沖擊工具和控制沖擊工具的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及沖擊工具，更具體地說(shuō)，涉及一種改進(jìn)了用作驅(qū)動(dòng)源的電動(dòng)機(jī)的控制方法的沖擊工具。
【背景技術(shù)】
[0002]便攜式?jīng)_擊工具，尤其是通過(guò)儲(chǔ)存在電池中的電能來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的無(wú)繩沖擊工具被廣泛使用。例如，如JP2008-278633A所公開，在通過(guò)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)尖端工具(例如，鉆或起子)以進(jìn)行所需工作的沖擊工具中，使用電池驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)(無(wú)刷DC電動(dòng)機(jī))。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是指不具有電刷(整流用電刷)的直流電動(dòng)機(jī)。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)在定子側(cè)使用線圈(繞組)，在轉(zhuǎn)子側(cè)使用永磁體，并且具有將逆變器驅(qū)動(dòng)的電力連續(xù)施加給預(yù)定線圈以使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的構(gòu)造。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)具有比有刷電動(dòng)機(jī)更高的效率，并且能夠利用可充電蓄電池獲得較高的輸出。此外，因?yàn)闊o(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)包括安裝有用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的開關(guān)元件的電路，所以容易通過(guò)電子控制獲得先進(jìn)的電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)控制。
[0003]無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)包括具有永磁體的轉(zhuǎn)子和具有例如三相繞組等多相電樞繞組(定子繞組)的定子。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)與位置檢測(cè)元件安裝在一起，位置檢測(cè)元件由多個(gè)霍爾IC(霍爾集成電路)和逆變器電路形成，霍爾IC通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的永磁體的磁力來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置，逆變器電路通過(guò)使用例如場(chǎng)效晶體管(FET，F(xiàn)ield Effect Transistor)或絕緣柵雙極型晶體管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)等半導(dǎo)體開關(guān)元件轉(zhuǎn)換從電池組等供應(yīng)的直流電壓并且切換供應(yīng)至各相定子繞組的通電來(lái)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子。多個(gè)位置檢測(cè)元件對(duì)應(yīng)于多相電樞繞組，基于通過(guò)各個(gè)位置檢測(cè)元件檢測(cè)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)結(jié)果來(lái)設(shè)置各相電樞繞組的通電時(shí)機(jī)。
[0004]圖12是示出常規(guī)沖擊工具的電動(dòng)機(jī)電流、PffM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比以及緊固扭矩之間關(guān)系的圖表。這里，按照如下方式進(jìn)行緊固螺釘?shù)鹊牟僮?操作人員在時(shí)間t。拉動(dòng)扳機(jī)以使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)，PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比202為100%。圖12(3)表示緊固扭矩值(N/m)。緊固扭矩值203隨著時(shí)間流逝而逐漸增加。然后，當(dāng)來(lái)自緊固部件的反作用力等于或大于預(yù)定扭矩值時(shí)，錘相對(duì)于砧后退，因而砧與錘之間的接合關(guān)系解除。隨著接合關(guān)系的解除，錘在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)向前移動(dòng)并且在時(shí)間^與砧碰撞，因而對(duì)砧產(chǎn)生有力的緊固扭矩。此時(shí)，如圖12(2)中的占空比202所指，供應(yīng)至逆變器電路以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的PffM的占空比處于100%的狀態(tài)，S卩，處于滿功率狀態(tài)。在這種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制下的電動(dòng)機(jī)電流由圖12(1)中的電動(dòng)機(jī)電流201表示。電動(dòng)機(jī)電流201隨著錘后退而迅速增大(如箭頭201a所指)并且在接合狀態(tài)剛要解除之前達(dá)到峰值電流(箭頭201b)。然后，當(dāng)接合狀態(tài)解除時(shí)，電動(dòng)機(jī)電流201迅速減小。然后，在箭頭201c所指處進(jìn)行打擊并且再次獲得接合狀態(tài)，從而電動(dòng)機(jī)電流201再次開始增大。
[0005]現(xiàn)在，將參考圖13描述沖擊工具的包括錘和站的打擊部分的運(yùn)動(dòng)與電動(dòng)機(jī)電流的增大/減小之間的關(guān)系。錘210通過(guò)設(shè)置在主軸上的凸輪機(jī)構(gòu)的作用而向前向后移動(dòng)。錘在與砧接觸的狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)，此時(shí)來(lái)自砧220的反作用力很小。然而，隨著反作用力增加，如箭頭231所指，錘210開始后退到電動(dòng)機(jī)側(cè)(圖13的上側(cè))，同時(shí)沿著凸輪機(jī)構(gòu)的主軸凸輪槽壓縮彈簧(圖13(A))。然后，當(dāng)錘210的凸起部通過(guò)錘210的后退運(yùn)動(dòng)而跨過(guò)砧220并因此解除錘與砧之間的接合時(shí)，錘210在借助主軸的旋轉(zhuǎn)力而轉(zhuǎn)動(dòng)(如箭頭232所指)的同時(shí)在凸輪機(jī)構(gòu)和在彈簧中聚集的彈性能量的作用下迅速加速并向前移動(dòng)(如箭頭233所指)(圖13(B))。然后，錘210的凸起部與砧220碰撞，并且錘與砧再次相互接合，從而錘與砧開始一起轉(zhuǎn)動(dòng)(如箭頭234所指)(圖13(C))。此時(shí)，有力的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)打擊力施加在砧22上。此時(shí)用下側(cè)曲線表示電動(dòng)機(jī)電流240(單位:A)。在錘如箭頭231所指向后移動(dòng)同時(shí)沿著凸輪機(jī)構(gòu)的主軸凸輪槽壓縮彈簧時(shí)，電動(dòng)機(jī)電流240如箭頭240a所指達(dá)到峰值。然后，如圖13(B)所示，錘210與砧220之間的接合狀態(tài)解除。此時(shí)，反作用力沒(méi)有施加在錘210上，因此負(fù)載變輕。結(jié)果，如箭頭240b所指，電動(dòng)機(jī)電流240減小。然后，如箭頭240c所指，在電動(dòng)機(jī)電流240接近低點(diǎn)附近時(shí)進(jìn)行打擊。這里，圖12中的箭頭201b和201c對(duì)應(yīng)于圖13中的箭頭240a-240c這一部分。
[0006]再次參考圖12進(jìn)行說(shuō)明。在螺紋緊固部件為短螺釘?shù)那闆r下，如果通過(guò)第一次打擊，扭矩值突然超過(guò)設(shè)定扭矩值Tn(如圖12(3)中的箭頭203a所指)，那么在圖12中的時(shí)間&( S卩，箭頭201c所指的時(shí)間)進(jìn)行打擊。然而，在采用即使扭矩值達(dá)到設(shè)定扭矩值也不會(huì)自動(dòng)停止的電動(dòng)工具的情況下，在操作人員釋放扳機(jī)之前可能會(huì)多進(jìn)行數(shù)次打擊。例如，在圖12(3)的例子中，在時(shí)間丨2進(jìn)行第二次打擊，而如箭頭201c-201f所指，電動(dòng)機(jī)電流此時(shí)增大或減小。此時(shí)，在一些情況下存在螺紋破裂或者螺釘頭扭斷的可能性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]順便提及，最近已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了沖擊工具的輸出的增加，因而可以獲得高旋轉(zhuǎn)速度和高緊固扭矩，同時(shí)減小了工具的尺寸。然而，當(dāng)在螺釘緊固工作等中進(jìn)行第一次打擊時(shí)，高緊固扭矩的實(shí)現(xiàn)使得打擊強(qiáng)于需要施加的打擊。結(jié)果，螺釘損壞的風(fēng)險(xiǎn)很高。作為對(duì)策，考慮在降低電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度以減小沖擊的狀態(tài)下進(jìn)行緊固工作。然而，在這種情況下，整個(gè)緊固所需的時(shí)間變長(zhǎng)，因而使操作效率下降。
[0008]鑒于上述背景而制成本發(fā)明，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在以高的精度在高速下緊固小螺釘或平頭螺釘?shù)鹊臎_擊工具。
[0009]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種能夠在打擊期間防止螺釘頭損壞而不降低緊固效率的沖擊工具。
[0010]本發(fā)明的再一個(gè)目的在于提供一種能夠高效地緊固具有預(yù)留孔功能的自鉆螺釘或自攻螺釘?shù)臎_擊工具。
[0011]將要在本申請(qǐng)中公開的本發(fā)明的各個(gè)方面如下。
[0012](I) —種沖擊工具，包括:
[0013]電動(dòng)機(jī)；
[0014]扳機(jī)；
[0015]控制器，其構(gòu)造成根據(jù)所述扳機(jī)的操作使用半導(dǎo)體開關(guān)元件來(lái)控制供應(yīng)至所述電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電力；以及
[0016]打擊機(jī)構(gòu)，其構(gòu)造成借助所述電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)力連續(xù)地或間歇性地驅(qū)動(dòng)尖端工具，所述打擊機(jī)構(gòu)包括錘和石占，
[0017]其中，所述控制器在所述扳機(jī)被操縱時(shí)以高占空比驅(qū)動(dòng)所述半導(dǎo)體開關(guān)元件，并且
[0018]其中，所述電動(dòng)機(jī)被驅(qū)動(dòng)使得在所述錘在所述砧上進(jìn)行第一次打擊之前使占空比下降，并且所述第一次打擊以低于所述高占空比的低占空比進(jìn)行。
[0019](2)根據(jù)方面(I)所述的沖擊工具，其中，在所述錘與所述砧之間的接合解除之前進(jìn)行從所述高占空比到所述低占空比的切換。
[0020](3)根據(jù)方面(I)所述的沖擊工具，其中，在所述錘開始后退之前進(jìn)行從所述高占空比到所述低占空比的切換。
[0021](4)根據(jù)方面(1)-(3)所述的沖擊工具，還包括電流檢測(cè)器，所述電流檢測(cè)器構(gòu)造成檢測(cè)流過(guò)所述電動(dòng)機(jī)或所述半導(dǎo)體開關(guān)元件的電流的電流值，
[0022]其中，所述控制器被控制為使得:當(dāng)所述電流值第一次超過(guò)第一閾值時(shí)，占空比從所述高占空比切換到所述低占空比。
[0023](5)根據(jù)方面(I)-⑷所述的沖擊工具，其中
[0024]所述電動(dòng)機(jī)是無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，并且
[0025]所述無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)由逆變器電路使用多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
[0026](6)根據(jù)方面⑷或(5)所述的沖擊工具，其中
[0027]所述高占空比被設(shè)定在80%至100%的范圍內(nèi)，并且
[0028]所述低占空比被設(shè)定為等于或小于所述高占空比的60%的值。
[0029](7)根據(jù)方面⑷或(5)所述的沖擊工具，其中，當(dāng)所述電流值超過(guò)第二閾值時(shí)，所述控制器停止驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)。
[0030](8)根據(jù)方面⑷-(7)所述的沖擊工具，其中
[0031]所述控制器構(gòu)造成進(jìn)行以下操作:
[0032]增加過(guò)程:在從所述高占空比切換到所述低占空比之后，當(dāng)所述電流檢測(cè)器檢測(cè)出的電流值等于或小于第一閾值時(shí)，以預(yù)定速率連續(xù)地增加所述低占空比，只要增加后的占空比不超過(guò)所述高占空比即可；
[0033]返回過(guò)程:當(dāng)所述電流檢測(cè)器檢測(cè)出的電流值再次超過(guò)所述第一閾值時(shí)，使占空比再次返回到所述低占空比；以及
[0034]重復(fù)過(guò)程:重復(fù)所述增加過(guò)程和所述返回過(guò)程。
[0035](9)根據(jù)方面⑷-(7)所述的沖擊工具，其中
[0036]在切換到所述低占空比之后，當(dāng)所述電流檢測(cè)器檢測(cè)出的電流值等于或小于遠(yuǎn)低于所述第一閾值的第三閾值時(shí)，所述低占空比返回到所述高占空比，并且
[0037]所述電動(dòng)機(jī)被驅(qū)動(dòng)為使得在所述錘在所述砧上進(jìn)行下一次打擊之前，使占空比從所述高占空比切換到所述低占空比，并且所述下一次打擊以所述低占空比進(jìn)行。
[0038](10) 一種控制沖擊工具的方法，所述沖擊工具包括:電動(dòng)機(jī)；扳機(jī)；半導(dǎo)體開關(guān)元件，其控制供應(yīng)至所述電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電力；以及打擊機(jī)構(gòu)，其構(gòu)造成借助所述電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)力連續(xù)地或間歇性地驅(qū)動(dòng)尖端工具，所述打擊機(jī)構(gòu)包括錘和砧，所述方法包括:
[0039]當(dāng)所述扳機(jī)被操縱時(shí)以高占空比驅(qū)動(dòng)所述半導(dǎo)體開關(guān)元件；
[0040]在所述錘在所述砧上進(jìn)行第一次打擊之前將所述高占空比降低至低占空比；以及
[0041]以所述低占空比進(jìn)行所述第一次打擊。
[0042]根據(jù)方面(I)所述的本發(fā)明，當(dāng)拉動(dòng)扳機(jī)時(shí)以高占空比驅(qū)動(dòng)控制器，但是在剛要進(jìn)行第一次打擊之前(恰在第一次打擊之前)占空比切換至低占空比的狀態(tài)下進(jìn)行打擊。因此，即使當(dāng)在采用高功率電動(dòng)機(jī)的沖擊起子中使用短螺釘或具有預(yù)留孔功能的自鉆螺釘時(shí)，也可以在不降低操作速度的情況下有效地防止螺釘頭或螺紋槽的損壞或者被緊固部件的損壞。結(jié)果，可以采用高功率電動(dòng)機(jī)，還可以降低電動(dòng)機(jī)的功耗。此外，可以提高沖擊工具的可靠性和壽命。
[0043]根據(jù)方面(2)所述的本發(fā)明，由于在解除錘與砧之間的接合之前進(jìn)行占空比的切換，所以直到進(jìn)行打擊為止都以最大速度進(jìn)行緊固，并且在打擊期間可靠地降低占空比，從而可以以適