JP5122889B2 - 電動工具 - Google Patents

Description

本発明は、動力源として直流モータを備えた電動工具に関する。

従来、この種の電動工具には、直流モータの駆動回路として、直流モータの各端子と直流電源（バッテリ）の正極及び負極との間にそれぞれ設けられたスイッチング素子（ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチ）からなるブリッジ回路が設けられている。

そして、使用者がトリガスイッチを操作すると、マイクロコンピュータ等からなる制御回路が、ブリッジ回路内の各スイッチング素子をオン／オフさせることで、バッテリから直流モータに電流を流し、直流モータを回転させる（例えば、特許文献１、２等参照）。

また、この種の電動工具においては、通常、バッテリから直流モータへの通電経路上には、ブリッジ回路だけが設けられており、通電経路を手動で導通／遮断するための電源スイッチは設けられていない。

これは、電動工具では、直流モータに大電流が流れ、しかも、振動が大きいことから、直流モータの通電経路に機械的接点を有する電源スイッチを設けるには、その電源スイッチに、通電可能な電流が大きく、しかも、耐震性の高い電源スイッチを使用する必要があるためである。

つまり、機械的接点を有する電源スイッチは、電動工具の小型化／低コスト化の妨げになることから、電動工具には、通常、直流モータへの通電経路に電源スイッチが設けられておらず、直流モータへの通電／非通電の切り換えは、制御回路によるブリッジ回路の制御だけで行うようにされている。
２００３−２６６３３４号公報 ２００３−２００３６３号公報

ところで、上記従来の電動工具では、制御回路の誤動作によって、トリガスイッチのオフ時に直流モータが不意に回転し始めるとか、或いは、トリガスイッチがオフ状態に切り換えられても直流モータが回転し続ける、といったことがある。

そして、このようにトリガスイッチのオフ時に直流モータが回転している場合、直流モータへの通電経路上に電源スイッチが設けられていれば、この電源スイッチをオフ操作することにより、直流モータの回転を停止させることができる。

しかし、上記のように、電源スイッチが設けられていない一般的な電動工具では、電源スイッチの操作によって直流モータの回転を停止させることができないことから、直流モータの回転を停止させるには、電動工具からバッテリを外すしかない、という問題があった。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、動力源として直流モータを備えた電動工具において、トリガスイッチのオフ時に直流モータが駆動されるのを防止することを目的とする。

課題を解決するための手段及び発明の効果

かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の電動工具においては、トリガスイッチがオン操作されると、制御回路が、ゲート回路を介して、直流モータへの通電経路上に設けられたスイッチング素子をオン／オフさせることで、直流モータを回転させる。

また、ゲート回路への電源供給経路には、その経路を導通／遮断する給電用スイッチが設けられている。そして、この給電用スイッチは、ゲート電源切換手段によって、トリガスイッチに連動してオン／オフされる。

このため、本発明の電動工具によれば、トリガスイッチがオフ状態になれば、ゲート回路への電源供給経路が遮断されて、ゲート回路の動作が停止されることになる。
従って、本発明の電動工具によれば、トリガスイッチのオフ時に、制御回路が誤動作して、制御回路からゲート回路に、スイッチング素子をオンさせる制御信号が出力されたとしても、その制御信号によってゲート回路がスイッチング素子をオンすることはない。

よって、本発明の電動工具によれば、トリガスイッチのオフ時には、直流モータへの通電経路を遮断して、直流モータの回転を確実に停止させることができる。
また、給電用スイッチは、直流モータへの通電経路上ではなく、ゲート回路への電源供給経路上に設けられる。

このため、給電用スイッチには、各ゲート回路がスイッチング素子をオン／オフさせるのに必要な駆動電流が流れることになり、上述した電源スイッチのようにモータ電流が流れることはないので、給電用スイッチには、上述した電源スイッチに比べて通電可能な電流が小さいスイッチを使用することができる。

また、給電用スイッチには、リレーのような機械的接点を有するスイッチを使用することもできるが、ＦＥＴ等からなる電子スイッチを使用することもできる。
そして、給電用スイッチを電子スイッチで構成すれば、各ゲート回路への電源供給経路を、振動の影響を受けることなくオン／オフさせることができるようになり、電動工具の信頼性を高めることができる。

また、本発明では、直流モータの通電経路上に設けられるスイッチング素子が、ハイサイドスイッチとローサイドスイッチとから構成される。

そして、給電用スイッチは、複数のスイッチング素子のうち、ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチの何れか一方をオン／オフさせるゲート回路への電源供給経路上に設けられる。

従って、本発明の電動工具によれば、トリガスイッチのオフ時には、ゲート電源切換手段の動作によって、ブリッジ回路を構成しているスイッチング素子のうち、ハイサイドスイッチ又はローサイドスイッチだけがオフ状態に固定されることになる。
この結果、本発明の電動工具によれば、トリガスイッチのオフ時に、直流電源から直流モータに駆動電流が供給されて、直流モータが駆動されるのを防止できる。

ここで、本発明の電動工具において、ハイサイドスイッチをオン／オフさせるゲート回路への電源供給経路上に給電用スイッチを設けた場合、制御回路は、請求項２に記載のように構成するとよく、逆に、ローサイドスイッチをオン／オフさせるゲート回路への電源供給経路上に給電用スイッチを設けた場合、制御回路は、請求項３に記載のように構成するとよい。

すなわち、請求項２に記載の電動工具において、制御回路は、トリガスイッチがオフ状態に切り換えられると、ローサイドスイッチをオン／オフさせるゲート回路を介して、全てのローサイドスイッチをオンさせる。

このため、請求項２に記載の電動工具によれば、トリガスイッチがオンからオフ状態に切り換えられて、全てのハイサイドスイッチがオフ状態になると、直流モータの回転によってモータ巻線に発生する起電力により、直流モータに制動トルクが発生し、その制動トルクによって、直流モータを速やかに停止させることができるようになる。

一方、請求項３に記載の電動工具において、制御回路は、トリガスイッチがオフ状態に切り換えられると、ハイサイドスイッチをオン／オフさせるゲート回路を介して、全てのハイサイドスイッチをオンさせる。

このため、請求項３に記載の電動工具によれば、トリガスイッチがオンからオフ状態に切り換えられて、全てのローサイドスイッチがオフ状態になると、直流モータの回転によってモータ巻線に発生する起電力により、直流モータに制動トルクが発生し、その制動トルクによって、直流モータを速やかに停止させることができるようになる。

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明が適用された実施形態の充電式インパクトドライバ１の外観を表す斜視図である。

本実施形態の充電式インパクトドライバ１は、左右の半割ハウジング２，３を組み付けることにより形成され、下方にハンドル部４が延設された本体ハウジング５と、本体ハウジング５のハンドル部４の下端に着脱自在に装着されるバッテリパック６と、から構成されている。

また、本体ハウジング５の後方（図１の左側）は、当該充電式インパクトドライバ１の動力源となる直流モータ２０（図２参照）を収納するモータ収納部７となっており、モータ収納部７よりも前方には、減速機構及び打撃機構が収納されている。そして、本体ハウジング５の先端には、打撃機構の先端に工具ビット（図示略）を装着するためのチャックスリーブ８が突設されている。

ここで、打撃機構は、例えば、減速機構を介して回転されるスピンドルと、スピンドルと共に回転し、且つ、軸方向へ移動可能なハンマと、ハンマの前方にあって先端に工具ビットが取り付けられるアンビルと、から構成されるものであり、次のように動作する。

すなわち、打撃機構においては、直流モータ２０の回転に伴いスピンドルが回転すると、ハンマを介してアンビルが回転して、工具ビットを回転させ、その後、工具ビットによるねじ締めが進みアンビルへの負荷が高まると、ハンマがコイルばねの付勢力に抗して後退してアンビルから外れ、そこからスピンドルと共に回転しつつコイルばねの付勢力で前進してアンビルに再係合することで、アンビルに間欠的な打撃を加え、増し締めを行う。

なお、この打撃機構については、従来より知られている（例えば、特開２００６−２１８６０５号公報等、参照）ため、ここでは詳細な説明は省略する。
次に、本体ハウジング５のハンドル部４には、使用者がハンドル部４を握った状態で操作し得るトリガスイッチ１０が設けられている。そして、ハンドル部４内には、バッテリパック６から電源供給を受けて動作し、トリガスイッチ１０のオン時に、直流モータ２０を回転させる駆動装置が収納されている。

図２は、この駆動装置の構成を表す電気回路図である。
図２に示すように、本実施形態の直流モータ２０は、３相ブラシレスモータからなり、駆動回路として、直流モータ２０の各相の端子と直流電源（つまりバッテリパック６）の正極側との間にハイサイドスイッチとして設けられた３つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３と、同じく直流モータ２０の各相の端子とバッテリパック６の負極側との間にローサイドスイッチとして設けられた３つのスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６とからなるブリッジ回路１２が設けられている。

また、このブリッジ回路１２を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、ｎチャネルのＦＥＴにて構成されており、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６には、バッテリパック６から電源供給を受けて、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲート−ソース間に閾値以上の駆動電圧を印加することで、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオンさせる、ゲート回路２１〜２６が接続されている。

このゲート回路２１〜２６は、ブリッジ回路１２内の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を個々にオン／オフさせるためのものであるが、その動作は、マイクロコンピュータからなる制御回路１４により制御される。

すなわち、制御回路１４は、トリガスイッチ１０がオン状態であるとき、直流モータ２０に設けられた回転位置センサ１８からの検出信号に基づき、ゲート回路２１〜２６を介してブリッジ回路１２内の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオン／オフさせることで、直流モータ２０の各相巻線に流れる電流を制御し、直流モータ２０を回転させるものであり、ゲート回路２１〜２６には、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を駆動するための制御信号が入力される。

また、制御回路１４は、直流モータ２０を駆動するに当たって、トリガスイッチ１０のオン／オフ状態を検知する必要があるため、トリガスイッチ１０は、一端がプルアップ抵抗Ｒ１を介して制御回路１４の電源ライン（電圧一定：Ｖｃｃ）に接続され、他端がグランドラインに接地されており、制御回路１４には、カソードがトリガスイッチ１０とプルアップ抵抗Ｒ１との接続点に接続されたダイオードＤ１のアノードが接続されている。

つまり、このように構成することで、トリガスイッチ１０がオン状態であるときに、制御回路１４におけるダイオードＤ１の接続点が、ダイオードＤ１を介してグランドラインに接地され、制御回路１４側では、ダイオードＤ１の接続点の電位からトリガスイッチ１０のオン／オフ状態を検知できるようにしているのである。

また、制御回路１４は、トリガスイッチ１０がオンからオフ状態に切り換えられると、その後、一定時間、ゲート回路２４〜２６を介して、ブリッジ回路１２内のローサイドスイッチ（スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６）のみをオンするように構成されている。

これは、トリガスイッチ１０がオフ状態に切り換えられて、直流モータ２０への通電を停止した際、直流モータ２０が回転していても、その回転によって生じる起電力により制動トルクを発生させて、直流モータ２０の回転を速やかに停止させるためである。

また次に、ブリッジ回路１２内のローサイドスイッチ（スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６）を駆動するゲート回路２４〜２６には、各ゲート回路共通の電源供給経路を介して、バッテリパック６の正極側に直接接続されており、ブリッジ回路１２内のハイサイドスイッチ（スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３）を駆動するゲート回路２１〜２３には、各ゲート回路共通の給電用スイッチ１６を介して、バッテリパック６の正極側に接続されている。

なお、給電用スイッチ１６は、ｐチャネルのＦＥＴにて構成されており、そのゲートには、カソードがトリガスイッチ１０とプルアップ抵抗Ｒ１との接続点に接続されたダイオードＤ２のアノードが接続されている。

このため、給電用スイッチ１６は、トリガスイッチ１０がオン状態であるときオン状態となって、ハイサイドスイッチ側のゲート回路２１〜２３にバッテリパック６から電源を供給することになり、トリガスイッチ１０がオフ状態であるときには、給電用スイッチ１６がオフ状態となって、ゲート回路２１〜２３への電源供給が遮断されることになる。

従って、本実施形態の直流モータ２０の駆動装置によれば、トリガスイッチ１０がオフ状態であれば、制御回路１４の誤動作により、制御回路１４からゲート回路２１〜２３にハイサイドスイッチ（スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３）をオンする制御信号が出力されても、ハイサイドスイッチ（スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３）がオン状態となることはない。

よって、本実施形態の充電式インパクトドライバ１によれば、使用者がトリガスイッチ１０を操作していないときに、制御回路１４の誤動作によって、直流モータ２０が駆動されるのを確実に防止することができ、充電式インパクトドライバ１の信頼性を向上できる。

また、本実施形態では、給電用スイッチ１６は、ハイサイドスイッチ（スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３）を駆動するゲート回路２１〜２３への電源供給経路上に設けられており、ローサイドスイッチ（スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６）を駆動するゲート回路２４〜２６への電源供給経路は、トリガスイッチ１０のオン／オフ状態にかかわらず、常時接続状態となっているため、制御回路１４は、トリガスイッチ１０がオフ状態となったときに、ローサイドスイッチ（スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６）をオンして、直流モータ２０を速やかに停止させることができる。

なお、本実施形態においては、トリガスイッチ１０のオン／オフ状態に連動して給電用スイッチ１６をオン／オフさせるダイオードＤ２が、本発明のゲート電源切換手段に相当する。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にて、種々の態様をとることができる。
例えば、上記実施形態では、給電用スイッチ１６は、ハイサイドスイッチ（スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３）を駆動するゲート回路２１〜２３への電源供給経路上に設けられるものとして説明したが、給電用スイッチ１６は、全てのゲート回路２１〜２６への給電経路上に設けるようにしてもよく、或いは、図３に示すように、ローサイドスイッチ（スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６）を駆動するゲート回路２４〜２６への電源供給経路上に設けるようにしてもよい。

なお、図３に示すように、給電用スイッチ１６をゲート回路２４〜２６への電源供給経路上に設けた場合には、ハイサイドスイッチ（スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３）を駆動するゲート回路２１〜２３への電源供給経路が、トリガスイッチ１０のオン／オフ状態にかかわらず常時接続状態となる。

従って、この場合、制御回路１４は、トリガスイッチ１０がオンからオフ状態に切り換えられると、その後、一定時間、ゲート回路２１〜２３を介して、ブリッジ回路１２内のハイサイドスイッチ（スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３）のみをオンするように構成するとよい。

つまり、このようにすれば、トリガスイッチ１０がオフ状態に切り換えられて、直流モータ２０への通電を停止した際、直流モータ２０が回転していても、その回転によって生じる起電力により制動トルクを発生させて、直流モータ２０の回転を速やかに停止させることができるようになる。

また、上記実施形態では、ブリッジ回路１２内のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、全てｎチャネルのＦＥＴで構成されるものとして説明したが、例えば、ハイサイドスイッチ（スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３）にはｐチャネルのＦＥＴを使用するようにしてもよく、或いは、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６にバイポーラトランジスタを使用するようにしてもよい。

また次に、上記実施形態では、本発明を充電式インパクトドライバに適用した場合について説明したが、本発明は、動力源として直流モータを備えた電動工具であれば、上記実施形態と同様に適用して、同様の効果を得ることができる。

例えば、上記実施形態では、直流モータは、３相ブラシレスモータであるものとして説明したが、本発明は、ブラシレス直流モータを備えた電動工具に限らず、図４に例示するように、Ｈブリッジ回路３２にて駆動されるブラシ付き直流モータ３０を備えた電動工具であっても、上記実施形態と同様に適用して、同様の効果を得ることができる。

すなわち、図４に示す駆動装置において、Ｈブリッジ回路３２は、直流モータ３０の各端子と直流電源（バッテリパック６）の正極側との間にハイサイドスイッチとして設けられた２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、同じく直流モータ３０の各端子とバッテリパック６の負極側との間にローサイドスイッチとして設けられた２つのスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４とから構成されている。

そして、制御回路３４は、トリガスイッチ１０のオン時に、Ｈブリッジ回路３２内の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を、ゲート回路２１〜２４を介して個々にオン／オフすることで、直流モータ３０への通電方向（換言すればモータの回転方向）及び通電電流（換言すれば回転速度）を制御する。

また、ハイサイドスイッチ（スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２）を駆動するゲート回路２１，２２への電源供給経路上には、上記実施形態と同様に、トリガスイッチ１０に連動してオン／オフされる給電用スイッチ１６が設けられている。

このため、トリガスイッチ１０のオフ時には、ゲート回路２１，２２への電源供給経路が遮断され、制御回路３４の誤動作により、制御回路３４からゲート回路２１，２２にハイサイドスイッチ（スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２）をオンする制御信号が出力されても、ハイサイドスイッチ（スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２）がオン状態となることはない。

このように、Ｈブリッジ回路３２にて駆動されるブラシ付き直流モータ３０を備えた電動工具であっても、本発明を適用することにより、使用者がトリガスイッチ１０を操作していないときに、制御回路３４の誤動作によって直流モータ２０が駆動されるのを確実に防止することができ、電動工具の信頼性を向上できる。

なお、本発明の主要部である給電用スイッチ１６については、ｐチャネルのＦＥＴ以外の電子スイッチを使用するようにしてもよく、或いは、リレーのような機械的接点を有するスイッチを使用するようにしてもよい。

実施形態の充電式インパクトドライバの構成を表す説明図である。 実施形態の直流モータの駆動装置の構成を表す電気回路図である。 図２に示した駆動装置の変形例を表す電気回路図である。 ブラシ付き直流モータの駆動装置の構成例を表す電気回路図である。

符号の説明

１…充電式インパクトドライバ、２，３…半割ハウジング、４…ハンドル部、５…本体ハウジング、６…バッテリパック、７…モータ収納部、８…チャックスリーブ、１０…トリガスイッチ、１２…ブリッジ回路、Ｑ１〜Ｑ３…スイッチング素子（ハイサイドスイッチ）、Ｑ４〜Ｑ６…スイッチング素子（ローサイドスイッチ）、１４…制御回路、１６…給電用スイッチ、Ｄ１，Ｄ２…ダイオード、Ｒ１…プルアップ抵抗、１８…回転位置センサ、２０…直流モータ（３相ブラシレスモータ）、２１〜２６…ゲート回路、３０…直流モータ（ブラシ付き）、３２…Ｈブリッジ回路、３４…制御回路。

Claims (3)

1. 被加工材に所定の加工作業を行うための工具ビットと、
   該工具ビットを駆動する直流モータと、
   直流電源から前記直流モータへの通電経路上に設けられた複数のスイッチング素子と、
   前記各スイッチング素子をオン／オフさせる複数のゲート回路と、
   使用者により操作されるトリガスイッチのオン時に、前記複数のゲート回路を介して前記各スイッチング素子を駆動制御し、前記直流モータを回転させる制御回路と、
   前記各ゲート回路への電源供給経路を導通／遮断する給電用スイッチと、
   該給電用スイッチを前記トリガスイッチに連動してオン／オフさせるゲート電源切換手段と、
   を備え、
   前記複数のスイッチング素子は、
   前記直流モータの端子毎に設けられ、該端子を直流電源の正極側及び負極側にそれぞれ接続するハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチからなり、
   前記給電用スイッチは、
   前記複数のスイッチング素子のうち、ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチの何れか一方をオン／オフさせるゲート回路への電源供給経路に設けられていることを特徴とする電動工具。
2. 前記給電用スイッチは、前記ハイサイドスイッチをオン／オフさせるゲート回路への電源供給経路に設けられており、
   前記制御回路は、前記トリガスイッチがオフ状態に切り換えられると、前記ローサイドスイッチをオン／オフさせるゲート回路を介して、全てのローサイドスイッチをオンさせることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
3. 前記給電用スイッチは、前記ローサイドスイッチをオン／オフさせるゲート回路への電源供給経路に設けられており、
   前記制御回路は、前記トリガスイッチがオフ状態に切り換えられると、前記ハイサイドスイッチをオン／オフさせるゲート回路を介して、全てのハイサイドスイッチをオンさせることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。

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