JP2021182845A - 電動切断工具 - Google Patents

Abstract

【課題】機構部の偏摩耗あるいはブラシ付きモータのブラシ部の故障を低減し装置の信頼性を向上し、切削刃の被切断物に対する噛みこみ停止が発生した場合は切断作業を中断することなく噛みこみ状態を解消し作業の効率と安全性を向上し、あわせて工具の低コスト化と長寿命化も可能な電動切断工具を提供する。【解決手段】回転指令入力部１７より回転指令が入力されると回転状態検出部１３ａによりモータの回転状態を検出し、制御回路１３は所要の始動ルーチンを実行し回転方向記憶部１６に記憶された回転方向情報に応じてモータの回転方向を決定しゲート出力部からゲート信号を出力して出力回路１４を通じて直流モータ４に通電して始動する。【選択図】図４

Description

本発明は、例えばヘッジトリマー、レシプロソー、バリカンなどの樹木や植栽を切断する園芸用の電動切断工具に係り、特に駆動源として直流モータを用いた電動切断工具に関する。

ネオジム磁石やリチウムイオン電池の普及によりガソリンエンジンを用いていた園芸用の切断工具、例えばヘッジトリマーやレシプロソーなども電動化が可能となり、低騒音化や化石燃料の使用量削減など環境問題の解決に貢献することができる。

これらの機器に用いられる電動機は効率とトルク特性からブラシレスＤＣモータあるいはブラシ付きＤＣモータなどの直流モータが適している。
図７に、直流モータ１０１の代表例としてブラシ付きＤＣモータを示す。ステータ１０２は外周ケースを兼用し、内周面に２極の永久磁石界磁１０２ａを備えている。ステータ１０２に囲まれた外周ケース内には、ロータ１０３が回転可能に設けられたインナーロータ型モータである。ロータ１０３は、ロータ軸１０３ａを中心にロータコア１０３ｂが回転可能に設けられている。ロータコア１０３ｂには径方向外向きに３本の極歯１０３ｃが突設されており、極歯１０３ｃの周囲には三相コイル１０３ｄが巻かれている。三相コイル１０３ｄはデルタ結線されており、ロータ軸１０３ａに設けられたコミュテータ１０４に接続されている。コミュテータ１０４には、ブラシ１０５が摺動可能に当接している。尚、三相コイル１０３ｄの一端を共通接続としコモンとするスター結線でもよい。電源端子１０５ａ及び１０５ｂから供給された直流電流はブラシ１０５とコミュテータ１０４により整流されて三相コイル１０３ｄに１２０°通電されて回転磁界が発生し、ロータ１０３が連続回転する。

図８に、ブラシ付きＤＣモータ駆動回路ブロック図の一例を示す。
電源は充電式バッテリー５１（ＢＡＴＴＥＲＹ）である。電源電流は電源スイッチ５２（ＰＷＲ−ＳＷ）を通って駆動回路５３（ＤＲＩＶＥＲ）の電源端子（ＩＮ−Ａ、Ｂ）に給電され、駆動回路５３（ＤＲＩＶＥＲ）はマイクロコントローラによる制御回路５４（ＭＰＵ）とＨブリッジ構成の出力回路５５（ＩＮＶ）で構成され、コイル出力（ＯＵＴ−Ａ、Ｂ）はブラシ付きＤＣモータ５６（ＭＯＴＯＲ）の電源端子（Ｐ、Ｎ）に接続される。またモータ近傍には回転センサ５７（ＳＥＮＳＯＲ）が配置され回転信号（ＦＧ）を制御回路５４（ＭＰＵ）に送出する。
コイル電流センサ５８（抵抗：ＲＳ）はコイル電流を検出し電流信号（ＣＵＲ）を制御回路５４（ＭＰＵ）へ送出する。

制御回路５４（ＭＰＵ）は回転指令スイッチ（ＲＵＮ−ＳＷ）の信号（ＲＵＮ）と回転方向指令スイッチ（ＤＩＲ−ＳＷ）の信号（ＤＩＲ）及び回転センサ５７（ＳＥＮＳＯＲ）の信号（ＦＧ）とコイル電流センサ５８（ＲＳ）の信号（ＣＵＲ）を入力し、出力回路５５（ＩＮＶ）にゲート信号（ＧＡＴＥ−１〜４）を出力する。
ゲート信号を適宜出力することでコイル出力が通電し、正転、逆転、ブレーキ、停止の各通電モードを選択できまたＰＷＭ制御によりトルク制御できる。通電モードについては例えばＧＡＴＥ−１とＧＡＴＥ−４をオンすればモータＰ端子が＋Ｖ、Ｎ端子がＧＮＤと接続され正転する。ＧＡＴＥ−２とＧＡＴＥ−３をオンすればモータＰ端子がＧＮＤ、Ｎ端子が＋Ｖと接続され逆転する。ＧＡＴＥ−２とＧＡＴＥ−４をオンすればモータＰ端子・Ｎ端子ともＧＮＤに接続され短絡ブレーキがかかる。ＧＡＴＥ−１〜４をオフすればモータＰ端子・Ｎ端子とも解放（ハイインピーダンス状態）となり停止する。なお、三相ブラシ付きＤＣモータに代えて三相ブラシレスＤＣモータを用いる場合は、駆動回路（ＤＲＩＶＥＲ５３）のＨブリッジ回路を三相インバータ回路に置き換え、ホールＩＣなどの位置センサ信号を入力すれば駆動することができる。

以下に、直流モータを用いた園芸用電動切断工具に関する先行技術を例示する。
第１の文献はヘッジトリマーの操作性を向上する案であり、電動ヘッジトリマーの構成例を示すものである。ヘッジトリマーは、三角形の刃が多数並んだ直線状の刃物を2枚重ねそれぞれ逆方向に往復運動させて生垣や植木の枝先を刈り込む植木用と、複数の三角刃のある２枚重ねの刃物がそれぞれ逆方向に揺動運動して芝生を刈りこむ芝生用（バリカンと呼ぶ）とがある（特許文献１参照）。

第２の文献はレシプロソーの振動を抑制する案であり、電動レシプロソーの構成例を示すものである。レシプロソーは、三角形の刃が多数並んだ直線状の１枚の刃物を往復運動させて樹木の枝を切断するもので、高枝用は長い支柱の先端にモータ及び刃物が配置される（特許文献２参照）。

ヘッジトリマー、レシプロソー、バリカンなどの樹木や植栽を切断する園芸用電動切断工具において、モータの回転運動を往復運動に変換するための機構（カムあるいはクランク）が必要でありモータは常に一定方向に回転することから偏摩耗しやすく振動や騒音あるいは効率低下の原因となる。
またブラシ付きモータを使う場合は定方向運転するとブラシ部分にゴミがたまり故障しやすいことが知られている。
また切断作業中に刃物が被切断物に食い込み停止する、あるいはヘッジトリマーのように２枚刃構成の場合は切断面だけでなく摺動面の隙間に着衣やゴミなどの異物が挟まるなどして急停止する不具合（以後、噛みこみ停止と言う）が多発する。作業を再開するためには刃物から被切断物を除去する必要があり手間がかかりケガをする恐れもあり、さらには工具を分解修理しなければ除去できないケースも発生し作業効率と工具の維持管理費を大きく損なうことになる。

図９に上記電動切断工具の切削刃形状の一例を図示する。切削刃６１の水平断面（Ｘ−Ｘ'断面）は概台形状をしており両斜辺は刃が設けられた刃部６２となっている。図中のピッチより長い距離で切削刃６１が往復運動すると両面の刃部６２が交互に被切断物に接触し、前進方向と後退方向とで切削能力は等しく切削刃６１の動作方向には依存しないという特徴がある。したがって、駆動源であるモータ５６は正転と逆転のどちらに回転駆動しても構わない。

この特徴を利用して、噛みこみ停止時に被切断物と切削刃を分離する手段として、モータの回転方向を逆転させて切削刃の動作方向を切り変える方法が提案されている。特許文献３はその一例で、ヘッジトリマーの切削刃の動作方向を反転させる切り替え手段に連動して変速機構を切り替えるものである。一般的に切削刃の動作方向を切り替えるには、モータの回転方向指令スイッチを設けて回転方向を切り替えてから回転指令スイッチを操作するようになっており、回転指令スイッチのほかに回転方向を指定するための回転方向指令スイッチの切り替え操作が必要である（特許文献３参照）。

特開２０１９−１３４６９３号公報 特開２０１９−１９８９６１号公報 特開２００５−２６９９７２公報

切断作業時モータは常に同じ方向に回転しており、モータの定方向回転に起因するカム機構等の偏摩耗による振動や騒音を低減し、またブラシ付きモータのブラシ部の故障を低減し信頼性を向上することが望まれる。
また、噛みこみ停止時の復旧作業すなわち切削刃を被切断物から分離する復旧作業はいったん切断作業を中断して行う必要があり、上述のモータを逆転させる方法を講じたとしても手間と時間がかかり作業効率の低下を招いている。
図１０に、モータを逆転させて噛みこみ停止を解除するタイミングチャート例を示し作業効率の低下について詳述する。ＰＷＲ−ＳＷは電源スイッチ、ＲＵＮ−ＳＷは回転指令スイッチ、ＤＩＲ−ＳＷは回転方向指令スイッチ、ＦＧは回転信号である。ＭＯＴＯＲはモータであり、ＲＵＮ−ＳＷ入力に応じて回転し、回転方向はＤＩＲ−ＳＷに応じて切り替わり図中にＣＷ（正転）とＣＣＷ（逆転）を記入した。電動機をオンしオフする一連の工程をオンサイクルとして、最下段にオンサイクルの回数を記入し、以下オンサイクルごとに具体的な復旧手順を説明する。

オンサイクル１にて切削刃の噛みこみが発生して停止した場合を例示した。
噛みこみ停止が発生すると作業者は直ちにＲＵＮ−ＳＷをオフし、モータへの通電を停止する。次にＤＩＲ−ＳＷ（回転方向指令スイッチ）を切り替えて逆転方向にセットしてから再びＲＵＮ−ＳＷ（回転指令スイッチ）をオンにして逆転始動させる（オンサイクル２）。被切断物が分離されたことを目視で確認し分離しきれていないときは再度モータを停止させて手で取り除き再始動する（オンサイクル３）。被切断物を分離できたらＲＵＮ−ＳＷ（回転指令スイッチ）を再びオフとしモータが停止したらＤＩＲ−ＳＷ（回転方向指令スイッチ）を正転に戻し、ＲＵＮ−ＳＷ（回転指令スイッチ）を再びオンにして切削作業を再開する（オンサイクル４）。
このように噛みこみ停止時の復旧手順は煩雑で時間を要し切削刃が指先に触れてけがをするおそれもあった。

また、電動切断工具はイナーシャが大きく通電を遮断しても数秒間は惰性回転するため、惰性回転中に回転方向を切り替えて始動すると誘起電圧に比例する逆転ブレーキが発生する。実際の切断作業においては短時間の停止指令などロータがまだ停止せず惰性回転中に再始動するケースも多発し、回転方向を切り替える方式を採用する場合は惰性回転方向とは反対方向に始動してしまい逆転ブレーキが発生することも考慮しなければならない。逆転ブレーキが発生すると機構部にストレスがかかり機械的な故障を誘発し、また過大なブレーキ電流が流れることからモータコイルあるいは駆動回路あるいはバッテリー等が劣化し破損や焼損する可能性もあり、この問題を解決しない工具はひどく信頼性の低い製品とならざるを得ない。
また駆動回路にて自動的に噛みこみ停止を検出して解除する方法も種々考えられるが、負荷条件は様々であり完璧な自動化は困難でありコスト増ともなり、しかも作業者が手あるいは剪定バサミ等を用いて挟まれた切断物を取り除く可能性のある手持ち工具であることから、作業者が意図せずに自動的に切断刃が作動することは工具に対する安心感を損ないまたケガを誘発する恐れさえあり安全上好ましくない。

本発明の目的は、前述した従来技術の課題を解決し、機構部の偏摩耗あるいはブラシ付きモータのブラシ部の故障を低減し装置の信頼性を向上し、切削刃の被切断物に対する噛みこみ停止が発生した場合は切断作業を中断することなく噛みこみ状態を解消し作業の効率と安全性を向上し、あわせて工具の低コスト化と長寿命化も可能な電動切断工具を提供することにある。

前進方向及び後退方向の両面に切削刃を備えた切断部を直流モータにより往復運動させる電動切断工具であって、前記切断部を駆動する直流モータを正逆回転可能な駆動回路と、前記駆動回路に回転指令を送出する回転指令入力部と、を備え、前記駆動回路は、前記回転指令入力部からの入力に応じてモータの回転状態を検出する回転状態検出部と、前記駆動回路の電源が遮断されてもモータの回転方向情報を保持する不揮発性メモリーを有する回転方向記憶部と、モータの回転方向に応じたゲート信号を出力するゲート出力部を有する制御回路と、前記ゲート出力部から出力されたゲート信号に応じて出力素子群を通じて前記直流モータに通電する出力回路と、を備え、前記回転指令入力部より回転指令が入力されると前記回転状態検出部によりモータの回転状態を検出し、前記制御回路は所要の始動ルーチンを実行し前記回転方向記憶部に記憶された回転方向情報に応じてモータの回転方向を決定し前記ゲート出力部からゲート信号を出力して前記出力回路を通じて前記直流モータに通電して始動することを特徴とする。

電動切断工具はイナーシャが大きく通電を遮断しても数秒間惰性回転し、惰性回転中に反対方向に再始動すると逆転ブレーキがかかり機構部や回路部の破損などのおそれがある。そこで前回の回転方向を不揮発性メモリーに記憶しておき回転指令が入力された時に回転状態検出部によりモータの回転状態を検出して所要の始動ルーチンで始動することとする。これにより惰性回転方向と始動方向を一致させることで逆転ブレーキを回避することができる。また、機構部にストレスは発生せず機械的な故障を防ぎ、また過大なブレーキ電流が流れることもないためモータコイルあるいは駆動回路あるいはバッテリー等が劣化し破損や焼損する可能性もなく、信頼性が向上する。

前記回転指令入力部より回転指令が入力された際に、前記回転状態検出部は非通電状態のコイル電圧を測定して誘起電圧を検出しあるいは回転センサ信号の周期を検出し、それらの検出結果から前記制御回路はモータが回転中と判定したら、前記回転方向記憶部に記憶した回転方向情報を変更せず保持し、モータが停止中と判断したら、前記回転方向記憶部に記憶した回転方向情報を反転するように書き換えて始動ルーチンを実行することが好ましい。
回転指令が入力された際にモータが回転していたら前回と同じ方向で始動する。惰性回転と前回回転方向は一致することは自明であり、従って惰性回転方向と始動方向は一致し逆転ブレーキを回避することができる。また、回転指令が入力された際にモータが停止していたらいずれの方向でも始動可能であるが前回とは反対の方向で始動する。これによりモータ停止ごとに反転することで機構部の偏摩耗やブラシ付きモータのブラシ故障を低減し、さらに噛みこみ停止時は噛みこみ状態を解除することができる。

前記制御回路は、前記駆動回路に電源が供給された時に、モータの回転状態を検出して始動ルーチンを実行するようにしてもよい。
これにより、駆動回路に電源スイッチにて通電し、回転指令入力部の入力操作に代えてモータを始動する場合に適用できる。このとき、駆動回路の電源が投入されたらモータを始動するように駆動回路を構成すれば、回転指令を与える必要がなく、回転指令入力部を省略して電源スイッチのみで動作できる。

前記駆動回路に直流電源を常時印加し、前記制御回路はマイクロコントローラがスタンバイ状態となるスリープモードとしておき、前記回転指令入力部から回転指令が前記制御回路に入力されると、入力された回転指令に基づいて前記マイクロコントローラはスリープモードからウェイクアップモードに切り替わり、前記制御回路はウェイクアップモードに切り替わった時にモータの回転状態を検出して始動ルーチンを実行するようにしてもよい。
これにより、回転指令入力部から回転指令が制御回路に入力されると、入力された回転指令に基づいてマイクロコントローラはスリープモードからウェイクアップモードに切り替わり駆動回路にウェイクアップモードにて通電し、このタイミングでモータの回転状態を検出して始動ルーチンを実行することができる。即ち、駆動回路に通電したままで使用することができ、電源スイッチを省略し回転指令スイッチのみで動作することができる。また、モータ停止時には駆動回路はスリープモードとなり、ほとんど電力を消費せず省エネルギー化を図ることができる。

上述した電動切断工具によれば、切削刃の被切断物に対する噛みこみ停止が発生した場合、切断作業を中断することなく噛みこみ状態を解消し作業の効率と安全性を向上し、あわせて工具の低コスト化と長寿命化を実現することができる。
また煩雑なスイッチ操作と時間を要していた噛みこみ停止の解消作業が回転指令入力部（回転指令スイッチ）の操作のみとなり、操作性と作業効率と安全性が飛躍的に向上する。また回転方向指令スイッチ、回転センサ等を省略して低コスト化できる。また、始動停止ごとに反転することで機構部の偏摩耗を減らし振動や騒音を低減でき、ブラシ付きモータの場合はブラシのゴミが排出されブラシに起因する故障を減らすことができる。
また電源スイッチあるいは回転指令スイッチを瞬間的にオフにする瞬時オフ操作が行われ惰性回転している場合は反転せずに同じ方向にスムーズに回転し、逆転ブレーキを防止し機構部や回路部の破損を防ぐことができる。
また、高出力工具の場合は、駆動回路に通電しておき小容量の回転指令スイッチで始動停止を制御し容量の大きな出力素子でモータに通電することができる。

図１は園芸用電動切断工具の構成図である。 図２は噛みこみ停止時に始動するタイミングチャートである。 図３は惰性回転時に始動するタイミングチャートである。 図４は回転指令入力のモータ駆動回路例である。 図５は電源をオンオフするモータ駆動回路例である。 図６はモータの始動ルーチンを示すフローチャートである。 図７はブラシ付きＤＣモータ例である。 図８は従来構成のモータ駆動回路例である。 図９は切削刃の形状例である。 図１０は従来回路の噛みこみ停止タイミングチャートである。 図１１はヘッジトリマーの要部を示す断面図である。

以下、本発明に係る電動切断工具の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。本願発明は、ヘッジトリマー、レシプロソー、バリカンなどの樹木や植栽等を切断する園芸用電動切断工具を例示して説明する。直流モータは、図７に示すデルタ結線されたインナーロータ型のブラシ付き直流モータであってもよいし、回転子に永久磁石界磁を備え、固定子に巻き線を１２０°位相差で配置してスター結線し、相端がモータ出力回路に接続されたＢＬＤＣ（ブラシレス直流）モータであってもよい。

図１に園芸用電動切断工具の構成例を示す。
筐体状の外装ケース１内には、バッテリー２、モータ駆動回路３、直流モータ４、モータ軸５（出力軸）および切削刃６を有する切断部７を有する。外装ケース１よりモータ軸５が外部に延設され、該モータ軸５を中心に切削刃６を往復駆動して被切断部（樹木や植栽等）を切断する。バッテリー２は、商用電源から充電可能なバッテリーであり、外装ケース１に着脱可能に装着されている。

図１１は園芸用電動切断工具の一例としてヘッジトリマーの要部断面を例示している。ヘッジトリマーは、切断部７に一対のバリカン刃（切削刃６）を有する。外装ケース１内にはモータケース４ａがねじ止め固定されている。モータケース４ａの内周面には固定子が一体に組み付けられている。固定子はモータケース４ａの内周面に固定された固定子マグネット４ｂ、後述するコイル５ｂへ給電するブラシ４ｃを備えている。モータケース４ａは、固定子マグネット４ｂのバックヨークを形成している。モータケース４ａと外装ケース１には一対の転がり軸受４ｄが各々組み付けられてモータ軸５が回転可能に支持されている。回転子は、モータ軸５に回転子コア５ａが一体に組み付けられている。回転子コア５ａに径方向外側に向かって突設された極歯にはコイル５ｂが巻かれている。コイル５ｂより引き出されたコイルリードは、モータ軸５の反出力側端部に設けられたコミュテータ５ｃ（整流子）に接続されている。コミュテータ５ｃには、モータケース４ａに固定された給電用のブラシ４ｃが常時当接しており、モータ軸５の回転に伴って摺動するようになっている。

また、モータ軸５の出力側端部には切断部７が設けられている。切断部７は、モータ軸５を中心として回転する偏心カム２０が抜け止めされて組み付けられている。偏心カム２０は、モータ軸５を中心として１８０度位相が異なる一対のカム部２０ａを有する。各カム部２０ａには、バリカン刃（切削刃６）が各々組み付けられている。モータ軸５が正逆いずれかの方向に回転すると偏心カム２０も回転し、一対のカム部２０ａに取り付けられた一対のバリカン刃（切削刃６）が逆向きに往復動する。これにより、小枝などの被切断部を一対のバリカン刃（切削刃６）により剪断するようになっている。

先ず直流モータ４の回転停止を検出して回転方向を反転する切断動作について説明する。前進方向及び後退方向の両面に対称な切削刃６を備えた切断部７を往復運動する場合、運動方向が反転しても切断工程は同じであることから双方向運転が可能である。そこで電源投入時あるいは回転指令入力時に直流モータ４が回転停止状態であったら、回転方向を反転して始動することとする。従来のガソリンエンジン式切断工具では回転方向切り替えは困難であり一定方向運転が常態となっていたが、しかし直流モータ４であれば正逆運転が容易で双方向運転が可能である。

回転指令入力時に直流モータ４が停止していたら反転始動する機能を付加することで、切削刃６が被切断物を噛み込み停止した場合も直流モータ４は逆転始動し、その結果切断部７も逆方向に移動して切削刃６と被切断物が分離される。ここで重要なことは、作業者は通常作業時と同様に回転指令スイッチを操作するだけで噛みこみ状態を解除できる点である。これが従来の逆転スイッチを操作する方法あるいは自動的に噛みこみを検出して逆転始動する方法との大きな違いで操作性と安全性が改善される。尚、噛みこみ停止からの逆転始動時に大きなトルクが必要な場合は、例えば始動時にカレントリミット値を所定時間だけ大きくすることで瞬間的に始動トルクを倍増させるなどの手法で対応可能である。

回転方向を反転する条件は回転指令入力時に直流モータ４が停止していることであり、モータの停止判定が必要である。停止判定は直流モータ４に回転センサを設け回転速度を監視することで実現できるが、回転センサを設けることはスペースやコストから不利である。回転センサとしてはロータ磁束を検出するホールセンサが多く使われるが、特にブラシ付きモータではコイルが回転しマグネットは回転しない構造のため、単にホールセンサを設けても惰性回転は検出できず、回転検出用に別途リングマグネットをモータ軸に設ける必要がありかなりのコストとスペースを要する。実際に車載補器用ブラシ付きモータなどでリングマグネットとホールセンサが追加されている例もある。

そこで回転センサを用いることなくモータの停止状態を検出することが望ましく、コイル出力電流やコイル出力電圧などから回転情報を抽出し停止判定を行ってもよい。あるいは制御プログラムの制御量、例えば励磁周期などから停止判定してもよい。さらにはインテリジェント化しているバッテリーとの連携により通信あるいは電源遮断などを情報源として停止状態を検出することも可能である。これらの方法によれば、制御回路１３（ＭＰＵ）内に設けられた回転状態検出部１３ａでモータ出力を監視することで停止状態を検出できモータに設ける回転センサ及び配線を省略することができる。

図５は、不揮発性メモリーを備えるモータ駆動回路３のブロック構成図である。
電源はバッテリー２（ＢＡＴＴＥＲＹ）から供給され、電源スイッチ１１（ＰＷＲ−ＳＷ）によりオンオフされ、駆動回路１２（ＤＲＩＶＥＲ）のＩＮ−Ａ，Ｂ端子に給電される。直流モータ４（ＭＯＲＴＯＲ）はブラシ付きＤＣモータでＰ端子とＮ端子を備え、駆動回路出力ＯＵＴ−Ａ，Ｂにより通電され、通電極性が反転すると逆方向回転する。駆動回路１２（ＤＲＩＶＥＲ）は、制御回路１３（ＭＰＵ）と出力回路１４（ＩＮＶ：インバータ回路）で構成される。

制御回路１３（ＭＰＵ）は、マイクロコントローラで構成され、回転情報ＦＧ及びコイル電流センサ１５（ＲＳ）の信号（ＣＵＲ）が回転状態検出部１３ａに入力され、それに応じてＨブリッジ回路のゲート信号ＧＡＴＥ−１〜４を出力して直流モータ４の始動停止及び回転方向を制御する。また不揮発性メモリー１６（ＥＥＰＲＯＭ）を内蔵し回転方向情報を記憶する。
出力回路１４（ＩＮＶ）は制御回路１３（ＭＰＵ）のゲート信号ＧＡＴＥ−１〜ＧＡＴＥ−４で駆動される出力素子Ｑ１〜Ｑ４にてＨブリッジ回路を構成しコイル出力ＯＵＴ−Ａ，Ｂを直流モータ４（ＭＯＴＯＲ）に出力する。

図６は、図５のモータ駆動回路３の制御プログラムに従ったモータの始動ルーチンを示すゼネラルフローチャートである。電源スイッチ１１がオンすると以下の４ステップの動作が行われる。制御回路１３（回転状態検出部１３ａ）はモータの回転状態を検出しモータ回転情報を取得する（ＳＴＥＰ１）。直流モータ４が回転中ならＳＴＥＰ４に、停止中ならＳＴＥＰ３に進む（ＳＴＥＰ２）。回転方向情報を反転する（ＳＴＥＰ３）。直流モータ４を回転させる（ＳＴＥＰ４）。
モータ回転動作は、電源投入時にモータが回転停止状態のとき反転始動する。また、電源スイッチ１１の瞬時オフ操作により電源投入時に直流モータ４が惰性回転中なら反転せずに始動する。

図２に噛みこみ停止時に始動する場合のタイミングチャート例を示す。電源スイッチでモータの始動停止を制御している。ＰＷＲ−ＳＷは電源スイッチ、ＭＯＴＯＲはモータ出力である。最下段はオンサイクル数である。従来必要であったＲＵＮ−ＳＷ，ＤＩＲ−ＳＷ，ＦＧは不要のため省略されている。

オンサイクル１は電源投入時に直流モータ４が停止しているのでそれまでの回転方向情報例えばＣＷ方向（時計回り方向）を反転し、ＣＣＷ方向（反時計回り方向）で始動したことを示す。
オンサイクル２は、途中で噛みこみが発生し直流モータ４が回転停止した場合を例示している。始動時はオンサイクル１の回転方向ＣＣＷ方向を反転してＣＷ方向に回転し始めたことを示す。ＣＷ方向回転中に噛み込みが発生し停止したことから、保護回路が動作しコイル電流は遮断され、作業者はＰＷＲ−ＳＷをオフにしてオンサイクル２は完了する。
オンサイクル３は電源投入時に直流モータ４が停止しているのでそれまでの回転方向情報ＣＷ方向を反転し、ＣＣＷ方向で始動したことを示す。モータは反転始動し噛みこみが解除される。
噛みこみ停止が発生した場合に回転指令スイッチを操作することは自然な操作であり、操作性がよく作業効率も向上する。
さらに従来の方法のような制御回路の制御プログラムにより自動的に反転始動しあるいはタイマーで始動停止を繰り返すといった作業者が意図しない動作は行われないので、被切断物を手で外している最中に刃物が勝手に動くといった不測の事態も発生せず安全性も高いものがある。
また、オンサイクルごとに回転方向が反転するので機構部の偏摩耗やブラシ付きモータのブラシの不具合等も解消される。

引き続き制御回路１３に内蔵した不揮発性メモリー１６（ＥＥＰＲＯＭ）により回転方向情報を記憶する理由について説明する。双方向運転においては、モータ回転中に一瞬電源スイッチ１１（ＰＷＲ−ＳＷ）をオフにしてすぐにオンにする瞬時オフ操作が行われた場合、電源再投入時に直流モータ４は惰性回転しており逆方向回転で始動すると逆転ブレーキがかかりショックが発生し機構部や回路部が破損するおそれがある。そのため電源投入時に惰性回転していた場合は惰性回転と同じ回転方向で始動する必要がある。
また、ランダムアクセスメモリーＲＡＭなどの揮発性メモリーで回転方向情報を記憶していると電源投入時にはデフォルト値にリセットされるため常に正転で始動することになる。したがって逆方向回転中に瞬時オフ操作が行われると、直流モータ４は当然逆方向に惰性回転し、駆動回路は瞬時電源が遮断されることからリセットがかかり正転始動に切り替わるため逆転ブレーキがかかってしまう。

そこで、ＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリーなど不揮発性メモリー１６を備え、回転方向情報を不揮発性メモリー１６により保持し電源投入時にリセットしないこととする。不揮発性メモリー１６を用いれば、電源スイッチ１１が遮断されても前回の回転方向情報は記憶される。したがって、例えばＣＣＷ方向回転中に電源スイッチ１１を瞬時オフ操作したときには、前回の回転方向であるＣＣＷ方向回転で直流モータ４を始動し、直流モータ４は電源スイッチオフ時は当然ＣＣＷ方向に惰性回転していることから電源スイッチオン時の回転方向は一致し、逆転ブレーキが発生せずスムーズな回転が継続され機構部や回路部を破損するおそれもない。

図３に不揮発性メモリー１６を用いた瞬時オフ操作時のタイミングチャートを示す。ＰＷＲ−ＳＷは電源スイッチ１１、ＣＵＲはコイル電流、ＭＯＴＯＲはモータ出力である。最下段はオンサイクル数である。従来必要であったＲＵＮ−ＳＷ，ＤＩＲ−ＳＷ，ＦＧは不要のため省略されている。以下オンサイクルごとに動作を説明する。

オンサイクル１は電源投入時にモータが停止しているのでそれまでの回転方向情報例えばＣＷ方向を反転し、ＣＣＷ方向で始動した。
オンサイクル２は、短いオフ期間を経てオンされた瞬時オフ操作の例である。電源投入時はモータがＣＣＷ方向に惰性回転しておりそれを検出するので回転方向の反転は行われない。前回の回転方向情報ＣＣＷ方向がそのまま適用されＣＣＷ方向で始動する。惰性回転方向と通電方向の両者が一致することから逆転ブレーキは発生しない。なお、コイル電流ＣＵＲ欄に逆転ブレーキが発生した場合のコイル電流波形ＲＢを破線で記載した。逆転ブレーキ時は電源電圧に誘起電圧が重畳するため大きなブレーキ電流が流れ回路やバッテリーあるいは機構部が破損するおそれがある。
オンサイクル３は電源投入時にモータが停止しているのでそれまでの回転方向情報ＣＣＷを反転し、ＣＷ回転で始動したことを示す。
このように電源スイッチ１１を瞬時オフ操作が行われても、逆転ブレーキを回避してスムーズに切断作業が継続され、安全性が担保される。

次に、回転指令スイッチ１７によりモータの通電制御を行う場合について説明する。大電流の直流モータ４を使用する場合、電源スイッチ１１で始動停止を行うには大きな接点容量のスイッチを用いなければならず無理がある。そこで駆動回路１２には常に通電しておき別途回転指令スイッチ１７を設け回転指令を制御回路１３に入力し、回転指令により出力回路１４を制御して直流モータ４の通電制御を行ってもよい。こうすれば小容量のスイッチで大電流のモータの通電制御を行うことができる。しかしながらこの方法は駆動回路の回路電流を常に消費するという欠点がある。

そこで駆動回路１２には常に電源を供給しておき、制御回路１３はスリープ機能を持つマイクロコントローラ（ＭＰＵ）で構成し、回転指令にてスリープモードからウェイクアップモードに移行しウェイクアップモード時にモータの回転状態を検出してモータを始動するようにすれば、電源スイッチ１１を省略することができる。スリープモードとはマイクロコントローラに備わった機能で、動作を自身で停止して消費電力を小さくしてスタンバイ状態としておき、必要な時に外部からウェイクアップ信号を与えることで制御プログラムが動作を開始する機能である。

図４に回転指令スイッチ１７を設けたモータ駆動回路３のブロック構成図を示す。図１０の符号を援用し同じ符号は説明を省略する。すでに述べてきた電源スイッチ１１による通電制御に変えて、回転指令スイッチ１７（ＲＵＮ−ＳＷ）を設け、制御回路１３（ＭＰＵ）に回転指令ＲＵＮ信号を入力するものである。
マイクロコントローラ（ＭＰＵ）は不揮発性メモリー１６（ＥＥＰＲＯＭ）を備え、停電時或いはスリープモード時も回転方向情報を記憶する。マイクロコントローラ（ＭＰＵ）のスリープ機能を利用して、回転指令ＲＵＮ信号により制御回路１３がスリープモードからウェイクアップモードに移行することとし、電源スイッチ１１を省略した。タイミングチャートは図２あるいは図３を援用し電源スイッチ１１（ＰＷＲ−ＳＷ）を回転指令スイッチ１７（ＲＵＮ−ＳＷ）とみなせばよい。

これにより、回転指令スイッチ１７（ＲＵＮ−ＳＷ）から回転指令が制御回路１３に入力されると、入力された回転指令に基づいてマイクロコントローラ（ＭＰＵ）はスリープモードからウェイクアップモードに切り換りかわり駆動回路１２にウェイクアップモードにて通電し、このタイミングで制御回路１３はモータの回転状態を検出して始動ルーチンを実行することができる。即ち、駆動回路１２に通電したままで使用することができ、電源スイッチを省略し回転指令スイッチ１７（ＲＵＮ−ＳＷ）のみで始動することができる。また、モータ停止時には駆動回路１２はスリープモードとなり、ほとんど電力を消費せず省エネを図ることができる。尚、電源を遮断したいときは、バッテリー２を外装ケース１から取り外せばよい（図１参照）。

尚、直流モータ４として三相ブラシ付きＤＣモータに代えて三相ブラシレスＤＣモータを用いてもよい。この場合には、駆動回路１２（ＤＲＩＶＥＲ）のＨブリッジ回路を三相インバータ回路に置き換え、ホールＩＣなどの位置センサ信号を制御回路１３に入力すればよい。
電動切断工具は、ヘッジトリマー、レシプロソー、バリカンなどの切断部７が直流モータ４の回転に応じて往復動あるいは揺動運動する工具に好適に適用可能である。

１ 外装ケース ２ バッテリー ３ モータ駆動回路 ４ 直流モータ ４ａ モータケース ４ｂ 固定子マグネット ４ｃ ブラシ ４ｄ 転がり軸受 ５ モータ軸 ５ａ 回転子コア ５ｂ コイル ５ｃ コミュテータ ６ 切削刃 ７ 切断部 １１ 電源スイッチ（ＰＷＲ−ＳＷ） １２ 駆動回路（ＤＲＩＶＥＲ） １３ 制御回路（ＭＰＵ） １３ａ 回転状態検出部 １４ 出力回路（ＩＮＶ） １５ コイル電流センサ １６ 不揮発性メモリー １７ 回転指令スイッチ（ＲＵＮ−ＳＷ） ２０ 偏心カム ２０ａ カム部

Claims (4)

1. 前進方向及び後退方向の両面に切削刃を備えた切断部を直流モータにより往復運動させる電動切断工具であって、
   前記切断部を駆動する直流モータを正逆回転可能な駆動回路と、
   前記駆動回路に回転指令を送出する回転指令入力部と、を備え、
   前記駆動回路は、
   前記回転指令入力部からの入力に応じてモータの回転状態を検出する回転状態検出部と、
   前記駆動回路の電源が遮断されてもモータの回転方向情報を保持する不揮発性メモリーを有する回転方向記憶部と、
   モータの回転方向に応じたゲート信号を出力するゲート出力部を有する制御回路と、
   前記ゲート出力部から出力されたゲート信号に応じて出力素子群を通じて前記直流モータに通電する出力回路と、を備え、
   前記回転指令入力部より回転指令が入力されると前記回転状態検出部によりモータの回転状態を検出し、前記制御回路は所要の始動ルーチンを実行し前記回転方向記憶部に記憶された回転方向情報に応じてモータの回転方向を決定し前記ゲート出力部からゲート信号を出力して前記出力回路を通じて前記直流モータに通電して始動することを特徴とする電動切断工具。
2. 前記回転指令入力部より回転指令が入力された際に、前記回転状態検出部は非通電状態のコイル電圧を測定して誘起電圧を検出しあるいは回転センサ信号の周期を検出し、それらの検出結果から前記制御回路はモータが回転中と判定したら、前記回転方向記憶部に記憶した回転方向情報を変更せず保持し、モータが停止中と判断したら、前記回転方向記憶部に記憶した回転方向情報を反転するように書き換えて始動ルーチンを実行する請求項1記載の電動切断工具。
3. 前記制御回路は、前記駆動回路に電源が供給された時に、モータの回転状態を検出して始動ルーチンを実行する請求項1又は請求項２記載の電動切断工具。
4. 前記駆動回路に直流電源を常時印加し、前記制御回路はマイクロコントローラがスタンバイ状態となるスリープモードとしておき、前記回転指令入力部から回転指令が前記制御回路に入力されると、入力された回転指令に基づいて前記マイクロコントローラはスリープモードからウェイクアップモードに切り替わり、前記制御回路はウェイクアップモードに切り替わった時にモータの回転状態を検出して始動ルーチンを実行する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電動切断工具。

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