JP6439443B2 - 作業機 - Google Patents

Description

本発明は、モータの動力で工具を動作させる作業機に関する。

モータの動力で工具を動作させる作業機が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された作業機は、工具を保持する筒状の保持部材と、保持部材内に移動可能に設けた筒形状のピストンと、ピストン内に空気室を形成する打撃子と、電動モータの回転力をピストンの往復動作力に変換する動力変換機構と、電動モータの回転力を保持部材の回転力に変換する動力伝達機構と、を備えている。また、作業機は、トリガと、トリガの操作でオンオフするトリガスイッチと、トリガスイッチの信号が入力され、かつ、電動モータの回転数を制御する制御部と、を備えている。さらに、電動モータの出力軸に冷却機構としての冷却ファンが設けられている。さらに、作業機は、作業モードとして、打撃モードと回転打撃モードとを切り替え可能である。

特許文献１に記載された作業機では、打撃モードが選択されると、電動モータの動力でピストンが往復動作して打撃力が発生し、打撃子に加えられた打撃力が、中間子を介して工具に伝達される。打撃モードが選択されると、電動モータの動力は保持部材には伝達されず、工具は回転しない。これに対して、回転打撃モードが選択されると、電動モータの動力で工具が打撃されることに加えて、電動モータの回転力が保持部材に伝達されて、工具が回転する。

特許文献１に記載された作業機では、トリガが操作されてトリガスイッチがオンされると、電動モータの回転数は予め設定した初期回転数に制御される。また、制御部は、工具を回転して穿孔作業が開始されると、電動モータの負荷を検出する。そして、制御部は、電動モータの負荷が増加したことを検出すると、トリガの操作量に応じて、電動モータの回転数を、初期回転数よりも高回転数とする制御を行う。さらに、特許文献１に記載された作業機では、電動モータの動力で冷却ファンが回転し、発熱部が冷却される。

特開２０１０−１７３０５３号公報

ところで、特許文献１に記載された作業機では、電動モータの負荷が低下すると、電動モータの回転数は初期回転数に低下し、同時に冷却ファンの回転数も低下する。しかし、電動モータの回転数が低下した場合、発熱部を十分に冷却できない可能性があった。

本発明の目的は、作業環境の温度に応じてモータの回転数を制御することの可能な作業機を提供することにある。

本発明は、モータの動力で工具を動作させる作業機であって、前記モータに加わる負荷を検出する負荷検出部と、前記モータが動作する環境の温度を検出する温度検出部と、前記モータに加わる負荷の有無を判断し、かつ、前記モータの回転数を設定する制御部と、前記モータの動力で駆動し、かつ、前記モータを冷却する冷却ファンと、を有し、前記制御部は、前記負荷が有ると判断した際に、前記モータの回転数を第１の回転数に設定し、前記負荷が無いと判断した際において、前記環境の温度が第１の温度よりも低いときには前記第１の回転数よりも低い第２の回転数を設定し、前記環境の温度が第１の温度以上のときには前記第２の回転数よりも高い第３の回転数に設定する。

本発明では、作業環境の温度に応じてモータの回転数を制御することができる。

本発明における作業機の縦断面図である。 図１の作業機のブラシレスモータを制御するモータ制御回路を示すブロック図である。 図１の作業機で実行する制御例１を示すフローチャートである。 制御例１に対応するタイムチャートである。 図１の作業機で実行する制御例２を示すフローチャートである。 図１の作業機で実行する制御例３を示すフローチャートである。 図１の作業機で実行する各制御例において、ブラシレスモータの状態及び温度に応じて設定される回転数を示す図表である。

以下、本発明の実施の形態を図１及び図２に基づいて詳細に説明する。それぞれの図面においては、共通する部材には同一の符号が付されている。

図１に示す作業機１０ａはハンマドリルとも言われ、工具Ｔが作業機１０ａに着脱される。作業機１０ａは、工具Ｔに回転力と打撃力を加えることが可能である。作業機１０ａは、コンクリートや石材等を対象物として、斫り作業、穴あけ作業、破砕作業を行うことができる。作業機１０ａは、工具Ｔに打撃力を加える打撃モードと、工具Ｔに打撃力及び回転力を加える回転打撃モードと、を切り替えて設定可能である。

作業機１０ａは、ハウジング１４を備えており、ハウジング１４は、フロントケース２１と、フロントケース２１に固定されたモータハウジング１４ｃと、フロントケース２１及びモータハウジング１４ｃに固定された中間ケース８０と、中間ケース８０に取り付けられたハンドル２８と、を有する。フロントケース２１内にシリンダ１１が収容されており、このシリンダ１１の先端部には、円筒形状の工具保持具１２がピン１３により固定されている。工具保持具１２はシリンダハウジング１４ａに軸受１５を介して支持され、シリンダ１１と工具保持具１２は、シリンダハウジング１４ａ内に回転自在に装着されている。工具保持具１２に工具Ｔが取り付けられていると、シリンダ１１の回転力は工具Ｔに伝達される。

工具保持具１２内には、ハンマ部材１６が軸方向に往復動自在に組み込まれており、ハンマ部材１６の一部は、シリンダ１１内に配置されている。シリンダ１１内には、ハンマ部材１６に打撃力を加える打撃子１７が軸方向に往復動自在に配置されている。また、シリンダ１１内にピストン１８が軸方向に往復動自在に配置されている。打撃子１７とピストン１８との間に空気室１９が設けられている。シリンダ１１は、空気室１９につながる呼吸孔及び排気孔を有する。

工具保持具１２の先端にはゴム製の先端キャップ２２が取り付けられている。先端キャップ２２の外側には、着脱スリーブ２３が軸方向に往復動自在に装着され、着脱スリーブ２３には、シリンダハウジング１４ａから離れる方向、つまり前進方向のばね力がコイルばね２４により付勢されている。工具保持具１２には、工具Ｔに設けられた溝に係合する係合コロ、つまり係合部材２５が径方向に移動自在に装着されている。着脱スリーブ２３には締結リング２６が設けられている。

締結リング２６が係合部材２５を径方向で内方に突出すると、工具Ｔは工具保持具１２により保持される。一方、着脱スリーブ２３をばね力に抗して後退移動させると、締結リング２６と係合部材２５との係合が解除される。この状態のもとで、工具Ｔを引っ張ると、係合部材２５が径方向外方に退避移動して、工具Ｔを取り外すことができる。また、着脱スリーブ２３を後退移動させた状態のもとで、工具Ｔを工具保持具１２の先端部内に挿入し、工具保持具１２をばね力により前進移動させると、工具Ｔは工具保持具１２に装着されて係合部材２５により保持される。

シリンダハウジング１４ａの後端部にはギヤハウジング１４ｂが設けられ、このギヤハウジング１４ｂにはモータハウジング１４ｃが設けられている。モータハウジング１４ｃはシリンダハウジング１４ａに対して直角方向を向いており、シリンダハウジング１４ａ、ギヤハウジング１４ｂ、モータハウジング１４ｃにより、作業機１０ａのハウジング１４が形成されている。

モータハウジング１４ｃ内にブラシレスモータ３１が収容されている。このブラシレスモータ３１は、コイルが巻き付けられた円筒形状のステータ３２と、ステータ３２の内部に組み込まれるロータ３３とを有している。ロータ３３には出力軸３４が取り付けられ、出力軸３４はシリンダ１１の往復動方向と直交する方向の軸線を中心として回転する。出力軸３４は、軸受３５，３６により回転自在に支持されている。さらに、出力軸３４と共に一体回転する冷却ファン７９が設けられている。

ブラシレスモータ３１の出力軸３４の回転力を、ピストン１８の往復動作力に変換するために、ギヤハウジング１４ｂにはクランク軸４１が回転自在に装着されている。クランク軸４１は出力軸３４と平行となって、工具保持具側に配置されており、クランク軸４１に設けられた大径のピニオンギヤ４２が、出力軸３４の先端部に設けられたギヤ部３４ａに噛み合っている。クランク軸４１の先端部にはクランクウエイトとしての機能を有する偏心部材４３が取り付けられている。

偏心部材４３にはクランク軸４１の回転中心から偏心した位置にクランクピン４４が取り付けられている。クランクピン４４には、コネクティングロッド４５の第１端部が回転自在に嵌合されている。コネクティングロッド４５の第２端部は、ピストン１８に取り付けられたピストンピン４６に揺動自在に嵌合されている。クランク軸４１の回転力は、偏心部材４３、およびコネクティングロッド４５を有する運動変換機構４７により、ピストン１８の往復動作力に変換される。

ギヤハウジング１４ｂ内に回転力伝達軸５１が回転自在に設けられている。回転力伝達軸５１は、出力軸３４の回転力をシリンダ１１に伝達する要素であり、回転力伝達軸５１にピニオンギヤ５３が設けられている。ピニオンギヤ５３は、クランク軸４１に設けられたピニオンギヤ５２に噛み合う。

運動変換機構４７は、出力軸３４の回転力を回転力伝達軸５１に伝達する。シリンダ１１の外側に従動スリーブ５４が軸方向に移動自在に嵌合されており、この従動スリーブ５４にベベルギヤ５６が設けられている。ベベルギヤ５６は、回転力伝達軸５１に設けられたベベルギヤ５５と噛み合う。従動スリーブ５４とシリンダ１１との間に、図示しないキー部材が設けられている。従動スリーブ５４に対して後退方向のばね力を付勢するために、シリンダハウジング１４ａ内にはコイルばね５７が装着されている。

さらに、中間ケース８０に吸気孔８１が設けられており、冷却ファン７９が回転すると、ハウジング１４外の空気は、吸気孔８１を通りハウジング１４内に吸入されてハウジング１４内の発熱部の熱を奪う。フロントケース２１に排気孔８２が設けられており、ハウジング１４内に吸入された空気は、排気孔８２からハウジング１４外へ排出される。

また、図示しない動作モード切替レバーがハウジング１４に設けられている。作業者が動作モード切替レバーを操作して、打撃モードと回転打撃モードとを切り替えることができる。作業機１０ａは、打撃モードが選択されると、工具Ｔに打撃力を加え、かつ、回転力を加えない。作業機１０ａは、回転打撃モードが選択されると、工具Ｔに打撃力及び回転力を加える。

回転打撃モードが選択されると、従動側のベベルギヤ５６が駆動側のベベルギヤ５５にかみ合う位置に、従動スリーブ５４が後退移動され、従動スリーブ５４はキー部材によりシリンダ１１に係合する。これにより、出力軸３４の回転力をシリンダ１１に伝達することが可能な状態となる。一方、打撃モードが選択されると、従動スリーブ５４が前進移動されて、従動スリーブ５４とシリンダ１１との係合が解除される。したがって、シリンダ１１に回転力が伝達されない。

ブラシレスモータ３１は交流電源６６から電流が供給されて駆動する。ハンドル２８に給電ケーブル５８が取り付けられている。給電ケーブル５８の先端には図示しないプラグが設けられており、プラグが交流電源６６に接続される。ブラシレスモータ３１の回転と停止とを切り替えるトリガ５９が設けられている。ブラシレスモータ３１の停止は、ブラシレスモータ３１が非作動状態であることを意味する。ブラシレスモータ３１の回転は、ブラシレスモータ３１が作動状態であることを意味する。ブラシレスモータ３１の停止は、回転しているブラシレスモータ３１が停止すること、ブラシレスモータ３１の停止が継続されること、の意味を含む。トリガ５９は、ハンドル２８に設けられており、トリガ５９が操作されて、トリガスイッチ５９ａのオンとオフとが切り替えられる。

ハウジング１４には、ブラシレスモータ３１の回転数を作業者が設定する回転数設定ダイヤル６２が設けられている。作業者は、回転数設定ダイヤル６２を操作してブラシレスモータ３１の回転数を設定する。回転数設定ダイヤル６２の操作により設定される回転数は、ブラシレスモータ３１が有負荷の場合に用いる目標回転数である。ブラシレスモータ３１の有負荷とは、工具Ｔで対象物を処理している場合を意味する。ハウジング１４には表示部６３が設けられている。表示部６３は、設定された目標回転数を表示するディスプレイ、ハウジング１４内の温度及びブラシレスモータ３１の停止を表示するＬＥＤランプを備えている。

ブラシレスモータ３１の回転数を制御するモータ制御回路を、図２を参照して説明する。ブラシレスモータ３１のステータ３２は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応する３本の巻線Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１を有する。ロータ３３には円周方向に間隔をおいて４つの永久磁石が設けられている。ロータ３３の回転位置を検出するために、モータ制御回路は、回転位置検出センサとして、３相の巻線Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１に対応する３つのホール素子Ｈ１〜Ｈ３を有する。３つのホール素子Ｈ１〜Ｈ３は、センサ基板６４に設けられている。センサ基板６４は、モータハウジング１４ｃ内に設けられている。３つのホール素子Ｈ１〜Ｈ３は、ロータ３３に設けた永久磁石が形成する磁界の強度を検出し、かつ、検出信号を出力する。

モータ制御回路は、３本の巻線Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１に対する駆動電流を制御するインバータ回路６５を有する。交流電源６６とインバータ回路６５との間に、交流電源６６の交流を直流に整流するための整流回路６７と、整流された直流電圧を昇圧してインバータ回路６５に供給するための力率改善回路６８と、が介在されている。力率改善回路６８は、トランジスタＴrに制御信号を出力するＩＣ６９を有する。なお、交流電源６６と整流回路６７との間には、インバータ回路６５で生じたノイズを電源側に伝えないようにする雑音対策回路７０が設けられている。

インバータ回路６５は、３相フルブリッジインバータ回路であり、それぞれ直列に接続された２つのスイッチング素子Ｔr1、Ｔr2と、２つのスイッチング素子Ｔr3、Ｔr4と、２つのスイッチング素子Ｔr5、Ｔr6とを有し、それぞれは、力率改善回路６８の正極と負極の出力端子に接続される。正極側に接続される３つのスイッチング素子Ｔr1、Ｔr3、Ｔr5は、ハイサイド側となっており、負極側に接続される３つのスイッチング素子Ｔr2、Ｔr4、Ｔr6は、ローサイド側となっている。２つのスイッチング素子Ｔr1、Ｔr2の間には、Ｕ相の巻線Ｕ１の一方の接続端子が接続される。２つのスイッチング素子Ｔr3、Ｔr4の間には、Ｖ相の巻線Ｖ１の一方の接続端子が接続される。２つのスイッチング素子Ｔr5、Ｔr6の間には、Ｗ相の巻線Ｗ１の一方の接続端子が接続される。３本の巻線Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の他方の接続端子は、相互に接続されており、各巻線Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１はスター結線となっている。例えば、ハイサイド側のスイッチング素子Ｔr1と、ローサイド側のスイッチング素子Ｔr4のゲートに制御信号が通電されると、Ｕ相とＶ相の巻線Ｕ１，Ｖ１に電流が供給される。それぞれのスイッチング素子に供給される制御信号のタイミングを調整することにより、各巻線Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１に対する転流動作が制御される。

インバータ回路６５を制御するモータ制御部７１は、コントローラ７２を有している。コントローラ７２からは制御信号出力回路７３を介してインバータ回路６５に制御信号が送られる。ホール素子Ｈ１〜Ｈ３の検出信号は、回転子位置検出回路７４に送られる。回転子位置検出回路７４から出力された信号は、コントローラ７２及びモータ回転数検出回路７５に送られる。モータ回転数検出回路７５は、ブラシレスモータ３１の出力軸３４の回転数、つまり、実際の回転数を算出する。モータ回転数検出回路７５から出力された信号は、コントローラ７２に送られる。ブラシレスモータ３１に流れる電流を検出するモータ電流検出回路７６が設けられ、モータ電流検出回路７６から出力された信号は、コントローラ７２に入力される。さらに、ハウジング１４内に温度検出センサ８３が設けられている。温度検出センサ８３は、ブラシレスモータ３１の温度及びインバータ回路６５の温度を検出する。温度検出センサ８３から出力された信号は、コントローラ７２へ入力される。

コントローラ７２は、制御信号出力回路７３へ出力する制御信号を演算するマイクロプロセッサと、ブラシレスモータ３１の回転数の制御に用いるプログラム、演算式、データが格納されたメモリと、時間を測定するタイマと、を有する。コントローラ７２は、電流値に基づいて、ブラシレスモータ３１における負荷の有無を判断するとともに、ブラシレスモータ３１の無負荷の場合に用いる初期回転数と、ブラシレスモータ３１の有負荷の場合に用いる目標回転数と、に応じたプログラム、演算式、データを記憶している。ブラシレスモータ３１が有負荷の場合に設定する目標回転数は、回転数設定ダイヤル６２の操作で設定される目標回転数であり、初期回転数よりも高い。

トリガ５９に操作力が加えられるとトリガスイッチ５９ａがオンされ、トリガ５９に加わった操作力が解除されると、トリガスイッチ５９ａがオフされる。トリガスイッチ検出回路７７は、トリガスイッチ５９ａのオンオフを検出し、検出結果に応じた信号をコントローラ７２へ入力する。コントローラ７２は、入力される信号、記憶しているプログラム、演算式、データに基づいて、ブラシレスモータ３１の回転数を制御する。

ブラシレスモータ３１の回転数は、３本の巻線Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１に供給される電圧を調整することにより制御される。３本の巻線Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１に対する電圧制御は、スイッチング素子Ｔr1〜Ｔr6をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御して行われる。

つまり、インバータ回路６５のスイッチング素子Ｔr1〜Ｔr6のゲートに印加されるオン信号のデューティ比を調整することにより行われる。例えば、デューティ比を２０％に設定すると、力率改善回路６８からの出力電圧の２０％の電圧が３本の巻線Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１に供給される。これに対して、デューティ比を１００％に設定すると、力率改善回路６８からの出力電圧の１００％の電圧が３本の巻線Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１に供給される。ブラシレスモータ３１の実際の回転数は、デューティ比が高いほど、高回転数になる。インバータ回路６５、整流回路６７，力率改善回路６８およびモータ制御部７１は、制御基板７８に設けられている。制御基板７８は中間ケース８０内に設けられている。

次に、作業機１０ａの使用例を説明する。打撃モードが選択されている場合に、トリガ５９が操作されると、ブラシレスモータ３１の出力軸３４が回転し、出力軸３４の回転力は、運動変換機構４７によりピストン１８の往復動力に変換される。ブラシレスモータ３１の出力軸３４の回転中に、工具Ｔが対象物に押し付けられると、打撃子１７が排気孔を塞ぐ。排気孔が塞がれた状態で、ピストン１８が打撃子１７に近づく向きで移動すると、空気室１９の圧力が上昇する。空気室１９の圧力が上昇すると、打撃子１７がハンマ部材１６を打撃し、その打撃力は工具Ｔに伝達される。

一方、ブラシレスモータ３１の出力軸３４の回転中に、工具Ｔが対象物から離されると、打撃子１７は自重でピストン１８から離れた待機位置で停止する。打撃子１７が待機位置で停止すると、排気孔が開かれる。排気孔が開かれた状態で、ピストン１８が打撃子１７に近づく向きで移動しても、空気室１９の圧力が上昇せず、工具Ｔは打撃されない。

なお、打撃モードが選択されている場合、従動スリーブ５４が前進移動されており、従動スリーブ５４とシリンダ１１との係合が解除される。したがって、工具Ｔが対象物に押し付けられているか否かに関わりなく、出力軸３４の回転力は、シリンダ１１に伝達されない。

これに対して、回転打撃モードが選択されている場合に、ブラシレスモータ３１の出力軸３４が回転し、かつ、工具Ｔが対象物に押し付けられると、打撃モードが選択されている場合と同様に打撃子１７がハンマ部材１６を打撃し、その打撃力は工具Ｔに伝達される。

さらに、回転打撃モードが選択されている場合、従動スリーブ５４が後退移動されており、従動スリーブ５４とシリンダ１１とが係合される。したがって、出力軸３４の回転力はシリンダ１１に伝達される。つまり、工具Ｔには、打撃力及び回転力が伝達される。なお、回転打撃モードが選択され、かつ、工具Ｔが対象物から離れていると、打撃モードが選択されている場合と同様に、工具Ｔは打撃されない。

また、冷却ファン７９がブラシレスモータ３１の出力軸３４と共に回転すると、ハウジング１４の外の空気は、吸気孔８１を通りハウジング１４内に吸い込まれる。ハウジング１４4内に吸い込まれた空気は、ブラシレスモータ３１の熱、インバータ回路６５の熱を奪った後、排気孔８２からハウジング１４の外へ排出される。したがって、ブラシレスモータ３１及びインバータ回路６５が冷却される。

次に、モータ制御部７１が実行する制御例を順次説明する。

（制御例１）
モータ制御部７１が実行する制御例１は、図３に示されている。モータ制御部７１は、プラグが交流電源６６に接続されると図３の制御例１を開始する。モータ制御部７１は、ステップＳ１でブラシレスモータ３１の目標回転数を14,000rpm に設定する。ステップＳ１で設定される目標回転数は、ブラシレスモータ３１が無負荷である場合の初期回転数である。

モータ制御部７１は、ステップＳ１に次ぐステップＳ２で、温度検出センサ８３が検出する温度Ｔａが、１２０℃を超えているか否かを判断する。モータ制御部７１は、ステップＳ２でＮｏと判断すると、ステップＳ３に進み、トリガスイッチ５９ａがオンされているか否かを判断する。モータ制御部７１は、ステップＳ３でＹｅｓと判断すると、ステップＳ４に進み、ブラシレスモータ３１を回転させる。ここで、ブラシレスモータ３１の回転数は、ステップＳ１で設定した初期回転数に制御される。

モータ制御部７１は、ステップＳ４に次ぐステップＳ５において、ブラシレスモータ３１が有負荷か否かを判断する。モータ制御部７１は、例えば、ブラシレスモータ３１に供給される電流値が、予め記憶したしきい値未満の場合は、無負荷と判断し、ブラシレスモータ３１に供給される電流値が、予め記憶したしきい値以上の場合は、有負荷と判断する。

モータ制御部７１は、ステップＳ５でＹｅｓと判断すると、ステップＳ６に進み、ブラシレスモータ３１の目標回転数を、ステップＳ１で設定した初期回転数よりも高い回転数に設定する。モータ制御部７１が、ステップＳ６で設定するブラシレスモータ３１の目標回転数は、回転数設定ダイヤル６２の操作で設定された回転数であり、例えば、17,000rpm に設定される。また、ブラシレスモータ３１は、ステップＳ７で「無負荷温度検出フラグ＝１」とする処理を実行し、ステップＳ２へ戻る。この「無負荷温度検出フラグ」の意味は、後述する。

なお、モータ制御部７１は、ステップＳ６の処理及びステップＳ７の処理を同時に実行してもよいし、ステップＳ６またはステップＳ７の処理を先に行い、次いで、残りのステップの処理を行ってもよい。

モータ制御部７１は、ステップＳ６及びステップＳ７を経てステップＳ２に戻り、さらに、ステップＳ４に進んでブラシレスモータ３１の回転を継続する場合、ステップＳ６で設定した目標回転数を用いてブラシレスモータ３１の回転数を制御する。

そして、モータ制御部７１は、ステップＳ５でＮｏと判断すると、ステップＳ８に進み、「無負荷温度検出フラグ＝１」であるか否かを判断する。モータ制御部７１は、ステップＳ８でＹｅｓと判断すると、温度検出センサ８３で検出される温度Ｔａが、１２０℃以下であり、かつ、１０１℃以上であるか否かを判断する。モータ制御部７１は、ステップＳ９でＹｅｓと判断すると、ステップＳ１０に進み目標回転数を17,000rpm に設定し、ステップＳ１１で「無負荷温度検出フラグ＝０」とする処理を行い、ステップＳ２に戻る。

モータ制御部７１は、ステップＳ１０を経てステップＳ２に戻り、さらに、ステップＳ４に進んでブラシレスモータ３１の回転を継続する場合、ステップＳ１０で設定した目標回転数を用いてブラシレスモータ３１の回転数を制御する。

モータ制御部７１は、ステップＳ９でＮｏと判断すると、ステップＳ１２へ進み温度検出センサ８３で検出される温度Ｔａが、１００℃以下であり、かつ、９１℃以上であるか否かを判断する。モータ制御部７１は、ステップＳ１２でＹｅｓと判断すると、ステップＳ１３に進み目標回転数を16,000rpm に設定し、ステップＳ１１に進む。

モータ制御部７１は、ステップＳ１３，Ｓ１１を経てステップＳ２に戻り、さらに、ステップＳ４に進んでブラシレスモータ３１の回転を継続する場合、ステップＳ１３で設定した目標回転数を用いてブラシレスモータ３１の回転数を制御する。

モータ制御部７１は、ステップＳ１２でＮｏと判断すると、ステップＳ１４へ進み温度検出センサ８３で検出される温度Ｔａが、９０℃以下であり、かつ、８１℃以上であるか否かを判断する。モータ制御部７１は、ステップＳ１４でＹｅｓと判断すると、ステップＳ１５に進み目標回転数を15,000rpm に設定し、ステップＳ１１に進む。

モータ制御部７１は、ステップＳ１５，Ｓ１１を経てステップＳ２に戻り、さらに、ステップＳ４に進んでブラシレスモータ３１の回転を継続する場合、ステップＳ１５で設定した目標回転数を用いてブラシレスモータ３１の回転数を制御する。

モータ制御部７１は、ステップＳ１４でＮｏと判断すると、ステップＳ１６へ進み目標回転数を14,000rpm に設定し、ステップＳ１１に進む。モータ制御部７１は、ステップＳ１６，Ｓ１１を経てステップＳ２に戻り、さらに、ステップＳ４に進んでブラシレスモータ３１の回転を継続する場合、ステップＳ１６で設定した目標回転数を用いてブラシレスモータ３１の回転数を制御する。

上記のように、モータ制御部７１は、温度検出センサ８３により検出される温度が、１００℃以下であると、ブラシレスモータ３１が無負荷の場合に用いる目標回転数は、ブラシレスモータ３１が有負荷の場合に用いる目標回転数よりも低い。したがって、ブラシレスモータ３１が無負荷である場合の消費電力を、ブラシレスモータ３１が負荷有である場合の消費電力よりも少なくできる。また、ブラシレスモータ３１が無負荷である場合の振動を抑制できる。

さらに、モータ制御部７１は、温度検出センサ８３が検出する温度Ｔａが低いほど、ブラシレスモータ３１が無負荷である場合の目標回転数をなるべく低く設定する。つまり、ハウジング１４内の温度が相対的に高い場合は、ブラシレスモータ３１の回転数を相対的に高くして、冷却ファン７９の空気吸い込み量をなるべく多くしている。したがって、ブラシレスモータ３１及びインバータ回路６５を十分に冷却することができる。

一方、モータ制御部７１は、ステップＳ１１で「無負荷温度検出フラグ＝０」とする処理を行ってからステップＳ２に戻り、さらに、ステップＳ５でＮｏと判断されてステップＳ８に進むと、ステップＳ８でＮｏと判断する。つまり、モータ制御部７１は、ブラシレスモータ３１が、無負荷から有負荷に切り替わってステップＳ１０，Ｓ１３，Ｓ１５，Ｓ１６のいずれかで目標回転数を設定した後は、温度検出センサ８３で検出される温度が１２０℃以上にならない限り、ステップＳ１０，Ｓ１３，Ｓ１５，Ｓ１６のいずれかで設定した目標回転数を維持する。したがって、作業者が違和感を持つことを回避できる。

さらに、モータ制御部７１は、ステップＳ２でＹｅｓと判断すると、ステップＳ１７に進んでハウジング１４内が高温であることを表示部６３で表示する。ステップＳ１７の制御は、表示部６３のＬＥＤランプを点滅する処理を含む。そして、モータ制御部７１は、ステップＳ１８でブラシレスモータ３１を停止させ、ステップＳ１９で「無負荷温度検出フラグ＝１」とする処理を行い、ステップＳ２に戻る。モータ制御部７１は、ステップＳ１８及びステップＳ１９の処理を同時に行ってもよいし、ステップＳ１８またはステップＳ１９の処理を先に行い、残りのステップ処理を後で行ってもよい。

モータ制御部７１は、温度検出センサ８３で検出される温度が１２０℃を超えている場合、ブラシレスモータ３１及びインバータ回路６５が異常状態にあると判断する。また、モータ制御部７１は、ブラシレスモータ３１及びインバータ回路６５の更なる過熱を防ぐため、ステップＳ１８でブラシレスモータ３１を停止する。

制御例１に対応するタイムチャートは、図４に示されている。図４のタイムチャートでは、有負荷と無負荷とを区別するしきい値として電流値１０Ａが示されている。モータ制御部７１は、時刻ｔ１以前における電流値がしきい値未満であるため、ブラシレスモータ３１が無負荷と判断し、ブラシレスモータ３１の実回転数は14,000rpm である。その後、工具により作業が開始されてブラシレスモータ３１の実回転数が低下し、かつ、時刻ｔ１で電流値がしきい値以上になると、ブラシレスモータ３１は有負荷と判断されて実回転数が上昇する。

時刻ｔ１を過ぎてからブラシレスモータ３１の実回転数が17,000rpm まで上昇すると、電流値及び実回転数は一定に制御されている。時刻ｔ２の前に作業が中断されてブラシレスモータ３１の実回転数が17,000rpm を超え、かつ、電流値が低下し、その電流値がしきい未満になると、ブラシレスモータ３１は無負荷と判断されてブラシレスモータ３１の実回転数が低下している。ここで、温度検出センサ８３で検出される温度が８０℃未満であるため、ブラシレスモータ３１の実回転数は14,000rpm まで低下される。

時刻ｔ２以降にブラシレスモータ３１の実回転数が14,000rpm である間は、電流値も一定である。その後、作業が再開されてブラシレスモータ３１の実回転数が14,000rpm 未満になると電流値が上昇する。時刻ｔ３で電流値がしきい値以上になると、ブラシレスモータ３１は有負荷と判断されてブラシレスモータ３１の実回転数を17,000rpm まで上昇する制御が開始される。

時刻ｔ３を過ぎてからブラシレスモータ３１の実回転数が17,000rpm まで上昇すると、電流値及びブラシレスモータ３１の実回転数は一定に制御されている。時刻ｔ４の前に作業が中断されてブラシレスモータ３１の実回転数が17,000rpm を超え、かつ、電流値が低下し、その電流値がしきい未満になると、ブラシレスモータ３１は無負荷と判断されて実回転数が低下される。ここで、温度検出センサ８３で検出される温度が８１℃以上であり、かつ、９０℃以下であるため、ブラシレスモータ３１の実回転数は15,000rpm まで低下される。

時刻ｔ４以降にブラシレスモータ３１の実回転数が15,000rpm である間は、電流値も一定である。その後、作業が再開されてブラシレスモータ３１の実回転数が15,000rpm 未満になると電流値が上昇する。時刻ｔ５で電流値がしきい値以上になると、ブラシレスモータ３１は有負荷と判断されて実回転数を17,000rpm まで上昇する制御が開始される。

時刻ｔ５を過ぎてからブラシレスモータ３１の実回転数が17,000rpm まで上昇すると、電流値及びブラシレスモータ３１の実回転数は一定に制御されている。時刻ｔ６の前に作業が中断されてブラシレスモータ３１の実回転数が17,000rpm を超え、かつ、電流値が低下し、時刻ｔ６で電流値がしきい未満になると、ブラシレスモータ３１は無負荷と判断されて実回転数が低下される。ここで、温度検出センサ８３で検出される温度が８１℃以上であり、かつ、９０℃以下であるため、ブラシレスモータ３１の実回転数は15,000rpm まで低下される。

時刻ｔ６以降にブラシレスモータ３１の実回転数が15,000rpm である間は、電流値も一定である。その後、作業が再開されてブラシレスモータ３１の実回転数が15,000rpm 未満になると電流値が上昇する。時刻ｔ７で電流値がしきい値以上になると、ブラシレスモータ３１は有負荷と判断されて実回転数を17,000rpm まで上昇する制御が開始される。

時刻ｔ７を過ぎてからブラシレスモータ３１の実回転数が17,000rpm まで上昇すると、電流値及びブラシレスモータ３１の実回転数は一定に制御される。時刻ｔ８の前に作業が中断されてブラシレスモータ３１の実回転数が17,000rpm を超え、かつ、電流値が低下し、時刻ｔ８で電流値がしきい未満になると、ブラシレスモータ３１は無負荷と判断されて実回転数が低下される。ここで、温度検出センサ８３で検出される温度が９１℃以上であり、かつ、１００℃以下であるため、ブラシレスモータ３１の実回転数は16,000rpm まで低下される。

時刻ｔ８以降に実回転数が16,000rpm である間は、電流値も一定である。その後、作業が再開されてブラシレスモータ３１の実回転数が16,000rpm 未満になると電流値が上昇する。時刻ｔ９で電流値がしきい値以上になると、ブラシレスモータ３１は有負荷と判断されて実回転数を17,000rpm まで上昇させる制御が開始される。

時刻ｔ９を過ぎてからブラシレスモータの実回転数が17,000rpm まで上昇すると、電流値及びブラシレスモータの実回転数は一定に制御される。時刻ｔ１０の前に作業が中断されてブラシレスモータの実回転数が17,000rpm を超え、かつ、電流値が低下し、時刻ｔ１０で電流値がしきい未満になると、ブラシレスモータは無負荷と判断されて実回転数が低下される。ここで、温度検出センサで検出される温度が１０１℃以上であり、かつ、１２０℃以下であるため、ブラシレスモータの実回転数は17,000rpm に制御される。

時刻ｔ１０以降にブラシレスモータの実回転数が17,000rpm である間は、電流値も一定である。その後、作業が再開されてブラシレスモータの実回転数が17,000rpm 未満になると電流値が上昇する。時刻ｔ１１以前に電流値がしきい値以上になると、ブラシレスモータは有負荷と判断されて実回転数を17,000rpm まで上昇する制御が開始される。時刻ｔ１１でブラシレスモータの実回転数が17,000rpm まで上昇すると、それ以後、電流値及び実回転数は一定である。

（制御例２）
モータ制御部７１が実行する制御例２は、図５のフローチャートに示されている。図５のフローチャートにおいて、図３のフローチャートと同じ処理は、図３と同じステップ番号を付してある。

モータ制御部７１は、ステップＳ１８の処理と共に、ステップＳ２０で「負荷フラグ＝０」とする処理を行い、ステップＳ２に戻る。この「負荷フラグ＝０」は、ブラシレスモータ３１が有負荷である履歴をリセットする意味である。なお、図５のフローチャートでは、ステップＳ１９の処理を行わない。

モータ制御部７１は、図５のフローチャートのステップＳ５でＹｅｓと判断すると、ステップＳ６の処理及びステップＳ７の処理と共に、ステップＳ２１で「負荷フラグ＝１」とする処理を行い、ステップＳ２に戻る。この「負荷フラグ＝１」は、ブラシレスモータ３１が有負荷である履歴を保持する意味である。

また、モータ制御部７１は、ステップＳ５でＮｏと判断すると、ステップＳ２２に進み、「負荷フラグ＝１」であるか否かを判断する。モータ制御部７１は、ステップＳ２２でＮｏと判断するとステップＳ８に進み、ステップＳ２２でＹｅｓと判断すると、ステップＳ２３で「無負荷カウントアップ」の処理を行う。ステップＳ２３の処理は、ブラシレスモータ３１が無負荷である時間の計測を開始する意味である。

モータ制御部７１は、ステップＳ２４において、ブラシレスモータ３１が無負荷である経過時間が２秒以上であるか否かを判断する。モータ制御部７１は、ステップＳ２４でＮｏと判断するとステップＳ２に戻り、ステップＳ２４でＹｅｓと判断すると、ステップＳ２５で「無負荷カウント＝０」とする処理を実行する。ステップＳ２５の処理は、ブラシレスモータ３１が無負荷である経過時間をリセットする意味である。

また、モータ制御部７１は、ステップＳ２５と共にステップＳ２６の処理を行い、ステップＳ２に戻る。ステップＳ２６の処理はステップＳ２０の処理と同じである。なお、モータ制御部７１は、ステップＳ２５及びステップＳ２６の処理を同時に行ってもよいし、ステップＳ２５またはステップＳ２６の処理を先に行い、残りのステップ処理を後で行ってもよい。

制御例２において、制御例１と同じ処理では、制御例１と同じ効果を得ることができる。また、制御例２では、ブラシレスモータ３１が有負荷から無負荷に切り替わった場合でも、ブラシレスモータ３１が無負荷の経過時間が２秒未満では、温度検出センサ８３で検出される温度に関わりなく、ブラシレスモータ３１が無負荷に切り替わる前の目標回転数が維持される。

これに対して、制御例２では、ブラシレスモータ３１が有負荷から無負荷に切り替わり、かつ、ブラシレスモータ３１が無負荷の経過時間が２秒以上であると、ブラシレスモータ３１の目標回転数は、温度検出センサ８３で検出される温度に応じて設定される。つまり、モータ制御部７１は、ブラシレスモータ３１が無負荷の経過時間が短い場合は、作業が続行されていると判断し、ブラシレスモータ３１の目標回転数を維持する。つまり、モータ制御部７１は、一時的にブラシレスモータ３１の無負荷状態が発生する作業時には、ブラシレスモータ３１の回転数を変動させないので、作業者は、安定した作業を行うことができる。

（制御例３）
モータ制御部７１が実行する制御例３は、図６のフローチャートに示されている。図６のフローチャートにおいて、図３及び図５のフローチャートと同じ処理は、図３及び図５と同じステップ番号を付してある。

モータ制御部７１は、図６のフローチャートでステップＳ１８及びステップＳ１９の処理と共に、ステップＳ２０の処理を行い、ステップＳ２に戻る。なお、ステップＳ１８〜ステップＳ２０の処理は、その実行順序は不問である。

モータ制御部７１は、図６のフローチャートのステップＳ４に次ぐステップＳ２７で、「負荷フラグ＝０」であるか否かを判断する。モータ制御部７１は、ステップＳ２７でＹｅｓと判断するとステップＳ５に進み、ステップＳ２７でＮｏと判断するとステップＳ６に進む。このように、図６のフローチャートは、図３のフローチャートにステップＳ２０及びステップＳ２７の処理が加えられている。

図６フローチャートでは、ステップＳ２０の処理を実行してからステップＳ３でＹｅｓと判断され、かつ、ステップＳ２７でＹｅｓと判断され、かつ、ステップＳ５でＮｏと判断された場合、ブラシレスモータ３１の目標回転数が、温度検出センサ８３で検出される温度に応じて設定される。

これに対して、ステップＳ２１の処理を実行してからステップＳ３でＹｅｓと判断され、かつ、ステップＳ２７でＹｅｓと判断されると、ステップＳ５の処理をスキップしてステップＳ６の処理を実行する。つまり、モータ制御部７１は、ブラシレスモータ３１が有負荷か無負荷かの判断を行わずに、ブラシレスモータ３１の目標回転数を17,000rpm に設定する。したがって、ブラシレスモータ３１が有負荷から無負荷に切り替わったとしても、作業者がトリガ５９を操作したままであれば、ブラシレスモータ３１の目標回転数が低下することを回避でき、ブラシレスモータ３１が無負荷から有負荷に切り替わった際に、回転数の上昇遅れを防止できる。また、制御例３において、制御例１と同じ処理では、制御例１と同じ効果を得られる。

制御例１〜制御例３において、ブラシレスモータ３１の目標回転数の制御で共通する内容を図７に示している。

本実施形態で説明した事項と、本発明の構成との対応関係を説明すると、ブラシレスモータ３１が、本発明のモータ及び電動モータに相当し、工具Ｔが、本発明の工具に相当し、作業機１０ａが、本発明の作業機に相当し、モータ制御部７１が、本発明の負荷検出部に相当し、温度検出センサ８３及びコントローラ７２が、本発明の温度検出部に相当し、冷却ファン７９が、本発明の冷却機構に相当し、インバータ回路６５が、本発明のインバータ回路に相当し、コントローラ７２が、本発明の時間検出部に相当する。また、ブラシレスモータ３１の温度、インバータ回路６５の温度が、本発明における「環境の温度」に相当する。

モータ制御部７１が、本発明の制御部に相当し、ステップＳ６で設定する目標回転数17,000rpm が、本発明の第１の回転数に相当し、目標回転数14,000rpm が、本発明の第２の回転数に相当する。また、ステップＳ１０で設定する目標回転数17,000rpm と、ステップＳ１３で設定する目標回転数16,000rpm と、ステップＳ１５で設定する目標回転数15,000rpm とが、本発明の第３の回転数に相当する。さらに、８１℃が、本発明の第１の温度に相当し、１０１℃が、本発明の第２の温度に相当し、１２０℃が、本発明の第３の温度に相当する。

さらに、図５のステップＳ２４で用いる「２秒」が、本発明の所定時間に相当する。ステップＳ２４でＹｅｓと判断される場合が、本発明の「経過時間が所定時間以上」に相当し、ステップＳ２４でＮｏと判断される場合が、本発明の「経過時間が所定時間未満」に相当する。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、モータ制御部７１は、各制御例のステップＳ５において、電流値に代えて出力軸３４の回転数を用いて、ブラシレスモータ３１の有負荷か否かを判断することも可能である。この場合、モータ制御部７１は、実際の回転数がしきい値未満であると、ブラシレスモータ３１が無負荷と判断し、実際の回転数がしきい値以上であると、ブラシレスモータ３１が有負荷と判断する。

また、ステップＳ６及びステップＳ１０で設定される目標回転数は、回転数設定ダイヤル６２の操作により設定される目標回転数に応じて変更され、かつ、ステップＳ１３及びステップＳ１６で設定される回転数も、変更される。つまり、ステップＳ６及びステップＳ１０で設定される目標回転数は、ステップＳ１で設定される目標回転数よりも高く、ステップＳ１３で設定される目標回転数は、ステップＳ６及びステップＳ１０で設定される目標回転数よりも低ければよい。さらに、ステップＳ１５で設定される目標回転数は、ステップＳ１３で設定される目標回転数よりも低ければよい。さらに、ステップＳ１６で設定される目標回転数は、ステップＳ１５で設定される目標回転数よりも低く、かつ、ステップＳ１で設定される目標回転数と同じであればよい。

本発明における有負荷及び無負荷は、文字通り負荷が有り、負荷が無いという意味に限らず、しきい値以上の負荷がある場合を有負荷として把握し、しきい値未満の負荷が有る場合を無負荷として把握する意味を含む。つまり、無負荷を第１負荷とし、有負荷を第１負荷よりも高い負荷の第２負荷と定義することも可能である。また、負荷の判断に用いるしきい値は、任意に変更可能である。各制御例で用いた温度、目標回転数は任意に変更可能である。ブラシレスモータが無負荷である場合は、検出される温度が低いほど、ブラシレスモータの目標回転数を低く設定すればよい。

また、本発明における「環境の温度」はブラシレスモータ３１の温度、インバータ回路６５の温度に限らず、過熱による損傷を防ぐことが望まれる発熱部、または、過熱による作業機の機能低下を防ぐことが望まれる発熱部を含む。これらの発熱部は、自ら温度上昇する箇所と、他の箇所から熱が伝達されて温度上昇する箇所と、を含む。発熱部は、例えば、ブラシレスモータ３１の制御する制御基板７８、シリンダハウジング１４ａが挙げられる。

また、ブラシレスモータに電力を供給する電源は、交流電源または直流電源のいずれでもよい。直流電源は、ハウジングに着脱可能なバッテリを含む。バッテリは、充電及び放電を繰り返し実行可能な二次電池である。そして、作業機が、冷却ファンによって輸送される空気の一部を、バッテリ内部に供給される構成であると、発熱部としてのバッテリの温度を検出する温度検出センサを設けることが可能である。

上記したような発熱部の温度をそれぞれ別々に検出する温度検出センサが設けられていれば、モータ制御部７１は、これらの温度検出センサの信号に基づいて、図３、図５、図６のフローチャートの少なくとも１つを実行可能である。

また、本発明のモータは、電動モータの他、油圧モータ、空気圧モータ、内燃機関を含む。モータとして、油圧モータ、空気圧モータ、内燃機関を用いる場合、モータが負荷有か否かを判断するステップＳ５では、回転数のしきい値と、実際の回転数とを比較する。工具を動作させる動力源としてモータとして、油圧モータ、空気圧モータ、内燃機関のいずれかを用いる場合、これらの動力源の温度を検出する温度検出センサを設け、その温度検出センサの検出結果に基づいて、図３、図５、図６のフローチャートの少なくとも１つを実行可能である。さらに、本発明の作業機は、ハンマドリルの他、ハンマドライバ、ドリル、ハンマ、グラインダを含む。

１０ａ…作業機、３１…ブラシレスモータ、６５…インバータ回路、７１…モータ制御部、７２…コントローラ、７９…冷却ファン、８３…温度検出センサ、Ｔ…工具。

Claims (8)

1. モータの動力で工具を動作させる作業機であって、
   前記モータに加わる負荷を検出する負荷検出部と、
   前記モータが動作する環境の温度を検出する温度検出部と、
   前記モータに加わる負荷の有無を判断し、かつ、前記モータの回転数を設定する制御部と、
   前記モータの動力で駆動し、かつ、前記モータを冷却する冷却ファンと、
   を有し、
   前記制御部は、
   前記負荷が有ると判断した際に、前記モータの回転数を第１の回転数に設定し、前記負荷が無いと判断した際において、前記環境の温度が第１の温度よりも低いときには前記第１の回転数よりも低い第２の回転数を設定し、前記環境の温度が第１の温度以上のときには前記第２の回転数よりも高い第３の回転数に設定する、作業機。
2. 前記モータは、電流が供給されて回転する電動モータであり、
   前記負荷検出部は、前記電動モータに供給される電流値に基づいて、前記電動モータの負荷を検出する、請求項１に記載の作業機。
3. 前記電動モータに供給する電流値を制御するインバータ回路が設けられ、
   前記温度検出部が検出する前記環境の温度は、前記インバータ回路の温度を含む、請求項２に記載の作業機。
4. 前記温度検出部が検出する前記環境の温度は、前記モータの温度を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の作業機。
5. 前記制御部は、前記環境の温度が前記第１の温度よりも高い第２の温度以上である場合に設定する前記第３の回転数を、前記第１の回転数と同じとする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の作業機。
6. 前記制御部は、前記環境の温度が前記第２の温度よりも高い第３の温度を超えると、前記モータを停止させる、請求項５に記載の作業機。
7. 前記モータが負荷有りから負荷無しに切り替わってからの経過時間を検出する時間検出部が設けられ、
   前記制御部は、
   前記経過時間が所定時間未満であると前記モータに加わる負荷が有りと判断し、
   前記経過時間が所定時間以上であると前記モータに加わる負荷が無いと判断する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の作業機。
8. オンとオフとが切り替えられて前記モータを回転と停止とに切り替えるスイッチが設けられ、
   前記制御部は、前記負荷が無しから前記負荷が有りに切り替わって前記モータの回転数を前記第１の回転数に設定した後に、前記スイッチがオンされていると前記モータの負荷に関わりなく、前記モータの回転数を前記第１の回転数に設定する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の作業機。

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