冲击工具和控制冲击工具的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及冲击工具，更具体地说，涉及一种改进了用作驱动源的电动机的控制方法的冲击工具。
【背景技术】
[0002]便携式冲击工具，尤其是通过储存在电池中的电能来进行驱动的无绳冲击工具被广泛使用。例如，如JP2008-278633A所公开，在通过电动机旋转驱动尖端工具(例如，钻或起子)以进行所需工作的冲击工具中，使用电池驱动无刷直流电动机(无刷DC电动机)。无刷直流电动机是指不具有电刷(整流用电刷)的直流电动机。无刷直流电动机在定子侧使用线圈(绕组)，在转子侧使用永磁体，并且具有将逆变器驱动的电力连续施加给预定线圈以使转子旋转的构造。无刷直流电动机具有比有刷电动机更高的效率，并且能够利用可充电蓄电池获得较高的输出。此外，因为无刷直流电动机包括安装有用于旋转驱动电动机的开关元件的电路，所以容易通过电子控制获得先进的电动机旋转控制。
[0003]无刷直流电动机包括具有永磁体的转子和具有例如三相绕组等多相电枢绕组(定子绕组)的定子。无刷直流电动机与位置检测元件安装在一起，位置检测元件由多个霍尔IC(霍尔集成电路)和逆变器电路形成，霍尔IC通过检测转子的永磁体的磁力来检测转子的位置，逆变器电路通过使用例如场效晶体管(FET，Field Effect Transistor)或绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)等半导体开关元件转换从电池组等供应的直流电压并且切换供应至各相定子绕组的通电来驱动转子。多个位置检测元件对应于多相电枢绕组，基于通过各个位置检测元件检测的转子位置检测结果来设置各相电枢绕组的通电时机。
[0004]图12是示出常规冲击工具的电动机电流、PffM驱动信号的占空比以及紧固扭矩之间关系的图表。这里，按照如下方式进行紧固螺钉等的操作:操作人员在时间t。拉动扳机以使电动机转动。此时，PWM驱动信号的占空比202为100%。图12(3)表示紧固扭矩值(N/m)。紧固扭矩值203随着时间流逝而逐渐增加。然后，当来自紧固部件的反作用力等于或大于预定扭矩值时，锤相对于砧后退，因而砧与锤之间的接合关系解除。随着接合关系的解除，锤在旋转的同时向前移动并且在时间^与砧碰撞，因而对砧产生有力的紧固扭矩。此时，如图12(2)中的占空比202所指，供应至逆变器电路以驱动电动机的PffM的占空比处于100%的状态，S卩，处于满功率状态。在这种电动机驱动控制下的电动机电流由图12(1)中的电动机电流201表示。电动机电流201随着锤后退而迅速增大(如箭头201a所指)并且在接合状态刚要解除之前达到峰值电流(箭头201b)。然后，当接合状态解除时，电动机电流201迅速减小。然后，在箭头201c所指处进行打击并且再次获得接合状态，从而电动机电流201再次开始增大。
[0005]现在，将参考图13描述冲击工具的包括锤和站的打击部分的运动与电动机电流的增大/减小之间的关系。锤210通过设置在主轴上的凸轮机构的作用而向前向后移动。锤在与砧接触的状态下旋转，此时来自砧220的反作用力很小。然而，随着反作用力增加，如箭头231所指，锤210开始后退到电动机侧(图13的上侧)，同时沿着凸轮机构的主轴凸轮槽压缩弹簧(图13(A))。然后，当锤210的凸起部通过锤210的后退运动而跨过砧220并因此解除锤与砧之间的接合时，锤210在借助主轴的旋转力而转动(如箭头232所指)的同时在凸轮机构和在弹簧中聚集的弹性能量的作用下迅速加速并向前移动(如箭头233所指)(图13(B))。然后，锤210的凸起部与砧220碰撞，并且锤与砧再次相互接合，从而锤与砧开始一起转动(如箭头234所指)(图13(C))。此时，有力的转转打击力施加在砧22上。此时用下侧曲线表示电动机电流240(单位:A)。在锤如箭头231所指向后移动同时沿着凸轮机构的主轴凸轮槽压缩弹簧时，电动机电流240如箭头240a所指达到峰值。然后，如图13(B)所示，锤210与砧220之间的接合状态解除。此时，反作用力没有施加在锤210上，因此负载变轻。结果，如箭头240b所指，电动机电流240减小。然后，如箭头240c所指，在电动机电流240接近低点附近时进行打击。这里，图12中的箭头201b和201c对应于图13中的箭头240a-240c这一部分。
[0006]再次参考图12进行说明。在螺纹紧固部件为短螺钉的情况下，如果通过第一次打击，扭矩值突然超过设定扭矩值Tn(如图12(3)中的箭头203a所指)，那么在图12中的时间&( S卩，箭头201c所指的时间)进行打击。然而，在采用即使扭矩值达到设定扭矩值也不会自动停止的电动工具的情况下，在操作人员释放扳机之前可能会多进行数次打击。例如，在图12(3)的例子中，在时间丨2进行第二次打击，而如箭头201c-201f所指，电动机电流此时增大或减小。此时，在一些情况下存在螺纹破裂或者螺钉头扭断的可能性。
【发明内容】
[0007]顺便提及，最近已经实现了冲击工具的输出的增加，因而可以获得高旋转速度和高紧固扭矩，同时减小了工具的尺寸。然而，当在螺钉紧固工作等中进行第一次打击时，高紧固扭矩的实现使得打击强于需要施加的打击。结果，螺钉损坏的风险很高。作为对策，考虑在降低电动机旋转速度以减小冲击的状态下进行紧固工作。然而，在这种情况下，整个紧固所需的时间变长，因而使操作效率下降。
[0008]鉴于上述背景而制成本发明，本发明的目的在于提供一种能够在以高的精度在高速下紧固小螺钉或平头螺钉等的冲击工具。
[0009]本发明的另一个目的在于提供一种能够在打击期间防止螺钉头损坏而不降低紧固效率的冲击工具。
[0010]本发明的再一个目的在于提供一种能够高效地紧固具有预留孔功能的自钻螺钉或自攻螺钉的冲击工具。
[0011]将要在本申请中公开的本发明的各个方面如下。
[0012](I) —种冲击工具，包括:
[0013]电动机；
[0014]扳机；
[0015]控制器，其构造成根据所述扳机的操作使用半导体开关元件来控制供应至所述电动机的驱动电力；以及
[0016]打击机构，其构造成借助所述电动机的旋转力连续地或间歇性地驱动尖端工具，所述打击机构包括锤和石占，
[0017]其中，所述控制器在所述扳机被操纵时以高占空比驱动所述半导体开关元件，并且
[0018]其中，所述电动机被驱动使得在所述锤在所述砧上进行第一次打击之前使占空比下降，并且所述第一次打击以低于所述高占空比的低占空比进行。
[0019](2)根据方面(I)所述的冲击工具，其中，在所述锤与所述砧之间的接合解除之前进行从所述高占空比到所述低占空比的切换。
[0020](3)根据方面(I)所述的冲击工具，其中，在所述锤开始后退之前进行从所述高占空比到所述低占空比的切换。
[0021](4)根据方面(1)-(3)所述的冲击工具，还包括电流检测器，所述电流检测器构造成检测流过所述电动机或所述半导体开关元件的电流的电流值，
[0022]其中，所述控制器被控制为使得:当所述电流值第一次超过第一阈值时，占空比从所述高占空比切换到所述低占空比。
[0023](5)根据方面(I)-⑷所述的冲击工具，其中
[0024]所述电动机是无刷直流电动机，并且
[0025]所述无刷直流电动机由逆变器电路使用多个半导体开关元件进行驱动。
[0026](6)根据方面⑷或(5)所述的冲击工具，其中
[0027]所述高占空比被设定在80%至100%的范围内，并且
[0028]所述低占空比被设定为等于或小于所述高占空比的60%的值。
[0029](7)根据方面⑷或(5)所述的冲击工具，其中，当所述电流值超过第二阈值时，所述控制器停止驱动所述电动机。
[0030](8)根据方面⑷-(7)所述的冲击工具，其中
[0031]所述控制器构造成进行以下操作:
[0032]增加过程:在从所述高占空比切换到所述低占空比之后，当所述电流检测器检测出的电流值等于或小于第一阈值时，以预定速率连续地增加所述低占空比，只要增加后的占空比不超过所述高占空比即可；
[0033]返回过程:当所述电流检测器检测出的电流值再次超过所述第一阈值时，使占空比再次返回到所述低占空比；以及
[0034]重复过程:重复所述增加过程和所述返回过程。
[0035](9)根据方面⑷-(7)所述的冲击工具，其中
[0036]在切换到所述低占空比之后，当所述电流检测器检测出的电流值等于或小于远低于所述第一阈值的第三阈值时，所述低占空比返回到所述高占空比，并且
[0037]所述电动机被驱动为使得在所述锤在所述砧上进行下一次打击之前，使占空比从所述高占空比切换到所述低占空比，并且所述下一次打击以所述低占空比进行。
[0038](10) 一种控制冲击工具的方法，所述冲击工具包括:电动机；扳机；半导体开关元件，其控制供应至所述电动机的驱动电力；以及打击机构，其构造成借助所述电动机的旋转力连续地或间歇性地驱动尖端工具，所述打击机构包括锤和砧，所述方法包括:
[0039]当所述扳机被操纵时以高占空比驱动所述半导体开关元件；
[0040]在所述锤在所述砧上进行第一次打击之前将所述高占空比降低至低占空比；以及
[0041]以所述低占空比进行所述第一次打击。
[0042]根据方面(I)所述的本发明，当拉动扳机时以高占空比驱动控制器，但是在刚要进行第一次打击之前(恰在第一次打击之前)占空比切换至低占空比的状态下进行打击。因此，即使当在采用高功率电动机的冲击起子中使用短螺钉或具有预留孔功能的自钻螺钉时，也可以在不降低操作速度的情况下有效地防止螺钉头或螺纹槽的损坏或者被紧固部件的损坏。结果，可以采用高功率电动机，还可以降低电动机的功耗。此外，可以提高冲击工具的可靠性和寿命。
[0043]根据方面(2)所述的本发明，由于在解除锤与砧之间的接合之前进行占空比的切换，所以直到进行打击为止都以最大速度进行紧固，并且在打击期间可靠地降低占空比，从而可以以适