JP7347661B2

JP7347661B2 - 作業機

Info

Publication number: JP7347661B2
Application number: JP2022517569A
Authority: JP
Inventors: 俊哉新戸; 智志阿部; 慎也豊田
Original assignee: Koki Holdings Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2020-04-28
Filing date: 2021-03-31
Publication date: 2023-09-20
Anticipated expiration: 2041-03-31
Also published as: JPWO2021220705A1; WO2021220705A1

Description

本発明は、ハンマドリル等の作業機に関する。

ハンマドリル等の作業機は、モータの駆動によって先端工具を回転させることで被加工材（例えば、コンクリート、鉄鋼、木材等）に穿孔穴を形成したり、先端工具に打撃力を加えることで被加工材を破砕したりすることができる。このような作業機による作業時に、先端工具が被加工材の固い箇所に引っ掛かり、先端工具がロックしてしまう場合がある。先端工具がロックすると、ハウジングが先端工具の駆動によって大きく振り回されるキックバックが生じる。

キックバックを抑制する手段として、キックバックを検出するとモータの駆動を停止するキックバック抑制制御や、モータのトルクが所定値よりも大きくなると動力伝達経路に設けたクラッチを遮断状態とすることが知られている。キックバック抑制制御において、キックバックの検出には、モータの負荷電流や、モータの回転数、ハウジングに発生する加速度等の検出値が利用される。

下記特許文献１は、モータの回転数が低くトルクが充分に生じない間にキックバックを検出してモータの駆動を停止させると作業性が低下することを課題とし、モータの駆動開始から所定時間が経過するまでの不感期間はキックバック抑制制御を行わない構成を開示する。

特開２０１９－１５０８９７号公報

キックバックの検出に利用する検出値は、モータの始動後、最初にクラッチが接続状態から遮断状態に移行する際に、キックバック検出条件を満たすことがある。例えばモータの駆動電流は、モータの始動後、最初にクラッチが接続状態から遮断状態に移行するタイミングで一度ピークをつける。ピークの大きさは、キックバック検出の閾値を超えることがある。ピークのタイミングは、モータの始動直前のクラッチの状態によって異なる。具体的には、ピークのタイミングは、モータの始動直前にクラッチが接続状態であれば早く、遮断状態であれば遅くなる。このため、不感期間をモータの駆動開始からの一定時間に設定すると、モータの始動直前のクラッチの状態に応じた柔軟なキックバック抑制制御を行うのが難しく、作業性が良くなかった。

上記課題を鑑み、本発明は、作業性を向上させることの可能な作業機を提供することを目的とする。

本発明のある態様は作業機である。この作業機は、
駆動軸を駆動する駆動源と、
前記駆動源を収容するハウジングと、
前記駆動軸の駆動力により動作する先端工具と、
前記駆動軸の駆動力を前記先端工具に伝達する伝達経路と、
前記伝達経路に設けられ、前記先端工具に係る負荷が所定値を超えると、前記伝達経路を遮断する遮断部と、前記駆動源の駆動を制御するとともに、前記ハウジングの振り回されを示す検出値を検出する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記駆動源が駆動した状態で前記検出値が第１の閾値を超えると、前記駆動源の駆動を停止する、第１の制御を実行可能であり、
前記制御部は、前記駆動源の駆動開始から第１の所定時間が経過するまでの第１の不感期間、及び、前記第１の不感期間の後において前記検出値が最初に前記第１の閾値より小さい第２の閾値を超えてから第２の所定時間が経過するまでの第２の不感期間は、前記検出値が前記第１の閾値を超えても前記駆動源の駆動を停止しない構成としている。

前記検出値が、前記駆動源の駆動電流であるとよい。

前記遮断部は、所定の相対角度で噛み合う主軸及び従軸を有し、前記所定のトルクを超えると前記主軸が前記従軸に対してスリップする、スリップクラッチ機構であるとよい。

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。

本発明によれば、作業性を向上させることの可能な作業機を提供することができる。

本発明に係る作業機の一実施の形態であるハンマドリルの全体断面図。ハンマドリルの部分断面図。ハンマドリルが備える、動力の伝達経路を遮断する遮断部としてのスリップクラッチ機構であって接続状態の概略横断面図（図４のＢ－Ｂ断面図）。図３のＡ－Ａ断面図。スリップクラッチ機構であって遮断状態の概略横断面図（図６のＢ－Ｂ断面図）。図５のＡ－Ａ断面図。ハンマドリルの制御系統を示すブロック図。ハンマドリルに設けた制御パネルの平面図。比較例のキックバック抑制制御であって、スリップクラッチ機構が接続状態であるときのモータ駆動電流と起動時電流保護有効期間との関係を示す波形図。比較例のキックバック抑制制御であって、スリップクラッチ機構が遮断状態であったときのモータ駆動電流と起動時電流保護有効期間との関係を示す波形図。本実施の形態のキックバック抑制制御であって、スリップクラッチ機構が遮断状態であったときのモータ駆動電流と起動時電流保護有効期間との関係を示す波形図。本実施の形態のキックバック抑制制御であって、スリップクラッチ機構が接続状態で、過電流保護機能でモータを停止させる場合の波形図。本実施の形態のキックバック抑制制御のフローチャート。

以下において、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。実施の形態は、発明を限定するものではなく例示である。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。

以下、作業機の一実施の形態であるハンマドリルについて、図面を用いて詳細に説明する。図１及び図２において、作業機の一例であるハンマドリル１０は、ハウジング１１、電動モータ１２、回転力伝達機構１３、変換機構１４、スリーブ１５、打撃子１６及び制御回路１７を有する。ハンマドリル１０は、電動モータ１２の回転力をスリーブ１５に伝達する機能と、電動モータ１２の回転力を打撃子１６の打撃力に変換する機能と、を有する。

ハウジング１１は、モータケース１８、ギヤケース１９及びハンドル２０を有する。ギヤケース１９にモータケース１８が接続一体化され、ハンドル２０は、ギヤケース１９及びモータケース１８に対してそれぞれ連結一体化されている。

電動モータ１２は、モータケース１８内に設けられている。電動モータ１２は、ステータ２１及びロータ２２を有する。ステータ２１は図７に示す３個のコイル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃを有し、ステータ２１はモータケース１８に固定されている。図７に示すように、コイル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃは、３相、具体的にはＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応するものであり、コイル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの一端はスター結線されている。ロータ２２は、出力軸２３に固着されており、出力軸２３は、モータケース１８側の軸受２４，２５により第１仮想線Ｃ１を中心として回転可能に支持されている。ロータ２２は永久磁石２２Ａを一体的に有する。ステータ２１に電流が流れると、回転磁界が形成されて、ロータ２２及び出力軸２３が回転される。駆動ギヤ２６が出力軸２３に設けられている。電動モータ１２は、ブラシレスモータであり、整流子及びブラシを有していない。

図２のように、回転力伝達機構１３は、従動ギヤ２７、中間シャフト２８及び伝達ギヤ２９を有する。また、伝達ギヤ２９とスリーブ１５間にトルクリミッタとして働くスリップクラッチ機構７０が設けられている。スリップクラッチ機構７０は、所定トルク以下では伝達ギヤ２９の回転をスリーブ１５に伝達するが、所定トルクを超えるとスリップして回転駆動力を遮断する遮断部として機能する。回転力伝達機構１３は、駆動ギヤ２６の回転力をスリップクラッチ機構７０を介してスリーブ１５に伝達する機構である。中間シャフト２８は、ギヤケース１９内で軸受３０，３１によって支持され、かつ、第２仮想線Ｃ２を中心として回転可能である。第１仮想線Ｃ１と第２仮想線Ｃ２とが所定角度で交差して配置されている。所定角度は、一例として９０度である。従動ギヤ２７は、中間シャフト２８に固定され、従動ギヤ２７は、駆動ギヤ２６に噛み合わされている。従動ギヤ２７は、駆動ギヤ２６の回転力を中間シャフト２８に伝達する要素である。中間シャフト２８の回転速度は、出力軸２３の回転速度よりも低速である。つまり、駆動ギヤ２６及び従動ギヤ２７は、第１減速機である。中間シャフト２８の外周面にギヤ３２が設けられており、伝達ギヤ２９は、ギヤ３２に噛み合わされている。伝達ギヤ２９は、スリーブ１５の外周に回転自在に設けられていて、軸方向に摺動自在である。スリーブ１５は、ギヤケース１９内で軸受３３，３４によって支持され、かつ、第３仮想線Ｃ３を中心として回転可能である。スリーブ１５は、例えば金属製である。第２仮想線Ｃ２と第３仮想線Ｃ３とが平行に配置されている。伝達ギヤ２９は、中間シャフト２８の回転力を後述のスリップクラッチ機構７０を介してスリーブ１５に伝達する要素である。スリーブ１５の回転速度は、中間シャフト２８の回転速度よりも低速である。つまり、ギヤ３２及び伝達ギヤ２９は、第２減速機としての歯車伝動装置である。

スリーブ１５は筒形状であり、かつ、第１筒部３５及び第２筒部３６を有する。第１筒部３５と第２筒部３６とが接続又は一体に形成され、第１筒部３５と第２筒部３６とが、第３仮想線Ｃ３に沿った方向で異なる位置に配置されている。第１筒部３５と第２筒部３６とは、第３仮想線Ｃ３を中心として同心状に設けられている。第２筒部３６は、工具支持孔３７を有し、スリーブ１５は、先端工具３８を支持可能及び取り外し可能である。スリーブ１５が先端工具３８を支持すると、スリーブ１５と先端工具３８とが一体回転可能である。第１筒部３５の内部及び第２筒部３６の内部に亘って中間打撃子３９が設けられている。中間打撃子３９は、スリーブ１５に対して第３仮想線Ｃ３に沿った方向に移動可能である。

図３から図６はスリップクラッチ機構７０を示す。スリップクラッチ機構７０は、伝達ギヤ２９の後面に係合爪７１を等角度間隔で設けた主軸側クラッチ部７２と、伝達ギヤ２９の後面（つまり主軸側クラッチ部７２）に対向するスリーブ１５の外周部に係合爪７５を等角度間隔で設けた従軸側クラッチ部７６、及び伝達ギヤ２９の後面をスリーブ１５の外周部対向面に向けて付勢する図２のコイルスプリング７７を有する。係合爪７１及び係合爪７５は図示の場合それぞれ３個であり、係合爪７１が係合爪７５を乗り上げ、乗り越えることが可能なように各爪７１，７５の回転方向の前後端部には傾斜面が形成されている。図３及び図４は係合爪７１と係合爪７５とが係合した接続状態を示し、伝達ギヤ２９の回転がスリーブ１５に伝達される。図５及び図６は、スリップクラッチ機構７０の伝達トルクを超えた場合に、係合爪７１が係合爪７５上に乗り上げた遮断状態（スリップ可能な状態）を示し、伝達ギヤ２９の回転はスリーブ１５に伝達されず、遮断される。

変換機構１４は、ギヤケース１９内に設けられている。変換機構１４は、内輪４０、外輪４１及びピストン４２を有する。内輪４０は、中間シャフト２８の外周面に回転自在に設けられている。外輪４１は、内輪４０の外側に配置されている。内輪４０の外周面にカム溝４０Ａが設けられ、カム溝４０Ａと外輪４１との間に転動体６４が設けられている。変換機構１４、打撃子１６及び中間打撃子３９により、打撃機構６３が構成されている。

ハンマドリル１０の使用モードを切り替えるためのクラッチ４３が、ギヤケース１９内に設けられている。クラッチ４３は、中間シャフト２８と内輪４０との間の動力伝達経路を接続及び遮断する。クラッチ４３は、中間シャフト２８に取り付けられた円筒部材である。クラッチ４３は、中間シャフト２８とスプライン結合してこれと一体的に回転し、中間シャフト２８に対して第２仮想線Ｃ２に沿った方向に移動可能である。クラッチ４３は、内輪４０に対して係合及び解放可能である。

ハンマドリル１０の使用モードを切り替える作業選択部材（図示せず）が、ハウジング１１に設けられている。作業選択部材は、一例としてレバーである。ユーザが作業選択部材を操作すると、クラッチ４３が第２仮想線Ｃ２に沿った方向に作動される。ユーザは、作業選択部材を操作することにより、回転・打撃モードと、回転モードとを切り替え可能である。回転・打撃モードは、スリーブ１５に回転力を加え、かつ、第３仮想線Ｃ３に沿った方向の打撃力を中間打撃子３９に付加可能なモードである。回転モードは、スリーブ１５に回転力を加え、かつ、中間打撃子３９に打撃力を付加しないモードである。クラッチ４３は、内輪４０に対して係合及び解放可能であって、回転・打撃モードが選択されると、クラッチ４３が内輪４０に係合され、動力伝達経路が接続される。回転モードが選択されると、クラッチ４３が内輪４０から解放され、動力伝達経路が遮断される。

外輪４１はピストン４２に連結されている。ピストン４２は、筒形状であり、かつ、ピストン４２は第１筒部３５内に設けられている。ピストン４２は、第１筒部３５に対して第３仮想線Ｃ３に沿った方向に摺動可能である。打撃子１６は、ピストン４２内に設けられており、打撃子１６は、ピストン４２に対して第３仮想線Ｃ３に沿った方向に摺動可能である。ピストン４２内で、ピストン４２と打撃子１６との間に空気室４４が設けられている。

ハンドル２０は、モータケース１８に連結される箇所近傍に装着部４５を有し、電池パック４６を装着部４５に取り付け及び取り外しが可能である。電池パック４６は交流電源である。電池パック４６は、収容ケースと、収容ケース内に設けられた電池セルと、を有する。電池セルは、一次電池または二次電池の何れでもよい。電池セルとしては、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、リチウムイオンポリマー電池、ニッケルカドミウム電池の何れかを用いることができる。装着部４５に第１端子が設けられ、収容ケースに第２端子が設けられている。電池パック４６が装着部４５に取り付けられると、電池パック４６の電流を第１端子へ供給可能である。

トリガ４７が、ハンドル２０に設けられている。トリガ４７は、ハンドル２０に対して作動可能である。トリガ４７は、例えばハンドル２０に対して略直線状に作動可能であり、スプリング４８によってハンドル２０の外部に向けて付勢されている。トリガ４７は最も突出した初期位置から所定量ＬＭＡＸの範囲内で作動可能である。

ギヤケース１９の外面にグリップ６２が取り付けられている。ユーザは、第１の手でグリップ６２を握る。ユーザは、ハンドル２０を第２の手で握り、かつ、指をトリガ４７に接触させて操作力を付加及び解除可能である。トリガ４７に対する操作力が解除されていると、トリガ４７は初期位置で停止されている。トリガ４７に操作力が付加されると、トリガ４７は、スプリング４８の付勢力に抗して初期位置から作動する。初期位置に対するトリガ４７の作動量は、トリガ４７の操作量と定義可能である。トリガ４７に付加される操作力に応じて、トリガ４７の操作量が変化、つまり、増加または減少する。

図７は、ハンマドリル１０の制御系統を示す。制御回路１７は、ハウジング１１内、例えば、モータケース１８内に設けられている。制御回路１７は、入力ポート、出力ポート、中央演算処理部、記憶部及びタイマーを有するマイクロコンピュータである。また、インバータ回路４９が、モータケース１８内に設けられている。インバータ回路４９は、複数のスイッチング素子４９Ａを有し、インバータ回路４９は、ステータ２１と電池パック４６との間の電気回路に設けられている。スイッチング素子４９Ａをそれぞれ単独でオン及びオフさせる信号を出力する制御信号出力回路６１が設けられている。制御回路１７は、制御信号出力回路６１を制御する。

操作量検出センサ５０が、ハンドル２０に設けられている。操作量検出センサ５０は、トリガ４７の操作量を検出して操作量検出信号を出力する。操作量検出センサ５０としては、トリガ４７に接触する変位センサ、トリガ４７に接触しない渦電流変位センサ等を用いることが可能である。電流検出回路５１が、ハウジング１１内に設けられている。電流検出回路５１は、電池パック４６からステータ２１に供給される電流値（モータ駆動電流値）を検出して電流値検出信号を出力する。電圧検出回路５２が、ハウジング１１内に設けられている。電圧検出回路５２は、電池パック４６の電圧値を検出して電圧値検出信号を出力する。

回転位置検出センサ５３が、モータケース１８内またはギヤケース１９内に設けられている。回転位置検出センサ５３は、ロータ２２及び出力軸２３の回転方向における位置を検出して回転位置検出信号を出力する。制御回路１７は、操作量検出センサ５０から出力される操作量検出信号、電流検出回路５１から出力される電流値検出信号、電圧検出回路５２から出力される電圧値検出信号、回転位置検出センサ５３から出力される回転位置検出信号を処理する。制御回路１７は、回転位置検出センサ５３の回転位置検出信号を処理することにより、ロータ２２及び出力軸２３の単位時間あたりの回転数、つまり、電動モータ１２の実際の回転数を求めることができる。

制御回路１７は、トリガ４７に対する操作力が解除されていることを検出すると、電動モータ１２を停止させる。すなわち、制御回路１７は、インバータ回路４９の複数のスイッチング素子４９Ａを全てオフさせる。このとき電池パック４６から電動モータ１２に電流は供給されない。

制御回路１７は、トリガ４７に操作力が付加されたことを検出すると、電動モータ１２を回転させる。つまり、制御回路１７は、インバータ回路４９の複数のスイッチング素子４９Ａのオンとオフとを、それぞれ交互に切り替える。すると、電池パック４６から電動モータ１２のステータ２１の３個のコイル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃに選択的に電流が供給されて回転磁界が生じ、電動モータ１２のロータ２２及び出力軸２３が回転される。

さらに、図８に示す制御パネル５４が、ハウジング１１に設けられている。制御パネル５４は、例えば、図１に示すモータケース１８とギヤケース１９との境界部位に設けられている。制御パネル５４と制御回路１７とは、信号線によって接続されている。ユーザは、ハウジング１１の外部から制御パネル５４を目視及び操作可能である。制御パネル５４は、電動モータ１２の回転数に関する制御モードの切り替えを行うモード切替スイッチ５５、第１ランプ５６、第２ランプ５７、第３ランプ５８及び表示部５９を有する。モード切替スイッチ５５として、例えば、タクタイルスイッチが用いられる。

ユーザによりモード切替スイッチ５５が操作されると、モード切替スイッチ５５から出力されるモード切替信号は、制御回路１７に入力される。制御回路１７は、モード切替スイッチ５５から入力されるモード切替信号を処理することにより、制御モードの切り替えを行う。制御モードは、電動モータ１２の回転数を設定するためのものである。制御回路１７は、複数の制御モード、例えば、第１モード、第２モード及び第３モードを切り替え可能である。第１ランプ５６、第２ランプ５７及び第３ランプ５８は、第１モード、第２モード及び第３モードの選択に対応してそれぞれ点灯する。第１ランプ５６、第２ランプ５７及び第３ランプ５８は、例えば、発光ダイオードである。

以上の実施の形態の構成において、図示されていないレバー等の作業選択部材の操作によってユーザが回転モードを選択した場合、出力軸２３の回転力は、駆動ギヤ２６及び従動ギヤ２７を経由して中間シャフト２８に伝達される。中間シャフト２８の回転力は、ギヤ３２、伝達ギヤ２９及びスリップクラッチ機構７０を経由してスリーブ１５に伝達される。スリーブ１５に伝達される回転トルクはスリップクラッチ機構７０によって所定範囲内に制限される。スリーブ１５の回転力は、先端工具３８に伝達され、先端工具３８が対象物である被加工材を加工する。ユーザが回転モードを選択していると、クラッチ４３は、内輪４０から解放されている。したがって、ピストン４２は停止され、かつ、先端工具３８に打撃力は付加されない。

ユーザが回転・打撃モードを選択した場合、クラッチ４３は内輪４０に係合される。すると、中間シャフト２８の回転力は、内輪４０を経由して外輪４１に伝達され、外輪４１が揺動される。このため、ピストン４２が第１筒部３５内で往復作動し、空気室４４の圧力が低下及び上昇される。空気室４４の圧力が上昇すると、打撃子１６が中間打撃子３９を打撃し、中間打撃子３９が受けた打撃力は先端工具３８に伝達される。したがって、先端工具３８に回転力が付加され、かつ、第３仮想線Ｃ３に沿った直動方向の打撃力が、先端工具３８に付加される。

次に、図９から図１３を用いてハンマドリル１０の起動時のキックバック抑制制御について説明する。まず、図９はスリップクラッチ機構７０の状況に配慮しない比較例のキックバック抑制制御であって、スリップクラッチ機構７０の係合爪７１と係合爪７５とが係合した接続状態であるときのモータ駆動電流と起動時電流保護有効期間Ｔｐとの時間関係を示す波形図である。図１０は、トリガ操作開始（トリガスイッチオン）時において、係合爪７１と係合爪７５とが係合しないスリップクラッチ機構７０の遮断状態（例えば、係合爪７１が係合爪７５に乗り上げた状態又は係合爪７１と係合爪７５間に回転方向の隙間がある場合）であったときのモータ駆動電流と起動時電流保護有効期間Ｔｐとの関係を示す波形図である。図９及び図１０では、トリガ４７がスイッチオンされた時刻ｔ０から起動時電流保護有効期間Ｔｐが開始するまでの不感期間Ｔｓがスリップクラッチ機構７０の状態にかかわらず一定に設定されている。

図９ではスリップクラッチ機構７０が接続状態なっていることを前提として不感期間Ｔｓが設定されている。図９の場合には、被加工材の固い箇所に引っ掛かった先端工具３８をロック状態から容易に脱出可能とするために、モータ駆動電流のピークが起動時電流保護の電流閾値よりも複数回（図示では２回）超えることを許容し、その後に起動時電流保護有効期間Ｔｐが到来することになる。起動時電流保護有効期間Ｔｐ内でモータ駆動電流のピークが過電流保護用電流閾値（第１の閾値）を超えなければ保護はかからず、モータ駆動電流は遮断されない。

ところが、スリップクラッチ機構７０が遮断状態で、例えば、係合爪７１が係合爪７５に乗り上げた状態又は係合爪７１と係合爪７５間に回転方向の隙間がある場合には、図１０に示すように、通電直後のモータ突入電流であるモータ駆動電流の初回ピークからモータ１２に負荷が加わることで生じる２回目のピークまでにスリップクラッチ機構７０のスリップに起因して時間がかかる。このため、２回目のピークが起動時電流保護有効期間Ｔｐ内に入ってしまい、時刻ｔ１で過電流保護用電流閾値に到達し、過電流保護機能が働いて以後モータ１２への通電が停止される。この図１０の場合にはスリップクラッチ機構７０が接続状態となって先端工具３８に充分大きな回転トルクが加わる前にモータ停止となり、先端工具をロック状態から脱出させる作業性が悪くなる。

一方、図１１及び図１２に示す本実施の形態の制御部としての制御回路１７によるキックバック抑制制御の場合には、スリップクラッチ機構７０の状態に配慮して起動時電流保護有効期間Ｔｐの開始時刻を変化させている。具体的に言えば、モータ駆動電流の初回ピークを包含する所定長の第１不感期間Ｔｓ１の後で、モータ１２に負荷が加わることで生じる２回目のピークのタイミングを予測するために第１の閾値である過電流保護用電流閾値よりも小さい第２の閾値としての有効期間開始用電流閾値を設定する。そして、モータ駆動電流が有効期間開始用電流閾値に到達した時刻ｔ２から第２不感期間Ｔｓ２を開始する。この第２不感期間Ｔｓ２は図１１における２回目のピークを包含する所定の長さである。起動時電流保護有効期間Ｔｐは第２不感期間Ｔｓ２の終了時点から開始されることになる。

従って、第２不感期間Ｔｓ２の開始時刻は、スリップクラッチ機構７０が接続状態であればモータ１２に負荷が加わることで生じる２回目のピークのタイミングは早く、モータ駆動電流が有効期間開始用電流閾値に到達する時刻ｔ２は早まる。逆にスリップクラッチ機構７０が遮断状態であれば、トリガ４７がスイッチオンされた時刻ｔ０に対してスリップクラッチ機構７０のスリップの影響で２回目のピークのタイミングは遅れ、モータ駆動電流が有効期間開始用電流閾値に到達する時刻ｔ２は遅くなる。いずれにしても、２回目のピークが起動時電流保護有効期間Ｔｐに入ることは無くなる。

図１１はスリップクラッチ機構７０が遮断状態であるときのモータ駆動電流と起動時電流保護有効期間との関係を示す波形図であり、モータ駆動電流が有効期間開始用電流閾値に到達した時刻ｔ２から第２不感期間Ｔｓ２を開始し、第２不感期間Ｔｓ２の後に起動時電流保護有効期間Ｔｐが来るようにしているため、２回目のピークが起動時電流保護有効期間Ｔｐに入らず、過電流保護機能によりモータ１２が停止されないことを示す。この場合は２回目のピークの後は先端工具３８のロックが外れてモータ１２が過負荷にならない状況である。

図１２はスリップクラッチ機構７０が接続状態であるときのモータ駆動電流と起動時電流保護有効期間との関係を示す波形図であるが、先端工具３８のロック状態が継続し、キックバックが生じる直前の状態である。このときは、ハウジング１１が振り回されるため、図１１と比較してモータ１２にかかる負荷が低くなることでモータ駆動電流増加の傾きが小さくなり、有効期間開始用電流閾値に到達した時刻ｔ２から時刻ｔ３で過電流保護用電流閾値に到達するまでの時間は長くなる。このため、時刻ｔ３は起動時電流保護有効期間Ｔｐ内に入り、過電流保護機能が働いて以後モータ１２への通電が停止される。つまり、キックバックが抑制される。

図１３は、図１１及び図１２で図示したキックバック抑制制御を行うためのフローチャートを示す。図１３中の各ステップは制御回路１７で行われる。ハンマドリル１０の主電源ＯＮの後に制御回路１７の制御がスタートし、ステップＳ１で「トリガ４７が引かれてトリガＳＷがＯＮになっているか（モータ１２が回転しているか）」を判断する。ハンマドリル１０の主電源ＯＮの直後はステップＳ１の判断結果はＮＯであり、ステップＳ２で図１１及び図１２中の第１不感期間Ｔｓ１に関係する第１カウンタのカウント値（BLANK_timer_count）をリセットし、次にステップＳ３で第２不感期間Ｔｓ２に関係する第２カウンタのカウント値（IDC_OVER_START_CNT2）をリセットする。

トリガ４７が引かれてトリガＳＷがＯＮになり、モータ１２が回転を開始すると、ステップＳ１はＹＥＳとなり、ステップＳ４において「第１カウンタのカウント値（BLANK_timer_count）をカウントアップ」する。ステップＳ５では「起動から所定時間（つまり第１不感期間Ｔｓ１）経過しているか（BLANK_timer_count＞５０ｍｓ）」を判断する。第１不感期間Ｔｓ１が経過するまではステップＳ５の判断結果はＮＯとなり、ステップＳ１に戻る。ここでは、第１不感期間Ｔｓ１は５０ｍｓに設定している。

第１不感期間Ｔｓ１が経過するとステップＳ５の判断はＹＥＳとなり、ステップＳ６で「第２カウンタのフラグ（IDC_OVER_START_CNT2_flg）がセットされているか」を判断する。第１不感期間Ｔｓ１が経過した直後はステップＳ６の判断結果はＮＯであり、ステップＳ７でモータ駆動電流について「電流は閾値以上か（閾値：４０Ａ）」を判断する。ここでの「閾値：４０Ａ」は図１１及び図１２中の有効期間開始用電流閾値である。モータ駆動電流が有効期間開始用電流閾値に到達するまではステップＳ７の判断結果はＮＯであり、ステップＳ１に戻る。時間の経過と共にモータ駆動電流は増加して有効期間開始用電流閾値に到達し、ステップＳ７の判断結果がＹＥＳとなり、ステップＳ８で「IDC_OVER_START_CNT2_flgをセット」する。

ステップＳ８で「IDC_OVER_START_CNT2_flg」がセットされると、ステップＳ６の判断結果がＹＥＳとなり、ステップＳ９で「第２カウンタのカウント値（IDC_OVER_START_CNT2）をカウントアップ」する。そして、ステップＳ１０で「IDC_OVER_START_CNT2は第１閾値以上か（第１閾値１００ｍｓ）」を判断する。ステップＳ９の開始から所定時間（１００ｍｓ）経過するまではステップＳ１０の判断結果はＮＯであり、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ１０において、所定時間（第１閾値１００ｍｓ）経過時点でステップＳ１０の判断結果がＹＥＳとなり、かつステップＳ１１の「IDC_OVER_START_CNT2は第２閾値以下か（閾値４００ｍｓ）」の判断結果もＹＥＳとなってステップＳ１２の「起動時過電流保護有効」となる（図１１及び図１２中の起動時過電流保護有効期間Ｔｐが開始される）。そして、ステップＳ１１でIDC_OVER_START_CNT2が第２閾値（４００ｍｓ）に到達した時点でステップＳ１１の判断結果はＮＯとなり、ステップＳ１３で起動時過電流保護無効」となる（図１１及び図１２中の起動時過電流保護有効期間Ｔｐ（４００－１００。３００ｍｓ）が終了する）。起動時過電流保護有効期間Ｔｐにおいては、例えば過電流保護用電流閾値を８０Ａに設定し、モータ駆動電流が８０Ａ以上でかつ２ｍｓ以上継続した場合に過電流保護機能でモータ１２への通電を停止する。

図１３のフローチャートに示す動作は、制御回路１７においてソフトウェアで処理してもよいし、複数のカウンタを用いたハードウェアで処理してもよい。

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) ハウジング１１の振り回されを示す検出値が所定の閾値を超えたときに駆動源の動作を停止するキックバック抑制制御を行う場合に、そのキックバック抑制制御を可能とする時間帯のタイミングを、動力伝達経路に設けられた遮断部の状態に応じて時間軸上で前後にずらすことが可能である。このため、前記遮断部の状態に配慮しないで前記時間帯を固定した場合に比べて作業性を改善することができる。例えば、キックバック抑制制御のタイミングが早すぎてユーザが出力不足を感じて先端工具をロック状態から抜く作業性が悪くなったり、キックバック抑制制御のタイミングが遅れて先端工具がロックされたときに振り回されたりする不都合を回避できる。

(2) 具体的に言えば、ハウジング１１の振り回されを示す検出値としてモータ駆動電流を用い、遮断部としてスリップクラッチ機構７０を用いた場合、起動時のキックバック抑制制御のためにモータ１２の駆動を停止するモータ駆動電流の第１の閾値とは別に、第１の閾値より小さい第２の閾値を設定し、スリップクラッチ機構７０の状態による影響を除くようにしている。つまり、モータ１２の駆動開始から第１の所定時間が経過するまでの第１不感期間Ｔｓ１、及び、第１不感期間Ｔｓ１の後においてモータ駆動電流が第２の閾値を超えてから第２の所定時間が経過するまでの第２不感期間は、モータ駆動電流が第１の閾値を超えてもモータの駆動を停止しないようにする。これによって、起動時電流保護有効期間Ｔｐが不適切な時間帯となって先端工具ロック状態からの脱出の作業性が低下したり、キックバックがユーザに加わる問題を軽減できる。

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。

本実施形態の作業機は、図面を用いて説明されたハンマドリルに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、インパクトドライバ、ドライバ、ドリル等にも適用可能である。

本実施の形態では、ハウジングの振り回されを示す検出値としてモータ駆動電流値を用いたが、モータ回転数や温度の検出値を用いてもよい。また、それらの検出値に対して複数の閾値を適用することも可能である。ハウジングに発生する加速度を検出する加速度センサを設け、例えば加速度センサによって検出されたハウジングに発生する加速度の検出値が閾値を超えた場合にも制御回路１７が電動モータ１２を停止させる等、モータ駆動電流と加速度を組み合わせてハウジングの振り回されを検出する構成としてもよい。また、加速度とモータ駆動電流の両方が検出された場合には、閾値をいずれか単独の閾値よりも低下させる等、加速度とモータ駆動電流を組み合わせた場合に制御を変更してもよい。また、加速度センサの代わりとして、工具の作業姿勢を検出する姿勢センサを設け、作業姿勢が所定以上変位すると振り回されを検出する構成や、トリガの引き量を検出するトリガ位置センサを設け、トリガの引き量が急に変化すると振り回されを検出する構成としてもよい。

駆動源としての電動モータは、ブラシ付きモータ、ブラシレスモータを含む。電動モータに電流を供給する電源は、直流電源、交流電源を含む。回転力伝達機構は、歯車伝動装置に代えて、巻き掛け伝動装置を備えていてもよい。ハウジングは、モータ、操作部材、工具支持部材、制御回路等を支持する要素であり、ハウジングは、ケーシングまたは本体と呼ばれる要素を含む。

１０…ハンマドリル、１１…ハウジング、１２…電動モータ、１３…回転力伝達機構、１５…スリーブ、１７…制御回路、４７…トリガ、４９…インバータ回路、５０…操作量検出センサ、５１…電流検出回路、５２…電圧検出回路、５３…回転位置検出センサ、５５…モード切替スイッチ、５４…制御パネル、６３…打撃機構、７０…スリップクラッチ機構

Claims

駆動軸を駆動する駆動源と、
前記駆動源を収容するハウジングと、
前記駆動軸の駆動力により動作する先端工具と、
前記駆動軸の駆動力を前記先端工具に伝達する伝達経路と、
前記伝達経路に設けられ、前記先端工具に係る負荷が所定値を超えると、前記伝達経路を遮断する遮断部と、前記駆動源の駆動を制御するとともに、前記ハウジングの振り回されを示す検出値を検出する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記駆動源が駆動した状態で前記検出値が第１の閾値を超えると、前記駆動源の駆動を停止する、第１の制御を実行可能であり、
前記制御部は、前記駆動源の駆動開始から第１の所定時間が経過するまでの第１の不感期間、及び、前記第１の不感期間の後において前記検出値が最初に前記第１の閾値より小さい第２の閾値を超えてから第２の所定時間が経過するまでの第２の不感期間は、前記検出値が前記第１の閾値を超えても前記駆動源の駆動を停止しない、作業機。
前記検出値が、前記駆動源の駆動電流である、請求項１に記載の作業機。
前記遮断部は、所定の相対角度で噛み合う主軸及び従軸を有し、前記所定のトルクを超えると前記主軸が前記従軸に対してスリップする、スリップクラッチ機構である、請求項１又は２に記載の作業機。