JP5653843B2

JP5653843B2 - 動力工具

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Publication number: JP5653843B2
Application number: JP2011124056A
Authority: JP
Inventors: 平林　伸治; 伸治平林; 匡輔松野
Original assignee: Makita Corp
Current assignee: Makita Corp
Priority date: 2011-06-02
Filing date: 2011-06-02
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2031-06-02
Also published as: US20140374131A1; EP2716407A4; US9469023B2; WO2012165113A1; JP2012250308A; CN103561913A; EP2716407A1; CN103561913B; EP2716407B1

Description

この発明は、例えば電動モータを駆動源として内装するディスクグラインダやねじ締め工具あるいは孔明け用の電気ドリル等の動力工具に関する。

この種の動力工具では、一般に駆動モータの出力回転数を減速（変速）するための減速歯車列や出力方向を変換するための歯車列を備えている。
また、動力工具に限らず、駆動モータの変速機構としては、上記のような歯車列を用いるものの他に、減速比を無段階で変化させる無段変速機構（CVT:Continuously Variable Trans-mission）が公知になっている。従来、この無段変速機構として、いわゆるトラクションドライブ機構を利用したものが公知になっている。下記の特許文献には、トラクションドライブ式の無段変速機を内装した電動工具に関する技術が開示されている。
このトラクションドライブ式の無段変速機構は、ホルダに支持した複数の円錐形の遊星ローラに、駆動モータにより回転する太陽ローラを圧接して、これにより得られる転がり接触を利用して遊星ローラを自転させながらホルダごと出力軸回りに公転させて回転動力を伝達する構成を備えている。各遊星ローラは、円環形状の変速リングの内周側に圧接されている。この変速リングを軸方向に変位させることにより、遊星ローラの円錐面に対する当該変速リングの圧接位置を小径側と大径側との間で変位させて圧接径を変化させることにより出力回転数を無段階で変速することができる。
特許文献１には、係る無段変速機構を内装したねじ締め工具が開示されている。このねじ締め工具では、ねじ締めビットに付加される負荷トルクの増大（ねじ締めの進行）に伴って変速リングを低速側に変位させることにより、出力モードを低速高トルク出力モードに無段階で変速することができ、これにより迅速かつ確実なねじ締め作業を楽に行うことができる。

特開平6-190740号公報特開2002-59370号公報特公平3-73411号公報

このように、歯車列を用いた減速比固定の減速機構、段階的変速機構あるいは無段変速機構を用いて駆動モータの回転数を作業形態に合わせて変速させてドリルビット等の先端刃具に出力する動力工具が提供されているが、例えば電動ねじ締め機を用いてねじ締め作業を行う場合には、ねじ締め当初では使用者は起動用のスイッチレバーの引き操作量を半引き状態に保持してビット（スピンドル）の低速回転を優先させ、ねじ締め終盤ではスイッチレバーを全引き状態に保持して高速回転させるといったように、作業内容、作業段階あるいは作業状況等の様々な要因に応じて使用者はスイッチレバー等の操作部材の操作状況（操作量）を変化させて出力回転数や出力トルクを作業内容等に合わせて適宜変化させている。
しかしながら、操作部材の操作量及びその切り換えのタイミング等については使用者によりばらつきがあり、また繰り返し均質な作業を行うことが困難であった。
本発明は、例えば手持ち式の電動ねじ締め工具等の動力工具において、作業状況等に応じた当該動力工具の状態に合わせて、駆動モータの回転数と無段変速機構の変速比が適切かつ繰り返し均質に制御されるようにすることを目的とする。

上記の課題は、下記の発明によって解決される。
第１の発明は、駆動モータの回転出力を無段変速機構を介して変速して、先端刃具を取り付けたスピンドルに出力する動力工具であって、駆動モータの回転数と無段変速機構の変速比を制御するための動作制御手段を備えており、この動作制御手段は、少なくとも一つの状態検知手段を有し、この状態検知手段により検知される当該動力工具の状態に基づいてスピンドルの回転数が決定され、このスピンドルの回転数を目標値として、駆動モータの回転数及び／又は無段変速機構の変速比が制御される動力工具である。
第１の発明によれば、操作部材の操作量や操作力、駆動モータの電流値や温度、スピンドルの回転数や出力トルク等の当該動力工具の状態、あるいはこれらの各状態の時間的変化が状態検知手段により検知され、これに基づいて駆動モータの回転数と無段変速機構の変速比の一方又は双方が適切に制御される。このことから、作業状況に応じて駆動モータの回転数と無段変速機構の変速比が自動的に適切かつ高い再現性で制御されて、作業の効率化及び均質化が図られる。
第２の発明は、第１の発明において、動作制御手段は、複数の異なる状態検知手段を有する動力工具である。第２の発明によれば、使用者の操作状態や当該動力工具の状態に基づいてよりきめ細かく最適な動作制御を実現できる。
第３の発明は、第２の発明において、複数の異なる状態検知手段として、使用者の操作状態を検知する手段と、該使用者の操作に伴い変化する工具本体部の状態を検知する手段を備え、前記使用者の操作状態に基づいて前記駆動モータの回転数及び／又は前記無段変速機の変速比が制御されて前記工具本体部の状態が予め定めた最適状態に制御される動力工具である。
第３の発明によれば、使用者の要求する出力（パワー）に対して工具本体部を許容される範囲で最適な状態に制御することができ、これにより可能な範囲で高い作業効率を維持しつつ、当該動力工具の耐久性を高めることができる。
第４の発明は、第１〜３の何れか一つの発明において、動作制御手段は、駆動モータを起動させるための操作部材の操作状態を検知する第１の状態検知手段と、例えば駆動モータやバッテリ等の電流値を検知する第２の状態検知手段と、例えば駆動モータやバッテリ等の温度を検知する第３の状態検知手段と、例えば出力軸等の駆動伝達系の応力状態を検知する第４の検知手段と、これら第１〜第４の状態検知手段の時間的変化を検知する第５の状態検知手段のうち、少なくとも二つの状態検知手段を有する動力工具である。
第４の発明によれば、第１〜第５の状態検知手段のうち少なくとも二つの状態検知手段により検知される当該動力工具の状態に基づいて駆動モータの回転数と無段変速機構の変速比が自動的に適切かつ高い再現性で制御されて作業の効率化及び均質化が図られる。
第５の発明は、第１〜４の何れか一つの発明において、動作制御手段は、駆動モータの回転数と無段変速機構の変速比に関して複数の制御パターンを有し、状態検知手段により検知される当該動力工具の状態に基づいてこの複数の制御パターンのうち一つの制御パターンを選択し、この選択された制御パターンにより駆動モータの回転数と無段変速機構の変速比を制御する構成とした動力工具である。
第５の発明によれば、状態検知手段により検知される当該動力工具の状態に基づいて適切な制御パターンが選択され、この選択された制御パターンに基づいて駆動モータの回転数と無段変速機構の変速比が制御される。
第６の発明は、第５の発明において、複数の制御パターンの一つは、駆動モータの効率を最適化する制御形態を有し、他の一つは駆動モータの出力を最適化する制御形態を有する動力工具である。
第６の発明によれば、作業内容若しくはその段階に応じて、駆動モータの効率を優先する制御パターン（エコモード）と出力を優先する制御パターン（パワーモード）が状態検知手段に基づいて自動的に選択され、選択された制御パターンに沿って駆動モータの回転数と無段変速機構の変速比が適切に制御されて作業の効率化が図られ、係る効率のよい作業を使用者が代わっても再現性よく繰り返すことができる。

本発明の実施形態に係る動力工具全体の縦断面図である。本実施形態では、動力工具の一例として、充電式のドライバドリルが例示されている。図１の(II)-(II)線断面矢視図である。図１の(III)-(III)線断面矢視図である。工具本体部の拡大断面図である。本図は、無段変速機構が高速側に変速された状態を示している。このため、本図では、変速リングが遊星ローラの小径側に位置する状態で示されている。工具本体部の拡大断面図である。本図は、無段変速機構が低速側に変速された状態を示している。このため、本図では、変速リングが遊星ローラの大径側に位置する状態で示されている。本実施形態に係る動力工具の動作制御手段を示す図である。本実施形態の動力工具における動力伝達経路の概略を示す図である。本実施形態の動力工具に関して、スイッチレバーの引き操作量に応じて駆動モータの回転数と無段変速機構の変速比と出力回転数とをグラフで比較して示す図である。本実施形態の動力工具に関して、スイッチレバーの引き操作量を一定にした状態で負荷トルクの変化に伴う駆動モータの回転数と無段変速機構の変速比と出力回転数とをグラフで比較して示す図である。スイッチレバーを最大限に引き操作した状態で負荷トルクの変化に伴う駆動モータの回転数と無段変速機構の変速比と出力回転数とをグラフで比較して示す図である。駆動モータの電流値の変化に伴うモータ効率とモータ出力の変化をグラフで比較して示す図である。作業途中で無段変速機構の変速比が高速側から低速側に切り換えられた場合における無段変速機構の変速比と出力回転数をグラフで比較して示す図である。作業途中で無段変速機構の変速比が高速側から低速側に切り換わる途中でスイッチレバーの引き操作を解除した場合における無段変速機構の変速比と出力回転数をグラフで比較して示す図である。

次に、本発明の実施形態を図１〜図１３に基づいて説明する。以下説明する実施形態では、動力工具１の一例として充電式のドライバドリルを例示する。この動力工具１は、概ね円柱体形の工具本体部２と、工具本体部２の側部から側方へ突き出す状態に設けられたハンドル部３と、ハンドル部３の先端に装着されたバッテリパック４を備えている。
工具本体部２は、円筒形状の本体ハウジング５に、後ろ側から駆動モータ６と、無段変速機構（以下、「ＣＶＴ」と略記する）７と、ギヤ変速機構８と、スピンドル９を内装した構成を備えている。スピンドル９の先端には、先端刃具装着用のチャック１０が装備されている。駆動モータ６の回転出力は、ＣＶＴ７により無段階で変速され、さらにギヤ変速機構８により一定の減速比で減速されてスピンドル９に出力される。
ハンドル部３の基部付近に、使用者が把持した手の指先で引き操作するトリガ形式のスイッチレバー１１が配置されている。このスイッチレバー１１を引き操作すると、その後ろ側に内装したスイッチ本体１２がオンして駆動モータ６が起動する。スイッチ本体１２には、いわゆるバリアブルスイッチが用いられている。このため、スイッチレバー１１の引き操作量に応じて抵抗値が変化することにより、駆動モータ６への供給電流を変化させることができ、これにより駆動モータ６の出力回転数を任意に変速することができる。
駆動モータ６は、バッテリパック４を電源として起動する。このバッテリパック４は、ハンドル部３の先端から取り外して、別途用意した充電器で充電することにより繰り返し使用することができる。
ＣＶＴ７の前側（動力伝達経路の下流側）に配置されたギヤ変速機構８には、公知の遊星歯車機構が用いられている。駆動モータ６からスピンドル９に至る動力の伝達経路の詳細が図４及び図５に示されている。

このＣＶＴ７は、３点圧接式のトラクションドライブ機構で、一つのホルダ２４の周囲等分位置に支持した複数の遊星ローラ２０〜２０のそれぞれに、太陽ローラ２１と押圧ローラ２２と変速リング２６を圧接させた構成を備えている。
太陽ローラ２１は、駆動モータ６の出力軸６ａに取り付けられて一体で回転する。押圧ローラ２２は、太陽ローラ２１とは軸方向反対側（動力伝達経路の下流側、図４，５において右側）において各遊星ローラ２０の首部に圧接されている。
駆動モータ６の出力軸６ａと同軸に配置された中間軸３０上に、ホルダ２４と押圧ローラ２２と推力板３３と固定板３２が支持されている。押圧ローラ２２の後面にはボス部２２ａが設けられている。このボス部２２ａにホルダ２４が相対回転可能に支持されている。推力板３３と固定板３２との間に圧縮ばね３４が介装されている。また、推力板３３の前面に設けた周方向複数のカム溝と固定板３２の後面に設けた周方向複数のカム溝との間にそれぞれ一つの鋼球４１が挟み込まれている。圧縮ばね３４の付勢力と鋼球４１を経て付加されるトルク軸方向成分により、遊星ローラ２０に対する太陽ローラ２１と押圧ローラ２２と変速リング２６の各圧接力が発生する。
変速リング２６は、円環形状を有しており、その内周側に各遊星ローラ２０の円錐面２０ａが圧接されている。また、この変速リング２６は、本体ハウジング５に対して軸方向（図において左右方向）に一定の範囲で変位可能に支持されたリングホルダ２７の内面に沿って固定されている。リングホルダ２７の軸方向の移動により変速リング２６がスピンドル軸方向（図４，５において左右方向）に移動して、各遊星ローラ２０の円錐面２０ａに対する圧接位置が小径側と大径側との間で変位する。
なお、太陽ローラ２１の回転に伴う各遊星ローラ２０の自転による押圧ローラ２２の回転方向と、各遊星ローラ２０の変速リング２６に対する圧接状態による遊星ローラ２０〜２０の公転方向（押圧ローラ２２の回転方向）が逆方向であることから、図４に示すように各遊星ローラ２０に対して変速リング２６が小径側に変位すると、遊星ローラ２０〜２０の公転速度は小さくなる結果押圧ローラ２２の回転速度は大きくなって中間軸３０は高速回転する（小さな減速比）。逆に、図５に示すように各遊星ローラ２０に対して変速リング２６が大径側に変位すると、遊星ローラ２０〜２０の公転速度は大きくなる結果押圧ローラ２２の回転速度は小さくなって中間軸３０は低速回転する（大きな減速比）。このように、変速リング２６の各遊星ローラ２０に対する圧接位置が変化することにより中間軸３０が無段階で変速される。

中間軸３０の前部が、ギヤ変速機構８に接続されている。このギヤ変速機構８には、公知の遊星歯車機構が用いられている。このギヤ変速機構８により中間軸３０の回転速度が一定の減速比で減速されてスピンドル９に出力される。
前記したように変速リング２６は、リングホルダ２７の内周側に沿って固定されている。リングホルダ２７は、本体ハウジング５に設けられた変速スリーブ２３の回転により軸方向に変位する。リングホルダ２７の軸方向への変位により、変速リング２６が遊星ローラ２０の円錐面２０ａに対してその小径側と大径側との間で変位する。
ハンドル部３の基部付近には、変速モータ４０が内装されている。この変速モータ４０の出力軸に取り付けたピニオンギヤ４０ａは、変速スリーブ２３の外周面に設けたラックギヤ部２３ａに噛み合わされている。変速モータ４０が正転又は逆転すると、ピニオンギヤ４０ａとラックギヤ部２３ａの噛み合いを経て変速スリーブ２３が回転する。変速スリーブ２３の回転によりリングホルダ２７と変速リング２６が一体で軸方向に変位し、これにより各遊星ローラ２０の円錐面２０ａに対する当該変速リング２６の圧接位置が小径側へ変位して中間軸３０が高速化され、また大径側へ変位して中間軸３０が低速化される。

次に、図６に示すように本実施形態の動力工具１は、駆動モータ６の回転数とＣＶＴ７の変速比を制御するための動作制御手段Ｃ０を備えている。動作制御手段Ｃ０は、駆動モータ６の出力回転数を制御するための駆動モータ制御手段Ｃ１と、ＣＶＴ７の変速比を制御するための変速モータ制御手段Ｃ２を備えている。変速モータ制御手段Ｃ２により変速モータ４０の起動、停止のタイミング、回転方向及び回転数が制御されて、ＣＶＴ７の変速比が制御される。
また、動作制御手段Ｃ０は、動力工具１の様々な状態を検知するための状態検知手段を備えている。スイッチレバー１１の引き操作量は、スイッチ本体１２の可変抵抗値の変化に基づいて第１の状態検知手段Ｊ１により検知される。駆動モータ６に供給される電流値が第２の状態検知手段Ｊ２により検知される。駆動モータ６の電流値を検知することにより、作業中に先端工具に付加される負荷トルクを検知することができる。また、駆動モータ６の温度が第３の状態検知手段Ｊ３により検知される。さらに、第１〜第３の状態検知手段Ｊ１〜Ｊ３の出力信号は第４の状態検知手段Ｊ４に入力されて、これらの時間的変化が検知される。第１〜第４の状態検知手段Ｊ１〜Ｊ４により検知される当該動力工具１の各種の状態に関する情報が動作制御手段Ｃ０に入力される。
本実施形態の動力工具１は、作業内容やその進行状況等の要因によって様々に変化する当該動力工具１の状態が第１〜第４の状態検知手段Ｊ１〜Ｊ４により検知され、これに基づいて駆動モータ６の出力回転数が駆動モータ制御手段Ｃ１により制御され、ＣＶＴ７の変速比が変速モータ制御手段Ｃ２により制御される。なお、本実施形態では、例えばＣＶＴ７、中間軸３０あるいはスピンドル９等の駆動伝達系を構成する各部材の応力状態を検知する手段を省略した構成を例示する。従って、本実施形態では、第１〜第３の状態検知手段Ｊ１〜Ｊ３の時間的変化を検知する手段を第４の状態検知手段Ｊ４と称する。本実施形態における第４の状態検知手段Ｊ４が特許請求の範囲に記載した第５の状態検知手段に相当する。

図８には、スイッチレバー１１の引き操作量に対する駆動モータ６の回転数とＣＶＴ７の変速比と中間軸３０の回転数との関係が例示されている。スイッチレバー１１の引き操作量は、第１の状態検知手段Ｊ１でスイッチ本体１２の抵抗値を検知することにより検知される。スイッチレバー１１を引き操作していない初期状態Ｓ０では、駆動モータ６は停止しているため中間軸３０の出力回転数（右目盛り）はゼロになっている。また、ＣＶＴ７の変速比は１／４（Ｌ０）で低速側に初期設定されている。
スイッチレバー１１を引き操作し始めて引き操作量が小さい段階（Ｓ０〜Ｓ１）では、その引き操作量に応じて変化するスイッチ本体１２の抵抗値の変化により駆動モータ６の回転数がリニアに上昇して全速状態に至る。この間、変速モータ４０は起動せず、ＣＶＴ７の変速比は１／４（Ｌ０）に保持される。従って、中間軸３０は、駆動モータ６の回転数の１／４の回転数で同じくリニアに上昇する。
駆動モータ６の回転数が全速状態（Ｓ１）に至った後、引き続きスイッチレバー１１の引き操作量を増大すると（Ｓ１〜Ｓ３）、駆動モータ６は全速状態に保持される一方、変速モータ４０が起動して変速リング２６が各遊星ローラ２０の小径側に変位し始め、これによりＣＶＴ７の変速比が徐々に低下される（Ｌ０→Ｈｉ）。駆動モータ６の回転数が全速状態に保持される一方、ＣＶＴ７の変速比が低下するため、中間軸３０の出力回転数はスイッチレバー１１の引き操作量の増大に伴ってリニアに上昇していく。スイッチレバー１１を最大限に引き操作した全引き状態（Ｓ３）では、駆動モータ６が全速状態で、ＣＶＴ７の変速比が１／１（Ｈｉ）に至る結果、中間軸３０が駆動モータ６と同じ回転数で回転する。なお、スピンドル９及び先端刃具は、ギヤ減速機構８によりさらに減速された回転数で回転する。
このように、スイッチレバー１１の引き操作のみで、駆動モータ６の変速制御とＣＶＴ７の変速制御の双方がなされるため、当該スイッチレバー１１の操作のみで中間軸３０及びスピンドル９の幅広い出力回転数が得られる。また、スイッチレバー１１の引き始めでは、駆動モータ６の回転数を優先して上昇され、駆動モータ６の全速状態（高出力状態）においてＣＶＴ７による変速を行うことにより、当該動力工具１の効率化が図られるとともに駆動モータ６がオーバートルクによりロックしにくくなっている。

次に、図８のグラフに示すように、スイッチレバー１１の引き操作量を半引き状態Ｓ２に保持し、これによりＣＶＴ７の変速比を１／１．６７（約６０パーセント）に保持した状態では、駆動モータ６は全速回転し、従って中間軸３０は駆動モータ６の約６０パーセントの回転数で回転する。スイッチレバー１１を半引き状態Ｓ２に保持した状態で例えば孔明け作業を行った場合を想定する。この場合の、先端刃具及びスピンドル９を経て中間軸３０に負荷される外部トルク（負荷トルク）の変化に対する駆動モータ６の回転数制御の様子が図９に示されている。
図９のグラフに示すよう第２の状態検知手段Ｊ２により検知される中間軸３０の負荷トルクの増大により駆動モータ６の回転数がリニアに低下する（Ｓ２〜Ｔ１）。また、スイッチレバー１１の半引き状態Ｓ２では、変速モータ４０は起動せず、ＣＶＴ７の変速比は１／１．６７に保持される。従って、中間軸３０の回転数は、駆動モータ６の回転数の約６０パーセントの割合を保持しつつ同じくリニアに低下する。その結果、負荷トルクＴ１〜Ｔ２の範囲内で中間軸３０のオーバートルク耐性を高めることができるので、駆動モータ６のオーバートルクに対するロックを回避しつつ、使用者が作業しやすい比較的低速な回転数及び高いモータ出力で孔明け作業を行うことができる。高出力かつ低速回転でドリルビットを回転させることができるので、使用者は孔明け作業を慎重かつ確実に開始することができる。
このように、動作制御手段Ｃ０により、スイッチレバー１１の引き操作量（第１及び第４の状態検知手段Ｊ１，Ｊ４）に応じて駆動モータ６の回転数とＣＶＴ７の変速比がそれぞれ駆動モータ制御手段Ｃ１と変速モータ制御手段Ｃ２によって自動的かつ適切に制御される一方（図８）、スイッチレバー１１の引き操作量を全操作量の半分程度の半引き状態Ｓ２に固定した状態では制御モードが自動的に切り換わって作業中の負荷トルクの変動が第２及び第４の状態検知手段Ｊ２，Ｊ４によって検知され、これに基づいて駆動モータ６の回転数が駆動モータ制御手段Ｃ１により自動的かつ適切に制御されることにより、スイッチレバー１１の半引き作業での孔明け作業等を低速かつ高出力でモータロックを未然に回避しつつ慎重かつ確実に行うことができる（図９）。

次に、上記とは更に異なる作業状況における動作制御について説明する。図１０には、スイッチレバー１１の全引き状態（図８のＳ３）で作業を行った場合において、中間軸３０の負荷トルクの変動に対する駆動モータ６の回転数制御とＣＶＴ７の変速比制御の様子が示されている。
中間軸３０の負荷トルクの増大（Ｓ３〜Ｔ３）に伴って駆動モータ６の回転数が全速状態からリニアに低速化される。また、負荷トルクが小さい段階（Ｓ３〜Ｔ３）では、変速モータ４０が起動せず、ＣＶＴ７の変速比が１／１（Ｈｉ）に保持されるため、中間軸３０の回転数は駆動モータ６と同じ回転数で同じくリニアに低下していく。
中間軸３０の負荷トルクが一定値（Ｔ３）に達すると、変速モータ４０が起動して変速リング２６が各遊星ローラ２０の大径側へ変位し始め、これにより変速比が減速側（Ｈｉ→Ｌｏ）に上昇する。また、ＣＶＴ７の変速比が上昇し始めたＴ３時点で、駆動モータ６の回転数が全速よりもやや低いが比較的高い回転数に保持される。Ｔ３〜Ｔ４の段階では、駆動モータ６の回転数が比較的高い回転数に保持される一方、中間軸３０の負荷トルクの増大に伴って、ＣＶＴ７の変速比が１／１（Ｈｉ）→１／４（Ｌｏ）までリニアに増大される。負荷トルクがＴ４に至った段階で、ＣＶＴ７の変速比が最大１／４（Ｌｏ）になって中間軸３０の回転数が駆動モータ６の回転数の１／４に低速化される。このＴ４時点で、変速モータ４０が停止されて変速リング２６が大径側に保持され、これによりＣＶＴ７の変速比が最大の１／４（Ｌｏ）に保持される。中間軸３０の負荷トルクがさらに増大すると、駆動モータ６の回転数が低下し、これに伴って中間軸３０の回転数も低下する。

図１０に示すように中間軸３０の負荷トルクがＴ３〜Ｔ４の範囲では、駆動モータ６へ供給される電流値が第２の状態検知手段Ｊ２により検知され、これに基づいて変速モータ制御手段Ｃ２により変速モータ４０が制御されてＣＶＴ７の変速比が自動的に制御される。また、負荷トルクがＴ３〜Ｔ４の範囲では、駆動モータ制御手段Ｃ１により駆動モータ６の回転数が比較的高い回転数に保持される。駆動モータ６の回転数が高速側に保持され、ＣＶＴ７の変速比が負荷トルクの増大に伴って減速側に制御されることにより、駆動モータ６の効率が最良の状態に制御される。
図１１には、駆動モータ６へ供給される電流値とモータ効率（左目盛り）とモータ出力（右目盛り）の関係が示されている。図１１中、実線がモータ効率の変化を示し、破線がモータ出力の変化を示している。図中実線で示すように、駆動モータ６のモータ効率は、電流値の変化のうちの一定の範囲内（図１１中「Ｅ」で示す範囲内）でピークを示し、一定の電流値が供給される場合にモータ効率が最も高くなる。このモータ効率がピークとなる電流値を優先して変速モータ４０が制御されてＣＶＴ７の変速比が負荷トルクの変動に伴って制御される。このため、図１０に示すＴ３〜Ｔ４の範囲では、モータ効率を優先させたエコモードが実施される。
これに対して、図１１中破線で示すように駆動モータ６の出力のピーク（図１１中「Ｐ」で示す範囲）は、効率よりもより電流値が高い領域にずれている。このことから、駆動モータ６への電流値を第２の状態検知手段Ｊ２により検知し、この電流値が破線で示す出力ピークを維持させることを優先させてＣＶＴ７の変速比を制御することにより、モータ出力を優先させたパワーモードに切り換えて実施することができる。
中間軸３０の負荷トルクが図１０中Ｔ４で示す段階まで増大した時点でＣＶＴ７の変速比が最大の１／４（Ｌｏ）に保持される。従って、以後負荷トルクの増大に伴って駆動モータ６の回転数が低下し、また中間軸３０の回転数が低下する。作業終了により中間軸３０の負荷トルクが除去された時点で、ＣＶＴ７の変速比がそのまま初期値である１／４（Ｌｏ）に保持される。

以上説明したように、本実施形態の動作制御手段Ｃ０によれば、図８に示すようにスイッチレバー１１の引き操作量に応じて駆動モータ６とＣＶＴ７の双方の制御がなされる。例示した制御形態では、スイッチレバー１１の引き操作量が小さい段階（Ｓ０〜Ｓ１）ではモータ変速が優先され、引き操作量が大きい段階（Ｓ１〜Ｓ３）ではＣＶＴ変速が優先される。このため、使用者はスイッチレバー１１の操作のみで回転刃具の必要な回転数を容易に得ることができる。
さらに、図９に示すようにスイッチレバー１１を半引き状態Ｓ２に保持して作業を行う場合には、ＣＶＴ７の変速比を一定に保持して駆動モータ６の回転数を制御することによりオーバートルクに対するモータロックをしにくくすることができる。
スイッチレバー１１を引ききった全引き状態Ｓ３では、第２の状態検知手段Ｊ２によりモータ電流値を検知し、これに基づいてＣＶＴ７の変速比が制御されることにより、モータ効率を重視したエコモードと、モータ出力を重視したパワーモードとに自動的に切り換えることができる。
図１２には、動力工具１を用いて孔明け作業を行う場合に、作業の進行に伴う駆動モータ６の回転数とＣＶＴ７の変速比と中間軸３０の回転数との関係が示されている。図１２中（Ｓ０〜Ｓ３）の範囲は、図８に示したスイッチレバー１１の引き始めＳ０から引ききった全引き状態Ｓ３までの関係に一致している。また、図１２中（Ｓ３〜Ｔ３〜Ｔ４〜孔あけ完了）の範囲は、図１０に示したスイッチレバー１１の全引き状態Ｓ３での負荷トルクの変動に伴う関係に一致している。
先ず、スイッチレバー１１を引き操作していない初期状態（Ｓ０）では、中間軸３０及びスピンドル９は停止（回転数ゼロ）しており、ＣＶＴ７の変速比は１／４（Ｌｏ）に設定されている。
スイッチレバー１１を引き操作し始めた初期の状態（Ｓ０〜Ｓ１）では、変速モータ４０は起動せずＣＶＴ７の変速比は１／４（Ｌｏ）に保持される一方、駆動モータ６の回転数がスイッチレバー１１の引き操作量に応じて（第１の状態検知手段Ｊ１に基づいて）増大する。スイッチレバー１１の引き操作量を大きくしていくと、駆動モータ６が全速回転状態となったＳ１の時点で変速モータ４０が起動して変速リング２６が各遊星ローラ２０の小径側に変位し始め、これによりＣＶＴ７の変速比が１／４（Ｌｏ）から１／１（Ｈｉ）に向けて徐々に低下していく。このため、駆動モータ６が全速状態に維持されても中間軸３０の回転数は引き続き高速化していく。

スイッチレバー１１を引ききった全引き状態Ｓ３に至ると、変速モータ４０により変速リング２６が各遊星ローラ２０の小径側に変位し、その結果ＣＶＴ７の変速比が最小の１／１（Ｈｉ）に至る。また、この全引き状態Ｓ３で、駆動モータ６は全速回転し、中間軸３０は最高速度で回転する。以後、スイッチレバー１１を引ききった全引き状態Ｓ３で、孔明け作業が進行する段階では、ＣＶＴ７の変速比が１／１（Ｈｉ）に保持される一方、中間軸３０の負荷トルクの増大により駆動モータ６及び中間軸３０の回転数が低下する。第２の状態検知手段Ｊ２により駆動モータ６の電流値が検知され、これに基づいて中間軸３０の負荷トルクが一定値に達したことが間接的に検知された時点Ｔ３で制御モードがスイッチレバー１１の引き操作量に基づく制御形態から負荷トルクに基づく制御形態に自動的に切り換わる。このため、以後図１０に基づいて説明したように中間軸３０の負荷トルク（駆動モータ６の電流値）の増大に伴い、変速モータ４０が逆転側に起動して変速リング２６が各遊星ローラ２０の大径側に変位し始め、これによりＣＶＴ７の変速比が徐々に高められていく。一方、変速比の増大中は駆動モータ６の回転数が比較的高速側に保持される。このため、中間軸３０が低速化するものの、駆動モータ６の効率が最も高い状態（図１１のＥの範囲内）が維持されるようＣＶＴ７の変速比が制御される状態で孔明け作業を進行させることができる。負荷トルクの増大に伴い変速比が１／４（Ｌ０）に至ったＴ４時点で変速モータ４０が停止してＣＶＴ７の変速比が最大の１／４（Ｌ０）に保持される一方、駆動モータ６の回転数が徐々に低下し始める。このため、中間軸３０の回転数が低下して出力トルクが徐々に高められていく状態で孔明け作業が完了する。その後、スイッチレバー１１の引き操作を解除すると、駆動モータ６は停止し、従って中間軸３０及びスピンドル９が停止し、またＣＶＴ７が初期状態の変速比１／４（Ｌ０）に保持される。

以上の図１２に示す制御モードでは、中間軸３０の負荷トルクの増大が第２の検知手段Ｊ２により間接的に検知されてＣＶＴ７の変速比が最大の１／４（Ｌ０）まで変化し、その後さらに駆動モータ６の回転数を低下させることにより中間軸３０及びスピンドル９の出力トルクを孔明け完了まで高めていく制御形態となっている。これに対して、図１３には、中間軸３０の負荷トルクの上昇に伴ってＣＶＴ７の変速比を（Ｈｉ）から（Ｌ０）へ徐々に高めていく途中の段階Ｔ５で孔明け作業が完了した場合の制御形態が示されている。図１３においてＳ０〜Ｔ３までは図１２に示す制御形態と同様である。
ＣＶＴ７の変速比が徐々に高められていく途中の段階Ｔ５で孔明けが完了すると、スピンドル９の負荷トルクが短時間に低減することから、これが第２及び第４の状態検知手段Ｊ２，Ｊ４により検知される。Ｔ５の段階で孔明けが完了したことが検知されると、変速モータ４０の回転速度が上昇して変速リング２６が各遊星ローラ２０の大径側に変位して変速比が初期値の１／４（Ｌ０）に戻される。また、孔明けの完了により使用者がスイッチレバー１１の引き操作を解除してスイッチ本体１２がオフすると、Ｔ３〜Ｔ５の段階で一定回転数に保持されていた駆動モータ６の回転数が停止され、従って中間軸３０及びスピンドル９が停止される。

以上のように構成した本実施形態の動力工具１によれば、駆動モータ６の回転数と無段変速機構７の変速比を制御するための動作制御手段Ｃ０を備えており、この動作制御手段Ｃ０は、第１〜第４の状態検知手段Ｊ１〜Ｊ４を有し、これらの状態検知手段Ｊ１〜Ｊ４により検知される、操作部材としてのスイッチレバー１１の引き操作量、駆動モータ６の電流値や温度、スピンドル９の回転数や出力トルク等の当該動力工具１の状態、あるいはこれらの各状態の時間的変化が第４の状態検知手段Ｊ４により検知され、これに基づいて駆動モータ６の回転数と無段変速機構７の変速比の一方又は双方が適切に制御される。このことから、本実施形態の動力工具１によれば、作業状況に応じて駆動モータ６の回転数と無段変速機構７の変速比が自動的に適切かつ高い再現性で制御されて、作業の効率化及び均質化を図ることができる。
また、動作制御手段Ｃ０は、駆動モータ６の回転数と無段変速機構７の変速比に関して、駆動モータ６の効率を優先させたエコモードと、出力を優先させたパワーモードの二つの制御パターンを有し、第１〜第４の状態検知手段Ｊ１〜Ｊ４により検知される当該動力工具１の状態に基づいてこの二つの制御パターンのうち一つの制御パターンを選択して駆動モータ６の回転数と無段変速機構７の変速比を制御する構成を備えることから、当該動力工具１の状態に基づいて自動的にモード切り換えがなされて最適な制御パターンにより駆動モータ６の回転数と無段変速機構７の変速比が制御され、係るモード切り換え制御を使用者が代わっても再現性よく繰り返すことができる。

以上説明した実施形態には種々変更を加えることができる。例えば、状態検知手段として、スイッチレバー１１の引き操作量を検知する第１の状態検知手段Ｊ１と、駆動モータ６に供給される電流値（負荷トルク）を検知する第２の状態検知手段Ｊ２と、駆動モータ６の温度を検知する第３の状態検知手段Ｊ３と、これらの時間的変化を検知する第４の状態検知手段Ｊ４を備える構成を例示したが、当該動力工具１の状態を検知する手段としては適宜増減することができる。例えば、これらの状態検知手段Ｊ１〜Ｊ４に代えて、若しくは加えて、操作部材１１の引き操作力（押圧力）を検知する状態検知手段、駆動モータ６の回転数を検知する状態検知手段、スピンドル９の回転数や負荷トルクを検知する状態検知手段を備える構成としてもよい。さらには、駆動モータ６の回転方向を切り換える正転逆転切り換え操作部材の切り換え状態を検知する状態検知手段を備えて、駆動モータ６の回転方向の違いによってその回転数若しくはＣＶＴ７の変速比について異なる制御形態をとる構成としてもよい。
また、ＣＶＴ７、中間軸３０あるいはスピンドル９等であって、回転力の伝達に伴って変化する駆動伝達系の応力状態を検知する手段、例えば歪みゲージやロードセルを用いて部材の変形量や圧力を検知する等して、これら各種部材の応力状態を加味して動作制御する構成としてもよい。
さらに、電流値や温度は、例えばバッテリパック４について検知し、あるいはモータハウジングや軸受け等の負荷やモータ温度に比例して温度が変化する部材について検知する構成としてもよい。
また、ギヤ噛み合い式のギヤ変速機構８を備えない動力工具についても同様に適用することができる。
さらに、動力工具１として充電式のドライバドリルを例示したが、ディスクグラインダや切断機等のその他の電動工具、あるいは駆動源として電動モータに代えてエアモータを用いるエア工具であってトラクションドライブ式のＣＶＴを備える場合についても同様に適用することができる。エア工具の場合は、供給する圧縮エアの圧力を状態検知手段に代えることができる。

１…動力工具（充電式ドライバドリル）
２…工具本体部
３…ハンドル部
４…バッテリパック
５…本体ハウジング
６…駆動モータ、６ａ…出力軸
７…無段変速機構（トラクションドライブ機構）
８…ギヤ変速機構（遊星歯車列）
９…スピンドル
１０…チャック
１１…スイッチレバー
１２…スイッチ本体
２０…遊星ローラ、２０ａ…円錐面
２１…太陽ローラ
２２…押圧ローラ、２２ａ…ボス部
２３…変速スリーブ
２４…ホルダ
２６…変速リング
２７…リングホルダ
３０…中間軸
３２…固定板
３３…推力板
３４…圧縮ばね
４０…変速モータ、４０ａ…ピニオンギヤ
４１…鋼球
Ｃ０…動力制御手段
Ｃ１…駆動モータ制御手段
Ｃ２…変速モータ制御手段
Ｊ１…第１の状態検知手段（スイッチレバー操作量）
Ｊ２…第２の状態検知手段（モータ電流値）
Ｊ３…第３の状態検知手段（モータ温度）
Ｊ４…第４の状態検知手段（状態の時間的変化）

Claims

駆動モータの回転出力を無段変速機構を介して変速して、先端工具を取り付けたスピンドルに出力する動力工具であって、
前記駆動モータの回転数と前記無段変速機構の変速比を制御するための動作制御手段を備えており、
該動作制御手段は、少なくとも一つの状態検知手段を有し、かつ前記駆動モータの回転数と前記無段変速機の変速比に関して複数の制御パターンを有し、前記状態検知手段により検知される当該動力工具の状態に基づいて前記スピンドルの回転数が決定され、該スピンドルの回転数を目標値として、前記複数の制御パターンのうち一つの制御パターンを選択し、該選択された制御パターンにより前記駆動モータの回転数と前記無段変速機の変速比を制御する構成とした動力工具。
請求項１記載の動力工具であって、前記動作制御手段は、複数の異なる状態検知手段を有する動力工具。
請求項２記載の動力工具であって、前記複数の異なる状態検知手段として、使用者の操作状態を検知する手段と、該使用者の操作に伴い変化する工具本体部の状態を検知する手段を備え、前記使用者の操作状態に基づいて前記駆動モータの回転数及び／又は前記無段変速機の変速比が制御されて前記工具本体部の状態が予め定めた最適状態に制御される動力工具。
請求項１〜３の何れか１項に記載した動力工具であって、前記動作制御手段は、前記駆動モータを起動させるための操作部材の操作状態を検知する第１の状態検知手段と、電流値を検知する第２の状態検知手段と、温度を検知する第３の状態検知手段と、駆動伝達系の応力状態を検知する第４の状態検知手段と、これら第１〜第４の状態検知手段の時間的変化を検知する第５の状態検知手段のうち、少なくとも二つの状態検知手段を有する動力工具。
請求項１〜４の何れか１項に記載した動力工具であって、前記複数の制御パターンの一つは、前記駆動モータの効率を最適化する制御形態を有し、他の一つは前記駆動モータの出力を最適化する制御形態を有する動力工具。