JP2015027710A - 電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】電動工具の作業性を向上する。【解決手段】この電動工具は、作業具に連結されるロータと、コイルが巻き付けられるステータとを備えたモータが搭載される電動工具本体を有し、モータの運転モードは入力操作部により入力される。運転モードは、モータを低速、高速およびこれらの間の中速のいずれかの回転数で一定に保持する定速運転モードを有しており、モータの回転数は電気進角θを変化させることにより制御される。モータに重負荷が加わると、重負荷運転モードに切り換えられて、高トルク低回転によりモータが駆動される。【選択図】図７

Description

本発明は、モータによりドライバビット等の作業具を駆動するようにした電動工具に関する。

モータを駆動源として作業具を駆動するようにした電動工具には、ドライバドリル、インパクトドライバ、カッター、ディスクグラインダ等がある。ドライバドリルは、先端工具とも言われる作業具をドライバビットとし、これを回転駆動して被駆動部材のねじ締め作業や穴あけ作業を行うために使用する電動工具である。インパクトドライバやインパクトレンチは、先端工具に打撃力つまりインパクトを与えるようにした電動工具であり、インパクトレンチにはねじ等の被駆動部材の種類に応じたソケットが装着される。カッターは円板形状の切断砥石や鋸刃を作業具として、木材やコンクリートにすじ付けしたり切断したりするために使用される。ディスクグラインダは研削砥石を先端工具としてこれを回転駆動して研削作業を行うための電動工具である。

このような電動工具においては、作業対象物の種類に応じて、モータによる作業具の回転数が作業者により設定される。モータの回転数を設定する方式としては、従来、デューティ比を変化させるＰＷＭ制御があり、デューティ比を変化させることによりモータのコイルに供給される電圧が制御される。デューティ比制御により回転数を制御するようにした電動工具においては、高回転を得るためには低トルクのモータを使用しなければならならない。低トルクのモータが搭載された電動工具においては、重負荷時には過負荷保護回路によってモータを停止させるようにしている。

特許文献１には、複数のコイルの接続を切り換えることによって、モータに加わる負荷に応じて低速・高トルクモードと、高速・低トルクモードとに自動的に切り換えるようにした電動工具が記載されている。

特開２０１３−１１１７３４号公報

上述のように、デューティ比制御により電圧を制御してモータの回転数を設定するようにした電動工具においては、低トルクのモータを使用する必要がある。このため、重負荷の作業中にモータが停止してしまうことがあり、作業性が悪いという問題点がある。一方、モータに加わる負荷に応じて、回転数を低トルク高回転と、高トルク低回転との何れかに自動的に切り換えるようにした電動工具においては、作業者は作業対象物の種類に応じて、回転数を選択することができない。例えば、軽負荷時に中回転・中トルクでの作業を選択することができない。このため、作業対象物に応じた最適な回転数による作業を行うことができず、作業性が悪くなる。

本発明の目的は、電動工具の作業性を向上することにある。

本発明の電動工具は、作業具を駆動する電動工具であって、前記作業具に連結されるロータと、コイルが巻き付けられるステータとを備えたモータが搭載される電動工具本体と、前記モータの運転モードを入力する入力操作部と、前記入力操作部の操作により入力された回転数に対応させて、前記コイルに対する電気進角と通電角の少なくともいずれか一方の通電タイミングを設定する通電タイミング設定部と、を有する。

この電動工具においては、作業者が入力操作部を操作することにより、モータ回転数が設定される。コイルに対する電気進角と通電角の少なくともいずれか一方の通電タイミングが制御されて、モータの回転数を低回転、高回転およびこれらの中間の中速回転に設定することができる。これにより、作業対象物の種類に応じて、低トルク高回転での作業と、高トルク低回転での作業と、中トルク中回転での作業を行うことができ、電動工具による作業性が向上する。

作業具に負荷が変化してモータに加わる負荷が変化すると、通電タイミングを変化させることにより、モータ回転数は入力された一定の回転数で駆動される。モータの回転数は、電圧制御によらず、通電タイミングの制御により行われるので、モータに対して最大電圧を供給することができ、電動工具を大型化することなく、出力を大きくすることができ、電動工具による作業性が向上する。

電動工具の一例であるドライバドリルを示す斜視図である。 （Ａ）は図１に示された操作パネルを示す平面図であり、（Ｂ）は操作パネルの変形例を示す正面図である。 （Ａ）は図１に示されたモータのロータとステータとを示す断面図であり、（Ｂ）はスイッチング素子を有するインバータ回路を示す回路図である。 （Ａ）はステータのコイルに対する通電タイミングを電気進角が０度、通電角が１２０度としたときのスイッチング素子のオンオフタイミングを示すタイムチャートであり、（Ｂ）は（Ａ）の状態から電気進角を３０度に増加させたときのスイッチング素子のオンオフタイミングを示すタイムチャートである。 （Ａ）は、図４（Ａ）と同様に、ステータのコイルに対する通電タイミングを電気進角が０度、通電角が１２０度としたときのスイッチング素子のオンオフタイミングを示すタイムチャートであり、（Ｂ）は（Ａ）の状態から電気進角を変えることなく、通電角を１５０度に増加させたときのスイッチング素子のオンオフタイミングを示すタイムチャートである。 モータの制御回路を示すブロック図である。 モータに加わる負荷に応じて電気進角を変化させた場合におけるモータの運転モード特性線図である。 モータに加わる負荷に応じて電気進角を変化させた場合における運転モードの制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。 モータに加わる負荷に応じて電気進角を変化させた場合における運転モードの制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。 モータに加わる負荷に応じて通電角を変化させた場合におけるモータの運転モード特性線図である。 モータに加わる負荷に応じて通電角を変化させた場合における運転モードの制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。 モータに加わる負荷に応じて通電角を変化させた場合における運転モードの制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は電動工具の一例としてのドライバドリル１０を示す斜視図である。このドライバドリル１０は、樹脂材料により成形されたケーシング１１を有し、ケーシング１１は電動工具本体を構成している。ケーシング１１は、作業者により把持されるグリップ１２と、グリップ１２の一端部に設けられたモータケーシング１３と、他端部に設けられたバッテリ装着部１４とを備えている。モータケーシング１３内にはモータ１５が搭載されており、このモータ１５のロータに連結されてロータにより回転駆動されるチャック１６には、先端工具つまり作業具１７が着脱自在に装着される。

図１に示す電動工具は、ドライバドリル１０であり、作業具１７としてのドライバビットがチャック１６に装着された状態が図１に示されている。バッテリ装着部１４には、電池パック１８が着脱自在に装着されるようになっており、この電池パック１８内のバッテリからモータ１５に電力が供給される。ケーシング１１にはグリップ１２に隣接させてトリガスイッチ１９が設けられており、作業者がトリガスイッチ１９を操作すると、モータ１５により作業具１７が回転駆動される。

電動工具本体としてのケーシング１１には、図１に示されるように、操作パネル２１が設けられている。操作パネル２１は、図２（Ａ）に示されるように、運転モードを入力する入力操作部２２と、入力操作部２２が作業者により操作されて入力された運転モードを表示する表示部２３とを有している。入力操作部２２は押ボタン式となっており、この入力操作部２２が押されると、運転モードとして、作業具１７の回転速度つまり回転数が、低速モード、中速モード、および高速モードのいずれかに設定される。中速モードとしては、１種類の回転が設定される。表示部２３は、ドライバドリル１０が低速モードとなっているときには、ＬＥＤ(１)が点灯し、中速モードとなっているときには、２つのＬＥＤ（１）（２）が点灯し、高速モードとなっているときには３つのＬＥＤ（１）〜（３）が点灯する。これにより、作業者はドライバドリル１０を用いて作業対象物に対して作業を行うときには、入力した運転モードを表示部２３により確認することができる。ただし、各モードに応じて、いずれか１つのＬＥＤを点灯させるようにしても良い。

図２（Ｂ）は、操作パネル２１の変形例であり、この操作パネル２１にはダイアル式の入力操作部２２が設けられている。図２（Ｂ）において入力操作部２２を回転操作することにより、作業具１７の回転数を低速モードと高速モードとこれらの間の任意の中間回転数の中速モードが設定される。入力操作部２２を図２（Ｂ）において時計方向に回転させると、運転モードとしての作業具１７の回転数が高められ、逆方向に回転させると、回転数が低められる。この操作パネル２１には、電池パック１８内のバッテリの残量を表示するための残量表示部２４と、ケーシング１１に設けられた図示しない照明用の電灯をオンオフするための点灯スイッチ２５とが設けられている。残量表示部２４は、複数のＬＥＤ（ａ），ＬＥＤ（ｂ）を有し、バッテリの残量が減少すると、点灯するＬＥＤの数が少なくなる。

モータ１５は、図３（Ａ）に示すように、モータ主軸３０に設けられたロータ３１と、ロータ３１の外側に配置されるステータ３２とを有し、チャック１６はモータ主軸３０を介してロータ３１に連結される。モータ１５は、三相ブラシレスモータであり、ロータ３１は４つの永久磁石３３を有し、ステータ３２には三相のコイルが設けられている。ステータ３２は、６つのステータコア３４を有し、それぞれに巻き付けられた巻線により、Ｕ１相，Ｕ２相，Ｖ１相，Ｖ２相，Ｗ１相，Ｗ２相の各コイルが形成されている。Ｕ１相とＵ２相のコイルは相互に接続されており、Ｖ相、Ｗ相のコイルについても同様となっている。モータ１５には、ステータ３２に対するロータ３１の円周方向の位置を検出するために、ホール素子からなる位置センサＨ１〜Ｈ３が設けられている。

図３（Ｂ）は、各コイルに接続されたインバータ回路３５を示す。このインバータ回路３５は、それぞれ直列に接続された２つのスイッチング素子Ｔr1、Ｔr2と、２つのスイッチング素子Ｔr3、Ｔr4と、２つのスイッチング素子Ｔr5、Ｔr6とを有し、それぞれは、電池パック１８内に装着されたバッテリ３６の正極と負極とに接続される。２つのスイッチング素子Ｔr1、Ｔr2の間には、Ｕ相コイルの一方の接続端子が接続されている。２つのスイッチング素子Ｔr3、Ｔr4の間には、Ｖ相のコイルの一方の接続端子が接続されている。２つのスイッチング素子Ｔr5、Ｔr6の間には、Ｗ相のコイルの一方の接続端子が接続されている。Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれのコイルの他方の接続端子は、相互に接続されている。例えば、スイッチング素子Ｔr1とスイッチング素子Ｔr4のベースに制御信号が供給されると、Ｕ相とＶ相のコイルに電流が供給される。それぞれのスイッチング素子に供給される制御信号のタイミングを調整することにより、ロータ３１のステータ３２に対する回転角度に応じて、それぞれのコイルの電気進角や通電角、つまり通電タイミングが調整される。図３（Ｂ）に示すスイッチング素子Ｔr1〜Ｔr6は、バイポーラ型であるが、スイッチング素子としては、ＭＯＳ型等の種々の半導体素子を使用することができる。

図４および図５は、ロータ３１のステータ３２に対する回転角度に応じた位置センサＨ１〜Ｈ３のオンオフと、各スイッチング素子Ｔr1〜Ｔr6のオンオフのタイミングを示すタイムチャートである。それぞれのスイッチング素子Ｔr1〜Ｔr6がオンとなっているときには、オンとなっているスイッチング素子を介してコイルに電流が供給される。図４および図５においては、ロータ３１のステータ３２に対する相対回転位置が、図３（Ａ）に示される位置関係となっているときを、ロータ回転角度を０度としている。

位置センサＨ１〜Ｈ３は、ロータ３１の永久磁石３３の円周方向の境界が位置センサＨ１〜Ｈ３を横切るときに、オンオフが切り換えられる。ロータ３１には４つの永久磁石３３が設けられているので、それぞれの位置センサＨ１〜Ｈ３は、ロータ３１が９０度回転する毎にオンオフが切り換えられる。３つの位置センサＨ１〜Ｈ３は、円周方向に６０度ずつずれてモータ１５に配置されているので、相互に６０度の位相でオンオフの切換タイミングがずれている。

図４（Ａ）は、コイルに対する通電タイミングを電気進角θが０度、通電角αが１２０度としたときのスイッチング素子のオンオフタイミングを示す。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の状態から電気進角θを３０度に増加させたときのスイッチング素子のオンオフタイミングを示す。例えば、ロータ３１が図３（Ａ）で示す０度の位置から１８０度回転したときには、スイッチング素子Ｔr1がオフからオンに切り換えられ、Ｕ相のコイルに電流が供給される。それぞれのコイルには、ロータ３１が６０度回転する範囲において電流が供給され、ロータ３１が３６０度回転する間では、合計１２０度の範囲において電流が供給されるので、コイルの通電角αは１２０度となっている。図４（Ｂ）に示すように、電気進角θを０度から３０度に変化させると、ステータ３２に対してロータ３１が３０度進めた回転角度に電気進角が進められる。このように電気進角θを増加させると、電圧を変化させることなく、モータ１５の回転数を高めることができる。電気進角θを３０度よりも６０度に増加させると、モータ回転数はより高速となり、電気進角を６０度よりも９０度に増加させると、モータ回転数はより高速となる。

したがって、例えば、コイルに供給される電圧を一定として、モータ１５を最低速度つまり低速モードで回転させるための電気進角θを３０度とし、最高速度つまり高速モードで回転させるための電気進角θを９０度とし、さらに、電気進角θを３０度と９０度の中間値に設定するようにすると、モータ回転数は、最低回転数と最高回転数の中間回転数となる。この中間値として、複数の中間値を設定すると、複数段の中間回転数を設定することができる。また、この中間値を無段階に設定すると、無段階の中間回転数を設定することができる。

図５（Ａ）は、図４（Ａ）と同様に、コイルに対する通電タイミングを電気進角θが０度、通電角αが１２０度としたときのスイッチング素子のオンオフタイミングを示す。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の状態から電気進角θを変えることなく、通電角αを１５０度に増加させたときのスイッチング素子のオンオフタイミングを示すタイムチャートである。

図５（Ｂ）に示すように、通電角αを１２０度から１５０度に変化させると、各コイルに電流が供給されるロータ３１の回転角度が増加する。このように通電角αを増加させると、電圧を変化させることなく、モータ１５の回転数を高めることができる。通電角αを１２０度よりも１４０度に増加させると、モータ回転数はより高速となり、通電角αを１４０度よりも１６０度に増加させると、モータ回転数はそれよりもさらに高速となる。

したがって、例えば、コイルに供給される電圧を一定として、モータ１５を低速モードで回転させるための通電角αを１２０度とし、高速モードで回転させるための通電角αを１６０度とし、さらに通電角αを１２０度と１６０度の中間値に設定するようにすると、モータ回転数は、低速回転と高速回転の中間回転数となる。この中間値として、複数の中間値を設定すると、複数段の中間回転数を設定することができる。また、この中間値を無段階に設定すると、無段階の中間回転数を設定することができる。

このように、通電タイミングとしての電気進角θと通電角αとの一方を変化させると、コイルに供給される電圧を変化させることなく、モータ回転数を変化させることができる。また、電気進角θと通電角αの双方を変化させることによっても、モータ回転数を変化させることができる。つまり、電気進角θと通電角αの少なくともいずれか一方の通電タイミングを変化させることにより、モータ回転数を任意の回転数に設定することができる。

モータ回転数は、作業者が入力操作部２２を操作して運転モードを入力することにより設定される。作業具１７に負荷が加わっていないとき、つまり無負荷時におけるモータ回転数は入力された回転数に設定される。さらに、作業具１７に過度の負荷が加わらない通常運転モードでドライバドリル１０が使用されているときには、定速運転モードに設定され、無負荷時と同一のモータ回転数に調整される。定速運転モード時におけるモータ回転数は、モータ１５に加わる負荷に応じて、上述した通電タイミングを変化させることにより自動的に制御される。一方、作業具１７に過度の負荷が加わったときには、モータ１５は重負荷運転モードに自動的に切り換えられて、モータ１５は高トルクかつ低速度で駆動される。ただし、過度の負荷が加わったときには、モータ１５を停止させるようにしても良い。

図６はモータの制御回路を示すブロック図である。モータ制御ユニット４１は、入力操作部２２からの信号が送られるコントローラ４２を有しており、作業者が入力操作部２２を操作することにより設定されたモータ回転数の信号がコントローラ４２に入力される。コントローラ４２からは、制御信号出力回路４３を介してインバータ回路３５に制御信号が送られる。図６に示すインバータ回路３５においては、それぞれのスイッチング素子Ｔr1〜Ｔr6として、ＭＯＳ型半導体が使用されており、制御信号出力回路４３からはそれぞれのスイッチング素子Ｔr1〜Ｔr6のゲートに通電タイミング信号が出力される。ゲートに送られる通電タイミング信号により、上述した電気進角θと通電角αが調整される。

位置センサＨ１〜Ｈ３の検出信号は、回転子位置検出回路４４に送られる。回転子位置検出回路４４からは、ロータ３１のステータ３２に対する回転角度に応じた信号がコントローラ４２に出力される。また、回転子位置検出回路４４からはモータ回転数検出回路４５に信号が送られ、モータ回転数検出回路４５からはコントローラ４２にモータ回転数に応じた信号が出力される。コントローラ４２は、制御信号を演算するマイクロプロセッサと、制御プログラム、演算式およびデータなどが格納されるメモリとを有しており、コントローラ４２に設けられたマイクロプロセッサは、電気進角θと通電角αなどの通電タイミングを設定する通電タイミング設定部を構成している。

図１に示したトリガスイッチ１９が操作されると、スイッチ操作検出回路４６、および印加電圧設定回路４７を介してそれぞれの信号がコントローラ４２に送られる。バッテリ３６の電力は、制御回路電圧供給回路４８からモータ制御ユニット４１、および制御回路電圧検出回路４９に供給される。バッテリ３６の電圧は、電流電圧検出回路５１により検出され、コントローラ４２に検出信号が送られる。

作業具１７によりドライバドリル１０を用いて作業が行われたときに、モータ１５に加わる負荷を検出するために、モータ電流検出回路５２がモータ制御ユニット４１に設けられている。このモータ電流検出回路５２によりモータ１５に流れる電流を検出することによって、モータ１５に加わる負荷が検出される。これにより、無負荷時および定速運転モードでドライバドリル１０が使用されているときには、入力操作部２２の操作により設定された一定のモータ回転数でモータ１５が駆動される。一方、作業具１７に過度の負荷が加わったときには、モータ１５は過負荷運転モードに自動的に切り換えられて、モータ１５は高トルクかつ低速度で駆動される。モータ１５に加わる負荷を検出する指標としては、モータ電流を検出することに代えて、モータ回転数、バッテリ電圧、バッテリ電流を指標としても良い。

図７は、作業具からモータに加わる負荷に応じて電気進角を変化させた場合における運転モードの制御を示す運転モード特性線図である。先端工具に加わる負荷は、モータ電流Ｉを検出することにより求められる。図７（Ａ）〜（Ｄ）は、モータ電流Ｉに応じた運転電圧Ｖ、電気進角θ、モータ回転速度つまりモータ回転数Ｎ、およびモータトルクＴの変化を示す。

図２（Ａ）に示した入力操作部２２の操作により、無負荷時および定速運転モード時におけるモータ回転数としては、15000rpmの低速と、25000rpmの高速と、20000rpmの中速との三段階に入力設定することができる。モータトルクＴは、モータ回転数が低速の方が高速よりも大きくなる。無負荷時および定速運転モード時においては、低速モードに対応した電気進角θは３０度に設定され、高速モードに対応した電気進角θは９０度に設定され、中速モードに対応した電気進角θは６０度に設定される。したがって、トリガスイッチ１９が操作される前に、作業者による入力操作によりモータ回転数が入力されると、入力された回転数に応じた電気進角θが予め設定される。

トリガスイッチ１９が操作されると、モータ１５が駆動される。この状態のもとで、ドライバドリル１０により作業対象物に対する作業が行われると、作業具１７に加わる負荷によりモータ１５に負荷が加えられる。モータ１５に加えられる負荷に応じて、図７（Ｂ）に示されるように、電気進角θが制御される。負荷の増加に伴って電気進角θを大きくすると、モータ回転数Ｎを一定として、図７（Ｄ）に示されるように、モータトルクＴを増加させることができる。この定速運転モードのもとで、負荷が減少してモータ回転数が高くなると、減少した負荷に応じて電気進角θが調整され、モータ回転数Ｎは入力設定された一定の回転数に維持される。

モータ１５に加わる負荷が重負荷判定用の閾値Ｉｂを超えたときは、運転モードは、定速運転モードから重負荷運転モードに切り換えられて、電気進角θは低速高トルクの３０度に自動的に切り換えられる。この重負荷運転モードにおいては、負荷が増加すると、モータ回転数は低下し、モータトルクＴは増加する。これにより、重負荷がモータ１５に加わっても、作業具１７により重負荷作業を円滑に行うことができる。重負荷運転モードで作業が行われていたときに、モータ１５に加わる負荷が減少すると、負荷に応じて自動的に通常運転モードに切り換えられる。

図８および図９は、図７に示されるように、作業具に加わる負荷に応じて電気進角を変化させた場合における運転モードの制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。

ドライバドリル１０の電源がオンされると、ステップＳ１〜Ｓ３が実行され、運転モードは低速モードに設定される。つまり、電気進角θが３０度、モータ回転数Ｎが15000rpmに初期設定されるとともに、図２（Ａ）に示した操作パネル２１の表示部２３におけるＬＥＤ（１）が点灯される。この状態のもとで、入力操作部２２が操作されることなく、トリガスイッチ１９が操作されると、初期設定された回転数でモータ１５が回転駆動される（ステップＳ４〜Ｓ６）。一方、ステップＳ４において、入力操作部２２が操作されたと判定されたときには、ステップＳ７，Ｓ８が実行されて、入力操作部２２が操作される毎に、中速モード、高速モードに切り換えられる。つまり、入力操作部２２が操作される毎に、電気進角が３０度増加され、モータ回転数Ｎが5000rpm増加される。したがって、初期設定のもとで、入力操作部２２が１回押し込み操作されると、電気進角θは６０度に増加され、モータ回転数Ｎは20000rpmに増加される。電気進角θが９０度に設定され、モータ回転数Ｎが25000rpmとなった状態のもとで、更に入力操作部２２が操作されると、ステップＳ９において、最大の電気進角θである９０度を超える値が入力されたことになり、ステップＳ１０が実行されて、低速モードつまり電気進角θは３０度に、そしてモータ回転数Ｎは15000rpmに戻される。

入力された電気進角θに応じ、ステップＳ１１において、表示部２３のＬＥＤが点灯する。低速モードが入力されて電気進角θが３０度に設定されたときには、ＬＥＤ（１）が点灯し、中速モードが入力されて電気進角θが６０度に設定されたときには、ＬＥＤ（１）（２）が点灯する。さらに、高速モードが入力されて電気進角θが９０度に設定されたときには、３つのＬＥＤ（１）〜（３）が点灯する。入力操作部２２の操作が終了した状態のもとで、ステップＳ５においてトリガスイッチ１９のオンが判定されると、ステップＳ６においてモータ１５が設定された回転数Ｎで駆動される。

ドライバドリル１０を用いて作業対象物に対する作業が行われると、作業具１７に負荷が加えられる。ステップＳ１３，Ｓ１４において、モータ回転数Ｎと運転電流Ｉとを検出する。ステップＳ１５において運転電流Ｉが上述した閾値Ｉｂを超えていないと判定されたときには、検出されたモータ回転数Ｎが回転差判定の閾値Ｎａを超えているか否かがステップＳ１６で判定される。このステップＳ１６で閾値Ｎａよりもモータ回転数Ｎが高くなっていると判定されたときには、ステップＳ１７において電気進角θが１度増加される。一方、ステップＳ１６で閾値Ｎａよりもモータ回転数Ｎが低下していると判定されたときには、ステップＳ１８において電気進角θが１度低下される。これにより、作業具１７に負荷が加わった状態のもとで、モータ１５は定速運転モードとなって、入力された一定の回転数でモータ１５は回転駆動される。なお、電気進角θが１度増減されると、モータ回転数Ｎは数百回転変化する。

これに対し、ステップＳ１５において、運転電流Ｉが上述した閾値Ｉｂを超えていると判定されたときは、先端工具１７に重負荷が加わっており、ステップＳ１９が実行されて、運転モードは、重負荷運転モードに切り換えられる。ドライバドリル１０を用いた作業が終了し、トリガスイッチ１９がオフされると、モータ１５は停止される（ステップＳ２０，Ｓ２１）。

図１０は、先端工具に加わる負荷に応じて通電角を変化させた場合における運転モードの制御を示す運転モード特性線図である。図１０に示す場合には、モータ１５の回転数を制御するために、図５に示すように、通電角αを変化させることにより、モータ１５を定速運転モードで運転するようにしている。先端工具に加わる負荷は、上述した場合と同様に、モータ電流Ｉを検出することにより求められる。図１０（Ａ）〜（Ｄ）は、モータ電流Ｉに応じた運転電圧Ｖ、通電角α、モータ回転数Ｎ、およびモータトルクＴの変化を示す。

図１０に示す場合も、定速運転モード時におけるモータ回転数としては、15000rpmの低速と、25000rpmの高速と、20000rpmの中速との三段階に入力設定することができる。無負荷時および定速運転モード時においては、低速モードに対応した通電角α１２０度であり、高速モードに対応した通電角αは１４０度であり、中速モードに対応した通電角αは１６０度である。

ドライバドリル１０により作業対象物に対する作業が行われて、作業具１７に加わる負荷によりモータ１５に負荷が加えられる。モータ１５に加えられる負荷に応じて、図１０（Ｂ）に示されるように、通電角αが制御される。負荷の増加に伴って通電角αを大きくすると、モータ回転数を一定として、図１０（Ｄ）に示されるように、モータトルクＴを増加させることができる。この定速運転モードのもとで、負荷が減少してモータ回転数が高くなると、減少した負荷に応じて通電角αが調整され、モータ回転数Ｎは設定された一定の回転数に維持される。

モータ１５に加わる負荷が重負荷判定値としての電流閾値Ｉｂを超えたときは、運転モードは、定速運転モードから重負荷運転モードに切り換えられて、通電角αは低速高トルクの１２０度に自動的に切り換えられる。この重負荷運転モードにおいては、負荷が増加すると、モータ回転数は低下し、モータトルクＴは増加する。これにより、重負荷がモータ１５に加わっても、作業具１７により重負荷作業を円滑に行うことができる。重負荷運転モードで作業が行われていたときに、モータ１５に加わる負荷が減少すると、負荷に応じて自動的に通常運転モードに切り換えられる。

図１１および図１２は、作業具に加わる負荷に応じて通電角を変化させた場合における運転モードの制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。

ドライバドリル１０の電源がオンされると、ステップＳ３１〜Ｓ３３が実行され、運転モードは低速モードに設定される。つまり、通電角αが１２０度、モータ回転数Ｎが15000rpmに初期設定されるとともに、図２（Ａ）に示した操作パネル２１の表示部２３におけるＬＥＤ（１）が点灯される。この状態のもとで、入力操作部２２が操作されることなく、トリガスイッチ１９が操作されると、初期設定された回転数Ｎでモータ１５が回転駆動される（ステップＳ３４〜Ｓ３６）。一方、ステップＳ３４において、入力操作部２２が操作されたと判定されたときには、ステップＳ３７，Ｓ３８が実行されて、入力操作部２２が操作される毎に、中速モード、高速モードに切り換えられる。つまり、入力操作部２２が操作される毎に、通電角αが２０度増加され、モータ回転数Ｎが5000rpm増加される。したがって、初期設定のもとで、入力操作部２２が１回押し込み操作されると、通電角αは２０度に増加され、モータ回転数Ｎは20000rpmに増加される。通電角αが１２０度に設定され、モータ回転数Ｎが25000rpmとなった状態のもとで、更に入力操作部２２が操作されると、ステップＳ３９において、最大の通電角αである１６０度を超える値が入力されたことになり、ステップＳ４０が実行されて、低速モードつまり通電角αは１２０度に、そしてモータ回転数Ｎは15000rpmに戻される。

入力された通電角αに応じ、ステップＳ４１において、表示部２３のＬＥＤが点灯する。低速モードが入力されて通電角αが１２０度に設定されたときには、ＬＥＤ（１）が点灯し、中速モードが入力されて通電角αが１４０度に設定されたときには、ＬＥＤ（１）（２）が点灯する。さらに、高速モードが入力されて通電角αが１６０度に設定されたときには、３つのＬＥＤ（１）〜（３）が点灯する。入力操作部２２の操作が終了した状態のもとで、ステップＳ３５においてトリガスイッチ１９のオンが判定されると、ステップＳ３６においてモータ１５が設定された回転数Ｎで駆動される。

ドライバドリル１０を用いて作業対象物に対する作業が行われると、作業具１７に負荷が加えられる。ステップＳ４３，Ｓ４４において、モータ回転数Ｎと運転電流Ｉとを検出する。ステップＳ４５において運転電流Ｉが上述した閾値Ｉｂを超えていないと判定されたときには、検出されたモータ回転数Ｎが回転差判定の閾値Ｎａを超えているか否かがステップＳ４６で判定される。このステップＳ４６で閾値Ｎａよりもモータ回転数Ｎが高くなっていると判定されたときには、ステップＳ４７において通電角αが１度増加される。一方、ステップＳ４６で閾値Ｎａよりもモータ回転数Ｎが低下していると判定されたときには、ステップＳ４８において通電角αが１度低下される。これにより、作業具１７に負荷が加わった状態のもとで、モータ１５は定速運転モードとなって一定の回転数で回転駆動される。なお、通電角αが１度増減されると、モータ回転数Ｎは数百回転変化する。

これに対し、ステップＳ４５において、運転電流Ｉが上述した閾値Ｉｂを超えていると判定されたときは、作業具１７に重負荷が加わっており、ステップＳ４９が実行されて、運転モードは、重負荷運転モードに切り換えられる。ドライバドリル１０を用いた作業が終了し、トリガスイッチ１９がオフされると、モータ１５は停止される（ステップＳ５０，Ｓ５１）。

モータ回転数Ｎの制御は、図７〜図９に示す場合においては、電気進角θを変化させるようにしている。一方、図１０〜図１２に示す場合においては、通電角αを変化させるようにしている。ただし、電気進角θと通電角αの双方を変化させることにより、モータ回転数Ｎを制御するようにしても良い。

上述のように、このドライバドリル１０においては、作業具１７の回転数を低速回転と、高速回転と、これらの中間の中速回転に設定することができる。これにより、低負荷高速回転、および高負荷低速回転のみならず、軽負荷での中回転、中トルクでの作業を行うことができ、電動工具の作業性を向上させることができる。

このドライバドリル１０により作業を行っているときに、作業具１７に負荷が加わっても、モータ１５は定速運転モードで一定の回転数で駆動される。定速運転モードでは、モータ１５に供給される電圧を変化させることなく、コイルに供給される電流の電気進角θや通電角α等の通電タイミングを変化させることにより、モータ回転数を制御するようにしたので、バッテリ３６の最大電圧をモータ１５に供給することができ、電動工具の作業性を向上させることができる。これにより、バッテリ３６を大型化することなく、作業具１７の出力を大きくすることができる。ただし、デューティ比を変化させた電圧制御と通電タイミングの制御とを組み合わせて、モータ回転数を制御するようにしても良い。

作業具１７に過度の負荷が加わったときには、運転モードが重負荷運転モードに切り換えられて、高トルクかつ低速回転のモードとなるので、重負荷作業を円滑に行うことができ、電動工具の作業性を向上させることができる。ただし、上述したそれぞれの場合において、モータ１５に重負荷が加わったときには、重負荷運転モードに設定することなく、モータ１５を停止させるようにしても良い。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、モータ１５は、三相ブラシレスモータに限られることなく、ロータに永久磁石が設けられていないリラクタンスモータとしても良く、種々のタイプを使用することができる。図１は電動工具としてのドライバドリルを示すが、電動工具としては、カッターやインパクトレンチ等のように、モータを駆動源として作業具を駆動する形態であれば、どのようなものにも本発明を適用することができる。

１０ ドライバドリル
１１ ケーシング
１２ グリップ
１３ モータケーシング
１４ バッテリ装着部
１５ モータ
１６ チャック
１７ 作業具
１８ 電池パック
１９ トリガスイッチ
２１ 操作パネル
２２ 入力操作部
２３ 表示部
２４ 残量表示部
２５ 点灯スイッチ
３０ モータ主軸
３１ ロータ
３２ ステータ
３３ 永久磁石
３４ ステータコア

Claims (6)

1. 作業具を駆動する電動工具であって、
   前記作業具に連結されるロータと、コイルが巻き付けられるステータとを備えたモータが搭載される電動工具本体と、
   前記モータの運転モードを入力する入力操作部と、
   前記入力操作部の操作により入力された回転数に対応させて、前記コイルに対する電気進角と通電角の少なくともいずれか一方の通電タイミングを設定する通電タイミング設定部と、
   を有する電動工具。
2. 前記モータに加わる負荷が変化したときに、負荷に応じて電気進角と通電角の少なくともいずれか一方を変化させることにより、モータ回転数を入力操作された運転モードの回転数に設定する、請求項１記載の電動工具。
3. 前記モータに重負荷判定用の閾値を超える負荷が加わったときに、前記モータの運転モードを低回転かつ高トルクの重負荷運転モードに設定する、請求項１または２記載の電動工具。
4. 前記モータの運転モードは、前記入力操作部により高回転と低回転と少なくとも１種類の中間回転とを有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動工具。
5. 前記モータの運転モードは、前記入力操作部により高回転と低回転とこれらの間の回転数の任意の中間回転数とを有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動工具。
6. 前記モータ回転数を表示する表示部を前記電動工具本体に設けた、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動工具。

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