インパクト工具
【課題】より広範囲で先端工具の回転数制御を行えるインパクト工具の提供。
【解決手段】モータで回転駆動されるハンマ５と、ハンマ５により回転打撃されると共に先端工具に打撃力を伝達するアンビル６と、モータとハンマ６との間に介在し、それぞれ第一、第二リングギヤ４１Ａ、４２Ａを有し、モータの回転力をハンマ５に伝達する第一、第二遊星歯車機構４１、４２と、モータとハンマ５とアンビル６と第一、第二リングギヤ４１Ａ、４２Ａとを保持するハウジング２と、を備え、第二リングギヤ４２は、ハウジング２に係合して保持される保持位置とハウジング２に非係合でハウジング２に対して回転可能な非保持位置との間で移動可能に構成されているインパクト工具を提供する。
【解決手段】モータで回転駆動されるハンマ５と、ハンマ５により回転打撃されると共に先端工具に打撃力を伝達するアンビル６と、モータとハンマ６との間に介在し、それぞれ第一、第二リングギヤ４１Ａ、４２Ａを有し、モータの回転力をハンマ５に伝達する第一、第二遊星歯車機構４１、４２と、モータとハンマ５とアンビル６と第一、第二リングギヤ４１Ａ、４２Ａとを保持するハウジング２と、を備え、第二リングギヤ４２は、ハウジング２に係合して保持される保持位置とハウジング２に非係合でハウジング２に対して回転可能な非保持位置との間で移動可能に構成されているインパクト工具を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインパクト工具に関し、特にモータの回転制御により打撃力を発生させるインパクト工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来よりナットやボルト等のネジを締め付けるインパクト工具が知られている。このインパクト工具は、一例として、ハンマの回転衝撃力により出力軸に回転方向への打撃力を伝達する構成を備えている。この構成のインパクト工具は、モータと、モータにより駆動されるハンマと、ハンマにより打撃されると共に打撃工具を保持するアンビルとを備えている。
【０００３】
インパクト工具においては、充電可能な電池から供給される電力、又は電源コードにより外部から供給される電力を利用して、ハウジング内に設置されたモータを駆動し、モータによって減速機構部を介してハンマを回転させ、回転したハンマによってアンビルを打撃することで締付を行う。より詳しくは、特許文献１に示されるように、モータとしてブラシレスモータを用い、デューティ制御によって微細時間においてモータの正逆転を繰り返すことにより、ハンマを正転・逆転させ、アンビルに打撃力を発生させている。このインパクト工具においては、デューティ制御によってモータの回転制御を行うため、先端工具が装着されるアンビルの回転数は、モータの回転数×減速機構部の減速比によって算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−３１３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非加工部材の材質や締め付けるネジ等の種類によっては、先端工具の回転数を、より低めたり、より高めたい場合がある。よって本発明は、より広範囲で先端工具の回転数制御を行えるインパクト工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明は、モータと、該モータで回転駆動されるハンマと、該ハンマにより回転打撃されると共に先端工具に打撃力を伝達するアンビルと、該モータと該ハンマとの間に介在し、それぞれリングギヤを有し、該モータの回転力を該ハンマに伝達する複数の遊星歯車機構と、該モータと該ハンマと該アンビルと該それぞれのリングギヤとを保持するハウジングと、を備え、該それぞれのリングギヤのうち、少なくとも一のリングギヤは、該ハウジングに係合して保持される保持位置と該ハウジングに非係合で該ハウジングに対して回転可能な非保持位置との間で移動可能に構成されているインパクト工具を提供する。
【０００７】
このような構成によると、保持位置においては、一のリングギヤを有する遊星歯車機構で減速が行われてアンビルに回転力が伝達され、非保持位置においては、一のリングギヤを有する遊星歯車機構で減速が行われずにアンビルに回転力が伝達される。即ち、保持位置と非保持位置との二水準で減速比を変更することができる。
【０００８】
上記構成のインパクト工具において、該ハウジングは、該一のリングギヤと係合する係合部を有し、該一のリングギヤは該係合部と係合する被係合部を有し、該係合部と該被係合部とは、該保持位置において係合し、該被保持位置において係合不能となるように構成されていることが好ましい。
【０００９】
このような構成によると、保持位置において確実にリングギヤをハウジングに対して回転不能にでき、非保持位置においてリングギヤをハウジングに対して回転可能にすることができる。
【００１０】
また該一のリングギヤを該保持位置と該非保持位置との間で操作可能な操作部を更に有し、該操作部は、該ハウジングの外表面に露出していることが好ましい。
【００１１】
このような構成によると、操作部により、容易にリングギヤを保持位置と非保持位置とに切り換えることができる。
【００１２】
また該一のリングギヤは、該複数の遊星歯車機構において、該ハンマを直接回転駆動する遊星歯車機構に含まれていることが好ましい。
【００１３】
このような構成によると、最も回転数が低い遊星歯車機構においてリングギヤを保持位置と非保持位置とに切り換えるため、切替が容易になる。
【００１４】
また該モータはブラシレスモータであり、該モータの回転制御を行う制御部を更に備え、該制御部は、該一のリングギヤが該保持位置と該非保持位置とのそれぞれの位置において、該回転制御を変更可能に構成されていることが好ましい。
【００１５】
このような構成によると、異なる減速比において打撃動作を行う際に、モータの最適な回転制御を行うことができる。
【００１６】
また該保持位置と該非保持位置とにおける該一のリングギヤの位置を検出する検出装置をさらに有し、該制御部は該検出装置の検出結果に基づき該回転制御を行うことが好ましい。
【００１７】
このような構成によると、制御部において保持位置と非保持位置とを容易に検出することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のインパクト工具によれば、より広範囲で先端工具の回転数制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係るインパクト工具の側面断面図。
【図２】本発明の実施の形態に係るインパクト工具の側面要部断面図。
【図３】本発明の実施の形態に係るインパクト工具の減速機構に係る分解斜視図。
【図４】本発明の実施の携帯にかかるインパクト工具の回路図。
【図５】本発明の実施の形態に係るインパクト工具の打撃のタイミングを示すグラフであって（ａ）保持位置、（ｂ）非保持位置におけるタイミングを示すグラフ。
【図６】本発明の実施の形態に係るインパクト工具の打撃のタイミングの変更に係るフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明によるインパクト工具の実施の形態について図１乃至図６を参照しながら説明する。図１に示すようにインパクト工具１は、具体的には、ボルト若しくはナット、あるいは木ねじ等のタッピングビスを締め付けるためのインパクト工具であり、主に、ハウジング２と、モータ３と、ギヤ機構４と、ハンマ５と、アンビル６と、から構成され、充電式の電池７を電源として駆動される工具である。この「ナット」及び「ボルト」は、締付開始時には回転させるための負荷がほとんどかからず、締付け完了間際に急激に負荷が大きくなるものを意味し、「タッピングビス」は、締付開始時から回転負荷が発生するものを意味する。
【００２１】
ハウジング２は、主に主ハウジング２１とハンマケース２２と係合部２３とから構成されている。主ハウジング２１は、６ナイロンから構成されている樹脂ハウジングであり、モータ３等が収容される共にハンマケース２２を内蔵する胴体部２１Ａと、胴体部２１Ａから延出されるハンドル２１Ｂとを備えており、胴体部２１Ａ及びハンドル２１Ｂ内部に収容空間が画成され、後述の上下方向及び前後方向に延びる平面で二分割され略対称な分割ハウジングで構成されている。収容空間において胴体部２１Ａ内に該当する箇所には、上述のモータ３とギヤ機構４とハンマ５とアンビル６とが同軸上に一端側から他端側に向かって並んで配置されている。このモータ３とギヤ機構４とハンマ５とアンビル６とが並んでいる軸方向においてモータ３側を後側として前後方向と定義する。また前後方向と直交する方向であって胴体部２１Ａからハンドル２１Ｂが延出される方向を下方向として上下方向を定義し、前後方向及び上下方向と直交し図１紙面上方を右方向として左右方向を定義する。
【００２２】
胴体部２１Ａにおいて、モータ３の前後位置かつ胴体部２１Ａの左右側面位置には、それぞれ図示せぬ排気口、吸気口が形成されている。主ハウジング２１において、ハンドル２１Ｂの下端位置には、電池７が装着されて電気的に接続される端子部２４が配置されている。端子部２４の上部にはモータ３の回転及び後述の照射部２６の光照射を制御する制御回路部１００が配置されている。ハンドル２１Ｂの根元部分には、作業者が操作するトリガ２５が設けられると共に、トリガ２５及び制御回路部１００に接続されモータ３への導通を制御するスイッチ部２５Ａが設けられている。トリガ２５を操作することにより、後述のモータ駆動回路装置３３への電源供給又は停止が切り替えられる。またハンドル２１Ｂの根元であってトリガ２５の上方には、モータ３の回転方向を切り替える正逆切替レバー２５Ｂが設けられている。
【００２３】
ハウジング２において前端であってハンマ５の下方には、制御回路部１００に接続され前側（先端工具の先端側）に向けて照射するＬＥＤを有する照射部２６が設けられている。
【００２４】
ハンマケース２２は、金属製であって前端が窄まった円筒状を成しており、胴体部２１Ａ内において前端位置に配置されて、ハンマケース２２の前端部分が胴体部２１Ａ前端から前方へと露出し、後端部分で胴体部２１Ａにモータ３と同軸的に接続され、前端部分にアンビル６を回転可能に支承する軸受２２Ａを有している。
【００２５】
係合部２３は、図３に示されるように、冠状に構成されて外周に６個の突起が周回りに等間隔に設けられ、図２に示されるようにハンマケース２２内に、後述の第二リングギヤ４２Ａが冠状内部に位置するように装着されており、前述の複数の突起がハンマケース２２に固定されてハンマケース２２に対して前後動および回転不能に構成されている。係合部２３の内周面前端位置であって後述の第二リングギヤ４２Ａ外周部分の前方となる位置には、凸部２３Ａが設けられている。凸部２３Ａは係合部２３内周面の周方向等間隔に並ぶと共に後方へ向かって伸びる複数の畝状の突起から構成されている。
【００２６】
また係合部２３の前端面には、ハンマ５と一体の後述の第二遊星キャリア４２Ｄの後面を受けるスラストベアリング２３Ｂが配置されている。このスラストベアリング２３Ｂで第二遊星キャリア４２Ｄを受けることにより、アンビル６やハンマ５で発生する軸方向の応力が後述の第一遊星歯車機構４１やモータ３等に伝達されることを抑制している。
【００２７】
また胴体部２１Ａには、後述の第二リングギヤ４２Ａを前後方向に操作可能な操作部２７が設けられている。操作部２７は、操作ノブ２７Ａと、操作ノブ２７Ａに装着される係合部２７Ｂと、ハイ・ロー検出部２７Ｃとから構成されている。操作ノブ２７Ａは、胴体部２１Ａに前後動可能に支持されて胴体部２１Ａの上部において胴体部２１Ａ外表面に露出している。係合部２７Ｂは、図３に示されるように、折り曲げられて略Ｃ字状に構成された針金から構成されており、Ｃ字状の両先端で後述の第二リングギヤ４２Ａに接続されている。図２に示されるようにハイ・ロー検出部２７Ｃはマイクロスイッチから構成され、操作ノブ２７Ａの後方に配置されて操作ノブ２７Ａが後方へと移動したことを、感知して制御回路部１００に出力している。
【００２８】
図１に示されるように、モータ３は、ＤＣブラシレスモータであり、ステータ３１と、ロータ３２と、モータ駆動回路装置３３とを主に備えている。ステータ３１は、筒状に構成されてモータ３の外殻をなし、図示せぬコイルが形成され、外周面が主ハウジング２１に保持されている。
【００２９】
ロータ３２は、ステータ３１内に回転可能に配置され、その回転軸位置に前後方向に延びるロータシャフト３２Ａが同軸一体回転するように設けられている。ロータシャフト３２Ａおいて前端には、ファン３２Ｂと第一ピニオンギヤ３２Ｃとが同軸一体回転するように装着されると共にベアリング３２Ｄが装着されて後述の枠体４Ａに支承されている。またロータシャフト３２Ａにおいて後端には、ベアリング３２Ｅが装着されて胴体部２１Ａに支承されている。これらベアリング３２Ｄ、３２Ｅによりロータシャフト３２Ａは回転可能に支持されている。ロータシャフト３２Ａと一体にファン３２Ｂが回転することにより、図示せぬ吸気口から胴体部２１Ａ内収容空間を通り、図示せぬ排気口へと抜ける気流が形成される。
【００３０】
回路基板であるモータ駆動回路装置３３は、ステータ３１の後方に配置されてステータ３１に固定されており、複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６（図４）を備え、ステータ３１の図示せぬコイルに通電してロータ３２の回転を制御している。
【００３１】
胴体部２１Ａ内においてモータ３の前側にはギヤ機構４が配置されている。ギヤ機構４は、図２に示されるように、枠体４Ａを外殻として第一遊星歯車機構４１と第二遊星歯車機構４２とから構成されている。
【００３２】
第一遊星歯車機構４１は、第一ピニオンギヤ３２Ｃ（図２）を太陽ギヤとして、図３に示されるように、第一リングギヤ４１Ａと、三個の第一遊星ギヤ４１Ｂと、第一遊星キャリア４１Ｄとを備えており、減速比が５．０になるように構成されている。第一リングギヤ４１Ａは冠状に構成されてその外周に複数の突起が設けられてモータ３の回転軸と同軸に配置され、複数の突起により枠体４Ａに回転不能に固定されている。三個の第一遊星ギヤ４１Ｂは、それぞれ第一ニードルローラ４１Ｃで第一遊星キャリア４１Ｄに対して自転可能に装着されている。第一遊星キャリア４１Ｄは、第一遊星ギヤ４１Ｂが装着された状態で、三個の第一遊星ギヤ４１Ｂがそれぞれ第一リングギヤ４１Ａと噛合するように第一リングギヤ４１Ａ内に配置されている。また第一遊星キャリア４１Ｄの前面には、前方に向けて突出する第二ピニオンギヤ４１Ｅが第一遊星キャリア４１Ｄの中心軸と同軸に配置されている。
【００３３】
第二遊星歯車機構４２は、第二ピニオンギヤ４１Ｅを太陽ギヤとして、第二リングギヤ４２Ａと、三個の第二遊星ギヤ４２Ｂと、第二遊星キャリア４２Ｄとを備えており、減速比が２．０になるように構成されている。第二リングギヤ４２Ａは、モータ３の回転軸と同軸に配置され、外周面の後端近傍位置に周回りに一連となる溝４２ａが形成され、外周面の前端位置には、前端に向けて開口し前後方向に延びる溝状の被係合部である凹部４２ｂが形成されている。この凹部４２ｂは、凸部２３Ａと係合可能に構成されている。溝４２ａには、略Ｃ字状を成す係合部２７Ｂの両先端がそれぞれ挿入されている。溝４２ａが周回りに一連となるように形成されているため、第二リングギヤ４２Ａは、係合部２７Ｂに対して回転可能かつ係合部２７Ｂと共に前後動する。第二リングギヤ４２Ａが前方へ移動し凹部４２ｂが凸部２３Ａと係合する位置を保持位置と定義し、第二リングギヤ４２Ａが後方へ移動し凹部４２ｂが凸部２３Ａから離間した位置を非保持位置と定義する。尚、図１および図２においては、保持位置にある第二リングギヤ４２Ａを第二リングギヤ４２Ａ−１と図示し、非保持位置にある第二リングギヤ４２Ａを第二リングギヤ４２Ａ−２と図示している。
【００３４】
三個の第二遊星ギヤ４２Ｂは、それぞれ第二ニードルローラ４２Ｃで第二遊星キャリア４２Ｄに対して自転可能に装着されている。第二遊星キャリア４２Ｄは、第二遊星ギヤ４２Ｂが装着された状態で、三個の第二遊星ギヤ４２Ｂがそれぞれ第二リングギヤ４２Ａと噛合するように第二リングギヤ４２Ａ内に配置されている。
【００３５】
また図２に示されるように、第二遊星キャリア４２Ｄの前面には、前方に向けて突出する回転被支承部４２Ｅが第二遊星キャリア４２Ｄの中心軸と同軸に配置されており、回転被支承部４２Ｅがアンビル６により回転可能に支承されている。
【００３６】
ハンマ５は一対の爪部５１Ａ、５１Ａから構成されている。一対の爪部５１Ａはそれぞれた第二遊星キャリア４２Ｄの前面であって回転被支承部４２Ｅの外周位置に配置されており、ハンマ５の前端から前側に突出し、それぞれ軸周りに１８０°離れた位置に配置されており、軸周りに対称な形状に形成されている。
【００３７】
アンビル６は、前後方向に延びる円柱状に構成され、軸受２２Ａによってハンマケース２２に回転可能に支承されている。アンビル６の後端には、後方に開口して前方に向けて穿設されて形成された穿孔６ａを有し、穿孔６ａ内に回転被支承部４２Ｅが隙間嵌めされて回転被支承部４２Ｅを回転可能に支承している。アンビル６の前端部分には、図示せぬソケットが装着される先端工具装着部６１が設けられている。
【００３８】
先端工具装着部６１は、アンビル６の前端に形成された装着孔６ｂ内に突出可能な複数のボール６２と、バネにより後方に付勢されると共に、後方に付勢された状態でボール６２と当接してボール６２を装着孔６ｂ内に突出させて図示せぬ先端工具と係合させる操作部６３とから主に構成されている。またアンビル６の後端面には、羽根部６４、６４が一体に設けられている。
【００３９】
羽根部６４、６４は、それぞれアンビル６の中心軸周りに１８０°離れた位置に配置されており、軸周りに対称な形状に形成されて穿孔６ａの外周位置に配置されており、後端が爪部５１Ａの前端面より後方に位置するように後方に向けてアンビル６の後端面から突出し、アンビル６の中心軸からの半径方向距離が爪部５１Ａの第二遊星キャリア４２Ｄの中心軸からの半径方向距離と等しくなるように構成されている。この羽根部６４に爪部５１Ａが周方向において当接することにより、ハンマ５からアンビル６に軸周りの回転力が伝達される。また羽根部６４に爪部５１Ａが強接触することにより、アンビル６に回転打撃力が伝達される。
【００４０】
次に、図４を用いて、制御回路部１００とモータ３との関係について説明する。制御回路部１００は、マイコンである演算部１１０と、スイッチ操作検出回路１１１と、印加電圧設定回路１１２と、回転方向設定回路１１３と、電流検出回路１１４と、回転子位置検出回路１１５と、回転角度検出回路１１６と、減速切替検出部１１７とを備えている。
【００４１】
スイッチ操作検出回路１１１は、トリガ２５の押込の有無を検出し、その検出結果を演算部１１０へ出力する。印加電圧設定回路１１２は、トリガ２５から出力された目標値信号に応じて、モータ駆動回路装置３３のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を駆動するためのＰＷＭ駆動信号のＰＷＭデューティを設定し、演算部１１０へ出力する。回転方向設定回路１１３には正逆切替レバー２５Ｂが接続されており、先端工具装着部６１の回転方向を定めている。電流検出回路１１４は、電池７からモータ駆動回路装置３３の間の電流量を検出している。回転子位置検出回路１１５は、ホールＩＣ３４から出力された回転位置検出信号に基づいてモータ３のロータの回転位置を検出し、演算部１１０へ出力する。回転角度検出回路１１６は、回転子位置検出回路１１５の検出結果に基づき、モータ３が回転した角度を検出している。減速切替検出部１１７は、ハイ・ロー検出部２７Ｃからの信号出力に基づき、第二リングギヤ４２Ａが保持位置にあるか非保持位置にあるかを検出している。具体的には、信号出力が入力されている場合には、非保持位置に第二リングギヤ４２Ａ−２が位置していると検出し、出力信号が入力されていない場合には、保持位置に第二リングギヤ４２Ａ−１が位置していると検出する。
【００４２】
演算部１１０は、印加電圧設定回路１１２からの出力に基づいてＰＷＭデューティの目標値を算出する。また、回転子位置検出回路１１５からの出力に基づいて、適切に通電するステータ巻線を決定し、出力切替信号Ｈ１〜Ｈ３およびＰＷＭ駆動信号Ｈ４〜Ｈ６を生成する。ＰＷＭ駆動信号Ｈ４〜Ｈ６はＰＷＭデューティの目標値の大きさに基づいてデューティ幅が決定されて出力される。制御信号出力回路１１９は、演算部１１０で生成された出力切替信号Ｈ１〜Ｈ３及びＰＷＭ駆動信号Ｈ４〜Ｈ６をモータ駆動回路装置３３に出力する。
【００４３】
また演算部１１０は、減速切替検出部１１７からの出力結果に基づき、モータ３の回転制御を、非保持位置と保持位置とに対応してそれぞれＨｉモードとＬｏｗモードとの二種類で行っている。これらモードについての詳細は後述する。
【００４４】
モータ駆動回路装置３３には、電池７からの直流電力が給電される。モータ駆動回路装置３３では、出力切替信号Ｈ１〜Ｈ３およびＰＷＭ駆動信号Ｈ４〜Ｈ６に基づきスイッチング素子が駆動されて、通電されるステータ巻線が決定される。さらにＰＷＭ駆動信号はＰＷＭデューティの目標値でスイッチングされている。これにより、モータ３の三相のステータ巻線（Ｕ、Ｖ、Ｗ）に電気角１２０°の三相交流電圧が順に印加されることとなる。またモータ駆動回路装置３３では、制御信号出力回路１１９を介して演算部１１０からの信号に基づき、ロータシャフト３２Ａの回転を停止するようにスイッチング素子を駆動することが可能である。
【００４５】
また、演算部１１０には、ＲＯＭ等の記憶手段である記憶装置１２０が備えられており、記憶装置１２０は、後述するフローチャートにおいて、各種値を記憶する記憶手段として機能している。
【００４６】
上記構成のインパクト工具１において、先端工具としてソケットを先端工具装着部６１に装着し、ボルトやナットを締結する際には、低トルク・高回転のほうが作業性が優れるため、操作ノブ２７Ａを操作して後側へと移動させ第二リングギヤ４２Ａを後方の非保持位置へと移動させる。この移動により、凸部２３Ａと凹部４２ｂとの係合が解除され、第二リングギヤ４２Ａは非拘束状態になって中心軸周りに回転可能になる。第二リングギヤ４２Ａが回転可能になることにより、第二遊星歯車機構４２による減速は行われず、第一ピニオンギヤ３２Ｃの回転数を第一遊星歯車機構４１で減速して出力する第二ピニオンギヤ４１Ｅの回転数が、先端工具装着部６１の回転数となる。第一遊星歯車機構４１の減速比が５．０であるため、先端工具装着部６１は、モータ３の回転数１５０００ｒｐｍに対して、１５０００／５＝３０００ｒｐｍで回転する。これにより先端工具装着部６１を高速回転させることができ、ボルト・ナットを作業性よく締結することができる。
【００４７】
また先端工具としてネジビットを先端工具装着部６１に装着し、タッピングビスを締結するためには、低回転・高トルクのほうが作業性が優れるため、操作ノブ２７Ａを操作して前側へと移動させ第二リングギヤ４２Ａを前方の保持位置へと移動させる。この移動により、凸部２３Ａと凹部４２ｂとが係合し、第二リングギヤ４２Ａは拘束状態になって回転不能になる。第二リングギヤ４２Ａが回転不能になることにより、第二遊星歯車機構４２により、第二ピニオンギヤ４１Ｅの回転数を更に減速して先端工具装着部６１に伝達することになる。第一遊星歯車機構４１は減速比が５．０であり、第二遊星歯車機構４２は減速比が２．０で有るため、先端工具装着部６１は、モータ３の回転数１５０００ｒｐｍに対して、１５０００／（５×２）＝１５００ｒｐｍで回転することができる。これにより先端工具６１を高トルク・低速回転することができ、タッピングビスを作業性よく締結することができる。
【００４８】
またインパクト工具１では、回転打撃力を発生させるべく、図５（ａ）（ｂ）のグラフに示すように、ハンマ５を僅かに逆転させつつ正転させている。この動作は、制御回路部１００によってモータ３のＰＷＭデューティを制御することにより行われるが、例えば第二リングギヤ４２Ａが保持位置にある状態で最適な打撃力を発揮すべく制御回路部１００でモータ３のＰＭＷデューティを設定した状態で、第二リングギヤ４２Ａを非保持位置に移動させると、保持位置に第二リングギヤ４２Ａが配置されていた状態に比べて減速比が小さくなるため、ハンマ５を逆転させた際のハンマの回動量が大きくなる。具体的には、第二遊星歯車機構４２の減速比が２．０であるため、保持位置においてハンマ５をα°逆転させる制御を行っている場合に、非保持位置で同様の制御を行うとハンマ５が２．０α°逆転することになり、好適な打撃が生じない恐れがある。よってハイ・ロー検出部２７Ｃにより、保持位置、非保持位置を検出し、この検出結果に基づき、制御回路部１００で最適なＰＷＭデューティを設定する。
【００４９】
具体的には、図６のフローチャートに示されるように、スタートし、Ｓ０１で電源を投入した後に、Ｓ０２へと進み、減速切替検出を行う。具体的には、Ｓ０３においてＨｉモードであるか否か（第二リングギヤ４２Ａが非保持位置にあるか否か）を判断する。
【００５０】
ここでＳ０３：Ｎｏと判断された場合には、Ｓ０４へと進み、演算部１１０において、Ｌｏｗモード制御パラメータを記憶装置１２０から呼び出し、設定する。この設定に基づき、Ｓ０５においてモータ３の正転時間Ｔ１を定め、Ｓ０６においてモータ３の逆転時間Ｔ２を定め、Ｓ０７においてモータ３に印加される電流閾値Ｉ１を定める。これらＳ０５〜Ｓ０７の値が定められた後にＳ０８へ進んで、トリガ２５操作によりモータ３を駆動可能な状態で待機する。
【００５１】
次にＳ０３：Ｙｅｓと判断された場合には、Ｓ０９へと進み、演算部１１０において、Ｈｉモード制御パラメータを記憶装置１２０から呼び出し、設定する。この設定に基づき、Ｓ０１０においてモータ３の正転時間Ｔ１’（＝Ｔ１／Ｇ１）を定め、Ｓ１１においてモータ３の逆転時間Ｔ２’（＝Ｔ２／Ｇ１）を定め、Ｓ１２においてモータ３に印加される電流閾値Ｉ１’（＝Ｉ１＊Ｇ１）を定める。ここでＧ１は上述の第二遊星歯車機構４２の減速比２．０を示している。これらＳ１０〜Ｓ１２の値が定められた後にＳ０８へ進んで、トリガ２５操作によりモータ３を駆動可能な状態で待機する。
【００５２】
ハンマ５の回転角度は、モータ３におけるロータシャフト３２Ａの角速度が一定の場合に、回転時間に正比例し、減速比に反比例する。従って、Ｈｉモードにおいては、Ｌｏｗモードに比べて減速比が２．０倍となるが、正転時間Ｔ１’ 逆転時間Ｔ２’はそれぞれ１／２．０倍となるため、ハンマ５の回転角度は、ＨｉモードとＬｏｗモードとにおいて等しくなる。
【００５３】
またハンマ５の回転トルクは、モータ３におけるロータシャフト３２Ａの回転トルクが一定の場合に、減速比に正比例して大きくなる。従って、Ｈｉモードにおいては、Ｌｏｗモードに比べて回転トルクが１／２．０倍となるが、電流閾値Ｉ１’を２．０倍としてロータシャフト３２Ａの回転トルクが２．０倍となるため、ハンマ５の回転トルクは、ＨｉモードとＬｏｗモードとにおいて等しくなる。
【００５４】
このようにＴ１’、Ｔ２’、Ｉ１’を設定することにより、Ｈｉモードにおける打撃感とＬｏｗモードにおける打撃感との変化を小さくし、インパクト工具１の操作性を向上させることができる。
【００５５】
本実施の形態のインパクト工具１では、一のリングギヤである第二リングギヤ４２Ａを保持位置と非保持位置とに移動することにより、容易に減速比を変更することができる。またこの移動も操作部２７により容易に行うことができ、容易に保持位置と非保持位置とに第二リングギヤ４２Ａを切り替えることができる。
【００５６】
またモータ３はブラシレスモータであるため、その回転制御も容易であり、故に保持位置と非保持位置とにおいて、ＬｏｗモードとＨｉモードとにモータ３の特性を切り替えて、最適な制御を行うことができる。またブラシレスモータを採用することにより、たとえばハンマ５の正転角度と逆転角度とをモータ３のホールＩＣ３４の信号と減速比とから算出し続け、ハンマ５の正転角度と逆転角度とが減速比の増加に対して反比例して減少するように、モータ３に加える正転信号及び逆転信号をフィードバック制御してもよい。このフィードバック制御によれば、より正確な打撃タイミングを得ることができ、特にモータ３の回転数が一定ではない場合に有効な制御になる。
【００５７】
また保持位置と非保持位置との検出を操作ノブ２７Ａの動作からハイ・ロー検出部２７Ｃで行っているため、容易に保持位置と非保持位置とを検出することができる。なお、この検出は、直接的に第二リングギヤ４２Ａの位置を検出してもよい。
【００５８】
また本実施の形態では、保持位置と非保持位置との間で移動する一のリングギヤを、モータ３を最上流としアンビル６を最下流とする動力伝達経路において、この動力伝達経路に含まれる複数の遊星歯車機構のうち、最下流に位置する第二遊星歯車機構４２に設定している。第二遊星歯車機構４２は、その構成にかかるギヤの回転数が、第一遊星歯車機構４１の構成にかかるギヤの回転数より低いため、凸部２３Ａと凹部４２ｂとの係合が容易となり、故に第二リングギヤ４２Ａの保持位置と非保持位置との間の移動が容易になる。
【００５９】
また本実施の形態では、二個の遊星歯車機構を備えるインパクト工具について説明したが、これに限定されず、たとえば三個の遊星歯車機構を備えるインパクト工具にも当然適用することが可能である。また一のリングギヤでのみ減速に係る切替動作を行ったが、他のリングギヤでさらに減速に係る切替動作を行うことも可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１：インパクト工具 ２：ハウジング ３：モータ ４：ギヤ機構 ４Ａ：枠体
５：ハンマ ６：アンビル ６ａ：穿孔 ６ｂ：装着孔 ７：電池
２１：主ハウジング ２１Ａ：胴体部 ２１Ｂ：ハンドル ２２：ハンマケース
２２Ａ：軸受 ２３：係合部 ２３Ａ：凸部 ２３Ｂ：スラストベアリング
２４：端子部 ２５：トリガ ２５Ａ：スイッチ部 ２５Ｂ：正逆切替レバー
２６：照射部 ２７：操作部 ２７Ａ：操作ノブ ２７Ｂ：係合部
２７Ｃ：ハイ・ロー検出部 ３１：ステータ ３２：ロータ ３２Ａ：ロータシャフト
３２Ｂ：ファン ３２Ｃ：第一ピニオンギヤ ３２Ｄ：ベアリング
３２Ｅ：ベアリング ３３：モータ駆動回路装置 ４１：第一遊星歯車機構
４１Ａ：第一リングギヤ ４１Ｂ：第一遊星ギヤ ４１Ｃ：第一ニードルローラ
４１Ｄ：第一遊星キャリア ４１Ｅ：第二ピニオンギヤ ４２：第二遊星歯車機構
４２Ａ：第二リングギヤ ４２Ｂ：第二遊星ギヤ ４２Ｃ：第二ニードルローラ
４２Ｄ：第二遊星キャリア ４２Ｅ：回転被支承部 ４２ａ：溝 ４２ｂ：凹部
４３：操作部 ５１Ａ：爪部 ６１：先端工具装着部 ６２：ボール ６３：操作部
６４：羽根部 １００：制御回路部 １１０：演算部 １１１：スイッチ操作検出回路
１１２：印加電圧設定回路 １１３：回転方向設定回路 １１４：電流検出回路
１１５：回転子位置検出回路 １１６：回転角度検出回路 １１７：減速切替検出部
１１９：制御信号出力回路 １２０：記憶装置
【技術分野】
【０００１】
本発明はインパクト工具に関し、特にモータの回転制御により打撃力を発生させるインパクト工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来よりナットやボルト等のネジを締め付けるインパクト工具が知られている。このインパクト工具は、一例として、ハンマの回転衝撃力により出力軸に回転方向への打撃力を伝達する構成を備えている。この構成のインパクト工具は、モータと、モータにより駆動されるハンマと、ハンマにより打撃されると共に打撃工具を保持するアンビルとを備えている。
【０００３】
インパクト工具においては、充電可能な電池から供給される電力、又は電源コードにより外部から供給される電力を利用して、ハウジング内に設置されたモータを駆動し、モータによって減速機構部を介してハンマを回転させ、回転したハンマによってアンビルを打撃することで締付を行う。より詳しくは、特許文献１に示されるように、モータとしてブラシレスモータを用い、デューティ制御によって微細時間においてモータの正逆転を繰り返すことにより、ハンマを正転・逆転させ、アンビルに打撃力を発生させている。このインパクト工具においては、デューティ制御によってモータの回転制御を行うため、先端工具が装着されるアンビルの回転数は、モータの回転数×減速機構部の減速比によって算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−３１３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非加工部材の材質や締め付けるネジ等の種類によっては、先端工具の回転数を、より低めたり、より高めたい場合がある。よって本発明は、より広範囲で先端工具の回転数制御を行えるインパクト工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明は、モータと、該モータで回転駆動されるハンマと、該ハンマにより回転打撃されると共に先端工具に打撃力を伝達するアンビルと、該モータと該ハンマとの間に介在し、それぞれリングギヤを有し、該モータの回転力を該ハンマに伝達する複数の遊星歯車機構と、該モータと該ハンマと該アンビルと該それぞれのリングギヤとを保持するハウジングと、を備え、該それぞれのリングギヤのうち、少なくとも一のリングギヤは、該ハウジングに係合して保持される保持位置と該ハウジングに非係合で該ハウジングに対して回転可能な非保持位置との間で移動可能に構成されているインパクト工具を提供する。
【０００７】
このような構成によると、保持位置においては、一のリングギヤを有する遊星歯車機構で減速が行われてアンビルに回転力が伝達され、非保持位置においては、一のリングギヤを有する遊星歯車機構で減速が行われずにアンビルに回転力が伝達される。即ち、保持位置と非保持位置との二水準で減速比を変更することができる。
【０００８】
上記構成のインパクト工具において、該ハウジングは、該一のリングギヤと係合する係合部を有し、該一のリングギヤは該係合部と係合する被係合部を有し、該係合部と該被係合部とは、該保持位置において係合し、該被保持位置において係合不能となるように構成されていることが好ましい。
【０００９】
このような構成によると、保持位置において確実にリングギヤをハウジングに対して回転不能にでき、非保持位置においてリングギヤをハウジングに対して回転可能にすることができる。
【００１０】
また該一のリングギヤを該保持位置と該非保持位置との間で操作可能な操作部を更に有し、該操作部は、該ハウジングの外表面に露出していることが好ましい。
【００１１】
このような構成によると、操作部により、容易にリングギヤを保持位置と非保持位置とに切り換えることができる。
【００１２】
また該一のリングギヤは、該複数の遊星歯車機構において、該ハンマを直接回転駆動する遊星歯車機構に含まれていることが好ましい。
【００１３】
このような構成によると、最も回転数が低い遊星歯車機構においてリングギヤを保持位置と非保持位置とに切り換えるため、切替が容易になる。
【００１４】
また該モータはブラシレスモータであり、該モータの回転制御を行う制御部を更に備え、該制御部は、該一のリングギヤが該保持位置と該非保持位置とのそれぞれの位置において、該回転制御を変更可能に構成されていることが好ましい。
【００１５】
このような構成によると、異なる減速比において打撃動作を行う際に、モータの最適な回転制御を行うことができる。
【００１６】
また該保持位置と該非保持位置とにおける該一のリングギヤの位置を検出する検出装置をさらに有し、該制御部は該検出装置の検出結果に基づき該回転制御を行うことが好ましい。
【００１７】
このような構成によると、制御部において保持位置と非保持位置とを容易に検出することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のインパクト工具によれば、より広範囲で先端工具の回転数制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係るインパクト工具の側面断面図。
【図２】本発明の実施の形態に係るインパクト工具の側面要部断面図。
【図３】本発明の実施の形態に係るインパクト工具の減速機構に係る分解斜視図。
【図４】本発明の実施の携帯にかかるインパクト工具の回路図。
【図５】本発明の実施の形態に係るインパクト工具の打撃のタイミングを示すグラフであって（ａ）保持位置、（ｂ）非保持位置におけるタイミングを示すグラフ。
【図６】本発明の実施の形態に係るインパクト工具の打撃のタイミングの変更に係るフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明によるインパクト工具の実施の形態について図１乃至図６を参照しながら説明する。図１に示すようにインパクト工具１は、具体的には、ボルト若しくはナット、あるいは木ねじ等のタッピングビスを締め付けるためのインパクト工具であり、主に、ハウジング２と、モータ３と、ギヤ機構４と、ハンマ５と、アンビル６と、から構成され、充電式の電池７を電源として駆動される工具である。この「ナット」及び「ボルト」は、締付開始時には回転させるための負荷がほとんどかからず、締付け完了間際に急激に負荷が大きくなるものを意味し、「タッピングビス」は、締付開始時から回転負荷が発生するものを意味する。
【００２１】
ハウジング２は、主に主ハウジング２１とハンマケース２２と係合部２３とから構成されている。主ハウジング２１は、６ナイロンから構成されている樹脂ハウジングであり、モータ３等が収容される共にハンマケース２２を内蔵する胴体部２１Ａと、胴体部２１Ａから延出されるハンドル２１Ｂとを備えており、胴体部２１Ａ及びハンドル２１Ｂ内部に収容空間が画成され、後述の上下方向及び前後方向に延びる平面で二分割され略対称な分割ハウジングで構成されている。収容空間において胴体部２１Ａ内に該当する箇所には、上述のモータ３とギヤ機構４とハンマ５とアンビル６とが同軸上に一端側から他端側に向かって並んで配置されている。このモータ３とギヤ機構４とハンマ５とアンビル６とが並んでいる軸方向においてモータ３側を後側として前後方向と定義する。また前後方向と直交する方向であって胴体部２１Ａからハンドル２１Ｂが延出される方向を下方向として上下方向を定義し、前後方向及び上下方向と直交し図１紙面上方を右方向として左右方向を定義する。
【００２２】
胴体部２１Ａにおいて、モータ３の前後位置かつ胴体部２１Ａの左右側面位置には、それぞれ図示せぬ排気口、吸気口が形成されている。主ハウジング２１において、ハンドル２１Ｂの下端位置には、電池７が装着されて電気的に接続される端子部２４が配置されている。端子部２４の上部にはモータ３の回転及び後述の照射部２６の光照射を制御する制御回路部１００が配置されている。ハンドル２１Ｂの根元部分には、作業者が操作するトリガ２５が設けられると共に、トリガ２５及び制御回路部１００に接続されモータ３への導通を制御するスイッチ部２５Ａが設けられている。トリガ２５を操作することにより、後述のモータ駆動回路装置３３への電源供給又は停止が切り替えられる。またハンドル２１Ｂの根元であってトリガ２５の上方には、モータ３の回転方向を切り替える正逆切替レバー２５Ｂが設けられている。
【００２３】
ハウジング２において前端であってハンマ５の下方には、制御回路部１００に接続され前側（先端工具の先端側）に向けて照射するＬＥＤを有する照射部２６が設けられている。
【００２４】
ハンマケース２２は、金属製であって前端が窄まった円筒状を成しており、胴体部２１Ａ内において前端位置に配置されて、ハンマケース２２の前端部分が胴体部２１Ａ前端から前方へと露出し、後端部分で胴体部２１Ａにモータ３と同軸的に接続され、前端部分にアンビル６を回転可能に支承する軸受２２Ａを有している。
【００２５】
係合部２３は、図３に示されるように、冠状に構成されて外周に６個の突起が周回りに等間隔に設けられ、図２に示されるようにハンマケース２２内に、後述の第二リングギヤ４２Ａが冠状内部に位置するように装着されており、前述の複数の突起がハンマケース２２に固定されてハンマケース２２に対して前後動および回転不能に構成されている。係合部２３の内周面前端位置であって後述の第二リングギヤ４２Ａ外周部分の前方となる位置には、凸部２３Ａが設けられている。凸部２３Ａは係合部２３内周面の周方向等間隔に並ぶと共に後方へ向かって伸びる複数の畝状の突起から構成されている。
【００２６】
また係合部２３の前端面には、ハンマ５と一体の後述の第二遊星キャリア４２Ｄの後面を受けるスラストベアリング２３Ｂが配置されている。このスラストベアリング２３Ｂで第二遊星キャリア４２Ｄを受けることにより、アンビル６やハンマ５で発生する軸方向の応力が後述の第一遊星歯車機構４１やモータ３等に伝達されることを抑制している。
【００２７】
また胴体部２１Ａには、後述の第二リングギヤ４２Ａを前後方向に操作可能な操作部２７が設けられている。操作部２７は、操作ノブ２７Ａと、操作ノブ２７Ａに装着される係合部２７Ｂと、ハイ・ロー検出部２７Ｃとから構成されている。操作ノブ２７Ａは、胴体部２１Ａに前後動可能に支持されて胴体部２１Ａの上部において胴体部２１Ａ外表面に露出している。係合部２７Ｂは、図３に示されるように、折り曲げられて略Ｃ字状に構成された針金から構成されており、Ｃ字状の両先端で後述の第二リングギヤ４２Ａに接続されている。図２に示されるようにハイ・ロー検出部２７Ｃはマイクロスイッチから構成され、操作ノブ２７Ａの後方に配置されて操作ノブ２７Ａが後方へと移動したことを、感知して制御回路部１００に出力している。
【００２８】
図１に示されるように、モータ３は、ＤＣブラシレスモータであり、ステータ３１と、ロータ３２と、モータ駆動回路装置３３とを主に備えている。ステータ３１は、筒状に構成されてモータ３の外殻をなし、図示せぬコイルが形成され、外周面が主ハウジング２１に保持されている。
【００２９】
ロータ３２は、ステータ３１内に回転可能に配置され、その回転軸位置に前後方向に延びるロータシャフト３２Ａが同軸一体回転するように設けられている。ロータシャフト３２Ａおいて前端には、ファン３２Ｂと第一ピニオンギヤ３２Ｃとが同軸一体回転するように装着されると共にベアリング３２Ｄが装着されて後述の枠体４Ａに支承されている。またロータシャフト３２Ａにおいて後端には、ベアリング３２Ｅが装着されて胴体部２１Ａに支承されている。これらベアリング３２Ｄ、３２Ｅによりロータシャフト３２Ａは回転可能に支持されている。ロータシャフト３２Ａと一体にファン３２Ｂが回転することにより、図示せぬ吸気口から胴体部２１Ａ内収容空間を通り、図示せぬ排気口へと抜ける気流が形成される。
【００３０】
回路基板であるモータ駆動回路装置３３は、ステータ３１の後方に配置されてステータ３１に固定されており、複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６（図４）を備え、ステータ３１の図示せぬコイルに通電してロータ３２の回転を制御している。
【００３１】
胴体部２１Ａ内においてモータ３の前側にはギヤ機構４が配置されている。ギヤ機構４は、図２に示されるように、枠体４Ａを外殻として第一遊星歯車機構４１と第二遊星歯車機構４２とから構成されている。
【００３２】
第一遊星歯車機構４１は、第一ピニオンギヤ３２Ｃ（図２）を太陽ギヤとして、図３に示されるように、第一リングギヤ４１Ａと、三個の第一遊星ギヤ４１Ｂと、第一遊星キャリア４１Ｄとを備えており、減速比が５．０になるように構成されている。第一リングギヤ４１Ａは冠状に構成されてその外周に複数の突起が設けられてモータ３の回転軸と同軸に配置され、複数の突起により枠体４Ａに回転不能に固定されている。三個の第一遊星ギヤ４１Ｂは、それぞれ第一ニードルローラ４１Ｃで第一遊星キャリア４１Ｄに対して自転可能に装着されている。第一遊星キャリア４１Ｄは、第一遊星ギヤ４１Ｂが装着された状態で、三個の第一遊星ギヤ４１Ｂがそれぞれ第一リングギヤ４１Ａと噛合するように第一リングギヤ４１Ａ内に配置されている。また第一遊星キャリア４１Ｄの前面には、前方に向けて突出する第二ピニオンギヤ４１Ｅが第一遊星キャリア４１Ｄの中心軸と同軸に配置されている。
【００３３】
第二遊星歯車機構４２は、第二ピニオンギヤ４１Ｅを太陽ギヤとして、第二リングギヤ４２Ａと、三個の第二遊星ギヤ４２Ｂと、第二遊星キャリア４２Ｄとを備えており、減速比が２．０になるように構成されている。第二リングギヤ４２Ａは、モータ３の回転軸と同軸に配置され、外周面の後端近傍位置に周回りに一連となる溝４２ａが形成され、外周面の前端位置には、前端に向けて開口し前後方向に延びる溝状の被係合部である凹部４２ｂが形成されている。この凹部４２ｂは、凸部２３Ａと係合可能に構成されている。溝４２ａには、略Ｃ字状を成す係合部２７Ｂの両先端がそれぞれ挿入されている。溝４２ａが周回りに一連となるように形成されているため、第二リングギヤ４２Ａは、係合部２７Ｂに対して回転可能かつ係合部２７Ｂと共に前後動する。第二リングギヤ４２Ａが前方へ移動し凹部４２ｂが凸部２３Ａと係合する位置を保持位置と定義し、第二リングギヤ４２Ａが後方へ移動し凹部４２ｂが凸部２３Ａから離間した位置を非保持位置と定義する。尚、図１および図２においては、保持位置にある第二リングギヤ４２Ａを第二リングギヤ４２Ａ−１と図示し、非保持位置にある第二リングギヤ４２Ａを第二リングギヤ４２Ａ−２と図示している。
【００３４】
三個の第二遊星ギヤ４２Ｂは、それぞれ第二ニードルローラ４２Ｃで第二遊星キャリア４２Ｄに対して自転可能に装着されている。第二遊星キャリア４２Ｄは、第二遊星ギヤ４２Ｂが装着された状態で、三個の第二遊星ギヤ４２Ｂがそれぞれ第二リングギヤ４２Ａと噛合するように第二リングギヤ４２Ａ内に配置されている。
【００３５】
また図２に示されるように、第二遊星キャリア４２Ｄの前面には、前方に向けて突出する回転被支承部４２Ｅが第二遊星キャリア４２Ｄの中心軸と同軸に配置されており、回転被支承部４２Ｅがアンビル６により回転可能に支承されている。
【００３６】
ハンマ５は一対の爪部５１Ａ、５１Ａから構成されている。一対の爪部５１Ａはそれぞれた第二遊星キャリア４２Ｄの前面であって回転被支承部４２Ｅの外周位置に配置されており、ハンマ５の前端から前側に突出し、それぞれ軸周りに１８０°離れた位置に配置されており、軸周りに対称な形状に形成されている。
【００３７】
アンビル６は、前後方向に延びる円柱状に構成され、軸受２２Ａによってハンマケース２２に回転可能に支承されている。アンビル６の後端には、後方に開口して前方に向けて穿設されて形成された穿孔６ａを有し、穿孔６ａ内に回転被支承部４２Ｅが隙間嵌めされて回転被支承部４２Ｅを回転可能に支承している。アンビル６の前端部分には、図示せぬソケットが装着される先端工具装着部６１が設けられている。
【００３８】
先端工具装着部６１は、アンビル６の前端に形成された装着孔６ｂ内に突出可能な複数のボール６２と、バネにより後方に付勢されると共に、後方に付勢された状態でボール６２と当接してボール６２を装着孔６ｂ内に突出させて図示せぬ先端工具と係合させる操作部６３とから主に構成されている。またアンビル６の後端面には、羽根部６４、６４が一体に設けられている。
【００３９】
羽根部６４、６４は、それぞれアンビル６の中心軸周りに１８０°離れた位置に配置されており、軸周りに対称な形状に形成されて穿孔６ａの外周位置に配置されており、後端が爪部５１Ａの前端面より後方に位置するように後方に向けてアンビル６の後端面から突出し、アンビル６の中心軸からの半径方向距離が爪部５１Ａの第二遊星キャリア４２Ｄの中心軸からの半径方向距離と等しくなるように構成されている。この羽根部６４に爪部５１Ａが周方向において当接することにより、ハンマ５からアンビル６に軸周りの回転力が伝達される。また羽根部６４に爪部５１Ａが強接触することにより、アンビル６に回転打撃力が伝達される。
【００４０】
次に、図４を用いて、制御回路部１００とモータ３との関係について説明する。制御回路部１００は、マイコンである演算部１１０と、スイッチ操作検出回路１１１と、印加電圧設定回路１１２と、回転方向設定回路１１３と、電流検出回路１１４と、回転子位置検出回路１１５と、回転角度検出回路１１６と、減速切替検出部１１７とを備えている。
【００４１】
スイッチ操作検出回路１１１は、トリガ２５の押込の有無を検出し、その検出結果を演算部１１０へ出力する。印加電圧設定回路１１２は、トリガ２５から出力された目標値信号に応じて、モータ駆動回路装置３３のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を駆動するためのＰＷＭ駆動信号のＰＷＭデューティを設定し、演算部１１０へ出力する。回転方向設定回路１１３には正逆切替レバー２５Ｂが接続されており、先端工具装着部６１の回転方向を定めている。電流検出回路１１４は、電池７からモータ駆動回路装置３３の間の電流量を検出している。回転子位置検出回路１１５は、ホールＩＣ３４から出力された回転位置検出信号に基づいてモータ３のロータの回転位置を検出し、演算部１１０へ出力する。回転角度検出回路１１６は、回転子位置検出回路１１５の検出結果に基づき、モータ３が回転した角度を検出している。減速切替検出部１１７は、ハイ・ロー検出部２７Ｃからの信号出力に基づき、第二リングギヤ４２Ａが保持位置にあるか非保持位置にあるかを検出している。具体的には、信号出力が入力されている場合には、非保持位置に第二リングギヤ４２Ａ−２が位置していると検出し、出力信号が入力されていない場合には、保持位置に第二リングギヤ４２Ａ−１が位置していると検出する。
【００４２】
演算部１１０は、印加電圧設定回路１１２からの出力に基づいてＰＷＭデューティの目標値を算出する。また、回転子位置検出回路１１５からの出力に基づいて、適切に通電するステータ巻線を決定し、出力切替信号Ｈ１〜Ｈ３およびＰＷＭ駆動信号Ｈ４〜Ｈ６を生成する。ＰＷＭ駆動信号Ｈ４〜Ｈ６はＰＷＭデューティの目標値の大きさに基づいてデューティ幅が決定されて出力される。制御信号出力回路１１９は、演算部１１０で生成された出力切替信号Ｈ１〜Ｈ３及びＰＷＭ駆動信号Ｈ４〜Ｈ６をモータ駆動回路装置３３に出力する。
【００４３】
また演算部１１０は、減速切替検出部１１７からの出力結果に基づき、モータ３の回転制御を、非保持位置と保持位置とに対応してそれぞれＨｉモードとＬｏｗモードとの二種類で行っている。これらモードについての詳細は後述する。
【００４４】
モータ駆動回路装置３３には、電池７からの直流電力が給電される。モータ駆動回路装置３３では、出力切替信号Ｈ１〜Ｈ３およびＰＷＭ駆動信号Ｈ４〜Ｈ６に基づきスイッチング素子が駆動されて、通電されるステータ巻線が決定される。さらにＰＷＭ駆動信号はＰＷＭデューティの目標値でスイッチングされている。これにより、モータ３の三相のステータ巻線（Ｕ、Ｖ、Ｗ）に電気角１２０°の三相交流電圧が順に印加されることとなる。またモータ駆動回路装置３３では、制御信号出力回路１１９を介して演算部１１０からの信号に基づき、ロータシャフト３２Ａの回転を停止するようにスイッチング素子を駆動することが可能である。
【００４５】
また、演算部１１０には、ＲＯＭ等の記憶手段である記憶装置１２０が備えられており、記憶装置１２０は、後述するフローチャートにおいて、各種値を記憶する記憶手段として機能している。
【００４６】
上記構成のインパクト工具１において、先端工具としてソケットを先端工具装着部６１に装着し、ボルトやナットを締結する際には、低トルク・高回転のほうが作業性が優れるため、操作ノブ２７Ａを操作して後側へと移動させ第二リングギヤ４２Ａを後方の非保持位置へと移動させる。この移動により、凸部２３Ａと凹部４２ｂとの係合が解除され、第二リングギヤ４２Ａは非拘束状態になって中心軸周りに回転可能になる。第二リングギヤ４２Ａが回転可能になることにより、第二遊星歯車機構４２による減速は行われず、第一ピニオンギヤ３２Ｃの回転数を第一遊星歯車機構４１で減速して出力する第二ピニオンギヤ４１Ｅの回転数が、先端工具装着部６１の回転数となる。第一遊星歯車機構４１の減速比が５．０であるため、先端工具装着部６１は、モータ３の回転数１５０００ｒｐｍに対して、１５０００／５＝３０００ｒｐｍで回転する。これにより先端工具装着部６１を高速回転させることができ、ボルト・ナットを作業性よく締結することができる。
【００４７】
また先端工具としてネジビットを先端工具装着部６１に装着し、タッピングビスを締結するためには、低回転・高トルクのほうが作業性が優れるため、操作ノブ２７Ａを操作して前側へと移動させ第二リングギヤ４２Ａを前方の保持位置へと移動させる。この移動により、凸部２３Ａと凹部４２ｂとが係合し、第二リングギヤ４２Ａは拘束状態になって回転不能になる。第二リングギヤ４２Ａが回転不能になることにより、第二遊星歯車機構４２により、第二ピニオンギヤ４１Ｅの回転数を更に減速して先端工具装着部６１に伝達することになる。第一遊星歯車機構４１は減速比が５．０であり、第二遊星歯車機構４２は減速比が２．０で有るため、先端工具装着部６１は、モータ３の回転数１５０００ｒｐｍに対して、１５０００／（５×２）＝１５００ｒｐｍで回転することができる。これにより先端工具６１を高トルク・低速回転することができ、タッピングビスを作業性よく締結することができる。
【００４８】
またインパクト工具１では、回転打撃力を発生させるべく、図５（ａ）（ｂ）のグラフに示すように、ハンマ５を僅かに逆転させつつ正転させている。この動作は、制御回路部１００によってモータ３のＰＷＭデューティを制御することにより行われるが、例えば第二リングギヤ４２Ａが保持位置にある状態で最適な打撃力を発揮すべく制御回路部１００でモータ３のＰＭＷデューティを設定した状態で、第二リングギヤ４２Ａを非保持位置に移動させると、保持位置に第二リングギヤ４２Ａが配置されていた状態に比べて減速比が小さくなるため、ハンマ５を逆転させた際のハンマの回動量が大きくなる。具体的には、第二遊星歯車機構４２の減速比が２．０であるため、保持位置においてハンマ５をα°逆転させる制御を行っている場合に、非保持位置で同様の制御を行うとハンマ５が２．０α°逆転することになり、好適な打撃が生じない恐れがある。よってハイ・ロー検出部２７Ｃにより、保持位置、非保持位置を検出し、この検出結果に基づき、制御回路部１００で最適なＰＷＭデューティを設定する。
【００４９】
具体的には、図６のフローチャートに示されるように、スタートし、Ｓ０１で電源を投入した後に、Ｓ０２へと進み、減速切替検出を行う。具体的には、Ｓ０３においてＨｉモードであるか否か（第二リングギヤ４２Ａが非保持位置にあるか否か）を判断する。
【００５０】
ここでＳ０３：Ｎｏと判断された場合には、Ｓ０４へと進み、演算部１１０において、Ｌｏｗモード制御パラメータを記憶装置１２０から呼び出し、設定する。この設定に基づき、Ｓ０５においてモータ３の正転時間Ｔ１を定め、Ｓ０６においてモータ３の逆転時間Ｔ２を定め、Ｓ０７においてモータ３に印加される電流閾値Ｉ１を定める。これらＳ０５〜Ｓ０７の値が定められた後にＳ０８へ進んで、トリガ２５操作によりモータ３を駆動可能な状態で待機する。
【００５１】
次にＳ０３：Ｙｅｓと判断された場合には、Ｓ０９へと進み、演算部１１０において、Ｈｉモード制御パラメータを記憶装置１２０から呼び出し、設定する。この設定に基づき、Ｓ０１０においてモータ３の正転時間Ｔ１’（＝Ｔ１／Ｇ１）を定め、Ｓ１１においてモータ３の逆転時間Ｔ２’（＝Ｔ２／Ｇ１）を定め、Ｓ１２においてモータ３に印加される電流閾値Ｉ１’（＝Ｉ１＊Ｇ１）を定める。ここでＧ１は上述の第二遊星歯車機構４２の減速比２．０を示している。これらＳ１０〜Ｓ１２の値が定められた後にＳ０８へ進んで、トリガ２５操作によりモータ３を駆動可能な状態で待機する。
【００５２】
ハンマ５の回転角度は、モータ３におけるロータシャフト３２Ａの角速度が一定の場合に、回転時間に正比例し、減速比に反比例する。従って、Ｈｉモードにおいては、Ｌｏｗモードに比べて減速比が２．０倍となるが、正転時間Ｔ１’ 逆転時間Ｔ２’はそれぞれ１／２．０倍となるため、ハンマ５の回転角度は、ＨｉモードとＬｏｗモードとにおいて等しくなる。
【００５３】
またハンマ５の回転トルクは、モータ３におけるロータシャフト３２Ａの回転トルクが一定の場合に、減速比に正比例して大きくなる。従って、Ｈｉモードにおいては、Ｌｏｗモードに比べて回転トルクが１／２．０倍となるが、電流閾値Ｉ１’を２．０倍としてロータシャフト３２Ａの回転トルクが２．０倍となるため、ハンマ５の回転トルクは、ＨｉモードとＬｏｗモードとにおいて等しくなる。
【００５４】
このようにＴ１’、Ｔ２’、Ｉ１’を設定することにより、Ｈｉモードにおける打撃感とＬｏｗモードにおける打撃感との変化を小さくし、インパクト工具１の操作性を向上させることができる。
【００５５】
本実施の形態のインパクト工具１では、一のリングギヤである第二リングギヤ４２Ａを保持位置と非保持位置とに移動することにより、容易に減速比を変更することができる。またこの移動も操作部２７により容易に行うことができ、容易に保持位置と非保持位置とに第二リングギヤ４２Ａを切り替えることができる。
【００５６】
またモータ３はブラシレスモータであるため、その回転制御も容易であり、故に保持位置と非保持位置とにおいて、ＬｏｗモードとＨｉモードとにモータ３の特性を切り替えて、最適な制御を行うことができる。またブラシレスモータを採用することにより、たとえばハンマ５の正転角度と逆転角度とをモータ３のホールＩＣ３４の信号と減速比とから算出し続け、ハンマ５の正転角度と逆転角度とが減速比の増加に対して反比例して減少するように、モータ３に加える正転信号及び逆転信号をフィードバック制御してもよい。このフィードバック制御によれば、より正確な打撃タイミングを得ることができ、特にモータ３の回転数が一定ではない場合に有効な制御になる。
【００５７】
また保持位置と非保持位置との検出を操作ノブ２７Ａの動作からハイ・ロー検出部２７Ｃで行っているため、容易に保持位置と非保持位置とを検出することができる。なお、この検出は、直接的に第二リングギヤ４２Ａの位置を検出してもよい。
【００５８】
また本実施の形態では、保持位置と非保持位置との間で移動する一のリングギヤを、モータ３を最上流としアンビル６を最下流とする動力伝達経路において、この動力伝達経路に含まれる複数の遊星歯車機構のうち、最下流に位置する第二遊星歯車機構４２に設定している。第二遊星歯車機構４２は、その構成にかかるギヤの回転数が、第一遊星歯車機構４１の構成にかかるギヤの回転数より低いため、凸部２３Ａと凹部４２ｂとの係合が容易となり、故に第二リングギヤ４２Ａの保持位置と非保持位置との間の移動が容易になる。
【００５９】
また本実施の形態では、二個の遊星歯車機構を備えるインパクト工具について説明したが、これに限定されず、たとえば三個の遊星歯車機構を備えるインパクト工具にも当然適用することが可能である。また一のリングギヤでのみ減速に係る切替動作を行ったが、他のリングギヤでさらに減速に係る切替動作を行うことも可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１：インパクト工具 ２：ハウジング ３：モータ ４：ギヤ機構 ４Ａ：枠体
５：ハンマ ６：アンビル ６ａ：穿孔 ６ｂ：装着孔 ７：電池
２１：主ハウジング ２１Ａ：胴体部 ２１Ｂ：ハンドル ２２：ハンマケース
２２Ａ：軸受 ２３：係合部 ２３Ａ：凸部 ２３Ｂ：スラストベアリング
２４：端子部 ２５：トリガ ２５Ａ：スイッチ部 ２５Ｂ：正逆切替レバー
２６：照射部 ２７：操作部 ２７Ａ：操作ノブ ２７Ｂ：係合部
２７Ｃ：ハイ・ロー検出部 ３１：ステータ ３２：ロータ ３２Ａ：ロータシャフト
３２Ｂ：ファン ３２Ｃ：第一ピニオンギヤ ３２Ｄ：ベアリング
３２Ｅ：ベアリング ３３：モータ駆動回路装置 ４１：第一遊星歯車機構
４１Ａ：第一リングギヤ ４１Ｂ：第一遊星ギヤ ４１Ｃ：第一ニードルローラ
４１Ｄ：第一遊星キャリア ４１Ｅ：第二ピニオンギヤ ４２：第二遊星歯車機構
４２Ａ：第二リングギヤ ４２Ｂ：第二遊星ギヤ ４２Ｃ：第二ニードルローラ
４２Ｄ：第二遊星キャリア ４２Ｅ：回転被支承部 ４２ａ：溝 ４２ｂ：凹部
４３：操作部 ５１Ａ：爪部 ６１：先端工具装着部 ６２：ボール ６３：操作部
６４：羽根部 １００：制御回路部 １１０：演算部 １１１：スイッチ操作検出回路
１１２：印加電圧設定回路 １１３：回転方向設定回路 １１４：電流検出回路
１１５：回転子位置検出回路 １１６：回転角度検出回路 １１７：減速切替検出部
１１９：制御信号出力回路 １２０：記憶装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、
該モータで回転駆動されるハンマと、
該ハンマにより回転打撃されると共に先端工具に打撃力を伝達するアンビルと、
該モータと該ハンマとの間に介在し、それぞれリングギヤを有し、該モータの回転力を該ハンマに伝達する複数の遊星歯車機構と、
該モータと該ハンマと該アンビルと該それぞれのリングギヤとを保持するハウジングと、を備え、
該それぞれのリングギヤのうち、少なくとも一のリングギヤは、該ハウジングに係合して保持される保持位置と該ハウジングに非係合で該ハウジングに対して回転可能な非保持位置との間で移動可能に構成されていることを特徴とするインパクト工具。
【請求項２】
該ハウジングは、該一のリングギヤと係合する係合部を有し、
該一のリングギヤは該係合部と係合する被係合部を有し、
該係合部と該被係合部とは、該保持位置において係合し、該被保持位置において係合不能となるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のインパクト工具。
【請求項３】
該一のリングギヤを該保持位置と該非保持位置との間で操作可能な操作部を更に有し、
該操作部は、該ハウジングの外表面に露出していることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のインパクト工具。
【請求項４】
該一のリングギヤは、該複数の遊星歯車機構において、該ハンマを直接回転駆動する遊星歯車機構に含まれていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載のインパクト工具。
【請求項５】
該モータはブラシレスモータであり、
該モータの回転制御を行う制御部を更に備え、
該制御部は、該一のリングギヤが該保持位置と該非保持位置とのそれぞれの位置において、該回転制御を変更可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のインパクト工具。
【請求項６】
該保持位置と該非保持位置とにおける該一のリングギヤの位置を検出する検出装置をさらに有し、
該制御部は該検出装置の検出結果に基づき該回転制御を行うことを特徴とする請求項５に記載のインパクト工具。
【請求項１】
モータと、
該モータで回転駆動されるハンマと、
該ハンマにより回転打撃されると共に先端工具に打撃力を伝達するアンビルと、
該モータと該ハンマとの間に介在し、それぞれリングギヤを有し、該モータの回転力を該ハンマに伝達する複数の遊星歯車機構と、
該モータと該ハンマと該アンビルと該それぞれのリングギヤとを保持するハウジングと、を備え、
該それぞれのリングギヤのうち、少なくとも一のリングギヤは、該ハウジングに係合して保持される保持位置と該ハウジングに非係合で該ハウジングに対して回転可能な非保持位置との間で移動可能に構成されていることを特徴とするインパクト工具。
【請求項２】
該ハウジングは、該一のリングギヤと係合する係合部を有し、
該一のリングギヤは該係合部と係合する被係合部を有し、
該係合部と該被係合部とは、該保持位置において係合し、該被保持位置において係合不能となるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のインパクト工具。
【請求項３】
該一のリングギヤを該保持位置と該非保持位置との間で操作可能な操作部を更に有し、
該操作部は、該ハウジングの外表面に露出していることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のインパクト工具。
【請求項４】
該一のリングギヤは、該複数の遊星歯車機構において、該ハンマを直接回転駆動する遊星歯車機構に含まれていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載のインパクト工具。
【請求項５】
該モータはブラシレスモータであり、
該モータの回転制御を行う制御部を更に備え、
該制御部は、該一のリングギヤが該保持位置と該非保持位置とのそれぞれの位置において、該回転制御を変更可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のインパクト工具。
【請求項６】
該保持位置と該非保持位置とにおける該一のリングギヤの位置を検出する検出装置をさらに有し、
該制御部は該検出装置の検出結果に基づき該回転制御を行うことを特徴とする請求項５に記載のインパクト工具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−９４８６４（Ｐ２０１３−９４８６４Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３８１７２（Ｐ２０１１−２３８１７２）
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００００５０９４）日立工機株式会社 (1,861)
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００００５０９４）日立工機株式会社 (1,861)
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