特開 2024-13672 作業機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024013672

(43)【公開日】2024-02-01

(54)【発明の名称】作業機

(51)【国際特許分類】

   B23D 51/16 20060101AFI20240125BHJP

   B27B 19/04 20060101ALI20240125BHJP

   B27B 19/09 20060101ALI20240125BHJP

   B25F 5/00 20060101ALI20240125BHJP

   B23D 49/14 20060101ALI20240125BHJP

   H02P 6/15 20160101ALI20240125BHJP

【ＦＩ】

B23D51/16

B27B19/04

B27B19/09

B25F5/00 C

B23D49/14

H02P6/15

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022115940

(22)【出願日】2022-07-20

(71)【出願人】

【識別番号】000005094

【氏名又は名称】工機ホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100136375

【弁理士】

【氏名又は名称】村井 弘実

(74)【代理人】

【識別番号】100079290

【弁理士】

【氏名又は名称】村井 隆

(72)【発明者】

【氏名】小川 悟史

【テーマコード（参考）】

3C040

3C064

5H560

【Ｆターム（参考）】

3C040AA12

3C040DD07

3C040FF05

3C040LL18

3C064AA04

3C064AA06

3C064AB01

3C064AC03

3C064BA06

3C064BA12

3C064BA33

3C064BB01

3C064BB02

3C064CA03

3C064CA07

3C064CA25

3C064CA27

3C064CA72

3C064CA75

3C064CA78

3C064CA80

3C064CA82

3C064CA83

3C064CB06

3C064CB08

3C064CB17

3C064CB63

3C064CB71

3C064DA02

3C064DA23

3C064DA26

3C064DA28

3C064DA39

3C064DA59

3C064DA65

3C064DA78

5H560AA10

5H560BB04

5H560BB07

5H560BB12

5H560DA03

5H560DB20

5H560DC12

5H560EB01

5H560JJ06

5H560SS07

5H560UA05

5H560XA12

5H560XA15

(57)【要約】

【課題】素子の温度上昇を抑制可能な作業機を提供する。
【解決手段】作業機１は、モータ６と、鋸刃５が取り付け可能なプランジャ５７であって、モータ６によって加工方向と前記加工方向と反対方向となる戻り方向に移動し、前記加工方向への移動時に鋸刃５によって被加工材に加工を施すプランジャ５７と、を備え、プランジャ５７が前記戻り方向へ移動する時に第１進角でモータ６を制御し、プランジャ５７が前記加工方向へ移動する時に少なくともプランジャ５７への負荷が大きい区間では、前記第１進角よりも小さい第２進角でモータ６を制御するように構成される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータと、
先端工具が取り付け可能な出力部であって、前記モータによって加工方向と前記加工方向と反対方向となる戻り方向に移動し、前記加工方向への移動時に前記先端工具によって被加工材に加工を施す出力部と、
前記出力部が前記戻り方向へ移動する時に第１進角で前記モータを制御し、前記出力部が前記加工方向へ移動する時に少なくとも前記出力部への負荷が大きい区間では、前記第１進角よりも小さい第２進角で前記モータを制御するように構成される制御部と、を有する、作業機。

【請求項2】

請求項１に記載の作業機であって、
前記制御部は、前記出力部が前記戻り方向へ移動する時に常に前記第１進角で前記モータを制御する、作業機。

【請求項3】

請求項１に記載の作業機であって、
前記制御部は、少なくとも前記出力部が前記加工方向へ移動して前記モータに流れる電流が最も大きくなる時に前記モータを前記第２進角で制御する、作業機。

【請求項4】

請求項１に記載の作業機であって、
前記制御部は、前記モータに流れる電流が上昇しているときに前記第１進角から前記第２進角に切り替えるように構成される、作業機。

【請求項5】

請求項１に記載の作業機であって、
前記制御部は、前記モータの回転数が所定以下の状態で前記第１進角から前記第２進角に切り替えるように構成される、作業機。

【請求項6】

請求項４に記載の作業機であって、
前記制御部は、前記電流の上昇率が所定以上の場合に前記第１進角から前記第２進角に切り替えるように構成される、作業機。

【請求項7】

請求項１に記載の作業機であって、
前記制御部は、前記モータに流れる電流が減少しているときに前記第２進角から前記第１進角に切り替えるように構成される、作業機。

【請求項8】

請求項１に記載の作業機であって、
前記モータを駆動する駆動回路を備え、
前記制御部は、前記出力部の移動方向によらず前記駆動回路を定デューティ制御するように構成される、作業機。

【請求項9】

請求項１に記載の作業機であって、
前記制御部は、前記出力部の移動方向による進角の変更を行わない制御も可能である、作業機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業機に関する。

【背景技術】

【0002】

鋸刃を往復動させて切断作業を行うセーバソー等の作業機が知られている。下記特許文献１及び２は、鋸刃を前後方向に往復動させる際に鋸刃を上下方向に揺動させるオービタル機構を有するセーバソーを開示する。このような作業機では、鋸刃の前進時は負荷が小さく電流も小さい一方で、鋸刃の後退時には負荷が増大して電流が大きくなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第2018/221105号

【特許文献2】国際公開第2020/137358号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１、２のような作業機では、鋸刃の後退時に電流がピークとなる。ピーク電流が大きいと、素子の温度上昇が大きくなる。

【0005】

本発明の目的は、素子の温度上昇を抑制可能な作業機を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のある態様は、作業機である。この作業機は、
モータと、
先端工具が取り付け可能な出力部であって、前記モータによって加工方向と前記加工方向と反対方向となる戻り方向に移動し、前記加工方向への移動時に前記先端工具によって被加工材に加工を施す出力部と、
前記出力部が前記戻り方向へ移動する時に第１進角で前記モータを制御し、前記出力部が前記加工方向へ移動する時に少なくとも前記出力部への負荷が大きい区間では、前記第１進角よりも小さい第２進角で前記モータを制御するように構成される制御部と、を有する。

【0007】

本発明は「電動作業機」や「電動工具」、「電気機器」等と表現されてもよく、そのように表現されたものも本発明の態様として有効である。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、素子の温度上昇を抑制可能な作業機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施の形態に係る作業機１の揺動上死点位置における側断面図。

【図2】作業機１の揺動下死点位置における側断面図。

【図3】作業機１における鋸刃５の先端の前後、上下方向の軌跡を伝達機構５０の偏心ピン５３の回転角度と共に示した図。

【図4】作業機１の回路ブロック図。

【図5】作業機１のモータ６に流れる電流、モータ６の回転数、鋸刃５（ブレード）の往復状態の判別結果、及び進角設定値のタイムチャート。

【図6】作業機１の制御フローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本実施の形態は、作業機１に関する。作業機１は、セーバソーである。図１及び図２により、作業機１の互いに直交する前後、上下方向を定義する。前後方向は、モータ６の回転軸と平行な方向である。作業機１の機械構成は特許文献２に開示されたものと同様であり、以下では簡単な説明に留める。

【0011】

作業機１は、例えば樹脂成形体からなるハウジング３及びフロントカバー４を備える。ハウジング３の前端部にフロントカバー４が接続固定される。ハウジング３は、モータ６を収容するモータ収容部３ａと、作業者が把持可能なハンドル部３ｂと、を有する。

【0012】

モータ収容部３ａ内の、モータ６の後方には、制御基板７が設けられる。制御基板７には、図４に示す制御部８０が設けられる。ハンドル部３ｂの上部には、作業者が操作してモータ６の駆動、停止を指示するためのトリガスイッチ８（操作スイッチ）が設けられる。ハンドル部３ｂの下端部からは、外部の交流電源８１（図４）に接続するための電源コード９が延出する。作業機１は、電源コード９を介して供給される電力で動作する。

【0013】

モータ６は、ハウジング３のモータ収容部３ａ内に保持される。モータ６は例えばブラシレスモータである。モータ６の動力は、伝達機構５０により、先端工具としての鋸刃５に伝達される。伝達機構５０は、伝達機構収容部としての下側ギヤカバー１０及び上側ギヤカバー２０によって形成される内部空間（以下「ギヤ収容空間」）に収容保持される。

【0014】

伝達機構５０は、出力部としてのプランジャ５７を有する。プランジャ５７は、前端部に鋸刃５を取り付け可能である。伝達機構５０は、モータ６の回転をプランジャ５７の前後方向への往復動（鋸刃５の前後方向への往復動）に変換する変換機構と、モータ６の回転を利用してプランジャ５７を上下方向に揺動させて鋸刃５を上下方向に揺動させる揺動機構と、を有する。

【0015】

プランジャ５７及び鋸刃５の移動方向に関し、後方向は加工方向の例示であり、前方向は戻り方向の例示である。

【0016】

以下、プランジャ５７の上下方向の揺動により鋸刃５を上下方向に揺動させながら切断することを「オービタル切断」と表記する。オービタル切断は、しゃくり切断とも称される。オービタル切断を行うオービタルモードの有効、無効は、チェンジシャフト６６により切り替え可能である。

【0017】

下側ギヤカバー１０及び上側ギヤカバー２０は、アルミ等の金属製であり、互いに組み合わされてネジ止め等により固定一体化される。下側ギヤカバー１０及び上側ギヤカバー２０は、全体的に外面がフロントカバー４に覆われる。ギヤ収容空間内に、前側グリス受け部材３０及び後側グリス受け部材４０が設けられる。

【0018】

図３は、オービタル切断における鋸刃５の先端の前後、上下方向の軌跡を伝達機構５０の偏心ピン５３の回転角度と共に示した図である。図３に示すように、オービタル切断において鋸刃５の先端の軌跡は楕円状となる。図３において、偏心ピン５３及びプランジャ５７が最も後退した位置にあるときの偏心ピン５３の回転角度を０°、偏心ピン５３及びプランジャ５７が最も前進した位置にあるときの偏心ピン５３の回転角度を１８０°としている。

【0019】

オービタル切断の場合、偏心ピン５３の回転角度が２７０°付近の時は、プランジャ５７の後退速度、すなわち鋸刃５の後退速度が最大になると共に、鋸刃５が被加工材に食い込むように動作しながら被加工材に加工を施すため、プランジャ５７への負荷が最大となり、モータ６に流れる電流（以下「モータ電流」）も最大となる。なお、オービタル切断でなくても、鋸刃５が後退時に主に被加工材を切断する形状であれば、程度は小さいが同様の傾向となる。

【0020】

図４は、作業機１の回路ブロック図である。交流電源８１には、ノイズ対策用のフィルタ回路８２を介してダイオードブリッジ９２が接続される。ダイオードブリッジ９２の出力端子には、力率改善回路８３を介してインバータ回路９３が接続される。

【0021】

力率改善回路８３は、例えばＭＯＳＦＥＴからなるトランジスタＴｒと、トランジスタＴｒのゲートにＰＷＭ制御信号を出力するゲートドライバＩＣ８３ａと、電解コンデンサ８３ｂと、を含み、インバータ回路９３の各スイッチング素子で発生する高調波電流を制限値以下に抑えるよう機能する。

【0022】

インバータ回路９３は、例えばＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６を三相ブリッジ接続したものであり、制御部８０の制御に従いモータ６に駆動電流を供給してモータ６を駆動する駆動回路である。検出抵抗Ｒｓは、モータ電流の経路に設けられ、モータ電流を電圧に変換する。

【0023】

スイッチ操作検出回路８５は、トリガスイッチ８の操作を検出し、スイッチ操作検出信号をコントローラ８４（演算部）に送信する。モータ電流検出回路８６は、検出抵抗Ｒｓの端子電圧に基づいてモータ電流を特定し、モータ電流検出信号をコントローラ８４に送信する。制御信号出力回路８７は、例えばゲートドライバＩＣであり、コントローラ８４の制御に従い、インバータ回路９３を構成する各スイッチング素子のゲート（制御端子）にＰＷＭ信号を印加する。

【0024】

回転子位置検出回路８８は、ホールＩＣ９５の出力信号に基づいてモータ６の回転子（以下「回転子」）の回転位置を検出し、回転子位置検出信号をコントローラ８４及びモータ回転数検出回路８９に送信する。モータ回転数検出回路８９は、回転子位置検出回路８８からの回転子位置検出信号に基づいてモータ６の回転数（以下「モータ回転数」）を検出し、モータ回転数検出信号をコントローラ８４に送信する。

【0025】

コントローラ８４は、スイッチ操作検出信号、モータ電流検出信号、回転子位置検出信号、及びモータ回転数検出信号、並びにモード設定ダイヤル９７により設定されたモードに応じて、制御信号出力回路８７を介してインバータ回路９３を構成する各スイッチング素子をＰＷＭ制御し、モータ６を回転駆動する。

【0026】

コントローラ８４は、スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６の制御端子に印加するＰＷＭ信号のデューティ比（以下「デューティ比」）、及びモータ６への印加電圧（Ｕ、Ｖ、Ｗの各相のステータコイルへの印加電圧）の進角（以下「進角」）を制御することで、モータ６の駆動を制御できる。

【0027】

所定の角度範囲内において、進角を高くすると、モータ回転数は高くなり、モータ電流は大きくなる。進角を低くすると、モータ回転数は低くなり、モータ電流は小さくなる。

【0028】

コントローラ８４は、後述のように鋸刃５が前進中であるか後退中であるかに応じて進角を変更する進角制御機能を有する。ユーザは、進角制御機能の有効、無効をモード設定ダイヤル９７の操作により切り替えられる。

【0029】

図５は、進角制御機能が有効な場合におけるモータ電流、モータ回転数、鋸刃５（ブレード）の往復状態の判別結果、及び進角設定値のタイムチャートである。前述のように、鋸刃５の後退時（加工方向への移動時）は負荷が大きく、鋸刃５の前進時（戻り方向への移動時）は負荷が低い。このため、モータ電流は、鋸刃５の後退時には大きく、鋸刃５の前進時には低くなる。また、モータ回転数は、鋸刃５の後退時には低く、鋸刃５の前進時には高くなる。

【0030】

コントローラ８４は、モータ電流が閾値以上かつモータ回転数が閾値以下の場合は、鋸刃５が後退中であると判断し、進角設定値を低値とする。コントローラ８４は、モータ電流が閾値以下かつモータ回転数が閾値以上の場合は、鋸刃５が前進中であると判断し、進角設定値を通常値（通常値＞低値）とする。

【0031】

なお、鋸刃５が後退する期間（以下「鋸刃後退期間」）に常に進角設定値を低値としてもよいが、鋸刃後退期間のうちのプランジャ５７への負荷が大きい期間、例えば図３における偏心ピン５３の回転角度２７０°を含む所定角度範囲に対応する期間に限定して進角設定値を低値にとしてもよい。

【0032】

通常値は、第１進角に対応し、例えば３０°である。低値は、第２進角に対応し、例えば１０°である。なお、通常値と低値は、いずれも一つの値である必要はなく、それぞれ所定範囲内で変動する進角値あってもよい。すなわち、鋸刃５が前進中であると判断している間、及び鋸刃５が後退中であると判断している間において、いずれも進角値は一定である必要はなく、通常値としての所定範囲内、及び低値としての所定範囲内でそれぞれ変動してもよい。

【0033】

図６は、作業機１の制御フローチャートである。このフローチャートは、コントローラ８４の起動により開始する。コントローラ８４は、設定ダイヤル９７により設定されたモードを確認する（Ｓ１）。コントローラ８４は、設定されたモードがモード１の場合、すなわち進角制御機能が有効なモードの場合（Ｓ１のＹＥＳ）、Ｓ３に進む。

【0034】

コントローラ８４は、トリガスイッチ８がオンになるまで待機する（Ｓ３のＮＯ）。コントローラ８４は、トリガスイッチ８がオンになると（Ｓ３のＹＥＳ）、モータ６の駆動を開始し（Ｓ５）、デューティ比の目標値を例えば３１％とする定デューティ制御を行う（Ｓ７）。コントローラ８４は、Ｓ７においてソフトスタート制御を行い、デューティ比を３１％に向けて緩やかに高めていく。このとき、進角は０°とする。

【0035】

コントローラ８４は、回転子（ロータ）が３６０度回転し、かつデューティ比が閾値以上になると（Ｓ９のＹＥＳ）、進角を通常値に設定する（Ｓ１１）。Ｓ９での確認は、モータ６の回転が安定してから進角を高めていくための確認である。Ｓ２９での確認も同様である。

【0036】

コントローラ８４は、鋸刃後退判断条件、すなわち、モータ電流が閾値以上、モータ電流の増加率が閾値以上、モータ回転数が閾値以下、という三条件が満たされない場合（Ｓ１３のＮＯ）、進角を通常値に維持する（Ｓ１１）。コントローラ８４は、鋸刃後退判断条件が満たされると（Ｓ１３のＹＥＳ）、進角を低値に設定する（Ｓ１５）。

【0037】

コントローラ８４は、鋸刃前進判断条件、すなわち、モータ電流が閾値以下、電流増加率が閾値以下、モータ回転数が閾値以上という三条件が満たされない場合（Ｓ１７のＮＯ）、進角を低値に維持する。コントローラ８４は、鋸刃前進判断条件が満たされると（Ｓ１７のＹＥＳ）、進角値を通常値に設定する（Ｓ１１）。

【0038】

コントローラ８４は、設定されたモードがモード１でない場合、すなわち進角制御機能が有効でないモードの場合（Ｓ１のＮＯ）、Ｓ２３に進む。進角制御機能が有効でないモードでは、プランジャ５７の移動方向による進角の変更は行わない。

【0039】

コントローラ８４は、トリガスイッチ８がオンになるまで待機する（Ｓ２３のＮＯ）。コントローラ８４は、トリガスイッチ８がオンになると（Ｓ２３のＹＥＳ）、モータ６の駆動を開始し（Ｓ２５）、モータ回転数の目標値をモードに応じた回転数とする定速度制御を行う（Ｓ２７）。コントローラ８４は、Ｓ２７においてソフトスタート制御を行い、モータ回転数を目標値に向けて緩やかに高めていく。このとき、進角は０°とする。

【0040】

コントローラ８４は、回転子（ロータ）が３６０度回転し、かつデューティ比が閾値以上になると（Ｓ２９のＹＥＳ）、進角を通常値に設定する（Ｓ３１）。

【0041】

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

【0042】

(1) コントローラ８４は、プランジャ５７が前進する時に進角を通常値としてモータ６を制御し、プランジャ５７が後退する時に進角を低値としてモータ６を制御するように構成される。すなわち、コントローラ８４は、プランジャ５７が後退する時の進角をプランジャ５７が前進する時の進角よりも小さくする。このため、負荷が大きくなるプランジャ５７の後退時のモータ電流を抑制してピーク電流を抑制し、素子の温度上昇を抑制できる。特にデューティ比を低くしてモータ６を制御する場合、インバータ回路９３を構成するスイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６のスイッチング損失が大きく、また電解コンデンサ８３ｂに流れるリプル電流が大きいため、スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６及び電解コンデンサ８３ｂの温度上昇が大きくなるが、本実施の形態ではそのような場合のスイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６及び電解コンデンサ８３ｂの温度上昇を好適に抑制できる。

【0043】

(2) コントローラ８４は、プランジャ５７が前進するときの進角をプランジャ５７が後退する時の進角よりも大きくする。このため、負荷が小さくなるプランジャ５７の前進時にモータ回転数を高めることができ、鋸刃５の速度を回復させて切断作業効率を高めることができる。

【0044】

(3) コントローラ８４は、鋸刃後退判断条件、すなわち、モータ電流が閾値以上、モータ電流の増加率が閾値以上、モータ回転数が閾値以下、という三条件が満たされると、鋸刃５が後退していると判断する。また、コントローラ８４は、鋸刃前進判断条件、すなわち、モータ電流が閾値以下、電流増加率が閾値以下、モータ回転数が閾値以上という三条件が満たされると、鋸刃５が前進していると判断する。すなわち、コントローラ８４は、モータ６の通常制御でも検出が必要なモータ電流とモータ回転数により鋸刃５の前進、後退を判断する。このため、鋸刃５の前進、後退の判断のために別途センサ等を追加する必要がなく、部品点数及びコストの増大を抑制できる。なお、鋸刃後退判断条件は、上記三条件のうちの一つ又は二つのみとしてもよい。同様に鋸刃前進判断条件は、上記三条件のうちの一つ又は二つのみとしてもよい。この場合、判断の正確性は低下するものの、制御はシンプルになる。

【0045】

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

【0046】

本発明の作業機は、実施の形態で例示したセーバソーに限定されず、ジグソーやハンマドリル等の他の種類のものであってもよい。実施の形態で具体的な数値として例示した進角やモータ回転数、デューティ比、角度等は、発明の範囲を何ら限定するものではなく、要求される仕様に合わせて任意に変更できる。

【符号の説明】

【0047】

１…作業機、３…ハウジング、３ａ…モータ収容部、３ｂ…ハンドル部、４…フロントカバー、５…鋸刃（先端工具）、６…モータ、７…制御基板、８…トリガスイッチ、９…電源コード、１０…下側ギヤカバー、２０…上側ギヤカバー、３０…前側グリス受け部材、４０…後側グリス受け部材、５０…伝達機構、５３…偏心ピン、５７…プランジャ（出力部）、６６…チェンジシャフト、８０…制御部、８１…交流電源、８２…フィルタ回路、８３…力率改善回路、８３ａ…ゲートドライバＩＣ、８４…コントローラ（演算部）、８５…スイッチ操作検出回路、８６…モータ電流検出回路、８７…制御信号出力回路（ゲートドライバＩＣ）、８８…回転子位置検出回路、８９…モータ回転数検出回路、９２…ダイオードブリッジ、９３…インバータ回路、９５…ホールＩＣ（磁気センサ）、９７…速度設定ダイヤル。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】