インパクト回転工具
【課題】低速から高速まで安定した打撃状態を実現することによって作業性を向上させたインパクト回転工具を提供する。
【解決手段】インパクト回転工具の制御回路１０は、負荷の大きさを検出するために電動機の電機子電流の平均値を検出する負荷検出手段１３と、指令速度設定手段１１から入力される指令電圧と速度検出手段１２から入力される検出速度とに基づいて速度制御演算を行い、演算結果をスイッチング制御手段１５に出力する速度制御手段１４を備える。速度制御手段１４では、負荷検出手段１３の検出した負荷の大きさが閾値未満の場合と閾値以上の場合とで互いに異なる速度制御パラメータを用いて速度制御演算を行う。また速度検出手段１２では、磁極位置を検出する位置検出回路５から所定期間以上検出信号が入力されない場合、予め設定された所定速度を検出速度として速度制御手段１４に出力する。
【解決手段】インパクト回転工具の制御回路１０は、負荷の大きさを検出するために電動機の電機子電流の平均値を検出する負荷検出手段１３と、指令速度設定手段１１から入力される指令電圧と速度検出手段１２から入力される検出速度とに基づいて速度制御演算を行い、演算結果をスイッチング制御手段１５に出力する速度制御手段１４を備える。速度制御手段１４では、負荷検出手段１３の検出した負荷の大きさが閾値未満の場合と閾値以上の場合とで互いに異なる速度制御パラメータを用いて速度制御演算を行う。また速度検出手段１２では、磁極位置を検出する位置検出回路５から所定期間以上検出信号が入力されない場合、予め設定された所定速度を検出速度として速度制御手段１４に出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所謂インパクトドライバやインパクトレンチのような打撃衝撃を与えてねじ類の締付作業を行うインパクト回転工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電動機によりハンマを回転させ、このハンマの打撃で出力軸に回転力を与えて、ボルトやナットなどのねじ類の締付作業を行うインパクト回転工具が提供されており、高速回転で高トルクという作業性の良さから、建築現場や組立工場などで幅広く使用されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
この種のインパクト回転工具としては、例えば図１２（ａ）および図１３に示すように、３相の電機子巻線を持つブラシレス電動機を用いたものが提供されている。この回転工具は、永久磁石を有した回転子１ａおよび３相の電機子巻線１ｂを巻装した固定子からなるブラシレス電動機（以下電動機という）１と、この電動機１の出力を、駆動軸に設けたハンマ（図示せず）と出力軸３に設けたアンビル（図示せず）との係合を衝撃的に繰り返し行うことによって回転力を発生する減速機２を介して、チャックを備えた出力軸３に伝達する動力伝達部と、電動機１の駆動のオン／オフ及びその操作量（引き込み量）によって回転速度（回転数）を設定するトリガボリューム４と、電動機１に対向配置されるセンサ基板５ｂに実装された３個の磁極センサ５ａを有し（図１２（ｂ）参照）、各磁極センサ５ａの検出出力をもとに可動子の永久磁石の磁極位置を検出する位置検出回路５と、トリガボリューム４によって設定された指令速度と位置検出回路５の検出出力から求めた回転速度とが一致するように、電動機１の電機子巻線１ｂへの印加電圧の調整と三相巻線への通電切替を行う駆動回路６と、駆動回路６に電力を供給する二次電池のような電池７とを備えている。
【０００４】
また駆動回路６は、図１３に示すようにトリガボリューム４の操作量で設定された回転数（回転速度）となるように、電動機１ヘの印加電圧の調整と３相の電機子巻線１ｂへの通電切換をインバータ回路８を通じて行うもので、位置検出回路５の検出出力から求めた回転速度が指令速度と一致するように指令電圧を演算し、インバータ回路８のドライブ回路９に出力する制御回路１０を備えている。また制御回路１０は、位置検出回路５の検出出力に基づいて、所定の電機子巻線１ｂに所定の電圧を印加するようにドライブ回路９に指令電圧を与える。
【０００５】
ここで、インバータ回路８は、６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をブリッジ結線して構成され、上記指令電圧に基づいてドライブ回路９でスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオン／オフ制御して転流することにより電動機１の電機子巻線１ｂに所定のタイミングで電流が流れて回転子１ａが回転するのである。さらにドライブ回路９ではスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をＰＷＭ制御して電機子巻線１ｂへの印加電圧を調整している。
【０００６】
位置検出回路５は、図１２（ｂ）に示すように電動機１の出力軸を中心とする円周上に配置された３個の磁極センサ５ａを備え、各磁極センサ５ａの検出出力から回転子の磁極位置を検出して位置検出信号を制御回路１０へ出力する。制御回路１０は、位置検出信号に基づいて所定の電機子巻線１ｂに所定の電圧を印加するようにドライブ回路９に指令電圧を与えており、ブラシレス運転時には、電圧が印加されていない端子電圧（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの何れか）と基準電圧との比較結果が変化したタイミングで回転子１ａの位置を検出し、所定位相遅延させて転流することで回転子１ａを回転させる機能と、回転子１ａの位置検出間隔から求めた実際の回転速度とトリガボリューム４の操作量で設定される指令速度が一致するように速度制御演算を行って印加電圧を求める機能とを備えている。
【特許文献１】特開２００３−２１１３７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した図１２（ａ）に示す回転工具のようにインパクト発生機能付き減速機２を用いている場合、電動機１から見た負荷（トルク）が周期的に変化し、且つ、その負荷（トルク）が周期毎に増加した時に速度制御の応答遅れから、特に低速状態では回転速度がゼロ、つまり一瞬停止してしまうため（図１４中の期間Ａ）、減速機２の打撃状態が安定せず、使い勝手が悪いという問題があった。
【０００８】
特に上記特許文献１に示される回転工具では、トリガボリュームの操作量に対応して、電動機駆動用の固定のパルス幅変調信号を出力する構成となっているため、電動機１から見たトルク（負荷）を、周期的に変化する負荷に追従するように制御することは不可能であり、特に低速側においては安定した打撃状態を実現することができなかった。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、低速から高速まで安定した打撃状態を実現することによって作業性を向上させたインパクト回転工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、永久磁石を有した回転子および電機子巻線を有した固定子からなる電動機と、操作量に応じて電動機の回転速度を設定するトリガボリュームと、トリガボリュームの操作量で定まる回転速度を指令速度に変換する指令速度設定手段と、回転子の磁極位置を検出する位置検出手段と、位置検出手段の検出出力から回転速度を検出する速度検出手段と、指令速度と速度検出手段の検出速度が一致するように指令電圧を演算する速度制御手段と、指令電圧に応じた駆動電圧を電動機に印加するインバータ回路と、電動機の回転に応じて回転するハンマと、ハンマと係合するアンビルを有しハンマがアンビルと衝突することによって発生する打撃で回転力が加えられる出力軸と、出力軸にかかる負荷の大きさを検出する負荷検出手段とを備え、速度制御手段は、負荷検出手段の検出した負荷の大きさが所定の閾値未満の場合と閾値以上の場合とで互いに異なる速度制御パラメータを用いて速度制御演算を行うとともに、位置検出手段が、速度制御手段により演算された指令電圧に対応する所定期間以上の間、回転子の磁極位置を検出しない場合は、指令速度設定手段により設定された指定速度に対応する所定速度に検出速度を設定し、当該検出速度と指令速度とを用いて速度制御手段が指令電圧を演算することを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、速度制御手段では、速度制御演算に用いる速度制御パラメータを、負荷検出手段の検出した負荷の大きさが閾値未満の場合と閾値以上の場合とで変更しているので、負荷の大きさが大きい打撃状態と負荷の大きさが小さい打撃状態とで同じ速度制御パラメータを用いる場合に比べて、負荷の大きさが大きく、且つ、速度変動の大きな打撃状態において、負荷の大きさに合わせた速度制御パラメータを用いることによって、速度制御の追従性を改善することができる。さらに、速度制御演算の応答遅れにより指令電圧をゼロにする場合が発生し、そのために電動機が殆ど停止した状態になった場合でも、位置検出手段が、速度制御手段により演算された指令電圧に対応する所定期間以上の間、回転子の磁極位置を検出できず、その結果検出速度にばらつきが発生する場合は、検出速度を指令速度に対応した所定速度に設定しているので、速度制御の応答遅れを防いで、周期の安定した打撃を実現することができる。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、速度制御手段は、指令電圧の演算結果が所定の最低印加電圧以下であれば、最低印加電圧を指令電圧として出力することを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、速度制御手段では、指令電圧の演算結果の最小値を最低印加電圧に制限しているので、例えばハンマがアンビルと衝突した直後に指令電圧が略ゼロになった場合でも、ハンマに回転力を与え、回転方向においてハンマによりアンビルを保持させることができ、その結果ハンマの挙動が安定するから、作業性が向上するという利点がある。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、速度制御手段は、所定の演算周期が経過する毎に指令電圧を更新しており、更新前の指令電圧からの変化量に上限値を設定したことを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、速度制御手段では、所定の演算周期で指令電圧を更新する際に更新前の指令電圧からの変化量を上限値以下に制限しているので、指令電圧の急激に変化に応じて打撃力にばらつきが生じるのを防止でき、且つ回転開始時に過大な指令電圧が与えられて、インバータ回路を構成するスイッチング素子に過電圧が印加されるのを防止できる。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかの発明において、速度制御手段は、電動機を停止状態から回転させる際に出力する指令電圧の初期値を複数用意し、複数の初期値から指令速度の変化速度に応じた初期値を選択して出力することを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、速度制御手段が、電動機を停止状態から回転させる際に出力する指令電圧の初期値として、指令速度の変化速度に応じた初期値を選択して出力しているので、作業者がトリガボリュームを操作した時の引き込み速度に応じて指令電圧の初期値を変更することで、作業者の意図に合わせて電動機の回転速度の立ち上がりを変化させることができ、作業者の意図にあった締め付け動作が行えるから、作業性が向上するという利点がある。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、速度制御手段では、速度制御演算に用いる速度制御パラメータを、負荷検出手段の検出した負荷の大きさが閾値未満の場合と閾値以上の場合とで変更しているので、負荷の大きさが大きい打撃状態と負荷の大きさが小さい打撃状態とで同じ速度制御パラメータを用いる場合に比べて、負荷の大きさが大きく、且つ、速度変動の大きな打撃状態において、負荷の大きさに合わせた速度制御パラメータを用いることによって、速度制御の追従性を改善できるという効果がある。さらに、速度制御演算の応答遅れにより指令電圧をゼロにする場合が発生し、そのために電動機が殆ど停止した状態になった場合でも、位置検出手段が、速度制御手段により演算された指令電圧に対応する所定期間以上の間、回転子の磁極位置を検出できず、その結果検出速度にばらつきが発生する場合は、検出速度を指令速度に対応した所定速度に設定しているので、速度制御の応答遅れを防いで、周期の安定した打撃を実現できるという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
（実施形態１）
本発明の実施形態１を図１〜図７に基づいて説明する。図３は本実施形態のインパクト回転工具が備えるインパクト機構の概略図であり、図１２（ａ）および図１３に示した従来例と同様に、永久磁石を有した回転子１ａおよび３相の電機子巻線１ｂを巻装した固定子からなるブラシレス電動機（以下、電動機と略す）１と、電動機１の出力を所定の減速比で減速してハンマ２１に伝える減速機２と、減速機２の駆動軸２０にカム機構（図示せず）を介して取り付けられるハンマ２１と、ハンマ２１を出力軸３側に付勢する付勢ばね２２と、出力軸３に設けられたアンビル２３とを備えている。
【００２１】
アンビル２３の周面には一対の突起２３ａ，２３ａが突設され、各々の突起２３ａ，２３ａがハンマ２１の先端面に設けた係合突部２１ａ，２１ａと回転方向において係合することによって、出力軸３に負荷がかかっていない状態では、ハンマ２１とアンビル２３とが一体に回転するようになっている。一方、出力軸３に所定値以上の負荷がかかった時には、図４（ｃ）（ｆ）に示すようにハンマ２１がばね２２の付勢力に抗して後退して、ハンマ２１がアンビル２３を乗り越える。ハンマ２１がアンビル２３を乗り越えると、ハンマ２１はばね２３の付勢力を受けて前進しながら回転して、ハンマ２１の係合突部２１ａがアンビル２３の突起２３ａに衝突する（図４（ａ）（ｄ）参照）。この時、アンビル２３に回転方向の打撃衝撃が与えられ、アンビル２３（出力軸３）が角度φだけ回転する（図４（ｂ）（ｅ）参照）。
【００２２】
また図２は本実施形態の全体回路構成図であり、この回転工具は、上述の電動機１と、電動機１の駆動のオン／オフおよび操作量に応じた回転速度（回転数）を設定するトリガボリューム４と、３個の磁極センサ５ａを備えて回転子１ａの永久磁石の磁極位置を検出して位置検出信号ＰＯＳを出力する位置検出回路５（位置検出手段）と、トリガボリューム４によって設定された指令速度と位置検出回路５の検出出力から求めた回転速度（検出速度）とが一致するように、電動機１の電機子巻線１ｂへの印加電圧の調整と三相巻線への通電切替を行う駆動回路６とを主要な構成として備えている。なお、図５はトリガボリューム４の操作量ＳＴと指令速度ＳＶとの関係を示し、操作量ＳＴには不感帯が設けられており、操作量ＳＴがＳＴ１からＳＴｍａｘまで変化すると、指令速度ＳＶがゼロからＳＶｍａｘまで変化するようになっている。
【００２３】
駆動回路６は、トリガボリューム４の操作量ＳＴで設定された回転数（回転速度）となるように、電動機１ヘの印加電圧の調整と３相の電機子巻線１ｂへの通電切換をインバータ回路８を通じて行うもので、位置検出回路５の検出出力から求めた回転速度が指令速度ＳＶと一致するように、インバータ回路８のドライブ回路９に指令電圧Ｖ２を出力する制御回路１０と、インバータ回路８の入力電流値を検出して電流信号Ｉ１を出力する電流検出回路１６とを備えている。
【００２４】
また制御回路１０は、図１に示すように指令速度設定手段１１と、速度検出手段１２と、負荷検出手段１３と、速度制御手段１４と、スイッチング制御手段１５とを主要な構成として備える。制御回路１０は例えばマイクロコンピュータからなり、指令速度設定手段１１、速度検出手段１２、負荷検出手段１３、速度制御手段１４、およびスイッチング制御手段１５はマイクロコンピュータの演算機能により実現される。
【００２５】
指令速度設定手段１１は、トリガボリューム４から入力される操作量ＳＴを指令速度ＳＶに変換して速度制御手段１４に出力する。
【００２６】
速度検出手段１２は、位置検出回路５から入力される回転子１ａの位置検出信号の入力間隔に基づいて回転子１ａの回転数を検出し、その回転数から求まる回転速度（検出速度ＰＶ）を速度制御手段１４に出力する。
【００２７】
負荷検出手段１３は、電流検出回路１６により検出されたインバータ回路８の入力電流をもとに電動機１の負荷電流（電機子電流）の大きさ、つまり負荷（トルク）の大きさを検出するものであり、電流検出回路１６から入力される電流信号Ｉ１で示される電機子電流を平均化処理して得た平均電流信号Ｉ２を指令速度設定手段１１および速度制御手段１４に出力する。
【００２８】
速度制御手段１４は、指令速度設定手段１１によって設定された指令速度ＳＶと、速度検出手段１２によって検出された検出速度ＰＶとの偏差がゼロになるように、電動機１へ出力する指令電圧Ｖ１を演算する。
【００２９】
スイッチング制御手段１５は、速度制御手段１４から入力された指令電圧Ｖ１をもとに指令電圧Ｖ２を生成してインバータ回路８（つまりドライブ回路９）に出力する。
【００３０】
この回転工具を用いてねじ等の締め付け作業を行う場合、出力軸３にかかる負荷が所定値未満の場合はハンマ２１とアンビル２３とが供回りの状態で、出力軸３のチャックに保持させた工具によりねじ立てが行われる。ねじが入り込むにしたがって、出力軸３にかかる負荷が大きくなり、負荷が所定値以上になると、ハンマ２１の係合突部２１ａがアンビル２３の突起２３ａを乗り越えて回転し、ハンマ２１が半回転してその係合突部２１ａがアンビル２３の突起２３ａに衝突することによって、アンビル２３に打撃衝撃が与えられる。図６は締め付け作業を行う際の電流信号Ｉ１および平均電流信号Ｉ２を示しており、ねじ立てを行っている期間（時刻ｔ０〜ｔ２）は電流信号Ｉ１が徐々に増加し、打撃状態（時刻ｔ２〜ｔ３）では電流信号Ｉ１が鋸歯状に変化し、その後締め付け作業を終了して軽負荷状態になると（時刻ｔ３〜）、電流信号Ｉ１は徐々に低下している。
【００３１】
ところで、上述の速度制御手段１４は、指令速度ＳＶと検出速度ＰＶとの偏差がゼロになるように、電動機１への指令電圧Ｖ１を演算するのであるが、速度制御手段１４による速度制御演算に、以下の式（１）、式（２）で示されるＰＩ制御を用いる場合、速度制御パラメータは比例項と積分時間とがある。
【００３２】
【数１】
【００３３】
但し、Ｋｐは比例項、Ｔは積分時間、ｍ（ｔ）は印加電圧の出力値、ＳＶ（ｔ）は指令速度、ＰＶ（ｔ）は検出速度であり、ｅ（ｔ）は速度偏差である。
【００３４】
上述の式（１）より比例項Ｋｐが大きいほど、比例動作が強く働くため、速度偏差に敏感に反応して、指令電圧Ｖ１の電圧値に反映される。また積分時間Ｔが小さいほど、積分動作が強く働くため、速度偏差に敏感に反応して、指令電圧Ｖ１の電圧値に反映される。
【００３５】
ここで、速度変動の殆ど無いファンなどが負荷である場合は速度制御の遅れが殆ど無いため、速度制御パラメータは固定で十分であるが、インパクト回転工具のように、電動機１から見た負荷（トルク）が周期的に変化し、且つ、周期毎に負荷の大きさが増加するような場合は、特に低速の打撃状態（つまり打撃の周期が長い状態）では速度変動が大きいため、その速度変動に追従可能な速度制御パラメータに変更する必要がある。
【００３６】
そこで、本実施形態では速度制御手段１４が、負荷検出手段１３から入力される平均電流信号Ｉ２をもとに負荷の大きさを判断し、負荷の大きさに応じて速度制御演算に用いる速度制御パラメータ（比例項Ｋｐおよび積分時間Ｔ）を変更するようにしている。すなわち速度制御手段１４は、平均電流信号Ｉ２が予め設定された閾値電流Ｉｔｈ１未満の場合は打撃状態ではないと判断して、所定の速度演算パラメータＰ１（Ｋｐ１，Ｔ１）を用いた速度制御演算を行う。一方、平均電流信号Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ１以上の場合、速度制御手段１４は打撃状態と判断して、比例動作および積分動作が強く働くように、比例項をＫｐ１からＫｐ２（＞Ｋｐ１）に増加させるとともに、積分時間をＴ１からＴ２（＜Ｔ１）に小さくし、これらのパラメータＰ２（Ｋｐ２，Ｔ２）を用いて速度演算制御を行うのである。図６に示す例では、ねじ立て状態中の時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間と、軽負荷時の時刻ｔ４以降の期間では平均電流値Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ１未満となるので、これらの期間では速度演算パラメータＰ１（Ｋｐ１，Ｔ１）を用いた速度演算制御を行い、ねじ立て状態中の時刻ｔ１から打撃状態を経て軽負荷状態となる時刻ｔ４までの期間は平均電流値Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ１以上となるので、この間は速度制御パラメータＰ２（Ｋｐ２，Ｔ２）を用いた速度演算制御を行うことになる。
【００３７】
このように、負荷電流が所定の閾値電流Ｉｔｈ１以上、つまり負荷が大きく打撃状態の場合は、速度制御演算に用いる速度制御パラメータ（比例項および積分時間）をそれぞれＫｐ１からＫｐ２、Ｔ１からＴ２に変更して、比例動作および積分動作の働きを強めているので、速度変動の大きな打撃状態においても、速度制御の追従性を向上させることで応答遅れの発生を防止することが可能になる。
【００３８】
図７（ａ）（ｂ）は打撃状態における検出速度ＰＶの検出結果を示しており、同図（ａ）は速度制御パラメータが固定の場合、同図（ｂ）は速度制御パラメータを負荷の大きさに応じて変更した場合の検出結果である。尚、各々のグラフにおいて横軸（時間軸）の下側に示したマーク「｜」は、位置検出回路５が磁極位置を検出して、位置検出信号を出力したタイミングを示している。ここで、速度制御演算に用いる速度制御パラメータが固定の場合は、図７（ａ）に示すようにハンマ２１の打撃によって電動機１の回転速度が低下した際に位置検出回路５により磁極位置を検出できない時間Ｗ１，Ｗ２がばらついて、速度制御の応答遅れが発生するために、打撃間隔Ｄ１、Ｄ２がばらつくという問題があった。それに対して本実施形態では速度制御手段１４が、ねじ立て状態や軽負荷状態で用いる速度制御パラメータに比べて、比例動作や積分動作の働きを強める速度制御パラメータを打撃状態で用いているので、打撃状態において速度制御の追従性が向上し、図７（ｂ）に示すように位置検出回路５により磁極位置を検出できない期間Ｗ３，Ｗ４が略同じ時間になるから、打撃間隔Ｄ３，Ｄ４のばらつきが小さくなり、速度制御の応答遅れをなくして、安定した打撃状態を実現することが可能になる。
【００３９】
なお上述の形態では、平均電流信号Ｉ２と閾値電流Ｉｔｈ１との大小（つまり負荷と閾値との大小）に応じて速度制御パラメータ（比例項および積分時間）を２通りに切り替えているが、表１に示すように指令速度ＳＶ（又は検出速度ＰＶ）の大きさと平均負荷電流Ｉ２（負荷情報）の大きさとに応じて速度制御パラメータを数段階に定義しても良い。
【００４０】
【表１】
【００４１】
上記の表１に示す例では、指令速度ＳＶが速度の閾値ＳＶ１以下の低速状態では（ＳＶ≦ＳＶ１）、平均電流値Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ１未満であれば、速度制御パラメータとしてＫｐ１、Ｔ１を用い、平均電流値Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ１以上であれば、速度制御パラメータとしてＫｐ２（＞Ｋｐ１）、Ｔ２（＜Ｔ１）を用いる。また指令速度ＳＶが閾値ＳＶ１より大きく且つ閾値ＳＶ２以下となる場合は（ＳＶ１＜ＳＶ≦ＳＶ２）、平均電流値Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ２未満であれば、速度制御パラメータとしてＫｐ３、Ｔ３を用い、平均電流値Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ２以上であれば、速度制御パラメータとしてＫｐ４（＞Ｋｐ３）、Ｔ４（＜Ｔ３）を用いる。さらに指令速度ＳＶが閾値ＳＶ２より大きい場合は（ＳＶ２＜ＳＶ）、平均電流値Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ３未満であれば、速度制御パラメータとしてＫｐ５、Ｔ５を用い、平均電流値Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ３以上であれば、速度制御パラメータとしてＫｐ６（＞Ｋｐ５）、Ｔ６（＜Ｔ５）を用いる。このように速度制御手段１４は、指令速度ＳＶ（又は検出速度ＰＶ）の大きさと平均負荷電流Ｉ２（負荷情報）の大きさとに応じて速度制御パラメータを数段階に定義しており、速度変動が大きい場合にも追従性の良い速度制御パラメータを用いることで、速度制御の追従性を改善することができる。
【００４２】
ところで、上述のように速度制御手段１４が速度制御パラメータを変更することによって追従性を改善した場合でも、異常な動作による応答遅れが発生して指令電圧Ｖ１をゼロにしてしまう可能性があり、この場合は検出速度ＰＶも低下してしまい、電動機１が殆ど停止した状態となってしまう。この時、位置検出回路５は磁極位置を検出できず、位置検出信号ＰＯＳが出力されないため、速度検出手段１２が演算する検出速度の更新が、ハンマ２１とアンビル２３との衝突状態の微妙な差によってばらつくため、速度制御の応答性がばらついて、安定した打撃状態を維持できなくなる可能性がある。
【００４３】
そこで本実施形態では、速度検出手段１２が位置検出信号ＰＯＳを検出していない状態（つまり位置検出回路５が磁極位置を検出していない状態）が、速度制御手段１４により演算された指令電圧Ｖ１に対応する所定の検出不可時間以上継続した場合は、指令速度設定手段１１により設定される指令速度ＳＶに対応した所定速度（この速度を最低検出速度と言う）に検出速度ＰＶを設定しており、この検出速度ＰＶと指令速度ＳＶとを用いて速度制御手段１４が指令電圧Ｖ１を演算しているので、速度制御の応答遅れを低減して、周期の安定した打撃を実現することができる。
【００４４】
なお速度制御手段１４では、指令速度ＳＶの大きさが大きいほど検出不可時間を短い時間に設定しており、例えば表２に示すように指令速度ＳＶが閾値ＳＶ１以下である低速状態では検出不可時間をＤＴ１に、指令速度ＳＶが閾値ＳＶ１より大きく且つ閾値ＳＶ２以下となる場合は検出不可時間をＤＴ２に、指令速度ＳＶが閾値ＳＶ２より大きい場合は検出不可時間をＤＴ３に設定することによって（ＤＴ１＞ＤＴ２＞ＤＴ３）、打撃の周期を指令速度に対応した周期に設定することもできる。
【００４５】
【表２】
【００４６】
（実施形態２）
本発明の実施形態２を図８に基づいて説明する。尚、インパクト回転工具の構成は実施形態１と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略し、以下では本実施形態の特徴部分のみを説明する。
【００４７】
本実施形態のインパクト回転工具では、電動機１から見たトルク（負荷）が周期的に変化し、且つ、その負荷が周期毎に増加した際に、特に低速状態では速度変動が大きいために、速度制御の応答遅れから指令電圧Ｖ１をゼロにしてしまう場合が考えられる。指令電圧Ｖ１がゼロになると、ハンマ２１に回転力が与えられず、回転方向においてハンマ２１がアンビル２３を保持できなくなるから、ハンマ２１の挙動が不安定になる可能性がある。
【００４８】
そこで、本実施形態では速度制御手段１４が、指令電圧Ｖ１の演算結果に下限値（最低印加電圧）を設けており、演算結果が最低印加電圧Ｖmin以下であれば、最低印加電圧Ｖminを指令電圧Ｖ１として出力することにより、締付作業中に電動機１への指令電圧Ｖ１がゼロになるのを防止している。なお図８は速度制御手段１４から出力される指令電圧Ｖ１を示し、図中の点線ｂは指令電圧Ｖ１の演算結果、実線ａは実際に出力される指令電圧Ｖ１である。而して速度制御手段１４から出力される指令電圧Ｖ１が最低印加電圧Ｖmin以上になるので、速度変動の非常に大きな低速での打撃状態において、ハンマ２１がアンビル２３と衝突した直後でもハンマ２１に回転力が加えられるから、回転方向においてハンマ２１にアンビル２３を保持させることができる。したがってハンマ２１の挙動を安定させることができ、締付作業の作業性が向上するという利点がある。
【００４９】
なお本実施形態では指令速度や平均電流値に関係なく最低印加電圧Ｖminを設定しているが、以下の表３に示すように指令速度や平均電流値の大きさに応じて最低印加電圧を複数段階に設定しても良い。
【００５０】
【表３】
【００５１】
上記の表３に示す例では、指令速度ＳＶが速度の閾値ＳＶ１以下の低速状態では（ＳＶ≦ＳＶ１）、平均電流値Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ１未満であれば、最低印加電圧をＶｍｉｎ１とし、平均電流値Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ１以上であれば、最低印加電圧をＶｍｉｎ２とする。また指令速度ＳＶが閾値ＳＶ１より大きく且つ閾値ＳＶ２以下となる場合は（ＳＶ１＜ＳＶ≦ＳＶ２）、平均電流値Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ２未満であれば、最低印加電圧をＶｍｉｎ３とし、平均電流値Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ２以上であれば、最低印加電圧をＶｍｉｎ４とする。さらに指令速度ＳＶが閾値ＳＶ２より大きい場合は（ＳＶ２＜ＳＶ）、平均電流値Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ３未満であれば、最低印加電圧をＶｍｉｎ５とし、平均電流値Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ３以上であれば、最低印加電圧をＶｍｉｎ６とする。
【００５２】
（実施形態３）
本発明の実施形態３を図８に基づいて説明する。尚、インパクト回転工具の構成は実施形態２と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略し、以下では本実施形態の特徴部分のみを説明する。
【００５３】
ところで、本実施形態のインパクト回転工具では、制御回路１０をマイクロコンピュータで構成しており、速度制御手段１４は、所定の演算周期が経過する毎に指令電圧Ｖ１を演算して、スイッチング制御手段１５に出力している。図９は指令電圧Ｖ１の演算結果の一例を示しており、演算周期ｄＴが経過する毎に速度制御手段１４が指令電圧Ｖ１を更新している。尚、図中の丸印は指令電圧Ｖ１の演算結果であり、実線が実際に出力される指令電圧Ｖ１を示している。
【００５４】
ここで、インパクト回転工具では、電動機１から見たトルク（負荷）が周期的に変化し、且つ、その負荷が増加した際に、特に低速では速度変動が大きいため、速度制御の応答遅れから指令電圧Ｖ１の変化分が非常に大きな値になる場合があり、その結果ハンマ２１による打撃力（締め付け力）のばらつきが大きくなる可能性がある。
【００５５】
そこで、本実施形態では速度制御手段１４が、所定の演算周期ｄＴが経過する毎に指令電圧Ｖ１を演算して、指令電圧Ｖ１を更新する際に、更新前の指令電圧Ｖ１からの変化量が所定の上限値以上であれば、変化量を上限値に制限している。すなわち速度制御手段１４では、指令電圧Ｖ１を演算して更新する際に、更新前の指令電圧Ｖ１からの増加分ｄＶ１が所定の閾値ΔＶ１以上であれば、増加分をΔＶ１に設定する（時刻ｔ１１，ｔ１２，ｔ１３，ｔ１４）。また速度制御手段１４は、更新前の指令電圧Ｖ１からの減少分ｄＶ２の絶対値が所定の閾値ΔＶ２以上であれば、減少分をΔＶ２に設定する（時刻ｔ１５）。また速度制御手段１４では、実施形態２で説明したように指令電圧Ｖ１が最低印加電圧Ｖminよりも小さければ、指令電圧Ｖ１を最低印加電圧Ｖ１に設定しているが、実施形態１と同様に指令電圧Ｖ１に下限値を設定しなくても良い。
【００５６】
このように速度制御手段１４が、所定の演算周期が経過する毎に指令電圧Ｖ１の演算を行って、出力値を更新する際に、更新前の指令電圧Ｖ１からの変化量が所定の上限値以上であれば、変化量を上限値に制限しているので、速度制御の応答遅れが発生した場合でも、ハンマ２１による打撃力のばらつきを小さくできる。なお速度制御手段１４では指令電圧Ｖ１の増加分および減少分にそれぞれ上限値を設けているが、増加分のみに上限値を設定しても良い。
【００５７】
ここで、図１０のフローチャートに基づいて以上の動作をまとめて説明する。使用者がトリガボリューム４を操作すると、その操作量ＳＴに応じて指令速度設定手段１１が指令速度ＳＶを設定する（ステップＳ１）。速度制御手段１４は、指令速度ＳＶと閾値ＳＶ１，ＳＶ２（ＳＶ１＜ＳＶ２）との大小を比較し（ステップＳ２）、指令速度ＳＶが閾値ＳＶ１以下であれば、負荷検出手段１３から入力された平均電流信号Ｉ２と閾値電流Ｉｔｈ１との大小を比較する（ステップＳ３）。速度制御手段１４は、平均電流信号Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ１未満であれば、速度制御パラメータをパラメータＰ１（比例項Ｋｐ１，積分時間Ｔ１）に、最低印加電圧をＶｍｉｎ１に設定し（ステップＳ４，Ｓ５）、平均電流信号Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ１以上であれば、速度制御パラメータをパラメータＰ２（比例項Ｋｐ２，積分時間Ｔ２）に、最低印加電圧をＶｍｉｎ２に設定する（ステップＳ６，Ｓ７）。その後、速度制御手段１４は、速度検出手段１２から検出速度ＰＶが入力されるまでの間に検出不可時間ＤＴ１が経過したか否かを判断し（ステップＳ８）、検出不可時間ＤＴ１が経過していれば、検出速度ＰＶを最低検出速度に設定して（ステップＳ９）、速度制御演算を実行する（ステップＳ１０）。
【００５８】
また、ステップＳ２において指令速度ＳＶが閾値ＳＶ１より大きく且つ閾値ＳＶ２以下であれば、速度制御手段１４は、負荷検出手段１３から入力された平均電流信号Ｉ２と閾値電流Ｉｔｈ２との大小を比較する（ステップＳ１１）。速度制御手段１４は、平均電流信号Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ２未満であれば、速度制御パラメータをパラメータＰ３（比例項Ｋｐ３，積分時間Ｔ３）に、最低印加電圧をＶｍｉｎ３に設定し（ステップＳ１２，Ｓ１３）、平均電流信号Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ２以上であれば、速度制御パラメータをパラメータＰ４（比例項Ｋｐ４，積分時間Ｔ４）に、最低印加電圧をＶｍｉｎ４に設定する（ステップＳ１４，Ｓ１５）。その後、速度制御手段１４は、速度検出手段１２から検出速度ＰＶが入力されるまでの間に検出不可時間ＤＴ２が経過したか否かを判断し（ステップＳ１６）、検出不可時間ＤＴ２が経過していれば、検出速度ＰＶを最低検出速度に設定して（ステップＳ１７）、速度制御演算を実行する（ステップＳ１０）。
【００５９】
さらに、ステップＳ２において指令速度ＳＶが閾値ＳＶ２より大きければ、速度制御手段１４は、負荷検出手段１３から入力された平均電流信号Ｉ２と閾値電流Ｉｔｈ３との大小を比較する（ステップＳ１８）。速度制御手段１４は、平均電流信号Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ３未満であれば、速度制御パラメータをパラメータＰ５（比例項Ｋｐ５，積分時間Ｔ５）に、最低印加電圧をＶｍｉｎ５に設定し（ステップＳ１９，Ｓ２０）、平均電流信号Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ３以上であれば、速度制御パラメータをパラメータＰ６（比例項Ｋｐ６，積分時間Ｔ６）に、最低印加電圧をＶｍｉｎ６に設定する（ステップＳ２１，Ｓ２２）。その後、速度制御手段１４は、速度検出手段１２から検出速度ＰＶが入力されるまでの間に検出不可時間ＤＴ３が経過したか否かを判断し（ステップＳ２３）、検出不可時間ＤＴ３が経過していれば、検出速度ＰＶを最低検出速度に設定して（ステップＳ２４）、速度制御演算を実行する（ステップＳ１０）。
【００６０】
次にステップＳ１０において、速度制御手段１４が、上記の処理で決定された速度制御パラメータを用いて速度制御演算を実行し、指令電圧Ｖ１の演算値を求めると、更新前の指令電圧Ｖ１からの変化量の絶対値が所定の上限値よりも大きいか否かを判断し、変化量の絶対値が上限値以上であれば変化量の絶対値を上限値に制限した後（ステップＳ２５）、指令電圧Ｖ１の演算結果と最低印加電圧との大小を判定し（ステップＳ２６）、指令電圧Ｖ１が最低印加電圧未満であれば、指令電圧Ｖ１を最低印加電圧に変更して（ステップＳ２７）、スイッチング制御手段２５に出力する（ステップＳ２８）。
【００６１】
（実施形態４）
本発明の実施形態４を図１１に基づいて説明する。図１１（ａ）（ｂ）はそれぞれ回転開始時におけるトリガボリューム４の操作量ＳＴと、指令速度設定手段１１から出力される指令電圧ＳＶとの関係を示しており、図中の丸印が操作量ＳＴ、実線が指令電圧ＳＶである。尚、インパクト回転工具の構成は実施形態３と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略し、以下では本実施形態の特徴部分のみを説明する。
【００６２】
本実施形態では速度制御手段１４が、電動機１を停止状態から回転させる際に、指令速度ＳＶの変化量、或いは、トリガボリューム４の引き込み速度（つまり操作信号ＳＴの変化速度）に応じて、回転開始時の指令速度ＳＶを変化させている。
【００６３】
指令速度設定手段１１は、トリガボリューム４の操作量ＳＴ（すなわち引き込み量に応じた電圧信号）を所定間隔（演算周期ｄＴ）が経過する毎に監視している。指令速度設定手段１１は、トリガボリューム４の引き込みに遊びを持たせるため、その操作量ＳＴに不感帯を設けてあり、所定の信号レベルＬＶ１を越える操作量ＳＴが入力された時に、指令速度ＳＶを発生するようになっている。そして、指令速度設定手段１１は、演算周期ｄＴが経過する毎にトリガボリューム４の操作量ＳＴを読み込んでおり、図１１（ａ）に示すように信号レベルＬＶ１を越える操作量ＳＴを初めて読み込んだ際に（時刻ｔ２１）、その時の操作量ＳＴが予め設定された閾値レベルＬＶ２以上であれば、トリガボリューム４の引き込み速度が速いと判断して、回転開始時における指令速度ＳＶの初期値を所定の開始指令ＳＶ０１に設定する。一方、図１１（ｂ）に示すように、指令速度設定手段１１が、信号レベルＬＶ１を越える操作量ＳＴを初めて読み込んだ際に（時刻ｔ２２）、その時の操作量ＳＴが予め設定された閾値レベルＬＶ２未満であれば、トリガボリューム４の引き込み速度が遅いと判断して、回転開始時における指令速度ＳＶの初期値を上記開始指令ＳＶ０１よりも小さい開始指令ＳＶ０２に設定する。
【００６４】
このように指令速度設定手段１１では、作業者が作業開始時にトリガボリューム４を引き込む時の引き込み速度に応じて回転開始時の指令速度ＳＶを変化させており、引き込み速度が速い場合は回転開始時における指令速度ＳＶの初期値を大きい値に設定し、引き込み速度が遅い場合は指令速度ＳＶの初期値を小さい値に設定しているので、作業者の意図に合わせて回転速度の立ち上がりを変化させることができ、作業者の意図に合わせたねじ締め作業が行えるから、作業性が向上するという利点がある。
【００６５】
なお本実施形態では指令速度設定手段１１が、トリガボリューム４の操作量ＳＴに基づいて回転開始時における指令速度ＳＶの初期値を決定しているが、指令速度設定手段１１からトリガボリューム４の操作量ＳＴに応じた指令速度ＳＶを出力させ、速度制御手段１４が、回転開始時において指令速度設定手段１１から入力される指令速度ＳＶに基づいて、トリガボリューム４の引き込み速度が速いか否かを判断して、回転開始時における指令速度ＳＶの初期値を変化させても良い。すなわち、速度制御手段１４では、所定の演算周期ｄＴが経過する毎に指令速度設定手段１１の出力を監視しており、指令速度設定手段１１から初めて入力された指令速度ＳＶの値が所定の閾値電圧以上であれば、トリガボリューム４の引き込み速度が速いと判断して、回転開始時における指令速度ＳＶの初期値を開始指令ＳＶ０１に設定する。また、指令速度設定手段１１から初めて入力された指令速度ＳＶの値が所定の閾値電圧未満であれば、速度制御手段１４は、トリガボリューム４の引き込み速度が遅いと判断して、回転開始時における指令速度ＳＶの初期値を開始指令ＳＶ０１よりも小さい開始指令ＳＶ０２に設定する。このように電動機１を停止状態から回転させる際に、速度制御手段１４が、指令速度ＳＶの変化量に応じて、回転開始時における指令速度ＳＶの初期値を変化させており、作業者の意図に合わせて回転速度の立ち上がりを変化させているので、作業者の意図に合わせたねじ締め作業が行え、作業性が向上するという利点がある。
【００６６】
なお、本発明の精神と範囲に反することなしに、広範に異なる実施形態を構成することができることは明白なので、この発明は、特定の実施形態に制約されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】実施形態１のインパクト回転工具の要部ブロック図である。
【図２】同上の全体回路構成図である。
【図３】同上のインパクト機構の概略図である。
【図４】同上のインパクト機構の動作を示し、（ａ）〜（ｃ）は動作の各段階を示した側面図、（ｄ）〜（ｆ）は動作の各段階を示した下面図である。
【図５】同上のトリガボリュームの操作量と指令速度との関係を示す説明図である。
【図６】同上を用いて締め付け作業を行う際の電流信号および平均電流信号を示す図である。
【図７】（ａ）（ｂ）は同上を用いて締め付け作業を行う際の検出速度を示す図である。
【図８】実施形態２のインパクト回転工具の動作を説明する説明図である。
【図９】実施形態３のインパクト回転工具の動作を説明する説明図である。
【図１０】同上の動作を示したフローチャートである。
【図１１】（ａ）（ｂ）は実施形態４のインパクト回転工具の動作を説明する説明図である。
【図１２】従来のインパクト回転工具を示し、（ａ）は概略構成図、（ｂ）は磁極センサの説明図である。
【図１３】同上の全体回路構成図である。
【図１４】同上の電動機の回転速度を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
４ トリガボリューム
５ 位置検出回路
６ 電流検出回路
８ 電流検出回路
１０ 制御回路
１１ 指令速度設定手段
１２ 速度検出手段
１３ 負荷検出手段
１４ 速度制御手段
１５ スイッチング制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所謂インパクトドライバやインパクトレンチのような打撃衝撃を与えてねじ類の締付作業を行うインパクト回転工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電動機によりハンマを回転させ、このハンマの打撃で出力軸に回転力を与えて、ボルトやナットなどのねじ類の締付作業を行うインパクト回転工具が提供されており、高速回転で高トルクという作業性の良さから、建築現場や組立工場などで幅広く使用されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
この種のインパクト回転工具としては、例えば図１２（ａ）および図１３に示すように、３相の電機子巻線を持つブラシレス電動機を用いたものが提供されている。この回転工具は、永久磁石を有した回転子１ａおよび３相の電機子巻線１ｂを巻装した固定子からなるブラシレス電動機（以下電動機という）１と、この電動機１の出力を、駆動軸に設けたハンマ（図示せず）と出力軸３に設けたアンビル（図示せず）との係合を衝撃的に繰り返し行うことによって回転力を発生する減速機２を介して、チャックを備えた出力軸３に伝達する動力伝達部と、電動機１の駆動のオン／オフ及びその操作量（引き込み量）によって回転速度（回転数）を設定するトリガボリューム４と、電動機１に対向配置されるセンサ基板５ｂに実装された３個の磁極センサ５ａを有し（図１２（ｂ）参照）、各磁極センサ５ａの検出出力をもとに可動子の永久磁石の磁極位置を検出する位置検出回路５と、トリガボリューム４によって設定された指令速度と位置検出回路５の検出出力から求めた回転速度とが一致するように、電動機１の電機子巻線１ｂへの印加電圧の調整と三相巻線への通電切替を行う駆動回路６と、駆動回路６に電力を供給する二次電池のような電池７とを備えている。
【０００４】
また駆動回路６は、図１３に示すようにトリガボリューム４の操作量で設定された回転数（回転速度）となるように、電動機１ヘの印加電圧の調整と３相の電機子巻線１ｂへの通電切換をインバータ回路８を通じて行うもので、位置検出回路５の検出出力から求めた回転速度が指令速度と一致するように指令電圧を演算し、インバータ回路８のドライブ回路９に出力する制御回路１０を備えている。また制御回路１０は、位置検出回路５の検出出力に基づいて、所定の電機子巻線１ｂに所定の電圧を印加するようにドライブ回路９に指令電圧を与える。
【０００５】
ここで、インバータ回路８は、６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をブリッジ結線して構成され、上記指令電圧に基づいてドライブ回路９でスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオン／オフ制御して転流することにより電動機１の電機子巻線１ｂに所定のタイミングで電流が流れて回転子１ａが回転するのである。さらにドライブ回路９ではスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をＰＷＭ制御して電機子巻線１ｂへの印加電圧を調整している。
【０００６】
位置検出回路５は、図１２（ｂ）に示すように電動機１の出力軸を中心とする円周上に配置された３個の磁極センサ５ａを備え、各磁極センサ５ａの検出出力から回転子の磁極位置を検出して位置検出信号を制御回路１０へ出力する。制御回路１０は、位置検出信号に基づいて所定の電機子巻線１ｂに所定の電圧を印加するようにドライブ回路９に指令電圧を与えており、ブラシレス運転時には、電圧が印加されていない端子電圧（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの何れか）と基準電圧との比較結果が変化したタイミングで回転子１ａの位置を検出し、所定位相遅延させて転流することで回転子１ａを回転させる機能と、回転子１ａの位置検出間隔から求めた実際の回転速度とトリガボリューム４の操作量で設定される指令速度が一致するように速度制御演算を行って印加電圧を求める機能とを備えている。
【特許文献１】特開２００３−２１１３７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した図１２（ａ）に示す回転工具のようにインパクト発生機能付き減速機２を用いている場合、電動機１から見た負荷（トルク）が周期的に変化し、且つ、その負荷（トルク）が周期毎に増加した時に速度制御の応答遅れから、特に低速状態では回転速度がゼロ、つまり一瞬停止してしまうため（図１４中の期間Ａ）、減速機２の打撃状態が安定せず、使い勝手が悪いという問題があった。
【０００８】
特に上記特許文献１に示される回転工具では、トリガボリュームの操作量に対応して、電動機駆動用の固定のパルス幅変調信号を出力する構成となっているため、電動機１から見たトルク（負荷）を、周期的に変化する負荷に追従するように制御することは不可能であり、特に低速側においては安定した打撃状態を実現することができなかった。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、低速から高速まで安定した打撃状態を実現することによって作業性を向上させたインパクト回転工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、永久磁石を有した回転子および電機子巻線を有した固定子からなる電動機と、操作量に応じて電動機の回転速度を設定するトリガボリュームと、トリガボリュームの操作量で定まる回転速度を指令速度に変換する指令速度設定手段と、回転子の磁極位置を検出する位置検出手段と、位置検出手段の検出出力から回転速度を検出する速度検出手段と、指令速度と速度検出手段の検出速度が一致するように指令電圧を演算する速度制御手段と、指令電圧に応じた駆動電圧を電動機に印加するインバータ回路と、電動機の回転に応じて回転するハンマと、ハンマと係合するアンビルを有しハンマがアンビルと衝突することによって発生する打撃で回転力が加えられる出力軸と、出力軸にかかる負荷の大きさを検出する負荷検出手段とを備え、速度制御手段は、負荷検出手段の検出した負荷の大きさが所定の閾値未満の場合と閾値以上の場合とで互いに異なる速度制御パラメータを用いて速度制御演算を行うとともに、位置検出手段が、速度制御手段により演算された指令電圧に対応する所定期間以上の間、回転子の磁極位置を検出しない場合は、指令速度設定手段により設定された指定速度に対応する所定速度に検出速度を設定し、当該検出速度と指令速度とを用いて速度制御手段が指令電圧を演算することを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、速度制御手段では、速度制御演算に用いる速度制御パラメータを、負荷検出手段の検出した負荷の大きさが閾値未満の場合と閾値以上の場合とで変更しているので、負荷の大きさが大きい打撃状態と負荷の大きさが小さい打撃状態とで同じ速度制御パラメータを用いる場合に比べて、負荷の大きさが大きく、且つ、速度変動の大きな打撃状態において、負荷の大きさに合わせた速度制御パラメータを用いることによって、速度制御の追従性を改善することができる。さらに、速度制御演算の応答遅れにより指令電圧をゼロにする場合が発生し、そのために電動機が殆ど停止した状態になった場合でも、位置検出手段が、速度制御手段により演算された指令電圧に対応する所定期間以上の間、回転子の磁極位置を検出できず、その結果検出速度にばらつきが発生する場合は、検出速度を指令速度に対応した所定速度に設定しているので、速度制御の応答遅れを防いで、周期の安定した打撃を実現することができる。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、速度制御手段は、指令電圧の演算結果が所定の最低印加電圧以下であれば、最低印加電圧を指令電圧として出力することを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、速度制御手段では、指令電圧の演算結果の最小値を最低印加電圧に制限しているので、例えばハンマがアンビルと衝突した直後に指令電圧が略ゼロになった場合でも、ハンマに回転力を与え、回転方向においてハンマによりアンビルを保持させることができ、その結果ハンマの挙動が安定するから、作業性が向上するという利点がある。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、速度制御手段は、所定の演算周期が経過する毎に指令電圧を更新しており、更新前の指令電圧からの変化量に上限値を設定したことを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、速度制御手段では、所定の演算周期で指令電圧を更新する際に更新前の指令電圧からの変化量を上限値以下に制限しているので、指令電圧の急激に変化に応じて打撃力にばらつきが生じるのを防止でき、且つ回転開始時に過大な指令電圧が与えられて、インバータ回路を構成するスイッチング素子に過電圧が印加されるのを防止できる。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかの発明において、速度制御手段は、電動機を停止状態から回転させる際に出力する指令電圧の初期値を複数用意し、複数の初期値から指令速度の変化速度に応じた初期値を選択して出力することを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、速度制御手段が、電動機を停止状態から回転させる際に出力する指令電圧の初期値として、指令速度の変化速度に応じた初期値を選択して出力しているので、作業者がトリガボリュームを操作した時の引き込み速度に応じて指令電圧の初期値を変更することで、作業者の意図に合わせて電動機の回転速度の立ち上がりを変化させることができ、作業者の意図にあった締め付け動作が行えるから、作業性が向上するという利点がある。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、速度制御手段では、速度制御演算に用いる速度制御パラメータを、負荷検出手段の検出した負荷の大きさが閾値未満の場合と閾値以上の場合とで変更しているので、負荷の大きさが大きい打撃状態と負荷の大きさが小さい打撃状態とで同じ速度制御パラメータを用いる場合に比べて、負荷の大きさが大きく、且つ、速度変動の大きな打撃状態において、負荷の大きさに合わせた速度制御パラメータを用いることによって、速度制御の追従性を改善できるという効果がある。さらに、速度制御演算の応答遅れにより指令電圧をゼロにする場合が発生し、そのために電動機が殆ど停止した状態になった場合でも、位置検出手段が、速度制御手段により演算された指令電圧に対応する所定期間以上の間、回転子の磁極位置を検出できず、その結果検出速度にばらつきが発生する場合は、検出速度を指令速度に対応した所定速度に設定しているので、速度制御の応答遅れを防いで、周期の安定した打撃を実現できるという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
（実施形態１）
本発明の実施形態１を図１〜図７に基づいて説明する。図３は本実施形態のインパクト回転工具が備えるインパクト機構の概略図であり、図１２（ａ）および図１３に示した従来例と同様に、永久磁石を有した回転子１ａおよび３相の電機子巻線１ｂを巻装した固定子からなるブラシレス電動機（以下、電動機と略す）１と、電動機１の出力を所定の減速比で減速してハンマ２１に伝える減速機２と、減速機２の駆動軸２０にカム機構（図示せず）を介して取り付けられるハンマ２１と、ハンマ２１を出力軸３側に付勢する付勢ばね２２と、出力軸３に設けられたアンビル２３とを備えている。
【００２１】
アンビル２３の周面には一対の突起２３ａ，２３ａが突設され、各々の突起２３ａ，２３ａがハンマ２１の先端面に設けた係合突部２１ａ，２１ａと回転方向において係合することによって、出力軸３に負荷がかかっていない状態では、ハンマ２１とアンビル２３とが一体に回転するようになっている。一方、出力軸３に所定値以上の負荷がかかった時には、図４（ｃ）（ｆ）に示すようにハンマ２１がばね２２の付勢力に抗して後退して、ハンマ２１がアンビル２３を乗り越える。ハンマ２１がアンビル２３を乗り越えると、ハンマ２１はばね２３の付勢力を受けて前進しながら回転して、ハンマ２１の係合突部２１ａがアンビル２３の突起２３ａに衝突する（図４（ａ）（ｄ）参照）。この時、アンビル２３に回転方向の打撃衝撃が与えられ、アンビル２３（出力軸３）が角度φだけ回転する（図４（ｂ）（ｅ）参照）。
【００２２】
また図２は本実施形態の全体回路構成図であり、この回転工具は、上述の電動機１と、電動機１の駆動のオン／オフおよび操作量に応じた回転速度（回転数）を設定するトリガボリューム４と、３個の磁極センサ５ａを備えて回転子１ａの永久磁石の磁極位置を検出して位置検出信号ＰＯＳを出力する位置検出回路５（位置検出手段）と、トリガボリューム４によって設定された指令速度と位置検出回路５の検出出力から求めた回転速度（検出速度）とが一致するように、電動機１の電機子巻線１ｂへの印加電圧の調整と三相巻線への通電切替を行う駆動回路６とを主要な構成として備えている。なお、図５はトリガボリューム４の操作量ＳＴと指令速度ＳＶとの関係を示し、操作量ＳＴには不感帯が設けられており、操作量ＳＴがＳＴ１からＳＴｍａｘまで変化すると、指令速度ＳＶがゼロからＳＶｍａｘまで変化するようになっている。
【００２３】
駆動回路６は、トリガボリューム４の操作量ＳＴで設定された回転数（回転速度）となるように、電動機１ヘの印加電圧の調整と３相の電機子巻線１ｂへの通電切換をインバータ回路８を通じて行うもので、位置検出回路５の検出出力から求めた回転速度が指令速度ＳＶと一致するように、インバータ回路８のドライブ回路９に指令電圧Ｖ２を出力する制御回路１０と、インバータ回路８の入力電流値を検出して電流信号Ｉ１を出力する電流検出回路１６とを備えている。
【００２４】
また制御回路１０は、図１に示すように指令速度設定手段１１と、速度検出手段１２と、負荷検出手段１３と、速度制御手段１４と、スイッチング制御手段１５とを主要な構成として備える。制御回路１０は例えばマイクロコンピュータからなり、指令速度設定手段１１、速度検出手段１２、負荷検出手段１３、速度制御手段１４、およびスイッチング制御手段１５はマイクロコンピュータの演算機能により実現される。
【００２５】
指令速度設定手段１１は、トリガボリューム４から入力される操作量ＳＴを指令速度ＳＶに変換して速度制御手段１４に出力する。
【００２６】
速度検出手段１２は、位置検出回路５から入力される回転子１ａの位置検出信号の入力間隔に基づいて回転子１ａの回転数を検出し、その回転数から求まる回転速度（検出速度ＰＶ）を速度制御手段１４に出力する。
【００２７】
負荷検出手段１３は、電流検出回路１６により検出されたインバータ回路８の入力電流をもとに電動機１の負荷電流（電機子電流）の大きさ、つまり負荷（トルク）の大きさを検出するものであり、電流検出回路１６から入力される電流信号Ｉ１で示される電機子電流を平均化処理して得た平均電流信号Ｉ２を指令速度設定手段１１および速度制御手段１４に出力する。
【００２８】
速度制御手段１４は、指令速度設定手段１１によって設定された指令速度ＳＶと、速度検出手段１２によって検出された検出速度ＰＶとの偏差がゼロになるように、電動機１へ出力する指令電圧Ｖ１を演算する。
【００２９】
スイッチング制御手段１５は、速度制御手段１４から入力された指令電圧Ｖ１をもとに指令電圧Ｖ２を生成してインバータ回路８（つまりドライブ回路９）に出力する。
【００３０】
この回転工具を用いてねじ等の締め付け作業を行う場合、出力軸３にかかる負荷が所定値未満の場合はハンマ２１とアンビル２３とが供回りの状態で、出力軸３のチャックに保持させた工具によりねじ立てが行われる。ねじが入り込むにしたがって、出力軸３にかかる負荷が大きくなり、負荷が所定値以上になると、ハンマ２１の係合突部２１ａがアンビル２３の突起２３ａを乗り越えて回転し、ハンマ２１が半回転してその係合突部２１ａがアンビル２３の突起２３ａに衝突することによって、アンビル２３に打撃衝撃が与えられる。図６は締め付け作業を行う際の電流信号Ｉ１および平均電流信号Ｉ２を示しており、ねじ立てを行っている期間（時刻ｔ０〜ｔ２）は電流信号Ｉ１が徐々に増加し、打撃状態（時刻ｔ２〜ｔ３）では電流信号Ｉ１が鋸歯状に変化し、その後締め付け作業を終了して軽負荷状態になると（時刻ｔ３〜）、電流信号Ｉ１は徐々に低下している。
【００３１】
ところで、上述の速度制御手段１４は、指令速度ＳＶと検出速度ＰＶとの偏差がゼロになるように、電動機１への指令電圧Ｖ１を演算するのであるが、速度制御手段１４による速度制御演算に、以下の式（１）、式（２）で示されるＰＩ制御を用いる場合、速度制御パラメータは比例項と積分時間とがある。
【００３２】
【数１】
【００３３】
但し、Ｋｐは比例項、Ｔは積分時間、ｍ（ｔ）は印加電圧の出力値、ＳＶ（ｔ）は指令速度、ＰＶ（ｔ）は検出速度であり、ｅ（ｔ）は速度偏差である。
【００３４】
上述の式（１）より比例項Ｋｐが大きいほど、比例動作が強く働くため、速度偏差に敏感に反応して、指令電圧Ｖ１の電圧値に反映される。また積分時間Ｔが小さいほど、積分動作が強く働くため、速度偏差に敏感に反応して、指令電圧Ｖ１の電圧値に反映される。
【００３５】
ここで、速度変動の殆ど無いファンなどが負荷である場合は速度制御の遅れが殆ど無いため、速度制御パラメータは固定で十分であるが、インパクト回転工具のように、電動機１から見た負荷（トルク）が周期的に変化し、且つ、周期毎に負荷の大きさが増加するような場合は、特に低速の打撃状態（つまり打撃の周期が長い状態）では速度変動が大きいため、その速度変動に追従可能な速度制御パラメータに変更する必要がある。
【００３６】
そこで、本実施形態では速度制御手段１４が、負荷検出手段１３から入力される平均電流信号Ｉ２をもとに負荷の大きさを判断し、負荷の大きさに応じて速度制御演算に用いる速度制御パラメータ（比例項Ｋｐおよび積分時間Ｔ）を変更するようにしている。すなわち速度制御手段１４は、平均電流信号Ｉ２が予め設定された閾値電流Ｉｔｈ１未満の場合は打撃状態ではないと判断して、所定の速度演算パラメータＰ１（Ｋｐ１，Ｔ１）を用いた速度制御演算を行う。一方、平均電流信号Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ１以上の場合、速度制御手段１４は打撃状態と判断して、比例動作および積分動作が強く働くように、比例項をＫｐ１からＫｐ２（＞Ｋｐ１）に増加させるとともに、積分時間をＴ１からＴ２（＜Ｔ１）に小さくし、これらのパラメータＰ２（Ｋｐ２，Ｔ２）を用いて速度演算制御を行うのである。図６に示す例では、ねじ立て状態中の時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間と、軽負荷時の時刻ｔ４以降の期間では平均電流値Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ１未満となるので、これらの期間では速度演算パラメータＰ１（Ｋｐ１，Ｔ１）を用いた速度演算制御を行い、ねじ立て状態中の時刻ｔ１から打撃状態を経て軽負荷状態となる時刻ｔ４までの期間は平均電流値Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ１以上となるので、この間は速度制御パラメータＰ２（Ｋｐ２，Ｔ２）を用いた速度演算制御を行うことになる。
【００３７】
このように、負荷電流が所定の閾値電流Ｉｔｈ１以上、つまり負荷が大きく打撃状態の場合は、速度制御演算に用いる速度制御パラメータ（比例項および積分時間）をそれぞれＫｐ１からＫｐ２、Ｔ１からＴ２に変更して、比例動作および積分動作の働きを強めているので、速度変動の大きな打撃状態においても、速度制御の追従性を向上させることで応答遅れの発生を防止することが可能になる。
【００３８】
図７（ａ）（ｂ）は打撃状態における検出速度ＰＶの検出結果を示しており、同図（ａ）は速度制御パラメータが固定の場合、同図（ｂ）は速度制御パラメータを負荷の大きさに応じて変更した場合の検出結果である。尚、各々のグラフにおいて横軸（時間軸）の下側に示したマーク「｜」は、位置検出回路５が磁極位置を検出して、位置検出信号を出力したタイミングを示している。ここで、速度制御演算に用いる速度制御パラメータが固定の場合は、図７（ａ）に示すようにハンマ２１の打撃によって電動機１の回転速度が低下した際に位置検出回路５により磁極位置を検出できない時間Ｗ１，Ｗ２がばらついて、速度制御の応答遅れが発生するために、打撃間隔Ｄ１、Ｄ２がばらつくという問題があった。それに対して本実施形態では速度制御手段１４が、ねじ立て状態や軽負荷状態で用いる速度制御パラメータに比べて、比例動作や積分動作の働きを強める速度制御パラメータを打撃状態で用いているので、打撃状態において速度制御の追従性が向上し、図７（ｂ）に示すように位置検出回路５により磁極位置を検出できない期間Ｗ３，Ｗ４が略同じ時間になるから、打撃間隔Ｄ３，Ｄ４のばらつきが小さくなり、速度制御の応答遅れをなくして、安定した打撃状態を実現することが可能になる。
【００３９】
なお上述の形態では、平均電流信号Ｉ２と閾値電流Ｉｔｈ１との大小（つまり負荷と閾値との大小）に応じて速度制御パラメータ（比例項および積分時間）を２通りに切り替えているが、表１に示すように指令速度ＳＶ（又は検出速度ＰＶ）の大きさと平均負荷電流Ｉ２（負荷情報）の大きさとに応じて速度制御パラメータを数段階に定義しても良い。
【００４０】
【表１】
【００４１】
上記の表１に示す例では、指令速度ＳＶが速度の閾値ＳＶ１以下の低速状態では（ＳＶ≦ＳＶ１）、平均電流値Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ１未満であれば、速度制御パラメータとしてＫｐ１、Ｔ１を用い、平均電流値Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ１以上であれば、速度制御パラメータとしてＫｐ２（＞Ｋｐ１）、Ｔ２（＜Ｔ１）を用いる。また指令速度ＳＶが閾値ＳＶ１より大きく且つ閾値ＳＶ２以下となる場合は（ＳＶ１＜ＳＶ≦ＳＶ２）、平均電流値Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ２未満であれば、速度制御パラメータとしてＫｐ３、Ｔ３を用い、平均電流値Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ２以上であれば、速度制御パラメータとしてＫｐ４（＞Ｋｐ３）、Ｔ４（＜Ｔ３）を用いる。さらに指令速度ＳＶが閾値ＳＶ２より大きい場合は（ＳＶ２＜ＳＶ）、平均電流値Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ３未満であれば、速度制御パラメータとしてＫｐ５、Ｔ５を用い、平均電流値Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ３以上であれば、速度制御パラメータとしてＫｐ６（＞Ｋｐ５）、Ｔ６（＜Ｔ５）を用いる。このように速度制御手段１４は、指令速度ＳＶ（又は検出速度ＰＶ）の大きさと平均負荷電流Ｉ２（負荷情報）の大きさとに応じて速度制御パラメータを数段階に定義しており、速度変動が大きい場合にも追従性の良い速度制御パラメータを用いることで、速度制御の追従性を改善することができる。
【００４２】
ところで、上述のように速度制御手段１４が速度制御パラメータを変更することによって追従性を改善した場合でも、異常な動作による応答遅れが発生して指令電圧Ｖ１をゼロにしてしまう可能性があり、この場合は検出速度ＰＶも低下してしまい、電動機１が殆ど停止した状態となってしまう。この時、位置検出回路５は磁極位置を検出できず、位置検出信号ＰＯＳが出力されないため、速度検出手段１２が演算する検出速度の更新が、ハンマ２１とアンビル２３との衝突状態の微妙な差によってばらつくため、速度制御の応答性がばらついて、安定した打撃状態を維持できなくなる可能性がある。
【００４３】
そこで本実施形態では、速度検出手段１２が位置検出信号ＰＯＳを検出していない状態（つまり位置検出回路５が磁極位置を検出していない状態）が、速度制御手段１４により演算された指令電圧Ｖ１に対応する所定の検出不可時間以上継続した場合は、指令速度設定手段１１により設定される指令速度ＳＶに対応した所定速度（この速度を最低検出速度と言う）に検出速度ＰＶを設定しており、この検出速度ＰＶと指令速度ＳＶとを用いて速度制御手段１４が指令電圧Ｖ１を演算しているので、速度制御の応答遅れを低減して、周期の安定した打撃を実現することができる。
【００４４】
なお速度制御手段１４では、指令速度ＳＶの大きさが大きいほど検出不可時間を短い時間に設定しており、例えば表２に示すように指令速度ＳＶが閾値ＳＶ１以下である低速状態では検出不可時間をＤＴ１に、指令速度ＳＶが閾値ＳＶ１より大きく且つ閾値ＳＶ２以下となる場合は検出不可時間をＤＴ２に、指令速度ＳＶが閾値ＳＶ２より大きい場合は検出不可時間をＤＴ３に設定することによって（ＤＴ１＞ＤＴ２＞ＤＴ３）、打撃の周期を指令速度に対応した周期に設定することもできる。
【００４５】
【表２】
【００４６】
（実施形態２）
本発明の実施形態２を図８に基づいて説明する。尚、インパクト回転工具の構成は実施形態１と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略し、以下では本実施形態の特徴部分のみを説明する。
【００４７】
本実施形態のインパクト回転工具では、電動機１から見たトルク（負荷）が周期的に変化し、且つ、その負荷が周期毎に増加した際に、特に低速状態では速度変動が大きいために、速度制御の応答遅れから指令電圧Ｖ１をゼロにしてしまう場合が考えられる。指令電圧Ｖ１がゼロになると、ハンマ２１に回転力が与えられず、回転方向においてハンマ２１がアンビル２３を保持できなくなるから、ハンマ２１の挙動が不安定になる可能性がある。
【００４８】
そこで、本実施形態では速度制御手段１４が、指令電圧Ｖ１の演算結果に下限値（最低印加電圧）を設けており、演算結果が最低印加電圧Ｖmin以下であれば、最低印加電圧Ｖminを指令電圧Ｖ１として出力することにより、締付作業中に電動機１への指令電圧Ｖ１がゼロになるのを防止している。なお図８は速度制御手段１４から出力される指令電圧Ｖ１を示し、図中の点線ｂは指令電圧Ｖ１の演算結果、実線ａは実際に出力される指令電圧Ｖ１である。而して速度制御手段１４から出力される指令電圧Ｖ１が最低印加電圧Ｖmin以上になるので、速度変動の非常に大きな低速での打撃状態において、ハンマ２１がアンビル２３と衝突した直後でもハンマ２１に回転力が加えられるから、回転方向においてハンマ２１にアンビル２３を保持させることができる。したがってハンマ２１の挙動を安定させることができ、締付作業の作業性が向上するという利点がある。
【００４９】
なお本実施形態では指令速度や平均電流値に関係なく最低印加電圧Ｖminを設定しているが、以下の表３に示すように指令速度や平均電流値の大きさに応じて最低印加電圧を複数段階に設定しても良い。
【００５０】
【表３】
【００５１】
上記の表３に示す例では、指令速度ＳＶが速度の閾値ＳＶ１以下の低速状態では（ＳＶ≦ＳＶ１）、平均電流値Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ１未満であれば、最低印加電圧をＶｍｉｎ１とし、平均電流値Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ１以上であれば、最低印加電圧をＶｍｉｎ２とする。また指令速度ＳＶが閾値ＳＶ１より大きく且つ閾値ＳＶ２以下となる場合は（ＳＶ１＜ＳＶ≦ＳＶ２）、平均電流値Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ２未満であれば、最低印加電圧をＶｍｉｎ３とし、平均電流値Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ２以上であれば、最低印加電圧をＶｍｉｎ４とする。さらに指令速度ＳＶが閾値ＳＶ２より大きい場合は（ＳＶ２＜ＳＶ）、平均電流値Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ３未満であれば、最低印加電圧をＶｍｉｎ５とし、平均電流値Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ３以上であれば、最低印加電圧をＶｍｉｎ６とする。
【００５２】
（実施形態３）
本発明の実施形態３を図８に基づいて説明する。尚、インパクト回転工具の構成は実施形態２と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略し、以下では本実施形態の特徴部分のみを説明する。
【００５３】
ところで、本実施形態のインパクト回転工具では、制御回路１０をマイクロコンピュータで構成しており、速度制御手段１４は、所定の演算周期が経過する毎に指令電圧Ｖ１を演算して、スイッチング制御手段１５に出力している。図９は指令電圧Ｖ１の演算結果の一例を示しており、演算周期ｄＴが経過する毎に速度制御手段１４が指令電圧Ｖ１を更新している。尚、図中の丸印は指令電圧Ｖ１の演算結果であり、実線が実際に出力される指令電圧Ｖ１を示している。
【００５４】
ここで、インパクト回転工具では、電動機１から見たトルク（負荷）が周期的に変化し、且つ、その負荷が増加した際に、特に低速では速度変動が大きいため、速度制御の応答遅れから指令電圧Ｖ１の変化分が非常に大きな値になる場合があり、その結果ハンマ２１による打撃力（締め付け力）のばらつきが大きくなる可能性がある。
【００５５】
そこで、本実施形態では速度制御手段１４が、所定の演算周期ｄＴが経過する毎に指令電圧Ｖ１を演算して、指令電圧Ｖ１を更新する際に、更新前の指令電圧Ｖ１からの変化量が所定の上限値以上であれば、変化量を上限値に制限している。すなわち速度制御手段１４では、指令電圧Ｖ１を演算して更新する際に、更新前の指令電圧Ｖ１からの増加分ｄＶ１が所定の閾値ΔＶ１以上であれば、増加分をΔＶ１に設定する（時刻ｔ１１，ｔ１２，ｔ１３，ｔ１４）。また速度制御手段１４は、更新前の指令電圧Ｖ１からの減少分ｄＶ２の絶対値が所定の閾値ΔＶ２以上であれば、減少分をΔＶ２に設定する（時刻ｔ１５）。また速度制御手段１４では、実施形態２で説明したように指令電圧Ｖ１が最低印加電圧Ｖminよりも小さければ、指令電圧Ｖ１を最低印加電圧Ｖ１に設定しているが、実施形態１と同様に指令電圧Ｖ１に下限値を設定しなくても良い。
【００５６】
このように速度制御手段１４が、所定の演算周期が経過する毎に指令電圧Ｖ１の演算を行って、出力値を更新する際に、更新前の指令電圧Ｖ１からの変化量が所定の上限値以上であれば、変化量を上限値に制限しているので、速度制御の応答遅れが発生した場合でも、ハンマ２１による打撃力のばらつきを小さくできる。なお速度制御手段１４では指令電圧Ｖ１の増加分および減少分にそれぞれ上限値を設けているが、増加分のみに上限値を設定しても良い。
【００５７】
ここで、図１０のフローチャートに基づいて以上の動作をまとめて説明する。使用者がトリガボリューム４を操作すると、その操作量ＳＴに応じて指令速度設定手段１１が指令速度ＳＶを設定する（ステップＳ１）。速度制御手段１４は、指令速度ＳＶと閾値ＳＶ１，ＳＶ２（ＳＶ１＜ＳＶ２）との大小を比較し（ステップＳ２）、指令速度ＳＶが閾値ＳＶ１以下であれば、負荷検出手段１３から入力された平均電流信号Ｉ２と閾値電流Ｉｔｈ１との大小を比較する（ステップＳ３）。速度制御手段１４は、平均電流信号Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ１未満であれば、速度制御パラメータをパラメータＰ１（比例項Ｋｐ１，積分時間Ｔ１）に、最低印加電圧をＶｍｉｎ１に設定し（ステップＳ４，Ｓ５）、平均電流信号Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ１以上であれば、速度制御パラメータをパラメータＰ２（比例項Ｋｐ２，積分時間Ｔ２）に、最低印加電圧をＶｍｉｎ２に設定する（ステップＳ６，Ｓ７）。その後、速度制御手段１４は、速度検出手段１２から検出速度ＰＶが入力されるまでの間に検出不可時間ＤＴ１が経過したか否かを判断し（ステップＳ８）、検出不可時間ＤＴ１が経過していれば、検出速度ＰＶを最低検出速度に設定して（ステップＳ９）、速度制御演算を実行する（ステップＳ１０）。
【００５８】
また、ステップＳ２において指令速度ＳＶが閾値ＳＶ１より大きく且つ閾値ＳＶ２以下であれば、速度制御手段１４は、負荷検出手段１３から入力された平均電流信号Ｉ２と閾値電流Ｉｔｈ２との大小を比較する（ステップＳ１１）。速度制御手段１４は、平均電流信号Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ２未満であれば、速度制御パラメータをパラメータＰ３（比例項Ｋｐ３，積分時間Ｔ３）に、最低印加電圧をＶｍｉｎ３に設定し（ステップＳ１２，Ｓ１３）、平均電流信号Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ２以上であれば、速度制御パラメータをパラメータＰ４（比例項Ｋｐ４，積分時間Ｔ４）に、最低印加電圧をＶｍｉｎ４に設定する（ステップＳ１４，Ｓ１５）。その後、速度制御手段１４は、速度検出手段１２から検出速度ＰＶが入力されるまでの間に検出不可時間ＤＴ２が経過したか否かを判断し（ステップＳ１６）、検出不可時間ＤＴ２が経過していれば、検出速度ＰＶを最低検出速度に設定して（ステップＳ１７）、速度制御演算を実行する（ステップＳ１０）。
【００５９】
さらに、ステップＳ２において指令速度ＳＶが閾値ＳＶ２より大きければ、速度制御手段１４は、負荷検出手段１３から入力された平均電流信号Ｉ２と閾値電流Ｉｔｈ３との大小を比較する（ステップＳ１８）。速度制御手段１４は、平均電流信号Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ３未満であれば、速度制御パラメータをパラメータＰ５（比例項Ｋｐ５，積分時間Ｔ５）に、最低印加電圧をＶｍｉｎ５に設定し（ステップＳ１９，Ｓ２０）、平均電流信号Ｉ２が閾値電流Ｉｔｈ３以上であれば、速度制御パラメータをパラメータＰ６（比例項Ｋｐ６，積分時間Ｔ６）に、最低印加電圧をＶｍｉｎ６に設定する（ステップＳ２１，Ｓ２２）。その後、速度制御手段１４は、速度検出手段１２から検出速度ＰＶが入力されるまでの間に検出不可時間ＤＴ３が経過したか否かを判断し（ステップＳ２３）、検出不可時間ＤＴ３が経過していれば、検出速度ＰＶを最低検出速度に設定して（ステップＳ２４）、速度制御演算を実行する（ステップＳ１０）。
【００６０】
次にステップＳ１０において、速度制御手段１４が、上記の処理で決定された速度制御パラメータを用いて速度制御演算を実行し、指令電圧Ｖ１の演算値を求めると、更新前の指令電圧Ｖ１からの変化量の絶対値が所定の上限値よりも大きいか否かを判断し、変化量の絶対値が上限値以上であれば変化量の絶対値を上限値に制限した後（ステップＳ２５）、指令電圧Ｖ１の演算結果と最低印加電圧との大小を判定し（ステップＳ２６）、指令電圧Ｖ１が最低印加電圧未満であれば、指令電圧Ｖ１を最低印加電圧に変更して（ステップＳ２７）、スイッチング制御手段２５に出力する（ステップＳ２８）。
【００６１】
（実施形態４）
本発明の実施形態４を図１１に基づいて説明する。図１１（ａ）（ｂ）はそれぞれ回転開始時におけるトリガボリューム４の操作量ＳＴと、指令速度設定手段１１から出力される指令電圧ＳＶとの関係を示しており、図中の丸印が操作量ＳＴ、実線が指令電圧ＳＶである。尚、インパクト回転工具の構成は実施形態３と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略し、以下では本実施形態の特徴部分のみを説明する。
【００６２】
本実施形態では速度制御手段１４が、電動機１を停止状態から回転させる際に、指令速度ＳＶの変化量、或いは、トリガボリューム４の引き込み速度（つまり操作信号ＳＴの変化速度）に応じて、回転開始時の指令速度ＳＶを変化させている。
【００６３】
指令速度設定手段１１は、トリガボリューム４の操作量ＳＴ（すなわち引き込み量に応じた電圧信号）を所定間隔（演算周期ｄＴ）が経過する毎に監視している。指令速度設定手段１１は、トリガボリューム４の引き込みに遊びを持たせるため、その操作量ＳＴに不感帯を設けてあり、所定の信号レベルＬＶ１を越える操作量ＳＴが入力された時に、指令速度ＳＶを発生するようになっている。そして、指令速度設定手段１１は、演算周期ｄＴが経過する毎にトリガボリューム４の操作量ＳＴを読み込んでおり、図１１（ａ）に示すように信号レベルＬＶ１を越える操作量ＳＴを初めて読み込んだ際に（時刻ｔ２１）、その時の操作量ＳＴが予め設定された閾値レベルＬＶ２以上であれば、トリガボリューム４の引き込み速度が速いと判断して、回転開始時における指令速度ＳＶの初期値を所定の開始指令ＳＶ０１に設定する。一方、図１１（ｂ）に示すように、指令速度設定手段１１が、信号レベルＬＶ１を越える操作量ＳＴを初めて読み込んだ際に（時刻ｔ２２）、その時の操作量ＳＴが予め設定された閾値レベルＬＶ２未満であれば、トリガボリューム４の引き込み速度が遅いと判断して、回転開始時における指令速度ＳＶの初期値を上記開始指令ＳＶ０１よりも小さい開始指令ＳＶ０２に設定する。
【００６４】
このように指令速度設定手段１１では、作業者が作業開始時にトリガボリューム４を引き込む時の引き込み速度に応じて回転開始時の指令速度ＳＶを変化させており、引き込み速度が速い場合は回転開始時における指令速度ＳＶの初期値を大きい値に設定し、引き込み速度が遅い場合は指令速度ＳＶの初期値を小さい値に設定しているので、作業者の意図に合わせて回転速度の立ち上がりを変化させることができ、作業者の意図に合わせたねじ締め作業が行えるから、作業性が向上するという利点がある。
【００６５】
なお本実施形態では指令速度設定手段１１が、トリガボリューム４の操作量ＳＴに基づいて回転開始時における指令速度ＳＶの初期値を決定しているが、指令速度設定手段１１からトリガボリューム４の操作量ＳＴに応じた指令速度ＳＶを出力させ、速度制御手段１４が、回転開始時において指令速度設定手段１１から入力される指令速度ＳＶに基づいて、トリガボリューム４の引き込み速度が速いか否かを判断して、回転開始時における指令速度ＳＶの初期値を変化させても良い。すなわち、速度制御手段１４では、所定の演算周期ｄＴが経過する毎に指令速度設定手段１１の出力を監視しており、指令速度設定手段１１から初めて入力された指令速度ＳＶの値が所定の閾値電圧以上であれば、トリガボリューム４の引き込み速度が速いと判断して、回転開始時における指令速度ＳＶの初期値を開始指令ＳＶ０１に設定する。また、指令速度設定手段１１から初めて入力された指令速度ＳＶの値が所定の閾値電圧未満であれば、速度制御手段１４は、トリガボリューム４の引き込み速度が遅いと判断して、回転開始時における指令速度ＳＶの初期値を開始指令ＳＶ０１よりも小さい開始指令ＳＶ０２に設定する。このように電動機１を停止状態から回転させる際に、速度制御手段１４が、指令速度ＳＶの変化量に応じて、回転開始時における指令速度ＳＶの初期値を変化させており、作業者の意図に合わせて回転速度の立ち上がりを変化させているので、作業者の意図に合わせたねじ締め作業が行え、作業性が向上するという利点がある。
【００６６】
なお、本発明の精神と範囲に反することなしに、広範に異なる実施形態を構成することができることは明白なので、この発明は、特定の実施形態に制約されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】実施形態１のインパクト回転工具の要部ブロック図である。
【図２】同上の全体回路構成図である。
【図３】同上のインパクト機構の概略図である。
【図４】同上のインパクト機構の動作を示し、（ａ）〜（ｃ）は動作の各段階を示した側面図、（ｄ）〜（ｆ）は動作の各段階を示した下面図である。
【図５】同上のトリガボリュームの操作量と指令速度との関係を示す説明図である。
【図６】同上を用いて締め付け作業を行う際の電流信号および平均電流信号を示す図である。
【図７】（ａ）（ｂ）は同上を用いて締め付け作業を行う際の検出速度を示す図である。
【図８】実施形態２のインパクト回転工具の動作を説明する説明図である。
【図９】実施形態３のインパクト回転工具の動作を説明する説明図である。
【図１０】同上の動作を示したフローチャートである。
【図１１】（ａ）（ｂ）は実施形態４のインパクト回転工具の動作を説明する説明図である。
【図１２】従来のインパクト回転工具を示し、（ａ）は概略構成図、（ｂ）は磁極センサの説明図である。
【図１３】同上の全体回路構成図である。
【図１４】同上の電動機の回転速度を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
４ トリガボリューム
５ 位置検出回路
６ 電流検出回路
８ 電流検出回路
１０ 制御回路
１１ 指令速度設定手段
１２ 速度検出手段
１３ 負荷検出手段
１４ 速度制御手段
１５ スイッチング制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を有した回転子および電機子巻線を有した固定子からなる電動機と、操作量に応じて前記電動機の回転速度を設定するトリガボリュームと、前記トリガボリュームの操作量で定まる回転速度を指令速度に変換する指令速度設定手段と、前記回転子の磁極位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段の検出出力から回転速度を検出する速度検出手段と、前記指令速度と前記速度検出手段の検出速度が一致するように指令電圧を演算する速度制御手段と、前記指令電圧に応じた駆動電圧を前記電動機に印加するインバータ回路と、前記電動機の回転に応じて回転するハンマと、ハンマと係合するアンビルを有しハンマがアンビルと衝突することによって発生する打撃で回転力が加えられる出力軸と、前記出力軸にかかる負荷の大きさを検出する負荷検出手段とを備え、前記速度制御手段は、前記負荷検出手段の検出した負荷の大きさが所定の閾値未満の場合と前記閾値以上の場合とで互いに異なる速度制御パラメータを用いて速度制御演算を行うとともに、前記位置検出手段が、前記速度制御手段により演算された指令電圧に対応する所定期間以上の間、前記回転子の磁極位置を検出しない場合は、前記指令速度設定手段により設定された指定速度に対応する所定速度に検出速度を設定し、当該検出速度と前記指令速度とを用いて前記速度制御手段が指令電圧を演算することを特徴とするインパクト回転工具。
【請求項２】
前記速度制御手段は、指令電圧の演算結果が所定の最低印加電圧以下であれば、最低印加電圧を指令電圧として出力することを特徴とする請求項１記載のインパクト回転工具。
【請求項３】
前記速度制御手段は、所定の演算周期が経過する毎に指令電圧を更新しており、更新前の指令電圧からの変化量に上限値を設定したことを特徴とする請求項１又は２記載のインパクト回転工具。
【請求項４】
前記速度制御手段は、前記電動機を停止状態から回転させる際に出力する指令電圧の初期値を複数用意し、複数の初期値から前記指令速度の変化速度に応じた初期値を選択して出力することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のインパクト回転工具。
【請求項１】
永久磁石を有した回転子および電機子巻線を有した固定子からなる電動機と、操作量に応じて前記電動機の回転速度を設定するトリガボリュームと、前記トリガボリュームの操作量で定まる回転速度を指令速度に変換する指令速度設定手段と、前記回転子の磁極位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段の検出出力から回転速度を検出する速度検出手段と、前記指令速度と前記速度検出手段の検出速度が一致するように指令電圧を演算する速度制御手段と、前記指令電圧に応じた駆動電圧を前記電動機に印加するインバータ回路と、前記電動機の回転に応じて回転するハンマと、ハンマと係合するアンビルを有しハンマがアンビルと衝突することによって発生する打撃で回転力が加えられる出力軸と、前記出力軸にかかる負荷の大きさを検出する負荷検出手段とを備え、前記速度制御手段は、前記負荷検出手段の検出した負荷の大きさが所定の閾値未満の場合と前記閾値以上の場合とで互いに異なる速度制御パラメータを用いて速度制御演算を行うとともに、前記位置検出手段が、前記速度制御手段により演算された指令電圧に対応する所定期間以上の間、前記回転子の磁極位置を検出しない場合は、前記指令速度設定手段により設定された指定速度に対応する所定速度に検出速度を設定し、当該検出速度と前記指令速度とを用いて前記速度制御手段が指令電圧を演算することを特徴とするインパクト回転工具。
【請求項２】
前記速度制御手段は、指令電圧の演算結果が所定の最低印加電圧以下であれば、最低印加電圧を指令電圧として出力することを特徴とする請求項１記載のインパクト回転工具。
【請求項３】
前記速度制御手段は、所定の演算周期が経過する毎に指令電圧を更新しており、更新前の指令電圧からの変化量に上限値を設定したことを特徴とする請求項１又は２記載のインパクト回転工具。
【請求項４】
前記速度制御手段は、前記電動機を停止状態から回転させる際に出力する指令電圧の初期値を複数用意し、複数の初期値から前記指令速度の変化速度に応じた初期値を選択して出力することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のインパクト回転工具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−７７８４（Ｐ２００７−７７８４Ａ）
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１９２６４９（Ｐ２００５−１９２６４９）
【出願日】平成１７年６月３０日（２００５．６．３０）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月３０日（２００５．６．３０）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]