JP2018199180A - 電動作業機 - Google Patents

Abstract

【課題】無負荷状態にあるときモータを低速回転モードで駆動し、そうでなければ高速回転モードで駆動する電動作業機において、回転モードの切り替えに影響されることなく、加速度センサからの検出信号に基づき負荷判定を精度よく実施できるようにする。【解決手段】電動作業機は、振動を検出する加速度センサと、加速度センサからの検出信号に基づき無負荷・負荷を判定する負荷判定部と、加速度センサからの検出信号から負荷判定部での負荷判定に不要な振動成分を除去し、負荷判定部に入力するフィルタ部と、モータの高速回転時には低速回転時よりも高くなるようにフィルタ部のカットオフ周波数を切り替えるフィルタ特性設定部と、を備える。【選択図】図４

Description

本開示は、無負荷状態にあるときモータを低速回転モードで駆動し、負荷状態にあるときモータを高速回転モードで駆動するよう構成された電動作業機に関する。

従来、例えば、電動作業機の一つである打撃工具においては、打撃をしない無負荷状態にあるときには、モータを低速回転モードで駆動してエネルギーロスを低減し、打撃をする負荷状態にあるときには、モータを高速回転モードで駆動して作業効率を高めることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２５５５４２号公報

ところで、上記のように、電動作業機が無負荷状態にあるときにモータを低速回転モードで駆動し、回転速度の上限を制限する制御（以下、本明細書ではソフトノーロード制御ともいう）を実施する場合、外部からモータに加わる負荷を検出する必要がある。

上記提案の打撃工具では、音又は振動の大きさから、モータが無負荷状態であるか負荷状態であるかを判定するようにしているが、この負荷判定を、加速度センサを用いて検出可能な振動に基づき行うようにすれば、負荷判定を簡単に実施できるようになる。

しかしながら、加速度センサからの検出信号をそのまま利用して負荷判定を実施するようにすると、その検出信号に含まれる不要な振動成分により、負荷判定を精度よく実施できないことがある。

つまり、加速度センサからの検出信号には、打撃等により発生する振動成分に加えて、動吸振器による低周波数の振動成分等、負荷判定に要する振動成分とは異なる周波数の信号成分が含まれる。

また、これらの振動成分の周波数は、モータの回転速度に応じて変化し、低速回転時には、各振動成分の周波数が低くなり、高速回転時には、各振動成分の周波数が高くなる。
このため、フィルタを用いて、加速度センサからの検出信号から不要な振動成分を除去するようにしても、モータの回転モードが切り替えられることによって、検出信号から負荷判定に要する振動成分を抽出することは難しく、負荷判定を精度よく実施することができなくなる。

本開示の一局面は、無負荷状態にあるときモータを低速回転モードで駆動し、負荷状態にあるときモータを高速回転モードで駆動する電動作業機において、モータの回転モードの切り替えに影響されることなく、加速度センサからの検出信号に基づき負荷判定を精度よく実施できるようにすることが望ましい。

本開示の一局面の電動作業機は、モータと、加速度センサと、負荷判定部と、フィルタ部と、フィルタ特性設定部とを備える。
加速度センサは、電動作業機の振動を検出するのに用いられ、負荷判定部は、加速度センサからの検出信号に基づき、電動作業機が無負荷状態であるか負荷状態であるかを判定する。

そして、負荷判定部は、電動作業機が無負荷状態であればモータを低速回転モードで駆動させ、電動作業機が負荷状態であればモータを高速回転モードで駆動させる。つまり負荷判定部は、上述したソフトノーロード制御を実施させる。

また、フィルタ部は、加速度センサからの検出信号から、負荷判定部での負荷判定に不要な振動成分を除去し、負荷判定部に入力するためのものであり、フィルタ特性設定部は、高速回転モードでは低速回転モードよりも高くなるように、フィルタ部のカットオフ周波数を切り替える。

このため、モータの回転速度の変化によって加速度センサからの検出信号に含まれる各種振動成分の周波数が変化しても、その変化に対応してフィルタ部のカットオフ周波数が切り替えられ、負荷判定部には、負荷判定に要する振動成分が選択的に入力されることになる。

よって、本開示の電動作業機によれば、負荷判定部での負荷判定の精度を向上することができ、ソフトノーロード制御を良好に実施することができるようになる。
ここで、フィルタ部は、ハイパスフィルタを備え、フィルタ特性設定部は、高速回転モードでは低速回転モードよりも高くなるように、ハイパスフィルタのカットオフ周波数を切り替えるよう構成されていてもよい。

また、フィルタ部は、ローパスフィルタを備え、フィルタ特性設定部は、高速回転モードでは低速回転モードよりも高くなるように、ローパスフィルタのカットオフ周波数を切り替えるよう構成されていてもよい。

また、フィルタ部は、ローパスフィルタとハイパスフィルタとを備え、これら両フィルタのカットオフ周波数で挟まれる周波数帯域内で通過域が重なるまたは、信号通過損失が小さくなるバンドパスフィルタとして構成されていてもよい。

そして、この場合、フィルタ特性設定部は、高速回転モードでは低速回転モードよりも高くなるように、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタのうちの一方のカットオフ周波数を切り替えるように構成されていてもよい。

また、この場合、フィルタ特性設定部は、高速回転モードでは低速回転モードよりも高くなるように、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタの両方のカットオフ周波数を切り替えるように構成されていてもよい。

一方、負荷判定部は、フィルタ部を介して入力される検出信号と予め設定された閾値とを比較し、検出信号が閾値よりも大きい場合（換言すれば閾値を越えている場合）に、電動作業機が負荷状態であると判定し、そうでなければ無負荷状態であると判定するよう構成されてもよい。

このようにすれば、負荷判定部は、負荷判定を行うのに用いる閾値を切り替えることなく、一つの閾値を用いて負荷判定を行うことができるので、電動作業機の構成を簡単にすることができる。

また、閾値を高速時、低速時で切り替える場合においても、より高精度に負荷の判定が可能になる。
また、フィルタ特性設定部は、負荷判定部によりモータの回転モードが切り替えられてから所定時間経過後にフィルタ部のカットオフ周波数を切り替えるように構成されていてもよい。

このようにすれば、モータの回転モードが切り替えられて、モータの回転速度が安定してから、フィルタ部のカットオフ周波数が切り替えられることになるので、負荷判定部にて負荷状態が誤判定されるのを抑制できる。

実施形態のハンマドリルの構成を表す断面図である。 ハンマドリルの外観を表す斜視図である。 ハンマドリルの駆動系の電気的構成を表すブロック図である。 振り回され検出部の加速度検出回路にて実行される加速度負荷検出処理を表すフローチャートである。 図４の処理でカットオフ周波数が切り替えられるフィルタ特性を表す説明図である。 図５のフィルタ特性の第１変形例を表す説明図である。 図６のフィルタ特性の第２変形例を表す説明図である。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
本実施形態のハンマドリル２は、ハンマビット等の先端工具４を、長軸方向に打撃動作させたり、長軸周りに回転動作させたりすることで、被加工材（例えば、コンクリート）に対しハツリ作業や穴あけ作業を行うためのものである。

図１に示すように、ハンマドリル２は、ハンマドリル２の外郭を形成する本体ハウジング１０を主体として構成されており、本体ハウジング１０の先端領域には、先端工具４が、出力軸としての筒状のツールホルダ６を介して取り外し可能に取り付けられる。

先端工具４は、ツールホルダ６のビット挿入孔６ａ内に挿入され、ツールホルダ６に対して、長軸方向への相対的な往復動が可能で、且つ、長軸方向周りの周方向への相対的な回動が規制された状態で保持される。

本体ハウジング１０は、モータ８を収容するモータハウジング１２と、運動変換機構２０、打撃要素３０、回転伝達機構４０、及び、モード切替機構５０を収容するギヤハウジング１４と、を主体として構成されている。

本体ハウジング１０において、先端工具４が取り付けられるツールホルダ６とは反対側には、ハンドグリップ１６が連接されている。ハンドグリップ１６には、作業者が把持する把持部１６Ａが形成されている。

把持部１６Ａは、先端工具４の長軸（換言すればツールホルダ６の中心軸）に交差する方向（図１の上下方向）に長くなっており、その把持部１６Ａの一部は、先端工具の長軸の延長線（長軸線）上に位置する。

ハンドグリップ１６において、把持部１６Ａの一端側（先端工具４の長軸線に近接した側）は、ギヤハウジング１４に連接されており、把持部１６Ａの他端部（先端工具４の長軸線から離間した側）は、モータハウジング１２に連接されている。

ハンドグリップ１６は、モータハウジング１２に対し支持軸１３を介してその軸周りに揺動可能に固定され、ハンドグリップ１６とギヤハウジング１４とは、防振用のスプリング１５を介して接続されている。

このため、先端工具４の打撃動作によってギヤハウジング１４（換言すれば本体ハウジング１０）に発生した振動は、スプリング１５により抑制され、ハンドグリップ１６は、本体ハウジング１０に対し防振されることになる。

なお、以下の説明では、説明の便宜上、先端工具４の長軸方向に関して、先端工具４側を前側と規定し、ハンドグリップ１６側を後側と規定する。また、先端工具４の長軸方向に直交し、把持部１６Ａが延在する方向（図１の上下方向）に関して、ハンドグリップ１６とギヤハウジング１４との連接部側を上側と規定し、ハンドグリップ１６とモータハウジング１２との連接部側を下側と規定する。

また、以下の説明では、ツールホルダ６に装着された先端工具４の長軸（換言すれば出力軸としてのツールホルダ６の中心軸）をＺ軸、このＺ軸に直交する上下方向をＹ軸、これら各軸に直交する左右方向（換言すれば本体ハウジング１０の幅方向）をＸ軸と規定する（図２参照）。

本体ハウジング１０には、先端工具４の長軸方向に関して、前方側にギヤハウジング１４が配置され、ギヤハウジングの１４の下方側にモータハウジング１２が配置されている。そして、ギヤハウジング１４の後方にハンドグリップ１６が連結されている。

従って、本実施形態のハンマドリル２においては、ハンドグリップ１６よりも前方のギヤハウジング１４及びギヤハウジング１４よりも下方のモータハウジング１２からなる本体ハウジング１０全体が振動領域、ハンドグリップ１６が防振領域ということになる。

本実施形態では、モータハウジング１２に収容されるモータ８として、ブラシレスモータが利用される。モータ８は、回転軸８Ａが先端工具４の長軸方向に延在する軸線（つまりＺ軸）に交差するように配置されている。すなわち、モータ８の回転軸８Ａは、ハンマドリル２の上下方向に延在する。

図２に示すように、ギヤハウジング１４において、先端工具４が突出される先端領域の外周部分には、環状の固定部材３６を介して、保持グリップ３８が取り付けられている。保持グリップ３８は、ハンドグリップ１６と同様、使用者が把持するためのものであり、使用者は左右の手でハンドグリップ１６と保持グリップ３８を把持することで、ハンマドリル２をしっかり保持することができる。

またモータハウジング１２の前側には集塵装置等の外部ユニットを装着できるようになっている。このため、図１、図２に示すように、モータハウジング１２において、モータ８の下方の前側には、外部ユニットを固定するための凹部が設けられており、この凹部には、外部ユニットと電気的に接続するためのコネクタ６４が設けられている。

また、モータハウジング１２において、モータ８の下方には、穴あけ作業のために先端工具４を回転動作させた際に先端工具４が被加工材に食い付いて本体ハウジング１０が振り回されたことを検出する振り回され検出部９０が収納されている。

本実施形態の振り回され検出部９０は、本体ハウジング１０の振動状態から、先端工具４の打撃動作によって被加工材から先端工具４に負荷が加わっているか否か（換言すれば無負荷状態であるか負荷状態であるか）を判定する負荷判定部としても機能する。このため、振り回され検出部９０は、本体ハウジング１０の振動が伝わり易くなるよう、モータハウジング１２に直接ねじで固定されている。

次に、モータハウジング１２において、振り回され検出部９０の収納領域よりも後方には、ハンマドリル２の電源となる２つのバッテリパック６２Ａ、６２Ｂが設けられている。この２つのバッテリパック６２Ａ、６２Ｂは、モータハウジング１２の下方に設けられたバッテリ装着部６０に着脱自在に装着されている。

バッテリ装着部６０は、振り回され検出部９０の収納領域の下方端面（換言すれば底部）よりも上方に位置し、バッテリパック６２Ａ、６２Ｂを装着した際に、バッテリパック６２Ａ、６２Ｂの下方端面が、振り回され検出部９０の収納領域の下方端面と一致するようになっている。

また、モータハウジング１２において、バッテリ装着部６０の上方（換言すればハンドグリップ１６の下方）には、バッテリパック６２Ａ、６２Ｂから電力供給を受けて、モータ８を駆動制御するためのモータ制御部７０が設けられている。

モータ８の回転軸８Ａの回転は、運動変換機構２０によって直線運動に変換された上で打撃要素３０に伝達され、打撃要素３０によって先端工具４の長軸方向の衝撃力が発生される。また、モータ８の回転軸８Ａの回転は、回転伝達機構４０によって減速された上で先端工具４に伝達され、先端工具４が長軸周りに回転駆動される。なお、モータ８は、ハンドグリップ１６に配置されたトリガ１８の引き操作に基づいて駆動される。

図１に示すように、運動変換機構２０は、モータ８の回転軸８Ａの上方に配置されている。運動変換機構２０は、回転軸８Ａによって回転駆動される中間軸２１と、中間軸２１に取り付けられた回転体２３と、中間軸２１（回転体２３）の回転に伴いハンマドリル２の前後方向に揺動される揺動部材２５と、揺動部材２５の揺動に伴ってハンマドリル２の前後方向に往復移動する筒状のピストン２７と、ピストン２７を収容するシリンダ２９を主体として構成されている。

中間軸２１は回転軸８Ａに交差するように配置される。ピストン２７は有底筒状部材であり、内部にストライカ３２を摺動可能に収容している。シリンダ２９は、ツールホルダ６の後方領域を形成しており、ツールホルダ６と一体に形成されている。

次に、打撃要素３０は、運動変換機構２０の前方であって、ツールホルダ６の後方に配置されている。打撃要素３０は、ピストン２７内に摺動可能に配置された打撃子としてのストライカ３２と、ストライカ３２の前方に配置され、ストライカ３２が衝突するインパクトボルト３４を主体として構成されている。

なお、ストライカ３２の後方のピストン２７内部の空間は、空気バネとして機能する空気室２７ａを形成している。したがって、ハンマドリル２の前後方向に関する揺動部材２５の揺動によって、ピストン２７が前後方向に往復移動され、これにより、ストライカ３２が駆動される。

すなわち、ピストン２７が前方に向かって移動することで、空気バネの作用によりストライカ３２が前方に移動されて、インパクトボルト３４に衝突する。これにより、インパクトボルト３４が前方に移動され、先端工具４に衝突する。その結果、先端工具４が被加工材を打撃する。

また、ピストン２７が後方に向かって移動することで、空気室２７ａ内の空気の圧力が大気圧より負圧となり、ストライカ３２が後方に移動される。また、先端工具４が被加工材を打撃した時の反力によっても、ストライカ３２およびインパクトボルト３４が後方に移動される。

これにより、ストライカ３２およびインパクトボルト３４が、ハンマドリル２の前後方向に往復移動する。なお、ストライカ３２およびインパクトボルト３４は、空気室２７ａの空気バネの作用によって駆動されるため、ピストン２７の前後方向の動きに対して遅れるように前後方向に動く。

次に、回転伝達機構４０は、運動変換機構２０の前方であって、打撃要素３０の下方に配置されている。回転伝達機構４０は、中間軸２１と共に回転する第１ギヤ４２と、第１ギヤ４２と係合する第２ギヤ４４等の複数のギヤからなるギヤ減速機構を主体として構成されている。

なお、モータ８の回転軸８Ａの先端に設けられた第１ベベルギヤと、中間軸２１の後端に設けられ第１ベベルギヤと噛合する第２ベベルギヤによっても減速が成される。
また、第２ギヤ４４は、ツールホルダ６（シリンダ２９）と一体に取り付けられており、第１ギヤ４２の回転をツールホルダ６に伝達する。これにより、ツールホルダ６に保持された先端工具４が回転される。

次に、本実施形態のハンマドリル２は、駆動モードとして、ハンマモード、ハンマドリルモード、及び、ドリルモードを備えている。
ハンマモードにおいては、先端工具４が長軸方向の打撃動作を行い、被加工材に対し打撃作業が行われる。ハンマドリルモードにおいては、先端工具４が長軸方向の打撃動作と長軸周りの回転動作を行う。

これにより、被加工材に対してハンマドリル作業が行われる。ドリルモードにおいては、先端工具４は打撃動作を行わず、長軸周りの回転動作だけを行う。これにより、被加工材に対してドリル作業が行われる。

この駆動モードは、モード切替機構５０によって切り替えられる。モード切替機構５０は、図１に示す回転伝達部材５２，５４と、ハンマドリル２の左側側面に設けられた切替ダイヤル（図示せず）を主体として構成されている。

回転伝達部材５２，５４は、略円筒状部材であり、中間軸２１に対して中間軸２１の軸方向に移動可能である。この回転伝達部材５２，５４は、中間軸２１とスプライン結合しており、中間軸２１と一体に回転する。

そして、回転伝達部材５２は、中間軸２１の後方に移動することで、回転体２３の前側に形成された係合溝と係合して、モータ８の回転を回転体２３に伝達する。この結果、ハンマドリル２の駆動モードは、ハンマモード又はハンマドリルモードとなる。

また、回転伝達部材５４は、中間軸２１の前方に移動することで、第１ギヤ４２と係合して、モータ８の回転を第１ギヤ４２に伝達する。この結果、ハンマドリル２の駆動モードは、ハンマドリルモード又はドリルモードとなる。

切替ダイヤルは、使用者により回動操作されることにより、回転伝達部材５２，５４を中間軸２１上で変位させる。そして、切替ダイヤルは、３つの回動位置に切り替えられることで、ハンマドリル２の駆動モードを、ハンマモード、ハンマドリルモード、及び、ドリルモードの何れかに設定する。

次に、モータ制御部７０及び振り回され検出部９０の構成について図３を用いて説明する。
まず、振り回され検出部９０は、３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向の加速度を検出する加速度センサ９２と、この加速度センサ９２からの検出信号を信号処理して本体ハウジング１０が振り回されたことを検出する加速度検出回路９４とを備える。なお、これら各部は、共通の回路基板に実装され、筐体内に収納（固定）されている。

加速度検出回路９４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むＭＣＵ（Micro Controller Unit）にて構成されている。そして、加速度検出回路９４は、振り回され検出処理にて、本体ハウジング１０がハンマドリル２の出力軸であるＺ軸周りに所定角度以上回転したことを、加速度センサ９２からの検出信号（詳しくは加速度のＸ軸方向の出力）に基づき検出する。

また、加速度検出回路９４は、加速度センサ９２を利用して、先端工具４の打撃動作によって本体ハウジング１０に生じる３軸方向の振動を検出する、加速度負荷検出処理も実行する。そして、この加速度負荷検出処理では、本体ハウジング１０の振動（つまり加速度）が閾値を越えると、先端工具４に負荷が加わっていること（換言すれば負荷状態であること）を検出する。

なお、加速度負荷検出処理は、本開示の負荷判定部、フィルタ部、及びフィルタ特性設定部、として機能することから、後に詳しく説明する。
一方、モータ制御部７０は、駆動回路７２と、制御回路８０とを備える。なお、これら各部は、後述する各種検出回路と共に共通の回路基板に実装され、ケース内に収納されている。

駆動回路７２は、バッテリパック６２（詳しくはバッテリパック６２Ａと６２Ｂの直列回路）から電力供給を受けて、モータ８（詳しくは３相ブラシレスモータ）の各相巻線に電流を流すためのものであり、ＦＥＴからなる６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を備える。

駆動回路７２において、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３は、モータ８の各端子Ｕ，Ｖ，Ｗと、バッテリパック６２の正極側に接続された電源ラインとの間に、所謂ハイサイドスイッチとして設けられている。

また、スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６は、モータ８の各端子Ｕ，Ｖ，Ｗと、バッテリパック６２の負極側に接続されたグランドラインとの間に、所謂ローサイドスイッチとして設けられている。

なお、バッテリパック６２から駆動回路７２に至る電力供給経路には、バッテリ電圧の電圧変動を抑制するためのコンデンサＣ１が設けられている。
制御回路８０は、加速度検出回路９４と同様、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むＭＣＵにて構成されており、駆動回路７２内のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオン／オフさせることで、モータ８の各相巻線に電流を流し、モータ８を回転させるものである。

つまり、制御回路８０は、トリガスイッチ１８ａ、変速指令部１８ｂ、上限速度設定部９６及び回転方向設定部１９からの指令に従い、モータ８の指令回転速度及び回転方向を設定して、モータ８を駆動制御する。

ここで、トリガスイッチ１８ａは、トリガ１８が引き操作されることによりオン状態となって、制御回路８０にモータ８の駆動指令を入力するためのものである。また、変速指令部１８ｂは、トリガ１８の引き操作量（換言すれば操作割合）に応じた信号を発生することで、その操作量に応じて指令回転速度を変化させるためのものである。

また、上限速度設定部９６は、使用者により操作位置が段階的に切り替えられるダイヤル等にて構成されており、その操作位置によって、モータ８の回転速度の上限を設定するためのものである。

そして本実施形態では、この上限速度設定部９６は、ソフトノーロード制御にて設定される無負荷回転速度よりも高い回転速度から低い回転速度までの範囲内で、モータ８の回転速度の上限を設定できるようにされている。

なお、ソフトノーロード制御は、加速度検出回路９４で実行される加速度負荷検出処理にて無負荷状態が検出され、且つ、モータ８に流れる電流からモータ８の無負荷運転が検出されているときに、モータ８の回転速度を所定の無負荷回転速度（低速回転速度）以下に制限するための制御であり、制御回路８０が実行する制御処理にて実現される。

また、回転方向設定部１９は、使用者が、外部操作によって、モータ８を穴あけ作業時の正方向に回転させるか、逆転させるかを設定するためのものであり、図２に示すように、本実施形態ではトリガ１８の上方に設けられている。

制御回路８０は、変速指令部１８ｂからの信号と上限速度設定部９６を介して設定された上限回転速度とに基づき、モータ８の指令回転速度を設定する。具体的には、制御回路８０は、上限速度設定部９６にて設定された上限回転速度をトリガ１８の最大操作時の回転速度として、トリガ１８の操作量（操作割合）に応じた指令回転速度を設定する。

そして、制御回路８０は、設定した指令回転速度及び回転方向に応じて、駆動回路７２を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の駆動デューティ比を設定し、その駆動デューティ比に応じた制御信号を駆動回路７２に出力することで、モータ８を回転駆動させる。

次に、モータハウジング１２の前方には、照明用のＬＥＤ（照明ＬＥＤ）８４が設けられており、制御回路８０は、トリガスイッチ１８ａがオン状態となると、照明ＬＥＤ８４を点灯させて、先端工具４による被加工材の加工位置を照らすようになっている。

また、モータ８には、モータ８の回転速度や回転位置を検出するための回転位置センサ８１が設けられており、モータ制御部７０には、この回転位置センサ８１からの検出信号に基づきロータ位置を検出するロータ位置検出回路８２が備えられている。

また、モータ制御部７０には、電圧検出回路７８、電流検出回路７４、温度検出回路７６、及び、ロータ位置検出回路８２が備えられおり、制御回路８０には、これら各検出回路からの検出信号や、振り回され検出部９０からの検出信号も入力される。

そして、制御回路８０は、これら各検出回路からの検出信号に基づき、モータ８駆動時の回転速度を制限したり、モータ８の駆動を停止したりする。
なお、電圧検出回路７８は、バッテリパック６２から供給されるバッテリ電圧を検出するためのものであり、電流検出回路７４は、モータ８への通電経路に設けられた抵抗Ｒ１を介してモータ８に流れた電流を検出するためのものである。

また、温度検出回路７６は、モータ制御部７０の温度を検出するためのものであり、ロータ位置検出回路８２は、回転位置センサ８１からの検出信号に基づき、モータ８の各巻線への通電タイミングを設定するのに必要なロータ位置を検出するためのものである。

一方、制御回路８０は、ＭＣＵにて構成されているため、一定の電源電圧Ｖｃｃを供給する必要がある。このため、モータ制御部７０には、バッテリパック６２から電力供給を受けて一定の電源電圧Ｖｃｃを生成し、制御回路８０に供給するレギュレータ（図示せず）も設けられている。

また、振り回され検出部９０の加速度検出回路９４には、このレギュレータにて生成された電源電圧Ｖｃｃが供給される。
なお、制御回路８０に電源電圧Ｖｃｃを供給するレギュレータとは別に、振り回され検出部９０内に加速度検出回路９０の電源電圧Ｖｃｃ２生成用のレギュレータを設け、振り回され検出部９０にはバッテリパック６２の電圧が直接、または制御回路８０を経由して供給されてもよい。

そして、加速度検出回路９４は、Ｘ軸方向の加速度から本体ハウジング１０が振り回されたことを検出すると、エラー有り信号を制御回路８０に出力する。
このエラー有り信号は、モータ制御部７０の制御回路８０に対し、モータ８の駆動を停止させるための信号であり、制御回路８０は、エラー有り信号を取得すると、モータ８の駆動を停止する。なお、加速度検出回路９４は、本体ハウジング１０が振り回されていないときには、エラー無し信号を制御回路８０に出力する。

また、加速度検出回路９４は、本体ハウジング１０の振動（つまり加速度）から先端工具４に負荷が加わっていることを検出すると、制御回路８０に、先端工具４は負荷状態であることを表すロード信号を出力する。

また、加速度検出回路９４は、先端工具４に負荷が加わっていることを検出できなければ、制御回路８０に、先端工具４は無負荷状態であることを表すノーロード信号を出力する。

なお、ロード信号及びノーロード信号は、モータ制御部７０の制御回路８０が上述したソフトノーロード制御にて、モータ８を低速回転モード若しくは高速回転モードで駆動するのに利用される。

つまり、モータ制御部７０の制御回路８０は、加速度検出回路９４からノーロード信号を受けると、モータ８の回転速度を無負荷回転速度（低速回転速度）以下に制限する、低速回転モードでモータ８を駆動する。

また、モータ制御部７０の制御回路８０は、加速度検出回路９４からロード信号を受けると、モータ８の回転速度が、トリガ１８の引き操作量や上限速度設定部９６の操作位置に応じて設定される指令回転速度となるように、モータ８を高速回転モードで駆動する。

次に、振り回され検出部９０の加速度検出回路９４において実行される加速度負荷検出処理について、図４のフローチャートに沿って詳しく説明する。
図４に示すように、加速度負荷検出処理では、Ｓ１１０（Ｓはステップを表す）にて、負荷判定のために予め設定されたサンプリング時間が経過したか否かを判断することにより、前回Ｓ１２０以降の処理を実行してから所定のサンプリング時間が経過するのを待つ。

そして、Ｓ１１０にて、サンプリング時間が経過したと判断されると、Ｓ１２０に移行して、トリガスイッチ１８ａがオン状態であるか否か（つまり、使用者からモータ８の駆動指令が入力されているか否か）を判断する。

Ｓ１２０にて、トリガスイッチ１８ａがオン状態であると判断されると、Ｓ１３０に移行し、加速度センサ９２から３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向の加速度をＡ／Ｄ変換して取得する。そして、続くＳ１４０では、以降の処理で実施される負荷判定の結果が、負荷状態から無負荷状態或いは無負荷状態から負荷状態に変化してから、予め設定された一定時間以上経過しているか否かを判断する。

Ｓ１４０にて、負荷判定結果が変化してから一定時間以上経過していると判断されると、Ｓ１５０に移行し、負荷判定結果が変化してから一定時間経過していないと判断されると、Ｓ１８０に移行する。

Ｓ１５０では、現在の負荷判定結果は無負荷状態であるか負荷状態であるかを判断し、負荷状態であれば、Ｓ１６０に移行し、無負荷状態であれば、Ｓ１７０に移行する。
Ｓ１６０及びＳ１７０の処理は、Ｓ１８０で加速度データをフィルタリング処理するのに用いられるローパスフィルタ（ＬＰＦ）及びハイパスフィルタ（ＨＰＦ）のカットオフ周波数を負荷判定結果に応じて設定するための処理である。

具体的には、Ｓ１６０では、現在負荷状態であり、モータ８は高速回転モードで駆動されることから、ＬＰＦ及びＨＰＦのカットオフ周波数を、高速回転時用の周波数（例えば、ＬＰＦ：２００Ｈｚ、ＨＰＦ：８０Ｈｚ）に設定する。

また、Ｓ１７０では、現在無負荷状態であり、モータ８は無負荷回転速度を上限とする低速回転モードで駆動されることから、ＬＰＦ及びＨＰＦのカットオフ周波数を、高速回転時よりも低い、低速回転時用の周波数（例えば、ＬＰＦ：１００Ｈｚ、ＨＰＦ：３０Ｈｚ）に設定する。

そして、続くＳ１８０では、Ｓ１３０にて取得した各軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向の加速度データを、それぞれ、Ｓ１６０又はＳ１７０で設定されたカットオフ周波数のＬＰＦ及びＨＰＦにてフィルタリング処理し、各加速度データから不要信号成分を除去する。

Ｓ１８０の処理は、図５に示すように、ＬＰＦ及びＬＰＦよりもカットオフ周波数が低いＨＰＦを実現するデジタルフィルタにて、加速度データをフィルタリング処理することで、負荷判定に用いる加速度信号を抽出するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）として機能する。

このため、本実施形態では、Ｓ１８０の処理にて本開示のフィルタ部としての機能が実現され、ＬＰＦとＨＰＦのカットオフ周波数で挟まれる周波数帯域内の加速度信号が抽出されることになる。

また、Ｓ１８０で用いられるＬＰＦ及びＨＰＦのカットオフ周波数は、Ｓ１５０〜Ｓ１７０の処理によって、負荷判定結果に応じて切り替えられ、モータ８が低速回転モードで駆動される無負荷時には、モータ８が高速回転モードで駆動される負荷時に比べて、ＬＰＦ及びＨＰＦのカットオフ周波数が低周波側に設定される。

これは、図５に示すように、モータ８の低速回転時と高速回転時とで、打撃発生時に生じる振動の周波数が異なり、加速度センサ９２からの検出信号から抽出すべき加速度信号の周波数も同様に異なるからである。

つまり、本実施形態では、Ｓ１８０で用いられるＬＰＦ及びＨＰＦのカットオフ周波数を上記のように設定することで、加速度センサ９２からの検出信号から、負荷判定に用いる加速度成分（換言すれば打撃判定に用いる振動成分）を適正に抽出できるようにしている。なお、Ｓ１３０〜Ｓ１７０の処理は、本開示のフィルタ特性設定部として機能する。

次に、Ｓ１８０にて３軸方向の加速度データがフィルタリング処理されると、Ｓ１９０に移行して、フィルタリング処理後の加速度データをＤ／Ａ変換し、例えば、Ｄ／Ａ変換後の加速度信号を全波整流することで、加速度［Ｇ］の絶対値を取得する。

また、続くＳ２００では、Ｓ１９０で取得した３軸方向の加速度［Ｇ］の絶対値を平滑化することで、平滑加速度を取得し、Ｓ２１０に移行する。
そして、Ｓ２１０では、各軸の平滑加速度と負荷・無負荷判定用に予め設定された閾値とを比較し、３軸のうちの何れかの平滑加速度が閾値を越える状態が、連続的に一定時間以上経過したか否かを判断する。

Ｓ２１０にて、３軸のうちの何れかの平滑加速度が閾値を越える状態が、連続的に一定時間以上経過したと判断されると、先端工具４が負荷状態にあると判断して、Ｓ２２０に移行する。そして、Ｓ２２０では、先端工具４が負荷状態であることを表すロード信号を制御回路８０へ出力し、Ｓ１１０に移行する。

また、Ｓ２１０にて、３軸のうちの何れかの平滑加速度が閾値を越える状態が、連続的に一定時間以上経過していないと判断されるか、或いは、Ｓ１２０にて、トリガスイッチ１８ａはオフ状態であると判断されると、Ｓ２３０に移行する。

そして、Ｓ２３０では、制御回路８０へノーロード信号を出力することで、先端工具４は無負荷状態であることを制御回路８０に通知し、Ｓ１１０に移行する。
この結果、制御回路８０側では、加速度検出回路９４から出力されるロード信号又はノーロード信号を取り込むことで、上述したソフトノーロード制御を適正に実行できることになる。従って、Ｓ１９０〜Ｓ２３０の処理は、本開示の負荷判定部として機能する。

以上説明したように、本実施形態のハンマドリル２においては、振り回され検出部９０の加速度検出回路９４が、図４に示した加速度負荷検出処理を実行することで、本開示の負荷判定部、フィルタ部、及びフィルタ特性設定部としての機能が実現される。

そして、フィルタ特性設定部としてのＳ１３０〜Ｓ１７０の処理では、負荷判定部としてのＳ１９０〜Ｓ２３０での負荷判定結果に基づき、モータ８が低速回転モードで駆動される無負荷時に比べて、モータ８が高速回転モードで駆動される負荷時の方が周波数が高くなるように、フィルタ部としてのＳ１８０で利用されるＬＰＦ及びＨＰＦのカットオフ周波数を設定する。

このため、モータ８の回転速度の変化によって加速度センサ９２からの検出信号に含まれる振動成分の周波数が変化しても、Ｓ２１０〜Ｓ２３０において、無負荷状態・負荷状態の判定を良好に実施できるようになり、モータ制御部７０において、ソフトノーロード制御を適正に実施することが可能となる。

また、Ｓ１５０〜Ｓ１７０の処理でＬＰＦ及びＨＰＦのカットオフ周波数を切り替える際には、Ｓ１４０にて、負荷判定結果が変化してから一定時間以上経過しているか否かを判断し、負荷判定結果が変化してから一定時間経過していなければ、カットオフ周波数の切り替えを実施しないようにしている。

このため、ＬＰＦ及びＨＰＦのカットオフ周波数の切り替えは、負荷判定結果が変化して、モータ制御部７０にてモータ８の回転モードが切り替えられて、モータ８の回転速度が安定してから実施されることになるので、カットオフ周波数の切り替えに伴い負荷判定が誤って実施されるのを抑制できる。

また、Ｓ２１０では、負荷判定を行うのに用いる閾値を変化させることなく、予め設定された閾値に基づき負荷判定を行うことができるので、負荷判定を簡単に実施できることになる。

以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示の電動作業機は、上記実施形態に限定されることはなく、種々変形して実施することができる。
例えば、上記実施形態では、Ｓ１８０では、ＬＰＦとＨＰＦとの組み合わせにより、ＢＰＦとしてのフィルタリング処理を実施するものとして説明したが、ＬＰＦ又はＨＰＦとしてのフィルタリング処理にて、不要な振動成分を除去するようにしてもよい。

なお、この場合、Ｓ１６０、Ｓ１７０では、Ｓ１８０にて使用されるＬＰＦ又はＨＰＦのカットオフ周波数を、上記実施形態と同様に設定するようにすればよい。
つまり、図６に示すように、Ｓ１８０において、ＬＰＦとしてのフィルタリング処理を実施する場合、Ｓ１６０では、ＬＰＦのカットオフ周波数を高速回転時用の周波数（例えば２００Ｈｚ）に設定し、Ｓ１７０では、ＬＰＦのカットオフ周波数を低速回転時用の周波数（例えば１００Ｈｚ）に設定するようにすればよい。

また、図７に示すように、Ｓ１８０において、ＨＰＦとしてのフィルタリング処理を実施する場合、Ｓ１６０では、ＨＰＦのカットオフ周波数を高速回転時用の周波数（例えば８０Ｈｚに設定し、Ｓ１７０では、ＨＰＦのカットオフ周波数を低速回転時用の周波数（例えば３０Ｈｚ）に設定するようにすればよい。

また、上記実施形態のように、Ｓ１８０ではＬＰＦとＨＰＦとの組み合わせによりＢＰＦとしてのフィルタリング処理を実施するようにした場合、ＬＰＦ及びＨＰＦのうち、一方のカットオフ周波数は固定し、他方のカットオフ周波数を上記のように切り替えるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、Ｓ１８０では、ＬＰＦ及びＨＰＦとしてのフィルタリング処理を実施することで、本開示のフィルタ部をデジタルフィルタにて構成するものとしているが、フィルタ部は、アナログフィルタにて構成し、カットオフ周波数の切り替えは、使用するアナログフィルタをスイッチ等で切り替えるようにしてもよい。またこの場合、アナログフィルタを構成する素子（コンデンサやコイル）の特性を切り替えるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、加速度負荷検出処理において、加速度センサ９２にて検出された３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向の加速度信号全てを利用するものとして説明した。しかし、ハンマモード（ハンマドリルモード）では、主にＺ軸方向の加速度信号に基づいて、負荷が加わったこと（作業を開始したこと）を検出するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、回転動作と打撃動作を行うハンマドリル２を例にとり説明したが、本開示は、モータ８が無負荷状態で運転されるときと、負荷状態で運転されるときとで、モータ８の回転速度（詳しくはその上限）を切り替え、加速度センサにて検出される振動に基づき負荷状態を判定し得る電動作業機であれば適用できる。

具体的には、例えば、インパクトドライバ等の打撃系の電動工具や、ジグソー、レシプロソー等の切断用の電動工具、等であっても、本開示の技術を適用して、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

２…ハンマドリル、４…先端工具、６…ツールホルダ、８…モータ、１０…本体ハウジング、１２…モータハウジング、１４…ギヤハウジング、１６…ハンドグリップ、１８…トリガ、１８ａ…トリガスイッチ、１８ｂ…変速指令部、２０…運動変換機構、３０…打撃要素、３８…保持グリップ、４０…回転伝達機構、５０…モード切替機構、６０…バッテリ装着部、６２，６２Ａ，６２Ｂ…バッテリパック、７０…モータ制御部、８０…制御回路、９０…振り回され検出部、９２…加速度センサ、９４…加速度検出回路。

Claims (6)

1. モータを備えた電動作業機であって、
   当該電動作業機の振動を検出する加速度センサと、
   前記加速度センサからの検出信号に基づき、当該電動作業機が無負荷状態であるか負荷状態であるかを判定し、無負荷状態であれば前記モータを低速回転モードで駆動させ、負荷状態であれば前記モータを高速回転モードで駆動させる負荷判定部と、
   前記加速度センサからの検出信号から、前記負荷判定部での負荷判定に不要な振動成分を除去し、前記負荷判定部に入力するフィルタ部と、
   前記高速回転モードでは前記低速回転モードよりも高くなるように、前記フィルタ部のカットオフ周波数を切り替えるフィルタ特性設定部と、
   を備えている、電動作業機。
2. 前記フィルタ部は、ハイパスフィルタを備え、
   前記フィルタ特性設定部は、前記高速回転モードでは前記低速回転モードよりも高くなるように、前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数を切り替えるよう構成されている、請求項１に記載の電動作業機。
3. 前記フィルタ部は、ローパスフィルタを備え、
   前記フィルタ特性設定部は、前記高速回転モードでは前記低速回転モードよりも高くなるように、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を切り替えるよう構成されている、請求項１に記載の電動作業機。
4. 前記フィルタ部は、ローパスフィルタとハイパスフィルタとを備え、これら両フィルタのカットオフ周波数で挟まれる周波数帯域内で信号通過損失が小さくなるバンドパスフィルタとして構成されており、
   前記フィルタ特性設定部は、前記高速回転モードでは前記低速回転モードよりも高くなるように、前記ローパスフィルタ及び前記ハイパスフィルタのうちの一方又は両方のカットオフ周波数を切り替えるよう構成されている、請求項１に記載の電動作業機。
5. 前記負荷判定部は、前記フィルタ部を介して入力される前記検出信号と予め設定された閾値とを比較し、前記検出信号が前記閾値よりも大きい場合に、当該電動作業機が負荷状態であると判定する、よう構成されている請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の電動作業機。
6. 前記フィルタ特性設定部は、前記負荷判定部により前記モータの回転モードが切り替えられてから所定時間経過後に前記フィルタ部のカットオフ周波数を切り替えるように構成されている、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の電動作業機。