JP7115197B2 - 打撃作業機 - Google Patents

Description

本発明は、工具保持部と、工具保持部を回転させる電動モータと、を備えた打撃作業機に関する。

従来、工具保持部と、工具保持部を回転させる電動モータと、を備えた打撃作業機の一例が、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、電動モータ、遊星歯車機構、スピンドル、打撃部としてのハンマ、工具保持部としてのアンビル、トリガ、制御部、インバータ回路及びバッテリを有する。インバータ回路は、スイッチ部としての半導体スイッチング素子を有する。遊星歯車機構の出力要素はスピンドルに連結されている。スピンドルは第１溝を有し、ハンマは第２溝を有する。ボールが第１溝及び第２溝に配置されている。ハンマは、第１係合部を有し、アンビルは第２係合部を有する。アンビルは、先端工具を支持する。ハンマ及びアンビルは、軸線を中心として回転可能である。ハンマは軸線方向に作動可能である。

スイッチトリガ、電流検出回路、電圧検出回路及び回転数検出回路から出力された信号は、制御部に入力される。制御部は、半導体スイッチグ素子のオン割合であるデューティ比を制御して、バッテリと電動モータのステータとを接続及び遮断する。

特許文献１に記載された打撃作業機の制御部は、トリガに操作力が付加されるとインバータ回路を制御して電動モータを回転させる。電動モータの回転力は、遊星歯車機構を介してスピンドルに伝達される。スピンドルの回転力は、ボールを介してハンマに伝達される。ハンマの回転力は、第１係合部と第２係合部との係合によりアンビルに伝達される。先端工具が回転してねじを締め付ける。電動モータの負荷、つまり、アンビルを回転させるために必要な回転力が増加すると、ハンマが軸線方向に作動し、第１係合部が第２係合部を乗り越え、第１係合部が別の第２係合部を打撃する。このようにして、ハンマはアンビルに回転方向の打撃力が加える。

特許文献１に記載された打撃作業機の制御部は、トリガに操作力が付加されると、半導体スイッチング素子を高デューティ比、一例として１００％で駆動する。また、制御部は、ハンマがアンビルに第１回目の打撃を行う前に、半導体スイッチング素子を低デューティ比、一例として４０％で駆動させる。制御部は、第２回目以後の打撃を、半導体スイッチング素子を低デューティ比で駆動して行う。

特開２０１４－１２１７６５号公報

小ねじを締め付ける際は、十分に低い回転速度で締付けを行わないと小ねじを締め付けすぎて小ねじや相手材が破損することがある。回転速度を低くするためには、モータに印加する電圧を低く設定する必要があるが、その場合に、モータのトルクが不足して、ハンマの第１係合部がアンビルの第２係合部を乗り越えることが出来ない場合があるという課題を本願発明者は認識した。

本発明の目的は、低い回転速度で締付けを行うことの可能な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、作業工具を支持する工具支持部と、軸線を中心として回転可能であり、かつ、前記工具支持部に対して前記軸線方向に作動可能な打撃部と、前記打撃部を回転させる電動モータと、前記打撃部に設けられた第１係合部と、前記工具支持部に設けられ、かつ、前記第１係合部が係合及び乗り越え可能な複数の第２係合部と、作業者が操作力を付加及び解除可能な操作部と、前記電動モータを制御する制御部と、を有する打撃作業機であって、前記第１係合部は、前記複数の第２係合部の何れかに係合して前記打撃部の回転力を前記工具支持部に伝達し、前記第１係合部は、前記工具支持部を回転させるために必要な回転力が増加して前記打撃部が前記軸線方向に作動すると、係合している前記第２係合部を乗り越え、かつ、乗り越えた前記第２係合部とは別の前記第２係合部を打撃し、前記制御部は、前記操作部の操作量が第１操作量であると、前記電動モータの回転数を第１目標回転数に設定する第１制御と、前記操作部の操作量が前記第１操作量よりも多い第２操作量であると、前記電動モータの回転数を、前記第１目標回転数よりも高い第２目標回転数に設定する第２制御と、を選択可能であり、前記制御部は、前記第１制御を選択している場合であって、前記第１係合部が前記第２係合部に近づくときは、前記電動モータに第１の電圧を印加する制御を実行し、前記第１係合部が前記第２係合部を乗り越えるときは、前記第１の電圧より高い第２の電圧を前記電動モータに印加する制御を実行する。

一実施形態の打撃作業機によれば、低い回転速度で締付けを行うことが可能である。

本発明の打撃作業機の一実施形態であり、ハウジングの内部構造を示す正面断面図である。 打撃作業機に蓄電池を取り付けた部分的な正面図である。 打撃作業機に用いるスピンドル、ハンマ、アンビルの組み立て状態を示す斜視図である。 打撃作業機の制御系統を示すブロック図である。 制御部が行う制御例を示すフローチャートである。 図５に示す低負荷制御の内容を示すフローチャートである。 低負荷制御に対応するタイムチャートの一例である。

以下、本発明の打撃作業機の一実施形態について、図面を用いて説明する。

図１及び図２に示す打撃作業機１０は、ねじ部材を回転させて締め付け、相手材としての木材やコンクリートに固定する作業、ねじ部材を緩める作業に用いるインパクトドライバである。打撃作業機１０は、中空のハウジング１１を有する。ハウジング１１は、モータケース１２と、モータケース１２に連続するグリップ１４と、を備えている。ハンマケース１３が、モータケース１２に固定されており、グリップ１４に装着部１５が設けられている。

モータケース１２内に電動モータ１６が設けられている。電動モータ１６は、電機子としてのステータ２０と、界磁としてのロータ２１と、を備えている。ステータ２０は、モータケース１２内に回転しないように設けられており、ステータ２０は、ステータコア２２と、ステータコア２２に巻かれ、かつ、電流が供給される３本のコイル２３Ｕ，２３Ｖ，２３Ｗを備えている。

ロータ２１は、出力軸１７と、出力軸１７に固定されたロータコア２１Ａと、ロータコア２１Ａの回転方向に沿って配置された複数個の永久磁石２４と、を備えている。出力軸１７は２個の軸受１８，１９により回転可能に支持されている。３本のコイル２３Ｕ，２３Ｖ，２３Ｗに電流が供給されると回転磁界が形成され、ロータ２１が回転する。複数個の永久磁石２４は、極性が異なる永久磁石２４を回転方向に沿って交互に配置してある。

電動モータ１６は、電流が流れるブラシを用いないブラシレス電動モータであり、電動モータ１６は、３本のコイル２３Ｕ，２３Ｖ，２３Ｗに供給する電流の向きをそれぞれ切り替えることにより、ロータ２１の回転方向を切り替えることができる。

ハウジング１１内に、モータケース１２内とハンマケース１３内とを仕切る隔壁２５が設けられている。隔壁２５はハウジング１１に対して回転しないように取り付けられている。隔壁２５は軸受１９を支持し、モータケース１２は軸受１８を支持している。ロータ２１は軸線Ａ１を中心として回転可能である。

環状のハンマケース１３は軸孔２６を有しており、軸孔２６に、円筒状のスリーブ３０により回転可能に支持されたアンビル２７が配置されている。アンビル２７は金属製であり、かつ、軸線Ａ１を中心として回転可能である。また、アンビル２７は、ハンマケース１３の内部から、モータケース１２の外部に亘って設けられており、アンビル２７に工具保持孔２８が設けられている。工具保持孔２８は、モータケース１２の外に開口されている。作業者は、作業工具としてのドライバビット２９を工具保持孔２８に着脱する。

また、アンビル２７に、工具保持孔２８と同心状に支持軸３１が設けられている。支持軸３１は、ハンマケース１３内に配置されている。さらに、アンビル２７の外周面において、ハンマケース１３内に配置された箇所には、突起部３２が複数個設けられている。具体的には、３個の突起部３２が、アンビル２７の回転方向に等角度の間隔、つまり、１２０度間隔で配置されている。３個の突起部３２は、図１及び図３のように、アンビル２７の外周面から径方向に突出している。３個の突起部３２は、互いに平行な第１側面及び第２側面を備えている。第１側面及び第２側面は、アンビル２７の径方向に沿って配置されている。アンビル２７の回転方向で突起部３２の単体の幅は、アンビル２７の径方向で一定である。

一方、ハンマケース１３内に減速機３３が設けられている。減速機３３は、軸線Ａ１に沿った方向で、軸受１９とアンビル２７との間に配置されている。減速機３３は、電動モータ１６の回転力をアンビル２７に伝達する動力伝達装置であり、減速機３３はシングルピニオン型の遊星歯車機構により構成されている。

減速機３３は、出力軸１７と同心状に配置されたサンギヤ３４と、サンギヤ３４の外周側を取り囲むように設けたリングギヤ３５と、サンギヤ３４及びリングギヤ３５に噛み合わされた複数のピニオンギヤ３６を自転、かつ、公転可能に支持したキャリヤ３７と、を有する。サンギヤ３４は中間軸３８の外周面に形成されており、中間軸３８は出力軸１７と共に一体回転する。リングギヤ３５は隔壁２５に固定されており、かつ、回転しない。キャリヤ３７は、軸受３９により回転可能に支持されている。軸受３９は隔壁２５により支持されている。キャリヤ３７は環状である。

また、キャリヤ３７と共に軸線Ａ１を中心として一体回転するスピンドル４０が、ハンマケース１３内に設けられている。スピンドル４０は金属製であり、かつ、軸線Ａ１に沿った方向でアンビル２７と軸受３９との間に配置されている。スピンドル４０の軸線Ａ１方向における端部に、支持孔４１が形成されている。支持孔４１へ支持軸３１が挿入されており、スピンドル４０とアンビル２７とは、相対回転可能である。

スピンドル４０の外周面に、カム溝４２が２本設けられている。２本のカム溝４２は、スピンドル４０の回転方向で異なる範囲に配置されている。また、ハンマケース１３内に、金属製のハンマ４３が収容されている。ハンマ４３は環状であり、かつ、軸孔４４を備えている。スピンドル４０は軸孔４４に配置されている。ハンマ４３は、軸線Ａ１に沿った方向で、減速機３３とアンビル２７との間に配置されている。ハンマ４３は、スピンドル４０に対して回転可能であり、かつ、アンビル２７に対して軸線Ａ１に沿った方向に作動可能である。

ハンマ４３は、外筒部４５及び内筒部８０を有しており、外筒部４５は内筒部８０の外側に配置されている。内筒部８０の内周面にカム溝４６が２個形成されている。２個のカム溝４６は、ハンマ４３の円周方向で互いに異なる範囲に配置されている。

そして、１本のカム溝４２及び１個のカム溝４６を１組として、１個のカムボール４７が保持されている。このため、ハンマ４３は、スピンドル４０及びアンビル２７に対して、カムボール４７が転動可能な範囲で軸線Ａ１に沿った方向に移動可能である。また、ハンマ４３は、スピンドル４０に対して、カムボール４７が転動可能な範囲で回転可能である。

さらに、ハンマ４３は、外筒部４５と内筒部８０との間に形成した保持溝４８を有する。保持溝４８は減速機３３に向けて開口されている。保持溝４８は軸線Ａ１を中心として環状に設けられている。さらに、保持溝４８にスプリング４９が配置されている。スプリング４９は金属製であり、圧縮荷重を受けて反発力を生じる。また、キャリヤ３７に、環状のプレート５０が取り付けられており、スプリング４９の端部がプレート５０に接触している。スプリング４９は、軸線Ａ１に沿った方向の荷重が加えられた状態で、プレート５０とハンマ４３との間に配置されている。スプリング４９の押圧力はハンマ４３に加えられ、ハンマ４３は軸線Ａ１に沿った方向でアンビル２７に近づく向きで押されている。

さらに、突起部５１が、ハンマ４３に設けられている。突起部５１は、ハンマ４３において軸線Ａ１方向でアンビル２７に最も近い端部から、軸線Ａ１方向に突出している。突起部５１は複数、一例として、ハンマ４３の回転方向に等角度の間隔で３個設けられている。つまり、３個の突起部５１は、互いに１２０度間隔で配置されている。ハンマ４３の径方向で、３個の突起部５１が配置された範囲は、３個の突起部３２が配置された範囲と重なっている。３個の突起部５１は、ハンマ４３の端面視で三角形状であり、いずれかの頂点が、各突起部５１の内周端に配置されている。つまり、各突起部５１は、三角形の２辺に相当する第１側面及び第２側面を、それぞれ備えている。

次に、打撃作業機１０における電動モータ１６の制御系統を、図２及び図４を参照して説明する。装着部１５に着脱される電源部５２が設けられている。装着部１５に本体側端子５３が設けられている。電源部５２は、収容ケース５２Ａと、収容ケース５２Ａ内に収容した複数の電池セル５２Ｂとを有する。電池セル５２Ｂは、充電及び放電が可能な二次電池であり、電池セル５２Ｂは、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、リチウムイオンポリマー電池、ニッケルカドミウム電池を用いることができる。電源部５２は直流電源である。電源部５２は、電池セル５２Ｂの電極に接続された電池側端子５４を有し、電源部５２が装着部１５に取り付けられると本体側端子５３と電池側端子５４とが接続される。

電源部５２の電流を電動モータ１６に供給する経路に、インバータ回路５５が設けられている。インバータ回路５５は、３相ブリッジ形式に接続されたＦＥＴ（Field effect transistor ）からなる６個のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を備える。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ３は、電源部５２の正極側にそれぞれ接続され、スイッチング素子Ｑ４～Ｑ６は、電源部５２の負極側にそれぞれ接続されている。軸受１８と電動モータ１６との間にインバータ回路基板５６が設けられており、インバータ回路５５は、インバータ回路基板５６に設けられている。

また、インバータ回路基板５６に、ロータ２１の回転位置を検出するロータ位置検出センサ５７が設けられている。ロータ位置検出センサ５７はホールＩＣにより構成されており、ロータ位置検出センサ５７は、インバータ回路基板５６に対して、ロータ２１の回転方向に所定の間隔毎、例えば、角度６０度毎に３個配置されている。３個のロータ位置検出センサ５７は、永久磁石２４により形成される磁界をそれぞれ検出し、かつ、検出結果に応じた信号をそれぞれ出力する。

また、装着部１５内に制御回路基板５８が設けられている。制御回路基板５８にモータ制御部５９が設けられている。モータ制御部５９は、演算部６０と、制御信号出力回路６１と、モータ電流検出回路６２と、電池電圧検出回路６３と、ロータ位置検出回路６４と、モータ回転数検出回路６５と、制御回路電圧検出回路６６と、スイッチ操作検出回路６７と、印加電圧設定回路６８と、を有している。

ロータ位置検出センサ５７から出力される信号は、ロータ位置検出回路６４に入力され、ロータ位置検出回路６４はロータ２１の回転位相を検出し、ロータ位置検出回路６４から出力された信号は演算部６０に入力される。

演算部６０は、処理プログラムとデータに基づいて、インバータ回路５５への駆動信号を出力する中央処理装置と、処理プログラムや制御データを記憶するためのＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時記憶するためのＲＡＭ（Random Access Memory）と、を含むマイクロコンピュータである。

電源部５２からインバータ回路５５に電力を供給する経路に抵抗Ｒsが配置されており、モータ電流検出回路６２は、抵抗Ｒsの電圧降下から、電動モータ１６に供給される電流値を検出し、検出信号を演算部６０へ出力する。電池電圧検出回路６３は、電源部５２からインバータ回路５５に供給される電圧を検出し、検出信号を演算部６０へ出力する。

ロータ位置検出回路６４は、各ロータ位置検出センサ５７の出力信号を受けて、ロータ２１の位置信号を演算部６０及びモータ回転数検出回路６５へ出力する。モータ回転数検出回路６５は、入力される位置信号からロータ２１の回転数を検出し、その検出結果を演算部６０へ出力する。

電源部５２の電圧は、制御回路電圧供給回路６９を介して所定電圧値でモータ制御部５９の全体に供給される。また、制御回路電圧検出回路６６は、制御回路電圧供給回路６９を介してモータ制御部５９に供給される電源部５２の電圧を検出し、検出結果を演算部６０へ出力する。

また、装着部１５の外面にタクタイルスイッチ７１が設けられている。作業者がタクタイルスイッチ７１を操作して複数のモード、例えば、低速モード、中速モード、高速モードのうち、何れかのモードを選択可能である。タクタイルスイッチ７１の操作で選択されたモードは、スイッチ操作検出回路６７により検出され、スイッチ操作検出回路６７から出力された信号は、演算部６０に入力される。

モータ制御部５９は、選択されたモードに対応して電動モータ１６の目標回転数を設定できる。目標回転数は、単位時間あたりにおけるロータ２１の回転数である。モータ制御部５９が、中速モードで設定する目標回転数は、低速モードで設定する目標回転数よりも高く、かつ、高速モードで設定する目標回転数よりも低い。さらに、印加電圧設定回路６８は、選択されたモードに応じて電動モータ１６に印加する電圧を設定し、演算部６０へ信号を入力する。

さらに、回転方向切替スイッチ７２が設けられており、作業者は回転方向切替スイッチ７２を操作して、電動モータ１６の回転方向を切り換える。回転方向切替スイッチ７２から出力される信号は、演算部６０に入力される。グリップ１４にトリガ７３及びＤＣスピードコントロールスイッチ７４が設けられている。ＤＣスピードコントロールスイッチ７４は、トリガ７３に操作力が付加されているとオンし、トリガ７３に対する操作力が解除されているとオフする。また、ＤＣスピードコントロールスイッチ７４は、トリガ７３の操作量を検出し、かつ、操作量に応じた信号を出力する。ＤＣスピードコントロールスイッチ７４がオンまたはオフされる信号、トリガ７３の操作量に応じた信号は、演算部６０へ入力される。

演算部６０は、各種の回路及び各種のスイッチから入力される信号に基づいて、電動モータ１６のコイル２３Ｕ，２３Ｖ，２３Ｗに供給する電流の向き、インバータ回路５５のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のオン・オフタイミング、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のオン割合であるデューティ比を求め、その信号を制御信号出力回路６１へ出力する。

演算部６０は、トリガ７３を操作してＤＣスピードコントロールスイッチ７４がオンすると、ロータ位置検出回路６４の位置検出信号に基づいて、所定のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ３を、それぞれ交互にオン・オフ動作するスイッチング制御を実行するための駆動信号、所定のスイッチング素子Ｑ４～Ｑ６をそれぞれスイッチング制御するためのパルス幅変幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）信号を形成し、駆動信号及びパルス幅変調信号を制御信号出力回路６１に出力する。

また、演算部６０は、ＤＣスピードコントロールスイッチ７４が検出するトリガ７３の操作量に応じて、作業者が、一例として、低速モード、中速モード、高速モードの何れを選択しているかを判断可能である。

制御信号出力回路６１は、演算部６０からの駆動信号に基づいて、スイッチング素子Ｑ１のゲートにスイッチング素子駆動信号を出力し、スイッチング素子Ｑ２のゲートにスイッチング素子駆動信号を出力し、スイッチング素子Ｑ３のゲートにスイッチング素子駆動信号を出力し、スイッチング素子Ｑ４のゲートにパルス幅変調信号を出力し、スイッチング素子Ｑ５のゲートにパルス幅変調信号を出力し、スイッチング素子Ｑ６のゲートにパルス幅変調信号を出力する。つまり、３個のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ３は、スイッチング素子駆動信号により別々にオン・オフされ、３個のスイッチング素子Ｑ４～Ｑ６は、パルス幅変調信号により別々にオン・オフされ、そのオン割合であるデューティ比が制御される。

この制御により、コイル２３Ｕ，２３Ｖ，２３Ｗのそれぞれに、所定の通電の向き、所定の通電タイミング、所定の期間で交互に通電が行われ、ロータ２１が、目標回転方向及び目標回転数で回転される。目標回転方向は、作業者が回転方向切替スイッチ７２を操作して設定し、目標回転数は、作業者がタクタイルスイッチ７１を操作して設定することが可能である。また、演算部６０は、ＤＣスピードコントロールスイッチ７４から出力される信号を処理することにより、トリガ７３の操作量に応じた目標回転数を設定することも可能である。一例として、トリガ７３の操作量が増加することに伴い、目標回転数が上昇する。

上記の制御により、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、スター結線されたコイル２３Ｕ，２３Ｖ，２３Ｗに別個に接続または遮断される。インバータ回路５５に印加される電圧は、Ｕ相に対応する電圧Ｖuとしてコイル２３Ｕに供給され、Ｖ相に対応する電圧Ｖvとしてコイル２３Ｖに供給され、Ｗ相に対応する電圧Ｖwとしてコイル２３Ｗに供給される。また、演算部６０は、目標回転数に応じてデューティ比を変化させる。

モータ制御部５９が、トリガ７３の操作量に応じてモードを選択する場合、トリガ７３の操作量に応じて目標回転数を設定する。なお、各モードに応じて、目標回転数の範囲は異なる。中速モードにおける目標回転数の範囲は、低速モードにおける目標回転数の最大値を超え、かつ、高速モードにおける目標回転数の最低値未満である。

モータ制御部５９が、タクタイルスイッチ７１の操作により選択されたモードに応じて、ロータ２１の目標回転数を設定する場合、一例として、高速モードにおける目標回転数23,000rpm に設定し、中速モードにおける目標回転数を14,000rpm に設定し、低速モードにおける目標回転数を4,000rpmに設定可能である。

また、モータ制御部５９は、モータ回転数検出回路６５から入力される信号に基づいて、ロータ２１の実際の回転数を検出する。そして、モータ制御部５９は、パルス幅変調信号のデューティ比を制御して、ロータ２１の実際の回転数を目標回転数に近づけるように、フィードバック制御を実行する。なお、トリガ７３の操作が解除されてＤＣスピードコントロールスイッチ７４がオフすると、インバータ回路５５のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６が、常時オフされ、電流はコイル２３Ｕ，２３Ｖ，２３Ｗに供給されず、ロータ２１は停止する。

また、ハウジング１１または装着部１５に表示部７０が設けられており、表示部７０は液晶ディスプレイまたはランプにより構成されている。モータ制御部５９から表示部７０に表示信号が出力される。作業者は、表示部７０を目視して、電動モータ１６を制御するモード、ロータ２１の実際の回転数、電源部５２の電圧を確認可能である。

次に、打撃作業機１０の使用例を説明する。電動モータ１６のロータ２１が回転すると、出力軸１７の回転力は、減速機３３のサンギヤ３４に伝達される。サンギヤ３４に回転力が伝達されると、リングギヤ３５が反力要素となり、キャリヤ３７が出力要素となる。すなわち、サンギヤ３４の回転力がキャリヤ３７に伝達されるとき、サンギヤ３４の回転速度に対してキャリヤ３７の回転速度が減速されることで、回転力が増幅される。なお、減速機３３は、入力要素としてのサンギヤ３４と、出力要素としてのキャリヤ３７との間の変速比が一定であり、変速比を変更できない。

キャリヤ３７に回転力が伝達されると、スピンドル４０はキャリヤ３７と共に一体回転し、スピンドル４０の回転力は、カムボール４７を介してハンマ４３に伝達される。すると、ハンマ４３が回転を開始した位置から、１／３回転する前に突起部５１と突起部３２とが係合し、ハンマ４３の回転力がアンビル２７に伝達される。そして、ハンマ４３と、アンビル２７とが一体回転し、アンビル２７の回転力はドライバビット２９を介して対象物に伝達され、ねじ部材が締め付けられる。

その後、ねじ部材の締め付けが行われて、アンビル２７を回転させるために必要な回転力が高くなると、スピンドル４０の回転速度がハンマ４３の回転速度を超えて、スピンドル４０がハンマ４３に対して回転する。アンビル２７を回転させるために必要な回転力は、ねじ部材の太さまたは長さが大きくなる程増加する。スピンドル４０がハンマ４３に対して回転すると、カムボール４７とカム溝４６との接触面で生じる反力により、ハンマ４３がスプリング４９の押圧力に抗して、アンビル２７から離れる向きで軸線Ａ１に沿った方向に作動する。ハンマ４３がアンビル２７から離れる向きで作動することを後退と呼ぶ。ハンマ４３が後退すると、スプリング４９が受ける圧縮荷重が増加し、スプリング４９の反発力が増加する。

ハンマ４３が後退して突起部５１が突起部３２から離れると、ハンマ４３の回転力はアンビル２７に伝達されなくなるとともに、突起部５１が突起部３２を乗り越える。突起部５１が突起部３２を乗り越えた時点で、スプリング４９がハンマ４３に加える押圧力は、ハンマ４３を後退させる向きの力を超える。すると、カムボール４７がカム溝４２，４６に沿って転動することで、ハンマ４３がスピンドル４０に対して回転し、かつ、ハンマ４３はアンビル２７に近づく向きで作動する。ハンマ４３がアンビル２７に近づく向きで作動することを前進と呼ぶ。その後、ハンマ４３の突起部５１が、アンビル２７の突起部３２に衝突し、アンビル２７に回転方向の打撃力が加えられる。

以後、ロータ２１が回転している間、上記の作用を繰り返し、打撃作業機１０によるねじ部材の締め付け作業が継続される。なお、電動モータ１６のロータ２１の回転方向が、ねじ部材を締め付ける場合とは逆になると、ねじ部材が緩められる。

モータ制御部５９が行う制御の一例を、図５のフローチャートを参照して説明する。モータ制御部５９は、ステップＳ１０において、低速モードが選択されているか否かを判断する。モータ制御部５９は、一例として、トリガ７３の操作量が所定量を超えている場合に、ステップＳ１０でＮｏと判断する。モータ制御部５９は、ステップＳ１０でＮｏと判断すると、ステップＳ１１において通常制御を行い、ステップＳ１０に進む。通常制御は、一例として、次の第１通常制御または第２通常制御である。

第１通常制御は、デューティ比を固定する制御である。第１通常制御で固定するデューティ比は、突起部５１が突起部３２を乗り越えることが可能なハンマ４３の回転力に応じた値である。高速モードが選択されている場合におけるデューティ比は、中速モードが選択されている場合におけるデューティ比よりも高い。

第２通常制御は、電動モータ１６の回転数を固定する制御である。モータ制御部５９は、電動モータ１６の目標回転数を高回転数に設定し、電動モータ１６の実際の回転数を目標回転数に近づけるフィードバック制御を行う。フィードバック制御では、デューティ比をＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御する。高速モードが選択されている場合における目標回転数は、中速モードが選択されている場合における目標回転数よりも高い。高回転数は、定速度制御で選択する回転数よりも高い。定速度制御で選択する回転数は後述する。

これに対して、モータ制御部５９は、ステップ１０の判断時点において、トリガ７３の操作量が所定量以下であると、ステップＳ１０でＹｅｓと判断する。

モータ制御部５９は、ステップＳ１０でＹｅｓと判断すると、ステップＳ１２でデューティ比を固定する制御を行う。固定される第１デューティ比は、一例として５％である。

モータ制御部５９は、ステップＳ１２に次ぐステップＳ１３において、電動モータ１６の負荷が増加したか否かを判断する。モータ制御部５９は、一例として、電動モータ１６に印加される電流値が上昇するか、または、電動モータ１６の実際の回転数が低下すると、ステップＳ１３でＹｅｓと判断し、ステップＳ１４で定速度制御を行う。定速度制御は、電動モータ１６の目標回転数を一定にする制御である。

モータ制御部５９が定速度制御を行う場合、インバータ回路５５を第１デューティ比よりも大きな第２デューティ比で制御する。第２デューティ比は、突起部５１が突起部３２に係合し、かつ、電動モータ１６の負荷が増加した場合に、突起部５１が突起部３２を乗り越えることが可能なハンマ４３の回転力に応じた値である。モータ制御部５９は、インバータ回路５５を制御するデューティ比を、一例として、５％から２０％に上昇させる。

なお、モータ制御部５９は、ステップＳ１３でＮｏと判断すると、ステップＳ１０に進む。モータ制御部５９が、ステップＳ１１の通常制御で設定する目標回転数は、モータ制御部５９がステップＳ１３でＹｅｓと判断した場合に、トリガ７３の操作量に応じて設定する目標回転数よりも高い。

モータ制御部５９は、ステップＳ１４に次ぐステップＳ１５において、ハンマ４３がアンビル２７を打撃したか否かを判断する。モータ制御部５９は、ステップＳ１５でＮｏと判断すると、モータ制御部５９は、ステップＳ１６において、電動モータ１６の負荷が低下したか否かを判断する。モータ制御部５９は、ステップＳ１６でＮｏと判断するとステップＳ１５に進み、ステップＳ１６でＹｅｓと判断すると、ステップＳ１０に進む。

モータ制御部５９は、ステップＳ１５でＹｅｓと判断すると、ステップＳ１７において“低速モード用の打撃制御”を行い、ステップＳ１０に進む。

モータ制御部５９が行う“低速モード用の打撃制御”の内容が、図６に示されている。モータ制御部５９は、ステップＳ２０において打撃周期を設定し、かつ、タイマーをスタートさせる。モータ制御部５９が設定する打撃周期は、例えば、突起部５１が突起部３２に係合した状態で、ハンマ４３がアンビル２７に対して軸線Ａ１方向に作動し始めた時点から、突起部５１が突起部３２を乗り越えてハンマ４３がアンビル２７を打撃した後、突起部５１が突起部３２に係合した状態で、ハンマ４３がアンビル２７に対して軸線Ａ１方向に作動し始めるまでの目標時間である。モータ制御部５９は、目標時間の一例として２５０ｍｓを記憶している。

モータ制御部５９は、突起部５１が突起部３２に係合した状態で、ハンマ４３がアンビル２７に対して軸線Ａ１方向に作動し始めたことを、電動モータ１６の実際の回転数、電流値などから判断可能である。

モータ制御部５９は、更にステップＳ２１において、インバータ回路５５を制御するデューティ比を、第１デューティ比に設定する。モータ制御部５９は、ステップＳ２２において、タイマーがスタートした時点からの実際の経過時間が、目標時間に到達したか否かを判断する。

モータ制御部５９は、ステップＳ２２でＮｏと判断すると、ステップＳ２２の判断を繰り返す。モータ制御部５９は、ステップＳ２２でＹｅｓと判断すると、ステップＳ２３において、低速モードが選択されているか否かを判断する。ステップＳ２３の判断は、ステップＳ１０の判断と同じである。

モータ制御部５９は、ステップＳ２３でＮｏと判断すると、ステップＳ２４の処理を行い、図６の制御を終了する。ステップＳ２４の処理は、ステップＳ１１の処理と同じである。

モータ制御部５９は、ステップＳ２３でＹｅｓと判断すると、ステップＳ２５で打撃周期を設定し、かつ、タイマーをスタートさせる。モータ制御部５９が行うステップＳ２５の処理は、ステップＳ２０の処理と同じである。モータ制御部５９は、ステップＳ２６において、インバータ回路５５を制御するデューティ比を、第２デューティ比に設定する。第２デューティ比は、突起部５１が突起部３２に係合し、かつ、電動モータ１６の負荷が増加した場合に、突起部５１が突起部３２を乗り越えて、ハンマ４３がアンビル２７を打撃することの可能な値である。

モータ制御部５９は、ステップＳ２７において、突起部５１が突起部３２を乗り越えたか否かを判断する。モータ制御部５９は、電動モータ１６の実際の回転数が判定閾値以上であると、突起部５１が突起部３２を乗り越えたと判断する。モータ制御部５９は、電動モータ１６の実際の回転数が判定閾値未満であると、突起部５１は突起部３２を乗り越えていないと判断する。モータ制御部５９は、判定閾値を予め記憶している。

モータ制御部５９は、ステップＳ２７でＹｅｓと判断すると、モータ制御部５９は、ステップＳ２８において、インバータ回路５５を制御するデューティ比を、第１デューティ比に設定する。モータ制御部５９が行うステップＳ２８の処理は、ステップＳ２１の処理と同じである。モータ制御部５９は、ステップＳ２９において、ステップＳ２５からの実際の経過時間が、目標時間に到達したか否かを判断する。

モータ制御部５９は、ステップＳ２９でＮｏと判断すると、ステップＳ２９の判断を繰り返す。モータ制御部５９は、ステップＳ２９でＹｅｓと判断すると、ステップＳ２３に進む。

モータ制御部５９は、ステップＳ２７でＮｏと判断すると、ステップＳ３０において、ステップＳ２５からの実際の経過時間が、目標時間に到達したか否かを判断する。モータ制御部５９は、ステップＳ３０でＮｏと判断すると、ステップＳ３１において、電動モータ１６の負荷が低減したか否かを判断する。モータ制御部５９が行うステップＳ３１の判断は、図５のステップＳ１６の判断と同じである。

モータ制御部５９は、ステップＳ３１でＮｏと判断すると、ステップＳ２７に進む。モータ制御部５９は、ステップＳ３１でＹｅｓと判断すると、図６の制御を終了する。モータ制御部５９は、ステップＳ３０でＹｅｓと判断すると、ステップＳ３２において、表示部で“エラー”を表示させ、図６の制御を終了する。また、モータ制御部５９は、ステップＳ３２で高負荷制御を終了し、かつ、電動モータ１６を停止させる。

図７は、図６の制御例に対応するタイムチャートの例である。デューティ比として、第１デューティ比及び第２デューティ比が示されている。電動モータ１６の実際の回転数における判定閾値は、突起部５１が突起部３２を乗り越えたか否かを判断するための値である。

モータ制御部５９は、時刻Ｔ１よりも前において、デューティ比を第１デューティ比に制御している。モータ制御部５９は、時刻Ｔ１、例えば、図６のステップＳ２６の時点において、デューティ比を第１デューティ比から第２デューティ比に変更している。

モータ制御部５９は、時刻Ｔ２、例えば、図６のステップＳ２７でＹｅｓと判断されてステップＳ２８に進んだ時点で、デューティ比を第２デューティ比から第１デューティ比に変更している。

モータ制御部５９は、時刻Ｔ２以降、デューティ比を第１デューティ比に設定している。モータ制御部５９は、時刻Ｔ３、例えば、ステップＳ２９、ステップＳ２３を経由してステップＳ２６に進んだ時点で、デューティ比を第１デューティ比から第２デューティ比に変更している。電流値は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２に至る間に上昇及び低下している。電動モータ１６の実際の回転数は、時刻Ｔ１から上昇し、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３に至る間に低下している。なお、時刻Ｔ１から時刻Ｔ３までの経過時間は、一例として２５０ｍｓである。

さらに、モータ制御部５９は、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４を経て時刻Ｔ５に至る間、時刻Ｔ１から時刻Ｔ３至る間と同じ制御を行っている。電流値は、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４に至る間に上昇及び低下している。電動モータ１６の実際の回転数は、時刻Ｔ３から上昇し、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５に至る間に低下している。

さらに、モータ制御部５９は、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６及び時刻Ｔ７を経て時刻Ｔ８に至る間、時刻Ｔ１から時刻Ｔ３至る間と同じ制御を行っている。電流値は、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６に至る間に上昇及び低下している。電動モータ１６の実際の回転数は、時刻Ｔ５から上昇し、時刻Ｔ６から時刻Ｔ７に至る間に低下している。

なお、図６の制御例において、モータ制御部５９は、タイマーがスタートした時点からの実際の経過時間が、目標時間に到達すると、デューティ比を第１デューティ比から第２デューティ比に切り替えている。

このように、モータ制御部５９は、電動モータ１６の負荷に基づいでデューティ比を制御することにより、電動モータ１６に印加される電圧を調整する。つまり、電動モータ１６に印加される電圧は、図７に示すデューティ比または電流値と同様に変化する。

モータ制御部５９は、一例として、電動モータ１６に供給される電流値または電動モータ１６の回転数のうち、少なくとも一方に基づいて、電動モータ１６の負荷を検知可能である。モータ制御部５９は、電動モータ１６に供給される電流値が上昇すると、電動モータ１６の負荷が増加したと判断可能である。モータ制御部５９は、電動モータの回転数が低下すると、電動モータ１６の負荷が増加したと判断可能である。

なお、モータ制御部５９は、トリガ７３の操作量を常時検出しており、トリガ７３の操作量に基づいて、中速モード、または高速モードが選択されたと判断可能である。このため、モータ制御部５９は、図５に示されているルーチンとは異なるルーチンで、低速モード用の打撃制御と通常制御とを切り替えることも可能である。さらに、図６に示されているルーチンとは異なるルーチンで、低速モード用の打撃制御と通常制御とを切り替えることも可能である。

また、モータ制御部５９は、タクタイルスイッチ７１の操作により選択されたモードに応じて、図５の制御例、及び図６の制御例を行うことも可能である。タクタイルスイッチ７１によりモードが選択されていると、トリガ７３に操作力が付加されると、モータ制御部５９は電動モータ１６を回転させる。モータ制御部５９は、トリガ７３に対する操作力が解除されると、電動モータ１６を停止させる。モータ制御部５９は、トリガ７３の操作量に関わり無く、電動モータ１６の回転数をモードに応じた回転数に制御する。そして、モータ制御部５９は、トリガ７３の操作量ではなく、タクタイルスイッチ７１の操作により選択されているモードに基づいて、ステップＳ１０の判断、ステップＳ２３の判断を行う。

本実施形態で説明した事項の技術的意味の一例は、次の通りである。打撃作業機１０は、打撃作業機の一例である。アンビル２７は、工具支持部の一例である。軸線Ａ１は、軸線の一例である。ハンマ４３は、打撃部の一例である。電動モータ１６は、電動モータの一例である。突起部５１は、第１係合部の一例である。突起部３２は、第２係合部の一例である。インバータ回路５５は、スイッチ部の一例である。モータ制御部５９は、制御部の一例、及び負荷検知部の一例である。

モータ制御部５９が、図６のフローチャートのステップＳ２１及びステップＳ２８において行う制御は、低負荷制御の一例である。モータ制御部５９が、図６のフローチャートのステップＳ２６において行う制御は、高負荷制御の一例である。トリガ７３は、操作部材の一例である。

モータ制御部５９がステップＳ１３でＹｅｓと判断した場合に、トリガ７３の操作量に応じて設定する目標回転数は、第１目標回転数の一例である。また、モータ制御部５９がステップＳ１３でＹｅｓと判断し、トリガ７３の操作量に応じて目標回転数を設定することが、第１制御の一例である。

モータ制御部５９がステップＳ１１で設定する目標回転数は、第２目標回転数の一例である。また、モータ制御部５９がステップＳ１１で目標回転数を設定することが、第２制御の一例である。

さらに、モータ制御部５９は、トリガ７３の操作量を、操作量が異なる第１操作量と第２操作量とに区別可能であるが、第１操作量と第２操作量との区別する固定的な閾値の有無に関わり無く、第１操作量をよりも第２操作量の方が多ければよい。モータ制御部５９が、ステップＳ２０で設定する目標時間が、“目標時間”の一例である。タクタイルスイッチ７１は、モード切替部の一例である。低速モードは、目標回転数が最も低いモードの一例である。

以上のように、電動モータ１６の負荷が低い場合、つまり、突起部５１が突起部３２に近づく場合は、第１のデューティ比に対応する電圧を電動モータ１６を印加する。電動モータ１６の負荷が大きくなり始める、つまり、突起部５１が突起部３２を乗り越える場合は、第２のデューティ比に対応する電圧を、電動モータ１６にを印加することが可能となる。

本実施形態における打撃作業機は、次の特徴を有している。作業工具を支持する工具支持部と、軸線を中心として回転可能であり、かつ、前記工具支持部に対して前記軸線方向に作動可能な打撃部と、前記打撃部を回転させる電動モータと、前記打撃部に設けられた第１係合部と、前記工具支持部に設けられ、かつ、前記第１係合部が係合及び乗り越え可能な複数の第２係合部と、を有する打撃作業機であって、前記第１係合部は、前記複数の第２係合部の何れかに係合して前記打撃部の回転力を前記工具支持部に伝達し、前記第１係合部は、前記工具支持部を回転させるために必要な回転力が増加して前記打撃部が前記軸線方向に作動すると、係合している前記第２係合部を乗り越え、かつ、乗り越えた前記第２係合部とは別の前記第２係合部を打撃し、前記電動モータに印加する電圧を制御するためにオン及びオフされるスイッチ部と、前記スイッチ部のオン及びオフを制御する制御部と、が設けられ、前記制御部は、前記第１係合部が前記第２係合部に近づくときは、前記スイッチ部のオン割合であるデューティ比を第１デューティ比として第１の電圧を前記電動モータに印加し、前記第１係合部が前記第２係合部を乗り越えるときは、前記デューティ比を第２デューティ比として、前記第１の電圧より高い第２の電圧を前記電動モータに印加する、打撃作業機。

打撃作業機は、上記実施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ことは言うまでもない。例えば、制御部または負荷検出部の少なくとも一方は、電気部品または電子部品の単体でもよいし、複数の電気部品または複数の電子部品を有するユニットでもよい。電気部品または電子部品は、プロセッサ、制御回路及びモジュールを含む。制御部と負荷検出部とが同一の部品でもよいし、制御部と負荷検出部とが、それぞれ別々の部品でもよい。

また、工具支持部は、ねじ部材としてのビスを締め付けるドライバビット、ねじ部材としてのボルトの頭部を挿入する凹部を備えたドライバビットを含む。凹部を備えたドライバビットは、ソケットまたはボックスとも呼ばれる。また、作業工具は、雌ねじを有するナットを回転させて、雄ねじを有するボルトに固定する構造を含む。

さらに、作業工具は、木材、コンクリート等に穴をあけるドリルビットを含む。第１係合部及び第２係合部は、互いに係合して回転力を伝達する。第１係合部は、ハンマから軸線方向に突出した突起、またはハンマから径方向に突出した突起を含む。第２係合部は、工具支持部から軸線方向に突出した突起、または工具支持部から径方向に突出した突起を含む。

また、減速機に代えて、入力要素と出力要素との間の変速比を段階的または無段階に変更可能な変速機を設けることもできる。この場合、ハウジングに変速比切り替えスイッチを設け、作業者が変速比切り替えスイッチを操作して、変速機の変速比を変更する。

さらに、電動モータに電流を供給する電源部は、直流電源の他、交流電源でもよい。さらに、電動モータは、ブラシレス電動モータに代えて、ブラシ付き電動モータを用いることも可能である。

さらに、操作部材は、直線状に往復作動可能なレバーまたはスイッチ、回転動作可能なノブ、所定の角度範囲内で円弧状に作動可能なレバーを含む。モード切替部は、作業者の操作力で作動するレバー、スイッチ、ボタンの他、液晶ディスプレイを含む。

１０…打撃作業機、１６…電動モータ、２７…アンビル、３２，５１…突起部、４３…ハンマ、５５…インバータ回路、５９…モータ制御部、７１…タクタイルスイッチ、７３…トリガ、Ａ１…軸線

Claims (9)

1. 作業工具を支持する工具支持部と、軸線を中心として回転可能であり、かつ、前記工具支持部に対して前記軸線方向に作動可能な打撃部と、前記打撃部を回転させる電動モータと、前記打撃部に設けられた第１係合部と、前記工具支持部に設けられ、かつ、前記第１係合部が係合及び乗り越え可能な複数の第２係合部と、作業者が操作力を付加及び解除可能な操作部と、前記電動モータを制御する制御部と、を有する打撃作業機であって、
   前記第１係合部は、前記複数の第２係合部の何れかに係合して前記打撃部の回転力を前記工具支持部に伝達し、
   前記第１係合部は、前記工具支持部を回転させるために必要な回転力が増加して前記打撃部が前記軸線方向に作動すると、係合している前記第２係合部を乗り越え、かつ、乗り越えた前記第２係合部とは別の前記第２係合部を打撃し、
   前記制御部は、
   前記操作部の操作量が第１操作量であると、前記電動モータの回転数を第１目標回転数に設定する第１制御と、
   前記操作部の操作量が前記第１操作量よりも多い第２操作量であると、前記電動モータの回転数を、前記第１目標回転数よりも高い第２目標回転数に設定する第２制御と、
   を選択可能であり、
   前記制御部は、前記第１制御を選択している場合であって、
   前記第１係合部が前記第２係合部に近づくときは、前記電動モータに第１の電圧を印加する制御を実行し、
   前記第１係合部が前記第２係合部を乗り越えるときは、前記第１の電圧より高い第２の電圧を前記電動モータに印加する制御を実行する、打撃作業機。
2. 前記制御部は、
   前記第１係合部が前記第２係合部を乗り越えた時点から、前記第１係合部が別の前記第２係合部に近づいて、前記第１係合部が別の前記第２係合部を打撃し、かつ、前記打撃部が前記軸線方向に作動する前までの間、前記電動モータに前記第１の電圧を印加する低負荷制御と、
   前記打撃部が前記軸線方向に作動した時点から、前記第１係合部が別の前記第２係合部を乗り越えるまでの間、前記第１の電圧より高い前記第２の電圧を前記電動モータに印加する高負荷制御と、
   を行う、請求項１記載の打撃作業機。
3. 前記電動モータに供給される電流値または前記電動モータの回転数の少なくとも一方に基づいて、前記工具支持部を回転させるために必要な回転力を検知する負荷検知部が、更に設けられている、請求項１記載の打撃作業機。
4. 前記制御部は、前記負荷検知部に基づき前記電動モータの負荷が増加したと判断すると、前記第１の電圧を前記電動モータに印加する制御から前記第２の電圧を前記電動モータに印加する制御に切り替える、請求項３記載の打撃作業機。
5. 前記第１の電圧は、前記第１係合部が前記第２係合部を乗り越えることが可能な電圧よりも小さい電圧である、請求項１、２、３または４の何れか１項記載の打撃作業機。
6. 前記制御部は、前記第１係合部が前記第２係合部に係合し、かつ、前記打撃部が前記軸線方向に作動を開始した時点から、前記第１係合部が前記第２係合部を乗り越え、かつ、前記第１係合部が別の前記第２係合部を打撃した後、前記打撃部が前記軸線方向に作動を開始する時点までの目標時間を記憶しており、
   前記制御部は、前記第１係合部が前記第２係合部に係合し、かつ、前記打撃部が前記軸線方向に作動を開始した時点からの実際の経過時間が前記目標時間に到達すると、前記第１係合部が別の前記第２係合部を打撃した後、前記打撃部が前記軸線方向に作動を開始したと判断する、請求項２記載の打撃作業機。
7. 前記制御部は、前記低負荷制御と前記高負荷制御とを交互に行う、請求項２項記載の打撃作業機。
8. 前記制御部は、前記第１係合部が前記第２係合部に係合した状態で前記経過時間が前記目標時間に到達すると、前記高負荷制御を終了し、かつ、前記電動モータを停止させる、請求項６記載の打撃作業機。
9. 作業者が操作し、かつ、前記電動モータの回転数が異なる複数のモードの何れかを選択可能なモード切替部が設けられ、
   前記制御部は、前記電動モータの回転数が最も低い前記モードが選択されていると、前記低負荷制御と前記高負荷制御とを切り替えて行う、請求項２記載の打撃作業機。

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