专利名称：电动工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及电动工具。
特别是在近年来，备有带电刷的以充电式电池为电源的直流电动机的无绳电动工具，操作简单，作业性优越，在家庭使用中也得到普及。
图7所示为过去的无绳(不用电线的)电动工具的一个例子，它是可兼用作螺丝刀与钻头的电动螺丝刀钻头200的外观图，现通过该外观图说明其内部结构(用虚线示出)的概况。
图中所示的无绳电动螺丝刀钻头200用由作为驱动源的电动机203、容纳将电动机203的转速减速的齿轮机构的齿轮箱204和连至齿轮箱204的输出轴205形成的驱动部分215。和由电动机驱动电路207备有其控制部分208及控制电力供应的开关209的操作部分216和充电式电池211形成的电源部分217构成，并通过外壳202形成电动螺丝刀钻头200。
前述操作部分216藏在把手210的内部，在把手210的下部，可自由装取地放置充电式电池211，电池的电力通过开关209的操作经过控制部分208及电动机驱动电路207送至驱动部分215，电动机203的接通/断开与转数受到控制，将旋转力传递给装在设于输出轴205的前端上的夹具206上的钻头(图中未示出)，进一步在开关209的近旁设置电动机203的旋转方向的切换及其锁紧的开关。
在过去的上述电动螺丝刀钻头200中，作为驱动源的电动机203，使用了带电刷的直流电动机。
带电刷的直流电动机由于高速旋转，故难于控制速度，难于在从低速至高速的区域连续控制电动螺丝刀钻头200的转速，要将所使用的转速范围分为低速区与高速区，跨越两个速度区连续无级变速的使用受到限制。
还有，由于上述转速控制是通过开关的操作控制的，故需要高价的开关，而且由于其控制性差，作业性也变坏。
还有，由于电动机的旋转为高速，故必须使用通过齿轮的大减速比，由此，产生大的振动与噪音，而且由于使用较大型的齿轮箱，故工具变重而且变大，产生作业性差的问题。
再有，由于电刷旋转时产生火花，出现噪声、收音机的杂音、电视机的图像干扰、由于电刷与整流子的滑动而产生噪音等问题。还有，电刷的寿命短，需要进行电刷或电动机的检修、更换等维护工作。
下面，图8示出上述电动工具的操作部分301的结构概况，图9为线路图，它示出电动工具的操作部分301的杠杆开关电路304的电气构造。
下面，对照参考图8和图9，对电动工具的操作部分301作出说明。
电动工具的操作部分301的构造为，它包括含有电池、电动机、电动机控制电路等的操作部分本体302，和附属在操作部分本体302上并且通过作业者的手指操作的操作杆303。
电动工具的操作部分301备有输出对应于操作杠杆303的操作状态的电动机驱动用的脉冲宽度调制信号(以下称为PWM信号)的杠杆开关电路304。在杠杆开关电路304中，备有滑动电阻电路305。滑动电阻电路305备有电阻R1及滑动端子306，而电阻R1则设在电源电压Vdd与接地电位之间。滑动端子306的输出的基准电压Vth输入至比较电路307的非倒相输入端子，而在比较电路307的倒相输入端子则输入规定的三角波信号。
下面，对杠杆开关电路304的动作作出说明。
操作杆303的箭头A1或箭头A2方向的位移通过前述滑动电阻电路305测出。此时，如果沿箭头A1方向操作操作杆303，则电动机的转速增大，如果沿箭头A2方向操作操作杆303，则使电动机的转速降低。
此处，对应于与操作杆303的操作方向的箭头A1方向或箭头A2方向相对应的滑动端子306的位移方向箭头A3或箭头A4的滑动端子306的位移，从滑动端子306输出其输出程度增加或减小的基准电压Vth，并输入至比较电路307非倒相输入端子。
由此，对应于朝操作杆303的前述箭头A1方向或箭头A2方向的操作，从比较电路307输出三角波信号的负载适当被调整的PWM信号的转速信号S1，成为杠杆开关电路304的输出。此转速信号S1可例如通过包含电动机驱动用的开关晶体管的倒相电路等旋转驱动电动机。
在这种现有的电动工具的操作部分301中，在进行实际作业的场合，根据作业内容，用比电动工具的操作部分301的最高转速低的中间转速进行作业。在这种场合，作业者不以完全握紧操作杠杆303的状态，而是以中等的握持状态进行作业，如果作业时间长，就产生由于手指疲劳等，从而转速变成不稳定，以及作业者的疲劳加大等问题。
因此，本发明的第二目的为提供一种电动工具，它能防止对作业者造成极大的疲劳。并可稳定地进行作业。
本发明的第一方面所记载的电动工具的特征为，它包括电动机、通过前述电动机和齿轮箱等连接的输出轴、电动机的驱动电路和前述驱动电路的控制部分，并用充电式电池作为驱动电源的无绳电动工具，而且前述电动机为无电刷的直流电动机。
本发明的第二方面的电动工具的特征为，它具有电动工具的动力源的无电刷直流电动机，用于改变前述无电刷直流电动机的最高转速的第一操作构件，在由前述第一操作构件设定的前述无电刷直流电动机的最高转速范围内用于改变前述无电刷直流电动机的转速变化的第二操作构件和控制前述无电刷直流电动机的旋转状态的控制装置，前述控制装置包括输出对应于前述第一操作构件的位移的最高转速信号的最高转速信号输出装置，和以从前述最高转速信号输出装置输出的最高转速信号为最大水平，输出对应于前述第二操作装置的位移的转速信号并旋转驱动前述无电刷直流电动机的转速信号输出装置。
本发明的第三方面，所记载的电动工具为如本发明第1或第2方面所记载的电动工具，它是电动螺丝刀、电动螺丝刀钻头、电动冲击螺丝刀或电动板手。
在本发明第1方面的电动工具中，由于以无电刷直流电动机作为驱动源，故可以由于电动机的效率高，而将所消耗的电力抑制得很低，而且，由于转速的控制范围变广，容易在从电动机的低速区至高速区控制转数，故电动工具的旋转性能的选择范围变宽，能容易得到对应于用途的旋转性能，不需要用于进行转速控制的高价开关。
还有，通过使用无电刷直流电动机，解决了工具的长寿命化、维修性提高、旋转时产生火花等问题。
再有，还可减少电动机转速的用齿轮进行减速的减速比，而且没有电刷的滑动声，可以抑制振动与噪音的发生，还有，由于可以将齿轮箱做成小型的，故可以做到电动工具的小型化和轻量化。
按照本发明的第2方面的电动工具，操作第一操作构件，改变并设定无电刷直流电动机的最高转速。根据第一操作构件的操作，从包含控制装置的最高转速信号输出装置输出最高转速信号。还有，必须操作第二操作构件，以改变无电刷直流电动机的转速。
根据第二操作装置的操作，包含控制装置的转速信号输出装置以前述最高转速信号为最大水平，输出对应于第二操作装置的位移的转速信号，驱动无电刷直流电动机旋转。
因此，如果采用第一操作装置，将实际作业所需的转速设定在电动工具的最高转速上，则在操作第二操作装置的场合，在用第一操作构件设定的无电刷直流电动机的最高转速范围内变化无电刷直流电动机的转速，并在最大地操作第二操作装置达到最大转速的场合，构成作业所必需的转速。
图2为电动机驱动电路的框图。
图3为电路图，它示出电动冲击螺丝刀的主要部分的电气构造。
图4为框图，它示出电动冲击螺丝刀的电气构造。
图5为电动冲击螺丝刀的透视图。
图6为电路图，它示出本发明的第二实施形式的电动冲击螺丝刀的电气构造。
图7为原有技术的电动螺丝刀钻头的外观图。
图8示出原有技术的电动工具的操作部分的结构的概况。
图9为电路图，它示出操作部分的杠杆开关电路的电气构造。
图中所示的无绳电动螺丝刀钻头1用由作为驱动源的无电刷直流电动机3、将无电刷直流电动机3的转速减速的齿轮箱4和连至齿轮箱4的输出轴5形成的驱动部分15，和由备有电动机驱动电路7及其控制部分8与控制电力供应的开关9的操作部分16和充电式电池11形成的电源部分17构成，并由外壳2形成电动螺丝刀钻头1。
在前述驱动部分15中，在无电刷直流电动机3的驱动轴上连接容纳用于降低转速的齿轮机构的齿轮箱4，并在齿轮箱4的前部连接输出轴5，而且在输出轴5的前端设置用于安装刀头与钻头等前端工具的夹具6。
前述操作部分16由用于驱动控制前述无电刷直流电动机3的电动机驱动电路7及其控制部分8和控制来自电源的电力供应的开关9组成，而且操作部分16被容纳在外壳2的把手部分10中。
前述驱动部分15与操作部分16的各个零件固定在外壳2内，驱动部分15与操作部分16用图中未示出的导线相互连接形成电动螺丝刀钻头1，而且在驱动开关9的附近设置开关12，用于切换无电刷直流电动机3的旋转方向并锁定该转向。
此电动螺丝刀钻头1的电源部分17为可自由装取地设在把手10的下方的充电式电池11，并且在充电式电池11中，备有盒式的在把手10底部上装拆的装置，以及在向电动螺丝刀钻头1供应电力及充电时共用的电气接点。
如图2的框图所示，前述电动机驱动回路7接受来自充电式电池11的电力供应并驱动无电刷直流电动机3，并且由倒相电路21、控制此倒相电路21的逻辑电路22和转速检测电路24构成，该倒相电路由开关晶体管构成，该转速检测电路根据来自由包含在无电刷直流电动机3内的霍耳元件组成的位置检测元件23的信号检测旋转方向。此逻辑电路22通过来自控制部分8的速度指令信号与来自转速检测电路24的转速信号进行反馈控制，以按所指示的速度使无电刷直流电动机3旋转，并将其输出送至齿轮箱4。
上述电动螺丝刀钻头1通过开关9的操作，将电池11的电力经过控制部分8及电动机驱动电路7送至驱动部分15，并控制无电刷直流电动机3的接通/断开和转速，将驱动力从齿轮箱4传递给输出轴5，使安装在前端的刀头与钻头等的前端工具(图中未示出)旋转，从而进行开孔，碎裂等切削和螺钉、螺栓的紧固作业。
此电动螺丝刀钻头1在作为驱动源的电动机中采用无电刷直流电动机3。
前述无电刷直流电动机3的电动机本身的转速的控制范围比过去带电刷的直流电动机宽，转速控制容易，可以连续而且无级地使用从低速区至高速区的转速，可容易地根据电动工具的用途选择高速旋转时的使用和低速高转矩旋转时的使用等，大幅度地提高电动工具的作业性与操作性。
也就是说，由于可以通过开关9的拉出程度的调节，通过前述电动机驱动电路的反馈控制可连续无级地选择低速至高速的旋转，可以得到所要求的旋转转矩，故可以根据高速旋转时的开孔作业和低速高转矩旋转时的螺钉、螺栓的紧固等的用途和作业内容，使转速区的选择宽度变宽，而且可以以无级变速进行，提高作业性。而且，开关9可以使用比过去简单的开关，并且可使用廉价的开关。
还有，由于电动机的转速比带电刷的电动机的转速低，故可以减小用齿轮机构的转速的减速比，降低在齿轮箱内产生的振动和噪音，还有，没有电刷与整流子的滑动声，而且电动工具的振动和噪音的产生也比过去受到抑制。
而且，通过前述减速比的减小，齿轮机构被简化，可以做到齿轮箱的小型化、轻量化，可以通过电动工具的轻量化和紧凑化提高作业性。
还有，过去的带电刷的电动机中所需要的电刷的更换或电动机的检修等成为不必要，提高了可维修性，延长了电动工具的寿命，而且消除了由于电刷旋转时产生的火花而形成的收音机杂单和电视机的图像干扰等问题。
作为采用上述无电刷电动机的电动工具，可适用于电动螺丝刀和电动螺丝刀钻头，电动冲击螺丝刀、电动扳手等，可得到切削和紧固等的作业性优越的、小型、轻量操作性良好而且是低振动、低噪音的电动工具。
再有，在上述各种电动工具中，通过在前端工具的钻头与螺丝刀中备有产生振动与打击的振动产生功能与打击产生功能，故可用于电动冲击螺丝刀、振动钻、电动削片机中。
还有，根据电动工具的用途，可使用上述无电刷直流电动机并适用于有级变速式的工具。
还有，在上述实施形式中，虽然根据采用装取式充电式电池作为电源的电动工具作了说明，但是也可以适用于以下的电池固定方式的电动工具，该电池固定方式的电动工具在电动工具的本体内设置充电式电池，并作为电源部分内藏在例如把手的下侧部分等中。
作为充电式电池，虽然作为例子示出镍镉电池和镍氢电池，但是只要是充电式电池并不限定。
再有，除去图中所示的手枪型以外，也可以使用例如棒状的铅笔型与在中间部分可弯曲折叠的型式。
还有，在上述实施形式中，虽然按照手持式电动螺丝刀钻头说明本发明，但是，本发明的电动工具除去上述电动螺丝刀、电动冲击螺丝刀、电动扳手以外，也可用于电钻、电刨、电锯、螺纹切刀与直犁刀等切刀类、植物剪刀、和磨光机与抛光机等研磨机等电动工具中，而且即使在钻床等台式电动工具中，当然也可使用。第二实施形式根据图3～5对本发明的第二实施形式作以下说明。
图3为电路图，它示出本实施形式的无绳型电动冲击螺丝刀111的主要部分的电气构造，图4为框图，它示出电动冲击螺丝刀111的电气构造，图5为电动冲击螺丝刀111的透视图。
在下面的实施形式中，虽然用例子说明无绳型电动冲击螺丝刀111，但是，本发明并不限定于此例，而是可一般广泛实施成连接至电源上使用的并非无绳型的电动冲击螺丝刀或其它电动工具。(1)电动冲击螺丝刀111的构造下面参考图5对电动冲击螺丝刀111的构造作出说明。
电动冲击螺丝刀111备有本体112、装在本体112的一端上的工具113、在本体112的另一端一体成形的握持部分114。
在本体112中，内藏无电刷直流电动机123。
握持部分114做成作业者可用手把持的形式，在把持状态放置手指的地方，配置扳机状的转速切换杠杆(下面称为速度杠杆)115。还有，在握持部分114的下部，设置充电式电池120。此电池120载置在接在交流100V的电源上的充电器120a上并充电。
在速度杠杆115的附近，设置锁紧开关116，它固定拉紧速度杠杆115的状态。
在本体112的握持部分114的附近，配置切换开关117，它在给定的正转与反转之间切换无电刷直流电动机123的旋转从而切换工具113的旋转。还有，在本体112的顶部，作为一个例子，设置用于设定工具13的最高转速的最高速度设定开关(下面称为设定开关)119。(2)电动冲击螺丝刀111的电气构造下面一起参看图4，对电动冲击螺丝刀111的电气构造作出说明。
电动冲击螺丝刀111备有通过电池120供给电源的速度控制部分121和控制器122和无电刷直流电动机123。
如后所述，速度控制部分121检测速度杠杆115及设定开关119的操作，并向控制器122输出对应于这些杠杆115和设定开关119的操作状态的受到PWM(脉冲宽度调制)的用于驱动无电刷直流电动机的转速信号S1。控制器122包含根据来自速度控制部分121的转速信号S1而被驱动为接通/切断的多个开关晶体管(图中未示出)，并从这些开关晶体管输出驱动无电刷直流电动机123的驱动信号。
速度控制部分121备有检测设定开关119的操作的最高速度切换杠杆开关电路24、检测速度杠杆115的操作的转速切换杠杆开关125。控制装置包含这种速度控制部分121地构成。(3)速度控制部分121的电气构造下面一起参考图3，对速度控制部分121的电气构造的一个例子作出说明。
最高速度切换杠杆开关电路124备有串联地连接在电源电压Vdd与接地电位之间的电阻R11和R12、相对电阻R11滑动的滑动端子126。滑动端子126的输出向转速切换杠杆开关电路125输出。
转速切换杠杆开关电路125备有输入来自滑动端子126的输出的电阻R13，而电阻13的另一端则接地。
在电阻R13中设置滑动端子127，从滑动端子127输出的基准电压Vth输入至比较电路128的非倒相输入端子中，而在比较电路128的倒相输入端子中则输入规定的三角波信号。前述转速信号S1则从比较电路128输出。(4)电动冲击螺丝刀111的动作下面对电动冲击螺丝刀111的动作作出说明。
首先，对应于作业内容操作前述设定开关119，并设定电动冲击螺丝刀111的最高转速。在本实施形式中，最高转速按无级设定。也就是说，对应于设定开关119的操作，无级地移动端子116，并输出对应于停在给定的位置上的设定开关119的操作位置的最高速度电压Vs。
其次，在进行实际的紧固作业时，作业者操作速度杠杆115。实际上是把持图5所示的握持部分114。用手指握住速度杠杆115。在本实施形式中，对应于握住速度杠杆115的程度的大小，沿箭头B1的方向或箭头B2的方向移动前述滑动端子127。对应于此位移的方向与程度，增减来自滑动端子127的前述基准电压Vth。基准电压Vth的最大值为前述最高速度电压Vs。
也就是说，最高速度电压Vs通过电阻R13及滑动端子127被分压，并将经过分压得到的基准电压Vth输入至比较电路128的非倒相输入端子中。在基准电压Vth较高时，从比较电路128输出负载受到高的PWM(脉冲宽度调制)调制的转速信号S1。如前所述，转速信号S1被输出至控制器122并驱动无电刷直流电动机123旋转。
这样做，按照本实施形式，如果根据设定开关119的操作，设定电动冲击螺丝刀111的最高转速，则即使在操作速度杠杆115并通过速度杠杆115达到最高转速的场合，其最高转速也可以成为用设定开关15设定的最高转速。由此，如果操作设定开关119来设定实际作业中所需要的转速，则可以按最大握持限定操作速度杠杆115的状态进行作业。
由此，由于得到了实际作业所需要的转速，故不需要按比最高转速低的中间转速以中等握持前述速度杠杆115的状态进行作业，可以大大地减少作业者的疲劳。还有，可以消除由于作业者按中等握持速度杠杆115的状态进行作业而产生的转速不稳定，可以进行稳定的作业。第三实施形式图6为电路图，它示出本发明的第三实施形式的电动冲击螺丝刀111a的电气构造。
本实施形式与第二实施形式类似，在对应的部分中给予相同参考符号，重复的说明省去。
本实施形式的特征为，将电动冲击螺丝刀111a的最高转速按多级设置。下面，对电动冲击螺丝刀111a的电气构造作出说明。在本实施形态中，同样备有参照第二实施形态中的图4及图5说明的构造。(1)速度控制部分121a的电气构造下面一起参看图6，对在本实施形式的电动冲击螺丝刀111a中所备的速度控制部分121a的电气构造的一个例子作出说明。
最高速度切换杠杆开关电路124a分别并联地连接在电源电压Vdd与接地电位之间，并且备有作为例子的电阻值相互不同的多个电阻R14、R15……和切换开关129。切换开关129的输出的基准电压Vth向转速切换杠杆开关电路125的电阻R13输出，该电路125具有与第一实施例的构造相同的构造。(2)电动冲击螺丝刀111a的动作下面，对本实施形式的电动冲击螺丝刀111a的动作作出说明。首先，对应于作业内容操作前述设定开关119，并设定电动冲击螺丝刀111a的最高转速。
也就是说，对应于设定开关119的操作，将切换开关129连接在电源电压Vdd、电阻R14、电阻R15……中的任何一个上。在连接在电源电压Vdd上的场合，成为电动冲击螺丝刀111a的最高转速。
此后的转速切换杠杆开关电路125的动作与前述实施形式相同，因此，电动冲击螺丝刀111a的动作也相同。
因此，在本实施形式中，实现与在前述第一实施形式中说明的作用和效果相同的作用和效果。
本发明第1方面的电动工具由于是采用充电式电池作为电动机的驱动电源的无绳电动工具，而且前述电动机为无电刷直流电动机，故可以在宽范围内选择电动工具的转速与旋转转矩并按无级变速使用，而且振动与噪音的产生也减小，可以力求小型化与轻量化，得到有高的性能、操作性良好、能改善作业环境的无绳电动工具，而且电动工具的耐用年数也能增加。
本发明第2方面的电动工具操作第一操作构件并设定无电刷直流电动机的最高转速，在所设定的最高转速范围内，操作第二操作构件并变化无电刷直流电动机的转速。由此，如果采用第一操作装置，将作业所必需的转速设定在电动工具的最高转速，则在最大地操作第二操作装置成为最大转速的场合，就成为作业所必需的转速。
因此，可以对应于使用电动工具的作业内容，变化最高转速，并最大地操作第二操作装置进行作业。由此，可以不必使作业者一方面按中间的操作状态保持第二操作装置，一方面继续作业，防止使作业者受到极大的疲劳的事故，而且可稳定地进行作业。
还有，紧固力为恒定的，在使用紧固螺钉的场合，紧固转矩均匀，品质稳定。
权利要求
1.一种电动工具，其特征为包括电动机、通过前述电动机与齿轮箱等连接的输出轴、电动机的驱动电路和前述驱动电路的控制部分组成，它是用于充电式电池作为驱动电源的无绳电动工具，前述电动机为无电刷直流电动机。
2.一种电动工具，其特征为，具有作为电动工具的动力源的无电刷直流电动机、用于变化前述无电刷直流电动机的最高转速的第一操作构件、在通过前述第一操作构件设定的前述无电刷直流电动机的最高转速范围内用于变化前述无电刷直流电动机的转速的第二操作构件，和控制前述无电刷直流电动机的旋转状态的控制装置，前述控制装置包括对应于前述第一操作构件的位移输出最高转速信号的最高转速信号输出装置和以从前述最高转速信号输出装置输出的最高转速信号为最大水平，输出对应于前述第二操作装置的位移的转速信号并旋转驱动前述无电刷直流电动机的转速信号输出装置。
3.如权利要求1或2所述的电动工具，其特征为，前述电动工具为电动螺丝刀、电动螺丝刀钻头、电动冲击螺丝刀或电动扳手。
全文摘要
一种无绳电动工具，它使电动机的从低速区至高速区的转速控制容易，并提高紧固性能或切削性能，而且减少振动和噪音的产生，而且力求小型化和轻量化，它由无电刷直流电动机3、通过前述无电刷直流电动机3与齿轮箱4等连接的输出轴5，电动机的驱动电路7和驱动电路的控制部分8组成，它是用充电式电池11作为驱动电源的无绳电动工具。
文档编号B25B21/00GK1418760SQ0214993
公开日2003年5月21日 申请日期2002年11月8日 优先权日2001年11月12日
发明者齋藤文昭, 常田裕樹夫 申请人:日本电产芝浦株式会社