JP2005169534A - 電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータの運転中に回転方向が変化することによる事故を防止することができる電動工具を提供する。
【解決手段】 ドライバーやドリルを回転させるモータ１と、モータ１の正転・逆転を択一的に指示する方向指示部２と、モータ１の運転・停止を択一的に指示する運転指示部３と、方向指示部２及び運転指示部３の指示に応じてモータ１の運転・停止並びに正転・逆転を制御する制御部４とを備える。制御部４は、モータ１の運転中に方向指示部２の指示が変更された場合にはモータ１の回転方向を変更しない。モータ１の運転中に誤って方向指示部２が切り換えられた場合にも、モータ１の回転方向が変化することがないから、モータ１の運転中に回転方向が変化することによる作業の対象物の損傷などの事故を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータを動力とする電動工具に関するものである。

従来から、正逆回転可能なモータを動力とする電動ドリルや電動ドライバーのような電動工具が提供されている（例えば、特許文献１参照）。

この種の電動工具の回路図の一例を図８に示す。この電動工具は、直流モータからなりドリルやドライバーを回転させる動力を発生するモータ１を備える。また、バッテリーのような直流電源Ｅと、モータ１の運転・停止を切り換える入切スイッチＳＷ１と、定速運転と可変速運転とを選択する変速スイッチＳＷ２との直列回路が、モータ１の回転方向を切り換えるための方向切換スイッチＳＷ３を介してモータ１に接続されている。方向切換スイッチＳＷ３はモータ１への通電方向を選択することによりモータ１の正転・逆転を択一的に選択するものであって、方向切換スイッチＳＷ３を切り換えると、モータ１への電流の向きが反転してモータ１の回転方向が切り換わるようになっている。
特開平１−２４６０８３号公報（第２−３頁、第１図）

以下、図９を用いて従来例の課題を説明する。図９（ａ）は方向切換スイッチＳＷ３の状態、図９（ｂ）は入切スイッチＳＷ１の状態、図９（ｂ）はモータ１の回転状態をそれぞれ示すタイムチャートである。通常、モータ１の運転中に使用者が意図的にモータ１の回転方向を切り換えることはない。しかし、例えば作業中の振動などによって方向切換スイッチＳＷ３が誤って操作されることは考えられる。また、方向切換スイッチＳＷ３として機械的スイッチに代えてＦＥＴのような電子的スイッチを用いられることもあり、この場合には、ノイズが原因となって使用者の操作によらずに方向切換スイッチＳＷ３が切り換わってしまうことが考えられる。上記従来構成では、モータ１の運転中（ｔ１〜ｔ１’及びｔ２〜ｔ２’）に上述したような理由で方向切換スイッチＳＷ３が切り換わった場合（ｔ３及びｔ４）、急にモータ１の回転方向が変化することがあり、このような場合には、使用者の予期しない方向に力が加わって、作業の対象物を損傷するなどの事故が発生するおそれがあった。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、モータの運転中に回転方向が変化することによる事故を防止することができる電動工具を提供することにある。

請求項１の発明は、モータを動力とする電動工具であって、モータを正転及び逆転の両方向に駆動する駆動手段と、モータの正転・逆転を切り換える切換手段と、モータの正転・逆転を択一的に指示する方向指示手段と、モータの運転・停止を択一的に指示する運転指示手段と、方向指示手段の指示と運転指示手段の指示とに応じて駆動手段及び切換手段を制御する制御手段とを備え、制御手段は、運転指示手段によって運転が指示されたときに方向指示手段の指示に応じた方向にモータを起動させ、駆動手段がモータを駆動している間は方向指示手段の指示が変化してもモータを駆動する方向を変更しないことを特徴とする。

この構成によれば、モータの運転中に例えば使用者が誤って方向指示手段の指示を切り換えた場合にも、制御部４はモータを駆動する方向を変更しないので、モータの運転中に回転方向が変化することによる事故を防止することができるから、より安全性が向上する。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、制御手段は、運転指示手段によって運転を指示されたときに方向指示手段の指示を確定できない場合、予め設定された所定の方向でモータを起動させることを特徴とする。

この構成によれば、上記所定の方向として例えば使用頻度の高い回転方向を設定しておくことにより、方向指示手段が故障した場合にも使用可能となる。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、方向指示手段の指示を制御手段が確定できないことを使用者に報知するための報知手段を備え、制御手段は、運転指示手段によって運転を指示されたときに方向指示手段の指示を確定できない場合、モータを起動させず、方向指示手段の指示を確定できないことを報知手段に報知させることを特徴とする。

この構成によれば、使用者の意図と異なる回転方向でモータを起動させることによる事故を防ぐとともに、報知手段によって使用者に修理を促すことができる。

請求項４の発明は、請求項１の発明において、運転指示手段を複数備え、制御手段は全ての運転指示手段が運転を指示したときにモータを起動させることを特徴とする。

この構成によれば、１個の運転指示手段が誤作動によって使用者の意思によらずに運転を指示したとしても、他の運転指示手段が運転を指示するまではモータが起動しないから、使用者の意思によらずにモータが起動することによる事故を防止することができる。

請求項５の発明は、請求項１の発明において、制御手段は、運転指示手段によって運転を指示された後、方向指示手段の指示を確定できるまではモータを起動させず、方向指示手段の指示を確定できたときにその方向でモータを起動させることを特徴とする。

この構成によれば、使用者の意図と異なる回転方向でモータを起動させることによる事故を防ぐことができる。

本発明によれば、駆動手段がモータを駆動している間は、方向指示手段の指示が変化しても、制御手段はモータを駆動する方向を変更しないので、モータの運転中に回転方向が変化することによる事故を防止することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

なお、以下ではモータとして整流子を有する直流モータを想定しているが、モータは回転方向が制御可能なものであればこれに限られず、例えば整流子を有さないブラシレスモータを用いてもよい。また、電源としては、電動工具に内蔵又は外付けされる電池からなる直流電源を例に挙げて説明するが、商用電源のような交流電源の出力を直流出力に変換して用いてもよい。また、商用電源のような交流電源を電源とするユニバーサルモータを用いる構成としてもよい。

（実施形態１）
本実施形態は、図１に示すように、ドライバーやドリルのような工具（図示せず）に動力を与えるモータ１と、モータ１の正転・逆転を択一的に指示する方向指示部２と、モータ１の運転・停止を択一的に指示する運転指示部３と、方向指示部２及び運転指示部３の指示に応じてモータ１の運転・停止並びに正転・逆転を制御する制御部４とを備える。なお、各部の電源は直流電源Ｅから供給される。

具体的に説明すると、本実施形態はスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列回路とスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の直列回路とを有し、これらの直列回路は直流電源Ｅに対して互いに並列に接続されている。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４としては、例えばＦＥＴあるいは他のパワートランジスタを使用することができる。モータ１は、スイッチング素子Ｑ１−Ｑ２間とスイッチング素子Ｑ３−Ｑ４間との間に接続されている。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４及びモータ１はいわゆるＨブリッジ回路を構成しており、制御部４は、互いに対角に位置するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４及びスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の各組を択一的にオンオフすることによって、モータ１の正転・逆転を制御する。つまり、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４が駆動手段であり切換手段である。また、制御部４は、モータ１の運転中に運転指示部３によって停止が指示された場合には、例えばスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３をオフする一方でスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４をオンすることによってモータ１に制動をかける。

方向指示部２及び運転指示部３はそれぞれ手操作されるハンドルを有し、このハンドルを操作することによって方向指示部２及び運転指示部３の指示を切り換えることができるようになっている。方向指示部２のハンドルは、例えば正転を示す位置と逆転を示す位置との間で揺動可能なレバーであって、このレバーの操作によって正転が指定されればＨレベルの出力を生成し、逆転が指定されればＬレベルの出力を生成する。運転指示部３のハンドルは、例えば操作力が解除されると操作量が０に復帰するトリガであって、このトリガの操作量が一定以下であれば運転指示部３の指示は停止となり、トリガの操作量が一定以上になったときに運転指示部３の指示は運転となるものである。

図２は本実施形態の動作を示すタイムチャートであり、（ａ）は方向指示部２の出力を示し、（ｂ）は運転指示部３の出力を示し、（ｃ）は制御部４によるモータ１の制御状態を示す。

制御部４は、運転指示部３の指示が停止から運転に切り換わったとき（ｔ１及びｔ２）、その時点での方向指示部２の出力に応じてモータ１を正転（ｔ１）または逆転（ｔ２）で起動する。そして、制御部４は、モータ１の運転中（ｔ１〜ｔ１’及びｔ２〜ｔ２’）に方向指示部２が切り換えられた場合（ｔ３及びｔ４）であっても、モータ１の回転方向を変更しないようにしてある。モータ１の回転方向を切り換えたい場合は、一旦運転指示部３の指示を切り換えてモータ１を停止させ、方向指示部２の指示を所望の回転方向に切り換えてから、再び運転指示部３の指示を切り換えてモータ１を起動する。

上記構成によれば、モータ１の運転中には、使用者の誤った操作や回路に混入したノイズによって方向指示部２から制御部４への入力が変化した場合にも、制御部４がモータ１の回転方向を変更しないので、モータ１の運転中に回転方向が変化することによる作業の対象物の損傷のような事故を防止することができる。

ここで、本実施形態は、例えば発光ダイオードやブザー又はそれらの組み合わせからなる報知部５を備える。制御部４は、運転指示部３によってモータ１の運転が指示されたときに方向指示部２の指示が確定できない場合には、モータ１を起動させず、報知部５を駆動することにより、方向指示部２の指示が確定できないことを使用者に報知する。

上記の動作について、図３のフローチャートを用いて具体的に説明する。制御部４は動作を開始すると（Ｓ１）、運転指示部３の指示が運転に切り換わるまで、つまり運転指示部３の出力がＨレベルとなるまで入力待ち状態を維持し（Ｓ２）、運転指示部３の指示が運転に切り換わったとき、方向指示部２の指示を複数回（例えば３回）、所定時間（例えば１〜１０ｍｓ）おきに検出して検出結果が全て逆転であるかどうかを判定し（Ｓ３）、全て逆転であればモータ１を逆転方向に起動させ（Ｓ４）、後述するステップＳ８に進む。ステップＳ３において検出結果が全て逆転であった場合以外には、検出結果が全て正転であったかどうかを判定し（Ｓ５）全て正転であればモータ１を正転方向に起動させ（Ｓ６）、ステップＳ８に進む。ステップＳ５において検出結果が全て正転でもなかった場合には、所定時間に亙って報知部５を駆動することにより、方向指示部２の指示が確定できないことを使用者に報知し（Ｓ７）、ステップＳ８に進む。ステップＳ８では、運転指示部３の指示を検出し、運転指示部３の指示が停止でなければ、つまり運転指示部３の出力がＬレベルでなければ、それ以前の動作状態（正転・逆転もしくは停止）を維持する。ステップＳ８で運転指示部３の指示が停止であればモータ１を停止させ（Ｓ９）ステップＳ２に戻る。

この構成によれば、チャタリングやノイズが原因で使用者の意図と異なる回転方向が制御部４に入力された場合にも、使用者の意図と異なる回転方向でモータを起動させることを防ぐことができるから、作業の対象物の損傷のような事故が防止されるともに、報知部５によって使用者に修理を促すことができる。

なお、運転指示部３を複数設け、全ての運転指示部３が運転を指示したときに制御部４がモータ１を起動するようにしてもよい。例えば、ハンドルの操作量に応じた出力を生成する可変抵抗（図示せず）からなる第１の運転指示部と、第１の運転指示部と共通のハンドルによって出力が変化しこのハンドルの操作量が一定以上であればＨレベルの出力を生成しハンドルの操作量が一定以下であればＬレベルの出力を生成する入切スイッチ（図示せず）からなる第２の運転指示部とを設ける。

図４は上述した構成での運転指示部３の動作を示すタイムチャートであり、図４（ａ）は第１の運転指示部の出力を示し、図４（ｂ）は第２の運転指示部の出力を示し、図４（ｃ）は制御部４による運転・停止の制御状態を示す。制御部４は、第１の運転指示部に関しては出力が一定の運転閾値Ｖｔｈ以上であるときは指示が運転であり出力が運転閾値Ｖｔｈ以下であるときは指示が停止であるとし、第２の運転指示部に関しては出力がＨレベルであるときは指示が運転であり出力がＬレベルであるときは指示が停止であるとする。そして、制御部４は、第１の運転指示部と第２の運転指示部とが共に運転を指示したとき、つまり第１の運転指示部の出力が運転閾値Ｖｔｈ以上であって且つ第２の運転指示部の出力がＨレベルであるときにモータ１を起動する。この構成によれば、例えば外部からの衝撃によって内部の可動接点が動いた場合や、異物の侵入によって第１の運転指示部や第２の運転指示部が誤出力を発生した場合など、第１の運転指示部と第２の運転指示部との一方の出力が運転に対応する出力となった場合でも、他方の出力が停止に対応する出力のままであればモータ１は起動されないから、使用者の意思によらずにモータ１が起動することが防止される。

また、図５に示すように、運転指示部３と共通のハンドルによって機械的に開閉する機械的スイッチＳＷを直流電源Ｅに直列に設けてもよい。この構成によれば、故障によりスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４が導通したままになった場合でも、ハンドルの操作でスイッチＳＷが開くことによってモータ１を停止させることができる。

（実施形態２）
本実施形態の基本構成は実施形態１と共通であるので、共通する部分については同じ符号を付して図示及び説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態の制御部４は、図６のフローチャートに示すように、ステップＳ１乃至Ｓ６及びステップＳ８以降は実施形態１と共通の動作を行い、ステップＳ３及びステップＳ５において、制御部４が方向指示部２の指示を確定できなかった場合には、予め設定された所定の方向（例えば正転）でモータ１を起動する（Ｓ１０）。

本実施形態によれば、制御部４が方向指示部２の指示を確定できなかった場合にもモータ１の起動が可能となるから、方向指示部２の指示を確定できなかった場合にモータ１を起動しない場合に比べ、使用不能となることが少なくなる。ここで、上記所定の方向は、より使用頻度の高い方向とすることが望ましい。

なお、上記ステップＳ１０においてモータ１を駆動する方向を設定する設定部（図示せず）を設け、上記所定の方向を変更可能としてもよい。

（実施形態３）
本実施形態の基本構成は実施形態１と共通であるので、共通する部分については同じ符号を付して図示及び説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態の制御部４は、図７のフローチャートに示すように、ステップＳ２において運転指示部３の指示が運転であると判定されると、その後所定時間（例えば１〜１０ｍｓ）おきに方向指示部２の出力を検出するとともに検出結果を保持し、最新の検出結果が所定の複数回（例えば３回）連続して一致していれば、方向指示部２の指示が確定できたとして、その方向でモータ１を起動して（Ｓ１１，Ｓ１２及びＳ４，Ｓ６）ステップＳ８に進む。検出結果が所定回数連続して一致しなければ、つまり方向指示部２の指示が確定できなければ、モータ１を駆動せずにステップＳ２に戻る。ステップＳ８以降の動作は実施形態１と共通である。

本実施形態によれば、使用者の意図と異なる回転方向でモータを起動させることによる作業の対象物の損傷のような事故を防ぐことができる。また、実施形態１や実施形態２と異なり、運転指示部３の指示が運転となった直後に方向指示部２の指示が確定できなかった場合にも、その後に方向指示部２の指示が確定できた場合には、使用者の意図した方向でモータ１を起動することができる。

本発明の実施形態１を示すブロック図である。 同上の動作を示す動作説明図であり、（ａ）は方向指示部の出力を示し、（ｂ）は運転指示部の出力を示し、（ｃ）は制御部によるモータの制御状態を示す。 同上の動作を示すフローチャートである。 同上の別の形態の運転指示部の動作を示す動作説明図であり、（ａ）は第１の運転指示部の出力を示し、（ｂ）は第２の運転指示部の出力を示し、（ｃ）は制御部によるモータの運転・停止の制御状態を示す。 同上の別の形態を示すブロック図である。 本発明の実施形態２の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態３の動作を示すフローチャートである。 従来例を示す回路図である。 同上の動作を示す動作説明図であり、（ａ）は方向指示スイッチの状態を示し、（ｂ）は入切スイッチの状態を示し、（ｃ）はモータの回転状態を示す。

符号の説明

１ モータ
２ 方向指示部
３ 運転指示部
４ 制御部
５ 報知部
Ｑ１〜Ｑ４ スイッチング素子

Claims (5)

1. モータを動力とする電動工具であって、モータを正転及び逆転の両方向に駆動する駆動手段と、モータの正転・逆転を切り換える切換手段と、モータの正転・逆転を択一的に指示する方向指示手段と、モータの運転・停止を択一的に指示する運転指示手段と、方向指示手段の指示と運転指示手段の指示とに応じて駆動手段及び切換手段を制御する制御手段とを備え、制御手段は、運転指示手段によって運転が指示されたときに方向指示手段の指示に応じた方向にモータを起動させ、駆動手段がモータを駆動している間は方向指示手段の指示が変化してもモータを駆動する方向を変更しないことを特徴とする電動工具。
2. 制御手段は、運転指示手段によって運転を指示されたときに方向指示手段の指示を確定できない場合、予め設定された所定の方向でモータを起動させることを特徴とする請求項１記載の電動工具。
3. 方向指示手段の指示を制御手段が確定できないことを使用者に報知するための報知手段を備え、制御手段は、運転指示手段によって運転を指示されたときに方向指示手段の指示を確定できない場合、モータを起動させず、方向指示手段の指示を確定できないことを報知手段に報知させることを特徴とする請求項１記載の電動工具。
4. 運転指示手段を複数備え、制御手段は全ての運転指示手段が運転を指示したときにモータを起動させることを特徴とする請求項１記載の電動工具。
5. 制御手段は、運転指示手段によって運転を指示された後、方向指示手段の指示を確定できるまではモータを起動させず、方向指示手段の指示を確定できたときにその方向でモータを起動させることを特徴とする請求項１記載の電動工具。

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