Electric scissors

この発明は、樹木等の剪定に用いられる電動はさみに関し、特に、モータの回転力を直進運動に変換し、この直進運動によりリンク機構を作動させて刃の開閉運動をさせる電動はさみに関するものである。

従来、人がはさみを手で開閉して枝木の剪定等を行ってきたが、作業の省力化を図るため、モータの駆動力で刃部を開閉して、枝木等の切断対象物を切断できるようにした電動はさみが提案されている。

本出願人は、このような電動はさみとして、特許文献１に記載の電動はさみを提案した。

この特許文献１に記載の電動はさみは、刃形成部と伝達部を有し、軸を支点に回転可能に支持される第１の刃部と、刃形成部と伝達部を有し、軸を支点とした第１の刃部の回転動作で切断対象物をはさむ第２の刃部と、第１のリンクの一端が第１の刃部の伝達部と回転可能に連結され、第２のリンクの一端が第２の刃部の伝達部と回転可能に連結され、第１のリンクの他端と第２のリンクの他端が駆動軸により回転可能に連結されるトグルリンク機構と、駆動軸を支点に屈曲した第１のリンクと第２のリンクのなす角が開く方向に駆動軸を変位させ、第１の刃部と第２の刃部を閉じると共に、第１のリンクと第２のリンクのなす角が閉じる方向に駆動軸を変位させ、第１の刃部と第２の刃部を開く駆動部とを備えていたリンク式の電動はさみである。

この特許文献１に記載の電動はさみによれば、枝木等の切断対象物を切断するときに大きなトルクを必要とする刃部が閉じる動作の後半で、大きな切断トルクを発生させることができるので、切断対象物の切断に要するトルクを、荷重を増加させずに得ることができる。

しかし、上記した従来の特許文献１に記載の電動はさみでは、刃部が閉じる動作の後半で大きな切断トルクが発生するので、刃部が閉じる動作の後半において部品に対する負荷が大きくなり、リンク軸などのリンク機構を構成する部品が破損するおそれがあった。

こうした部品の破損は部品の強度を上げることで防止できるが、強度をあげることで重量が増し、ハンドツールである電動はさみの使い勝手が悪くなるという問題がある。

そこで、本発明は、部品の強度を上げることなくリンク機構の破損を防止できる電動はさみを提供することを課題とする。

本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、以下を特徴とする。

（請求項１）
請求項１に記載の発明は、以下の点を特徴とする。

すなわち、請求項１に記載の電動はさみは、モータの回転力を直進運動に変換し、この直進運動によりリンク機構を作動させて刃の開閉運動をさせる電動はさみであって、前記モータに供給する電流値を制御する電流制御手段と、前記刃が所定の角度になったことを検出するための検出手段と、を備え、前記検出手段によって前記刃が所定の角度になったことが検出されたときに、前記電流制御手段が前記モータに供給する電流値の上限値を変化させることを特徴とする。

（請求項２）
請求項２に記載の発明は、上記した請求項１記載の発明の特徴点に加え、以下の点を特徴とする。

すなわち、前記検出手段は、前記モータの回転数をカウントすることで、前記刃が前記所定の角度になったことを検出することを特徴とする。

（請求項３）
請求項３に記載の発明は、上記した請求項１記載の発明の特徴点に加え、以下の点を特徴とする。

すなわち、前記検出手段は、前記リンク機構又は前記刃の角度を検出することで、前記刃が前記所定の角度になったことを検出することを特徴とする。

（請求項４）
請求項４に記載の発明は、上記した請求項１記載の発明の特徴点に加え、以下の点を特徴とする。

すなわち、前記検出手段は、前記直進運動の移動量を検出することで、前記刃が前記所定の角度になったことを検出することを特徴とする。

（請求項５）
請求項５に記載の発明は、上記した請求項１〜４のいずれかに記載の発明の特徴点に加え、以下の点を特徴とする。

すなわち、前記電流制御手段は、前記検出手段が前記刃が前記所定の角度になったことを検出したことを契機として、前記モータに供給する電流値の上限値を３０〜５０％の範囲で減じた値に設定することを特徴とする。

（請求項６）
請求項６に記載の発明は、上記した請求項１〜５のいずれかに記載の発明の特徴点に加え、以下の点を特徴とする。

すなわち、前記所定の角度は、前記刃が開いた状態から完全に閉じるまで、あるいは記刃が閉じた状態から完全に開くまでの前記モータの回転数の７０〜９０％の範囲のいずれかの回転数まで前記モータを回転させたときの前記刃の角度であることを特徴とする。

請求項１に記載の発明は上記の通りであり、検出手段によって刃が所定の角度になったことが検出されたことを契機として、モータに供給する電流値の上限値を変化させる電流制御手段を備えている。 このため、刃部が閉じる動作の後半で大きな切断トルクが発生する場合には、刃が所定の角度になったときにモータに供給する電流値の上限値を下げる処理を行うことで最大トルクを制限でき、部品に対する負荷が大きくなりすぎないように制御することができる。 これにより、部品の強度を上げなくても、リンク機構の破損を防止することができる。

なお、前記検出手段は、前記モータの回転数をカウントすることで、前記刃が前記所定の角度になったことを検出するようにしてもよい。

また、前記検出手段は、前記リンク機構又は前記刃の角度を検出することで、前記刃が前記所定の角度になったことを検出するようにしてもよい。

また、前記検出手段は、前記直進運動の移動量を検出することで、前記刃が前記所定の角度になったことを検出するようにしてもよい。

また、前記電流制御手段は、前記検出手段が前記刃が前記所定の角度になったことを検出したことを契機として、前記モータに供給する電流値の上限値を３０〜５０％の範囲で減じた値に設定するようにしてもよい。 更に望ましくは、３５〜４５％の範囲で減じた値に設定するようにしてもよい。

また、前記所定の角度は、前記刃が開いた状態から完全に閉じるまでの前記モータの回転数の７０〜９０％の範囲のいずれかの回転数まで前記モータを回転させたときの前記刃の角度に設定するようにしてもよい。 更に望ましくは、前記刃が開いた状態から完全に閉じるまでの前記モータの回転数の８０〜８５％の範囲のいずれかの回転数まで前記モータを回転させたときの前記刃の角度に設定するようにしてもよい。

電動はさみの内部構造を示す図である。

電動はさみの入出力を示すブロック図である。

電動はさみのリンク機構を示す図であって、（ａ）刃が開いた状態の図、（ｂ）刃が開いた状態からモータが３０回転した状態の図である。

電動はさみのリンク機構を示す図であって、（ａ）刃が開いた状態からモータが６７．４回転した状態の図、（ｂ）刃が閉じた状態の図である。

モータへの供給電流値の推移を示すグラフである。

ピン荷重の推移を示すグラフである。

従来の電動はさみに係るピン荷重の推移を示すグラフである。

本発明の実施形態について、図を参照しながら説明する。

本実施形態に係る電動はさみ１０は、図１に示すように、モータ２１の回転力を直進運動に変換し、この直進運動によりリンク機構Ａを作動させて刃の開閉運動をさせるものであり、その基本的構成は特開２０１０−１７２６２２号公報に記載の電動はさみと同様である。

すなわち、本実施形態に係る電動はさみ１０は、トリガ２３が引かれたときにモータ２１を回転動作させて作動するものである。 詳しくは、モータ２１が回転動作したときに、この回転動作がボールネジ機構Ｂにより直線動作に変換され、直線動作に変換されたモータ２１の駆動力がリンク機構Ａにより第１の可動刃１１と第２の可動刃１２に伝達されて刃が閉じるように形成されている。

なお、モータ２１は、回動軸が遊星ギアを用いた減速機２４に連結されている。

また、ボールネジ機構Ｂは、減速機２４の出力軸に連結されるネジ軸２５と、ネジ軸２５のネジ溝に噛合するナット部２６とを備えている。 これにより、モータ２１の駆動力によってネジ軸２５が回転駆動されると、ナット部２６がネジ軸２５に沿って直線移動するように形成されている。 すなわち、モータ２１の回転動作がナット部２６の直線動作に変換されるので、モータ２１の回転方向に応じてナット部２６の移動方向が切り替えることができる。

第１の可動刃１１と第２の可動刃１２とは、図３及び図４に示すように、刃軸１３を支点として互いに回動可能に連結されている。

第１の可動刃１１は、刃軸１３による支持位置を挟んで、先端側に刃形成部１１ａを備え、他端側に基部１１ｂを備えている。

同様に、第２の可動刃１２は、刃軸１３による支持位置を挟んで、先端側に刃形成部１２ａを備え、他端側に基部１２ｂを備えている。

第１の可動刃１１及び第２の可動刃１２は、それぞれの基部１１ｂ、１２ｂが互いに離反する方向に力が加わることによって、それぞれの刃形成部１１ａ、１２ａが互いに閉じる方向に移動し、刃形成部１１ａ、１２ａによって切断作業ができるように形成されている。

第１の可動刃１１及び第２の可動刃１２を作動させるためのリンク機構Ａは、駆動軸１８によって回転可能に連結された第１のリンク１５及び第２のリンク１６と、第２のリンク１６に接続される第３のリンク１７と、を備えている。

第１のリンク１５は、駆動軸１８への接続端の逆端側が、第１の可動刃１１の基部１１ｂに接続される。 第１のリンク１５と第１の可動刃１１の基部１１ｂとは、第１リンク軸１５ａを支点に回転可能に連結される。

第２のリンク１６は、駆動軸１８への接続端の逆端側が、第３のリンク１７に接続される。 第２のリンク１６と第３のリンク１７とは、第２リンク軸１６ａを支点に回転可能に連結される。

第３のリンク１７は、第２のリンク１６への接続端の逆端側において、第２の可動刃１２の基部１２ｂに接続される。 第３のリンク１７と第２の可動刃１２の基部１２ｂとは、ピン１７ａを支点に回動可能となっている。

このリンク機構Ａは、ボールネジ機構Ｂによってナット部２６が直進運動を行うと、図３及び図４に示すように、ナット部２６に接続された駆動軸１８が刃軸１３に対して接近又は離反する方向に摺動し、この摺動運動によって作動する。

具体的には、このリンク機構Ａは、駆動軸１８が刃軸１３に対して接近する方向に摺動すると、第１のリンク１５、第２のリンク１６、及び、第３のリンク１７が開き方向に移動するように作動する。 これにより、第１の可動刃１１及び第２の可動刃１２の基部１１ｂ、１２ｂが互いに離反する方向に変位するとともに、それぞれの刃形成部１１ａ、１２ａが互いに閉じる方向に回動し、切断動作を行う。

また、このリンク機構Ａは、駆動軸１８が刃軸１３に対して離反する方向に摺動すると、第１のリンク１５、第２のリンク１６、及び、第３のリンク１７が閉じ方向に移動するように作動する。 これにより、第１の可動刃１１及び第２の可動刃１２の基部１１ｂ、１２ｂが互いに接近する方向に変位するとともに、それぞれの刃形成部１１ａ、１２ａが互いに開く方向に回動し、刃が開いた状態に戻す動作を行う。

このような電動はさみ１０の動作は、電動はさみ１０に内蔵された制御装置１００（図２参照）によって制御される。

この制御装置１００は、トリガ２３が引かれてトリガスイッチ２２がＯＮとなった場合には、トリガスイッチ２２からの出力信号を受信してモータ２１を正回転させ、図３（ａ）に示す刃が開いた状態から図４（ｂ）に示す刃が閉じた状態までの範囲において、刃を閉じる方向に作動させる。

一方、この制御装置１００は、トリガ２３が離されてトリガスイッチ２２がＯＦＦとなった場合には、トリガスイッチ２２からの出力信号を受信してモータ２１を逆回転させ、図４（ｂ）に示す刃が閉じた状態となるまで刃を作動させる。

制御装置１００は、モータ２１の回転数をカウントする検出手段１２０を備えている。 この検出手段１２０は、例えばモータ２１の回転に応じて出力されるパルス信号をカウントすることによりモータ２１の回転数をカウントする回転検出器（エンコーダ）を備えて構成される。

検出手段１２０は、モータ２１の回転数をカウントすることにより、第１の可動刃１１及び第２の可動刃１２が互いにどの程度の角度まで閉じているかを検出する。

具体的には、図３（ａ）に示すように、刃が開いた状態（初期状態）でトリガスイッチ２２がＯＮとなってモータ２１が正回転したときに、検出手段１２０はモータ２１の回転数のカウントを開始する。 そして、図４（ｂ）に示すように、モータ２１の回転数が８５となったときに刃が閉じた状態であることを検出する。 検出手段１２０によって刃が閉じた状態であることが検出されると、制御装置１００は、仮にトリガスイッチ２２がＯＮのままであってもそれ以上はモータ２１を駆動させないように停止する。

反対に、刃が閉じた状態または刃が閉じる途中の状態からトリガスイッチ２２がＯＦＦとなってモータ２１が逆回転したときにも、検出手段１２０はモータ２１の回転数のカウントを開始する。 そして、所定の回転数が検出されたときに、刃が開いた状態であることを検出する。 具体的には、モータ２１が正回転したときのモータ２１の回転数と同じ回転数分の逆回転をすれば図３（ａ）に示す刃が開いた状態（初期状態）となるため、検出手段１２０が逆回転の回転数をカウントすることで、刃が開いた状態であることを検出する。 検出手段１２０によって刃が開いた状態であることが検出されると、制御装置１００は、モータ２１の駆動を停止する。

また、制御装置１００は、モータ２１に供給する電流値を制御する電流制御手段１１０を備えている。 この電流制御手段１１０は、具体的には、電動はさみ１０の内部に配置されたバッテリなどの電源（図示せず）とモータ２１との間に設けられた電流制限回路である。 この電流制御手段１１０は、２段階の電流制限ができるように形成されており、検出手段１２０からの制御信号に基づいて、モータ２１に供給する電流値の上限値を変化させることができるようになっている。

ここで、図７は、従来の電動はさみに係るピン１７ａに対する荷重の推移を示すグラフである。 この図７が示すように、モータ２１に供給する電流値の上限値を変化させない場合においては、刃が閉じる動作の後半で大きな切断トルクが発生することに起因して、刃が閉じる動作の後半において部品に対する負荷が大きくなっていることが分かる。

すなわち、本実施形態に係るリンク機構Ａは、刃が閉じていくに従って、駆動軸１８の移動距離ごとの刃の移動角度（「刃の移動角度」÷「駆動軸１８の移動距離」で求められる値）が小さくなっており、刃が閉じていくに従って切断トルクが大きくなっていくので、部品にかかる負荷も大きくなっていく。

このため、本実施形態においては、刃が所定の角度になった、すなわち所定の角度まで閉じたときには、電流値の上限値を小さくすることで最大トルクを小さくし、部品にかかる負荷を所定のレベルに留めるようにしている。

具体的には、部品が耐えうる負荷の上限値を考慮して、図４（ａ）に示すモータ２１の回転数が６７．４回転の状態（刃の角度が５．６度まで閉じた状態）となったことを契機として電流値の上限値を５０Ａから３０Ａへと変化させるようにしている。 すなわち、本実施形態においては、図３（ａ）に示す刃が開いた状態から、図４（ａ）に示すモータ２１の回転数が６７．４回転の状態までの間は、モータ２１に供給する電流値の上限値を５０Ａに設定している。 そして、図４（ａ）に示すモータ２１の回転数が６７．４回転の状態から、図４（ｂ）に示す刃が閉じた状態までの間は、モータ２１に供給する電流値の上限値を３０Ａに設定している。

この電流値の上限値の変更制御は以下のように実行される。

図３（ａ）に示す刃が開いた状態においては、初期状態であるので、電流制御手段１１０は電流値の上限値を５０Ａに設定する。 その後、モータ２１が駆動してモータ２１の回転数が６７．４回転となると、これを検出手段１２０が検出する。 これにより刃が所定の角度まで閉じたことが検出され、検出手段１２０が電流制御手段１１０に制御信号を出力する。 これにより、電流制御手段１１０は、電流制限回路の切り替えを行い、電流値の上限値を３０Ａに設定する。

図５は、本実施形態に係るモータ２１への供給電流値の推移の例を示すグラフである。 このグラフが示すように、モータ２１が６７．４回転するまでは電流の上限値が５０Ａであり、６０回転を超えたあたりから最大の５０Ａの電流が流れていることが分かる。 このまま５０Ａの電流が流れ続けると、同じ電流値でもモータ２１の回転数に比例してリンク機構Ａのトルクが上昇することから、ピン１７ａに対する荷重もモータ２１の回転数に比例して上昇することになる。

しかし、モータ２１の回転数が６７．４となると電流の上限値が３０Ａに設定されるため、ピン１７ａに対する荷重の上限値も下方に修正され、モータ２１の回転数が上がっても過剰にトルクが上昇せず、ピン１７ａに対する荷重が適正に保たれる。

図６は、本実施形態に係るピン１７ａにかかる荷重の推移を示すグラフである。 このグラフが示すように、モータ２１の回転数が６７．４となるまでは回転数に比例してピン１７ａにかかる荷重が上昇している。 しかし、モータ２１の回転数が６７．４となると電流の上限値が３０Ａに設定されるため、ピン１７ａにかかる荷重が小さくなる。 その後回転数に比例してピン１７ａにかかる荷重が上昇するものの、一定の範囲に収まり、過剰な負荷がかかることはない。

以上説明したように、本実施形態によれば、検出手段１２０によって刃が所定の角度まで閉じたことが検出されたことを契機として、モータ２１に供給する電流値の上限値を変化させる電流制御手段１１０を備えている。 このため、刃部が閉じる動作の後半で大きな切断トルクが発生する場合でも、刃が所定の角度まで閉じたときにモータ２１に供給する電流値の上限値を下げる処理を行うことで最大トルクを制限でき、部品に対する負荷が大きくなりすぎないように制御することができる。 これにより、部品の強度を上げなくても、リンク機構Ａの破損を防止することができる。

なお、上記した実施形態においては、刃部が閉じる動作の後半で大きな切断トルクが発生する電動はさみについて説明したが、これに限らない。

例えば、刃部が閉じる動作の前半で大きな切断トルクが発生する電動はさみであれば、刃が所定の角度まで閉じたときにモータ２１に供給する電流値の上限値を上げる処理を行うようにすればよい。 このように構成することにより、刃部が閉じる動作の前半は部品に対する負荷が大きくなりすぎないように制御するとともに、刃部が閉じる動作の後半は大きなトルクを得られるようにしてもよい。

また、刃部が閉じる動作の間で一定した切断トルクが発生する電動はさみに適用してもよい。 例えば、刃が所定の角度まで閉じたときにモータ２１に供給する電流値の上限値を上げる処理を行うようにすれば、刃部が閉じる動作の後半で大きなトルクを得ることができる。

また、上記した実施形態においては、検出手段１２０をモータ２１の回転数をカウントする回転検出器（エンコーダ）で構成したが、これに限らない。

例えば、検出手段１２０を、リンク機構Ａ、第１の可動刃１１、又は、第２の可動刃１２のいずれかの角度を検出する手段（角度センサなど）で構成してもよい。 このような検出手段１２０を使用した場合でも、リンク機構Ａ、第１の可動刃１１、又は、第２の可動刃１２のいずれかの角度を検出することで、刃が所定の角度（例えば図４（ａ）の状態）になったことを検出することができる。

また、検出手段１２０を、ボールネジ機構Ｂのナット部２６や駆動軸１８などの直進運動の移動量を検出する手段（ホールＩＣなど）で構成してもよい。 このような検出手段１２０を使用した場合でも、ボールネジ機構Ｂのナット部２６や駆動軸１８などの直進運動の移動量を検出することで、刃が所定の角度（例えば図４（ａ）の状態）になったことを検出することができる。

また、上記した実施形態においては、モータ２１への供給電流値の上限値を５０Ａから３０Ａへと減じたが、これに限らない。 ただし、上限値を下げ過ぎるとトルクが小さくなりすぎてはさみによる切断ができない可能性があるため、必要トルクを考慮して最適な値を設定する必要がある。 例えば、刃が所定の角度になったことを契機として、モータ２１に供給する電流値の上限値を３０〜５０％の範囲で減じた値に設定するようにしてもよい。 更に望ましくは、３５〜４５％の範囲で減じた値に設定するようにしてもよい。

また、上記した実施形態においては、刃が開いた状態から完全に閉じるまでのモータ２１の回転数が８０回転である電動はさみにおいて、モータ２１の回転数が６７．４となったときに供給電流値の上限値を変化させることとした（刃が開いた状態から完全に閉じるまでのモータ２１の回転数の約７８％の回転数までモータ２１を回転させたときに供給電流値の上限値を変化させることとした）が、これに限らない。 ただし、タイミングが早すぎるとトルクが小さくなりすぎてはさみによる切断ができない可能性があるため、必要トルクを考慮して最適なタイミングを設定する必要がある。 例えば、刃が開いた状態から完全に閉じるまでのモータ２１の回転数の７０〜９０％の範囲のいずれかの回転数までモータ２１を回転させたときに供給電流値の上限値を変化させるようにしてもよい。 更に望ましくは、刃が開いた状態から完全に閉じるまでのモータ２１の回転数の８０〜８５％の範囲のいずれかの回転数までモータ２１を回転させたときに供給電流値の上限値を変化させるようにしてもよい。

また、上記した実施形態においては、刃が開いた状態から所定の角度まで閉じたことを検出する例について説明したが、刃が閉じた状態から所定の角度まで開いたことを検出するようにしてもよい。 例えば、枝木等の切断時に完全に切断できず刃が枝木に食い込んで停止してしまった場合、刃を開く（戻す）のにトルクが発生し、リンク機構Ａに負荷がかかる。 このような場合、検出手段１２０によって刃が所定の角度まで開いたことが検出されたときに、電流制御手段１１０がモータ２１に供給する電流値の上限値を変化させるようにすれば、リンク機構Ａにかかる負荷を制限でき、リンク機構Ａの破損を防止できる。

１１ 第１の可動刃 １１ａ 刃形成部 １１ｂ 基部 １２ 第２の可動刃 １２ａ 刃形成部 １２ｂ 基部 １３ 刃軸 １５ 第１のリンク １５ａ 第１リンク軸 １６ 第２のリンク １６ａ 第２リンク軸 １７ 第３のリンク １７ａ ピン １８ 駆動軸 ２１ モータ ２２ トリガスイッチ ２３ トリガ ２４ 減速機 ２５ ネジ軸 ２６ ナット部 １００ 制御装置 １１０ 電流制御手段 １２０ 検出手段 Ａ リンク機構 Ｂ ボールネジ機構