JP6845656B2 - 電動工具 - Google Patents

Description

本開示は、モータの回転により先端工具を回転させる電動工具に関する。

この種の電動工具においては、出力軸の回転動作によって先端工具が被加工材に食い付き、先端工具をコントロールできないロック状態になることがある。このため、このロック状態を加速度センサ等で検出して、モータの駆動を停止することが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特表２００４−５１８５５１号公報 特開２０１３−２４４５８１号公報

ところで、上記提案の装置では、センサユニットがモータ制御ユニットに直接接続されている。このため、センサユニットをモータ制御ユニットから離して、最適位置に配置するのが難しいとか、電動工具内部(つまりハウジング内)のデッドスペースを有効に利用することができない、という問題があった。

特に、先端工具が被加工材に食い付いた場合、ハウジングが出力軸周りに回転して振り回されることがあり、この振り回され状態を検出するにはセンサユニットを出力軸から離すとよいが、上記提案の装置では、このようなことができない。

本開示の一局面は、振り回され状態を検出する検出部等をハウジング内のデッドスペースを利用して最適位置に配置できるようにすることが望ましい。

本開示の一局面の電動工具は、モータと、軸方向一端側に先端工具を装着可能な出力軸と、モータの回転を出力軸に伝達することで、出力軸を軸周りに回転させる回転伝達機構と、外部からの指令に従いモータを駆動制御するモータ制御部とを備える。そして、モータ、出力軸、回転伝達機構及びモータ制御部は、ハウジング内に収納される。

また、電動工具には、ハウジングの出力軸周りの回転運動からハウジングの振り回され状態を検出し、検出結果をモータ制御部に出力する振り回され検出部が備えられている。そして、振り回され検出部は、モータ制御部とは別体で構成され、ハウジングの出力軸から離れ、出力軸周りの回転運動を検出可能な位置に配置されている。

従って、本開示の電動工具によれば、ハウジング内のデッドスペースを利用して、振り回され検出部を、出力軸周りの回転運動を検出するのに適した位置に配置できるようになる。

このため、振り回され検出部をモータ制御部に直接接続した状態で、出力軸周りの回転運動を検出するのに適した位置に配置するようにしたときのように、電動工具（ハウジング）が大型化するのを抑制することができる。また、モータ制御部も単体で構成できるので、小型化して、仕様の異なる電動工具と共通化することもできるようになる。

ここで、電動工具によっては、先端工具が装着される出力軸の前方側とは反対側であるハウジングの後方側に、使用者が把持するための把持部が設けられ、モータを挟んで出力軸とは反対側であるハウジングの下方側に、モータ駆動用の電力を供給するバッテリを装着するためのバッテリ装着部が設けられることがある。

この場合、モータ制御部は、ハウジング内のバッテリ装着部と把持部との間に配置されていてもよい。つまり、把持部やバッテリ装着部には、モータの駆動によって生じる振動が伝わり難いことから、これらの間にモータ制御部を配置することで、モータ制御部が振動によって劣化するのを抑制できる。

また、電動工具が、モータの回転により、出力軸に装着された先端工具を軸方向に往復動させて被加工材を打撃させる打撃要素を備えている場合、打撃要素の打撃によって被加工材から先端工具に負荷が加わっているか否かを判定する負荷状態検出部が設けられることがある。

負荷状態検出部は、ハウジングの振動状態から先端工具に負荷が加わっているか否かを判定して、判定結果をモータ制御部に出力するためのものである。これにより、モータ制御部側では、無負荷時にはモータの回転速度を抑制し、負荷時にはモータの回転速度を上昇させる、無負荷時低速制御（以下、本明細書ではソフトノーロード制御という）を実行できることになる。

この負荷状態検出部は、ハウジングの振動状態を検出するものであることから、ハウジングの振り回され状態を検出する振り回され検出部と一体化することもできるし、振り回され検出部と別体に構成して、異なる位置に配置することもできる。

そして、ハウジングが、打撃要素が収容されてモータの駆動時に振動する振動領域と、振動領域に対し防振された防振領域とを備えている場合、負荷状態検出部は、ハウジングの振動領域に設けられていてもよい。このようにすれば、負荷状態検出部にて、ハウジングの振動状態を検出し易くなり、負荷状態の検出精度を高めることができる。

また、この場合、負荷状態検出部は、振動領域でハウジングに剛体結合されていてもよい。このようにすれば、ハウジングの振動が負荷状態検出部に伝わり易くなるので、負荷状態の検出精度をより一層高めることができる。なお、負荷状態検出部をハウジングに剛体結合するには、例えば、ねじ等の結合用部品を利用できる。

また、負荷状態検出部の筐体は、ハウジングへの組み付け方向を規定可能な形状になっていてもよい。このようにすれば、負荷状態検出部のハウジングへの組み付け方向を間違え難くし、負荷状態検出部の誤組み付けにより負荷状態の検出精度が低下するのを抑制できる。

また、負荷状態検出部は、ハウジングの振動領域内で、モータを挟んで出力軸とは反対側（換言すればモータの下方）、又は、モータを挟んで出力軸に先端工具が装着される前方側とは反対側（換言すればモータの後方）に設けられていてもよい。

このようにすれば、負荷状態検出部でハウジングの振動を良好に検出できるだけでなく、振り回され検出部が負荷状態検出部と一体化されている場合に、振り回され検出部を出力軸から離して、ハウジングの出力軸周りの回転運動を検出し易くすることができる。

また、振り回され検出部が負荷状態検出部と別体に構成されている場合、振り回され検出部は、ハウジングの防振領域に設けられていてもよい。

実施形態のハンマドリルの構成を表す断面図である。 ハンマドリルの外観を表す斜視図である。 振り回され検出部のモータハウジングへの組み付け手順を説明する説明図である。 ハンマドリルの駆動系の電気的構成を表すブロック図である。 振り回され検出部の加速度検出回路にて実行される加速度負荷検出処理を表すフローチャートである。 振り回され検出部の加速度検出回路にて実行される振り回され検出処理を表すフローチャートである。 変形例のハンマドリルでの振り回され検出部の配置位置を表す断面図である。 変形例のハンマドリルでの振り回され検出部の組み付け手順を説明する説明図である。 変形例のハンマドリルへの振り回され検出部の組み付け状態を表す斜視図である。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
本実施形態のハンマドリル２は、ハンマビット等の先端工具４を、長軸方向に打撃動作させたり、長軸周りに回転動作させたりすることで、被加工材（例えば、コンクリート）に対しハツリ作業や穴あけ作業を行うためのものである。

図１に示すように、ハンマドリル２は、ハンマドリル２の外郭を形成する本体ハウジング１０を主体として構成されており、本体ハウジング１０の先端領域には、先端工具４が、出力軸としての筒状のツールホルダ６を介して取り外し可能に取り付けられる。

先端工具４は、ツールホルダ６のビット挿入孔６ａ内に挿入され、ツールホルダ６に対して、長軸方向への相対的な往復動が可能で、且つ、長軸方向周りの周方向への相対的な回動が規制された状態で保持される。

本体ハウジング１０は、モータ８を収容するモータハウジング１２と、運動変換機構２０、打撃要素３０、回転伝達機構４０、及び、モード切替機構５０を収容するギヤハウジング１４と、を主体として構成されている。

本体ハウジング１０において、先端工具４が取り付けられるツールホルダ６とは反対側には、ハンドグリップ１６が連接されている。ハンドグリップ１６には、作業者が把持する把持部１６Ａが形成されている。この把持部１６Ａは、先端工具４の長軸（換言すればツールホルダ６の中心軸）に交差する方向（図１の上下方向）に長くなっており、その把持部１６Ａの一部は、先端工具の長軸の延長線（長軸線）上に位置する。

ハンドグリップ１６において、把持部１６Ａの一端側（先端工具４の長軸線に近接した側）は、ギヤハウジング１４に連接されており、把持部１６Ａの他端部（先端工具４の長軸線から離間した側）は、モータハウジング１２に連接されている。

ハンドグリップ１６は、モータハウジング１２に対し支持軸１３を介してその軸周りに揺動可能に固定され、ハンドグリップ１６とギヤハウジング１４とは、防振用のスプリング１５を介して接続されている。

このため、先端工具４の打撃動作によってギヤハウジング１４（換言すれば本体ハウジング１０）に発生した振動は、スプリング１５により抑制され、ハンドグリップ１６は、本体ハウジング１０に対し防振されることになる。

なお、以下の説明では、説明の便宜上、先端工具４の長軸方向に関して、先端工具４側を前側と規定し、ハンドグリップ１６側を後側と規定する。また、先端工具４の長軸方向に直交し、把持部１６Ａが延在する方向（図１の上下方向）に関して、ハンドグリップ１６とギヤハウジング１４との連接部側を上側と規定し、ハンドグリップ１６とモータハウジング１２との連接部側を下側と規定する。

また、以下の説明では、ツールホルダ６に装着された先端工具４の長軸（換言すれば出力軸としてのツールホルダ６の中心軸）をＺ軸、このＺ軸に直交する上下方向をＹ軸、これら各軸に直交する左右方向（換言すれば本体ハウジング１０の幅方向）をＸ軸と規定する（図２参照）。

本体ハウジング１０には、先端工具４の長軸方向に関して、前方側にギヤハウジング１４が配置され、ギヤハウジングの１４の下方側にモータハウジング１２が配置されている。そして、ギヤハウジング１４の後方にハンドグリップ１６が連結されている。

従って、本実施形態のハンマドリル２においては、ハンドグリップ１６よりも前方のギヤハウジング１４及びギヤハウジング１４よりも下方のモータハウジング１２からなる本体ハウジング１０全体が振動領域、ハンドグリップ１６が防振領域ということになる。

本実施形態では、モータハウジング１２に収容されるモータ８として、ブラシレスモータが利用される。モータ８は、回転軸８Ａが先端工具４の長軸方向に延在する軸線（つまりＺ軸）に交差するように配置されている。すなわち、モータ８の回転軸８Ａは、ハンマドリル２の上下方向に延在する。

図２に示すように、ギヤハウジング１４において、先端工具４が突出される先端領域の外周部分には、環状の固定部材３６を介して、保持グリップ３８が取り付けられている。保持グリップ３８は、ハンドグリップ１６と同様、使用者が把持するためのものであり、使用者は左右の手でハンドグリップ１６と保持グリップ３８を把持することで、ハンマドリル２をしっかり保持することができる。

またモータハウジング１２の前側には集塵装置等の外部ユニットを装着できるようになっている。このため、図１、図２に示すように、モータハウジング１２において、モータ８の下方の前側には、外部ユニットを固定するための凹部が設けられており、この凹部には、外部ユニットと電気的に接続するためのコネクタ６４が設けられている。

また、モータハウジング１２において、モータ８の下方には、穴あけ作業のために先端工具４を回転動作させた際に先端工具４が被加工材に食い付いて本体ハウジング１０が振り回されたことを検出する振り回され検出部９０が収納されている。

本実施形態の振り回され検出部９０は、本体ハウジング１０の振動状態から、先端工具４の打撃動作によって被加工材から先端工具４に負荷が加わったか否かを判定する負荷状態検出部としても機能する。

このため、振り回され検出部９０は、本体ハウジング１０の振動が伝わり易くなるよう、図３に示すように、モータハウジング１２に直接ねじ９Ｂで固定されている。
すなわち、図３に示すように、モータハウジング１２は、内部に収納されるモータ８の回転軸８Ａを中心として左右に分割されている。

そして、一方のハウジング部１２Ａには、他方のハウジング部１２Ｂと連結し、且つ、振り回され検出部９０の筐体を固定するための支柱９Ａが、左右の分割面よりも他方のハウジング部１２Ｂ側に突出するように設けられている。また他方のハウジング部１２Ｂは、ハウジング部１２Ｂの外からねじ９Ｂを通し、支柱９Ａのねじ孔に螺合できるようになっている。

振り回され検出部９０の筐体には、ハウジング部１２Ａ、１２Ｂ同士をねじ９Ｂで連結する際に、支柱９Ａの頭部とハウジング部１２Ｂの内壁との間に挟まれ、ねじ９Ｂを介して締め付け固定されるねじ止め用の固定部９０ａが設けられている。

この固定部９０ａにはねじ９Ｂを通すための貫通孔が設けられており、振り回され検出部９０は、固定部９０ａを介してモータハウジング１２内に直接ねじ固定される。このため、振り回され検出部９０は、本体ハウジング１０に剛体結合されて、本体ハウジング１０の振動が直接伝わることになる。

また、振り回され検出部９０の筐体は、矩形の箱形状であるが、支柱９Ａの頭部は、ハウジング部１２Ｂの内部まで突出されているため、固定部９０ａは、筐体の上方の面で、筐体の左右方向の中心からハウジング部１２Ｂ側に偏心した位置に設けられている。また、振り回され検出部９０の筐体において、固定部９０ａが配置される角部とは対角線上に位置する角部は切り欠かれている。

このため、固定部９０ａの位置と切り欠き部分とで、振り回され検出部９０のモータハウジング１２への組み付け方向が規定され、振り回され検出部９０は、モータハウジング１２に対し、間違った方向に組み付けられることはない。

従って、振り回され検出部９０の組み付け方向の間違いによって、本体ハウジング１０の振り回され状態や負荷状態の検出精度が低下するのを抑制できる。
なお、図３に示すように、振り回され検出部９０の筐体の左右には、筐体をねじ固定するための固定部９０ｂ、９０ｃが設けられているが、これは後述する変形例のハンマドリル等、仕様のことなるハンマドリルに固定できるようにするためである。

そして、固定部９０ｂ、９０ｃは、筐体の上下方向の中心位置から下方に偏心した位置に設けられている。これは、固定部９０ａと同様、振り回され検出部９０の組み付け方向を規定するためであり、この構成により、固定部９０ｂ、９０ｃを利用して筐体をハウジングに固定する際に作業者が組み付け方向を間違うのを防止できる。

次に、モータハウジング１２において、振り回され検出部９０の収納領域よりも後方には、ハンマドリル２の電源となる２つのバッテリパック６２Ａ、６２Ｂが設けられている。この２つのバッテリパック６２Ａ、６２Ｂは、モータハウジング１２の下方に設けられたバッテリ装着部６０に着脱自在に装着されている。

バッテリ装着部６０は、振り回され検出部９０の収納領域の下方端面（換言すれば底部）よりも上方に位置し、バッテリパック６２Ａ、６２Ｂを装着した際に、バッテリパック６２Ａ、６２Ｂの下方端面が、振り回され検出部９０の収納領域の下方端面と一致するようになっている。

また、モータハウジング１２において、バッテリ装着部６０の上方（換言すればハンドグリップ１６の下方）には、バッテリパック６２Ａ、６２Ｂから電力供給を受けて、モータ８を駆動制御するためのモータ制御部７０が設けられている。

モータ８の回転軸８Ａの回転は、運動変換機構２０によって直線運動に変換された上で打撃要素３０に伝達され、打撃要素３０によって先端工具４の長軸方向の衝撃力が発生される。また、モータ８の回転軸８Ａの回転は、回転伝達機構４０によって減速された上で先端工具４に伝達され、先端工具４が長軸周りに回転駆動される。なお、モータ８は、ハンドグリップ１６に配置されたトリガ１８の引き操作に基づいて駆動される。

図１に示すように、運動変換機構２０は、モータ８の回転軸８Ａの上方に配置されている。
運動変換機構２０は、回転軸８Ａによって回転駆動される中間軸２１と、中間軸２１に取り付けられた回転体２３と、中間軸２１（回転体２３）の回転に伴いハンマドリル２の前後方向に揺動される揺動部材２５と、揺動部材２５の揺動に伴ってハンマドリル２の前後方向に往復移動する筒状のピストン２７と、ピストン２７を収容するシリンダ２９を主体として構成されている。

中間軸２１は回転軸８Ａに交差するように配置される。ピストン２７は有底筒状部材であり、内部にストライカ３２を摺動可能に収容している。シリンダ２９は、ツールホルダ６の後方領域を形成しており、ツールホルダ６と一体に形成されている。

図１に示すように、打撃要素３０は、運動変換機構２０の前方であって、ツールホルダ６の後方に配置されている。打撃要素３０は、ピストン２７内に摺動可能に配置された打撃子としてのストライカ３２と、ストライカ３２の前方に配置され、ストライカ３２が衝突するインパクトボルト３４を主体として構成されている。

なお、ストライカ３２の後方のピストン２７内部の空間は、空気バネとして機能する空気室２７ａを形成している。したがって、ハンマドリル２の前後方向に関する揺動部材２５の揺動によって、ピストン２７が前後方向に往復移動され、これにより、ストライカ３２が駆動される。

すなわち、ピストン２７が前方に向かって移動することで、空気バネの作用によりストライカ３２が前方に移動されて、インパクトボルト３４に衝突する。これにより、インパクトボルト３４が前方に移動され、先端工具４に衝突する。その結果、先端工具４が被加工材を打撃する。

また、ピストン２７が後方に向かって移動することで、空気室２７ａ内の空気の圧力が大気圧より負圧となり、ストライカ３２が後方に移動される。また、先端工具４が被加工材を打撃した時の反力によっても、ストライカ３２およびインパクトボルト３４が後方に移動される。

これにより、ストライカ３２およびインパクトボルト３４が、ハンマドリル２の前後方向に往復移動する。なお、ストライカ３２およびインパクトボルト３４は、空気室２７ａの空気バネの作用によって駆動されるため、ピストン２７の前後方向の動きに対して遅れるように前後方向に動く。

図１に示すように、回転伝達機構４０は、運動変換機構２０の前方であって、打撃要素３０の下方に配置されている。回転伝達機構４０は、中間軸２１と共に回転する第１ギヤ４２と、第１ギヤ４２と係合する第２ギヤ４４等の複数のギヤからなるギヤ減速機構を主体として構成されている。なお、モータ８の出力軸８Ａの先端に設けられた第１ベベルギヤと、中間軸２１の後端に設けられ第１ベベルギヤと噛合する第２ベベルギヤによっても減速が成される。

第２ギヤ４４は、ツールホルダ６（シリンダ２９）と一体に取り付けられており、第１ギヤ４２の回転をツールホルダ６に伝達する。これにより、ツールホルダ６に保持された先端工具４が回転される。

次に、本実施形態のハンマドリル２は、駆動モードとして、ハンマモード、ハンマドリルモード、及び、ドリルモードを備えている。
ハンマモードにおいては、先端工具４が長軸方向の打撃動作を行い、被加工材に対し打撃作業が行われる。ハンマドリルモードにおいては、先端工具４が長軸方向の打撃動作と長軸周りの回転動作を行う。これにより、被加工材に対してハンマドリル作業が行われる。ドリルモードにおいては、先端工具４は打撃動作を行わず、長軸周りの回転動作だけを行う。これにより、被加工材に対してドリル作業が行われる。

この駆動モードは、モード切替機構５０によって切り替えられる。モード切替機構５０は、図１に示す回転伝達部材５２，５４と、ハンマドリル２の左側側面に設けられた切替ダイヤル（図示せず）を主体として構成されている。

回転伝達部材５２，５４は、略円筒状部材であり、中間軸２１に対して中間軸２１の軸方向に移動可能である。この回転伝達部材５２，５４は、中間軸２１とスプライン結合しており、中間軸２１と一体に回転する。

そして、回転伝達部材５２は、中間軸２１の後方に移動することで、回転体２３の前側に形成された係合溝と係合して、モータ８の回転を回転体２３に伝達する。この結果、ハンマドリル２の駆動モードは、ハンマモード又はハンマドリルモードとなる。

また、回転伝達部材５４は、中間軸２１の前方に移動することで、第１ギヤ４２と係合して、モータ８の回転を第１ギヤ４２に伝達する。この結果、ハンマドリル２の駆動モードは、ハンマドリルモード又はドリルモードとなる。

切替ダイヤルは、使用者により回動操作されることにより、回転伝達部材５２，５４を中間軸２１上で変位させる。そして、切替ダイヤルは、３つの回動位置に切り替えられることで、ハンマドリル２の駆動モードを、ハンマモード、ハンマドリルモード、及び、ドリルモードの何れかに設定する。

次に、モータ制御部７０及び振り回され検出部９０の構成について図４を用いて説明する。
まず、振り回され検出部９０は、３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向の加速度を検出する加速度センサ９２と、この加速度センサ９２からの検出信号を信号処理して本体ハウジング１０が振り回されたことを検出する加速度検出回路９４とを備える。なお、これら各部は、共通の回路基板に実装され、筐体内に収納（固定）されている。

加速度検出回路９４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むＭＣＵ（Micro Controller Unit）にて構成されている。そして、加速度検出回路９４は、後述する振り回され検出処理にて、本体ハウジング１０がハンマドリル２の出力軸であるＺ軸周りに所定角度以上回転したことを、加速度センサ９２からの検出信号（詳しくは加速度のＸ軸方向の出力）に基づき検出する。

また、加速度検出回路９４は、加速度センサ９２を利用して、先端工具４の打撃動作によって本体ハウジング１０に生じる３軸方向の振動を検出する、加速度負荷検出処理も実行する。そして、この加速度負荷検出処理では、本体ハウジング１０の振動（つまり加速度）が閾値を越えると、先端工具４に負荷が加わったことを検出する。なお、加速度負荷検出処理は、負荷状態検出部としての機能を実現するための処理である）。

一方、モータ制御部７０は、駆動回路７２と、制御回路８０とを備える。なお、これら各部は、後述する各種検出回路と共に共通の回路基板に実装され、ケース内に収納されている。

駆動回路７２は、バッテリパック６２（詳しくはバッテリパック６２Ａと６２Ｂの直列回路）から電力供給を受けて、モータ８（詳しくは３相ブラシレスモータ）の各相巻線に電流を流すためのものであり、ＦＥＴからなる６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を備える。

駆動回路７２において、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３は、モータ８の各端子Ｕ，Ｖ，Ｗと、バッテリパック６２の正極側に接続された電源ラインとの間に、所謂ハイサイドスイッチとして設けられている。

また、スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６は、モータ８の各端子Ｕ，Ｖ，Ｗと、バッテリパック６２の負極側に接続されたグランドラインとの間に、所謂ローサイドスイッチとして設けられている。

なお、バッテリパック６２から駆動回路７２に至る電力供給経路には、バッテリ電圧の電圧変動を抑制するためのコンデンサＣ１が設けられている。
制御回路８０は、加速度検出回路９４と同様、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むＭＣＵにて構成されており、駆動回路７２内のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオン／オフさせることで、モータ８の各相巻線に電流を流し、モータ８を回転させるものである。

つまり、制御回路８０は、トリガスイッチ１８ａ、変速指令部１８ｂ、上限速度設定部９６及び回転方向設定部１９からの指令に従い、モータ８の指令回転速度及び回転方向を設定して、モータ８を駆動制御する。

ここで、トリガスイッチ１８ａは、トリガ１８が引き操作されることによりオン状態となって、制御回路８０にモータ８の駆動指令を入力するためのものである。また、変速指令部１８ｂは、トリガ１８の引き操作量（換言すれば操作割合）に応じた信号を発生することで、その操作量に応じて指令回転速度を変化させるためのものである。

また、上限速度設定部９６は、使用者により操作位置が段階的に切り替えられるダイヤル等にて構成されており、その操作位置によって、モータ８の回転速度の上限を設定するためのものである。

そして本実施形態では、この上限速度設定部９６は、ソフトノーロード制御にて設定される無負荷回転速度よりも高い回転速度から低い回転速度までの範囲内で、モータ８の回転速度の上限を設定できるようにされている。

なお、ソフトノーロード制御は、加速度検出回路９４で実行される加速度負荷検出処理にて無負荷状態が検出され、且つ、モータ８に流れる電流からモータ８の無負荷運転が検出されているときに、モータ８の回転速度を所定の無負荷回転速度以下に制限するための制御であり、制御回路８０が実行する制御処理にて実現される。

また、回転方向設定部１９は、使用者が、外部操作によって、モータ８を穴あけ作業時の正方向に回転させるか、逆転させるかを設定するためのものであり、図２に示すように、本実施形態ではトリガ１８の上方に設けられている。

制御回路８０は、変速指令部１８ｂからの信号と上限速度設定部９６を介して設定された上限回転速度とに基づき、モータ８の指令回転速度を設定する。具体的には、制御回路８０は、上限速度設定部９６にて設定された上限回転速度をトリガ１８の最大操作時の回転速度として、トリガ１８の操作量（操作割合）に応じた指令回転速度を設定する。

そして、制御回路８０は、設定した指令回転速度及び回転方向に応じて、駆動回路７２を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の駆動デューティ比を設定し、その駆動デューティ比に応じた制御信号を駆動回路７２に出力することで、モータ８を回転駆動させる。

次に、モータハウジング１２の前方には、照明用のＬＥＤ（照明ＬＥＤ）８４が設けられており、制御回路８０は、トリガスイッチ１８ａがオン状態となると、照明ＬＥＤ８４を点灯させて、先端工具４による被加工材の加工位置を照らすようになっている。

また、モータ８には、モータ８の回転速度や回転位置を検出するための回転位置センサ８１が設けられており、モータ制御部７０には、この回転位置センサ８１からの検出信号に基づきロータ位置を検出するロータ位置検出回路８２が備えられている。

また、モータ制御部７０には、電圧検出回路７８、電流検出回路７４、温度検出回路７６、及び、ロータ位置検出回路８２が備えられおり、制御回路８０には、これら各検出回路からの検出信号や、振り回され検出部９０からの検出信号も入力される。

そして、制御回路８０は、これら各検出回路からの検出信号に基づき、モータ８駆動時の回転速度を制限したり、モータ８の駆動を停止したりする。
なお、電圧検出回路７８は、バッテリパック６２から供給されるバッテリ電圧を検出するためのものであり、電流検出回路７４は、モータ８への通電経路に設けられた抵抗Ｒ１を介してモータ８に流れた電流を検出するためのものである。

また、温度検出回路７６は、モータ制御部７０の温度を検出するためのものであり、ロータ位置検出回路８２は、回転位置センサ８１からの検出信号に基づき、モータ８の各巻線への通電タイミングを設定するのに必要なロータ位置を検出するためのものである。

一方、制御回路８０は、ＭＣＵにて構成されているため、一定の電源電圧Ｖｃｃを供給する必要がある。このため、モータ制御部７０には、バッテリパック６２から電力供給を受けて一定の電源電圧Ｖｃｃを生成し、制御回路８０に供給するレギュレータ（図示せず）も設けられている。

また、振り回され検出部９０の加速度検出回路９４には、このレギュレータにて生成された電源電圧Ｖｃｃが供給される。そして、加速度検出回路９４は、Ｘ軸方向の加速度から本体ハウジング１０が振り回されたことを検出すると、エラー有り信号を制御回路８０に出力する。

このエラー有り信号は、モータ駆動部７０の制御回路８０に対し、モータ８の駆動を停止させるための信号であり、制御回路８０は、エラー有り信号を取得すると、モータ８の駆動を停止する。なお、加速度検出回路９４は、本体ハウジング１０が振り回されていないときには、エラー無し信号を制御回路８０に出力する。

また、加速度検出回路９４は、本体ハウジング１０の振動（つまり加速度）から先端工具４に負荷が加わっていることを検出すると、制御回路８０に、先端工具４は負荷状態であることを表すロード信号を出力する。

また、加速度検出回路９４は、先端工具４に負荷が加わっていることを検出できなければ、制御回路８０に、先端工具４は無負荷状態であることを表すノーロード信号を出力する。

なお、ロード信号及びノーロード信号は、モータ駆動部７０の制御回路８０が上述したノーロード制御を実行するのに用いられる。
次に、振り回され検出部９０の加速度検出回路９４において実行される加速度負荷検出処理及び振り回され検出処理を、図５及び図６のフローチャートに沿って説明する。

図５に示すように、加速度負荷検出処理では、Ｓ６１０（Ｓはステップを表す）にて、先端工具４の負荷判定のために予め設定されたサンプリング時間が経過したか否かを判断することにより、前回Ｓ６２０以降の処理を実行してから所定のサンプリング時間が経過するのを待つ。

そして、Ｓ６１０にて、サンプリング時間が経過したと判断されると、Ｓ６２０に移行して、トリガスイッチ１８ａがオン状態であるか否か（つまり、使用者からモータ８の駆動指令が入力されているか否か）を判断する。

Ｓ６２０にて、トリガスイッチ１８ａがオン状態であると判断されると、Ｓ６３０に移行する。Ｓ６３０では、加速度センサ９２から３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向の加速度をＡ／Ｄ変換して取り込み、続くＳ６４０にて、その取り込んだ加速度データをフィルタリング処理することで、各軸方向の加速度データから、それぞれ、重力加速度成分を除去する。

なお、Ｓ６４０でのフィルタリング処理は、重力加速度成分を除去するための処理であるため、重力加速度に対応した低周波成分を除去するために、カットオフ周波数が１〜１０Ｈｚ程度のハイパスフィルタ（ＨＰＦ）としての処理が実行される。

次に、Ｓ６４０にて、３軸方向の加速度がそれぞれフィルタリング処理されると、Ｓ６５０に移行して、フィルタリング処理後の加速度をＤ／Ａ変換し、例えば、Ｄ／Ａ変換後の加速度信号を全波整流することで、加速度［Ｇ］の絶対値を取得する。

また、続くＳ６６０では、Ｓ６５０で取得した３軸方向の加速度［Ｇ］の絶対値を、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）を使って平滑化させることで、平滑加速度を取得し、Ｓ６７０に移行する。

Ｓ６７０では、各軸の平滑加速度と負荷・無負荷判定用に予め設定された設定された閾値とを比較し、３軸のうちの何れかの平滑加速度が閾値を越える状態が、連続的に一定時間以上経過したか否かを判断する。

Ｓ６７０にて、３軸のうちの何れかの平滑加速度が閾値を越える状態が、連続的に一定時間以上経過したと判断されると、先端工具４が負荷状態にあると判断して、Ｓ６８０に移行する。そして、Ｓ６８０では、先端工具４が負荷状態であることを表すロード信号を制御回路８０へ出力し、Ｓ６１０に移行する。

また、Ｓ６７０にて、３軸のうちの何れかの平滑加速度が閾値を越える状態が、連続的に一定時間以上経過していないと判断されるか、或いは、Ｓ６２０にて、トリガスイッチ１８ａはオフ状態であると判断されると、Ｓ６９０に移行する。

Ｓ６９０では、制御回路８０へノーロード信号を出力することで、先端工具４は無負荷状態であることを制御回路８０に通知し、Ｓ６１０に移行する。
この結果、制御回路８０側では、加速度検出回路９４から出力されるロード信号又はノーロード信号を取り込むことで、先端工具４の負荷状態（加速度負荷）が検出されているか否かを判断できることになる。

次に、図６に示すように、振り回され検出処理においては、Ｓ７１０にて、振り回され検出のために予め設定されたサンプリング時間が経過したか否かを判断することにより、前回Ｓ７２０以降の処理を実行してから所定のサンプリング時間が経過するのを待つ。

そして、Ｓ７１０にて、サンプリング時間が経過したと判断されると、Ｓ７２０に移行して、トリガスイッチ１８ａがオン状態であるか否かを判断し、トリガスイッチ１８ａがオン状態であれば、Ｓ７３０に移行する。

Ｓ７３０では、当該振り回され検出処理にてハンマドリル２が振り回されたことが検出されて、現在エラー状態になっているか否かを判断し、エラー状態になっていれば、Ｓ７１０に移行し、エラー状態になっていなければ、Ｓ７４０に移行する。

Ｓ７４０では、加速度センサ９２からＸ軸方向の加速度をＡ／Ｄ変換して取り込む。そして、続く７５０では、上述したＳ６４０と同様、ＨＰＦとしてのフィルタリング処理にて、その取り込んだＸ軸方向の加速度データから、重力加速度成分を除去する。

次に、Ｓ７６０では、フィルタリング処理後のＸ軸方向の加速度［Ｇ］から、Ｚ軸周りの角加速度［rad/s^２］を、演算式「角加速度＝加速度Ｇ×９．８／距離Ｌ」を用いて算出し、Ｓ７７０に移行する。なお、この演算式において、距離Ｌは、加速度センサ９２とＺ軸との間の距離である。

Ｓ７７０では、Ｓ７６０で求めた角加速度を１サンプリング時間分積分し、続くＳ７８０にて、角加速度の積分初期値を更新する。この積分初期値は、過去一定時間内の角加速度の積分値であり、Ｓ７８０では、Ｓ７６０にて今回新たに角加速度を算出したので、一定時間以上前にサンプリングした角加速度の１サンプリング時間分の積分値を積分初期値から除去する。

そして、続くＳ７９０では、Ｓ７８０にて更新した角加速度の積分初期値と、Ｓ７７０にて算出した最新の角加速度の積分値とを加算することで、Ｚ軸周りの角速度［rad/s］ を算出する。

また次に、Ｓ８００では、Ｓ７９０で算出した角速度を１サンプリング時間分積分し、続くＳ８１０にて、角速度の積分初期値を更新する。この積分初期値は、過去一定時間内の角速度の積分値であり、Ｓ８１０では、Ｓ７９０にて今回新たに角速度を算出したので、一定時間以上前に求めた角速度の１サンプリング時間分の積分値を積分初期値から除去する。

そして、続くＳ８２０では、Ｓ８１０にて更新した角速度の積分初期値と、Ｓ８００にて算出した最新の角速度の積分値とを加算することで、ハンマドリル２のＺ軸周りの回転角度［rad］ を算出する。

次に、Ｓ８３０では、Ｓ７９０にて求めた現在の角速度から、モータ８の駆動を停止してからモータ８が実際に停止するのに要する回転角度を算出し、Ｓ８４０に移行する。なお、この回転角度は、角速度に、予め設定された予測時間を乗じること（回転角度＝角速度×予測時間）で算出される。

Ｓ８４０では、Ｓ８２０で算出したＺ軸周りの回転角度に、Ｓ８３０で算出した回転角度を加算することで、モータ８の駆動停止後の回転角度を含めたＺ軸周りの回転角度を予測角度として算出する。

次に、Ｓ８５０では、Ｓ８４０で算出した予測角度が振り回され検出用角度として予め設定されている閾値を越え、しかも、その状態が連続して一定時間以上経過したか否かを判断する。

そして、Ｓ８５０にて肯定判断されると、Ｓ８６０に移行して、制御回路８０へエラー有り信号を出力することで、被加工材の穴開け作業時に先端工具４が被加工材に食い付き、ハンマドリル２の振り回されが始まったことを通知し、Ｓ７１０に移行する。

この結果、制御回路８０側では、モータ駆動条件が成立していないと判断されて、モータ８の駆動が停止され、ハンマドリル２が大きく振り回されるのを抑制できることになる。

一方、Ｓ８５０にて否定判断された場合には、Ｓ８７０に移行して、制御回路８０へエラー無し有り信号を出力することで、ハンマドリル２は振り回されていないことを通知し、Ｓ７１０に移行する。

また、Ｓ７２０にて、トリガスイッチ１８ａはオン状態ではないと判断された場合には、ハンマドリル２は動作を停止しているので、Ｓ８８０に移行して、角加速度及び角速度の積分値及び積分初期値をリセットし、Ｓ８７０に移行する。

以上説明したように、本実施形態のハンマドリル２においては、振り回され検出部９０の加速度検出回路９４が、図５に示す加速度負荷検出処理及び図６に示す振り回され検出処理を実行することで、振り回され検出部本来の機能に加え、本開示の負荷状態検出部としても機能する。

そして、振り回され検出部９０は、モータ制御部７０とは別体で構成され、本体ハウジング１０内で、出力軸であるツールホルダ６の中心軸（Ｚ軸）から最も離れた、モータハウジング１２の下方に、ねじ９Ｂで直接固定されている。

従って、本実施形態のハンマドリル２によれば、モータハウジング１２の下方のデッドスペースを利用して、振り回され検出部９０を、本体ハウジング１０の振り回され状態を検出するのに適した位置に配置できるようになる。

また、モータハウジング１２は、振動領域であり、振り回され検出部９０には、本体ハウジング１０の振動が直接伝わるので、加速度負荷検出処理において、先端工具４に負荷が加わったことを正確に検出できるようになる。

また、モータ制御部７０は、振り回され検出部９０とは別体で、バッテリ装着部６０とハンドグリップ１６との間に配置されることから、バッテリパック６２、モータ８及びトリガスッチ１８ａの各部材の電気配線が容易となる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
例えば、上記実施形態では、モータハウジング１２の一部がバッテリ装着部６０となっており、ハンドグリップ１６がその上方に設けられたハンマドリル２を例にとり説明した。

これに対し、図７に示すハンマドリル２Ａのように、バッテリ装着部６０がハンドグリップ１６の一部を構成していて、バッテリ装着部６０の上方の前方側にモータハウジング１２が設けられている場合には、振り回され検出部９０をモータ８の後方に配置してもよい。

つまり、図７に示すハンマドリル２Ａにおいては、ハンドグリップ１６の上方だけでなく、ハンドグリップ１６の下方のバッテリ装着部６０も、防振用のスプリング１５を介して本体ハウジング１０（詳しくはギヤハウジング１４とモータハウジング１２）に連接されている。

このため、バッテリ装着部６０は防振領域となり、バッテリ装着部６０の上には、モータハウジング１２内のモータ８が配置されることになる。従って、振り回され検出部９０は、振り回され状態を検出し易くするため、モータハウジング１２内で出力軸（Ｚ軸）から最も離れたモータ８の後方のスペースに配置する。

また、このハンマドリル２Ａにおいて、モータハウジング１２は、図８に示すように、モータ８を挿入できるように筒状に形成されている。このため、振り回され検出部９０は、左右の固定部９０ｂ、９０ｃを使って、モータハウジング１２の後方の壁面に突設された一対の支柱９Ａにねじ９Ｃで直接固定される。

そして、このようにしても、振り回され検出部９０は、本体ハウジング１０に剛体結合されて、振動領域で本体ハウジング１０の振動が直接伝わることになり、その振動から負荷状態を精度よく検出できることになる。

またこの場合、図９に示すように、モータハウジング１２の後方のカバーを外して、振り回され検出部９０をモータハウジング１２にねじ固定できるので、振り回され検出部９０の装着作業やメンテナンスを容易に行うことができるようになる。

また、図７に示すように、モータ制御部７０は、上記実施形態と同様、バッテリ装着部６の上方に配置されるが、バッテリ装着部６は防振領域となるので、モータ制御部７０に加わる振動をより小さくすることができる。

なお、振り回され検出部９０を、負荷状態検出部と別体で構成した場合には、図７に点線で示すように、振り回され検出部９０を、モータ制御部７０と同様に、バッテリ装着部６の上方に配置するようにしてもよい。

このようにすれば、振り回され検出部９０を防振領域に配置して、振り回され検出部９０を振動から保護することができる。また、出力軸から離間した位置であるため、出力軸周りの回転運動をより正確に検出可能となる。

振り回され検出部９０を、負荷状態検出部と別体で構成する場合、これら各部の構成は、図４に示したものと同様、加速度センサ９２と加速度検出回路９４とで構成し、振り回され検出部９０では振り回され検出処理を実行し、負荷状態検出部では加速度負荷検出処理を実行するようにすればよい。

なお、図７に示すハンマドリル２Ａの内部構成は、図１に示したハンマドリル２と若干異なるが、この構成については、特許文献２に記載のものと同様であるので、詳細な説明は省略する。

次に、上記実施形態では、加速度負荷検出処理において、加速度センサ９２にて検出された３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向の加速度全てを利用するものとして説明したが、少なくともＺ軸方向の加速度を利用すれば、打撃動作によって先端工具４に負荷が加わったことを検出できる。

また、上記実施形態では、回転動作と打撃動作を行うハンマドリル２を例にとり説明したが、本開示は、回転動作によって穴あけ作業やねじ締め作業を行う電動工具、換言すれば負荷状態検出部としての機能を備えない電動工具、であっても適用できる。

また、上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

２，２Ａ…ハンマドリル、４…先端工具、６…ツールホルダ、８…モータ、９Ａ…支柱、９Ｂ，９Ｃ…ねじ、１０…本体ハウジング、１２…モータハウジング、１４…ギヤハウジング、１６…ハンドグリップ、１８…トリガ、１８ａ…トリガスイッチ、１８ｂ…変速指令部、２０…運動変換機構、３０…打撃要素、３８…保持グリップ、４０…回転伝達機構、５０…モード切替機構、６０…バッテリ装着部、６２，６２Ａ，６２Ｂ…バッテリパック、６４…コネクタ、６６…集塵装置、７０…モータ制御部、７４…電流検出回路、８０…制御回路、９０…振り回され検出部、９０ａ〜９０ｃ…固定部、９２…加速度センサ、９４…加速度検出回路、９６…上限速度設定部。

Claims (1)

1. モータと、
   軸方向一端側に先端工具を装着可能な出力軸と、
   前記モータの回転を前記出力軸に伝達することで、前記出力軸を軸周りに回転させる回転伝達機構と、
   外部からの指令に従い前記モータを駆動制御するモータ制御部と、
   前記モータ、前記出力軸、前記回転伝達機構及び前記モータ制御部が収納されるハウジングと、
   前記ハウジングの前記出力軸周りの回転運動から前記ハウジングの振り回され状態を検出し、該検出結果を前記モータ制御部に出力する振り回され検出部と、
   前記モータの回転により、前記出力軸に装着された前記先端工具を軸方向に往復動させて被加工材を打撃させる打撃要素と、
   前記ハウジングの振動状態から、前記打撃要素の打撃によって前記被加工材から前記先端工具に負荷が加わっているか否かを判定し、該判定結果を前記モータ制御部に出力する負荷状態検出部と、
   を備え、
   前記ハウジングは、前記打撃要素が収容されて前記モータの駆動時に振動する振動領域と、前記振動領域に対し防振された防振領域とを備え、
   前記負荷状態検出部は、前記振り回され検出部とは別体に構成され、前記ハウジングの前記振動領域に設けられ、
   前記振り回され検出部は、前記モータ制御部及び前記負荷状態検出部とは別体で構成され、前記防振領域において、前記ハウジングの前記出力軸から離れ、前記出力軸周りの回転運動を検出可能な位置に配置されている、電動工具。

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