JP3744146B2 - 電池式電動工具 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は変速装置を備えた電動工具、殊に電池を電源としている電池式電動工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動ドライバーなどでは、作業効率の向上の点から、自動変速機能を備えたものが提供されている。特開昭６３−１０１５４５号公報などに示されたこの種の変速装置付き電動工具では、作業負荷が増大すれば、それまでの高速低トルク回転状態から減速比を大きくする変速を自動的に行って低速高トルク回転状態に切り替えるものであり、低負荷時には作業を迅速に行うことができ、高負荷になれば変速操作を加えなくとも自動的に減速比が大きくなるために、所要の締め付けを行うことができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電池を電源とするものにおいては、小減速比となっている高速低トルク状態においてモーターロックが生じやすくなり、モーターロック状態となれば変速動作が不能となる。作業負荷の増大に応じて高速低トルク回転状態から減速比を大きくする変速を自動的に行う自動変速機能を備えたものにおいては、本来ならば上記モーターロック状態となる前に低速高トルク回転状態への変速を行うが、作業負荷を電気的に検知して自動変速を行うものであると、電池電源の端子電圧の低下に伴い、作業負荷の検知動作が不能となることがあり、作業負荷をモーター回転数で見ているものにおいては、回転数の急激な低下による回転数検知動作のポイント遅れが原因で自動変速を行う前にモーターロック状態に陥ってしまうことがあり、電池電源の端子電圧の低下時における動作の安定性に問題を有する。
【０００４】
本発明はこのような点に鑑み為されたものであり、その目的とするところは電池電源の端子電圧が低下した時にもモーターロック状態に陥ってしまうおそれが少ない電池式電動工具を提供するにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明は、電池を電源とするとともに変速手段を備えている電池式電動工具において、電池電源の端子電圧の低下を監視するとともに該端子電圧が所定値以下になった時もしくは端子電圧の低下方向の変化量が所定値を越えた時に上記変速手段を作動させて出力部の回転を高速低トルク回転から低速高トルク回転に切り換える切換手段を備えていることに特徴を有している。電池電源の端子電圧が低下した時にはモーターロック状態となりにくい低速高トルク回転の状態に切り換えてしまうようにしたものである。
【０００６】
上記変速手段が作業負荷の増大にて出力部の回転を高速低トルク回転から低速高トルク回転に切り換える自動変速手段であってもよいのはもちろんである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態の一例を図２に示す電動ドリルドライバーである電動工具の場合について説明する。まず動力であるモーター６と、出力部であるチャック５０を備えた出力軸５に至るまでの減速機構部における変速装置について説明すると、図３〜図５に示すように、ギアケース１の一端開口側に配されるモーター６の出力軸６０には、歯数の異なる二つのサンギア１１，１２が固着されており、軸方向に並ぶこれらサンギア１１，１２には夫々複数個、図示例では３個ずつの遊星ギア２１，２２が噛み合っている。互いに歯数が異なる両遊星ギア２１，２２は共にキャリア４によって支持されたもので、遊星ギア２１はサンギア１１の回りに等間隔で、遊星ギア２２はサンギア１２の回りに等間隔で支持されており、両遊星ギア２１，２２は個々に自転を行なうものの、同じ公転を行なうものとなっている。
【０００８】
そして出力軸６０と同心に配されているリングギア３１に遊星ギア２１がかみ合っており、同じく出力軸６０と同心に配されているリングギア３２が遊星ギア２２とかみ合っている。軸方向に並ぶこれら２つのリングギア３１，３２のうち、リングギア３１はその外周面に複数個の係合突起３５が周方向において等間隔に形成されたもので、ギアケース１に対して遊転自在とされている。またリングギア３２もギアケース１に対して遊転自在とされたものであるとともに、このリングギア３２は、ギアケース１を外レース３３０とするワンウェイクラッチ３３の内レース３３１を兼ねたものとなっている。
【０００９】
ここにおけるワンウェイクラッチ３３は、上述のようにギアケース１を外レース３３０、リングギア３２を内レース３３１とするとともに、両レース３３０，３３１間に形成された楔状空間にボール３３２を配したものとして形成されたフリーホイール型のもので、狭くなる方向が異なる２種の楔状空間を備えるともに、両種楔状空間の間に正逆切換リング７６から突設させた駆動片７７を位置させたもので、ギアケース１に対して正逆切換リング７６を回転させて、駆動片７７の両側に位置する一対のボール３３２，３３２のうちのいずれを駆動片７７で押圧するかによって、内レース３３１であるリングギア３２の回転可能方向を切り換えることができるものとなっている。
【００１０】
すなわち、駆動片７７が図６に示すように片側のボール３３２を楔状空間の広い方に押し込んでいる時、他方のボール３３２はばね３３３による付勢で楔状空間の狭い部分に位置しており、この状態では図中の矢印Ａ方向のリングギア３２（内レース３３１）の回転は可能であるが、図中の矢印Ｂ方向のリングギア３２の回転は阻止される。駆動片７７によって図中右側のボール３３２を図中右方に押す時には、逆に図中の矢印Ｂ方向のリングギア３２（内レース３３１）の回転が可能となるとともに矢印Ａ方向のリングギア３２の回転は阻止される。
【００１１】
ギアケース１内には、上記遊星機構及び正逆切換リング７６とワンウェイクラッチ３３の他に、係止リング７０が配設されている。軸方向にスライド自在とされている係止リング７０は、一方向に移動した時にリングギア３１外周面の上記係合突起３５と係合する突起７１を具備しているもので、この係合によってリングギア３１の回転を阻止するとともに、そのスライドで係合突起３５と突起７１との係合が解除された時、リングギア３１の回転を許す。この係止リング７０の上記軸方向スライドは、ソレノイドのような切換駆動部材７と、ギアケース１外面に軸６６に枢支されるとともに一端を切換駆動部材７に、他端を係止リング７０外周面から突設させた連結軸７２に連結させたレバー６５とによってなされる。
【００１２】
上記両遊星ギア２１，２２を支持しているキャリア４は、サンギア４１を一体に備えており、このサンギア４１の回転はサンギア４１とリングギア４３とに噛み合う遊星ギア４２を支持しているキャリア４４に伝達され、更にキャリア４４の回転はオートロック機構５５を通じて出力軸５に伝達される。ここにおけるオートロック機構５５は、モーター６の回転を止めた時に出力軸５をギアケース１６に対して自動的にロックしてしまい、モーター６を回転させればこのロックを自動的に解除する機能をもつものであるが、この点については説明を省略する。また、上記リングギア４３も遊転自在として、このリングギア４３にクラッチばね４７のばね圧力でボール４８を係合させることで、負荷トルクが所定値以上になった時に出力軸５とサンギア４１とを切り離してしまうトルクリミッターを構成しているのであるが、この点についても説明を省略する。図中１３は正逆切換リング７６の動作空間を確保しつつ正逆切換リング７６とリングギア３２との間の摺動抵抗を無くして機構ロスの低減を図るために設けられてリングギア３２のスラスト受け面となるもので、ギアケース１の一端を閉じている蓋部材１０に一体に形成してある。
【００１３】
今、図５(a)に示すように、係止リング７０がリングギア３１の回転を阻止しており、且つリングギア３２が図中矢印で示す方向について回転可能にワンウェイクラッチ３３が設定されている時、モーター６を回転させれば、その回転出力は、回転が阻止されているリングギア３１と噛み合った遊星ギア２１を通じてキャリア４に伝達される。この時、リングギア３２は一方向にこの空転は図中矢印で示す回転が許されている方向である。
【００１４】
そして、負荷の増大の検出に応じて切換駆動部材７が作動し、図５(b)に示すように係止リング７０が移動して係合突起３５と突起７１との係合を解除すれば、リングギア３１がフリーとなるとともに、負荷につながったキャリア４の停止がサンギア１１，１２に噛み合う遊星ギア２１，２２の自転でリングギア３１，３２を回転させようとするが、この時のリングギア３２の回転方向は、上記空転時とは逆方向に、つまりワンウェイクラッチ３３によって回転が阻止されている方向となるために、この時点からリングギア３２と噛み合った遊星ギア２２を通じてキャリア４、そして出力軸５に動力が伝達される。
【００１５】
サンギア１２の歯数がサンギア１１の歯数より少なく且つ遊星ギア２２の歯数が遊星ギア２１の歯数より多くなっていることから、高速回転低トルク状態から低速回転高トルク状態に切り換えられたことになる。しかもこの変速は、ワンウェイクラッチ３３を利用してリングギア３２の回転を止めるために、リングギア３１の係止突起３５から係止リング７０が離れるだけで、リングギア３２の回転阻止のために衝突が生じる部材が存在しておらず、従って動作中の変速であるにもかかわらず、スムーズで且つ騒音の無い変速がなされるものである。なお、低速回転高トルク状態から高速回転低トルク状態への復帰は、上記切換駆動部材７の復帰によって行われるとともに、この変速は、モーター６の停止時、またはモーター６の起動時に行われる。
【００１６】
正逆切換リング７６を回転させることで、ワンウェイクラッチ３３による回転規制方向を逆にするとともにモーター６の回転方向を逆にした時には、当初、係止リング７０によって回転が止められているリングギア３１に噛み合う遊星ギア２１を通じてキャリア４に動力が伝達され、この時、リングギア３２はワンウェイクラッチ３３における回転可能方向に空転し、負荷の増大の検出で切換駆動部材７が作動してリングギア３１がフリーとなれば、ワンウェイクラッチ３３によって回転が阻止されているリングギア３２とこれに噛み合う遊星ギア２２を通じてキャリア４に動力が伝達される。ワンウェイクラッチ３３は一つだけであるものの、その回転阻止方向を切り換えられるようにすることで、電動ドリルドライバーに求められる正転と逆転とにおいて、同じ動作を得られるようにしているわけである。ただし、機構的にこのようにしてあるだけで、後述するように、実際にはモーター６の逆転時には、作業負荷に応じて切換駆動部材７を作動させて自動変速することは行っていない。なお、図示例における正逆切換リング７６の作動は、図７に示す回転方向切換ロッド８と、ギアケース１に軸９１で軸支されて一端を回転方向切換ロッド８に、他端を正逆切換リング７６に係合させた切換レバー９０とによってなされる。ここにおける回転方向切換ロッド８は、図２に示すスイッチユニットＳＷとも連動しており、モーター６の回転方向の切り換えも同時になされる。
【００１７】
次に、上記切換駆動部材７を作動させる制御回路Ｃについて説明する。マイクロコンピュータやロジックＩＣによって形成された制御回路Ｃは、モーター６に設けられたフィードバックジェネレータ（ＦＧ）のような速度検出手段ＳＰが入力側に接続されており、作業負荷の増大に伴ってモーター６の回転数が低下した時に切換駆動部材７に変速信号を出力して減速比を大きくする変速動作を行わせるのであるが、この制御回路Ｃには、上記回転数信号のほかに、変速モード切換スイッチＳからの変速モード信号と、上述の回転方向切換ロッド８によるところの正転と逆転との回転方向信号と、速度制御回路によって速度制御がなされるモーター６が最高出力状態となっているかどうかのスピードコントロール・フル信号とが入力されるようになっている。そして変速信号の出力は、これら変速信号と切換信号とスピードコントロール・フル信号も参照して行うものとなっている。
【００１８】
すなわち、変速モード切換スイッチＳは、自動変速モードとするか、自動変速をしないモードとするかを切り換えるもので、図２に示す切換ハンドル９５の操作によって両モードの切り換えを行うものであり、自動変速をしないモードとした時には、上記制御回路Ｃは作業負荷の増大に応じた変速信号の出力はせず、減速比を一定に保つ。なお、図８に示すフローチャートでは、作業開始に伴い、即座に変速信号を出力して、減速比を大きくした高トルク低速回転状態で終始作業を行うようにしたものを示しているが、変速信号を出力せずに低トルク高速回転状態が作業終了まで継続するようにしたものであってもよい。
【００１９】
そして、速度制御回路は、図２に示すスイッチユニットＳＷにおけるトリガースイッチハンドル９を引く量が多くなるにつれてモーター６の回転速度が高くなるように、上記速度検出手段ＳＰで検出される速度を参照しつつモーター６の回転速度のフィードバック制御を行うものであるが、トリガースイッチハンドル９を最大限に引いた時には、上記速度制御回路の出力部のスイッチング素子ＦＥＴをバイパスする図１中のスイッチＴがオンとなるためにモーター６は最大出力で回転を行うものであり、スイッチング素子ＦＥＴのドレイン・ソース間電圧を上記スピードコントロール・フル信号として取り込むことで、モーター６の回転数低下に伴う変速信号の出力は、スピードコントロール・フル信号が入っている時のみ、つまりモーター６が最大出力で回転している時のみ行うものとし、最大出力に達していない状態においては、負荷の増大によるところのモーター６の回転数低下があっても、変速信号は出力しないようにしてある。
【００２０】
さらに、前述の回転方向切換ロッド８とスイッチユニットＳＷとによるところのモーター６の回転方向切換によって、モーター６に流れる電流の方向が切り換えられるわけであるが、モーター６の一方の端子の電圧を監視し、モーター６が正転状態にある時には、モーター６の回転数低下に伴う変速信号の出力を行うものの、モーター６が逆転状態にある時には、負荷の増大によるところのモーター６の回転数低下があっても、変速信号は出力しないようにしてある。
【００２１】
すなわち、この電動工具においては、モーター６が正転状態にあるとともに、変速モードが自動変速モードにセットされ、更にトリガースイッチハンドル９が最大限に引かれてモーター６が最大出力で回転している時にのみ、作業負荷の増大に伴う自動変速が行われるものであり、上記３つの条件を満足していない時には、作業負荷が増大しても自動変速がなされないようになっている。
【００２２】
もっともこの電動工具では、グリップ部分に着脱自在に装着される電源としての電池の端子電圧が所定値より低下した時には、制御回路Ｃを介さずに切換駆動部材７を作動させて低速高トルク状態に切り換えてしまう電圧検知切換回路ＶＰを設けているために、どのような条件にセットされている時でも、電池の端子電圧が所定値より低下したためにモーターロックが生じやすくなっている状態においては、制御回路Ｃからの変速信号の出力の有無にかかわらず、低速高トルク状態に切り換えられる。
【００２３】
モーター６に負荷がかかると電池電圧が低下するが、これがモーター６の停止寸前のロック状態だと電圧低下が最大となるとともに、この時には制御回路Ｃに十分な電圧を供給することができない状態となることがあり、また負荷の検出や制御回路Ｃの応答性の点から負荷の増大がきわめて急である場合には負荷に応じた自動変速がなされる前にモーターロック状態に陥ってしまうおそれがあるが、このような時には電圧検知切換回路ＶＰの出力によってモーターロックに陥る前に減速比を大きくする変速がなされるものであり、モーターロック状態に陥るおそれがきわめて少なくなっているものである。
【００２４】
なお、負荷の増大に応じて自動変速するものに適用したものを示したが、負荷検出機能を備えていないものにおいても適用することができるのはもちろんである。また、電池の端子電圧が所定値以下になれば低速高トルク回転状態に移行するようにしたものを示したが、電池の端子電圧の低下方向の変化量が所定値を越えると低速高トルク回転状態に移行するようにしたものであってもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、電池を電源とするとともに変速手段を備えている電池式電動工具において、電池電源の端子電圧の低下を監視するとともに該端子電圧が所定値以下になった時もしくは端子電圧の低下方向の変化量が所定値を越えた時に上記変速手段を作動させて出力部の回転を高速低トルク回転から低速高トルク回転に切り換える切換手段を備えているために、電池電源の端子電圧が低下した時には低速高トルク回転の状態に無条件に切り換えられてしまうものであり、このためにモーターロック状態に陥るおそれが少なくなっているものであり、使い勝手のよいものである。
【００２６】
また、上記変速手段が作業負荷の増大にて出力部の回転を高速低トルク回転から低速高トルク回転に切り換える自動変速手段である時には、負荷の状況に応じた減速比での駆動がなされるために、使い勝手がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の一例のブロック回路図である。
【図２】同上の部分縦断面図である。
【図３】同上のギアケース部分の縦断面図である。
【図４】同上のギアケース部分の横断面図である。
【図５】同上の変速動作を示すもので、(a)は変速前を示す斜視図、(b)は変速後を示す斜視図である。
【図６】同上のワンウェイクラッチの回転方向切り換え部分の説明図である。
【図７】同上の回転方向切換操作部を示す断面図である。
【図８】同上の自動変速モードの動作についてのフローチャートである。
【符号の説明】
６ モーター
７ 切換駆動部材
Ｃ 制御回路
ＶＰ 電圧検知切換回路

Claims (2)

1. 電池を電源とするとともに変速手段を備えている電池式電動工具において、電池電源の端子電圧の低下を監視するとともに該端子電圧が所定値以下になった時もしくは端子電圧の低下方向の変化量が所定値を越えた時に上記変速手段を作動させて出力部の回転を高速低トルク回転から低速高トルク回転に切り換える切換手段を備えていることを特徴とする電池式電動工具。
2. 変速手段は作業負荷の増大にて出力部の回転を高速低トルク回転から低速高トルク回転に切り換える自動変速手段であることを特徴とする請求項１記載の電池式電動工具。

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