JP2016010844A - 打撃作業機 - Google Patents

Abstract

【課題】先端工具に加えられる打撃力が低下することを抑制できる打撃作業機を提供する。
【解決手段】ブラシレスモータ２４から動力が伝達されて往動及び復動するピストン１８と、ピストン１８の動作により圧力が変化する圧力室１９と、圧力室１９の圧力で動作して先端工具１１を打撃する打撃子１７と、を備えた打撃作業機１０であって、圧力室１９の圧力に応じたピストン１８の動作負荷を検出するモータ電流検出抵抗及びモータ制御ユニットと、ピストン１８が上死点から打撃子１７に近づく向きで往動する行程で、ピストン１８の動作負荷が最大となる第２位置を検出するクランク位置検出センサ７３及びモータ制御ユニットと、ピストン１８が上死点から往動して第２位置に到達するまでの範囲におけるピストン１８の第１動作速度を、動作負荷が最大となった後にピストン１８が往動する範囲における第２動作速度よりも高速とするモータ制御ユニットを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの動力で動作部材を往復動作させて、先端工具を打撃する打撃作業機に関する。

モータの動力で先端工具を打撃する打撃作業機が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された打撃作業機は、ハウジング内に設けた円筒状のシリンダと、シリンダ内に往復動作可能に収納された動作部材と、シリンダに保持された先端工具と、シリンダ内に往復動作可能に設けられた打撃子と、シリンダ内で先端工具と打撃子との間に配置された中間子と、シリンダ内で動作部材と打撃子との間に形成された圧力室と、を有する。シリンダには、圧力室につながる呼吸孔が形成されている。ハウジング内にモータが設けられており、モータの出力軸の回転力を、動作部材の往復動作力に変換する動力変換機構が設けられている。

特許文献１に記載された打撃作業機は、モータの出力軸の回転力が、動作部材の往復動作力に変換される。動作部材が打撃子から離れる向きで動作すると、圧力室の圧力が低下する一方、動作部材が打撃子に近づく向きで動作すると、圧力室の圧力が上昇して、打撃力が中間子を介して先端工具に加えられる。

特開２００９−１１３１２２号公報

しかし、特許文献１に記載された打撃作業機は、動作部材が打撃子に近づく向きで動作する行程で圧力室の圧力が上昇すると、動作部材の動作速度が低下し、打撃力が低下する可能性があった。

本発明の目的は、動作部材が動作して先端工具に加えられる打撃力が低下することを抑制できる打撃作業機を提供することにある。

一実施形態の打撃作業機は、モータから動力が伝達されて往動及び復動する動作部材と、前記動作部材の動作により圧力が変化する圧力室と、前記圧力室の圧力で動作して先端工具を打撃する打撃子と、を備えた打撃作業機であって、前記圧力室の圧力に応じた前記動作部材の動作負荷を検出する負荷検出部と、前記動作部材が第１位置から前記打撃子に近づく向きで往動する行程で、前記動作部材の動作負荷が最大となる第２位置を検出する位置検出部と、前記動作部材が往復動作する動作範囲のうち、前記第１位置から前記第２位置に至る少なくとも一部の第１範囲を前記動作部材が動作する場合の第１動作速度を、前記第１範囲以外の第２範囲を前記動作部材が動作する場合の第２動作速度よりも高速とする速度制御部と、を有する。

他の実施形態の打撃作業機は、モータから動力が伝達されて往動及び復動する動作部材と、前記動作部材の動作により圧力が変化する圧力室と、前記圧力室の圧力で動作して先端工具を打撃する打撃子と、を備えた打撃作業機であって、前記動作部材が第１位置から前記打撃子に近づく向きで往動する行程で、前記動作部材の動作負荷が最大となる第２位置を検出する位置検出部と、前記動作部材が往復動作する動作範囲のうち、前記第１位置から前記第２位置に至る少なくとも一部の第１範囲を前記動作部材が動作する場合の第１動作速度を、前記第１範囲以外の第２範囲を前記動作部材が動作する場合の第２動作速度よりも高速とする速度制御部と、を有する。

本発明によれば、動作部材の動作負荷が最大となる場合において、動作部材の動作速度が低下することを抑制できる。したがって、動作部材の動作により打撃子に加えられる打撃力が低下することを抑制できる。

本発明の打撃作業機の一例を示す正面断面図である。 図１の打撃作業機の制御回路を示すブロック図である。 図１の打撃作業機で実行可能な制御例１を示すフローチャートである。 制御例１に対応するタイムチャートの例である。 図１の打撃作業機で実行可能な制御例２を示すフローチャートである。 図５のフローチャートで判断される電流値の波形である。 図１の打撃作業機で実行可能な制御例３を示すフローチャートである。 制御例３に対応するタイムチャートの例である。 図１の打撃作業機で実行可能な制御例４を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。打撃作業機１０は、ハンマドリルとも言われ、打撃作業機１０に取り付けられる先端工具１１は、対象物を破砕するか、または対象物に穴をあけるためのものである。対象物は、コンクリート、木材のいずれでもよい。打撃作業機１０は、筒形状の第１ハウジング１２を有し、第１ハウジング１２内に円筒形状のシリンダ１３が設けられている。シリンダ１３は軸線Ａ１を中心として配置されており、シリンダ１３と同心状に、円筒形状の工具保持具１４が設けられている。シリンダ１３と工具保持具１４は一体回転可能に連結され、工具保持具１４は、軸受１５により回転可能に支持されている。工具保持具１４に先端工具１１が取り付けられ、シリンダ１３の回転力は先端工具１１に伝達される。

工具保持具１４内からシリンダ１３内に亘って、金属製の打撃力伝達部材１６が設けられている。打撃力伝達部材１６は、軸線Ａ１に沿った方向に往復動自在である。シリンダ１３内には、打撃力伝達部材１６を打撃する打撃子１７が設けられている。打撃子１７は、軸線Ａ１に沿った方向に往復動自在である。また、シリンダ１３内にピストン１８が配置されており、ピストン１８は軸線Ａ１に沿った方向に往復動作可能である。シリンダ１３内であって、打撃子１７とピストン１８との間に圧力室１９が設けられている。また、シリンダ１３を径方向に貫通し、かつ、圧力室につながる呼吸孔が設けられている。

一方、打撃作業機１０は、第２ハウジング２０を有し、第２ハウジング２０は第１ハウジング１２に固定されている。また、第１ハウジング１２及び第２ハウジング２０内に亘ってギヤケース５８が配置されている。また、第２ハウジング２０と第１ハウジング１２とをつなぐハンドル２１が設けられている。ハンドル２１にレバー２２及び給電ケーブル４７が設けられている。

第２ハウジング２０内には、筒形状のモータケース２３が設けられており、そのモータケース２３内にブラシレスモータ２４が収容されている。このブラシレスモータ２４は直流電動モータであり、ブラシレスモータ２４は、鉄心にコイルを巻いた筒形状のステータ２７と、ステータ２７の内側に配置されたロータ２８と、を有している。ロータ２８は、出力軸２９と、出力軸２９の外周に固定したロータコア２８ｂと、ロータコア２８ｂに取り付けた永久磁石２８ａと、を有する。打撃作業機１０の正面視で、出力軸２９の回転中心である軸線Ｂ１は、軸線Ａ１と直交する。さらに、第２ハウジング２０内に軸受３１が設けられ、ギヤケース５８内に軸受３２が設けられている。２個の軸受３１，３２は、出力軸２９の軸線Ｂ１に沿った方向で異なる位置に配置されている。出力軸２９に駆動ギヤ３３が設けられている。そして、出力軸２９は、２個の軸受３１，３２により回転自在に支持されている。

さらに、打撃作業機１０は、ブラシレスモータ２４の出力軸２９の回転力を、ピストン１８の往復動作力に変換する動力変換機構３５を有する。動力変換機構３５は、クランク軸３７及びコネクティングロッド４０を備えている。クランク軸３７は、ギヤケース５８内及び第１ハウジング１２内に亘って配置され、クランク軸３７は、軸受７９により支持されて、軸線Ｃ１を中心として回転可能である。軸線Ｃ１は軸線Ｂ１と平行であり、かつ、軸線Ａ１に対して直角である。

クランク軸３７は出力軸２９と平行であり、クランク軸３７に固定した従動ギヤ３８が、駆動ギヤ３３と噛み合っている。従動ギヤ３８の歯数は、駆動ギヤ３３の歯数よりも多く、駆動ギヤ３３及び従動ギヤ３８は減速機構として機能する。すなわち、出力軸２９の回転力がクランク軸３７に伝達される場合、クランク軸３７の回転速度は出力軸２９の回転速度よりも低速となる。クランク軸３７には、クランク軸３７の回転中心となる軸線Ｃ１から偏心したクランクピン３９が取り付けられている。クランクピン３９は第１ハウジング１２内に配置されている。

コネクティングロッド４０は、シリンダ１３の内外に亘って配置されている。コネクティングロッド４０の長さ方向の第１端部は、クランクピン３９に対して揺動可能に連結されている。また、コネクティングロッド４０の長さ方向の第２端部は、ピストン１８に対して揺動可能に連結されている。このため、出力軸２９の回転力でクランク軸３７が回転すると、ピストン１８がシリンダ１３内で軸線Ａ１に沿って往復動作する。ピストン１８がクランク軸３７から離れる際の動作力が往動力であり、ピストン１８がクランク軸３７に近づく際の動作力が復動力である。

ピストン１８が、軸線Ａ１に沿って動作しクランク軸３７に最も近づいた位置を上死点とし、ピストン１８がクランク軸３７から最も離れた位置を下死点とする。ピストン１８が上死点にある場合に、クランク軸３７が１回転する、つまり、３６０度回転すると、ピストン１８は、上死点から下死点に向けて動作し、かつ、下死点から上死点に戻る。つまり、ピストン１８はシリンダ１３内を１往復する。

さらに、打撃作業機１０は、出力軸２９の回転力を先端工具１１に伝達する回転力伝達機構３４を備えている。以下、回転力伝達機構３４の構成を説明する。まず、ギヤケース５８内に回転力伝達軸４１が設けられており、回転力伝達軸４１は、軸受７０，７１により回転可能に支持されている。回転力伝達軸４１に従動ギヤ４２が設けられている。従動ギヤ４２は、クランク軸３７の駆動ギヤ４３に噛み合っている。このため、出力軸２９の回転力は回転力伝達軸４１に伝達される。さらに、回転力伝達軸４１にベベルギヤ４４が設けられている。

一方、シリンダ１３の外周に円筒形状のベベルギヤ４５が取り付けられており、ベベルギヤ４５はシリンダ１３に対して回転可能である。ベベルギヤ４５はベベルギヤ４４と噛み合っている。シリンダ１３の外周に、シリンダ１３と一体回転し、かつ、軸線Ａ１に沿った方向に移動可能なスリーブ４６が取り付けられている。スリーブ４６が、シリンダ１３に対して軸線Ａ１に沿って移動すると、ベベルギヤ４５と動力伝達可能に接続されるか、またはベベルギヤ４５から解放される。

打撃作業機１０は、モード切替レバーを備えており、作業者がモード切替レバーを操作すると、スリーブ４６が軸線Ａ１に沿った方向に移動する。このため、スリーブ４６がベベルギヤ４５に連結されていると、回転力伝達軸４１の回転力はシリンダ１３に伝達される。これに対して、スリーブ４６がベベルギヤ４５から解放されていると、回転力伝達軸４１の回転力はシリンダ１３に伝達されない。回転力伝達機構３４は、駆動ギヤ４３、従動ギヤ４２、回転力伝達軸４１、ベベルギヤ４４，４５、スリーブ４６を含む。

図２は、打撃作業機１０の制御回路を示すブロック図である。ブラシレスモータ２４のロータ２８は、交流電源５２から供給される電力で回転する。打撃作業機１０は、ブラシレスモータ２４のロータ２８の目標回転速度を設定する速度設定ダイヤル４９を備えている。

また、ブラシレスモータ２４のステータ２７は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応するコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１を備え、ロータ２８には円周方向に間隔をおいて、極性が異なる２種類の永久磁石２８ａが４個設けられており、異なる極性の永久磁石２８ａが交互に並べられている。ロータ２８の回転位置を検出するために、３相のコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に対応させて、３個の磁気センサ７４，７５，７６が設けられている。さらに、モータケース２３内に環状の基板７２が回転しないように設けられており、基板７２に磁気センサ７４，７５，７６が取り付けられている。それぞれの磁気センサ７４，７５，７６は、永久磁石２８ａが発生する磁力を検出し、かつ、磁力を電気信号に変換して出力する非接触のセンサである。磁気センサ７４，７５，７６は、ホールＩＣを用いることができる。

打撃作業機１０は、各コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に供給する駆動電流を制御するためのインバータ回路５１を有している。インバータ回路５１には、交流電源５２の交流電流を直流電流に整流するための整流回路５３と、整流された直流電流の電圧を昇圧してインバータ回路５１に供給するための力率改善回路５４と、を介して電力が供給される。力率改善回路５４は、電界効果トランジスタで構成されたトランジスタ９４に対して、ＰＷＭ制御信号を出力する集積回路５５を有しており、力率改善回路５４は、インバータ回路５１のスイッチング素子で発生する高調波電流を制限値以下に抑える。なお、交流電源５２と整流回路５３との間には、インバータ回路５１で生じたノイズを交流電源５２に伝えないようにするために、雑音対策回路５６が設けられている。

インバータ回路５１は、３相フルブリッジインバータ回路であり、直列に接続された２つのスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２と、直列に接続された２つのスイッチング素子Ｔｒ３，Ｔｒ４と、直列に接続された２つのスイッチング素子Ｔｒ５，Ｔｒ６とを有し、３つのスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５は、力率改善回路５４の正極の出力端子に接続され、３つのスイッチング素子Ｔｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６は、力率改善回路５４の負極の出力端子に接続される。

力率改善回路５４の正極側に接続される３つのスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５は、ハイサイド側となっており、力率改善回路５４の負極側に接続される３つのスイッチング素子Ｔｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６は、ローサイド側となっている。２つのスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２の間には、Ｕ相のコイルＵ１の一方の接続端子が接続される。２つのスイッチング素子Ｔｒ３，Ｔｒ４の間には、Ｖ相のコイルＶ１の一方の接続端子が接続される。２つのスイッチング素子Ｔｒ５，Ｔｒ６の間には、Ｗ相のコイルＷ１の一方の接続端子が接続される。

コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１の他方の接続端子は、相互に接続されており、コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１はスター結線となっている。なお、コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１の結線方式は、デルタ結線でもよい。そして、ハイサイド側のスイッチング素子Ｔｒ１と、ロウサイド側のスイッチング素子Ｔｒ４のゲートに制御信号が通電されると、Ｕ相とＶ相のコイルＵ１，Ｖ１に電流が供給される。それぞれのスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６に供給される制御信号の通電タイミング及び通電割合を調整することにより、コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に供給される電流値が制御される。スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６に供給される制御信号の通電割合は、デューティ比と呼ばれる。

モータ制御ユニット５７は、インバータ回路５１を制御する制御信号を演算して出力する。モータ制御ユニット５７は、コントローラ５９、制御信号出力回路６０、ロータ位置検出回路６５、モータ回転数検出回路６１、モータ電流検出回路６２、操作スイッチ検出回路６３を備えている。磁気センサ７４，７５，７６の検出信号はロータ位置検出回路６５に送られる。ロータ位置検出回路６５は、ロータ２８の回転位置を検出する。出力軸２９は、ロータ２８を構成する要素であるから、ロータ２８の回転位置は、出力軸２９の回転方向の位相である。出力軸２９の回転位置は、固定要素であるステータ２７において予め定められた回転方向の基準点と、出力軸２９の回転方向で定められた基準点との位置関係を、回転角度で表す。

ロータ位置検出回路６５は、ロータ２８の回転位置を表す信号を処理する。ロータ位置検出回路６５から出力された信号は、コントローラ５９及びモータ回転数検出回路６１に送られる。モータ回転数検出回路６１は、出力軸２９の回転数、つまり、モータ回転数を検出し、モータ回転数検出回路６１から出力された信号は、コントローラ５９に入力される。

交流電源５２からインバータ回路５１に電力を供給する電気回路Ｅ１に電流検出抵抗８１が設けられている。モータ電流検出回路６２は、電流検出抵抗８１の電圧降下から、ステータ２７のコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に供給される電流値を検出し、検出結果に応じた信号をコントローラ５９へ出力する。

コントローラ５９は、制御信号を処理するマイクロプロセッサと、メモリとを備え、メモリには、制御プログラム、演算式、データが格納されている。コントローラ５９は、モータ回転数検出回路６１から入力される信号を処理して、出力軸２９の実回転速度及び単位時間当たりの回転数を演算する。

また、コントローラ５９は、ロータ位置検出回路６５から入力される信号を処理して、クランク軸３７の回転位置を推定することも可能である。前記のように、出力軸２９とクランク軸３７とは、駆動ギヤ３３及び従動ギヤ３８を介して動力伝達可能に接続されている。そして、駆動ギヤ３３及び従動ギヤ３８により構成される減速機構の減速比は一定であるから、コントローラ５９は、出力軸２９の回転位置、減速機構の減速比に基づいて、クランク軸３７の回転位置を推定可能である。コントローラ５９から出力された信号は制御信号出力回路６０に入力され、インバータ回路５１は、制御信号出力回路６０から入力される制御信号により、スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６のデューティ比が制御される。

作業者がレバー２２を操作して、操作スイッチ６４がオンまたはオフされると、操作スイッチ検出回路６３から出力されたオン信号またはオフ信号が、コントローラ５９に送られる。コントローラ５９にオン信号が入力されると、制御信号出力回路６０から出力される制御信号が、インバータ回路５１に入力され、ロータ２８が回転する。ロータ２８の回転方向は一方向であり、逆回転はしない。コントローラ５９は、ロータ２８の実回転速度を目標回転速度とする制御を実行する。ロータ２８の実回転速度は、各コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に供給される電圧を調整することで制御される。具体的には、インバータ回路５１の各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６のゲートに印加される通電割合であるデューティ比を制御することにより行われる。このため、コントローラ５９は、目標回転速度とデューティ比とを関連させたマップを、データとして記憶している。

さらに、第１ハウジング１２またはギヤケース５８に、クランク位置検出センサ７３が取り付けられている。クランク位置検出センサ７３は、クランク軸３７に接触しない非接触センサである。クランク位置検出センサ７３から出力される信号はコントローラ５９に入力され、コントローラ５９は、クランク位置検出センサ７３の信号に基づいて、クランク軸３７の回転位置を検出する。具体的に説明すると、コントローラ５９は、ピストン１８が上死点にある際のクランク軸３７の回転方向の位置を基準点とし、その基準点に対するクランク軸３７の回転角度を検出可能である。また、コントローラ５９は、クランク位置検出センサ７３の信号に基づいて、クランク軸３７の単位時間当たりの回転角度を検出可能である。クランク位置検出センサ７３としては、例えば、磁気式ポテンショメータ、磁気式ロータリエンコーダを用いることが可能である。

作業者が先端工具１１を対象物に押し付け、かつ、レバー２２に操作力を加えると、ブラシレスモータ２４に電力が供給され、ブラシレスモータ２４のロータ２８が回転する。出力軸２９の回転力は、駆動ギヤ３３及び従動ギヤ３８を経由してクランク軸３７に伝達される。クランク軸３７の回転力でピストン１８が軸線Ａ１に沿って往復動作する。

ピストン１８がクランク軸３７に近づく向きで動作すると、呼吸孔から圧力室１９に空気が吸い込まれ、かつ、圧力室１９内の圧力が低下し、打撃子１７が打撃力伝達部材１６から離れる向きで移動する。そして、ピストン１８が上死点に到達した後、ピストン１８が上死点から下死点に向けて移動すると、圧力室１９内の圧力が上昇する。そして、圧力室１９の圧力で打撃子１７が打撃力伝達部材１６を打撃する。また、圧力室１９内の空気の一部は、呼吸孔を通り排出される。打撃力伝達部材１６に加えられた打撃力は、先端工具１１を介して対象物に伝達される。以後、ブラシレスモータ２４の出力軸２９が回転している間、ピストン１８はシリンダ１３内を往復動作し、かつ、打撃子１７は打撃力伝達部材１６に対して間欠的に打撃力を加える。

一方、ブラシレスモータ２４の出力軸２９の回転力は、駆動ギヤ４３を介して回転力伝達軸４１に伝達される。モード切替レバーが操作されて、第１モードが選択されていると、回転力伝達軸４１の回転力はシリンダ１３に伝達され、シリンダ１３が回転する。シリンダ１３の回転力は、工具保持具１４を介して先端工具１１に伝達される。このように、打撃作業機１０は、先端工具１１に打撃力及び回転力を伝達する。これに対して、モード切替レバーが操作されて、第２モードが選択されていると、回転力伝達軸４１の回転力はシリンダ１３に伝達されない。

モータ制御ユニット５７は、設定された目標速度に基づいて、インバータ回路５１におけるデューティ比を設定している。インバータ回路５１におけるデューティ比は、目標回転速度毎に一律に設定されている。

一方、ピストン１８がシリンダ１３内を軸線Ａ１に沿って動作すると、圧力室１９内の圧力が変化する。圧力室１９の圧力は、ピストン１８が動作する場合の抵抗、つまり、動作負荷となる。ピストン１８の動作負荷は、ピストン１８が軸線Ａ１に沿って動作する向き、軸線Ａ１に沿った方向におけるピストン１８の位置により異なる。ピストン１８の動作負荷は、ピストン１８が上死点から下死点に向けて動作する行程において、圧力室１９の圧力で打撃子１７を打撃する直前に最大となる。動作負荷の最大値をＦｍａｘと呼ぶが、動作負荷が最大値Ｆｍａｘとなるピストン１８の位置は一定ではない。動作負荷が最大値Ｆｍａｘとなるピストン１８の位置は、温度や加工する対象物の種類等の作業状態によって、軸線Ａ１に沿った方向でバラつきが生じる。

このように、ピストン１８の動作負荷が増加すると、ブラシレスモータ２４のロータ２８の実回転数が低下し、先端工具１１に加えられる打撃力が低下する可能性がある。そこで、モータ制御ユニット５７は、ピストン１８の動作負荷に基づいてロータ２８の実回転速度を制御することで、先端工具１１に加えられる打撃力の低下を抑制する。先端工具１１に加えられる打撃力の低下を抑制するため、モータ制御ユニット５７が実行する制御例を順次説明する。

（制御例１）
図３は、モータ制御ユニット５７が実行する制御例１を表すフローチャートである。作業者は、先端工具１１を対象物に押し付けた状態で、レバー２２に操作力を加える。すると、モータ制御ユニット５７は、ステップＳ１において、インバータ回路５１におけるデューティ比を設定し、ブラシレスモータ２４のロータ２８の実回転速度を制御する。ステップＳ１で設定されるデューティ比は、速度設定ダイヤル４９の操作により設定された目標回転速度に対応する値であり、例えば、デューティ比８０％が設定される。モータ制御ユニット５７がステップＳ１の制御を実行すると、出力軸２９の動力がクランク軸３７を経由してピストン１８に伝達され、ピストン１８が往復動作して先端工具１１に打撃力が加えられる。

また、モータ制御ユニット５７は、ロータ２８の回転中、モータ電流検出回路６２の信号に基づいて、電気回路における電流値を検出する。具体的には、電気回路における電流値の他、電流値の微分値を検出する。さらに、モータ制御ユニット５７は、軸線Ａ１に沿った方向にピストン１８の動作位置と、電流値との関係を推定する。

前記のように、クランク軸３７はピストン１８とコネクティングロッド４０を介して機械的に連結されている。また、クランク軸３７の回転方向は一方向に限定されている。そして、モータ制御ユニット５７は、クランク位置検出センサ７３の信号、またはロータ位置検出回路６５の信号に基づいて、クランク軸３７の回転位置を検出可能である。したがって、モータ制御ユニット５７は、クランク軸３７の回転位置に基づいて、ピストン１８が動作する向き及び位置と、電気回路における電流値との関係を推定可能である。

そして、モータ制御ユニット５７は、ロータ２８の回転中におけるステップＳ２において、ピストン１８が上死点から下死点に向けて動作する行程で、ピストン１８の動作負荷が最大となったか否かを判断する。モータ制御ユニット５７は、電流値の変化量Δ（デルタ）Ｉが、所定値以上増加したと判断すると、「ピストンの動作負荷が最大であるとする、仮の処理」を行う。所定値は、例えば５Ａ（アンペア）である。モータ制御ユニット５７は、ステップＳ２でＮｏと判断するとステップＳ１に戻る。モータ制御ユニット５７はステップＳ２でＹｅｓと判断すると、ステップＳ３に進み、タイマＴａ２０ｍｓが経過したか否かを判断する。タイマＴａ２０ｍｓは、ステップＳ２でＹｅｓと判断されてからの時間である。このように、モータ制御ユニット５７は、電流値の微分値からピストン１８の動作負荷を判断する。

モータ制御ユニット５７は、ステップＳ３でＮｏと判断すると、ステップＳ４で今回のタイマＴａをリセットし、かつ、ステップＳ５で次回のタイマＴａのカウントをスタートし、ステップＳ２に戻る。つまり、モータ制御ユニット５７は、ステップＳ３でＮｏと判断されると、「ピストンの動作負荷が最大である、とする仮の処理」は、誤検出であると取扱い、ステップＳ４，Ｓ５の処理を行っている。その理由は、電流値の変化量ΔＩが所定値以上増加したことが１回検出されたとしても、その後に、電流値の微分値がどのように変化するかが分からないため、この時点で「ピストンの動作負荷が最大である、とする正式の処理」をすることは早計だからである。

これに対して、モータ制御ユニット５７は、ステップＳ３でＹｅｓと判断すると、「ピストン１８の動作負荷が最大値Ｆｍａｘである、とする正式な処理」を行う。そして、モータ制御ユニット５７は、ステップＳ６に進み、クランク軸３７の回転角度を３０度間隔で検出するカウントをスタートする。モータ制御ユニット５７は、ステップＳ７において、クランク軸３７が基準点から、２７０度回転したか否かを判断する。基準点は、「ピストン１８の動作負荷が最大値Ｆｍａｘであると、正式に処理された時点」におけるクランク軸３７の回転位置である。

モータ制御ユニット５７は、ステップＳ７でＮｏと判断するとステップＳ７の判断を繰り返す。モータ制御ユニット５７は、ステップＳ７でＹｅｓと判断すると、ステップＳ８に進み、クランク軸３７の回転角度を検出する今回のカウントをクリアし、クランク軸３７の回転角度を検出する次回のカウントをスタートする。次に、モータ制御ユニット５７は、ステップＳ９に進み、インバータ回路５１におけるデューティ比を１００％とする。

そして、モータ制御ユニット５７は、ステップＳ１０において、クランク軸３７の回転角度を検出するカウントが、ステップＳ８で新たに開始されてから、クランク軸３７が９０度回転したか否かを判断する。モータ制御ユニット５７は、ステップＳ１０でＮｏと判断すると、ステップＳ９に戻る。

モータ制御ユニット５７は、ステップＳ１０でＹｅｓと判断すると、ステップＳ１１に進み、クランク軸３７の回転角度を検出する今回のカウントをクリアし、クランク軸３７の回転角度を検出する次回のカウントをスタートする。また、モータ制御ユニット５７は、ステップＳ１２において、インバータ回路５１のデューティ比を６０％とする。

モータ制御ユニット５７は、ステップＳ１３において、クランク軸３７の回転角度を検出するカウントが、ステップＳ１１で開始されてから、クランク軸３７が９０度回転したか否かを判断する。モータ制御ユニット５７は、ステップＳ１３でＮｏと判断すると、ステップＳ１２に戻る。

モータ制御ユニット５７は、ステップＳ１３でＹｅｓと判断すると、ステップＳ１４に進み、クランク軸３７の回転角度を検出する今回のカウントをクリアし、クランク軸３７の回転角度を検出する次回のカウントをスタートする。また、モータ制御ユニット５７は、ステップＳ１５において、インバータ回路５１のデューティ比を８０％とする。

モータ制御ユニット５７は、ステップＳ１６において、クランク軸３７の回転角度を検出するカウントが、ステップＳ１４で開始されてから、クランク軸３７が１８０度回転したか否かを判断する。モータ制御ユニット５７は、ステップＳ１６でＮｏと判断すると、ステップＳ１５に戻り、ステップＳ１６でＹｅｓと判断すると、ステップＳ８に戻る。モータ制御ユニット５７は、レバー２２に操作力が加えられている間、図３のフローチャートを実行し、モータ制御ユニット５７は、レバー２２の操作力が解除されると、図３のフローチャートを終了する。

図４は、制御例１に対応するタイムチャートの例である。デューティ比は、時刻ｔ１以前に８０％に制御されており、ピストンは、時刻ｔ１以前において、上死点から下死点に向けて動作し、かつ、下死点から上死点に向けて動作している。圧力室の圧力は、時刻ｔ１以前において、ピストンが上死点から下死点に向けて動作する行程で上昇し、ピストンの動作負荷が増加してロータの回転速度が低下する。

このため、デューティ比は８０％で一定に制御されている間、ロータの回転速度の低下により逆起電力が小さくなり、電流値Ｉは上昇する。なお、圧力室の圧力が低下すると、ロータの回転速度が上昇するため、逆起電力が大きくなり電流値Ｉは低下する。

そして、モータ制御ユニット５７が制御例１を実行して、時刻ｔ１でピストンが上死点に位置することを検出し、その後、ピストンは下死点に向けて動作する。時刻ｔ１以降に圧力室の圧力が上昇し、時刻ｔ２で空気圧室の圧力が最大となっている。モータ制御ユニット５７は、電流値の微分値が最大となったことを検出する。時刻ｔ２以降、ピストンがさらに動作して、時刻ｔ３でピストンは下死点に到達する。時刻ｔ３以降、ピストンは上死点に向けて動作し、時刻ｔ４でピストンは上死点に到達する。クランク軸は、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間に２７０度回転する。

ピストンが時刻ｔ４から下死点に向けて動作する行程で、デューティ比は１００％に制御される。つまり、電流値は、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間よりも、時刻ｔ４以降の方が大きくなる。そして、時刻ｔ５で圧力室の圧力が最高となり、ピストンの動作負荷が最大となる。クランク軸は、時刻ｔ４から時刻ｔ５の間に９０度回転する。また、時刻ｔ５において、デューティ比は１００％から６０％に切り替えられる。また、圧力室の圧力は時刻ｔ５以降低下する。

ピストンは時刻ｔ６で下死点に到達し、デューティ比は時刻ｔ６で６０％から８０％に切り替えられる。このように、電流値Ｉは、時刻ｔ４から時刻ｔ５の間よりも、時刻ｔ５から時刻ｔ６の間の方が小さい。また、クランク軸は、時刻ｔ５から時刻ｔ６の間に９０度回転する。

上記のように、ピストンが時刻ｔ４から時刻ｔ５の間に、上死点から下死点に向けて動作する速度は、ピストンが時刻ｔ１から時刻ｔ２の間に、上死点から下死点に向けて動作する速度に対して増速される。また、ピストンが時刻ｔ５から時刻ｔ６の間に、上死点から下死点に向けて動作する速度は、ピストンが時刻ｔ４から時刻ｔ５の間に、上死点から下死点に向けて動作する速度に対して減速される。ピストンは時刻ｔ６以降、下死点から上死点に向けて動作し、ピストンは時刻ｔ７で上死点に到達する。クランク軸は、時刻ｔ６から時刻ｔ７の間に１８０度回転する。さらに、時刻ｔ５から時刻ｔ７の間におけるピストンの動作速度は、時刻ｔ４から時刻ｔ５の間におけるピストンの動作速度に対して減速される。なお、モータ制御ユニット５７が、時刻ｔ７，ｔ８を経て時刻ｔ９以降に実行する制御は、時刻ｔ４〜時刻ｔ７の間に実行する制御と同じである。

次に、比較例の制御を説明する。比較例の制御は、デューティ比を常に８０％に維持する。比較例の制御を実行すると、時刻ｔ４から時刻ｔ６の間、または、時刻ｔ７から時刻ｔ９の間おいて、圧力室の圧力は破線のように変化する。この圧力室の圧力の変化状態は、時刻ｔ１から時刻ｔ３の間と同じである。さらに、比較例の制御を実行すると、時刻ｔ５から時刻ｔ８の間、または、時刻ｔ８から時刻ｔ９以降において、圧力室の圧力は破線のように変化する。この圧力の変化状態は、時刻ｔ２から時刻ｔ５の間と同じである。

つまり、時刻ｔ４から時刻ｔ６の間、時刻ｔ７から時刻ｔ９の間、制御例１を実行した場合において、圧力室の圧力は、比較例に対応する圧力室の圧力よりも常に高圧である。また、比較例の制御を実行すると、時刻ｔ４から時刻ｔ５の間、または時刻ｔ７から時刻ｔ８の間のいずれにおいても、ピストンの動作速度は、制御例１におけるピストンの動作速度よりも低速である。

このように、モータ制御ユニット５７は、ピストン１８が往復動作する動作範囲のうち、ピストン１８が上死点から下死点に向けて動作する行程で、ピストン１８の動作負荷が最大となる以前に、デューティ比を８０％から１００％に切り替える制御を実行する。このため、ピストン１８が上死点から動作負荷が最大となる位置に到達するまでの間、つまり、時刻ｔ４から時刻ｔ５の間におけるピストン１８の動作速度は、時刻ｔ４以前におけるピストン１８の動作速度よりも高速である。このため、ピストン１８が上死点から下死点に向けての動作する行程で、ピストン１８の動作負荷が増加しても、ピストン１８の動作速度が低下することを抑制できる。したがって、打撃子１７から先端工具１１に加えられる打撃力が低下することを抑制できる。

また、ピストン１８の動作負荷が最大値Ｆｍａｘとなるピストン１８の位置は、作業状態によって変化するが、モータ制御ユニット５７は、ピストン１８の位置の変化に合わせて、毎回の打撃開始時に、ピストン１８の動作負荷が最大値Ｆｍａｘとなる前に、ブラシレスモータ２４の回転速度を高くすることができる。したがって、打撃作業機１０による打撃作業の状態に合わせて、最適な打撃制御を行うことができ、作業効率が良くなる。最適な打撃制御とは、先端工具１１に加わる打撃力の低下を抑制できるという意味である。

モータ制御ユニット５７は、図３のフローチャートのステップＳ８，Ｓ１１，Ｓ１４において、クランク軸３７の回転角度のカウントをクリアする処理、カウントをスタートする処理を行って、クランク軸３７の回転角度を、その都度検出している。これに対して、モータ制御ユニット５７は、クランク軸３７の回転角度を検出し、クランク軸３７の回転角度の検出結果に基づきインバータ回路５１を制御するデューティ比を切り替え、ロータ２８の回転速度を制御することも可能である。

（制御例２）
モータ制御ユニット５７が実行する制御例２を、図５のフローチャートにより説明する。図５のフローチャートは、モータ制御ユニット５７が「ピストンの動作負荷が最大」と誤検出することを防止する制御である。まず、モータ制御ユニット５７は、ステップＳ２１でデューティ比を８０％に制御する。ステップＳ２１の処理は、図３のステップＳ１の処理と同じである。

モータ制御ユニット５７はステップＳ２２において、電流値の変化量ΔＩを検出する。モータ制御ユニット５７は、ステップＳ２３において、電流値の変化量ΔＩが「０」を超え、かつ、「Ｆｍａｘフラグ＝１」であるか否かを判断する。ここで、「電流値の変化量ΔＩが「０」を超え」とは、今回検出された電流値の変化量ΔＩは、前回検出された電流値の変化量ΔＩよりも増加していることを意味する。また、「Ｆｍａｘフラグ」は、「ピストンの動作負荷が最大と判断する条件」である。「Ｆｍａｘフラグ＝１」は、ピストンの動作負荷が最大であると判断する条件が成立していることを意味する。

モータ制御ユニット５７は、ステップＳ２３でＮｏと判断すると、ステップＳ２４に進み、「Ｆｍａｘフラグ＝０」とする処理を行う。モータ制御ユニット５７は、ステップＳ２５において、電流値の変化量ΔＩが５Ａ以上であるか否かを判断する。ステップＳ２５の判断は、ステップＳ２の判断と同じである。

モータ制御ユニット５７は、ステップＳ２５でＮｏと判断するとステップＳ２２に戻り、ステップＳ２５でＹｅｓと判断すると、ステップＳ２６で「Ｆｍａｘフラグ＝１」とする処理を行い、ステップＳ２２に戻る。モータ制御ユニット５７は、ステップＳ２６を経由してステップＳ２３に進み、ステップＳ２３でＹｅｓと判断すると、ステップＳ２７に進み、ピストン１８の位置に応じて、ロータ２８の回転速度を、ピストン１８の動作位置に応じて切り替える制御を開始する。

つまり、前回、電流値の変化量ΔＩが５Ａ以上であることが検出された後、今回検出された電流値の変化量ΔＩが、前回検出された電流値の変化量ΔＩよりも増加していると、ステップＳ２３でＹｅｓと判断される。また、モータ制御ユニット５７は、ステップＳ２７において、図３のステップＳ６〜ステップＳ１６の処理及び判断を実行すればよい。なお、モータ制御ユニット５７は、ステップＳ２７において、クランク位置検出センサ７３により検出された基準点（上死点）に対するクランク軸３７の回転角度に基づいて、ピストン１８の動作方向及び位置を推定し、その推定結果に基づきデューティ比を切り替え、ロータ２８の回転速度を制御することも可能である。

これに対して、モータ制御ユニット５７が、ステップＳ２６を経由してステップＳ２３に進み、そのステップＳ２３でＮｏと判断する具体例を、図６を参照して説明する。図６に示すように、電流値の変化量ΔＩが５Ａ以上であることが検出された後、今回検出される電流値の変化量が、前回検出された電流値の変化量に対して、「−ΔＩ」分が減少していると、ステップＳ２３でＮｏと判断される。つまり、電流値の変化量ΔＩが５Ａ以上であることが検出されてステップＳ２５でＹｅｓと判断された場合でも、その後に、電流値の変化量ΔＩが減少すると、ステップＳ２３からステップＳ２４に進み、「Ｆｍａｘフラグ＝０」とする処理を行う。したがって、センサや検出回路から出力される信号のノイズや、作業中の負荷変動により、モータ制御ユニット５７が誤検出することを防止できる。ここでいう負荷変動とは、例えば対象物を加工中に、対象物の材質が変わった時の抵抗変化や、対象物に先端工具が引っ掛かったときなどに起こるイレギュラーな負荷を指す。図５のフローチャートは、レバー２２が操作されている間実行され、レバー２２に操作力が加えられなくなると、図５のフローチャートを終了する。

（制御例３）
次に、モータ制御ユニット５７が実行する制御例３を、図７のフローチャートを参照して説明する。制御例３は、モータ制御ユニット５７が電流値を検出する時期を限定する趣旨である。モータ制御ユニット５７は、先端工具１１が対象物に押し付けられ、かつ、レバー２２に操作力が加えられると、図７のフローチャートを実行する。モータ制御ユニット５７は、ステップＳ３１においてデューティ比を８０％に制御する。ステップＳ３１の処理は、図３のステップＳ１の処理と同じである。

モータ制御ユニット５７は、ステップＳ３２において、ピストン１８が上死点に到達したことを示す信号が、クランク位置検出センサ７３によって検出されたか否かを判断する。モータ制御ユニット５７は、ステップＳ３２でＮｏと判断すると、ステップＳ３１の処理を継続する。モータ制御ユニット５７は、ステップＳ３２でＹｅｓと判断すると、ステップＳ３３に進み、クランク軸３７の回転角度を検出するカウントをスタートする。モータ制御ユニット５７は、ステップＳ３４で「ピストンが上死点に到達した時点から、クランク軸が１２０度回転したか否か」を判断する。この１２０度は、ピストン１８の動作負荷が最大となる位置を検出するための角度であり、実験、または、シミュレーションにより求め、かつ、コントローラ５９のメモリに記憶されている。

モータ制御ユニット５７は、ステップＳ３４でＮｏと判断すると、電流値の変化量ΔＩが５Ａ以上であるか否かを判断する。モータ制御ユニット５７は、ステップＳ３５でＮｏと判断すると、ステップＳ３４の判断を継続する。モータ制御ユニット５７は、ステップＳ３５でＹｅｓと判断すると、ステップＳ３６に進み「ピストンが上死点に到達したことが検出された時点から、クランク軸が２７０度回転したか否か」を判断する。

モータ制御ユニット５７は、ステップＳ３６でＮｏと判断すると、ステップＳ３６の判断を継続する。モータ制御ユニット５７は、ステップＳ３６でＹｅｓと判断すると、ステップＳ３７に進み、ロータ２８の回転速度を、ピストン１８の動作位置に応じて切り替える制御を開始する。ステップＳ３７の処理は、図５のステップＳ２７の処理と同じである。なお、モータ制御ユニット５７は、ステップＳ３４でＹｅｓと判断すると、ステップＳ３１に戻る。つまり、モータ制御ユニット５７は、ピストンが上死点に到達した時点から、クランク軸が１２０度回転した以降、電流値の検出を行わない。このように、モータ制御ユニット５７は、図７のフローチャートを実行すると、ピストン１８が上死点に到達した時点から、クランク軸が１２０度回転するまでの間、電流値の検出を行い、その区間以外の区間では、電流値を検出しない。さらに、モータ制御ユニット５７は、レバー２２に操作力が加えられなくなると、図７のフローチャートを終了する。

なお、図７のフローチャートに示すステップを、以下のように、順序を変更することも可能である。例えば、モータ制御ユニット５７は、ステップＳ３３に次いでステップＳ３５の判断を行ない、モータ制御ユニット５７は、ステップＳ３５でＮｏと判断すると、ステップＳ３５の判断を継続する。モータ制御ユニット５７はステップＳ３５でＹｅｓと判断すると、ステップＳ３４の判断を行い、ステップＳ３４でＮｏと判断すると、ステップＳ３４の判断を継続する。そして、モータ制御ユニット５７は、ステップＳ３４でＹｅｓと判断すると、ステップＳ３６に進む。このように、図７のフローチャートのステップの実行順序を変えても、モータ制御ユニット５７が電流値を検出する範囲を制限できる。

図８は、モータ制御ユニット５７が電流値の検出を行う時期を制限する制御のタイムチャートの例である。モータ制御ユニットは、時刻ｔ１１で、ピストンが上死点に到達したことを検出すると、クランク軸が１２０度回転する間、つまり、時刻ｔ１１から時刻ｔ１３の間、電流値を検出する。このため、モータ制御ユニットは、時刻ｔ１２で発生する電流値の変化量ΔＩを検出する。時刻ｔ１２は、時刻ｔ１１と時刻ｔ１３との間にある。つまり、モータ制御ユニットは、時刻ｔ１１から時刻ｔ１３の間を、電流値の検出範囲とする。

これに対して、モータ制御ユニットは、時刻ｔ１３を過ぎると、電流値を検出しない。また、時刻ｔ１１以前では、ピストンが上死点に到達していないため、モータ制御ユニットは時刻ｔ１１以前を電流値の検出範囲外とする。つまり、時刻ｔ１１以前に電流値が破線で示すように変化し、かつ、電流値の微分値が変化しても、モータ制御ユニットはこれを無視する。また、モータ制御ユニットは、時刻ｔ１３の後も、電流値の検出範囲外とする。

このように、図７のフローチャートを実行すると、図３のフローチャートを実行する場合と同様に、ピストン１８が上死点に到達したことが検出されると、その後、ピストン１８の動作負荷が最大となる前に、ピストン１８が上死点から下死点に向けて動作する行程で、インバータ回路５１のデューティ比を切り替えることで、ロータ２８の回転速度を上昇することができる。したがって、ピストン１８の動作により先端工具１１に加わる打撃力が低下することを抑制できる。

また、モータ制御ユニット５７が電流値を検出する時期を制限すると、ピストン１８の動作負荷が大きくなる時点を含む範囲、つまり、上死点が検出されてから１２０度の範囲の前後では、電流値が変化しても、モータ制御ユニット５７は、電流値の変化を検出せずに無視することができ、誤検出を防止できる。

（制御例４）
図９は、モータ制御ユニット５７で実行可能な制御例４のフローチャートである。制御例４は、インバータ回路５１のデューティ比を、クランク軸３７の回転周期に応じて選択する趣旨である。クランク軸３７の回転周期は、クランク軸３７が１回転する間に要する時間である。クランク軸３７の回転周期は、クランク軸３７の回転に伴いロータ位置検出回路６５から出力される信号を、コントローラ５９が処理して求める。クランク軸３７の回転周期は、ピストン１８の動作周期に相当する。

まず、モータ制御ユニット５７がステップＳ４１で動作負荷の最大値Ｆｍａｘを検出すると、ステップＳ４２において、クランク軸３７の回転周期を算出するためのタイマをスタートする。モータ制御ユニット５７は、ピストン１８が上死点に到達すると、ステップＳ４３に進み、今まで検出していたクランク軸３７の回転角度のカウントをクリアし、かつ、クランク軸３７の回転角度を新たに検出するカウントをスタートする。また、モータ制御ユニット５７は、ピストン１８が上死点に到達すると、ステップＳ４４でインバータ回路５１のデューティ比を１００％に制御する。

モータ制御ユニット５７は、その後にステップＳ４５に進むと、ピストン１８が上死点に到達した時点から、クランク軸３７が９０度回転したか否かを判断する。モータ制御ユニット５７は、ステップＳ４５でＮｏと判断すると、ステップＳ４４の制御を継続する。モータ制御ユニット５７は、ステップＳ４５でＹｅｓと判断するとステップＳ４６に進み、今まで検出していたクランク軸３７の回転角度のカウントをクリアし、かつ、クランク軸３７の回転角度を新たに検出するカウントをスタートする。また、モータ制御ユニット５７は、ステップＳ４６の処理と同時に実行するステップＳ４７において、インバータ回路５１のデューティ比を６０％に切り替える。モータ制御ユニット５７が、ステップＳ４７で設定するデューティ比６０％は、図９のフローチャートの実行回数が５回目までの場合である。

モータ制御ユニット５７は、その後にステップＳ４８に進むと、ステップＳ４７の処理終了時から、クランク軸３７が９０度回転したか否かを判断する。モータ制御ユニット５７は、ステップＳ４８でＮｏと判断すると、ステップＳ４７に戻る。モータ制御ユニット５７は、ステップＳ４８でＹｅｓと判断すると、ステップＳ４９に進み、今まで検出していたクランク軸３７の回転角度のカウントをクリアし、かつ、クランク軸３７の回転角度を新たに検出するカウントをスタートする。また、モータ制御ユニット５７は、ステップＳ４９の処理と同時に実行するステップＳ５０において、インバータ回路５１のデューティ比を８０％に切り替える。モータ制御ユニット５７が、ステップＳ４７で設定するデューティ比６０％は、図９のフローチャートの実行回数が５回目までの場合である。

モータ制御ユニット５７は、その後にステップＳ５１に進むと、ステップＳ５０の処理終了時点から、クランク軸３７が１８０度回転したか否かを判断する。モータ制御ユニット５７は、ステップＳ５１でＮｏと判断すると、ステップＳ５０の処理を継続する。

モータ制御ユニット５７がステップＳ５１でＹｅｓと判断するということは、ピストン１８が前回上死点に到達した時点から、クランク軸３７が１回転して、再度、ピストン１８が上死点に到達したことになる。そこで、モータ制御ユニット５７は、ステップＳ５１でＹｅｓと判断すると、ステップＳ５２に進み、クランク軸３７の回転周期を算出し、かつ、クランク軸３７の回転周期を算出するためのタイマをクリアする。クランク軸３７の回転周期は、ピストン１８が上死点に到達した時点から、その後に、ピストン１８が下死点に向けて動作し、再度、上死点に到達すると１回転周期として算出する。

モータ制御ユニット５７は、ステップＳ５３において、クランク軸３７の回転回数に「１」加え、かつ、クランク軸３７が１回転するために要した時間、つまり、クランク軸３７の回転周期を算出及び記憶する。モータ制御ユニット５７は、ステップＳ５３の処理を実行後、ステップＳ５４において、クランク軸３７の回転回数が５回以上になったか否かを判断する。

モータ制御ユニット５７は、ステップＳ５４でＮｏと判断すると、ステップＳ４１に戻り、その後、ステップＳ５３に進んでクランク軸３７の回転回数に「１」を加え、かつ、クランク軸３７の回転周期をその都度、算出及び記憶する。モータ制御ユニット５７は、ステップＳ５４でＹｅｓと判断すると、ステップＳ５５でカウントしたクランク軸３７の回転回数をリセットする。モータ制御ユニット５７は、ステップＳ５６で、クランク軸３７の回転周期の平均値を算出する。この時の平均値は、ステップＳ５３で複数回記憶したクランク軸３７の回転周期の平均値である。さらに、モータ制御ユニット５７は、ステップＳ５７に進み、図９のフローチャートを６回目以降に実行する場合に、ステップＳ４７及びステップＳ５０で用いるデューティ比を補正するための設定値、つまり、補正値を個別に選択し、ステップＳ４１に戻る。

モータ制御ユニット５７は、ステップＳ５７において、所定時間内におけるクランク軸３７の回転回数が複数となる行程を複数回繰り返すにあたり、各行程において、クランク軸３７の回転回数が同一となるように、デューティ比を切り替えるための補正値を求める。

具体的に説明すると、コントローラ５９には、回転周期の基準値が予め記憶されている。モータ制御ユニット５７は、ステップＳ５６で算出したクランク軸３７の回転周期の平均値と、回転周期の基準値とを比較する。そして、モータ制御ユニット５７は、例えば、回転周期の平均値が回転周期の基準値よりも高ければ、その差分の補正値を選択する。

このため、モータ制御ユニット５７が、６回目以降に図９のフローチャートを実行してステップＳ４７に進むと、デューティ比６０％から、ステップＳ５７で選択した補正値を減算した「補正後のデューティ比」を用いる。また、モータ制御ユニット５７が、６回目以降に図９のフローチャートを実行してステップＳ５０に進むと、デューティ比８０％から、ステップＳ５７で選択した補正値を減算した「補正後のデューティ比」を用いる。したがって、モータ制御ユニット５７は、図９のフローチャートを６回目以降に実行する場合、クランク軸３７の実際の回転周期を、コントローラ５９に記憶されている「回転周期の基準値」に近づけることができる。

一方、モータ制御ユニット５７は、ステップＳ５６で算出されるクランク軸３７の回転周期の平均値が、コントローラ５９に記憶されている「回転周期の基準値」よりも低いときは、その差分の補正値を選択する。このため、モータ制御ユニット５７が、６回目以降に図９のフローチャートを実行し、ステップＳ４７では、デューティ比６０％に、ステップＳ５７で選択した補正値分を加算した「補正後のデューティ比」を用いる。また、ステップＳ５０では、デューティ比８０％にら、ステップＳ５７で選択した補正値分を加算した「補正後のデューティ比」を用いる。

このように、モータ制御ユニット５７は、図９のフローチャートを６回目以降に実行する場合に、クランク軸３７の実際の回転周期を、コントローラ５９に記憶されている「回転周期の基準値」に近づけることができる。このように、図９のフローチャートが６回目以降に実行されると、ステップＳ４７では、デューティ比６０％に対して増加または減少した補正後のデューティ比が用いられる。また、ステップＳ５０では、デューティ比８０％に対して増加または減少した補正後のデューティ比が用いられる。

したがって、ピストン１８が複数回往復動作する場合において、ピストン１８が上死点を第１位置として往動し、かつ、下死点を経て復動して基準点に戻る動作周期に要する時間は、ピストン１８の動作回数毎に略一定となる。また、打撃一回分の周期のみで判断してしまうと、作業状態等による影響で正確な回転周期を算出できない可能性を考慮し、デューティ比を切り替える条件として、クランク軸３７の回転回数が５回以上としている。無論、この条件は適宜変更可能である。

図９のフローチャートにおいて、ステップＳ４１からステップＳ５１でＹｅｓと判断される間に実行される制御は、図４のタイムチャートの時刻ｔ４から時刻ｔ７の間に実行される。このように、制御例４を実行すると、各行程において、クランク軸３７の回転周期の数が同一となる。したがって、ピストン１８の動作により発生する打撃力が低下することを抑制できるとともに、所定時間内において、打撃子１７が先端工具１１を打撃する回数は同一となるため、打撃作業を快適に行う事ができる。

本実施形態の構成と本発明の構成との対応関係を説明すると、ブラシレスモータ２４が、本発明のモータに相当し、ピストン１８が、本発明の動作部材に相当し、圧力室１９が、本発明の圧力室に相当し、先端工具１１が、本発明の先端工具に相当し、打撃子１７が、本発明の打撃子に相当し、打撃作業機１０が、本発明の打撃子に相当する。また、シリンダ１３が、本発明のシリンダに相当し、動力変換機構３５が、本発明の動力変換機構に相当し、クランク軸３７が、本発明のクランク軸に相当し、クランクピン３９が本発明の偏心軸に相当し、コネクティングロッド４０が、本発明のコネクティングロッドに相当する。

さらに、モータ制御ユニット５７及び電流検出抵抗８１が、本発明の負荷検出部に相当し、磁気センサ７４，７５，７６、クランク位置検出センサ７３が、本発明の位置検出部に相当し、モータ制御ユニット５７及びインバータ回路５１が、本発明の速度制御部に相当する。

また、図３のフローチャートのステップＳ８〜ステップＳ１２に至るまでの間に、ピストン１８が動作する範囲が、本発明の第１範囲に相当する。つまり、図４のタイムチャートにおいて、時刻ｔ４〜時刻ｔ５の間にピストン１８が動作する範囲が、本発明の第１範囲に相当する。また、図３のフローチャートにおいて、ステップＳ１２からステップＳ１６でＹｅｓと判断されるまでの間に、ピストン１８が動作する範囲が、本発明における「第１範囲以外の第２範囲」に相当する。つまり、図４のタイムチャートにおいて、時刻ｔ５〜時刻ｔ７の間にピストン１８が動作する範囲が、本発明における第２範囲に相当する。

また、図３のフローチャートのステップＳ３でＹｅｓと判断した時点におけるピストン１８の位置が、本発明における第２位置に相当する。さらに、図５のフローチャートのステップＳ２６を経由してステップＳ２３に進み、そのステップＳ２３でＹｅｓと判断した時点におけるピストン１８の位置が、本発明における第２位置に相当する。さらに、モータ制御ユニット５７が、図７のフローチャートにおいて、ステップＳ３５でＹｅｓと判断した時点におけるピストン１８の位置が、本発明における第２位置に相当する。さらに、モータ制御ユニット５７が、図９のフローチャートにおいて、ステップＳ４１で動作負荷が最大値Ｆｍａｘであると判断された時点におけるピストン１８の位置が、本発明の第２位置に相当する。

このように、本実施形態のモータ制御ユニット５７は、電気回路の電流値に基づいて、ピストン１８の動作負荷を間接的に検出する。また、本実施形態のモータ制御ユニット５７は、ロータ２８の回転位置、または、クランク軸３７の回転角度に基づいて、ピストン１８の動作位置を間接的に検出する。また、本実施の形態において、出力軸２９は、ロータ２８を構成する要素であるから、ロータ２８の回転速度は出力軸２９の回転数と同じであり、ロータ２８の回転位置は、出力軸２９の回転位置と同じであり、ロータ２８の回転角度は、出力軸２９の回転角度と同じである。

また、ピストン１８の上死点が、本発明の第１位置に相当し、ピストン１８が上死点から下死点に向けて動作する動作が、本発明における往動に相当する。また、図３のフローチャートでは、ステップＳ９でデューティ比１００％に制御されてピストン１８が動作する速度が、本発明における第１動作速度に相当する。図４のタイムチャートでは、ピストン１８が、時刻ｔ４で上死点に到達した時点から、クランク軸３７が９０度回転して時刻ｔ５に到達するまでの間におけるピストン１８の動作速度が、本発明における第１動作速度に相当する。

さらに、図３のフローチャートでは、ステップＳ１２でデューティ比６０％に制御されてピストン１８が動作する速度が、本発明における第２動作速度に相当する。図４のタイムチャートでは、時刻ｔ５からクランク軸３７が９０度回転して時刻ｔ６に到達するまでの間におけるピストン１８の動作速度が、本発明における第２動作速度に相当する。

軸線Ａ１が、本発明の第１軸線であり、軸線Ｃ１が、本発明の第２軸線である。図７のフローチャートのステップＳ３２において、ピストン１８が上死点に到達した時点から、ステップＳ３４でＹｅｓと判断されるまでの間にピストン１８が動作する範囲が、本発明の「第２位置を含む第３範囲」に相当する。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、ピストン１８が復動して上死点に到達する前から、ピストン１８が往動中に動作負荷が最大値Ｆｍａｘとなる位置を過ぎた位置に到達するまでの範囲を第１範囲とすることも可能である。また、ピストン１８が往動中に上死点を過ぎた位置から、動作負荷が最大値Ｆｍａｘとなる位置となる手前までの範囲を第１範囲とすることも可能である。このように、本発明における第１範囲は、ピストン１８が第１位置から第２位置に移動する範囲のうち、少なくとも一部が含まれていればよい。

また、本発明の打撃作業機は、位置検出部として磁気センサまたはクランク位置検出センサのいずれか一方を備えた構造を含む。本発明の打撃作業機は、ハウジングに直流電源としての電池パックが取り付けられ、その電池パックの電力をブラシレスモータに供給する打撃作業機を含む。

本発明の打撃作業機は、先端工具に回転力及び軸線方向の打撃力を加えるハンマドリルの他、ねじ部材を締め付けたり緩めたりする作業を行うハンマドライバを含む。本発明の打撃作業機は、先端工具に軸線方向の打撃力のみを加えるハンマ、釘打ち機を含む。本発明の打撃作業機に用いられる電動モータは、ブラシレスモータの他、ブラシ付きモータでもよい。ブラシ付きモータは、ロータの回転位置を検出する磁気センサが設けられていない可能性がある。この場合、モータ制御ユニットは、クランク位置検出信号から動作部材の位置を検出する。本発明のモータは、電動モータの他、エンジン、油圧モータ、空気圧モータを含む。本発明の動力変換機構は、クランク軸及びコネクティングロッドを有する構造の他、カム機構を有する構造を含む。

さらに、打撃作業機は、シリンダ内に円筒形状のピストンが往復動作可能に配置され、そのピストン内に、打撃子が配置されていてもよい。ピストンは、本発明の動作部材に相当する。また、ピストンの軸線方向の端部は蓋により閉じられており、蓋と打撃子との間に圧力室が設けられる。この構成の打撃作業機は、動作部材が動作する軸線と、モータの出力軸の軸線とが、同軸または平行に配置される。

さらに、本発明の打撃作業機は、圧力室の圧力を検出する圧力検出センサを設け、その圧力検出センサの信号がモータ制御ユニットに入力される構成を含む。圧力検出センサは、シリンダに取り付ければよい。圧力センサとしては、ブルドン管を備えたセンサ、ピエゾ抵抗式センサ、静電容量式センサを用いることができる。この場合、圧力センサ及びモータ制御ユニットが、本発明の負荷検出部に相当する。

また、本発明の打撃作業機は、負荷検出部が設けられていない構造を含む。すなわち、動作部材の動作位置と、動作部材の動作負荷との関係を予め実験、シミュレーションによって求め、その求めた結果をコントローラに記憶しておく。モータ制御ユニットは、動作部材が第１位置から第２位置に到達するまでの第１動作速度が、第２位置以降における動作部材の第２動作速度よりも高速となるように制御する。

１０…打撃作業機、１１…先端工具、１３…シリンダ、１７…打撃子、１８…ピストン、１９…圧力室、２９…出力軸、３５…動力変換機構、３７…クランク軸、３９…クランクピン、４０…コネクティングロッド、５１…インバータ回路、５７…モータ制御ユニット、６２…モータ電流検出回路、７３…クランク位置検出センサ、７４，７５，７６…磁気センサ、８１…電流検出抵抗。

Claims (10)

1. モータから動力が伝達されて往動及び復動する動作部材と、前記動作部材の動作により圧力が変化する圧力室と、前記圧力室の圧力で動作して先端工具を打撃する打撃子と、を備えた打撃作業機であって、
   前記圧力室の圧力に応じた前記動作部材の動作負荷を検出する負荷検出部と、
   前記動作部材が第１位置から前記打撃子に近づく向きで往動する行程で、前記動作部材の動作負荷が最大となる第２位置を検出する位置検出部と、
   前記動作部材が往復動作する動作範囲のうち、前記第１位置から前記第２位置に至る少なくとも一部の第１範囲を前記動作部材が動作する場合の第１動作速度を、前記第１範囲以外の第２範囲を前記動作部材が動作する場合の第２動作速度よりも高速とする速度制御部と、
   を有する、打撃作業機。
2. 前記速度制御部は、前記モータの回転速度を制御することにより、前記第１動作速度を前記第２動作速度よりも高速とする、請求項１に記載の打撃作業機。
3. 前記動作部材を第１軸線に沿って往動および復動自在に保持するシリンダと、
   前記モータの出力軸の回転力を前記動作部材の往動力及び復動力に変換する動力変換機構と、
   が設けられ、
   前記動力変換機構は、
   前記モータから動力が伝達されて第２軸線を中心として回転し、かつ、前記第２軸線から偏心した偏心軸を有するクランク軸と、
   前記偏心軸と前記動作部材とを連結するコネクティングロッドと、
   を備えている、請求項１または２に記載の打撃作業機。
4. 前記位置検出部は、前記モータの出力軸の回転方向における位置に基づいて、前記動作部材の動作負荷が最大となる第２位置を検出する、請求項３に記載の打撃作業機。
5. 前記位置検出部は、前記クランク軸の回転方向における位置に基づいて、前記動作部材の動作負荷が最大となる第２位置を検出する、請求項３に記載の打撃作業機。
6. 前記速度制御部は、前記動作部材が前記第１位置から往動し、かつ、復動して前記第１位置に戻るまでの行程に要する時間が一定となるように、前記動作部材が往動する動作速度及び前記動作部材が復動する動作速度を制御する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の打撃作業機。
7. 前記負荷検出部は、前記動作部材が往復動作する動作範囲のうち、前記第２位置を含む第３範囲内に限り、前記動作部材の動作負荷を検出する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の打撃作業機。
8. 前記モータは、電流値が制御されて出力軸が回転する電動モータであり、
   前記負荷検出部は、前記電流値が所定値以上増加すると、前記動作部材の動作負荷が最大と判断する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の打撃作業機。
9. 前記負荷検出部は、前記電流値が所定値以上増加した後に減少すると、前記動作部材の動作負荷が最大ではないと判断する、請求項８に記載の打撃作業機。
10. モータから動力が伝達されて往動及び復動する動作部材と、前記動作部材の動作により圧力が変化する圧力室と、前記圧力室の圧力で動作して先端工具を打撃する打撃子と、を備えた打撃作業機であって、
    前記動作部材が第１位置から前記打撃子に近づく向きで往動する行程で、前記動作部材の動作負荷が最大となる第２位置を検出する位置検出部と、
    前記動作部材が往復動作する動作範囲のうち、前記第１位置から前記第２位置に至る少なくとも一部の第１範囲を前記動作部材が動作する場合の第１動作速度を、前記第１範囲以外の第２範囲を前記動作部材が動作する場合の第２動作速度よりも高速とする速度制御部と、
    を有する、打撃作業機。

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