(57)【要約】【課題】電動工具の作業開始時におけるモータの回転数の変化を緩やかにし作業性を向上させること。【解決手段】電気ドライバのトリガ３は、起動停止を制御するとともに、可変抵抗６の摺動接点を移動させる。積分回路７は、可変抵抗６の摺動接点における電圧Ｖ１をＶ１以下のＶｉに補正してＰＷＭ制御部８に出力する。ＰＷＭ制御部８は、入力される電圧Ｖｉに基づいてＰＷＭ制御信号Ｖｏを出力し、ＰＷＭ制御信号Ｖｏに基づき、スイッチング素子９のスイッチング制御を行うことでモータ１の回転数の制御を行う。このように、積分回路７を設けてＰＷＭ制御部８への入力電圧を補正したので、モータ１の回転を低速から高速に変化させる際に回転数が急激に変化しすぎて、工具を保持するのに大きな力が必要となったり、ネジとの嵌合がはずれるカムアウトが生じたりすることを防止することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動工具の駆動源であるモータの回転数を指示する回転数指示手段と、
前記回転数指示手段からの出力を、前記回転数指示手段が指示する回転数以下の回転数を指示するように補正する回転数指示補正手段と、
前記回転数指示補正手段からの出力に従い前記モータの回転数を制御する回転数制御手段と、
を備えたことを特徴とする電動工具用スイッチ。
【請求項２】
前記回転数指示手段は、前記モータの立ち上がり時において前記回転数指示手段の出力の変化を緩やかに設定し、前記モータの回転数の立ち上がりをさらに緩やかにすることを特徴とする請求項１記載の電動工具用スイッチ。
【請求項３】
工具の起動停止を制御するとともに、摺動接点を移動させるトリガと、
前記摺動接点が移動可能に接続される可変抵抗と、
前記可変抵抗の摺動接点における摺動接点電圧を、前記摺動接点電圧以下の電圧値に補正して指令値として出力する積分回路と、
前記指令値を入力され、前記工具の駆動源であるモータの回転数を制御する回転数制御信号を出力する回転数制御信号出力手段と、
前記回転数制御信号に基づき、前記工具の電源と前記モータとを断続的に接続する切替手段と、
を有し、
前記工具本体に内蔵され、前記モータの急激な回転数の変化を抑制することを特徴とする電動工具用スイッチ。
【請求項４】
前記摺動接点は前記トリガが与える指示に対し非線形に連動して移動し、前記モータの立ち上がり時において、前記摺動接点電圧の変化を緩やかに設定し、前記モータの回転数の立ち上がりをさらに緩やかにしたことを特徴とする請求項３記載の電動工具用スイッチ。
【請求項５】
モータにより駆動され、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電動工具用スイッチを有することを特徴とする電動工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動工具用スイッチおよび同スイッチを用いた電動工具に関し、特にモータにより駆動される電動工具のモータ回転数を制御する電動工具用スイッチおよび同スイッチを用いた電動工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータにより駆動される電動ドライバ、電動ドリル、電動鋸のような電動工具においては、起動時にモータの回転が急速に立ち上がるのを防いでねじ締め、穴あけ、切削等の作業において位置決めをしやすくする必要がある。このためには、モータの回転数を変化させ、起動時の回転数を低く抑えるように制御しなければならない。
【０００３】
モータの回転数を制御する方法としては、モータの動力を無端ベルトにより切断刃物に伝達して切断を行なう卓上切断機において、モータまたは切断刃物の回転数、およびモータの負荷電流を検出し、モータの回転数およびトルクを許容範囲内に制御する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
別の方法として、電動ドライバや電動ドリル等の回転工具において、先端工具の負荷を弾性体に伝え自動的に出力軸の変速をする方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、インパクトドライバやインパクトレンチのような回転衝撃工具において、回転を伝達するリングギヤが所定の負荷トルク以上になると回動して他のリングギヤに所定の移動をさせることで、自動的に減速比を変えかつ自動的にハンマ打撃停止機構も切り換える方法がある（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１９５３０２号公報（第３−５頁、第４図）
【特許文献２】
特開２０００−２５４８７０号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献３】
特開２００１−８８０５１号公報（第３−５頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、作業開始後位置決めが完了して低速から高速へと変速しようと所定の操作を行なった際に、モータの回転数が急速に立ち上がり過ぎる場合がある。このとき、例えば電動ドライバにおいては、ねじとの嵌合がはずれるいわゆるカムアウトという現象が生じ、被締結部材に先端工具が当り、部材に傷がついたりすることがある。電動ドリル、電動鋸等においても、位置決めした場所から工具が外れるのを防ぐために大きな力で工具を保持する必要が生じたり、作業に危険を伴うという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、作業中のモータの変速動作において、モータの回転数の変化を緩やかにし作業性を向上すると共に、作業中の危険が少ない電動工具用スイッチおよび同スイッチを用いた電動工具を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本発明は、電動工具の駆動源であるモータの回転数を指示する回転数指示手段と、前記回転数指示手段からの出力を補正し、前記回転数指示手段が指示する回転数以下の回転数を指示するように補正する回転数指示補正手段と、前記回転数指示補正手段からの出力に従い前記モータの回転数を制御する回転数制御手段とを備えたことを特徴とする電動工具用スイッチである。
【００１０】
上記電動工具用スイッチにおいては、回転数指示手段がモータ回転数を指示し、回転数指示補正手段は、回転数指示手段の出力が指示する回転数以下の回転数を指示するように補正を行い、補正後の出力に応じてモータの回転数を制御する。
【００１１】
ここで回転数指示手段は、前記モータの立ち上がり時において前記回転数指示手段からの出力の変化を緩やかに設定し、前記モータの回転数の立ち上がりをさらに緩やかにすることもできる。
【００１２】
別の観点からすると本発明は、工具の起動停止を制御するとともに、摺動接点を移動させるトリガと、前記摺動接点が移動可能に接続される可変抵抗と、前記可変抵抗の摺動接点における摺動接点電圧を、前記摺動接点電圧以下の電圧値に補正して指令値として出力する積分回路と、前記指令値を入力され、前記工具の駆動源であるモータの回転数を制御する回転数制御信号を出力する回転数制御信号出力手段と、前記回転数制御信号に基づき、前記工具の電源と前記モータとを断続的に接続する切替手段とを有し、前記工具本体に内蔵され、前記モータの急激な回転数の変化を抑制することを特徴とする電動工具用スイッチである。
【００１３】
上記電動工具用スイッチにおいて、トリガを操作することにより工具本体の起動停止を行うとともに、可変抵抗の摺動接点を移動させて摺動接点電圧を変化させる。積分回路は、摺動接点電圧を、摺動接点電圧以下になるように補正して指令値として出力する。回転数制御信号出力手段は、指令値に基づき、工具の駆動源であるモータの回転数を制御する回転数制御信号を出力する。回転数制御信号は切替手段に入力され、回転数制御信号の指示するモータ回転数に応じて、モータに電源を断続的に接続する。
【００１４】
前記摺動接点は前記トリガが与える指示に対し非線形に連動して移動し、前記モータの立ち上がり時において、前記摺動接点電圧の変化を緩やかに設定し、前記モータの回転数の立ち上がりをさらに緩やかにすることもできる。
【００１５】
また本発明は、モータにより駆動され、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電動工具用スイッチを有する電動工具を提供している。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至６を参照しながら、本発明の１実施の形態にかかる電動工具用スイッチおよび同スイッチを用いた電動工具について説明する。ここでは電動工具として、電動ドライバを例にして説明する。図１は、本発明の１実施の形態にかかる電動ドライバの概略断面図、図２は、本発明の１実施の形態にかかる電動ドライバ用スイッチのブロック回路図、図３は、トリガ引き量と摺動接点電圧Ｖ１との関係を示す図、図４は、実作業時のトリガ引き量、電圧Ｖ１、Ｖｉ、およびモータ回転数の時間依存性を示す図、図５は、モータの駆動電圧波形を示す図、図６は、コンデンサ電圧Ｖｉと回転数制御出力値との関係を示す図である。
【００１７】
図１に示すように、本発明の１実施の形態にかかる電動ドライバ１００は、モータ１、充電池２、トリガ３、スイッチ２１、正逆切替レバー２２、駆動機構２３、ハウジング２４、先端工具２５等を有している。周知の通り、電動ドライバ１００は、先端工具２５をねじに嵌合させてねじ締め作業を行うものである。
【００１８】
モータ１は、電動ドライバ１００の駆動源である。充電池２は、電動ドライバ１００の電源である。トリガ３は、電動ドライバ１００の本体外方に付勢されて図１に示した状態にあり、指で本体側に引いて操作を行う。図１に示すように、トリガ３を引いていない状態では、電動ドライバ１００は停止状態にあり、図１の状態からトリガ３を引くと電動ドライバ１００は起動する。トリガ３の引き量、即ち、トリガ３の本体側への移動距離に応じてモータ１の回転速度が変化する。
【００１９】
スイッチ２１は、電動ドライバ１００の駆動源であるモータ１と電源である充電池２との間に接続される。スイッチ２１には、トリガ３が連結されている。
【００２０】
正逆切替レバー２２は、モータ１の回転方向を切り替える操作手段である。駆動機構２３は、先端工具２５にモータ１の駆動力を伝達する機構である。ハウジング２４は、モータ１、充電池２、トリガ３、スイッチ２１、正逆切替レバー２２、駆動機構２３等を内部に収納している。先端工具２５は、図１の例ではドライバの先端部であり、モータ１の回転に連動して回転する。
【００２１】
図２に示すように、スイッチ２１は内部にメイン接点４、ブレーキ接点５、可変抵抗６、積分回路７、ＰＷＭ制御部８、スイッチング素子９、ダイオード１０、正逆切替接点１１等を有している。
【００２２】
トリガ３はスイッチ２１内部において、メイン接点４、ブレーキ接点５、およびモータ１の回転速度を設定する可変抵抗６と連動する。メイン接点４は、トリガ３を引いて電動ドライバ１００を起動すると接続される固定接点である。ブレーキ接点５は、トリガ３の引きを開放して電動ドライバ１００を停止するときに接続される固定接点である。
【００２３】
可変抵抗６は、トリガ３の引き量に連動して移動する摺動接点が接続されている。可変抵抗６の摺動接点は、充電池２の電圧Ｖｂを分圧するように接続されており、摺動接点で分圧された摺動接点電圧Ｖ１によりモータ１の回転速度を指示する。トリガ３、メイン接点４、ブレーキ接点５、可変抵抗６は、回転数指示手段に相当する。
【００２４】
積分回路７は回転数指示補正手段に相当し、抵抗ＲおよびコンデンサＣで構成されている。積分回路７に摺動接点電圧Ｖ１が入力すると、コンデンサＣの両端電圧として摺動接点電圧Ｖ１以下の電圧Ｖｉが出力される。積分回路７からの出力電圧Ｖｉは摺動接点電圧Ｖ１の補正電圧であり、ＰＷＭ制御部８に印加される。
【００２５】
ＰＷＭ制御部８は、回転数制御信号出力手段に相当し、積分回路７の出力電圧Ｖｉとフィードバック電圧Ｖｆに基づきＰＷＭ信号Ｖｏを発生する。ＰＷＭ信号Ｖｏは回転数制御信号に相当する。スイッチング素子９は切替手段に相当し、本実施の形態ではＦＥＴで構成されている。スイッチング素子９は、ＰＷＭ信号Ｖｏに基づきモータ１と、充電池２とを断続的に接続することでモータ１の回転数制御を行う。また、回転数制御信号出力手段と切替手段とが、回転数制御手段として機能する。
【００２６】
ダイオード１０はスイッチング素子９がオフした際に生じるサージ電圧を吸収するためのフライバック用ダイオードである。正逆切替接点１１は、モータ１の回転方向を切り替える正逆切替接点であり、正逆切替レバー２２は正逆切替接点１１と連動している。
【００２７】
次に、電動ドライバ１００を用いて実際のねじ締め作業を行う際の動作を説明する。スイッチ２１本体の動作は、まず作業者がトリガ３をわずかに引くと、ブレーキ接点５が開き、メイン接点４が閉じる。メイン接点４が閉じると、可変抵抗６、ＰＷＭ制御部８へ通電が開始される。この操作により電動ドライバ１００が起動される。
【００２８】
このときのトリガの引き量は図３（ａ）に示すｌａである。可変抵抗６の摺動接点で分圧された摺動接点電圧Ｖ１とトリガの引き量との関係は図３（ａ）に示すように、トリガ３を引く量が小さいと摺動接点電圧Ｖ１は充電池２の負極側電圧を基準として低い値となっており、トリガの引き量が大きくなるのに比例し摺動接点電圧Ｖ１は上昇し、所定の量（ｌｂ）以上引いたのち最大引き量（ｌｃ）まで充電地２の電圧Ｖｂに固定される。
【００２９】
摺動接点電圧Ｖ１が積分回路７に印加されると、積分回路７のコンデンサＣが充電を開始し、積分回路７からの出力電圧Ｖｉは図４（ａ）に示すように摺動接点電圧Ｖ１に比べて緩やかに上昇し、最終的に摺動接点電圧Ｖ１に等しくなる。
【００３０】
ＰＷＭ制御部８はこのコンデンサ電圧Ｖｉを指令値とし、フィードバック電圧Ｖｆと比較演算することによりＰＷＭ信号Ｖｏを出力する。ＰＷＭ信号Ｖｏは、例えば、図５に示すような波形であり、ＰＷＭ信号ＶｏがＨ（ハイレベル）の時にスイッチング素子９がオンしてモータ１に通電し、Ｌ（ローレベル）の時はオフとなる。モータ１の回転数制御はオンとオフの時間の比（ｔ／Ｔ×１００（％）、以下、「デューティ」という）を変化することにより行う。
【００３１】
積分回路７の出力電圧ＶｉとＰＷＭ信号Ｖｏのデューティとの関係は、図６に示したように、積分回路７の出力電圧Ｖｉが電圧Ｖｔ以下では比例関係にあり、電圧Ｖｔ以上電圧Ｖｂ以下ではＰＷＭ信号Ｖｏのデューティは１００％を保持する。
【００３２】
ＰＷＭ信号Ｖｏが出力されるとモータ１は回転し始めるが、作業開始直後でトリガ３の引く量が小さい時はＰＷＭ信号Ｖｏのデューティは小さくモータ１の回転数は低く抑えられるため、実際の作業において作業者はこの低い回転数を利用して容易にねじ締めの位置合わせができる。
【００３３】
次に作業者が、トリガ３の引き量を大きくしてねじの本締めを開始すると（図４中時刻ｔ１点）、トリガの引き量に応じて摺動接点電圧Ｖ１が上昇し、遅れて積分回路７の出力電圧Ｖｉが上昇する。ＰＷＭ信号Ｖｏのデューティは積分回路７の出力電圧Ｖｉの上昇に伴い増加するが、モータ１の回転数の上昇は機械的な遅れがあるため出力電圧Ｖｉからさらに遅れて上昇することとなる。
【００３４】
ここで、積分回路７がなく摺動接点電圧Ｖ１が直接ＰＷＭ制御部８の指令値であった場合は、モータ１の回転数は図４（ｂ）に示すような曲線で上昇する。この様な曲線では、トリガ３の引き量を変化させたときの回転数の変化が大きいため、先端工具２５とねじとの嵌合が外れやすくなるいわゆるカムアウトという現象が起こり易い。本実施の形態のように積分回路７を設けることにより、トリガ３の引き量が変化した際のモータ１の回転数変化を緩やかにすることでカムアウトの発生をなくすことができる。
【００３５】
作業者がトリガ３を所定量以上引いた時にはＰＷＭ制御部８の出力信号Ｖｏのデューティは１００％となり、モータ１は全速で回転しねじ締めを行う。ねじ締めが完了して作業者がトリガ３を離すと（図４中時刻ｔ２点）、まずメイン接点４が開き、給電を停止した後ブレーキ接点５が閉じモータ１にブレーキがかかり急速に停止する。
【００３６】
トリガ３を引く量による摺動抵抗６の抵抗値の変化量をトリガ３を引く量が小さい領域、すなわちモータ１の立ち上がり時においては小さく、大きい領域においては、大きくすることもできる。例えば、図３（ｂ）に示すように可変抵抗６の抵抗値の変化量を設定すると、トリガ３を引く量が小さい領域においては、図３（ａ）に示す比例関係の場合よりもトリガ３の引き量が小さい領域において回転数の変化をさらに緩やかにすることができるため、より滑らかな変速動作を行うことができる。
【００３７】
以上詳細に説明したように、本実施の形態にかかる電動ドライバ１００およびスイッチ２１によれば、モータ１の立ち上がり時において積分回路７で指令値の変化を緩やかにしたので、位置決めが完了してモータの回転を低速から高速に変化させる際に回転数が急激に変化しすぎて、工具を保持するのに大きな力が必要となったり、ネジとの嵌合がはずれるカムアウトが生じたりすることが防止できる。
【００３８】
以上、添付図面を参照しながら本発明による電動工具用スイッチおよび同スイッチを用いた電動工具の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されない。例えば、本実施の形態においては電動工具として電動ドライバを例にして説明したが、電動ドリル、電動鋸等、モータにより駆動される他の電動工具についても本発明は適用が可能である。
【００３９】
また、回転数指示手段を構成する部材としてトリガ３を採用し、指示を与える値としてトリガ３の引き量を用いたが、トリガ３は必ずしも押し込むことにより変位する構成である必要はなく、押圧力を検出するなど他の方法で回転数の指示を与えるようにしてもよい。また、トリガ３に替えて、回転させることにより抵抗値を変化させることが可能なダイヤル等を用いてもよい。
【００４０】
積分回路７としてはコンデンサＣと抵抗Ｒで構成される回路を例にして説明したが、同様の機能を有するものであれば他の構成を採用することもできる。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ねじ締め、穴あけ、切断等の作業時における初期位置合わせから本作業に移る際の変速動作において、モータの回転数が急速に上昇することにより起こるカムアウト等の作業性の悪化や危険度の増大を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施の形態にかかる電動工具の概略断面図。
【図２】本発明の１実施の形態にかかる電動工具用スイッチのブロック回路図。
【図３】トリガ引き量と摺動接点電圧Ｖ１との関係を示す図。
【図４】トリガ引き量、電圧Ｖ１、Ｖｉ、およびモータ回転数の時間依存性を示す図。
【図５】モータの駆動電圧波形を示す図。
【図６】コンデンサ電圧Ｖｉと回転数制御出力値との関係を示す図。
【符号の説明】
１…モータ、２…充電池、３…トリガ、４…メイン接点、５…ブレーキ接点、６…可変抵抗、７…積分回路、８…ＰＷＭ制御部、９…スイッチング素子、１０…ダイオード、１１…正逆切替接点
【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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【図６】
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