JP5570930B2

JP5570930B2 - 電動工具

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Publication number: JP5570930B2
Application number: JP2010218624A
Authority: JP
Inventors: 次郎鈴木; 将裕渡邊
Original assignee: Makita Corp
Current assignee: Makita Corp
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2030-09-29
Also published as: RU2013119688A; CN103153548A; CN103153548B; EP2623267A1; US20130175961A1; EP2623267A4; JP2012071390A; WO2012042996A1; EP2623267B1

Description

本発明は、変速スイッチの操作量に応じてモータに対する電力供給量を制御する構成の電動工具に関する。

これに関する電動工具が特許文献１に記載されている。
特許文献１の電動工具は、充電式のインパクトドライバであり、ＤＣモータを駆動源としている。前記電動工具は、スイッチング素子からなるモータ駆動回路を備えており、変速スイッチの引き操作量に応じてＤＣモータに印加する電圧をパルス幅変調（ＰＷＭ）方式により制御している。即ち、図１１の模式図に示すように、前記変速スイッチの引き操作量に応じてＤＣモータに対する電力供給量が増減し、前記ＤＣモータの回転数が制御されるように構成されている。

特開２００９−５０９３２号公報

インパクトドライバ等の回転打撃工具（電動工具）では、ネジ締め開始時に電動工具を頻繁に間欠駆動させ、ネジの締付け量を調整しながら使用することが多い。
しかし、上記した電動工具において間欠駆動を行なうためには、変速スイッチのオン操作、オフ操作を頻繁に繰り返す必要がある。このため、使用者にとって変速スイッチの操作が煩わしく、負担が大きい。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、電動工具のトリガ操作を容易にして電動工具の使い勝手を向上させることである。

上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。
請求項１の発明は、変速スイッチの操作量に応じてモータに対する電力供給量を制御する構成の電動工具であって、前記変速スイッチのオン操作とオフ操作とを繰り返したときと同様に、前記モータに対する電力供給量を間欠的に変化させる間欠制御と、前記変速スイッチの操作量に応じてモータに対する電力供給量を連続的に変化させる連続制御とを行なえるように構成されており、前記変速スイッチのオン操作中は、始めに前記間欠制御が行なわれ、その後に前記連続制御が行なわれることを特徴とする。
ここで、間欠制御は、ＰＷＭ制御とは異なり、変速スイッチの操作量を固定しても、使用者が認識できるレベルで回転数が増減する制御である。

本発明によると、間欠制御にすることで、変速スイッチのオン操作とオフ操作とを繰り返したときと同様に、モータに対する電力供給量を間欠的に変化させることができる。即ち、間欠制御により、変速スイッチのオン操作とオフ操作とを繰り返さなくても電動工具を間欠的に駆動させることができる。このため、例えば、ネジの締め付け開始時等に電動工具を間欠駆動させる際のトリガ操作が煩雑でなくなり、電動工具の使い勝手が向上する。
なお、連続制御にすることで、従来と同様の使用が可能になる。

請求項２の発明によると、変速スイッチの操作量に基づいて間欠制御と連続制御とを切替えることを特徴とする。
このため、例えば、変速スイッチの操作量が所定値以下のときに間欠制御にし、所定値を超えたときに連続制御とすることで、間欠制御を効率的に利用できるようになり、電動工具の使い勝手が向上する。
請求項３の発明によると、変速スイッチのオン操作開始からの時間に基づいて前記間欠制御と連続制御とを切替えることを特徴とする。
このため、例えば、変速スイッチのオン操作開始から所定時間内を間欠制御にし、所定時間を超えたときに連続制御とすることで、間欠制御を効率的に利用できるようになり、電動工具の使い勝手が向上する。

請求項４の発明によると、間欠制御では、電力供給時間と電力供給停止時間とを一定比率にし、前記変速スイッチの操作量に基づいて、前記電力供給時間内における単位時間当たりの電力供給量を変化させることを特徴とする。
請求項５の発明によると、間欠制御では、変速スイッチの操作量に基づいて、電力供給時間と電力供給停止時間との比率を変化させ、前記電力供給時間内における単位時間当たりの電力供給量を一定にすることを特徴とする。
このため、電動工具を間欠的に駆動させる際、変速スイッチの操作量に基づいて、モータ回転数を変化させることができる。

請求項６の発明によると、モータの負荷電流、あるいはモータの回転数に基づいて、間欠制御と連続制御とを切替えることを特徴とする。
請求項７の発明によると、連続制御単独モードと、間欠制御単独モードと、前記連続制御と間欠制御との切替え可能モードとを選択できるように構成されていることを特徴とする。
このため、電動工具の使い勝手がさらに向上する。

本発明によると、電動工具のトリガ操作が煩雑でなくなり、電動工具の使い勝手が向上する。

本発明の実施形態１に係る電動工具の全体斜視図である。本発明の実施形態１に係る電動工具のモータ駆動回路図である。前記電動工具の変速スイッチの引き操作量とモータに対する電力供給量との関係を表す模式図である。前記電動工具の動作を表すフローチャートである。前記電動工具の変速スイッチの動作（一例）と、モータに対する電力供給量との関係を表すグラフである。前記電動工具の変速スイッチの動作（一例）と、モータに対する電力供給量との関係を表すグラフである。変更例に係る電動工具の動作を表すフローチャートである。変更例に係る電動工具の変速スイッチの動作（一例）と、モータに対する電力供給量との関係を表すグラフである。変更例に係る電動工具の変速スイッチの動作（一例）と、モータに対する電力供給量との関係を表すグラフである。変更例に係る電動工具の動作を表すフローチャートである。従来の電動工具の変速スイッチの引き操作量とモータに対する電力供給量との関係を表す模式図である。

［実施形態１］
以下、図１から図１０に基づいて、本発明の実施形態１に係る電動工具の説明を行なう。
＜電動工具１０の概要について＞
本実施形態に係る電動工具１０は、ＤＣブラシレスモータ２０（以下、ＤＣモータ２０という）を駆動源とするインパクトドライバ（回転打撃工具）である。
図１に示すように、電動工具１０は、筒状のハウジング本体部１２と、そのハウジング本体部１２の下部から突出するように形成されたハンドル部１５とから構成されている。ハンドル部１５は、使用者が電動工具１０を使用する際に把持する握り部位１５ｈと、その握り部位１５ｈよりも下側（先端側）に位置するバッテリ連結部位１５ｐとから構成されている。そして、握り部位１５ｈの基端部に使用者が指先で引き操作するための変速スイッチ１８が設けられている。また、ハンドル部１５のバッテリ連結部位１５ｐには、バッテリパック１６が連結される連結機構（図示省略）が設けられている。

ハウジング本体部１２の後部にはＤＣモータ２０が収納されており、そのＤＣモータ２０の前方にＤＣモータ２０の回転力を増幅する遊星歯車機構、打撃力発生機構等からなる駆動装置（図示省略）が収納されている。そして、前記駆動装置の出力軸がハウジング本体部１２の先端位置に装着された工具装着部１３に連結されている。
ＤＣモータ２０は、図２等に示すように、永久磁石を備える回転子２２と、駆動コイル２３ｃを備える固定子２３と、前記回転子２２の磁極の位置を検出するための三個の磁気センサ３２とから構成されている。磁気センサ３２は、固定子２３の後端部に設けられた電気回路基板（図示省略）に回転子２２を囲むように120°間隔で取付けられている。また、前記電気回路基板には、後記するモータ駆動回路４０の三相ブリッジ回路部４５等が取付けられている。

＜モータ駆動回路４０ついて＞
モータ駆動回路４０は、ＤＣモータ２０を駆動させるための電気回路であり、図２に示すように、６個のスイッチング素子４４から構成された三相ブリッジ回路部４５と、変速スイッチ１８の電気信号に基づいて前記三相ブリッジ回路部４５のスイッチング素子４４を制御する制御回路部４６とを備えている。
三相ブリッジ回路部４５は、三本（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の出力線４１を備えており、それらの出力線４１がＤＣモータ２０の対応する駆動コイル２３ｃ（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に接続されている。また、３個の磁気センサ３２は、ＤＣモータ２０の各々の駆動コイル２３ｃに対してそれぞれ60°位相をずらした状態で位置決めされている。
ここで、三相ブリッジ回路部４５のスイッチング素子４４としては、例えば、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）が使用される。

＜変速スイッチ１８について＞
変速スイッチ１８は、使用者が指先で引き操作するトリガ１８ｔ（図１参照）と、ハウジング１１のハンドル部１５内に収納されたスイッチ本体部１８ｍとから構成されている。
スイッチ本体部１８ｍは、図２に示すように、抵抗部１８ｒと、その抵抗部１８ｒに対して摺動できるように構成されたブラシ部１８ｂとを備えている。そして、前記抵抗部１８ｒに対する前記ブラシ部１８ｂの摺動位置が変わることで、その抵抗部の端子とブラシ部１８ｂの端子間の抵抗値が増減するように構成されている。
トリガ１８ｔは、バネ力で原位置（突出端位置）に保持される構成であり、前記バネ力に抗して引き操作されることで操作端位置まで移動できるように構成されている。このため、トリガ１８ｔから指先を離すことでトリガ１８ｔはバネ力で原位置まで戻されるようになる。
前記トリガ１８ｔは、スイッチ本体部１８ｍのブラシ部１８ｂに連結されている。このため、トリガ１８ｔが引き操作されることで、スイッチ本体部１８ｍのブラシ部１８ｂが抵抗部１８ｒに対して摺動し、抵抗値が変化するようになる。
即ち、トリガ１８ｔの引き操作量が抵抗値の関数となる。さらに、トリガ１８ｔが引き操作された状態が変速スイッチ１８のオン操作状態であり、トリガ１８ｔがバネ力で原位置まで戻された状態が変速スイッチ１８のオフ操作状態である。
変速スイッチ１８のスイッチ本体部１８ｍは、図２に示すように、制御回路部４６に接続されており、その変速スイッチ１８の抵抗値が制御回路部４６において電圧信号に変換される。

＜制御回路部４６について＞
制御回路部４６は、変速スイッチ１８の電圧信号（トリガ１８ｔの引き操作量）に基づいて三相ブリッジ回路部４５のスイッチング素子４４を制御する部分であり、マイコンやＩＣ等の電子部品により構成されている。
制御回路部４６は、変速スイッチ１８のトリガ１８ｔの引き操作量（以下、変速スイッチ１８の引き操作量という）がＬ％（例えば、30％）以下の場合にはＤＣモータ２０を間欠制御し、変速スイッチ１８の引き操作量がＬ％を超えた状態でＤＣモータ２０を連続制御できるように構成されている。
連続制御とは、図３の実線部で示すように、変速スイッチ１８の引き操作量の増加に伴ってＤＣモータ２０に対する電力供給量を増加させ、また、トリガ１８ｔの引き操作量の減少に伴ってＤＣモータ２０に対する電力供給量を減少させる制御であり、ＰＷＭ制御により電力供給量を調整する。具体的には、三相ブリッジ回路部４５のスイッチング素子４４（ＦＥＴ）を所定のキャリア周波数でデューティ比調節することにより各駆動コイル２３ｃに供給する電力をＰＷＭ制御する。これにより、図３に示すように、変速スイッチ１８の引き操作量に応じてＤＣモータ２０に対する電力供給量が増減し、そのＤＣモータ２０の回転数が増減するようになる。

間欠制御とは、変速スイッチ１８のオン操作とオフ操作とを繰り返したときと同様にＤＣモータ２０に対して電力を供給する制御である。即ち、間欠制御は、図５等の左下に示すように、ＤＣモータ２０に対して周期的に電力供給と電力供給停止とを繰り返す制御であり、本実施形態では、電力供給時間Ｔ２と電力供給停止時間Ｔ３とが等しく設定されている（Ｔ２＝Ｔ３＝例えば、0.1秒）。このため、ＤＣモータ２０は、例えば、0.1秒毎に回転と停止とを繰り返すようになる。
ここで、電力供給時間Ｔ２内における単位時間当たり電力供給量は、変速スイッチ１８の引き操作量に基づいて設定される。即ち、前記電力供給量は、変速スイッチ１８の引き操作量に基づいてＰＷＭ制御により調整される。例えば、図５に示すように、変速スイッチ１８の引き操作量が約10％の場合には、単位時間あたりの電力供給量は最大供給量の10％程度に設定される。また、変速スイッチ１８の引き操作量が約20％の場合には、単位時間あたりの電力供給量は最大供給量の20％程度に設定される。
ここで、図６の左下に示すように、間欠制御においてＤＣモータ２０に電力を供給しているときの単位時間あたりの電力供給量を一定にし、変速スイッチ１８の引き操作量に応じて電力供給時間Ｔ２と電力供給停止時間Ｔ３との比率を変化させることも可能である。

＜電動工具１０の動作について＞
上記した電動工具１０の動作を図４、図５に基づいて説明する。
ここで、電動工具１０は変速スイッチ１８の引き操作量がＬ％（例えば、30％）以下の場合にはＤＣモータ２０を間欠制御し、前記引き操作量がＬ％を超えた状態でＤＣモータ２０を連続制御できるように構成されている。
例えば、電動工具１０の変速スイッチ１８が10％程度引き操作された場合には、図４ステップ１０１の判断がＮＯとなるため、間欠制御が行なわれる（ステップ１０４）。このため、図５の左下に示すように、ＤＣモータ２０に対して周期的に電力供給と電力供給停止とが繰り返えされる。前述のように、電力供給時間Ｔ２と電力供給停止時間Ｔ３とは等しく設定されているため（Ｔ２＝Ｔ３＝例えば、0.1秒）、ＤＣモータ２０は、0.1秒毎に回転と停止とを繰り返すようになる。さらに、電力供給時間Ｔ２内における単位時間当たり電力供給量は、変速スイッチ１８の引き操作量に基づいて設定されている。このため、例えば、変速スイッチ１８の引き操作量が10％程度の場合には、単位時間あたりの電力供給量は最大供給量の10％程度に設定され、ＤＣモータ２０は比較的低速で回転する。
また、変速スイッチ１８の引き操作量が20％程度にまで増加した場合にも（図４ステップ１０１ＮＯ）、継続して間欠制御が行なわれる（ステップ１０４）。しかし、変速スイッチ１８の引き操作量が増加しているため（10％→20％）、単位時間あたりの電力供給量は最大供給量の20％程度まで増加し、ＤＣモータ２０の回転数は上昇する。

さらに、変速スイッチ１８の引き操作量がＬ％（＝30％）を超えると（図４ステップ１０１ＹＥＳ）、連続制御が行なわれる（ステップ１０３）。このため、図５の右下に示すように、トリガ１８ｔの引き操作量の増加に伴ってＤＣモータ２０に対する電力供給量が増加し、ＤＣモータ２０の回転数が上昇するようになる。また、トリガ１８ｔの引き操作量が減少するとＤＣモータ２０に対する電力供給量が減少し、ＤＣモータ２０の回転数が低下するようになる。

＜本実施形態に係る電動工具１０の長所について＞
本実施形態に係る電動工具１０によると、間欠制御にすることで、変速スイッチ１８のオン操作とオフ操作とを繰り返したときと同様に、ＤＣモータ２０に対する電力供給量を間欠的に変化させることができる。即ち、間欠制御により、変速スイッチ１８のオン操作とオフ操作とを繰り返さなくても電動工具１０を間欠的に駆動させることができる。このため、例えば、ネジの締め付け開始時等に電動工具を間欠駆動させる際のトリガ操作が煩雑でなくなり、電動工具の使い勝手が向上する。
なお、連続制御に切替わることで、従来と同様の使用が可能になる。
また、変速スイッチ１８の引き操作量に基づいて間欠制御と連続制御とを切替えることができるため、間欠制御を効率的に利用できるようになり、電動工具１０の使い勝手が向上する。

＜変更例＞
ここで、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本実施形態では、変速スイッチ１８の引き操作量に基づいて間欠制御と連続制御とを切替える例を示した。しかし、図７〜図９に示すように、変速スイッチ１８の引き操作量には係わりなく、変速スイッチ１８がオン操作されたタイミングＴ０から所定時間ＴＭ内であれば間欠制御が行なわれ、所定時間ＴＭ経過後は連続制御が行なわれるようにすることも可能である。ここで、間欠制御では、図８に示すように、電力供給時間Ｔ２と電力供給停止時間Ｔ３との比率を一定にし、電力供給時間Ｔ２内における単位時間当たり電力供給量を変速スイッチ１８の引き操作量に基づいて設定しても良い。また、図９に示すように、電力供給時間Ｔ２内における単位時間当たりの電力供給量を一定し、変速スイッチ１８の引き操作量に応じて電力供給時間Ｔ２と電力供給停止時間Ｔ３との比率を変化させることも可能である。
また、変速スイッチ１８の引き操作量等に係わらず、ＤＣモータ２０の負荷電流や回転数等に基づいて間欠制御と連続制御とを切替える構成でも可能である。

また。本実施形態では、間欠制御と連続制御とが予め決められた条件下で自動的に切替わる構成の電動工具１０を例示したが、図１０に示すように、連続制御モード、連続／間欠切替えモード、及び間欠制御モードをモード選択スイッチ４９（図１参照）で選択できるようにすることも可能である。
例えば、図１０に示す電動工具１０では、モード選択スイッチ４９により連続制御モードが選択されると（ステップ１２１ＹＥＳ）、常に連続制御が行なわれる（ステップ１２５）。即ち、変速スイッチ１８の引き操作量に応じてＤＣモータ２０に対する電力供給量が増減し、そのＤＣモータ２０の回転数が増減するようになる。
また、モード選択スイッチ４９により間欠制御モードが選択されると（ステップ１２３ＹＥＳ）、常に間欠制御が行なわれる（ステップ１２６）。即ち、ＤＣモータ２０に対して周期的に電力供給と電力供給停止とが繰り返えされるようになり、ＤＣモータ２０は所定時間毎に回転と停止とを繰り返すようになる。
また、モード選択スイッチ４９により連続／間欠切替えモードが選択されると（ステップ１２２ＹＥＳ）、例えば、変速スイッチ１８の引き操作量に基づいて間欠制御と連続制御とが切替えられるようになる（ステップ１２４〜ステップ１２６）。
また、本実施形態では、変速スイッチ１８の引き操作量に基づいてＤＣモータ２０に対する電力供給量を変化させたり、間欠制御と連続制御との切替えを行なう例を示した。しかし、例えば、押圧力により抵抗値が変化する構成の変速スイッチを使用し、押圧力（操作量）に基づいてＤＣモータ２０に対する電力供給量を変化させたり、間欠制御と連続制御との切替えを行なうことも可能である。

１０・・・・電動工具
１８・・・・変速スイッチ
１８ｔ・・・トリガ
２０・・・・ＤＣモータ（モータ）
４４・・・・スイッチング素子
４６・・・・制御回路部
Ｔ２・・・・電力供給時間
Ｔ３・・・・電力供給停止時間
ＴＭ・・・・所定時間

Claims

変速スイッチの操作量に応じてモータに対する電力供給量を制御する構成の電動工具であって、
前記変速スイッチのオン操作とオフ操作とを繰り返したときと同様に、前記モータに対する電力供給量を間欠的に変化させる間欠制御と、
前記変速スイッチの操作量に応じてモータに対する電力供給量を連続的に変化させる連続制御とを行なえるように構成されており、
前記変速スイッチのオン操作中は、始めに前記間欠制御が行なわれ、その後に前記連続制御が行なわれることを特徴とする電動工具。
請求項１に記載された電動工具であって、
前記変速スイッチの操作量に基づいて前記間欠制御と連続制御とを切替えることを特徴とする電動工具。
請求項１に記載された電動工具であって、
前記変速スイッチのオン操作開始からの時間に基づいて前記間欠制御と連続制御とを切替えることを特徴とする電動工具。
請求項１から請求項３のいずれかに記載された電動工具であって、
間欠制御では、電力供給時間と電力供給停止時間とを一定比率にし、前記変速スイッチの操作量に基づいて、前記電力供給時間内における単位時間当たりの電力供給量を変化させることを特徴とする電動工具。
請求項１から請求項３のいずれかに記載された電動工具であって、
間欠制御では、変速スイッチの操作量に基づいて、電力供給時間と電力供給停止時間との比率を変化させ、前記電力供給時間内における単位時間当たりの電力供給量を一定にすることを特徴とする電動工具。
請求項１に記載された電動工具であって、
前記モータの負荷電流、あるいは前記モータの回転数に基づいて、前記間欠制御と連続制御とを切替えることを特徴とする電動工具。
請求項１に記載された電動工具であって、
前記連続制御単独モードと、前記間欠制御単独モードと、前記連続制御と間欠制御との切替え可能モードとを選択できるように構成されていることを特徴とする電動工具。