(57)【要約】【課題】作業性の向上を図ることができる電動工具を提供する。【解決手段】制御部２３は、動力伝達部２２の減速比が小さい場合に電圧センサＳにより検出される電池電圧が所定電圧以下となると変速用アクチュエータ２７を制御して減速比が大きくなるように制御する。このように減速比を大きくすることで電池パック１２の内部抵抗の影響を低減できるため作業を継続でき、作業性の向上に寄与できる。また、制御部２３は、前記動力伝達部２２の減速比が大きい場合に前記電圧センサＳにより検出される電池電圧が所定電圧以下となると前記モータ２１の駆動を停止させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、前記モータに電力を供給するための電池と、前記電池の電池電圧を検出する電圧センサと、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、
前記制御部は、前記動力伝達部の減速比が小さい場合に前記電圧センサにより検出される電池電圧が所定電圧以下となると前記変速用アクチュエータを制御して減速比が大きくなるように制御し、前記動力伝達部の減速比が大きい場合に前記電圧センサにより検出される電池電圧が所定電圧以下となると前記モータの駆動を停止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、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、モータに供給する負荷電流（駆動電流）から先端工具（ビット）が取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】特開平１１−９０８４５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、上記のような電動工具では、電池パックの過放電を防止することが望ましく、電池パックの出力電圧が所定値を下回った場合にモータを停止させて電池パックからの放電を停止させることが考えられる。
【０００５】
しかしながら、電池パックには電池セルの内部抵抗や配線間の抵抗が存在するため放電電流が増加すれば前述の抵抗分による電圧降下が増加して、見かけの電池電圧も低下する。そのため、モータの起動電流やロック電流など電流値が大きいときは、実際の電池容量が十分あるにも関わらず電池電圧が前記所定値以下となりモータが停止する虞がある。
【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、作業性の向上を図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、前記モータに電力を供給するための電池と、前記電池の電池電圧を検出する電圧センサと、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、前記制御部は、前記動力伝達部の減速比が小さい場合に前記電圧センサにより検出される電池電圧が所定電圧以下となると前記変速用アクチュエータを制御して減速比が大きくなるように制御し、前記動力伝達部の減速比が大きい場合に前記電圧センサにより検出される電池電圧が所定電圧以下となると前記モータの駆動を停止させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電動工具は、作業性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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を説明するための説明図である。
【図３】電池パックの内部温度と内部抵抗値との関係を示すグラフである。
【図４】減速比の違いによるトルクと電流値との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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、電動工具本体１１に対して着脱可能な電池パック１２とを有している。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２次電池を有している。電池パック１２は、電動工具本体１１側に備えられる電圧センサＳにより電池電圧が検出されるようになっている。ちなみに、電圧センサＳは分圧抵抗によって構成されており、分圧比に応じた電圧が制御部２３に入力される。
【００１１】
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。
【００１２】
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。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る。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。
【００１３】
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。
【００１４】
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を行う。
【００１５】
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に供給される負荷電流（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負荷電流を検出し、検出した負荷電流と負荷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。
【００１６】
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。また、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ための駆動状態検知部を備えてもよい。この場合、制御部２３は、駆動状態検知部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。
【００１７】
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。制御部は、Ｌギアが選択されている状態では、電流検出部４１による負荷トルク（電流）の検出に加えて時間的要素も交えてロックであるか否かを検出している。また、電動工具１０は、電圧センサＳにより電池パック１２の電池電圧を検出して電池電圧に応じて動力伝達部２２の減速段をＨギアからＬギアに切り替える。
【００１８】
次に、電動工具１０の電池電圧に基づく動作例（作用）について図１及び図２を用いて説明する。
図２に示すように、制御部２３は或る時刻ｔ１において使用者によりトリガスイッチが引き込まれてオン状態とされると、スイッチング駆動回路２９を介してモータ２１を駆動する。このとき、動力伝達部２２の減速段（減速ギア）は減速比が相対的に小さいＨギアが選択されている。ここで、減速比が相対的に小さいとは、動力伝達部２２が複数の減速比（本実施形態では２つ）を有しており、当該変速比のうち小さな減速比をいう。
【００１９】
そして、例えば時刻ｔ２において、モータ２１の突入電流などによって電圧センサＳにより計測される電池パック１２の電池電圧が所定電圧Ｖ１以下となると、制御部２３はスイッチング駆動回路２９を介してモータ２１を停止させる。
【００２０】
次いで、制御部２３は、時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけて変速駆動部２８を介して変速用アクチュエータ２７により、動力伝達部２２の減速段をＨギアから減速比が相対的に大きいＬギアに変更する。ここで、電池パック１２内の電池セルは、図３に示すように低温になると内部の化学反応が鈍くなるため内部抵抗が高くなり、電流を流したとき低温度の方が電圧降下は大きくなる。また、図４に示すように、同一のトルクにおいて減速比が小さい方がモータ電流が大きく、減速比が大きいとモータ電流が小さい。このため、電池電圧が所定電圧Ｖ１以下となった場合でも減速比を大きくすることでモータ電流を減少させ電池パック１２の内部抵抗の影響を低減させることができる。これによって従来は作業ができなかった範囲を使用者が特別な作業をしなくても作業ができる。
【００２１】
動力伝達部２２の減速段をＬギアに変更後、例えば時刻ｔ５において、モータ２１の突入電流などによって電圧センサＳにより計測される電池パック１２の電池電圧が所定電圧Ｖ１以下となると、制御部２３はスイッチング駆動回路２９を介してモータ２１を停止させる。
【００２２】
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の減速比が小さい場合に電圧センサＳにより検出される電池電圧が所定電圧Ｖ１以下となると変速用アクチュエータ２７を制御して減速比が相対的に大きくなるように制御する。このように減速比を大きくすることで電池パック１２の内部抵抗の影響を低減できるため作業を継続でき、作業性の向上に寄与できる。また、制御部２３は、前記動力伝達部２２の減速比が大きい場合に前記電圧センサＳにより検出される電池電圧が所定電圧Ｖ１以下となると前記モータ２１の駆動を停止させる。このように、減速比が大きい場合において、電池電圧が所定電圧Ｖ１以下となった際に、モータ２１の駆動を停止することで、電池パック１２の過放電を防止することが可能となる。
【００２３】
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、特に言及していないが、電池パック１２の温度検出を行って、温度が所定温度Ｘ以下の低温となったときのみ、図２に示したような制御を実施しても良い。これは、前述したように電池パック１２の内部温度が低いと内部抵抗値が高くなるため、電池パック１２低温時において突入電流等によって所定電圧Ｖ１以下となりやすいためである。また、所定温度Ｘとしては、電池パック１２がリチウムイオンバッテリなどである場合には、５度程度が目安であるが、これに限らない。
【００２４】
・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、負荷トルクＴがロック検出の閾値を超えている場合であっても、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。
【００２５】
・上記実施形態では、ロック検出を行ったが、ロック検出を行わなくてもよい。
・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。
【００２６】
・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。なお、減速比が３つの場合、減速比が最も小さい減速ギアが選択された状態で、電池電圧が所定値Ｖ１以下となると、制御部２３は変速用アクチュエータ２７を介して動力伝達部２２を例えば減速比が２番目に大きい減速ギアに切り替える。この状態において、電池電圧が所定値Ｖ１以下となると、制御部２３は変速用アクチュエータ２７を介して動力伝達部２２を例えば減速比が最も大きい減速ギアに切り替える。このように、減速比を徐々に大きくすることで電池パック１２の内部抵抗の影響を低減できるため作業を継続でき、作業性の向上に寄与できる。
【００２７】
そして、制御部２３は、例えば動力伝達部２２の減速比が最も大きい場合に電圧センサＳにより検出される電池電圧が所定電圧Ｖ１以下となるとモータ２１の駆動を停止させる。このように、減速比が大きい場合において、電池電圧が所定電圧Ｖ１以下となった際に、モータ２１の駆動を停止することで、電池パック１２の過放電を防止することが可能となる。
【００２８】
・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。
・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】
【００２９】
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）、Ｓ…電圧センサ、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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