め付けできないことを抑制できる。
【０１０２】
以上説明したように、本実施形態の充電式インパクトドライバ１においては、トリガスイッチ２１が操作されて、モータ４の駆動を開始する際には、回転モードに応じて設定される一定デューティ比のＰＷＭ信号にてモータ４を駆動する。
【０１０３】
そして、モータ４の駆動開始後、打撃検出部４６にて、ハンマ１４によるアンビル１５の打撃が検出されると、モータ４の回転速度が、トリガスイッチ２１の操作量に応じて設定される目標回転速度となるように、モータ４を定回転制御する。
【０１０４】
このため、モータ４の駆動開始後、モータ４に加わる負荷が上昇して、打撃が発生するまでは、モータ４の回転速度を高くして、ねじを対象物に対し速やかに着座させることができる。また、ねじが対象物に着座して、打撃検出部４６にて打撃が検出されるまでの間は、モータ４に加わる負荷が大きくなるので、モータ４の回転速度は低下する。
【０１０５】
この結果、本実施形態の充電式インパクトドライバ１によれば、ねじを対象物へ螺入するのに要する時間を短縮して、作業効率を高めることができ、しかも、打撃時にモータ４の回転速度が高くなりすぎていて、異常打撃が発生するのを抑制することができる。
【０１０６】
また、モータ４の回転速度が目標回転速度となるように定回転制御を実施しているときには、定回転制御用に設定されるＰＷＭ信号のデューティ比（ＤＵＴＹ）から、バッテリ２９の異常（劣化）を判定する。
【０１０７】
そして、異常判定時には、モータ４の駆動を停止し、且つ、ＬＥＤを点灯することから、使用者に対し、バッテリ２９の異常を報知して、バッテリパック３０の交換を促すことができる。
【０１０８】
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内にて種々の態様をとることができる。
［第１変形例］
例えば、上記実施形態の駆動制御処理では、モータ４の駆動開始後、打撃検出部４６にて打撃が検出されると、打撃中フラグをセットすることでその旨を記憶し、その後、モータ４の駆動を停止するまで、モータ４の定回転制御を継続するようにしている。
【０１０９】
これに対し、図８に示すように、駆動制御処理において、図４に示したＳ１４０、Ｓ１８０及びＳ２７０の処理を除去することで、定回転制御は、打撃検出部４６にて打撃が検出されているときに実施するようにしてもよい。
【０１１０】
つまり、Ｓ１３０にて打撃が検出されていると判断されて、モータ４の定回転制御を開始しても、その後、Ｓ１３０にて打撃が検出されていないと判断されると、一定デューティ比でのＰＷＭ制御に戻るようにするのである。
【０１１１】
このようにすれば、例えば、モータ４の駆動開始後、ねじが対象物に食い込み、各種工具ビットからチャックスリーブ１９に加わる負荷が一時的に増加して、打撃が単発的に発生したような場合に、モータ４の制御を定回転制御から一定デューティ比のＰＷＭ制御に戻すことができる。従って、この場合には、モータを再度高速回転させることができるようになるため、作業効率を高めることができるようになる。
［第２変形例］
一方、上記実施形態の駆動制御処理では、表示・設定部２４を介して設定された回転モードに応じて、モータ４を一定デューティ比のＰＷＭ信号にて制御する際のデューティ比（一定ＤＵＴＹ）を設定するようにしている。
【０１１２】
この場合、例えば、回転モードが低速モードで、デューティ比が小さくなると、モータ４の駆動開始時に充分な起動トルクを発生させることができず、打撃に必要な必要トルクまで上昇させるのに時間がかかることがある。また、必要トルクまで上昇させることができないことも考えられる。
【０１１３】
そこで、図９に示すように、駆動制御処理において、Ｓ１５０にて、回転モードに応じて一定デューティ比を設定すると、続くＳ１５５にて、その設定された一定デューティ比が、予め設定された閾値よりも大きいか否かを判断するようにしてもよい。
【０１１４】
この場合、Ｓ１５５にて、一定デューティ比が閾値よりも大きいと判断されると、Ｓ１６０に移行して、一定デューティ比によるモータ４のＰＷＭ制御を実施し、Ｓ１５５にて、一定デューティ比が閾値以下であると判断されると、Ｓ１９０に移行するようにする。
【０１１５】
このようにすれば、回転モードに応じて設定された一定デューティ比が閾値以下で、モータ４を所望の起動トルクで駆動できないときに、定回転制御を実行することができるようになる。そして、定回転制御では、モータの回転速度を目標回転速度まで上昇させることができるため、ハンマ１４による打撃動作を確実に実施させることができるようになる。
【０１１６】
なお、図９に示す駆動制御処理において、Ｓ１５５では、Ｓ１５０にて設定された一定デューティ比のＰＷＭ信号でモータ４を駆動したときの無負荷時の回転速度を求め、この回転速度が予め設定された閾値以下であるか否かを判断するようにしてもよい。
【０１１７】
このようにすれば、モータ４を一定デューティ比のＰＷＭ信号で駆動したときの最大回転速度が閾値以下で、所望のトルクを発生することができない場合に、定回転制御を実行させることができるようになり、上記と同様の効果を得ることができる。
【０１１８】
一方、上記実施形態では、打撃検出部４６は、打撃時に発生する打撃音又は振動を検出することにより、打撃を検出するものとして説明したが、打撃時に発生するモータ４の回転変動から、打撃を検出するように構成してもよい。なお、モータ４の回転変動から打撃を検出する方法については、例えば、特許第５７８４４７３号公報に開示されているので、詳細な説明は省略する。
【０１１９】
また、上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【符号の説明】
【０１２０】
１…充電式インパクトドライバ、２…ハウジング、３…グリップ部、４…モータ、５…ハンマケース、６…打撃機構、１４…ハンマ、１５…アンビル、１６…コイルバネ、１９…チャックスリーブ、２０…軸受、２１…トリガスイッチ、２４…表示・設定部、２６…ファン、２９…バッテリ、３０…バッテリパック、４０…制御部、４２…モータ駆動部、４４…回転センサ、４６…打撃検出部、５０…マイコン、５２…目標速度設定部、５４…偏差演算部、５６…ＰＩ制御部、５８…ＤＵＴＹ変換部。
【図１】
2018176373.tif 000003
【図２】
2018176373.tif 000004
【図３】
2018176373.tif 000005
【図４】
2018176373.tif 000006
【図５】
2018176373.tif 000007
【図６】
2018176373.tif 000008
【図７】
2018176373.tif 000009
【図８】
2018176373.tif 000010
【図９】
2018176373.tif 000011