(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、
手動操作可能なトリガと、
前記トリガの操作量に応じて前記モータに供給する駆動電力を切り替える電力供給部と、
を有する電動工具において、
前記電力供給部は、前記トリガの操作量が第１の所定量以下の間は、負荷の大きさが変動しても前記モータの回転数が一定となるような駆動電力を前記モータに供給するフィードバック制御を行い、前記トリガの操作量が前記第１の所定量より大きな第２の所定量以上となった場合には、前記フィードバック制御を行わず、最大駆動電力を前記モータに供給するとともに、前記トリガの操作量が前記第１の所定量より大きく前記第２の所定量より小さい場合には、前記トリガの操作量が前記第１の所定量の時に前記モータに供給した前記駆動電力から前記最大駆動電力まで変化するように前記操作量に応じた駆動電力を前記モータに供給するよう構成したことを特徴とする電動工具。
【請求項２】
前記電力供給部は、前記トリガの操作量が前記第１の所定量より大きく前記第２の所定量より小さい場合には前記操作量に比例した駆動電力を前記モータに供給することを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
【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。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータを駆動させることにより、モータに接続された先端工具を動作させる電動工具が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４４８７８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
モータに接続された先端工具がドリルの場合、先端工具が相手材（例えば、木材）に対して傾いた状態で穴あけ作業が開始されることを防止するために、ユーザは、通常、先端工具を相手材に押し付けた状態でトリガスイッチを微少量だけ操作させることにより、先端工具の先端を目標位置に位置決めする位置決め作業を行う。
【０００５】
また、モータに接続された先端工具がドライバの場合、止め具（例えば、木ねじ）が相手材に対して傾いた状態で締結作業が開始されることを防止するために、ユーザは、先端工具に嵌合された止め具を相手材に押し付けた状態でトリガスイッチを微少量だけ操作させることにより、止め具を回転させて相手材に食い込ませる食い込ませ作業を行う。
【０００６】
上記した位置決め作業及び食い込ませ作業は、モータの回転が一定でないと困難であるため、従来の電動工具においては、モータの回転数が一定となるように、作業者が自身の感覚によってトリガの操作を行っていた。
【０００７】
しかしながら、作業者自身の感覚のみによって細かいトリガ操作を行うことは非常に難しいものであった。また、負荷の大きさによってもトリガ操作量が異なり、更に作業途中にも負荷が変動するので、この点においても、モータの回転数を一定にすることは非常に難しいものであった。
【０００８】
そこで、本発明は、安定した位置決め作業及び食い込ませ作業を行うことのできる電動工具を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電動工具は、モータと、手動操作可能なトリガと、前記トリガの操作量が第１の所定量以下の間は、前記モータの回転数が一定となるような駆動電力を前記モータに供給する電力供給部と、を備えたことを特徴としている。
【００１０】
このような構成によれば、相手材の負荷によらずモータの回転数が一定となり、急激に増加することがなくなるので、先端工具の先端が目標位置からずれることが防止され、安定した位置決め作業が確保される。また、モータの回転数が急激に低下することもなくなるので、安定した位置決め作業及び食い込ませ作業が確保される。
【００１１】
また、前記電力供給部は、前記トリガの操作量が前記第１の所定量より大きな第２の所定量以上となった場合には最大駆動電力を前記モータに供給することが好ましい。
【００１２】
トリガ操作の全ての領域でモータの一定回転制御を行うと、モータを最大出力で運転させたい場合であっても、一定回転制御によりモータ出力を制限してしまう可能性がある。しかしながら、トリガの操作量が第２の所定量以上となった場合には最大駆動電力をモータに供給することで、モータを最大出力で運転させたい場合にモータ出力が制限されることを防止することが可能となる
【００１３】
また、前記電力供給部は、前記トリガの操作量が前記第１の所定量より大きく前記第２の所定量より小さい場合には前記操作量に比例した駆動電力を前記モータに供給することが好ましい。
【００１４】
このような構成によれば、低速回転数に対応する出力から最大出力まで一気に増加させることがなくなり、先端工具の先端が目標位置からずれてしまうことを防止することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の電動工具によれば、安定した位置決め作業及び食い込ませ作業を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態による電動工具の回路図
【図２】従来のＰＷＭデューティ制御の説明図
【図３】実施の形態による回転数制御の説明図
【図４】実施の形態による回転数制御のタイムチャート
【図５】実施の形態による回転数制御のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図５を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本実施の形態による電動工具１の回路図である。図１に示すように、電動工具１は、トリガスイッチ３と、制御回路電圧供給回路４と、モータ５と、回転子位置検出素子６と、制御回路７と、インバータ回路８と、を備えており、トリガスイッチ３が操作されると、電池パック２の電圧がインバータ回路８を介してモータ５に供給されるものである。また、ユーザによりトリガスイッチ３が操作されると、制御回路電圧供給回路４により電池パック２の電圧が昇圧され、制御回路用駆動電圧として制御回路７に供給される。また、本実施の形態では、トリガスイッチ３は、最大８ｍｍの操作量を有するものとする。
【００１９】
モータ５は、３相のブラシレスＤＣモータであり、複数組（本実施の形態では２組）のＮ極とＳ極を含む永久磁石からなるロータ５Ａと、スター結線された３相の固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗからなるステータ５Ｂと、を備えている。モータ５（ロータ５Ａ）は、電流が流れる固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗが順次切り替わることにより回転する。固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗの切り替えについては後述する。
【００２０】
回転子位置検出素子６は、ロータ５Ａの永久磁石に対向する位置に、ロータ５Ａの周方向に所定の間隔毎（例えば角度６０°毎）に配置されており、回転子（ロータ５Ａ）の回転位置に応じた信号を出力する。
【００２１】
制御回路７は、モータ電流検出回路７１と、電池電圧検出回路７２と、制御回路電圧検出回路７３と、スイッチ操作検出回路７４と、印加電圧設定回路７５と、回転子位置検出回路７６と、モータ回転数検出回路７７と、演算部７８と、制御信号出力回路７９と、を備えている。
【００２２】
モータ電流検出回路７１は、モータ５に供給される電流を検出し、演算部７８に出力する。電池電圧検出回路７２は、電池パック２の電池電圧を検出し、演算部７８に出力する。制御回路電圧検出回路７３は、制御回路電圧供給回路４から供給された制御回路用駆動電圧を検出し、演算部７８に出力する。スイッチ操作検出回路７４は、トリガスイッチ３の操作の有無を検出し、演算部７８に出力する。印加電圧設定回路７５は、トリガスイッチ３の操作量を検出し、演算部７８に出力する。
【００２３】
回転子位置検出回路７６は、回転子位置検出素子６からの信号に基づき回転子（ロータ５Ａ）の回転位置を検出し、モータ回転数検出回路７７及び演算部７８に出力する。モータ回転数検出回路７７は、回転子位置検出回路７６からの信号に基づき回転子（ロータ５Ａ）の回転数を検出し、演算部７８へ出力する。
【００２４】
演算部７８は、回転子位置検出回路７６とモータ回転数検出回路７７からの信号に基づき、切替信号Ｈ１−Ｈ６を生成し、制御信号出力回路７９に出力する。また、演算部７８は、印加電圧設定回路７５からの信号に基づき、切替信号Ｈ４−Ｈ６をパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）として調整し、制御信号出力回路７９に出力する。切替信号Ｈ１−Ｈ６は、制御信号出力回路７９を介してインバータ回路８に出力される。なお、切替信号Ｈ１−Ｈ３をＰＷＭ信号として調整する構成であってもよい。
【００２５】
インバータ回路８は、スイッチング素子Ｑ１−Ｑ６から構成されている。各スイッチング素子Ｑ１−Ｑ６のゲートは、制御信号出力回路７９に接続され、各スイッチング素子Ｑ１−Ｑ６のドレイン又はソースは、ステータ５Ｂの固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに接続されている。
【００２６】
各スイッチング素子Ｑ１−Ｑ６は、制御信号出力回路７９から入力される切替信号Ｈ１−Ｈ６に基づきスイッチング動作を行い、インバータ回路８に印加される電池パック２の直流電圧を３相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとして固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに電力を供給する。
【００２７】
詳細には、スイッチング素子Ｑ１−Ｑ６には切替信号Ｈ１−Ｈ６がそれぞれ入力され、これにより、通電される固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗ、すなわち、ロータ５Ａの回転方向が制御される。また、その際、ＰＷＭ信号でもあるＨ４−Ｈ６によって、固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗへの電力供給量が制御される。
【００２８】
以上の構成により、電動工具１は、トリガスイッチ３の操作量に応じた駆動電圧をモータ５に供給することが可能となる。なお、本実施の形態においては、演算部７８及びインバータ回路８が本発明の電力供給部に相当する。
【００２９】
ところで、モータに接続された先端工具がドリルの場合、先端工具が相手材（例えば、木材）に対して傾いた状態で穴あけ作業が開始されることを防止するために、ユーザは、通常、先端工具を相手材に押し付けた状態でトリガスイッチを微少量だけ操作させることにより、先端工具の先端を目標位置に位置決めする位置決め作業を行う。
【００３０】
また、モータに接続された先端工具がドライバの場合、止め具（例えば、木ねじ）が相手材に対して傾いた状態で締結作業が開始されることを防止するために、ユーザは、先端工具に嵌合された止め具を相手材に押し付けた状態でトリガスイッチを微少量だけ操作させることにより、止め具を回転させて相手材に食い込ませる食い込ませ作業を行う。食い込ませ作業を行わずにモータの回転数を高くすると、止め具の先端が振れてしまい、目標位置から止め具がずれたり、相手材に止め具が傾いた状態で締められてしまう可能性があるからである。
【００３１】
一方、図２（ｂ）に示すように、従来の電動工具では、ＰＷＭ信号のデューティは、負荷には依存せず、トリガスイッチの操作量にのみ依存するように制御されていたため、モータの回転数（回転速度）は、図２（ａ）に示すように、トリガスイッチの操作量が同じであっても負荷の大きさに応じて異なっていた。従って、従来の電動工具では、負荷が軽い状態でモータの駆動を開始させると、モータの回転数が急激に増加するため、先端工具の先端が目標位置からずれてしまう虞があった。また、負荷が重い場合でも、モータが回転を始めると負荷も軽くなり、連鎖的にモータの回転数も急激に増加することとなるので、同様の問題が生じる虞があった。更に、負荷が非常に重い場合にはモータが回転しないこともあり、この場合には位置決め作業及び食い込ませ作業自体を行うことができないこととなる。また、負荷が大きくなったり小さくなったり、変動する場合には、負荷の変動に伴い回転数も変動してしまうため、位置決め作業及び食い込ませ作業がより難しくなる。
【００３２】
そこで、本実施の形態による電動工具１では、図３（ａ）に示すように、トリガスイッチ３の操作量ＤがＸ（本実施の形態では、２ｍｍ）以下の間は、負荷の大きさに関わらずモータ５の回転数Ｎが一定の低速目標回転数Ｃ（本実施の形態では、４００ｒｐｍ。この場合、先端工具の回転数は、５０ｒｐｍ）となるように目標デューティＡｔ（％）を設定する回転数制御を行う。これにより、トリガスイッチ３の操作量ＤがＸ以下の間は、図３（ｂ）に示すように、目標デューティＡｔが負荷の大きさ毎に異なることとなる。
【００３３】
詳細には、図４に示すように、トリガスイッチの操作量ＤがＸ以下の間（図４（ｃ））は、負荷が変動したとしても（図４（ａ））、モータ５の回転数Ｎが一定の低速目標回転数Ｃとなるように（図４（ｂ））、目標デューティＡｔを変化させる（図４（ｄ））。これにより、トリガスイッチの操作量ＤがＸ以下の間は、モータ５の回転数Ｎが一定の低速目標回転数Ｃとなり、急激に増加することがなくなるので、先端工具の先端が目標位置からずれることが防止され、安定した位置決め作業が確保される。また、負荷が大きくなったり小さくなったり、変動する場合であっても、負荷の変動に伴い回転数が変動することがなくなるため、位置決め作業及び食い込ませ作業を行うことが容易となる。
【００３４】
ここで、図５を用いて、演算部７８により行われる上記回転数制御について詳細に説明する。図５は、本実施の形態による回転数制御のフローチャートである。本フローチャートは、トリガスイッチ３がオンされた時に始まるものとする。
【００３５】
まず、演算部７８は、トリガスイッチ３の操作量Ｄを印加電圧設定回路７５より取得し（Ｓ１０１）、続いて、操作量Ｄが、Ｘ以下であるか否かを判断する（Ｓ１０２）。
【００３６】
ここで、操作量ＤがＸ以下あった場合には（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、ユーザにより位置決め作業又は食い込ませ作業が行われているものと考えられる。従って、操作量ＤがＸ以下あった場合には（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、モータ５の回転数Ｎを低速目標回転数Ｃに一致させるようなデューティに目標デューティＡｔを設定した上で（Ｓ１０３）、Ｓ１０１に戻る。
【００３７】
詳細には、図３（ｂ）に示すように、Ａｔ＝（Ｃ−Ｎ）・Ｐ＋Ａの式（Ｐは、フィードバックゲイン、Ａは、現在のデューティ）を用いて、負荷が重い場合には大きめの目標デューティＡｔを、負荷が軽い場合には小さめの目標デューティＡｔを設定することにより、モータ５の回転数Ｎを低速目標回転数Ｃに一致させる。これにより、操作量ＤがＸ以下の場合には、モータ５の回転数Ｎが一定の低速目標回転数Ｃとなり、急激に増加することがなくなるので、先端工具の先端が目標位置からずれることが防止され、安定した位置決め作業及び食い込ませ作業が確保される。
【００３８】
なお、負荷が重過ぎる場合や軽すぎる場合に、一気にモータ５の回転数Ｎを低速目標回転数Ｃに一致させようとすると、目標デューティＡｔを大きく変化させることとなるため、フィードバック制御が不安定となる。例えば、負荷が極端に重い場合にはモータ５がロックしてしまうが、その状態でもデューティを増加させようとすると過電流を生じさせてしまう。
【００３９】
従って、本実施の形態では、図３（ｂ）に示すように、目標デューティＡｔが上限値Ｂより大きい場合には、目標デューティＡｔを上限値Ｂ（本実施の形態では、２０％）に設定し、目標デューティＡｔが下限値Ｅより小さい場合には、目標デューティＡｔを下限値Ｅ（本実施の形態では、３％）に設定している。
【００４０】
一方、操作量ＤがＸより大きかった場合には（Ｓ１０２：ＮＯ）、続いて、操作量ＤがＹ（本実施の形態では、６ｍｍ）以上であるか否かを判断する（Ｓ１０４）。
【００４１】
操作量ＤがＹ以上の場合には（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、ユーザは、最大出力で作業を行うことを望んでいるものと考えられる。従って、操作量ＤがＹ以上の場合には（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、目標デューティＡｔを１００％に設定した上で（Ｓ１０５）、Ｓ１０１に戻る。この場合は、フィードバック制御は行われないこととなる。
【００４２】
一方、操作量ＤがＸより大きくＹより小さい場合には（Ｓ１０４：ＮＯ）、ユーザが、作業毎（例えば、小ねじから大ねじ）に回転数を調整することができるように、トリガスイッチ３の操作量に応じてモータ５の回転数を制御する。
【００４３】
本実施の形態では、操作量ＤがＸより大きくＹより小さい場合には（Ｓ１０４：ＮＯ）、フィードバック制御を行わず、図６に示すように、Ａｔ＝（１００−Ｆ）・（Ｄ−Ｘ）／（Ｙ−Ｘ）＋Ｆの式を用いて、操作量Ｄに比例した目標デューティＡｔを設定した上で（Ｓ１０６）、Ｓ１０１に戻ることで、回転数Ｎを徐々に増加させる。なお、Ｆは、操作量ＤがＸの時の目標デューティＡｔである。
【００４４】
このように、本実施の形態による電動工具１では、トリガスイッチ３の操作量ＤがＸ以下の間は、負荷の大きさに関わらずモータ５の回転数が一定の低速目標回転数Ｃとなるように目標デューティＡｔを設定する。これにより、トリガスイッチの操作量ＤがＸ以下の間は、モータ５の回転数Ｎが一定の低速目標回転数Ｃとなり、急激に増加することがなくなるので、先端工具の先端が目標位置からずれることが防止され、安定した位置決め作業が確保される。また、負荷が大きくなったり小さくなったり、変動する場合であっても、回転数がそれに伴い変動することがなくなるので、位置決め作業及び食い込ませ作業を行うことが容易となる。
【００４５】
また、トリガスイッチ３の操作量ＤがＹ以上の場合には、目標デューティＡｔを１００％に設定するので、最大出力で作業を行うことが可能となる。
【００４６】
また、操作量ＤがＸより大きくＹより小さい場合には、操作量Ｄに比例した目標デューティＡｔを設定するので、低速目標回転数Ｃに対応する低デューティから１００％まで一気に増加させることがなくなり、先端工具の先端が目標位置からずれてしまうことを防止することが可能となる。また、操作量ＤがＸより大きくＹより小さい場合には、トリガスイッチ３の操作量に応じてモータ５の回転数を制御するので、ユーザが、作業毎（例えば、小ねじから大ねじ）に回転数を調整することが可能となる。
【００４７】
尚、本発明の電動工具は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。
【００４８】
例えば、上記実施の形態では、トリガスイッチ３の操作量ＤがＹ以上の場合にはフィードバック制御を行わなかったが、モータ５の回転数Ｎが一定の高速目標回転数となるようにフィードバック制御を行ってもよい。
【００４９】
また、上記実施の形態では、電池パック２からの直流電力をインバータ回路８に供給する構成であったが、このような構成に限られるものではなく、例えば、商用電源からの交流電力を整流・平滑した上でインバータ回路８に供給する構成であってもよい。
【００５０】
また、上記実施の形態では、モータ５としてブラシレスモータを用いたが、ブラシ付きのモータであってもよく、この場合には、インバータ回路８を用いる必要もない。
【符号の説明】
【００５１】
１          電動工具
２          電池パック
３          トリガスイッチ
５          モータ
７          制御回路
７５      印加電圧設定回路
７７      モータ回転数検出回路
７８      演算部
【図１】
0005831837.tif 000002
【図２】
0005831837.tif 000003
【図３】
0005831837.tif 000004
【図４】
0005831837.tif 000005
【図５】
0005831837.tif 000006