JP2013188812A - インパクト工具 - Google Patents
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Abstract
【課題】モータの駆動状態に応じてモータの動作モードを選択可能なインパクト工具の提供。
【解決手段】 インパクト工具1は、モータ3と、ハンマ53と、アンビル52、規制部57と、制御回路部100とを備えている。モータ3は、正転方向若しくは逆転方向のいずれかの方向に回転可能である。ハンマ53は、モータ3によって回転駆動され、モータ3の軸方向に移動可能である。アンビル52は、ハンマ53により打撃される。規制部57は、ハンマ53の軸方向の移動を規制する。制御回路部100は、モータ3の回転を制御する。制御回路部100は、モー3タの負荷を検出し、負荷が所定値を下回った場合にはハンマ53の軸方向の移動が規制されていないと判断してモータ3をインパクトモードで駆動し、負荷が所定値を上回った場合にはハンマ53の軸方向の移動が規制されていると判断してモータ3をパルスモードで駆動する。
【選択図】図6
【解決手段】 インパクト工具1は、モータ3と、ハンマ53と、アンビル52、規制部57と、制御回路部100とを備えている。モータ3は、正転方向若しくは逆転方向のいずれかの方向に回転可能である。ハンマ53は、モータ3によって回転駆動され、モータ3の軸方向に移動可能である。アンビル52は、ハンマ53により打撃される。規制部57は、ハンマ53の軸方向の移動を規制する。制御回路部100は、モータ3の回転を制御する。制御回路部100は、モー3タの負荷を検出し、負荷が所定値を下回った場合にはハンマ53の軸方向の移動が規制されていないと判断してモータ3をインパクトモードで駆動し、負荷が所定値を上回った場合にはハンマ53の軸方向の移動が規制されていると判断してモータ3をパルスモードで駆動する。
【選択図】図6
Description
本発明はインパクト工具に関し、特に機械的かつ電気的に打撃力を発生させるインパクト工具に関する。
従来のインパクト工具たるインパクトドライバは、出力軸を有するモータと、モータの駆動を制御する制御回路と、モータにより駆動され一定方向に回転するハンマと、ハンマによって一定方向に打撃されるアンビルと、アンビルに保持される先端工具とを有する(例えば特許文献1参照)。ハンマは、アンビルに所定以上の負荷がかかっていない時はアンビルと一体に回転し、アンビルの負荷が所定以上になるとアンビルを打撃する。ハンマがアンビルと共に回転(又はアンビルを打撃)することにより、その回転力(打撃力)が先端工具へと伝達される。
ハンマは、バネによって出力軸の軸方向に付勢されており、アンビルに所定以上の負荷がかかるとバネの付勢力に抗して軸方向に移動する。所定量以上ハンマが移動すると、ハンマはアンビルに対して回転可能となり、バネの付勢力によってアンビルを打撃する。
従来のインパクトドライバでは、ハンマがアンビルを打撃する際に円周方向の衝撃に加えて軸方向の衝撃を付与するため、この軸方向の衝撃が加工部材を介して反響して、締結作業時の作業音が大きくなるといった問題が発生していた。さらに、モータが一方向に連続的に回転するため、連続的な打撃による力強い締付けが可能な一方、留め金具の種類に応じた締結作業を行うような細かな作業ができなかった。
そこで、連続的な打撃が可能な第1モードと、打撃音を低減させる第2モードとを切替可能としたインパクト工具を検討した。ハンマの移動を規制する規制部の操作に連動して電気スイッチがオンし、制御部が電気スイッチのオンを検出することで第2モードに基づいてモータを制御する構成とすることを検討した。
しかしながら、この構成では、作業中のインパクト工具の振動等により、電気スイッチがチャタリングを起こしてしまい、正確にモード切替ができない可能性あることが分かった。また、電気スイッチを設ける必要があり部品点数が増えコスト高にもなってしまう。
そこで、本発明は、作業中の振動等の影響を受け難く、簡単な構成で正確にモード切替を可能としたインパクト工具を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明は、正転方向若しくは逆転方向のいずれかの方向に回転可能な出力軸部を有するモータと、該モータによって回転駆動され、該出力軸部の軸方向に移動可能なハンマと、先端工具保持部を有し、該ハンマにより打撃されるアンビルと、前記ハンマの軸方向の移動を規制する規制部と、該モータの回転を制御する制御部と、を備え、該制御部は、該モータの負荷を検出する負荷検出部を有し、該制御部は、該負荷が所定値を下回った場合には該ハンマの軸方向の移動が規制されていないと判断して該モータを第1モードで駆動し、該負荷が所定値を上回った場合には該ハンマの軸方向の移動が規制されていると判断して該モータを第2モードで駆動するインパクト工具を提供している。
このような構成によると、モータの負荷に応じて第1モードと第2モードとを選択することができる。第1モードにおいてはハンマとアンビルとの軸方向の移動に基づく回転方向への打撃力を発生させることができ、第2モードにおいては、モータの正逆回転に基づく回転方向の打撃力を発生させることができる。よって、電気スイッチを用いることなく、負荷に応じてモード(連続回転状態、正逆回転状態)を確実に選択することができる。
また、該負荷検出部は、該モータに流れる電流を検出する電流検出部を備え、該制御部は、該電流が所定値を下回った場合には該ハンマの軸方向の移動が規制されていないと判断して該モータを第1モードで駆動し、該電流が所定値を上回った場合には該ハンマの軸方向の移動が規制されていると判断して該モータを第2モードで駆動することが好ましい。
本発明の別の観点によると、正転方向若しくは逆転方向のいずれかの方向に回転可能な出力軸部を有するモータと、該モータによって回転駆動され、該出力軸部の軸方向に移動可能なハンマと、先端工具保持部を有し、該ハンマにより打撃されるアンビルと、該モータの回転を制御する制御部と、を備え、該制御部は、該モータに流れる電流を検出する電流検出部と、該電流検出部によって検出した電流に応じて、該出力軸部の回転方向を一方向のみとする第1モードと、該出力軸部の回転方向を交互に切り換える第2モードとを選択するモード選択部と、を有し、該モード選択部は、該電流検出部で検出した電流値が、該ハンマが該アンビルを乗り越えるときの電流値より大きい所定の電流閾値に達したら該第2モードを選択することを特徴とするインパクト工具を提供している。
このような構成によると、電流検出部で検出した電流値に応じて第1モードと第2モードとを選択することができる。第1モードにおいてはハンマとアンビルとの軸方向の移動に基づく回転方向への打撃力を発生させることができ、第2モードにおいては、モータの正逆回転に基づく回転方向の打撃力を発生させることができる。よって、電気スイッチを用いることなく、電流検出部で検出した電流値に応じてモード(連続回転状態、正逆回転状態)を確実に選択することができる。
また、該制御部は、時間を測定する時間測定部を備え、該モード選択部は、該電流値が該所定の電流閾値より大きくなった状態が所定時間継続した場合に該第2モードを選択することが好ましい。
このような構成によると、瞬間的に電流値が所定の電流閾値よりも上昇した場合に第2モードに移行することを防止できる。
また、前記ハンマの軸方向の移動を規制する規制部を備え、該制御部は、該規制部が該ハンマの移動を規制している場合に、該電流検出部によって検出した該モータの状態に応じて該第2モードを選択可能となることが好ましい。
本発明の別の観点では、正転方向若しくは逆転方向のいずれかの方向に回転可能な出力軸部を有するモータと、該モータによって回転駆動され、該出力軸部の軸方向に移動可能なハンマと、先端工具保持部を有し、該ハンマにより打撃されるアンビルと、該モータの回転を制御する制御部と、を備え、該制御部は、該出力軸部の回転数を検出する回転検出部と、該回転検出部によって検出した回転数に応じて、該出力軸部の回転方向を一方向のみとする第1モードと、該出力軸部の回転方向を交互に切り換える第2モードとを選択するモード選択部と、を有し、該モード選択部は、該回転検出部で検出した回転数が、該ハンマが該アンビルを乗り越えるときの回転数より小さい所定の回転数閾値に達したら該第2モードを選択することを特徴とするインパクト工具を提供している。
このような構成によると、回転検出部で検出した回転数に応じて第1モードと第2モードとを選択することができる。第1モードにおいてはハンマとアンビルとの軸方向の移動に基づく回転方向への打撃力を発生させることができ、第2モードにおいては、モータの正逆回転に基づく回転方向の打撃力を発生させることができる。よって、電気スイッチを用いることなく、回転検出部で検出した回転数に応じてモード(連続回転状態、正逆回転状態)を確実に選択することができる。
また、該制御部は、時間を測定する時間測定部を備え、該モード選択部は、該回転数が該所定の回転数閾値より小さくなった状態が所定時間継続した場合に該第2モードを選択することが好ましい。
このような構成によると、瞬間的に回転数が所定の回転数閾値より小さくなった場合に、第2モードに移行することを防止できる。
また、前記ハンマの軸方向の移動を規制する規制部を備え、該制御部は、該規制部が該ハンマの移動を規制している場合に該回転数検出部によって検出した該モータの状態に応じて該第2モードを選択可能となることが好ましい。
本発明の別の観点では、正転方向若しくは逆転方向のいずれかの方向に回転可能な出力軸部を有するモータと、先端工具が装着される先端工具装着部を有するアンビルと、該モータによって回転駆動され、該出力軸部の軸方向に移動可能であり、該アンビルと係合して該アンビルを回転駆動するハンマと、該ハンマを該アンビルに向け該軸方向を付勢方向として付勢する付勢部材と、該モータに接続されて該モータの回転を制御する制御部と、を有し、該アンビルには径方向外側に突出し該ハンマと係合可能な被係合部が設けられ、該ハンマには該被係合部と該出力軸部の軸回りの周方向で係合可能な係合部が設けられ、該ハンマと該アンビルとは、該ハンマが該付勢部材に抗して該反付勢方向へと移動しつつ回転することにより、該係合部が該被係合部を乗り越えて回転可能に構成され、該制御部は、該モータの電流値を検出する電流検出手段と、該モータの回転数を検出する回転数検出手段との少なくとも一方を有する状態検出手段と、該状態検出手段によって検出した該モータの状態に応じて、該出力軸部の回転方向を該正転方向若しくは該逆転方向のいずれか一方のみに規定する連続回転状態と、該出力軸部の回転方向を該正転方向と該逆転方向とで交互に切り換えるように規定する正逆回転状態とのいずれか一方の状態を選択する状態選択手段と、を有し、該状態選択手段は、該電流検出手段で検出した該電流値が、該係合部が該被係合部を乗り越えるときの電流値より大きい所定の電流閾値に達した場合、或いは、該回転数検出手段で検出した該回転数が、該係合部が該被係合部を乗り越えるときの回転数より小さい所定の回転数閾値に達した場合に、該正逆回転状態を選択することを特徴とするインパクト工具を提供している。
このような構成によると、モータの状態に応じて連続回転状態と正逆回転状態とを選択することができる。連続回転状態においてはハンマとアンビルとの軸方向の移動に基づく回転方向への打撃力を発生させることができ、正逆回転状態においては、モータの正逆回転に基づく回転方向の打撃力を発生させることができる。よって、電気スイッチを用いることなく、モータの状態に応じてモード(連続回転状態、正逆回転状態)を確実に選択することができる。
また、該制御部は、経過時間を測定する時間測定手段を更に備え、該状態選択手段は、該電流値が該電流閾値より大きくなった状態、或いは、該回転数が該回転数閾値より小さくなった状態が所定時間係属した場合に、該正逆回転状態を選択し該モータを制御することが好ましい。
このような構成によると、瞬間的に電流値が該電流閾値より大きくなった場合、或いは、回転数が所定の回転数閾値より小さくなった場合に、正逆回転状態に移行することを防止できる。
本発明のインパクト工具によれば、作業中の振動等の影響を受け難く、簡単な構成で正確にモード切替を可能としたインパクト工具を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態を図1乃至図7に基づき説明する。図1に示されるインパクト工具1は、ビットやソケット等の先端工具により、ボルトやナット、ねじを締結する工具であり、図1に示されるように、主に、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、から構成され、充電式の電池6を電源として駆動される工具である。
ハウジング2は、6ナイロンから構成されている樹脂ハウジングであり、モータ3等が収容される胴体部2Aと、胴体部2Aから延出されるハンドル2Bとを備えており、胴体部2A及びハンドル2B内部に収容空間が画成され、後述の上下方向及び前後方向に延びる平面で二分割され略対称な分割ハウジングで構成されている。図1に示されるように収容空間において胴体部2A内に該当する箇所には、上述のモータ3とギヤ機構4とインパクト機構5とが同軸上に一端側から他端側に向かって並んで配置されている。このモータ3とギヤ機構4とインパクト機構5とが並んでいる軸方向においてモータ3側を後側として前後方向と定義する。また前後方向と直交する方向であって胴体部2Aからハンドル2Bが延出される方向を下方向として上下方向を定義する。
図1に示されるように胴体部2Aにおいて、モータ3の前後位置には、それぞれ図示せぬ排気口、吸気口2aが形成されている。ハウジング2において、ハンドル2Bの下端位置には、電池6が装着されて電気的に接続される図示せぬ端子部が配置されている。図示せぬ端子部の上部にはモータ3の回転を制御する制御回路部100が配置されている。ハンドル2Bの根元部分には、作業者が操作するトリガ23Aが設けられると共に、トリガ23Aに接続され制御回路部100にモータ3への導通を制御するスイッチ部23Bが設けられている。またハンドル2Bの根元であってトリガ23Aの上方には、モータ3の回転方向を切替える正逆切換レバー24が設けられている。
次に、図2を用いて、制御回路部100と、電池6、モータ3を駆動するインバータ回路部102及びモータ3の回路構成について説明する。制御回路部100は、マイコンである演算部110と、スイッチ操作検出回路111と、印加電圧設定回路112と、回転方向設定回路113と、電流検出回路114と、回転子位置検出回路115と、モータ回転数検出回路116と、制御信号出力回路119とを備えている。なお、電流検出回路114、モータ回転数検出回路116は本発明の状態検出手段(負荷検出部)に相当する。また、電流検出回路114は、本発明の電流検出部に相当する。また、演算部110は本発明の状態選択手段(状態選択部)に相当する。
スイッチ操作検出回路111は、トリガ23Aの押込の有無を検出し、その検出結果を演算部110へ出力する。印加電圧設定回路112は、トリガ23Aから出力された目標値信号に応じて、インバータ回路部102のスイッチング素子Q1〜Q6を駆動するためのPWM駆動信号のPWMデューティを設定し、演算部110へ出力する。
回転方向設定回路113は、正逆切換レバー24の状態を検出し、その検出結果を演算部110に出力している。電流検出回路114は、電池6とインバータ回路部102との間の電流量を検出し、具体的には電池6とインバータ回路部102との電流経路上に設けられたシャント抵抗61にかかる電圧を検出し、その検出結果を演算部110に出力している。回転子位置検出回路115は、ホールIC21Aから出力された回転位置検出信号に基づいてモータ3のロータの回転位置を検出し、その検出結果を演算部110に出力している。モータ回転数検出回路116は、回転子位置検出回路115で検出した回転位置から、モータ3の回転数を検出して、その検出結果を演算部110に出力している。
演算部110は、印加電圧設定回路112からの出力に基づいてPWMデューティーの目標値(例えば、パワーセーブモード:70%、フルパワーモード:100%)を算出する。また、回転子位置検出回路115からの出力に基づいて、適切に通電するステータ巻線を決定し、出力切替信号H1〜H3およびPWM駆動信号H4〜H6を生成する。PWM駆動信号H4〜H6はPWMデューティーの目標値の大きさに基づいてデューティー幅が決定されて出力される。制御信号出力回路119は、演算部110で生成された出力切替信号H1〜H3及びPWM駆動信号H4〜H6をインバータ回路部102に出力する。また演算部110には、時間経過を測定する時間測定手段であるタイマ117が設けられている。
インバータ回路部102には直流電力が電池6から給電される。インバータ回路部102では、出力切替信号H1〜H3およびPWM駆動信号H4〜H6に基づきスイッチング素子が駆動されて、通電されるステータ巻線が決定される。さらにPWM駆動信号はPWMデューティーの目標値でスイッチングされている。これにより、モータ3の三相のステータ巻線(U、V、W)に電気角120°の電圧が順に印加されることとなる。
モータ3は、DCブラシレスモータであり、ステータ3Aと、ロータ3Bと、を主に備えている。ステータ3Aは、筒状に構成されてモータ3の外殻をなし、外周面がハウジング2に保持されている。ロータ3Bは、ステータ3A内に回転可能に配置され、その回転軸位置に前後方向に延びるロータシャフト31が同軸一体回転するように設けられている。
ロータシャフト31において前端には、ファン32とピニオンギヤ33とが同軸一体回転するように装着されると共にベアリング31Aが装着されて後述の枠体4Aに回転可能に支承されている。またロータシャフト31において後端には、ベアリング31Bが装着されて、ベアリング31Bを介して回転可能に支持されている。ロータシャフト31と一体にファン32が回転することにより、吸気口2aから胴体部2A内収容空間のモータ3周辺を通り図示せぬ排気口へと抜ける気流が形成される。
胴体部2A内においてモータ3の前側にはギヤ機構4が配置されている。ギヤ機構4は、ピニオンギヤ33を太陽ギヤとする遊星歯車機構であり、枠体4Aを外殻としてハウジング2に装着されており、スピンドル41と、リングギヤ42と、複数の遊星ギヤ43とから構成されている。スピンドル41は、遊星ギヤ43を複数支承する遊星キャリアであり、その前端で後述のアンビル52を同軸回転可能に支承し、その後端で枠体4Aにベアリング4Bを介して回転可能に支承されている。スピンドル41において後端近傍位置には、遊星ギヤ43を支承すると共に、後述の第一スプリング54Aを受ける鍔部41Aが設けられている。またスピンドル41には、後述のハンマ53が前後方向へと移動可能に環装されると共に、軸方向に対して斜めに延びる一対の溝41a、41aが形成されており、この溝41a内にそれぞれボール41B、41Bが挿入され、このボール41B、41Bによりハンマ53と接続されている。
リングギヤ42は、スピンドル41外周に同軸上に位置するように配置されて枠体4Aに回転不能に固定されている。複数の遊星ギヤ43はそれぞれスピンドル41に回転可能に支承され、リングギヤ42に噛合すると共にピニオンギヤ33に噛合している。上記構成により、ピニオンギヤ33の回転が減速されてスピンドル41に伝達される。
インパクト機構5は主に、ハンマケース51と、アンビル52と、ハンマ53と、第一スプリング54A及び第二スプリング54Bと、第一ワッシャ56A及び第二ワッシャ56B(図3)と、規制部57とから主に構成されている。
ハンマケース51は、前端が窄まった円筒状を成しており後端部分でハウジング2の胴体部2Aにモータ3と同軸的に接続され、前端部分にアンビル52を回転可能に支承する軸受51Aを有している。またハンマケース51において、後端近傍位置には、ノブ案内溝51aが形成されている。ノブ案内溝51aは、周方向に向けて延出されるように形成されている。またハンマケース51の内周面には、後述の固定用凸部59Bが挿入され、固定用凸部59Bが前後動のみ可能な図示せぬ溝が形成されている。
アンビル52は、前後方向に延びる円柱状に構成され、軸受51Aによってハンマケース51に回転可能に支承されると共に、後端に形成された穿孔52a内にスピンドル41の先端部分が隙間嵌めされてスピンドル41に回転可能に支承されている。アンビル52の前端部分には、図示せぬソケットが装着される先端工具装着部52Aが設けられている。先端工具装着部52Aは、アンビル52の前端に形成された装着孔52b内に突出可能な図示せぬボールと、バネにより後方に付勢されると共に、後方に付勢された状態で図示せぬボールと当接して図示せぬボールを装着孔52b内に突出させる操作部52Dとから主に構成されている。またアンビル52の後端には、半径方向かつ相反する方向にそれぞれ延びる一対の被係合部である羽根部52E、52Eが一体に設けられている。
ハンマ53は、スピンドル41に環装される貫通孔53aが形成された筒状に構成されている。ハンマ53の前端には一対の係合部であり、羽根部52E、52Eとそれぞれ係合可能な爪部53A、53Aが設けられている。爪部53A、53Aは、ハンマ53の前端から前側に突出し、それぞれ軸周りに180°離れた位置に配置されており、軸周りに対称な形状に形成されている。アンビル52に所定以上の負荷がかかると、ハンマ53は第一スプリング54Aの付勢力に抗して後退する。このとき、ハンマ53は回転せず、スピンドル41のみが回転し、この回転エネルギーは第一スプリング54Aに弾性エネルギーとして蓄えられる。そして、爪部53Aが羽根部52Eを乗り超えると、第一スプリング54Aに蓄えられた弾性エネルギーが解放されて、ハンマ53が前方に移動しながら回転して爪部53Aが羽根部52Eと衝突する。この構成により、モータ3の回転力をアンビル52に打撃力として伝達している。なお、アンビル52にかかる負荷が所定未満の場合には、モータ3の回転がハンマ53に伝達され、ハンマ53の爪部53Aとアンビル52の羽根部52Eが係合しながら供回りする。
ハンマ53において貫通孔53a内表面には、一対のボール41B、41Bがそれぞれ挿入される前後方向に延びる溝53b、53bが形成されている。この溝53b、53bと、溝41a、41aとにそれぞれ一対のボール41B、41Bが挿入されることにより、スピンドル41に対してハンマ53が同軸一体回転可能になる。またハンマ53の後端側には、第一スプリング54Aを受ける受部53cが貫通孔53aを画成する壁回りに一連に形成されており、受部53cより外周位置には、段形状を成して第二スプリング54Bと当接するスプリング受部53Bが周方向に一連に構成されている。
第一スプリング54Aは付勢部材であり、第一ワッシャ56Aを介してスピンドル41の鍔部41Aに担持されており、スピンドル41の鍔部41Aより前端部分が第一スプリング54A内部を挿通し、受部53cに挿入されてハンマ53をスピンドル41に対して軸方向かつ前側方向へ付勢している。よって第一スプリング54Aの付勢方向は軸方向かつ前側方向に一致する。また第一ワッシャ56Aと鍔部41Aとの間には緩衝材であるゴムが介在している。第一スプリング54Aがハンマ53を前側へと付勢することにより、ハンマ53の爪部53A、53Aがアンビル52の羽根部52E、52Eと係合することができる。
また上述の負荷時においてハンマ53がアンビル52に対して後退した際にも、爪部53A、53Aが羽根部52E、52Eを乗り越えたと同時に第一スプリング54Aにより、ハンマ53が前側であるアンビル52側へと移動し、爪部53A、53Aと羽根部52E、52Eとが当接する。このようにハンマ53がアンビル52に対して回転し、爪部53A、53Aが羽根部52E、52Eと当接することにより、アンビル52に回転方向及び軸方向の打撃力が加えられる。
第二スプリング54Bは、スピンドル41、ハンマ53、第一スプリング54Aを内部に収容し、図3に示されるように、前端でスプリング受部53Bに二枚のワッシャが積層されて構成される第二ワッシャ56Bを介して当接すると共に、後端が規制部57に当接し、ハンマケース51に対して規制部57を後方に向けて付勢している。
規制部57は支持部58と当接部59とから構成されている。支持部58は環状に構成され、その後端がリングギヤ42に当接している。支持部58の前端には、周方向に四箇所均等配置され前方へ向けて突出する支持部側凸部58Aが設けられており、隣り合う支持部側凸部58Aの間には、支持部側凹部58aが四箇所規定されている。それぞれの支持部側凸部58Aは、それぞれ同形状に構成されており、支持部側凸部58Aの前端は前後方向と直交する平面状に構成され、支持部側凸部58Aの周方向の側面は斜面状に構成されている。
また支持部58の外周には、半径方向外側に延びる操作ノブ58Bが設けられており、操作ノブ58Bは、図1に示されるように、ハンマケース51のノブ案内溝51aからハンマケース51外に突出している。ノブ案内溝51aは周方向に形成されているので操作ノブ58Bはノブ案内溝51aに沿って周方向に移動することができ、故に操作ノブ58Bと一体の支持部58は周方向に回動することができる。
図3に示されるように、当接部59は、支持部58と同径の環状に構成されて支持部58の前方に配置されており、支持部58側(後側)へと向けて突出する四個の当接部側凸部59Aを有している。それぞれの当接部側凸部59Aは、それぞれ同形状に構成されており、当接部側凸部59Aの後端は前後方向と直交する平面状に構成され、当接部側凸部59Aの周方向の側面は斜面状に構成されている。
また隣り合う当接部側凸部59Aの間には当接部側凹部59aが四箇所規定されており、当接部59は、四箇所の当接部側凹部59a内にそれぞれ支持部側凸部58Aを挿入可能であると共に、それぞれ当接部側凸部59Aを四箇所の支持部側凹部58a内に挿入可能に構成されている。当接部59において前端面は、第二ワッシャ56Bと当接する箇所になる。
当接部59と支持部58とは、上述のように、互いの凸部及び凹部が組み合わされる構成であり、かつ互いの凸部がそれぞれ平面を備えている。よって規制部57は、当接部59と支持部58との互いの凸部の先端が当接した状態(阻止状態)で最も規制部57の前後長が大きく、互いの凸部及び凹部が組み合わされた状態(許容状態)でその前後長が小さくなる。
また当接部59の外周部分であって当接部側凸部59Aの基部となる位置には、半径方向外側に向けて延出される固定用凸部59Bが設けられている。固定用凸部59Bはハンマケース51の内周面に形成された図示せぬ溝内に前後動のみ可能に挿入されているため、当接部59はハンマケース51に対して前後動可能であるが周方向への回動は不能になる。
上述のように、当接部59は、第二ワッシャ56B及び第二スプリング54Bを介してハンマ53に当接しているため、当接部59が後方に位置している許容状態では、第二スプリング54Bが圧縮可能な分、ハンマ53が後方へと移動可能になる。よって許容状態では、アンビル52にかかる負荷が所定以上の場合、ハンマ53がアンビル52に対して後退し爪部53Aが羽根部52Eを乗り越えつつ回転することにより、ハンマ53によりアンビル52に打撃力を加えることができる。この許容状態においてモータ3は、正逆切換レバー24に基づきロータシャフト31が正転若しくは逆転のいずれか一方の回転方向のみに回転する連続回転状態になる。
これに対して図4に示されるように当接部59が前方に位置している阻止状態では、第二スプリング54Bがすでに圧縮されている状態であるため、ハンマ53は後方への移動が不能になる。よって阻止状態ではハンマ53がアンビル52に対して後退不能であるため、爪部53Aが羽根部52Eを乗り越えることもない。よってアンビル52に打撃力を与えるには、モータ3を繰り返し正逆回転させるパルス駆動してアンビル52にハンマ53を衝突させる。この阻止状態においてモータ3は、ロータシャフト31が正転と逆転とで交互に切り換えられる正逆回転状態になる。
上記構成のインパクト工具1においてモータ3の回転を連続回転状態(第1モードとなるインパクトモード)と正逆回転状態(第2モードとなるパルスモード)とに切り換える制御について、図5のグラフ及び図6のフローに基づき説明する。図5(a)、(b)には、それぞれ連続回転状態と正逆回転状態とにおいて打撃動作を行った際の電流と時間の関係を示す。図5(a)、(b)において、電流が大きく変化している部分が打撃動作を行っている状態である。なお、モータ3に電力が投入されてから所定の時刻までの電流値については、本制御において考慮しない。なぜなら、一般にモータ3回転開始時の起動電力は大きいため、この起動電力に起因する大きな電流値(起動電流)を制御の対象から外すためである。これは後述する第一変形例〜第三変形例でも同様である。
連続回転状態では、図示せぬ先端工具が被加工材に食い込む等によりロックされ回転が規制されてモータ3に負荷が掛かる状態において、モータ3の軸トルクが大きくなった状態、即ちモータ3への負荷がある程度大きくなった(電流値が大きくなった)時点で、爪部53Aが羽根部52Eを乗り越えるため(モータ3が回転するため)、その後は電流値の増加は生じない。即ち、図5(a)に示されるように、連続回転状態では、打撃動作に入る直前(すなわち、最初に爪部53Aが羽根部52Eを乗り越えるとき)が最も電流値が大きくなる。その後、爪部53Aが羽根部52Eを乗り越えるまで電流値が大きくなり(図中、右上がりに電流値が大きくなっている部分)、乗り越えた後では電流値が小さくなり(図中、右下がりに電流値が小さくなっている部分)、その状態を繰り返してインパクトモードで駆動する。
これに対して正逆回転状態では、爪部53Aが羽根部52Eを乗り越えることは無いため、モータ3の軸トルク(これに応じた電流値)は連続回転状態における電流値の最大値より大きくなる。よって図5(b)に示されるように、電流値は右肩上がりに大きくなり、図5(a)における電流値の最大値(A0)よりも大きい値をとる。従って、図5(a)における最大値より大きい値を閾値A1として設定し、電流値が閾値A1より大きくなった場合には、モータ3の回転状態を連続回転状態(インパクトモード)から正逆回転状態(パルスモード)に変更する。図5(b)において、時間軸の下側に示す部分が逆転動作、上側に示す部分が正転動作であり、正転と逆転を繰り返してパルスモードで駆動する。
具体的には図6のフローに示されるように、先ずトリガ23Aを引いてモータ3を起動させる。モータ起動時においてモータ3は、通常の回転状態である連続回転状態(インパクトモード)である。その後にS01において不感区間が経過したかをタイマ117に基づき判断する。不感区間を経過したと判断したら(S01:YES)、S02へと進み、電流検出回路114で検出される電流値が閾値A1より大きいか否かを判断する。S02において電流値が閾値A1より大きいと判断したら(S02:YES)、モータ3をパルス駆動し正逆回転状態(パルスモード)に変更して当該フローを終了する。
上述のフローでは、単に電流値が閾値A1より高いか否かで正逆回転状態に変更するか否かを判断した。これに対して第一の変更例として、より正確に判断するために、図7(a)(b)に示されるように、電流値が閾値A2に到達した後に、電流値が閾値A2より大きい状態が所定の時間t1(電流閾値到達継続時間t1)継続した後に正逆回転状態に変更するようにしてもよい。尚、閾値A2は、モータ3に掛かる負荷を考慮して、閾値A1より小さい値である方が好ましい。例えば、閾値A1を40A、閾値A2を38A、所定の時間t1を200msecに設定する。
具体的には、図8のフローに示されるように、まずトリガ23Aを引いてモータ3を起動させ、その後にS11において不感区間が経過したかをタイマ117に基づき判断する。不感区間を経過したと判断したら(S11:YES)、S12へと進み、電流検出回路114で検出される電流値が閾値A2より大きいか否かを判断する。S12において電流値が閾値A2より大きいと判断したら(S12:YES)、S13へと進み、タイマ117で電流値が閾値A2を超えた時刻からの時間tをカウントする。そしてS14へと進み、時間tが電流閾値到達継続時間t1より大きいか否かを判断する。S14において時間tが電流閾値到達継続時間t1より大きいと判断したら(S14:YES)、モータ3をパルス駆動し正逆回転状態に変更して当該フローを終了する。なお、S13で時間tをカウント開始した後も電流値を検出し、継続時間t1を経過する前に電流値が閾値A2より下がった場合にはタイマ117をリセットしてS12に戻るようにすれば、より確実にモード切替を実現することができる。
このような制御によれば、規制部57が許容状態になりモータ3の正逆回転状態を必要としない状態において、電流値の異常値が局所的に発生したとしても、その異常値を排除することができ、誤動作を防止できる。
また上述の実施の形態及び第一の変形例では、電流値を基準にして連続回転状態と正逆回転状態とを判断したが、これに限らず、第二の変形例として図9に示されるように回転数を基準として判断してもよい。図9(a)(b)には、それぞれ連続回転状態と正逆回転状態とにおいて打撃動作を行った際の回転数と時間の関係を示す。図9(a)(b)において、回転数が大きく変動している部分が打撃動作を行っている状態である。
連続回転状態(インパクトモード)では、図示せぬ先端工具が被加工材に食い込む等によりモータ3に負荷が掛かる状態においては、負荷が小さい状態で一端増加した回転数が負荷の増大により低下する。そしてモータ3への負荷がある程度大きくなった(回転数が小さくなった)時点で、爪部53Aが羽根部52Eを乗り越えモータ3の回転数を増加させるため、その後の回転数の低下は生じない。即ち、図9(a)に示されるように、連続回転状態では、打撃動作に入る直前(すなわち、最初に爪部53Aが羽根部52Eを乗り越えるとき)の回転数(r0)が最も小さくなる。その後、爪部53Aが羽根部52Eを乗り越えるまで回転数は低下し(図中、右下がりに回転数が小さくなっている部分)、乗り越えた後では回転数が上昇し(図中、右上がりに回転数が大きくなっている部分)、その状態を繰り返してインパクトモードで駆動する。
これに対して正逆回転状態では、爪部53Aが羽根部52Eを乗り越えることは無いため、正逆回転状態におけるモータ3の回転数は、連続回転状態における回転数より小さくなる。よって図9(b)に示されるように、電流値は右肩下がりに小さくなり、図9(a)における回転数の最小値よりも小さい値をとる。従って、図9(a)における最小値より小さい値を閾値r1として設定し、回転数が閾値r1より小さくなった場合には、モータ3の回転状態を連続回転状態(インパクトモード)から正逆回転状態(パルスモード)に変更する。図9(b)において、時間軸の下側に示す部分が逆転動作、上側に示す部分が正転動作であり、正転と逆転を繰り返してパルスモードで駆動する。
具体的には図10のフローに示されるように、先ずトリガ23Aを引いてモータ3を起動させる。その後にS21において不感区間が経過したかをタイマ117に基づき判断する。不感区間を経過したと判断したら(S21:YES)、S22へと進み、モータ回転数検出回路116で検出される回転数が閾値r1より小さいか否かを判断する。S22において回転数が閾値r1より小さいと判断したら(S22:YES)、モータ3をパルス駆動し正逆回転状態に変更して当該フローを終了する。
第三の変形例として、第一の変形例と同様に、回転数による制御において、図11(a)、(b)に示されるように、回転数が閾値r2に到達した後に回転数が閾値r2より小さい状態が所定の時間t2(回転数閾値到達継続時間t2)継続した後に正逆回転状態に変更するようにしてもよい。尚、閾値r2は、モータ3に掛かる負荷を考慮して、閾値r1より大きな値である方が好ましい。例えば、閾値r1を7400rpm、閾値r2を8100rpm、所定の時間t2を200msecに設定する。
具体的には、図12のフローに示されるように、まずトリガ23Aを引いてモータ3を起動させ、その後にS31において不感区間が経過したかをタイマ117に基づき判断する。不感区間を経過したと判断したら(S31:YES)、S32へと進み、モータ回転数検出回路116で検出される回転数が閾値r2より小さいか否かを判断する。S32において回転数が閾値r2より小さいと判断したら(S32:YES)、S33へと進み、タイマ117で回転数が閾値r2を超えた時刻からの時間tをカウントする。そしてS44へと進み、時間tが回転数閾値到達継続時間t2より大きいか否かを判断する。S34において時間tが回転数閾値到達継続時間t2より大きいと判断したら(S34:YES)、モータ3をパルス駆動し正逆回転状態に変更して当該フローを終了する。なお、S33で時間tをカウント開始した後も回転数を検出し、継続時間t2を経過する前に回転数が閾値r2より大きくなった場合にはタイマ117をリセットしてS32に戻るようにすれば、より確実にモード切替を実現することができる。
上述の実施の形態及び第一〜第三の変形例によると、モード切替のための電気スイッチを用いることなくモータ3の負荷状態に応じて連続回転状態と正逆回転状態とを選択することができる。連続回転状態(インパクトモード)においてはハンマ53とアンビル52との軸方向の移動に基づく回転方向と軸方向への打撃力を発生させることができ、正逆回転状態(パルスモード)においては、モータ3の正逆回転(パルス駆動)に基づく回転方向の打撃力を発生させることができる。よって連続回転状態においては連続的な打撃による力強い締付けが可能であり、正逆回転状態においてはモータ3のパルス駆動することで爪部53Aが羽根部52Eを乗り越えることが無いため、打撃音を低減できる。
上述した実施の形態及び変形例は、図3に示す規制部57によって連続回転モード(インパクトモード)と正逆回転モード(パルスモード)とを機械的に切り替える構成をとっている。すなわち、規制部57によってハンマ53の軸方向の移動を許容するか規制するかを切り替えている。規制部57とモータ3を制御する制御回路100(特に演算部110)とは電気的に接続されていないため、制御回路100は、規制部57の切り替えに応じてモータ3の駆動モードを切り替えることができない。
そのため、規制部57の移動と連動してオン又はオフする電気スイッチを設けて、電気スイッチのオン又はオフの信号に応じて制御回路100がモータ3の駆動モードを切り替えるようにすればよい。しかしながら、インパクト工具では、ハンマ53とアンビル52の打撃力によりネジ締め作業を行うため、打撃時等の作業時に生じる振動により電気スイッチの接点がチャタリングを起こす可能性があり、制御部が正確にモード切り替えを検出できない場合が考えられる。
そこで、本発明は、規制部57の移動と連動する電気スイッチを用いず、適切にモード切り替えを行うことができるインパクト工具を提供している。本発明では、モータ3に流れる電流またはモータ3の回転数を検出し、電流または回転数に基づいてモード切り替えを行っている。電流が所定電流値より大きくなった場合、または、モータ回転数が所定回転数より低下した場合には、規制部57によってハンマ53の後退が規制されているパルスモードと判断してモータ3をパルス駆動するよう演算部110がインバータ回路部102のスイッチング素子Q1〜Q6を制御している。このように構成することで、電気スイッチのチャタリングの影響を受けず、適切なモード切り替えを実現することができる。また、電気スイッチを用いないため部品点数も増加することなく製造コストを抑えることができる。さらに、電流検出部や回転数検出部は、モータやインバータ回路部の過負荷保護、ブラシレスモータの場合のロータの位置検出のために必要なものであり、これらを新たに設ける必要はないため、この点からも製造コストを抑えることができる。
また、上述した実施の形態及び変形例において、第1モードをインパクトモード、第2モードをパルスモードとして説明したがこれに限るものではない。例えば、第2モードを電子クラッチモードとしても良い。電子クラッチモードは、モータの電流が所定値を超えたらモータを停止させるモードであり、正逆転を繰り返してモータを駆動する制御に限らない。この場合、電流の閾値を固定(一定)とせず、任意に切り替え(変更)可能とすれば、モータの停止タイミングを変更することもでき、用途に応じて使い分けることができる。
1:インパクト工具 2:ハウジング 2A:胴体部 2B:ハンドル 2a:吸気口
3:モータ 3A:ステータ 3B:ロータ 4:ギヤ機構 4A:枠体
4B:ベアリング 5:インパクト機構 6:電池 23A:トリガ
23B:スイッチ部 24:正逆切換レバー 31:ロータシャフト
31A:ベアリング 31B:ベアリング 32:ファン 33:ピニオンギヤ
41:スピンドル 41A:鍔部 41B:ボール 41a:溝 42:リングギヤ
43:遊星ギヤ 51:ハンマケース 51A:軸受 51a:ノブ案内溝
52:アンビル 52A:先端工具装着部 52D:操作部 52E:羽根部
52a:穿孔 52b:装着孔 53:ハンマ 53A:爪部 53B:スプリング受部
53a:貫通孔 53b:溝 53c:受部 54A:第一スプリング
54B:第二スプリング 56A:第一ワッシャ 56B:第二ワッシャ 57:規制部
58:支持部 58A:支持部側凸部 58B:操作ノブ 58a:支持部側凹部
59:当接部 59A:当接部側凸部 59B:固定用凸部 59a:当接部側凹部
100:制御回路部 102:インバータ回路部 110:演算部
111:スイッチ操作検出回路 112:印加電圧設定回路 113:回転方向設定回路
114:電流検出回路 115:回転子位置検出回路 116:モータ回転数検出回路
117:タイマ 119:制御信号出力回路
3:モータ 3A:ステータ 3B:ロータ 4:ギヤ機構 4A:枠体
4B:ベアリング 5:インパクト機構 6:電池 23A:トリガ
23B:スイッチ部 24:正逆切換レバー 31:ロータシャフト
31A:ベアリング 31B:ベアリング 32:ファン 33:ピニオンギヤ
41:スピンドル 41A:鍔部 41B:ボール 41a:溝 42:リングギヤ
43:遊星ギヤ 51:ハンマケース 51A:軸受 51a:ノブ案内溝
52:アンビル 52A:先端工具装着部 52D:操作部 52E:羽根部
52a:穿孔 52b:装着孔 53:ハンマ 53A:爪部 53B:スプリング受部
53a:貫通孔 53b:溝 53c:受部 54A:第一スプリング
54B:第二スプリング 56A:第一ワッシャ 56B:第二ワッシャ 57:規制部
58:支持部 58A:支持部側凸部 58B:操作ノブ 58a:支持部側凹部
59:当接部 59A:当接部側凸部 59B:固定用凸部 59a:当接部側凹部
100:制御回路部 102:インバータ回路部 110:演算部
111:スイッチ操作検出回路 112:印加電圧設定回路 113:回転方向設定回路
114:電流検出回路 115:回転子位置検出回路 116:モータ回転数検出回路
117:タイマ 119:制御信号出力回路
Claims (10)
- 正転方向若しくは逆転方向のいずれかの方向に回転可能な出力軸部を有するモータと、
該モータによって回転駆動され、該出力軸部の軸方向に移動可能なハンマと、
先端工具保持部を有し、該ハンマにより打撃されるアンビルと、
前記ハンマの軸方向の移動を規制する規制部と、
該モータの回転を制御する制御部と、を備え、
該制御部は、該モータの負荷を検出する負荷検出部を有し、
該制御部は、該負荷が所定値を下回った場合には該ハンマの軸方向の移動が規制されていないと判断して該モータを第1モードで駆動し、該負荷が所定値を上回った場合には該ハンマの軸方向の移動が規制されていると判断して該モータを第2モードで駆動することを特徴とするインパクト工具。 - 該負荷検出部は、該モータに流れる電流を検出する電流検出部を備え、
該制御部は、該電流が所定値を下回った場合には該ハンマの軸方向の移動が規制されていないと判断して該モータを第1モードで駆動し、該電流が所定値を上回った場合には該ハンマの軸方向の移動が規制されていると判断して該モータを第2モードで駆動することを特徴とする請求項1に記載のインパクト工具。 - 正転方向若しくは逆転方向のいずれかの方向に回転可能な出力軸部を有するモータと、
該モータによって回転駆動され、該出力軸部の軸方向に移動可能なハンマと、
先端工具保持部を有し、該ハンマにより打撃されるアンビルと、
該モータの回転を制御する制御部と、を備え、
該制御部は、
該モータに流れる電流を検出する電流検出部と、
該電流検出部によって検出した電流に応じて、該出力軸部の回転方向を一方向のみとする第1モードと、該出力軸部の回転方向を交互に切り換える第2モードとを選択するモード選択部と、を有し、
該モード選択部は、該電流検出部で検出した電流値が、該ハンマが該アンビルを乗り越えるときの電流値より大きい所定の電流閾値に達したら該第2モードを選択することを特徴とするインパクト工具。 - 該制御部は、時間を測定する時間測定部を備え、
該モード選択部は、該電流値が該所定の電流閾値より大きくなった状態が所定時間継続した場合に該第2モードを選択することを特徴とする請求項3に記載のインパクト工具。 - 前記ハンマの軸方向の移動を規制する規制部を備え、
該制御部は、該規制部が該ハンマの移動を規制している場合に、該電流検出部によって検出した該モータの状態に応じて該第2モードを選択可能となることを特徴とする請求項3または4に記載のインパクト工具。 - 正転方向若しくは逆転方向のいずれかの方向に回転可能な出力軸部を有するモータと、
該モータによって回転駆動され、該出力軸部の軸方向に移動可能なハンマと、
先端工具保持部を有し、該ハンマにより打撃されるアンビルと、
該モータの回転を制御する制御部と、を備え、
該制御部は、
該出力軸部の回転数を検出する回転検出部と、
該回転検出部によって検出した回転数に応じて、該出力軸部の回転方向を一方向のみとする第1モードと、該出力軸部の回転方向を交互に切り換える第2モードとを選択するモード選択部と、を有し、
該モード選択部は、該回転検出部で検出した回転数が、該ハンマが該アンビルを乗り越えるときの回転数より小さい所定の回転数閾値に達したら該第2モードを選択することを特徴とするインパクト工具。 - 該制御部は、時間を測定する時間測定部を備え、
該モード選択部は、該回転数が該所定の回転数閾値より小さくなった状態が所定時間継続した場合に該第2モードを選択することを特徴とする請求項6に記載のインパクト工具。 - 前記ハンマの軸方向の移動を規制する規制部を備え、
該制御部は、該規制部が該ハンマの移動を規制している場合に該回転数検出部によって検出した該モータの状態に応じて該第2モードを選択可能となることを特徴とする請求項5または6に記載のインパクト工具。 - 正転方向若しくは逆転方向のいずれかの方向に回転可能な出力軸部を有するモータと、
先端工具が装着される先端工具装着部を有するアンビルと、
該モータによって回転駆動され、該出力軸部の軸方向に移動可能であり、該アンビルと係合して該アンビルを回転駆動するハンマと、
該ハンマを該アンビルに向け該軸方向を付勢方向として付勢する付勢部材と、
該モータに接続されて該モータの回転を制御する制御部と、を有し、
該アンビルには径方向外側に突出し該ハンマと係合可能な被係合部が設けられ、該ハンマには該被係合部と該出力軸部の軸回りの周方向で係合可能な係合部が設けられ、該ハンマと該アンビルとは、該ハンマが該付勢部材に抗して該反付勢方向へと移動しつつ回転することにより、該係合部が該被係合部を乗り越えて回転可能に構成され、
該制御部は、
該モータの電流値を検出する電流検出手段と、該モータの回転数を検出する回転数検出手段との少なくとも一方を有する状態検出手段と、
該状態検出手段によって検出した該モータの状態に応じて、該出力軸部の回転方向を該正転方向若しくは該逆転方向のいずれか一方のみに規定する連続回転状態と、該出力軸部の回転方向を該正転方向と該逆転方向とで交互に切り換えるように規定する正逆回転状態とのいずれか一方の状態を選択する状態選択手段と、を有し、
該状態選択手段は、該電流検出手段で検出した該電流値が、該係合部が該被係合部を乗り越えるときの電流値より大きい所定の電流閾値に達した場合、或いは、該回転数検出手段で検出した該回転数が、該係合部が該被係合部を乗り越えるときの回転数より小さい所定の回転数閾値に達した場合に、該正逆回転状態を選択することを特徴とするインパクト工具。 - 該制御部は、経過時間を測定する時間測定手段を更に備え、
該状態選択手段は、該電流値が該電流閾値より大きくなった状態、或いは、該回転数が該回転数閾値より小さくなった状態が所定時間係属した場合に、該正逆回転状態を選択し該モータを制御することを特徴とする請求項9に記載のインパクト工具。
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