JP2014065114A - 動力工具 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンとモータを有する動力工具において、合理的な駆動を実現する動力工具を提供する。
【解決手段】エンジン１１１と、電動モータ１４１を有する動力工具としてチェンソーが構成される。チェンソーは、ソーチェンを駆動する最終出力軸１３１と、電動モータ１４１を制御するコントローラ１３９と、電動モータ１４１に電流を供給する駆動源と、を有する。そして、チェンソーは、エンジン１１１と電動モータ１４１が最終出力軸１３１を同時に駆動するハイブリッド駆動モードによってソーチェンが駆動可能に構成されている。このチェンソーの駆動源は、キャパシタ１３８を備えている。このキャパシタ１３８は、コントローラ１３９に接続されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、先端工具を駆動させる動力工具に関する。

特開２０１１−２４４７２４号公報には、エンジンとモータを備えた刈払機が記載されている。この刈払機は、駆動源としてエンジンとモータの間で切り替えて、エンジンとモータのそれぞれでブレードを駆動させるように構成されている。

特開２０１１−２４４７２４号公報

ところで、特開２０１１−２４４７２４号公報に記載の刈払機においては、駆動源としてのエンジンとモータは、それぞれ別に駆動するように構成されているため、一方の駆動源が駆動しているときは、他方の駆動源は停止している。すなわち、刈払機のような動力工具を使用するユーザにとって、一方の駆動源を駆動しているときは、他方の駆動源は不要である。そこで、本発明は、エンジンとモータを有する動力工具において、合理的な駆動を実現する動力工具を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る動力工具の好ましい形態によれば、エンジンと、モータを有する動力工具が構成される。当該動力工具は、先端工具を駆動する駆動軸と、モータを制御するコントローラと、モータに電流を供給する駆動源と、を有する。そして、動力工具は、エンジンとモータが駆動軸を同時に駆動するハイブリッド駆動モードによって先端工具が駆動可能に構成されている。この動力工具の駆動源は、キャパシタを備えている。このキャパシタは、コントローラに接続されている。なお、「動力源」とは、バッテリ、キャパシタなど、モータに電流を供給する部品を好適に包含する。

本発明によれば、エンジンとモータが駆動軸を同時に駆動するハイブリッド動力工具を提供することができる。また、ハイブリッド動力工具において、キャパシタに蓄えられた電力によってモータを駆動させることができる。また、キャパシタを利用することにより、充放電効率が高い動力源を有する動力工具を提供することができる。

本発明に係る動力工具の更なる形態によれば、モータは、エンジンに駆動されて発電機として、キャパシタを充電するように構成されている。すなわち、モータがエンジンに駆動される際に、コントローラがモータにブレーキをかけることによって電流を発生させる。言い換えると、コントローラがモータにブレーキをかけることによって、モータを発電機として動作させる。そして、モータが発電機として発生した電流でキャパシタを充電するように構成されている。

本形態によれば、駆動軸をエンジンとともに駆動するモータを発電機として利用することができる。すなわち、キャパシタを充電するための発電機を別に設ける必要がない。

本発明に係る動力工具の更なる形態によれば、駆動源は、バッテリを備えている。そして、キャパシタは、バッテリとコントローラの間に配置されて、バッテリとコントローラを電気的に接続するように構成されている。

本形態によれば、動力工具の駆動する間に、一時的に大電流が必要になった場合でも、キャパシタに蓄えられている電力を利用することで、キャパシタとバッテリの両方によってモータに大電流を供給することができる。これにより、バッテリを小型化することができる。

本発明に係る動力工具の更なる形態によれば、キャパシタの電圧が、バッテリの電圧よりも大きい場合に、キャパシタがバッテリに電流を供給してバッテリを充電するように構成されている。

本形態によれば、キャパシタの電圧がバッテリの電圧よりも大きい場合に、キャパシタからバッテリに自動的に電流が流れることにより、バッテリに充電することができる。また、このような構成により、バッテリへの過電流の供給を防止することができる。また、バッテリに充電するための制御装置が不要となる。

本発明によれば、エンジンとモータを有する動力工具において、合理的な駆動を実現する動力工具を提供することができる。

本発明の実施形態に係る動力工具の全体構成を示す側面図である。 図１のII-II線における断面図である。 動力工具の駆動系統を示すブロック図である。

本発明の実施形態につき、図１〜図３を参照して、詳細に説明する。本実施形態は、動力工具の一例としてチェンソーを用いて説明する。図１に示すように、チェンソー１００は、本体ハウジング１０１、ガイドバー１０３、フロントハンドル１０６、リアハンドル１０７およびハンドガード１０８を主体として構成されている。以降においては、チェンソー１００のガイドバー１０３側（図１の左側）を前側と称し、チェンソー１００のリアハンドル１０７側（図１の右側）を後側と称する。

本体ハウジング１０１は、チェンソー１００の外郭を形成する本体部を構成している。ガイドバー１０３は、本体ハウジング１０１から前方に突出して配置されている。このガイドバー１０３は、ガイドバー１０３の外周部にソーチェン１０５が着脱可能に装着される。装着されたソーチェン１０５をガイドバー１０３の外周に沿って回転させることで、被加工材を切断する切断作業を行う。

フロントハンドル１０６、ハンドガード１０８は、チェンソー１００の前側に本体ハウジング１０１に連接されている。また、リアハンドル１０７は、チェンソー１００の後側に本体ハウジング１０１に連接されている。このチェンソー１００は、ユーザがフロントハンドル１０６およびリアハンドル１０７を把持して切断作業を行うように構成されている。

図２に示すように、本体ハウジング１０１には、駆動機構部１１０が収容されている。駆動機構部１１０は、エンジン１１１と電動モータ１４１を主体として構成されている。この駆動機構部１１０は、エンジン１１１と電動モータ１４１の両方の出力が、最終出力軸１３１を介してソーチェン１０５に伝達されるように構成されている。すなわち、チェンソー１００は、異なる種類の２つの原動機であるエンジン１１１と電動１４１によって駆動されるハイブリッド式動力工具として構成されている。

エンジン１１１は、レシプロ式エンジンとして構成されており、シリンダ１１３、ピストン１１５、点火プラグ１１７、クランクケース１１９、クランクシャフト１２３、および連接ロッド１２５を主体として構成されている。ピストン１１５は、シリンダ１１３内を摺動可能にシリンダ１１３内に配置されている。点火プラグ１１７は、シリンダ１１３内にピストン１１５の上方に配置されている。クランクケース１１９は、シリンダ１１３に連接するようにシリンダ１１３の下方に配置されている。クランクシャフト１２３は、軸受１２１に回転可能に支持され、クランクケース１１９内に配置されている。連接ロッド１２５は、ピストン１１５とクランクシャフト１２３を連接している。このエンジン１１１が、本発明における「エンジン」に対応する実施構成例である。

クランクシャフト１２３は、ガイドバー１０３の延在方向（図１の左右方向）と交差する水平方向に延在するように配置されている。クランクシャフト１２３の一方側（図２の左側）は、本体ハウジング１０１から外側に突出するように配置されている。クランクシャフト１２３の突出領域には、ニードルベアリング１３３を介して最終出力軸１３１がクランクシャフト１２３に対して相対回転可能に取り付けられている。

クランクシャフト１２３の他方側（図２の右側）には、クランクシャフト１２３と一体に回転するようにフライホイール１２７が取り付けられている。フライホイール１２７には、カップリングを介してリコイルスタータ（図示省略）が取り付けられている。これにより、ユーザがリコイルスタータを操作することにより、エンジン１１１が始動するように構成されている。

電動モータ１４１は、アウタロータ型モータとして構成されており、クランクシャフト１２３と同軸状に配置されている。この電動モータ１４１は、ステータコア１４３、ステータコイル１４５、アウタロータ１４７、マグネット１４９を主体として構成されている。ステータコア１４３は、磁性材料で形成された円盤状部材である。このステータコア１４３は、スリーブ１４３ａを介してシリンダ１１３およびクランクケース１１９の外面に固定されている。すなわち、クランクシャフト１２３がスリーブ１４３ａに挿通され、これにより固定されたステータコア１４３に対してクランクシャフト１２３が回転可能に構成されている。ステータコイル１４５は、ステータコア１４３に巻かれており、通電されることによってステータコア１４３を励磁する。

アウタロータ１４７は、円筒状の周壁１４７ａと底壁１４７ｂを有するカップ状部材である。周壁１４７ａがステータコア１４３を囲むように配置されている。マグネット１４９は、ステータコア１４３の外周面に対向するように周壁１４７ａの内周面に配置されている。クランクシャフト１２３が底壁１４７ａを貫通しており、底壁１４７ａは、最終出力軸１３１に固定されている。すなわち、電動モータ１４１のアウタロータ１４７が最終出力軸１３１に直接連結されており、これにより電動モータ１４１の出力が最終出力軸１３１に伝達される。この電動モータ１４１が、本発明における「モータ」に対応する実施構成例である。

クランクシャフト１２３とアウタロータ１４７の間には、遠心クラッチ１５１がクランクシャフト１２３と一体に回転するように配置されている。遠心クラッチ１５１は、クランクシャフト１２３の回転による遠心力によって、クラッチシュー１５１ａが回転径方向外側に移動し、アウタロータ１４７の周壁１４７ａの内周面に当接し、これによりクランクシャフト１２３の回転力をアウタロータ１４７に伝達する。すなわち、遠心クラッチ１５１は、クランクシャフト１２３の回転数が所定の回転数よりも低い状態では、クランクシャフト１２３の回転がアウタロータ１４７に伝達されない。一方、クランクシャフト１２３の回転が所定の回転数を越えた状態では、クランクシャフト１２３の回転がアウタロータ１４７に伝達される。

図１に示すように、リアハンドル１０７は、上側部分１０７ａ、下側部分１０７ｂおよびバッテリ取付部１０７ｃで構成されている。リアハンドル１０７には、スロットルレバー１３５、コントローラ１３９が配置されている。また、リアハンドル１０７は、バッテリパック１３７がバッテリ取付部１０７ｃに着脱可能に装着されるように構成されている。バッテリパック１３７には、電動モータ１４１を駆動するための電力が貯留されている。

また、図３に示すように、チェンソー１００は、モード切替スイッチ１３６およびキャパシタ１３８を備えている。このモード切替スイッチ１３６およびキャパシタ１３８は、図１には図示されていないが、リアハンドル１０７の下側部分１０７ｂに配置されている。すなわち、モード切替スイッチ１３６は、下側部分１０７ｂにおいて、コントローラ１３９の上側に配置されている。また、キャパシタ１３８は、下側部分１０７ｂにおいて、コントローラ１３９とバッテリ取付部１０７ｃの間に配置されている。モード切替スイッチ１３６は、エンジン１１１および電動モータ１４１の駆動／停止を切り替えるスイッチであり、コントローラ１３９に接続されている。キャパシタ１３８は、装着されたバッテリパック１３７とコントローラ１３９を電気的に接続している。これにより、バッテリパック１３７から電流が供給されてキャパシタ１３８に電荷が蓄えられる。

コントローラ１３９は、エンジン１１１および電動モータ１４１を駆動するための制御装置である。すなわち、コントローラ１３９は、バッテリパック１３７からキャパシタ１３８を介して電動モータ１４１に電流を供給することで電動モータ１４１の駆動を制御する。一方、コントローラ１３９は、スロットルレバー１３５の操作量に基づいて、エンジン１１１への空気の吸気量あるいは燃料と空気の混合比を調節されるように構成されている。これにより、スロットルレバー１３５の操作量に基づいて、エンジン１１１の出力（回転数）を調整する。また、コントローラ１３９は、モード切替スイッチ１３６によって選択されたモードに基づいて、チェンソー１００の駆動モードを第１〜第３モードに切り替える。すなわち、第１モードにおいては、エンジン１１１と電動モータ１４１によってソーチェン１０５を駆動する。第２モードにおいては、エンジン１１１のみによってソーチェン１０５を駆動する。さらに、第３モードにおいては、電動モータ１４１のみによってソーチェン１０５を駆動する。

第１モードが選択された場合には、スロットルレバー１３５が操作されると、エンジン１１１と電動モータ１４１が同時に駆動される。クランクシャフト１２３の回転数が所定の回転数を超えると、遠心クラッチ１５１が作動してクランクシャフト１２３の回転がアウタロータ１４７に伝達される。これにより、エンジン１１１と電動モータ１４１によって最終出力軸１３１を駆動する。すなわち、チェンソー１００は、エンジン１１１と電動モータ１４１の両方の駆動によってソーチェン１０５を駆動する。この第１モードが、本発明における「ハイブリッド駆動モード」に対応する実施構成例である。また、最終出力軸１３１が、本発明における「駆動軸」に対応する実施構成例である。

第２モードが選択された場合には、スロットルレバー１３５が操作されると、エンジン１１１のみが駆動される。クランクシャフト１２３の回転数が所定の回転数を超えると、遠心クラッチ１５１が作動してクランクシャフト１２３の回転がアウタロータ１４７に伝達される。これにより、エンジン１１１がアウタロータ１４７を介して最終出力軸１３１を駆動する。すなわち、チェンソー１００は、エンジン１１１のみの駆動によってソーチェン１０５を駆動する。このとき、アウタロータ１４７が回転されることにより、電動モータ１４１は発電機として動作し、発電機としての電動モータ１４１からキャパシタ１３８にコントローラ１３９を介して電流を供給するように構成されている。特に、アウターロータ１４７がエンジン１１１に回転されている際に、コントローラ１３９が、電動モータ１４１にブレーキをかけることによって生じる電流をキャパシタ１３８に供給することが好ましい。

第３モードが選択された場合には、スロットルレバー１３５が操作されると、電動モータ１４１のみが駆動される。これにより、電動モータ１４１のアウタロータ１４７が最終出力軸１３１を駆動する。すなわち、チェンソー１００は、電動モータ１４１のみの駆動によってソーチェン１０５を駆動する。

チェンソー１００は、木材などのように硬さが均質ではない被加工材に対して切断作業を行うことがある。そのような場合に、電動モータ１４１が駆動する第１モードおよび第３モードにおいては、被加工材の部分的な硬さに起因して、チェンソー１００に一時的に大きな負荷が生じる。すなわち、電動モータ１４１に大電流を供給する必要がある。しかしながら、本実施形態においては、コントローラ１３９とバッテリパック１３７の間にキャパシタ１３８が配置されているため、バッテリパック１３７の容量によって供給できる電流が制限されることなく、キャパシタ１３８とバッテリパック１３７の両方の容量によって、コントローラ１３９が一時的に電動モータ１４１に大電流を供給することができる。このキャパシタ１３８とバッテリパック１３７が、本発明における「駆動源」に対応する実施構成例である。また、バッテリパック１３７、キャパシタ１３８、コントローラ１３９がそれぞれ、本発明における「バッテリ」、「キャパシタ」、「コントローラ」に対応する実施構成例である。

また、本実施形態によれば、電動モータ１４１が最終出力軸１３１を駆動しない第２モードにおいては、電動モータ１４１は発電機として、キャパシタ１３８に電流を供給する。このとき、キャパシタ１３８は、バッテリパック１３７とコントローラ１３９の間に配置されているため、キャパシタ１３８の電圧がバッテリパック１３７の電圧よりも高くなった場合に、コントローラ１３９に制限されることなく、キャパシタ１３８からバッテリパック１３７に自動的に電流が流れ、バッテリパック１３７が充電される。すなわち、キャパシタ１３８とバッテリパック１３７の電圧に応じて、バッテリパック１３７は自然に充電される。これにより、バッテリパック１３７を強制的に充電する場合に比べて、バッテリパック１３７に対する過電流の供給を抑制することができる。また、バッテリパック１３７を強制的に充電する場合に比べて、バッテリパック１３７の過充電も防止することができる。

また、本実施形態によれば、キャパシタ１３８、コントローラ１３９をリアハンドル１０７の下側部分１０７ｂに配置することで、熱を発生するエンジン１１１や電動モータ１４１から離隔して配置することができる。すなわち、キャパシタ１３８、コントローラ１３９を熱から保護することができる。また、同様にバッテリ取付部１０７ｃを、エンジン１１１や電動モータ１４１から離隔したリアハンドル１０７の先端領域に設けたことにより、装着されたバッテリパック１３７を熱から保護することができる。特に、このように配置することで、コントローラ１３９やキャパシタ１３８よりも熱から保護する必要がある大容量のバッテリパック１３７を効果的に保護することができる。

また、本実施形態によれば、電動モータ１４１が最終出力軸１３１を駆動しない場合に、電動モータ１４１を発電機として利用することができる。すなわち、チェンソー１００に電動モータ１４１と発電機の両方を設ける必要がなく、チェンソー１００が軽量化および小型化される。

また、本実施形態によれば、第１〜第３モードを選択して最終出力軸１３１、すなわちソーチェン１０５を駆動することができる。したがって、ソーチェン１０５に作用する負荷に応じて駆動モードを切り替えることで、チェンソー１００の出力を切り替えることができる。結果として、エネルギ効率を高めることができる。

また、本実施形態によれば、電動モータ１４１としてアウタロータ型のモータを設けたため、電動モータ１４１の大きさを大きくすることなく、大きな出力トルクを得ることができる。すなわち、アウタロータ１４７の回転中心から外周までの距離（半径）を大きくすることができ、これにより大きな出力トルクを得ることができる。その結果、チェンソー１００が小型化される。

以上においては、キャパシタ１３８とバッテリパック１３７の電圧に応じて、キャパシタ１３８からバッテリパック１３７に自動的に電流が供給されてバッテリパック１３７が充電されるように構成されていたが、これには限られない。例えば、キャパシタ１３８およびバッテリパック１３７の電圧を検出するセンサを有し、センサの検出結果に基づいて、コントローラ１３９がキャパシタ１３８からバッテリパック１３７へ電流を供給してバッテリパック１３７を充電するように構成してもよい。

また、以上においては、バッテリパック１３７から電動モータ１４１に電流を供給するように構成されていたが、これには限られない。例えば、バッテリパック１３７が設けられておらず、駆動源としてキャパシタ１３８のみが設けられていてもよい。

また、以上においては、電動モータ１４１は、アウタロータ型のモータを設けたが、これには限られず、インナロータ型のモータを用いてもよい。

また、以上においては、第１〜第３モードによって最終出力軸１３１、すなわちソーチェン１０５を駆動するように構成されていたが、これには限られない。例えば、チェンソー１００は、第１モードのみを有していればよく、第２および第３モードを有していなくてもよい。

また、以上においては、動力工具として、チェンソー１００を用いて説明したが、他の動力工具に本発明を適用することもできる。エンジンとモータを有していれば、刈払機、ハンマドリル、丸鋸などの動力工具に本発明を適用することもできる。

（実施形態の各構成要素と本発明の各構成要素の対応関係）
本実施形態は、本発明を実施するための形態の一例を示すものである。したがって、本発明は、本実施形態の構成に限定されるものではない。なお、本実施形態の各構成要素と本発明の各構成要素の対応関係を以下に示す。
チェンソー１００は、本発明の「動力工具」に対応する構成の一例である。
エンジン１１１は、本発明の「エンジン」に対応する構成の一例である。
電動モータ１４１は、本発明の「モータ」に対応する構成の一例である。
最終出力軸１３１は、本発明の「駆動軸」に対応する構成の一例である。
第１モードは、本発明の「ハイブリッド駆動モード」に対応する構成の一例である。
バッテリパック１３７は、本発明の「駆動源」に対応する構成の一例である。
バッテリパック１３７は、本発明の「バッテリ」に対応する構成の一例である。
キャパシタ１３８は、本発明の「駆動源」に対応する構成の一例である。
キャパシタ１３８は、本発明の「キャパシタ」に対応する構成の一例である。
コントローラ１３９は、本発明の「コントローラ」に対応する構成の一例である。

以上の発明の趣旨に鑑み、本発明に係る作業工具は、下記の態様が構成可能である。
（態様１）
「請求項３に記載の動力工具であって、
前記キャパシタの電圧と前記バッテリの電圧をそれぞれ検出するセンサと、
前記センサの検出結果に基づいて、前記キャパシタを制御するキャパシタ制御装置を有することを特徴とする動力工具。」

（態様２）
「態様１に記載の動力工具であって、
前記キャパシタ制御装置は、前記キャパシタの電圧が、前記バッテリの電圧よりも大きいことを前記センサが検出した場合に、前記キャパシタから前記バッテリに電流を供給して当該バッテリを充電するように前記キャパシタを制御するように構成されていることを特徴とする動力工具。」

（態様３）
「請求項１〜４、および態様１または２のいずれか１項に記載の動力工具であって、
前記モータのみが前記駆動軸を駆動するモータ駆動モードと、前記エンジンのみが前記駆動軸を駆動するエンジン駆動モードと、をさらに有し、
前記ハイブリッド駆動モード、前記モータ駆動モード、前記エンジン駆動モードが選択的に切り替えられて、前記先端工具が駆動されるように構成されていることを特徴とする動力工具。」

（態様４）
「請求項１に記載の動力工具であって、
前記エンジンと前記モータを収容する本体ハウジングと、
前記本体ハウジングから突出するハンドルを有し、
前記駆動源は、前記ハンドルに設けられていることを特徴とする動力工具。」

（態様５）
「態様４に記載の動力工具であって、
前記コントローラは、前記ハンドルに設けられており、
前記駆動源は、前記本体ハウジングと前記コントローラの間の距離よりも離隔するように前記ハンドルに設けられていることを特徴とする動力工具。」

（態様６）
「態様５に記載の動力工具であって、
前記駆動源は、バッテリを備えており、
前記コントローラ、前記キャパシタ、前記バッテリは、前記本体ハウジングからの距離が順に遠くなるように前記ハンドルに配置されていることを特徴とする動力工具。」

１００ チェンソー
１０１ 本体ハウジング
１０３ ガイドバー
１０５ ソーチェン
１０６ フロントハンドル
１０７ リアハンドル
１０７ａ 上側部分
１０７ｂ 下側部分
１０７ｃ バッテリ取付部
１０８ ハンドガード
１１０ 駆動機構部
１１１ エンジン
１１３ シリンダ
１１５ ピストン
１１７ 点火プラグ
１１９ クランクケース
１２１ 軸受
１２３ クランクシャフト
１２５ 連接ロッド
１２７ フライホイール
１３１ 最終出力軸
１３３ ニードルベアリング
１３５ スロットルレバー
１３６ モード切替スイッチ
１３７ バッテリパック
１３８ キャパシタ
１３９ コントローラ
１４１ 電動モータ
１４３ ステータコア
１４３ａ スリーブ
１４５ ステータコイル
１４７ アウタロータ
１４７ａ 周壁
１４７ｂ 底壁
１４９ マグネット
１５１ 遠心クラッチ
１５１ａ クラッチシュー

Claims (4)

1. エンジンと、
   モータと、
   先端工具を駆動する駆動軸と、
   前記モータを制御するコントローラと、
   前記モータに電流を供給する駆動源と、を有し、
   前記エンジンと前記モータが前記駆動軸を同時に駆動するハイブリッド駆動モードによって前記先端工具が駆動可能に構成されている動力工具であって、
   前記駆動源は、キャパシタを備えており、
   前記キャパシタは、前記コントローラに接続されていることを特徴とする動力工具。
2. 請求項１に記載の動力工具であって、
   前記モータは、前記エンジンに駆動されて発電機として、前記キャパシタを充電するように構成されていることを特徴とする動力工具。
3. 請求項１または２に記載の動力工具であって、
   前記駆動源は、バッテリを備えており、
   前記キャパシタは、前記バッテリと前記コントローラの間に配置されて、前記バッテリと前記コントローラを電気的に接続するように構成されていることを特徴とする動力工具。
4. 請求項３に記載の動力工具であって、
   前記キャパシタの電圧が、前記バッテリの電圧よりも大きい場合に、前記キャパシタが前記バッテリに電流を供給して当該バッテリを充電するように構成されていることを特徴とする動力工具。

Images