JP5462575B2 - 電動工具 - Google Patents

Description

本発明は、電動工具に関し、特に、工具を制動する技術に関する。

電動工具は、工具をモータによって駆動する。工具がワークに接触すると、工具はワークから反力を受ける。従って、ユーザは、基本的に両手で電動工具をしっかり把持して作業しなければならない。それにより、安定した作業が可能となる。しかしながら、作業姿勢が悪かったり、不安定な状態で操作すると、工具はワークから強い反力を受けることになり、電動工具が跳ね返される可能性がある。このような現象は、キックバック現象、あるいは、単にキックバックと呼ばれる。

特許文献１に、従来のチェーンソーが開示されている。このチェーンソーは、可動式のハンドガードと、ハンドガードに連動してソーチェーンを機械的に制動する制動機構と、ハンドガードに連動してモータへ電力を供給する回路（モータ通電回路）を切断するスイッチ回路を有している。ハンドガードは、ハンドルの近傍に配置されている。キックバックが発生すると、ユーザの手がハンドガードに接触し、ハンドガードが通常位置から移動する。ハンドガードが通常位置から移動すると、制動機構によってソーチェーンを機械的に制動される。さらに、スイッチ回路によってモータ通電回路が切断され、モータへの電力供給が中止される。それにより、ソーチェーンを短時間で停止させることができる。

特開昭６０−１２５６０３号公報

特許文献１に開示されたチェーンソーのように、ハンドガードが動作した場合には、ソーチェーンを機械的に制動するだけでなく、モータへの電力供給を中止することが好ましい。それにより、ソーチェーンを短時間で停止させ、モータの焼損を防止することもできる。しかしながら、特許文献１に開示された技術では、ハンドガードに連動するスイッチ回路を、モータ通電回路に設けている。従って、ハンドガードの近くに配置されたスイッチ回路まで、モータ通電回路を長く引き回す必要がある。モータ通電回路には大きな電流が流れるので、モータ通電回路を長く引き回すと、放射される電気ノイズ（電磁波）も大きくなる。そのため、多くのノイズ対策を講じる必要が生じる。さらに、スイッチ回路についても、モータ通電回路を流れる大きな電流に対応できるように、比較的に大型のものを採用する必要がある。

特許文献１に開示された技術は、ハンドガードを有するチェーンソーに限られず、ハンドガードに類する可動部材を備えた電動工具にも採用することができる。しかしながら、多くのノイズ対策と大型のスイッチ回路を必要とするため、電動工具をコンパクトに設計することは難しい。電動工具の大型化を招くことなく、モータへの電力供給を中止できる技術が必要とされている。

本発明の電動工具は、ハンドガードを有するチェーンソーであって、工具であるソーチェーンを駆動するモータを収容する本体と、モータに電力を供給するモータ通電回路と、本体に揺動可能に支持された可動部材であるハンドガードと、ハンドガードの動作を検出する検出器と、モータ通電回路上に介挿されており、検出器が出力する検出信号に基づいて開放される第１スイッチを備えている。

この電動工具では、可動部材の動作を検出器によって検出し、モータ通電回路の切断は第１スイッチによって行う。検出器は、可動部材の動作を検出するだけであり、モータ通電回路の切断は行わない。従って、モータへの電流を検出器に通電させる必要がなく、モータ通電回路を検出器まで引き回す必要もない。検出器には小型のスイッチやセンサを採用することができ、モータ通電回路の全長を短くすることもできる。モータ通電回路の全長を短くすることで、放射される電気ノイズを抑制することができ、多くのノイズ対策を必要とすることもない。それにより、電動工具をコンパクトに設計することができる。

上記した電動工具は、検出器が出力する検出信号を入力し、前記第１スイッチへオフ信号を出力する制御回路をさらに備えることが好ましい。制御回路を用いることで、電動工具の回路構成を簡素にすることができる。また、検出器と制御回路の間は、いわゆる信号線のような細いリード線によって接続することができるので、検出器と制御回路が離れて配置される場合でも、電動工具をコンパクトに設計することができる。

前記した第１スイッチは、有接点式のスイッチであってもよく、無接点式のスイッチであってもよい。ただし、無接点式の半導体スイッチング素子を採用することにより、電動工具の回路構成をよりコンパクトにすることができる。例えば、交流式の電動工具ではトライアック、直流式の電動工具では電界効果トランジスタを採用すると、モータ通電回路に流れる大きな電流を遮断することができる。

本発明に係る電動工具は、モータを短絡させることによって制動するモータ短絡回路と、モータ短絡回路上に介挿されており、検出器が出力する検出信号に基づいて閉鎖される第２スイッチをさらに備えることも好ましい。この場合、モータへの電力供給を中止するだけでなく、モータを短絡制動（発電制動とも称される）することができ、より短時間でモータを停止させることができる。

本発明によれば、モータへの電力供給を中止する電動工具をコンパクトに設計することができる。

実施例のチェーンソーの全体を示す図。 チェーンソーの本体の内部構造を示す断面図。 実施例１のチェーンソーの電気構成を示す回路図。 電気ノイズの低減効果を示す図であり、（ａ）は従来のチェーンソーが放射する電気ノイズの測定結果を示すグラフであり、（ｂ）は実施例のチェーンソーが放射する電気ノイズの測定結果を示すグラフである。 実施例２のチェーンソーの電気構成を示す回路図。

実施例の主要な特徴を列記する。
（特徴１） 実施例のチェーンソーは、電動工具の一種であり、工具であるソーチェーンをモータによって駆動する。チェーンソーは、ユーザが把持するハンドルの近傍に、可動部材であるハンドガードを備えている。ハンドガードは、本体によって揺動可能に支持されており、ハンドガードに連動してモータへの通電が中止される。なお、本実施例の技術は、チェーンソーに限られず、ハンドガードに同一又は類似の可動部材を有する他の種類の電動工具にも、同じように採用することができる。

（特徴２） チェーンソーは、着脱可能な電池パックを電源とする電動工具である。ただし、チェーンソーは、必ずしも電池パックを電源とする必要はなく、商用電源（交流電源）から電力を受けるものであってもよい。

（特徴３） チェーンソーは、ハンドガードに連動してソーチェーンを機械的に制動する制動機構を備えている。この種の制動機構は、一般的なチェーンソーにも設けられており、様々な構造のものが公知となっている。本実施例のチェーンソーには、特定の構成を有する制動機構に限定されず、公知である様々な制動機構を適宜採用することができる。

実施例１について図面を参照しながら説明する。図１は、実施例１のチェーンソー１０を示している。図１に示すように、チェーンソー１０は、本体１２と、本体１２から突出するガイドバー１４と、ガイドバー１４の周囲に巻き回されているソーチェーン１６を備えている。チェーンソー１０は、工具であるソーチェーン１６を後述するモータ４８（図２参照）によって駆動する電動工具の一種である。チェーンソー１０の本体１２には、電源となる電池パック４０が着脱可能に取り付けられている。ソーチェーン１６には、木材を切削可能な刃先が、その長手方向に沿って繰り返し設けられている。

チェーンソー１０の本体１２は、メイングリップ１８と、フロントハンドル２４を備えている。ユーザは、メイングリップ１８を右手で把持し、フロントハンドル２４を左手で把持して、チェーンソー１０を保持することができる。このとき、ガイドバー１４及びソーチェーン１６は、本体１２からユーザの前方に向けて突出する。また、メイングリップ１８は、ユーザの前後方向に伸びる向きとなり、フロントハンドル２４はユーザの左右方向に伸びる向きとなる。

メイングリップ１８には、トリガ２０とロックオフボタン２２が設けられている。トリガ２０は、チェーンソー１０を駆動するためのスイッチであり、ユーザがトリガ２０を引くとソーチェーン１６が回転し、ユーザがトリガ２０を戻すとソーチェーン１６が停止する。ロックオフボタン２２は、トリガ２０の誤操作を防止するためのスイッチである。通常、トリガ２０は操作不能にロックされている。そして、トリガ２０のロックは、ロックオフボタン２２を押すと解除される。即ち、ロックオフボタン２２が押されている間のみ、トリガ２０を引くことができるように構成されている。それにより、ユーザがトリガ２０に不意に触れても、ソーチェーン１６が意図せず動作することが防止されている。

チェーンソー１０の本体１２は、ハンドガード２６を備えている。ハンドガード２６は、フロントハンドル２４の近傍に配置されており、ユーザがチェーンソー１０を保持したときに、フロントハンドル２４を握るユーザの手の前方に位置する。ハンドガード２６は、本体１２によって支持されたシャフト部２８を有しており、本体１２に対して揺動可能となっている。フロントハンドル２４を握るユーザの手に対して、チェーンソー１０が回転するように姿勢を変化させると、ハンドガード２６は、フロントハンドル２４を握るユーザの手に接触し、本体１２に対して前方（即ち、ガイドバー１４側）に傾動する。このハンドガード２６の動作は、後述する検出スイッチ４６によって検出される。

図２は、本体１２の内部構造を示す断面図である。図２に示すように、本体１２の内部には、メインスイッチ４４、検出スイッチ４６、モータ４８、回路ユニット５０が設けられている。メインスイッチ４４と検出スイッチ４６とモータ４８は、回路ユニット５０へ電気的に接続されている。なお、回路ユニット５０には、電池パック４０も電気的に接続されている。メインスイッチ４４は、トリガ２０の背部に設けられており、トリガ２０に加えられた操作に応じてオンオフする。検出スイッチ４６は、ハンドガード２６の近傍に設けられており、ハンドガード２６の位置（角度）に応じてオンオフする。モータ４８は、図示されない減速機構、遠心クラッチ、スプロケットを介して、ソーチェーン１６に接続されている。モータ４８は、電池パック４０から供給される電力により、ソーチェーン１６を駆動する。

検出スイッチ４６について説明を加える。図２に示すように、ハンドガード２６のシャフト部２８には、扇状の揺動部３０が設けられている。揺動部３０の外周縁には、検出スイッチ４６に対向する当接面３０ａが設けられている。一方、検出スイッチ４６は可動子４６ａを有しており、その可動子４６ａは揺動部３０の当接面３０ａに当接している。当接面３０ａは、シャフト部２８を中心とする周方向に対して傾斜している。それにより、ハンドガード２６がシャフト部２８を中心に揺動すると、検出スイッチ４６の可動子４６ａが移動する。図２は、ハンドガード２６が通常位置にある状態を示し、検出スイッチ４６がオフの状態を示している。ハンドガード２６が図２において右側へ揺動すると、検出スイッチ４６の可動子４６ａは図２において下方へ移動する。その結果、検出スイッチ４６はオンされる。このように、検出スイッチ４６は、ハンドガード２６の動作を検出する検出器である。

本実施例では、検出スイッチ４６に、有接点式のスイッチ回路が採用されている。しかしながら、検出スイッチ４６には、有接点式のスイッチ回路に限られず、他の種類のスイッチ回路やセンサ回路を採用することもできる。検出スイッチ４６は、ハンドガード２６の動作を検出できる回路や素子であればよく、例えば電磁誘導式のスイッチ又はセンサや、光電式のスイッチ又はセンサであってもよい。対象物の存否や距離に応じて出力信号を変化させる各種のスイッチ又はセンサを採用することができる。また、ハンドガード２６に対して一体に形成した揺動部３０についても、ハンドガード２６の動作を検出するための構造の一例であり、ハンドガード２６は本実施例で採用した構造に限定されるものではない。

ここで、図２では図示されないが、本体１２の内部には、ハンドガード２６の動作に連動してソーチェーン１６を機械的に制動する制動機構が設けられている。この種の制動機構は、一般的なチェーンソーにも設けられているものであり、様々な構造のものが公知となっている。本実施例のチェーンソー１０には、特定の構成を有する制動機構に限定されず、公知である様々な制動機構を適宜採用することができる。本明細書では、冗長になることを避けるため、制動機構についての詳細な説明は省略する。

図３は、チェーンソー１０の電気的な構造を示す回路図である。図３に示すように、モータ４８は、モータ通電回路４２によって、電池パック４０へ電気的に接続される。モータ通電回路４２上には、メインスイッチ４４が設けられており、メインスイッチ４４のオンオフに応じて、電池パック４０からの電力がモータ４８へ供給される。モータ通電回路４２の大部分は、回路ユニット５０内に設けられており、電池パック４０、メインスイッチ４４、モータ４８のそれぞれに接続する一部の部分のみが、モータ通電回路４２から引き出された電力用のリード線によって構成されている。一方、検出スイッチ４６は、信号用のリード線４７によって、回路ユニット５０に接続されている。検出スイッチ４６を接続するリード線４７は、小電流を通電できれば足りることから、モータ通電回路４２を構成する電力用のリード線に比して、細い導電線が使用されている。

図３に示すように、回路ユニット５０は、回路電源部５２と、制御部５４と、第１ゲート回路５６と、第２ゲート回路５８と、第１スイッチング素子６０と、第２スイッチング素子６２を備えている。また、回路ユニット５０内には、先に説明したモータ通電回路４２に加え、第２スイッチング素子６２を介してモータ４８の両端子を短絡するモータ短絡回路６４が設けられている。換言すれば、第２スイッチング素子６２は、モータ４８の両端子を短絡するモータ短絡回路６４上に設けられている。一方、第１スイッチング素子６０は、モータ通電回路４２上に設けられている。モータ通電回路４２では、電池パック４０とメインスイッチ４４とモータ４８と第１スイッチング素子６０が、直列に接続されている。

第１スイッチング素子６０は、半導体スイッチング素子であり、詳しくは電界効果トランジスタである。第１スイッチング素子６０は、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極を有し、ゲート電極に電圧が印加されることによって、ソース電極とドレイン電極の間を導通する。即ち、第１スイッチング素子６０は、ゲート電極に正電圧が印加されている間、モータ通電回路４２を導通する。第１スイッチング素子６０のゲート電極は、第１ゲート回路５６を介して、制御部５４に接続されている。

第２スイッチング素子６２もまた、半導体スイッチング素子であり、詳しくは電界効果トランジスタである。先に説明したように、第２スイッチング素子６２は、モータ短絡回路６４に設けられている。従って、第２スイッチング素子６２は、ゲート電極に正電圧が印加された時に、モータ短絡回路６４を導通して、モータ４８の両端子を短絡させる。モータ４８の両端子を短絡させることで、回転しているモータ４８に短絡制動（発電制動とも称される）をかけることができる。

ここで、第１スイッチング素子６０及び第２スイッチング素子６２には、電界効果トランジスタに限られず、他の種類のスイッチング素子を採用することもできる。この場合、半導体スイッチング素子に限定されず、有接点式の開閉器を採用することもできる。

回路電源部５２は、電池パック４０に接続されており、回路ユニット５０内の各回路や検出スイッチ４６で利用される正電源電圧（Ｖｃｃ）を生成する。制御部５４は、マイクロコンピュータを有する演算回路であり、回路電源部５２からの正電源電圧によって作動する。制御部５４には、検出スイッチ４６が接続されており、検出スイッチ４６による出力信号が入力される。制御部５４は、検出スイッチ４６が出力する検出信号に基づいて、第１スイッチング素子６０及び第２スイッチング素子６２のそれぞれに、オン信号又はオフ信号を出力する。それにより、第１スイッチング素子６０及び第２スイッチング素子６２のそれぞれは、検出スイッチ４６が出力する検出信号に応じてオンオフされる。

制御部５４の動作について説明を加える。図３に示すように、検出スイッチ４６がオフの場合（即ち、ハンドガード２６が通常位置にある場合）、制御部５４には正電源電圧（Ｖｃｃ）が入力され、検出スイッチ４６がオンとなると（即ち、ハンドガード２６が通常位置から傾動すると）、制御部５４に基準電圧（０ボルト）が入力される。従って、メインスイッチ４４がオンとなり、かつ、ハンドガード２６が通常位置にある場合は、検出スイッチ４６の出力信号が正電源電圧に等しくなる。この場合、制御部５４は第１ゲート回路５６へオン信号を出力するとともに、第２ゲート回路５８へオフ信号を出力する。その結果、第１スイッチング素子６０はターンオンされ、モータ４８がモータ通電回路４２を介して電池パック４０に接続される。一方、第２スイッチング素子６２はターンオフされるので、モータ短絡回路６４は電気的に切断される。この状態では、電池パック４０からモータ４８へ電力が供給され、モータ４８によってソーチェーン１６が駆動される。

ハンドガード２６が通常位置から傾動し、検出スイッチ４６がオンになると、検出スイッチ４６の出力信号は基準電圧に等しくなる。この場合、制御部５４は第１ゲート回路５６へオフ信号を出力するとともに、第２ゲート回路５８へオン信号を出力する。その結果、第１スイッチング素子６０はターンオフされ、モータ通電回路４２が電気的に切断される。即ち、モータ４８への電力供給が中止される。一方、第２スイッチング素子６２はターンオンされるので、モータ短絡回路６４が電気的に導通する。それにより、モータ４８に短絡制動がかかり、モータ４８は短時間で停止する。ここで、モータ短絡回路６４に抵抗素子などの負荷を設けておくと、モータ４８を停止させるまでの時間を適宜調整することが可能となる。なお、ハンドガード２６が動作することによって、前記した制動機構によるソーチェーン１６の機械的な制動も同時に行なわれている。

以上のように、本実施例のチェーンソー１０は、例えばキックバックが発生した時に、モータ４８への通電を直ちに中止することができる。それにより、ソーチェーン１６を停止させ、かつ、モータ４８の焼損を防止することもできる。さらに、モータ４８への通電を中止すると同時に、モータ４８に短絡制動をかけることもでき、ソーチェーン１６をより短時間で停止させることができる。

本実施例のチェーンソー１０では、ハンドガード２６の動作を検出スイッチ４６によって検出し、モータ通電回路４２の切断は第１スイッチング素子６０によって行う。検出スイッチ４６は、ハンドガード２６の動作を検出するだけであり、モータ通電回路４２の切断は行わない。従って、モータ４８への電流を検出スイッチ４６に通電させる必要がなく、モータ通電回路４２を検出スイッチ４６まで引き回す必要もない。先に説明したように、検出スイッチ４６と回路ユニット５０との間は、信号用の細いリード線４７で接続されており、そこに通電される電流は非常に小さい。モータ通電回路４２を検出スイッチ４６まで長く引き回し、モータ４８への電流を検出スイッチ４６へも通電する従来の方式と比較して、放射される電気ノイズを低減することができる。

図４に、本実施例の方式による電気ノイズの低減効果を示す。図４（ａ）は、従来の方式を採用したチェーンソーが放射する電気ノイズ（電磁波）の測定結果を示すグラフである。図４（ｂ）は、本実施例のチェーンソー１０が放射するノイズ（電磁波）の測定結果を示すグラフである。二つのグラフを比較して明らかなように、本実施例のチェーンソー１０の方が、測定された電気ノイズの強度が小さくなっている。特に、８０ＭＨｚから１８０ＭＨｚの周波数帯域では、従来の方式に比して電気ノイズが顕著に低減されたことが確認できる。本実施例のチェーンソー１０では、ほぼ全ての周波数帯域において、測定された電気ノイズが規格限度値を下回っている。従って、僅かなノイズ対策を行えば足りる。ノイズ対策の部品を削減することができ、チェーンソー１０をコンパクトに設計することができる。

本実施例のチェーンソー１０では、モータ４８への電流を検出スイッチ４６に通電させる必要がないので、検出スイッチ４６に小型のスイッチやセンサを採用することができる。小型のスイッチやセンサであれば、ハンドガード２６の近傍において、検出スイッチ４６を自由に配置することができる。検出スイッチ４６を配置するために、本体１２を大型に設計する必要はない。検出スイッチ４６が小型であれば、本体１２内のデッドスペースに配置することもできる。さらに、検出スイッチ４６と回路ユニット５０との間は、信号用の細いリード線４７で接続することができ、本体１２のさらなる小型化を図ることもできる。

実施例２のチェーンソー１０について説明する。実施例２のチェーンソー１０は、実施例１のチェーンソー１０において、回路ユニット５０の構造を変更したものである。その他の点については実施例１のチェーンソー１０と同じであり、例えば機械的な構造については図１、図２に示す通りである。以下では、実施例１との相違点のみを説明する。

図５に示すように、実施例２の回路ユニット５０では、実施例１のものと比較して、第２ゲート回路５８、第２スイッチング素子６２、モータ短絡回路６４が取り除かれている。即ち、モータ４８を短絡制動するための構成を有していない。そのことから、実施例２のチェーンソー１０では、ハンドガード２６の動作に伴って、モータ４８への通電を停止することはできるが、モータ４８を短絡制動することはできないように構成されている。

本実施例のチェーンソー１０ように、モータ４８を必ずしも短絡制動する必要はない。モータ４８への通電を中止することで、モータ４８の焼損を防止することができる。また、制動装置や遠心クラッチにより、モータ４８を短絡制動しなくとも、ソーチェーン１６を短時間で停止させることもできる。ただし、換言すれば、実施例１のようにモータ４８の短絡制動を併用すれば、制動装置や遠心クラッチを設けることなく、ソーチェーン１６を比較的に短時間で停止させることも可能である。即ち、実施例１のチェーンソー１０では、制動装置や遠心クラッチを必ずしも設ける必要はない。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、検出スイッチ４６と回路ユニット５０との間は、リード線（導電線）に代えて、光ファイバで接続してもよいし、リンク等によって機械的に接続してもよい。これらの手法によれば、電気ノイズをさらに低減することができる。さらに、モータ４８への電流を検出スイッチ４６に通電する必要がないので、検出スイッチ４６と回路ユニット５０との間をリード線（導電線）によって接続する必要はない。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：チェーンソー
１２：本体
１４：ガイドバー
１６：ソーチェーン
１８：メイングリップ
２４：フロントハンドル
２６：ハンドガード
４０：電池パック
４２：モータ通電回路
４４：メインスイッチ
４６：検出スイッチ
４７：リード線
４８：モータ
５０：回路ユニット
５４：制御部
６０：第１スイッチング素子
６２：第２スイッチング素子
６４：モータ短絡回路

Claims (5)

1. ハンドガードを有するチェーンソーであって、
   ソーチェーンを駆動するモータを収容する本体と、
   モータに電力を供給するモータ通電回路と、
   本体に揺動可能に支持されたハンドガードと、
   ハンドガードの動作を検出する検出器と、
   モータ通電回路上に介挿されており、検出器が出力する検出信号に基づいて開放される第１スイッチと、
   を備えるチェーンソー。
2. 検出器が出力する検出信号に基づいて、前記第１スイッチを開放させる制御回路をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のチェーンソー。
3. 前記第１スイッチは、半導体スイッチング素子であることを特徴とする請求項１又は２に記載のチェーンソー。
4. 前記第１スイッチは、電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のチェーンソー。
5. モータを短絡させることによって制動するモータ短絡回路と、
   モータ短絡回路上に介挿されており、検出器が出力する検出信号に基づいて閉鎖される第２スイッチと、
   をさらに備える請求項１から４のいずれか一項に記載のチェーンソー。

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