JP2013094866A

JP2013094866A - 電動工具

Info

Publication number: JP2013094866A
Application number: JP2011238258A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Okubo; 貴啓大久保; Kazutaka Iwata; 和隆岩田; Satoshi Abe; 智志阿部
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2013-05-20

Abstract

【課題】作業者が容易に先端工具を被穿孔材に対し垂直状態に近づけることができ、垂直な孔を穿孔することができる電動工具を提供する。
【解決手段】穿孔工具１は、ハウジングと、ハウジングに設けられ、ハウジングの所定の姿勢を基準として所定の姿勢からのハウジングの傾きを検知する傾きセンサ１６と、ハウジングに設けられた点滅可能に構成されたＬＥＤ２３と、傾きセンサ１６により検知された傾きの角度に応じてＬＥＤ２３の点滅速度を変化させる制御部１４とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動工具に関し、特に先端工具により被穿孔材を穿孔する電動工具に関する。

従来からドリルビットを回転させると共にドリルビットに打撃力を加えて被穿孔材を穿孔するハンマドリル等の電動工具が知られている。そして、当該ハンマドリルでは、穿孔時にドリルビットを被穿孔材に当てて、作業者がドリルビットが被穿孔材に対し垂直となったと判断した後に、トリガをオンにして穿孔作業を行っている。

しかし、従来のハンマドリルでは、作業者の感覚に基づいてドリルビットが被穿孔材に対し垂直となったか否かが判断されるため、実際には垂直となっていない状態で穿孔作業が行われることがあり、孔が傾くという問題が生じていた。

本発明は、作業者が容易に先端工具を被穿孔材に対し垂直状態に近づけることができ、垂直な孔を穿孔することができる電動工具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る電動工具は、ハウジングと、該ハウジングに設けられ、該ハウジングの所定の姿勢を基準として該所定の姿勢からの該ハウジングの傾きを検知する傾きセンサと、該ハウジングに設けられた点滅可能に構成された発光部と、該傾きセンサにより検知された傾きの角度に応じて該発光部の点滅速度を変化させる制御部とを備える電動工具を提供している。

ここで、該発光部は、複数の色を発光可能であり、該制御部は、各該複数の色を、該ハウジングの傾きを複数の角度領域に分けたうちの１つ領域に対応させて該発光部を発光させ、該複数の角度領域のうちの所定の角度領域において該角度に応じて該発光部の点滅速度を変化させることが好ましい。

更に、該発光部は、点灯又は点滅可能に構成され、該制御部は、該所定の角度領域において、該ハウジングが該所定の姿勢に近づくにつれて、該発光部を点滅状態から点灯状態に切替えることが好ましい。

また、該制御部は、該ハウジングが該所定の姿勢に近づくにつれて該発光部の点滅速度を増加させることが好ましい。

本発明によれば、作業者が容易に先端工具を被穿孔材に対し垂直状態に近づけることができ、垂直な孔を穿孔することができる電動工具を提供することができる。

本発明の実施の形態における穿孔工具の断面図。本発明の実施の形態による穿孔工具の制御回路部、インバータ回路部、及びモータ等を示す回路図。本発明の実施の形態による穿孔工具における傾き検知プログラムを示すフローチャート。

本発明による電動工具の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１に示す電動工具の一例である穿孔工具１は、図示せぬ被穿孔材を穿孔するロータリーハンマドリルであり、ハンドル部１０と、モータハウジング２０と、ギヤハウジング６０とによりハウジングが構成されている。以下においては、図１における右側（工具保持部１７の先端側）を穿孔工具１の前端側として前後方向を定義し、前後方向と直交する方向であってハンドル部１０がモータハウジング２０から延出される方向を下側として上下方向を定義して説明する。

ハンドル部１０は、プラスチックで一体成型されて略Ｕ字状をなしている。ハンドル部１０の上部には、後述のモータ２１を収容しているモータ収容部２０Ａが規定され、モータハウジング２０の一部をなしている。ハンドル部１０の後部１０Ａ下部には、電源ケーブル１１が取付けられていると共に、後述のモータ２１等に接続されるスイッチ機構１２が内蔵されている。スイッチ機構１２には、作業者によって操作可能なトリガ１３が機械的に接続されている。トリガ１３を操作することにより、インバータ回路部１０１（図２）への電源供給又は停止が切り替えられる。また、ハンドル部１０の後部１０Ａであってトリガ１３の下の部分は、後部１０Ａを穿孔工具１のユーザが把持したときに、中指と薬指によって把持される部分たる把持部１０Ｃをなす。

ハンドル部１０の前部１０Ｂには、制御部１４が配置されている。また、ハンドル部１０の前部１０Ｂにおいて、その上部には開口１０ｄが形成されている。そして、前部１０Ｂの上部には、開口１０ｄから図示せぬ被穿孔材に対し光を照射するためのＬＥＤ１５が配置されている。また、ＬＥＤ１５の上側には、傾きセンサ１６が配置されている。

傾きセンサ１６は、静電容量検出式の三軸加速度センサからなり、工具保持部１７に装着された図示せぬ先端工具を地面に当てて鉛直（垂直）に指向させた穿孔工具１の状態を０°として位置決めし、この垂直位置からの穿孔工具１の傾きを検出可能に構成されている。なお、工具保持部１７に装着された図示せぬ先端工具を地面に当てて鉛直（垂直）に指向させた穿孔工具１の状態は、ハウジングの所定の姿勢に相当し、傾きセンサ１６は、当該所定の姿勢からのハウジングの傾きを検知する。当該垂直位置は工場出荷時に設定されている。図２に示すように、傾きセンサ１６は、制御部１４に電気的に接続されており、検知した角度を制御部１４へ送る。

モータハウジング２０には、その外表面であって上方位置に傾きセンサ１６により検知された角度を表示する発光部であるＬＥＤ２３が設けられ、その内部にモータ２１が収納されている。ＬＥＤ２３は、青色、緑色、及び赤色を発光可能で有り、点灯又は点滅可能に構成されている。制御部１４は、穿孔工具１の傾きを複数の角度領域に分けて、ＬＥＤ２３に発光させる色、及び点灯又は点滅を制御する。例えば、制御部１４は、傾きセンサ１６により検出された角度θが、０°≦θ≦３°にあるときは青色をＬＥＤ２３に点灯させ、３°＜θ≦６°にあるときは緑色をＬＥＤ２３に点灯させ、６°＜θ≦１０°にあるときは緑色をＬＥＤ２３に点滅させ、１０°＜θにあるときは赤色をＬＥＤ２３に点灯させる。また、モータハウジング２０のＬＥＤ２３の後ろ側には、図示せぬ垂直検知機能オン・オフボタンを有するコントロールパネル２４が設けられている。垂直検知機能オン・オフボタンのオン・オフ操作により、傾きセンサ１６及びＬＥＤ２３のオン・オフを切替可能である。

図１に示されるモータ２１は三相直流ブラシレスモータにより構成されており、制御部１４により回転の制御が行われる。モータ２１は前端側へ延出されて前後方向を軸方向とする出力軸２２を備えており出力軸２２は回転駆動力を出力する。出力軸２２の基部には軸流ファン２２Ａが出力軸２２と同軸的に一体回転可能に設けられている。

ギヤハウジング６０は樹脂成型されて構成されており、モータハウジング２０の前端側に設けられている。ギヤハウジング６０内には、第一中間シャフト６１が、出力軸２２を延ばすように同軸的に配置され、軸受６３により回転可能に支承されている。第一中間シャフト６１の後端は出力軸２２と連結している。第一中間シャフト６１の先端には第四ギヤ６１Ａが設けられている。また、ギヤハウジング６０内には、出力軸２２と平行に第二中間シャフト７２が、軸受７２Ｂによってその軸心を中心に回転可能に支承されている。

第二中間シャフト７２の後端部には、第四ギヤ６１Ａと噛合する第五ギヤ７１が同軸固定されている。第二中間シャフト７２の前端側にはギヤ部７２Ａが形成され、後述する第六ギヤ７３と噛合している。ギヤハウジング６０内であって第二中間シャフト７２の上方の位置には、シリンダ７４が設けられている。シリンダ７４は第二中間シャフト７２と平行に延びて回転可能に支承されている。第六ギヤ７３はシリンダ７４の外周に固定され、上述したギヤ部７２Ａとの噛合により、シリンダ７４はその軸心を中心として回転可能である。

シリンダ７４の前端側には工具保持部１７が設けられており、図示せぬ先端工具が着脱自在に取付けられる。第二中間シャフト７２の中間部分には、バネによって後端側へ付勢されるクラッチ７６がスプライン係合されており、クラッチ７６は、ギヤハウジング６０に設けられた図示せぬチェンジレバによってハンマドリル・モードとドリルモードとを切換え可能である。クラッチ７６のモータ２１側には、回転運動を往復運動に変換する運動変換部８０が第二中間シャフト７２に回転可能に外装されている。運動変換部８０の腕部８０Ａは、第二中間シャフト７２の回転により穿孔工具１の前後方向に往復動作可能に設けられている。

シリンダ７４内にはピストン８２が設けられている。ピストン８２は、第二中間シャフト７２と平行な方向に往復運動可能且つシリンダ７４内で摺動可能に装着されている。ピストン８２内には打撃子８３が内装されており、シリンダ７４内であってピストン８２と打撃子８３の間には空気室８４が画成される。打撃子８３の空気室側の反対位置には、中間子８５がシリンダ７４内にピストン８２の運動方向に摺動可能に支承されている。中間子８５の打撃子側反対位置には、図示せぬ先端工具が工具保持部１７に取り付け可能である。よって打撃子８３は中間子８５を介して図示せぬ先端工具を打撃可能である。

クラッチ７６がハンマドリル・モードに切換えられているときには、クラッチ７６により第二中間シャフト７２と運動変換部８０とが結合している。運動変換部８０は、ピストンピン８１を介して、シリンダ７４内に設けられたピストン８２と連動するように接続されるように構成されている。

次に、図２を用いて、演算部（マイコン）である制御部１４を含む制御回路部と、インバータ回路部１０１及びモータ２１の回路構成について説明する。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、回転子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）２１Ｃと、回転位置検出素子２１Ｃ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固定子２１Ｂとから構成される。

インバータ回路部１０１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１１７に接続されている。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１１７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１０１に印加される電源の直流電圧をモータ２１の固定子２１Ｂへ供給する。

制御回路部は、電流検出回路１１２と、印加電圧設定回路１１３と、回転方向設定回路１１４と、回転子位置検出回路１１５と、回転子角度検出回路１１６と、制御信号出力回路１１７と、を備え、各回路は制御部１４に電気的に接続されている。制御部１４は、図示されていないが、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、後述する図３のフローチャートに相当する傾き検知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、タイマ等を含むマイコンによって構成される。

電流検出回路１１２はモータ２１に流れている電流を検出するための回路であり、検出電流は制御部１４に入力される。印加電圧設定回路１１３は、トリガ１３の押込み量に応答してモータ２１の印加電圧、すなわちＰＷＭ信号のデューティ比を設定するための回路である。回転方向設定回路１１４は、モータ２１の正逆切替レバー１１４Ａによる正方向回転または逆方向回転の操作を検出してモータ２１の回転方向を設定するための回路である。

回転子位置検出回路１１５は、３つの回転位置検出素子２１Ｃの出力信号に基づいて回転子２１Ａと固定子２１Ｂとの関係位置を検出するための回路である。回転子角度検出回路１１６は、単位時間内にカウントされる回転子位置検出回路１１５からの検出信号の数に基づいてモータ２１の回転子２１Ａの回転角度を検出する回路である。

制御信号出力回路１１７は、制御部１４からの出力に基づいてトランジスタ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へ供給する電力を調整して設定した回転方向へのモータ２１の回転数を制御することができる。

次に、本実施形態に係る穿孔工具１の動作について説明する。穿孔工具１では、電源ケーブル１１が図示せぬ電源につながれ制御部１４に電源供給されている状態において、制御部１４により、図３のフローチャートに示される傾き検知プログラムが実行される。この傾き検知プログラムでは、制御部１４は、まず垂直検知機能オン・オフボタンがオンであるか否か判断する（Ｓ１）。垂直検知機能オン・オフボタンがオンである場合は（Ｓ１：ＹＥＳ）、傾きセンサ１６がオン状態にあるので、制御部１４は、傾きセンサ１６から穿孔工具１の傾き角度θを取得する（Ｓ２）。

次に、制御部１４は、取得した傾き角度θが０°≦θ≦３°であるときは（Ｓ３：ＹＥＳ）、ＬＥＤ２３に青色を点灯させる（Ｓ４）。取得した傾き角度θが、０°≦θ≦３°でないときは（Ｓ３：ＮＯ）、制御部１４は、傾き角度θが３°＜θ≦６°であるか否か判断する（Ｓ５）。傾き角度θが、３°＜θ≦６°であるときは（Ｓ５：ＹＥＳ）、制御部１４は、ＬＥＤ２３に緑色を点灯させる（Ｓ６）。

取得した傾き角度θが、３°＜θ≦６°でないときは（Ｓ５：ＮＯ）、制御部１４は、傾き角度θが６°＜θ≦８°であるか否か判断する（Ｓ７）。傾き角度θが、６°＜θ≦８°であるときは（Ｓ７：ＹＥＳ）、制御部１４は、ＬＥＤ２３に緑色を点滅させる（Ｓ８）。このとき、ＬＥＤ２３の点滅速度（点滅周期）は、０．２ｓｅｃ点灯及び０．２ｓｅｃ消灯を繰り返す速度である。

また、取得した傾き角度θが、６°＜θ≦８°でないときは（Ｓ７：ＮＯ）、制御部１４は、傾き角度θが８°＜θ≦１０°であるか否か判断する（Ｓ９）。傾き角度θが８°＜θ≦１０°であるときは（Ｓ９：ＹＥＳ）、制御部１４は、ＬＥＤ２３に緑色を点滅させる（Ｓ１０）。このとき、ＬＥＤ２３の点滅速度（点滅周期）は、０．５ｓｅｃ点灯及び０．５ｓｅｃ消灯を繰り返す速度である。

また、取得した傾き角度θが、８°＜θ≦１０°でないときは（Ｓ９：ＮＯ）、制御部１４は、ＬＥＤ２３に赤色を点灯させる（Ｓ１１）。そして、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ８、Ｓ１０、Ｓ１１においてＬＥＤ２３を点灯又は点滅させてから、制御部１４は、トリガ１３がオンされたか否か判断する（Ｓ１２）。トリガ１３がオンされた場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、制御部１４は、ＬＥＤ２３の点灯又は点滅、傾きセンサ１６をオフにし（Ｓ１３）、モータ２１を回転させ（Ｓ１４）、穿孔動作を行う。穿孔動作により振動が発生し、傾きセンサ１６による傾き検知が良好に行えなくなるので、ＬＥＤ２３の点灯又は点滅、傾きセンサ１６をオフにしている。上記の所定時間経過後、トリガ１３がオンされない場合は（Ｓ１２：ＮＯ）、Ｓ１に戻り、Ｓ１からの処理を繰り返す。ＬＥＤ２３に緑色が点灯（Ｓ６）若しくは点滅（Ｓ８、Ｓ１０）、又は赤色が点灯（Ｓ１１）されている状態では、図示せぬ先端工具が被穿孔材に対し垂直に近い状態ではない。よって、作業者は穿孔工具１の姿勢を補正するため、トリガ１３をオンせず、Ｓ１からの処理が繰り返されることになる。

そして、再びＳ１からの処理を行なって、作業者が穿孔工具１の傾きを補正して穿孔工具１の傾きが前回の検知した傾き角度よりも０°（所定の姿勢）に近づいた場合、例えば、傾き角度θが１０°から７°になった場合は、ＬＥＤ２３の点滅速度が増加し、更に、傾き角度θが７°から４°になった場合は、ＬＥＤ２３が点滅状態から点灯状態に切り替わる。また、傾き角度θが５°から１°になった場合は、ＬＥＤ２３の点灯している色が緑色から青色に切り替わる。

一方、モータ２１を回転させて（Ｓ１４）、穿孔動作を行なった後、制御部１４は、トリガ１３がオフされたか否かを判断する（Ｓ１５）。トリガ１３がオフにされた場合は（Ｓ１５：ＹＥＳ）、制御部１４は、モータ２１の回転を停止し（Ｓ１６）、穿孔動作を終了させ、ＬＥＤ２３及び傾きセンサ１６をオンにして（Ｓ１７）、Ｓ１に戻る。一方、トリガ１３がオフされない場合は（Ｓ１５：ＮＯ）、制御部１４は穿孔動作を続行する。

また、垂直検知機能オン・オフボタンがオフである場合は（Ｓ１：ＮＯ）、ＬＥＤ２３及び傾きセンサ１６はオフ状態にあるので、制御部１４は、傾き検知を行なわず、トリガ１３がオンされたか否か判断する（Ｓ１８）。トリガ１３がオンされた場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、制御部１４は、モータ２１を回転させ（Ｓ１９）、穿孔動作を行なう。トリガ１３がオンさない場合（Ｓ１８：ＮＯ）、Ｓ１に戻る。モータ２１を回転させて、穿孔動作を行なった後（Ｓ１９）、制御部１４は、トリガ１３がオフされたか否かを判断する（Ｓ２０）。トリガ１３がオフにされた場合は（Ｓ２０：ＹＥＳ）、制御部１４は、モータ２１の回転を停止させて（Ｓ２１）、穿孔動作を終了し、Ｓ１に戻る。一方、トリガ１３がオフされない場合は（Ｓ２０：ＮＯ）、制御部１４は穿孔動作を続行する。

そして、穿孔動作においては、モータ２１の回転駆動により、モータ２１の回転出力が第一中間シャフト６１、第四ギヤ６１Ａ、及び第五ギヤ７１を介して第二中間シャフト７２に伝わる。第二中間シャフト７２の回転は、ギヤ部７２Ａと第六ギヤ７３との噛合によりシリンダ７４に伝わり、穿孔ビット２に回転力が伝えられる。クラッチ７６をハンマドリル・モードに移動させると、クラッチ７６が運動変換部８０と結合し、第二中間シャフト７２の回転駆動力が運動変換部８０に伝わる。運動変換部８０では回転駆動力がピストンピン８１を介してピストン８２の往復運動に変換される。ピストン８２の往復運動により打撃子８３とピストン８２との間に画成された空気室８４中の空気の圧力は上昇及び低下を繰り返し、打撃子８３に打撃力を付与する。打撃子８３が前進して中間子８５の後端面に衝突し、中間子８５を介して打撃力が図示せぬ先端工具に伝達される。このようにしてハンマドリル・モードでは図示せぬ先端工具に回転力と打撃力が同時に付与される。

クラッチ７６がドリルモードにあるときは、クラッチ７６は第二中間シャフト７２と運動変換部８０との接続を断ち、第二中間シャフト７２の回転駆動力のみがギヤ部７２Ａ、第六ギヤ７３を介してシリンダ７４に伝達される。よって、図示せぬ先端工具には回転力のみが付与される

以上のように、本実施の形態における穿孔工具１では、作業者により穿孔工具１の傾きが１０°から７°に補正されると、ＬＥＤ２３の緑色点滅の速度が増加する。即ち、穿孔工具１の傾きに応じて、ＬＥＤ２３の点滅速度が変化する。よって、作業者は、ＬＥＤ２３の点滅速度の変化に基づき、穿孔工具１が０°（所定の姿勢）に近づいているのを認識することができ、容易に穿孔工具１を所定の姿勢への補正をすることができる。従って、図示せぬ先端工具を被穿孔材に対して垂直状態にすることができ、垂直な孔を穿孔することができる。

また、制御部１４は、穿孔工具１の傾きの角度領域毎に異なる色をＬＥＤ２３に発光させる。よって、作業者により穿孔工具１の傾きが１５°から９°に補正されると、ＬＥＤ２３は赤色点灯から緑色点滅に切り替わり、傾きが７°から２°に補正されると、ＬＥＤ２３は緑色点灯から青色点滅に切り替わる。よって、作業者は、ＬＥＤ２３の色の変化に基づき、穿孔工具１が０°（所定の姿勢）に近づいているのを認識することができ、容易に穿孔工具１を所定の姿勢への補正をすることができる。

また、３°＜θ≦１０°の穿孔工具１の傾きの角度領域において、傾き角度が３°＜θ≦６°であるときはＬＥＤ２３は緑色を点灯し、傾き角度が６°＜θ≦１０°であるときはＬＥＤ２３は緑色を点滅する。よって、作業者は、ＬＥＤ２３の点滅状態から点灯状態への切り替わりに基づき、穿孔工具１が０°（所定の姿勢）に近づいているのを認識することができ、容易に穿孔工具１を所定の姿勢への補正をすることができる。

また、センサ１６による傾き検知に基づくＬＥＤ２３の制御は、ブラシレスモータであるモータ２１を制御する制御部１４により実行することができる。また、本実施の形態における穿孔工具１によれば、１つのＬＥＤ２３のみで、作業者に対し傾き角度を報知することができる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。例えば、上記の実施形態では、穿孔工具１の傾き角度が０°に近づくにつれてＬＥＤ２３の点滅速度を増加させたが、近づくにつれて点滅速度を減少させても良い。かかる構成によっても、作業者は、ＬＥＤ２３の点滅速度の変化に基づき、穿孔工具１が０°（所定の姿勢）に近づいているのを認識することができる。

また、上記の実施形態において、傾きセンサ１６は、静電容量検出式の三軸加速度センサであったが、ピエゾ抵抗方式若しくは熱検知方式の三軸加速度センサであっても良い。

１穿孔工具
１０ハンドル部
１４制御部
１６センサ
２０モータハウジング
２３ＬＥＤ
６０ギヤハウジング

Claims

ハウジングと、
該ハウジングに設けられ、該ハウジングの所定の姿勢を基準として該所定の姿勢からの該ハウジングの傾きを検知する傾きセンサと、
該ハウジングに設けられた点滅可能に構成された発光部と、
該傾きセンサにより検知された傾きの角度に応じて該発光部の点滅速度を変化させる制御部と、を備えることを特徴とする電動工具。
該発光部は、複数の色を発光可能であり、
該制御部は、各該複数の色を、該ハウジングの傾きを複数の角度領域に分けたうちの１つ領域に対応させて該発光部を発光させ、該複数の角度領域のうちの所定の角度領域において該角度に応じて該発光部の点滅速度を変化させることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
該発光部は、点灯又は点滅可能に構成され、
該制御部は、該所定の角度領域において、該ハウジングが該所定の姿勢に近づくにつれて、該発光部を点滅状態から点灯状態に切替えることを特徴とする請求項２に記載の電動工具。
該制御部は、該ハウジングが該所定の姿勢に近づくにつれて該発光部の点滅速度を増加させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動工具。