JP2012161881A - 電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータを正転させる作業とモータを逆転させる作業のいずれにおいても、適切な減速比で作業を開始して自動変速させることができるものとする。
【解決手段】 回転動力源としての正逆回転自在なモータ１０と、該モータ１０で回転駆動される出力部１２との間に、減速比を切り換える変速機１１を配している電動工具である。作業負荷に応じて上記変速機１１に減速比の切換動作を行わせるとともに、作業開始時の変速機１１の減速比初期設定状態をモータの回転方向に応じて変更する制御手段１３を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電動工具、殊に変速手段を備えている電動工具に関するものである。

作業の負荷の大小に応じて減速比を切り替えることができる電動工具によって、ネジ締めや穴あけ作業を行う場合、まず、低減速比、つまり低トルク高速回転で作業を開始し、その後、減速比を大きくして高トルク低速回転側へと変速し、作業を行うことが効率的である。しかし、減速比切り換えの変速を手動で行うものでは、作業開始にあたり、低減速比に設定し、作業途中で高減速比側へ切り換える動作を加えなければならず、作業者にかかる負担が大きくなってしまう。

このために、負荷トルクの変化を直接あるいは間接的に検出し、この変化に応じて変速が自動的になされるものが特許文献１などにおいて提案されている。

しかし、従来の自動変速を行うものにおいては、作業開始時の減速比が低減速比に固定されている上に、モータを逆転させる場合についても同じく低減速比に固定されていた。

このために、モータを正転させることで行うねじ締め作業ではなく、モータを逆転させることで行うねじ緩め作業の場合、初期に高トルクが必要となるにもかかわらず、低減速比であるために低トルク高回転で作業が開始されることになり、モータ等に大きな負担がかかることになる。手動で高減速比にセットしてからねじ緩め作業を開始すれば、モータ等にかかる負担は小さくなるが、これでは自動変速の有利さを生かすことができない。

特開２００９−７８３４９号公報

本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、モータを正転させて行う作業と、モータを逆転させて行う作業のいずれに対しても、適切な減速比で作業を開始して自動変速させることができる電動工具を提供することを課題とするものである。

本発明は、回転動力源としての正逆回転自在なモータと、該モータで回転駆動される出力部との間に、減速比を切り換える変速機を配している電動工具において、作業負荷に応じて上記変速機に減速比の切換動作を行わせるとともに、作業開始時の変速機の減速比初期設定状態をモータの回転方向に応じて変更する制御手段を備えていることに特徴を有している。

モータ回転方向が正転である場合の減速比初期設定状態の減速比よりも、モータ回転方向が逆転である場合の減速比初期設定状態の減速比が大であるもののほか、モータ回転方向が正転である場合の減速比初期設定状態の減速比よりも、モータ回転方向が逆転である場合の減速比初期設定状態の減速比が小であるものや、モータ回転方向が正転である場合の減速比初期設定状態は非低減速比側であり、モータ回転方向が逆転である場合の減速比初期設定状態も非低減速比側であるものを好適に用いることができる。

作業開始時の変速機の減速比初期設定をユーザが変更するための作業開始時変速設定手段を備えたものとしてもよい。

前記変速機として減速比を３段以上に切り換えできるものを用いてもよい。

減速比初期設定状態をユーザに表示する表示手段を備えていることも好ましい。

本発明においては、モータを正転させて行う作業はもちろん、モータを逆転させて行う作業についても、適切な減速比で作業を開始することができ、このために工具にかかる負担を軽減することができる上に、作業そのものの効率も向上させることができて、快適な作業を行うことができる。

本発明の実施の形態の一例の動作を示すフローチャートである。 同上のブロック図である。 ねじ締め（ねじ緩め）についてのトルク変化の説明図であり、(a)はモータ正転時、(b)はモータ逆転時を示している。 他例のフローチャートである。 逆ねじに対するねじ締め（ねじ緩め）についてのトルク変化の説明図であり、(a)はモータ正転時、(b)はモータ逆転時を示している。 更に他例のフローチャートである。 (a)(b)は夫々作業についてのトルク変化の説明図である。 別の例のブロック図である。 同上のフローチャートである。 さらに別の例のフローチャートである。 穴あけ作業のトルク変化の説明図である。 他の例のブロック図である。 同上の平面図である。

以下本発明を図示の実施例に基づいて詳述すると、図２に示す電動工具は、正逆回転自在なモータ１０を動力源とする電動ドリルドライバーであり、モータ１０の回転出力は、減速比を切り換える変速機能を備えた変速機１１を介して出力部１２に出力される。図中１８は電池パックである。

上記変速機１１は、ソレノイドなどの電磁部材によって減速比の切換が可能なもので、その減速比の切換動作は、制御回路１３の制御下で行われる。

この制御回路１３は、トリガスイッチ１４の操作に応じて上記モータ１０の回転制御も司るもので、モータ駆動回路１５を通じて上記モータ１０の駆動を行う該制御回路１３には、モータ１０の回転数Ｎを検出する回転数検出手段１６と、モータ駆動電流Ｉを検出する電流検出手段１７とが接続されており、作業負荷に応じて減速比の切換動作を自動で行わせる場合、上記の両検出手段１６，１７で構成される駆動状態検出手段の検出出力に応じて、制御回路１３が変速機１１における減速比の切り換えを変速機１１に指示する。

今、モータ１０の起動時に出力負荷が小さい場合、モータ駆動電流Ｉは大きくなり、モータ回転数Ｎの増加率も大きくなる。出力負荷が大きい場合はモータ駆動電流Ｉは同様に大きくなるものの、モータ回転数Ｎの増加率は小さく、もしくは０になる。

このためにこの電動工具における１チップマイクロコンピュータなどで構成された上記制御回路１３は、初期設定で減速比が小さい側（図１中の減速比１）にセットされ、モータ駆動電流Ｉ≧Ｉ１（Ａ）かつモータ回転数の増加率≦α１の２つの条件を満たした時に、減速比が大となる側（図１中の減速比２）へ自動変速する。

従って、起動時の負荷が小さく、作業を続けるにつれて徐々に作業負荷が大きくなる作業を行う場合、モータ駆動電流Ｉが徐々に大きくなるとともにモータ回転数Ｎは低下するが、モータ駆動電流Ｉ≧Ｉ１（Ａ）かつモータ回転数Ｎの増加率≦α１の条件を満たした時点で、制御回路１３は変速機１１に減速比が大となる側へ自動変速する。なお、モータ回転数Ｎの低下は、その増加率が負の値となることもある。

上記条件で自動変速を行うために、モータ１０の起動時の突入電流や、作業者が出力無負荷の状態でトリガスイッチ１４オンし、オフ寸前まで戻す動作を繰り返す際に生じる突入電流があっても、上記α１の値を判定可能な増加率に設定しておけば、誤った自動変速切換を行うことはない。

また、作業につれて負荷が小さくなる場合は、逆に減速比が小さくなる方向に変速する。作業負荷が小さくなるとモータ駆動電流Ｉが小さくなり、モータ回転数Ｎは上昇する。従ってモータ駆動電流Ｉ≦Ｉ３（Ａ）かつモータ回転数Ｎ≧Ｎ３の条件を満たした場合に低減速比（高速側）に自動変速する。

ところで、電動ドリルドライバーのような電動工具では、モータ１０を正転させてねじ締めに用いることが多く、この場合、作業当初は負荷が小さく、ねじ締めが進むにつれて負荷が大きくなる。このために、上記のような自動変速を行う場合、上述のように、初期状態では低減速比（低トルク高速回転）にセットされていることが好ましく、作業負荷が大きくなれば高減速比（高トルク低速回転）に自動で移行し、作業が終了してトリガスイッチ１４がオフされたならば、上記初期状態である低減速比に戻るようになっていることが好ましい。

しかし、モータ１０を逆転させて行う作業の場合を考えると、その代表的な作業は締め付けられているねじを緩める作業であるが、この時には図３(a)に示すように作業初期の負荷が大きいものとなる。そして、この時にも初期設定が低減速比となっていると、作業開始時にモータ１０に大きな負荷がかかる上に、高減速比に切り換えられてから実際のねじ緩め作業が始まるために、時間的ロスが生じてしまう。また、作業開始時にモータロックが生じるおそれがある。組立ではなく解体を行う場合は、逆転させての作業が主体となるために、正転時に合わせて初期減速比が設定されたものであると、問題が多いことになる。

このためにこの電動工具においては、モータ１０の回転方向を切り換えるための回転方向切換手段１９による回転方向のセットに合わせて、正転時には初期減速比を低減速比に、逆転時には初期減速比を高減速比にセットするものとしてある。このための減速比の切り換えは、回転方向切換手段１９でモータ１０の回転方向を切り換えた時点で行うことが好ましい。

モータ１０の回転方向に合わせて初期減速比が切り換えられるために、この電動工具においては、モータ１０を正転させる時には上述のように低減速比の状態で作動を開始し、負荷が大きくなれば高減速比に自動切換を行い、作業を終了してトリガスイッチ１４をオフにすれば低減速比に戻るように制御回路１３によって変速機１１が制御される。

そして回転方向切換手段１９によってモータ１０の回転方向を逆転方向にセットすれば、この時点で変速機１１は高減速比の状態に切り換えられ、トリガスイッチ１４のオンにて高トルク低速回転の状態で作業を開始することができる。そして作業負荷が徐々に小さくなり、前記条件に達すれば、低減速比側に自動変速する。作業が終了してトリガスイッチ１４がオフされれば、変速機１１は高減速比側へ自動的に戻る。

ねじ締め作業を行う時も、ねじ緩め作業を行う時も、変速機１１の減速比の切り換え操作を別途行う必要が全くない上に、作業開始時の減速比は、夫々の作業に適した減速比となっているために、きわめて使い勝手がよいものである。

もっとも、ねじには逆ねじと称されるものがあり、この逆ねじを締め付ける場合はモータ１０を逆転させて行う。逆ねじを緩める作業は、モータ１０を正転させて行う。従って、逆ねじを作業対象とする場合は、上記実施例とは逆に、回転方向切換手段１９による回転方向のセットに合わせて、正転時には初期減速比を高減速比に、逆転時には初期減速比を低減速比にセットするものとしてもよい。図４にこの場合のフローチャートを示す。図５(a)はモータ正転によって逆ねじを緩める場合のトルク変化を、図５(b)はモータ逆転によって逆ねじを締める場合のトルク変化を示している。

この場合、モータ１０を正転させる時には、高減速比にセットされており、トリガスイッチ１４のオンにて高トルク低速回転の状態で作業を開始することができる。そして作業負荷が徐々に小さくなり、予め設定した条件に達すれば、低減速比側に自動変速する。作業が終了してトリガスイッチ１４がオフされれば、変速機１１は高減速比側へ自動的に戻る。

そして回転方向切換手段１９によってモータ１０の回転方向を逆転方向にセットすれば、この時点で変速機１１は低減速比の状態に切り換えられ、トリガスイッチ１４のオンで低減速比の状態で作動を開始し、負荷が大きくなれば高減速比に自動切換を行い、作業を終了してトリガスイッチ１４をオフにすれば低減速比に戻る。

このために、この実施例の場合、前記通常のねじ締付け作業と全く逆の逆ねじ締付け作業などに用いることができる。

このほか、正転作業においても作業の種類によっては締付けトルクの変化が異なるものがある。小径のねじの締め付けは図７(a)に示すようなトルク変化であり、低減速側の低トルク高速回転での作業開始が効率的である。しかし、大径のねじ（例えばコーチねじ）の場合は図７(b)に示すようなトルク変化であり、低減速比側で作業を開始すると、作業開始直後にロックしてしまう。

このような作業開始直後から高締付けトルクが必要な作業に対しては、高減速比で作業を開始することで効率的に作業ができ、モータロック等による工具への負担を軽減することができる。また、締結されているねじを緩める場合は、緩め始めが高トルク作業となるために、この場合も作業開始時は高減速比の高トルク低速回転が適している。このために、作業開始時に正逆いずれの回転方向についても高トルクが必要な場合は、図６に示すように、高減速比が初期状態となるものを好適に用いることができる。

作業の種類によって好ましい初期減速比が異なることを考慮すれば、初期減速比をユーザが設定できるようにしたものが好ましい。図８は初期減速比の設定をユーザが行うための作業開始時変速設定手段２０を設けたものを示しており、制御回路１３は、この作業開始時変速設定手段２０によって設定された減速比が初期減速比となるように制御回路１３が記憶して変速機１１を制御する。図９にフローチャートを示す。

上記作業開始時変速設定手段２０として、例えばプッシュスイッチを用いる場合、工具停止状態で且つ回転方向切換手段１９によって正転に設定されている時にプッシュスイッチを操作すれば、正転状態の作業開始時の初期減速比が切り換えられ、工具停止状態で且つ逆転に設定されている時にプッシュスイッチを操作すれば、逆転状態の作業開始時の初期減速比が切り換えられる。なお、プッシュスイッチのオンを繰り返すことで、初期減速比が順次切り換わるようにしておく。プッシュスイッチでなくてもよいのはもちろんであるが、上述のように、回転方向切換手段１９によってセットされている回転方向での初期減速比を変更するようにしておくと、正転の時の初期減速比及び逆転の時の初期減速比の設定操作を少ない部材で行うことができる上に、ユーザの使い勝手もよいものとなる。

なお、作業者は同様の作業を連続して行うために、初期減速比の設定を作業内容に合わせて一度行えば、その状態で連続して作業を行うことができるために、作業効率を高くすることができ、また１台の電動工具の使用効率も高くすることができる。

変速機１１として、減速比を３段階に切り換えることができるものにおいても、本願発明を適用することができるのはもちろんであり、図１０にこの場合のフローチャートを示す。

減速比がもっとも小さい状態にある時に、モータ駆動電流Ｉ≧Ｉ１（Ａ）かつモータ回転数Ｎの増加率≦α１の条件を満たした時点で、減速比を一段大きい中減速比に切り換え、さらにこの状態でモータ駆動電流Ｉ≧Ｉ２（Ａ）かつモータ回転数Ｎ≦α２の２つの条件を満たした場合、減速比がもっとも大きい側へ自動変速する。

逆に減速比がもっとも大である時に、モータ駆動電流Ｉ≦Ｉ４（Ａ）かつモータ回転数Ｎ≧Ｎ４の条件を満たした場合に中減速比に自動変速する。この状態でモータ駆動電流Ｉ≦Ｉ３（Ａ）かつモータ回転数Ｎ≧Ｎ３の条件を満たした場合に高速側へ自動変速する。

このように３段変速となっている場合、初期減速比は正転時も逆転時も上記中減速比（中トルク中速回転）とするとよい。木工穴あけ作業においてはφ１０ｍｍ〜φ３０ｍｍと様々な穴径の穴あけを行うことになる。また、木工穴あけ作業の作業トルク特性は、図１１に示すように、穴あけ開始時はトルクが上昇し、徐々にトルクが低下し安定したトルクとなり、最後は貫通してトルクがゼロとなる。このために、低減速比で作業を開始すると、穴あけ開始直後に中減速側に変速し、中減速の状態のまま作業を完了することになり、高トルク作業であると、中減速比からさらに高減速比に変速して作業が完了する。つまり、木工穴あけ作業では、低減速比での作業は必要でない場合が殆どである。従って、中減速比から作業開始することで、余計な変速を行うことなく、作業を効率的に行うことができて作業者への負担が軽減できる。

前記のねじ締め作業などにも適用することも考えれば、作業開始時変速設定手段２０を備えて、ユーザが初期減速比を変更することができるようにしておくことが好ましいのはもちろんである。

図１２及び図１３は、上記の初期設定されている減速比をユーザに対して報知する表示手段２１を設けたものを示している。この表示手段２１としては、たとえば工具の上部に低減速比（Ｈ）、中減速比（Ｍ）、高減速比（Ｌ）の３つの発光ダイオードを設けたものを好適に用いることができ、回転方向切換手段１９によって決定されている回転方向の作業開始時の初期減速比に対応する発光ダイオードを点灯させることで、ユーザに現在のモータ回転方向での初期減速比を報知する。

正転用と逆転用の３×２の合計６個のＬＥＤを設けても良い。ユーザーは予め設定されている初期減速比、あるいはユーザ自身が設定した初期減速比を容易に認識することができるために、誤った初期減速比で作業を行うことによる作業の失敗を防ぐことができる。

１０ モータ
１１ 変速機
１２ 出力部
１３ 制御回路
１４ トリガスイッチ
１５ モータ駆動回路
１６ モータ回転数検出手段
１７ モータ電流検出手段
１８ 電池パック
１９ 回転方向切換手段
２０ 作業開始時変速設定手段
２１ 表示手段

Claims (7)

1. 回転動力源としての正逆回転自在なモータと、該モータで回転駆動される出力部との間に、減速比を切り換える変速機を配している電動工具において、
   作業負荷に応じて上記変速機に減速比の切換動作を行わせるとともに、作業開始時の変速機の減速比初期設定状態をモータの回転方向に応じて変更する制御手段を備えていることを特徴とする電動工具。
2. モータ回転方向が正転である場合の減速比初期設定状態の減速比よりも、モータ回転方向が逆転である場合の減速比初期設定状態の減速比が大であることを特徴とする請求項１記載の電動工具。
3. モータ回転方向が正転である場合の減速比初期設定状態の減速比よりも、モータ回転方向が逆転である場合の減速比初期設定状態の減速比が小であることを特徴とする請求項１記載の電動工具。
4. モータ回転方向が正転である場合の減速比初期設定状態は非低減速比側であり、モータ回転方向が逆転である場合の減速比初期設定状態も非低減速比側であることを特徴とする請求項１記載の電動工具。
5. 作業開始時の変速機の減速比初期設定をユーザが変更するための作業開始時変速設定手段を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動工具。
6. 前記変速機は減速比を３段以上に切り換えできるものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動工具。
7. 減速比初期設定状態をユーザに表示する表示手段を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電動工具。

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