JP4750370B2 - 手持式電動工具の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は，少なくとも部分的に回転モードで駆動される複合ハンマ等の手持式電動工具の制御方法に関するものである。

通常，手持式電動工具はワーク側でグリップに調節スイッチを具える。作業者は，グリップを掴んだ手の人差し指で調節スイッチを操作する。この調節スイッチは，作動時に電動モータを通じた電力網への電気回路を閉じると共に，押入深度に応じて電動モータの電子調整を制御する。

電動モータを起動するために，押し込みスイッチをワーク側でグリップに配置する。押し込みスイッチの作動時における人差し指の動きは，作業者の手により回転する手持式電動工具を確実に案内するのに必要なグリップ反射とグリップの回りで直覚的に相関すると共に，作業者による電動モータの起動準備を確実にする。しかしながら，精密な作業に際して使用者は母材に対する手持式電動工具の押圧力のみならず，調節スイッチの指位置を意図的に運動としてコントロールしなければならない。そのため，運動能力の他にも一定の集中力が求められるが，特に建設分野における単調な作業では必然的に常に所与ではない。

ドイツ特許第１９５３４８５０号明細書（特許文献１）に開示された回転する手持式電動工具は調節スイッチを具える。この調節スイッチは，作動時に電動モータを通じた電力網への電気回路を閉じると共に，電動モータの制御手段を起動する。この制御手段は，内臓センサで測定した力に応じて電動モータの回転数を最大反応トルクに調節する。米国特許出願公開第２００１／００２５４２１号明細書（特許文献２）及びドイツ特許第１９７３８０９２号明細書（特許文献３）に記載されているように，人差し指で作動した調節スイッチによる起動後，電動モータの制御手段の目標回転数は，親指でアクセス可能な押圧力センサで測定した力に応じて意図的に変更される。手持式電動工具の操作により直覚的に与えられる制御指令は，上述の調整制御により考慮されない。
ドイツ特許第１９５３４８５０号明細書 米国特許出願公開第２００１／００２５４２１号明細書 ドイツ特許第１９７３８０９２号明細書

ドイツ特許第４４０１６６４号明細書（特許文献４）に記載された回転及び打撃する手持式電動工具は，選択された作動モードに応じて異なる電動モータの調整部を具える。
ドイツ特許第４４０１６６４号明細書

国際公開ＷＯ０２１９０４８号パンフレット（特許文献５）に開示された回転及び打撃する手持式電動工具は，回転数，打撃周波数及び押圧力に関する作動状態を選択した作動モードに応じて最適に調整する機構を具える。手持式電動工具に作用する力を含むセンサ捕捉した多くのパラメータは学習可能なプロセス分析で評価される。この最適化は，専らドリル進捗の最大化において実現する。
国際公開ＷＯ０２１９０４８号パンフレット

ドイツ特許第１００３４３５９号明細書（特許文献６）に記載された打撃する手持式電動工具は，打撃振幅を制御するために押圧力センサを具える。ドイツ特許第４３０６５２４号明細書（特許文献７）に開示された回転する手持式電動工具は，制御手段を通じて回転数又はトルクを直覚的に圧力依存して調整する押圧力センサを具える。装着後に最低推力により実現する自動的な起動により，手持式電動工具は作業者にとって不測のねじれを生じる恐れがある。更に，塗料混合，容器穴あけ，穿孔延長等の建設分野における多くの用途では，圧力に依存した制御が不所望である。
ドイツ特許第１００３４３５９号明細書 ドイツ特許第４３０６５２４号明細書

米国特許第５０１４７９３号明細書（特許文献８）に記載された回転する手持式電動工具は，押圧力センサを有する不動のトリガスイッチをワーク側でグリップに具える。トリガスイッチは，初期動作の後に人差し指により自動的な回転数調整を起動する。この回転数調整は，人差し指のトリガスイッチに作用する力に依存する。人差し指を通じて作用する力は作業者のモータ制御を前提とし，このモータ制御は手持式電動工具の操作と直覚的には相関しない。
米国特許第５０１４７９３号明細書

本発明の課題は，少なくとも部分的に回転モードで作動する手持式電動工具を対象とする，確実で直覚的な制御方法を提案することにある。

この課題を解決するため，本発明による手持式電動工具の制御方法は，独立請求項１に記載した事項を特徴とするものである。また，本発明の好適な実施形態は，従属請求項に記載したとおりである。

本発明による制御方法を適用して制御される手持式電動工具は，少なくとも部分的に回転モードで作動するものである。この手持式電動工具において，ワーク側でグリップに配置した押し込みスイッチは，ワーク側でグリップを全面的にカバーしない配置とするのが有利である。押し込みスイッチは制御手段に接続電動モータを電源に接続する。制御手段は，ツールホルダとグリップとの間に配置した押圧力センサに接続し，押圧力センサはワークに対する手持式電動工具の押圧力を測定するのに適した構成とする。

ワークに対する押圧力を測定するための押圧力センサにより，グリップ反力を通じて直覚的に確実に起動する電動モータにおいては，その制御も手持式電動工具の操作と関連して直覚的に実現可能である。

押し込みスイッチを不連続スイッチで構成するのが有利であり，その不連続スイッチ状態を直に制御手段の制御に利用することができる。

制御手段をモード選択スイッチに接続するのが有利である。制御手段の作動モードを選択することにより，様々な制御プログラムを選択することができる。

手持式電動工具は，軸線方向に限定的に可動とする打撃素子を具え，この打撃素子がツールホルダに対して最大１ｍｍだけ軸線方向に変位可能とするのが有利である。押圧力に応じた制御により，１ｍｍを超える打撃素子のスイッチ路程に亙って必要とされる機械的な打撃停止を止めることができ，ツールホルダにおける軸線方向の遊びが減少し，作動モード＜ドリルチゼル＞及び＜チゼル＞における正確な当接及び作業が可能となる。

少なくとも部分的に回転する作動モードに対応する本発明に係る制御方法では，第１工程における押し込みスイッチの作動により制御手段を起動させる。第２工程では、ワークに対する電動工具の押圧力を押圧力センサにより測定し，該押圧力センサにより測定された押圧力に応じて，前記制御手段により電動モータを制御して最小回転数以上の回転数に常に維持する。

押し込みスイッチを作動し，押圧力を通じた手持式電動工具の直覚的な制御から分離した制御手段の起動により，回転する手持式電動工具を確実に案内するのに必要な作業者の態勢が検出される。

第２工程では押圧力センサにより測定した力に係る制御手段の感度が第２工程の起動時間に応じて調整され，好適には漸増するのが有利である。手持式電動工具は，作孔に最適な作動モード＜ローパワー・ドリリング＞として敏感に押圧力に反応する。

第２工程では制御手段が電動モータを常に最小回転数以上に維持し，この最小回転数は好適には作動モードに依存させるのが有利である。それにより，作業者はツールの運動を通じて制御手段の機能を確実に認知することができる。

第２工程では押圧力センサにより測定された負の力に際し，その負の力の値に応じて制御手段で電動モータを制御するのが有利である。ツールをワークから引き出すのに要する引張力は，ツールの詰まりを防止するための回転駆動機構に作用する。

第３工程で，押し込みスイッチの解除により制御手段を停止させるのが有利である。グリップを掴んだ手の握りを緩めることにより，制御は直覚的に終了する。

モード選択スイッチにより第２作動モードを選択した場合，第２工程では電動モータを，押圧力センサにより測定された力に依存せずに制御するのが有利である。特に，作動モード＜ハイスピード＞では最大回転数とするのが有利である。

非回転の第２作動モードを選択した場合，第１工程では，最大０．５秒のトリガ時間でトリガされる押し込みスイッチの作動／解除により制御手段を起動するのが有利である。クリックにより起動し，第２工程の間に押し込みスイッチを継続的に作動する必要はなく，特に人差し指は作動モード＜チゼル＞では負担が軽減される。

第１工程に対して代替的に，反復的な押し込みスイッチのトリガ作動を通じて最大０．５秒間に亙って制御手段を停止させるのが有利である。作動モード＜チゼル＞は反復的クリックにより直覚的に終了する。

制御手段は，非回転の第２作動モードを選択した場合，第１工程で測定された起動力より大きいピーク値で起動させ，好適には０．５秒未満のトリガ時間内に起動させるのが有利である。作動モード＜チゼル＞では＜キックスタート＞が実現する。

非回転の第２作動モードを選択した場合，第３工程では，無負荷時間に亙って測定された力が常に最低力以下の場合に制御手段を停止させるのが有利である。この作動モードでは，＜タイムアウト＞による直覚的な停止が実現し，特に，打撃作動モードでは衝撃の発生が停止する。無負荷運転を防止するために必要な打撃停止は，多くの場合，打撃素子の十分に長いスイッチストロークを通じて機械的に実現するが，これを不要とすることができる。

以下，本発明を図示の実施形態について更に具体的に説明する。

図１に示す部分的に回転及び打撃する手持式電動工具１は，本発明による制御方法を適用して制御されるものであり，ツールのためのツールホルダ２と，軸線方向に限定的に可動とする打撃素子３とを具える。この打撃素子３は，ツールホルダ２に対して０．５ｍｍだけ軸線方向に変位可能である。ワーク側のグリップ４には部分的にのみ覆う電位差計スイッチとする押し込みスイッチ５を配置する。この押し込みスイッチ５は，電力供給網とする電源６に駆動する電動モータ７を接続させる。ワークに対する手持式電動工具１の押圧力Ｆを測定する。この測定に適する押圧力センサ８は，ツールホダ２とグリップ４との間に配置される。外部から作動可能なモード選択スイッチ９は，電動モータ７のための制御手段１０と結合する。このモード選択スイッチ９を通じて，手持式電動工具１の様々な作動モードＩ‐VIが選択可能となり，機能＜ドリルチゼル＞，＜ローパワー・ドリリング＞，＜ハイスピード＞，＜チゼル＞，＜チゼル‐タイムアウト＞，＜チゼル‐キックスタート＞がそれらの作動モードに対応する。

図２に示すように，電源６と電動モータ７との間に制御手段１０（制御手段１１／調整部１２／電源回路１３を含む）を配置する。制御手段１０は，押し込みスイッチ５，押圧力センサ８及びモード選択スイッチ９に制御可能として結合する。マイクロコントローラとして形成した制御手段１０のメモリに基準化された制御関数ＯＶ＝ｆ（ＰＭ，ＣＦ，ＦＳ，ｔ）を収める。この電動モータ７の回転数ｎの調整を制御するための制御関数は，基準化された制御パラメータＰＭ，ＣＦ，ＦＳ，ｔの関数ｆである。ここに，ＰＭ：押し込みスイッチ５の制御パラメータ，ＣＦ：押圧力センサ８の押圧力パラメータ，ＦＳ：モード選択スイッチ９の関数パラメータ，ｔ：時間である。

図３に示す回転及び打撃作動モードI＜ドリルチゼル＞関数パラメータＦＳ：Iでは，制御パラメータＰＭが第１工程における３段階の制御方法とする制御手段により監視される。この制御パラメータＰＭは，不連続押し込みスイッチの作動により変化する。ＰＭ＝１とする作動では，直覚的な制御ＯＶ＝ma電動工具（ＣＦ，ＩＳ）が起動する。続く第２工程では制御関数ＯＶにより電動モータの回転数調整が押圧力パラメータＣＦに比例して制御される。しかし，少なくとも基準化された無負荷パラメータＩＳには比例するものとする。ＰＭ＝０として押し込みスイッチを解除すると，続く第３工程では直覚的な制御が終了すると共に，ＦＳ：Ｉに係る制御方法の飛込ポイントに復帰する。

図４ａ〜図４ｆは，作動モードI‐VIの様々な関数パラメータＦＳに係る制御関数ＯＶ＝ｆ（ＰＭ，ＣＦ，ｔ）を示している。

図４ａに示すように，作動モードI＜ドリルチゼル＞では，制御パラメータＰＭが押し込みスイッチの作動を信号化するのと同じ長さだけ制御手段が起動する。直覚的な制御手段が起動すると，制御関数ＯＶは時間ｔに関係なく押圧力パラメータＣＦに比例する。作動モードＩ＜ドリルチゼル＞における最小回転数５０ｒｐｍに対応する無負荷パラメータＩＳは下限値として下回ることはない。押圧力センサで測定された負の閾値より下の負力ＣＦ＜０の時間領域△ｔでは，電動モータが負力値に比例して制御される。

図４ｂに示すように，作動モードII＜ローパワー・ドリリング＞とする時間△ｔでは，制御関数OVの感度が押圧力パラメータＣＦにより第２工程の起動時間と共に漸増する。作動モード＜ローパワー・ドリリング＞の最小回転６０ｒｐｍに対応する下限値を下回ることはない。

図４ｃに示すように，純粋に回転する作動モードIII＜ハイスピード＞とする第２工程では，制御関数OVが時間ｔ及び押圧力パラメータＣＦに依存せず，高速回転１０００ｒｐｍに対応する上限値の近傍に一定とする。

図４ｄに示すように，純粋に打撃する作動モードIV＜チゼル＞では０．５秒以内にクリックで制御パラメータPMをトリガ作動することにより，制御関数OVによる直覚的な制御手段の起動／停止が実現する。制御関数OVは押圧力パラメータＣＦに比例し，少なくとも無負荷パラメータＩＳには比例する。

図４ｅに示すように，純粋に打撃する作動モードV＜チゼル‐タイムアウト＞では０．５秒以内にクリックで制御パラメータPMをトリガ作動することにより，制御関数OVによる直覚的な制御手段の起動が実現する。それに対し，時間△ｔに亙る押圧力パラメータＣＦにより，無負荷に対応する下限の閾値を下回ると停止が実現する。

図４ｆに示すように，純粋に打撃する作動モードVI＜チゼル‐キックスタート＞では０．５秒以内に起動力ピークに対応する上限の閾値の押圧力パラメータＣＦを瞬時に超過することにより，制御パラメータＰＭに依存しない起動が実現する。時間△ｔに亙る押圧力パラメータＣＦにより，無負荷に対応する下限の閾値を下回ると停止が実現する。

本発明による制御方法の適用対象としての手持式電動工具を示す側面図である。 制御手段のブロック図である。 制御方法のフローチャートである。 作動モードＩにおける制御のタイムチャートである。 作動モードＩＩにおける制御のタイムチャートである。 作動モードＩＩＩにおける制御のタイムチャートである。 作動モードＩＶにおける制御のタイムチャートである。 作動モードＶにおける制御のタイムチャートである。 作動モードＶＩにおける制御のタイムチャートである。

１ 手持式電動工具
２ ツールホルダ
３ 打撃素子
４ グリップ
５ 押し込みスイッチ
６ 電源
７ 電動モータ
８ 押圧力センサ
９ モード選択スイッチ
１０ 制御手段
１１ 制御手段
１２ 調整部
１３ 電源回路

Claims (11)

1. 少なくともツールホルダ（２）を回転モードで駆動する第１作動モード（ｌ）を含む手持式電動工具の制御方法であって，ワーク側でグリップ（４）に配置した押し込みスイッチ（５）を作動して制御手段を起動する第１工程と，ワークに対する電動工具（１）の押圧力（Ｆ）を押圧力センサ（８）により測定し，該押圧力センサ（８）により測定された押圧力（Ｆ）に応じて，前記制御手段により電動モータ（７）を制御する第２工程とを具える制御方法において，第２工程で制御手段により電動モータ（７）を最小回転数以上の回転数に常に維持することを特徴とする制御方法。
2. 請求項１記載の制御方法において，押圧力センサ（８）により測定した力に係る制御手段の感度を第２工程の起動時間に応じて，感度を高める方向に調整することを特徴とする制御方法。
3. 請求項１又は２に記載の制御方法において，前記最小回転数を，作動モード（I，II）に依存させることを特徴とする制御方法。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の制御方法において，第２工程で押圧力センサにより測定された力が負である場合に，当該負の力の値に応じて制御手段で電動モータを制御することを特徴とする制御方法。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の制御方法において，押し込みスイッチ（５）の解除により制御手段を停止させる第３工程を具えることを特徴とする制御方法。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の制御方法において，モード選択スイッチ（９）により第２作動モード（III）を選択した際に，第２工程で，押圧力センサ（８）により測定された力に依存せずに電動モータ（７）を制御することを特徴とする制御方法。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の制御方法において，非回転の第２作動モード（IV，V）を選択した際に，第１工程で，０．５秒未満のトリガ時間でトリガされる押し込みスイッチ（５）の作動／解除により制御手段を起動させることを特徴とする制御方法。
8. 請求項７記載の制御方法において，第１工程に対して代替的に，反復的な押し込みスイッチ（５）のトリガ作動により最大０．５秒間に亙って制御手段を停止させることを特徴とする制御方法。
9. 請求項１〜６の何れか一項に記載の制御方法において，制御手段の起動は，非回転の第２作動モード（VI）における第１工程で押圧力センサ（８）により測定された起動力より大とする力ピークで実現させることを特徴とする制御方法。
10. 請求項９記載の制御方法において，制御手段の起動は，０．５秒未満のトリガ時間内に実現させることを特徴とする制御方法。
11. 請求項９又は１０記載の制御方法において，押し込みスイッチ（５）の解除により制御手段を停止させる第３工程を具える場合，該第３工程において，無負荷時間に亙って測定された力が常に最低力より小さければ前記制御手段を停止させることを特徴とする制御方法。

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