JP7113264B2

JP7113264B2 - 電動工具

Info

Publication number: JP7113264B2
Application number: JP2018162123A
Authority: JP
Inventors: 博宮崎
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2018-08-30
Publication date: 2022-08-05
Anticipated expiration: 2038-08-30
Also published as: US20200070325A1; EP3616850A1; US11904440B2; JP2020032504A

Description

本開示は、一般に電動工具に関し、より詳細には、工具を取り付け可能な本体を備える電動工具に関する。

特許文献１には、モータの回転及び停止の制御を行うモータ制御手段と、モータの出力軸の締付トルクを推定するトルク推定手段とを備え、モータの回転力を利用して、ネジやボルト等の締付作業を行う締付工具が記載されている。この締付工具では、トルク推定手段でトルク変動率を求め、そのトルク変動率が、任意に定められる判定開始基準値を超えた後、約０以下となったときに、ネジ等の締付が完了したと判断して、モータ制御手段に停止指令を出力する。

特開２００２－２８３２４８号公報

しかし、上記の締付工具では、ネジ等の締付が完了した場合にモータの回転を停止させることができるが、ネジ等の締付度合い（締付量）に応じて、モータの回転数を制御することは行われていない。したがって、上記の締付工具では、モータの回転数が大きく（速く）なり過ぎて、ネジ等の締付作業が行いにくい場合があった。

本開示は、上記事由に鑑みてなされており、ネジ等の締付作業が行いやすい電動工具を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る電動工具は、工具を取り付け可能な本体と、駆動部と、操作部と、負荷検知部と、制御部と、を備える。前記駆動部は、前記本体に取り付けられた前記工具を回転駆動する。前記操作部は、前記駆動部を回転駆動させる際に操作する。前記負荷検知部は、前記駆動部の動作時に生じる負荷を検知する。前記制御部は、前記負荷検知部で検知された負荷に応じて前記駆動部の回転数の上限値を設定し、前記上限値に基づいて前記駆動部の回転動作を制御する。

本開示によれば、駆動部の回転数の上限値が負荷に応じて設定されるため、駆動部の回転数が大きくなりすぎることが低減され、ネジ等の締付作業が行いやすい、という利点がある。

図１は、実施形態に係る電動工具の概略構成を示すブロック図である。図２は、同上の電動工具の概略構成を示す斜視図である。図３は、同上の電動工具の動作を示すフローチャートである。図４Ａは、同上の電動工具におけるモータの電流値－時間の関係図である。図４Ｂは、同上の電動工具における駆動部先端の回転数－時間の関係図である。図４Ｃは、同上の電動工具におけるトリガースイッチのストローク－時間の関係図である。図４Ｄは、同上の電動工具を使用した場合のネジの締め付け状態を示す説明図である。

以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、本開示の様々な実施形態の一つにすぎない。下記の実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。また、以下の実施形態において説明する図２は、模式的な図であり、図２中の各構成要素の大きさ及びその比は、必ずしも実際の大きさ及び寸法比を表しているとは限らない。

以下では、電動工具の上下及び前後の方向を、図２に図示されている上下及び前後の矢印を用いて規定して説明する。これらの矢印は、単に説明を補助する目的で記載しているにすぎず、実体を伴わない。また、これらの方向は、電動工具の使用方向を限定する趣旨ではない。

（実施形態１）
（１）構成
本実施形態に係る電動工具１は手持ち式又は可搬式であって、図１及び図２に示すように、本体２０と、駆動部３０と、操作部４０と、負荷検知部５０と、制御部６０とを備えている。

本体２０は、工具１０が取り付け可能な取付部２１を有している。工具１０は、一例として、ネジを締め付けたりねじ込んだりするためのドライバビットである。工具１０は、取付部２１に取り外し可能に取り付けられる。本体２０は、ハウジング２２を備えている。ハウジング２２は、第一本体部２３と、第二本体部２４と、グリップ部２５と、を含む。第一本体部２３は、駆動部３０であるモータ３１及び伝達機構１１を収容する。第二本体部２４は、電源部７０である電池パック７１を取付可能である電池パック取付部２６を有する。グリップ部２５は、第一本体部２３と第二本体部２４とを連結する。

駆動部３０は、本体２０に取り付けられた工具１０を回転駆動する機能を有する。すなわち、駆動部３０は取付部２１を回転駆動することにより、取付部２１とともに工具１０を回転駆動する機能を有する。駆動部３０はモータ３１である。モータ３１の回転軸部は伝達機構１１に機械的に接続されている。伝達機構１１には取付部２１が機械的に接続されている。モータ３１は回転軸部が通電により回転動作する。

操作部４０は、駆動部３０を動作させる際に操作する機能を有する。すなわち、操作部４０は駆動部３０に通電して動作させ、工具１０を回転駆動させる際に操作する機能を有する。操作部４０は、グリップ部２５の長手方向の中心よりも上方に配置されている。操作部４０は、グリップ部２５の前面から露出するように配置されている。操作部４０がグリップ部２５に配置されていることで、作業者が手でグリップ部２５を保持して電動工具１を使用する際に、操作部４０を容易に操作することができる。操作部４０の一例として、トリガースイッチ４１などの押ボタンスイッチが挙げられる。トリガースイッチ４１は、モータ３１を制御する制御部６０と電気的に接続されている。トリガースイッチ４１は、操作量（押し込み量）に応じて操作信号が変化する、多段階スイッチ又は無段階スイッチ（可変抵抗器）である。

負荷検知部５０は、駆動部３０の動作時に生じる負荷を検知する機能を有する。すなわち、負荷検知部５０は、駆動部３０に通電して回転軸部を動作させている間に、駆動部３０に生じる負荷を検知する機能を有する。本実施形態では、負荷検知部５０は電流検知部５１である。電流検知部５１は電気回路であって、モータ３１に流れる電流値を負荷として検知する。電流検知部５１はモータ３１と電気的に接続されている。また電流検知部５１は制御部６０と電気的に接続されているが、この場合、二系統で接続されている。第一の系統は、電流検知部５１がモータ駆動部５２を介して制御部６０と電気的に接続されている。モータ駆動部５２は、モータ３１を駆動させるとともにモータ３１の回転動力を変更させて回転軸部の回転数を調整する部分（電気回路）である。第二の系統は、電流検知部５１がモータ駆動部５２を介さずに制御部６０と電気的に接続されている。

制御部６０は、負荷検知部５０で検知された負荷に応じて駆動部３０の回転数の上限値を設定し、この上限値に基づいて駆動部３０の回転動作を制御する機能を有する。制御部６０は、例えば、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）及びメモリを有するマイクロコンピュータで構成されており、ＣＰＵがメモリに格納されているプログラムを実行することにより、モータ３１の動作を制御する。すなわち、制御部６０は、モータ駆動部５２を介してモータ３１を制御するモータ制御部の機能を備える。また制御部６０は、例えば、伝達機構（変速装置）１１を制御して減速比を切り替えさせる変速制御部の機能を備えていてもよい。回転数検知部５３は、モータ３１の回転軸部の回転数を検知する機能を有する。回転数検知部５３は、モータ３１及び制御部６０に電気的に接続されている電気回路である。

制御部６０及びモータ駆動部５２並びにモータ３１には電源部７０から電力が供給される。電源部７０としては電池パック７１が例示される。電池パック７１は、充電可能な二次電池を含む。また、電池パック取付部２６には、１種類の電池パック７１のみが装着可能であってもよく、複数種類の電池パックが取付可能であってもよい。例えば、定格電圧及びバッテリ容量が互いに異なる複数種類の電池パックが取付可能であってよい。

（２）動作
次に、図３及び図４Ａ～図４Ｄを参照し、本実施形態の電動工具１を使用してネジ（木ネジ）をねじ込んでいく場合について説明する。

まず、図４ＤのネジＮ１のように、ネジＮ１の先端を部材１００の表面に当てて、ネジＮ１を立てる。次に、電動工具１に取り付けた工具１０の先端をネジＮ１の頭部の穴（締付駆動部）に差し込む。

次に、トリガースイッチ４１を押し込んで電源部７０から制御部６０に通電する。ここで、トリガースイッチ４１は引き込み量（ストローク）が最大となるように押し込まれる（図４Ｃ参照）。また制御部６０には電源部７０から突入電流が流れる。突入電流が制御部６０からモータ駆動部５２及び電流検知部５１を介してモータ３１に流れ、モータ３１が動作を開始することによりモータ３１の回転軸部が回転駆動し始める。そして、回転軸部の回転駆動が伝達機構１１を介して取付部２１に伝わって取付部２１が回転駆動し、これに伴って工具１０が回転駆動し始める。このトリガースイッチ４１を操作してから突入電流が流れ終わるまでの間は、電流検知部５１によるモータ３１に流れる電流値の検知が行われていない。また、ネジＮ１はわずかに回転されて、ネジＮ２のように部材１００にネジＮ２の先端が僅かに食い込んだ状態になる（図４Ｄ参照）。

次に、トリガースイッチ４１を引き込んだ後、ある時間経過後に、電流検知部５１によるモータ３１へ入力される電流値の検知が開始される。ここで、ある時間経過後とは、例えば突入電流が流れ終わる時間であり、電流検知部５１による電流値の検知が行われない時間（未検出時間）である。この時間（未検出時間）は予め実験等で求められており、制御部６０に設定されている。本実施形態では、未検出時間は、０．１５［ｓ］である。また第１上限値Ｅ１（図４Ｂ参照）が制御部６０によりモータ駆動部５２に設定される。第１上限値Ｅ１は初期リミットであり、モータ３１の動作初期における回転軸部の回転数の上限値である。本実施形態では、第１上限値Ｅ１は、５００［ｒｐｍ］である。そして、モータ３１の回転軸部は第１上限値Ｅ１を回転数として回転し始める。上記のように突入電流の終了後に電流検知部５１による電流検知が行われることで、トリガースイッチ４１の操作直後に流れる突入電流の影響を排除しやすくでき、第１上限値Ｅ１が設定されないという不具合が生じにくくなる。

上記のように、モータ３１の回転軸部が第１上限値Ｅ１を回転数として回転している間、電流検知部５１によりモータ３１に入力される電流値が検知されている。またモータ３１の動作により工具１０が回転駆動されて、ネジＮ２がネジＮ３の状態にまで部材１００にねじ込まれる。ネジＮ２は部材１００に徐々にねじ込まれていくため、ネジＮ２と部材１００との摩擦が徐々に大きくなり、このため、電流検知部５１による電流検知値は徐々に大きくなる（図４Ａ参照）。そして、電流検知部５１による電流検知値が制御部６０に入力され、制御部６０により、電流検知値を予め決められている所定値（第１判定値Ｉ１）と比較する判定が行われている。すなわち、制御部６０は、モータ３１に入力される電流値の大きさによりモータ３１の負荷の程度を判定している。本実施形態では、第１判定値Ｉ１は４［Ａ］である。

電流検知部５１で検知されたモータ３１の入力電流の電流検知値が第１判定値Ｉ１よりも小さい場合は、第１上限値Ｅ１が維持され、工具１０が第１上限値Ｅ１の回転数で回転し続け、電流検知部５１による入力電流の検知が継続される。逆に、電流検知部５１で検知されたモータ３１の入力電流の電流検知値が所定の第１判定値Ｉ１以上の場合は、ネジＮ３の状態になったと判断され、第２上限値Ｅ２が制御部６０によりモータ駆動部５２に設定される。第２上限値Ｅ２は第１上限値Ｅ１よりも大きい値である。すなわち、制御部６０でモータ３１に生じる負荷が大きくなったと判断され、その負荷に応じてモータ３１の回転軸部の回転数が引き上げられる。なお、本実施形態では、第２上限値Ｅ２は、１０００［ｒｐｍ］である。

この後、モータ３１の回転軸部は第２上限値Ｅ２を回転数として回転し始める。モータ３１の回転軸部が第２上限値Ｅ２を回転数として回転している間、電流検知部５１によりモータ３１に入力される電流値が検知されている。またモータ３１の動作により工具１０が回転駆動されて、ネジＮ３がネジＮ４の状態にまで部材１００にねじ込まれる。ネジＮ３は部材１００に徐々にねじ込まれていくため、ネジＮ３と部材１００との摩擦が徐々に大きくなり、このため、電流検知部５１による電流検知値は徐々に大きくなる（図４Ａ参照）。そして、電流検知部５１による電流検知値が制御部６０に入力され、制御部６０により、電流検知値を予め決められている所定値（第２判定値Ｉ２）と比較する判定が行われている。本実施形態では、第２判定値Ｉ２は、８［Ａ］である。

電流検知部５１で検知されたモータ３１の入力電流の電流検知値が第２判定値Ｉ２よりも小さい場合は、第２上限値Ｅ２が維持され、工具１０が第２上限値Ｅ２の回転数で回転し続け、電流検知部５１による入力電流の検知が継続される。逆に、電流検知部５１で検知されたモータ３１の入力電流の電流検知値が所定の第２判定値Ｉ２以上の場合は、ネジＮ４の状態になったと判断され、第３上限値Ｅ３が制御部６０によりモータ駆動部５２に設定される。第３上限値Ｅ３は第２上限値Ｅ２よりも大きい値である。すなわち、制御部６０でモータ３１に生じる負荷が大きくなったと判断され、その負荷に応じてモータ３１の回転軸部の回転数が引き上げられる。なお、本実施形態では、第３上限値Ｅ３は、１５００［ｒｐｍ］である。

この後、モータ３１の回転軸部は第３上限値Ｅ３を回転数として回転し始める。モータ３１の回転軸部が第３上限値Ｅ３を回転数として回転している間、電流検知部５１によりモータ３１に入力される電流値が検知されている。またモータ３１の動作により工具１０が回転駆動されて、ネジＮ４がネジＮ５の状態にまで部材１００にねじ込まれる。ネジＮ４は部材１００に徐々にねじ込まれていくため、ネジＮ４と部材１００との摩擦が徐々に大きくなり、このため、電流検知部５１による電流検知値は徐々に大きくなる（図４Ａ参照）。そして、電流検知部５１による電流検知値が制御部６０に入力され、制御部６０により、電流検知値を予め決められている所定値（第３判定値Ｉ３）と比較する判定が行われている。本実施形態では、第３判定値Ｉ３は、１４［Ａ］である。

電流検知部５１で検知されたモータ３１の入力電流の電流検知値が第３判定値Ｉ３よりも小さい場合は、第３上限値Ｅ３が維持され、工具１０が第３上限値Ｅ３の回転数で回転し続け、電流検知部５１による入力電流の検知が継続される。逆に、電流検知部５１で検知されたモータ３１の入力電流の電流検知値が所定の第３判定値Ｉ３以上の場合は、ネジＮ５の状態になったと判断され、第４上限値Ｅ４が制御部６０によりモータ駆動部５２に設定される。第４上限値Ｅ４は第３上限値Ｅ３よりも大きい値である。すなわち、制御部６０でモータ３１に生じる負荷が大きくなったと判断され、その負荷に応じてモータ３１の回転軸部の回転数が引き上げられる。なお、本実施形態では、第４上限値Ｅ４は、３０００［ｒｐｍ］である。

この後、モータ３１の回転軸部は第４上限値Ｅ４を回転数として回転し始める。またモータ３１の動作により工具１０が回転駆動されて、ネジＮ５がネジＮ６の状態にまで部材１００にねじ込まれる。そして、使用者がネジＮ６の状態になったと判断すると、トリガースイッチ４１の押し込みを解除する。これにより、モータ駆動部５２がモータ３１への入力電流を停止するように制御部６０より制御される（図４Ａ参照）。モータ３１への入力電流が停止されると、回転軸部の回転数が下がっていって回転が停止し、これに伴って工具１０の回転駆動が停止される（図４Ｂ参照）。これにより、ネジＮ６の締め付けが終了する。

本実施形態の電動工具１では、トリガースイッチ４１を押し込むように操作した後、トリガースイッチ４１は、締め付けの終了時まで、最大の押し込み量で常に押し込まれている（図４Ｃ参照）。しかし、本実施形態では、モータ３１に入力される電流を負荷として検知し（図４Ａ参照）、この負荷に応じて、段階的にモータ３１の回転数を上げていくように制御部６０により制御している。したがって、急激なモータ３１の回転数の上昇を低減することができ、使用者にとって想定していない反動が生じるのを少なくすることができる。特に、締め付けの最初の段階（図４ＤのネジＮ１の状態）では、ネジＮ１が不安定であり、トリガースイッチ４１を一気に最大量押し込んで工具１０を回転させると、ネジＮ１が倒れやすくて締め付けにくい。しかし、本実施形態では、締め付けの最初の段階では、低回転で工具１０を回転させるために、ネジＮ１が倒れにくく、締め付けやすい。

従来のように、モータ３１への入力電流に基づいて、制御部６０によるモータ３１の制御が行われていない場合、トリガースイッチ４１を一気に最大量押し込むと、突入電流が発生した後、モータ３１の入力電流が急激に上昇する（図４Ａの破線参照）。この場合、モータ３１の回転数も急激に上昇する（図４Ｂの破線参照）。したがって、締め付けの最初の段階（図４ＤのネジＮ１の状態）では、ネジＮ１が不安定であるため、従来では、締め付けにくい。また、モータ３１への入力電流が急激に上昇しないように、トリガースイッチ４１を徐々に押し込んでいく操作が行われるが、この場合は、指先の微妙な操作が必要となり、手間がかかる。本実施形態では、手間を軽減しながらネジの締め付けが行いやすい。

（３）変形例
上記の開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

本実施形態においては、切替部６１を備えることができる。この切替部６１は、制御部６０が上限値に基づいて駆動部３０の回転駆動を制御する場合と、制御しない場合とを切り替える機能を有する。すなわち、切替部６１は切り替えスイッチであって、オンにすると、制御部６０によるモータ３１に対する制御が行われるようにし、オフにすると、制御部６０によるモータ３１に対する制御が行われないように切り替える。切替スイッチがオフである場合、制御部６０は、トリガースイッチ４１が押し込まれる量に応じて、入力電流を変化させる。これにより、本実施形態は、上記のように、制御部６０によるモータ３１に対する制御を行う使い方と、従来のように、制御部６０によるモータ３１に対する制御を行わない使い方とを切り替えることができる。したがって、本実施形態は、使用者の好みにより、使い分けを行うことができる。切替部６１は本体２０の外面に露出して設けることができ、使用者が作業等に応じて切り替えるようにするのが好ましい。

また本実施形態は、ネジのねじ込みだけでなく、ネジの締め付け、ボルト又はナットの締め付けなどにも使用することが可能である。この場合、工具１０をボルト又はナットの形状に適合したものに取り替えるようにする。

（まとめ）
以上説明したように、第１の態様に係る電動工具（１）は、本体（２０）と、駆動部（３０）と、操作部（４０）と、負荷検知部（５０）と、制御部（６０）とを備える。本体（２０）は工具（１０）を取り付け可能である。駆動部（３０）は本体（２０）に取り付けられた工具（１０）を回転駆動する。操作部（４０）は駆動部（３０）を動作させる際に操作する。負荷検知部（５０）は駆動部（３０）の動作時に生じる負荷を検知する。制御部（６０）は、負荷検知部（５０）で検知された負荷に応じて駆動部（３０）の回転数の上限値を設定し、上限値に基づいて駆動部（３０）の回転動作を制御する。

この態様によれば、制御部（６０）により駆動部（３０）の回転数の上限値が負荷に応じて設定されるため、駆動部（３０）の回転数が大きくなりすぎることが低減され、ネジ等の締め付け作業が行いやすい、という利点がある。

第２の態様に係る電動工具（１）は、第１の態様において、操作部（４０）を操作してから、ある時間経過後に、負荷検知部（５０）による負荷の検知を開始する。

この態様によれば、操作部（４０）を操作した直後に発生する突入電流の影響を少なくして負荷検知部（５０）による検知を行うことができ、駆動部（３０）の回転数の上限値が設定されないという不具合を少なくできる、という利点がある。

第３の態様に係る電動工具（１）は、第１又は２の態様において、制御部（６０）は、負荷検知部（５０）で検知された第１負荷に応じて上限値として第１上限値を設定する。また制御部（６０）は、第１上限値の設定後に負荷検知部（５０）で検知された負荷であって第１負荷よりも大きい第２負荷に応じて第２上限値を設定する。第２上限値は、第１上限値よりも大きい。

この態様によれば、駆動部（３０）で生じる負荷に応じて段階的に上限値を設定することができ、駆動部（３０）の動作が急激に変化するのを低減して、工具（１０）の回転駆動を安定して行うことができる、という利点がある。

第４の態様に係る電動工具（１）は、第１ないし３のいずれか一つの態様において、駆動部（３０）はモータ（３１）を含み、負荷検知部（５０）は負荷としてモータ（３１）に流れる電流を検知する。

この態様によれば、モータ（３１）で生じる負荷を電流として検知することができ、負荷とほぼ比例的に変化する電流により、モータ（３１）で生じる負荷を容易に検知することができる、という利点がある。

第５の態様に係る電動工具（１）は、第１ないし４のいずれか一つの態様において、制御部（６０）が上限値に基づいて駆動部（３０）の動作を制御する場合と、制御しない場合とを切り替える切替部（６１）を更に備える。

この態様によれば、制御部（６０）による駆動部（３０）の動作を行うか否かを切替部（６１）で切り替えることができ、容易に使い方を変更することができる、という利点がある。

１電動工具
１０工具
２０本体
３０駆動部
３１モータ
４０操作部
５０負荷検知部
６０制御部
６１切替部

Claims

工具を取り付け可能な本体と、
前記本体に取り付けられた前記工具を回転駆動する駆動部と、
前記駆動部を回転動作させる際に操作する操作部と、
前記駆動部の動作時に生じる負荷を検知する負荷検知部と、
前記負荷検知部で検知された負荷に応じて前記駆動部の回転数の上限値を設定し、前記上限値に基づいて前記駆動部の回転動作を制御する制御部と、を備え、
前記駆動部はモータを含み、
前記負荷検知部は前記負荷として前記モータに流れる電流を検知するように構成され、
前記操作部は、トリガースイッチで構成され、前記トリガースイッチを押し込むように操作した後、締め付けの終了時まで、前記トリガースイッチが最大の押し込み量で常に押し込まれている場合に、前記制御部は、前記モータに入力される電流を前記負荷として検知し、検知した前記負荷に応じて、段階的に前記モータの回転数を上げるように構成されている、
電動工具。
前記操作部を操作してから、ある時間経過後に、前記負荷検知部による前記負荷の検知を開始する、
請求項１に記載の電動工具。
前記制御部は、前記負荷検知部で検知された第１負荷に応じて前記上限値として第１上限値を設定し、前記第１上限値の設定後に前記負荷検知部で検知された負荷であって前記第１負荷よりも大きい第２負荷に応じて第２上限値を設定し、
前記第２上限値は、前記第１上限値よりも大きい、
請求項１又は２に記載の電動工具。
前記制御部が前記上限値に基づいて前記駆動部の回転動作を制御する場合と、制御しない場合とを切り替える切替部を更に備える、
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の電動工具。