(57)【要約】【課題】変速後における使用者に加わる反動を抑えることができる電動工具を提供する【解決手段】モータ２１と、モータ２１の回転動力を減速して出力軸に伝達するとともにその減速比が変更可能に構成された動力伝達部２２と、動力伝達部２２の減速比を変更する変速用アクチュエータ２７と、出力軸に加わる負荷トルクを検出する電流検出部４１と、前記検出した負荷トルクに応じて前記動力伝達部２２の減速比を変更すべく前記変速用アクチュエータ２７を制御する制御部２３とを備える。制御部２３は、動力伝達部２２に対して変速比を大きくする制御を行ってから所定時間を経過するまではモータ２１の出力を制限する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、前記モータの回転動力を減速して出力軸に伝達するとともにその減速比が変更可能に構成された動力伝達部と、前記動力伝達部の減速比を変更する変速用アクチュエータと、出力軸に加わる負荷トルクを検出するトルク検出部と、前記検出した負荷トルクに応じて前記動力伝達部の減速比を変更すべく前記変速用アクチュエータを制御する制御部とを備えた電動工具であって、
前記制御部は、前記動力伝達部に対して変速比を大きくする制御を行ってから所定時間を経過するまでは前記モータの出力を制限することを特徴とする電動工具。
【請求項２】
請求項１に記載の電動工具において、
前記制御部は、前記モータの出力制限を時間経過に応じて緩和させることを特徴とする電動工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減速比を変更可能な動力伝達部を備えた電動工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動工具には、モータの回転動力を減速して伝達する動力伝達部を制御部により制御し、減速比を自動変速するものがある（例えば、特許文献１参照）。このような電動工具では、例えば、モータに供給する駆動電流から先端工具（ビット）が取り付けられる出力軸に加わる負荷トルクを検出し、検出された負荷トルクに基づいて制御部が動力伝達部の減速比を変更する制御を行うようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−３０３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記の動力伝達部は、変速できる段数、即ち減速ギアの数が多くなるに従って装置が大型化する。一方で、電動工具、特に携帯型の電動工具では、工具全体の小型化が望まれている。従って、電動工具が備える動力伝達部は、変速の段数が制限されることで各段の減速比の差が大きくなる傾向にある。
【０００５】
上記の電動工具では、実際の作業、例えばドリルドライバーを用いてボルトを締める作業において、ボルトを締めるに従って出力軸に加わる負荷トルクが増加すると、制御部が動力伝達部に対して減速比の大きい減速段に切り替える制御を行う。しかしながら、この負荷トルクの増加の原因が、例えばボルトが締め付け部分に対して正しい状態で螺入されないために先端工具（出力軸）がロック、即ちモータがロックしたものによると、減速比の大きい減速段に切り替えた際に電動工具から使用者の手などに大きな反動が加わることとなる。特に、上述したように減速段各段の減速比差が大きい動力伝達部を有した電動工具では、減速比を大きくする変速を行った直後の電動工具から使用者に加わる反動がより大きなものとなる。
【０００６】
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、変速後における使用者に加わる反動を抑えることができる電動工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、電動工具は、モータと、前記モータの回転動力を減速して出力軸に伝達するとともにその減速比が変更可能に構成された動力伝達部と、前記動力伝達部の減速比を変更する変速用アクチュエータと、出力軸に加わる負荷トルクを検出するトルク検出部と、前記検出した負荷トルクに応じて前記動力伝達部の減速比を変更すべく前記変速用アクチュエータを制御する制御部とを備えた電動工具であって、前記制御部は、前記動力伝達部に対して変速比を大きくする制御を行ってから所定時間を経過するまでは前記モータの出力を制限することを特徴とする。
【０００８】
また上記構成において、前記制御部は、前記モータの出力制限を時間経過に応じて緩和させることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電動工具は変速後における使用者に加わる反動を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態における電動工具の概略構成図である。
【図２】同上における電動工具の動作例について説明するためのフローチャートである。
【図３】同上における電動工具の動作例について説明するための説明図である。
【図４】別例における電動工具の動作例について説明するためのフローチャートである。
【図５】同上における電動工具の動作例について説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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、例えばドリルドライバーとして使用される工具であり、電動工具本体１１と、この電動工具本体１１に対して着脱可能な電池パック１２とを有する。電動工具本体１１は、電池パック１２からの駆動電力の供給に基づいて駆動するモータ２１と、モータ２１の回転動力を減速して出力する動力伝達部２２と、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２３とを有している。電池パック１２は、複数の電池セル（例えば、リチウムイオン電池）にて構成された二次電池を有している。
【００１２】
モータ２１の回転軸２４には、減速機構及びクラッチ機構等を含む動力伝達部２２が連結されている。動力伝達部２２は、モータ２１の回転動力を減速して出力軸２５に伝達する。動力伝達部２２は、例えば、２つの減速ギア（Ｈギア、Ｌギア）を備え、減速比が２段階に変速可能となっている。出力軸２５の先端部には、先端工具（ビット）２６が取付けられている。従って、電動工具１０は、モータ２１の回転動力が動力伝達部２２にて減速され出力軸２５に伝達されることで、出力軸２５とともに先端工具２６が回転するように構成されている。なお、動力伝達部２２が備えるＬギアは、Ｈギアに比べて減速比が大きくなるように（低速回転、高トルクとなるように）設定されている。
【００１３】
動力伝達部２２には、減速比を変更するための変速用アクチュエータ２７が備えられている。変速用アクチュエータ２７は、例えばモータアクチュエータであり、制御部２３の制御に基づいた変速駆動部２８からの駆動電力の供給にて動作する。そして、変速用アクチュエータ２７は、変速駆動部２８を介した制御部２３の制御に基づいて、動力伝達部２２の減速段（減速ギア）の切り替え動作を行う。また、電動工具本体１１は、変速用アクチュエータ２７の位置検出を行う駆動状態検知部２７ａを備える。そして、制御部２３は、前記駆動状態検知部２７ａによる変速用アクチュエータ２７の位置検出を行うことで、動力伝達部２２を構成するＨギア、Ｌギアの内で、現在どちらのギアが選択されているか検出することが可能となっている。ちなみに、制御部２３は、電池パック１２からの電圧調整を経た電力の供給に基づいて動作する。また、変速駆動部２８は、スイッチング素子（例えば、ＦＥＴ）を用いた例えばＨブリッジ回路で構成され、制御部２３は、変速駆動部２８に対する制御信号により、変速用アクチュエータ２７のモータに対する回転方向とＰＷＭ制御にて供給する駆動電力とを制御する。
【００１４】
モータ２１は、スイッチング素子（例えば、ＦＥＴ）を用いた例えばＨブリッジ回路よりなるスイッチング駆動回路２９にて生成された駆動電力の供給に基づいて回転駆動する。スイッチング駆動回路２９は、制御部２３によるＰＷＭ制御にて、電池パック１２からの供給電力からモータ２１に供給する駆動電力を制御する。つまり、制御部２３は、スイッチング駆動回路２９を介してモータ２１への供給電力を制御し、モータ２１の回転速度を制御している。
【００１５】
電動工具本体１１には、使用者が操作可能なトリガスイッチ３１が設けられている。トリガスイッチ３１は、モータ２１の起動及び停止を行うオンオフを含み、トリガスイッチ３１の操作量（トリガの引き込み量）に応じた出力信号を制御部２３に出力する。そして、制御部２３は、トリガスイッチ３１からの出力信号に基づいてスイッチング駆動回路２９でのモータ２１への供給電力を制御し、モータ２１の起動や停止、また動作時の回転速度の調整などを行う。
【００１６】
スイッチング駆動回路２９とモータ２１との間には、モータ２１に供給される駆動電流を検出するための電流検出部４１が設けられている。電流検出部４１は、スイッチング駆動回路２９とモータ２１との間に接続された検出抵抗４２と、この検出抵抗４２の端子電圧を増幅して検出信号として制御部２３に出力する増幅回路（オペアンプ）４３とを有している。制御部２３は、所定のサンプリング時間毎に電流検出部４１からの検出信号に基づいて駆動電流を検出し、検出した駆動電流と駆動電流の検出時における動力伝達部２２の減速段とに基づいて出力軸２５（先端工具２６）に加わる負荷トルクを検出する。また、制御部２３は、検出した負荷トルクに基づいてモータ２１のロックを検出し、モータ２１に対する制御を行う。
【００１７】
電動工具１０は、検出した負荷トルクに基づいて制御部２３が変速用アクチュエータ２７を通じて動力伝達部２２の減速段を切替制御することで自動変速が行われるように構成されている。なお、動力伝達部２２の減速機構は、例えば遊星歯車減速機構であり、モータ２１の回転軸２４の軸中心に回転駆動される太陽ギアと、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ものである。変速用アクチュエータ２７は、このリングギアの位置を変更し、リングギアと噛合する遊星ギアを変更することで減速段が制御可能となっている。なお、制御部２３は、前記駆動状態検知部２７ａにより、変速用アクチュエータ２７によりリングギアが正しい位置に変更されたかを検出することが可能となっている。そして、制御部２３は、駆動状態検知部２７ａの検出信号に基づいて変速用アクチュエータ２７を制御する。
【００１８】
このように構成された電動工具１０は、使用者によりトリガスイッチ３１が引き込まれると、この引き込み量に応じた出力信号が制御部２３に入力される。制御部２３は、トリガスイッチ３１からの出力信号に基づいてスイッチング駆動回路２９を制御し、モータ２１の起動・停止及び回転速度が制御される。モータ２１の回転動力が動力伝達部２２にて減速され出力軸２５に伝達されることで先端工具２６が回転動作を行う。また、制御部２３は、負荷トルクに応じて動力伝達部２２の減速段をＨ・Ｌギアのいずれかに変更する。この場合、負荷トルクが小さいと動力伝達部２２にてＨギアが選択され、先端工具２６は高速回転・低トルクで駆動する。起動時は、動力伝達部２２にてＨギアが選択されている。負荷トルクが大きくなり所定トルクを超えると、動力伝達部２２にてＬギアが選択され、先端工具２６は低速回転・高トルクで駆動する。また、制御部２３は、電流検出部４１からの検出信号に基づいてモータ２１のロックを検出し、モータ２１を停止させる制御を行う。また、制御部２３は、Ｌギアに変速後、モータ２１の出力制限を行う。
【００１９】
次に、電動工具１０の動作例（作用）について説明する。
図３に示すように、電動工具１０がＨギアにて駆動されて負荷トルク（負荷電流）が時刻ｔ０において閾値の電流Ｉ０に達すると、制御部２３は、負荷トルクＴが変速条件（閾値Ｉ０）に達したと判定し、動力伝達部２２を制御してＨギアからＬギアに変速を行う。このとき、制御部２３は、モータ２１への通電を中断する。
【００２０】
ここで、トルクは電流に比例するため、制御部２３は、Ｌギアに変速してから所定時間経過するまでの間にモータ２１の電流（出力）を時間経過に応じて３段階の制限を行う。具体的には、次のように制限を実施する。
【００２１】
図２に示すように、制御部２３は、変速用アクチュエータ２７の状態を駆動状態検知部２７ａにより、Ｈギア又はＬギアの選択状況を検出する（ステップＳ１０）。制御部２３は、駆動状態検知部２７ａを用いてＨギアが選択されていると判断すると（ステップＳ１０：ＮＯ）、Ｈギアの設定で動作を継続する。
【００２２】
そして、制御部２３は、駆動状態検知部２７ａを用いてＬギアが選択されていると判断すると（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、タイマＣにより計時が開始されているか否かを判定する（ステップＳ２０）。
【００２３】
制御部２３は、タイマＣによる計時が開始前である場合（ステップＳ２０：ＮＯ）、タイマＣの計時を一度リセットする（ステップＳ２１）。次いで、制御部２３は、タイマＣによる計時を開始する（ステップＳ２２）。
【００２４】
また、制御部２３は、タイマＣによる計時が開始されている（ステップＳ２０：ＹＥＳ）又はタイマＣによる計時が開始される（ステップＳ２２）と、経過時間に応じて出力制限を実施する。具体的には、制御部２３は、計時開始からの経過時間が時間ｔ２内であれば（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、モータ２１の負荷電流の上限を閾値Ｉ１とする（ステップＳ３１）。制御部２３は、計時開始からの経過時間が時間ｔ２以上（ステップＳ３０：ＮＯ）、且つ、時間ｔ３内であれば（ステップＳ３２：ＹＥＳ）、モータ２１の負荷電流の上限を閾値Ｉ２とする（ステップＳ３３）。制御部２３は、計時開始からの経過時間がｔ３以上（ステップＳ３２：ＮＯ）、且つ、時間ｔ４内であれば（ステップＳ３４：ＹＥＳ）、モータ２１の負荷電流の上限を閾値Ｉ３とする（ステップＳ３５）。制御部２３は、ステップＳ３１、ステップＳ３３、ステップＳ３５のいずれかにおいて閾値Ｉ１〜Ｉ３が設定されると、モータ２１の負荷電流の上限を各閾値Ｉ１〜Ｉ３となるように、スイッチング駆動回路２９を制御する（ステップＳ１１）。このように段階的にモータ２１の負荷電流の制限を緩和させることで、急激なトルク変更を抑えて使用者へ加わる反動を低減させることが可能となっている。
【００２５】
図２及び図３に示すように、制御部２３は、計時開始からの経過時間が時間ｔ４以上であれば（ステップＳ３４：ＮＯ）、モータ２１の負荷電流の上限を設定しない、即ち出力制限をしない（ステップＳ３６）。そして制御部２３は、モータ２１の負荷電流の上限を設定せず、トリガスイッチ３１の引き込み量等に応じてスイッチング駆動回路２９を制御する。制御部２３は、モータ２１の負荷電流の制限制御を解除することでモータの最大トルクがでるようになり、ねじを最後まで着座させることができる。
【００２６】
次に、本実施形態の効果を記載する。
（１）制御部２３は、動力伝達部２２に対して変速比を大きくする制御を行ってから所定時間を経過するまではモータ２１の出力を制限するため、変速後の出力が抑えられて使用者に加わる反動を抑えることができる。
【００２７】
（２）制御部２３は、モータ２１の負荷電流（出力）の制限を時間経過に応じて緩和させるため、急激なトルク変更を抑えて使用者へ加わる反動を低減させることが可能となっている。
【００２８】
尚、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、モータ２１の負荷電流を検出して、この負荷電流の出力制限を行う構成としたが、これに限らない。例えば図４及び図５に示すように、モータ２１の負荷電流はスイッチング駆動回路２９内にあるスイッチング素子（ＦＥＴ）のデューティ比に依存しているため、デューティ比に制限をかけることで同様の効果が得られる。また、この場合はモータ２１の負荷電流を検出する検出抵抗４２及び増幅回路４３を省略することが可能となる。
【００２９】
このような構成の制御例（動作例）として、図４及び図５を用いて説明する。なお、Ｈギアにおける駆動方法並びにＬギアへの変速の工程については上記実施形態とほぼ同様であるため、説明の一部又は全部を割愛する。
【００３０】
図５に示すように、ＨギアからＬギアに変速を行う際にモータ２１への通電を中断した状態からＬギアに変速すると、制御部２３は、Ｌギアに変速してから所定時間経過するまでの間にモータ２１のデューティ比（出力）を時間経過に応じて３段階の制限を行う。具体的には、次のように制限を実施する。
【００３１】
図４に示すように、制御部２３は、変速用アクチュエータ２７の状態を駆動状態検知部２７ａにより、Ｈギア又はＬギアの選択状況を検出する（ステップＳ１０）。そして、制御部２３は、駆動状態検知部２７ａを用いてＬギアが選択されていると判断すると（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、タイマＣにより計時が開始されているか否かを判定する（ステップＳ２０）。
【００３２】
制御部２３は、タイマＣによる計時が開始前である場合（ステップＳ２０：ＮＯ）、タイマＣの計時を一度リセットする（ステップＳ２１）。次いで、制御部２３は、タイマＣによる計時を開始する（ステップＳ２２）。
【００３３】
また、制御部２３は、タイマＣによる計時が開始されている（ステップＳ２０：ＹＥＳ）又はタイマＣによる計時が開始される（ステップＳ２２）と、経過時間に応じて出力制限を実施する。具体的には、制御部２３は、計時開始からの経過時間が時間ｔ２内であれば（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、モータ２１のデューティ比の上限を閾値Ｄ１とする（ステップＳ４１）。制御部２３は、計時開始からの経過時間が時間ｔ２以上（ステップＳ３０：ＮＯ）、且つ、時間ｔ３内であれば（ステップＳ３２：ＹＥＳ）、モータ２１のデューティ比の上限を閾値Ｄ２とする（ステップＳ４３）。制御部２３は、計時開始からの経過時間がｔ３以上（ステップＳ３２：ＮＯ）、且つ、時間ｔ４内であれば（ステップＳ３４：ＹＥＳ）、モータ２１のデューティ比の上限を閾値Ｄ３とする（ステップＳ４３）。制御部２３は、ステップＳ４１、ステップＳ４２、ステップＳ４３のいずれかにおいて閾値Ｉ１〜Ｉ３が設定されると、モータ２１のデューティ比の上限を各閾値Ｄ１〜Ｄ３となるように、スイッチング駆動回路２９を制御する（ステップＳ１１）。このように段階的にモータのデューティ比（出力）の制限を緩和させることで、上記実施形態の効果（２）と同様の効果を奏する。
【００３４】
図４及び図５に示すように、制御部２３は、計時開始からの経過時間が時間ｔ４以上であれば（ステップＳ３４：ＮＯ）、モータ２１のデューティ比の上限を設定しない、即ち出力制限をしない（ステップＳ４４）。そして制御部２３は、モータ２１のデューティ比の上限を設定せず、トリガスイッチ３１の引き込み量等に応じてスイッチング駆動回路２９を制御する。制御部２３は、モータ２１のデューティ比の制限制御を解除することでモータの最大トルクがでるようになり、ねじを最後まで着座させることができる。
【００３５】
・上記実施形態では、Ｌギアに変速後の出力制限を３段階としたが、１又は２段階としてもよい。さらに４段階以上の出力制限を実施してもよい。
・上記実施形態では、特に言及していないが、図１に示すように回転検出部５１を設けて、モータ２１の回転速度を用いてロック検出してもよい。回転検出部５１は、例えばモータ２１の回転軸２４に設けられる。回転検出部５１は、回転軸２４に一体回転可能に固定され複数の磁極を有するセンサマグネット５２と、センサマグネット５２と対向配置されたホール素子５３とを有している。ホール素子５３は、センサマグネット５２の回転に基づく磁束の変化を検出信号として制御部２３に出力する。制御部２３は、回転検出部５１からの検出信号に基づいてモータ２１の回転速度を検出する。また、制御部２３は、この回転速度変化によってもモータ２１のロックを検出している。具体的には、制御部２３は、回転検出部５１により検出されるモータ２１の回転速度に基づいてロックを検出する。モータ２１は、ロックが生じることで回転速度が一気に低下する。従って、制御部２３は、負荷トルクＴと回転速度との両方に基づいてロック検出すように構成されている。例えば、制御部２３は、回転速度が低下していない、又は低下の度合いが低い場合にはロックが生じていないと判定する。これにより、ロックの検出精度は高くなる。
【００３６】
・上記実施形態では、負荷トルクＴの検出をモータ２１に供給する負荷電流から間接的に検出したが、これに限定されない。例えば、出力軸２５に対するトルクを直接的に計測可能な構成を用いてもよい。
【００３７】
・上記実施形態において、動力伝達部２２は、２つの減速比を切り替える構成としたが、３つ以上の減速比を切り替える構成としてもよい。
・上記実施形態において、変速用アクチュエータ２７をモータアクチュエータとしたが、モータを駆動源とするものに限らず、ソレノイド等を用いてもよい。
【００３８】
・上記実施形態では、電動工具１０としてドリルドライバーに具体化したが、他の電動工具、例えばインパクトドライバー、インパクトレンチ、ハンマードリル、振動ドリル、ジグソー及びシーリングガン等でもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１０…電動工具、２１…モータ、２２…動力伝達部、２３…制御部、２５…出力軸、２７…変速用アクチュエータ、４１…電流検出部（トルク検出部）、Ｔ…負荷トルク。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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