JP5482125B2 - インパクト工具 - Google Patents

Description

本発明は、モータにより駆動され、新規な打撃機構部を実現したインパクト工具に関する。

インパクト工具は、モータを駆動源として回転打撃機構部を駆動し、アンビルに回転と打撃を与えることによって先端工具に回転打撃力を間欠的に伝達してネジ締め等の作業を行うものである。近年、インパクト工具の動力源として、ブラシレスＤＣモータが広く用いられるようになってきた。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）を固定子側に、マグネット（永久磁石）を回転子側に用い、インバータ回路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。インバータ回路は、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）のような大容量の半導体スイッチング素子を使用して構成され、大電流で駆動される。

ブラシレスＤＣモータを用いたインパクト工具の例として、例えば特許文献１の技術が知られている。特許文献１では、連続回転式のインパクト機構部を有し、動力伝達機構部（減速機構部）を介してスピンドルに回転力が与えられると、スピンドルの回転軸方向に移動可能に係合するハンマが回転し、ハンマと当接するアンビルを回転させる。ハンマとアンビルは、回転平面上の２箇所に互いに対称的に配置された２つのハンマ凸部（打撃部）をそれぞれ有し、これらの凸部は互いに回転方向に噛み合う位置にあり、凸部同士の噛み合いにより回転打撃力が伝えられる。ハンマは、スピンドルを囲むリング域で、スピンドルに対して軸方向に摺動自在にされ、ハンマの内周面には、逆Ｖ字型（略三角形）のカム溝が設けられる。スピンドルの外周面には軸方向に、Ｖ字型のカム溝が設けられており、このカム溝とハンマの内周カム溝との間に挿入されたボール（鋼球）を介してハンマが回転する。

特開２００９−７２８８８号公報

従来の動力伝達機構部においては、スピンドルとハンマは、カム溝に配置されたボールを介して保持され、ハンマはその後端に配置されるスプリングによって、スピンドルに対して軸方向後方に後退できるように構成されている。従って、スピンドルとハンマの部分の部品点数が多くなり、スピンドルとハンマの間の取り付け精度を良くするように考慮しなければならないので、製造コストが高くなっていた。

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は簡単な機構のハンマとアンビルによってインパクト機構を実現したインパクト工具を提供することにある。

本発明の別の目的は、モータの駆動方法を工夫することにより、相対的な回転角が小さいハンマとアンビルを駆動して締め付け作業を行うことができるインパクト工具を提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、ハンマの逆転時のブレーキ動作を機械的な構成で実現することにより、逆回転させたハンマを素早く停止させ、素早く正回転させることによりインパクト動作を行うことができるインパクト工具を提供することにある。

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、モータの回転力を減速する減速機構と、減速機構の出力部に接続されるハンマと、ハンマによって回転力又は打撃力が与えられ先端工具を回転させるアンビルを有し、減速機構の出力部とハンマとアンビルが同軸上に配置され、モータを正方向及び逆方向に回転させることによって、ハンマをアンビルに打撃して先端工具を回転させるインパクト工具において、ハンマの回転を停止させる機械的なブレーキ機構(制動手段)を設けた。アンビルとハンマの打撃部は相対的に３６０度未満の回転角で揺動可能であり、ブレーキ機構は、軸方向においてハンマと減速機構の間に配置した。

本発明の他の特徴によれば、ブレーキ機構は、ハンマに対して１回転未満の所定回転だけ相対回転可能な歯車機構と、歯車機構の所定方向の動きを制限する爪を含む、例えばつめ車と逆転防止爪を用いたブレーキ機構である。この逆転防止用の爪は、歯車機構の正転方向の回転を制限する第１の爪と、逆転方向の回転を制限する第２の爪を有し、ブレーキ機構は、第１又は第２のいずれかの爪を動作させるための切替手段を有する。切替手段は、モータの回転方向を切り替える正逆切替レバーに連動して動作するように構成すると良い。歯車機構は、ギヤ部と間欠リングが形成されたスプロケットで実現できる。

本発明のさらに他の特徴によれば、モータの回転を制御する制御部を設け、制御部は、正転電流を供給してモータを正転方向に加速させ、ハンマがアンビルと衝突したら、モータの回転が第１の所定回転数まで低減した後にモータに逆転電流を供給してハンマを逆回転させ、モータの逆回転が第２の所定回転数に達したらモータに供給する電流をオフにし、ブレーキ機構によってハンマの回転が停止したら再び正転電流を供給してモータを正転方向に加速させるように制御する。

請求項１の発明によれば、インパクト工具においてハンマの逆転を停止又は抑止する制動手段を設けたので、ハンマを逆回転させた際に、逆転から正転への切り替えを素早く確実に行うことができる。また、制動動作の際に電気を消費しないので、バッテリの消費を抑えることができる。
請求項２の発明によれば、制動手段はハウジングに保持されるので、ハンマが制動手段へと与える力をハウジングで受けることができる。このため、モータ側へ制動時の力がかからないので、モータへの負荷を小さくすることができる。
請求項３の発明によれば、モータを正方向及び逆方向に回転させるインパクト工具において、ハンマの回転を停止させるブレーキ機構を設けたので、ハンマを逆回転させた際に、逆転から正転への切り替えを素早く確実に行うことができる。また、逆回転の停止する位置が毎回同じになるように設定できるので、精度の良いインパクト動作を実行できる。さらに、ブレーキ動作の際に電気を消費しないので、バッテリの消費を押さえることができると共にモータの発熱を抑えることができる。

請求項４の発明によれば、アンビルとハンマの打撃部が相対的に３６０度未満の回転角で揺動するので、ハンマを軸方向に移動可能に構成する必要が無く、低コストのインパクト機構を実現でき、インパクト工具を安価に提供することができる。

請求項５の発明によれば、ブレーキ機構は、軸方向においてハンマと減速機構の間に配置されるので、機械的なロスが小さく、小型化が可能なコンパクトなインパクト工具を実現できる。

請求項６の発明によれば、ブレーキ機構は、ハンマに対して１回転未満の所定回転だけ相対回転可能な歯車機構と、歯車機構の所定方向の動きを制限する爪を含んで構成されるので、特定方向の回転のみを制限し、反対方向の回転を制限しない使い勝手の良いインパクト工具を実現できる。

請求項７の発明によれば、爪は歯車機構の正転方向の回転を制限する第１の爪と、逆転方向の回転を制限する第２の爪を有し、ブレーキ機構は、第１又は第２のいずれかの爪を動作させるための切替手段を有するので、ブレーキを動作させる方向を切り替えることが可能となり、逆回転時のブレーキにだけ動作するようなブレーキ機構を実現できる。

請求項８の発明によれば、切替手段は、モータの回転方向を切り替える正逆切替レバーに連動して動作するので、ブレーキ機構の誤動作を防止でき信頼性の高いインパクト工具を実現できる。さらに、インパクト工具の部品点数を減少させることができ、製造コストの上昇を抑えることができる。

請求項９の発明によれば、歯車機構は、ギヤ部と間欠リングが形成されたスプロケットであるので、シンプルな構成の機械的要素によってブレーキ機構を実現することができる。

請求項１０の発明によれば、モータの回転を制御する制御部を設け、モータの回転方向、回転速度をきめ細かに制御し、正回転方向だけでなく逆回転方向にもハンマをアンビルに打撃するので、制御部を用いて所望のインパクト動作を実現できる。

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。

本発明の実施例に係るインパクト工具１の全体構造を示す縦断面図である。 本発明の実施例に係るインパクト工具１の外観を示す斜視図である。 図１の打撃機構４０付近の拡大断面図である。 図１の冷却ファン１８の斜視図である。 本発明の実施例に係る打撃機構４０の形状を示す斜視図である 本発明の実施例に係るスプロケット４の背面図である。 本発明の実施例に係るハンマ４１、アンビル４６、スプロケット４の打撃動作を示す図であり、一回転の動きを４段階で示した断面図である。 本発明の実施例に係るインパクト工具のモータ３の駆動制御系を示す機能ブロック図である。 モータ３の回転方向とモータの駆動電流との関係を示すグラフである。 本発明に係るインパクト工具１の運転時のトリガ信号、インバータ回路の駆動信号、モータ３の回転速度、ハンマ４１とアンビル４６の打撃状況を示す図である。 本発明の実施例に係るモータ３の駆動制御手順を示すフローチャートである。 本実施例におけるハンマ４１の駆動モードを説明するための図であり、ドリルモードにおけるモータに印加する電流と回転数を示したグラフである。 本発明の実施例に係るモータの駆動制御手順であって、パルスモード（１）における制御手順を示すフローチャートである。 パルスモード（１）におけるモータ３の回転数と経過時間との関係、及び、モータ３に供給される電流値と経過時間との関係を示すグラフである。 本発明の実施例に係るモータ３の駆動制御手順であって、パルスモード（２）における制御手順を示すフローチャートである。

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、左右の方向は、図１及び図２中に示した方向として説明する。

図１は本発明に係るインパクト工具の全体構造を示す縦断面図である。インパクト工具１は、充電可能なバッテリパック３０を電源とし、モータ３を駆動源として打撃機構４０を駆動し、出力軸であるアンビル４６に回転と打撃を与えることによってドライバビット等の図示しない先端工具に連続する回転力や断続的な打撃力を伝達してネジ締めやボルト締め等の作業を行う。

モータ３は、ブラシレスＤＣモータであって、側面から見て略Ｔ字状の形状を成すハウジング６の筒状の胴体部６ａ内に収容される。ハウジング６は、ほぼ対称な形状の左右２つの部材に分割可能に構成され、それら部材が複数のネジにより固定される。そのため、分割されるハウジング６の一方（本実施例では左側ハウジング）に、ネジを補強するための複数のネジボス２０が形成され、他方（右側ハウジング）に複数のネジ穴（図示せず）が形成される。モータ３の回転軸１９は、胴体部６ａの後端側のベアリング１７ｂと中央部付近に設けられるベアリング１７ａによって回転可能に保持される。モータ３の後方には６つのスイッチング素子１０が搭載された基板７が設けられ、これらスイッチング素子１０によってインバータ制御を行うことによりモータ３を回転させる。基板７の前方側には、回転子３ａの位置を検出するためにホール素子やホールＩＣ等の回転位置検出素子５８が搭載される。

ハウジング６の胴体部６ａから略直角に一体に延びるグリップ部６ｂ内の上部にはトリガスイッチ８及び正逆切替レバー１４が設けられ、トリガスイッチ８には図示しないバネによって付勢されてグリップ部６ｂから突出するトリガ操作部８ａが設けられる。正逆切替レバー１４の前方側には後述する凸部１３が接続される。グリップ部６ｂ内の下方には、トリガ操作部８ａによってモータ３の速度を制御する機能等を備えた制御回路基板９が収容される。ハウジング６のグリップ部６ｂの下方に形成されたバッテリ保持部６ｃには、ニッケル水素やリチウムイオン等の複数の電池セルが収容されたバッテリパック３０が着脱可能に装着される。

モータ３の前方には、回転軸１９に取り付けられてモータ３と同期して回転する冷却ファン１８が設けられる。冷却ファン１８により、胴体部６ａの後方に設けられた空気取入口２６ａ、２６ｂから空気が吸引される。吸引された空気は、ハウジング６の胴体部６ａであって冷却ファン１８の半径方向外周側付近に形成される複数の穴２６ｃ（図２参照）からハウジング６の外部に排出される。

打撃機構４０は、アンビル４６、ハンマ４１、スプロケット４の３つの主要部品により構成され、ハンマ４１は遊星歯車減速機構２１の複数の遊星歯車の回転軸を連結するように固定される。現在広く使われている公知のインパクト機構と違って、ハンマ４１には、スピンドル、スプリング、カム溝、及びボール等を有するカム機構を有しない。そしてアンビル４６とハンマ４１とは回転中心付近に形成された嵌合軸４１ａと嵌合溝４６ｆにより１回転未満の相対回転だけができるように連結される。アンビル４６は、図示しない先端工具を装着する出力軸部分と一体に構成され、前端には軸方向と鉛直面の断面形状が六角形の装着穴４６ａが形成される。アンビル４６の後方側はハンマ４１の嵌合軸４１ａと連結され、軸方向中央付近でメタルベアリング１６ａによりケース５に対して回転可能に保持される。尚、これらアンビル４６とハンマ４１の詳細形状については後述する。

ケース５は打撃機構４０及び遊星歯車減速機構２１を収容するための金属製の一体成形で形成され、ハウジング６の前方側に装着される。また、ケース５の外周側は、熱の伝達を防止するとともに、衝撃吸収効果等を果たすために樹脂製のカバー１１で覆われる。アンビル４６の先端には先端工具を着脱するためのスリーブ１５が設けられる。

トリガ操作部８ａが引かれてモータ３が起動されると、モータ３の回転は遊星歯車減速機構２１によって減速され、モータ３の回転数に対して所定の比率の回転数でハンマ４１が回転する。ハンマ４１が回転すると、その回転力はアンビル４６に伝達され、アンビル４６がハンマ４１と同じ速度で回転を開始する。先端工具側からの受ける反力によってアンビル４６にかかる力が大きくなると、後述する制御部は締め付け反力の増大を検出し、モータ３の回転が停止してロック状態になる前に、ハンマ４１の駆動モードを変更しながらハンマ４１を連続的に又は断続的に駆動する。尚、ハンマ４１の後方にはスプロケット４が装着され、ハンマ４１の反転時のブレーキ動作を行う。

図２は、図１のインパクト工具１の外観を示す斜視図である。ハウジング６は３つの部分（６ａ、６ｂ、６ｃ）から構成され、胴体部６ａの、冷却ファン１８の半径方向外周側付近には冷却風排出用の穴２６ｃが形成される。また、バッテリ保持部６ｃの上面には制御パネル３１が設けられる。制御パネル３１には、各種の操作ボタンや表示ランプ等が配置され、例えばＬＥＤライト１２をＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチや、バッテリパックの残量を確認するためのボタンが配置される。また、バッテリ保持部６ｃの側面にはモータ３の駆動モード（ドリルモード、インパクトモード）を切り替えるためのトグルスイッチ３２が設けられる。トグルスイッチ３２を押下するごとに、ドリルモードとインパクトモードが交互に切り替わる。

バッテリパック３０には、リリースボタン３０Ａが設けられ、左右両側に位置するリリースボタン３０Ａを押しながら前方にバッテリパック３０を移動させることにより、バッテリパック３０をバッテリ保持部６ｃから取り外すことができる。バッテリ保持部６ｃの左右側には、着脱可能な金属製のベルトフック３３が設けられる。図２では、インパクト工具１の左側に取り付けられているが、ベルトフック３３を取り外してインパクト工具１の右側に装着することも可能である。バッテリ保持部６ｃの後端部付近にはストラップ３４が取り付けられる。

図３は、図１の打撃機構４０付近の拡大断面図である。遊星歯車減速機構２１は、プラネタリー型であり、モータ３の回転軸１９の先端と接続されるサンギヤ２１ａが駆動軸（入力軸）となり、胴体部６ａに固定されるアウターギヤ２１ｄ内で、複数のプラネタリーギヤ２１ｂが回転する。プラネタリーギヤ２１ｂの複数の回転軸２１ｃは、遊星キャリヤの機能を持つハンマ４１にて保持される。ハンマ４１は遊星歯車減速機構２１の従動軸（出力軸）として、モータ３と同方向に所定の減速比で回転する。この減速比をどの程度に設定するかは、主な締結対象（ネジかボルトか）、モータ３の出力と必要な締結トルクの大きさ等の要因から適切に設定すれば良く、本実施例ではモータ３の回転数に対してハンマ４１の回転数が１／８〜１／１５程度になるように減速比を設定する。

プラネタリーギヤ２１ｂの前方側には、円環状に形成されたスプロケット４が設けられる。スプロケット４は、ハンマ４１のブレーキ機構として作用するもので、ハンマ４１の遊星キャリヤの機能を持つ円筒部分の外周側に設けられる。スプロケット４は正転時にはハンマ４１に追従して回転するが、逆転時にはハンマ４１をアンビル４６に対して相対的に約１２０°の角度だけ回転させるように構成した。このスプロケット４の詳細構造は後述する。胴体部６ａ内部の２つのネジボス２０の内周側には、インナカバー２２が設けられる。インナカバー２２はプラスチック等の合成樹脂の一体成形で製造された部材であり、後方側には円筒状の部分が形成され、その円筒部分でモータ３の回転軸１９を回転可能に固定するベアリング１７ａを保持する。また、インナカバー２２の前方側には、２つの異なる径を有する円筒状の段差部が設けられ、その小さい方の段差部にはボール式のベアリング１６ｂが設けられ、大きい方の円筒状の段差部には、前方側からアウターギヤ２１ｄの一部が挿入される。尚、アウターギヤ２１ｄはインナカバー２２に回転不能に取り付けられ、インナカバー２２はハウジング６の胴体部６ａに回転不能に取り付けられることから、アウターギヤ２１ｄは非回転状態で固定されることになる。また、アウターギヤ２１ｄの外周部には外径が大きく形成されたフランジ部分が設けられ、フランジ部分とインナカバー２２の間にはＯリング２３が設けられる。ハンマ４１とアンビル４６の回転部分にはグリス（図示せず）が塗布されており、Ｏリング２３は、そのグリスがインナカバー２２側に漏れないようにシールする。

本実施例において特徴的なこととして、ハンマ４１がプラネタリーギヤ２１ｂの複数の回転軸２１ｃを保持する遊星キャリヤの機能を持つことである。そのためハンマ４１の後端部はベアリング１６ｂの内輪の内周側にまで延びる。また、ハンマ４１の後方側内周部は、モータ３の回転軸１９に取り付けられるサンギヤ２１ａを収容する円筒形の内部空間内に配置される。ハンマ４１の前方側中心軸付近は、軸方向前方に突出する嵌合軸４１ａが形成され、嵌合軸４１ａはアンビル４６の後方側中心軸付近に形成される円筒形の嵌合溝４６ｆに嵌合する。尚、嵌合軸４１ａと嵌合溝４６ｆは、双方が相対的に回転可能なように軸支されるものである。

図４は、冷却ファン１８の斜視図である。冷却ファン１８は例えばプラスチック等の合成樹脂の一体構成によって製造される。回転中心には、回転軸１９が貫通される貫通穴１８ａが形成され、回転軸１９を軸方向に所定距離だけ覆いロータ３ａとの所定の距離を確保する円筒部１８ｂが形成され、円筒部１８ｂから外周側には複数のフィン１８ｃが形成される。フィン１８ｃの内周側は円筒部１８ｂには接触せずに、内周側に行くにつれて後方側に後退して前方の壁に接続される。フィン１８ｃの前後側には、円環状の部分が設けられ、冷却ファン１８の回転方向に限られずに軸方向後方から吸引された空気を、外周付近に形成された複数の開口部１８ｄから円周方向外側に排出する。冷却ファン１８は、いわゆる遠心ファンの機能を果たすものであり、遊星歯車減速機構２１を介さずにモータ３の回転軸１９に直接接続される。また、冷却ファン１８はハンマ４１に比べて十分大きい回転数で回転されるので、十分な風量を確保することができる。このような冷却ファン１８を用いることにより、本実施例のようにモータ３を正逆双方向に回転させてインパクト動作を行っても、その回転力を利用しつつハウジング６内の空気を効果的に排気できるので、スイッチング素子１０やモータ３を効果的に冷却することができる。

次に、図５及び図６を用いて打撃機構４０の詳細構造を説明する。図５は、本発明の実施例に係る打撃機構４０の形状を示す斜視図である。ハンマ４１は、円筒形の本体部分４１ｂから軸方向前方に突出する１組の突出部、即ち突出部４２と突出部４３が形成される。さらに、円筒形の本体部分４１ｂから軸方向後方に突出する突出部４５が形成される。突出部４５は、突出部４２と回転角にして同位置に形成されるが、その円周方向の幅は突出部４２よりも小さく構成される。

本体部分４１ｂの前方側、中央には、アンビル４６の後方に形成された嵌合溝（図示せず）に嵌合する嵌合軸４１ａが形成され、ハンマ４１とアンビル４６は相対的に１回転未満（３６０度未満）の所定角度だけ回転可能なように連結される。突出部４２は打撃爪として作用するもので、円周方向の両側に平面状の打撃面４２ａと４２ｂが形成される。また、ハンマ４１には、突出部４２及び４５との回転バランスを取るための突出部４３が形成される。突出部４３は、回転バランスをとるための錘部として機能するため、打撃面は形成されない。本体部分４１ｂの後方側であって軸心を含む内周側には円筒部４４が形成される。円筒部４４は、遊星歯車減速機構２１のプラネタリーギヤ２１ｂを配置するために設けられるもので、図ではその記載を省略しているが、プラネタリーギヤ２１ｂを収容させるための空間と、回転軸２１ｃを保持するための貫通穴が形成される。

アンビル４６には、円筒形の本体部分４６ｂの前端側に先端工具を装着するための装着穴４６ａが形成され、本体部分４６ｂの後方側には本体部分４６ｂから半径方向外側に突出する２つの突出部４７と４８が形成される。突出部４７は、被打撃面４７ａと４７ｂを有する打撃爪であり、突出部４８が被打撃面をもたない錘部である。突出部４７は、突出部４２と衝突するように構成されるため、その外径は突出部４２の外形と同じに構成される。しかしながら突出部４３と４８は共に錘として作用させるだけであって、どの部位にも衝突させないために、お互いが干渉しない位置や大きさに形成し配置することが重要である。また、ハンマ４１とアンビル４６の相対的な回転角を確保するために（但し、最大でも１回転未満である）、突出部４３及び４８の半径方向の厚さを小さくして円周方向の長さを大きくすることによって、突出部４２と４７との回転バランスをとれるように形成される。

スプロケット４は、軸方向後方側がギヤ部４ｃとなり前方側がギヤ部４ｃと同程度の軸方向厚さを有する間欠リング部４ｄが形成される。この間欠リング部４ｄは、円周方向に約２４０度の角度だけ形成され、残り１２０度の部分が切り欠かれた形状であり、切り欠き部分の両端部には２つの当接面４ａと４ｂが形成される。当接面４ａと４ｂは、ハンマ４１の突出部の当接面４５ａと４５ｂと良好に当接するもので、正転側の当接面４ａが当接面４５ａと当接することによってスプロケット４をハンマ４１と同期して正回転方向に回転させることができる。同様にして、逆転側の当接面４ｂが当接面４５ｂと当接することによってスプロケット４を逆回転方向に回転させることができる。スプロケット４の下側にはカム２７が設けられ、カム２７はねじりばねである２つのスプリング２８ａ、２８ｂによって付勢される。カム２７の初期位置は、正逆切替レバー１４に接続された凸部１３によって設定される。

図６は本発明の実施例に係るスプロケット４の背面図である。スプロケット４のギヤ部４ｃの下側に位置するカム２７はシャフト２９を中心にわずかならが回動可能に構成される。シャフト２９はハウジング６の胴体部６ａにて保持される。そして、正逆切替レバー１４を正転側（矢印６６方向）に移動させることによって、凸部１３が左側に移動し、凸部１３によってスプリング２８ａを圧縮させ、この圧縮されたスプリング２８ａの力によってカム２７は矢印６７の方向に移動し、カム２７の爪２７ａ（第１の爪）がギヤ部４ｃと噛み合う。カム２７の爪２７ａがギヤ部４ｃと噛み合うことによって、スプロケット４の矢印６８の方向への移動が制限される。但し、図６の状態でスプロケット４を矢印６８と反対方向に回転させると、カム２７の爪２７ａの形状とギヤ部４ｃの形状の関係から、スプロケット４の回転が妨げられること無い。このようにスプロケット４とカム２７の作用により、スプロケット４の所定方向の回転だけを制限させることによりハンマ４１の反転時のブレーキとして用いることができるようになる。このブレーキ動作は、正逆切替レバー１４を逆転側（矢印６９方向）に移動させることにより、逆回転時（ネジの緩め作業時）の反転の際にカム２７の爪２７ｂ（第２の爪）がギヤ部４ｃと噛み合うようにして、同様に制動手段として動作させることが可能である。

図７は、ハンマ４１及びアンビル４６の使用状態における一回転の動きを４段階で示した断面図である。断面は軸方向と鉛直面であって、左側の図（奇数番号）が図１のＡ−Ａ部の断面であり、右側の図（偶数番号）が図１のＢ−Ｂ部の断面であって、それぞれ対応させて図示している。右側の図においては、突出部４５の位置及び当接面４ａ、４ｂの位置を点線で記載している。尚、図７の（２）（４）（６）（８）の各図は、スプロケット４の前から見た図であり、図６で示す背面図とは回転方向が逆になるので注意されたい。

図７（１）及び（２）の状態において、先端工具からうける締め付けトルクが小さいうちは、アンビル４６はハンマ４１から押されることによりハンマ４１に追従して反時計回り（締め付け方向）に回転する。この際、突出部４５の当接面４５ａは、（２）で示すようにスプロケット４の当接面４ａと接触しているためスプロケット４はハンマ４１に追従して同じ方向に回転する。また、カム２７はスプロケット４が半時計方向に回転することにより、その爪２７ａが押されて矢印７２の方向に回動するため、スプロケット４に対するブレーキは作用しない。この状態ではアンビル４６もスプロケット４もハンマ４１と相対回転せずに同期して回転する。しかしながら、締め付けトルクが大きくなってハンマ４１を回転させる力だけではアンビル４６を回転できなくなった場合には、ハンマ４１を矢印６６の方向に逆回転させるべく、モータ３の逆回転を開始する。

図７（１）で示す状態からモータ３の反転を開始することにより、ハンマ４１の突出部４２を矢印７１の方向に回転させる。この際、突出部４５の反転側には回転角にして約１２０度分だけ切り欠き部が形成されるので、この反転の際に、突出部４５はスプロケット４に当接することなく反転することが可能になる。即ち、図７（１）の状態から回転角にして約１２０度は、ハンマ４１だけが反転し、アンビル４６もスプロケット４も回転しない。

さらにモータ３を逆回転させて、図７（３）に示すように突出部４２は突出部４８の外周側を通って矢印７３の方向に回転すると、図７（４）に示すように突出部４５の当接面４５ｂが当接面４ｂに当接することによりスプロケット４が矢印７５の方向に回転することになるが、すかさずカム２７が矢印７６のように揺動して、爪２７ａがギヤ部４ｃの歯に噛み合うことによりスプロケット４の回転は停止され、このスプロケット４の停止によりハンマ４１の回転も停止される。このようにスプロケット４とカム２７を用いることによって逆転状態のハンマ４１の回転を停止させることができる。このブレーキ動作は機械要素によって実現しているので電力を消費することが無いので、ブレーキ動作のために電力を消費することを防ぐことができる。尚、図７（３）において突出部４８の外径Ｒ_ａ１は、突出部４２の内径Ｒ_ｈ１よりも小さく構成され、両者は衝突しない。同様に、突出部４７の外径Ｒ_ａ２は、突出部４３の内径Ｒ_ｈ２よりも小さく構成され、両者は衝突しない。従って、ブレーキ動作が行われるのはハンマ４１だけであり、アンビル４６には何ら影響しない。

ハンマ４１が停止したら、モータ３を起動して、ハンマ４１を図７（３）の矢印７４の方向（正回転方向）への回転を開始させる。そして、ハンマ４１の正回転の回転を加速させ、加速中の状態のまま図７（５）に示す位置にて突出部４２の打撃面４２ａは、アンビル４６の被打撃面４７ａに衝突する。この衝突の結果、アンビル４６には強力な回転トルクが伝達され、アンビル４６は矢印７７で示す方向に回転する。尚、図７（３）から（５）の間のハンマ４１の移動によって突出部４５も移動するが、この間は当接面４ａにも４ｂのいずれにも接触しないため図７（６）に示すようにスプロケット４は回転しないで固定されたままである。

図７（７）の位置は、図７（５）で示した状態から、ハンマ４１とアンビル４６の双方が所定角度分だけ矢印７８の方向に回転した状態であり、この際にはスプロケット４もアンビル４６と同じ角度だけ矢印７８の方向に回転する。この際、カム２７はスプロケット４が半時計方向に回転することにより、その爪部が内側から押されることにより矢印７９の方向に回動するため、スプロケット４の回転を制限しない。このようにして図７（１）から（８）に至る動作を繰り返すことによって、被締結部材を適正トルクになるまで締め付けを行う。

以上のように、本発明に係るハンマ４１とアンビル４６では、モータ３を逆回転させる駆動モードを用いることによって、打撃機構としてハンマ４１とアンビル４６だけのきわめてシンプルな構成で、インパクト工具を実現することができる。また、モータ３を逆転させた際のハンマ４１のブレーキ動作に電力を利用しないので、電力消費量を最小に抑えつつ迅速なブレーキ動作を行うことができる。尚、本実施例においてはカム２７の移動を正逆切替レバー１４と一体で構成した凸部１３により行ったが、カム２７の移動を電気的に駆動し、これを制御部で制御するように構成しても良い。そのように構成すれば、ブレーキが必要なときだけカム２７を移動させるようにし、ブレーキを稼働させないときは、カム２７の爪２７ａ、２７ｂがギヤ部４ｃの歯に接触しないように構成することができる。また、カム２７を電気的に駆動させるようにすればハンマ４１の逆回転の角度を可変に設定でき、必要な打撃トルクの大きさによって逆回転の回転角度を設定しても良い。さらに、カム２７を電気的に駆動させるようにすればスプロケット４とハンマ４１を別体式でなく、一体式に構成することも可能である。

次に、モータ３の駆動制御系の構成と作用を図８に基づいて説明する。図８はモータ３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。このブラシレスＤＣモータは、いわゆるインナーロータ型であって、複数組（本実施例では２組）のＮ極とＳ極を含む永久磁石（マグネット）を含んで構成される回転子（ロータ）３ａと、スター結線された３相の固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗから成る固定子３ｂと、回転子３ａの回転位置を検出するために周方向に所定の間隔毎、例えば角度６０°毎に配置された３つの回転位置検出素子（ホール素子）５８を有する。これら回転位置検出素子５８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、モータ３が回転する。回転位置検出素子５８は、基板７上の回転子３ａの永久磁石３ｃに対向する位置に設けられる。

基板７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、制御回路基板９に搭載される制御信号出力回路５３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５３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、インバータ回路５２に印加されるバッテリパック３０の直流電圧を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。

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、制御回路基板９上に搭載された演算部５１によって、トリガスイッチ８のトリガ操作部８ａ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。

ここで、ＰＷＭ信号は、インバータ回路５２の正電源側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３また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また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バッテリパック３０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。尚、本実施例では、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。

インパクト工具１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１４が設けられ、回転方向設定回路６２は正逆切替レバー１４の変化を検出するごとに、モータの回転方向を切り替えて、その制御信号を演算部５１に送信する。演算部５１は、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）、処理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、タイマ等を含んで構成される。

制御信号出力回路５３は、回転方向設定回路６２と回転子位置検出回路５４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、その駆動信号を制御信号出力回路５３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、回転子３ａ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６１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に供給される電流値は、電流検出回路５９によって測定され、その値が演算部５１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となるように調整される。尚、ＰＷＭ信号は正電源側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３に印加しても良い。

制御回路基板９に搭載される制御部５０には、アンビル４６に発生する衝撃の大きさを検出する打撃衝撃検出センサ５６が接続され、その出力は打撃衝撃検出回路５７を介して演算部５１に入力される。打撃衝撃検出センサ５６としては、アンビル４６に取り付けられる歪ゲージ等で実現でき、打撃衝撃検出センサ５６の出力を用いて規定トルクで締め付けが完了した際に、モータ３を自動停止させるようにしても良い。

図９は、モータ３の回転方向とモータの駆動電流との関係を示すグラフである。横軸は、モータを所定の回転数で回転させるための駆動電流を加える際のモータの回転数であり、縦軸は実際にモータに流れる電流の大きさを示す。通常モータの回転数が０の時、即ちモータ停止時に駆動電流を加えると大電流が流れるが（これを「起動電流」という）、モータが僅かながらでも正回転（＋回転）している際に正回転方向への駆動電流を加えると実際に流れる電流値は実線で示すようにモータの回転数が大きくなるにつれ徐々に小さくなる。一方、モータが逆回転（−回転）している際に、モータを正回転させるための駆動電流を加えると、回転方向が反対であるため点線に示すように起動電流以上の大きな電流が流れることになる。モータ３が反転している際に流す駆動電流（ブレーキ電流）はこの点線領域において電流を流すことになるので、ブレーキ動作のためだけに流れるとしたら締め付け作業には関係ない無駄な電力である。この無駄な電力を防ぐためには、モータの回転が完全に停止してから正回転を開始させる必要があるが、本実施例では機械要素によってブレーキ動作を行うので、図９の点線部分のようなブレーキ電流を流す必要がないため、電力消費量を小さく抑えることができる。

次に、本実施例に係るインパクト工具１の駆動方法について説明する。本実施例に係るインパクト工具１においては、アンビル４６とハンマ４１が、相対的に１２０度程度の回転角で回転可能なように形成される。従って、その回転制御も特有のものになる。図１０は、インパクト工具１の運転時のトリガ信号、インバータ回路の駆動信号、モータ３の回転速度、ハンマ４１とアンビル４６の打撃状況を示す図である。各グラフにおいて横軸は時間であり、各グラフのタイミングを比較できるように横軸を合わせて記載している。

本実施例に係るインパクト工具１において、インパクトモードにおける締め付け作業の場合は、最初“ドリルモード”で高速に締め付けを行い、必要な締め付けトルク値が大きくなったら“パルスモード（１）”に切り替えて締め付けを行い、必要な締め付けトルク値がさらに大きくなったら“パルスモード（２）”に切り替えて締め付けを行う。図１０の時間Ｔ_１からＴ_２におけるドリルモードでは、演算部５１はモータ３を目標回転数に基づく制御を行う。このためモータ３は矢印８５ａで示す目標回転数に達するまでモータを加速させる。その後、アンビル４６に取り付けられた先端工具からの締め付け反力が大きくなると、矢印８５ｂに示すようにモータ３の回転速度が徐々に落ちてくる。そこで、その回転速度の落ち込みをモータ３に供給される電流値で検出して、時間Ｔ_２で“パルスモード（１）”による回転駆動モードに切り替える。

パルスモード（１）は、モータ３を連続的に駆動するのではなく断続的に駆動するモードであり、「休止→正回転駆動」を複数回繰り返すようにパルス状に駆動する。ここで、「パルス状に駆動する」とは、インバータ回路５２に加えるゲート信号を脈動させることにより、モータ３に供給される駆動電流を脈動させ、それによってモータ３の回転数又は出力トルクを脈動させるように駆動制御することである。この脈動は、時間Ｔ_２からＴ_２１まではモータへ供給される駆動電流ＯＦＦ（休止）、時間Ｔ_２１からＴ_３まではモータの駆動電流ＯＮ（駆動）、時間Ｔ_３からＴ_３１までは駆動電流ＯＦＦ（休止）、時間Ｔ_３１から時間Ｔ_４までは駆動電流ＯＮというような、大きな周期（例えば数十Ｈｚ〜百数十Ｈｚ程度）で駆動電流のＯＮ−ＯＦＦを繰り返すことによって発生される。尚、駆動電流ＯＮ状態の時にはモータ３の回転数制御のためにＰＷＭ制御が行われるが、そのデューティ比制御の周期（通常数キロＨｚ）に比べると、脈動させる周期は十分小さい。

図１０の例では、Ｔ_２から一定の時間モータ３への駆動電流の供給を休止して、モータ３の回転速度を低下させる。この際、ハンマ４１はアンビル４６に遅れて回転することになるが、ハンマ４１の回転が僅かに遅れても突出部４５はスプロケット４の切り欠き部内に収まることができるので、スプロケット４によってハンマ４１の回転が影響されることはない。モータ３の回転速度が矢印８６ａにまで低下した後に、演算部５１（図８参照）は駆動信号８３ａを制御信号出力回路５３に送ることによりモータ３にパルス状の駆動電流（駆動パルス）が供給され、モータ３を加速させる。尚、この加速時の制御は、必ずしもデューティ比１００％で駆動という意味ではなく、１００％未満のデューティ比で制御する事もありうる。次に、矢印８６ｂの地点においてハンマ４１がアンビル４６に強く衝突することにより、矢印８８ａで示すように打撃力が与えられる。打撃力が与えられると再び、所定期間モータ３への駆動電流の供給を休止し、モータの回転速度が矢印８６ｃで示すように低下した後に、演算部５１は駆動信号８３ｂを制御信号出力回路５３に送ることによりモータ３を加速させる。すると、矢印８６ｄの地点においてハンマ４１がアンビル４６に強く衝突することにより、矢印８８ｂで示すように打撃力が与えられる。パルスモード（１）においては、上述したモータ３の「休止→正回転駆動」を繰り返す断続的な駆動が１回又は複数回繰り返されるが、より高い締め付けトルクが必要になったらその状態を検出し、パルスモード（２）による回転駆動モードに切り替える。高い締め付けトルクが必要になったか否かの判定は、例えば矢印８８ｂで示す打撃力が与えられた際のモータ３の回転数（矢印８６ｄの前後）を用いて判断することができる。

パルスモード（２）は、モータ３を断続的に駆動し、パルスモード（１）と同様にパルス状にモータ３を駆動するモードであるが、「休止→逆回転駆動→ブレーキ（停止）→正回転駆動」を複数回繰り返すように駆動する。つまりパルスモード（２）においては、モータ３の正回転駆動だけでなく逆回転駆動をも加わるために、ハンマ４１をアンビル４６に対して十分な相対角だけ逆回転させた後に、ハンマ４１を正回転方向に加速させて勢いよくアンビル４６に衝突させる。このようにハンマ４１を駆動することにより、アンビル４６に強い締め付けトルクを発生させるものである。本実施例においては、逆回転駆動されたモータ３の回転を停止させる際に（図中矢印８７ｂ、８７ｆ付近）、モータ３に正転電流を加えてモータ３を減速・停止させるのではなく、ハンマ４１をスプロケット４に衝突させることによりモータ３を減速・停止させるようにした。

図１０の例では時間Ｔ_４でパルスモード（２）に切り替わると、モータ３の駆動を一時休止させて、その後、負の方向の駆動信号８４ａを制御信号出力回路５３に送ることによりモータ３を逆回転させる。正転、逆転を行う際には、制御信号出力回路５３から各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に出力する各駆動信号（オンオフ信号）の信号パターンを切り替えることにより実現される。モータ３が所定の回転角分だけ逆回転したら（矢印８７ａ）、突出部４５の当接面４５ｂがスプロケット４の当接面４ｂに衝突するため、モータ３の回転が止まる（矢印８７ｂ）。その後、モータ３の駆動を一時休止させて正回転駆動を開始する。このため、正の方向の駆動信号８４ｂを制御信号出力回路５３に送る。尚、インバータ回路５２を用いた回転駆動においては、駆動信号をプラス側又はマイナス側に切り替えるものではないが、図１０ではどちら方向へ回転駆動するか容易に理解できるように、駆動信号を＋及び−方向に分けて模式的に表現した。

モータ３の回転速度が最大速度に達する付近で、ハンマ４１はアンビル４６に衝突する（矢印８７ｃ）。この衝突によりパルスモード（１）で発生する締め付けトルク（８８ａ、８８ｂ）に比べて格段に大きい締め付けトルク（８９ａ）が発生する。このように衝突が行われると矢印８７ｃから８７ｄに至るようにモータ３の回転数が低下する。尚、矢印８９ａに示す衝突を検出した瞬間にモータ３への駆動信号を停止する制御をしても良く、その場合は締結対象がボルトやナット等の場合は打撃後に作業者の手に伝わる反動が少なくて済む。本実施例のように衝突後もモータ３に駆動電流を流すことにより作業者への反力がドリルモードに比較して小さく、中負荷状態での作業に適している。また、締め付け速度が速く、パルス強モードと比較して電力消費が少なくて済むという効果が得られる。その後、同様にして、「休止→逆回転駆動→ブレーキ→正回転駆動」を所定回数だけ繰り返すことにより強い締め付けトルクでの締め付けが行われる。時間Ｔ_７において作業者がトリガ操作を解除することによってモータ３が停止し、締め付け作業が完了する。作業の完了は作業者によるトリガ操作の解除だけでなく、打撃衝撃検出センサ５６（図８参照）の出力を元に、演算部５１が設定された締め付けトルクでの締め付けが完了したと判断したらモータ３の駆動を停止するように制御しても良い。

以上説明したように、本実施例においては締め付けトルクが少なくてすむ締め付け初期段階はドリルモードで回転駆動し、締め付けトルクが大きくなるにつれて正転のみの断続駆動によるパルスモード（１）で締め付けを行い、締め付けの最終段階においては、モータ３の正転及び逆転による断続駆動によるパルスモード（２）によって強力に締め付けを行う。尚、パルスモード（１）とパルスモード（２）だけを使って駆動するように構成しても良い。また、パルスモード（１）を設けないで、ドリルモードからパルスモード（２）に直接移行する制御も可能である。パルスモード（２）ではモータの正回転と逆回転を交互に行うため、締め付け速度が、ドリルモードやパルスモード（１）よりも大幅に遅くなる。このように締め付け速度が急に遅くなると、周知の回転打撃機構を有するインパクト工具に比べて打撃動作に移行する際の違和感が大きくなるので、ドリルモードからパルスモード（２）への移行にあたり、パルスモード（１）を介在させた方が操作感が自然な感じとなる。さらに、可能な限りドリルモードやパルスモード（１）で締め付けを行うことにより、締め付け作業時間の短縮化を図ることができる。

次に、図１１〜図１５を用いて本発明に係るインパクト工具１の制御手順を説明する。図１１は、本発明の実施例に係るインパクト工具１の制御手順を示すフローチャートである。インパクト工具１は、作業者による作業の開始に先立ち、トグルスイッチ３２（図２参照）を用いてインパクトモードが選択されたか否かを判定する（ステップ１０１）。インパクトモードが選択された場合はステップ１０２に進み、選択されていない場合、即ち通常のドリルモードの場合はステップ１１０に進む。

パルスモードにおいては、演算部５１はトリガスイッチ８がＯＮされたか否かを判定し、ＯＮされた（トリガ操作部８ａが引かれた）場合は、図１０に示したようにドリルモードによりモータ３を起動し（ステップ１０３）、トリガ操作部８ａの引き量に応じてインバータ回路５２のＰＷＭ制御を開始する（ステップ１０４）。そして、モータ３に供給されるピーク電流が上限値のｐを超えないように制御しながらモータ３の回転を加速させる。次に、起動してからｔミリ秒経過した後のモータ３に供給される電流値Ｉを、電流検出回路５９（図８参照）の出力を用いて検出する。検出された電流値Iがｐ１アンペアを超えていなかったらステップ１０４に戻り、超えていたらステップ１０８に進む（ステップ１０７）。次に、検出された電流値Ｉがｐ２アンペアを超えているか否かを判定する（ステップ１０８）。

ステップ１０８において、検出された電流値Ｉがｐ２［Ａ］を超えていなかったら、即ち、ｐ１＜Ｉ＜ｐ２の関係にあったら図１３で示すパルスモード（１）の手順を実行してからステップ１０９に進み（ステップ１２０）、検出された電流値Ｉがｐ２［Ａ］を超えていたらパルスモード（１）の手順を実行することなく直接ステップ１０９に進む。ステップ１０９において、トリガスイッチ８がオンになっているかを判定し、ＯＦＦにされた場合はステップ１０１に戻り、ＯＮ状態が継続されている場合は図１５で示すパルスモード（２）の手順を実行してからステップ１０１に戻る。

ステップ１０１でドリルモードが選択されている場合は、ドリルモード１１０が実行されるが、その制御はステップ１０２から１０７の制御と同様である。そして、ステップ１０７のｐ１として、電子クラッチでの制御電流あるいは、モータ３のロック直前による過電流状態を検出してモータ３を停止させる（ステップ１１１）ことにより、ドリルモードを終了し、ステップ１０１に戻る。

ここで、図１２を用いてステップ１０７、１０８におけるモード移行の判定手順を説明する。上側のグラフは経過時間とモータ３の回転数との関係を示すもので、下側のグラフはモータ３に供給される電流値と時間の関係を示すもので、上下のグラフの時間軸は同じにしている。左側のグラフにおいて、時間Ｔ_Ａにおいてトリガスイッチが引かれると（図１１のステップ１０２に相当）、モータ３が矢印１１３ａのように起動されて加速される。この加速の際には、矢印１１４ａで示すように最大電流値ｐが制限された状態での定電流制御がされる。モータ３の回転数が所定の回転数に到達すると（矢印１１３ｂ）、矢印１１４ｂに示すように加速時電流から定常時電流になるため、電流値が減少する。この後、ネジやボルト等の締結が進行するに従って、締結部材からの受ける反力が増加すると、矢印１１３ｃに示すようにモータ３の回転数が徐々に低下すると共に、モータ３に供給される電流値が増加する。そしてモータ３の起動からｔミリ秒経過した後に電流値が判定され、矢印１１４ｃに示すように、ｐ１＜Ｉ＜ｐ２の関係にある場合はステップ１２０で示すように後述するパルスモード（１）の制御に移行する。

右側のグラフにおいて、時間Ｔ_Ｂにおいてトリガスイッチが引かれると（図１１のステップ１０２に相当）、モータ３が矢印１１５ａのように起動されて加速される。この加速の際には、矢印１１６ａで示すように最大電流値ｐが制限された状態での定電流制御がされる。モータ３の回転数が所定の回転数に到達すると（矢印１１５ｂ）、矢印１１６ｂに示すように加速時電流から定常時電流になるため、電流値が減少する。この後、ネジやボルト等の締結が進行するに従って、締結部材からの受ける反力が増加すると、矢印１１５ｃに示すようにモータ３の回転数が徐々に低下すると共に、モータ３に供給される電流値が増加する。本例では、締結部材からの受ける反力が急激に増加したため、矢印１１６ｃで示すようにモータ３の回転数の低下が大きく、また、電流値の上昇度合いが大きい。そしてモータ３の起動からｔミリ秒経過した後の電流値が１１６ｃで示すように、ｐ２＜Ｉの関係にあるため、ステップ１４０に示すように図１５で示すパルスモード（２）の制御に移行する。

通常ネジやボルト等の締め付け作業においては、ネジやボルトの加工精度のばらつき、被締結材の状態、木材の節や木目などの材質のばらつき等により、必要とされる締め付けトルクが一定でないことが多い。そのためドリルモードだけで締め付け完了直前まで一気に締め付けることができてしまう場合がありうる。このような場合は、パルスモード（１）における締め付けをスキップして、より締め付けトルクの高いパルスモード（２）による締め付けに移行させると短時間で効率よく締め付け作業を完了させることができる。

次に図１３のフローチャートを用いてパルスモード（１）でのインパクト工具の制御手順を説明する。パルスモード（１）に移行した場合、まず所定の休止期間をおいてから、ピーク電流をｐ３アンペア以下と制限し（ステップ１２１）、所定の時間、即ちＴミリ秒だけモータ３に正転電流を供給することによってモータ３を回転させる（ステップ１２２）。次に、時間Ｔミリ秒経過後にそのときのモータ３の回転数Ｎ_１ｎ（但し、ｎ＝１、２、・・）［ｒｐｍ］を検出する（ステップ１２３）。次に、モータ３へ供給する駆動電流をＯＦＦにし（ステップ１２４）、モータ３の回転数が、Ｎ_１ｎからＮ_２ｎ（＝Ｎ_１ｎ／２）に低下するまで減速するまでに要する時間ｔ_１ｎを測定する（ステップ１２５）。次に、ｔ_２ｎ＝Ｘ−ｔ_１ｎよりｔ_２ｎを求め、このｔ_２ｎの期間だけモータ３に正転電流を加え（ステップ１２６）、ピーク電流をｐ３アンペア以下に押さえてモータ３を加速させる（ステップ１２７）。次に、ｔ_２ｎ時間経過後にモータ３の回転数Ｎ_{１（ｎ＋１）}が、パルスモード（２）に移行するための閾値回転数Ｒ_ｔｈ以下か否かを判定し、Ｒ_ｔｈ以下である場合はパルスモード（１）の処理を終了して図１１のステップ１２０に戻り、Ｒ_ｔｈ以上である場合はステップ１２４に戻る（ステップ１２８）。

図１４は、図１３に示すフローチャートの手順を実行中のモータ３の回転数と経過時間の関係、及び、モータ３に供給される電流と経過時間の関係を示すグラフである。最初に時間Ｔだけモータ３に駆動電流１３２が供給される。駆動電流はピーク電流をｐ３アンペア以下と制限されるため、矢印１３２ａに示すように加速時の電流が制限され、その後、モータ３の回転数が上がるにつれて電流値が矢印１３２ｂのように低下する。時間Ｔ_１において、モータ３の回転数がＮ_１１に到達したのが測定されると、Ｎ_２１＝Ｎ_１１／２からモータ３の回転を開始する回転数Ｎ_２１が計算によって算出される。回転数Ｎ_１１は、例えば１０，０００ｒｐｍである。モータ３の回転数がＮ_２１に低下すると、駆動電流１３３が供給されモータ３が再び加速される。駆動電流１３３を流す時間ｔ２ｎは、ｔ２ｎ＝Ｘ−ｔ１ｎにて決定される。同様にして、時間２Ｘ、３Ｘにおいて同様の制御を行うが、締め付け反力が大きくなるにつれてモータ３の回転数上昇度合いが低下し、時間４Ｘにおいて回転数Ｎ_１４は閾値回転数Ｒ_ｔｈ以下となってしまう。この時点で、パルスモード（１）の処理が終了し、パルスモード（２）の処理へと移行することになる。

次に図１５のフローチャートを用いてパルスモード（２）でのインパクト工具の制御手順を説明する。まず、モータ３に供給する駆動電流をオフにして待機する（ステップ１４１）。待機中にモータの回転数が５０００ｒｐｍ以下に減速されたら、モータ３を−３０００ｒｐｍで回転させるように、逆転電流をモータ３に供給する（ステップ１４２、１４３）。モータ３の回転数は、回転位置検出素子５８の出力信号を用いて検出する。ここで、‘マイナス’とは作業中の回転方向とは逆方向に３０００ｒｐｍでモータ３を回転させるという意味である。次に、モータ３の回転数が、−３０００ｒｐｍに到達したら、モータ３に供給する電流をオフにして待機する（ステップ１４４，１４５）。電流をオフにするとモータ３は惰性で回転し続け、ハンマ４１の突出部４５がスプロケット４の当接面（４ａ又は４ｂ）に衝突する（ステップ１４６）。この衝突によってカム２７が図６の矢印６７の方向に揺動し、カム２７の爪がギヤ部４ｃと噛み合うことによりハンマ４１の回転が直ちに停止する。このように、モータ３の逆回転時にハンマ４１をスプロケット４に衝突させることによって、電流を消費せずに逆転したモータ３を停止させることができるので、電流消費を大幅に節約できる。

次に、モータ３が停止したことを確認できたら、モータ３を正回転方向に回転させるべく、正転電流をオンにする（ステップ１４７，１４８）。モータ３の回転停止は、回転位置検出素子５８の出力信号や、打撃衝撃検出センサ５６の出力信号を用いて検出することができる。正転電流をオンにするとモータ３が１０，０００ｒｐｍ回転まで加速し、この回転数にてハンマ４１がアンビル４６に衝突する。このように、モータ３の出力トルクと、モータ３及びハンマ４１の慣性エネルギーで締め付けが行われる（ステップ１４９）。そして、正転電流をＯＮにしてから所定時間経過後にモータ３に供給する電流をオフにする（ステップ１５０）。この所定時間は、打撃が行われた後に経過するように設定するのが好ましい。

その後、トリガスイッチのオン状態が維持されているかを検出し、オフの状態であればモータ３の回転を停止してパルスモード（２）の処理を終了し、図１１のステップ１４０に戻る（ステップ１５１）。トリガスイッチ８がオンの状態であればステップ１４１に戻る（ステップ１５１）。尚、ステップ１４６において、逆回転時の衝突直前に正転電流を流すことにより、僅かならがブレーキを掛けて衝突直前のモータの逆方向の回転数を低下させて、逆回転時の衝撃を緩和するようにしても良い。

以上説明したように、本実施例によれば相対回転角が１回転未満のハンマとアンビルを用いて、モータを連続回転、正方向のみの断続回転、正方向及び逆方向の断続回転を行うことによって、効率的に締結部材を締結することができる。また、ハンマとアンビルの形状をシンプルな構造にすることができたので、インパクト工具の小型化及びコストダウンが実現できる。また、逆方向に回転中のモータを停止させるのに、大きな正転電流を流す必要が無く、スプロケット４によるブレーキ機構によって短時間で効果的に停止させるので、電流消費量を低減させることができる。さらに、逆転させたハンマをスプロケットに衝突させるので、ハンマの正回転の加速をスタートさせる初期位置の誤差が少なくなり、打撃力のばらつきを小さくできる。

以上、本発明を示す実施例に基づき説明したが、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、本実施例ではモータとしてブラシレスＤＣモータを用いた例を説明したが、これに限定されず、正方向及び逆方向に駆動できる他の種類のモータであっても良い。

また、アンビルとハンマの形状は任意であり、アンビルとハンマが相対的に連続回転できない（乗り越えながら回転できず）構造とし、相対的に３６０度未満の所定の回転角を確保し、打撃面、被打撃面を形成すれば他の形状であっても良い。例えば、ハンマとアンビルの突出部が軸方向に突出するのではなく、円周方向にも突出するように構成しても良い。さらに、ハンマとアンビルの突出部は、必ずしも外部に凸状となる突出部だけに限られずに、なんらかの形状にて打撃面、被打撃面を形成できれば良いので、ハンマ又はアンビルの内部に突出する突出部（つまり凹部）であっても良い。また、打撃面、被打撃面は必ずしも平面に限られずに、曲面であっても、その他の良好に打撃及び被打撃される形状であれば良い。

本実施例では、ブレーキ機構たるスプロケット４は、ハンマの打撃面と遊星歯車減速機構の間に設けたが、この位置だけに限られずにハンマの外周側であっても良いし、遊星歯車減速機構とモータの間に設けるようにしても良い。

１ インパクト工具 ３ モータ
３ａ （モータの）回転子 ３ｂ （モータの）固定子
３ｃ （モータの）永久磁石 ３ｄ 絶縁部材
３ｅ （モータの）コイル ４ スプロケット
４ａ、４ｂ （スプロケットの）当接面 ４ｃ （スプロケットの）ギヤ部
４ｄ （スプロケットの）間欠リング部 ４ｅ （スプロケットの）貫通穴
５ ケース ６ ハウジング ６ａ （ハウジングの）胴体部
６ｂ （ハウジングの）グリップ部 ６ｃ （ハウジングの）バッテリ保持部
７ 基板 ８ トリガスイッチ ８ａ トリガ操作部
９ 制御回路基板 １０ スイッチング素子 １１ カバー
１２ ＬＥＤライト １３ 凸部 １４ 正逆切替レバー
１５ スリーブ １６ａ メタルベアリング １６ｂ ベアリング
１７ａ、１７ｂ ベアリング １８ 冷却ファン
１８ａ （冷却ファンの）貫通穴 １８ｂ （冷却ファンの）円筒部
１８ｃ （冷却ファンの）フィン １８ｄ （冷却ファンの）開口部
１９ （モータの）回転軸
２０ ネジボス ２１ 遊星歯車減速機構
２１ａ サンギヤ ２１ｂ プラネタリーギヤ
２１ｃ 回転軸 ２１ｄ アウターギヤ ２２ インナカバー
２３ Ｏリング ２４ ボール
２６ａ、２６ｂ 空気取入口 ２６ｃ 穴
２７ カム ２８ａ、２８ｂ スプリング ２９ シャフト
３０ バッテリパック ３０Ａ リリースボタン ３１ 制御パネル
３２ トグルスイッチ（パルスモード／ドリルモード切替スイッチ）
３３ ベルトフック ３４ ストラップ
４０ 打撃機構 ４１ ハンマ
４１ａ 嵌合軸 ４１ｂ 本体部分 ４２ 突出部
４３ 突出部 ４４ 円筒部
４５ 突出部 ４５ａ、４５ｂ 当接面
４６ アンビル ４６ａ 装着穴 ４６ｂ 本体部分
４７ 突出部 ４７ａ、４７ｂ 被打撃面 ４８ 突出部
５０ 制御部 ５１ 演算部 ５２ インバータ回路
５３ 制御信号出力回路 ５４ 回転子位置検出回路
５５ 回転数検出回路 ５６ 打撃衝撃検出センサ
５７ 打撃衝撃検出回路 ５９ 電流検出回路
６０ スイッチ操作検出回路 ６１ 印加電圧設定回路
６２ 回転方向設定回路

Claims (10)

1. モータと、
   前記モータにより回転駆動されるハンマと、
   前記ハンマにより回転力又は打撃力が与えられるアンビルと、
   前記モータを回転させることにより、前記ハンマによって前記アンビルを正方向に打撃するインパクト工具であって、
   前記ハンマの逆転を停止又は抑止する機械的な制動手段を設けたことを特徴とするインパクト工具。
2. 前記モータはハウジングにより覆われており、
   前記ハウジングに前記制動手段は保持さ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。
3. モータと、該モータの回転力を減速する減速機構と、該減速機構の出力部に接続されるハンマと、該ハンマによって回転力又は打撃力が与えられ先端工具を回転させるアンビルを有し、
   前記減速機構の出力部と前記ハンマと前記アンビルが同軸上に配置され、
   前記モータを正方向及び逆方向に回転させることによって、前記ハンマによって前記アンビルを正方向に打撃して前記先端工具を回転させるインパクト工具であって、
   前記ハンマの逆方向の回転を停止させる機械的なブレーキ機構を設けたことを特徴とするインパクト工具。
4. 前記アンビルと前記ハンマの打撃部が相対的に３６０度未満の回転角で揺動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。
5. 前記ブレーキ機構は、軸方向において前記ハンマと前記減速機構の間に配置されることを特徴とする請求項４に記載のインパクト工具。
6. 前記ブレーキ機構は、
   前記ハンマに対して１回転未満の所定回転だけ相対回転可能な歯車機構と、
   前記歯車機構の所定方向の動きを制限する爪を含んで構成されることを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載のインパクト工具。
7. 前記爪は、前記歯車機構の正転方向の回転を制限する第１の爪と、逆転方向の回転を制限する第２の爪を有し、
   前記ブレーキ機構は、前記第１又は第２のいずれかの爪を動作させるための切替手段を有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。
8. 前記切替手段は、前記モータの回転方向を切り替える正逆切替レバーに連動して動作することを特徴とする請求項７に記載のインパクト工具。
9. 前記歯車機構は、ギヤ部と間欠リングが形成されたスプロケットであることを特徴とする請求項８に記載のインパクト工具。
10. 前記モータの回転を制御する制御部を設け、該制御部は、
    正転電流を供給して前記モータを正転方向に加速させ、
    前記ハンマが前記アンビルと衝突したら、
    前記モータの回転が第１の所定回転数まで低減した後に前記モータに逆転電流を供給して前記ハンマを逆回転させ、
    前記モータの逆回転が第２の所定回転数に達したら前記モータに供給する電流をオフにし、
    前記ブレーキ機構によってハンマの回転が停止したら再び前記正転電流を供給して前記モータを正転方向に加速させるように制御することを特徴とする請求項３から９のいずれか一項に記載のインパクト工具。

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