Electric motor-driven scissors

本発明は、電動式ハサミ、詳しくは果樹栽培や造園における剪定作業や収穫作業に用いられたり、針金や薄い板金、厚紙やロープなどの切断作業に用いられたりする電動式のはさみに関するものである。

従来、人がハサミを手で開閉して庭木の剪定や枝払いなどを行なっていたが、この作業の省力化を図って電動式のはさみが提案されている（例えば、特許文献１）。 この電動式のはさみは固定刃に対し可動刃を動かして切断作業を行なうもので、可動刃の動作量をトリガの引き位置に連動させるために、ネジ軸の回転により前後動するナットに可動刃を動作させるリンクとトリガとを取り付け、トリガを引き操作したときに作動するモータによってネジ軸を回転させることにより可動刃の動作量とトリガの引き操作量とを連動させるようにしたものである。

特開昭６３−２８１６８０号公報

本発明が解決しようとする問題点は、上述の電動式のはさみは可動刃の動作量をトリガの引き位置で自由に制御できるが、ナットの移動とともにトリガも前後に移動するため、その移動に合わせて指を動かさなければならず不自然な手で操作をしなければならなかったし、ナットの移動に合わせてトリガも移動するため、カバーにはトリガの移動に対応して開口部を設ける必要があり、現場で作業中にその開口部から粉塵や砂が入り込み、機械の寿命を低下させる恐れがあった。

本発明は、上記問題点を解決し、トリガの引き位置は検出手段で検出し、可動刃の回動量は制御部によるモータの回転で制御することにより、電動式ハサミの形状を自由に設定することができるとともに、トリガの操作感を自由に設定でき操作性に優れた電動式ハサミ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に係る電動式ハサミは、モータに連動して回転するネジ軸に螺合させたナットと可動刃とをリンクで連結し、トリガの引き操作でモータを回転させて上記ナットを移動させることにより可動刃を回動させ、固定刃と可動刃とを噛み合わせて対象物を切断する電動式ハサミであって、上記トリガの引き位置を検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいて上記モータの回転を制御する制御手段とを備え、該制御手段は上記トリガの引き位置に基づいて上記可動刃の動作位置を制御することを特徴とする。

なお、前記モータをブラシレスモータで構成し、前記制御部は該ブラシレスモータの回転量に基づいて前記可動刃の動作位置を制御することが好ましい。

また、前記ナットの位置を検出するセンサを複数設け、前記制御部は該センサの検出結果に基づいて前記可動刃の動作位置を制御するようにしてもよい。

請求項１の発明によれば、トリガの引き位置と可動刃の動作量とを連動させたので、可動刃の位置を任意の場所で止めることができ、操作性に優れた電動はさみを提供することができる。

請求項２の発明によれば、ブラシレスモータを使用することにより、モータの回転量及び回転方向を容易に判断することができ、トリガの引き位置に応じて可動刃の動作を容易に制御することができる。

請求項３の発明によれば、ナットの位置を検出するセンサを設けることにより、トリガの引き操作に対応して可動刃の回動位置を容易に設定することができる電動式ハサミを実現することができる。

図１は、本発明にかかる電動式ハサミのカバー（図示せず）を外した状態の斜視図を示し、この電動式ハサミはトリガ１を引き操作することによりモータ４を作動させて可動刃２を動かし、この可動刃２を固定刃３にクローズさせることにより切断対象物を切断することができるもので、図２に示すように、モータ４の回転を複数の歯車で構成される減速機構５を介してネジ軸６を回転させ、このネジ軸６に螺合させたナット７を移動させるようにし、このナット７にリンク８の一端を連結し、リンク８の他端を可動刃２に連結させ、モータ４を正逆回転させることによりナット７を筒状のフレーム9内を前後に移動させ、ナット７の前後移動に連携して可動刃２を固定刃３に固定された軸１０を中心に上下に回動させることにより、可動刃２と固定刃３とがオープン／クローズするようにしたものである。

上記トリガ１の軸にはトリガ１の引き位置を検出する検出手段１２が取り付けられている。 この検出手段１２は角度などの機械的変位量を電気信号（電圧）に変換するポテンショメータで構成すればよく、トリガ１の引き位置を電気的に検出し、この検出結果に基づいて後述する制御部１５が可動刃２の動きを制御することができるようにしたものである。

上記モータ４はブラシレスモータで構成し、このブラシレスモータは図３のブロック図に示すように、ロータの回転位置をホールセンサＨ１〜Ｈ３で検出し、ホールセンサＨ１〜Ｈ３の検出結果に基づいて、制御部１５はインバータ１６に駆動信号を出力し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ巻線Ｃ（Ｃ１〜Ｃ３）に駆動電流を流し、発生する磁界でロータに設けた永久磁石と吸引反発を繰り返してロータを回転させるようにしている公知のブラシレスモータで構成されていればよい。

なお、上記制御部１５は上記ホールセンサＨ１〜Ｈ３の検出結果に基づいてロータの回転方向、回転数を把握することができるようになっている。

そして、上記制御部１５にはポテンショメータ１２の検出信号が入力されている。 この検出信号はトリガ１の引き位置が電圧に変換されたもので、この検出信号はＡＤコンバータ１７でデジタル信号に変換されて制御部１５に入力され、制御部１５ではトリガ１の引き位置をデジタルに把握できるようになっている。 制御部１５ではトリガ１の引き位置に対応して、モータ４の回転を制御することにより可動刃２の動作を制御（例えば、モータの回転数をカウンタでカウントし、カウンタ値と可動刃２の回動位置とを対応させる）することができるようにプログラミングされている。

上記制御部１５による制御は、制御部１５の内部メモリに記憶されている制御プログラムに基づいて行なわれるが、図４のトリガの角度対可動刃の動作位置図に示すように、手ハサミの感覚で作業ができるように、ポテンショメータ１２の角度と可動刃２の角度とを１：１に設定し、自在な操作感を使用者に与えることができるようにした第１の制御（グラフａ参照）、切断対象物が細かい場合には可動刃２と固定刃３とがクローズする直前であり、その切断作業を慎重に行ないたいときにこの制御を行なうことで、実際に切断状態に入ったときの可動刃２の動きをトリガ１で細かく操作することができるようにした第２の制御（グラフｂ参照）、トリガ１を引き操作した初期には可動刃２の動きを少なくし、トリガ１を充分引いたときには可動刃２を一気に動作させるようにし、切断対象物ではないもの（例えば、作業者の指や金属の棒など）が誤って刃内に挿入されたとき、直ぐに停止させて切断対象物を取り除く余裕が生まれ安全性の確保を図ることができる第３の制御（グラフｃ参照）を設定することができる。

この設定は、セレクトスイッチ１８で行なうことができるようにしてもよい。

次に、上記構成の電動式ハサミの作動態様を、第１の制御で行なった場合について図５のフローチャート図に基づいて説明する。

図６（ａ）に示すように、トリガ１が引かれていない状態では、トリガ１はバネ１１に付勢されて時計方向に回動し、図示しないストッパに当接して回動が阻止された状態（レストポジション）になっている。

電源をＯＮすると、トリガ１はレストポジションにあるのでポテンショメータ１２の出力信号はゼロになっている。 この状態では、ナットはケース内の前方に位置し、リンクを介して可動刃２は最大限上方に回動させられて固定刃３と可動刃２とは目一杯広がった状態になっているので、切断対象部にはさみを移動させ、トリガ１を引き操作する（ステップＳＴ１）。

トリガ１を引き操作すると、ポテンショメータ１２がトリガ１の引き位置を検出し、検出した検出信号は制御部１５に入力されるので、制御部１５はこのポテンショメータ１２の検出信号からトリガ１の引き位置（角度）を読み取る（ステップＳＴ２）。 制御部１５はこの引き位置に対応してモータを正回転させてナットを後方にスライド移動させる（ステップＳＴ３）。

図６（ｂ）に示すように、トリガ１を途中まで引き操作した状態では、ポテンショメータ１２の角度は、図４のＰ１地点にあり、このポテンショメータ１２の角度に対応した可動刃２の回動位置はＭ１になっているので、制御部１５は可動刃２の回動位置がＭ１になるまでモータの回転を継続させ、回動位置がＭ１になるまでモータを回転させれば（ステップＳＴ４）、モータを停止させ（ステップＳＴ５）、ステップＳＴ１に戻ってトリガ１が引き操作されるか否かを引き続き判断する。

図６（ｃ）に示すように、トリガ１をさらに引き操作した状態では、ポテンショメータ１２の角度は、図４のＰ２地点にあり、このポテンショメータ１２の角度に対応した可動刃２の回動位置はＭ２になるので、制御部１５はモータをさらに回転させ、ナットをさらに後方に移動させる。 ナットの移動に伴いリンクが後方に引かれるので、可動刃２は軸を中心に最大限下方に回動し、固定刃３と可動刃２とはクローズした状態になり、切断対象物は確実に切断される。

なお、上述の電動式ハサミはトリガ１の引き位置に対し、可動刃２がリニアに動作する第１の制御について説明したが、トリガ１の引き操作の初期に可動刃２が大きく動作する第２の制御も、トリガ１の引き操作の後期に可動刃２が大きく動作する第３の制御も同様に、トリガ１の引き位置をポテンショメータ１２で検出し、このトリガ１の引き位置を判断して可動刃２が所定の位置まで回動するようにモータの回転量、回転方向を制御するようになっていればよい。

また、上述の電動式ハサミは、ブラシレスモータを使用してネジ軸６の回転方向及び回転量を制御していたが、使用するモータはブラシレスモータに限定されるものではなくブラシモータであっても構わない。 この場合、図７に示すように、ナット７の上面には少なくとも１つの磁石２５を配置し、フレーム９の内壁面の上記磁石２５の移動軌跡に対応する位置には複数のホールセンサ２６を配置し、このホールセンサ２６の検出信号を利用して、ナット７の位置を判断し、モータの動作を制御するようにしてもよい。

そして、電動式ハサミの一般的な使用方法としては、手ハサミも同様であるが、不使用時には可動刃２と固定刃３がクローズした状態にして保管しているが、使用時には可動刃２を動かして可動刃２と固定刃３とをオープンにする必要がある。

上述したようにトリガはスプリングで付勢されてレストポジションにあるが、可動刃がクローズした状態であるということはトリガの位置と可動刃の回動位置とは一致していない（ナットがネジ軸の先端部には位置していない）ことになり、この状態でトリガを引き操作した場合、その引き位置に対応した角度までモータを回転させて可動刃を動かそうとしてもロックしてしまうことになり、電源投入時にナットの位置とトリガの位置との整合性をとる必要がある。

図８（ａ）に示すように、トリガのレストポジションは角度０°よりも若干（θ°）マイナスに設定し、トリガの先端部にナットに係合する係合部１ａを形成し、電源投入時には制御部はモータを逆回転させナットを前方に送り出し、ナットが係合部１ａに係合してトリガを動かし、図８（ｂ）に示すようにトリガが０°になった（ポテンショメータが０°を検出した）とき、モータを停止させるとともにトリガの原点を出すようにすればよい。 この状態ではトリガが０°に位置し、ナットがネジ軸の前部に位置しているので、可動刃は最大限開いた状態になっている。

そして、図８（ｃ）に示すように、トリガを引き操作すれば制御部はポテンショメータの検出信号に基づいてモータを回転させ、可動刃の回動位置をトリガの引き角度に対応させて動かすことができる。

なお、トリガの位置とナットの位置との整合性を取るためには、ナットの初期位置を検出するセンサを設け、電源投入時にモータを逆回転させてナットを初期位置に向けて移動させ、センサがＯＮした時点でモータを止め、ナットとトリガとの整合性をとるようにしても構わない。

本発明に係る電動式ハサミの構成を説明する斜視図

上記電動式ハサミの内部構造を説明する側面図

上記電動式ハサミの電気的構成を説明するブロック図

トリガと可動刃との関係を説明するトリガの角度対可動刃の動作位置図

上記電動式ハサミの動作態様を説明するフローチャート図

（ａ）〜（ｃ）は上記電動式ハサミの作動態様の説明図

電動式ハサミの他の例を説明する側面図

（ａ）〜（ｃ）はトリガの位置とナットの位置との整合性を取る状態の説明図

符号の説明

１ トリガ ２ 可動刃 ３ 固定刃 ４ モータ ６ ネジ軸 ７ ナット １２ 検出手段（ポテンショメータ）
１５ 制御部