JP2003340620A - 手持ち式電動工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動ドリルを起動する際に反動を少なくしつ
つ起動時間を短くすることのできる最適起動方法を提供
する。 【解決手段】 振動ドリル１のハウジング２に、加速度
を検出する加速度センサ１１を設置する。振動ドリル１
を起動する際、加速度センサ１１で検出される加速度が
所定の加速度を超えるときは、コントローラ１０は電動
モータ３の加速を制限する。加速度センサ１１で検出さ
れる加速度が所定の加速度未満のときは、コントローラ
１０は電動モータ３を加速する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、モータを内蔵し
た手持ち式電動工具に関する。

【０００２】

【従来の技術】 振動ドリル等の手持ち式電動工具で
は、モータによって回転駆動される出力軸端に工具を取
付け、この工具を加工物に押し当てて作業を行う。した
がって、電動工具使用時には電動工具本体に出力軸周り
の力が作用する。このため、電動工具使用時に作業者が
電動工具本体を確実に保持していないと、電動工具本体
が振られるという事態が生じる。とくに、大型の電動工
具で工具（例えば、刃具）を加工物に押し当てた状態か
らモータを起動する場合、電動工具本体に作用する反動
も大きなものとなって電動工具本体が大きく振られるこ
ととなる。そこで、モータ起動時にはモータを徐々に加
速すること（通常行われるソフトスタートより遅い加
速）で電動工具本体に作用する反動を少なくし、電動工
具本体が大きく振られることを防止する方法が知られて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、電動
工具本体への反動を抑えるためにゆっくりとモータを加
速すると、モータが使用回転速度に達するまでに時間が
かかりすぎて作業効率が低下するので熟練者等にとって
は使い勝手が悪いという問題があった。

【０００４】本発明は上述した事情に鑑みてなされたも
のであり、手持ち式電動工具の反動によって電動工具本
体が大きく振られることを防止し、かつ、起動時間の短
縮を図ることを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段と作用と効果】 上記課題
を解決するために請求項１に記載の手持ち式電動工具
は、ハウジングに収容したモータで出力軸端の工具を回
転駆動する手持ち式電動工具であって、スイッチと第１
センサとモータ駆動回路を有する。スイッチはモータを
起動するために人によって操作され、第１センサはハウ
ジングの出力軸周りの運動を検出し、モータ駆動回路は
モータへの単位時間当りの電力供給量を制御する。そし
て、モータ駆動回路は、スイッチがオンされると予め設
定された所定の電力供給量でモータへの電力供給を開始
し、モータが通常運転となるまでは、第１センサで検出
される運動が所定値より大きいとモータへの電力供給量
を維持又は減少させ、第１センサで検出される運動が所
定値より小さいとモータへの電力供給量を増加させる。

【０００６】上記手持ち式電動工具では、スイッチが操
作されるとモータへの電力供給が開始される。電力供給
開始時にモータへ供給される単位時間当たりの電力は、
予め設定された所定の電力供給量となるようにモータ駆
動回路によって制御される。したがって、電力供給開始
時の電力供給量を適切な値に設定しておくことで、電動
工具本体への反動を小さくでき、電力供給開始時に電動
工具本体が大きく振られることを防止することができ
る。電力供給開始後モータが通常運転となるまでは、第
１センサで検出されるハウジングの出力軸周りの運動に
応じて、モータ駆動回路はモータへの電力供給量を制御
する。すなわち、検出された運動が小さいときはハウジ
ングがしっかり保持されていると判断できるため、モー
タへの電力供給量を増加する。一方、検出された運動が
大きいときはハウジングがしっかり保持されていないと
判断できるため、モータへの電力供給量を減少又は維持
する。したがって、電力供給量の増加率を大きめに設定
しておいても、ハウジングの保持状態に応じてモータへ
の電力供給量が制限される。このため、ハウジングが大
きく振れることを防止しながら、通常運転までに要する
時間を短くすることが可能となる。

【０００７】ここでいう出力軸はモータ軸でもスピンド
ル（主軸）でもよい。また、第１センサで検出されるハ
ウジングの運動は、ハウジングの変位（角変位），ハウ
ジングの速度（角速度），ハウジングの加速度（角加速
度）等のいずれかとすることができる。

【０００８】また、上記電動工具では、モータの回転数
を検出する第２センサをさらに有し、通常運転では第２
センサで検出されるモータ回転数が所定の回転数で一定
となるよう前記モータ駆動回路はモータへの電力供給量
を制御することが好ましい。この場合は、モータが所定
の回転数となるまで、第１センサにより検出されるハウ
ジングの運動量に応じてモータへの電力供給量が制御さ
れる。

【０００９】上記課題は請求項３に記載の電動工具によ
っても解決することができる。すなわち、請求項３に記
載の電動工具は、ハウジングに収容したモータで出力軸
端の工具を駆動する手持ち式電動工具であって、ハウジ
ングの出力軸周りの運動を検出するセンサと、センサで
検出されたハウジングの運動に応じてモータの回転速度
を制御する回転速度制御手段と、を備えたことを特徴と
する。上記電動工具では、センサによって検出されるハ
ウジングの出力軸周りの運動に応じてモータの回転速度
が制御される。したがって、ハウジングの動きに応じて
モータの回転速度を適切な値とできるため、ハウジング
の大きな振れを抑えながら、通常運転までに要する時間
を短くすることが可能となる。また、通常運転に移行し
た後もハウジングの振れが監視されモータの回転速度が
制御されるため、操作者にとって扱いやすい電動工具と
なる。

【００１０】

【発明の実施の形態】 本発明に係る技術は、以下に記
載の形態で好適に実施することができる。 （形態１） モータ駆動回路は、モータへの電力供給量
を増減するために断続的にオン−オフされる第２スイッ
チ（例えば、ＦＥＴ）を有する。第２スイッチのオン−
オフ制御は、別途設けられたマイクロコンピュータ（プ
ロセッサ）等により行われる。 （形態２） 第１センサは、加速度センサであって、ハ
ウジングに取付けられる。加速度センサとしては、例え
ば、ピエゾ抵抗効果を利用するピエゾ抵抗型加速度セン
サ、静電容量変化を利用する静電容量型加速度センサ、
圧電型加速度センサ等を用いることができる。なお、第
１センサの取付位置は、出力軸の回転中心からなるべく
離すことが好ましい。 （形態３） 第１センサとモータ駆動回路を制御するマ
イクロコンピュータが同一基板に実装される。 （形態４） 請求項３に記載した回転速度制御手段は、
モータを起動する際にハウジングに所定の加速度が生じ
たことをセンサが検出するとモータの加速を制限するこ
とが好ましい。ここでいう「加速の制限」には、定速、
減速および停止が含まれる。なお、加速を制限するため
には、電力供給を制御してモータの出力を落とせば良い
し、機械的な制動手段でモータの減速ないし停止を図る
ようにしても構わない。

【００１１】

【実施例】 本発明の一実施例を図１〜図５に基づいて
説明する。図１は本発明の一実施例に係る振動ドリル１
の一部断面側面図、図２は同ドリルの平面図、図３は同
ドリルを背後（ハンドル側）から見た図である。図１〜
図３中の２はハウジングを示し、ここに駆動源である電
動モータ３が収容固定されている。その電動モータ３の
シャフト３ａ（ベアリング４ａ，４ｂに軸支されてい
る）にはピニオンギヤ３ｂが形成され、このピニオンギ
ヤ３ｂにギヤ列５が噛合っている。ギヤ列５は減速機構
を構成するとともに図示省略の振動機構に接続してお
り、最終的にスピンドル６が駆動されるようになってい
る。シャフト３ａと平行する位置においてベアリング７
ａ，７ｂに軸支されたスピンドル６（主軸ともいう）
は、軸端にチャック６ａを備えている。チャック６ａに
は、ドリル（工具）が取付けられる。スピンドル６が回
転するとドリルも回転し、加工物に対して加工が施され
る。

【００１２】上記ハウジング２にはハンドル部２ａが一
体に形成されている。このハンドル部２ａに電動モータ
３への給電をオンオフするためのメインスイッチ８が設
けられていて、ハンドル部２ａの下端から電源ケーブル
が下方に延びている。そして、ハウジング２の上部位置
に、電動モータ３を制御するコントローラ１０が取付け
られている。コントローラ１０の制御基板１０ａにはマ
イクロコンピュータや駆動回路等の電子部品が実装さ
れ、さらに、加速度センサ１１が組込まれている。加速
度センサ１１は、図２および図３に矢印で示したよう
に、スピンドル６に直交する面内で左右方向の加速度を
好適に検出することができるものである。なお、加速度
センサ１１には、ピエゾ抵抗型、圧電素子型等のセンサ
を増幅器と組み合わせて構成した公知のものを使用する
ことができる。また、電動モータ３の反出力側には、ロ
ータリエンコーダなどの公知の回転センサ１２が設置し
てあり、この回転センサ１２を介して電動モータ３の回
転速度の検出ができるようになっている。

【００１３】次に、図４を参照して振動ドリル１の回路
構成を説明する。振動ドリル１の出力段（減速機構と振
動機構とスピンドル）１３に連結する電動モータ３は駆
動回路１４に接続されている。この駆動回路１４はコン
トローラ１０に接続されており、電動モータ３の電力供
給制御を位相制御方式で行う。電力供給制御の方式とし
ては、位相制御方式の他にもＰＷＭ（パルス幅変調）方
式とすることもできる。コントローラ１０には、さら
に、回転センサ１２と加速度センサ１１が接続されてい
て、電動モータ３の回転速度およびハウジング２の一点
の加速度を検出することができるようになっている。コ
ントローラ１０および駆動回路１４には外部電源から電
源回路１５を介して電力が供給される。

【００１４】コントローラ１０の制御基板１０ａに取付
けられているマイクロコンピュータはＣＰＵ、ＲＯＭ、
ＲＡＭとＩ／Ｏが１チップ化されたマイクロコンピュー
タであり、このマイクロコンピュータのＲＯＭには、回
転速度検出手段である回転センサ１２の信号に基づいて
電動モータ３の回転速度を算出し、加速度検出手段であ
る加速度センサ１１の信号に基づいてハウジング２の一
点の加速度（この場合接線加速度）を算出し、さらに、
算出した回転速度、加速度および設定された動作条件に
応じて駆動回路１４を介して電動モータ３の動作を制御
するための制御プログラムが記憶されている。

【００１５】次に、振動ドリル１の起動時の動作につい
て、詳しくはコントローラ１０による回転速度制御につ
いて図５に示すフローチャートに基づいて説明する。図
５に示すように、まず、作業者がハウジング２のハンド
ル部２ａを保持したうえでメインスイッチ８をオンに操
作する（ステップＳ１）。メインスイッチ８がオンされ
ると、コントローラ１０のプログラムが作動し、カウン
タやメモリの初期設定がなされる（ステップＳ２）。こ
のステップＳ２の初期設定により導通角が初期値に設定
される。導通角とは、予め定められた一周期内に電動モ
ータ３に対し電力供給する時間を規定するものである。
導通角が大きくなると電力供給量は大きくなり、導通角
が小さくなると電力供給量は小さくなる。なお、ステッ
プＳ２で導通角の初期設定が行われると、初期設定され
た導通角により電動モータ３への電力供給が開始され
る。これにより電動モータ３はゆっくりと回転を開始
し、スピンドル３（ドリル）も回転を始める。

【００１６】続いて、ハウジング２の加速度を検出し
（ステップＳ３）、加速度値が設定値より小さいか否か
を判定する（ステップＳ４）。そして、検出した加速度
値が設定値より小さい場合には〔ステップＳ４でＹＥ
Ｓ〕、導通角を所定量（本実施例では１°）だけ大きく
することで電動モータ３の出力を増し（ステップＳ
５）、次のステップＳ６に進む。他方、ステップＳ４で
の判定の結果、検出した加速度値が設定値以上である場
合には〔ステップＳ４でＮＯ〕、ステップＳ５をスキッ
プしてステップＳ６に進む。したがって、検出されたハ
ウジング２の加速度が設定値より大きい場合には導通角
が変化しないため、電動モータ３への電力供給量も変化
しない。

【００１７】次に、電動モータ３の回転速度を検出する
（ステップＳ６）。そして、回転速度値が設定値に達し
たか否かを判定する（ステップＳ７）。検出した回転速
度値が設定値を超えた場合には〔ステップＳ７でＹＥ
Ｓ〕、起動を完了して次の定回転制御（請求項でいう通
常運転）へ移行する。なお、定回転制御は、従来公知の
方法と同様に行われるため、ここではその詳細な説明を
省略する。他方、ステップＳ７での判定の結果、検出し
た回転速度値が設定値以下の場合には〔ステップＳ７で
ＮＯ〕、ステップＳ３に戻る。

【００１８】上記の動作は、電流波形の導通角を一定の
割合（通常のソフトスタートにおける導通角の増加率と
同一）で増し、電動モータ３の出力、すなわちトルクを
漸増させて電動モータ３を加速する、いわゆるソフトス
タート制御手段の中に、ハウジング加速度に応じた回転
速度制御を組み入れたものとなっている。したがって、
導通角の増加率を不必要に小さくすること無く、振動ド
リル１の保持状態に応じて電動モータ３の角加速度を制
御することによって、ハウジングが大きく振れてしまう
ことを防止しつつ、起動時間が徒に長くならない最適な
起動が実現される。

【００１９】以上、本発明の具体例を詳細に説明した
が、これは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するも
のではない。また、特許請求の範囲に記載の技術は、当
業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で
実施することができる。たとえば、本発明は、振動ドリ
ル以外の各種の電動工具（例えば、グラインダー，丸鋸
など）に適用できる。また、起動時のみならず、電動工
具の使用中においてもハウジングの加速度を検出し、そ
のハウジング加速度に応じた回転速度制御をすることも
可能である。また、上記実施例では、加速度センサで検
出された加速度が設定値より大きいときに電力供給量を
維持するようにしたが、このような例に限られず、検出
された加速度が設定値より大きいときは電力供給量を減
少させるようにしても良い。この場合のフローチャート
を図６に示す。図５と図６の比較から明らかなように、
この場合も上記実施例と略同様に処理が進み、ステップ
Ｓ１９からＳ２１までの工程が付加されている点のみが
異なる。すなわち、加速度センサで検出された加速度が
設定値１以上で〔ステップＳ１４でＮＯ〕、かつ、設定
値２（≧設定値１）を超える場合には〔ステップＳ１９
でＹＥＳ〕、導通角が０以外であれば導通角が所定量だ
け小さくされる（ステップＳ２１）。このため、ハウジ
ングの加速度が大きすぎる場合は、モータへの電力供給
量が減少することとなる。なお、設定値１と設定値２
は、同一の値としても良いし、異なる値としても良く、
電動工具の使用用途に応じて適宜決めることができる。

【００２０】また、本明細書または図面に説明した技術
要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術
的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組
み合わせに限定されるものではない。また、本明細書ま
たは図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成する
ものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体
で技術的有用性を持つものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に係る振動ドリルの一部断面側面図。

【図２】同、振動ドリルの平面図。

【図３】同、振動ドリルを背後（ハンドル側）から見た
図。

【図４】同、振動ドリルの回路構成を説明するブロック
図。

【図５】同、振動ドリルの起動時の動作を説明するフロ
ーチャート図。

【図６】他の実施例における振動ドリルの起動時の動作
を説明するフローチャート図。

【符号の説明】

１：振動ドリル（電動工具） ２：ハウジング ３：電動モータ １０：コントローラ １１：加速度センサ １２：回転センサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングに収容したモータで出力軸端
   の工具を回転駆動する手持ち式電動工具であって、 モータを起動するために人によって操作されるスイッチ
   と、 ハウジングの出力軸周りの運動を検出する第１センサ
   と、 モータへの単位時間当りの電力供給量を制御するモータ
   駆動回路とを備え、 そのモータ駆動回路は、スイッチがオンされると予め設
   定された所定の電力供給量でモータへの電力供給を開始
   し、 モータが通常運転となるまでは、第１センサで検出され
   る運動が所定値より大きいとモータへの電力供給量を維
   持又は減少させ、第１センサで検出される運動が所定値
   より小さいとモータへの電力供給量を増加させることを
   特徴とする手持ち式電動工具。
2. 【請求項２】 モータの回転数を検出する第２センサを
   さらに有し、通常運転では第２センサで検出されるモー
   タ回転数が所定の回転数で一定となるよう前記モータ駆
   動回路はモータへの電力供給量を制御することを特徴と
   する請求項１に記載の手持ち式電動工具。
3. 【請求項３】 ハウジングに収容したモータで出力軸端
   の工具を駆動する手持ち式電動工具であって、 ハウジングの出力軸周りの運動を検出するセンサと、 センサで検出されたハウジングの運動に応じてモータの
   回転速度を制御する回転速度制御手段と、を備えたこと
   を特徴とする手持ち式電動工具。