JP2020001135A - 電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】電動工具のトリガ可動範囲を切替可能とすると共に、トリガ可動範囲が切替えられた際にトリガスイッチによる変速特性も自動で切り替える。【解決手段】ハウジング２に取りつけられ、モータのオンオフ及び回転速度を調整するトリガレバー６ａを有し、制御部がトリガレバー６ａの操作量に応じてモータの回転を制御する電動工具１において、トリガレバー６ａの可動領域を規制する切替え機構３０を設けて、トリガレバー６ａのストローク量を制限可能とした。制御部は、ストローク量の制限時にモータの回転制御も切替えるようにし、少ないストローク量でモータの最大出力まで制御可能とした。【選択図】図１

Description

本発明は、トリガレバーの可動範囲を変更可能とした電動工具に関する。

携帯型でコードレス方式の電動工具には、作業者が把持するためのハンドル部が形成される。インパクト工具やドライバドリル等のハンドル部は、モータや動力伝達機構を収容する円筒形のハウジングの長手方向中央付近から下方に延在するように設けられる。また、別の電動工具では、モータや動力伝達機構を収容する円筒形のハウジングの長手方向と同軸方向にハンドル部が延在するように形成される。さらには、モータが収容されるハウジング部分において、モータの回転軸線と略平行になるようにハンドル部を設けて、側面視で略Ｄ字状の形状としたハンドル部の形状も知られている。ハンドル部にはモータの動作スイッチが設けられ、作業者はハンドル部を把持しながら動作スイッチを操作する。このようなハンドル部を把持しながら操作可能な動作スイッチは、トリガスイッチとも呼ばれており、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００８−２９６３２３号公報

電動工具における作業形態は様々であり、可変速スイッチを用いた動作スイッチのトリガレバーを最大操作量で引く作業を繰り返しおこなうことがある。動作スイッチは、可変速制御をし易いようにトリガレバーの可動距離をある程度確保していることが多いが、最大操作量で引く作業を繰り返すような場合は、動作スイッチが可変速スイッチである必要性が少なく、可変速制御をし易いようにトリガの可動距離をある程度確保されている場合は、かえって作業者の指が疲れやすくなるという弊害があった。特許文献１では動作スイッチの変速特性を切り替えることが開示されているが、変速特性を切り替えたとしても、トリガレバーの可動距離を変更することまでは行っていないため、指の疲れの面では従来の動作スイッチと変わらなかった。

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、動作スイッチの操作レバーの可動範囲を変更可能とすると共に、操作レバーの可動範囲が変更された際に動作スイッチの変速特性を自動で切り替えるようにした電動工具を提供することにある。
本発明の他の目的は、操作レバーの可動範囲を変更するための規制部材を、ハウジングの操作しやすい位置に配置した電動工具を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、少ない操作レバーの操作量でモータの回転数を設定値にまで到達させることができる電動工具を提供することにある。

本願において開示される発明のうち代表的な特徴を説明すれば次のとおりである。
本発明の一つの特徴によれば、モータと、モータを収容するハウジングと、ハウジングに取りつけられモータを駆動させるための操作部と、操作部の操作によりモータの回転を制御する制御部を有する電動工具において、操作部の可動領域を規制する規制部材を設け、制御部は規制部材による規制有りと規制無しで異なるモータ制御を行うようにした。異なるモータ制御とは、規制部材による規制有りと規制無しで操作部を所定量操作した場合に、モータの回転速度が異なるように制御すること、又は、規制部材による規制有りと規制無しで、モータの回転速度を所定の回転速度とした場合に操作部の操作量が異なることである。さらに、規制部材による規制状態を検出して制御部に出力する検出部材を設けた。

本発明の他の特徴によれば、検出部材は規制部材の移動に伴って切り替えられるスイッチ手段である。制御部は、検出部材からオン信号を受信している場合に、規制部材による規制が有りの状態であると判断し、検出部材からオフ信号を受信している場合、規制部材による規制が無しの状態であると判断する。ここで操作部とは、モータのオンオフを調整するトリガスイッチ、又は、モータの回転速度を調整するトリガスイッチであって、トリガスイッチのトリガレバーの操作量に応じてモータの回転速度を制御する。また、トリガスイッチはスライド式又は揺動式であって、規制部材はトリガレバーのスライド範囲又は揺動範囲を機械的に規制する。さらに、ハウジングは、筒状の胴体部と、胴体部に接続されるものであって作業者によって把持されるハンドル部とを有し、規制部材をハンドル部に設けるようにした。

本発明のさらに他の特徴によれば、規制部材は、ハンドル部の長手方向と平行方向に移動するものであって、その移動方向はトリガスイッチのトリガレバーの移動方向と交差する方向である。ハンドル部の長手方向にみて、ハンドル部に取りつけられるトリガレバーの位置よりも、作業者がハンドル部を把持して際にトリガレバーを操作する人差し指よりも小指に近い側に、規制部材の操作レバーを配置した。この際、規制部材はハンドル部内に設けられたリブの間で移動する。また、作業者による規制部材の操作前と操作後において、モータの最大回転数が同じに設定された上で、操作部のストロークとモータの回転数との対応関係が異なるように制御される。さらに、モータの回転中に規制部材の切り替えが行われても、制御部はモータが停止するまでモータ制御の切り替えを抑止するように構成する。

本発明によれば、電動工具においてトリガスイッチ等の動作スイッチの操作レバーの可動範囲を変更可能とする規制部材を設けたので、操作レバーの操作範囲を“通常範囲”と“限定した小さい操作範囲”の切り替えができるようになった。また、操作レバーの可動範囲が変更された際に、動作スイッチによる変速特性も電気的に自動で切り替えるようにしたので、操作レバーの少ない操作でモータの最大回転数まで制御可能となった。

本発明の実施例に係る電動工具１の左側面図である。 本発明の実施例に係る電動工具１の正面図である。 本発明の実施例に係る電動工具１の縦断面図である。 図３のトリガスイッチ６付近の部分拡大図であって、モード１でのトリガ操作を示す図である。 図４のトリガレバー６ａの正面図（一部断面図）である。 図１の電動工具１の駆動制御系の回路構成図である。 モード１におけるトリガ操作とモータ出力７１の関係を示す図である。 図２のトリガスイッチ６付近の部分拡大図であって、モード２でのトリガ操作を示す図である。 図８のトリガレバー６ａの正面図（一部断面図）である。 モード２におけるトリガ操作とモータ出力７２の関係を示す図である。 第二の実施例のモード２におけるトリガ操作とモータ出力７３の関係を示す図である。 第三の実施例のモード２におけるトリガ操作とモータ出力７４の関係を示す図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。以下の図において、同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。また、本明細書においては、前後左右、上下の方向は図中に示す方向であるとして説明する。

図１は本発明の実施例に係る電動工具１の左側面図である。ハウジング２は３つの部分、即ち筒状に形成される胴体部２ａと、作業者が片手で把持する部分となるハンドル部２ｂと、着脱可能なバッテリ１００を取りつけるためのバッテリ取付部２ｃから構成される。ハンドル部２ｂは胴体部２ａの中心軸線（回転軸線Ａ１）と略直交するように下方に延在し、作業者が把持した際に人差し指が位置する箇所には、モータを駆動させるための操作部が設けられる。ここで「操作部」とは、モータのオン又はオフを制御するための動作スイッチ（図３にて後述するトリガスイッチ６）と、その操作レバー（トリガレバー６ａ）によって構成される。電動工具１の動作スイッチは、モータのオン又はオフを切り替えると共に、操作レバー（トリガレバー６ａ）の操作量によってモータの回転速度を制御する可変速スイッチである。トリガレバー６ａは、作業者がハンドル部２ｂを把持しながら指で操作されるため、モータの回転速度を調整しやすいように所定の可動領域（トリガレバー６ａの前方から後方へのスライド量）が確保される。トリガレバー６ａの後上方には、モータの回転方向を切り換える正逆切替えレバー７が設けられる。

トリガレバー６ａよりも下方であって、ハンドル部２ｂの左側側面には、上下にスライド可能な切替え機構３０が設けられる。切替え機構３０は矢印３６の方向に移動可能な切替えレバー３３を含んで構成され、切替えレバー３３を矢印３６の下方側にスライドさせた状態が、トリガレバー６ａの移動範囲を規制しないノーマル状態であり、切替えレバー３３を矢印３６の上方側にスライドさせた状態が、トリガレバー６ａの可動領域を規制する状態となる。ハンドル部２ｂの左側側面には、切替えレバー３３を保持するための切替えレバー取付部９が形成される。切替えレバー取付部９には、ハンドル部２ｂの壁面を内部から外部まで貫通させた貫通穴が形成されると共に、切替えレバー３３の上下方向の移動を案内する窪み部が形成される。

胴体部２ａの側面であって、後方側には複数のスリットとして形成された空気吸入口１７ｂが配置され、空気吸入口１７ｂよりも前方側に所定の距離を隔てた位置には、複数のスリットとして形成された空気排出口１７ｃが配置される。空気排出口１７ｃの設けられる位置は、図３にて後述する冷却ファン１６の半径方向外周側に相当する。胴体部２ａの前方側には出力軸となるアンビル２７が露出し、アンビル２７の前端部には装着される先端工具を保持するための先端工具保持部２８が設けられる。

バッテリ１００は、リチウムイオン等のセルを複数収容したものであって、電動工具１の本体側に対して取付及び取り外し可能に構成される。バッテリ１００には、リリースボタン１０１が設けられ、作業者は左右両側に位置するリリースボタン１０１を押しながら前方側にバッテリ１００を移動させることにより、バッテリ１００をバッテリ取付部２ｃから取り外すことができる。尚、本実施例の電動工具１の電源は任意であって、ＡＣ電源ケーブルを介して供給可能な商用電源を用いても良い。

図２は電動工具１の正面図である。ここでは切替え機構３０の構造がわかるように一部を透視図にて図示している。切替え機構３０は、トリガレバー６ａの可動範囲を規制する規制部材となるもので、作業者によって操作される操作部たる切替えレバー３３と、切替えレバー３３が固定した状態で上下方向にスライド可能な可動板３２と、可動板３２の上端付近に取りつけられ、トリガレバー６ａの移動を制限する規制部材３１を含んで構成される。切替えレバー３３は、矢印３６に示すように上下に移動できるが、図２の状態は切替え機構３０を下側の位置（トリガレバー６ａのストロークを制限しない位置）にした状態を示している。図２の状態では、切替えレバー３３と連動して移動する規制部材３１が、トリガレバー６ａの下端よりもさらに下側に位置してトリガレバー６ａの操作時に干渉しないため、トリガレバー６ａは従来と同じように動作可能である。

切替え機構３０を設けたこと以外の電動工具１の構成は、従来から広く用いられているインパクト工具の構成と同じである。先端工具を装着する装着穴２７ａは回転軸（アンビル２７）と垂直断面における形状が六角形であって、公知のドライバビット等をワンタッチで装着可能である。正逆切替えレバー７は、右側又は左側を押し込むように操作することによって、モータの回転方向を切り替える。尚、正逆切替えレバー７のハウジング２からの突出量が左右で等しくなる位置でも正逆切替えレバー７を保持することができ（中立位置、又はロック位置）、その場合はトリガレバー６ａの操作がロックされ、トリガレバー６ａを引くことができないので、モータが回転しない。

図３は本発明の実施例に係る電動工具１の全体構造を示す縦断面図である。ハウジング２の胴体部２ａは、合成樹脂にてハウジング２と一体に設けられる部分と、その先端に設けられる金属製のハンマケース３によって構成される。電動工具１は、充電可能なバッテリ１００を電源とし、モータ４を駆動源として打撃機構２１を駆動する。ここではモータ４の回転軸４ｃに直接打撃機構２１を接続するのでは無くて、減速機構２０を用いてモータ４の回転を所定の比率で減速して打撃機構２１を駆動する。出力軸であるアンビル２７には、打撃機構から回転力と打撃力が与えられ、装着穴２７ａに保持されるドライバビット等の図示しない先端工具に、回転打撃力が連続的に又は間欠的に伝達され、ねじ締めやボルト締め等の作業が行なわれる。

ブラシレスＤＣ方式のモータ４は、側面視で略Ｔ字状の形状を成すハウジング２の筒状の胴体部２ａ内の後方側に収容される。モータ４の回転軸４ｃは、その回転軸線Ａ１が胴体部２ａの長手方向に伸びるように配置される。ロータ４ａは、永久磁石によって形成される磁路を形成するもので、例えば薄い金属板の積層鉄心により構成され、積層鉄心の外周側には円筒状の永久磁石が配置される。ステータ４ｂのコアは積層鉄心にて形成され、径方向内側に突出する複数の磁極片を有し、各磁極片にはコイルが所定ターン分巻かれている。コイルの結線方法は任意であるが、ここではＹ結線とされている。モータ４の軸方向後方であってステータ４ｂの後方には、モータ４を駆動するためのインバータ回路基板１１が配設される。インバータ回路基板１１は、略円環状の両面基板であり、この基板の後方側にはＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の複数のスイッチング素子１２が搭載され、前方側であってロータ４ａの永久磁石と対向する位置には、ホールＩＣ等の回転位置検出素子１３が複数搭載される。モータ４の前方側の回転軸４ｃには冷却ファン１６が設けられ、モータ４と同期して回転する。モータ４の回転軸は、２つの軸受１９ａ、１９ｂによって軸支される。冷却ファン１６の回転によってハウジング２の後方の空気吸入口１７ａ、１７ｂ（図１参照）から外気が吸引されて、スイッチング素子１２やモータ４等が冷却され、冷却ファン１６の周囲に形成された空気排出口１７ｃ（図１参照）から冷却風が外部に排出される。

ハウジング２の胴体部２ａから略直角に一体に延びるハンドル部２ｂ内の上部にはトリガスイッチ６が配設され、トリガスイッチ６からハウジング２の前方側には操作レバーたるトリガレバー６ａが露出する。またトリガスイッチ６の上方には、モータ４の回転方向を切り替えるための正逆切替えレバー７が設けられる。ハンドル部２ｂ内の下部は、バッテリ１００を取り付けるためにバッテリ取付部２ｃが形成される。バッテリ取付部２ｃはハンドル部２ｂの長手方向中心軸から径方向（直交方向）に広がるように形成された部分で、バッテリ取付部２ｃの下側にバッテリ１００が装着される。バッテリ取付部２ｃの内部には、トリガレバー６ａの引き動作によってモータ４の速度を制御する機能を備えた制御回路基板４０が収容される。制御回路基板４０は、略水平になるように配置される。制御回路基板４０には、マイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と称する）が搭載される。

モータ４の回転駆動力は、回転軸４ｃから遊星歯車を用いた減速機構２０を介して回転打撃機構側に伝達される。減速機構２０はモータ４の出力をスピンドル２２に伝達するものであり、ここでは、遊星歯車を用いた減速機構が用いられる。減速機構２０は、モータ４の回転軸４ｃの先端に固定されるサンギヤと、サンギヤの外周側に距離を隔てて取り囲むように設けたリングギヤと、サンギヤ及びリングギヤの間に配置され、これら双方のギヤに噛み合わされる複数（ここでは３つ）のプラネタリーギヤを含んで構成される。３つのプラネタリーギヤは自転しつつサンギヤの回りを公転する。リングギヤはハウジング２に固定され回転しない。プラネタリーギヤの図示しないシャフトは、スピンドル２２の後端部分に形成された遊星キャリア部に固定され、プラネタリーギヤの公転運動が遊星キャリア部の回転運動に変換され、スピンドル２２が回転する。

スピンドル２２は、減速機構２０と同軸上において前方側に配置されるもので、後方側に減速機構２０の遊星キャリア部が形成され、前端外周部にはハンマ２５が設けられる。スピンドル２２の円柱部分の外周面には、側面視で略Ｖ字状の窪み部分が形成されたスピンドルカム溝が形成される。スピンドルカム溝と対向するハンマ２５の内周面には、ハンマカム溝が形成される。スピンドル２２とハンマ２５は、スピンドルカム溝とハンマカム溝によって所定の空間が形成されるように組み合わされ、この空間の中に金属製のカムボール２４が設けられることによって、カム機構が構成される。カム機構によってハンマ２５はスピンドル２２とほぼ連動するように回転するが、この空間内でカムボール２４が移動することによって、ハンマ２５とスピンドル２２の回転方向の相対位置が僅かに変動する。ハンマ２５はスピンドル２２に対して軸方向に僅かに移動可能であり、後方側には大きく移動可能とされる。また、ハンマ２５は、スプリング２３によってスピンドル２２に対して常に前方側に付勢されるので、ハンマ２５の後方側への移動はスプリング２３を圧縮しながらの移動となる。

スピンドル２２の静止時には、カムボール２４、スピンドルカム溝と、ハンマカム溝との係合位置と、スプリング２３との付勢力とのバランス関係によって、ハンマ２５の前面とアンビル２７の爪部の後端面とは軸方向に僅かに隙間を隔てた位置にある。一方、アンビル２７の羽根部２６とハンマ２５の打撃爪は、回転軸線Ａ１方向にみて重なるような位置関係となる。アンビル２７が先端工具側から受ける力によりハンマ２５に伝わる反トルクが大きくなると、カムボール２４の位置が移動することによりハンマ２５とアンビル２７の相対的位置関係が変化する。スプリング２３は圧縮スプリングである。

スピンドル２２とハンマ２５とアンビル２７は、金属製の先細り形状のハンマケース３の内部に収容され、ハウジング２の前方側に固定される。図３で示した組立体は、前方側でニードルベアリング等による軸受１８ａによってハンマケース３に軸支され、後方側で軸受１８ｂと軸受ホルダ８（図１参照）を介してハウジング２に軸支される。

ハウジング２のハンマケース３の下方には、先端工具付近を照らすためのＬＥＤ１５を用いた照射部１４が設けられる。照射部１４の点灯は、操作パネル５３に設けられる点灯スイッチ（図示せず）によって制御される。尚、操作パネル５３には照射部１４の点灯スイッチだけでなく、打撃動作強度の設定スイッチや、バッテリ１００の残量チェックスイッチが設けられる。

図４はトリガスイッチ６付近の部分拡大図であって、モード１でのトリガ操作を示す図である。トリガスイッチ６は、スイッチ機構を内蔵したケースと、スイッチ機構を駆動させるために外部に設けた操作部（トリガレバー６ａ）を含んで構成され、トリガレバー６ａとスイッチ機構は図示しないプランジャ６ｄで連結され、プランジャ６ｄをケース内部に出し入れすることによりスイッチのオン／オフを行うスライド式の構成となっている。そして、ケース内部のスイッチ機構は密閉した空間に配置させ、トリガレバー６ａをハウジング２の内部に引き込むことにより連結しているプランジャ６ｄがトリガスイッチ６のケース内に引き込まれてスイッチをオンにする。本実施例ではトリガスイッチ６の下側に、トリガレバー６ａの移動量を制限するための切替え機構３０（符号は図３参照）が設けられる。

切替え機構３０は、切替えレバー３３（図３参照）に接続され、切替えレバー３３と共に上下方向にスライド可能な可動板３２と、可動板３２の上側に固定される規制部材３１を含んで構成される。切替えレバー３３の右側側面には、２つの取付部３３ａが設けられ、取付部３３ａは可動板３２に形成された貫通穴を貫通するようにして切替えレバー３３と可動板３２が固定される。可動板３２の移動範囲の下限は、図４の断面視でＬ字状に形成された上端リブ３５ａと下端リブ３５ｂの間で移動する。図４の左側の図は、トリガレバー６ａの操作を規制しない「モード１」（従来のトリガレバー６ａと同じ操作となる通常モード）の状態を示している。モード１でのトリガレバー６ａの非操作時には、トリガレバー６ａはハンドル部２ｂよりも前方側に大きく突出する位置（基準位置であってストローク量０の位置）にある。また、可動板３２は底辺部３２ｂにて下端リブ３５ｂと当接する状態である。

可動板３２の下側には切替え機構３０の設定状況を検出するための検出スイッチ３７が設けられる。検出スイッチ３７は切替え機構３０による規制状態を検出して制御部に出力するための「検出部材」である。可動板３２の下端がプランジャ３７ａと隣接するような位置に検出スイッチ３７が設けられ、プランジャ３７ａの可動方向が上下方向になるように配置される。検出スイッチ３７はマイクロスイッチが封入され、可動板３２の移動状態をプランジャ３７ａを介して動作させる電気スイッチであり、可動板３２の位置検出用に利用される。可動板３２が図４に示すように下側にある際にはプランジャ３７ａは押された状態にあり、検出スイッチ３７は導通状態となる。尚、検出スイッチ３７の種類は任意で有り、その他の形式のスイッチであっても良いし、切替えレバー３３の移動を検知する何らかのセンサであっても良い。

図４の右側の図は、トリガレバー６ａを矢印３８ａのように一杯に引いた状態（フルストローク状態、ストローク量Ｓ_５）を示したものであって、トリガレバー６ａは点線６ａ’の基準位置（ストローク量０）から実線６ａで示す位置に移動する。この際、トリガレバー６ａの後端下部６ｂは規制部材３１とは接触しないため、トリガレバー６ａの操作は何ら阻害されないので、従来の電動工具１と同じトリガ操作が可能である。

図５はトリガレバー６ａ付近の正面の部分拡大図（一部断面図）である。上側又は下側にスライド可能な切替えレバー３３は、矢印３６ａに示すように下側の位置、即ち従来の電動工具のトリガストローク量と同じモード１の状態に設定されている。モード１では、正面から水平に見た際に、トリガレバー６ａの後端下部６ｂが切替え機構３０のストッパアーム３１ａの間には隙間３４ａが存在し、互いに干渉しないような位置関係にある。

図６は電動工具１の駆動制御系の回路構成図である。本実施例では、モータ４は３相のブラシレスＤＣモータで構成される。モータ４は、いわゆるインナーロータ型で、一対のＮ極およびＳ極を含むマグネット（永久磁石）を埋め込んで構成されたロータ４ａと、スター結線された３相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗからなるステータ４ｂを含んで構成される。ロータ４ａの近傍には、ロータ４ａ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１３が設けられ、回転位置検出素子１３からの位置検出信号に基づいてインバータ回路５５によって電気角１２０°の励磁電流が生成され、モータ４に供給される。

インバータ回路５５はインバータ回路基板１１に搭載されるもので、３相ブリッジ形式に接続された６個のＦＥＴ（以下、単に「トランジスタ」という）Ｑ１〜Ｑ６を含んで構成される。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４８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４８から出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５５に印加されるバッテリ１００の直流電圧を、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）交流電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとして、電機子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗへ供給する。

制御回路基板４０には、演算部４１、電流検出回路４２、スイッチ操作検出回路４３、印加電圧設定回路４４、回転方向設定回路４５、回転子位置検出回路４６、回転数検出回路４７、及び制御信号出力回路４８が搭載される。演算部４１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と、後述するフローチャートに相当するプログラムや制御データを記憶するためのＲＯＭと、データを一時記憶するためのＲＡＭと、タイマ等を内蔵するマイコンを含んで構成される。電流検出回路４２はシャント抵抗４９の両端電圧を測定することによりモータ４に流れる電流を検出する手段であって、検出された電流値は演算部４１に入力される。

トリガスイッチ６は、オン又はオフの信号を出力するだけで無く、トリガレバー６ａの引き量に比例した可変抵抗として機能し、その抵抗値は印加電圧設定回路４４に入力される。スイッチ操作検出回路４３はトリガレバー６ａが引かれているかどうかを検出する回路であって、基準位置よりも少しでも引かれていればオン信号を演算部４１に出力する。ここでは、トリガレバー６ａが引かれてその操作量が所定の値（図７で後述するストローク量Ｓ_１）以上になるとオン信号を演算部４１に出力し、所定の値（Ｓ_１）未満になるとオフ信号を演算部４１に伝達する。印加電圧設定回路４４は、スイッチ操作検出回路４３がオンになった際に、トリガレバー６ａの移動のストローク量に応答してモータ４の印加電圧、すなわちＰＷＭ信号のデューティ比を設定する信号を演算部４１に出力する回路である。回転方向設定回路４５は、モータの正逆切替えレバー７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４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４６は、３つの回転位置検出素子１３の出力信号に基づいてロータ４ａとステータ４ｂ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４７は、単位時間内にカウントされる回転子位置検出回路４６からの検出信号の数に基づいてモータの回転数を検出する回路である。

制御信号出力回路４８は、演算部４１からの出力に基づいてトランジスタＱ１〜Ｑ６にＰＷＭ信号Ｈ１〜Ｈ６を供給する。演算部４１に含まれるマイコンは、トランジスタＱ１〜Ｑ６のゲート信号へ入力されるＰＷＭ信号Ｈ１〜Ｈ６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、設定した回転方向へのモータ４の回転を制御することができる。切替え機構３０の設定状況を検出するための検出スイッチ３７は演算部４１に接続される。演算部４１は検出スイッチ３７の出力電圧を検知することによって、切替え機構３０が動作の“モード１”（従来と同じ通常動作モード）か、後述する動作の“モード２”（トリガレバー６ａの可動範囲を規制した制限モード）か、のいずれかに設定されているかを検出する。

演算部４１は、先端工具付近を照らすためのＬＥＤ１５を用いた照射部１４の点灯を制御する。また、操作パネル５３の図示しないボタン操作信号を入力し、ボタン操作に従って操作パネル５３内に配置されるＬＥＤ等の点灯制御を行う。操作パネル５３は、設定トルク値の強さや電池残量、その他の情報を表示するためのもので、光学的な手段により情報を表示する。

図７はモード１におけるトリガ操作とモータ出力の関係を示すグラフである。縦軸はモータ４の出力を０〜１００％で示し、横軸はトリガレバー６ａの移動量（単位ｍｍ）を示している。尚、ここで示すモータ４の出力１００％とは、演算部４１によって設定されている最大出力に対する％値であって、モータ４が出力できる最大値を示している訳ではない。従って、モータの設定回転数が、“高速”、“中速”、“低速”と３段階あって、“低速”の設定時（例えにおいては、設定されたＰＷＭ信号Ｈ１〜Ｈ６の最大デューティ比（例えば５０％）には、グラフで示す縦軸は設定された最大デューティ比のうちの何％に設定されているかを示している。

演算部４１はトリガレバー６ａのストロークに応じてモータ４の出力を調整する。モータ出力７１は、トリガレバー６ａが引かれて、スイッチオンになるとその時点（ストローク量Ｓ_１）からストローク量Ｓ_４まで、矢印７１ａに示すようにトリガレバー６ａのストローク量に応じてモータ４の出力が１００％まで上昇される。ストローク量Ｓ_４からＳ_５までの間は、矢印７１ｂに示すようにモータ出力が１００％で維持されて、いわゆる全速で回転される。トリガレバー６ａは、バネでトリガレバー６ａを元の位置に戻すように付勢されるプランジャ６ｄ（図４参照）に固定されるが、トリガレバー６ａを弾き始めてからトリガスイッチ６がオンになるまでに所定の遊び可動領域（ストローク量０〜Ｓ_１の範囲）が設けられる。これは、トリガレバー６ａをトリガレバー６ａを離した際に安定してトリガスイッチ６のオフ状態を維持し、チャタリングが発生しないようにするためである。また、物理的にトリガレバー６ａを一杯に引いたストローク量Ｓ_５でモータ出力１００％とするのではなく、それよりも手前のストローク量Ｓ_４でモータ出力を１００％とし、所定の全速領域（ストローク量Ｓ_４〜Ｓ_５の範囲）を設けた。従って、トリガレバー６ａの操作が可能な範囲（有効ストローク）は、Ｓ_１〜Ｓ_５の範囲である。ストローク量がＳ_４以上の時は全速になるので、作業者がトリガレバー６ａを一杯に引いたままの状態の時に、モータ４の全速制御を安定して保持できる。尚、ストローク量Ｓ_１からＳ_４までのモータ出力７１は、リニアに増加させるだけに限定されずに、２次曲線に沿うような上昇特性にて制御しても良い。

図８はトリガスイッチ６付近の部分拡大図であって、モード２でのトリガ操作を示す図である。モード２は、切替え機構３０の切替えレバー３３を操作することによって切り替えられ、トリガレバー６ａの移動範囲を約半分に規制する。切替えレバー３３を矢印３６ａのように上方にスライドさせると、切替えレバー３３を保持する可動板３２も連動して矢印３６ａのように上方に移動する。可動板３２は側面視で倒立したＬ字状に形成された上端リブ３５ａに当接することによって上方向への移動が規制される。この状態では可動板３２の底辺部３２ｂが上方に移動しているため、第２スイッチたる検出スイッチ３７のプランジャ３７ａの押圧が解除され、検出スイッチ３７がオフになる。検出スイッチ３７がオフになると演算部４１（図６参照）に入力される信号が消失するので、演算部４１は動作モードがモード１（従来と同じモード）から、モード２（トリガレバー６ａのストロークを規制する「モード２」）に切り替わったことを識別できる。この識別結果に応じて演算部４１は、印加電圧設定回路４４から出力信号を用いたモータ４の回転制御の特性変更をおこなう。

図８の右側の図は、切替えレバー３３が操作され第２のモードに設定された後にトリガレバー６ａの操作がされた状態を示している。点線６ｃはハウジング２のトリガレバー６ａ用の開口位置である。右側の図において、点線で示す６ａが操作前のトリガレバーの位置であり、作業者が矢印３８ｂのように操作することによって実線で示す位置にトリガレバー６ａが移動する。この位置は、開口位置６ｃよりも内側に位置するトリガレバー６ａの後端下部６ｂが、規制部材３１のストッパアーム３１ａに接触して、それ以上のトリガレバー６ａを引く操作が阻止されている状態である。このようにして本実施例では、規制部材３１を設けたことによってトリガレバー６ａの物理的な可動範囲を図４に示した矢印３８ａの長さから図８に示した矢印３８ｂの長さに制限する。本実施例では、トリガレバー６ａの物理的な可動範囲を制限することに加えて、モード１とモード２の切り替えに応じてモータ４の可変速制御の特性を変更することにした。この特性変更は、演算部４１が検出スイッチ３７の出力の変化に連動させて、演算部４１のマイコンによるモータ４の制御を切り替えることで容易に実現できる。

図９はトリガレバー６ａの正面図（一部断面図）である。この図から、切替えレバー３３が矢印３６ｂのように上方に操作されると、可動板３２の上方への移動に伴いストッパアーム３１ａも上方に移動し、可動板３２の上辺部３２ａがストッパの役割を果たす上端リブ３５ａに当接する。するとトリガレバー６ａの後端下部６ｂが規制部材３１のストッパアーム３１ａに接触するような位置関係となる。尚、本実施例では操作部たるトリガスイッチ手段のトリガレバー６ａの可動領域を規制する手段（規制部材）として、規制部材３１と切替えレバー３３を用いた切替え機構３０を用いたが、規制部材はこの構成だけに限定されるものではない。即ち、何らかの機械的機構によってトリガレバー６ａの可動領域を規制すれば良く、可動領域の規制を作業者がレバー等を切り替えることにより行っても良いし、演算部４１に含まれるマイコンからの電気信号によって、電気的駆動手段を動作させてトリガレバー６ａの可動領域を切り替えるように構成しても良い。また、規制手段による規制状態を演算部４１のマイコンが識別できるように構成することが重要であるが、検出スイッチ３７を用いた検出だけでなく、他の構成による検出スイッチを用いたり、専用の検出センサを用いたりする構成であっても良い。尚、モータ４の回転中に切替え機構３０の切り替えが行われることがあり得るが、その場合は切り替え信号を受けたマイコンが、モータ４が停止するまではモータ制御の切り替えを抑止するように構成すると良い。

図１０はモード２におけるトリガ操作とモータ出力７２の関係を示す図である。モード１との比較を容易にするために、図１０ではモード１におけるモータ出力７１も重ねて図示している。切替えレバー３３の操作によってモード１からモード２に切り替えられると、トリガレバー６ａの可動範囲が０〜Ｓ_３（但しＳ_３＜Ｓ_５）に制限される。この際、演算部４１のマイコンは、ストローク量Ｓ_１〜Ｓ_２の範囲で矢印７２ａのようにリニアにモータ出力が上昇するように制御し、ストローク量Ｓ_２〜Ｓ_３の範囲で矢印７２ｂのように全速状態が継続されるように制御する。モード１におけるモータ出力７１と比較すると一目瞭然のように、モータ出力の可変制御する範囲をモード１におけるストローク量Ｓ_１〜Ｓ_４から、ストローク量Ｓ_１〜Ｓ_２にと十分短くなるようにした。全速制御領域は、ストローク量Ｓ_４〜Ｓ_５からストローク量Ｓ_２〜Ｓ_３の範囲に移動させるが、全速領域の占めるストローク量は同じとされる。このように切替えレバー３３の操作によってトリガレバー６ａのストローク量を制限しても、制限されたストロークの範囲内でモータ出力の制限ができるうえに、全力領域を多用する人にとってはトリガレバー６ａの引く量が少なくてすむので、指の疲労を低減させることが可能となる。また、モータ出力１００％となる全速領域のストローク量Ｓ_２〜Ｓ_３の範囲が、ストローク量Ｓ_４〜Ｓ_５の範囲に比べて減ること無く、モード１とモード２で同じであるので、電動工具１のトリガレバー６ａを一杯に引いて作業している際に、トリガレバー６ａの操作量のわずかな変動によってモータ出力が変動してしまう虞を回避できる。

図１１は第二の実施例におけるトリガ操作とモータ出力７３の関係を示す図である。図１０に示すトリガ制御では、ストローク量Ｓ_１〜Ｓ_２の範囲だけでモータ出力０〜１００％の範囲を調整していた。しかしながら、作業内容によっては、モータ出力１００％か、又は、０〜３０％程度の極低速部分だけしか使用しない場合もある。その場合は、第二の例のようにストローク量Ｓ_１〜Ｓ_２の範囲はモード１もモード２でも、矢印７３ａのようにモータ出力７１、７３が一致するように制御し、ストローク量Ｓ_２〜Ｓ_３の範囲で矢印７３ｂのようにモータ出力が１００％の全速状態となるようにした。このように制御するとモード２では、モータ４の出力のうち半分近くから１００％の間の制御ができないことになるが、そのような制御が必要な場合は、切替え機構３０をモード１側に設定すれば良いので、モード２にてモータ４の出力のうち半分近くから１００％の間の制御ができないことの弊害も問題にならない。むしろ、モード２を用いながらトリガレバー６ａをわずかに引いた低速領域での制御が、モード１と同じになるので、トリガの初期操作に違和感を覚えずに良好な回転制御が可能となる。さらに、ストローク量がＳ_２を越えるとモータ出力が迅速に１００％となるので、トリガレバー６ａを一杯に引く作業を繰り返し多数行う場合には、指が疲れにくくなる。

図１２は第三の実施例におけるトリガ操作とモータ出力の関係を示す図である。第三の実施例は、モード２におけるモータ出力７４を変えたものである。通常のモード（モード１）におけるトリガ操作とモータ出力７１の関係は、従来の制御と何ら変更は無い。モード２においては、トリガの引き量に応じて段階的に複数レベル（ここでは低速と全速の２段階）のモータ制御を可能とした。ストローク量Ｓ_１〜Ｓ_２の範囲では、矢印７４ａのようにモータ４が３０％程度の出力固定で制御される。一方、ストローク量Ｓ_２〜Ｓ_３の範囲では、矢印７４ｂのようにモータ出力が１００％の全速状態となるように制御される。このように切替え機構３０をモード２側に設定した場合は、トリガレバー６ａのストローク量を半減させる上に、低速又は全速の２つの回転制御のいずれか一方としたので、ネジの締め付け時に低速モードで位置合わせをし、その後すぐに全速にて締め付け作業を行うような作業を繰り返し行う場合や、ボルト・ナットの緩め作業のように全速でボルトを緩めた後、ナットが脱落しないように低速で回転させて取りはずす作業を行う場合等に、トリガ操作が疲れにくくすると共に、作業に要する時間を低減できる。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上述の電動工具はインパクト工具の例で説明したが、本願発明はインパクト工具だけに限定されずに、クラッチ機構を用いたドライバドリル、クラッチ機構を用いない電動ドリル、その他のハンドル部に動作スイッチ（操作部）が設けられている電動工具であって、モータの回転制御を演算部によって行うものであれば同様に適用できる。また、上述の実施例では切替え機構３０によってトリガレバー６ａの可動範囲を２段階に切替え可能としたが、２段階以上としても良いし、可動範囲を連続的に設定変更できるようにして、それぞれの変更時にモータの制御特性も合わせて変更するように構成しても良い。さらに、トリガレバーはスライド式だけに限定されず、トリガスイッチのレバーを揺動式として、切替え機構３０がトリガレバーの揺動範囲を機械的に規制するように構成しても良い。

１ 電動工具 ２ ハウジング ２ａ 胴体部 ２ｂ ハンドル部
２ｃ バッテリ取付部 ３ ハンマケース ４ モータ
４ａ ロータ ４ｂ ステータ ４ｃ 回転軸 ６ トリガスイッチ
６ａ トリガレバー ６ｂ （トリガレバーの）後端下部
６ｃ （トリガレバーの）開口位置 ６ｄ プランジャ
７ 正逆切替えレバー ８ 軸受ホルダ ９ 切替えレバー取付部
１１ インバータ回路基板 １２ スイッチング素子
１３ 回転位置検出素子 １４ 照射部 １５ ＬＥＤ
１６ 冷却ファン １７ａ、１７ｂ 空気吸入口 １７ｃ 空気排出口
１８ａ、１８ｂ 軸受 １９ａ、１９ｂ 軸受 ２０ 減速機構
２１ 打撃機構 ２２ スピンドル ２３ スプリング
２４ カムボール ２５ ハンマ ２６ 羽根部
２７ アンビル ２７ａ 装着穴 ２８ 先端工具保持部
３０ 切替え機構 ３１ 規制部材 ３１ａ ストッパアーム
３２ 可動板 ３２ａ 上辺部 ３２ｂ 底辺部 ３３ 切替えレバー
３３ａ 取付部 ３４ａ 隙間 ３５ａ 上端リブ ３５ｂ 下端リブ
３６ （操作部の）可動方向 ３７ 検出スイッチ ３７ａ プランジャ
３８ａ、３８ｂ トリガ引き量 ４０ 制御回路基板 ４１ 演算部
４２ 電流検出回路 ４３ スイッチ操作検出回路 ４４ 印加電圧設定回路
４５ 回転方向設定回路 ４６ 回転子位置検出回路 ４７ 回転数検出回路
４８ 制御信号出力回路 ４９ シャント抵抗 ５３ 操作パネル
５５ インバータ回路 ７１〜７４ モータ出力 １００ バッテリ
１０１ リリースボタン Ａ１ （モータの）回転軸線

Claims (15)

1. モータと、前記モータを収容するハウジングと、前記ハウジングに取りつけられ前記モータを駆動させるための操作部と、前記操作部の操作により前記モータの回転を制御する制御部を有する電動工具において、
   前記操作部の可動領域を規制する規制部材を設け、
   前記制御部は、前記規制部材による規制有りと規制無しで異なるモータ制御を行うことを特徴とする電動工具。
2. 前記異なるモータ制御とは、前記規制部材による規制有りと規制無しで、前記操作部を所定量操作した場合に、前記モータの回転速度が異なることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
3. 前記異なるモータ制御とは、前記規制部材による規制有りと規制無しで、前記モータの回転速度を所定の回転速度とした場合に、前記操作部の操作量が異なることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
4. 前記規制部材による規制状態を検出して前記制御部に出力する検出部材を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電動工具。
5. 前記検出部材は、前記規制部材の移動に伴って切り替えられるスイッチ手段であることを特徴とする請求項４に記載の電動工具。
6. 前記制御部は、前記検出部材からオン信号を受信している場合、前記規制部材による規制が有りの状態であると判断し、前記検出部材からオフ信号を受信している場合、前記規制部材による規制が無しの状態であると判断することを特徴とする請求項４又は５に記載の電動工具。
7. 前記操作部とは、前記モータのオンオフを調整するトリガスイッチ、又は、前記モータの回転速度を調整するトリガスイッチであることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の電動工具。
8. 前記トリガスイッチの操作量に応じて前記モータの回転速度を制御することを特徴とする請求項７に記載の電動工具。
9. 前記トリガスイッチはスライド式であって、前記規制部材は前記操作部のスライド範囲を機械的に規制することを特徴とする請求項７又は８に記載の電動工具。
10. 前記トリガスイッチは揺動式であって、前記規制部材は前記操作部の揺動範囲を機械的に規制することを特徴とする請求項７又は８に記載の電動工具。
11. 前記ハウジングは、筒状の胴体部と、前記胴体部に接続されるものであって作業者によって把持されるハンドル部を有し、
    前記規制部材は、ハンドル部に設けられることを特徴とする請求項４から１０のいずれか一項に記載の電動工具。
12. 前記規制部材は、前記ハンドル部の長手方向と平行方向に移動するものであって、その移動方向は前記操作部の移動方向と交差する方向であることを特徴とする請求項１１に記載の電動工具。
13. 前記規制部材は、前記ハンドル部内に設けられたリブの間で移動することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の電動工具。
14. 作業者による前記規制部材の操作前と操作後において、前記モータの最大回転数が同じに設定された上で、前記操作部のストロークと前記モータの回転数の対応が異なるように制御されることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の電動工具。
15. 前記モータの回転中に前記規制部材の切り替えが行われても、前記制御部は前記モータが停止するまで前記モータ制御の切り替えを抑止することを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の電動工具。

Images