JP2009072878A

JP2009072878A - 電動工具

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Publication number: JP2009072878A
Application number: JP2007245752A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Iwata; 和隆岩田; Shinji Watabe; 伸二渡部
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2027-09-21
Also published as: EP2039479A1; JP5360344B2; EP2039479B1; CN101391416A; US20090096401A1; US8067913B2; CN101391416B

Abstract

【課題】トリガスイッチから手を離していないにも拘わらず、離したものと誤検知されてモータが停止してしまう不具合の発生を防ぐことができる電動工具を提供すること。
【解決手段】モータ３と、該モータ３の駆動／停止と回転速度を制御するトリガスイッチ８と、該トリガスイッチ８のメイン接点８ｂのＯＮ／ＯＦＦによってトリガスイッチ８の操作の有無を判断するとともに、トリガスイッチ８が操作された後は該トリガスイッチ８の操作量に応じた信号に基づいてモータ３への供給電圧を変化させることによってモータ３の回転速度を制御する制御部（制御手段）９と、を備えた電動工具において、制御部９は、トリガスイッチ８が操作されてメイン接点８ｂがＯＮされ、速度接点８ａからの信号によってモータ３を起動した後、メイン接点８ｂのＯＦＦが検知されると、速度接点８ａからの信号値が設定値以下である場合に限りモータ３を停止させる機能を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、トリガスイッチの操作量に応じてモータの速度を制御するようにした電動工具に関するものである。

ドリルやドライバ等の先端工具をモータによって回転駆動して所要の作業を行う電動工具には、トリガスイッチの操作量に応じてモータの回転速度を制御するものがある。このような電動工具においては、トリガスイッチの操作量（ストローク）に応じてモータへの印加電圧を調整することによってモータの回転速度を制御するようにしている。

一般的には、トリガスイッチの操作量（ストローク）の増加に比例してモータへの印加電圧を増大させてモータの回転速度を高める制御がなされている。このような制御は、作業開始時にモータの回転速度が急上昇するのを防ぎ、低い回転速度でモータを回転させることによって、ネジ締めや穴あけ、切削等の作業において先端工具を被加工物に対して位置決めし易くしたり、加工し易くするためになされる。

ところで、トリガスイッチのメイン接点のＯＮ／ＯＦＦによってトリガスイッチの操作の有無を判断するとともに、トリガスイッチが操作された後は該トリガスイッチの操作量に応じてモータへの供給電圧を変化させる速度接点からの信号によってモータの回転速度を制御する制御手段を備えた電動工具においては、モータの駆動／停止は、トリガスイッチのメイン接点のＯＮ／ＯＦＦによってトリガスイッチの操作の有無を判断することによってなされていた。
特開２０００−０２４９６０号公報特開２００７−１９６３６３号公報

しかしながら、従来のようにモータの駆動／停止をトリガスイッチのメイン接点のＯＮ／ＯＦＦによってのみ行う場合、作業者がトリガ操作部から手を離していないにも拘わらず、振動やノイズ等、何らかの原因でのメイン接点がＯＦＦされて作業者がトリガ操作部から手を離したものと誤検知され、モータが不本意に停止されてしまうという不具合が発生する可能性があった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、作業中に作業者がトリガスイッチから手を離していないにも拘わらず、離したものと誤検知されてモータが停止してしまう不具合の発生を防ぐことができる電動工具を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、駆動源であるモータと、
該モータの駆動／停止と回転速度を制御するトリガスイッチと、
該トリガスイッチのメイン接点のＯＮ／ＯＦＦによってトリガスイッチの操作の有無を判断するとともに、トリガスイッチが操作された後は該トリガスイッチの操作量に応じた信号に基づいて前記モータへの供給電圧を変化させることによってモータの回転速度を制御する制御手段と
を備えた電動工具において、
前記制御手段は、前記トリガスイッチが操作されて前記メイン接点がＯＮされ、前記速度接点からの信号によって前記モータを起動した後、前記メイン接点のＯＦＦが検知されると、前記速度接点からの信号値が設定値以下である場合に限り前記モータを停止させる機能を備えていることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、前記制御手段は、前記メイン接点のＯＦＦが検知され、前記速度接点からの信号値が設定値よりも大きい場合であっても、メイン接点のＯＦＦ状態が所定時間だけ継続した場合には前記モータを停止させる機能を備えていることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、メイン接点がＯＦＦ状態を示しても、速度接点からの信号値が所定値より大きい場合にはモータを停止させないようにしたため、作業者がトリガスイッチから手を離していないにも拘わらず、振動やノイズ等、何らかの原因でのメイン接点がＯＦＦ状態を示し、作業者がトリガ操作部から手を離したものと誤検知されてモータが不本意に停止されてしまうという不具合の発生が防がれる。

又、請求項２記載の発明によれば、メイン接点がＯＦＦ状態を示しても、速度接点からの電圧値が設定値よりも高い場合には、メイン接点のＯＦＦ状態が所定時間継続した場合のみモータを停止するようにしたため、作業者がトリガ操作部から手を離しているにも拘わらず、速度接点からの信号値が設定値まで下がり切らないためにモータが駆動され続けられるという不具合の発生が防がれる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る電動工具の一形態としてのインパクトドライバの側断面図であり、図示のインパクトドライバ１は、充電可能なバッテリ２を電源とし、モータ３を駆動源として回転打撃機構４を駆動し、出力軸であるアンビル５に回転と打撃を与えることによってドライバビット等の不図示の先端工具に回転打撃力を間欠的に伝達してネジ締め等の作業を行うものである。

上記モータ３は、ブラシレス直流モータであって、側面視Ｔ字状を成すハウジング６の筒状の胴体部６Ａ内に収容されており、その後方（図１の右方）には、モータ３を駆動するためのインバータ部７が配設されている。又、ハウジング６の胴体部６Ａから略直角に一体に延びるハンドル部６Ｂ内の上部にはトリガスイッチ８が配設され、該トリガスイッチ８には不図示のバネによって付勢されてハンドル部６Ｂから突出しているトリガ操作部８Ａが設けられている。又、ハンドル部６Ｂ内の下部には、トリガ操作部８Ａの引き動作によって前記モータ３の速度を制御する機能等を備えた制御部（制御基板）９が収容されており、この制御部９は、バッテリ２とトリガスイッチ８に電気的に接続されている。尚、バッテリ２は、ハウジング６のハンドル部６Ｂ下部に着脱可能に装着されている。

又、ハウジング６の胴体部６Ａ内に内蔵された回転打撃機構４は、遊星ギヤ１０とスピンドル１１及びハンマ１２を備えており、トリガスイッチ８のトリガ操作部８Ａが引かれてモータ３が起動されると、該モータ３の回転は遊星ギヤ１０によって減速されてスピンドル１１に伝達され、該スピンドル１１が所定の速度で回転駆動される。ここで、スピンドル１１とハンマ１２とはカム機構によって連結されており、このカム機構は、スピンドル１１の外周面に形成されたＶ字状のスピンドルカム溝１１ａとハンマ１２の内周面に形成されたハンマカム溝１２ａ及びこれらのカム溝１１ａ，１２ａに係合するボール１３によって構成されている。

又、ハンマ１２は、スプリング１４によって常に先端方向（図１の左方）に付勢されており、静止時にはボール１３とカム溝１１ａ，１２ａとの係合によってアンビル５の端面とは隙間を隔てた位置にある。そして、ハンマ１２とアンビル５の相対向する回転平面上の２箇所には不図示の凸部がそれぞれ対称的に形成されている。

而して、前述のようにスピンドル１１が回転駆動されると、その回転は前記カム機構を介してハンマ１２に伝達され、ハンマ１２が半回転しないうちに該ハンマ１２の凸部がアンビル５の凸部に係合してアンビル５を回転させるが、そのときの係合反力によってスピンドル１１とハンマ１２との間に相対回転が生ずると、ハンマ１２はカム機構のスピンドルカム溝１１ａに沿ってスプリング１４を圧縮しながらモータ３側へと後退を始める。

そして、ハンマ１２の後退動によって該ハンマ１２の凸部がアンビル５の凸部を乗り越えて両者の係合が解除されると、ハンマ１２は、スピンドル１１の回転力に加え、スプリング１４に蓄積されていた弾性エネルギーとカム機構の作用によって回転方向及び前方に急速に加速されつつ、スプリング１４の付勢力によって前方へ移動し、その凸部がアンビル５の凸部に再び係合して一体に回転し始める。このとき、強力な回転打撃力がアンビル５に加えられるため、該アンビル５に装着された不図示の先端工具を介してネジに回転打撃力が伝達される。

以後、同様の動作が繰り返されて先端工具からネジに回転打撃力が間欠的に繰り返し伝達され、該ネジが木材等の不図示の被締結材にねじ込まれる。

次に、前記モータ３の駆動制御系の構成と作用を図２及び図３に基づいて説明する。

図２はモータの駆動制御系の構成を示すブロック図、図３はトリガスイッチのトリガ操作部の操作量（ストローク）に対するメイン接点と速度接点の各電圧信号の変化を示す図である。

本実施の形態では、モータ３は３相のブラシレス直流モータで構成されている。このブラシレス直流モータは、インナーロック型であって、一対のＮ極とＳ極を含む永久磁石（マグネット）３ｂを埋め込んで構成された回転子（マグネットロータ）３ａと、該回転子３ａの回転位置を検出すりために周方向に角度６０°毎に配置された３つの回転位置検出素子（ホール素子）１５，１６，１７と、これらの回転位置検出素子１５〜１７からの位置検出信号に基づいて電気角１２０°の電流の通電区間に制御されるスター結線された固定子３ｃの３相固定巻線Ｕ，Ｖ，Ｗから成る電機子巻線３ｄとで構成されている。

前記インバータ部（電力変換器）７は、３相ブリッジ形式に接続された６個のＦＥＴ（以下、「スイッチング素子」と称する）Ｑ１〜Ｑ６と、これらのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各コレクタ−エミッタ間に内蔵されて並列接続された不図示のフライホイールダイオードとで構成されている。

ブリッジ接続された６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートは、インバータ駆動部（インターフェイス部）１８に接続され、６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ドレイン又は各ソースは、スター結線された固定子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに接続されている。これによって、６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、インバータ駆動部１８から入力されたスイッチング素子駆動信号（Ｈ４，Ｈ５，Ｈ６等の駆動信号）によってスイッチング動作を行い、インバータ部７に印加されるバッテリ２の直流電圧を３相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗとして固定子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに電力を供給する。

而して、６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートを駆動するスイッチング素子駆動信号（３相信号）のうち、３個の負電源側スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６をパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）Ｈ４，Ｈ５，Ｈ６として供給し、後述の制御部９によって、トリガスイッチ８のトリガ操作部８Ａの操作量（ストローク）Ｌの検出信号に基づいてＰＷＭ信号のパルス幅（デューティ比）を変化させることによってモータ３への電力供給量を調整し、モータ３の起動／停止と回転速度を制御する。

ここで、ＰＷＭ信号は、インバータ部７の正電源側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３又は負電源側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６の何れか一方に供給され、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３又はスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６を高速スイッチングさせることによって結果的にバッテリ２の直流電圧から各固定子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに供給する電力を制御する。尚、本実施の形態では、負電源側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６にＰＷＭ信号が供給されるため、該ＰＷＭ信号のパルス幅を制御することによって各固定子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに供給する電力を調整してモータ３の回転速度を制御することができる。

前記トリガスイッチ８には、速度接点８ａとメイン接点８ｂ及び正逆接点８ｃが設けられており、速度接点８ａは、トリガ操作部８Ａの操作量（ストローク）Ｌに応じて図３に示すような電圧信号（ポテンショメータの電圧信号）Ｖvrを出力する。具体的には、速度接点８ａから出力される電圧信号Ｖvrは、トリガスイッチ８のトリガ操作部８Ａが引き操作されてストロークＬがＬ２に達すると、それ以降はストロークＬの増加に比例して０Ｖ〜基準電圧Ｖcc（５Ｖ）までリニアに増加する。

又、メイン接点８ｂは、トリガ操作部８Ａが操作されない状態ではＯＦＦされて図３に示すように電圧信号Ｖswとして基準電圧Ｖcc（５Ｖ）：Ｈｉを出力しているが、トリガ操作部８Ａが引かれてそのストロークＬがＬ１（＜Ｌ２）に達するとＯＮされ、その電圧信号Ｖswは０Ｖ（Ｌｏｗ）を示す。

ところで、図１には図示しないが、本実施の形態に係るインパクトドライバ１には、モータ３の回転方向を切り替えるための正逆切替レバーが設けられており、トリガスイッチ８には、正逆切替レバーに連動する前記正逆接点８ｃが設けられている。この正逆接点８ｃは、モータ３が正転している場合にはＯＦＦされて電圧信号として基準電圧Ｖcc（５Ｖ）を出力し、正逆切替レバーによってモータ３の回転方向が逆転方向に切り替えられるとＯＮされ、その電圧信号は０Ｖを示す。

前記制御部９は、処理プログラムとデータに基づいて駆動信号を出力するためのＣＰＵ、処理プログラムや制御データを記憶するためのＲＯＭ、データを一時記憶するためのＲＡＭ、タイマー等（何れも不図示）を含むマイクロコンピュータ（マイコン）によって構成されている。機能的には、制御部９には、インバータ部７の制御信号及びＰＷＭ信号を出力するための駆動信号形成部（ＣＰＵ及びメモリを含む）１９と、該駆動信号形成部１９の出力信号に基づいてインバータ部７を駆動する前記インバータ駆動部１８と、トリガスイッチ８の速度接点８ａから入力される電圧信号Ｖvrに基づいてトリガ操作部８ＡのストロークＬを検出するストローク検出部と、該ストローク検出部２０によって検出されたトリガ操作部８ＡのストロークＬに応じてモータ３への印加電圧、即ち、インバータ駆動部１８の出力ＰＷＭ信号のデューティ比を設定するための印加電圧設定部２１が設けられている。

又、制御部９には、トリガスイッチ８のメイン接点８ｂから入力される電圧信号Ｖswに基づいてトリガスイッチ８のトリガ操作部８Ａの操作の有無を検知するトリガ操作有無検知部２２と、正逆切替レバーによるモータ３の回転方向に切り替え操作を検出してモータ３の回転方向を設定するための回転方向設定部と、前記３つの回転位置検出素子１５，１６，１７の出力信号に基づいて回転子３ａと固定子３ｃの固定子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗとの関係位置を検出するための回転位置検出部２４が設けられている。

而して、制御部９の駆動信号形成部１９は、回転方向設定部２３と回転子位置検出部２４の出力信号に基づいて所定のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を交互にスイッチングするための駆動信号を形成し、その駆動信号をインバータ駆動部１８に出力する。これによって固定子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの所定の巻線（Ｕ，Ｖ，Ｗ）に交互に通電し、回転子３ａを設定された回転方向に回転させる。この場合、インバータ部７の負電源側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６に印加する駆動信号は、印加電圧設定部２１の出力制御信号に基づいてＰＷＭ変調信号として出力される。尚、ＰＷＭ信号は正電源側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３に印加しても良い。

次に、本実施の形態に係るインパクトドライバ１のモータ３の駆動制御手順を図４に示すフローチャートに従って説明する。

作業に際して作業者がトリガスイッチ８のトリガ操作部８Ａを操作し、該トリガ操作部８ＡのストロークＬが図３に示すＬ１に達すると、メイン接点８ｂがＯＮされて該メイン接点８ｂの電圧信号ＶswがＨｉ（Ｖcc：５Ｖ）からＬｏｗ（０Ｖ）に変化する。すると、制御部９が起動されて処理がスタートし（ステップＳ１）、メイン接点８ｂからの電圧信号ＶswがＬｏｗか否かが判断される（ステップＳ２）。この場合、電圧信号ＶswはＬｏｗであり、制御部９のトリガ操作有無検知部２２によってトリガ操作部８Ａが操作されたことが検知されるため、トリガ操作部８Ａが図３に示すＬ２に達するとモータ３が起動され（ステップＳ３）、ストローク検出部２０によって検出されたトリガ操作部８ＡのストロークＬに応じてモータ３への印加電圧、即ち、インバータ駆動部１８の出力ＰＷＭ信号のデューティ比が設定され（ステップＳ４）、モータ３が設定された速度で回転駆動される。尚、本実施の形態では、トリガ操作部８ＡのストロークＬの増加と共にモータ３への印加電圧を高め、トリガ操作部８ＡのストロークＬに比例してモータ３の回転速度を上昇させるような制御がなされる。

次に、メイン接点８ｂからの電圧信号ＶswがＬｏｗか否かが再び判断され（ステップＳ５）、その判断結果がＮｏであって、トリガ操作部８Ａが引かれたままである場合には、そのままモータ３が駆動され続ける（ステップＳ４）。これに対して、判断結果がＹｅｓである場合、つまり、制御部９のトリガ操作有無検知部２２によってトリガ操作部８Ａから手が離されたものと判断された場合には、速度接点８ａからの電圧信号ＶvrがＶthよりも小さいか否か（Ｖvr＜Ｖth）が判断される（ステップＳ５）。

ステップＳ５での判断結果がＹｅｓである場合、つまり、メイン接点８ｂからの電圧信号ＶswがＬｏｗで且つ速度接点８ａからの電圧信号ＶvrがＶthよりも下がった場合には、作業者がトリガ操作部８Ａから真に手を離したものと判断し、不図示のモータブレーキを動作させて（ステップＳ８）、モータ３の回転を停止させる（ステップＳ９）。

これに対して、ステップＳ５での判断結果がＮｏである場合、つまり、メイン接点８ｂからの電圧信号ＶswがＬｏｗであっても、速度接点８ａからの電圧信号ＶvrがＶthよりも高い場合（Ｖvr＞Ｖth）には、メイン接点８ｂからの電圧信号ＶswがＡ秒間Ｈｉを示すか否かが判断され（ステップＳ７）、その判断結果がＹｅｓである場合、つまり、作業者がトリガ操作部８Ａから手を離した時間がＡ秒間継続した場合には、作業者がトリガ操作部８Ａから真に手を離したものと判断し、モータブレーキを動作させて（ステップＳ８）、モータ３の回転を停止させる（ステップＳ９）。そうでない場合、つまり、作業者がトリガ操作部８Ａから手を離した時間がＡ秒間継続しなかった場合には、何らかの原因で作業者がトリガ操作部８Ａから手を離したものと誤検知したと判断してモータ３をそのまま駆動し続ける（ステップＳ４）。

以上のように、本実施の形態では、メイン接点８ｂからの電圧信号ＶswがＬｏｗを示しても、速度接点８ａからの電圧信号ＶvrがＶthよりも下がったことが検知されない限りはモータ３を停止させないようにしたため、作業者がトリガ操作部８Ａから手を離していないにも拘わらず、振動やノイズ等、何らかの原因でのメイン接点８ｂからの電圧信号ＶswがＬｏｗを示し、作業者がトリガ操作部８Ａから手を離したものと誤検知されてモータ３が不本意に停止されてしまうという不具合の発生が防がれる。

又、本実施の形態では、メイン接点８ｂからの電圧信号ＶswがＬｏｗであっても、速度接点８ａからの電圧信号ＶvrがＶthよりも高い場合（Ｖvr＞Ｖth）には、メイン接点８ｂからの電圧信号ＶswがＡ秒間Ｈｉを示した場合のみモータ３を停止するようにしたため、作業者がトリガ操作部８Ａから手を離しているにも拘わらず、速度接点８ａからの電圧信号ＶvrがＶthまで下がり切らないためにモータ３が駆動され続けられるという不具合の発生が防がれる。

尚、以上は本発明をインパクトドライバに対して適用した形態について説明したが、本発明は、トリガスイッチの操作量に応じてモータの速度を制御するようにした他の任意の電動工具に対しても同様に適用可能であることは勿論である。

本発明に係るインパクトドライバの側断面図である。本発明に係るインパクトドライバのモータの駆動制御系の構成を示すブロック図である。トリガスイッチのトリガ操作部の操作量（ストローク）に対するメイン接点と速度接点の各電圧信号の変化を示す図である。本発明に係るインパクトドライバのモータの駆動制御手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１インパクトドライバ（電動工具）
２バッテリ
３モータ
３ａモータの固定子
３ｂモータの永久磁石
３ｃモータの固定子
３ｄモータの固定子巻線
４回転打撃機構
５アンビル
６ハウジング
６Ａハウジングの胴体部
６Ｂハウジングのハンドル部
７インバータ部
８トリガスイッチ
８Ａトリガ操作部
８ａ速度接点
８ｂメイン接点
８ｃ正逆接点
９制御部（制御手段）
１０遊星ギヤ
１１スピンドル
１１ａスピンドルカム溝
１２ハンマ
１２ａハンマカム溝
１３ボール
１４スプリング
１５〜１７回転位置検出素子
１８インバータ駆動部
１９駆動信号形成部
２０ストローク検出部
２１印加電圧設定部
２２トリガ操作有無検知部
２３回転方向設定部
２４回転位置検出部
Ｌトリガ操作部のストローク
Ｑ１〜Ｑ６スイッチング素子
Ｕ，Ｖ，Ｗ固定子巻線
Ｖsw メイン接点の電圧信号
Ｖth 電圧信号の設定値
Ｖvr 速度接点の電圧信号

Claims

駆動源であるモータと、
該モータの駆動／停止と回転速度を制御するトリガスイッチと、
該トリガスイッチのメイン接点のＯＮ／ＯＦＦによってトリガスイッチの操作の有無を判断するとともに、トリガスイッチが操作された後は該トリガスイッチの操作量に応じた信号に基づいて前記モータへの供給電圧を変化させることによってモータの回転速度を制御する制御手段と、
を備えた電動工具において、
前記制御手段は、前記トリガスイッチが操作されて前記メイン接点がＯＮされ、前記速度接点からの信号によって前記モータを起動した後、前記メイン接点のＯＦＦが検知されると、前記速度接点からの信号値が設定値以下である場合に限り前記モータを停止させる機能を備えていることを特徴とする電動工具。
前記制御手段は、前記メイン接点のＯＦＦが検知され、前記速度接点からの信号値が設定値よりも大きい場合であっても、メイン接点のＯＦＦ状態が所定時間だけ継続した場合には前記モータを停止させる機能を備えていることを特徴とする請求項１記載の電動工具。