JP2019081221A - 電動作業機 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を増大させることなく動作モードの検出を可能とした電動作業機を提供する。【解決手段】ハウジング２１を有する本体部２と、ハウジング２１に収容され回転軸３１を有するモータ３と、ハウジング２１内に設けられ本体部２の複数の方向におけるそれぞれの加速度を検出する加速度センサ６と、ハウジング２１に収容され加速度センサ６の検出する前記複数の方向におけるそれぞれの加速度の大きさに応じて回転軸３１の回転数を制御する制御部５と、を有する。【選択図】図４

Description

本発明は電動作業機に関する。

従来から、モータの駆動によって先端工具を回転させることで被加工材（例えば、コンクリート、鉄鋼、木材等）に穿孔穴を形成したり、先端工具に打撃力を加えることによって破砕したりする電動作業機が広く知られている。このような電動作業機の一例としては、動作モードとして、先端工具に打撃力のみを加え被加工材を破砕するための打撃モードと、先端工具に上記打撃力を加え、且つ、先端工具に回転力を伝達し先端工具を回転させることにより被加工材に穴あけを行うための回転・打撃モードとに、外部から手動操作可能なモード切替部材によって切替可能なハンマドリルが知られている。なお、ハンマドリルにおいては、上記回転・打撃モードに代えて、若しくは上記打撃モード及び回転・打撃モードに加え、先端工具に回転力のみを伝達し先端工具を回転させることにより被加工材に穴あけを行うための回転モードを有するものも存在する。

一般に、上記のような動作モードを有するハンマドリルの回転・打撃モード（回転モード）による穴あけ作業においては、穴あけの速度を向上させるためモータの回転数が高い方が望ましい。一方で、打撃モードによるコンクリートのハツリ（破砕）作業においては穴あけ作業に必要とされるような高い回転数は必要でなく、むしろ、電力の消費を抑え作業量を増やす観点から穴あけ作業時における回転・打撃モード時の回転数と比較して低い回転数に抑制した方が好ましい場合があった。そこで、動作モードを判別することによりモータの回転数を制御することが望まれていた。

例えば、特許文献１に記載のハンマドリルにおいては、モード切替部材の状態を判別するための磁気センサが設けられ、当該モード切替部材の状態を判別することにより動作モードを判別することが可能に構成されている。

国際公開２０１６／１２１４５８号公報

しかしながら、特許文献１に記載のハンマドリルにおいては、動作モードの検出のために磁石やホール素子等を設ける必要があり部品点数が増加する可能性があった。また、部品点数の増加に伴い、故障等が起こるリスクが増大してしまう可能性があった。

そこで本発明は、部品点数を増大させることなく動作モードの検出を可能とした電動作業機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、ハウジングを有する本体と、前記ハウジングに収容され回転軸を有するモータと、前記ハウジング内に設けられ前記本体の複数の方向におけるそれぞれの加速度を検出する加速度検出器と、前記ハウジングに収容され前記加速度検出器の検出する前記複数の方向におけるそれぞれの加速度の大きさに応じて前記回転軸の回転数を制御する制御部と、を有する電動作業機を提供している。

上記構成の電動作業機によれば、加速度検出器の検出する複数の方向におけるそれぞれの加速度の大きさに応じてモータの回転軸の回転数を制御することができるため、電動作業機の動作モードに応じた最適な回転数で作業を行うことが可能となる。また、従来から一般的に電動作業機に設けられている加速度検出器を用いることにより動作モードを判別することができるため、動作モードの判別のために部品点数が増加することが抑制され、故障等が起こるリスクが抑制される。

上記構成において、前記本体は、前記モータによって駆動され先端工具が着脱可能な出力部と、前記モータと前記出力部との間に介在し、前記先端工具の駆動状態を変更可能な動力伝達部とを、さらに有することが好ましい。

このような構成によれば、電動作業機本体に先端工具の駆動状態に応じた加速度が発生するが、加速度検出器が当該加速度を検出し複数の方向におけるそれぞれの加速度の大きさに応じてモータの回転軸の回転数を制御することができ、電動作業機の動作モードに応じた最適な回転数で作業を行うことが可能となる。

また、前記動力伝達部は、前記回転軸の回転運動を第１方向への往復動に変換し前記先端工具を打撃することで前記先端工具に前記第１方向への打撃力を生じさせることが可能、且つ、前記回転軸の回転運動を前記出力部に伝達することにより前記先端工具に前記第１方向と交差する第２方向に回転力を生じさせることが可能に構成され、前記先端工具に前記打撃力が伝達される一方前記回転力は伝達されない第１動力伝達状態と前記先端工具に少なくとも前記回転力が伝達される第２動力伝達状態との間で動力伝達状態を切替可能であることが好ましい。

このような構成によれば、電動作業機本体に先端工具の駆動状態に応じた加速度が発生するが、加速度検出器が当該加速度を検出し複数の方向におけるそれぞれの加速度の大きさに応じてモータの回転軸の回転数を制御することができ、電動作業機の動作モードに応じた最適な回転数で作業を行うことが可能となる。

また、前記複数の方向におけるそれぞれの加速度は、前記第１方向の加速度及び前記第２方向の加速度を含み、前記加速度検出器は、前記制御部と電気的に接続され、前記第１方向の加速度と前記第２方向の加速度を独立して検出可能であり、前記制御部は、前記第２方向の加速度の大きさが第１閾値を超えないか若しくは超える前に前記第１方向の加速度の大きさが第２閾値を超えた場合に前記第１動力伝達状態であると判断し、前記第１方向の加速度の大きさが前記第２閾値を超えないか若しくは超える前に前記第２方向の加速度の大きさが前記第１閾値を超えた場合に前記第２動力伝達状態であると判断することが好ましい。

このような構成によれば、第１閾値及び第２閾値を設けることにより、好適に電動作業機の動力伝達状態（動作モード）を判別することが可能となる。

また、前記制御部は、前記第１動力伝達状態のときの前記回転数の上限を前記第２動力伝達状態のときの前記回転数の上限よりも小さくするように前記モータを制御することが好ましい。

このような構成によれば、第１動力伝達状態時のモータの回転軸の回転数が第２動力伝達状態時の回転数と比較して抑制されているため、第１動力伝達状態時における電力の消費を抑え作業量を増やすことが可能となる。

また、前記制御部は、前記動力伝達部が前記第２動力伝達状態であると判断した場合において、前記第２方向の加速度が前記第１閾値よりも大きい第３閾値を超えた場合に前記モータの駆動を停止させるように制御することが好ましい。

このような構成によれば、電動作業機本体が大きく振り回され電動作業機本体に先端工具の回転方向に大きな加速度が生じた場合に、モータの駆動を停止させることが可能となる。

また、手動操作可能で、前記動力伝達部の前記動力伝達状態を機械的に切替可能な切替操作部を、さらに有することが好ましい。

このような構成によれば、電動作業機の動作モードを切替操作部によって機械的に切替える場合においても、加速度検出器の検出する複数の方向におけるそれぞれの加速度の大きさに応じてモータの回転軸の回転数を制御することができるため、電動作業機の動作モードに応じた最適な回転数で作業を行うことが可能となる。

また、前記モータは、ブラシレスモータであることが好ましい。

このような構成によれば、好適にモータの回転数の制御を行うことが可能となる。

また、前記ハウジングには、手動操作可能で、押圧されることにより前記モータを駆動可能なトリガが設けられ、前記回転数は、前記トリガの押圧量によらないことが好ましい。

このような構成によれば、モータの回転軸の回転数は、トリガの押圧量によらずに、制御部によって制御されるため、好適に動力伝達状態（動作モード）に応じた作業を行うことが可能となる。

本発明の電動作業機によれば、部品点数を増大させることなく動作モードの検出をすることが可能である。

本発明の実施の形態にかかるハンマドリルの内部構造を示す全体断面図であり。 本発明の実施の形態にかかるハンマドリルの平面図である。 本発明の実施の形態にかかるハンマドリルの電気的構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態にかかるハンマドリルの動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態にかかるハンマドリルの穴あけ作業時における本体部に発生する加速度及び回転数の時間変化を示すグラフである。 本発明の実施の形態にかかるハンマドリルのハツリ（破砕）作業時における本体部に発生する加速度及び回転数の時間変化を示すグラフである。

本発明の実施の形態による動力作業機の一例であるハンマドリル１について、図１乃至６を参照しながら説明する。ハンマドリル１は、被加工材（例えば、コンクリート、鉄鋼、木材等）に穿孔穴を形成したり、打撃力を加えることによって破砕したりするための電動式の動力作業機である。ハンマドリル１は、動作モードとして、先端工具Ｐが回転し被加工材に穿孔し、且つ、被加工材を打撃する「回転・打撃モード」と、先端工具Ｐが被加工材を打撃する「打撃モード」とを備えている。

以下の説明においては、図１に示されている「上」を上方向、「下」を下方向、「前」を前方向、「後」を後方向と定義する。また、ハンマドリル１を後から見た場合の「右」を右方向、「左」を左方向と定義する。本明細書において寸法、数値等について言及した場合には、当該寸法及び数値等と完全に一致する寸法及び数値だけでなく、略一致する寸法及び数値等（例えば、製造誤差の範囲内である場合）を含むものとする。「同一」、「直交」、「平行」、「一致」、「面一」、「一定」等についても同様に「略同一」、「略直交」、「略平行」、「略一致」、「略面一」、「略一定」等を含むものとする。

図１に示されているように、ハンマドリル１は、本体部２と、モータ３と、インバータ回路基板部４と、制御部５と、加速度センサ６と、動作モード切替部７とを主に有している。

本体部２は、ハンマドリル１の外郭をなすハウジング２１、動力伝達部２２及び先端工具Ｐを着脱可能な出力部２３を主に有している。ハウジング２１は、モータハウジング２１Ａと、ギヤハウジング２１Ｂと、バックカバー２１Ｃと、電池パックＱを着脱可能なハンドルハウジング２１Ｄとを有している。本体部２は、本発明における「本体」の一例である。ハウジングは、本発明における「ハウジング」の一例である。

モータハウジング２１Ａは、上下方向に延びる略円筒形状をなしており、モータ３と、インバータ回路基板部４とを収容している。また、モータハウジング２１Ａの後壁には、加速度センサ６が弾性体から構成される緩衝部材を介してネジにより固定されている。

モータ３は、ＤＣブラシレスモータであり、回転軸３１、ロータ３２、ステータ３３及びファン３４を有している。このように、モータにブラシレスモータを採用しているため、好適にモータの回転数を制御することが可能となる。モータは、本発明における「モータ」及び「ブラシレスモータ」の一例である。

回転軸３１は、上下方向に延び、モータハウジング２１Ａに回転可能に支承されている。回転軸３１の上端部には、回転軸３１と一体に回転するピニオン３１Ａが固定されている。回転軸３１は、本発明における「回転軸」の一例である。

ロータ３２は、図示せぬ永久磁石を有する回転子であり、回転軸３１と一体回転可能に回転軸３１に設けられている。

ステータ３３は、ステータ巻線３３Ａ（図３）を有する固定子である。ステータ３３は、モータハウジング２１Ａの内周面に固定されている。また、ステータ巻線３３Ａは、スター結線された３相のコイルＵ、Ｖ、Ｗを有している。

図１に示されているように、ファン３４は、ピニオン３１Ａの下方において、回転軸３１と一体回転可能に回転軸３１に固定されている。ファン３４の下部には磁石３４Ａが固定されている。

インバータ回路基板部４は、モータ３のステータ３３の上方に設けられている。インバータ回路基板部４は、基板４０を有している。基板４０には、電池パックＱの電力をモータ３に供給するとともにモータ３の回転を制御するためのスイッチング回路４１、ファン３４の磁石３４Ａの磁場を検出可能な磁気センサ部４２等が実装されている（図３参照）。

加速度センサ６は、本体部２の複数の方向におけるそれぞれの加速度を検出可能に構成されている。図１に示されているように、加速度センサ６は、制御部５と導線６Ａを介して電気的に接続されており、検出した本体部２の加速度の方向及び大きさに応じた加速度信号を制御部５に出力可能に構成されている。加速度センサ６は、少なくとも本体部２の前後方向及び回転方向（左右方向）の加速度を独立して検出可能に構成されている。また、本実施の形態においては、加速度センサ６は、先端工具Ｐの軸線Ａから離間した位置に位置している。より詳細には、加速度センサ６は、上下方向における位置が電池パックＱと重なるように設けられている。これにより、本体部２に生じる回転方向（左右方向）の加速度を適切に検出することが可能となる。加速度センサ６は、本発明における「加速度検出器」の一例である。前後方向は、本発明における「第１方向」の一例である。回転方向は、本発明における「第２方向」の一例である。

ギヤハウジング２１Ｂは、金属製であり、モータハウジング２１Ａの上部に接続され、前後方向に延びている。ギヤハウジング２１Ｂは、その内部に、動力伝達部２２と、出力部２３と、動作モード切替部７の一部を収容している。また、ギヤハウジング２１Ｂには、作業者が作業時に把持するサイドハンドル２Ａが取付けられている。

動力伝達部は、モータ３と出力部２３との間に介在している。動力伝達部２２は、動力変換機構２２１と、回転力伝達機構２２２とを有しており、モータ３の回転軸３１の回転運動を前後方向への往復動に変換し先端工具Ｐを打撃することで先端工具Ｐに前後方向への打撃力を生じさせることが可能、且つ、回転軸３１の回転運動を出力部２３に伝達することにより、先端工具Ｐに回転方向に回転力を生じさせることが可能に構成されている。また、動力伝達部２２は、動力伝達状態を切替えることで先端工具Ｐの駆動状態を変更可能に構成されている。具体的には、動力伝達部２２は、先端工具Ｐに打撃力が伝達される一方回転力は伝達されない「打撃モード」と、先端工具に打撃力及び回転力が伝達される「回転・打撃モード」との間で動力伝達状態を切替可能に構成されている。なお、先端工具Ｐに打撃力が伝達される一方回転力は伝達されない「打撃モード」と、先端工具に回転力が伝達される一方打撃力は伝達されない「回転モード」との間で動力伝達状態を切替可能に構成されていても良い。動力伝達部２２は、本発明における「動力伝達部」の一例である。「打撃モード」は、本発明における「第１動力伝達状態」の一例であり、「回転・打撃モード」は、本発明における「第２動力伝達状態」の一例である。

出力部２３は、ギヤハウジング２１Ｂ内において回転力伝達機構２２２の上方に配置され、モータ３によって駆動される。出力部２３は、打撃子２３１と、シリンダ２３２と、先端工具を着脱可能な工具保持部２３３とを有している。

打撃子２３１は、動力変換機構２２１により往復動可能に構成されている。具体的には、打撃子２３１の前端は、工具保持部２３３に装着される先端工具Ｐの後端に当接可能に構成され、打撃子２３１が前後方向に往復動することに伴い、先端工具Ｐに打撃力が伝達される。

シリンダ２３２は、回転力伝達機構２２２を介してモータ３の回転力を受けることによって前後方向に延びる軸線Ａを中心に回転可能に構成されている。また、シリンダ２３２が回転することによって工具保持部２３３が回転し、工具保持部２３３に装着された先端工具Ｐが軸線Ａを中心に回転可能に構成されている。

動作モード切替部７は、動力伝達部２２の動力伝達状態を機械的に切替可能に構成されている。より詳細には、動作モード切替部７は、回転力伝達機構２２２を介して回転運動を出力部２３に伝達する状態と、回転力伝達機構２２２を介した回転運動の出力部２３への伝達を遮断する状態とを切替えることにより、打撃モードと回転・打撃モードとを切替可能に構成されている。また、本実施の形態においては、作業時における、動力変換機構２２１を介した先端工具Ｐへの打撃力の伝達は、遮断不能に構成されている。図１及び図２に示されているように、動作モード切替部７は、操作部７１と、スリーブ７２とを有している。動作モード切替部７は、本発明における切替操作部の一例である。

操作部７１は、動作モードを切替える際に作業者が操作する部分であり、図２に示されているように、上面視略円形をなしている。操作部７１は、回転操作可能に構成されている。なお、本実施の形態においては、操作部７１の状態を判別するための磁気センサ等は設けられておらず、制御部５が動作モード切替部の状態から選択された動作モードを判別することは不能に構成されている。

図１に示されているように、スリーブ７２は、前後方向に延びる略円筒形状をなしている。スリーブ７２の前端部には、回転力伝達機構２２２のベベルギヤと噛合可能なベベルギヤが形成されている。スリーブ７２の内径は、シリンダ２３２の外径よりも僅かに大きく構成されている。スリーブ７２には、シリンダ２３２が挿通されている。スリーブ７２は、操作部７１に対する操作に応じ、シリンダ２３２に対して前後方向に相対移動可能に構成されている。また、スリーブ７２は、シリンダ２３２と一体回転可能に構成されている。

バックカバー２１Ｃは、上下方向に延び、モータハウジング２１Ａ及びギヤハウジング２１Ｂの後部を覆うように配置されている。バックカバー２１Ｃには、被挿通部２１Ｅ及び接続部２１Ｆが設けられている。また、バックカバー２１Ｃの下部は、加速度センサ６を覆っている。

被挿通部２１Ｅは、バックカバー２１Ｃの下方において後方に突出している。被挿通部２１Ｅには、左右方向に貫通する貫通孔が形成されている。

接続部２１Ｆは、バックカバー２１Ｃの上端部において、前後方向に延びている。

また、バックカバー２１Ｃ内には、制御部５が固定されている。制御部５は、ハンマドリル１の各種制御を行うように構成されている。制御部５は、平板上の基板を有しており、当該基板にハンマドリル１を制御する各種回路等が実装されている（図３参照）。

図１に示されているように、ハンドルハウジング２１Ｄは、側面視略コ字状をなしており、バックカバー２１Ｃの後方に位置している。ハンドルハウジング２１Ｄは、把持部２１Ｇ、第１接続部２１Ｈ及び第２接続部２１Ｉを有している。

把持部２１Ｇは、作業時に作業者によって把持される部分であり、上下方向に延びている。把持部２１Ｇの前部上部には、モータ３の始動及び停止を制御するための手動操作可能なトリガ２１Ｊが設けられている。なお、把持部２１Ｇの内部には、制御部５に接続されている図示せぬスイッチ機構が設けられている。スイッチ機構は、トリガ２１Ｊが引操作すなわち始動操作された場合（例えば、作業者の指によってハンドルハウジング２１Ｄ内に向けて押込まれた場合）、モータ３を始動するための工具始動信号を制御部５に出力し、トリガ２１Ｊに対する引操作が解除すなわち停止操作された場合（例えば、作業者がトリガ２１Ｊから指を離して引操作を解除した場合）工具始動信号の出力を停止するように構成されている。トリガ２１Ｊは、本発明における「トリガ」の一例である。

第１接続部２１Ｈは、把持部２１Ｇの下端部から前方に延出している。第１接続部２１Ｈの前部の内部には、左右方向に延びるシャフト２１Ｋが設けられている。シャフト２１Ｋは、被挿通部２１Ｅの貫通孔に挿通されている。ハンドルハウジング２１Ｄは、シャフト２１Ｋを支点として回動可能に構成されている。また、第１接続部２１Ｈの下部には、電池パックＱを装着可能な電池装着部２１Ｌが設けられている。ハンマドリル１は、電池装着部２１Ｌに装着された電池パックＱからの電力供給によって駆動可能に構成されている。

第２接続部２１Ｉは、把持部２１Ｇの上端部から前方に延出している。第２接続部２１Ｉには、図示せぬ弾性体を有する振動低減機構２Ｂが設けられ、第２接続部２１Ｉは、振動低減機構２Ｂを介してバックカバー２１Ｃの接続部２１Ｆと接続されている。出力部２３に軸線Ａ方向の振動が発生した場合においても、ハンドルハウジング２１Ｄがシャフト２１Ｋを中心に回動し、振動低減機構２Ｂの図示せぬ弾性体が伸縮されることにより軸線Ａ方向の振動が吸収され、把持部２１Ｇを把持する作業者に軸線Ａ方向の振動が伝わることが低減される。

次に、図３を参照しながら、ハンマドリル１、電池パックＱの電気的構成について説明する。

図３に示されているように、電池パックＱは、モータ３、制御部５等の電源となる複数の電池を収容している。

電池パックＱは、図示せぬプラス端子及びマイナス端子を有している。電池パックＱがハンドルハウジング２１Ｄの電池装着部２１Ｌに装着されると、電池パックＱのプラス端子及びマイナス端子は、それぞれ本体部２側の所定の端子に接続され、電池パックＱの電圧が当該所定の端子間に印加されるように構成されている。

スイッチング回路４１は、電池パックＱの電力をモータ３に供給するとともにモータ３の回転を制御するためのインバータ回路であり、電池パックＱとモータ３との間に接続されている。スイッチング回路４１を構成する６個のスイッチング部材は、３相ブリッジ形式に接続されており、各ゲートは制御部５に接続され、各ドレイン又は各ソースは、モータ３のステータ巻線３３ＡのコイルＵ、Ｖ、Ｗに接続されている。６個のスイッチング部材は、制御部５から出力される駆動信号（ゲート信号）に基づいて、ロータ３２を所定の回転方向に回転させるスイッチング動作を行う。

磁気センサ部４２は、３個の磁気センサを有している。３個の磁気センサは、例えばホール素子である。３個の磁気センサのそれぞれは、ファン３４に固定された磁石３４Ａの磁場を検出可能に構成されている。また、磁石３４Ａの磁場を検出した場合、３個の磁気センサのそれぞれは、制御部５に信号を出力する。

加速度センサ６は、加速度検出回路６１を有している。加速度検出回路６１は、検出された本体部２の前後方向及び回転方向の加速度の値（大きさ）を示す信号（加速度信号）を制御部５に出力する回路である。

制御部５の基板５１には、マイコン５１Ａ、制御信号出力回路５１Ｂ、回転子位置検出回路５１Ｃ、温度検出回路５１Ｄ、電池電圧検出回路５１Ｅ、電流検出回路５１Ｆ、降圧回路５１Ｇ、制御系電源回路５１Ｈ、通信回路５１Ｉ、電池温度検出回路５１Ｊ及び過放電検出回路５１Ｋが搭載されている。

マイコン５１Ａは、モータ３の制御に用いる処理プログラム、各種データに基づいて演算を行う中央処理装置（ＣＰＵ）を有する図示せぬ演算部と、当該処理プログラム、各種データ、各種閾値等を記憶するための図示せぬＲＯＭと、データを一時記憶するための図示せぬＲＡＭを有する記憶部とを備えている。マイコン５１Ａは、処理プログラムに従って、モータ３の制御を行う。

また、マイコン５１Ａは、モータ３に対する基本的な制御として回転駆動制御を行う。回転駆動制御は、モータ３のロータ３２を所定の回転方向に回転駆動させる制御であり、制御信号出力回路５１Ｂに制御信号を出力することで行う。より詳細には、マイコン５１Ａは、回転子位置検出回路５１Ｃから出力された回転位置信号に基づいて、スイッチング部材のうちの導通させるスイッチング部材を交互に切り換えるための制御信号を形成し、当該制御信号を制御信号出力回路５１Ｂに出力する。当該回転駆動制御において、マイコン５１Ａは、スイッチング部材を駆動するための制御信号をパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）として出力する。

また、本実施の形態においては、ロータ３２（モータ３）の回転数が各動作モードに応じた目標回転数となるようにフィードバック制御を行いながら回転駆動制御を行う。より詳細には、まず、加速度信号に基づいて各動作モードに応じた目標回転数が設定される。回転子位置検出回路５１Ｃから出力される回転位置信号に基づいてロータ３２の回転数を検出し、検出した回転数と目標回転数とを比較し、当該比較結果に基づいて、ロータ３２の回転数が目標回転数となるようにＰＷＭ信号のデューティ比を変更する処理を高速で繰り返し実行することによって、定回転数制御を行う。言い換えると、本実施の形態における制御部５は、加速度センサ６の検出する本体部２の前後方向及び回転方向の加速度の大きさに応じて回転軸３１の回転数を制御している。

上記のように、加速度センサ６の検出する本体部２の前後方向及び回転方向の加速度の大きさに応じてモータ３の回転軸３１の回転数を制御することができるため、ハンマドリル１の各動作モードに応じた最適な回転数で作業を行うことが可能となる。また、従来から一般的にハンマドリルに設けられている加速度センサを用いることにより動作モードを判別することができるため、動作モードの判別のために部品点数が増加することが抑制され、故障等が起こるリスクが低減される。

また、本実施の形態において、モータ３の回転軸３１の回転数は、トリガ２１Ｊの押圧量によらない。モータ３の回転軸３１の回転数がトリガの押圧量によらずに制御部によって制御されるため、好適に動作モードに応じた作業を行うことが可能となる。

制御信号出力回路５１Ｂは、６個のスイッチング部材のそれぞれのゲート及びマイコン５１Ａに接続されている。制御信号出力回路５１Ｂは、マイコン５１Ａから出力された制御信号に基づいて６個のスイッチング部材の各ゲートに駆動信号を出力する回路である。

回転子位置検出回路５１Ｃは、磁気センサ部４２から出力された信号に基づいてロータ３２の回転位置を検出し、検出した回転位置を示す信号（回転位置信号）をマイコン５１Ａに出力する回路である。

温度検出回路５１Ｄは、スイッチング回路４１の温度検出のための回路であり、スイッチング回路４１の近傍に設けられた図示せぬサーミスタ等の感温素子を含んで構成されている。温度検出回路５１Ｄは、検出した温度の値を示す信号（回路温度信号）をマイコン５１Ａに出力する回路である。

電池電圧検出回路５１Ｅは、電池パックＱの電池電圧を検出し、検出した電圧の値を示す信号（電池電圧信号）をマイコン５１Ａに出力する回路である。

電流検出回路５１Ｆは、スイッチング回路４１と、電池パックＱとの間に設けられたシャント抵抗５０の電圧降下値を用いて、モータ３に流れる電流（モータ電流）を検出し、検出したモータ電流の値を示す信号（電流値信号）をマイコン５１Ａに出力する回路である。

降圧回路５１Ｇは、電池パックＱの電池から入力された電圧（例えば１４．４Ｖ）を降圧（例えば５Ｖ）して制御系電源回路５１Ｈに出力する回路である。

制御系電源回路５１Ｈは、マイコン５１Ａに電源電圧を供給するための定電圧回路である。制御系電源回路５１Ｈは、降圧回路５１Ｇから入力された電圧（降圧後の電圧）を安定化してマイコン５１Ａに供給する。

通信回路５１Ｉは、電池識別情報や工具識別情報をマイコン５１Ａと電池パックＱ内に設けられるマイコンとの間で入出力する回路である。

電池温度検出回路５１Ｊは、電池パックＱの電池の温度を検出し、検出した温度の値を示す信号（電池温度信号）をマイコン５１Ａに出力する回路である。

過放電検出回路５１Ｋは、電池パックＱの過放電を検出可能であり、過放電を検出した場合には、過放電を示す信号をマイコン５１Ａに出力する回路である。

次に、図１及び図２を参照しながら、ハンマドリル１の動作モード切替作業について、説明する。

動作モードを切替える際に、作業者は、操作部７１を回転させる。本実施の形態においては、図２に示されているように、操作部７１に形成された三角マーク７１Ａが略後方を向いているときには回転・打撃モードが選択された状態となる。一方で、操作部７１に形成された三角マーク７１Ａが略前方を向いているときには打撃モードが選択された状態となる。

具体的には、図２に示されているように、操作部７１に形成された三角マークが略後方を向いている場合には、図１に示されているスリーブ７２がシリンダ２３２に対して前方に移動し、スリーブ７２のベベルギヤが回転力伝達機構２２２のベベルギヤと噛合することにより、回転力伝達機構２２２を介して出力部２３を回転運動させ先端工具Ｐに回転力を伝達可能な状態となる。本実施の形態においては、これと同時に、動力変換機構２２１を介して出力部２３を往復動させ先端工具Ｐへ打撃力を伝達可能である。つまり、打撃力及び回転力を先端工具Ｐに伝達可能な回転・打撃モードとなる。

また、操作部７１に形成された三角マークが略前方を向いている場合には、スリーブ７２がシリンダ２３２に対して後方に移動し、スリーブ７２のベベルギヤと回転力伝達機構２２２のベベルギヤとの噛合が解除されることにより回転力伝達機構２２２を介した出力部２３への回転力の伝達が遮断される。このときに、動力変換機構２２１を介して出力部２３を往復動させ先端工具Ｐへ打撃力のみが伝達可能な打撃モードとなる。

次に、制御部５のマイコン５１Ａによるハンマドリル１の動作モードの判別、及び、動作モード判別後における各動作モードに応じた処理について説明する。ここで、マイコン５１Ａは、マイコン５１Ａに記憶されたモード判別閾値を用い、当該モード判別閾値と加速度センサ６により検出された加速度とを比較することにより、作業者により選択され使用されている動作モードを判別する。また、本実施の形態においては、判別された動作モードに応じて、目標回転数、キックバック閾値を設定する。

以下、図４に示すフローチャートに沿って、制御部５のマイコン５１Ａによるハンマドリル１の動作モードの判別、及び、動作モード判別後における各動作モードに応じた処理について詳細に説明する。

作業者が、電池パックＱをハンドルハウジング２１Ｄの電池装着部２１Ｌに装着すると、マイコン５１Ａ（制御部５）に電力が供給され、これを契機に、図４のフローチャートに示される処理が開始される。

ステップＳ１０１においてマイコン５１Ａは、トリガ２１Ｊに対して引操作が行われているか否かを判断する。当該判断は、図示せぬスイッチ機構から工具始動信号が出力されているか否かで判断する。

ステップＳ１０１において、トリガ２１Ｊに対して引操作が行われていないと判断した場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、マイコン５１Ａは、ステップＳ１０１の判断処理を繰り返し行う。一方、ステップＳ１０１において、トリガ２１Ｊに対して引操作が行われていると判断した場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、マイコン５１Ａは、ステップＳ１０２でモータ３の駆動制御を開始する。

この状態（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）において、制御信号出力回路５１Ｂは、マイコン５１Ａから出力された制御信号に基づいてスイッチング回路４１のスイッチング部材の各ゲートに駆動信号を出力する。スイッチング部材は制御部から出力される駆動信号に基づいてロータ３２を所定の回転方向に回転させるスイッチング動作を開始する。これにより、モータ３が駆動し、モータ３の駆動力は動力伝達部２２を介して出力部２３に伝達され、作業者が選択した動作モードに応じて先端工具Ｐが回転・打撃を開始する。

次に、マイコン５１Ａは、モード判別フラグを用いてモード判別が完了しているか否かを判断する（ステップ１０３）。ここで、モード判別フラグとは、動作モードの判別が完了したか否かを示す１ビット（２値）で構成されるフラグである。本実施の形態においては、マイコン５１Ａが動作モードの判別が完了したと判断する場合には「１」がセットされ、マイコン５１Ａが動作モードの判別が完了していないと判断する場合には「０」がセットされる。なお、本実施の形態においては、モード判別フラグの初期値として「０」がセットされている。また、工具始動信号の受信後において、各動作モードの判別が完了するまでは、マイコン５１Ａは、回転・打撃モードが選択されているものとしてモータ３の駆動制御を行う。

モード判別が完了していないと判断した場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、つまり、モード判別フラグとして「１」がセットされていると判断した場合、マイコン５１Ａは、ステップＳ１０４において、本体部２の回転方向の加速度が所定値以上であることを検出したか否かを判断する。具体的には、図５に示されているように、マイコン５１Ａは、加速度センサ６により検出された本体部２の回転方向の加速度と、回転方向のモード判別閾値であるモード判別閾値Ａ１とを比較する。そして、モード判別閾値Ａ１よりも大きい加速度検出したと判断した場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、マイコン５１Ａは、回転・打撃モードが選択されているものと判断し、モード判別フラグとして「１」をセットする（ステップＳ１０６）。なお、本実施の形態においては、加速度センサ６がモード判別閾値よりも大きい加速度を検出するのと略同時に、動作モードの判別が完了する。つまり、目標回転数に到達する前に、動作モードの判別が完了するため、好適にモータ３の駆動制御をすることが可能である。

一方、ステップＳ１０４において、回転方向の加速度が所定値以上であることを検出しない場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、つまり、加速度センサ６により検出された本体部２の回転方向の加速度が、モード判別閾値Ａ１よりも小さい場合、マイコン５１Ａは、ステップＳ１０７において、打撃方向の加速度が所定値以上であることを検出したか否かを判断する。具体的には、図６に示されているように、マイコン５１Ａは、加速度センサ６により検出された本体部２の打撃方向（前後方向）の加速度と、打撃方向のモード判別閾値であるモード判別閾値Ａ２を比較する。モード判別閾値Ａ２よりも大きい加速度が検出された場合（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、マイコン５１Ａは、ステップＳ１０８において打撃モードが選択されているものと判断し、モード判別フラグとして「１」をセットする（ステップＳ１０９）。

一方、ステップＳ１０７において、打撃方向の加速度が所定値以上であることを検出しない場合（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、つまり、加速度センサ６により検出された本体部２の打撃方向の加速度が、モード判別閾値Ａ２よりも小さい場合、マイコン５１Ａは、再度、モード判別が完了しているか否かを判断する（ステップＳ１０３）。そして、マイコン５１Ａは、モード判別閾値と加速度センサ６により検出された加速度とを比較する処理を、作業者により選択され使用されている動作モードの判別が完了するまで繰り返す（ステップＳ１０４〜ステップＳ１０９）。

このように、本実施の形態において、マイコン５１Ａ（制御部５）は、本体部２の回転方向の加速度の大きさがモード判別閾値Ａ１を超えないか若しくは超える前に、本体部２の打撃方向の加速度の大きさがモード判別閾値Ａ２を超えた場合に打撃モードであると判断し、本体部２の打撃方向の加速度の大きさがモード判別閾値Ａ２を超えないか若しくは超える前に本体部２の回転方向の加速度の大きさがモード判別閾値Ａ１を超えた場合に回転・打撃モードであると判断する。つまり、モード判別閾値Ａ１及びモード判別閾値Ａ２を設けることにより、好適にハンマドリル１の動力伝達状態（動作モード）を判別することが可能となる。また、従来から一般的にハンマドリルに設けられている加速度センサを用いることにより動作モードを判別することができるため、動作モードの判別のために部品点数が増加することが抑制され、故障等が起こるリスクが低減される。回転方向は、本発明における「第２方向」の一例である。打撃方向及び前後方向は、本発明における「第１方向」の一例である。モード判別閾値Ａ１は、本発明における「第１閾値」の一例であり、モード判別閾値Ａ２は、本発明における「第２閾値」の一例である。尚、本実施の形態においては、加速度の大きさの絶対値がモード判別閾値Ａ１またはモード判別閾値Ａ２のいずれかを越えたか否かを判別することで動作モードを判別しているが、モード判別閾値Ａ１およびモード判別閾値Ａ２を用いず、加速度の各方向における変化等を元に動作モードを判別してもよい。例えば、打撃方向の加速度の単位時間当たりの増加率が所定の閾値を超えた場合に打撃モードであると判断し、打撃方向の加速度の単位時間当たりの増加率が所定の閾値を越えないかもしくは越える前に回転方向の加速度の単位時間当たりの増加率が所定の閾値を越えたら回転・打撃モードであると判断する構成としてもよい。

ステップＳ１０３において、モード判別が完了していると判断する場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、マイコン５１Ａは、検出した動作モードに応じて処理を実行する（ステップＳ１１０）。

具体的には、動作モードとして回転・打撃モードが選択されていると判断する場合、図５（ｃ）に示されているように、マイコン５１Ａは、目標回転数としてＸ１[ｒｐｍ]を設定する。そして、マイコン５１Ａは、回転数がＸ１[ｒｐｍ]となるように、フィードバック制御によりモータ３を定速回転制御する。

また、図５（ａ）に示されているように、マイコン５１Ａは、回転方向の加速度に関して、モード判別閾値Ａ１よりも大きい所定のキックバック閾値を設定する。そして、マイコン５１Ａは、回転方向の加速度がキックバック閾値を超えたと判断する場合、モータ３の駆動を停止する。このような構成によれば、回転・打撃モードでの作業中に先端工具Ｐが被加工材に引っ掛かり、本体部２が大きく振り回された場合において、好適にモータ３の駆動を停止させることが可能となる。キックバック閾値は、本発明における「第３閾値」の一例である。

これに対して、動作モードとして打撃モードが選択されていると判断する場合、図６（ｃ）に示されているように、マイコン５１Ａは、目標回転数として、Ｘ１[ｒｐｍ]よりも低いＸ２[ｒｐｍ]を設定する。そして、マイコン５１Ａは、回転数がＸ２[ｒｐｍ]となるように、フィードバック制御によりモータ３を定速回転制御する。

このように、マイコン５１Ａ（制御部５）は、打撃モード選択時のモータ３の回転軸３１の回転数の上限を回転・打撃モード選択時のモータ３の回転軸３１の回転数の上限よりも小さくするようにモータ３を制御している。これにより、打撃モードを用いた作業時における電力の消費を抑え作業量を増やすことが可能となる。

その後、ステップＳ１１１において、マイコン５１Ａは、トリガ２１Ｊに対して引操作が行われているか否かを判断する。トリガ２１Ｊに対して引操作が行われていると判断する場合（ステップＳ１１１：Ｙｅｓ）、マイコン５１Ａは、モータ３の駆動制御を継続する（ステップＳ１１２）。一方、トリガ２１Ｊに対して引操作が行われていないと判断する場合（ステップＳ１１１：Ｎｏ）、モータを停止し（ステップＳ１１３）、モード判別フラグをリセットし（モード判別フラグを「０」としてセットし）（ステップＳ１１４）、以降トリガ２１Ｊの状態を監視し（ステップＳ１０１）、上記のような動作モードを判別する処理（ステップＳ１０３〜ステップＳ１０９）、及び、判別された動作モードに応じた処理（ステップＳ１１０）を繰り返し行う。

本実施の形態においては、ハンマドリル１を例に説明したが、本発明はハンマドリル以外のモータで駆動される動力作業機、例えば、振動ドリルや丸鋸等の電動作業機にも適用可能である。

１…ハンマドリル ２…本体部 ３…モータ ４…インバータ回路基板部 ５…制御部 ６…加速度センサ ７…動作モード切替部

Claims (9)

1. ハウジングを有する本体と、
   前記ハウジングに収容され回転軸を有するモータと、
   前記ハウジング内に設けられ前記本体の複数の方向におけるそれぞれの加速度を検出する加速度検出器と、
   前記ハウジングに収容され前記加速度検出器の検出する前記複数の方向におけるそれぞれの加速度の大きさに応じて前記回転軸の回転数を制御する制御部と、を有することを特徴とする電動作業機。
2. 前記本体は、前記モータによって駆動され先端工具が着脱可能な出力部と、前記モータと前記出力部との間に介在し、前記先端工具の駆動状態を変更可能な動力伝達部とを、さらに有することを特徴とする請求項１に記載の電動作業機。
3. 前記動力伝達部は、前記回転軸の回転運動を第１方向への往復動に変換し前記先端工具を打撃することで前記先端工具に前記第１方向への打撃力を生じさせることが可能、且つ、前記回転軸の回転運動を前記出力部に伝達することにより前記先端工具に前記第１方向と交差する第２方向に回転力を生じさせることが可能に構成され、前記先端工具に前記打撃力が伝達される一方前記回転力は伝達されない第１動力伝達状態と前記先端工具に少なくとも前記回転力が伝達される第２動力伝達状態との間で動力伝達状態を切替可能であることを特徴とする請求項２に記載の電動作業機。
4. 前記複数の方向におけるそれぞれの加速度は、前記第１方向の加速度及び前記第２方向の加速度を含み、
   前記加速度検出器は、前記制御部と電気的に接続され、前記第１方向の加速度と前記第２方向の加速度を独立して検出可能であり、
   前記制御部は、前記第２方向の加速度の大きさが第１閾値を超えないか若しくは超える前に前記第１方向の加速度の大きさが第２閾値を超えた場合に前記第１動力伝達状態であると判断し、前記第１方向の加速度の大きさが前記第２閾値を超えないか若しくは超える前に前記第２方向の加速度の大きさが前記第１閾値を超えた場合に前記第２動力伝達状態であると判断することを特徴とする請求項３に記載の電動作業機。
5. 前記制御部は、前記第１動力伝達状態のときの前記回転数の上限を前記第２動力伝達状態のときの前記回転数の上限よりも小さくするように前記モータを制御することを特徴とする請求項４に記載の電動作業機。
6. 前記制御部は、前記動力伝達部が前記第２動力伝達状態であると判断した場合において、前記第２方向の加速度が前記第１閾値よりも大きい第３閾値を超えた場合に前記モータの駆動を停止させるように制御することを特徴とする請求項４又は５に記載の電動作業機。
7. 手動操作可能で、前記動力伝達部の前記動力伝達状態を機械的に切替可能な切替操作部を、さらに有することを特徴とする請求項３乃至６のいずれか一項に記載の電動作業機。
8. 前記モータは、ブラシレスモータであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電動作業機。
9. 前記ハウジングには、手動操作可能で、押圧されることにより前記モータを駆動可能なトリガが設けられ、
   前記回転数は、前記トリガの押圧量によらないことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電動作業機。
   

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