JP4108370B2 - 手持ち式電動工具 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータを内蔵した手持ち式電動工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
振動ドリル等の手持ち式電動工具では、モータによって回転駆動される出力軸端に工具を取付け、この工具を加工物に押し当てて作業を行う。したがって、電動工具使用時には電動工具本体に出力軸周りの力が作用する。このため、電動工具使用時に作業者が電動工具本体を確実に保持していないと、電動工具本体が振られるという事態が生じる。とくに、大型の電動工具で工具（例えば、刃具）を加工物に押し当てた状態からモータを起動する場合、電動工具本体に作用する反動も大きなものとなって電動工具本体が大きく振られることとなる。そこで、モータ起動時にはモータを徐々に加速すること（通常行われるソフトスタートより遅い加速）で電動工具本体に作用する反動を少なくし、電動工具本体が大きく振られることを防止する方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電動工具本体への反動を抑えるためにゆっくりとモータを加速すると、モータが使用回転速度に達するまでに時間がかかりすぎて作業効率が低下するので熟練者等にとっては使い勝手が悪いという問題があった。
【０００４】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、手持ち式電動工具の反動によって電動工具本体が大きく振られることを防止し、かつ、起動時間の短縮を図ることを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段と作用と効果】
上記課題を解決するために請求項１に記載の手持ち式電動工具は、ハウジングに収容したモータで出力軸端の工具を回転駆動する手持ち式電動工具であって、スイッチと第１センサとモータ駆動回路を有する。
スイッチはモータを起動するために人によって操作され、第１センサはハウジングの出力軸周りの運動を検出し、モータ駆動回路はモータへの単位時間当りの電力供給量を制御する。そして、モータ駆動回路は、スイッチがオンされると予め設定された所定の電力供給量でモータへの電力供給を開始し、モータが通常運転となるまでは、第１センサで検出される運動が所定値より大きいとモータへの電力供給量を維持又は減少させ、第１センサで検出される運動が所定値より小さいとモータへの電力供給量を増加させる。
【０００６】
上記手持ち式電動工具では、スイッチが操作されるとモータへの電力供給が開始される。電力供給開始時にモータへ供給される単位時間当たりの電力は、予め設定された所定の電力供給量となるようにモータ駆動回路によって制御される。したがって、電力供給開始時の電力供給量を適切な値に設定しておくことで、電動工具本体への反動を小さくでき、電力供給開始時に電動工具本体が大きく振られることを防止することができる。
電力供給開始後モータが通常運転となるまでは、第１センサで検出されるハウジングの出力軸周りの運動に応じて、モータ駆動回路はモータへの電力供給量を制御する。すなわち、検出された運動が小さいときはハウジングがしっかり保持されていると判断できるため、モータへの電力供給量を増加する。一方、検出された運動が大きいときはハウジングがしっかり保持されていないと判断できるため、モータへの電力供給量を減少又は維持する。したがって、電力供給量の増加率を大きめに設定しておいても、ハウジングの保持状態に応じてモータへの電力供給量が制限される。このため、ハウジングが大きく振れることを防止しながら、通常運転までに要する時間を短くすることが可能となる。
【０００７】
ここでいう出力軸はモータ軸でもスピンドル（主軸）でもよい。また、第１センサで検出されるハウジングの運動は、ハウジングの変位（角変位），ハウジングの速度（角速度），ハウジングの加速度（角加速度）等のいずれかとすることができる。
【０００８】
また、上記電動工具では、モータの回転数を検出する第２センサをさらに有し、通常運転では第２センサで検出されるモータ回転数が所定の回転数で一定となるよう前記モータ駆動回路はモータへの電力供給量を制御することが好ましい。この場合は、モータが所定の回転数となるまで、第１センサにより検出されるハウジングの運動量に応じてモータへの電力供給量が制御される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る技術は、以下に記載の形態で好適に実施することができる。
（形態１） モータ駆動回路は、モータへの電力供給量を増減するために断続的にオン−オフされる第２スイッチ（例えば、ＦＥＴ）を有する。第２スイッチのオン−オフ制御は、別途設けられたマイクロコンピュータ（プロセッサ）等により行われる。
（形態２） 第１センサは、加速度センサであって、ハウジングに取付けられる。加速度センサとしては、例えば、ピエゾ抵抗効果を利用するピエゾ抵抗型加速度センサ、静電容量変化を利用する静電容量型加速度センサ、圧電型加速度センサ等を用いることができる。なお、第１センサの取付位置は、出力軸の回転中心からなるべく離すことが好ましい。
（形態３） 第１センサとモータ駆動回路を制御するマイクロコンピュータが同一基板に実装される。
【００１１】
【実施例】
本発明の一実施例を図１〜図５に基づいて説明する。図１は本発明の一実施例に係る振動ドリル１の一部断面側面図、図２は同ドリルの平面図、図３は同ドリルを背後（ハンドル側）から見た図である。図１〜図３中の２はハウジングを示し、ここに駆動源である電動モータ３が収容固定されている。その電動モータ３のシャフト３ａ（ベアリング４ａ，４ｂに軸支されている）にはピニオンギヤ３ｂが形成され、このピニオンギヤ３ｂにギヤ列５が噛合っている。ギヤ列５は減速機構を構成するとともに図示省略の振動機構に接続しており、最終的にスピンドル６が駆動されるようになっている。シャフト３ａと平行する位置においてベアリング７ａ，７ｂに軸支されたスピンドル６（主軸ともいう）は、軸端にチャック６ａを備えている。チャック６ａには、ドリル（工具）が取付けられる。スピンドル６が回転するとドリルも回転し、加工物に対して加工が施される。
【００１２】
上記ハウジング２にはハンドル部２ａが一体に形成されている。このハンドル部２ａに電動モータ３への給電をオンオフするためのメインスイッチ８が設けられていて、ハンドル部２ａの下端から電源ケーブルが下方に延びている。そして、ハウジング２の上部位置に、電動モータ３を制御するコントローラ１０が取付けられている。コントローラ１０の制御基板１０ａにはマイクロコンピュータや駆動回路等の電子部品が実装され、さらに、加速度センサ１１が組込まれている。加速度センサ１１は、図２および図３に矢印で示したように、スピンドル６に直交する面内で左右方向の加速度を好適に検出することができるものである。なお、加速度センサ１１には、ピエゾ抵抗型、圧電素子型等のセンサを増幅器と組み合わせて構成した公知のものを使用することができる。また、電動モータ３の反出力側には、ロータリエンコーダなどの公知の回転センサ１２が設置してあり、この回転センサ１２を介して電動モータ３の回転速度の検出ができるようになっている。
【００１３】
次に、図４を参照して振動ドリル１の回路構成を説明する。振動ドリル１の出力段（減速機構と振動機構とスピンドル）１３に連結する電動モータ３は駆動回路１４に接続されている。この駆動回路１４はコントローラ１０に接続されており、電動モータ３の電力供給制御を位相制御方式で行う。電力供給制御の方式としては、位相制御方式の他にもＰＷＭ（パルス幅変調）方式とすることもできる。コントローラ１０には、さらに、回転センサ１２と加速度センサ１１が接続されていて、電動モータ３の回転速度およびハウジング２の一点の加速度を検出することができるようになっている。コントローラ１０および駆動回路１４には外部電源から電源回路１５を介して電力が供給される。
【００１４】
コントローラ１０の制御基板１０ａに取付けられているマイクロコンピュータはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭとＩ／Ｏが１チップ化されたマイクロコンピュータであり、このマイクロコンピュータのＲＯＭには、回転速度検出手段である回転センサ１２の信号に基づいて電動モータ３の回転速度を算出し、加速度検出手段である加速度センサ１１の信号に基づいてハウジング２の一点の加速度（この場合接線加速度）を算出し、さらに、算出した回転速度、加速度および設定された動作条件に応じて駆動回路１４を介して電動モータ３の動作を制御するための制御プログラムが記憶されている。
【００１５】
次に、振動ドリル１の起動時の動作について、詳しくはコントローラ１０による回転速度制御について図５に示すフローチャートに基づいて説明する。図５に示すように、まず、作業者がハウジング２のハンドル部２ａを保持したうえでメインスイッチ８をオンに操作する（ステップＳ１）。
メインスイッチ８がオンされると、コントローラ１０のプログラムが作動し、カウンタやメモリの初期設定がなされる（ステップＳ２）。このステップＳ２の初期設定により導通角が初期値に設定される。導通角とは、予め定められた一周期内に電動モータ３に対し電力供給する時間を規定するものである。導通角が大きくなると電力供給量は大きくなり、導通角が小さくなると電力供給量は小さくなる。
なお、ステップＳ２で導通角の初期設定が行われると、初期設定された導通角により電動モータ３への電力供給が開始される。これにより電動モータ３はゆっくりと回転を開始し、スピンドル３（ドリル）も回転を始める。
【００１６】
続いて、ハウジング２の加速度を検出し（ステップＳ３）、加速度値が設定値より小さいか否かを判定する（ステップＳ４）。そして、検出した加速度値が設定値より小さい場合には〔ステップＳ４でＹＥＳ〕、導通角を所定量（本実施例では１°）だけ大きくすることで電動モータ３の出力を増し（ステップＳ５）、次のステップＳ６に進む。他方、ステップＳ４での判定の結果、検出した加速度値が設定値以上である場合には〔ステップＳ４でＮＯ〕、ステップＳ５をスキップしてステップＳ６に進む。したがって、検出されたハウジング２の加速度が設定値より大きい場合には導通角が変化しないため、電動モータ３への電力供給量も変化しない。
【００１７】
次に、電動モータ３の回転速度を検出する（ステップＳ６）。そして、回転速度値が設定値に達したか否かを判定する（ステップＳ７）。検出した回転速度値が設定値を超えた場合には〔ステップＳ７でＹＥＳ〕、起動を完了して次の定回転制御（請求項でいう通常運転）へ移行する。なお、定回転制御は、従来公知の方法と同様に行われるため、ここではその詳細な説明を省略する。他方、ステップＳ７での判定の結果、検出した回転速度値が設定値以下の場合には〔ステップＳ７でＮＯ〕、ステップＳ３に戻る。
【００１８】
上記の動作は、電流波形の導通角を一定の割合（通常のソフトスタートにおける導通角の増加率と同一）で増し、電動モータ３の出力、すなわちトルクを漸増させて電動モータ３を加速する、いわゆるソフトスタート制御手段の中に、ハウジング加速度に応じた回転速度制御を組み入れたものとなっている。したがって、導通角の増加率を不必要に小さくすること無く、振動ドリル１の保持状態に応じて電動モータ３の角加速度を制御することによって、ハウジングが大きく振れてしまうことを防止しつつ、起動時間が徒に長くならない最適な起動が実現される。
【００１９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。また、特許請求の範囲に記載の技術は、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。
たとえば、本発明は、振動ドリル以外の各種の電動工具（例えば、グラインダー，丸鋸など）に適用できる。また、起動時のみならず、電動工具の使用中においてもハウジングの加速度を検出し、そのハウジング加速度に応じた回転速度制御をすることも可能である。
また、上記実施例では、加速度センサで検出された加速度が設定値より大きいときに電力供給量を維持するようにしたが、このような例に限られず、検出された加速度が設定値より大きいときは電力供給量を減少させるようにしても良い。この場合のフローチャートを図６に示す。図５と図６の比較から明らかなように、この場合も上記実施例と略同様に処理が進み、ステップＳ１９からＳ２１までの工程が付加されている点のみが異なる。すなわち、加速度センサで検出された加速度が設定値１以上で〔ステップＳ１４でＮＯ〕、かつ、設定値２（≧設定値１）を超える場合には〔ステップＳ１９でＹＥＳ〕、導通角が０以外であれば導通角が所定量だけ小さくされる（ステップＳ２１）。このため、ハウジングの加速度が大きすぎる場合は、モータへの電力供給量が減少することとなる。なお、設定値１と設定値２は、同一の値としても良いし、異なる値としても良く、電動工具の使用用途に応じて適宜決めることができる。
【００２０】
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例に係る振動ドリルの一部断面側面図。
【図２】同、振動ドリルの平面図。
【図３】同、振動ドリルを背後（ハンドル側）から見た図。
【図４】同、振動ドリルの回路構成を説明するブロック図。
【図５】同、振動ドリルの起動時の動作を説明するフローチャート図。
【図６】他の実施例における振動ドリルの起動時の動作を説明するフローチャート図。
【符号の説明】
１：振動ドリル（電動工具）
２：ハウジング
３：電動モータ
１０：コントローラ
１１：加速度センサ
１２：回転センサ

Claims (2)

1. ハウジングに収容したモータで出力軸端の工具を回転駆動する手持ち式電動工具であって、
   モータを起動するために人によって操作されるスイッチと、
   ハウジングの出力軸周りの運動を検出する第１センサと、
   モータへの単位時間当りの電力供給量を制御するモータ駆動回路とを備え、
   そのモータ駆動回路は、スイッチがオンされると予め設定された所定の電力供給量でモータへの電力供給を開始し、
   モータが通常運転となるまでは、第１センサで検出される運動が所定値より大きいとモータへの電力供給量を維持又は減少させ、第１センサで検出される運動が所定値より小さいとモータへの電力供給量を増加させることを特徴とする手持ち式電動工具。
2. モータの回転数を検出する第２センサをさらに有し、通常運転では第２センサで検出されるモータ回転数が所定の回転数で一定となるよう前記モータ駆動回路はモータへの電力供給量を制御することを特徴とする請求項１に記載の手持ち式電動工具。

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