JP6598117B2 - 電動工具 - Google Patents

Description

本発明は、複数の動作モードを有する電動工具に関する。

従来より、モータの回転力を工具出力軸に伝達可能な回転伝達機構および往復伝達機構を備え、使用目的に応じて先端工具の動作モードを切り替えられる電動工具が知られている。回転伝達機構は、モータ回転をそのまま又は減速して工具出力軸に伝達するための機構であり、往復伝達機構は、モータ回転を往復運動に変換して工具出力軸に伝達するための機構である。電動工具には、動作モードを切り替えるための切替レバーが設けられ、ユーザが操作した切替レバー位置に応じて、回転伝達機構および／または往復伝達機構が工具出力軸にモータの回転力を伝達する（たとえば特許文献１参照）。

このような電動工具では、動作モードとして「回転打撃モード」、「回転モード」、「打撃モード」が選択可能とされる。「回転打撃モード」は、回転伝達機構および往復伝達機構がモータ回転力を工具出力軸に伝達し、工具出力軸に回転力および打撃力を発生させる動作モードである。「回転モード」は、回転伝達機構がモータ回転力を工具出力軸に伝達し、工具出力軸に回転力を発生させる動作モードである。「打撃モード」は、往復伝達機構がモータ回転力を工具出力軸に伝達し、工具出力軸に打撃力を発生させる動作モードである。回転伝達機構および往復伝達機構は、ユーザによる切替レバーの操作に連動して、モータと工具出力軸との間に機械的に連結され、または連結を解除される。

特許文献２は、複数の動作モードを有する電動工具であって、ユーザが変位操作した切替レバーの設定位置に対応した電気信号を出力するスイッチを備え、スイッチから出力された電気信号に対応した制御方法でモータを制御する技術を開示する。

特開２００７−１３６５８６号公報 特開２０１２−１３９８００号公報

複数の動作モードを有する電動工具においては、動作モードに応じた制御方法でモータが制御されることが好ましい。特許文献２では、切替レバーが操作された設定位置を検出するための接点スイッチを設けて、接点スイッチから出力された電気信号により動作モードを判別する手法が採用されている。

しかしながら切替レバーが設定位置に適切に操作されない場合、設定された動作モードと、接点スイッチの出力信号により判別される動作モードとが異なる状況が生じうる。たとえば切替レバーが動かされて動作モードが切り替えられたものの、切替レバーが設定位置まで操作されていないために、接点スイッチが切替レバーの操作位置を検出できないケースである。動作モードに応じてモータの回転速度の上限を異ならせるモータ制御を実施する場合、動作モードの判別を誤ると、動作モードに対して設定されている上限以上の回転速度でモータを回転させる状況が生じうる。このような状況を生じさせないためには、動作モードの判別が正しく確実に行われる必要がある。

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、動作モードに応じたモータ制御を実施するために、動作モードを確実に判定する技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の電動工具は、複数の動作モードを有する電動工具であって、モータと、モータの回転を制御する制御部と、複数の動作モードに対応する複数の設定位置のいずれかに、ユーザにより変位操作される操作子と、モータの回転力を工具出力軸に伝達するための複数の伝達機構を有し、操作子が複数の設定位置のいずれかに動かされると、動かされた設定位置に対応する動作モードの伝達機構をモータと工具出力軸との間に連結する駆動力伝達部と、複数の伝達機構のそれぞれの駆動状態を検出する複数のセンサと、複数のセンサの検出信号にもとづいて、動作モードを判定する動作モード判定部とを備える。制御部は、動作モード判定部により判定された動作モードに応じたモータ制御を実施する。

本発明によれば、複数の動作モードを有する電動工具において、動作モードを判定する技術を提供できる。

本発明の実施形態に係る電動工具の構成を示す図である。 （ａ）はスライド式の操作スイッチを示す図であり、（ｂ）は回転式の操作スイッチを示す図である。 トリガ操作量に対して設定されるモータの回転速度の例を示す図である。 トリガ操作量に対して設定されるモータの回転速度の別の例を示す図である。

図１は、本発明の実施形態に係る電動工具の構成を示す。電動工具１において、電力は、図示しない充電電池により供給される。駆動源であるモータ２はモータ駆動部２１により駆動される。モータ出力軸３と中間軸５との間には減速機構４が設けられ、中間軸５は、モータ出力軸３の回転を減速機構４により減速された速度で回転する。

駆動力伝達部６は、モータ２の回転力を工具出力軸１１に伝達するための複数の伝達機構を有する。具体的に駆動力伝達部６は、中間軸５の回転力を工具出力軸１１に伝達するための回転伝達機構８と、中間軸５の回転運動を往復運動に変換して、工具出力軸１１に進退方向の力を伝達するための往復伝達機構７とを有する。回転伝達機構８は、歯車の組合せにより構成されて、工具出力軸１１を回転させる。往復伝達機構７は、中間軸５の回転運動をピストンの往復運動に変換する運動変換部材と、工具出力軸１１に打撃衝撃を加えるハンマと、ピストンの往復運動によりハンマを進退させる空気ばね機構とを備える。ハンマは、空気ばね機構により工具出力軸１１に対して前進させられるときに、工具出力軸１１を打撃する。

往復伝達機構７と中間軸５との間には第１クラッチ９が設けられる。第１クラッチ９は、往復伝達機構７をモータ２と工具出力軸１１との間に連結する機能をもつ機械要素であり、中間軸５の回転力を往復伝達機構７に伝達し、または遮断する。

回転伝達機構８と中間軸５との間には第２クラッチ１０が設けられる。第２クラッチ１０は、回転伝達機構８をモータ２と工具出力軸１１との間に連結する機能をもつ機械要素であり、中間軸５の回転力を回転伝達機構８に伝達し、または遮断する。

操作部１２は、ユーザにより変位操作される操作スイッチであり、複数の動作モードの各々に対応する複数の設定位置を規定されている。ユーザは、複数の設定位置のいずれかに操作子を動かすことで、動作モードを選択する。

図２（ａ）は、スライド式の操作スイッチの例を示す。操作部１２には、複数の設定位置が規定されている。各設定位置は、電動工具１における動作モードの１つに対応し、回転モード、回転打撃モード、打撃モードを選択するための設定位置が離間して形成されている。ユーザは、使用目的に応じた設定位置に操作子１２ａを変位操作する。図２（ａ）に示す例では、操作子１２ａが、回転打撃モードの設定位置に配置されている。なおスライド式の操作スイッチは、回転モードのオンオフを設定するスライド式スイッチと、打撃モードのオンオフを設定するスライド式スイッチとから構成されて、２つのスライド式スイッチで選択された設定位置により、動作モードが選択されてもよい。

図２（ｂ）は、回転式の操作スイッチの例を示す。図２（ａ）に関して説明したように、操作部１２には、複数の動作モードに対応した複数の設定位置が規定されている。ユーザは、使用目的に応じた設定位置に操作子１２ａを動かすことで、動作モードを選択する。なお回転式の操作スイッチは、回転モードのオンオフを設定する回転式スイッチと、打撃モードのオンオフを設定する回転式スイッチとから構成されて、２つの回転式スイッチで選択された設定位置にしたがって、動作モードが選択されてもよい。

操作部１２における操作子１２ａの位置は、駆動力伝達部６における第１クラッチ９および第２クラッチ１０の位置を定める。つまり操作子１２ａが複数の設定位置のいずれかに動かされると、駆動力伝達部６は、第１クラッチ９および第２クラッチ１０の位置を定めて、動かされた操作子１２ａの設定位置に対応する動作モードの伝達機構を、モータ２と工具出力軸１１との間に連結する。

具体的に操作子１２ａが「回転打撃モード」の設定位置に配置されると、第１クラッチ９は、往復伝達機構７と中間軸５とを連結する位置に配置され、第２クラッチ１０は、回転伝達機構８と中間軸５とを連結する位置に配置される。操作子１２ａが「回転モード」の設定位置に配置されると、第１クラッチ９は、往復伝達機構７と中間軸５との連結を解除する位置に配置され、第２クラッチ１０は、回転伝達機構８と中間軸５とを連結する位置に配置される。操作子１２ａが「打撃モード」の設定位置に配置されると、第１クラッチ９は、往復伝達機構７と中間軸５とを連結する位置に配置され、第２クラッチ１０は、回転伝達機構８と中間軸５との連結を解除する位置に配置される。

このように電動工具１においては、駆動力伝達部６における各伝達機構と中間軸５との連結および連結解除が、操作部１２における操作子１２ａの操作位置に連動して機械的に行われる。

制御部２０は制御基板に搭載されるマイクロコンピュータなどから構成されて、モータ２の回転を制御する。トリガスイッチ２２は、ユーザにより操作される操作スイッチであって、制御部２０は、トリガスイッチ２２の操作によりモータ２のオンオフを制御するとともに、トリガスイッチ２２の操作量に応じた駆動指示をモータ駆動部２１に供給する。具体的に制御部２０は、トリガスイッチ２２の操作量に応じた回転速度となるように、モータ２の回転を制御する。

回転検出センサ２３はモータ２の回転を検出して、検出信号を制御部２０に出力する。たとえば回転検出センサ２３はホール素子を含み、ホール素子は、モータ２のロータ位置を１８０度ごとに検出するように構成される。回転検出センサ２３は、ステータに１２０度間隔で配置した３個のホール素子を有し、ロータ位置を６０度ごとに検出するように構成されてもよい。制御部２０は、回転検出センサ２３の検出信号にもとづいてモータ２の回転速度を算出し、算出した回転速度がトリガスイッチ２２の操作量に応じて定まる設定回転数と一致するように駆動指示を生成する。モータ駆動部２１は、制御部２０から供給される駆動指示によりモータ２の印加電圧を調整して、モータ２を駆動する。このように制御部２０は、トリガスイッチ２２の操作量に応じたモータ制御を行っている。

実施形態の電動工具１は、作業時に発生する粉塵や切削屑を収集する着脱式の集塵機３０を接続可能とする。粉塵等の飛び散りを抑えるため、集塵機３０は電動工具１に装着されることが好ましいが、必ず装着されなければならないものではない。集塵機３０は集塵用のモータを備え、電動工具１に接続されると、電動工具１に内蔵される充電電池からの電力供給を受けて、集塵用モータが駆動される。接続判定部２５は、集塵機３０が接続されているか否かを判定し、判定結果を制御部２０に通知する。

上記したように往復伝達機構７においては、ハンマを工具出力軸１１に対して前進させるために空気ばね機構が用いられている。空気ばね機構は空気の弾力性を利用するため、応答性が優れているとは言えず、ピストンの往復運動の周期が短くなると、空気ばね機構がハンマを適切なタイミングで進退させられなくなる。そのため「回転打撃モード」または「打撃モード」が選択されている場合には、制御部２０は、空気ばね機構の適正動作を保証するために、モータ２の回転速度を、所定の上限値以下に設定する必要がある。一方で、「回転モード」が選択されている場合には、往復伝達機構７が作動しないため、モータ２の回転速度の上限値は、「回転打撃モード」または「打撃モード」が選択された場合の上限値よりも高く設定できる。

図３は、トリガ操作量に対して設定されるモータの回転速度の例を示す。回転モード、回転打撃モードおよび打撃モードにおいて、トリガ操作量Ｄｃまでの設定速度は共通である。回転モードでは、ラインＬ１に示すように、トリガ操作量Ｄａのときのモータ回転速度Ｓａが最大回転速度として設定される。回転打撃モードでは、ラインＬ２に示すように、トリガ操作量Ｄｂのときのモータ回転速度Ｓｂが最大回転速度として設定される。打撃モードでは、ラインＬ３に示すように、トリガ操作量Ｄｃのときのモータ回転速度Ｓｃが最大回転速度として設定される。このように複数の動作モードを有する電動工具１においては、動作モードごとに最適なモータ制御手法を定めることができ、制御部２０は、動作モードに応じたモータ制御を実施することが好ましい。

このようなモータ制御を実現するためには、制御部２０が、ユーザにより選択された動作モードを特定することが必要となる。そこで実施形態の電動工具１では、駆動力伝達部６における複数の伝達機構のそれぞれの駆動状態を検出して、電動工具１がいずれの動作モードで動作しているか判別する。

図１に戻り、第１センサ１３は、往復伝達機構７の駆動状態を検出して、検出信号を動作モード判定部２４に出力する。第１クラッチ９により往復伝達機構７と中間軸５とが連結されていれば、モータ２の回転により、往復伝達機構７を構成する運動変換部材、ピストンおよびハンマが駆動される。第１センサ１３は、往復伝達機構７の構成部品のいずれかの駆動状態を検出する。第１センサ１３は、構成部品に接触せずに構成部品の動きを検出することが好ましい。たとえば第１センサ１３は、金属検出センサ、磁気検出センサ、光センサ、赤外センサのいずれであってもよく、往復伝達機構７における可動部品のいずれかの動きを検出可能に設置されていればよい。

なお第１センサ１３は、ハンマと工具出力軸１１との打撃音を検出する音センサや、ハンマと工具出力軸１１との打撃衝撃を検出する衝撃センサであってもよい。

第２センサ１４は、回転伝達機構８の駆動状態を検出して、検出信号を動作モード判定部２４に出力する。第２クラッチ１０により回転伝達機構８と中間軸５とが連結されていれば、モータ２の回転により、回転伝達機構８を構成する歯車が駆動される。第２センサ１４は、回転伝達機構８の構成部品のいずれかの駆動状態を検出する。第２センサ１４は、構成部品に接触せずに構成部品の動きを検出することが好ましい。たとえば第２センサ１４は、金属検出センサ、磁気検出センサ、光センサ、赤外センサのいずれであってもよく、回転伝達機構８における可動部品のいずれかの動きを検出可能に設置されていればよい。

動作モード判定部２４は、第１センサ１３の検出信号と、第２センサ１４の検出信号とにもとづいて、動作モードを判定する。動作モード判定部２４は、第１センサ１３の検出信号が変動していれば往復伝達機構７が駆動されていることを検出し、第１センサ１３の検出信号が変動していなければ往復伝達機構７が駆動されていないことを検出する。また動作モード判定部２４は、第２センサ１４の検出信号が変動していれば回転伝達機構８が駆動されていることを検出し、第２センサ１４の検出信号が変動していなければ回転伝達機構８が駆動されていないことを検出する。

動作モード判定部２４は、検出信号の変動の有無を、検出信号の電圧値が所定の閾値を超えたか否かで判断してよい。また動作モード判定部２４は、検出信号の変動の有無を、検出信号の電圧値の振幅が所定の閾値を超えたか否かで判断してもよい。動作モード判定部２４は、モータ２の駆動開始後、第１センサ１３および第２センサ１４の検出信号を所定時間監視することで、各検出信号の変動の有無を判断してよい。

動作モード判定部２４は、第１センサ１３および第２センサ１４の検出信号から、往復伝達機構７および回転伝達機構８が駆動されていることを検出すると、動作モードが回転打撃モードであることを判定する。また動作モード判定部２４は、第１センサ１３および第２センサ１４の検出信号から、往復伝達機構７のみが駆動されていることを検出すると、動作モードが打撃モードであることを判定する。また動作モード判定部２４は、第１センサ１３および第２センサ１４の検出信号から、回転伝達機構８のみが駆動されていることを検出すると、動作モードが回転モードであることを判定する。

このように動作モード判定部２４は、往復伝達機構７および回転伝達機構８が実際に駆動されているか否かを示す検出結果にもとづいて動作モードを特定する。したがって、たとえば操作部１２における操作子１２ａの位置を検出することで動作モードを特定する場合と比較すると、より確実な動作モードの特定が可能となる。

動作モード判定部２４は、モータ２の回転速度が複数の動作モードのなかで最も低い最大回転速度Ｓｃ（図３参照）に達する前に、動作モードを判定することが好ましい。モータ２の回転速度がＳｃに達する前に動作モードが判定されることで、制御部２０は、動作モードに応じたモータ制御を好適に実施できるようになる。たとえば動作モード判定部２４は、モータ２の回転開始直後に動作モードを判定してよい。動作モード判定部２４が動作モードを判定すると、制御部２０は、判定された動作モードに応じて、モータ２の回転速度の上限を設定し、またトリガ操作量に対する回転速度の上昇率を設定する。これにより制御部２０は、動作モードに応じたモータ制御を好適に実現できる。

図４は、トリガ操作量に対して設定されるモータの回転速度の別の例を示す。図４には、集塵機３０が電動工具１に接続されていない場合と、接続されている場合とで、モータ２の最大回転速度を異ならせる例を示す。集塵機３０に内蔵される集塵用モータは、モータ２と同じ充電電池により駆動される。そのため集塵機３０が電動工具１に接続されると、充電電池の負荷を過大としないために、集塵機３０が電動工具１に接続されていない場合と比べて、モータ２の回転速度の上限を下げることが好ましい。

図４は、回転モードにおけるトリガ操作量とモータ回転速度の関係を示すが、集塵機３０の接続の有無にかかわらず、トリガ操作量Ｄｄまでのモータ回転速度は共通に設定される。集塵機３０が接続されていない場合、ラインＬ１に示すように、トリガ操作量Ｄａのときのモータの回転速度Ｓａが最大回転速度として設定される。一方で、集塵機３０が接続されている場合、ラインＬ４に示すように、回転速度Ｓａよりも低い回転速度Ｓｄが、最大回転速度として設定される。集塵機３０が接続されている場合には、接続されていない場合よりもモータ２の最大回転速度を下げることで、充電電池に過大な負荷がかかる事態が生じないようにする。

接続判定部２５は、電動工具１に集塵機３０が接続されているか否かを判定する。たとえば電動工具１および集塵機３０のそれぞれに接続用の端子が設けられ、電動工具１に集塵機３０が接続されると端子同士が導通することを利用して、接続判定部２５は、集塵機３０が接続されていることを判定してもよい。制御部２０は、集塵機３０が接続されているか否かに応じて、モータ２の回転速度の上限を設定する。図４に示したように、制御部２０は、集塵機３０が接続されている場合には、最大回転速度Ｓｄを設定し、集塵機３０が接続されていない場合には、最大回転速度Ｓａを設定してよい。

本発明の一態様の概要は、次の通りである。
本発明のある態様の電動工具（１）は、複数の動作モードを有する。電動工具（１）は、モータ（２）と、モータの回転を制御する制御部（２０）と、複数の動作モードに対応する複数の設定位置のいずれかに、ユーザにより変位操作される操作子（１２ａ）と、モータの回転力を工具出力軸（１１）に伝達するための複数の伝達機構（７、８）を有し、操作子が複数の設定位置のいずれかに動かされると、動かされた設定位置に対応する動作モードの伝達機構をモータ（２）と工具出力軸（１１）との間に連結する駆動力伝達部（６）と、複数の伝達機構（７、８）のそれぞれの駆動状態を検出する複数のセンサ（１３、１４）と、複数のセンサの検出信号にもとづいて、動作モードを判定する動作モード判定部（２４）とを備える。制御部（２０）は、動作モード判定部（２４）により判定された動作モードに応じたモータ制御を実施する。

制御部（２０）は、動作モード判定部により判定された動作モードに応じて、モータの回転速度の上限を設定してよい。

駆動力伝達部（６）は、往復伝達機構（７）および回転伝達機構（８）を有し、複数のセンサは、往復伝達機構（７）の駆動状態を検出する第１センサ（１３）と、回転伝達機構（８）の駆動状態を検出する第２センサ（１４）とを含んでよい。

動作モード判定部（２４）は、モータ（２）の回転開始直後に、動作モードを判定してもよい。

以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１・・・電動工具、２・・・モータ、３・・・モータ出力軸、４・・・減速機構、５・・・中間軸、６・・・駆動力伝達部、７・・・往復伝達機構、８・・・回転伝達機構、９・・・第１クラッチ、１０・・・第２クラッチ、１１・・・工具出力軸、１２・・・操作部、１２ａ・・・操作子、１３・・・第１センサ、１４・・・第２センサ、２０・・・制御部、２１・・・モータ駆動部、２２・・・トリガスイッチ、２３・・・回転検出センサ、２４・・・動作モード判定部、２５・・・接続判定部、３０・・・集塵機。

Claims (4)

1. 複数の動作モードを有する電動工具であって、
   モータと、
   前記モータの回転を制御する制御部と、
   複数の動作モードに対応する複数の設定位置のいずれかに、ユーザにより変位操作される操作子と、
   前記モータの回転力を工具出力軸に伝達するための複数の伝達機構を有し、前記操作子が複数の設定位置のいずれかに動かされると、動かされた設定位置に対応する動作モードの伝達機構を前記モータと前記工具出力軸との間に連結する駆動力伝達部と、
   前記複数の伝達機構のそれぞれの駆動状態を検出する複数のセンサと、
   前記複数のセンサの検出信号にもとづいて、動作モードを判定する動作モード判定部と、を備え、
   前記制御部は、前記動作モード判定部により判定された動作モードに応じたモータ制御を実施する、
   ことを特徴とする電動工具。
2. 前記制御部は、前記動作モード判定部により判定された動作モードに応じて、前記モータの回転速度の上限を設定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
3. 前記駆動力伝達部は、往復伝達機構および回転伝達機構を有し、
   前記複数のセンサは、前記往復伝達機構の駆動状態を検出する第１センサと、前記回転伝達機構の駆動状態を検出する第２センサとを含む、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電動工具。
4. 前記動作モード判定部は、前記モータの回転開始直後に、動作モードを判定する、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電動工具。

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