JP2017144497A - 電動作業機 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの接点を有する操作スイッチを備えた電動作業機において、２つの接点の一方がオン状態であるとき、駆動回路に過電流が流れるのを防止する。【解決手段】電動作業機は、モータ２０と、交流電源１０からモータへの通電経路上に設けられた２つの接点３２、３４を有する操作スイッチ４０と、通電経路上に電流駆動型のスイッチング素子５２と、スイッチング素子を駆動してモータ電流を制御する駆動回路６０と、雑音防止用のコンデンサ４０と、交流電源から電力供給を受けて動作する付加回路７０とを備え、コンデンサ４０の一端は、一方の接点のモータ側の通電経路に接続され、コンデンサ４０の他端は、他方の接点の交流電源側の通電経路に接続される。【選択図】図２

Description

本発明は、動力源としてモータを備えた電動作業機に関する。

電動工具等の電動作業機には、商用電源等の交流電源から電力供給を受けてモータを駆動するように構成されたものが知られている。また、この種の電動作業機には、交流電源からモータへの通電経路上に操作スイッチが設けられ、操作スイッチが使用者により操作されてオン状態になると、モータに電流が流れて、電動作業機が動作するように構成されたものがある（例えば、特許文献１参照）。

この種の電動作業機には、モータに流れる電流（延いてはモータの回転速度）を制御できるようにするため、モータへの通電経路上にスイッチング素子が設けられる。このスイッチング素子は、サイリスタやトランジスタ等、制御端子を有する半導体素子にて構成されており、その制御端子に駆動回路から駆動信号を入力することでモータ電流を制御できるようになっている。

また、操作スイッチがオン状態であるときに交流電源から交流電力が入力される電源端子間には、モータの回転により発生するノイズや、外部から入力されるノイズを除去するために、ノイズ除去用のコンデンサが設けられている。

特開２０１５−２１３９８０号公報

ところで、特許文献１に記載の電動作業機において、操作スイッチは、交流電源とモータとを接続する２本の通電経路の内の一方の通電経路を導通・遮断するように構成されているが、２本の通電経路の両方を導通・遮断するように構成してもよい。

このようにすれば、操作スイッチにおいて通電経路をオン・オフさせる接点がモータを挟んで２箇所に設けられることになる。そのため、接点が一つの場合に比べて、接点間距離を長く確保でき、各接点で発生するアーク放電を抑制して、操作スイッチの耐久性を向上できる。

しかしながら、このように、操作スイッチの接点を２つにすると、使用者が操作スイッチを操作してオフ状態に切り替えたときに、各接点がオフするタイミングがずれることがある。

この場合、電動作業機に、交流電源から直接電力供給を受けて動作する付加回路（例えば電源回路）が備えられているときには、オフ状態への切り換えが遅れた接点を介して、スイッチング素子の駆動回路に過電流が流れることがある。

つまり、２つの接点のうちの一方だけがオン状態になった場合、交流電源から接点に印加される電圧が正電圧になったときに、ノイズ除去用のコンデンサ、スイッチング素子、駆動回路、付加回路を通る電流経路が形成されて、駆動回路に過電流が流れるのである。

そして、駆動回路に過電流が流れると、その電流経路に設けられた抵抗器等の回路素子が劣化し、スイッチング素子を正常に駆動制御することができなくなる。
本開示の一局面では、交流電源からモータに至る一対の通電経路をそれぞれ開閉する２つの接点を有する操作スイッチを備えた電動作業機において、操作スイッチの一方の接点だけがオン状態になったときに、その通電経路に設けられたスイッチング素子の駆動回路に過電流が流れるのを防止できるようにすることが好ましい。

本開示の一局面の電動作業機は、モータと、操作スイッチと、スイッチング素子と、駆動回路とを備える。
操作スイッチは、外部の交流電源から入力される交流電力をモータに供給する一対の通電経路上にそれぞれ設けられた２つの開閉用の接点を備える。

スイッチング素子は、その一対の通電経路のうち、操作スイッチの一方の接点とモータとの間の通電経路に設けられている。
そして、駆動回路は、操作スイッチが操作されて各接点がオン状態であるとき、スイッチング素子を駆動してモータ電流を制御する。

また、交流電源からモータに至る一対の通電経路間には、交流電力よりも高周波の雑音信号成分を除去する雑音防止用のコンデンサが設けられている。
また、当該電動作業機には、操作スイッチの各接点よりも交流電源側の通電経路から電力供給を受けて動作する付加回路が設けられている。

そして、スイッチング素子は、電流駆動型の半導体素子にて構成されている。なお、電流駆動型の半導体素子は、駆動回路を介して制御端子に供給される電流により、モータに流れる電流を制御可能な半導体素子のことである。具体的には、電圧駆動型の半導体素子であるＦＥＴ等とは異なる制御端子付きの半導体素子であり、例えば、バイポーラトランジスタ、サイリスタ、双方向サイリスタ（所謂トライアック）、等を挙げることができる。

このように構成された電動作業機においては、コンデンサの両端が、操作スイッチを構成する各接点のモータ側の通電経路に接続されていると、操作スイッチの２つの接点の一方がオフ状態、他方がオン状態となったときに、駆動回路に過電流が流れることがある。

つまり、この場合、オン状態にある接点に接続される交流電源の一端側の通電経路から、コンデンサ、スイッチング素子、駆動回路、及び、付加回路を通って、交流電源の他端側の通電経路へと電流が流れることがある。

そこで、本開示の電動作業機においては、こうした電流が流れることのないよう、コンデンサの一端が、操作スイッチの一方の接点のモータ側の通電経路に接続され、コンデンサの他端が、操作スイッチの他方の接点の交流電源側の通電経路に接続されている。

このため、この電動作業機によれば、操作スイッチのオン・オフ状態の切り替え時に、その切り替え遅れによって、操作スイッチを構成する２つの接点のうちの一方がオン状態、他方がオフ状態となったときに、駆動回路に一時的に過電流が流れるのを抑制できる。従って、駆動回路を構成する抵抗器等の素子が過電流により劣化し、スイッチング素子を正常に駆動できなくなるのを抑制できる。

また、操作スイッチの一方の接点の切り替え遅れによって駆動回路に過電流が流れるのを防止するには、コンデンサの両端を、操作スイッチを構成する各接点の交流電源側の通電経路に接続することも考えられる。

しかし、このようにすると、コンデンサが交流電源に直接接続されることになるので、例えば、外部の交流電源に接続するための電源プラグを交流電源から外すと、電源プラグの電極間に、コンデンサに蓄積されていた電荷によって電圧が発生する。

従って、この場合、使用者がその電極間に触れたときに、電極間に電流が流れて、使用者に不快感を与えることが考えられるが、本開示の電動作業機によれば、こうした問題が発生するのも抑制できる。

ここで、付加回路は、電動作業機にモータの駆動制御のために設けられる回路とは異なり、操作スイッチを介することなく、外部の交流電源から直接電力供給を受けて動作する回路である。具体的には、当該電動作業機の内部回路駆動用の電源電圧を生成する電源回路を挙げることができる。

実施形態のグラインダの構成を表す外観図である。 グラインダの駆動系全体の構成を表すブロック図である。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１に示すように、本実施形態のグラインダ２は、モータハウジング４とギヤハウジング６とリヤカバー８とを主体として構成されている。

モータハウジング４は、略円筒形状のハウジングであり、モータ２０を収容している。モータ２０は、回転軸がモータハウジング４の中心軸と平行になるようにモータハウジング４内に収納されており、その回転軸の一端はギヤハウジング６側に突出されている。

そして、モータ２０の回転軸は、ギヤハウジング６内に設けられたギヤ機構を介して、ギヤハウジング６から外部に突出されたスピンドル１２に連結されている。
スピンドル１２は、中心軸がモータ２０の回転軸と直交するよう、ギヤハウジング６内に回転可能に設けられており、ギヤハウジング６内のギヤ機構は、モータ２０の回転をスピンドル１２の回転に変換するよう、ベベルギヤ等を用いて構成されている。なお、ギヤ機構は、一般的なグラインダと同様の構成であるため、ここでは詳細な説明は省略する。

次に、ギヤハウジング６から突出されたスピンドル１２には、円板状の先端工具１６を位置決め固定するためのインナフランジ１４が設けられている。スピンドル１２のインナフランジ１４よりも更に先端側には、インナフランジ１４との間で先端工具１６を挟持するためのロックナット１８が螺合されている。

このため、インナフランジ１４とロックナット１８との間に、先端工具１６を設け、ロックナット１８をインナフランジ１４側に締め付けることで、先端工具１６をしっかりと固定できるようになる。なお、本実施形態のグラインダ２においては、先端工具１６として、研削砥石、切断砥石、ワイヤブラシ、等を利用できる。

また、ギヤハウジング６において、スピンドル１２の突出部分周囲には、研削、研磨、切断等の作業時に生じる被加工材や先端工具１６の破片の飛散から使用者を保護するためのホイールカバー１９が固定されている。

また、ギヤハウジング６の側壁には、使用者が手で把持するためのグリップを外付けできるように、グリップ装着用の孔７が形成されている。
次に、リヤカバー８は、モータハウジング４のギヤハウジング６とは反対側に設けられており、ギヤハウジング６とは反対側の後端からは、交流電源１０（図２参照）である商用電源から電力供給を受けるための電源コード９が引き出されている。

なお、電源コード９は、先端に、交流電源１０のコンセントに接続可能な電源プラグを備え、その電源プラグをコンセントに差し込むことで、交流電源１０からグラインダ２に交流電力を供給できるようになっている。

また、リヤカバー８内には、交流電源１０から供給される交流電力にてモータ２０を駆動制御するためのコントローラ５０（図２参照）が収納されている。そして、モータハウジング４の側壁には、電源コード９からコントローラ５０（延いてはモータ２０）に電力供給を行うための通電経路を導通・遮断するための操作スイッチ３０が設けられている。

図２に示すように、操作スイッチ３０は、交流電源１０とコントローラ５０（延いてはモータ２０）とを接続する２つの通電経路にそれぞれ設けられて、その通電経路を導通・遮断する一対の接点３２、３４を備える。

そして、使用者は、モータハウジング４の外に露出した操作スイッチ３０の操作部をスライドさせることで、これら各接点３２、３４を略同時にオン・オフさせることができる。

モータ２０は、電機子に流れる電流を回転位相に応じて切り替え、回転モーメントを一定方向に保つための機械的整流子とブラシを有する整流子電動機（所謂ブラシ付きモータ）である。

そして、本実施形態では、電機子２２と界磁巻線２４、２６とが直列に接続されて交流でも直流でも駆動可能な単相直巻整流子電動機（所謂ユニバーサルモータ）が使用されている。

コントローラ５０には、モータ２０の両端を操作スイッチ３０の各接点３２、３４に接続するための通電経路が設けられており、接点３２とモータ２０とを接続する通電経路には、双方向サイリスタ５２が設けられている。

双方向サイリスタ５２は、電流駆動型の半導体素子であり、本実施形態では、操作スイッチ３０がオン状態であるとき、制御回路５８からの指令に従いオン・オフ状態が切り替えられて、モータ２０への通電電流を制御するスイッチング素子として利用される。

コントローラ５０には、双方向サイリスタ５２を駆動するための駆動回路６０、操作スイッチ３０の操作状態を検出するためのスイッチ検出回路５４、及び、交流電源１０から供給される交流電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路５６が備えられている。

スイッチ検出回路５４は、操作スイッチ３０の接点３４とモータ２０との間の通電経路の電圧変化から操作スイッチ３０がオン状態になったことを検出するよう構成されている。

また、ゼロクロス検出回路５６は、操作スイッチ３０の接点３４の交流電源１０側の通電経路に接続され、その経路の電圧変化から、交流電圧のゼロクロス点を検出するよう構成されている。

スイッチ検出回路５４、ゼロクロス検出回路５６、及び、駆動回路６０は、制御回路５８に接続されている。また、制御回路５８には、使用者により操作される速度設定部４２と、グラインダ２の状態を表示する表示部４４も接続されている。

そして、制御回路５８は、操作スイッチ３０がオン状態であるとき、速度設定部４２を介して設定された駆動速度に応じて、ゼロクロス検出回路５６にて検出されるゼロクロス点から双方向サイリスタ５２をオンさせる迄の時間を調整することで、モータ電流を制御する。また、制御回路５８は、グラインダ２の動作状態を表示部４４に表示する。

次に、駆動回路６０は、操作スイッチ３０の接点３２と双方向サイリスタ５２のゲートとの間に設けられた抵抗６１と、そのゲートとコントローラ５０のグラウンドとの間に設けられたダイオード６２、抵抗６３、及びトランジスタ６４の直列回路とを備える。

ダイオード６２は、アノードが双方向サイリスタ５２のゲートに接続され、カソードが抵抗６３を介して、トランジスタ６４のコレクタに接続されている。トランジスタ６４は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタであり、エミッタがコントローラ５０のグラウンドに接地され、ベースが抵抗６５を介して制御回路５８に接続されている。また、トランジスタ６４のベースは、抵抗６６を介して、コントローラ５０のグラウンドに接地されている。

このため、駆動回路６０は、制御回路５８からハイレベルの制御信号が出力されて、トランジスタ６４がオン状態になると、双方向サイリスタ５２のゲートに電流を流し、双方向サイリスタ５２をオン状態にして、モータ２０に電流を流すことになる。よって制御回路５８は、駆動回路６０を介して、モータ２０に流れる電流を制御することができる。

また次に、コントローラ５０には、付加回路として、制御回路５８を始めとする内部回路を駆動するための電源電圧（直流電圧）Ｖｃｃを生成するための電源回路７０が備えられている。

この電源回路７０は、操作スイッチ３０がオフ状態であっても制御回路５８が動作可能となるよう、交流電源１０から直接電力供給を受けて動作する。
つまり、電源回路７０は、操作スイッチ３０の接点３２が接続される交流電源１０の一端側の通電経路に接続されたツェナーダイオード７１、コンデンサ７２及び抵抗７３を備える。また、これら各部の他端は、抵抗７４及びダイオード７６を介して、操作スイッチ３０の接点３４が接続される交流電源１０の他端側の通電経路に接続されている。

ツェナーダイオード７１は、自身の降伏電圧にて電源電圧Ｖｃｃを生成するものであり、カソードが、コントローラ５０内の電源ラインに接続されると共に、交流電源１０と接点３２との間の通電経路に接続されている。また、ツェナーダイオード７１のアノードは、コントローラ５０のグラウンドラインに接地されている。なお、コンデンサ７２は、ツェナーダイオード７１に並列接続されて、電源電圧Ｖｃｃを安定化させるためのものである。抵抗７３は、電源コード９が交流電源１０から抜かれた後に、コンデンサ７３に蓄積された電荷を抜くためものである。

また、ダイオード７６は、アノードが抵抗７４を介して、ツェナーダイオード７１のアノード側（つまりグラウンドライン）に接続され、カソードが、交流電源１０と接点３４との間の通電経路に接続されている。このため、ダイオード７６は、交流電源１０から電源回路７０に流れ込む電流を一方向に制限する整流回路として機能する。なお、抵抗７４は、交流電源１０の出力電圧から、ツェナーダイオード７１の降伏電圧とダイオード７６の順方向電圧とを差し引いた電圧変化を吸収するためのものである。

また次に、モータ２０には、整流子電動機であり、モータの回転に応じてブラシが接触する機械的整流子が切り変わるため、交流電源１０の周波数よりも高い高周波の雑音が発生する。このため、交流電源１０からコントローラ５０に至る２つの通電経路間には、その雑音を吸収するためのコンデンサ４０が設けられている。

このコンデンサ４０は、通常、操作スイッチ３０の各接点３２、３４よりもコントローラ５０側（換言すればモータ２０側）に設けられるが、本実施形態では、コンデンサ４０の一端が、交流電源１０と操作スイッチ３０の接点３２との間の通電経路に接続されている。また、コンデンサ４０の他端は、操作スイッチ３０の接点３４とコントローラ５０との間（換言すればモータ２０側）の通電経路に接続されている。

これは、図２に点線で示すように、コンデンサ４０の一端を、操作スイッチ３０の接点３２とコントローラ５０との間の通電経路に接続すると、接点３２、３４の切り替えタイミングのずれによって、駆動回路６０に過電流が流れることがあるためである。

つまり、操作スイッチ３０は、使用者の操作によって、接点３２、３４のオン・オフ状態が同時に切り替わるように構成されるが、実際には、各接点３２、３４のオン・オフタイミングにずれが生じる。

そして、そのずれによって、例えば、接点３２がオフ状態であるとき、接点３４だけがオン状態に切り替わると、交流電源１０の接点３４側が正電位になったときに、接点からコンデンサ４０、双方向サイリスタ５２のゲートを通って駆動回路６０に電流が流れ込む。

そして、その電流は、更に、コントローラ５０のグラウンドから電源回路７０（詳しくはコンデンサ７２）を通って、交流電源１０の負電位側に流れることから、駆動回路６０の抵抗６３には過電流が流れ、抵抗６３が劣化することになる。

これに対し、本実施形態では、コンデンサ４０の一端が、交流電源１０と接点３２とを接続する通電経路に接続されているので、上述した電流経路が形成されるようなことはなく、駆動回路６０に過電流が流れて抵抗６３等の回路素子が劣化するのを抑制できる。

また、本実施形態では、コンデンサ４０の他端は、操作スイッチ３０の接点３４とコントローラ５０（延いてはモータ２０）との間の通電経路に接続されており、コンデンサ４０の両端が交流電源１０に直接接続されることはない。

従って、電源コード９の先端の電源プラグを交流電源１０のコンセントから抜いたときに、コンデンサ４０に蓄積された電荷によって電源プラグの電極間に電圧が発生し、使用者が電極間に触れたときに電流が流れて、使用者に不快感を与えることも抑制できる。

以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。
例えば、上記実施形態では、交流電源１０からモータ２０への通電経路上には、電流制御のためのスイッチング素子として、双方向サイリスタ５２が設けられるものとして説明した。しかし、このスイッチング素子は、制御端子を備えた電流駆動型の半導体素子であればよく、例えば、バイポーラトランジスタやサイリスタを用いて構成してもよい。

また、上記実施形態では、モータ２０は、所謂ユニバーサルモータであるものとして説明したが、モータ２０は、交流電源から電力供給を受けて駆動可能なモータであればよい。

また、上記実施形態では、電源回路７０を備えたものについて説明したが、コントローラ５０内に交流電源から直接電力供給を受けて動作する付加回路が設けられているものであれば、図２のようにコンデンサ４０を接続することで、同様の効果を得ることができる。

また、コンデンサ４０は、操作スイッチ３０の一方の接点３２又は３４がオン状態となったときに駆動回路６０に電流が流れることのないように接続すればよい。このため、駆動回路６０からスイッチング素子に流れる駆動電流の方向や、これら各部の配置によっては、コンデンサ４０の接続を上記実施形態とは逆方向となるようにしてもよい。

また次に、上記実施形態では、電動作業機として、グラインダを例にとり説明した。しかし、本開示の電動作業機は、交流電源からモータへの２本の通電経路上に操作スイッチの接点がそれぞれ設けられた電動作業機であればよく、例えば、石工用の電動工具、金工用の電動工具、木工用の電動工具、園芸用の電動工具、等を挙げることができる。

より具体的には、本開示は、電動ハンマ、電動ハンマドリル、電動ドリル、電動ドライバ、電動レンチ、電動グラインダ、電動マルノコ、電動レシプロソー、電動ジグソー、電動ハンマ、電動カッター、電動チェンソー、電動カンナ、電動釘打ち機（鋲打ち機を含む）、電動ヘッジトリマ、電動芝刈り機、電動芝生バリカン、電動刈払機、電動クリーナ、電動ブロア、等の電動作業機に適用することができる。

また、上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

２…グラインダ、４…モータハウジング、６…ギヤハウジング、８…リヤカバー、９…電源コード、１０…交流電源、１２…スピンドル、１４…インナフランジ、１６…先端工具、１８…ロックナット、１９…ホイールカバー、２０…モータ、２２…電機子、２４，２６…界磁巻線、３０…操作スイッチ、３２…接点、３４…接点、４０…コンデンサ、４２…速度設定部、４４…表示部、５０…コントローラ、５２…双方向サイリスタ、５４…スイッチ検出回路、５６…ゼロクロス検出回路、５８…制御回路、６０…駆動回路、６１，６３，６５，６６…抵抗、６２，７６…ダイオード、６４…トランジスタ、７０…電源回路、７１…ツェナーダイオード、７２…コンデンサ、７３，７４…抵抗。

Claims (2)

1. モータと、
   外部の交流電源から入力される交流電力を前記モータに供給する一対の通電経路上にそれぞれ設けられた２つの開閉用の接点を有する操作スイッチと、
   前記一対の通電経路のうち、前記操作スイッチの一方の接点と前記モータとの間の通電経路に設けられたスイッチング素子と、
   前記操作スイッチが操作されて前記各接点がオン状態であるとき、前記スイッチング素子を駆動して前記モータに流れる電流を制御するための駆動回路と、
   前記交流電源から前記モータに至る前記一対の通電経路間に設けられ、前記交流電力よりも高周波の雑音信号成分を除去する雑音防止用のコンデンサと、
   前記操作スイッチの各接点よりも前記交流電源側の前記通電経路から電力供給を受けて動作する付加回路と、
   を備え、
   前記スイッチング素子は、電流駆動型の半導体素子にて構成されており、
   前記コンデンサは、前記操作スイッチの一方の接点がオン状態、他方の接点がオフ状態となったときに、当該コンデンサ、前記スイッチング素子、前記駆動回路、及び、前記付加回路を介して電流が流れることのないよう、当該コンデンサの一端が、前記操作スイッチを構成する一方の接点の前記モータ側の通電経路に接続され、当該コンデンサの他端が、前記操作スイッチを構成する他方の接点の前記交流電源側の通電経路に接続されている、電動作業機。
2. 前記付加回路は、前記交流電源から電力供給を受けて、当該電動作業機の内部回路駆動用の電源電圧を生成する電源回路である、請求項１に記載の電動作業機。

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