JP7274979B2 - アングル工具 - Google Patents

Description

本発明は、モータのロータ軸に対して直交する出力軸を備えたアングルドリル等のアングル工具に関する。

アングルドリル等のアングル工具は、工具本体となるハウジング内に、ロータ軸を前後方向に向けたモータを収容している。また、ハウジングの前端に、ロータ軸と直交するスピンドル（出力軸）を下向きに突出している（例えば特許文献１参照）。スピンドルの下端には、ドリルビット等の先端工具を装着可能なドリルチャックが取り付けられている。よって、モータが駆動してロータ軸が回転すると、スピンドル及びドリルチャックが回転し、ドリルビットで被加工材の穿孔作業等が可能となる。

特開２０１８－１３６１号公報

このようなアングル工具においては、作業中に先端工具が被加工材へ突発的に食いついてロックされると、ハウジングがスピンドル周りに振り回されるおそれがある。

本発明は、ハウジングが振り回されることを効果的に防止可能なアングル工具を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、アングル工具であって、
ロータ軸を有するモータと、
モータにより回転し、ロータ軸と直交する出力軸と、
モータを収容して出力軸を支持するハウジングと、
出力軸を中心とする振り回されを防止するための加速度センサと、を有し、
ハウジングは、前後方向に延びて前後方向の中央にモータを収容して、後部にハンドルを有し、
出力軸は、ハウジングの前部から下向きに延び、
加速度センサは、モータよりも後方でハンドルの後部又は前部に配置されることを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、アングル工具であって、
ロータ軸を有するモータと、
モータにより回転し、ロータ軸と直交する出力軸と、
モータを収容して出力軸を支持するハウジングと、
出力軸を中心とする振り回されを防止するための加速度センサと、を有し、
ハウジングは、前後方向に延びて前後方向の中央にモータを収容して、後部に、前後方向に延びる縦向きのループ状のハンドルを有し、
出力軸は、ハウジングの前部から下向きに延び、
加速度センサは、モータよりも後方でハンドルに配置されることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、上記構成において、ハンドルには、モータを制御するコントローラが収容され、
加速度センサは、コントローラに設けられることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、上記構成において、ハンドルの下側には、モータの冷却用空気の吸気口が形成されていることを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、アングル工具であって、
ロータ軸を有するモータと、
モータにより回転し、ロータ軸と直交する出力軸と、
モータを収容して出力軸を支持するハウジングと、
ハウジングに配置され、出力軸を中心とする振り回されを防止するための加速度センサと、を有し、
ハウジングの後端に、バッテリーパックを装着可能なバッテリー装着部が設けられ、バッテリー装着部には、バッテリーパックが上下に２つ装着可能であることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、上記構成において、
モータを駆動させるための制御回路基板を有し、
制御回路基板は、リード線を介して加速度センサと接続されていることを特徴とする。
なお、各発明において、ロータ軸と出力軸との「直交」とは、厳密な直交を含む。また、多少の誤差を伴う直交状態であっても、出力軸のロックに伴うハウジングの振り回されが生じるものであれば含む。

本発明によれば、工具本体であるハウジングが振り回されることを効果的に防止可能となる。

充電式アングルドリルの斜視図である。 充電式アングルドリルの中央縦断面図である。 振り回され検出処理のフローチャートである。 加速度センサの配置の変更例を示す中央縦断面図である。 加速度センサの配置の変更例を示す中央縦断面図である。 加速度センサの配置の変更例を示す中央縦断面図である。 加速度センサの配置の変更例を示す中央縦断面図である。 加速度センサの配置の変更例を示すアングルドリルの概略図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、アングル工具の一例である充電式アングルドリルの斜視図である。図２は、充電式アングルドリルの中央縦断面図である。
充電式アングルドリル（以下単に「アングルドリル」という。）１は、工具本体となるハウジング２を備える。ハウジング２は、前後方向に延びる。ハウジング２は、前後方向の中央に配置されるモータハウジング３と、その前側に連結されるギヤハウジング４と、モータハウジング３の後側に連結されるハンドルハウジング５とを含む。モータハウジング３には、ブラシレスモータ６が収容される。ギヤハウジング４には、減速機構７が収容される。減速機構７の前側でギヤハウジング４内には、スピンドル８が下向きに収容されている。スピンドル８の下端はギヤハウジング４から突出している。スピンドル８の下端には、ドリルチャック９が固定されている。

ギヤハウジング４の前部には、フロントグリップ１０が設けられている。フロントグリップ１０は、上端が左右方向に延びる握り部となる。フロントグリップ１０の両端は、ギヤハウジング４の左右の側面に結合されている。フロントグリップ１０の後方でギヤハウジング４の左右の側面には、ネジ孔１１，１１が設けられている。ネジ孔１１には、サイドグリップ（不図示）がねじ込み結合可能である。
ハンドルハウジング５は、ループ状に形成されている。ハンドルハウジング５の後部には、バッテリー装着部１２が一体に形成されている。バッテリー装着部１２には、上下２つのバッテリーパック１３，１３が着脱可能となっている。
図１，２において、スピンドル８の軸線方向をＺ軸方向、Ｚ軸と直交する左右方向をＸ軸方向、Ｚ軸と直交する前後方向とＹ軸方向とする。

ブラシレスモータ６は、ステータ１５とロータ１６とを有する。ステータ１５は筒状で、内側にロータ１６が配置されるインナロータ型である。ステータ１５には、センサ回路基板１５ａが設けられている。センサ回路基板１５ａは、ロータ１６に設けた永久磁石の磁界を検出する回転検出素子を備えている。ロータ１６は、軸心にロータ軸１７を有している。ロータ軸１７は、前後方向に延びて前後の軸受１８，１８に支持されている。ロータ軸１７の先端には、ピニオン１９が形成されている。前側の軸受１８の後方でロータ軸１７には、ファン２０が取り付けられている。ファン２０の外側でモータハウジング３には、複数の排気口２１，２１・・が形成されている。
減速機構７は、複数の遊星ギヤ２３，２３・・をそれぞれ支持ピン２４を介して支持する後側キャリア２２を備える。また、複数の遊星ギヤ２６，２６・・をそれぞれ支持ピン２７を介して支持する前側キャリア２５を有する。各遊星ギヤ２３，２６の外側には、インターナルギヤ２８Ａ，２８Ｂがそれぞれ配置されている。後側キャリア２２の遊星ギヤ２３は、ロータ軸１７のピニオン１９と噛合している。後側キャリア２２の軸心には、第１中間軸２９が結合されている。前側キャリア２５の遊星ギヤ２６は、第１中間軸２９と噛合している。前側キャリア２５には、前端にベベルギヤ３１を有する第２中間軸３０が結合されている。第２中間軸３０は、軸受３２によって第１中間軸２９と同軸で支持されている。

１段目となる遊星ギヤ２３の支持ピン２４は、後側キャリア２２を貫通して前方へ突出している。この支持ピン２４に、リング状の切替部材３３が前後へスライド可能に設けられている。切替部材３３は、後側キャリア２２及び第１中間軸２９と係合して一体回転する後退位置と、両者から離れる前進位置とにスライド可能である。この切替部材３３の前後位置は、ギヤハウジング４の下面に設けた速度切替レバー３４の回転操作によって切替可能となっている。
２段目となる遊星ギヤ２６の支持ピン２７は、遊星ギヤ２６を貫通して後方へ突出している。支持ピン２７の後端には、前進位置の切替部材３３が回転方向で係合する係合部材３５が設けられている。

よって、切替部材３３の後退位置では、１段目の遊星ギヤ２３で減速された後側キャリア２２の回転が、第１中間軸２９を介して２段目の遊星ギヤ２６に伝わる。そして、前側キャリア２５を減速して回転させる。従って、第２中間軸３０は２段階に減速されて低速回転する（１速）。
一方、切替部材３３の前進位置では、１段目の遊星ギヤ２３で減速された後側キャリア２２の回転が、支持ピン２４及び切替部材３３を介して係合部材３５へ伝わる。そして、支持ピン２７を介して前側キャリア２５をダイレクトに回転させる。よって、第２中間軸３０は、２段目の減速がキャンセルされて高速回転する（２速）。

但し、前側のインターナルギヤ２８Ｂは、ギヤハウジング４内で回転可能に設けられている。インターナルギヤ２８Ｂの前方でギヤハウジング４には、保持リング３６がネジ止めされている。この保持リング３６には、複数のボール３７，３７・・が、周方向に等間隔で保持されている。各ボール３７の前側には、押圧体３８とコイルバネ３９とが配置されている。各コイルバネ３９は、押圧体３８を介してボール３７をインターナルギヤ２８Ｂに押し付ける。よって、インターナルギヤ２８Ｂは、各コイルバネ３９の付勢力により回転を規制される。そして、当該付勢力を上回るトルクがスピンドル８から第２中間軸３０に加わると、インターナルギヤ２８Ｂは空転してスピンドル８への回転伝達を遮断する。すなわち、トルクリミッタが形成される。
一方、スピンドル８は、第２中間軸３０の前方軸線上に位置している。スピンドル８は、上下の軸受４０，４０によって回転可能に支持されている。第２中間軸３０の上方でスピンドル８には、ベベルギヤ４１が一体に結合されている。このベベルギヤ４１は、第２中間軸３０のベベルギヤ３１と噛合している。

ハンドルハウジング５は、左右の半割ハウジング５ａ，５ｂを左右方向のネジで組み付けて形成される。ハンドルハウジング５は、モータハウジング３の後端に連結される筒状部４５を含む。また、ハンドルハウジング５は、筒状部４５から後方へ上下に分岐するグリップ部４６と、コントローラ収容部４７とを含む。グリップ部４６とコントローラ収容部４７とは、後端同士が繋がって縦向きのループ状となり、バッテリー装着部１２と繋がっている。
グリップ部４６は、横断面が略円形の筒状である。グリップ部４６の前側には、トリガ４９を下向きに突出させたスイッチ４８が収容されている。スイッチ４８の前方には、ブラシレスモータ６の正逆切替レバー５０が設けられている。また、スイッチ４８の前方で筒状部４５の上面には、主電源スイッチ５１が設けられている。

コントローラ収容部４７は、横断面が略四角形の筒状である。コントローラ収容部４７は、グリップ部４６よりも左右幅が広く形成されている。コントローラ収容部４７には、コントローラ５２が収容されている。このコントローラ５２は、平面視矩形状の制御回路基板５３と、制御回路基板５３を収容するケース５４とを備える。制御回路基板５３は、ブラシレスモータ６を駆動させるためのマイコンやスイッチング素子等を搭載している。コントローラ５２は、長手方向が前後方向に延び、短手方向が左右方向に延びる横向き姿勢となっている。
コントローラ収容部４７の下面には、複数の吸気口５５，５５・・が形成されている。各吸気口５５は、後側へ斜め下向きに開口形成されている。
コントローラ５２の前方には、ライト５６が設けられる。このライト５６は、ＬＥＤを備え、トリガ４９によるスイッチ４８のＯＮによって点灯する。ライト５６の点灯により、ドリルチャック９の下方となる前方斜め下側を照射する。

バッテリー装着部１２内で上下方向の中央部には、加速度センサ５７Ａが設けられている。加速度センサ５７Ａは、コントローラ５２の制御回路基板５３と図示しないリード線で電気的に接続される。加速度センサ５７Ａは、コントローラ５２からの電力によって駆動可能な３軸加速度センサ素子を含む。この３軸加速度センサ素子は、例えば、可動電極部と検出電極部とを備えるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）型である。ここでは、外部から加えられた加速度に応じて可動電極部が揺動して検出電極部との間隙が変化する。すると、その間隙の変化に応じて両電極部間に生じる静電容量の変化に基づいて加速度の検出が行われる。検出信号は、コントローラ５２の制御回路基板５３へ入力される。
バッテリー装着部１２は、後方へ開口形成される。バッテリー装着部１２の内側（底部側）には、横向きの端子台５８，５８が上下に２つ並設される。各端子台５８に、バッテリーパック１３が左側から横向きでスライド装着される。

以上の如く構成されたアングルドリル１においては、主電源スイッチ５１を押し操作すると、バッテリーパック１３からの電源がコントローラ５２へ供給される。この状態でトリガ４９を押し込むと、スイッチ４８がＯＮする。すると、センサ回路基板１５ａでロータ１６の回転位置を検出したコントローラ５２からブラシレスモータ６に給電されてロータ軸１７が回転する。ロータ軸１７が回転すると、減速機構７を介して減速された回転が第２中間軸３０に伝達される。そして、ベベルギヤ３１，４１を介してスピンドル８が減速回転し、ドリルチャック９を一体に回転させる。よって、ドリルチャック９に装着したドリルビット等の先端工具により、被加工材の穿孔作業等が可能となる。

一方、ロータ軸１７が回転してファン２０が一体回転する。すると、ハンドルハウジング５の下面に設けた吸気口５５から空気が吸い込まれる。吸い込まれた空気は、コントローラ収容部４７から筒状部４５を通ってモータハウジング３に至る。そして、ブラシレスモータ６を通過した後、排気口２１から排出される。この空気流により、コントローラ収容部４７では、下面側から吸い込まれる空気によってコントローラ５２が冷却される。また、モータハウジング３ではブラシレスモータ６が冷却される。

そして、コントローラ５２の制御回路基板５３には、加速度検出回路が形成されている。加速度検出回路は、加速度センサ５７Ａからの検出信号に基づいて、ハウジング２がスピンドル８を中心に所定角度以上回転したことを検出する。この検出に基づき、コントローラ５２は、振り回され検出処理を実行可能となっている。すなわち、先端工具の食いつきによりスピンドル８の回転が不意にロックされても、ブラシレスモータ６の駆動を停止させて、Ｚ軸周りでのハウジング２の振り回されを防止する処理である。
但し、スピンドル８が低速回転する１速では、スピンドル８のロックに伴う負荷トルクの増大によってトルクリミッタが先に働く。よって、振り回され検出処理は、スピンドル８が高速回転してトルクが小さい２速で機能することになる。
以下、この振り回され検出処理を、図３のフローチャートに基づいて説明する。

まず、Ｓ１（Ｓはステップ、以下同じ）で、スイッチ４８がＯＮすると、コントローラ５２は、Ｓ２で、加速度センサ５７ＡによってＸ軸方向の加速度を取得する。
次に、Ｓ３で、取得したＸ軸方向の加速度から、Ｚ軸周りの角加速度を算出する。この算出は、制御回路基板５３に設けたＲＯＭ等の記憶部に予め記録された演算式に基づいて行われる。
次に、Ｓ４で、算出した角加速度を積分し、その積分値からＺ軸周りの角速度を算出する。
次に、Ｓ５で、算出した角速度を積分し、その積分値からＺ軸周りの回転角度を算出する。

次に、Ｓ６で、Ｓ４で求めた角速度に基づき、ハウジング２がＺ軸周りに振り回されたことを検出してからブラシレスモータ６が停止するのに要する回転角度を算出する。
次に、Ｓ７で、Ｓ５で算出した回転角度に、Ｓ６で算出した回転角度を加算することで、Ｚ軸周りの予測回転角度を算出する。
次に、Ｓ８で、予測回転角度が、記憶部に予め設定されている閾値を越えたか否かを判別する。ここで閾値越えを確認すると、次のＳ９で、閾値越えから連続して一定時間以上経過したか否かを判別する。
Ｓ９の判別で一定時間以上であることが確認されると、Ｓ１０で、ブラシレスモータ６の駆動を停止する。これにより、先端工具の食いつきによるハウジング２の振り回されが防止される。
一方、Ｓ８の判別で予測回転角度が閾値を越えない場合はＳ１へ戻る。また、Ｓ８の判別で閾値を越えても、Ｓ９の判別で一定時間以上でないことが確認された場合もＳ１へ戻る。Ｓ１でスイッチ４８がＯＮ状態であれば、再びＳ２でＸ軸方向の加速度を取得する振り回され検出処理が行われる。

このように、上記形態のアングルドリル１では、ロータ軸１７を有するブラシレスモータ６（モータ）を備える。また、ブラシレスモータ６により回転し、ロータ軸１７と直交するスピンドル８（出力軸）を備える。また、ブラシレスモータ６を収容してスピンドル８を支持するハウジング２を備える。そして、ハウジング２に、スピンドル８を中心とする振り回され防止用の加速度センサ５７Ａを配置している。
これらの構成により、ブラシレスモータ６の制御手段であるコントローラ５２が振り回され検出処理を実行して、ハウジング２が振り回されることを効果的に防止可能となる。

特にここでは、ハウジング２は、前後方向に延びて前後方向の中央にブラシレスモータ６を収容し、スピンドル８は、ハウジング２の前部から下向きに延び、加速度センサ５７Ａは、ブラシレスモータ６よりも後方に配置される。
また、ハウジング２は、後部にハンドルハウジング５（ハンドル）を有し、加速度センサ５７Ａは、ハンドルハウジング５の後部に配置される。
これらの構成により、ハウジング２内のデッドスペースを利用して加速度センサ５７Ａを簡単に設置できる。

なお、加速度センサの配置は上記形態に限らない。例えば、図２の場合は、ハンドルハウジング５の後部中央に限らず、上側や下側寄りであってもよい。
また、ハンドルハウジング５の後部に限らず、図４に示すように、ハンドルハウジング５の前部の筒状部４５内に加速度センサ５７Ｂを配置してもよい。
このように加速度センサ５７Ｂを、ハンドルハウジング５の前部に配置してもデッドスペースを利用できる。
また、ループ状であるハンドルハウジング５のコントローラ収容部４７（下側部分）に加速度センサを配置してもよい。この場合、コントローラ５２の制御回路基板５３上に加速度センサを直接搭載してもよいし、図５に示すように、制御回路基板５３と加速度センサ５７Ｃとをリード線５９を介して接続してもよい。
このようにコントローラ収容部４７に加速度センサ５７Ｃを配置してもデッドスペースを利用できる。また、加速度センサ５７Ｃをコントローラ５２に設ければ配線の必要がなくなる。

但し、加速度センサの配置は図２や図４，５以外の配置も可能である。加速度センサの種類も限定しない。
例えば、図６に示すように、グリップ部４６の内部にコントローラ５２を収容してもよい。そして、グリップ部４６内で制御回路基板５３に加速度センサ５７Ｄをリード線を介して接続してもよい。また、制御回路基板５３に直接加速度センサ５７Ｄを搭載してもよい。この場合、バッテリーパック１３は１つでもよい、他の例でもバッテリーパック１３は１つでもよい。
また、図７に示すように、バッテリー装着部１２にコントローラ５２を収容してもよい。そして、バッテリー装着部１２内で制御回路基板５３に加速度センサ５７Ｅをリード線を介して接続してもよい。また、制御回路基板５３に直接加速度センサ５７Ｅを搭載してもよい。この場合、センサ回路基板１５ａに、ブラシレスモータ６への電流を制御するスイッチング素子（ＦＥＴ等）を搭載してもよい。この場合、スイッチング素子の発熱が加速度センサ５７Ｅへ伝わることを抑制できる。また、ドリルチャック９より最も遠い箇所となるので、加速度センサ５７Ｅの検知精度を高くすることができる。他の例でもスイッチング素子をセンサ回路基板１５ａに搭載してもよい。
さらに、図８に示すアングルドリル１Ａのように、ストレート型のグリップ部（ハンドル）を有するアングル工具にも本発明は適用できる。この場合、モータＭより後方に加速度センサ５７Ｆが配置される。コントローラ５２の中でも外でもよい。
アングルドリルの形態も、速度切り替え機能はなくてもよい。モータもブラシレスに限らない。バッテリーパックを用いないＡＣ機であってもよい。

１，１Ａ・・充電式アングルドリル、２・・ハウジング、３・・モータハウジング、４・・ギヤハウジング、５・・ハンドルハウジング、６・・ブラシレスモータ、７・・減速機構、８・・スピンドル、９・・ドリルチャック、１７・・ロータ軸、４８・・スイッチ、５２・・コントローラ、５３・・制御回路基板、５７Ａ～５７Ｆ・・加速度センサ。

Claims (6)

1. ロータ軸を有するモータと、
   前記モータにより回転し、前記ロータ軸と直交する出力軸と、
   前記モータを収容して前記出力軸を支持するハウジングと、
   前記出力軸を中心とする振り回されを防止するための加速度センサと、を有し、
   前記ハウジングは、前後方向に延びて前後方向の中央に前記モータを収容して、後部にハンドルを有し、
   前記出力軸は、前記ハウジングの前部から下向きに延び、
   前記加速度センサは、前記モータよりも後方で前記ハンドルの後部又は前部に配置されることを特徴とするアングル工具。
2. ロータ軸を有するモータと、
   前記モータにより回転し、前記ロータ軸と直交する出力軸と、
   前記モータを収容して前記出力軸を支持するハウジングと、
   前記出力軸を中心とする振り回されを防止するための加速度センサと、を有し、
   前記ハウジングは、前後方向に延びて前後方向の中央に前記モータを収容して、後部に、前後方向に延びる縦向きのループ状のハンドルを有し、
   前記出力軸は、前記ハウジングの前部から下向きに延び、
   前記加速度センサは、前記モータよりも後方で前記ハンドルに配置されることを特徴とするアングル工具。
3. 前記ハンドルには、前記モータを制御するコントローラが収容され、
   前記加速度センサは、前記コントローラに設けられることを特徴とする請求項２に記載のアングル工具。
4. 前記ハンドルの下側には、前記モータの冷却用空気の吸気口が形成されていることを特徴とする請求項３に記載のアングル工具。
5. ロータ軸を有するモータと、
   前記モータにより回転し、前記ロータ軸と直交する出力軸と、
   前記モータを収容して前記出力軸を支持するハウジングと、
   前記ハウジングに配置され、前記出力軸を中心とする振り回されを防止するための加速度センサと、を有し、
   前記ハウジングの後端に、バッテリーパックを装着可能なバッテリー装着部が設けられ、前記バッテリー装着部には、バッテリーパックが上下に２つ装着可能であることを特徴とするアングル工具。
6. 前記モータを駆動させるための制御回路基板を有し、
   前記制御回路基板は、リード線を介して前記加速度センサと接続されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のアングル工具。

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