JP6024470B2 - 電動工具 - Google Patents

Description

本発明は、充電電池を電力源として使用した電動工具における電池電圧低下を保護する制御回路を備えた電動工具に関する。

電動モータ等を動力源として先端工具を駆動するようにした携帯用工具には、刈込機、丸鋸、ドライバ、インパクトドライバ、ハンマ、ハンマドリル、ジグソー、グラインダ、ブロワ等がある。刈込機は、一対のブレードを先端工具として植え込みや生垣の枝葉等の樹木の剪定作業に使用されヘッジトリマとも言われる。丸鋸は、円板形状の鋸刃を先端工具としてワークの切断や溝切り作業に使用される。ドライバは、ドライバビットを先端工具としてボルトやナットのねじ部材を回転するために使用され、先端工具に衝撃力を加えるようにしたタイプはインパクトドライバ、インパクトレンチまたはハンマドリルと言われる。ジグソーは、往復動する鋸刃を先端工具として被加工物を曲線切りや直切り等の加工を行うために使用される。グラインダは砥石を先端工具としてワークの研磨作業や研削作業に使用される。ブロワはノズルから風を排出して枯葉等を集める作業に使用される。

充電電池は電池電圧がある所定の電圧値以下の低電圧時にも使用し続けると、電池の故障や電池寿命が短くなる問題がある。そのため、電動モータを駆動源とし電動モータに電力を供給するための電池パックを有する携帯用工具は、電池パックの内部電圧が低下し過放電状態にある場合には、モータへの電力供給を停止し保護動作を行う必要がある。

特許文献１には、電池パック内部で電圧低下状態を検出した場合には、電池パックは電圧低下信号を工具側に出力し、電動工具内の制御回路は電圧低下信号を受け取ると、モータへの電力供給を制御するスイッチ手段の運転を停止し、モータへの電力供給を遮断することにより電圧低下保護を行う電動工具が記載されている。この文献におけるスイッチ手段はＭＯＳＦＥＴである。

また、モータ回転数を作業者に設定により任意に変更することが可能である電動工具が有る。モータ回転数を可変することが可能であるので、作業に応じた適切な回転数での作業が可能となり作業効率の向上を図ることが可能となる。モータ回転数を制御する方法として、モータと直列にＭＯＳＦＥＴやトランジスタなどの半導体から構成されるスイッチ手段を接続し、スイッチ手段をＰＷＭ制御部によりＰＷＭ駆動することによりモータ回転数制御を行う。ＰＷＭ制御部はメモリを有するマイクロコンピュータなどである。

特許文献２には、モータ回転数の制御手段を備えた電動工具が記載されている。
充電電池の過放電保護動作時のモータ電力供給遮断のためのスイッチ手段と、モータ回転数制御を行うスイッチ手段は兼用することが可能であり、それぞれの機能ごとにスイッチ手段を設ける必要がない。すなわち、モータ回転数制御時はスイッチ手段をＰＷＭ制御することによりモータ回転数制御を行い、モータ電力供給遮断時はスイッチ手段をオフすることにより過放電保護動作を行う。

特開２００８−６２３４３号公報 特開２００５−６３８４号公報

上述の電動工具においては、ＰＷＭ制御部で電圧低下信号を検出した場合にスイッチ手段への制御信号を停止するよう構成されているが、例えばＰＷＭ制御部と充電電池間の配線に断線が生じている場合には、充電電池が電圧低下信号を出力したとしても、モータ停止動作を実行することができず、電池電圧保護動作が行われない。

本発明の目的は、制御回路の異常動作時においても、電池電圧低下時の電圧低下保護動作を確実に行うことを可能とすることにある。

モータと、モータの電力源である充電電池と、モータを駆動する駆動回路と、駆動回路に制御信号を出力することによりモータの動作を制御する制御回路と、作業者により操作される操作部と、充電電池は電池電圧が所定より低下した場合に電圧低下信号を出力し、制御回路は電圧低下信号を検出すると、モータの駆動を停止させる電動工具において、駆動回路の運転を遮断する遮断回路を設け、遮断回路は電圧低下信号を検出するとモータ運転を停止させることを特徴とする。
充電電池の電圧低下による保護動作が行われた後において、保護動作後に操作部の操作解除が行われるまでは、電圧復帰により電圧低下信号の出力が停止された場合においてもモータ停止動作状態を保持し、操作部の操作解除が行われた後に再び操作部よるモータ運転制御が可能となることを特徴とする。
制御回路はメモリなどを有するマイクロコンピュータであることを特徴とする。
遮断回路はディスクリート半導体から構成される電子回路であることを特徴する。

制御回路の故障時や、制御回路に電池状態検出回路の信号が正常に入力されない場合においても、制御回路とは別に遮断回路が動作して電圧低下保護を行うことが可能となり、電池保護の確実性を向上させることができる。

携帯用工具の一例である刈込機を示す平面図である。 図１に示されたケーシングの拡大縦断面図である。 図１および図２に示された刈込機の制御回路を示すブロック図である。 電圧低下保護動作時の制御信号の動作を示すタイミングチャート図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１および図２は、携帯用工具の一例である刈込機つまりヘッジトリマを示している。この刈込機１０は、動力源としての電動モータ１１を収容する動力源収容部１２とメインハンドル１３とが一体となった携帯用工具本体つまりケーシング１４を有しており、ケーシング１４は動力源収容部１２とこれの後部側のメインハンドル１３とを有している。ケーシング１４の前端部には、先端工具としてのブレード組立体つまりブレードアッセンブリ１５が設けられており、ブレードアッセンブリ１５はケーシング１４の前端部から前方に突出している。

ブレードアッセンブリ１５は、ケーシング１４にブラケット１６により固定されるガイドバー１７を有し、ガイドバー１７には、それぞれ棒状の板材により形成され２つのトリミング刃つまりブレード１８，１９が長手方向に往復動自在に装着されている。電動モータ１１の出力軸２０は、動力変換機構２１により出力軸２０の回転運動が減速されてブレード１８，１９の直線往復動に変換され、電動モータ１１によりブレード１８，１９は駆動される。

ケーシング１４の前端部にはサブハンドル２２が設けられており、作業者が植え込みや生垣の枝葉等の樹木を作業対象物としてこれを剪定作業する際には、一方の手でメインハンドル１３を把持し、他方の手でサブハンドル２２を把持しながら、刈込機１０が操作される。

ケーシング１４の後端部には、電動モータ１１に電力を供給するための電池が組み込まれた電池パック２３が着脱自在に装着されている。メインハンドル１３にはトリガースイッチ２４が組み込まれており、このトリガースイッチ２４はメインハンドル１３に設けられた操作レバーつまりトリガー２５によりオンオフ操作される。トリガー２５が作業者によりオン操作されると、電動モータ１１に電力が供給されて電動モータ１１は回転駆動される。
動力変換機構２１は、ケーシング１４に回転自在に支持された支持軸２６に取り付けられるカム歯車２７を有している。このカム歯車２７に電動モータ１１の出力軸２０の回転を減速して伝達するために、出力軸２０に固定されたピニオン２８に噛み合う減速歯車２９が支持軸３１によりケーシング１４に回転自在に装着され、支持軸３１に取り付けられて減速歯車２９と一体に回転するピニオン３２がカム歯車２７に噛み合っている。このように、ピニオン２８とこれよりも大径の減速歯車２９とからなる減速歯車対と、ピニオン３２とこれよりも大径のカム歯車２７とからなる減速歯車対との２段の減速歯車対により、出力軸２０の回転は減速されてカム歯車２７に伝達される。
カム歯車２７の内外両側面には支持軸２６の回転中心に対して偏心させて円形の偏心カム３３，３４が設けられている。内側の偏心カム３３と外側の偏心カム３４は、カム歯車２７の回転方向にほぼ１８０度位相がずれている。一方のブレード１８の基端部にはケーシング１４の内側に突出して連結ピン３５が設けられ、他方のブレード１９の基端部には外側に突出して連結ピン３６が設けられている。連結ピン３５にはカムロッド３７の一端部が揺動自在に連結され、このカムロッド３７の他端部に形成された嵌合孔には偏心カム３３が回転自在に嵌合されている。連結ピン３６にはカムロッド３８の一端部が揺動自在に連結され、このカムロッド３８の他端部に形成された嵌合孔には偏心カム３４が回転自在に嵌合されている。したがって、出力軸２０が回転駆動されると、カム歯車２７の回転運動がカムロッド３７，３８によりブレード１８，１９の直線往復運動に変換される。両方の偏心カム３３，３４の中心は支持軸２６の中心に対して円周方向にほぼ１８０度位相がずれているので、カム歯車２７が回転駆動されると、対をなす２つブレード１８，１９の一方は前進する方向に駆動され、他方は後退する方向に駆動される。このように、両方のブレード１８，１９は相互に逆方向に直線駆動され、それぞれのブレード１８，１９に設けられた切刃により樹木の剪定作業が行われる。

ケーシング１４の上面であってメインハンドル１３の先端部には、図１に示されるように、操作表示パネル４１が配置されている。操作表示パネル４１は、図２に示されるように、ホルダ４２の表面側に設けられており、ホルダ４２はその前後両端部に設けられた凸部４２ａ，４２ｂをケーシング１４の凹部に係合させることによりケーシング１４に取り付けられる。操作表示パネル４１は、図１に示されるように、刈込機１０の駆動情報を表示する駆動情報表示部４３と操作スイッチ部４４とを有している。操作スイッチ部４４を操作することにより、電動モータ１１の回転速度が設定されるとともに駆動情報表示部４３に表示される複数の駆動情報のうち特定の駆動情報が選択される。駆動情報表示部４３には、ブレード１８，１９の作動速度に対応した電動モータ１１の回転速度が駆動情報の表示内容として表示される。

駆動情報表示部４３はＬＥＤからなる複数の発光部を有している。これらの発光部がブレード１８，１９の作動速度つまりモータ回転速度を表示する場合には、発光部の点灯数により多段階に回転速度が表示される。例えば、全ての発光部が点灯しているときには、回転速度が最高速度であることが表示され、１つの発光部のみが点灯しているときには、回転速度が最低速度であることが表示され、点灯数が増加するに従って回転速度が速いことが表示される。

ホルダ４２の背面には図２に示されるように基板４６が設けられており、この基板４６はケーブルにより制御回路４７に接続されている。制御回路４７はマイクロプロセッサとメモリとを有し、トリガースイッチ２４と操作スイッチ部４４からの出力信号とがマイクロプロセッサに送られ、これらの出力信号に基づいてマイクロプロセッサは電動モータ１１と駆動情報表示部４３とに制御信号を出力する。

図３は刈込機１０の制御部を示すブロック図である。マイクロプロセッサを有する制御回路４７にはトリガースイッチ２４と操作スイッチ部４４の出力信号が入力されるともに、電池パック２３が過放電状態の場合に電池パック２３から出力される電圧低下信号が入力される。電動モータ１１はブラシ付きＤＣモータであり、電池パック２３から電力が供給されることにより、電動モータ１１は駆動される。電動モータ１１と電池パック２３のＧＮＤ電圧の間にはスイッチ手段４９が設けられており、スイッチ手段４９が駆動回路４５により駆動されることにより電動モータ１１への電力供給が制御される。

図４は電圧低下保護動作ときの制御部各部の信号波形について示した図である。制御回路４７においてトリガースイッチ２４の操作が検出されると、制御回路４７は駆動回路４５へ制御信号を出力しスイッチ手段４９を駆動することにより電動モータ１１の運転を開始する（ｔ１）。また、操作スイッチ部４４の操作により設定された作動速度の設定値により制御回路４７はＰＷＭ信号を駆動回路４５へ出力しモータ回転数制御を行う。スイッチ手段４９はＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、トランジスタなどの半導体素子である。電動モータ１１の運転を繰り返し行っていると電池パック２３の容量は低下していき、ある所定の電圧以下になると、保護動作を行うために電池パック２３は電圧低下信号を出力する（ｔ２）。電圧低下信号が出力され保護動作が行われた後には、電圧低下信号の出力が停止された後でも、スイッチトリガー２４の操作が継続している場合には、停止状態を維持することにより不用意に電動モータ１１が回転することを防止する（ｔ３）。スイッチトリガー２４の操作解除がなされた後に電圧低下信号の出力が停止された場合に、再度スイッチトリガーの２４の操作受付が可能となる（ｔ４，ｔ５）。また、スイッチトリガー２４の解除を受けて、後述する遮断回路４８の出力である遮断信号も停止する。

電池パック２３からの電圧低下信号は、制御回路４７と遮断回路４８に同時に入力される。制御回路４７は、電圧低下信号を検出すると制御信号の出力を停止して、電圧低下保護動作を行う。遮断回路４８は、ディスクリート半導体から構成される電子回路であり、電圧低下信号が入力されると、駆動回路４５に遮断信号が出力される。ここで、遮断回路４８が遮断信号を出力している場合に、制御信号が駆動回路４５に入力されても、電動モータ１１の停止状態は維持される。すなわち、電池状態検出回路４０から電圧低下信号が出力されていながら、制御回路４７から電動モータ１１を駆動させる信号が出力されている場合においては、遮断回路４８から出力された遮断信号が優先されて駆動回路４５の運転を強制的に不能とするので、確実に保護動作を行うことが可能となる。

以上のように、制御回路４７は、マイクロプロセッサのソフトウェア上で電池パック２３の保護動作を行うのに対し、遮断回路４８はハードウェア上で保護動作を行う。これよりどちらか一方の回路に異常が生じても確実に電圧の低下から電池を保護することが可能となる。また、ソフトウェア上とハードウェア上の両方からの保護機構を構成したことにより、それぞれの保護機構が同時に不具合を生じる可能性を低減させることができ、電池パック２３の保護をより確実に行うことが可能となる。 尚、遮断回路４８に何らかの不具合があり遮断信号が出力されない場合であっても、電圧低下信号が制御回路４７に入力されることで制御信号の出力が停止され、電圧低下保護動作が行われる。

また、遮断回路４８が遮断信号を出力しているにも関わらず、制御回路４７からモータ駆動信号を発生してる場合や、制御回路４７がモータ停止信号を出力しているにも関わらず、遮断回路４８が動作していない場合には、回路に不具合が発生していると判断できるため、これを駆動情報表示部４３又はその他の報知手段を用いて作業者に報知するようにしてもよい。

図１および図２は、携帯用工具としての刈込機１０を示しているが、図１に示される操作表示パネル４１を適用することができる携帯用工具としては、刈込機１０に限られない。動力源がケーシングに組み込まれて作業者が手に持って作業が行われるものであれば、例えば、丸鋸、ドライバ、インパクトドライバ、ハンマ、ハンマドリル、ジグソー、グラインダ、ブロワ等の他の携帯用工具にも、図１に示される操作表示パネル４１を搭載することができる。

１０…刈込機、１１…電動モータ、１２…動力源収容部、１３…メインハンドル、１４…ケーシング、１５…ブレードアッセンブリ、１６…ブラケット、１７…ガイドバー、１８，１９…ブレード、２０…出力軸、２１…動力変換機構、２２…サブハンドル、２３…電池パック、２３ａ…電池、２４…トリガースイッチ、２５…トリガー、２６…支持軸、２７…カム歯車、２８…ピニオン、２９…減速歯車、３１…支持軸、３２…ピニオン、３３，３４…偏心カム、３５，３６…連結ピン、３７，３８…カムロッド、４０…電池状態検出回路、４１…操作表示パネル、４２…ホルダ、４３…駆動情報表示部、４４…操作スイッチ部、４５…駆動回路、４７…制御回路、４８…遮断回路、４９…スイッチ手段

Claims (4)

1. モータと、該モータの電力源である充電電池と、前記モータを駆動する駆動回路と、前記駆動回路に制御信号を出力することにより前記モータの駆動を制御する制御回路と、作業者により操作される操作部と、を備え、前記充電電池は電池電圧が所定より低下した場合に電圧低下信号を出力し、前記制御回路は該電圧低下信号を検出すると、前記モータの駆動を停止させる電動工具において、
   前記駆動回路の駆動を遮断する遮断回路を設け、該遮断回路は前記電圧低下信号を検出すると、前記制御回路から前記モータを駆動させる前記制御信号が出力されている場合であっても前記モータの駆動を停止させることを特徴とする電動工具。
2. 前記遮断回路は、前記操作部の操作解除が行われるまでは、電圧復帰により前記電圧低下信号の出力が停止された場合においても前記モータの停止動作状態を維持することを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
3. 前記制御回路はメモリを有するマイクロコンピュータであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動工具。
4. 前記遮断回路はディスクリート半導体から構成される電子回路であることを特徴する請求項１から請求項３のうち何れか一項に記載の電動工具。