JP2015016551A - 電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】減速比変更の際の係合の衝撃を抑制して減速比変更を短時間でスムーズに完了する。
【解決手段】減速比切替手段は、切替部材を軸方向にスライドさせる変速用アクチュエータ６と、減速比の切替時に切替部材とギア部材の相対回転速度を低減させる切替制御部６３とを有する。減速比の切替を行うとき、切替部材がそれまで係合していたギア部材及び次期係合対象のギア部材が共に非係合となる切替途中の状態で、切替部材と係合対象のギア部材との相対回転速度を低減させ、この状態で、切替部材を次期係合対象のギア部材との係合位置にスライド移動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、減速比を切り替え自在に設けた電動工具に関する。

減速機構部を備える電動工具において、その減速機構部の減速比を切り替えるための構造として、遊星減速機構を構成するリングギア等の切替部材を軸方向にスライドさせ、係合状態を切り替えるものがある。

例えば特許文献１、特許文献２に記載される電動工具では、リングギアからなる切替部材のスライド操作が、ソレノイドを用いて自動的に行われる。この従来の電動工具では、切替部材が他のギア部材に係合する際の衝撃を抑えるため、ソレノイドを起動させる際には、あわせてモータの回転を停止または低減させている。

そして、上述した従来の電動工具においては、駆動源となるモータの電流等に変化が生じると、これを検知した制御部が、設定されたタイミング通りに、ソレノイドの起動と、モータの回転停止とを実行させている。詳しくは、まず衝撃抑制のためにモータの回転停止等を確実に実行しておき、そのうえでソレノイドを起動させており、係合時の衝撃を極力抑えようとする対策が採られている。

特開２００９−５６５９０号公報 特開２００９−７８３４９号公報

ところで、実際に切替部材が所定のギア部材に係合するタイミングと、モータが減速されてゆき実際にモータが狙い通りに回転停止等するタイミングとの間には、その機構上、或る程度のばらつきが存在する。そして、上述した従来の電動工具では、モータの回転停止等を確実に実行した上で、ソレノイドを起動させるため、減速比変更を短時間で完了することは困難である。

つまり、上述したような従来の電動工具は、減速比変更の際の係合の衝撃を抑制することと、減速比変更を短時間でスムーズに完了することを両立するには、不十分なものであった。

本発明では、減速比変更の際の係合の衝撃を抑制して減速比変更を短時間でスムーズに完了することのできる電動工具を提供することを、課題とする。

前記課題を解決するために本発明の電動工具を、下記構成を具備したものとする。

本発明の電動工具は、駆動源であるモータと、前記モータの回転動力を減速したうえで伝達する減速機構部と、前記減速機構部の減速比を切り替える減速比切替手段と、を具備する電動工具である。

前記減速機構部は、軸方向にスライド自在な切替部材と、前記切替部材の前記軸方向のスライド位置に応じて前記切替部材との係合状態と非係合状態が切り替えられるギア部材と、を用いて、前記減速比が切り替わるように形成されたものである。

前記減速比切替手段は、前記切替部材を軸方向にスライドさせる変速用アクチュエータと、前記減速比の切替時に前記切替部材と前記ギア部材の相対回転速度を低減させる切替制御部と、前記減速比の切替時に前記変速用アクチュエータを制御するアクチュエータ制御部と、を有している。

前記切替制御部は、変速用アクチュエータを動作させて減速比の切替を行うとき、前記切替部材がそれまで係合していたギア部材及び次期係合対象のギア部材が共に非係合となる切替途中の状態で、前記切替部材と次期係合対象のギア部材との相対回転速度を低減させ、この相対回転速度が低減された状態で、前記アクチュエータ制御部が前記変速用アクチュエータによって前記切替部材を次期係合対象のギア部材との係合位置にスライド移動させるものである。

前記減速比切替手段は、さらに、前記変速用アクチュエータの駆動を調整する駆動調整部を有し、前記アクチュエータ制御部は、前記情報検知部の検知結果に応じて前記駆動調整部を制御して変速用アクチュエータへの供給電力を調整するものであることが好ましい。

本発明は、減速比変更の際の係合の衝撃を抑制して減速比変更を短時間でスムーズに完了することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態１の電動工具の要部説明図である。 同上の電動工具の側断面図である。 同上の電動工具の内部側面図である。 同上の電動工具の背断面図である。 同上の電動工具の減速機構部の分解斜視図である。 同上の減速機構部の１速の状態を示し、（ａ）は側断面図、（ｂ）は側面図である。 同上の減速機構部の１速と２速の切替途中の状態を示す側断面図である。 同上の減速機構部の２速の状態を示し、（ａ）は側断面図、（ｂ）は側面図である。 同上の減速機構部の２速と３速の切替途中の状態を示す側断面図である。 同上の減速機構部の３速の状態を示し、（ａ）は側断面図、（ｂ）は側面図である。 本発明の実施形態２の電動工具の要部説明図である。 本発明の実施形態３の電動工具の供給電圧の調整制御の説明図である。 本発明の実施形態４の電動工具の停動電流推定の説明図である。 同上の停動電流推定結果に応じた供給電圧の調整制御の説明図である。 本発明の実施形態６の電動工具の負荷トルク推定の説明図である。 本発明の実施形態７の電動工具の負荷トルクに応じた供給電圧の調整制御の説明図である。 本発明の実施形態８の電動工具の負荷トルクに応じた供給電圧の調整制御の説明図である。

本発明を、添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。

＜実施形態１＞
図２〜図４には、本発明の電動工具の実施形態１を示している。本実施形態の電動工具は、駆動源であるモータ（メインモータ）１と、このモータ１の回転動力を減速したうえで伝達する減速機構部２と、減速機構部２を介して伝達された回転動力を出力軸４にまで伝達する駆動伝達部３とを備えている。そして、モータ１と、減速機構部２と駆動伝達部３は胴体ハウジング１０１内に収容されている。

胴体ハウジング１０１からは把持部ハウジング１０２が延設され、電動工具の本体ハウジング１００は、胴体ハウジング１０１と把持部ハウジング１０２とで構成される。把持部ハウジング１０２にはトリガスイッチ１０３を引き込み自在に設けている。さらに、把持部ハウジング１０２の延設先端部には、外部電源に接続される電源コードや把持部ハウジング１０２から着脱自在の電池パック等の電源部７０（図１等参照）を備えている。

また、胴体ハウジング１０１内には、モータ１や減速機構部２に対して軸方向が平行となるように、変速用アクチュエータ６を収容している。この変速用アクチュエータ６は、専用のモータ（サブモータ）５０を駆動源とした回転式のアクチュエータであり、減速機構部２が有する切替部材７を、変速カムプレート８を介して軸方向にスライド移動させ、減速比の切替を行う。この点について詳しくは後述する。

図５〜図１０には、減速機構部２等の構造をより詳細に示している。本実施形態の減速機構部２は、ギアケース９内に三段の遊星減速機構を収容したものであり、各段の遊星減速機構の減速状態と非減速状態を切り替えることによって、減速機構部２全体の減速比を切り替える。以下においては、モータ１に近い側から順に１、２、３段目の遊星減速機構として説明を行う。

１段目の遊星減速機構は、モータ１からの回転動力によって軸中心に回転駆動される太陽ギア１０（図５中では図示略）と、該太陽ギア１０と噛み合う複数の遊星ギア１１と、各遊星ギア１１に噛み合うリングギア１２とを備えている。遊星ギア１１は太陽ギア１０を囲むように位置し、リングギア１２は、これら複数の遊星ギア１１を囲むように位置する。１段目の遊星減速機構は、これら複数の遊星ギア１１と回動自在に連結されるキャリア１４と、遊星ギア１１とキャリア１４を連結させるキャリアピン１３とをさらに備えている。

２段目の遊星減速機構は、１段目の太陽ギア１０に結合される２段目の太陽ギア２０（図５中では図示略）と、該太陽ギア２０と噛み合う複数の遊星ギア２１と、これら複数の遊星ギア２１とも噛み合うことが可能な１段目のリングギア１２とを備えている。遊星ギア２１は太陽ギア２０を囲むように位置する。２段目の遊星減速機構は、これら複数の遊星ギア２１と回動自在に連結されるキャリア２４と、遊星ギア２１とキャリア２４を連結するキャリアピン２３とをさらに備え、キャリアピン２３は、その先端部が１段目のキャリア１４に連結される。

リングギア１２は、１段目の遊星減速機構を形成するための部材として機能するか、２段目の遊星減速機構を形成するための部材として機能するかが、そのスライド位置によって択一的に選択可能な構造である。つまり、リングギア１２は、モータ１側のスライド位置にあるときには１段目の遊星ギア１１に噛み合い、出力軸４側のスライド位置にあるときには２段目の遊星ギア２１に噛み合う。

以下の本文中において、モータ１側を単に「入力側」といい、出力軸４側を単に「出力側」という。

ギアケース９の内周面には、リングギア１２が軸方向にスライド自在に且つ回転不能に係合するガイド部１５を設けており、リングギア１２はこのガイド部１５により案内されながら軸方向のスライド移動を行う。

３段目の遊星減速機構は、２段目のキャリア２４に結合される３段目の太陽ギア３０と、該太陽ギア３０と噛み合う複数の遊星ギア３１と、これら複数の遊星ギア３１と噛み合うリングギア３２とを備え、遊星ギア３１は太陽ギア３０を囲むように位置する。３段目の遊星減速機構は、これら複数の遊星ギア３１と回動自在に連結されるキャリア３４と、遊星ギア３１とキャリア３４を連結させるキャリアピン３３とをさらに備えている。

リングギア３２は、ギアケース９に対して軸方向にスライド自在に且つ回転自在に配されている。リングギア３２が入力側のスライド位置にあるときには、リングギア３２は、２段目のキャリア２４の外周縁部に噛み合う。リングギア３２が出力側のスライド位置にあるときには、リングギア３２は、ギアケース９と一体に形成された係合歯部４０と噛み合う。また、リングギア３２はいずれのスライド位置にあるときも、遊星ギア３１とは噛み合う。

これら３段の遊星減速機構は、軸方向に連結されている。つまり、１〜３段目の太陽ギア１０，２０，３０が軸方向の一直線上に並設され、これらを囲むように位置する二つのリングギア１２，３２もまた軸方向の一直線上に並設されている。

各リングギア１２，３２は独立して軸方向にスライド自在であり、そのスライド位置に対応して減速比を切り替え、出力軸４の回転出力を１速、２速、３速に変更する。このように、本実施形態では、各リングギア１２，３２が、軸方向にスライド自在な切替部材７をなす。なお、ここでの１速は最も減速比の小さい状態であり、２速は１速よりも減速比の大きな状態、３速は１，２速よりも減速比の大きな状態（つまり、最も減速比の大きな状態）である。

図６には１速の状態、図７には１速と２速の切替途中の状態、図８には２速の状態、図９には２速と３速の切替途中の状態、図１０には３速の状態を示している。

図６の１速にある減速機構部２では、切替部材７をなす一方のリングギア１２が入力側の位置にあり、同じく切替部材７をなす他方のリングギア３２が入力側の位置にある。そのため、１段目の遊星減速機構だけが減速状態となる。

図８の２速にある減速機構部２では、切替部材７をなす一方のリングギア１２が出力側の位置にあり、同じく切替部材７をなす他方のリングギア３２が入力側の位置にある。そのため、２段目の遊星減速機構だけが減速状態となる。

ここで、１段目の遊星減速機構と２段目の遊星減速機構とでは、２段目の方が減速比が大きくなるように各部材の寸法形状を相違させている。したがって、２速の場合は１速よりも減速比が大きく、出力軸４の回転速度は小さくなる。

図１０の３速にある減速機構部２では、切替部材７をなす一方のリングギア１２が出力側の位置にあり、同じく切替部材７をなす他方のリングギア３２が出力側の位置にある。そのため、２段目の遊星減速機構と３段目の遊星減速機構が共に減速状態となる。

切替部材７をなす二つのリングギア１２，３２のスライド位置は共に、変速カムプレート８の回転位置に応じて決定される。変速カムプレート８は、筒状をなすギアケース９の外周面に沿う断面円弧状のプレートであり、ギアケース９の中心軸まわりに回転自在となるように装着される。

変速カムプレート８には、二つのカム溝４１，４２を軸方向に並設している。入力側のカム溝４１は、リングギア１２のスライド移動に対応した折れ線形状を有する貫通溝である。カム溝４１に挿通される変速ピン４５の先端部が、ギアケース９に貫通形成したガイド溝４８（図５参照）を通じてギアケース９内に挿入され、リングギア１２の外周面の凹溝に係合する。ガイド溝４８は、減速機構部２の軸方向と平行に形成している。

出力側のカム溝４２は、リングギア３２のスライド移動に対応した折れ線形状を有する貫通溝である。カム溝４２に挿通される変速ピン４６の先端部が、ギアケース９に貫通形成したガイド溝４９（図５参照）を通じてギアケース９内に挿入され、リングギア３２の外周面の凹溝に係合する。ガイド溝４９は、減速機構部２の軸方向と平行に形成したものであり、他方のガイド溝４８と一直線上に形成している。

この変速カムプレート８は、その周方向端部に、回転式の変速用アクチュエータ６と噛み合うギア部４７を有する。変速用アクチュエータ６は、専用のモータ５０と、モータ５０の回転動力を減速して伝達する減速機構部５１と、減速機構部５１を通じて伝達される回転動力により回転駆動される出力部５２とを有する。つまり、変速用アクチュエータ６は変速カムプレート８を介して切替部材７を軸方向にスライドさせる。

このように、本実施形態の電動工具では、減速機構部２は、軸方向にスライド自在な切替部材７と、これら切替部材７の軸方向のスライド位置に応じて該切替部材７との係合状態と非係合状態が切り替えられるギア部材５と、を用いて形成している。

切替部材７は、上述のようにリングギア１２，３２である。また、ここでのギア部材５は、リングギア１２に対しては１段目の遊星ギア１１と２段目の遊星ギア２１であり、リングギア３２に対しては２段目のキャリア２４と係合歯部４０である。これら切替部材７とギア部材５の係合状態と非係合状態に応じて、減速機構部２全体の減速比が切り替わる。

さらに、本実施形態の電動工具は、図１に概略的に示すように、モータ１およびアクチュエータ６を制御する制御部６２と、モータ１を駆動させるモータ駆動部６５と、変速用アクチュエータ６を駆動させるアクチュエータ駆動部６６とを備えている。これら、制御部６２とモータ駆動部６５とアクチュエータ駆動部６６とには、電源部７０から電力が供給されている。

モータ駆動部６５は、制御部６２の制御を受けて、モータ１を駆動させるとともにモータ１の回転動力を変更させるものであり、モータ１の回転動力を調整するモータ１側の駆動調整部を兼ねている。アクチュエータ駆動部６６は、制御部６２の制御を受けて、変速用アクチュエータ６（モータ５０）を駆動させるとともに変速用アクチュエータ６の駆動を調整するものであり、変速用アクチュエータ６側の駆動調整部６１を兼ねている。

また、本実施形態の電動工具は、変速用アクチュエータ６の入出力情報を検知する情報検知部６７と、モータ１の駆動状態を検知する駆動状態検知部６０と、切替部材７のスライド位置を検知するスライド位置検知部６８とをさらに備えている。

駆動状態検知部６０は、モータ１に流れる電流値とモータ１の回転数の少なくとも一方を検知することで、モータ１の駆動状態を検知し、その検知結果を制御部６２に入力する。情報検知部６７は、アクチュエータ駆動部６６に印加された供給電圧の値（供給電力の電圧値）を検知することで、切替部材７の移動速度（つまりリングギア１２，３２のそれぞれのスライド速度）を検知し、その検知結果を制御部６２に入力する。スライド位置検知部６８は、切替部材７に連動する変速カムプレート８のギアケース９に対する回転位置を検知することで、間接的に切替部材７の位置（つまりリングギア１２，３２のそれぞれのスライド位置）を検知し、その検知結果を制御部６２に入力する。スライド位置検知部６８は、非接触式の変位検知センサであってもよいし、変速カムプレート８に直接接触する接触式のものであってもよい。

制御部６２は、駆動状態検知部６０により検知されるモータ１の駆動状態（負荷）に応じて、アクチュエータ駆動部６６に変速用アクチュエータ６を起動させ、切替部材７をスライド移動させることにより減速機構部２の減速比を変更する。

つまり、本実施形態の電動工具では、変速用アクチュエータ６と、アクチュエータ駆動部６６と、駆動状態検知部６０と、スライド位置検知部６８と、情報検知部６７と、制御部６２とを用いて、減速比切替手段を構成している。

そして、制御部６２においては、変速用アクチュエータ６（つまりモータ５０）を起動させるとき、スライド位置検知部６８の検知結果に応じて、モータ１の回転動力を一時的に低下または増大させるように制御する切替用制御部６３の機能を兼ねている。ここでモータ１の回転動力を低下または増大させるのは、スライド移動される切替部材７とこれがスライド後に係合するギア部材５との間において、係合時の相対回転速度を極力減じる（望ましくはゼロとする）ためである。

制御部６２（切替制御部６３）は、電動工具での作業時に、駆動状態検知部６０にてモータ１にかかる負荷が所定水準に到達したと検知されたときに、自動変速させる。

以下、１速→２速に自動変速される場合、２速→３速に自動変速される場合を例にとり、具体的に説明する。

１速から２速への自動変速は、モータ１に流れる電流値が所定値以上になったとき、モータ１の回転数が所定値以下になったとき、または、この電流値と回転数とが所定の関係を満たすようになったときに、モータ１にかかる負荷が所定水準に到達したと検知する。

該検知結果を入力された切替制御部６３は、変速用アクチュエータ６のモータ５０を起動させ、変速カムプレート８を回転移動させる。変速カムプレート８の入力側のカム溝４１に挿通される変速ピン４５は、ギアケース９に設けたガイド溝４８にガイドされながら、出力側へとスライド駆動される。変速ピン４５は、切替部材７であるリングギア１２を出力側へとスライド移動させる。

スライド移動したリングギア１２は、まず１段目の遊星ギア１１との係合が解除され、図７に示す切替途中の状態となる。このとき、リングギア１２はギアケース９に対して回転固定の状態にある。一方、次期係合対象のギア部材５である２段目の遊星ギア２１は、モータ１の回転動力に依存した形態で、ギアケース９に対して軸まわりに回転駆動される。

制御部６２は、リングギア１２が図７の所定の切替途中状態に至ったという検知結果をスライド位置検知部６８から入力されると、その時点で、モータ１の回転動力を一時的に低下させる（ゼロとする場合を含む）。これにより、図８のようにリングギア１２が２段目の遊星ギア２１と係合する際に両者１２，２１間の相対回転速度を低減させ（好ましくはゼロとし）、係合の際の衝撃を抑制する。したがって、１速から２速への自動変速が、スムーズ且つ安定的に実現され、衝突によるギアの磨耗や破損も抑制される。

２速→３速の自動変速は、次のとおりの制御となる。つまり、図８に示す２速の状態でモータ１を回転駆動させているときに、駆動状態検知部６０にてモータ１にかかる負荷が所定水準に到達したと検知されたときに、３速に自動変速される。具体的には、モータ１に流れる電流値が所定値以上になったとき、モータ１の回転数が所定値以下になったとき、または、この電流値と回転数とが所定の関係を満たすようになったときに、モータ１にかかる負荷が所定水準に到達したと検知する。

該検知結果を入力された制御部６２は、変速用アクチュエータ６のモータ５０を起動させ、変速カムプレート８を回転移動させる。変速カムプレート８の出力側のカム溝４２に挿通される変速ピン４６は、ギアケース９に設けたガイド溝４９にガイドされながら、出力側へとスライド駆動される。変速ピン４６は、もう一つの切替部材７であるリングギア３２を出力側へとスライド移動させる。

スライド移動したリングギア３２は、まず２段目のキャリア２４との係合が解除され、図９に示す切替途中の状態に至る。このとき、リングギア３２は、３段目の遊星ギア３１に係合し、且つ、ギアケース９には回転固定されない状態にある。

図９の切替途中状態にあるリングギア３２は、２速にてキャリア２４に係合していたときの回転慣性で回転を続けるが、これと同時に、モータ１により駆動される３段目の遊星ギア３１からの反力によって、該回転慣性とは反対方向の回転力を受ける。一方、リングギア３２が次に係合するギア部材５である係合歯部４０は、ギアケース９に対して固定されている。

制御部６２は、この回転慣性と反対方向の回転力を積極的に利用して、リングギア３２と係合歯部４０との相対回転速度を低減させる（好ましくはゼロとする）ものとなっている。つまり、制御部６２は、リングギア３２が図９の所定の切替途中状態に至ったことをスライド位置検知部６１により検知すると、その時点で、リングギア３２のスライド移動を一旦停止させる。そして、モータ１の回転動力を一時的に増大させ、リングギア３２のギアケース９に対する回転速度を速やかに低減させる。そのうえでリングギア３２のスライド移動を再開し、係合歯部４０と係合する際にはリングギア３２の回転速度が極力ゼロに近づくように調整する。

これにより、図１０のようにリングギア３２が係合歯部４０と係合する際の衝撃を抑制し、スムーズ且つ安定的な自動変速を実現するとともに、衝突によるギアの磨耗や破損も抑制することができる。

なお、リングギア３２のスライド移動の一旦停止は行わず、モータ１の回転動力を一時的に増大させるだけで回転速度を調整してもよい。また、リングギア３２の一旦停止によってのみ、回転速度を調整してもよい。また、変速用アクチュエータ６の起動と同期してモータ１の回転動力を徐々に低下させ、２速にてキャリア２４に係合していたときのリングギア３２の回転慣性による回転を低下させる制御としてもよい。

また、３速→２速の自動変速の場合や、２速→１速の自動変速の場合には、制御部６２は、モータ１の回転動力が停止した状態、または切替途中状態に至ったときに回転動力を低下または停止させ、切替部材７とギア部材５の相対回転速度を低減する。これにより、スムーズ且つ安定的な自動変速が実現され、衝突によるギアの磨耗や破損も抑制される。

また、制御部６２（切替制御部６３）は、変速用アクチュエータ６を起動させた時点からモータ１の回転動力をある程度低下させる制御であってもよい。この場合の制御部６２は、例えば、変速用アクチュエータ６の起動と同期してモータ１の回転動力を徐々に低下させてゆき、リングギア１２が図７の所定の切替途中状態に至ったという検知結果が入力された時点で、モータ１の回転動力をさらに低下させる。

以上のように、本実施形態の制御部６２は、モータ１の駆動状態に応じて変速用アクチュエータ６を起動させるとともに、検知された切替部材７（リングギア１２，３２）の現在位置に対応するかたちで、モータ１の回転動力を一時的に低下または増大させる。この回転動力の低下は、モータ１を停止させる場合も含む。これにより、スムーズ且つ安定的な自動変速が実現され、衝突によるギアの磨耗や破損も抑制される。なお、制御部６２を、変速用アクチュエータ６の起動にも同期してモータ１の回転動力を徐々に低下または増大させるものとしてもよい。

また、２速から１速や３速から２速の自動変速は、制御部６２が作業完了と判断した際に行われるものであってもよい。具体的には、モータ１の負荷が所定水準に達した後、該負荷が略無くなり制御部６２が作業完了と判断した、またはトリガスイッチ１０３の操作が解除された等でモータ１を駆動停止させたときの自動変速である。つまり、該状態における自動変速は、所定の作業の完了に伴い次の作業に移行する準備のために、３速または２速から１速に戻す変速である。

加えて、本実施形態の制御部６２では、減速比の切替時（変速時）に、情報検知部６７とスライド位置検知部６８が検知する切替部材７（リングギア１２，３２）の位置に対応するかたちで、変速用アクチュエータ６の駆動を調整するように制御する。これにより、電池パックの消耗等による供給電圧の低下等に伴う切替部材７のスライド量または移動速度の低下に対応して、切替部材７のスライドを調整することができ、切替部材７を所定の時間で所定の目標位置にスライドさせ、スムーズな自動変速を実現する。

以下、この変速用アクチュエータ６の制御について具体的に述べる。

制御部６２は、切替部材７を所定の目標位置に時間通りに到達させるようにアクチュエータ駆動部６６を制御するアクチュエータ制御部６４の機能を兼ねている。つまり、電源部７０からの供給電圧の変化や、ギア磨耗による芯ずれ、ギア間のクリアランス増大等の経年劣化によって、切替部材７の移動速度にばらつきを生じる場合がある。この場合、切替部材７の時間あたりのスライド量が低下するため、切替部材７が所定の時間内に所定の目標位置にまでスライド移動せず、変速がうまく行かず作業の障害になるだけでなく、減速比の切替に要する時間（切替時間）の増大の原因ともなる。

これに対して、制御部６２は、情報検知部６７から入力される検知結果によって、切替部材７の移動速度のばらつきを把握し、アクチュエータ駆動部６６に切替部材７のスライド移動を調整させ、切替部材７の時間あたりのスライド量不足を解消させる。つまり、制御部６２は、変速用アクチュエータ６の駆動が所定の時間経過されたときに、切替部材７が所定の目標位置に位置するように、アクチュエータ駆動部６６に変速用アクチュエータ６の駆動を調整させる。このとき、所定の時間とは、自動変速に要する切替時間であり、変速用アクチュエータ６の駆動時間と略同じ時間となっている。

具体的には、情報検知部６７は、変速用アクチュエータ６が駆動されるときに、入出力情報として、電源部７０からアクチュエータ駆動部６６に印加された供給電圧の値を随時検知し、検知結果を制御部６２に出力する。制御部６２は、入力された検知結果に応じて、切替部材７が所定の目標位置に至るまでの時間あたりのスライド量を一定にさせるようにアクチュエータ駆動部６６を制御する。つまり、制御部６２は、情報検知部６７の検知結果に応じてアクチュエータ駆動部６６にモータ５０の回転動力を随時変更させて、所定の時間経過時に切替部材７が所定の目標位置に至るように、変速用アクチュエータ６を駆動調整する。これにより、切替部材７の移動速度のばらつきに伴うスライド量不足を抑制し、切替部材７を所定の時間に所定の目標位置に到達させることができ、スムーズかつ安定な自動変速を実現する。

次に、本発明の電動工具の他の実施形態について順に述べる。なお、上述の実施形態１と同様の構成については詳しい説明を省略し、実施形態１とは相違する特徴的な構成について、主に詳述する。

＜実施形態２＞
本実施形態の電動工具においても、変速用アクチュエータ６の駆動を調整し、切替部材７を所定の目標位置に時間通りに到達させるように設けている。これにより、切替部材７のスライド量不足を解消するとともに、減速比の切替時間が所定の時間から増大することを抑制し、スムーズかつ安定な自動変速を実現する。しかし、本実施形態においては、駆動調整部６１の構成や、変速用アクチュエータ６への供給電圧の調整の仕方が実施形態１の場合と相違している。

具体的には、減速比切替手段は、図１１に示すように、電力調整部６９を備えている。該電力調整部６９は、電源部７０からの供給電力を昇圧する昇圧回路と、ＰＷＭ制御を行う制御回路とを有し、供給電圧を一定値に調整したうえで、アクチュエータ駆動部６６に給電するものとなっている。つまり、電力調整部６９は、電源部７０から変速用アクチュエータ６への供給電圧を検知する情報検知部６７と、情報検知部６７の検知結果に応じて変速用アクチュエータ６の駆動を調整する駆動調整部６１とを兼ねている。

電力調整部６９は、電源部７０からの供給電圧に応じて、昇圧回路でアクチュエータ駆動部６６への供給電圧を上げるまたは制御回路のＰＷＭ制御で供給電圧を下げることで、アクチュエータ駆動部６６への供給電圧を一定値に調整する。

これにより、減速比の切替時に、アクチュエータ駆動部６６は一定の供給電圧で変速用アクチュエータ６を駆動させ、切替部材７が一定速度でスライド移動され、切替部材７が所定の時間に所定の目標位置に至り、スムーズかつ安定な自動変速を実現する。なお、制御部６２やアクチュエータ駆動部６６に、電力調整部６９の機能を兼ねたものを用いて、電動工具の構成部材を削減してもよい。

＜実施形態３＞
本実施形態の電動工具においても、変速用アクチュエータ６の駆動を調整し、切替部材７を所定の目標位置に時間通りに到達させるように設けている。これにより、切替部材７のスライド量不足を解消するとともに、減速比の切替時間が所定の時間から増大することを抑制し、スムーズかつ安定な自動変速を実現する。しかし、本実施形態においては、変速用アクチュエータ６への供給電圧の調整の仕方が実施形態１の場合と相違している。そして、変速用アクチュエータ６への供給電圧を一定に調整させる点は、実施形態２と同様である。しかし、情報検知部６７で検知する入出力情報において、実施形態２とは相違する。

具体的には、情報検知部６７は入出力情報として変速用アクチュエータ６の起動前の電圧の値（電圧値Ｖ１）を検知する。制御部６２は、変速用アクチュエータ６に印加する供給電圧を、該検知結果に応じて決定した電圧値Ｖ２に調整させる。つまり、制御部６２は、図１２に示すように、検知された電圧値Ｖ１から、切替部材７を所定の移動速度Ｓ１でスライドさせる電圧値Ｖ２を演算し、演算結果に応じて駆動調整部６１に供給電圧を調整させる制御を行うものとなっている。この所定の移動速度Ｓ１は、自動変速時に、所定の時間経過した際に切替部材７を所定の目標位置に至らせる速度である。

これにより、切替部材７を一定の移動速度でスライド移動させることができ、切替部材７の移動速度のばらつきが解消され、切替部材７が所定の時間に所定の目標位置に至り、スムーズかつ安定な自動変速を実現する。なお、アクチュエータ駆動部６６に、電力調整部６９の機能を兼ねたものを用いて、電動工具の構成部材を削減してもよい。また、駆動調整部６１の機能は、制御部６２、アクチュエータ駆動部６６、電力調整部６９のいずれが兼ねたものであってもよい。

＜実施形態４＞
本実施形態の電動工具においても、変速用アクチュエータ６の駆動を調整し、切替部材７を所定の目標位置に時間通り到達させるように設けている。これにより、切替部材７のスライド量不足を解消するとともに、減速比の切替時間が所定の時間から増大することを抑制し、スムーズかつ安定な自動変速を実現する。しかし、本実施形態においては、変速用アクチュエータ６への供給電圧の調整の仕方が実施形態１の場合と相違している。そして、変速用アクチュエータ６への供給電圧を一定に調整させる点は、実施形態３と同様である。しかし、情報検知部６１で検知する入出力情報において、実施形態３とは相違する。

具体的には、情報検知部６７は入出力情報として変速用アクチュエータ６の起動時の駆動電流の最大値（最大電流値Ａ１）を検知する。制御部６２は、該検知結果から推定した電圧値Ｖ２に、変速用アクチュエータ６に印加する供給電圧を調整させる。つまり、制御部６２は、図１３に示すように、検知された最大電流値Ａ１から、電圧値Ｖ３またはモータ５０の停動電流を推定する。そして、図１４に示すように、推定結果に基づき切替部材７を所定の移動速度Ｓ１でスライドさせるための電圧値Ｖ２を演算し、演算結果に応じて駆動調整部６１に供給電圧を調整させるものとなっている。

これにより、切替部材７を一定の移動速度でスライド移動させることができ、切替部材７の移動速度のばらつきが抑制され、切替部材７が所定の時間に所定の目標位置に至り、スムーズ且つ安定な自動変速を実現する。なお、駆動調整部６１の機能は、制御部６２、アクチュエータ駆動部６６、電力調整部６９のいずれが兼ねたものであってもよい。

＜実施形態５＞
本実施形態の電動工具においても、変速用アクチュエータ６の駆動を調整し、切替部材７を所定の目標位置に所定の時間で至るように設けている。これにより、切替部材７のスライド量不足を解消するとともに、減速比の切替時間が所定の時間から増大することを抑制し、スムーズかつ安定な自動変速を実現する。本実施形態においては、変速用アクチュエータ６の駆動中に随時移動速度を調整させる点は、実施形態１と同様である。しかし、変速用アクチュエータ６の駆動中の切替部材７の移動速度の調整の仕方が実施形態１の場合と相違する。

具体的には、制御部６２は、情報検知部６７の検知結果とスライド位置検知部６８の検知結果に応じて、変速用アクチュエータ６への供給電力（供給電圧）を調整させるように駆動調整部６１を制御する。これにより、切替部材７の移動速度のばらつきを抑制することができ、スムーズ且つ安定な自動変速を実現する。

さらに、クリアランスの変化やギアの軸ずれ等のギアの経年劣化に伴い所定の時間より早く目標位置に到る場合に、ギア同士（切替部材７と狙いのギア部材５）が衝突し、ギアに磨耗や破損を生じることがある。これに対して、本実施形態では、スライド位置検知部６８の検知結果と情報検知部６７の検知結果に応じて、切替時間が予め設定された所定の時間よりも減少することを抑制し、ギア同士の衝突に伴うギアの磨耗や破損を抑制する。なお、駆動調整部６１の機能は、制御部６２、アクチュエータ駆動部６６、電力調整部６９のいずれが兼ねたものであってもよい。

＜実施形態６＞
本実施形態の電動工具においても、情報検知部６７とスライド位置検知部６８の両検知結果に応じて変速用アクチュエータ６の駆動を調整し、切替部材７を所定の目標位置に所定の時間で至るように設けている。これにより、スムーズ且つ安定な自動変速を実現するとともに、ギア同士の衝突に伴うギアの磨耗や破損も抑制する。しかし、本実施形態においては、移動速度の調整に用いる情報検知部６７の検知結果において、実施形態５とは相違する。

具体的には、情報検知部６７は入出力情報として、変速用アクチュエータ６の駆動時の電流値Ａ２と駆動時間を検知する。制御部６２は、図１５に示すように、情報検知部６７で検知された電流値Ａ２から、変速用アクチュエータ６の負荷トルクＴ１を算出する。さらに、制御部６２は、算出した負荷トルクＴ１と、情報検知部６７で検知された駆動時間から、該電流値Ａ２検知時のモータ５０の回転数を切替部材７の移動速度の指標として求める。制御部６２は、求めた移動速度の指標（回転数）から、切替部材７をスライド位置検知部６８で検知された位置から目標位置へ所定の時間に到達させるように、駆動調整部６１に供給電力を調整させる。つまり、制御部６２は、変速用アクチュエータ６の負荷トルクＴ１と駆動時間によって、該入出力情報検知時の切替部材７の移動速度の指標を求め、求めた移動速度の指標とスライド位置検知部６８の検知結果に応じて、所定の速度になるように変速用アクチュエータ６の駆動を調整する。この所定の移動速度Ｓ２は、変速用アクチュエータ６を所定の時間駆動させたときに、切替部材７をスライド位置検知部６８で検知された切替部材７の位置から所定の目標位置に到達させる移動速度となっている。

これにより、切替部材７が所定の時間に所定の目標位置に到達し、切替部材７のスライド量不足を解消し、スムーズかつ安定な自動変速を実現するとともに、切替時間が所定の時間から減少することを抑制し、衝突に伴うギアの磨耗や破損を抑制する。

なお、駆動調整部６１の機能は、制御部６２、アクチュエータ駆動部６６、電力調整部６９のいずれが兼ねたものであってもよい。また、電流値Ａ２のかわりに、トルクセンサ等を用いて変速用アクチュエータ６の負荷トルクＴ１を直接検知し、検知した負荷トルクＴ１を検知結果として制御部６２に入力するものであってもよい。

＜実施形態７＞
本実施形態の電動工具においても、情報検知部６７とスライド位置検知部６８の両検知結果に応じて変速用アクチュエータ６の駆動を調整し、切替部材７を所定の目標位置に所定の時間で至るように設けている。これにより、スムーズ且つ安定な自動変速を実現するとともに、ギア同士の衝突に伴うギアの磨耗や破損も抑制する。しかし、本実施形態においては、移動速度の調整に用いる情報検知部６７の検知結果において、実施形態５とは相違する。

具体的には、情報検知部６７は入出力情報として、変速用アクチュエータ６の駆動時の電流値Ａ２と電圧値Ｖ４を検知する。また、制御部６２は、図１５に示すように、情報検知部６７で検知された電流値Ａ２から、変速用アクチュエータ６の負荷トルクＴ１を算出する。さらに、制御部６２は、図１６に示すように、算出した負荷トルクＴ１と、情報検知部６７で検知された電圧値Ｖ４から、電流値Ａ２検知時の切替部材７の移動速度（モータ５０の回転数Ｒ１）を推定し、推定結果に応じて駆動調整部６１に供給電力を調整させる。つまり、制御部６２は、変速用アクチュエータ６の負荷トルクＴ１と駆動時間によって求めた移動速度の指標と、スライド位置検知部６８の検知結果とに基づき、所定の移動速度Ｓ２となるように供給電圧を駆動調整部６１に調整させる。この所定の移動速度Ｓ２は、変速用アクチュエータ６を所定の時間駆動させたときに、切替部材７をスライド位置検知部６８で検知された切替部材７の位置から所定の目標位置に到達させる移動速度となっている。

これにより、切替部材７が所定の時間に所定の目標位置に到達し、切替部材７のスライド量不足を解消し、スムーズかつ安定な自動変速を実現するとともに、切替時間が所定の時間から減少することを抑制し、衝突に伴うギアの磨耗や破損を抑制する。

なお、駆動調整部６１の機能は、制御部６２、アクチュエータ駆動部６６、電力調整部６９のいずれが兼ねたものであってもよい。また、移動速度の指標を求めるものに限らず、電流値Ａ２検知時の移動速度を求め、求めた移動速度とスライド位置検知部６８の検知結果に応じて、変速用アクチュエータ６の駆動を調整するものであってもよい。また、電流値Ａ２のかわりに、トルクセンサ等を用いて変速用アクチュエータ６の負荷トルクＴ１を直接検知し、検知した負荷トルクＴ１を検知結果として制御部６２に入力するものであってもよい。

＜実施形態８＞
本実施形態の電動工具においても、情報検知部６７とスライド位置検知部６８の両検知結果に応じて変速用アクチュエータ６の駆動を調整し、切替部材７を所定の目標位置に所定の時間で至るように設けている。これにより、スムーズ且つ安定な自動変速を実現するとともに、ギア同士の衝突に伴うギアの磨耗や破損も抑制する。しかし、本実施形態においては、移動速度の調整に用いる情報検知部６７の検知結果において、実施形態７とは相違する。

具体的には、情報検知部６７は入出力情報として、変速用アクチュエータ６の駆動時の電流値Ａ２と動作速度Ｓ３を検知する。また、制御部６２は、図１５に示すように、情報検知部６７で検知された電流値Ａ２から、変速用アクチュエータ６の負荷トルクＴ１を算出する。さらに、制御部６２は、図１７に示すように、算出した負荷トルクＴ１と、情報検知部６７で検知された変速用アクチュエータ６の動作速度Ｓ３から、該検知時の電圧値Ｖ５を推定する。制御部６２は、推定した電圧値Ｖ５に基づき、駆動調整部６１に切替部材７を目標位置へ所定の時間に到達させる移動速度Ｓ２になるように供給電圧を調整させる。つまり、制御部６２は、変速用アクチュエータ６の負荷トルクＴ１と動作速度Ｓ３によって求めた変速用アクチュエータ６へ印加された電圧値Ｖ５と、スライド位置検知部６８の検知結果に基づき、所定の移動速度Ｓ２となるように供給電圧を調整させる。この所定の移動速度Ｓ２は、変速用アクチュエータ６を所定の時間駆動させたときに、切替部材７をスライド位置検知部６８で検知された切替部材７の位置から所定の目標位置に到達させる移動速度となっている。

これにより、切替部材７が所定の時間に所定の目標位置に到達し、切替部材７のスライド量不足を解消し、スムーズかつ安定な自動変速を実現するとともに、切替時間が所定の時間から減少することを抑制し、衝突に伴うギアの磨耗や破損を抑制する。

なお、駆動調整部６１の機能は、制御部６２、アクチュエータ駆動部６６、電力調整部６９のいずれが兼ねたものであってもよい。また、移動速度Ｓ３を求めるものに限らず、電流値Ａ２検知時の移動速度の指標を求め、求めた移動速度の指標とスライド位置検知部６８の検知結果に応じて、変速用アクチュエータ６の駆動を調整するものであってもよい。また、電流値Ａ２のかわりに、トルクセンサ等を用いて変速用アクチュエータ６の負荷トルクＴ１を直接検知し、検知した負荷トルクＴ１を検知結果として制御部６２に入力するものであってもよい。

＜実施形態９＞
本実施形態の電動工具においても、制御部６２は、駆動調整部６１に変速用アクチュエータ６の駆動を調整させるように設けている。しかし、本実施形態においては、切替部材７の移動速度において、実施形態１とは相違する。

具体的には、制御部６２は、１速から２速を経由した３速に切り替える制御と、３速から２速を経由して１速に切り替える制御とで切替部材７の移動速度を異なるように制御する。つまり、制御部６２は、１速から３速に切り替わる際の切替部材７の移動速度に比べて、３速から１速に切り替わる際の切替部材７の移動速度を速くし、切替部材７のスライド方向に応じて切替時間を異なるものとしている。

これにより、作業完了後に３速や２速から１速に戻す減速比のリセット動作や、ねじの緩め動作等の作業終期に大きな出力トルクが要求され難いとき等に、１速から２速や３速へ切り替える場合に比べて、自動変速の切替時間を短縮させ、作業効率が高くなる。

なお、駆動調整部６１の機能は、制御部６２、アクチュエータ駆動部６６、電力調整部６９のいずれが兼ねたものであってもよい。また、１速と２速の間や２速と３速の間で移動速度が異なるものや、減速比の切替動作毎に夫々異なるものであってもよい。また、制御部６２は、モータ１の動作負荷の有無等に応じて、自動変速時の切替部材７の移動速度を変更するものであってもよい。

ここまで、実施形態１〜９の電動工具の詳細な構成について説明した。

上述のように、実施形態１〜９の電動工具では、減速比切替手段は、切替部材７をスライドさせる変速用アクチュエータ６と、変速用アクチュエータ６の駆動を調整する駆動調整部６１と、モータ１の回転動力を変更させる切替制御部６３と、変速用アクチュエータ６を制御するアクチュエータ制御部６４と、を有するものである。該アクチュエータ制御部６４は、変速用アクチュエータ６による切替部材７の時間あたりのスライド量を一定にさせるように駆動調整部６１を制御するものとなっている。

該構成を具備する電動工具においては、減速比の切替時に、切替部材７を所定の時間に所定の目標位置に位置させるといった制御が可能となるため、自動的な減速比変更を、スムーズに且つ所定の時間に安定して完了することができる。

また、実施形態１〜９の電動工具において、減速比切替手段は、さらに、変速用アクチュエータ６の入出力情報を検知する情報検知部６７を有し、アクチュエータ制御部６４は、情報検知部６７の検知結果に応じて駆動調整部６１を制御するものとなっている。つまり、変速用アクチュエータ６の入出力情報に応じて、切替部材７の時間あたりのスライド量を調整するといった制御が可能になり、自動的な減速比変更を、よりスムーズに且つ安定して完了することができる。

実施形態１の電動工具では、変速用アクチュエータ６の駆動中に、情報検知部６７が随時アクチュエータ駆動部６６に印加された供給電圧を検知し、駆動調整部６１が検知結果に応じて随時変速用アクチュエータ６の駆動を調整するものとなっている。これにより、電源部７０の消耗等の電動工具の作業に伴う供給電圧の低下に対応して、切替部材７の移動速度が調整され、変速用アクチュエータ６を所定の時間駆動させたときに、切替部材７を所定の目標位置に到達させることができる。

さらに、実施形態２〜８の電動工具において、駆動調整部６１は、情報検知部６７の検知結果に応じて、変速用アクチュエータ６への供給電力を調整するものとなっている。これにより、電源部７０の経年劣化等に伴う供給電力の電圧値のばらつきが解消され、変速用アクチュエータ６を所定の時間駆動させたときに、切替部材７を所定の目標位置に位置させ、スムーズ且つ安定的な自動変速を完了することができる。

また、実施形態２，３の電動工具において、アクチュエータ制御部６４は、駆動調整部６１に変速用アクチュエータ６への供給電圧を一定にさせて、切替部材７の移動速度を一定にさせるように制御するものとなっている。これにより、一定の供給電圧で変速用アクチュエータ６を駆動させることができ、よりスムーズ且つ安定な減速比変更をすることができるとともに、電圧を一定にして給電するため、変速用アクチュエータ６の制御を容易に行うことができる。

また、実施形態４の電動工具において、情報検知部６７は入出力情報として、変速用アクチュエータ６の駆動時に変速用アクチュエータ６に流れる電流値を検知する。駆動調整部６１は、該情報検知部６７の検知結果に応じて、変速用アクチュエータ６への供給電力を調整するものとなっている。これにより、変速用アクチュエータ６に印加される供給電圧を一定に調整することができ、所定の目標位置に到達したときの時間あたりのスライド量を一定にすることができる。

また、実施形態５〜８の電動工具において、減速比切替手段は、さらに、切替部材７のスライド位置を検知するスライド位置検知部６８を有する。アクチュエータ制御部６４は、スライド位置検知部６８の検知結果と情報検知部６７の検知結果に応じて、変速用アクチュエータ６への供給電力を調整するものとなっている。これにより、切替部材７の位置に応じて移動速度を調整させる制御が可能となり、移動速度が速くなり過ぎた場合等での切替部材７とギア部材５の衝突を軽減し、ギアの磨耗や破損を抑制することができる。

さらに、実施形態６〜８の電動工具において、情報検知部６７は入出力情報として、変速用アクチュエータ６の負荷トルクの指標となるものを検知し、制御部６２は、この検知結果を基にして変速用アクチュエータ６の駆動を調整するものとなっている。これにより、負荷トルクに応じて、変速用アクチュエータ６の時間あたりのスライド量を制御することが可能となり、よりスムーズ且つ安定的な自動変速を完了することができる。

また、実施形態９の電動工具において、アクチュエータ制御部６４は、切替部材７のスライド方向毎に時間あたりのスライド量を異なるように制御するものとなっている。これにより、変速における出力トルクの変更があまり重要にならない場合や、次工程の作業の減速比に迅速に対応させる場合（１速に戻す場合）等での切替時間が短縮され、作業効率が高くなる。

以上、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明したが、本発明は各実施形態に限定されるものではなく、本発明の意図する範囲内であれば、各実施形態において適宜の設計変更を行うことや、各実施形態の構成を適宜組み合わせて適用することが可能である。

また、変速用アクチュエータ６を用いて減速比を切り替えるものであれば、本実施形態のような駆動状態検知部６０の検知結果に応じて変速用アクチュエータ６を起動させる自動変速型の電動工具に限らない。例えば、制御部６２が作業者の外部操作等による減速比切替指令等を受けることで、制御部６２が変速用アクチュエータ６を起動させるものであってもよい。

１ モータ
２ 減速機構部
５ ギア部材
６ 変速用アクチュエータ
７ 切替部材
６１ 駆動調整部
６３ 切替制御部
６４ アクチュエータ制御部

Claims (2)

1. 駆動源であるモータと、前記モータの回転動力を減速したうえで伝達する減速機構部と、前記減速機構部の減速比を切り替える減速比切替手段と、を具備する電動工具であって、
   前記減速機構部は、軸方向にスライド自在な切替部材と、前記切替部材の前記軸方向のスライド位置に応じて前記切替部材との係合状態と非係合状態が切り替えられるギア部材と、を用いて、前記減速比が切り替わるように形成されたものであり、
   前記減速比切替手段は、前記切替部材を軸方向にスライドさせる変速用アクチュエータと、前記減速比の切替時に前記切替部材と前記ギア部材の相対回転速度を低減させる切替制御部と、前記減速比の切替時に前記変速用アクチュエータを制御するアクチュエータ制御部と、を有し、
   前記切替制御部は、変速用アクチュエータを動作させて減速比の切替を行うとき、前記切替部材がそれまで係合していたギア部材及び次期係合対象のギア部材が共に非係合となる切替途中の状態で、前記切替部材と次期係合対象のギア部材との相対回転速度を低減させ、この相対回転速度が低減された状態で、前記アクチュエータ制御部が前記変速用アクチュエータによって前記切替部材を次期係合対象のギア部材との係合位置にスライド移動させるものである
   ことを特徴とする電動工具。
2. 前記減速比切替手段は、さらに、前記変速用アクチュエータの入出力情報を検知する情報検知部と、前記変速用アクチュエータの駆動を調整する駆動調整部と、を有し、
   前記アクチュエータ制御部は、前記情報検知部の検知結果に応じて前記駆動調整部を制御して変速用アクチュエータへの供給電力を調整するものである
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動工具。

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