JP6604536B2 - 電動工具 - Google Patents

Description

本発明は、ドリル機能を有する電動工具に関するものである。

従来、ドリルドライバーなどのドリル機能を有する電動工具が知られている（例えば特許文献１参照）。このような電動工具は、ドリルやホールソー等の先端工具を用いて鉄板や木板等に穴あけなどを行うことが可能となっている。

ドリル機能を有する電動工具は、使用者が操作可能なトリガスイッチの引き込み量（操作量）に応じてモータの回転数が変化するようになっている。具体的には、トリガスイッチが引き込まれる程、モータの回転数が高くなる。つまり、モータの駆動力が伝達されて回転する先端工具の回転数もトリガスイッチが引き込まれるほど高くなることとなる。

特開２００９−１２１５３号公報

ところで、ドリル機能を有する電動工具では、例えばホールソー等の先端工具を用いて鉄板等に穴あけ作業を行う場合がある。このような場合に、例えばトリガスイッチを必要以上に引き込んでしまうと、先端工具の回転数が必要以上に高くなってしまい、その状態で穴あけ作業を実施してしまうと、先端工具が過度に摩耗してしまう虞がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、先端工具の長寿命化に寄与することができる電動工具を提供することにある。

上記課題を解決するために、電動工具は、モータと、前記モータの駆動力を減速させて出力軸に伝達させる駆動力伝達部と、使用者による引き込み操作が可能なトリガスイッチと、前記トリガスイッチを最大限に引き込んだ際の前記出力軸の回転数を制限なしの状態よりも低回転に変更可能な回転数変更部と、前記回転数変更部によって変更された回転数となるように前記トリガスイッチの引き込み量に基づいて前記モータの回転数を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明の電動工具によれば、先端工具の長寿命化に寄与することができる。

電動工具の斜視図である。 減速機構のＬギアの状態を示すべく一部を切り欠いた電動工具の側面図である。 減速機構のＨギアの状態を示すべく一部を切り欠いた電動工具の側面図である。 操作部について説明するための平面図である。 電動工具の電気的接続を説明するためのブロック図である。 トリガスイッチの引き込み量と出力軸の回転数の関係を示すグラフである。

以下、電動工具の一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の電動工具１０は、工具本体１１と、工具本体１１に対して着脱可能な電池パック１２とを有している。なお、電池パック１２は、一例として複数の電池セルにて構成された２次電池を内蔵している。

電動工具１０の工具本体１１は、例えばドリル機能を有するドリルドライバーであって、略有底円筒状の胴部１４と、胴部１４の長手方向途中から下方に延出形成された把持部１５とで構成される本体ケース１３を有している。なお、本実施形態では、胴部１４の長手方向を前後方向、把持部１５の略延出方向で前記前後方向と直交した方向を上下方向、前後及び上下方向と直交する方向を左右方向として説明する。

図２に示すように、本体ケース１３の胴部１４には、後部側の位置にモータ２１が収容され、モータ２１の前方には減速機構２２及びクラッチ機構（図示略）を含む駆動力伝達部２３が収容される。工具本体１１の前方端部に設けられるチャック２５は、ホールソー等の先端工具が着脱可能となっている。チャック２５は、駆動力伝達部２３の出力が伝達される。

駆動力伝達部２３の減速機構２２は、３段の遊星歯車機構であり、各段の歯車機構が太陽ギアと、太陽ギアの周囲に配置されて噛合される遊星ギアと、遊星ギアと噛合されるリングギアとを備える。

モータ２１の回転軸２１ａには、１段目の歯車機構の太陽ギア３１が一体回転可能に設けられている。２段目の歯車機構のリングギア３２は、軸方向（前後方向）に所定範囲内で移動可能となるように本体ケース１３内に保持されている。本体ケース１３の上面には、減速機構２２の減速比を使用者が切り換えるための変速切換スイッチ３３が設けられている。変速切換スイッチ３３は、例えばスライドスイッチであり、その位置を前後方向にスライドさせることで、高速低トルク駆動（Ｈギア）か低速高トルク駆動（Ｌギア）かのいずれかに切り換えるスイッチである。変速切換スイッチ３３は、２段目のリングギア３２の外周面に形成された溝と連結部材３４を介して駆動連結されている。

図２に示すように、変速切換スイッチ３３のスライド操作によりリングギア３２が前方（出力軸３８側）に移動すると、リングギア３２が本体ケース１３内に設けられた係合部３５と係合し回転不能になる。つまり、２段目の歯車機構が減速機構として機能し、モータ２１の回転駆動力が１段〜３段全部の歯車機構にて減速されて出力軸３８側に伝達される。これによって、工具本体１１は２段目の歯車機構が機能する低速高トルク駆動（Ｌギア）で動作が可能となる。

図３に示すように、リングギア３２が後方（モータ２１側）に移動すると、リングギア３２と係合部３５との係合状態が解除されてリングギア３２が回転可能になるとともに１段目の伝達ギア３６と噛合される。つまり、２段目の歯車機構は２段目のリングギア３２を含めた全体が一体回転して自身が減速機構として機能しなくなり、モータ２１の回転駆動力が１段目及び３段目の歯車機構のみで減速されて出力軸３８側に伝達される。これによって、工具本体１１は、２段目の歯車機構が機能しない高速低トルク駆動（Ｈギア）で動作が可能となる。

図２及び図３に示すように、本体ケース１３には、変速切換スイッチ３３の操作位置に応じたオン／オフ信号を出力する操作位置検出スイッチ３７が設けられている。操作位置検出スイッチ３７は、例えば低速高トルク駆動すべくＬギアに操作されるとオン信号を、高速低トルク駆動すべくＨギアに操作されるとオフ信号をそれぞれ出力する。

図２に示すように、減速機構２２の３段目の歯車機構は、出力軸３８と駆動連結されている。出力軸３８は、本体ケース１３内に設けられた軸受（図示略）により回転可能に支持され、チャック２５に挿着された先端工具（例えばホールソー等）に駆動力を伝達するように構成されている。なお、減速機構２２（３段目の歯車機構）と出力軸３８との間には前記クラッチ機構が設けられており、出力軸３８を介して入力される負荷トルクに応じて、減速機構２２と出力軸３８とが連結・非連結に切り換えられる。

図１及び図２に示すように、胴部１４における把持部１５との接続部分近傍には、モータ２１の回転方向を切り換える回転方向切換スイッチ３９が設けられている。回転方向切換スイッチ３９は、例えば、モータ２１を正転、逆転、停止させる三つの状態に切換可能に構成されている。把持部１５には、トリガスイッチ４０が例えばバネによって付勢された状態で把持部１５から前方に突出している。

図１に示すように、把持部１５の下端には、前方に突出する電池パック装着部１６が形成され、この電池パック装着部１６には電池パック１２が装着されている。
電池パック装着部１６の上面１６ａには、切替部としての操作部４１と、表示部４２とを有する。

図４に示すように、操作部４１は、トリガスイッチ４０の最大引き込み時における出力軸３８（先端工具）の最高回転数を使用者が選択するためのものである。
図４に示すように、表示部４２は、操作部４１によって選択された出力軸３８（先端工具）の最高回転数を使用者に対して報知するためのものである。表示部４２は、例えば複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）４２ａ〜４２ｃで構成されて、操作部４１の操作によって選択された最高回転数に対応したＬＥＤ４２ａ〜４２ｃが点灯するようになっている。

図１に示すように、電池パック装着部１６内には、モータ２１を含み電動工具１０の統括的な制御を行う制御部５０（図５参照）が収容されている。
次に、電動工具１０の電気的接続について説明する。

図５に示すように、工具本体１１の出力制御を行う制御部５０には、前記電池パック１２（図５では省略）から電源供給される。また、制御部５０には、変速切換スイッチ３３（操作位置検出スイッチ３７）、回転方向切換スイッチ３９、及びトリガスイッチ４０の各種スイッチからの信号が入力される。

図５に示すように、制御部５０は、操作位置検出スイッチ３７からの信号に基づいて変速切換スイッチ３３がＨギア／Ｌギアのいずれに切り替えられているかを把握することが可能となっている。また、制御部５０は、回転方向切換スイッチ３９によるモータ２１の正転、逆転、停止の選択に基づいてモータ２１の回転方向の切換や停止を行う。

トリガスイッチ４０は引込量に応じた信号を出力し、制御部５０は、その引込量に応じた出力制御を行う。
より具体的には図６に示すように、トリガスイッチ４０が引き込まれるほど、出力軸３８の回転数が高くなるようにモータ２１（図５参照）を制御する。ちなみに、図６において直線Ｌ１はＨギア（高速低トルク駆動）の状態を示し、直線Ｌ２はＬギア（低速高トルク駆動）の状態を示している。図６から分かるように、トリガスイッチ４０の引き込み量が最大を示す引き込み量Ｔｍの時点において、直線Ｌ１の回転数が直線Ｌ２の回転数よりも高い。また、直線Ｌ１と直線Ｌ２とのそれぞれにおいてトリガスイッチ４０の引き込み量が同じである場合には、常時直線Ｌ１で示すＨギアの状態が直線Ｌ２で示すＬギアの状態よりも回転数が高い。

図５に示すように、制御部５０には、操作部４１及び表示部４２が接続される。そして、制御部５０には、操作部４１にて選択された出力軸３８の最高回転数に変更する旨の信号が入力される。

本実施形態では、変速切換スイッチ３３の状態がＨギア及びＬギアのいずれであっても操作部４１を操作するたびに３００ｒｐｍ（rotation per minute）、２００ｒｐｍ、１００ｒｐｍ、回転数制限なしの４段階で段階的に切り換えることが可能となっている。なお、回転数制限なしの場合には前述したように、図６にて直線Ｌ１で示すＨギアと直線Ｌ２で示すＬギアとではトリガスイッチ４０の引き込み量が同じであっても出力軸３８の回転数は異なるようになっている。

ここで、制御部５０は、前記操作部４１によって選択された回転数に変更する回転数変更部としても機能する。
具体的には制御部５０は、前記操作部４１により３００ｒｐｍが選択されると、図６にて直線Ｌ３で示すように、トリガスイッチ４０の最大引き込み量Ｔｍ時点において出力軸３８の回転数が約３００ｒｐｍとなるようにモータ２１（図５参照）を制御する。これは、直線Ｌ１及び直線Ｌ２で示した回転数制限なしの状態よりも低回転である。

制御部５０は、前記操作部４１により２００ｒｐｍが選択されると、図６にて直線Ｌ４で示すように、トリガスイッチ４０の最大引き込み量Ｔｍ時点において出力軸３８の回転数が約２００ｒｐｍとなるようにモータ２１（図５参照）を制御する。これは、直線Ｌ１及び直線Ｌ２で示した回転数制限なしの状態よりも低回転であり、更に直線Ｌ３で示す状態よりも低回転である。

制御部５０は、前記操作部４１により１００ｒｐｍが選択されると、図６にて直線Ｌ５で示すように、トリガスイッチ４０の最大引き込み量Ｔｍ時点において出力軸３８の回転数が約１００ｒｐｍとなるようにモータ２１（図５参照）を制御する。これは、直線Ｌ１及び直線Ｌ２で示した回転数制限なしの状態よりも低回転であり、更に直線Ｌ３及び直線Ｌ４で示す状態よりも低回転である。

図５に示すように、制御部５０には、負荷検出部としての電流検出部６０からモータ２１に供給する駆動電流に対応した検出信号が入力される。制御部５０は、電流検出部６０からの検出信号に基づいて出力軸３８に加わる負荷トルクを検出する。制御部５０は、検出した負荷トルクに基づいて、トリガスイッチ４０を最大限に引き込んだ際の出力軸３８の回転数が操作部４１で選択された回転数となるようにフィードバック制御を行う。

次に、本実施形態の電動工具１０の一動作例（作用）を説明する。
本実施形態の電動工具１０は、トリガスイッチ４０が引き込まれることで制御部５０によってモータ２１が駆動される。これにより駆動力伝達部２３を介して出力軸３８が回転され、出力軸３８と一体回転する先端工具が回転し、穴あけなどの作業が可能となっている。

このとき、電動工具１０の制御部５０は、操作部４１が使用者によって操作されることで、出力軸３８の回転数を１００ｒｐｍ，２００ｒｐｍ，３００ｒｐｍのいずれかに制限するようにモータ２１の駆動を制御するようになっている。

次に、本実施形態の効果を記載する。
（１）トリガスイッチ４０が最大限に引き込まれた際の出力軸３８の回転数を制限なしの状態よりも低回転に変更するとともに、その回転数となるように前記トリガスイッチ４０の引き込み量に基づいて前記モータ２１の回転数を制御する制御部５０を有する。このように、トリガスイッチ４０が最大限に引き込まれた際の出力軸３８の回転数を変更することで、例えば出力軸３８の回転数を１００ｒｐｍ，２００ｒｐｍ，３００ｒｐｍといった低回転（低速）とすることができる。これによって、チャック２５に対して装着されるホールソー等の先端工具の摩耗を抑えることができ、先端工具の長寿命化に寄与することができる。

（２）使用者による操作に基づいてトリガスイッチ４０を最大限に引き込んだ際の出力軸３８の回転数を段階的に切り換える信号を制御部５０に対して出力する操作部４１を有する。これにより、使用者は操作部４１を操作することで、出力軸３８の回転数を容易に低回転（低速）とすることができる。

（３）使用者が把持可能な把持部１５の下端に、前方に延出する延出部としての電池パック装着部１６が形成される。そして、電池パック装着部１６に設けられた操作部４１を操作することで出力軸３８の回転数を容易に低回転（低速）とすることができる。

（４）駆動力伝達部２３は、機械的に減速比を少なくとも２段階に切り替え可能に構成される。制御部５０は、駆動力伝達部２３の各減速比（Ｈギア／Ｌギア）のいずれであっても出力軸３８の回転数を変更する。これによって、２つの減速比のいずれであっても出力軸３８の回転数を維持することができる。

（５）モータ２１の駆動電流を電流検出部６０に検出し、検出した駆動電流から出力軸３８に作用する負荷（負荷トルク）を制御部５０にて検出（推測）する。そして、制御部５０は、検出された負荷トルクに基づき、操作部４１にて選択された回転数となるようにフィードバック制御を行う。このような構成とすることで、負荷変動が起きた場合であっても、操作部４１にて選択された回転数を極力維持することができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、操作部４１の位置を電池パック装着部１６に設定したが、これに限らない。

・上記実施形態では、電池パック１２を電源として採用したが、これに限らず、商用電源を電源として採用してもよい。
・上記実施形態では、変速切換スイッチ３３により高速低トルク駆動（Ｈギア）と低速高トルク駆動（Ｌギア）との２段階の切換が可能な構成としたが、これに限らない。３つ以上の減速比を切り替える構成としてもよい。また、複数の減速比を選択不能な構成を採用してもよい。また、出力軸３８に作用する負荷トルクの変動から自動的に変速する（減速比を切り換える）構成を採用してもよい。

・上記実施形態では、出力軸３８の負荷をモータ２１の駆動電流から検出（推定）する構成としたが、これに限らず、出力軸３８の負荷（負荷トルク）を直接検出する構成を採用してもよい。

・上記実施形態並びに各変形例は適宜組み合わせてもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（付記１）モータと、
前記モータの駆動力を減速させて出力軸に伝達させる駆動力伝達部と、
使用者による引き込み操作が可能なトリガスイッチと、
前記トリガスイッチを最大限に引き込んだ際の前記出力軸の回転数を制限なしの状態よりも低回転に変更可能な回転数変更部と、
前記回転数変更部によって変更された回転数となるように前記トリガスイッチの引き込み量に基づいて前記モータの回転数を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする電動工具。

（付記２）付記１に記載の電動工具において、
前記使用者による操作に基づいて前記トリガスイッチを最大限に引き込んだ際の前記出力軸の回転数を段階的に切り換える信号を前記回転数変更部に対して出力する切替部を有することを特徴とする電動工具。

（付記３）付記２に記載の電動工具において、
前記使用者が把持可能な把持部の下端に、前方に延出する延出部が備えられ、
前記延出部に前記切替部が設けられることを特徴とする電動工具。

（付記４）付記１〜３のいずれか一項に記載の電動工具に記載の電動工具において、
前記動力伝達部は、機械的に減速比を少なくとも２段階以上に切り替え可能に構成され、
前記回転数変更部は、前記動力伝達部の各減速比のいずれであっても前記出力軸の回転数を変更することを特徴とする電動工具。

（付記５）付記１〜４のいずれか一項に記載の電動工具において、
前記出力軸に作用する負荷を検出する負荷検出部を有し、
前記制御部は、前記負荷検出部によって検出される負荷に基づいて前記回転数変更部によって変更された回転数となるようにフィードバック制御を行うことを特徴とする電動工具。

１０…電動工具、１５…把持部、１６…延出部を構成する電池パック装着部、２１…モータ、２３…駆動力伝達部、３８…出力軸、４０…トリガスイッチ、４１…切替部を構成する操作部、５０…回転数変更部及び負荷検出部を構成する制御部、６０…負荷検出部を構成する電流検出部。

Claims (9)

1. 引き込み操作されるトリガスイッチと、
   出力軸を回転させるモータと、
   前記トリガスイッチの最大引き込み量に対応する前記出力軸の回転数である最大回転数を制限する制限回転数を設定し、前記最大回転数が前記制限回転数になるように前記トリガスイッチの引き込み量に応じて前記モータを制御する制限モードと、前記制限回転数を設定せずに前記トリガスイッチの引き込み量に応じて前記モータを制御する非制限モードとを選択できるように構成される制御部とを備える
   電動工具。
2. 前記制御部は前記制限回転数を変更できるように構成される
   請求項１に記載の電動工具。
3. 少なくとも第１減速比および第２減速比を選択可能であり、前記モータの回転を減速して前記出力軸に伝達する駆動力伝達部をさらに備える
   請求項１または２に記載の電動工具。
4. 前記制御部は前記第１減速比に対応する前記制限回転数と前記第２減速比に対応する前記制限回転数とを等しい回転数に設定する
   請求項３に記載の電動工具。
5. 前記制御部は前記制限モードでは、前記第１減速比が選択される場合と前記第２減速比が選択される場合とにおいて前記トリガスイッチの引き込み量の増加量に対する前記出力軸の回転数の増加量の比率が等しくなるように前記モータを制御する
   請求項３または４に記載の電動工具。
6. 前記制御部は前記非制限モードでは、前記第１減速比が選択される場合と前記第２減速比が選択される場合とにおいて前記トリガスイッチの引き込み量の増加量に対する前記出力軸の回転数の増加量の比率が異なるように前記モータを制御する
   請求項３〜５のいずれか一項に記載の電動工具。
7. 前記制御部は前記制限モードでは、前記トリガスイッチの引き込み量の増加量に対する前記出力軸の回転数の増加量の比率が前記非制限モードよりも小さくなるように前記モータを制御する
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の電動工具。
8. 前記制限回転数を変更するために操作される切替部をさらに備える
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の電動工具。
9. 前記出力軸に作用する負荷を検出する負荷検出部をさらに備え、
   前記制御部は前記負荷検出部の検出結果に応じて前記モータを制御する
   請求項１〜８のいずれか一項に記載の電動工具。