JP2011131366A

JP2011131366A - ハンマドリル

Info

Publication number: JP2011131366A
Application number: JP2009295714A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Okubo; 貴啓大久保
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2009-12-25
Filing date: 2009-12-25
Publication date: 2011-07-07
Anticipated expiration: 2029-12-25
Also published as: JP5428850B2

Abstract

【課題】目標深さに到達すると電動モータを自動停止可能な電動工具であって、先端工具の抜き取りの際に、先端工具をロックさせずに電動モータを再起動できる電動工具の提供。
【解決手段】ハウジング２０には、非接触式の距離センサ６が設けられている。穿孔深さＬｘが目標深さＬｄに達すると、制御部７１は電動モータ２１を自動停止させる。作業者により再びトリガスイッチ１２がオンされると、制御部７１は、所定の回転数の５０％で電動モータ２１を再起動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハンマドリル等の電動工具に関し、特に先端工具が目標深さに到達すると電動モータを自動停止させる電動工具に関するものである。

目標穿孔深さに到達すると自動的に穿孔を停止させる電動工具が知られている。このような電動工具は、電動工具に配置したセンサから被削材の表面までの距離に基づき穿孔深さを算定する感知システムを備え、目標深さまで穿孔が行われると、駆動電流回路を遮断することにより穿孔を自動的に停止させる（例えば、特許文献１）。

しかしながら、通常の被削材では、切削された被削材の屑の摩擦が大きいために、自動停止後に先端工具を抜き出すのが困難となる。よって、電動モータを再起動して先端工具を回転させながら抜き取る方法が有効である。
独国特許第２８３８９６８号

しかし、切削された被削材の屑の摩擦が大きいため、電動モータを急に再起動させると先端工具がロックし、電動工具本体が振り回されて危険である。

本発明の課題は、目標深さに到達すると電動モータを自動停止可能な電動工具であって、先端工具の抜き取りの際に、先端工具をロックさせずに電動モータを再起動できる電動工具を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の電動工具は、回転力を出力する電動モータと、前記電動モータの回転力を先端工具に伝達可能な回転伝達機構部と、前記電動モータの回転力を打撃力に変換して前記先端工具に伝達可能な打撃機構部と、基準距離を記憶する記憶手段と、距離センサと、前記基準距離と前記距離センサにより測定された測定距離に基づき前記先端工具の被削材表面からの深さを算出可能であり、前記先端工具が目標深さに到達すると前記電動モータを自動停止させる制御部と、を備え、前記制御部は、前記電動モータを自動停止させた後に前記電動モータを再起動させる際、前記距離センサからの測定距離に基づいて、前記電動モータを通常よりも低い駆動力で駆動可能であることを特徴とする。

このような構成によれば、前記制御部は、前記電動モータを自動停止させた後に前記電動モータを再起動させる際、前記距離センサからの測定距離に基づいて、前記電動モータを通常よりも低い駆動力で駆動可能であるので、急な再起動により先端工具が被削材内でロックするのを防止することができ、先端工具の抜き取り作業を容易にできる。

また、前記制御部は、通常よりも低い駆動力で前記電動モータを駆動している場合において、所定条件が満たされると、前記電動モータを自動停止させることが好ましい。このような構成によれば、操作性を向上できる。

また、前記制御部は、所定条件として、前記先端工具が深さゼロの位置に到達すると、前記電動モータを自動停止させることが好ましい。このような構成によれば、先端工具が被削材から抜けた時点で電動モータの駆動を自動停止できる。

また、前記制御部は、通常よりも低い駆動力で前記電動モータを駆動している場合において、前記先端工具の前記被削材表面からの深さが前記目標深さより深くなると、前記電動モータを自動停止させることが好ましい。このような構成によれば、作業者が先端工具を抜こうとしたが誤って穿孔する方向に押してしまった場合に、目的の深さよりも深く穿孔してしまうのを防止できる。

また、前記電動モータはブラシレスモータであることが好ましい。このような構成によれば、より大きな回転力を出力できる。

また、前記制御部は、前記電気モータを自動停止させた後に前記電動モータを再起動させる際、前記距離センサによる測定距離が前記基準距離より小さい場合には、通常よりも低い駆動力で前記電動モータを駆動する一方、前記測定距離が前記基準距離より大きい場合には、通常の駆動力で前記電動モータを駆動することが好ましい。

このような構成によれば、前記電気モータを自動停止させた後に前記電動モータを再起動させる際、先端工具が被削材内に残っている場合には、低い駆動力で電動モータを駆動させることにより、先端工具が被削材内でロックするのを防止する一方、先端工具が既に被削材から抜き取られている場合には、通常の駆動力で電動モータを駆動させて次の穿孔作業を開始できる。

本発明の電動工具によれば、電動モータを自動停止させた後に電動モータを再起動させる際、距離センサからの測定距離に基づいて、電動モータを通常よりも低い駆動力で駆動可能であるので、急な再起動により先端工具が被削材内でロックして工具本体が振り回されることを防止できる。

本発明の電動工具をハンマドリルに適用した実施の形態について図１乃至図３に基づき説明する。図１はハンマドリル１の全体を示す断面図であり、ハンドル部１０とハウジング２０とによりケーシングが構成される。ハウジング２０には、先端工具６０を着脱可能に保持するための工具保持部３０が設けられている。

ハンドル部１０には、作業者により操作可能なトリガスイッチ１２が取付けられている。トリガスイッチ１２はバネ（図示せず）によって付勢された状態でハンドル部１０から突出している。トリガスイッチ１２をバネ力に抗してハンドル部１０内方向へ押し込むことによって、後述の電動モータ２１を起動することができ、トリガ押込量を調整することで、電動モータ２１の回転数を制御することができる。

ハウジング２０内には電動モータ２１と、打撃機構部３と、回転伝達機構部５と、制御回路部７（図２）と、インバータ回路部９（図２）とが収納されている。電動モータ２１は駆動軸である出力軸部２２を備え、回転駆動力を出力している。

打撃機構部３は、電動モータ２１の回転力を打撃力に変換して先端工具６０に伝達するものであり、回転伝達機構部５は、電動モータ２１の回転力を先端工具６０に伝達するものである。打撃機構部３及び回転伝達機構部５は公知の構成を有するものであり、打撃機構部３では、カム部３１が電動モータ２１の回転運動を往復運動に変換してピストン３３を往復移動させると、ピストン３３の空気室３２内に配置された打撃子３４が、空気室３２内の空気の圧力により往復移動され、中間子３５を打撃する。そして、その打撃力は中間子３５を介して先端工具６０に加えられる。回転伝達機構部５では、電動モータ２１の回転力が、ギア５１、５２、中間軸部５３、ギア５４、５５、及びシリンダ５６を介して先端工具６０に伝達される。

ハウジング２０には、非接触式の距離センサ６と、コントローラパネル８と、正逆切替レバー１３（図２）が設けられている。距離センサ６は、距離センサ６から対象物までの距離を計測するものである。作業者は、コントローラパネル８を操作して、後述の自動停止機能のオン・オフを切替えたり、目標深さＬｄを指定する。

次に、図２を参照してハンマドリル１の回路構成について説明する。本実施の形態における電動モータ２１は、３相ブラシレス直流モータから成る。電動モータ２１は、インナーロータ型で、一対のＮ極およびＳ極を含む永久磁石（マグネット）を埋め込んで構成された回転子（マグネットロータ）２１ａと、該マグネットロータ２１ａの回転位置を検出するために６０°毎に配置された３つの回転位置検出素子（ホールＩＣ）２１ｂ、２１ｃ、２１ｄと、回転位置検出素子２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ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２１ｅの３相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗからなる電機子巻線２１ｆとから構成される。

インバータ回路部（電力変換器）９は、３相ブリッジ形式に接続された６個のＦＥＴ（以下、「トランジスタ」という。）Ｑ１〜Ｑ６と、フライホイールダイオード（図示なし）とから構成される。ブリッジ接続された６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６の各ゲートは制御信号出力回路７７に接続され、また、６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６のソースまたはドレインはスター結線された電機子巻線Ｕ、ＶおよびＷに接続される。これによって、６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６は、制御信号出力回路７７から入力されたスイッチング素子駆動信号によってスイッチング動作を行い、インバータ回路部９に印加される直流電圧を、電機子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗへ供給する。

制御回路部７は、制御部７１、電流検出回路７２、印加電圧設定回路７３、回転方向設定回路７４、回転位置検出回路７５、回転数検出回路７６、及び制御信号出力回路７７によって構成されている。制御部７１はマイコンによって構成され、ＣＰＵ７１Ａ、ＲＯＭ７１Ｂ、ＲＡＭ７１Ｃ等を備える。ＲＯＭ７１Ｂには制御プログラムが記憶されている。ＲＡＭ７１Ｃには基準距離Ｌ０を記憶するための基準距離記憶領域７１ｄと、目標深さＬｄを記憶するための目標深さ記憶領域７１ｅとを有する。
電流検出回路７２は電動モータ２１に流れているモータ電流を検出するための回路であり、検出電流は制御部７１に入力される。

印加電圧設定回路７３は、トリガスイッチ１２の押込量に応答して電動モータ２１の印加電圧を設定するための回路である。回転方向設定回路７４は、電動モータ２１の正逆切替レバー１３による正方向回転または逆方向回転の操作を検出して電動モータ２１の回転方向を設定するための回路である。回転位置検出回路７５は、３つの回転位置検出素子２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの出力信号に基づいて回転子２１ａと固定子２１ｅの電機子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗとの関係位置を検出するための回路である。回転数検出回路７６は、単位時間内にカウントされる回転子位置検出回路７５からの検出信号の数に基づいてモータ回転数を検出する回路である。

制御信号出力回路７７は、制御部７１からの出力に基づいて電源側トランジスタＱ１〜Ｑ６にＰＷＭ信号を供給する。ＰＷＭ信号のパルス幅の制御によって各電機子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗへ供給する電力を調整して設定した回転方向への電動モータ２１の回転数を制御することができる。
また、制御部７１には、距離センサ６やコントローラパネル８からの各種信号が入力される。

次に、本実施の形態における制御プロセスについて図３（ａ）及び図３（ｂ）のフローチャートに基づき説明する。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す制御プロセスは、ＲＯＭ７１Ｂに記憶されている制御プログラムに基づき、ＣＰＵ７１Ａによって実行されるものであり、ハンマドリル１の電源がオンされると開始される。

図３の制御プロセスでは、まず、自動停止機能がオンされているか否かを検出する（Ｓ１）。オンされていなければ（Ｓ１：Ｎｏ）、Ｓ１へ戻り、処理を繰り返す。一方、オンされていれば（Ｓ１：Ｙｅｓ）、作業者により基準距離Ｌ０が設定されたか否かを検出する（Ｓ３）。基準距離Ｌ０は、図１に示すように、距離センサ６から先端工具６０の先端までの距離であり、例えば、先端工具６０の先端を被削材の表面に当接させたときの距離センサ６からの出力値を基準距離Ｌ０として設定する。

基準距離Ｌ０の設定がなければ（Ｓ３：Ｎｏ）、設定されるまで待機する。一方、基準距離Ｌ０が設定された場合には（Ｓ３：Ｙｅｓ）、これをＲＡＭ７１Ｃの基準距離記憶領域７１ｄに記憶させる（Ｓ５）。次に、作業者により、目標深さＬｄが指定されたか否かを検出する（Ｓ７）。目標深さＬｄが指定されていなければ（Ｓ７：Ｎｏ）、指定されるまで待機する。一方、目標深さＬｄが指定された場合には（Ｓ７：Ｙｅｓ）、これをＲＡＭ７１Ｃの目標深さ記憶領域７１ｅに記憶させる（Ｓ９）。

次に、トリガスイッチ１２が作業者によりオンされたか否かを検出する（Ｓ１１）。オンされていなければ（Ｓ１１：Ｎｏ）、オンされるまで待機する。一方、トリガスイッチ１２がオンされると（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、ＣＰＵ７１Ａは、トリガスイッチ１２の押込量に応じた所定の回転数で電動モータ２１を駆動させ、穿孔を開始する（Ｓ１３）。

次に、穿孔深さＬｘが目標深さＬｄに達したか否かを検出する（Ｓ１５）。穿孔深さＬｘは、距離センサ６による現在の検出距離Ｌ１を基準距離記憶領域７１ｄに記憶されている基準距離Ｌ０から減算することにより得られる（Ｌｘ＝Ｌ０−Ｌ１）。目標深さＬｄに到達した場合には（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、目標深さまで穿孔が行われたので、電動モータ２１への電流供給を遮断して穿孔を終了させ（Ｓ２５）、Ｓ２７の処理へ移行する。

一方、目標深さＬｄに到達していない場合には（Ｓ１５：Ｎｏ）、作業者によりトリガスイッチ１２がオフされたか否かが検出される（Ｓ１７）。オフされていなければ（Ｓ１７：Ｎｏ）、Ｓ１５へ戻る。一方、オフされた場合には（Ｓ１７：ＹＥＳ）、作業者から目標深さＬｄの変更指示があったか否かを検出する（Ｓ１９）。目標深さＬｄの変更指示はコントロールパネル８の操作により行うことができる。変更指示があった場合には（Ｓ１９：Ｙｅｓ）、Ｓ９の処理へ戻り、変更後の目標深さＬｄをＲＡＭ７１Ｃの目標深さ記憶領域７１ｅに記憶させる。一方、変更指示がない場合には（Ｓ１９：Ｎｏ）、トリガスイッチ１２がオンされたか否かを検出する（Ｓ２１）。オンされた場合には（Ｓ２１：Ｙｅｓ）、Ｓ１３の処理へ戻り、オンされていない場合には（Ｓ２１：Ｎｏ）、Ｓ１９の処理へ戻る。

Ｓ２７では、トリガスイッチ１２がオンされたか否かを検出する。オンされていなければ（Ｓ２７：Ｎｏ）、基準距離記憶領域７１ｄに記憶されている基準距離Ｌ０が距離センサ６による現在の検出距離Ｌ１以下か否かを検出する（Ｓ２９）。基準距離Ｌ０が現在の検出距離Ｌ１以下であれば（Ｓ２９：Ｙｅｓ）、ＣＰＵ７１Ａは先端工具６０が被削材から抜けたと判断し、Ｓ１１の処理へ戻る。つまり、穿孔終了後、ハンマドリル１を持ち上げることで先端工具６０が被削材から簡単に抜ける場合があり、このような場合にはＳ３１以降の処理を行うことなく、次の穿孔開始待ちの状態となる。

一方、基準距離Ｌ０が現在の検出距離Ｌ１より大きければ（Ｓ２９：Ｎｏ）、先端工具６０はまだ被削材から抜けていないので、Ｓ２７の処理へ戻る。

一方、切削された被削材の屑が引っかかり、先端工具６０が簡単には抜けない場合には、先端工具６０を回転させながら抜き取る方法が有効である。しかし、急な再起動は先端工具６０がロックし、工具本体が振り回され危険である。そこで、作業者により再びトリガスイッチ１２がオンされると（Ｓ２７：Ｙｅｓ）、ＣＰＵ７１Ａは、所定の回転数の５０％で電動モータ２１を再起動する（Ｓ３１）。なお、この場合の回転数の下げ幅は５０％に限定されず、電動モータ２１のトルクや先端工具６０の種類に合わせて、適正な値とすることが好ましい。また、電動モータ２１の回転方向は、正方向及び逆方向のいずれであっても構わない。

次に、基準距離記憶領域７１ｄに記憶されている基準距離Ｌ０が距離センサ６による現在の検出距離Ｌ１以下であるか否かを検出する（Ｓ３３）。基準距離Ｌ０が現在の検出距離Ｌ１以下であれば（Ｓ３３：Ｙｅｓ）、ＣＰＵ７１Ａは先端工具６０が被削材から抜けたと判断し、電動モータ２１の駆動を停止させ（Ｓ３５）、次の穿孔開始待ちの状態となる。

一方、基準距離Ｌ０が現在の検出距離Ｌ１よりも大きければ（Ｓ３３：Ｎｏ）、穿孔深さＬｘが目標深さＬｄよりも大きいか否かを検出する（Ｓ３７）。例えば、作業者が先端工具６０を抜こうとしたが誤って穿孔する方向に押した場合、このまま電動モータ２１の駆動を続けると、目標深さＬｄより深く穿孔してしまう。このような場合は、Ｓ３７でＹｅｓとなり（Ｓ３７：Ｙｅｓ）、直ちに電動モータ２１への電流供給を遮断して穿孔を停止し（Ｓ３９）、Ｓ２７の処理へ戻る。

なお、穿孔深さに厳しい精度が要求されていない場合等は、Ｓ３９にて直ちに電流供給を遮断せず、所定時間（例えば２秒間）だけ引き続き駆動させた後に自動停止させても良い。

なお、本発明による電動工具は上述した実施の形態に限定されず特許請求の範囲に記載された発明の要旨の範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、図３のＳ３３にて先端工具６０が被削材から抜けたことが検出された場合（検出距離Ｌ１≧基準距離Ｌ０）に、電動モータ２１の駆動を自動停止させたが、他の条件が満たされた場合に電動モータ２１の駆動を自動停止させてもよい。例えば、電動モータ２１の負荷をモニタし、負荷が下がった時点で先端工具６０が抜けたと判断して電動モータ２１の駆動を自動停止させてもよいし、再起動の後、所定時間だけ駆動した後に自動停止させても良い。電動モータ２１への負荷は、回転数検出回路７６により検出されるモータ回転数に基づいてモニタできる。

本発明による実施形態に係る電動工具の全体構造を示す断面図。本発明の実施形態に係る電動工具におけるモータの駆動制御係を示すブロック図。本発明の実施の形態による駆動プロセスを示すフローチャート。本発明の実施の形態による駆動プロセスを示すフローチャート。

１：ハンマドリル、３：打撃機構部、５：回転伝達機構部、６：距離センサ、７：制御回路部、８：コントローラパネル、９：インバータ回路部、１０：ハンドル部、１２：トリガスイッチ、２０：ハウジング、２１：電動モータ、６０：先端工具、７１：制御部、７１Ａ：ＣＰＵ、７１Ｂ：ＲＯＭ、７１Ｃ：ＲＡＭ、７１ｄ：基１準距離記憶領域、７１ｅ：目標深さ記憶領域、７７：制御出力回路、Ｌ０：基準距離、Ｌｄ：目標深さ、Ｌｘ：穿孔深さ、Ｌ１：現在の検出距離

Claims

回転力を出力する電動モータと、
前記電動モータの回転力を先端工具に伝達可能な回転伝達機構部と、
前記電動モータの回転力を打撃力に変換して前記先端工具に伝達可能な打撃機構部と、基準距離を記憶する記憶手段と、
距離センサと、
前記基準距離と前記距離センサにより測定された測定距離に基づき前記先端工具の被削材表面からの深さを算出可能であり、前記先端工具が目標深さに到達すると前記電動モータを自動停止させる制御部と、を備え、
前記制御部は、前記電動モータを自動停止させた後に前記電動モータを再起動させる際、前記距離センサからの測定距離に基づいて、前記電動モータを通常よりも低い駆動力で駆動可能であることを特徴とする、電動工具。
前記制御部は、通常よりも低い駆動力で前記電動モータを駆動している場合において、所定条件が満たされると、前記電動モータを自動停止させることを特徴とする、請求項１記載の電動工具。
前記制御部は、所定条件として、前記先端工具が深さゼロの位置に到達すると、前記電動モータを自動停止させることを特徴とする、請求項２記載の電動工具。
前記制御部は、通常よりも低い駆動力で前記電動モータを駆動している場合において、前記先端工具の前記被削材表面からの深さが前記目標深さより深くなると、前記電動モータを自動停止させることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の電動工具。
前記電動モータはブラシレスモータであることを特徴とする請求項１乃至４何れか記載の電動工具。
前記制御部は、前記電気モータを自動停止させた後に前記電動モータを再起動させる際、前記距離センサによる測定距離が前記基準距離より小さい場合には、通常よりも低い駆動力で前記電動モータを駆動する一方、前記測定距離が前記基準距離より大きい場合には、通常の駆動力で前記電動モータを駆動することを特徴とする、請求項１乃至５何れか記載の電動工具。