JP4939065B2

JP4939065B2 - 携帯用電動切断工具の速度制御装置

Info

Publication number: JP4939065B2
Application number: JP2006012657A
Authority: JP
Inventors: 泰治岡田
Original assignee: Ryobi Ltd
Current assignee: Ryobi Ltd
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2026-01-20
Also published as: JP2007195366A; CN101351955B; WO2007083447A1; CN101351955A

Description

本発明は、携帯用電動切断工具の速度制御装置に関し、特に、ソフトスタート機能を設けたものに関する。

従来より、電動丸鋸等の携帯用電動切断工具は、その電動機の起動時の反動が大きいことから、電動機の速度制御においてソフトスタート機能（例えば０．７秒〜２秒）を設けた制御を行うことによって電動機の反動を抑える方法は一般的に知られている。このソフトスタート機能は、起動時の反動（電動機の回転方向とは反対向きの反動）を抑えるとともに、加速運転領域（ソフトスタート領域）から定速運転領域へ移る段階で急激に加速度がなくなることに起因して発生する、起動時とは逆の反動を抑える働きも有している。

一方、ソフトスタートが終了して定速運転領域に移行する際に過渡的に回転速度が設定速度を超えて大きな回転速度となるオーバーシュートは、加速運転領域から定速運転領域に移る間の移行領域に要する時間を長くし、操作性を悪くしているだけでなく、電動工具に共振状態を生じる恐れがあることから、従来、このオーバーシュートを最小限にすることが提案されている（特許文献１参照）。

ところで、上記ソフトスタートについては、例えば図４に示すように、オーバーシュートがないとした場合に、定速運転領域では電動機の回転速度を設定速度ｖ１で制御する速度制御において、ソフトスタート時間ｔ１によって加速運転領域をＡの傾きで起動させるのに比べ、そのソフトスタート時間ｔ１よりも長いソフトスタート時間ｔ２（＞ｔ１）によって加速運転領域をＢの傾きで起動させた方が、起動時に受ける反動は小さくなる。

また、加速運転領域から定速運転領域に移るポイントＣ，Ｄでは、ソフトスタートの終了に伴い加速度が急激に０となるため、起動時とは逆の反動を受けることになるが、定速運転領域に達する迄のソフトスタート時間をより長くすれば、この逆の反動は少なくなる。すなわち、傾きＢのように定速運転領域に達する迄のソフトスタート時間ｔ２の長いポイントＤの方が、傾きＡのようにソフトスタート時間ｔ１の短いポイントＣに比べ、逆の反動を受け難くなる。
特公平３−６７４４号公報

しかしながら、このように定速運転領域に達する迄のソフトスタート時間をより長くすることにより起動時の反動と起動時とは逆の反動とを抑制できる反面、頻繁に電源をＯＮ／ＯＦＦして使用する電動切断工具（例えば電動丸鋸等）の場合、定速運転領域に到達するまでのソフトスタート時間が長くなると、その分、切断開始に最適な速度（設定速度）である定速運転領域に至るまでの時間、すなわち起動開始から最適な速度で作業できるまでの待ち時間が長くなり、作業性が非常に悪くなるという問題がある。

また、特許文献１のようにオーバーシュートの発生をなくしたり小さくしたりすると、前述の逆反動は、オーバーシュートにより打ち消されたり減少させられたりすることなく発生する。

特に、電動丸鋸のように大きな径をした重量のある刃物を有する電動切断工具では、加速運転領域から定速運転領域に移る点Ｃで、刃物の慣性により大きな加速度が付いている刃物の加速度が急激に０となることにより発生する起動時の反動（ハンドルを持った手を支点にして丸鋸の前側を下げようとするカ）とは逆向きの反動（ハンドルを持った手を支点にして丸鋸の前側を持ち上げようとするカ）が、発生しないか又は小さくされたオーバーシュートにより抑えられる（打ち消される）ことなくそのまま発生することとなるため、却って操作性が悪くなるのは避けられない。

本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的は、携帯用電動切断工具における電動機の速度制御に工夫を加えることにより、そのソフトスタート時間を長くすることなく、加速運転領域から定速運転領域に移行する時に発生する起動時とは逆の反動を抑え、携帯用電動切断工具の作業性及び操作性の向上を図ることにある。

上記の目的の達成のため、この発明では、加速運転領域から定速運転領域に移る際の起動時とは逆の反動を抑えるために、敢えてオーバーシュートを強制的に発生させるようにした。

具体的には、第１の発明では、電動機の回転速度を起動から所定のソフトスタート時間を経た後に定速運転領域の設定速度に到達させるソフトスタート機能を備えた携帯用電動切断工具の速度制御装置が前提である。

そして、上記ソフトスタート機能の終了時、電動機の回転速度が上記定速運転領域の設定速度を一旦超えた後に該設定速度に低下するように、該電動機がソフトスタート領域から定速運転領域へ移る段階で加速度がなくなることに起因して発生する起動時とは逆の反動を抑えるための、電動機の回転速度のオーバーシュート制御を強制的に行う速度制御手段を設ける。この速度制御手段は、上記電動機に対する回転速度フィードバック制御の応答性が、オーバーシュート制御をしない場合に比べて鈍く設定された回路要素からなり、該回路要素により電動機に対する回転速度フィードバック制御の応答性を鈍くすることで、オーバーシュート制御を行うものとする。

上記の構成によると、電動機の起動時、ソフトスタート機能により起動から所定のソフトスタート時間を経た後に定速運転領域の設定速度に到達するとともに、この加速運転領域（ソフトスタート領域）から定速運転領域に移るポイントでは、電動機に対する回転速度フィードバック制御の応答性が、オーバーシュート制御をしない場合に比べて鈍く設定された回路要素からなる速度制御手段によりオーバーシュート制御が強制的に行われる。このオーバーシュート制御は、電動機が上記ソフトスタート領域から定速運転領域へ移る段階で加速度がなくなることに起因して発生する起動時とは逆の反動を抑えるためのものであり、電動機の回転速度が切断工具の切削に最適な速度である設定速度を敢えて超えた後、設定速度まで落ちる制御が行われるので、ソフトスタート領域が終了して加速度がなくなった時の逆反動を、ソフトスタート時間を長くせずとも少なくすることができ、操作性が向上する。

また、ソフトスタート時間を長くする必要がないので、設定速度まで素早く立ち上げることができることになり、作業性が大幅に向上する。

さらに、上記速度制御手段は、電動機に対する回転速度フィードバック制御（位相制御電圧）の応答性をオーバーシュート制御をしない場合に比べて鈍くすることで、オーバーシュート制御を行うものであるので、オーバーシュートの発生を容易に行うことができる。

第２の発明では、上記携帯用電動切断工具は電動丸鋸とする。このことで、上記効果を有効に奏することのできる携帯用電動切断工具が得られる。

以上説明のように、第１及び第２の発明によると、電動機の起動後の加速運転領域から定速運転領域に移るポイントで、電動機の回転速度が切削に最適な設定速度を一旦超えた後に設定速度まで落ちて、起動時とは逆の反動を抑えるためのオーバーシュート制御を強制的に行うようにしたことにより、ソフトスタート時間を長くすることなく、ソフトスタート領域が終了して加速度がなくなった時に起因して発生する起動時とは逆の反動を少なくすることができ、携帯用電動切断工具の操作性及び作業性双方の向上を図ることができる。また、電動機に対する回転速度フィードバック制御の応答性が、オーバーシュート制御をしない場合に比べて鈍く設定された回路要素によって、電動機に対する位相制御電圧の応答性を鈍くしてオーバーシュート制御を行うようにしたことにより、オーバーシュートの発生を容易に行うことができる。

以下、本発明の最良の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

図２は本発明の実施形態に係る携帯用電動切断工具としての電動丸鋸Ａの構成を概略的に示す。この電動丸鋸Ａはハウジング１を備え、このハウジング１は、水平左右方向（図２の紙面と直交する方向）に延びかつ右端（図２では手前側）が開口された有底筒状のモータケース２と、このモータケース２の右端部に一体的に取付固定された密閉状のギヤボックス３と、モータケース２の右端外周部に一体的に組み付けられ、下側に開放された丸鋸刃カバー４とを備えてなる。上記モータケース２の内部には、水平左右方向に延びる出力軸９ａを有するモータ９（電動機）が該出力軸９ａを上記ギヤボックス３内に突出させて収容固定され、この出力軸９ａの外周にギヤ部１０が形成されている。また、モータケース２の上部には電動丸鋸Ａを操作するためのハンドル５が一体的に固定されている。

上記ギヤボックス３内には、水平左右方向に延びる中間軸１７及び鋸刃軸１８が回転可能に支持され、中間軸１７の左端部には上記モータ出力軸９ａのギヤ部１０に噛合しかつ該ギヤ部１０よりも大径の第１中間ギヤ１３が、また右端部には第１中間ギヤ１３よりも小径の第２中間ギヤ１４がそれぞれ回転一体に設けられている。一方、鋸刃軸１８の左端部には上記第２中間ギヤ１４に噛合しかつ該第２中間ギヤ１４と略同径の第３中間ギヤ１５が回転一体に設けられ、鋸刃軸１８の右端部はギヤボックス３の外側に突出し、この突出部（右端部）に、その先端面に螺合する取付ボルト２１によって丸鋸刃２０が回転一体に取り付けられ、この鋸刃軸１８への取付状態で丸鋸刃２０の略上半部が上記丸鋸刃カバー４により覆われるようになっている。

そして、以上のモータ出力軸９ａのギヤ部１０及び第１〜第３中間ギヤ１３〜１５により、モータ９の出力軸９ａの回転を減速して丸鋸刃２０に伝達して、その丸鋸刃２０を図２で反時計回り方向に回転駆動する伝動ギヤ機構１２が構成されている。

尚、上記ハウジング１の下側には定盤７が配設され、この定盤７は、前端部（図で右側端）がハウジング１の前端に締結部材６を介して回動可能に締結されており、その回動角度を調整することにより、丸鋸刃２０の定盤７下側への突出量（電動丸鋸Ａの切込み深さ）を加減するようになっている。

また、８はギヤボックス３の右端部に回動可能に支持された安全カバーで、図外のワークを切断する際にはワークに押されて回動しながらハウジング１の丸鋸刃カバー４内に入り込むようになっている。また、２２は上記丸鋸刃カバー４の右壁部に開口された切粉排出口である。

図１は、以上の構成を持つ電動丸鋸Ａのモータ９の回転速度（回転数）を制御するための速度制御装置Ａ１の回路図を示す。この速度制御装置Ａ１は、電動丸鋸Ａのハンドル５に設けた操作スイッチ（図示せず）のＯＮ操作により商用電源１００ＶＡＣに接続されるもので、モータ９の回転速度を起動から所定のソフトスタート時間を経た後に定速運転領域の設定速度に到達させるソフトスタート機能を備えている。速度制御装置Ａ１は専用ＩＣ３０（Ｕ−２１１Ｂ）を有し、このＩＣ３０はソフトスタート機能及び回転数フィードバック機能を有する位相制御ＩＣからなっている。上記モータ９は例えば整流子モータからなり、図１ではモータ９をその界磁コイル及びアマチュアコイルによって示している。

上記ＩＣ３０は、１００ＶＡＣからコンデンサＣ１、抵抗Ｒ１及びダイオードＤ１により形成される電源電圧を制御する電源電圧制御部３１と、その電圧を監視する電圧監視部３２と、ＩＣ３０の７番ピンに接続されて、モータ９の回転数（回転速度）を検出する回転速度センサ４３の出力パルス信号（周波数）を電圧に変換するＦ／Ｖ変換器３３と、モータ９を起動時にソフトスタートさせるためのソフトスタート部３４と、Ｆ／Ｖ変換器３３の出力とＩＣ３０の１０番ピンに接続された可変抵抗器ＶＲ及び抵抗Ｒ１３により設定される定速運転領域の設定回転数とを比較する制御アンプ３５と、この制御アンプ３５の出力に基づき位相制御を行う位相制御ブロック３６と、位相制御ブロック３６の出力により４番ピンに接続されているＴＲＩＡＣ４４のゲート端子にトリガパルスを出力するパルス出力部３７との他、電圧検出部３８、電流検出部３９、負荷制限部４０、基準電圧部４１等を有する。

上記ソフトスタート部３４は、モータ９の回転速度を電源投入による起動から所定のソフトスタート時間を経た後に定速運転領域の設定速度に到達させるもので、そのソフトスタート時間は、ＩＣ３０の１２番ピンに接続されたコンデンサＣ３の値により決定され、この実施形態では例えば約０．７秒に設定されている。

また、ＩＣ３０の１１番ピンに接続されたコンデンサＣ７，Ｃ８及び抵抗Ｒ７を、モータ９に対する回転速度フィードバック制御（位相制御電圧）の応答性を鈍くするように設定することで、上記ソフトスタート機能の終了時、モータ９の回転速度が上記定速運転領域の設定速度（最適切削速度）を一旦超えた後に該設定速度に低下するオーバーシュート制御を強制的に行うようになっており、この実施形態では、上記コンデンサＣ７，Ｃ８及び抵抗Ｒ７により、オーバーシュート制御を行うための速度制御手段４６が構成されている。

したがって、上記実施形態においては、電動丸鋸Ａの操作スイッチのＯＮ操作により、速度制御装置Ａ１に１００ＶＡＣが入力されると、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１及びダイオードＤ１によりＩＣ３０に電源が供給される。ＩＣ３０のパルス出力部３７から４番ピンによりＴＲＩＡＣ４４のゲート端子にトリガパルスが出力され、モータ９が起動されて回転し始める。

また、回転数センサ４３によってモータ９の回転数が検出され、その回転数情報はＩＣ３０の７番ピンによってＦ／Ｖ変換器３３に入力されてパルス数に応じた電圧に変換される。

そして、抵抗Ｒ１３及び可変抵抗器ＶＲにより設定された設定回転数に対応する電圧がＩＣ３０の１０番ピンを経て制御アンプ３５の＋極へ入力され、この制御アンプ３５において、−極に入力されて電圧に変換された上記モータ回転数の電圧と比較され、制御アンプ３５の出力により位相制御ブロック３６及びパルス出力部３７を介してＴＲＩＡＣ４４の導通角が変えられ、センサ４３により検出されたモータ９の回転数が設定回転数になるようにフィードバック制御が行われる。

ここで、仮に、ＩＣ３０の１１番ピンに接続されたコンデンサＣ７，Ｃ８及び抵抗Ｒ７の値により決定される回転速度フィードバック制御（位相制御電圧）の応答性を高く（良く）するか、又は突入電流をなくしたり小さくしたりすれば、図３で破線にて示すように、加速運転領域から定速運転領域（設定速度領域）への移行時において、起動時の過渡的に回転数が増加する現象であるオーバーシュートを減少させることができる。しかし、そのオーバーシュートを小さくすると、加速運転領域から定速運転領域へ移行する時点のポイントＣにおいて、加速度が急激に０或いは小さくなり、起動時とは逆の反動（図２の矢印ａに示すように、ハンドル５を持った手を支点にして丸鋸Ａの前側を持ち上げようとする力）を生じることとなる。

しかし、この実施形態に係る電動丸鋸Ａでは、上記コンデンサＣ７，Ｃ８及び抵抗Ｒ７の値が、上記回転速度フィードバック制御（位相制御電圧）の応答性を低く（鈍く）するように設定されているので、図３で実線にて示すように、加速運転領域から定速運転領域（設定速度領域）への移行時にモータ９の回転数が強制的に増加（増速）されてオーバーシュートが生じ、切断作業に最適とされる速度である設定速度ｖ１を一旦超え、その後に設定速度ｖ１へ滑らかに移行する。このように、ソフトスタート終了時のモータ９の回転数（速度）を一旦、設定速度よりもオーバシュートさせた後に、設定速度まで滑らかに移行するようにしたため、上記の如き起動時とは逆の反動を抑制でき、電動丸鋸Ａの操作性を向上させることができることとなる。例えば図３の破線はＣ７を３．３μＦ、Ｃ８を０．２２μＦ、抵抗Ｒ７を２２ＫΩとしたものであるのに対し、実線はＣ７を３．３μＦ、Ｃ８を０．２２μＦ、抵抗Ｒ７を３３ＫΩとしたものである。

すなわち、ソフトスタート時間を長く取ることなく、起動時とは逆の反動を抑制することができるようになるので、電動丸鋸Ａを使用する作業者にとって、起動時、回転速度が設定速度に達するまでのソフトスタートによる待ち時間を必要以上に長くする必要がなくなり、よって、電動丸鋸Ａの作業性を損なうことなく、その操作性を向上させることができる。

（その他の実施形態）
尚、上記実施形態は、電動丸鋸Ａに適用した例であるが、本発明は電動丸鋸Ａ以外の携帯用電動切断工具にも適用できるのは勿論であり、同様の作用効果を奏することができる。

本発明は、携帯用電動切断工具のソフトスタートによる待ち時間を必要以上に長くすることなく、起動時とは逆の反動を抑制して、その作業性と操作性との両立を図ることができるので、極めて有用で産業上の利用可能性が高い。

図１は、本発明の実施形態に係る電動丸鋸用速度制御装置の回路図である。図２は、電動丸鋸の構成を示す右側面図である。図３は、オーバーシュート制御によってモータ回転速度が変化した特性を示す特性図である。図４は、ソフトスタート機能を説明するための特性図である。

Ａ電動丸鋸（携帯用電動切断工具）
Ａ１速度制御装置
１ハウジング
９モータ（電動機）
１２伝動ギヤ機構
２０丸鋸刃
３０ＩＣ
４３回転数センサ
４６速度制御手段

Claims

電動機の回転速度を起動から所定のソフトスタート時間を経た後に定速運転領域の設定速度に到達させるソフトスタート機能を備えた携帯用電動切断工具の速度制御装置において、
上記ソフトスタート機能の終了時、電動機の回転速度が上記定速運転領域の設定速度を一旦超えた後に該設定速度に低下するように、該電動機がソフトスタート領域から定速運転領域へ移る段階で加速度がなくなることに起因して発生する起動時とは逆の反動を抑えるための、電動機の回転速度のオーバーシュート制御を強制的に行う速度制御手段を設け、
上記速度制御手段は、上記電動機に対する回転速度フィードバック制御の応答性が、オーバーシュート制御をしない場合に比べて鈍く設定された回路要素からなり、該回路要素により電動機に対する回転速度フィードバック制御の応答性を鈍くすることで、オーバーシュート制御を行うものであることを特徴とする携帯用電動切断工具の速度制御装置。
請求項１の携帯用電動切断工具の速度制御装置において、
携帯用電動切断工具は電動丸鋸であることを特徴とする携帯用電動切断工具の速度制御装置。