JP2016007670A - 電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】変速機からの発熱発生を抑制するようにした電動工具を提供する。
【解決手段】電動モータにより回転駆動される駆動軸２２には、駆動側の高速ギヤ２５ａと低速ギヤ２５ｂが設けられ、作業工具が装着されるスピンドル軸１１には、高速ギヤ２５ａと噛み合う高速ギヤ２７ａと、低速ギヤ２５ｂと噛み合う低速ギヤ２７ｂとが軸方向に移動自在に設けられている。高速ギヤ２７ａに対向する当接部３６が設けられた第１のシフト部材３４と、低速ギヤ２７ｂに対向する当接部４１が設けられた第２のシフト部材３５とが、ガイドピン３１に軸方向に移動自在に装着されている。両方の当接部３６，４１を相互に接近させる方向にばね力が付勢され、操作部材５１によりギヤは高速段と低速段のいずれかに切り換えられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、作業工具の回転数を変化させるようにした電動工具に関する。

電動工具には、ドリル刃つまりドリルビットを作業工具とし、木材、金属材料、コンクリート等の作業対象物に穴開け加工等を行う電動ドリルがある。作業対象物に対して振動を加えることができるようにした電動ドリルは、振動ドリルとも言われている。作業工具であるドリルビットの回転速度を低速段と高速段の二段階に切り換えることができるようにした二段変速式の電動ドリルにおいては、電動モータのモータ主軸と、作業工具を回転駆動するスピンドル軸との間に変速機が配置され、モータ主軸の回転速度は変速されてスピンドル軸に伝達される。

二段変速式の電動工具には、例えば、特許文献１に記載されるように、シンクロ式の変速機が使用されている。従来の変速機は、ドリルビットが着脱自在に装着されるチャックが取り付けられたスピンドル軸と、モータ主軸にギヤを介して連結され電動モータにより駆動される駆動軸とを有している。駆動軸には、駆動側の高速ギヤと低速ギヤとが取り付けられている。一方、スピンドル軸には、駆動側の高速ギヤに常時噛み合う従動側の高速ギヤと、駆動側の低速ギヤに常時噛み合う従動側の低速ギヤとが回転自在に装着されている。従動側の高速ギヤと低速ギヤとの間には、クラッチディスクが配置され、クラッチディスクはスピンドル軸にスプライン結合され、変速レバーにより軸方向に摺動自在となっている。クラッチディスクを従動側の高速ギヤに噛み合わせると、駆動側と従動側の高速ギヤ対を介してモータトルクがスピンドル軸に伝達される。一方、クラッチディスクを従動側の低速ギヤに噛み合わせると、駆動側と従動側の低速ギヤ対を介してモータトルクがスピンドル軸に伝達される。

特開平４−３０４９７５号公報

従来のように、高速ギヤ対と低速ギヤ対とを常時噛み合い式とした変速機においては、高速ギヤ対と低速ギヤ対の一方を介してモータトルクをスピンドル軸に伝達しているときには、他方のギヤ対も噛み合っており、トルク伝達を行っていない従動側のギヤはスピンドル軸に対して相対回転し、スピンドル軸に回転摺動することになる。また、従動側の高速ギヤと低速ギヤは、変速レバーに設けられたシフトピースに向けて、スピンドル軸に設けられた圧縮コイルばねにより押圧されている。このため、従動側のギヤは、それぞれシフトピースに摺動接触することになる。

このように、従来のシンクロ式の変速機を用いた電動工具においては、摺動接触部分から発熱が起きることが避けられない。このため、電動工具の耐久性を高めるには、クラッチディスクを含めて、発熱に耐えられる高価な変速機を使用しなければならない。

本発明の目的は、変速機からの発熱発生を抑制するようにした電動工具を提供することにある。

本発明の電動工具は、電動モータにより回転駆動される作業工具の回転速度を変速する電動工具であって、駆動側の高速ギヤおよび駆動側の低速ギヤが中立領域を隔てて設けられ、前記電動モータにより駆動される駆動軸と、前記駆動側の高速ギヤに噛み合う従動側の高速ギヤ、および前記駆動側の低速ギヤに噛み合う従動側の低速ギヤがそれぞれ軸方向に移動自在に隣り合って設けられ、前記作業工具が装着されるスピンドル軸と、従動側の前記高速ギヤと前記低速ギヤとの一方の端面に対向する第１の当接部を有し、前記スピンドル軸に略平行に配置されたガイドピンに軸方向に移動自在に装着される第１のシフト部材と、従動側の前記高速ギヤと前記低速ギヤとの他方の端面に対向する第２の当接部を有し、前記ガイドピンに軸方向に移動自在に装着される第２のシフト部材と、第１と第２の前記シフト部材の間に装着され、第１と第２の前記当接部を相互に接近させる方向にばね力を付勢するばね部材と、第１と第２の前記シフト部材を軸方向に移動させ、駆動側と従動側の前記高速ギヤを噛み合う位置と、駆動側と従動側の前記低速ギヤを噛み合わせる位置とに切り換える操作部材と、を有する。

ギヤからの発熱が抑制されるとともに、シフト部材からの発熱が抑制され、電動工具の耐久性を向上させることができるとともに、低コストの変速装置によりスピンドル軸の変速を行うことができる。

電動工具の一例としての電動ドリルを示す一部切り欠き側面図である。 図１の要部を拡大して示す一部切り欠き側面図である。 図１および図２に示された変速装置の分解斜視図である。 図３に示されたシフト機構を示す斜視図である。 低速段に切り換えられた状態におけるギヤの噛み合いを示す展開図である。 中立位置に切り換えられた状態におけるギヤの噛み合いを示す展開図である。 中立位置から高速段に切り換えられている途中におけるギヤの噛み合いを示す展開図である。 中立位置から高速段に切り換えられた状態におけるギヤの噛み合いを示す展開図である。 図５におけるＡ−Ａ線断面図である。 変速時にモータ回転速度を制御する回転速度制御回路を示すブロック図である。 変速時におけるモータ回転速度の変化を示すタイムチャートである。 変速時のモータ回転速度の制御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および図２に示すように、電動工具の一例である電動ドリル１０は、スピンドル軸１１が回転自在に組み込まれるハウジング１２を有し、スピンドル軸１１の先端部はハウジング１２の先端部から突出している。スピンドル軸の先端部にはチャック１３が設けられており、チャック１３にはドライバビット等の作業工具が着脱自在に装着される。ハウジング１２の基端部内には、スピンドル軸１１を駆動するための電動モータ１４が組み込まれている。ハウジング１２には、作業者により把持されるハンドル１５が設けられており、ハンドル１５には、電動モータ１４に電力を供給するためのケーブル１６が接続されている。

電動モータ１４は、ロータ１７が設けられたモータ主軸１８を有し、モータ主軸１８の先端部には冷却ファン１９が取り付けられている。モータ主軸１８は、図１に示されるように、スピンドル軸１１よりも図において下側にずれて、スピンドル軸１１と平行となっており、モータ主軸１８の先端にはピニオンギヤ２１が設けられている。ハウジング１２内には駆動軸２２がスピンドル軸１１に平行となって組み込まれ、駆動軸２２の両端部はハウジング１２に取り付けられる軸受２３により回転自在に支持されている。ピニオンギヤ２１に常時噛み合うファーストギヤ２４が駆動軸２２に設けられており、駆動軸２２は電動モータ１４により駆動される。

図２および図３に示されるように、駆動側の高速ギヤ２５ａと、駆動側の低速ギヤ２５ｂとが駆動軸２２に一体に設けられており、高速ギヤ２５ａは低速ギヤ２５ｂよりも大径となっている。高速ギヤ２５ａと低速ギヤ２５ｂは、距離Ｎの中立領域を隔てて軸方向に離れている。

スピンドル軸１１にはそれぞれ軸方向に延びた複数の溝が形成されたスプライン部２６が設けられている。高速ギヤ２５ａに噛み合う従動側の高速ギヤ２７ａと、低速ギヤ２５ｂに噛み合う従動側の低速ギヤ２７ｂが、スピンドル軸１１のスプライン部２６に軸方向に移動自在に装着されている。図２に示されるように、高速ギヤ２７ａは低速ギヤ２７ｂよりも小径となっており、高速ギヤ２７ａに一体となったハブ２８に低速ギヤ２７ｂが嵌合され、高速ギヤ２７ａと低速ギヤ２７ｂは組み合わされて相互に隣り合ったギヤ組立体を構成している。

図２に示されるように、駆動側の高速ギヤ２５ａと従動側の高速ギヤ２７ａとが噛み合うと、スピンドル軸１１の回転速度は高速段に設定される。このときには、低速ギヤ２５ｂと低速ギヤ２７ｂは噛み合っていない。一方、ギヤ組立体を軸方向に移動させることによって、駆動側の低速ギヤ２５ｂと従動側の低速ギヤ２７ｂとが噛み合うと、スピンドル軸１１の回転速度は低速段に設定される。ハウジング１２には、ガイドピン３１がスピンドル軸１１に平行となって配置されている。

図３は、図１および図２に示された変速装置の分解斜視図である。図３においては、変速装置３２を構成するスピンドル軸１１、モータ主軸１８、駆動軸２２およびガイドピン３１が示されている。図４は図３に示されたシフト機構３３を示す拡大斜視図である。

ガイドピン３１には、シフト機構３３が組み付けられており、シフト機構３３は、図４に示されるように、第１のシフト部材３４と第２のシフト部材３５とを有している。

第１のシフト部材３４は、図４に示されるように、従動側の低速ギヤ２７ｂの端面に対向する第１の当接部３６と、この当接部３６に対向する第１のガイド部３７とを有している。当接部３６とガイド部３７は互いに平行となって連結部３８により一体となっており、連結部３８は当接部３６とガイド部３７に対して直角に折り曲げられている。当接部３６とガイド部３７には、ガイドピン３１が貫通するガイド孔３６ａ，３７ａが設けられ、ガイド孔３６ａ，３７ａはガイドピン３１に対して摺動自在に嵌合し、第１のシフト部材３４はガイドピン３１に案内されて軸方向に移動自在となっている。当接部３６には、これに対して直角となって第１の駆動部３９が一体に設けられており、駆動部３９は連結部３８に対しても直角となっている。第１のシフト部材３４は板材をプレス加工することにより、図４に示される形状に成形される。

当接部３６には、スピンドル軸１１が貫通する貫通孔３６ｂが設けられており、貫通孔３６ｂはスピンドル軸１１に対して摺動自在に嵌合する。このように、第１のシフト部材３４は、２つのガイド孔３６ａ，３７ａがガイドピン３１に摺動自在に嵌合され、貫通孔３６ｂがスピンドル軸１１に摺動自在に嵌合され、ガイドピン３１に沿って軸方向に移動する。

第２のシフト部材３５は、図４に示されるように、従動側の高速ギヤ２７ａの端面に対向する第２の当接部４１を有し、当接部４１はスピンドル軸１１と干渉しない位置に設けられている。当接部４１にはこれに対して直角となって第２の駆動部４２が設けられており、駆動部４２は駆動部３９に平行に延びている。駆動部４２にはこれに対して直角となって摺動部４３が一体に設けられており、摺動部４３は第１のシフト部材３４の連結部３８に摺動自在に接触している。摺動部４３にはこれに対して直角となって第２のガイド部４４が一体に設けられている。ガイド部４４は、ガイド部３７と当接部３６との間に配置され、ガイド部３７と当接部３６とに平行となっている。ガイド部４４には、ガイドピン３１が貫通するガイド孔４４ａが設けられ、ガイド孔４４ａはガイドピン３１に対して摺動自在に嵌合しており、第２のシフト部材３５はガイドピン３１と第１のシフト部材３４に案内されて軸方向に移動自在となっている。第２のシフト部材３５は、第１のシフト部材３４と同様に板材をプレス加工することにより、図４に示される形状に成形される。

なお、第２のシフト部材３５の当接部４１に、ガイド孔３６ｂに対向する突出部分を設けて、その突出部分にガイド孔を設けるようにしても良く、第１と第２のシフト部材３４，３５の少なくともいずれか一方にガイド孔を設けるようにしても良い。

ガイドピン３１の外側には圧縮コイルばね４５が配置されている。圧縮コイルばね４５の一端は、ガイド部３７に当接し、他端はガイド部４４に当接し、圧縮コイルばね４５は第１のガイド部３７と第２のガイド部４４の間に装着されている。圧縮コイルばね４５は、当接部３６を低速ギヤ２７ｂに接近する方向（図４の左方向）にばね力を付勢し、当接部４１を高速ギヤ２７ａに接近する方向（図４の右方向）にばね力を付勢する。ばね部材としては、両方の当接部３６，４１を相互に接近させる方向にばね力を付勢するものであれば、圧縮コイルばね４５に限られない。例えば、ばね部材を引っ張りコイルばねとして、当接部３６とガイド部４４との間に引っ張りコイルばねを装着するようにても良い。

電動ドリル１０は作業対象物に対して振動を加えることができる振動ドリルであり、スピンドル軸１１は軸方向に往復動自在に支持されている。図２に示されるように、スピンドル軸１１にはばね部材４６により後退する方向のばね力が付勢されており、ハウジング１２にはカム軸４７が回転自在に装着されている。カム軸４７を回転させることにより、スピンドル軸１１の回転に伴ってスピンドル軸１１を軸方向に往復動させる状態と、スピンドル軸１１を振動させない状態とに切り換えられる。

図２に示されるように、ハウジング１２には操作部材５１として回転部材が回転自在に設けられている。図４に示されるように、操作部材５１には係合ピン５２が設けられており、係合ピン５２は第１のシフト部材３４の駆動部３９と、第２のシフト部材３５の駆動部４２の間に突出している。駆動部３９には係合ピン５２が当接する第１の駆動面５３が設けられ、駆動部４２には係合ピン５２が当接する第２の駆動面５４が設けられている。
両方の駆動面５３，５４は、相互に対向しており、両方の駆動面５３，５４によって係合ピン５２が入り込む隙間が形成される。この操作部材５１により、シフト機構３３が駆動されて、駆動側の高速ギヤ２５ａと従動側の高速ギヤ２７ａとが噛み合う高速段と、駆動側の低速ギヤ２５ｂと、従動側の低速ギヤ２７ｂとが噛み合う低速段とに、スピンドル軸１１の回転速度が切り換えられる。

係合ピン５２に駆動面５３，５４が当接することにより、両方の当接部３６，４１の最接近位置が設定される。この最接近位置においては、当接部３６は低速ギヤ２７ｂの端面に僅かな隙間を介して対向し、当接部４１は高速ギヤ２７ａの端面に僅かな隙間を介して対向する。したがって、変速装置３２が低速段または高速段に切り換えられた状態のもとでは、当接部３６が低速ギヤ２７ｂの端面に押圧されることはなく、当接部４１が高速ギヤ２７ａの端面に押圧されることはない。これにより、低速段または高速段に切り換えられた定常状態のもとでは、シフト部材３４，３５からの熱の発生は抑制される。シフト部材からの発熱が防止されると、電動ドリル１０の耐久性を向上させることができる。

操作部材５１は、図４において矢印で示すように、高速段位置と低速段位置の間を約１８０度回転し、それ以上の回転は図示しないストッパーにより規制される。図２は操作部材５１が高速段位置となった状態を示し、操作部材５１の高速段位置に対応してハウジング１２には円錐形の係合溝５５が設けられている。操作部材５１の低速段位置に対応させて図示しない係合溝がハウジング１２に設けられている。図２に示されるように、操作部材５１にはそれぞれの係合溝に係合する球体５６が設けられ、球体５６にハウジング１２に向けて押圧力を付勢するためのばね部材５７が操作部材５１に設けられている。

図２に示されるように、操作部材５１が高速段位置に操作されたときには、係合溝５５に球体５６がばね部材５７に押圧され、操作部材５１には回転操作力に抵抗感が加えられる。操作部材５１を１８０度回転させると、球体５６は図示しない低速段位置の係合溝に係合する。このように、係合溝と球体５６との係合により、操作部材５１が高速段位置や低速段位置に操作されると、操作部材５１には操作力に対して抵抗感が加えられ、操作部材５１は操作された位置に保持される。操作部材５１としては、図示するような回転部材つまりダイヤル式に限られず、一端部がハウジング１２に回転自在に支持され、他端部に球体５６とばね部材５７とが設けられた棒状のレバー式としても良い。

次に、図５〜図８を参照しつつ、変速段の切換動作において説明する。図５は低速段に切り換えられたときにおけるギヤの噛み合いを示す展開図であり、図８は高速段に切り換えられたときにおけるギヤの噛み合い状態を示す展開図であり、図６および図７は低速段から高速段に切り換えられるときの途中の状態を示す。図９は、図５におけるＡ−Ａ線断面図であり、図９においてはハウジング１２に組み込まれた状態におけるスピンドル軸１１等の位置関係が示されている。

低速段となっているときには、図５に示されるように、駆動側の低速ギヤ２５ｂに従動側の低速ギヤ２７ｂが噛み合っており、両方の高速ギヤ２５ａ，２７ａは噛み合っていない。この状態のもとで、操作部材５１を約９０度回転させると、係合ピン５２が第２のシフト部材３５の駆動面５４を押圧して、図６に示されるように、第１のシフト部材３４と第２のシフト部材３５がガイドピン３１に沿って軸方向に移動される。これにより、従動側の低速ギヤ２７ｂは駆動側の低速ギヤ２５ｂから離れて、これらの噛み合いが解除される。このようにして、従動側の高速ギヤ２７ａと低速ギヤ２７ｂは、中立領域にシフトされ、電動モータ１４の出力トルクはスピンドル軸１１には伝達されなくなる。

中立領域となった状態のもとで、引き続いて操作部材５１が回転されると、従動側の高速ギヤ２７ａは駆動側の高速ギヤ２５ａに向けて軸方向に移動される。図７は、例えば、従動側の高速ギヤ２７ａの歯の端面が、駆動側の高速ギヤ２５ａの歯の端面に当接して、両方のギヤが噛み合っていない状態を示す。このように、両方の高速ギヤが噛み合わない状態のときには、操作部材５１の回転に伴って係合ピン５２により第２のシフト部材３５が第１のシフト部材３４に対して摺動し、当接部４１が当接部３６から離れる。したがって、図７に示されるように、第２のシフト部材３５のガイド部４４が第１のシフト部材３４のガイド部３７に向けて接近移動し、両方のガイド部の間で圧縮コイルばね４５が収縮される。これにより、第１のシフト部材３４の当接部３６が低速ギヤ２７ｂを押圧して低速ギヤ２７ｂに向けてばね力を付勢し、低速ギヤ２７ｂと高速ギヤ２７ａとからなるギヤ組立体には、高速ギヤ２７ａが高速ギヤ２５ａに噛み合う方向のばね力が加えられる。

このように、ばね力が高速ギヤ２７ａに加えられると、従動側の両方のギヤが軸方向に駆動され、図８に示されるように、高速ギヤ２５ａに高速ギヤ２７ａが噛み合って、変速装置３２は高速段に切り換えられる。このときには、低速ギヤ２５ｂ，２７ｂは噛み合っていない。なお、従動側の高速ギヤ２７ａと低速ギヤ２７ｂとが中立領域となった状態のもとで、操作部材５１の回転により従動側の高速ギヤ２７ａが駆動側の高速ギヤ２５ａにそのまま噛み合わされると、図７に示す状態を経過することなく、図８に示されるように高速段に切り換えられる。

一方、高速段に切り換えられた状態から低速段に切り換えられるときには、操作部材５１を逆方向に回転させることにより、同様にして切換動作が行われる。このように、変速段を切り換えるときには、電動モータ１４の回転を停止させることなく、短時間でスムーズに変速段を切り換えることができる。変速装置３２として使用されるシフト機構３３としては、第１のシフト部材３４の当接部３６を、高速ギヤ２７ａの端面に当接させるようにし、第２のシフト部材３５の当接部４１を低速ギヤ２７ｂの端面に当接させるようにしても良い。

このように、高速ギヤ２５ａ，２７ａが噛み合っているときには、低速ギヤ２５ｂ，２７ｂは噛み合っておらず、従来のような常時噛み合い式の変速装置と相違して、変速装置３２からの発熱を抑制することができる。しかも、両方の当接部３６，４１の最接近位置は、係合ピン５２により設定され、変速操作が行われない定常状態のもとでは、当接部３６，４１はギヤ組立体には押し付けられることがなく、第１のシフト部材３４と第２のシフト部材３５は発熱することが抑制される。これにより、変速装置３２からの熱の発生が抑制され、低価格の変速装置３２とすることができる。さらに、操作部材５１を操作した際に駆動側ギヤの歯の端面と従動側ギヤの歯の端面とが当接して噛み合わない位置にある場合であっても、圧縮コイルばね４５によって常に互いのギヤが近づく方向に付勢されているため自動的に噛み合うことができる。

電動モータ１４としては、整流子型の交流直巻モータやブラシレスＤＣモータ等を使用することができる。図１に示された電動モータ１４は交流直巻モータを示す。

図１０は、電動モータ１４としてブラシレスＤＣモータ１４ａを使用した場合におけるモータの回転速度制御回路を示すブロック図である。

このモータ１４ａは、永久磁石型の４極の３相ブラシレスモータであり、ロータ１７ａには４つの永久磁石が設けられている。一方、ステータ６１にはＵ相、Ｖ相およびＷ相の各巻線が巻き付けられている。各巻線に対する駆動電流を制御するためのインバータ回路６２には、商用電源６３の交流を直流に整流する整流回路６４が接続されている。インバータ回路６２は、３相フルブリッジインバータ回路であり、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、整流回路６４の正極と負極の出力端子に接続される。正極側に接続される３つのスイッチング素子Ｔr1、Ｔr3、Ｔr5は、ハイサイド側となっており、負極側に接続される３つのスイッチング素子Ｔr2、Ｔr4、Ｔr6は、ロウサイド側となっている。２つのスイッチング素子Ｔr1、Ｔr2の間には、Ｕ相の巻線の一方の接続端子が接続される。２つのスイッチング素子Ｔr3、Ｔr4の間には、Ｖ相の巻線の一方の接続端子が接続される。２つのスイッチング素子Ｔr5、Ｔr6の間には、Ｗ相の巻線の一方の接続端子が接続される。Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれの巻線の他方の接続端子は、相互に接続されており、各巻線はスター結線となっている。

インバータ回路６２に制御信号を演算して出力するモータ制御ユニット６５は、コントローラ６６を有しており、コントローラ６６からは制御信号出力回路６７を介してインバータ回路６２に制御信号が送られる。図１に示したトリガースイッチ６８を作業者が操作することにより、モータのオンオフとモータ回転数の信号がスイッチ検出回路６９を介してコントローラ６６に送られる。回転位置検出センサとしてのホール素子Ｓ１〜Ｓ３の検出信号は、回転子位置検出回路７１に送られる。回転子位置検出回路７１からはモータ回転数検出回路７２に信号が送られ、モータ回転数検出回路７２からはコントローラ６６にモータ回転数に応じた信号が出力される。モータ１４ａに流れる電流を検出するためのモータ電流検出回路７３からは、コントローラ６６にモータ電流に応じた検出信号が送られる。コントローラ６６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いる。

モータ回転数は各巻線に供給される実効電圧を調整することにより制御される。巻線に対する実効電圧制御は、例えば、スイッチング素子をＰＷＭ制御することによって、インバータ回路６２の各スイッチング素子Ｔr1〜Ｔr6のゲートに印加されるオン信号のデューティ比を調整することにより行われる。

操作部材５１が変速操作されて、変速段が低速段から高速段に切り換えられたとき、および高速段から低速段に切り換えられたときに、変速操作が行われたことを検出する操作部材検出センサ７４がハウジング１２に設けられている。この操作部材検出センサ７４の検出信号はコントローラ６６に送られ、操作部材５１により変速操作が行われたときには、回転制御部としてのコントローラ６６により、モータ１４ａの回転速度つまりモータ主軸１８の回転速度は、定常回転速度よりも低い変速回転速度に切り換えられる。

このように、操作部材５１が作業者により操作されて変速操作が行われ、例えば、図６に示される中立位置から図８に示される高速段に切り換えられるときに、高速ギヤ２７ａの歯の端面が、高速ギヤ２５ａの歯の端面に当接して、両方のギヤが噛み合わない状態が瞬間的に発生したとしても、モータ回転速度が定常回転速度から変速回転速度に切り換えられるので、短時間で確実に変速段の切換が行われる。

変速回転速度から定常回転速度に復帰させる方式としては、変速操作が行われてから、所定の変速切換時間が経過した後に定常回転速度に復帰させるタイマー方式と、従動側のギヤが駆動側のギヤと噛み合って変速段が切り換えられたことを検出する切換終了センサを設けるセンサ方式とがある。

図１１は、上述したタイマー方式により、変速切換時のモータ回転速度を制御するようにした場合におけるモータ回転速度の変化を示すタイムチャートである。トリガースイッチ６８が操作されると、モータ回転数は定常回転速度Ｖ1となって回転駆動される。このときに、例えば、図５に示すように、低速ギヤ２５ｂ，２７ｂが噛み合った低速段の状態のもとで、操作部材５１が作業者により操作され、低速段から、図８に示すように高速ギヤ２５ａ，２７ａが噛み合う高速段に切り換えるときには、操作部材検出センサ７４からの切換信号に基づいて、モータ回転速度は、定常回転速度Ｖ1から変速回転速度Ｖ0に切り換えられる。所定の変速切換時間Ｔが経過すると、モータ回転速度は定常回転速度Ｖ1よりも高い定常回転速度Ｖ２に切り換えられる。変速段が高速段の状態から低速段の状態に切り換えられるときにも、同様にして、モータ回転速度が減速制御される。変速切換時間Ｔは、約１秒程度に設定される。

図１２は、変速時のモータ回転速度の制御アルゴリズムを示すフローチャートである。モータ回転速度は、定常回転速度（Ｖ１，Ｖ２）と変速回転速度の二段階に切換可能となっており、モータ主軸１８が定常回転速度で回転された状態のもとで、変速段が高速段に切り換えられると、スピンドル軸１１は高速回転速度ＶHに設定され、変速段が低速段に切り換えられると、スピンドル軸１１は低速回転速度ＶLに設定される。高速回転速度ＶHは、例えば、3,000rpmであり、低速回転速度ＶLは、例えば、1,000rpmである。それぞれの回転速度は、スピンドル軸１１に負荷が加わっていない無負荷時の回転速度を示す。

トリガースイッチ６８が操作されると、コントローラ６６は制御信号出力回路６７に駆動信号を出力し、制御信号出力回路６７はスイッチング素子Ｔr1〜Ｔr6のゲートに印加されるオン信号のデューティ比を調整して電動モータ１４をソフトスタートにて起動する。ステップＳ１において操作部材５１により変速段が高速段に操作されているか、低速段に操作されているかが判定される。高速段に操作されていると判定されたときには、高速ギヤ２５ａ，２７ａのギヤ対を介して駆動軸２２の回転がスピンドル軸１１に伝達され、スピンドル軸１１は高速回転速度ＶHに設定される。一方、低速段に操作されていると判定されたときには、スピンドル軸１１は低速回転速度ＶLに設定される（ステップＳ２，Ｓ３）。

ステップＳ４において操作部材５１が変速操作されたことが検出されると、図１１に示されるように、コントローラ６６はスイッチング素子Ｔr1〜Ｔr6のゲートに印加されるオン信号のデューティ比を小さくし、モータ回転速度は定常回転速度Ｖ1から変速回転速度Ｖ0に切り換えられ、駆動軸２２とギヤ対を介して連結されているスピンドル軸１１は変速操作速度ＶSに減速される。このように、スピンドル軸１１の回転速度が減速されると、高速段から低速段または低速段から高速段へのシフト操作は、スピンドル軸１１を減速しない場合よりも、スムーズ行うことができる。モータ回転速度が変速回転速度Ｖ0に切り換えられてから、所定の変速切換時間Ｔが経過したことがステップＳ６において判定されると、モータ回転速度は定常回転速度Ｖ1（Ｖ２）に変更される（図１１では定常回転速度Ｖ１（低速回転速度ＶL）からＶ２（高速回転速度ＶH）に変更される）。これにより、変速段に応じて、スピンドル軸１１の回転速度は、高速回転速度ＶHまたは、低速回転速度ＶLのいずれかに設定される（ステップＳ７〜Ｓ９）。

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。たとえば、図１は電動工具の一例である電動ドリル１０を示すが、この変速装置３２は、電動ドリルのみならず、変速装置が設けられる電動工具に適用することができる。

１１ スピンドル軸
１２ ハウジング
１４ 電動モータ
１８ モータ主軸
２２ 駆動軸
２５ａ 駆動側の高速ギヤ
２５ｂ 駆動側の低速ギヤ
２６ スプライン部
２７ａ 従動側の高速ギヤ
２７ｂ 従動側の低速ギヤ
３１ ガイドピン
３２ 変速装置
３３ シフト機構
３４ 第１のシフト部材
３５ 第２のシフト部材
３６ 第１の当接部
３７ 第１のガイド部
３８ 連結部
３９ 第１の駆動部
４１ 第２の当接部
４２ 第２の駆動部
４３ 摺動部
４４ 第２のガイド部
４５ 圧縮コイルばね
５１ 操作部材
５２ 係合ピン
５３ 第１の駆動面
５４ 第２の駆動面

Claims (9)

1. 電動モータにより回転駆動される作業工具の回転速度を変速する電動工具であって、
   駆動側の高速ギヤおよび駆動側の低速ギヤが中立領域を隔てて設けられ、前記電動モータにより駆動される駆動軸と、
   前記駆動側の高速ギヤに噛み合う従動側の高速ギヤ、および前記駆動側の低速ギヤに噛み合う従動側の低速ギヤがそれぞれ軸方向に移動自在に隣り合って設けられ、前記作業工具が装着されるスピンドル軸と、
   従動側の前記高速ギヤと前記低速ギヤとの一方の端面に対向する第１の当接部を有し、前記スピンドル軸に略平行に配置されたガイドピンに軸方向に移動自在に装着される第１のシフト部材と、
   従動側の前記高速ギヤと前記低速ギヤとの他方の端面に対向する第２の当接部を有し、前記ガイドピンに軸方向に移動自在に装着される第２のシフト部材と、
   第１と第２の前記シフト部材の間に装着され、第１と第２の前記当接部を相互に接近させる方向にばね力を付勢するばね部材と、
   第１と第２の前記シフト部材を軸方向に移動させ、駆動側と従動側の前記高速ギヤを噛み合う位置と、駆動側と従動側の前記低速ギヤを噛み合わせる位置とに切り換える操作部材と、
   を有する、電動工具。
2. 前記第１のシフト部材は、前記第１の当接部に対向して前記ガイドピンが貫通する第１のガイド部を有し、前記第２のシフト部材は前記第１のガイド部に対向し、前記ガイドピンが貫通する第２のガイド部を有する、請求項１記載の電動工具。
3. 前記操作部材は係合ピンが設けられた回転部材であり、前記係合ピンに当接する第１の駆動面を前記第１のシフト部材に設け、前記係合ピンに当接し前記第１の駆動面に対向する第２の駆動面を前記第２のシフト部材に設けた、請求項１または２記載の電動工具。
4. 第１と第２の前記シフト部材の少なくとも一方に、スピンドル軸が貫通する貫通孔を設けた、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動工具。
5. 前記操作部材により変速操作が行われたことを検出する操作部材検出センサと、前記操作部材検出センサからの信号に基づいて、前記操作部材により変速操作が行われたときに前記電動モータの回転速度を定常回転速度よりも低い変速回転速度に変化させる回転制御部とを有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動工具。
6. 前記回転制御部は、前記操作部材により変速操作が行われてから、変速切換時間が経過した後に、前記電動モータの回転速度を変速回転速度から定常回転速度に戻し制御する、請求項５記載の電動工具。
7. 電動モータにより回転駆動される作業工具の回転速度を変速する電動工具であって
   前記電動モータにより駆動される駆動軸に設けられ、高速ギヤおよび低速ギヤを有する駆動側ギヤと、
   前記駆動側ギヤの高速ギヤおよび低速ギヤのそれぞれに噛み合い、軸方向に移動自在に設けられた従動側ギヤと、
   前記駆動側ギヤと前記従動側ギヤのそれぞれに噛み合い、軸方向に移動自在に設けられた従動側ギヤと、
   前記駆動側ギヤと前記従動側ギヤの噛み合い位置を切り換える操作部材と、
   前記操作部材の操作に連動して前記従動側ギヤに当接して前記従動側ギヤを移動させるシフト部材と、を有し、
   前記シフト部材は、前記駆動側ギヤと前記従動側ギヤの噛み合い位置を切り換えるときのみ前記従動側ギヤに当接する、電動工具。
8. 前記シフト部材は、
   従動側の前記高速ギヤと前記低速ギヤとの一方の端面に対向する第１の当接部を有し、前記操作部材の操作に連動して軸方向に移動自在に装着される第１のシフト部材と、
   従動側の前記高速ギヤと前記低速ギヤとの他方の端面に対向する第２の当接部を有し、前記操作部材の操作に連動して軸方向に移動自在に装着される第２のシフト部材と、
   を有し、
   前記操作部材は前記移動方向において前記第１のシフト部材と前記第２のシフト部材との間に設けられる係合ピンを有し、
   前記係合ピンの移動により前記駆動側ギヤと前記従動側ギヤとの噛み合い位置を切り換える、請求項７に記載の電動工具。
9. 前記第１のシフト部材と前記第２のシフト部材は、前記係合ピンの移動により前記軸方向において同じ方向に移動する、請求項８に記載の電動工具。

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