JP6607500B2 - 電動工具 - Google Patents

Description

本発明は、集塵機を着脱可能な電動工具に関する。

近年、集塵機を着脱可能な電動工具が開発されている。集塵機は電動工具に取り付けられて、電動工具による作業中に発生する粉塵や切削屑を収集する。特許文献１は、集塵機が装着可能な動力工具において、先端工具を駆動するモータに対して２つのバッテリのそれぞれから電流を供給可能とし、また集塵機に対して少なくとも一方のバッテリから電流を供給可能とする技術を開示する。

特開２０１４−２００８９９号公報

バッテリには、出力電流の上限を規定した定格電流値（以下「規定値」と呼ぶ）が定められている。バッテリから規定値を超える電流が出力されても、ただちにバッテリ性能に影響を与えることはないが、規定値を超える電流が高頻度で出力されるとバッテリ寿命に悪影響を及ぼす可能性がある。そのため集塵機を着脱可能な電動工具においても、出力電流が規定値以下に収まるようにバッテリ出力が管理されることが好ましい。

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、集塵機を着脱可能な電動工具においてバッテリ出力電流を好適に制御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、先端工具を駆動するためのモータと、バッテリからモータに電流を供給してモータの回転を制御する制御部と、集塵機を取り付けるための集塵機装着部とを備える。制御部は、集塵機を使用しない場合にモータに供給する電流の上限を第１電流値に設定し、集塵機を使用する場合にモータに供給する電流の上限を、第１電流値よりも低い第２電流値に設定する。

本発明によれば、集塵機を着脱可能な電動工具においてバッテリ出力電流を好適に制御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。 実施例１における電流制御手法を説明するための図である。 電動工具の構成の変形例を示す図である。 実施例２における電流制御手法を説明するための図である。 電動工具の構成の変形例を示す図である。 実施例３における電流制御手法を説明するための図である。

図１は、本発明の実施形態に係る電動工具１の構成を示す。実施形態では、電動工具１の例として集塵機４０を着脱可能なハンマードリルを示すが、電動工具１は集塵機４０を着脱可能な別種の工具であってもよい。電動工具１は、先端工具１３を駆動するためのモータ２と、バッテリ３０からモータ２に電流を供給してモータ２の回転を制御する制御部２０と、集塵機４０を取り付けるための集塵機装着部２３とを少なくとも備える。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る。

モータ２はバッテリ３０から電流を供給されて、工具出力軸１１に取り付けられる先端工具１３を駆動する。モータ出力軸３と中間軸５の間には減速機構４が設けられ、減速機構４はモータ出力軸３の回転を減速して中間軸５に伝達する。

駆動力伝達部６は、モータ出力軸３の回転力を工具出力軸１１に伝達する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、複数の歯車を組み合わせて構成され、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。

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を中間軸５と工具出力軸１１との間で連結または遮断する機能をもつ機械要素である。実施形態では第１クラッチ９が往復伝達機構７と中間軸５との間に設けられているが、第１クラッチ９は、往復伝達機構７と工具出力軸１１との間に設けられてもよい。

回転伝達機構８と工具出力軸１１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を中間軸５と工具出力軸１１との間で連結または遮断する機能をもつ機械要素である。実施形態では第２クラッチ１０が回転伝達機構８と工具出力軸１１との間に設けられているが、第２クラッチ１０は、回転伝達機構８と中間軸５との間に設けられてもよい。

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、電動工具１の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。ハンマードリルである電動工具１において、各設定位置は「回転モード」、「回転打撃モード」、「打撃モード」の各動作モードに対応する。ユーザは、使用目的に応じた設定位置に操作部１２を変位操作して、電動工具１の動作モードを選択する。

操作部１２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と工具出力軸１１とを連結する位置に配置される。操作部１２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と工具出力軸１１とを連結する位置に配置される。操作部１２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と工具出力軸１１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では、駆動力伝達部６における各伝達機構の連結および連結解除が、操作部１２の操作位置に連動して機械的に行われる。

バッテリ装着部２２には、充電電池であるバッテリ３０が装着される。バッテリ３０には、出力電流の上限を定めた規定値が設定されている。バッテリ３０の出力電流が規定値を超えることは、バッテリ性能を劣化させる要因になり得るため、制御部２０は、バッテリ３０からの出力電流が規定値を超えないようにバッテリ出力を管理する。実施形態において、バッテリ３０の規定値は、３０Ａ（アンペア）に設定されているものとする。

トリガスイッチ２１はユーザにより操作される操作スイッチであり、制御部２０は、トリガスイッチ２１の操作の有無によりモータ２のオンオフを制御するとともに、トリガスイッチ２１の操作量に応じた回転速度（以下「設定回転速度」とも呼ぶ）となるようにモータ２の回転を制御する。回転センサ１４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。制御部２０は、回転センサ１４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設定回転速度と一致するようにバッテリ３０からモータ２に電流を供給する。

モータ電流測定部１５は、制御部２０からモータ２に電流を供給する電力線に設けられ、モータ２に供給される電流値を測定して制御部２０に提供する。制御部２０は、モータ電流測定部１５から提供される測定電流値をもとにモータ２への供給電流を制御する。制御部２０は、設定回転速度となるようにモータ２に電流を供給するが、先端工具１３の受ける作業負荷が大きくなると、設定回転速度を維持するための電流量が増大する。このとき制御部２０は、バッテリ３０からの出力電流が規定値を超えることは許容せず、したがって先端工具１３の作業負荷が大きい場合には、バッテリ保護のためにモータ２が設定回転速度よりも遅い回転速度で駆動されることになる。

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４０を取付可能とする。集塵機４０は集塵機装着部２３に装着される。集塵機４０は、先端工具１３を囲む集塵部と、粉塵や切削屑を収容する集塵容器と、集塵部と集塵容器との間を連結する移送ノズルとを備える。集塵容器には、集塵用モータと、集塵用モータにより駆動されるファンが設けられ、集塵用モータの回転により、集塵部で吸引される粉塵や切削屑が、移送ノズルを通って集塵容器に収集される。

集塵機装着部２３には２つの電気端子が設けられ、集塵機４０が集塵機装着部２３に装着されると、集塵機装着部２３の２つの電気端子が、集塵機４０内の集塵用モータの一対の電力線に接続されるようになっている。これにより制御部２０は、集塵用モータに電流を供給できるようになる。

作業時の粉塵等の飛び散りを抑えるため、集塵機４０は電動工具１に装着されて使用されることが好ましいが、必ず使用されなければならないものではない。そのため集塵機４０は電動工具１に取り付けられていることもあれば、取り付けられていないこともある。そこで制御部２０は、電動工具１による作業時に集塵機４０を使用するか否かを検出する機能を有する。

集塵機装着部２３に集塵機４０が装着されたことを示す信号を出力する信号出力部が設けられ、制御部２０は、信号出力部からの信号にもとづいて集塵機４０を使用することを検出する。信号出力部は、たとえば接点スイッチであって、集塵機装着部２３に集塵機４０が装着されると開回路が閉じて導通し、装着されたことを示す信号を制御部２０に出力する。制御部２０は信号出力部から信号を取得すると、集塵機４０を使用することを検出し、一方で信号を取得しなければ、集塵機４０を使用しないことを検出する。

また制御部２０は、集塵機装着部２３の２つの電気端子の間の電流値を監視してもよい。制御部２０は、集塵用モータが回転しない程度の電圧を印加したときに微弱電流が流れるか否かにもとづいて、集塵機装着部２３に集塵機４０が装着されているか否かを検出してよい。

集塵機４０または電動工具１の本体に、集塵機４０の動作モードを選択するためのモード選択部が設けられ、集塵機４０が集塵機装着部２３に取り付けられている場合に、ユーザがモード選択部を操作して集塵機４０の使用有無を設定してもよい。集塵機４０が集塵機装着部２３に取り付けられていても、ユーザが集塵機４０の使用を望まなければ、ユーザは集塵機４０を使用しない動作モードを選択する。制御部２０はモード選択部で選択された動作モードを特定し、集塵機４０を使用するか否かを検出してよい。

以上のように制御部２０は、集塵機４０を使用するか否かを検出する機能を有する。実施形態の電動工具１において、制御部２０は、集塵機４０を使用しない場合に、モータ２に供給する電流の上限を第１電流値に設定し、集塵機４０を使用する場合に、モータ２に供給する電流の上限を、第１電流値よりも低い第２電流値に設定する。ここで第１電流値は、バッテリ３０に設定された規定値（３０Ａ）以下の所定値である。

電動工具１において、モータ２以外に電流を供給する必要のある部品が存在する場合、第１電流値は、規定値から、モータ２以外の部品に必要な電流値を減算した値に設定される。集塵機４０を使用しない場合、制御部２０は、モータ２に最大で第１電流値まで電流を供給可能とすることで、電動工具１の作業性能を最大限まで引き出すことが可能となる。一般にモータ２以外の部品に必要な電流量は小さいことから、以下では第１電流値がバッテリ３０の規定値（３０Ａ）に等しいとする。また集塵機４０に供給する電流の最大設計値である第３電流値を、４Ａとする。

電動工具１におけるバッテリ出力制御手法として、制御部２０が、集塵機４０の使用有無にかかわらず、モータ２に供給する電流の上限を、規定値（３０Ａ）から第３電流値（４Ａ）を引いた２６Ａに設定する手法が考えられる。集塵機４０の使用有無にかかわらずモータ２の電流上限値を２６Ａに固定することで、バッテリ３０からの出力電流を規定値内に確実に制限できるという利点がある。しかしながら、この制御手法によればモータ２の電流上限値を２６Ａに固定することで、集塵機４０の非使用時に、集塵機４０のために確保した電流量（４Ａ）を利用できないという問題がある。

そこで実施形態の制御部２０は、集塵機４０を使用しない場合に、モータ２に供給する電流の上限を、規定値である第１電流値に設定する。これにより制御部２０は、集塵機４０の非使用時における電動工具１の作業効率を高めることが可能となる。

なお制御部２０は、集塵機４０を使用する場合に、モータ２に供給する電流の上限を、第１電流値よりも低い第２電流値に設定する。以下、複数の実施例を用いて第２電流値の設定手法について説明する。

（実施例１）
実施例１では制御部２０が、集塵機４０の最大電流値である第３電流値を用いて、第２電流値を設定する。集塵機４０を使用する場合、制御部２０は、集塵機４０に供給する電流の上限を第３電流値に設定し、モータ２に供給する電流の上限である第２電流値を、第１電流値から第３電流値を減算した値に設定する。

図２は、実施例１における制御部２０の電流制御手法を説明するための図である。図２において、集塵機４０に供給する電流を「集塵機電流」と表現し、モータ２に供給する電流を「モータ電流」と表現する。集塵機４０を使用しない場合、制御部２０は、モータ２に供給する電流の上限を第１電流値（３０Ａ）に設定する。

一方、集塵機４０を使用する場合、制御部２０は、集塵機４０に供給する電流の上限を第３電流値に設定する。上記したとおり第３電流値は、集塵機４０に供給する最大電流値であり、集塵機４０に第３電流値を超える電流は流れない。制御部２０は第２電流値を、第１電流値（３０Ａ）から第３電流値（４Ａ）を減算した値（２６Ａ）に設定する。実施例１では、第２電流値を２６Ａに設定することで、電動工具１の動作中、モータ２には２６Ａ以下の電流が供給され、また集塵機４０には４Ａ以下の電流が供給されることになり、バッテリ３０からの総出力電流を規定値（３０Ａ）以下に制限できる。

（実施例２）
実施例２では、電動工具１が、バッテリ３０から出力される電流値を測定する電流測定部を備える。
図３は、電動工具１の構成の変形例を示す。図３に示す電動工具１は、図１に示す電動工具１と比較して、集塵機電流測定部１６をさらに備えている点で相違する。
集塵機電流測定部１６は、制御部２０から集塵機４０に電流を供給する電力線に設けられ、集塵機４０に供給される電流値を測定して制御部２０に提供する。制御部２０は、集塵機電流測定部１６およびモータ電流測定部１５から提供される測定電流値をもとに、モータ２への供給電流を制御する。

実施例１で説明したように、集塵機４０に供給する実電流値は、第３電流値（４Ａ）を超えることはなく、第３電流値以下である。そのため集塵機４０に供給する実電流値は、第３電流値より小さいこともある。実施例２では、集塵機４０に供給する実電流値に応じて、モータ２に供給する電流の上限である第２電流値を設定する。

実施例２において、モータ電流測定部１５は、モータ２に供給する電流値を測定し、集塵機電流測定部１６は、集塵機４０に供給する電流値を測定する。モータ電流測定部１５で測定される電流値と集塵機電流測定部１６で測定される電流値の和は、バッテリ３０から出力される総電流値に相当する。つまりモータ電流測定部１５および集塵機電流測定部１６は、互いに協働してバッテリ３０から出力される電流値を測定する。

集塵機４０を使用する場合、制御部２０は、モータ電流測定部１５および集塵機電流測定部１６により測定されるバッテリ出力電流値が第１電流値を超えないように、モータ２に供給する電流を調整する。

図４は、実施例２における制御部２０の電流制御手法を説明するための図である。図４において、集塵機４０に供給する電流を「集塵機電流」と表現し、モータ２に供給する電流を「モータ電流」と表現する。集塵機４０を使用しない場合、制御部２０は、モータ２に供給する電流の上限を第１電流値（３０Ａ）に設定する。

一方、集塵機４０を使用する場合、制御部２０は、モータ電流測定部１５および集塵機電流測定部１６の双方により測定されるバッテリ出力電流値が第１電流値を超えないように、モータ２に供給する電流を調整する。図４において集塵機電流である「第４電流値」は、集塵機電流測定部１６により測定された実電流値である。たとえば第４電流値が３Ａである場合、制御部２０は、モータ２に供給する電流の上限である第２電流値を、第１電流値（３０Ａ）から第４電流値（３Ａ）を減算した値（２７Ａ）に設定する。つまり集塵機４０に供給している電流値が３Ａであれば、制御部２０は、モータ２に供給する電流を２７Ａ以下となるように調整する。なお第４電流値が２Ａであれば、制御部２０は第２電流値を２８Ａに設定して、モータ２に供給する電流を２８Ａ以下となるように調整する。

このように実施例２によれば、制御部２０が電流測定部の測定値にもとづいて、モータ出力電流値が規定値以下となるようにモータ２の供給電流を制御する。これにより実施例１の電流制御手法と比べると、実施例２の制御部２０は、集塵機４０に第３電流値（４Ａ）の電流を供給していない場合に、モータ２に供給する電流値を２６Ａよりも大きくでき、電動工具１の作業性能を高められる。

なお図３には、モータ電流測定部１５と集塵機電流測定部１６とでバッテリ出力電流値を測定することを示したが、バッテリ３０の出力電流を直接測定する電流測定部を設けてもよい。この場合、制御部２０は、単一の電流測定部による測定電流値にもとづいて、モータ２に供給する電流を調整できる。

（実施例３）
実施例３では、電動工具１が、集塵機４０の供給電流を調整する電流調整部を備える。
図５は、電動工具１の構成の変形例を示す。図５に示す電動工具１は、図３に示す電動工具１と比較して、電流調整部１７をさらに備えている点で相違する。
電流調整部１７は、制御部２０から集塵機４０に電流を供給する電力線に設けられ、制御部２０からの制御信号に応じて、集塵機４０に供給される電流を調整する。たとえば電流調整部１７は、制御部２０から供給されるＰＷＭ制御信号に応じて、集塵機４０の供給電流を制限してよい。

図６は、実施例３における制御部２０の電流制御手法を説明するための図である。図６において、集塵機４０に供給する電流を「集塵機電流」と表現し、モータ２に供給する電流を「モータ電流」と表現する。集塵機４０を使用しない場合、制御部２０は、モータ２に供給する電流の上限を第１電流値（３０Ａ）に設定する。

一方、集塵機４０を使用する場合、制御部２０は、モータ２に供給する電流の上限である第２電流値を、（第１電流値−第３電流値）よりも高い第５電流値に設定する。実施例３は、集塵機４０の集塵能力を制限して、電動工具１の作業性能を高めることを目的としており、制御部２０は集塵機４０に供給する電流の上限を、第１電流値から第２電流値（第５電流値）を減算した値に設定する。

たとえば制御部２０は第５電流値を２８Ａに設定すると、集塵機４０に供給する電流の上限を、第１電流値（３０Ａ）から第５電流値（２８Ａ）を減算した値（２Ａ）に設定する。集塵機４０を使用する場合、モータ２に供給する上限電流値は少なくとも２６Ａに設定できるが、実施例３の制御部２０は、モータ２に供給する電流の上限を２６Ａよりも高く設定することで、電動工具１の作業性能を高めることが可能となる。このとき制御部２０は電流調整部１７により、集塵機４０に供給する電流を４Ａよりも下げることで、バッテリ３０からの総出力電流を規定値（３０Ａ）以下に制限する。

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）は集塵機（４０）を着脱可能である。電動工具（１）は、先端工具（１３）を駆動するためのモータ（２）と、バッテリ（３０）からモータに電流を供給して、モータの回転を制御する制御部（２０）と、集塵機を取り付けるための集塵機装着部（２３）とを備える。制御部（２０）は、集塵機（４０）を使用しない場合に、モータ（２）に供給する電流の上限を第１電流値に設定し、集塵機（４０）を使用する場合に、モータ（２）に供給する電流の上限を、第１電流値よりも低い第２電流値に設定する。

制御部（２０）は、集塵機（４０）を使用するか否かを検出する機能を有してよい。また制御部（２０）は、集塵機装着部（２３）に集塵機（４０）が装着されているか否かを検出する機能を有してよい。

制御部（２０）は、集塵機（４０）を使用する場合に、集塵機（４０）に供給する電流の上限を第３電流値に設定し、モータ（２）に供給する電流の上限である第２電流値を、第１電流値から第３電流値を減算した値に設定してよい。

電動工具（１）は、バッテリ（３０）から出力される電流値を測定する電流測定部（１５，１６）をさらに備えてもよい。制御部（２０）は、集塵機（４０）を使用する場合に、電流測定部により測定されるバッテリ出力電流値が第１電流値を超えないように、モータ（２）に供給する電流を調整してよい。

制御部（２０）は、集塵機（４０）を使用する場合に、集塵機（４０）に供給する電流の上限を、第１電流値から第２電流値を減算した値に設定してよい。

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、１１・・・工具出力軸、１３・・・先端工具、１４・・・回転センサ、１５・・・モータ電流測定部、１６・・・集塵機電流測定部、１７・・・電流調整部、２０・・・制御部、２２・・・バッテリ装着部、２３・・・集塵機装着部、３０・・・バッテリ、４０・・・集塵機。

Claims (6)

1. 集塵機を着脱可能な電動工具であって、
   先端工具を駆動するためのモータと、
   バッテリから前記モータに電流を供給して、前記モータの回転を制御する制御部と、
   集塵機を取り付けるための集塵機装着部と、を備え、
   前記制御部は、
   集塵機を使用しない場合に、前記モータに供給する電流の上限を第１電流値に設定し、
   集塵機を使用する場合に、前記モータに供給する電流の上限を、第１電流値よりも低い第２電流値に設定する、
   ことを特徴とする電動工具。
2. 前記制御部は、集塵機を使用するか否かを検出する機能を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
3. 前記制御部は、前記集塵機装着部に集塵機が装着されているか否かを検出する機能を有する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の電動工具。
4. 集塵機を使用する場合に、前記制御部は、集塵機に供給する電流の上限を第３電流値に設定し、前記モータに供給する電流の上限である第２電流値を、第１電流値から第３電流値を減算した値に設定する、
   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。
5. バッテリから出力される電流値を測定する電流測定部をさらに備え、
   集塵機を使用する場合に、前記制御部は、前記電流測定部により測定されるバッテリ出力電流値が第１電流値を超えないように、前記モータに供給する電流を調整する、
   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。
6. 集塵機を使用する場合に、前記制御部は、集塵機に供給する電流の上限を、第１電流値から第２電流値を減算した値に設定する、
   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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