JP2008296323A

JP2008296323A - 電動工具

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Publication number: JP2008296323A
Application number: JP2007144689A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Iwata; 和隆岩田; Shinji Watabe; 伸二渡部
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2007-05-31
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2008-12-11

Abstract

【課題】モータの回転開始時における回転数の制御を容易にするために、トリガスイッチの操作性を改善したトリガスイッチ制御回路を具備する電動工具を提供する。
【解決手段】
制御回路部３は、トリガスイッチ部１３のトリガ押込量ｄが第１の押込量Ｄ１以下の低速域押込範囲ｄ１では、モータ１の回転数Ｎを、先端工具の負荷へ回転力を伝達するための下限回転数Ｎ１と、全速回転数Ｎｍより低い先端工具の操作性によって規定される上限回転数Ｎ２との第１の回転数範囲内において、所定の第１の回転数上昇率で上昇させるか、または一定回転数となるように前記トリガ押込量ｄに応答して制御し、かつ、前記第１の押込量Ｄ１を超えて最大の押込量Ｄｍに至る高速域押込範囲ｄ２内では、モータ回転数Ｎを、上限回転数Ｎ２と全速回転数Ｎｍとの第２の回転数範囲内において、低速域押込範囲ｄ１における回転数上昇率より高い第２の回転数上昇率で上昇させるように制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ネジ締付用ビット等の先端工具を駆動する電動工具に関し、特に、先端工具を駆動するための電動モータの回転数をトリガスイッチの押込量に応答して制御する制御回路部を有する電動工具に関する。

電動モータにより駆動されるドリル、ドライバ等の回転先端工具を有する電動工具において、トリガ操作部をもつトリガスイッチの操作により、電動工具の動力源となる電動モータの回転数を制御する技術が、例えば下記特許文献１に開示されている。この技術ではトリガスイッチの押込量（操作量）、すなわち変位量に応答して電動モータに供給する印加電圧を可変させることによってモータの回転数を制御している。

一般的には、トリガスイッチのトリガ押込量の上昇とともに、トリガ押込量に比例して印加電圧を上昇させ、結果的にトリガ押込量に比例してモータ回転数を増加させるように制御している。このような制御は、作業開始時に、モータの回転数が急速に立上るのを防止して低い回転数でモータを回転させることによって、ネジ締め、穴あけ、切削等の作業において先端工具を被加工物に対して位置決めもしくは加工をし易くするためである。

特開平８−６６０８４号公報

上述したような従来のトリガスイッチによるモータ制御方式では、トリガ操作部の押込量（操作量）とともにモータ回転数が比例的に急上昇するので、電動工具を使用する作業者には、トリガ押込量を小さくするようにトリガスイッチを把持して、モータ回転数を所望の低速領域に保持する微妙なトリガ操作が要求された。

しかしながら、実際には作業者がトリガ押込量を小さく保持する操作は難しく、微妙なトリガ押込量の変動により電動モータの回転動作が不安定になってしまうという問題があった。例えば、トリガ押込量が小さくしすぎてモータが停止し、または電動モータの印加電圧がモータを起動できないように制御する場合がある。逆に、トリガ押込量を大きくしすぎてモータ回転数を急激に上昇させる場合には、電動工具のドライバビット等の先端工具が被加工部材の所定位置決め箇所から外れてしまい、先端工具が被加工部材を損傷させるという問題を生じた。さらに、電動工具の操作性が損なわれ、作業効率が低下するという問題を招く場合もあった。

従って、本発明の一つの目的は、電動モータの回転開始時における回転数の制御を容易にするために、トリガスイッチの操作性を改善したトリガスイッチ制御回路を具備する電動工具を提供することにある。

本発明の他の目的は、従来の上記問題点を解決するために、トリガスイッチの押込量に基づくモータの回転数制御を改善したブラシレス直流モータを具備する電動工具を提供することにある。

上記本発明の目的を達成するために、本願において開示される発明のうち、代表的なものの特徴を説明すれば、次のとおりである。

本発明の一つの特徴によれば、ハウジング部内に装着される電動モータと、該電動モータによって回転駆動される前記ハウジング部に設けられた先端工具と、ハウジング部に設けられたトリガスイッチ部と、該トリガスイッチ部のトリガ押込量によって前記電動モータの回転数を回転開始から全速回転数まで制御するための制御回路部とを有する電動工具において、前記制御回路部は、前記トリガスイッチ部の前記トリガ押込量が第１の押込量以下の第１の押込範囲では、前記電動モータの回転数を、前記先端工具の負荷へ回転力を伝達するための下限回転数と、前記全速回転数より低い先端工具の操作性によって規定される上限回転数との間の第１の回転数範囲内において、所定の第１の回転数上昇率で上昇させるか、または一定回転数となるように前記トリガ押込量に応答して制御し、かつ、前記トリガスイッチ部の前記トリガ押込量が前記第１の押込量を超えて最大の押込量に至る第２の押込範囲内では、前記電動モータの回転数を、前記上限回転数と前記全速回転数との間の第２の回転数範囲内において、前記第１の押込範囲における前記第１の回転数上昇率より高い第２の回転数上昇率で上昇させるように前記トリガ押込量に応答して制御する。

本発明の他の特徴によれば、前記電動モータの回転数を、前記第１の押込範囲では一定回転数に制御し、前記第２の押込範囲では前記一定回転数より前記全速回転数へ上昇させるように制御する。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記トリガスイッチ部の前記トリガ押込量は、ポテンショメータによって電圧の高さに変換し、該変換電圧を制御信号として前記電動モータの印加電圧を可変させることによって前記電動モータの回転数を制御する。

本発明のさらに他の特徴によれば、永久磁石を備えた回転子、および複数相の電機子巻線を備えた固定子を有するブラシレス直流モータと、ブリッジ接続された複数のスイッチング素子から構成され、直流電圧をスイッチングして前記各相の電機子巻線へ電力を供給するインバータと、前記複数のスイッチング素子をパルス幅変調信号で駆動するインバータ駆動部と、トリガ操作のトリガ押込量により前記ブラシレス直流モータの回転数を制御するためのトリガスイッチ部と、前記トリガスイッチ部のトリガ押込量に基づいて前記ブラシレス直流モータの回転数を回転開始から全速回転数まで制御するための制御回路部と、前記ブラシレスＤＣモータによって回転伝達機構部を介して回転駆動される先端工具と、を具備する電動工具において、前記制御回路部は、前記トリガスイッチ部の前記トリガ押込量が第１の押込量以下の第１の押込範囲では、前記電動モータの回転数を、前記先端工具の負荷へ回転力を伝達するための下限回転数と、前記全速回転数より低い先端工具の操作性によって規定される上限回転数との間の第１の回転数範囲内において、所定の第１の回転数上昇率で上昇させるか、または一定回転数となるように、前記トリガ押込量に応答して前記複数のスイッチング素子を駆動する前記パルス幅変調信号のデューティ比を制御し、かつ、前記トリガスイッチ部の前記トリガ押込量が前記第１の押込量を超えて最大の押込量に至る第２の押込範囲内では、前記ブラシレス直流モータの回転数を、前記上限回転数と前記全速回転数との間の第２の回転数範囲内において、前記第１の押込範囲における前記第１の回転数上昇率より高い第２の回転数上昇率で上昇させるように、前記トリガ押込量に応答して前記複数のスイッチング素子を駆動する前記パルス幅変調信号のデューティ比を制御する。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記制御回路部は、前記トリガスイッチ部の前記トリガ押込量に対する前記パルス幅変調信号のデューティ比の変化を予め設定する印加電圧設定部を有し、該印加設定部の出力によって駆動信号形成部を制御することによって前記パルス幅変調信号のデューティ比を可変させる。

本発明の上記一つの特徴によれば、トリガスイッチのトリガ押込量が押込開始から所定の第１の押込量以下の第１の押込範囲では、電動モータの回転数を、前記先端工具の負荷へ回転力を伝達するための下限回転数と、全速回転数より低い先端工具の操作性によって規定される上限回転数との間の第１の回転数範囲内において制御することにより、電動工具の作業者はモータ回転数を所望の低速領域にトリガ操作を保持することができる。

すなわち、モータ回転開始時における許容される押込範囲が実質的に広くなるので、トリガスイッチの押込量を小さく保持するための微妙な操作が不必要となる。この場合、モータ回転数は下限値を設けることで、先端工具による負荷の影響によってモータが停止するという問題が解決できる。また、トリガ押込量の第１の押込範囲においてモータ回転数の上限値を設けているので、モータ回転数の急速な上昇を防ぐことが可能である。

これによって、トリガスイッチ操作によるモータの低速領域での制御が容易となり、作業開始時の電動工具の操作性または作業効率を向上できる。

また、トリガ押込量の第１の押込範囲において、モータ回転数は所定の上限値から所定の下限値の範囲内の一定値で制御することにより、トリガスイッチによるモータの低速領域での一定制御が容易となり、電動工具の操作性または作業効率をさらに向上することができる。

本発明の上記他の特徴によれば、モータはブラシレス直流モータによって構成し、制御回路部は、インバータのスイッチング素子を駆動するパルス幅変調信号のデューティ比をトリガ押込量によって設定するので、トリガ押込量に対するモータ回転数の変化率の可変が容易となる。

本発明の上記および他の目的、ならびに本発明の上記および他の新規な特徴は、本明細書の以下の記述及び添付図面から更に明らかにされるであろう。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図１は本発明をコードレスタイプのインパクトドライバに適用した場合の電動工具全体を示す構造図、図２はブラシレス直流モータで構成された電動工具のモータ駆動回路部全体を示す機能ブロック図、図３は図１に示す本発明の電動工具に使用されるトリガスイッチの略式構造図、図４は図３に示す本発明の電動工具に使用されるトリガスイッチのトリガ押込量検出部における特性図、図５および図６の各々は、本発明の電動工具に使用されるトリガスイッチのトリガ押込量に対するパルス幅変調信号のデューティ比の特性図およびモータ回転数の特性図を示す。

最初に、図１を参照して本発明の実施形態に係る電動工具全体について説明する。電動工具（インパクトドライバ）５０は、後述するブラシレス直流モータ１の回転軸と同一方向（水平軸方向）に沿って、一端部（図面の右端部）から他端部（図面の左端部）に延在する胴体ハウジング部２１ａと、胴体ハウジング部２１ａより垂下するハンドルハウジング部２１ｂとから構成された工具本体を含み、胴体ハウジング部２１ａの他端部に配置された先端工具保持部３１には、図示されていないが、工具本体より回転打撃力を受けて、被加工部材にネジ（締付具）を締付けるドライバビット（先端工具）が着脱自在に装着される。先端工具としてドライバビットの変わりに、ボルト締付用ビットも装着することができる。すなわち、胴体ハウジング部２１ａの一端部には、駆動源となるブラシレス直流モータ１が装着され、胴体ハウジング部２１ａの他端部には回転打撃力を出力する先端工具保持部３１に先端工具（図示なし）が着脱自在に装着される。

胴体ハウジング部２１ａの一端部側には、ブラシレス直流モータ１を駆動するためのインバータ部（回路基板）２が装着されている。胴体ハウジング部２１ａの中間部には、モータ１の回転軸方向に回転力を伝達する動力伝達機構部（減速機構部）２２、前記回転打撃力を与えるインパクト機構部２６、該インパクト機構部２６の回転打撃力を先端工具へ伝達するアンビル３０が装着されている。

ハンドルハウジング部２１ｂの下端部には、ブラシレス直流モータ１の駆動電源となる電池パック４が着脱可能に装着されている。また、電池パック４の上部には、モータ１のインバータ部２を制御するための制御回路部（（回路基板）３が、紙面を横切る方向に延在するように設けられている。一方、ハンドルハウジング部２１ｂの上端部にはトリガスイッチ部１３が配設され、トリガスイッチ部１３のトリガ操作部１３ａがバネ力によって付勢された状態でハンドルハウジング部２１ｂから突出している。後述するように、トリガ操作部１３ａをバネ力に抗してハンドルハウジング部２１ｂ内方向へ把持することによって、トリガ押込量（操作量）を調整し、モータ１の回転数を制御することができる。

電池パック４は、トリガスイッチ部１３および制御回路部（回路基板）３へ駆動電源を供給し、かつインバータ部２へ駆動電力を供給するように電気的接続されている。

ブラシレス直流モータ１の回転出力軸の回転力は、その回転出力軸のギヤ歯に係合された動力伝達機構部（減速機構部）２２を介して、インパクト機構部２６の一部を構成するスピンドル２８に伝達される。動力伝達機構部（減速機構部）２２は、ピニオンギヤ（サンギヤ）２５と、そのピニオンギヤ２５に噛合う二つの遊星ギヤ２３とを含み、これらは胴体ハウジング部２１ａ内のインナカバー（図示なし）内に組み込まれている。スピンドル２８には、この減速機構部２２によって、ブラシレス直流モータ１の回転に対し減速された回転力が与えられる。

インパクト機構部２６は、減速機構部２２を介して回転力が与えられるスピンドル２８と、スピンドル２８に取付けられ、スピンドル２８の回転軸方向に移動可能に係合し、回転打撃力を与えるハンマ２７と、ハンマ２７による回転打撃力で回転し、先端工具保持部３１を有するアンビル３０とを備える。ハンマ２７およびアンビル３０は、回転平面上の２箇所に互いに対称的に配置された２つのハンマ凸部（打撃部）２７ａおよび２つのアンビル凸部３０ａをそれぞれ有し、該ハンマ凸部２７ａおよびアンビル凸部３０ａは互いに回転方向に噛み合う位置にある。

これら凸部同士２７ａおよび３０ａの噛み合いにより、回転打撃力が伝えられる。さらに、上記ハンマ２７は、スピンドル２８を囲むリング域で、スピンドル２８に対して軸方向に摺動自在にされていると共に、スプリング２９によって軸方向前方へと付勢されている。ハンマ２７の内周面には、逆Ｖ字型（略三角形）のカム溝２７ｂが設けられている。一方、スピンドル２８の外周面には軸方向に、Ｖ字型のカム溝２８ａが設けられており、このカム溝２８ａとハンマ２７の内周カム溝２７ｂ間に挿入されたボール（鋼球）３２を介してハンマ２７が回転する。

インパクト機構部２６において、被加工物へネジ等の締付具を回転させるための負荷トルクよりもハンマ２７の回転トルクの方が小さいと、モータ１から与えられるスピンドル２８の回転力は、ボール３２を挟持するカム溝２８ａおよびカム溝２７ａを介してハンマ２７に伝達され、スピンドル２８およびハンマ２７を一緒に回転させ始める。スピンドル２８およびハンマ２７は相対的にねじられることになり、ハンマ２７は、スピンドルカム溝２８ａに沿って、スプリング２９をねじりながら、図面右方向へ、圧縮しつつ後退し、ハンマ凸部２７ａがアンビル凸部３０ａとの結合から離れた時点から、ハンマ２７はアンビル凸部３０ａの高さを乗り越えると、アンビル３０との噛み合いが解ける。さらにハンマ２７は、スプリング２９による付勢とカム溝２８ａによるガイドを受けて、回転しつつ、図面左方向へ前進し、ハンマ凸部（打撃部）２７ａで回転前方のアンビル３０のアンビル凸部３０ａに衝撃トルクを与える。この衝撃トルクは、後述するように、アンビル３０の先端工具保持部３１に取付けられた、先端工具（例えば、ドライバビット）（図示なし）へ伝わり、さらにドライバビットから締付具ネジに回転衝撃トルクを伝えて、被加工部材へのネジ込みもしくは締付けを行う。再びハンマ凸部２７ａおよびアンビル凸部３０ａが互いに係合することになるので、その後、再びハンマ２７の後退が始まり、上記の打撃動作を繰返すことになる。

次に、ブラシレス直流モータ１のインバータ回路部２および制御回路部３について、図２を参照して説明する。

ブラシレス直流モータ１は、本実施形態では３相ブラシレス直流モータから成る。ブラシレス直流モータ１は、インナーロータ型で、一対のＮ極およびＳ極を含む永久磁石（マグネット）を埋め込んで構成された回転子（マグネットロータ）１ｂと、該マグネットロータ１ｂの回転位置を検出するために６０°毎に配置された３つの回転位置検出素子（ホールＩＣ）５、６、７と、回転位置検出素子を構成するホールＩＣ５、６、７の位置検出信号に基づいて電気角１２０°の電流の通電区間に制御されるスター結線された固定子１ｃの３相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗからなる電機子巻線１ｄとから構成される。なお、ブラシレス直流モータ１の回転子１ｂの回転位置検出手段（５、６、７）は、上記したようなホールＩＣによって電磁結合的に検出する他に、固定子巻線１ｄの誘起起電圧（逆起電力）を、フィルタを通して論理信号として取出すことによって回転子位置を検出するセンサレス方式を採用することもできる。

インバータ部（電力変換器）２は、３相ブリッジ形式に接続された６個の絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）Ｑ１〜Ｑ６と、トランジスタＱ１〜Ｑ６の各コレクタ−エミッタ間に内蔵されて並列接続されたフライホイールダイオード（図示なし）とから構成される。ブリッジ接続された６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６の各ゲートはインバータ駆動部（インターフェイス部）８ａに接続され、また、６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６のコレクタまたはエミッタはスター結線された電機子巻線Ｕ、ＶおよびＷに接続される。これによって、６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６は、インバータ駆動部８ａから入力されたスイッチング素子駆動信号（Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６等の駆動信号）によってスイッチング動作を行い、インバータ部２に印加される電池パック４の直流電圧を、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとして、電機子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗへ電力を供給する。

この場合、６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６の各ゲートを駆動するスイッチング素子駆動信号（３相信号）のうち、３個の負電源側トランジスタＱ４、Ｑ５、Ｑ６をパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６として供給し、後述する制御回路部３によって、トリガスイッチ部１３のトリガ押込量ｄ（図４参照）の検出信号に基づいて、ＰＷＭ信号のパルス幅（デューティ比）を変化させることによりモータ１への電力を調整し、モータの起動および速度を制御する。該ＰＷＭ信号は、インバータ部２の正電源側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３または負電源側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６のいずれか一方側のスイッチング素子群に供給し、該スイッチング素子を高速スイッチングさせることにより、結果的に、電池パック４の直流電圧から各電機子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗへ供給する電力を供給する。本実施形態では、上述したように、負電源側スイッチング素子群Ｑ４〜Ｑ６にＰＷＭ信号が供給される。従って、該ＰＷＭ信号のパルス幅の制御によって各電機子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗへ供給する電力を調整してモータ１の回転数を制御することができる。

制御回路部３は、図示されていないが、処理プログラムとデータに基づいて駆動信号を出力するためのＣＰＵ、処理プログラムや制御データを記憶するためのＲＯＭ、データを一時記憶するためのＲＡＭ、タイマ等を含むマイコンによって構成される。機能的にはインバータ部２の制御信号およびＰＷＭ信号を出力するための駆動信号形成部（ＣＰＵおよびメモリを含む）８と、駆動信号形成部８の出力信号に基づきインバータ部２を駆動するためのインバータ駆動部８ａと、上記トリガスイッチ部１３の操作量（トリガ押込量）に応答する出力信号（ポテンショメータの電圧信号）Ｖｔに基づきトリガ押込量ｄを検出するトリガ押込量検出部１０と、トリガ押込量検出部１０により検出されたトリガ押込量に応答してブラシレス直流モータ１の印加電圧、すなわちインバータ駆動部８ａの出力ＰＷＭ信号のデューティ比を設定するための印加電圧設定部９と、モータの正逆切替レバー１４（図１参照）による正方向回転または逆方向回転の操作を検出してモータ１の回転方向を設定するための回転方向設定部１１と、上記３つの回転位置検出素子（ホールＩＣ）５、６、７の出力信号に基づいて回転子１ｂと固定子１ｃの電機子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗとの関係位置を検出するための回転位置検出部１２とから構成される。

駆動信号形成部（ＣＰＵおよびメモリを含む）８は、回転方向設定部１１と回転子位置検出部１２の出力信号に基づいて所定のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を交互にスイッチングするための駆動信号を形成し、インバータ駆動部８ａへ出力する。これによって、電機子巻線１ｄの所定の巻線（Ｕ、Ｖ、Ｗ）を交互に通電して、回転子１ｂを設定した回転方向に回転させる。この場合、印加電圧設定部９の出力制御信号（データ）に基づいて、インバータ部２の負電源側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６へ印加する駆動信号はＰＷＭ変調信号として出力される。もちろん、ＰＷＭ変調信号は、上述したように、負電源側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６へ印加する代わりに、正電源側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３へ印加してもよい。

駆動信号形成部８によるＰＷＭ信号の作成は、ＲＯＭメモリに必要な制御データを予め記憶させておき、クロック信号に従って読み出してＰＷＭ作成データとして利用する。本発明によれば、後述するように、図５または図６に示すようなトリガスイッチ部１３のトリガ押込量（電圧出力Ｖｔ）ｄとＰＷＭ信号のデューティ比ＤＵＴＹとの関係が印加電圧設定部９に予め記憶されており、印加電圧設定部９の出力制御信号に応答してＰＷＭ信号のパルス幅（デューティ比）が可変される。

トリガスイッチ部１３の構成例は、図３の構造図（ａ）および回路機能図（ｂ）に示されるように、トリガスイッチ部１３のトリガ操作部１３ａがバネ力によってトリガ押込方向と対向する方向に付勢されている。トリガ操作部１３ａをバネ力に対抗してトリガ押込方向（ハンドルハウジング部２１ｂ内方向）へ把持することによって、ポテンショメータＶＲの可動端子（摺動端子）Ｔｍが移動し、ポテンショメータＶＲの可動端子Ｔｍから検出される電圧Ｖｔは高い電圧となる。これによって、トリガスイッチ１３の押込量ｄは可動端子電圧Ｖｔに変換される。図４の実線は、トリガ押込量ｄとポテンショメータＶＲ１の可動端子電圧Ｖｔの関係を示す。図４の破線に示すうに、トリガスイッチ押込量ｄに対して可動端子電圧Ｖｔが減少するように構成してもよい。

以上の構成において、本発明に従って、印加電圧設定部９には、図５の（ａ）に示すように、トリガ押込量ｄ対ＰＷＭデューティ比ＤＵＴＹ特性を記憶しておく。ＰＷＭデューティ比ＤＵＴＹは、上述したインバータ駆動部８ａから負電源側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６の各ゲートに出力されるＰＷＭ信号Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６のパルス幅のデューティ比を示す。すなわち、電機子巻線（Ｕ、Ｖ、Ｗ）を電気角１２０°通電するために各スイッチング素子（Ｑ４〜Ｑ６）のゲートに供給されるゲート駆動信号Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６をパルス幅変調させるためのＰＷＭ信号のパルス幅のデューティ比を示す。

図５の（ａ）に示すトリガ押込量ｄ対ＰＷＭデューティ比ＤＵＴＹ特性は、先端工具の操作性および作業効率の観点から予め実験的に求めてメモリに記憶しておく。図５の（ａ）に示す特性において、上限デューティ比ＤＵＴＹｍａｘおよび下限デューティ比ＤＵＴＹｍｉｎは、図５の（ｂ）に示すトリガ押込量ｄ対モータ回転数Ｎ特性における上限回転数Ｎ２および下限回転数Ｎ１に制御するためのデューティ比に対応している。図５の（ｂ）の特性は、図５の（ａ）の特性と同様に、先端工具の操作性および作業効率の観点から予め実験的に求めておき、メモリ部に記憶しておく。

図５の（ｂ）の特性において、トリガ操作部１３ａのトリガ押込量ｄが上記第１の押込量Ｄ１以下の第１の押込範囲（低速域押込範囲）ｄ１（例えば、３ｍｍ）では、モータ１の回転数Ｎを、先端工具の負荷へ回転力を伝達するために必要な下限回転数Ｎ１（例えば、１２５ｒｐｍ）と、先端工具の位置決め等の操作性を損なわない限度の上限回転数Ｎ２（例えば、２５０ｒｐｍ）との第１回転数範囲内において、所定の第１回転数上昇率で上昇させるようにＰＷＭ変調信号のデューティ比を、図５の（ａ）におけるデューティ比ＤＵＴＹｍａｘ（例えば、１０％）およびＤＵＴＹｍｉｎ（例えば、５％）に制御する。

また、図５の（ｂ）に示すように、トリガ操作部１３ａのトリガ押込量ｄが、上記第１の押込量Ｄ１を超えて最大の押込量Ｄｍ（例えば、１２．５ｍｍ）に至る第２の押込範囲（高速域押込範囲）ｄ２（例えば、９．５ｍｍ）内では、モータ１の回転数Ｎを、上限回転数Ｎ２と全速回転数Ｎｍ（例えば、２５００ｒｐｍ）との第２回転数範囲内において、第１押込範囲ｄ１における前記第１回転数上昇率（ΔＮ１／ΔＤ１）より高い第２の回転数上昇率（ΔＮ２／ΔＤ２）で上昇させるように、図５の（ａ）に示したトリガ押込量ｄに応答してＰＷＭ信号のデューティ比（ＤＵＴＹ）を制御する。すなわち、トリガ操作部１３ａのトリガ押込量ｄが第１の押込範囲（低速域押込範囲）ｄ１にある場合は、モータ回転数Ｎを、Ｎ１〜Ｎ２の範囲に低く設定して位置決め等の操作性を向上させ、トリガ押込量ｄが第２の押込範囲（高速域押込範囲）ｄ２にある場合は、モータ回転数Ｎの上昇率（ΔＮ２／ΔＤ２）を、第１押込範囲ｄ１のモータ回転数Ｎの上昇率（ΔＮ１／ΔＤ１）より大きくしてネジ締め作業等の作業効率を向上させる。

上記実施態様において、トリガ操作部１３ａの第１の押込範囲ｄ１におけるトリガ押込量ｄに対するモータ回転数Ｎは、図６の（ａ）および（ｂ）に示すように、上記上限回転数Ｎ２と下限回転数Ｎ１の範囲内で一定回転数となるように、ＰＷＭ信号のデューティ比ＤＵＴＹを一定に制御してもよい。

なお、トリガ押込量ｄは、図４に示すように、ポテンショメータＶＲによって端子電圧Ｖｔとして電気量に変換されて検出されるので、例えば、最大押込量Ｄｍのときの検出電圧Ｖｔは５Ｖに設定される。印加電圧設定部９は、トリガスイッチ部１３のトリガ押込量ｄに基づくポテンショメータＶＲの出力電圧Ｖｔに対応して、予め記憶された図５の（ａ）または図６の（ａ）に示す特性に従ってＰＷＭ信号のデューティ比ＤＵＴＹを出力する。

以上の構成において、電動工具５０のトリガスイッチ１３のトリガ操作部１３ａを把持すると、トリガ押込量ｄが図５に示した第１の押込範囲ｄ１において、モータ１は回転を開始し、トリガ押込量ｄをＤ１以下に把持すると、負電源側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６（または正電源側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３）は、ＰＷＭ変調信号Ｈ４〜Ｈ６のパルス幅のデューティ比がＤＵＴＹｍｉｎ〜ＤＵＴＹｍａｘの範囲に制御されるので、モータ１の回転数Ｎは上限回転数Ｎ２〜下限回転数Ｎ１の範囲に制御される。

従って、ドライバビット等の先端工具の被加工部材に対する位置決め操作等の作業開始時の操作を有利にする。例えば、ＤＵＴＹｍｉｎ以上でＰＷＭ制御すれば、電機子巻線１ｄに印加される印加電圧が小さくなることを防止して回転数Ｎを下限回転数Ｎ１以上とすることができる。これによって、先端工具にかかる負荷トルクの影響で、モータ１の回転子１ａが回転不能となることを防止できる。逆に、ＤＵＴＹｍａｘ以下のＰＷＭ信号とすれば、電機子巻線１ｄの印加電圧が過大電圧となることを防止してモータ回転数Ｎを上限回転数Ｎ２以下に制御できる。これによって、モータ回転数の急激な上昇を防止し、位置決め箇所から電動工具の先端工具が外れてしまい、先端工具が被加工部材を損傷するという問題を防止できる。つまり、トリガスイッチ１３のトリガ操作の開始時には、ＰＷＭ信号のデューティ比ＤＵＴＹをＤＵＴＹｍａｘからＤＵＴＹｍｉｎの範囲内に設定することにより作業開始時における低速域押込範囲ｄ１の操作に有効な低速領域を容易に得ることができる。

また、もし上述したような従来のトリガ制御方式に従うとすれば、低速域押込範囲ｄ１でのモータの回転数上昇率が高速域押込範囲ｄ２と同様に高くなるので、トリガスイッチ１３のトリガ押込量ｄを小さくして低回転数を保持し続けるための微妙な操作が要求される。このため、トリガスイッチ操作が難しく、トリガ押込量の変動により先端工具の動作が不安定になるという問題を招くことになる。しかし、本発明のトリガ制御方式によれば、トリガスイッチ１３のトリガ押込量ｄが押込開始から所定の押込量Ｄ１までの低速域押込範囲ｄ１内では、回転数Ｎ２以下の低速領域でブラシレス直流モータ１を制御することになるので、トリガスイッチ１３の操作による低速領域でのモータの回転制御を容易にできる。

トリガスイッチ１３のトリガ押込量ｄが、所定の押込量Ｄ１以上の高速域押込範囲ｄ２内になると、押込量に対する回転上昇率が上昇し、短時間にモータの回転数Ｎを最大回転数Ｎｍに制御することができる。これによって、作業効率を向上させることができる。

図６に示すように、トリガスイッチ１３のトリガ押込量ｄが低速域押込範囲ｄ１内において、ＰＷＭ信号のパルス幅のデューティ比を一定に制御してモータ回転数を定速制御する場合は、モータ回転数が変動しないので、操作性をさらに向上させることができる。

以上の実施形態の説明から明らかにされるように、本発明によれば、モータの回転開始時における回転数の制御を容易にし、電動工具の操作性を向上させることができる。

なお、以上の実施形態では、３相ブラシレス直流モータを使用した電動工具について説明したが、３相以外のブラシレス直流モータを使用した電動工具についても適用することができる。また、本発明は、インパクトドライバに限らず、電動ドリル等の電動回転工具に適用することもできる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

本発明の実施形態に係る電動工具の全体構造図。図１に示した電動工具におけるブラシレス直流モータの駆動制御系を示す機能ブロック図。図１に示した電動工具のトリガスイッチ部を示した構造図（ａ）および機能ブロック図（ｂ）。図３に示したトリガスイッチ部のトリガ押込量と可動端子電圧の関係を示す特性図。図３に示したトリガスイッチ部のトリガ押込量とＰＷＭデューティ比との関係を示す特性図。図３に示したトリガスイッチ部のトリガ押込量とＰＷＭデューティ比との関係を示す他の特性図。

符号の説明

１：ブラシレス直流モータ１ａ：回転子（マグネットロータ）
１ｂ：永久磁石１ｃ：固定子１ｄ：固定子巻線２：インバータ部
３：制御回路部４：電池パック５、６、７：回転位置検出素子（ホールＩＣ）
８：駆動信号形成部８ａ：インバータ駆動部９：印加電圧設定部
１０：トリガ押込量検出部１１：回転方向設定部１２：回転位置検出部
１３：トリガスイッチ１３ａ：トリガ操作部１４：正逆切替レバー
２１ａ：胴体ハウジング部２１ｂ：ハンドルハウジング部
２２：動力伝達機構部（減速機構部）２３：遊星ギヤ２４：リングギヤ
２５：ピニオンギヤ２６：インパクト機構部２７：ハンマ
２７ａ：ハンマ凸部２７ｂ：ハンマ内周面のカム溝２８：スピンドル
２８ａ：スピンドル外周面のカム溝２９：バネ３０：アンビル
３０ａ：アンビル凸部３１：先端工具保持部３２：ボール（鋼球）
５０：電動工具ｄ１：第１の押込範囲（低速域押込範囲）
ｄ２：第２の押込範囲（高速域押込範囲）ＤＵＴＹｍａｘ：上限デューティ比
ＤＵＴＹｍｉｎ：下限デューティ比Ｎ１：下限回転数Ｎ２：上限回転数
Ｕ、Ｖ、Ｗ：３相固定子巻線

Claims

ハウジング部内に装着される電動モータと、該電動モータによって回転駆動される前記ハウジング部に設けられた先端工具と、前記ハウジング部に設けられたトリガスイッチ部と、該トリガスイッチ部のトリガ押込量によって前記電動モータの回転数を回転開始から全速回転数まで制御するための制御回路部とを有する電動工具において、
前記制御回路部は、前記トリガスイッチ部の前記トリガ押込量が第１の押込量以下の第１の押込範囲では、前記電動モータの回転数を、前記先端工具の負荷へ回転力を伝達するための下限回転数と、前記全速回転数より低い先端工具の操作性によって規定される上限回転数との間の第１の回転数範囲内において、所定の第１の回転数上昇率で上昇させるか、または一定回転数となるように前記トリガ押込量に応答して制御し、かつ、
前記トリガスイッチ部の前記トリガ押込量が前記第１の押込量を超えて最大の押込量に至る第２の押込範囲内では、前記電動モータの回転数を、前記上限回転数と前記全速回転数との間の第２の回転数範囲内において、前記第１の押込範囲における前記第１の回転数上昇率より高い第２の回転数上昇率で上昇させるように前記トリガ押込量に応答して制御することを特徴とする電動工具。
前記電動モータの回転数を、前記第１の押込範囲では一定回転数に制御し、前記第２の押込範囲では前記一定回転数より前記全速回転数へ上昇させるように制御することを特徴とする請求項１に記載された電動工具。
前記トリガスイッチ部の前記トリガ押込量は、ポテンショメータによって電圧の高さに変換し、該変換電圧を制御信号として前記電動モータの印加電圧をパルス幅変調させることによって前記電動モータの回転数を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載された電動工具。
永久磁石を備えた回転子、および複数相の電機子巻線を備えた固定子を有するブラシレス直流モータと、ブリッジ接続された複数のスイッチング素子から構成され、直流電圧をスイッチングして前記各相の電機子巻線へ電力を供給するインバータと、前記複数のスイッチング素子をパルス幅変調信号で駆動するインバータ駆動部と、トリガ操作のトリガ押込量により前記ブラシレス直流モータの回転数を制御するためのトリガスイッチと、前記トリガスイッチ部のトリガ押込量に基づいて前記ブラシレス直流モータの回転数を回転開始から全速回転数まで制御するための制御回路部と、前記ブラシレスＤＣモータによって回転伝達機構部を介して回転駆動される先端工具と、を具備する電動工具において、
前記制御回路部は、前記トリガスイッチ部の前記トリガ押込量が第１の押込量以下の第１の押込範囲では、前記電動モータの回転数を、前記先端工具の負荷へ回転力を伝達するための下限回転数と、前記全速回転数より低い先端工具の操作性によって規定される上限回転数との間の第１の回転数範囲内において、所定の第１の回転数上昇率で上昇させるか、または一定回転数となるように、前記トリガ押込量に応答して前記複数のスイッチング素子を駆動する前記パルス幅変調信号のデューティ比を制御し、かつ、
前記トリガスイッチ部の前記トリガ押込量が前記第１の押込量を超えて最大の押込量に至る第２の押込範囲内では、前記ブラシレス直流モータの回転数を、前記上限回転数と前記全速回転数との間の第２の回転数範囲内において、前記第１の押込範囲における前記第１の回転数上昇率より高い第２の回転数上昇率で上昇させるように、前記トリガ押込量に応答して前記複数のスイッチング素子を駆動する前記パルス幅変調信号のデューティ比を制御することを特徴とする電動工具。
前記制御回路部は、前記トリガスイッチ部の前記トリガ押込量に対する前記パルス幅変調信号のデューティ比の変化を予め設定する印加電圧設定部を有し、該印加設定部の出力によって駆動信号形成部を制御することによって前記パルス幅変調信号のデューティ比を可変させることを特徴とする請求項４に記載された電動工具。