JP2018202522A

JP2018202522A - 電動工具

Info

Publication number: JP2018202522A
Application number: JP2017108727A
Authority: JP
Inventors: 健宮澤; Takeshi Miyazawa
Original assignee: Koki Holdings Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2017-05-31
Publication date: 2018-12-27
Anticipated expiration: 2037-05-31
Also published as: JP6953803B2

Abstract

【課題】トリガのオフ操作から制動力発生までの時間を短縮することの可能な電動工具を提供する。【解決手段】電動工具１は、モータ６と、モータ６の駆動を制御する演算部２１と、モータ６の電流経路に設けられた第１スイッチ１１と、第１スイッチ１１のオンオフを切り替えるためのトリガと、演算部２１に電気的に接続され、前記トリガの操作に連動してオンオフが切り替わる第２スイッチ１２と、を備える。演算部２１は、第２スイッチ１２の状態に応じて、モータ６に制動力を与えるか否かを切り替える。【選択図】図４

Description

本発明は、モータに制動力を与える機能を有するグラインダ等の電動工具に関する。

従来から、グラインダ等の電動工具において、トリガがオフされると自動的にモータに制動力を与える（ブレーキをかける）ものが知られている。例えば、駆動源がブラシレスモータである場合、ブラシレスモータに電流を供給するインバータ回路の下アーム側スイッチング素子をオンすることで電気制動力を発生させることができ、この場合新たなブレーキ部材等を設ける必要がなくコスト面で優れる。

特開特開２０１４−１３３２７７号公報

モータの電流経路に設けられたスイッチをトリガによりオンオフ操作する構成の場合、トリガをオフにすると機械的にモータへの電力供給が遮断されるためにモータの誤動作等を抑制することができる一方、トリガがオフ操作されてから制御部が当該オフ操作を認識するまでのタイムラグが大きいため、トリガのオフ操作に対して制動力発生（ブレーキ開始）が遅れ、使用感が悪いという問題があった。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、トリガのオフ操作から制動力発生までの時間を短縮することの可能な電動工具を提供することにある。

本発明のある態様は、電動工具である。この電動工具は、
モータと、
前記モータの駆動を制御する制御部と、
前記モータの電流経路に設けられた第１スイッチと、
前記第１スイッチのオンオフを切り替えるためのトリガと、
前記制御部に電気的に接続され、前記トリガの操作に連動してオンオフが切り替わる第２スイッチと、を備え、
前記制御部は、前記第２スイッチの状態に応じて、前記モータに制動力を与えるか否かを切り替える。

前記モータを収容するモータハウジングと、
前記モータハウジングに接続され、前記トリガを揺動可能に支持し、前記第１スイッチを収容するハンドルハウジングと、を備え、
前記第２スイッチは、前記トリガの反揺動支点側に設けられてもよい。

前記第２スイッチは、前記トリガの揺動に伴い、前記トリガの反揺動支点側の端部と係合し、オンオフが切り替わってもよい。

前記モータハウジングの反ハンドルハウジング側に接続されたギヤケースと、
前記ギヤケースに収容された、前記モータの回転を伝達する回転伝達機構と、
前記回転伝達機構によって駆動される回転具と、を備えてもよい。

前記モータは、ブラシレスモータであり、
前記モータに駆動電流を供給するインバータ回路を備え、
前記制御部は、前記インバータ回路の制御により、前記モータの駆動及び制動を制御してもよい。

前記電動工具は、外部の交流電源からの供給電力で動作してもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、トリガのオフ操作から制動力発生までの時間を短縮することの可能な電動工具を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る電動工具１の側断面図。トリガ７がオフの状態における電動工具１の要部拡大断面図。トリガ７がオンの状態における電動工具１の要部拡大断面図。電動工具１の回路図。電動工具１の起動から停止までの動作の流れを示すフローチャート。本発明の他の実施の形態に係る電動工具の回路図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１〜図３を参照し、本実施の形態の電動工具１の機械的な構成を説明する。図１により、上下及び前後方向を定義する。電動工具１は、ここではグラインダである。電動工具１は、モータハウジング２、ハンドルハウジング（テールカバー）３、及びギヤケース４により、外殻が形成される。モータハウジング２の後端部にハンドルハウジング３が取り付けられ、モータハウジング２の前端部にギヤケース４が取り付けられる。モータハウジング２及びハンドルハウジング３は、例えば樹脂成形体である。ギヤケース４は、例えばアルミ等の金属製である。

ハンドルハウジング３の後端部からは、外部の交流電源５０（図２）に接続するための電源コード９が延びる。ハンドルハウジング３内の後部には、フィルタ基板１０が設けられる。ハンドルハウジング３内の前部には、補助電源・制御基板２０が設けられる。ハンドルハウジング３は、電動工具１のハンドルを構成する。ハンドルハウジング３の下部には、トリガ７が揺動（回動）可能に支持される。ハンドルハウジング３に対するトリガ７の揺動支点７ａは、ここではトリガ７の後端部に位置する。

トリガ７は、モータ６の電流経路に設けられた第１スイッチ１１のオンオフを使用者が切り替えるための操作部である。第１スイッチ１１は、好ましくは機械式の接点スイッチであり、ハンドルハウジング３内に収容され、トリガ７の上方に位置する。図２に示すように、第１スイッチ１１は、トリガ７側に臨むボタン１１ａを有する。また、第１スイッチ１１とトリガ７との間には、バネ１１ｂが設けられる。ボタン１１ａがトリガ７によって押されることで、第１スイッチ１１はオンとなる。バネ１１ｂは、トリガ７を、第１スイッチ１１がオフとなる方向（図２の反時計回り方向）に付勢する。使用者がトリガ７を握ると、トリガ７が上方に揺動し、ボタン１１ａが押されて第１スイッチ１１がオンとなる。使用者がトリガ７の握りを緩めると、バネ１１ｂの付勢によりトリガ７が下方に揺動し、ボタン１１ａの押圧状態が解除されて第１スイッチ１１がオフとなる。

ハンドルハウジング３内には、トリガ７の反揺動支点７ａ側（トリガ７の前側）となる位置に、第２スイッチ１２が設けられる。第２スイッチ１２は、図４の演算部（制御部）２１に電気的に接続された例えば電子スイッチ（マイクロスイッチ等）であり、トリガ７の操作に連動してオンオフが切り替わる。第２スイッチ１２は、トリガ７の操作を演算部２１に迅速に伝達するために設けられ、自身のオンオフによって異なるレベルの信号を演算部２１に送出する。図２及び図３に示すように、第２スイッチ１２は、トリガ７側に臨んで後方斜め上に延出する板バネ１２ａを有する。トリガ７の揺動に伴い、板バネ１２ａがトリガ７の反揺動支点７ａ側の端部（前端部）と係合し、第２スイッチ１２のオンオフが切り替わる。具体的には、図３に示すように板バネ１２ａがトリガ７の反揺動支点７ａ側の端部によって前側に押し込まれる（前側に揺動される）ことで、第２スイッチ１２はオンとなる。使用者がトリガ７を握ると、トリガ７が上方に揺動し、板バネ１２ａが押し込まれて第２スイッチ１２がオンとなる。使用者がトリガ７の握りを緩めると、バネ１１ｂの付勢によりトリガ７が下方に揺動し、板バネ１２ａは自身の弾性により元の状態に戻って（後側に揺動して）第２スイッチ１２がオフとなる。

モータハウジング２は、モータ６を収容すると共に、モータ６の後部にブリッジ・インバータ基板（駆動基板）３０を収容する。モータ６は、インナーロータ型のブラシレスモータである。ギヤケース４内には、回転伝達機構としての減速機構５が収容される。減速機構５は、一対のベベルギアを組み合わせたものであり、モータ６の回転を減速すると共に９０度変換してスピンドル８に伝達する。スピンドル８の下端部には回転具（先端工具）としての砥石８ａが一体回転可能に設けられる。モータ６の回転から砥石８ａの回転に至るまでの機械的な構成及び動作は周知なので、これ以上の詳細な説明は省略する。

図４により、電動工具１の回路構成を説明する。図４において、交流電源５０は、商用電源等の外部交流電源である。交流電源５０には、フィルタ基板１０に設けられたフィルタ回路が接続される。フィルタ回路は、フィルタ基板１０に搭載された、ヒューズＦin、バリスタＺ１、パターンヒューズＦ１、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１、及びチョークコイルＬ１を含む。ヒューズＦinは、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が短絡した場合の保護用である。バリスタＺ１は、サージ電圧吸収用である。パターンヒューズＦ１は、バリスタＺ１が働いた場合に線間がショートするのを防止する役割を持つ。コンデンサＣ１及びチョークコイルＬ１は、線間のノイズ除去用である。抵抗Ｒ１は、コンデンサＣ１の放電抵抗である。

前述のフィルタ回路の出力側とダイオードブリッジ１５の入力側と間に、第１スイッチ１１が設けられる。第１スイッチ１１は、２極スイッチであり、フィルタ回路の一方の出力端子とダイオードブリッジ１５の一方の入力端子との間、及びフィルタ回路の他方の出力端子とダイオードブリッジ１５の他方の入力端子との間、の双方を開閉できるようになっている。整流回路としてのダイオードブリッジ１５は、第１スイッチ１１を介して入力される前述のフィルタ回路の出力電圧を、全波整流して直流に変換し、インバータ回路４７に供給する。電解コンデンサＣ２は、サージ吸収用であり、ダイオードブリッジ１５の出力端子間に設けられる。抵抗Ｒｓは、モータ６に流れる電流を検出するための検出抵抗であり、モータ６の電流経路に設けられる。ダイオードブリッジ１５、電解コンデンサＣ２、インバータ回路４７、及び抵抗Ｒｓは、図１のブリッジ・インバータ基板３０に設けられる。

インバータ回路４７は、三相ブリッジ接続されたＩＧＢＴやＦＥＴ等のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含み、制御部としての演算部２１の制御に従ってスイッチング動作し、モータ６のステータコイル６ｄ（Ｕ，Ｖ，Ｗの各巻線）に駆動電流を供給する。抵抗Ｒsの両端間の電圧により、演算部２１はモータ６の電流を検出する。また、演算部２１は、複数のホール素子（磁気センサ）４２の出力電圧により、モータ６の回転位置（ロータ回転位置）を検出する。演算部２１は、トリガ７の操作に連動する第２スイッチ１２の状態（オンオフ）に応じて、モータ６の駆動及び制動を制御する。具体的には、演算部２１は、トリガ７の操作により第２スイッチ１２がオンされると、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をスイッチング制御（例えばＰＷＭ制御）し、モータ６の駆動を制御する。演算部２１は、トリガ７の操作により第２スイッチ１２がオフされると、モータ６に制動力を与える制御（ブレーキ制御）を行う。ブレーキ制御は、例えば、インバータ回路４７の上アーム側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３をオフに維持しながら下アーム側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６の少なくともいずれかを連続的ないし断続的にオンすることで、電気制動力を発生させる制御である。

整流回路としてのもう１つのダイオードブリッジ１６は、第１スイッチ１１を介さずに入力される前述のフィルタ回路の出力電圧を、全波整流して直流に変換する。電解コンデンサＣ３は、サージ吸収用であり、ダイオードブリッジ１６の出力端子間に設けられる。ダイオードブリッジ１６の出力側には、ＩＰＤ回路２２が設けられる。ＩＰＤ回路２２は、インテリジェント・パワー・デバイス（Intelligent Power Device）であるＩＰＤ素子やコンデンサ等により構成された回路であり、ダイオードブリッジ１６及びサージ吸収用の電解コンデンサＣ３によって整流、平滑された電圧を例えば約１８Ｖに降圧するＤＣ−ＤＣスイッチング電源回路である。ＩＰＤ回路２２は、集積回路であり、消費電力が小さく省エネルギーであるというメリットがある。ＩＰＤ回路２２の出力電圧は、レギュレータ２６によって例えば約５Ｖに更に降圧され、演算部２１に動作電圧（電源電圧Ｖcc）として供給される。ダイオードブリッジ１６、電解コンデンサＣ３、演算部２１、ＩＰＤ回路２２、及びレギュレータ２６等は、補助電源・制御基板２０に設けられる。

図５により、電動工具１の起動から停止までの動作の流れを簡単に説明する。使用者がトリガ７を引くと（Ｓ１）、第２スイッチ１２がオンし（Ｓ２）、続いて第１スイッチ１１がオンする（Ｓ３）。トリガ７の上方への揺動による第１スイッチ１１及び第２スイッチ１２のターンオンは、ほぼ同時に起こる。演算部２１は、第２スイッチ１２のターンオンにより（第２スイッチ１２からの信号がハイレベルになることにより）、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング制御を開始し、モータ６を回転駆動する（Ｓ４）。その後、使用者がトリガ７から手を離す（トリガ７の握りを緩める）と（Ｓ５）、第１スイッチ１１がオフし（Ｓ６）、続いて第２スイッチ１２がオフする（Ｓ７）。トリガ７の下方への揺動による第１スイッチ１１及び第２スイッチ１２のターンオフは、ほぼ同時に起こる。演算部２１は、第２スイッチ１２のターンオフにより（第２スイッチ１２からの信号がローレベルになることにより）、前述のブレーキ制御を開始してモータ６の回転を減速する（Ｓ８）。これによりモータ６が停止する（Ｓ９）。

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。

(1) モータ６の電流経路に設けられた第１スイッチ１１とは別に演算部２１に電気的に接続された第２スイッチ１２を設け、第２スイッチ１２のターンオフにより演算部２１がトリガ７のオフ操作を認識する構成のため、第１スイッチ１１のターンオフにより演算部２１がトリガ７のオフ操作を認識する場合と比較して、トリガ７がオフ操作されてから演算部２１が当該オフ操作を認識するまでのタイムラグを小さくできる。このため、トリガ７のオフ操作から制動力発生（ブレーキ開始）までの時間を短縮でき、使用感の悪化を抑制できる。また、第１スイッチ１１と第２スイッチ１２はいずれもトリガ７の単一部材の動きを検出する構成となるので、部品点数を抑えることができる。また、電力供給用の第１スイッチ１１と制御信号用の第２スイッチ１２のそれぞれがオンにならないとモータ６が駆動しないので、誤動作を抑制できる。

(2) 第２スイッチ１２をトリガ７の反揺動支点７ａ側に設けているため、第１スイッチ１１と位置的に干渉せず、かつ揺動ストロークの大きいトリガ７の反揺動支点７ａ側の端部との係合により第２スイッチ１２を確実にオンオフできる。また、第２スイッチ１２を補助電源・制御基板２０の近傍、具体的には隣接するように配置したので、第２スイッチ１２から補助電源・制御基板２０までの信号線を短縮でき、外部からのノイズが信号線に与える影響を低減できるとともに、配線が容易で組み立て性を向上できる。

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。

図６に示す回路のように、第２スイッチ１２は、第１スイッチ１１の内部に一体的に設けられてもよい。図６における鎖線は、第１スイッチ１１の内部を示している。また、トリガ７の反揺動支点７ａ側の端部に磁石を配置し、第２スイッチ１２をホールＩＣ等の磁気センサとしてもよい。この場合も、トリガ７の揺動位置に応じて異なるレベルの信号が第２スイッチ１２から演算部２１に送出される。トリガ７の揺動支点７ａは、トリガ７の前端部に位置してもよい。この場合、第２スイッチ１２は、トリガ７の後側に設ければよく、補助電源・制御基板２０もトリガ７の後側に設けると更に良い。

１電動工具、２モータハウジング、３ハンドルハウジング（テールカバー）、４ギヤケース、５減速機構（回転伝達機構）、６モータ、７トリガ、７ａ揺動支点（回動支点）、８スピンドル、８ａ砥石、９電源コード、１０フィルタ基板、１１第１スイッチ（接点スイッチ）、１１ａボタン、１１ｂバネ、１２第２スイッチ（電子スイッチ）、１２ａ板バネ、１５,１６ダイオードブリッジ、２０補助電源・制御基板、２１演算部（制御部）、２２ＩＰＤ回路、２６レギュレータ、３０ブリッジ・インバータ基板（駆動基板）、４２ホール素子（磁気センサ）、５０交流電源

Claims

モータと、
前記モータの駆動を制御する制御部と、
前記モータの電流経路に設けられた第１スイッチと、
前記第１スイッチのオンオフを切り替えるためのトリガと、
前記制御部に電気的に接続され、前記トリガの操作に連動してオンオフが切り替わる第２スイッチと、を備え、
前記制御部は、前記第２スイッチの状態に応じて、前記モータに制動力を与えるか否かを切り替える、電動工具。
前記モータを収容するモータハウジングと、
前記モータハウジングに接続され、前記トリガを揺動可能に支持し、前記第１スイッチを収容するハンドルハウジングと、を備え、
前記第２スイッチは、前記トリガの反揺動支点側に設けられる、請求項１に記載の電動工具。
前記第２スイッチは、前記トリガの揺動に伴い、前記トリガの反揺動支点側の端部と係合し、オンオフが切り替わる、請求項２に記載の電動工具。
前記モータハウジングの反ハンドルハウジング側に接続されたギヤケースと、
前記ギヤケースに収容された、前記モータの回転を伝達する回転伝達機構と、
前記回転伝達機構によって駆動される回転具と、を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の電動工具。
前記モータは、ブラシレスモータであり、
前記モータに駆動電流を供給するインバータ回路を備え、
前記制御部は、前記インバータ回路の制御により、前記モータの駆動及び制動を制御する、請求項１から４のいずれか一項に記載の電動工具。
外部の交流電源からの供給電力で動作する、請求項１から５のいずれか一項に記載の電動工具。