JP2013066946A - 電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】高速回転と高トルク回転とを適切に得ると同時にモータの正逆回転にも対応する。
【解決手段】駆動源として高速回転低トルク用のモータ１ａと、低速回転高トルク用のモータ１ｂを備えるとともに、両モータ１ａ，１ｂ出力がフリー型の逆入力遮断クラッチ８ａ，８ｂを介して合成される出力部を備える。
【選択図】図１

Description

本発明はモータを動力源としている電動工具に関するものである。

電動工具は、一般に動力源としてのモータ、モータ出力を減速する減速機、出力軸に取り付けられて各種ビットを保持するチャック、そしてトリガースイッチの入力に応じて上記モータのオンオフ及び回転数を制御する制御回路とからなり、充電式のものでは上記に加えて二次電池を備えたものとなる。そしてモータとしては、その作業内容と使用する減速機とに応じて最適回転数及び最適トルクが得られるものを一つ使用する。

しかし、作業内容は多岐にわたるのが通常で、１台の電動工具で高速な作業と高トルクが必要な作業とを行うことが多く、このために、モータとしてはどうしても大型のものを用いることになる。

もちろん、減速機として減速比の切り替え（変速）ができるものを使用することで、高速低トルク回転が望ましい作業と、低速高トルク回転が望ましい作業とをさほど大型でないモータで得られるようにすることができるが、減速比の切り替えは、一般にモータを一旦停止させた状態で行うことから、作業性がよくない。

ここにおいて、特許文献１には低トルク用のモータと高トルク用のモータの２台のモータを内蔵し、低トルク用モータで駆動される出力軸に、高トルク用のモータの出力をワンウェイクラッチを介して伝達するものが提案されている。低トルク用モータで高速回転している出力軸は、ワンウェイクラッチのために高トルク用のモータによる低速回転出力に対して自由に回転するが、負荷トルクが大きくなって低トルク用モータの回転数が低下して高トルク用モータの回転数と同じとなれば、高トルク用モータの回転が出力軸に伝達される。

特開昭５９−０６９２７３号公報

２台のモータの出力を合成することになる上記従来例は、低トルク高速回転と、高トルク低速回転とを出力軸にスムーズに伝達することができるが、ワンウェイクラッチを高トルク用モータ側に用いているために、モータを逆転させる作業、例えばねじを緩める作業については、その恩恵を受けることができない。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、高速回転と高トルク回転とを適切に得ることができる上にモータの正逆回転にも対応することができる電動工具を提供することを課題とする。

本発明は、駆動源として高速回転低トルク用のモータと、低速回転高トルク用のモータを備えるとともに、両モータ出力がフリー型の逆入力遮断クラッチを介して合成される出力部を備えていることに特徴を有している。

また、高速回転低トルク用のモータと、低速回転高トルク用のモータの両出力が同時に出力部に伝達される時の各モータ回転数を同じに保つ制御回路を備えていることが好ましい。

高速回転低トルク用のモータがブラシレスモータであり、低速回転高トルク用のモータがブラシモータであることも好ましい。

本発明においては、高速回転低トルク用のモータ出力と低速回転高トルク用のモータ出力とを適切に合成することができて、高速回転と高トルク回転とを得ることができる上にモータの正逆回転にも対応することができる。

本発明の実施の形態の一例の要部概略図である。 同上のブロック図である。 同上の特性を示す説明図である。 同上のブロック回路図である。 同上の動作を示すフローチャートである。 同上の他例のフローチャートである。 同上の更に他例のフローチャートである。 他の例の要部概略図である。 (a)(b)(c)は夫々モータ配置を示す概略断面図である。

本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図２は本発明に係る電動工具の概略ブロック図であり、２台のモータ１ａ，１ｂと減速機２、その出力軸３に設けられたチャック４、電源としての二次電池５，トリガースイッチ６，トリガースイッチ６の出力に応じて上記モータ１ａ，１ｂの駆動制御を行う制御回路７からなる。図中８はチャック４に装着されるビットである。

上記減速機２は、例えば図１に示すように、サンギア２１とインターナルギア（リングギア）２２，この両ギア２１，２２に噛み合う遊星ギア２３からなる遊星減速機を好適に用いることができ、前記出力軸３は遊星ギア２３を支持するキャリア２４に連結されている。

そして上記減速機はインターナルギア２２が固定されていることから、サンギア２１が入力部、キャリア２４が上述のように出力部として機能するものであり、前記２つのモータ１ａ，１ｂは、それらの回転軸に装着されている出力ギア８ａ，８ｂが上記サンギア２１と一体、もしくはサンギア２１に連結されたギア２０に噛み合っている。

ここで、両モータ１ａ，１ｂのうち、モータ１ａには高速低トルク回転に適した特性を有するものを用いており、モータ１ｂは低速高トルク回転に適した特性を有するものを用いている。図３中のＭａがモータ１ａの回転数−トルク特性を、Ｍｂがモータ１ｂの回転数−トルク特性を示している。

また、特性の異なるモータ１ａ，１ｂの両出力でギア２０を駆動するために、２上記出力ギア８ａ，８ｂとして、共にフリー型の逆入力遮断クラッチを内蔵したものを用いている。フリー型の逆入力遮断クラッチは、入力側からの回転トルクは出力側に伝達されるが、出力側からの回転トルクは入力側に回転されず、この時、出力側は空転するものであるために、ギア２０がモータ１ａの出力によって高速回転している時は、モータ１ｂが停止していてもモータ１ａの負荷になることはなく、またモータ１ｂが低速回転していても、ギア２０にモータ１ｂのトルクが伝達されることはない。

そして、ここでは図４にも示すように、各モータ１ａ，１ｂには周波数ジェネレータのようなモータ速度検出手段９ａ，９ｂを設けて各モータ１ａ，１ｂの回転数を上記制御回路７に入力しており、モータ速度測定部６０ａ，６０ｂ及びモータ制御部６１ａ，６１ｂを備える制御回路７は、作業開始時にはモータ１ａのみを回転させるものの、負荷トルクが大きくなってモータ１ａの回転数が前記回転数−トルク曲線Ｍａ，Ｍｂが交叉する点（回転数Ｎ１，トルクＴ１）の回転数Ｎ１になれば、モータ１ｂも駆動してその出力を逆入力遮断クラッチを内蔵する出力ギア８ｂを介してギア２０に伝達する。図５はこの点を示しているフローチャートである。

モータ１ｂも起動させた時、両モータ１ａ，１ｂが共に回転数Ｎ１で回転することから、ギア２０には２倍のトルク２Ｔ１が伝達されることになる。さらに負荷トルクが大きくなれば、両モータ１ａ，１ｂの回転数も低下するが、制御回路７は両モータ１ａ，１ｂの回転数を同じに保つために、ギア２０に伝達されるトルクは、常にモータ１ａの出力トルクと、モータ１ｂの出力トルクとを合成したものとなり、モータ１ａの最大トルクＴｓａとモータ１ｂの最大トルクＴｓｂとを合成したＴｓａ＋Ｔｓｂの最大トルクを得ることができる。つまり、モータ１ｂ単独で得られる最大トルクＴｓｂよりも大きい出力トルクを得ることができる。両モータ１ａ，１ｂの合成特性を図３中にＭｃで示している。

なお、回転数Ｎ１（トルクＴ１）の時点でモータ１ｂを駆動すると、ギア２０に伝達されるトルクが急に増加することから、トルクが急変しない制御をしておくことが望ましい。また、フリー型の逆入力遮断クラッチは、モータ１ａ，１ｂを逆回転させる時にも正回転させる時と同じ動きを行うために、ねじを緩める作業などを行う際も同様の合成出力を得ることができる。

モータ１ｂの駆動を開始するタイミングは、回転数Ｎ１ではなく、図６に示すようにモータ１ａの出力トルクを測定して、該トルクがＴ１以下になった時点でモータ１ｂの駆動を開始するようにしてもよい。

なお、図７に示すようにモータ１ａの回転数がＮ１まで低下（もしくはトルクがＴ１まで上昇）した時点でモータ１ｂを駆動を開始するとともにモータ１ａを停止させてもよいが、この場合、得られる最大トルクはモータ１ｂで得られるものと同じとなる。

高トルク用のモータ１ｂは高速回転用のモータ１ａと同時に駆動するようにしておいてもよい。モータ１ｂの回転がモータ１ａの負荷になることはないためである。ただし、モータ１ａの回転数がＮ１を超えている時には、両モータ１ａ，１ｂの回転数を同じにする制御は行わない。

上記実施例では、フリー型の逆入力遮断クラッチを出力ギア８ａ，８ｂの双方に内蔵させることで、両モータ１ａ，１ｂの出力を的確に合成できるようにしているが、低速回転高トルク用のモータ１ｂ側の出力ギア８ｂのみに逆入力遮断クラッチを内蔵させたものであってもよい。

また、モータ１ｂとしての特性がモータ１ａの特性と同じものであってもよい。この場合、図８に示すように、モータ１ｂとギア２０との間に減速ギア８ｃを介在させることで、モータ１ｂを低速回転高トルク用モータとして機能させることができる。

２台のモータ１ａ，１ｂを電動工具内に配置するにあたっては、図９に示すように、横に並べたり縦に並べたりするとよい。モータを一つだけ用いる場合に比して、各モータ１ａ，１ｂに夫々小型のものを用いることができるために、２台のモータ１ａ，１ｂを内蔵するものの、全体としての形状が１台のモータ１だけのもの（図９(c)参照）よりも大型化することはない。

このほか、本発明は減速機２として変速機能を備えたものを用いることを排除するものではない。また、モータ１ａ，１ｂと出力ギア８ａ，８ｂとの間に変速機能付きの減速機を配することでさらに広範囲な作業を行えるようにすることも妨げない。

そして、高速回転低トルク用のモータ１ａには、高速回転に適したブラシレスモータを好適に用いることができ、流れる電流が大きい低速回転高トルク用のモータには半導体素子を使用して電流を制御するブラシレスモータよりもブラシモータを好適に用いることができる。

１ａ モータ
１ｂ モータ
２ 減速機
３ 出力軸
８ａ ギア（逆入力遮断クラッチ）
８ｂ ギア（逆入力遮断クラッチ）
２０ ギア

Claims (3)

1. 駆動源として高速回転低トルク用のモータと、低速回転高トルク用のモータを備えるとともに、両モータ出力がフリー型の逆入力遮断クラッチを介して合成される出力部を備えていることを特徴とする電動工具。
2. 高速回転低トルク用のモータと、低速回転高トルク用のモータの両出力が同時に出力部に伝達される時の各モータ回転数を同じに保つ制御回路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。
3. 高速回転低トルク用のモータがブラシレスモータであり、低速回転高トルク用のモータがブラシモータであることを特徴とする請求項１または２記載の電動工具。

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