JP5979370B2

JP5979370B2 - 電動工具

Info

Publication number: JP5979370B2
Application number: JP2012228473A
Authority: JP
Inventors: 清水　康雄; 康雄清水; 古田土　誠一; 誠一古田土; 祥吾柴田
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2012-10-15
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2032-10-15
Also published as: JP2014079186A

Description

本発明は、庭木や生垣の刈り込みに用いられるヘッジトリマ（刈込機）等の電動工具に関する。

従来のヘッジトリマは、動力源の回転を歯車で減速し、その歯車と一体に回転する偏芯カムにより、ヘッジトリマ本体に取り付けられたブレードアッセンブリの一対になった２つのブレードを往復動に変換し刈り込み作業を行っている。この変換機構部となる偏芯カムは、円形板状の２つの部材の中心が偏芯カム回転軸芯を挟み同一線上にあり、回転軸周辺部で上下に重なって一体となっている。一方、２つのブレードの一端には長径がブレードの長手方向と直交するように嵌合長穴がそれぞれ設けられている。ブレードの嵌合長穴内側に偏芯カムを取り付けた時、偏芯カムの上下円形部外側面と上下に重なったブレード嵌合長穴内側面が嵌合し、偏芯カムが回転すると上ブレードが前進する時は下ブレードは後退するように、上下のブレードは１８０°位相がずれて往復運動する。

上述の偏芯カムを用いたヘッジトリマとして、下記特許文献１がある。

特開２０１２−１０６６５号公報

上記の構成からなる従来のヘッジトリマは、回転動力源と、減速機構部と、減速機構部材と同軸上で一体となって回転する変換機構部となる偏芯カムと、これらを収納するケーシングと、ブレードアッセンブリを備えている。偏芯カムは、略円形板状の２つの部材の中心が偏芯カム回転軸芯を中心に同一線上にあり、回転軸部で上下に重なって一体となっている。一方、２つのブレードの一端には長径がブレードの長手方向と直交するように嵌合長穴がそれぞれ設けられており、ブレードの嵌合長穴内側面と偏芯カム略円形部外側面が嵌合し、偏芯カムが回転すると、偏芯カム回転軸芯と偏芯カム外側面の距離の変化によりブレードは往復運動する。この時ブレードの慣性により反力が発生する。一対のブレードの運動方向は位相が１８０°ずれているため常に逆方向に向かって運動しており反力は打ち消し合うが、偏芯カムの真円度、同軸度、ブレードの長穴の精度により嵌合部の隙間(ガタ)を無くすことは出来ない。例えば１分間に1,８００回往復するような高速で運動する時、この隙間(ガタ)を有する偏芯カムが高速回転するため作業者に振動となって伝わり不快に感じる。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、動作時の振動、騒音を低減可能な電動工具を提供することにある。

本発明のある態様は電動工具である。この電動工具は、ケーシングと、前記ケーシング内に収容されている電動モータと、前記電動モータの回転運動を減速された直線運動に変換する減速伝動機構と、前記ケーシングから延出し、前記減速伝動機構を介して直線運動を行う可動部と、前記電動モータの回転方向を周期的に切り替える制御部とを備えることを特徴とする。

前記態様において、前記減速伝動機構は、前記電動モータで回転駆動されるピニオンギヤと、前記可動部側に設けられて前記ピニオンギヤと噛み合うラックギヤとを有するとよい。

前記態様において、前記電動モータの回転速度は、前記ピニオンギヤが前記ラックギヤの中央部に位置するときよりも端部に位置するときに低くなるように前記制御部で制御されるとよい。

前記態様において、前記可動部が、前記ケーシングから延出した一対のブレードの少なくとも一方であるとよい。

前記態様において、前記一対のブレードと、前記ケーシングに固定されていて、前記一対のブレードを摺動自在に保持するブレードガイドとをブレードアッセンブリは有し、前記ピニオンギヤは前記ブレードアッセンブリの長手方向に直交して配置され、前記ラックギヤは前記ブレードの摺動方向と同一方向となるように前記ブレード端部に固定されている構成であるとよい。

前記態様において、前記電動モータがブラシレスモータであり、ＰＷＭ制御により回転速度及び回転方向切替時の回転角度を制御する構成であるとよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明に係る電動工具によれば、偏芯カム機構を用いず、電動モータの周期的な回転方向の切り替えでブレード等の可動部に往復運動をさせているため、偏芯カム機構のガタに起因する振動や騒音を抑制可能である。また、電動モータの採用により、エンジン駆動の場合に比べて低振動、低騒音を実現でき、操作性に優れている。

本発明に係る電動工具の実施の形態であって、本体部分の側断面図。図１の断面Ａ−Ａ詳細図。実施の形態における減速伝動機構の部分拡大図。電動モータがブラシレスモータである場合の制御系の回路図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１乃至図４は本発明に係る電動工具の一実施の形態としてヘッジトリマを構成した場合を示す。図１に全体構成を示すヘッジトリマは電源に蓄電池を用い、動力源として電動モータ、とくにブラシレスモータを用いたものである。ヘッジトリマ本体１は、ブラシレスモータ３と、この回転運動を減速された直線運動に変換する減速伝動機構２０と、ブラシレスモータ３の回転方向を周期的に切り替える制御部３０（図４のインバータ回路３１及び制御回路３２）とをケーシング１０内に備えている。また、ケーシング１０に設けられたハンドル部１１にはブラシレスモータ３への通電をオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）するスイッチＳＷ１が設けられている。蓄電池２はケーシング１０に対して着脱自在に装着されている。

また、ヘッジトリマ本体１、つまりケーシング１０からブレードアッセンブリ４０が延出している。ブレードアッセンブリ４０はケーシング１０に固定されたガイドプレート４５と、可動部としての一対のブレード（上ブレード４１及び下ブレード４２）とを有している。一対のブレード４１，４２はブレードガイド（ガイドプレート）４５によって摺動自在に保持されている。

図２及び図４に示すように、ブラシレスモータ３は永久磁石を有するロータ３ａと、ステータ３ｂと、ロータ３ａの回転位置を検出するための回転位置検出素子４ａ，４ｂ，４ｃとを有している。ロータ３ａと一体の出力軸３ｃはケーシング１０側の軸受１２で回転自在に保持されている。図４の場合、ロータ３ａは２組のＮ極とＳ極とを含み、ステータ３ｂはスター結線された３相のステータコイルを有し、回転位置検出素子４ａ，４ｂ，４ｃは例えば周方向に６０度毎に配置される。ブラシレスモータ３には、スイッチＳＷ１がオンのとき、制御部３０内のインバータ回路３１を介して蓄電池２の電力が供給されるようになっており、制御部３０内の制御回路３２は回転位置検出素子４ａ，４ｂ，４ｃの回転位置検出出力を受けてインバータ回路３１内の３相ブリッジ形式に接続された６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートへのスイッチング素子駆動信号Ｈ１〜Ｈ６を出力し、３相電圧出力Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗをそれぞれ３相のステータコイルに印加することで所要の回転方向及び回転速度でブラシレスモータ３を回転させる。ブラシレスモータ３の回転方向、回転速度及び回転方向切り替え時の回転角度制御は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートへのスイッチング素子駆動信号Ｈ１〜Ｈ６をパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）として供給し、ＰＷＭ制御で行うことが可能である。

ブラシレスモータ３の回転運動を減速された直線運動に変換する減速伝動機構２０は、ブラシレスモータ３で回転駆動されるモータピニオンギヤ２１（図示の場合ブラシレスモータ３の出力軸３ｃに直結）と、一体回転可能に成形あるいは締結されたファーストギヤ２２及びセカンドピニオンギヤ２３と、ラックギヤ２４ａ，２４ｂとを有している。ファーストギヤ２２及びセカンドピニオンギヤ２３はケーシング１０側の軸受１３で回転自在に保持されている。ここで、ピニオンギヤ２１，２３はブレードアッセンブリ４０の長手方向に直交（つまり一対のブレード４１，４２に直交）して配置され、ラックギヤ２４ａ，２４ｂはブレード４１，４２の摺動方向と同一方向となるようにブレード４１，４２端部にそれぞれ固定されている。より詳細に言えば、ラックギヤ２４ａ，２４ｂは、その長手方向がセカンドピニオンギヤ２３の回転軸に直交し、且つ回転軸芯を中心に上下ブレード４１，４２の摺動方向と平行に相対する対称位置に配設され、上下ブレード４１，４２に各々一体に固着されている。

以上の実施の形態において、ヘッジトリマ本体１のスイッチＳＷ１をオンにすると、制御部３０を介してブラシレスモータ３が駆動され、モータ３の回転は減速伝動機構２０を成すモータピニオンギヤ２１、ファーストギヤ２２、セカンドピニオンギヤ２３に伝達される。この結果、ラックギヤ２４ａ，２４ｂは互いに逆方向に駆動される。この場合、モータ３が例えば図３の矢印Ａの方向に回転する時、減速されたセカンドピニオンギヤ２３は矢印Ｂの方向に回転する。この時、上ブレード４１は矢印Ｃ、下ブレード４２は矢印Ｄの方向に摺動する。制御部３０内の制御回路３２は、モータ３の正方向及び逆方向の回転数を、セカンドピニオンギヤ２３がラックギヤ２４ａ，２４ｂから外れない範囲内に、かつ正逆回転の切り替え時の回転角度が一定となるようにＰＷＭ制御する。また、制御回路３２は、ピニオンギヤ２３がラックギヤ２４ａ，２４ｂの中央部に位置するときは高速で、端部に位置するときに低速となるようにＰＷＭ制御する。このように、モータ３の回転方向を高速で周期的に反転させることで上下ブレード４１，４２は往復直線運動となり、刈込作業が可能となる。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) 従来のヘッジトリマの変換機構部は、偏芯カムと嵌合する部材に隙間（ガタ）があるため、偏芯カムが高速回転すると振動の原因となっていたが、本発明の実施の形態によれば、偏芯カムによらず回転運動を直接的に往復直線運動に変換するため振動及び騒音低減が可能である。

(2) 原動機駆動としてエンジン（内燃機関）ではなく電動モータを使用しているため、低振動、低騒音を実現でき、操作性も良い。

(3) 電動モータとしてブラシレスモータ３を用いることで、回転数、回転速度、回転角度をＰＷＭ制御可能であり、高精度のモータ制御を実現できる。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

上記実施の形態では一対のブレードの両方が往復動する構成であるが、一方のブレードが固定で、他方のブレードのみが往復動する場合にも本発明は適用できる。この場合、図３における一方のラックを省略してケーシング１０に固定すればよい。

なお、本発明は、ヘッジトリマ以外の電動工具、例えばブレードに相当する部材である可動部を往復動させる機構にも適用可能である。

１ヘッジトリマ本体
２蓄電池
３ブラシレスモータ
１０ケーシング
１１ハンドル部
２０減速伝動機構
２１，２３ピニオンギヤ
２２ファーストギヤ
２４ａ，２４ｂラックギヤ
３０制御部
３１インバータ回路
３２制御回路
４０ブレードアッセンブリ
４１，４２ブレード
４５ガイドプレート

Claims

ケーシングと、
前記ケーシング内に収容されている電動モータと、
前記電動モータの回転運動を減速された直線運動に変換する減速伝動機構と、
前記ケーシングから延出し、前記減速伝動機構を介して直線運動を行う可動部と、
前記電動モータの回転方向を周期的に切り替える制御部とを備えることを特徴とする電動工具。
前記減速伝動機構は、前記電動モータで回転駆動されるピニオンギヤと、前記可動部側に設けられて前記ピニオンギヤと噛み合うラックギヤとを有する、請求項１に記載の電動工具。
前記電動モータの回転速度は、前記ピニオンギヤが前記ラックギヤの中央部に位置するときよりも端部に位置するときに低くなるように前記制御部で制御される、請求項１又は２に記載の電動工具。
前記可動部が、前記ケーシングから延出した一対のブレードの少なくとも一方である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電動工具。
前記一対のブレードと、前記ケーシングに固定されていて、前記一対のブレードを摺動自在に保持するブレードガイドとをブレードアッセンブリは有し、前記ピニオンギヤは前記ブレードアッセンブリの長手方向に直交して配置され、前記ラックギヤは前記ブレードの摺動方向と同一方向となるように前記ブレード端部に固定されている、請求項４に記載の電動工具。
前記電動モータがブラシレスモータであり、ＰＷＭ制御により回転速度及び回転方向切替時の回転角度を制御する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電動工具。