JP6916060B2 - 電動作業機 - Google Patents

Description

本開示は、動力源としてモータを備え、駆動開始後、所定の切替条件が成立したときに、モータの回転を低速から高速に切り替えるよう構成された電動作業機に関する。

電動作業機の一つとして、モータの回転力を受けて回転するハンマと、ハンマの回転力を受けて回転するアンビルと、を備えた回転打撃工具が知られている。
この回転打撃工具によれば、モータを正方向に回転させて、ねじやナット等の対象物を板やボルトに固定するときは、ハンマによるアンビルの打撃によって、対象物をしっかりと締め付けることができる。

しかし、回転打撃工具において、モータを、駆動開始直後から高速駆動するようにすると、出力軸に固定されるドライバビット等の工具ビットが、ねじ等の対象物から外れ易くなり、打撃機構による締め付けを良好に実施できないことがある。

そこで、回転打撃工具においては、モータの駆動開始時には、モータを低速回転させ、その後、所定回数打撃が実施されると、切替条件が成立したと判断して、モータの回転を低速回転から高速回転に切り替えることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−０７８２３０号公報

ところで、上記提案の回転打撃工具においては、モータの駆動開始後、切替条件が成立すると、モータの回転を、予め設定された一定の変化特性にて低速回転から高速回転へと切り替える。

このため、切替条件成立後、モータが低速回転から高速回転に変化する際の移行期間は、対象物の種類にかかわらず略一定となってしまい、対象物の種類によっては、適正な締め付け作業を実施できないことがあった。

また、こうした問題は、回転打撃工具に限らず、モータの駆動開始後の負荷上昇等、所定の切替条件が成立したときにモータの回転を低速から高速に切り替えるように構成された電動作業機であれば、同様に発生する。

本開示の一局面は、モータの駆動開始後、所定の切替条件が成立すると、モータの回転を低速から高速に切り替えるよう構成された電動作業機において、モータが低速回転から高速回転に移行する際の変化特性を設定変更できるようにすることが望ましい。

本開示の一局面の電動作業機には、モータと、制御部と、設定部とが備えられている。
そして、制御部は、予め設定された低速回転にてモータの駆動を開始すると共に、モータの駆動開始後、所定の切替条件が成立すると、モータの回転を低速回転から予め設定された高速回転に切り替える。

また、設定部は、制御部がモータの回転を低速回転から高速回転に切り替えるときのモータの回転変化特性を設定する。
このため、本開示の電動作業機によれば、上述した回転打撃工具と同様、例えば打撃回数が所定値に達して、切替条件が成立したときに、モータの回転を低速回転から高速回転に切り替えることができる。

また、その切り替え時のモータの回転変化特性は、設定部にて設定変更することができることから、モータを低速回転から高速回転に移行させる際のモータの回転変化（換言すれば回転上昇率）を、対象物の種類や作業環境に応じて適正に設定することができる。

よって、本開示の電動作業機は、使用者にとって使い勝手がよくなり、電動作業機を用いた作業効率を改善することができる。
ここで、設定部は、外部からの指令に従いモータの回転変化特性を設定するよう構成されていてもよい。このようにすれば、使用者は、設定部を介してモータの回転変化特性を任意に設定できるようになり、電動作業機の使い勝手を向上できる。

また、設定部は、制御部がモータの駆動を開始してから切替条件が成立するまでの間のモータの状態に応じて、モータの回転変化特性を設定するよう構成されていてもよい。
このようにすれば、モータの低速回転時の状態に応じてモータの回転変化特性が自動で設定されることになり、使用者は、手動で回転変化特性を設定する必要がないので、電動作業機の使い勝手をより向上することができる。

なお、このようにモータの回転変化特性を自動で設定する場合、設定部は、モータの駆動開始後切替条件が成立するまでの間のモータの負荷状態に応じて、モータの負荷が大きいほど、モータの回転数の上昇率が小さくなるよう、回転変化特性を設定するとよい。

そして、このようにすれば、モータの負荷が大きいときに、モータの回転数をゆっくりと上昇させることによって、例えば、電動作業機の出力軸が対象物から外れて作業が中断される、といった問題が発生するのを抑制することが可能となる。

また、制御部が、モータの回転数及び駆動デューティ比の少なくとも一方を制御することにより、モータを駆動するよう構成されている場合、設定部は、モータの回転数及び駆動デューティ比の少なくとも一方の変化率を設定するようにすればよい。

なお、本明細書において、モータの回転数は、単位時間当たりの回転数、つまり、回転速度を表している。

実施形態の充電式インパクトドライバの縦断面図である。 充電式インパクトドライバに搭載されたモータ駆動装置の電気的構成を表すブロック図である。 制御回路にて実行される制御処理を表すフローチャートである。 図３のＳ１２０にて実行される入力処理を表すフローチャートである。 図４に示す打撃力切替ＳＷ入力処理にて設定される変速モード時のモータ回転数の制御パターンを表す説明図である。 図３のＳ１５０にて実行される切替判定処理を表すフローチャートである。 図３のＳ１６０にて実行されるモータ制御処理を表すフローチャートである。 図７のＳ６５０にて実行されるモータ指令回転数高速設定処理を表すフローチャートである。 図７のＳ６７０にて実行されるモータ指令回転数低速設定処理を表すフローチャートである。 変速モード時に設定されるモータの指令回転数を表す説明図である。 図７のＳ６６０にて実行されるモータ回転数制御処理を表すフローチャートである。 図１１のＳ６６２にて実行される制御回転数ソフトスタート処理を表すフローチャートである。 制御回転数ソフトスタート処理にて設定される制御回転数を表す説明図である。 制御回転数ソフトスタート処理の変形例を表すフローチャートである。 モータ制御処理において駆動デューティ比を設定することでモータを制御する際の指令デューティ比と駆動デューティ比との関係を表す説明図である。

以下に、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、本実施形態では、本開示の電動作業機の一例として、充電式インパクトドライバ１について説明する。

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。

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、そのモータ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、このハンマケース５内に打撃機構６が収容されている。

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。

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。

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。

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。

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。

また、アンビル１５の先端部には、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。
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。
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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、ねじを高トルクで締め付けることができる。

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２１が設けられている。
トリガ２１は、作業者により引き操作される操作部２１ａと、この操作部２１ａの操作状態を検出する検出部２１ｂとを備えている。

そして、この検出部２１ｂには、操作部２１ａの引き操作によりオン・オフされるトリガスイッチ（以下、スイッチをＳＷとも記載する）３２と、操作部２１ａの操作量（引き量）に応じて抵抗値が変化する操作量検出部３４とが備えられている（図）２参照）。

また、トリガ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及び逆転方向の何れか一方に切り替えるための回転方向ＳＷ２２が設けられている。なお、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が、モータ４の正転方向であり、この正転方向とは逆の回転方向が、モータ４の逆転方向である。

また、ハウジング２の下部前方には、トリガ２１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、表示パネル２４が設けられている。表示パネル２４は、バッテリパック３０内のバッテリ２９の残容量や当該充電式インパクトドライバ１の動作モード等を表示するためのものであり、バッテリ残容量表示回路２５及びモード表示回路２６（図２参照）が備えられている。

また、表示パネル２４近傍には、モード切替ＳＷ３６、打撃力切替ＳＷ３８、照明ＳＷ４０（図２参照）が備えられている。
モード切替ＳＷ３６は、当該充電式インパクトドライバ１の動作モードを、トリガ２１の操作量に応じてモータ４の回転を制御する通常モードと、モータ４の回転を低速回転から高速回転に切り替える変速モードと、の何れかに切り替えるためのものである。

打撃力切替ＳＷ３８は、動作モードが変速モードであるときの低速、高速の回転数や、低速から高速への移行時の回転数の変化率を設定する際の制御パターンを、予め設定された複数の制御パターンの中から選択することで、打撃力を切り替えるためのものである。

照明ＳＷ４０は、トリガ２１が引き操作されたときに照明ＬＥＤ２３を点灯させるか否かを切り替えるためのものである。
次に、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。

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電池など、繰り返し充電可能な２次電池である。
また、モータ４は、本実施形態では、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の電機子巻線を備えた３相ブラシレスモータにて構成されている。そして、モータ４には、モータ４の回転位置（角度）を検出するための回転センサ５０（図２参照）が設けられている。

なお、回転センサ５０は、例えば、モータ４の各相に対応して配置される３つのホール素子を備え、モータ４の所定回転角度毎に回転検出信号を発生するよう構成されたホールＩＣ等にて構成される。

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を駆動制御するモータ駆動装置７０（図２参照）が設けられている。
モータ駆動装置７０には、図２に示すように、モータ駆動用のブリッジ回路７２、ドライバ回路７４、及び、制御回路８０が設けられている。

ブリッジ回路７２は、バッテリパック３０から電力供給を受けて、モータ４の各相巻線に電流を流すためのものであり、本実施形態では、６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６からなる３相フルブリッジ回路として構成されている。なお、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、本実施形態ではＭＯＳＦＥＴである。

ブリッジ回路７２において、３つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３は、モータ４の各端子Ｕ，Ｖ，Ｗと、バッテリ２９の正極側に接続された電源ラインとの間に、いわゆるハイサイドスイッチとして設けられている。

また、他の３つのスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６は、モータ４の各端子Ｕ，Ｖ，Ｗと、バッテリ２９の負極側に接続されたグランドラインとの間に、いわゆるローサイドスイッチとして設けられている。

そして、バッテリパック３０からブリッジ回路７２に至る電力供給経路には、バッテリ電圧の電圧変動を抑制するためのコンデンサＣ１が設けられている。
ドライバ回路７４は、制御回路８０から出力された制御信号に従い、ブリッジ回路７２内の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオン／オフさせることで、モータ４の各相巻線に電流を流し、モータ４を回転させるものである。

次に、制御回路８０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むＭＣＵ（Micro Controller Unit ）にて構成されており、ブリッジ回路７２内のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオン／オフさせることで、モータ４の各相巻線に電流を流し、モータ４を回転させるものである。

なお、制御回路８０は、モータ駆動装置７０内のレギュレータ（図示せず）にて生成された電源電圧（直流定電圧）を受けて動作する。
レギュレータは、バッテリパック３０から電力供給を受けて、制御回路８０駆動用の電源電圧を生成するためのものであり、生成した電源電圧は、制御回路８０の周辺回路を動作させるのにも利用される。

制御回路８０には、上述した回転方向ＳＷ２２、照明ＬＥＤ２３、バッテリ残容量表示回路２５、モード表示回路２６、トリガＳＷ３２、操作量検出部３４、モード切替ＳＷ３６、打撃力切替ＳＷ３８、及び、照明ＳＷ４０が接続されている。

また、制御回路８０には、無線ＬＡＮ等を介して外部装置との間で無線通信を行うための無線ドングル６０が接続されている。無線ドングル６０は、例えばスマートフォン等の外部装置との間で無線通信することで、制御回路８０の動作を、外部装置を利用して設定できるようにするためのものである。

また、モータ駆動装置７０には、電流検出回路７６、電圧検出回路７８、温度検出回路８４、及び、ロータ位置検出回路５２が備えられおり、制御回路８０には、これら各検出回路からの検出信号も入力される。

なお、電流検出回路７６は、モータ４の負極側の通電経路に直列接続された抵抗Ｒ１を備え、その両端電圧を電流検出信号として検出するためのものであり、電圧検出回路７８は、バッテリパック３０から供給されるバッテリ電圧を検出するためのものである。

また、温度検出回路８４は、温度センサ８２からの検出信号に基づきモータ駆動装置７０の温度を検出するためのものであり、ロータ位置検出回路５２は、回転センサ５０からの検出信号に基づき、モータ４の回転位置や回転数を検出するためのものである。

そして、制御回路８０は、回転方向ＳＷ２２、トリガＳＷ３２、操作量検出部３４、モード切替ＳＷ３６、打撃力切替ＳＷ３８、無線ドングル６０、等からの入力に従い、モータ４の回転数や回転方向を設定し、上記各検出信号に基づきモータ４を駆動制御する。

以下、制御回路８０においてモータ４を駆動制御するために実行される制御処理について説明する。
図３に示すように、制御回路８０は、所定の制御周期（タイムベース）でＳ１２０〜Ｓ１７０（Ｓはステップを表す）の一連の処理を繰り返し実行する。

すなわち、制御回路８０は、Ｓ１１０にて、タイムベースが経過したか否かを判断することにより、所定の制御周期が経過するのを待ち、Ｓ１１０にてタイムベースが経過したと判断すると、Ｓ１２０に移行する。

Ｓ１２０では、上述した各種切替ＳＷからの信号を入力する入力処理を実行する。
この入力処理では、図４に示すように、Ｓ２１０にて、トリガＳＷ３２のオン・オフ状態を検出するトリガＳＷ入力処理を実行し、Ｓ２２０にて、回転方向ＳＷ２２のオン・オフ状態からモータ４の駆動時の回転方向を検出する回転方向ＳＷ入力処理を実行する。

また続くＳ２３０では、打撃力切替ＳＷ３８のオン・オフ状態を検出する打撃力切替ＳＷ入力処理を実行し、Ｓ２４０では、モード切替ＳＷ３６のオン・オフ状態を検出するモード切替ＳＷ入力処理を実行する。

そして、Ｓ２４０のモード切替ＳＷ入力処理を実行すると、Ｓ１２０の入力処理を終了し、Ｓ１３０に移行する。
Ｓ１３０では、操作量検出部３４から入力されるトリガ２１の操作量（引き量）や、電流検出回路７６、電圧検出回路７８、温度検出回路８４等からの検出信号をＡ／Ｄ変換して取り込むＡ／Ｄ変換処理を実行する。

次に、Ｓ１４０では、Ｓ１２０の入力処理にて検出したモード切替ＳＷ３６及び打撃力切替ＳＷ３８のオン・オフ状態から、モータ駆動時の動作モードを設定するモード設定処理を実行する。

すなわち、Ｓ１４０では、モード切替ＳＷ３６がオン状態であれば、モータ駆動時の動作モードとして変速モードを設定し、モード切替ＳＷ３６がオフ状態であればモータ駆動時の動作モードとして通常モードを設定する。

また、打撃力切替ＳＷ３８がオン状態であれば、変速モードでのモータ４の回転数の制御パターンを変更する。
つまり、本実施形態では、図５に示すように、変速モードでモータ４を低速回転及び高速回転させる際の速度モードとして、それぞれ、３種類の低速モード１〜３及び高速モード１〜３が設定されている。

また、変速モードでモータ４を低速回転から高速回転へ切り替える際の回転数の変化率として、大小２種類の変化率（傾きＡ及び傾きＢ、但しＡ＜Ｂ）が設定されている。
そして、低速回転時及び高速回転時の３種類の速度モードと２種類の変化率は、それぞれ、締め付け対象となるねじａ〜ｉの種類（特性）に応じて割り当てられることにより、ねじａ〜ｉ毎に２種類、合計１８種類の制御パターンが設定されている。

そこで、Ｓ１４０では、使用者が打撃力切替ＳＷ３８を操作（オン）する度に、変速モード時のモータ４の制御パターンを、上記のように予め設定されている複数の制御パターンの中から順次選択して切り替えるのである。

この結果、使用者は、変速モード時のモータ４の回転数の制御パターンを、締め付け対象となるねじに適した打撃力を発生し得る制御パターンに変更することができるようになる。

なお、低速モード１〜３、高速モード１〜３は、それぞれ、モータ４を低速回転若しくは高速回転する際の制御目標であるモータ４の回転数を、大（３）、中（２）、小（１）の３段階に切り替えて設定できるようにするためのものである。

そして、本実施形態では、低速モード１〜３及び高速モード１〜３毎に、トリガ操作量に応じてモータ４の指令回転数を設定するのに用いるマップ若しくは演算式が用意されている。

つまり、モータ４を低速回転させる際には、低速モード１〜３に対応するマップ若しくは演算式を用いて、モータ４の低速回転時の指令回転数が設定される。また、モータ４を高速回転させる際には、高速モード１〜３に対応するマップ若しくは演算式を用いて、モータ４の高速回転時の指令回転数が設定される。

次に、Ｓ１５０では、動作モードが変速モードであるときに、打撃機構６による打撃回数からモータ４の回転数の切替条件が成立したか否かを判断することにより、モータ４の回転を低速回転から高速回転に切り替えるか否かを判定する、切替判定処理を実行する。

図６に示すように、切替判定処理においては、まずＳ５１０にて、現在、モード切替ＳＷ３６がオン状態で、動作モードが変速モードに設定されているか否かを判断する。
そして、動作モードが変速モードであれば、Ｓ５２０に移行して、現在、モータ４の駆動中であるか否かを判断し、駆動中であれば、Ｓ５３０に移行して、打撃判定処理を実行する。

Ｓ５３０の打撃判定処理では、回転センサ５０からの検出信号により得られるモータ４の回転速度の変化から打撃機構６による打撃を検出し、その検出回数（打撃回数）をカウントする。そして、続くＳ５４０では、打撃判定処理にて検出された打撃回数が予め設定された規定回数以上であるか否かを判断する。

なお、打撃判定処理での打撃検出は、電流検出回路７６にて検出される電流の変化を検出することによっても実施できる。また、打撃により発生する振動を加速度センサ等で検出することによっても実施できる。

次に、Ｓ５４０にて、打撃回数が規定回数以上であると判定されると、モータ４の回転を低速回転から高速回転に切り替えるために、Ｓ５５０に移行して、切替判定フラグをセットする。また、Ｓ５４０にて、打撃回数は規定回数に達していないと判定されると、当該切替判定処理を終了する。

また、Ｓ５１０にて、動作モードは変速モードではない（換言すれば通常モードである）と判断された場合、或いは、Ｓ５２０にて、現在、モータ駆動中ではないと判断された場合には、Ｓ５６０に移行する。

Ｓ５６０では、Ｓ５３０にて打撃回数をカウントするのに用いられる打撃回数カウンタをクリアし、Ｓ５７０に移行する。そして、Ｓ５７０では、打撃判定フラグをクリアし、当該切替判定処理を終了する。

上記のようにＳ１５０にて切替判定処理が実行されると、続くＳ１６０に移行して、図７〜図１３に示す手順でモータ駆動処理を実行する。そして、続くＳ１７０では、表示パネル２４へのバッテリ２９の残容量表示、表示パネル２４への動作モードの表示、照明ＬＥＤ２３の点灯、等を行う出力処理を実行し、Ｓ１１０に移行する。

図７に示すように、モータ制御処理においては、まずＳ６１０にて、トリガＳＷ３２がオン状態であるか否かを判断する。そして、トリガＳＷ３２がオン状態であれば、Ｓ６２０に移行して、操作量検出部３４にて検出されるトリガ２１の操作量等から、モータ４を駆動するか否かを判断する。

Ｓ６２０にてモータ４を駆動しないと判断された場合、若しくは、Ｓ６１０にてトリガ２１はオフ状態であると判断された場合には、Ｓ６９０に移行し、モータ４を停止させるモータ停止処理を実行し、当該モータ制御処理を終了する。

なお、このモータ停止処理では、ブリッジ回路７２を介してモータ４に制動力を発生させるか、或いは、単に通電を遮断してモータ４をフリーラン状態にすることで、モータ４を停止させる。

一方、Ｓ６２０にてモータ４を駆動すると判断された場合には、Ｓ６３０に移行して、現在、モード切替ＳＷ３６がオン状態で、動作モードが変速モードに設定されているか否かを判断する。そして、動作モードが変速モードであれば、Ｓ６４０に移行し、切替判定フラグは、セットされているか否かを判断する。

Ｓ６４０にて、切替判定フラグはセットされていると判断されると、Ｓ６５０に移行して、モータ４の指令回転数として高速回転数を設定する、モータ指令回転数高速設定処理を実行し、Ｓ６６０に移行する。

このモータ指令回転数高速設定処理は、図８に示す手順で実施される。
すなわち、モータ指令回転数高速設定処理では、まずＳ６５１にて、モード設定処理にて設定された変速モード時の制御パターンにおいては、高速モード１が設定されているか否かを判断する。

そして、高速モード１が設定されていれば、Ｓ６５４に移行し、現在のトリガ操作量と高速モード１用のマップ若しくは演算式を用いてモータ４の回転数（高速設定１）を求め、これをモータ指令回転数として設定して、当該設定処理を終了する。

また、Ｓ６５１にて、高速モード１は設定されていないと判断されると、Ｓ６５５に移行して、モード設定処理にて設定された変速モード時の制御パターンにおいては、高速モード２が設定されているか否かを判断する。

そして、高速モード２が設定されていれば、Ｓ６５６に移行して、現在のトリガ操作量と高速モード２用のマップ若しくは演算式を用いてモータ４の回転数（高速設定２）を求め、これをモータ指令回転数として設定して、当該設定処理を終了する。

また、Ｓ６５５にて、高速モード２は設定されていないと判断されると、モード設定処理にて設定された変速モード時の制御パターンにおいては、高速モード３が設定されているので、Ｓ６５７に移行する。

そして、Ｓ６５７では、現在のトリガ操作量と高速モード３用のマップ若しくは演算式を用いてモータ４の回転数（高速設定３）を求め、これをモータ指令回転数として設定して、当該設定処理を終了する。

次に、Ｓ６４０にて、切替判定フラグはクリアされていると判断されると、Ｓ６７０に移行して、モータ４の指令回転数として低速回転数を設定する、モータ指令回転数低速設定処理を実行し、Ｓ６６０に移行する。

このモータ指令回転数低速設定処理は、図９に示す手順で実施される。
すなわち、モータ指令回転数低速設定処理では、まずＳ６７１にて、モード設定処理にて設定された変速モード時の制御パターンにおいては、低速モード１が設定されているか否かを判断する。

そして、低速モード１が設定されていれば、Ｓ６７４に移行して、現在のトリガ操作量と低速モード１用のマップ若しくは演算式を用いてモータ４の回転数（低速設定１）求め、これをモータ指令回転数として設定して、当該設定処理を終了する。

また、Ｓ６７１にて、低速モード１は設定されていないと判断されると、Ｓ６７５に移行して、モード設定処理にて設定された変速モード時の制御パターンにおいては、低速モード２が設定されているか否かを判断する。

そして、低速モード２が設定されていれば、Ｓ６７６に移行して、現在のトリガ操作量と低速モード２用のマップ若しくは演算式を用いてモータ４の回転数（低速設定３）を求め、これをモータ指令回転数として設定して、当該設定処理を終了する。

また、Ｓ６７５にて、低速モード２は設定されていないと判断されると、モード設定処理にて設定された変速モード時の制御パターンにおいては、低速モード３が設定されているので、Ｓ６７７に移行する。

そして、Ｓ６７７では、現在のトリガ操作量と低速モード３用のマップ若しくは演算式を用いてモータ４の回転数（低速設定３）を求め、これをモータ指令回転数として設定して、当該設定処理を終了する。

従って、モータ駆動時の動作モードが変速モードであり、切替判定フラグがセットされていないとき（つまり、切替条件が成立していないとき）には、図１０に示すように、低速１〜低速３の何れかの回転数が指令回転数として設定される。

そして、その後、打撃回数が設定回数に達し、切替条件が成立して、切替判定フラグがセットされると、指令回転数が高速１〜高速３の何れかの回転数に切り替えられることになる。

なお、図１０においては、低速１〜低速３及び高速１〜高速３の指令回転数は、それぞれ、一定になっているが、これは、トリガ操作量が一定の引き量であるときの回転数であり、実際には、トリガ操作量に応じて変動する。

一方、Ｓ６３０にて、動作モードは変速モードではない（換言すれば通常モードである）と判断された場合には、Ｓ６８０に移行する。そして、Ｓ６８０では、モータ４の指令回転数を、低速から高速に切り替えることなく、単に、トリガ２１の操作量に応じて設定する、モータ指令回転数通常設定処理を実行し、Ｓ６６０に移行する。

次に、Ｓ６６０では、Ｓ６５０、Ｓ６７０、若しくはＳ６８０にて設定された指令回転数に従い、モータ４の回転数を制御するモータ回転数制御処理を実行する。
図１１に示すように、モータ回転数制御処理では、まずＳ６６２にて、指令回転数に基づき、モータ４を実際に駆動する際の制御回転数を設定する、制御回転数ソフトスタート処理を実行する。

そして、続くＳ６６４では、モータ４の回転数が制御回転数となるようにモータ４への通電電流をフィードバック制御する、定回転フィードバック処理を実行し、当該モータ回転数制御処理を終了する。

なお、Ｓ６６４の定回転フィードバック処理では、モータ４への通電電流をＰＷＭ制御する際の駆動デューティ比を変化させることで、モータ４の回転数を制御回転数に制御する。

次に、Ｓ６６２にて実行される制御回転数ソフトスタート処理は、モータ４の駆動開始直後や、低速回転から高速回転への移行時に、制御回転数を指令回転数に向けて徐々に変化させることで、モータ４を安定して確実に加速させるための処理である。

そして、制御回転数ソフトスタート処理では、変速モードでモータ４の回転を低速回転から高速回転に上昇させる際には、回転数変化量が、モード設定処理にて設定された制御パターンに含まれる変化率（傾きＡ又は傾きＢ）となるように、制御回転数を設定する。

すなわち、図１２に示すように、制御回転数ソフトスタート処理では、まずＳ８１０にて、切替判定フラグがセットされているか否かを判定する。そして、切替判定フラグがセットされていなければ、Ｓ８２０に移行し、回転数変化量として、駆動開始直後にモータ４の回転を上昇させるのに用いる通常の値を設定する。

また、切替判定フラグがセットされている場合には、Ｓ８３０に移行し、制御パターンにおいて設定されている変化率は、大小２種類のうちの小さい方であるか否かを判断する。

そして、設定変化率が小さい場合には、Ｓ８４０に移行して、回転数変化量として、小さい変化率である傾きＡに対応した変化量を設定する。また、逆に、設定変化率が大きい場合には、Ｓ８５０に移行して、回転数変化量として、大きい変化率である傾きＢに対応した変化量を設定する。

こうして、Ｓ８２０、Ｓ８４０又はＳ８５０にて、回転変化量が設定されると、Ｓ８６０に移行し、指令回転数は、現在モータ４の制御に用いている制御回転数よりも大きいか否かを判断する。なお、モータ４の駆動を開始する際の制御回転数は、モータ４が停止しているので、零となる。

Ｓ８６０にて、指令回転数は制御回転数よりも大きいと判断された場合には、Ｓ８７０に移行して、現在の制御回転数に、Ｓ８２０、Ｓ８４０又はＳ８５０にて設定された回転変化量を加算することで、制御回転数を更新し、当該ソフトスタート処理を終了する。

また、Ｓ８６０にて指令回転数は制御回転数以下であると判断された場合には、Ｓ８８０に移行して、制御回転数として指令回転数を設定し、当該ソフトスタート処理を終了する。

この結果、Ｓ６６４にてモータ４の回転数を制御するのに用いられる制御回転数は、図１３に示すように、モータ４の駆動開始時には、通常の変化率にて増加し、変速モードでモータ４の回転を低速から高速に切り替える際には、傾きＡ又は傾きＢにて増加する。

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、モータ駆動時の動作モードが変速モードであるときには、モータ駆動後の打撃回数により設定される切替条件に従い、モータ４の回転が低速回転から高速回転に切り替えられる。

また、変速モードでのモータ４の低速回転時及び高速回転時の回転数、及び、その回転数を切り替える際の回転変化特性は、使用者が打撃力切替ＳＷ３８を操作することにより設定される制御モードに応じて設定される。

そして、特に、回転変化特性は、単位時間当たりの変化量を表す変化率にて規定されており、この変化率は、高速回転時の回転数が同じであっても、打撃力切替ＳＷ３８の操作により設定される制御モードに応じて、異なる変化率（傾きＡ又は傾きＢ）に設定される。

このため、本実施形態の充電式インパクトドライバ１によれば、変速モードでモータ４の回転を低速回転から高速回転に切り替える際の回転変化特性を、対象物の種類や作業環境に応じて変更できることになる。

よって、本実施形態の充電式インパクトドライバ１は、使用者にとって使い勝手がよくなり、対象物に対する作業効率を改善することができる。
なお、本実施形態において、制御回路８０は、本開示の制御部に相当し、打撃力切替ＳＷ３８及び打撃力切替ＳＷ３８を介して設定される制御モードに応じて回転数変化量を設定する制御回転数ソフトスタート処理は、本開示の設定部として機能する。

以上、本開示の一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、種々の態様をとることができる。
（変形例１）
上記実施形態では、変速モードでモータ４の回転を低速から高速に切り替えるときの回転変化特性は、使用者が打撃力切替ＳＷ３８を操作することにより設定変更される制御モードに基づき、傾きＡ及び傾きＢの何れかに設定されるものとして説明した。

しかし、この回転特性変化特性は、モータ４の回転を低速から高速に切り替える前のモータ４の状態に応じて、自動で設定されるようにしてもよい。
例えば、図１４に示すように、制御回転数ソフトスタート処理において、Ｓ８１０にて切替判定フラグがセットされていると判定されると、Ｓ８３５に移行し、モータ４の回転を切り替える前のモータ４への通電電流が、電流閾値よりも大きいか否かを判断する。

そして、回転数切替前のモータ４への通電電流が電流閾値よりも大きい場合、換言すれば、モータ４に加わる負荷が大きい場合には、Ｓ８４０に移行して、回転数変化量として、変化率の小さい傾きＡに対応した変化量を設定する。

また、逆に、回転数切替前のモータ４への通電電流が電流閾値以下で、モータ４に加わる負荷が小さい場合には、Ｓ８５０に移行して、回転数変化量として、変化率の大きい傾きＢに対応した変化量を設定する。

このようにすれば、モータ４の低速回転時の負荷が大きい場合には、負荷が小さい場合に比べて、モータ４の回転数をゆっくりと上昇させて、アンビル１５の先端に装着されたドライバビットが対象物であるねじから外れるのを防止する、といったことが可能となる。

なお、図１４に示した制御回転数ソフトスタート処理は、上述したＳ８３５の処理以外は、図１２に示したものと同様の手順で実施される。
また、本変形例１のように、モータ４を低速回転から高速回転に切り替えるときの回転変化特性を自動で切り替えるようにするには、必ずしも、電流検出回路７６にて検出されるモータ４への通電電流を用いる必要はない。

具体的には、回転センサ５０からの検出信号に基づき検出される回転数や、モータ４の駆動開始後、切替条件が成立して切替判定フラグがセットされるまでの時間、等を利用して、回転数変化量を設定するようにしてもよい。

また、上記実施形態及び本変形例１において、回転数変化量を設定するのに用いる変化率は、傾きＡと傾きＢとの２種類であるものとして説明したが、この変化率は３種類以上であってもよい。

３種類以上にすれば、モータ４を低速回転から高速回転に切り替えるときの回転変化特性の選択肢を多くし、対象物により適した回転変化特性を設定することが可能となる。
また、上記実施形態及び本変形例１では、変速モードでモータ４の回転を低速から高速に切り替える際には、制御回転数を所定の変化率（傾きＡ、傾きＢ）にて上昇させることで、回転変化特性が線形となるようにした。しかし、例えば、回転数変化量を二次関数等で設定することにより、回転変化特性が非線形となるようにしてもよい。
（変形例２）
上記実施形態では、モータ制御処理において、モータ４の制御量として、モータ４の目標回転数である指令回転数を設定し、その指令回転数からモータ４を実際に制御する際の制御回転数を設定するものとして説明した。

これは、モータ４の回転数が制御回転数となるようにフィードバック制御を実施するためであるが、モータ４を駆動する際には、必ずしもフィードバック制御する必要はない。
具体的には、例えば、モータ４の制御量として、モータ４への通電電流を制御するのに用いられるＰＷＭ信号のデューティ比（駆動デューティ比）を設定することで、オープンループ制御を実施するようにしてもよい。

そして、この場合には、Ｓ６５０、Ｓ６７０、及び、Ｓ６８０にて、トリガ操作量に応じて、高速回転用、低速回転用、及び、通常回転用の指令デューティ比（図１５に示す指令ＤＵＴＹ）を設定するようにすればよい。

また、図１２、図１４に示す制御回転数ソフトスタート処理では、Ｓ８２０、Ｓ８４０、及び、Ｓ８５０において、駆動デューティ比（図１５に示す駆動ＤＵＴＹ）の変化量を、通常の変化率、傾きＡの変化率、傾きＢの変化率にて設定するようにする。

このようにすれば、図１５に示すように、変速モードでは、切替条件成立前と成立後とで、指令ＤＵＴＹが２段階に切り替えられ、モータ４の駆動開始直後と回転切替時には、駆動ＤＵＴＹが上記各変化率にて指令ＤＵＴＹまで徐々に増加することになる。

従って、モータ４をオープンループ制御にて駆動制御する場合であっても、上記実施形態と同様に駆動デューティ比（駆動ＤＵＴＹ）を設定することができるようになり、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
（他の変形例）
上記実施形態では、変速モードでのモータ４の制御モードは、使用者が打撃力切替ＳＷ３８を操作（押下）することにより、複数の制御モードの一つに順次切り換えられるものとして説明した。

しかし、制御モードの設定は、例えば、ダイヤル式のスイッチや複数のスイッチを利用して、所望の制御モードを設定できるようにしてもよい。また、スマートフォン等の外部装置を操作して、無線ドングル６０に制御モードの設定指令を送信することで、制御モードを任意に設定できるようにしてもよい。

また、本開示の電動作業機は、充電式インパクトドライバ１に限定されるものではなく、例えば、インパクトレンチ等、モータにより駆動される打撃機構を備えた回転打撃工具であってもよいし、打撃機構を備えていない他の電動作業機であってもよい。

つまり、本開示の技術は、モータの駆動開始後の負荷上昇等、所定の切替条件が成立したときにモータの回転を低速から高速に切り替えるように構成された電動作業機であれば、上記実施形態と同様に適用して、同様の効果を得ることができる。

なお、上記実施形態では、モータの回転数の切替条件として、打撃回数を用いるものとして説明したが、電動作業機が打撃機構を備えていない場合には、モータの負荷（通電電流等）に応じて切替条件を設定するようにしてもよい。また、切替条件は、使用者によるトリガ操作により成立するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、モータ４は、３相ブラシレスモータにて構成されるものとして説明したが、電動作業機の出力軸を回転駆動可能なモータであればよい。また、本開示の電動作業機は、上記実施形態のようなバッテリ式ものに限らず、コードを介して電力の供給を受けるものに適用されてもよいし、交流モータによって工具要素を回転駆動させるように構成されたものであってもよい。

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、６…打撃機構、１４…ハンマ、１５…アンビル、１６…コイルバネ、２１…トリガ、２１ａ…操作部、２１ｂ…検出部、２３…照明ＬＥＤ、２４…表示パネル、２５…バッテリ残容量表示回路、２６…モード表示回路、２９…バッテリ、３０…バッテリパック、３２…トリガＳＷ、３４…操作量検出部、３６…モード切替ＳＷ、３８…打撃力切替ＳＷ、４０…照明ＳＷ、５０…回転センサ、５２…ロータ位置検出回路、６０…無線ドングル、７０…モータ駆動装置、７２…ブリッジ回路、７４…ドライバ回路、７６…電流検出回路、７８…電圧検出回路、８０…制御回路、８４…温度検出回路。

Claims (2)

1. モータと、
   予め設定された低速回転にて前記モータの駆動を開始すると共に、前記モータの駆動開始後、所定の切替条件が成立すると、前記モータの回転を前記低速回転から予め設定された高速回転に切り替える制御部と、
   前記制御部が前記モータの回転を前記低速回転から前記高速回転に切り替えるときの前記モータの回転変化特性を設定する設定部と、
   を備え、
   前記設定部は、前記制御部が前記モータの駆動を開始してから前記切替条件が成立するまでの間の前記モータの負荷状態に応じて、前記モータの負荷が大きいほど、前記モータの回転数の上昇率が小さくなるよう、前記モータの回転変化特性を設定するよう構成され、
   前記制御部は、
   前記モータの駆動開始直後は、前記モータの回転が前記低速回転になるまで、第１の変化率で前記モータの回転を上昇させ、
   前記切替条件が成立すると、前記設定部にて設定された前記回転変化特性に従い、
   前記モータの駆動を開始してから前記切替条件が成立するまでの間の前記モータの負荷が大きい場合には、第２の変化率で前記モータの回転を上昇させ、
   前記モータの駆動を開始してから前記切替条件が成立するまでの間の前記モータの負荷が小さい場合には、第３の変化率で前記モータの回転を上昇させる、ように構成され、
   前記第１の変化率、前記第２の変化率、及び、前記第３の変化率は、いずれも、前記モータの回転変化特性が線形となるように設定され、前記第１の変化率は、前記第２の変化率及び前記第３の変化率よりも大きく、前記第２の変化率は、前記第３の変化率よりも小さい、電動作業機。
2. 前記制御部は、前記モータの回転数及び駆動デューティ比の少なくとも一方を制御することにより、前記モータを駆動するように構成されており、
   前記設定部は、前記モータの回転変化特性として、前記モータの回転数及び駆動デューティ比の少なくとも一方の変化率を設定するよう構成されている、請求項１に記載の電動作業機。

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