JP5899471B2 - 電動工具 - Google Patents

Description

本発明は、補助ハンドルを用いる電動工具に関するものである。

従来、電動工具には、例えば特許文献１に示すように、モータの回転動力を減速して伝達する動力伝達部を制御部により制御し、減速比を負荷トルクに応じて自動で変更する自動変速を行うものがある。このような電動工具では特に、高速低トルクから低速高トルクに自動変速が行われる際に電動工具を把持する使用者の手に大きな反動が伝わる。そのため、こういった電動工具等においては、例えば特許文献２に示すように、電動工具本体に対して補助ハンドルを備えて、使用者が電動工具本体の把持部と補助ハンドルとを両手でしっかりと把持できる構成としたものもある。

特開２０１０−０４６７５０号公報 特開２００９−２３３７７３号公報

しかしながら、上記したような電動工具では、電動工具本体の把持部と補助ハンドルとを両手で把持することを前提として出力トルクの最大値の設定がされている。そのため、補助ハンドルを使用しないで使用者が片手で電動工具を把持して作業した場合に電動工具の出力トルクが使用者の想定よりも急増するようなこと等があると、電動工具からの反動により使用者の手が振られ、作業が安定して行えない場合があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、補助ハンドルを使用しない場合でも、使用者の作業の安定性を図ることができる電動工具を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の電動工具は、モータと、前記モータの回転動力を減速して出力軸に伝達するとともにその減速比が変更可能に構成された動力伝達部と、前記出力軸に加わる負荷トルクを検出するトルク検出部と、前記モータの制御とともに前記検出した負荷トルクに応じて前記動力伝達部の減速比を変更する制御を行う制御部とを備える電動工具本体に対し、前記電動工具本体を保持するための補助ハンドルを備えた電動工具であって、前記補助ハンドルの使用者による把持を検出する把持検出部を備え、前記制御部は、前記把持検出部にて前記使用者が前記補助ハンドルを把持していないことを検出した場合には、前記動力伝達部における所定高トルク側への減速比の変更を禁止して出力トルクの制限を行う。

また上記構成において、前記動力伝達部は、複数の減速段を備えるものであり、前記制御部は、前記把持検出部にて前記使用者が前記補助ハンドルを把持していないことを検出した場合に、所定高トルクが出力可能な減速段への変更を禁止するのが好ましい。

また上記構成において、前記補助ハンドルは前記電動工具本体に対して着脱可能であり、その補助ハンドルが前記電動工具本体に装着されているかを検出する着脱検出部を備え、前記制御部は、前記着脱検出部にて前記補助ハンドルが前記電動工具本体に装着されていることを検出した場合に前記補助ハンドルの使用者による把持の有無を条件とし、前記出力トルクの制限を行うのが好ましい。

本発明によれば、補助ハンドルを使用しない場合でも、使用者の作業の安定性を図ることができる電動工具を提供することができる。

実施形態における電動工具を示す斜視図。 動力伝達部を示す構成図。 補助ハンドルを取り外した状態の電動工具を示す斜視図。 電動工具の電気的接続を説明するためのブロック図。 電動工具の出力軸の回転数とトルクとの関係を示す特性図。 別例における補助ハンドルを取り外した状態の電動工具を示す斜視図。 別例における補助ハンドルを取り外した状態の電動工具を示す斜視図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の電動工具１０は、例えばドリルドライバーとして使用される工具であり、電動工具本体１１と、電動工具本体１１に対して着脱可能な補助ハンドル１２とを有している。電動工具本体１１は、略円筒状の胴部２１と、胴部２１の長手方向途中から下方に延出形成された把持部２２とで構成される略Ｔ字状の本体ケース２３を有している。また、電動工具本体１１は、本体ケース２３に対して着脱可能な電池パック２４を有している。なお、本実施形態では、胴部２１の長手方向を前後方向、把持部２２の略延出方向で前記前後方向と直交した方向を上下方向、前後及び上下方向と直交する方向を左右方向として説明する。

図２に示すように、本体ケース２３の胴部２１には、長手方向の後方側の位置に電動モータ２５が収容され、その前方側にモータ２５の回転動力を減速する動力伝達部２７が収容されている。電動工具本体１１の前方端部に設けられるチャック２６は、ドライバ用先端工具（図示略）が着脱可能に構成され、動力伝達部２７の出力が伝達されるチャック２６内の出力軸３３（図２参照）と工具とが駆動連結できるようになっている。

動力伝達部２７は、減速機構４１とクラッチ機構２８とを有している。減速機構４１は、３段（モータ２５側から順に１，２，３段）の減速機構４１ａ，４１ｂ，４１ｃを有する遊星歯車機構にて構成されている。モータ２５の回転軸２５ａには、１段目の第１減速機構４１ａの第１太陽ギア４２ａが一体回転可能に設けられている。第１減速機構４１ａは、第１太陽ギア４２ａの周囲に配置されて噛合される複数の第１遊星ギア４３ａと、第１遊星ギア４３ａと噛合される第１リングギア４４ａと、第１遊星ギア４３ａを回転可能に支持する第１伝達ギア４５ａとを有している。第１リングギア４４ａは、ケース２３に対して固定されており、回転軸２５ａの軸線回りに回転不能で軸方向に対する移動が規制されている。第１遊星ギア４３ａは、回転軸２５ａの回転にともなって自身が回転しながら第１太陽ギア４２ａの周囲を周回する。

第１伝達ギア４５ａの前面には、２段目の第２減速機構４１ｂの第２太陽ギア４２ｂが一体的に設けられている。第２減速機構４１ｂは、第２太陽ギア４２ｂの周囲に配置されて噛合される複数の第２遊星ギア４３ｂと、第２遊星ギア４３ｂと噛合される第２リングギア４４ｂと、第２遊星ギア４３ｂを回転可能に支持する第２伝達ギア４５ｂとを有している。

第２伝達ギア４５ｂの前面には、３段目の第３減速機構４１ｃの第３太陽ギア４２ｃが一体的に設けられている。第３太陽ギア４２ｃには、ケース２３内に遊転自在に設けられる第３リングギア４４ｃとの間に、複数の第３遊星ギア４３ｃが噛合されている。第３遊星ギア４３ｃは、回転軸２５ａと同軸上に配置される第３伝達ギア４５ｃに回転可能に支持されている。第３伝達ギア４５ｃは、クラッチ機構２８を介して出力軸３３と駆動連結されている。出力軸３３は、ケース２３に設けられた軸受３４等により回転可能に支持され、チャック２６にて装着された先端工具に駆動力を伝達する。

また、上記した第２リングギア４４ｂは、軸方向に所定範囲内で移動可能となるようにケース２３に対して保持されている。第２リングギア４４ｂは、ケース２３内に設けられた変速用アクチュエータ２９の出力部３１と駆動連結されている。変速用アクチュエータ２９は、例えばモータアクチュエータであり、出力部３１の動作にて第２リングギア４４ｂの位置を変更する。

変速用アクチュエータ２９により第２リングギア４４ｂが前方（出力軸３３側）に移動すると、第２リングギア４４ｂがケース２３内に設けられた係合部３２と係合し回転不能になる。つまり、第２減速機構４１ｂが機能し、モータ２５の回転動力が第１〜第３減速機構４１ａ〜４１ｃにて減速されて出力軸３３側に伝達される。

これに対し、第２リングギア４４ｂが後方（モータ２５側）に移動すると、第２リングギア４４ｂが係合部３２との係合が解除されて回転可能になるとともに、第１伝達ギア４５ａと噛合される。つまり、第２減速機構４１ｂは第２リングギア４４ｂを含めた全体が一体回転して自身が減速機構として機能しなくなり、モータ２５の回転動力が第１及び第３減速機構４１ａ，４１ｃのみで減速されて出力軸３３側に伝達される。このように、第２リングギア４４ｂの位置が変更されることで、減速機構４１の減速段が第２減速機構４１ｂの機能する低速高トルク駆動（Ｌギア）側と、第２減速機構４１ｂの機能しない高速低トルク駆動（Ｈギア）側とに変更されるようになっている。

また、第３リングギア４４ｃについては、クラッチ機構２８のクラッチばね２８ａによる付勢でボール３５が係止することにより、自身の回転規制が行われている。つまり、第３リングギア４４ｃにかかる負荷トルクがクラッチばね２８ａにて付勢されるボール３５と第３リングギア４４ｃとの間の係合力よりも低い状態では、減速機構４１の出力が出力軸３３側に伝達される。

これに対し、第３リングギア４４ｃにかかる負荷トルクがクラッチばね２８ａにて付勢されるボール３５と第３リングギア４４ｃとの間の係合力よりも高くなると、第３リングギア４４ｃがクラッチばね２８ａに抗してボール３５を押し戻して空転する。つまり、第３リングギア４４ｃが空転することで減速機構４１の出力が出力軸３３側に伝達されなくなり、出力トルクの機械的な制限がされるようになっている。なお、この出力トルクの機械的な制限は、後述する制御部７１（図４参照）による制御的な出力トルクの制限値よりも十分に高い値に設定されている。

図１に示すように、本体ケース２３の胴部２１の上面には、減速機構４１の減速段を所定変速段のいずれかに固定するか、自動変速を行うかを切り換えるための変速切換スイッチ３６が設けられている。変速切換スイッチ３６は、例えばスライドスイッチであり、その位置を前後方向にスライドさせることで、高速低トルク駆動（Ｈギア）、低速高トルク駆動（Ｌギア）、自動変速（ＡＵＴＯ）の三つの駆動モードに切り換えるスイッチである。また、胴部２１の把持部２２との接続部分近傍には、モータ２５の回転方向を切り換える回転方向切換スイッチ３７が設けられている。回転方向切換スイッチ３７は、例えば、モータ２５を正転、逆転、停止させる三つの状態に切換可能に構成されている。把持部２２には、トリガスイッチ３８が例えばバネによって付勢された状態で把持部２２から前方に突出している。把持部２２の下端には、前方に突出する電池パック装着部２２ａが形成され、この電池パック装着部２２ａには電池パック２４が装着されている。また、電池パック装着部２２ａには、モータ２５を含み電動工具１０の統括的な制御を行う制御部７１（図４参照）が収容されている。

次に、補助ハンドル１２について説明する。
図１に示すように、補助ハンドル１２は、電動工具本体１１の胴部２１に装着される取付部５１と、使用者が把持するためのハンドル部５２とで構成されている。補助ハンドル１２は、電動工具本体１１の胴部２１の若干前方側の位置にその取付部５１が胴部２１に対して取り付けられ、ハンドル部５２が例えば左側に突出するようにして装着される。補助ハンドル１２は、取付部５１による胴部２１への装着が着脱可能で取付位置の変更が可能なため、ハンドル部５２を電動工具本体１１の右側に突出するように装着することもできる。

図３に示すように、電動工具本体１１の胴部２１には、補助ハンドル１２の取付部５１を装着するためのハンドル取付部６１が設けられている。ハンドル取付部６１は、取付部５１の形状に応じて胴部２１の外周面が凹設されている。ハンドル取付部６１には、胴部２１の外周面に沿って形成された一対の電源端子６２が設けられている。また、ハンドル取付部６１には、前後方向における電源端子６２の間に胴部２１の外周面に沿って形成された信号端子６３が設けられている。

補助ハンドル１２の取付部５１は、略円柱状に形成された締付け部５３と、締付け部５３の側面から延設された円環部５４とを有している。円環部５４は、締付け部５３の軸方向と直交方向に形成された略環状をなしている。取付部５１には、締付け部５３及び円環部５４に跨ってスリット５７が設けられ、締付け部５３の軸方向においてスリット５７の間隔が変更、即ち円環部５４の直径（内径）が変更できるようになっている。また、円環部５４の内周面には、ハンドル取付部６１の電源端子６２と接続される一対の電源端子５５と、信号端子６３と接続される信号端子５６が設けられている。

ハンドル部５２は、締付け部５３の軸方向に沿って延出形成され、使用者の手で把持し易い細長略円筒状をなしている。ハンドル部５２の基端側（取付部５１側）にはフランジ部５２ａが設けられている。ハンドル部５２内には、外部からの圧力、例えば使用者がハンドル部５２を把持した把持力に応じた検出信号を出力する圧力センサ５８が設けられている。圧力センサ５８は、配線５９を介して円環部５４の電源端子５５及び信号端子５６に接続されている。

また、補助ハンドル１２は、締付け部５３及びハンドル部５２内に軸方向に挿通されるボルト（図示略）が設けられ、スリット５７で分けられた両側部分がこのボルトにより連結されている。例えばハンドル部５２を回転させると、それと連れ回りするボルトの作用により、スリット５７の間隔が変更できるようになっている。

補助ハンドル１２の取り付けに際し、取付部５１の円環部５４が電動工具本体１１の胴部２１の先端側からハンドル取付部６１まで挿通できるように、スリット５７の間隔、即ち円環部５４の直径が一旦大きくされる。そして、取付部５１の円環部５４がハンドル取付部６１上に配置された所でスリット５７の間隔を小さくする締め付けを行うことで、補助ハンドル１２が電動工具本体１１に固定される。またこの固定に伴い、補助ハンドル１２側の電源端子５５及び信号端子５６と、工具本体１１側のハンドル取付部６１の電源端子６２及び信号端子６３とが接続されるようになっている。

次に、電動工具１０の電気的接続について説明する。
図４に示すように、電動工具本体１１の出力制御を行う制御部７１には、電池パック２４（図４では省略）から電力が供給されるとともに、変速切換スイッチ３６、回転方向切換スイッチ３７、及びトリガスイッチ３８の各種スイッチからの信号が入力される。変速切換スイッチ３６について、制御部７１は、その変速切換スイッチ３６よるＨギア、Ｌギア、自動変速（ＡＵＴＯ）の選択に基づいて変速用アクチュエータ２９の制御を行う。回転方向切換スイッチ３７について、制御部７１は、その回転方向切換スイッチ３７によるモータ２５の正転、逆転、停止の選択に基づいてモータ２５の回転方向の切換及び停止を行う。トリガスイッチ３８について、このトリガスイッチ３８は引込量に応じた信号を出力し、制御部７１は、その引込量に応じた出力制御を行う。

また、制御部７１には、電流検出部７２からモータ２５に供給する駆動電流に対応した検出信号が入力される。制御部７１は、電流検出部７２からの検出信号に基づいて出力軸３３に加わる負荷トルクを検出する。制御部７１は、前述のトリガスイッチ３８の引込量及び検出した負荷トルクに基づいて、モータ２５及び自動変速（ＡＵＴＯ）が選択されている場合に変速用アクチュエータ２９（自動変速）の制御を行い、その両者で出力制御を行う。

更に、制御部７１は、補助ハンドル１２側の端子５５，５６と電動工具本体１１側の端子６２，６３との接続によって、補助ハンドル１２が電動工具本体１１に対して装着しているかの判定を行っている。補助ハンドル１２の装着状態において、制御部７１には、補助ハンドル１２に設けた圧力センサ５８から補助ハンドル１２（ハンドル部５２）に作用する圧力値に応じた検出信号が入力される。制御部７１は、補助ハンドル１２（ハンドル部５２）に作用する圧力値に対応する検出信号に基づいて、使用者が補助ハンドル１２を把持しているか否かの検出を行っている。そして、使用者が補助ハンドル１２を把持していることを検出した場合には、制御部７１は、モータ２５及び変速用アクチュエータ２９を通常通りに制御する。これに対し、使用者が補助ハンドル１２を把持していないことを検出した場合、制御部７１は、変速用アクチュエータ２９を高速低トルク（Ｈギア）側に保持し、高トルクが出力されないように電動工具１０の出力トルクの制限を行っている。

次に、電動工具１０の動作（作用）について説明する。
図５に電動工具１０の出力特性を示すように、高速低トルク駆動のＨギアで動作している場合は直線８１上をその出力値が変化し、低速高トルク駆動のＬギアで動作している場合は直線８２上をその出力値が変化する。つまり、高速低トルク駆動（Ｈギア）の場合では、制御部７１により減速機構４１の態様がＨギアに変更されて保持され、モータ２５の駆動により直線８１上の出力値が出力される。低速高トルク駆動（Ｌギア）の場合では、制御部７１により減速機構４１の態様がＬギアに変更されて保持され、モータ２５の駆動により直線８２上の出力値が出力される。また、自動変速（ＡＵＴＯ）の場合、駆動開始時は減速機構４１の態様がＨギアとされ、高速低トルクの直線８１上の出力値が出力される。負荷トルクが「Ｔ１」に到達すると、減速機構４１の態様がＬギアに変更され、低速高トルクの直線８２上の出力値が出力されるように自動変速が行われる。

また、自動変速モードにおいては、電動工具１０の動作中に補助ハンドル１２（ハンドル部５２）を使用者が把持しているかが制御部７１にて検出（判定）される。補助ハンドル１２の使用者による把持が検出されると、制御部７１による通常の自動変速が行われる。これに対し、補助ハンドル１２が使用者にて把持されていないと検出された場合、例えば電動工具１０をその工具本体１１の把持部２２のみにより支持して作業を行うような状況であると判断し、駆動開始時の高速低トルク駆動（Ｈギア）のまま保持される。つまり、負荷トルクが「Ｔ１」を超えて高トルクを要求するような状況であっても、低速高トルク駆動（Ｌギア）側への変速が禁止される。

つまり、減速機構４１をＨギアからＬギアに切り換えた時には電動工具１０の出力トルクが急増するため、使用者がそれを十分に想定していないと、その切換時や切換以降の電動工具１０からの反動が大きく、支持した手が振られてしまう。特に電動工具１０を片手で支持する場合では、電動工具１０からの反動に対応できない可能性が高い。そのため、トリガスイッチ３８の操作中に補助ハンドル１２が使用者にて把持されていないと、減速機構４１でのＨギアからＬギア側への切り換えが禁止され、出力トルクが制限されるようになっている。なお、ＬギアからＨギア側への切り換え、即ち出力トルクが小さくなる側への切り換えは、補助ハンドル１２（ハンドル部５２）の把持の有無に関係なく行われる。

この実施形態は、以下の効果を奏する。
（１）補助ハンドル１２に圧力センサ５８を備え、補助ハンドル１２の使用者による把持が制御部７１にて検出される。制御部７１は、使用者が補助ハンドル１２を把持していないことを検出した場合には、動力伝達部２７の減速機構４１における低速高トルク駆動（Ｌギア）側への減速比の変更を禁止し、電動工具１０の出力トルクの制限が行われる。つまり、減速機構４１をＨギアからＬギアに切り換えた時には電動工具１０の出力トルクが急増するため、使用者がそれを十分に想定していないと、その切換時や切換以降の電動工具１０からの反動は大きく、支持した手が振られる。電動工具１０の片手支持の場合では特に、Ｌギア側への切り換えによる電動工具１０からの反動に対応できない可能性が高いため、電動工具１０の動作中に補助ハンドル１２が使用者にて把持されていないと、Ｌギア側への切り換えが禁止される。このように、補助ハンドル１２を使用しない場合に使用者の支持状況を踏まえて電動工具１０の出力トルクの制限を行うようにしたことで、使用者の作業の安定性を図ることができる。

（２）変速段が２段構成の減速機構４１（動力伝達部２７）に適用、即ちＨギアからＬギアへの切換時の出力トルク変動が大きい本実施形態に上記の制御を適用する意義は大きい。

（３）補助ハンドル１２は電動工具本体１１に対して着脱可能であり、その補助ハンドル１２が電動工具本体１１に装着されているかが端子５５，５６及び端子６２，６３の相互の接続の有無にて検出される。制御部７１は、その着脱検出にて補助ハンドル１２が電動工具本体１１に装着されていることを検出した場合に、補助ハンドル１２の使用者による把持検出が行われる。これにより、補助ハンドル１２の把持検出をより確実に行うことができる。

なお、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、補助ハンドル１２の把持検出に圧力センサ５８を用いたが、これに限定されない。

例えば図６に示すように、補助ハンドル１２のハンドル部５２の表面に押圧スイッチ９１を設け、使用者の把持に伴いスイッチ９１を押圧する構成としてもよい。この場合、制御部７１は、押圧スイッチ９１からのオン・オフ信号に基づいて補助ハンドル１２の使用者による把持の有無を検出する。

また例えば図７に示すように、補助ハンドル１２のハンドル部５２内に温度センサ９２を設け、使用者の把持等に伴う温度変化を検出する構成としてもよい。この場合、制御部７１は、温度センサ９２からの温度検出信号に基づいて補助ハンドル１２の使用者による把持の有無を検出する。

・上記実施形態では、動力伝達部２７の減速機構４１の変速段が２段構成であったが、３段以上、更には無段階変速のものに適用してもよい。この場合、２段、３段と変速段数が少ないほどその切換時に出力トルクの変動が大きいため、効果は大である。

・上記実施形態では、駆動源に電動モータ２５を用いたが、空気等の流体にて動作するモータであってもよい。
・上記実施形態では、電動工具１０としてドリルドライバーに適用したが、変速を伴う他の電動工具に適用してもよい。

１０…電動工具、１１…電動工具本体、１２…補助ハンドル、２５…モータ、２７…動力伝達部、３３…出力軸、４１…減速機構（動力伝達部）、５８…圧力センサ（把持検出部）、７１…制御部（トルク検出部、把持検出部、着脱検出部）、７２…電流検出部（トルク検出部）、９１…押圧スイッチ（把持検出部）、９２…温度センサ（把持検出部）、Ｔ，Ｔ１…トルク。

Claims (3)

1. モータと、前記モータの回転動力を減速して出力軸に伝達するとともにその減速比が変更可能に構成された動力伝達部と、前記出力軸に加わる負荷トルクを検出するトルク検出部と、前記モータの制御とともに前記検出した負荷トルクに応じて前記動力伝達部の減速比を変更する制御を行う制御部とを備える電動工具本体に対し、前記電動工具本体を保持するための補助ハンドルを備えた電動工具であって、
   前記補助ハンドルの使用者による把持を検出する把持検出部を備え、
   前記制御部は、前記把持検出部にて前記使用者が前記補助ハンドルを把持していないことを検出した場合には、前記動力伝達部における所定高トルク側への減速比の変更を禁止して出力トルクの制限を行うことを特徴とする電動工具。
2. 請求項１に記載の電動工具において、
   前記動力伝達部は、複数の減速段を備えるものであり、
   前記制御部は、前記把持検出部にて前記使用者が前記補助ハンドルを把持していないことを検出した場合に、所定高トルクが出力可能な減速段への変更を禁止することを特徴とする電動工具。
3. 請求項１又は２に記載の電動工具において、
   前記補助ハンドルは前記電動工具本体に対して着脱可能であり、その補助ハンドルが前記電動工具本体に装着されているかを検出する着脱検出部を備え、
   前記制御部は、前記着脱検出部にて前記補助ハンドルが前記電動工具本体に装着されていることを検出した場合に前記補助ハンドルの使用者による把持の有無を条件とし、前記出力トルクの制限を行うことを特徴とする電動工具。