JP6282546B2 - 電動工具 - Google Patents

Description

本発明は、着脱可能なバッテリからの電力でモータを駆動させる電動工具に関する。

これに関連する電動工具が特許文献１に記載されている。特許文献１の電動工具は、操作スイッチをオンし、マイコン等の制御部でＭＯＳＦＥＴのブリッジ回路（モータ駆動回路）を動作させることにより、ブラシレスモータを駆動させる。一般的に上記した電動工具では、図４に示すように、モータ駆動回路１０１と並列に電解コンデンサ１０４が設けられている。これにより、モータ駆動回路１０１のＭＯＳＦＥＴがオン、オフするときに発生する高電圧を電解コンデンサ１０４で吸収し、回路保護を図っている。

特許第２７７１８７２号公報

しかし、モータ駆動回路１０１と並列に電解コンデンサ１０４を設ける方式では、操作スイッチ１０３をオンしたタイミングで電解コンデンサ１０４に瞬間的に電流が流れ込むようになる。このため、電解コンデンサ１０４に電荷が溜るまでの間、操作スイッチ１０３に大きな電流が流れ、操作スイッチの接点に加わる負荷が大きくなる。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、電動工具の起動時にスイッチに大電流が流れないようにすることである。

上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。請求項１の発明は、着脱可能なバッテリからの電力でモータを駆動させる電動工具であって、前記バッテリからモータへの電流経路に設けられた操作スイッチと、前記操作スイッチに対して直列に接続され、スイッチング素子を備えるモータ駆動回路と、前記モータ駆動回路と並列に接続されたコンデンサと、前記操作スイッチと並列に接続された抵抗体と、前記操作スイッチのオン状態、あるいはオフ状態を検出して前記モータ駆動回路を制御可能なマイコンと、前記マイコンに電力を供給する電源装置とを有しており、前記電源装置は、前記操作スイッチの一次側の前記電流経路に接続されて、前記バッテリから電力を供給される構成である。

本発明によると、操作スイッチには並列に抵抗体が接続されている。このため、電動工具にバッテリが接続されると、操作スイッチがオフ状態であってもバッテリから抵抗体を通ってコンデンサに電流が流れるようになる。これにより、コンデンサには電荷が溜められる。したがって、操作スイッチをオンしても瞬間的にコンデンサに大電流が流れ込むことがなくなる。したがって、電動工具の起動時に操作スイッチに大電流が流れないようになる。なお、モータ駆動回路のスイッチング素子がオン、オフすることにより生じる高電圧はバッテリの電圧よりは十分大きいため、前記コンデンサによって良好に吸収される。

請求項２の発明によると、操作スイッチは、直列に接続された複数の接点を備えており、電源線を介して前記バッテリに接続される一次側端子と、前記モータ駆動回路に接続される二次側端子とを備えている。

請求項３の発明によると、操作スイッチの直列に接続された接点と接点との接続点であって、前記操作スイッチの一次側端子と二次側端子とを除く部位の電圧に基づいて、操作スイッチのオン状態、あるいはオフ状態を検出する。このため、操作スイッチと並列に抵抗体が接続されることで、操作スイッチの一次側端子と二次側端子とにバッテリの電圧が加わっていても、接点と接点との接続点における電圧は操作スイッチのオン、オフに応じて変化するようになる。このため、確実に操作スイッチのオン、オフを検出できるようになる。

請求項４の発明によると、抵抗体の両端子は、操作スイッチの一次側端子と二次側端子とに接続されている。このため、低コストで抵抗体を取付けられる。

本発明によると、電動工具の起動時にスイッチに大電流が流れないようになる。

本発明の実施形態１に係る電動工具（グラインダー）の全体斜視図である。 前記電動工具の電気回路図におけるバッテリ挿入時の電流の流れを表す図面である。 前記電動工具の電気回路図における操作スイッチのオン時の電流の流れを表す図面である。 従来の電動工具の電気回路図である。

［実施形態１］
以下、図１から図３に基づいて、本発明の実施形態１に係る電動工具１０の説明を行なう。本実施形態に係る電動工具１０は、木材、金属の研磨等に使用されるバッテリ式のグラインダー１０であり、円板形の研磨ディスクを回転させながら材料を研磨する工具である。ここで、図中に示す前後左右、及び上下は、グラインダー１０の前後左右、及び上下に対応している。

＜グラインダー１０の概要について＞
グラインダー１０は、図１に示すように、有天筒状のハウジング本体部１２と、そのハウジング本体部１２の後部側面から後方に突出するように設けられたグリップ部２０とを備えている。ハウジング本体部１２には、図１に示すように、下端位置に回転運動を行なう円板状のベース１３が設けられており、そのベース１３に同じく円板状の研磨ディスク１５が同軸に取付けられている。また、ハウジング本体部１２の内側には、モータ２６（図２、図３参照）の回転力を受けてベース１３を回転運動させるギヤ機構（図示省略）が収納されている。

グラインダー１０のグリップ部２０は使用者が把持する部分であり、前端位置のモータ収容部２２と、中央位置のグリップ本体部２４と、後端位置のバッテリ連結部２５とから構成されている。前記モータ収容部２２は、前記モータ２６が同軸に収容される部分であり、比較的大径に形成されている。また、モータ収容部２２の上面位置には、グリップ部２０内のメインスイッチ４１（後記する）をオン・オフ動作させるためのスイッチ操作部２２ｓが前後摺動可能な状態で設けられている。グリップ本体部２４は、モータ収容部２２と同軸に設けられており、モータ収容部２２よりも小径に形成されている。バッテリ連結部２５は、バッテリ３０が連結される部分であり、図２、図３に示すように、バッテリ３０の＋端子、及び−端子がそれぞれ接続可能に構成された＋ターミナル、及び−ターミナルが設けられている。そして、バッテリ３０をグラインダー１０のバッテリ連結部２５に対してスライド連結させることで、バッテリ３０の＋端子、及び−端子がそれぞれグラインダー１０（バッテリ連結部２５）の＋ターミナル、及び−ターミナルに接続されるようになる。ここで、バッテリ３０の電圧は、グラインダー１０のモータ２６（ブラシレスモータ）の仕様に合わせて、例えば、約20Vに設定されている。

＜グラインダー１０の電気回路について＞
グラインダー１０の電気回路は、図２、図３に示すように、メインスイッチ４１と、モータ駆動回路４３と、モータ駆動回路４３を制御するマイコン４５と、電解コンデンサ４７等とから構成されている。メインスイッチ４１は、モータ２６を起動、あるいは停止させるためのスイッチであり、直列に接続された第１接点４１ｆと第２接点４１ｂとから構成されている。そして、第１接点４１ｆと第２接点４１ｂとがスイッチ操作部２２ｓ（図１参照）の動作を受けて同時にオン、オフ動作するように構成されている。

メインスイッチ４１の一次側端子は、電源線Ｌ０１によってグラインダー１０の＋ターミナルに接続されている。また、メインスイッチ４１の二次側端子は、電源線Ｌ０２によってモータ駆動回路４３に接続されている。また、メインスイッチ４１の一次側端子と二次側端子間には、抵抗体４８が接続されている。即ち、抵抗体４８は、直列に接続されたメインスイッチ４１の第１接点４１ｆと第２接点４１ｂとに対して並列に接続されている。ここで、抵抗体４８の抵抗値は、例えば、1ｋΩに設定されている。

メインスイッチ４１の二次側端子には、上記したように、電源線Ｌ０２を介してモータ駆動回路４３に接続されている。モータ駆動回路４３は、６台のスイッチング素子、即ち、ＭＯＳＦＥＴから構成されたブリッジ回路であり、マイコン４５からの信号に基づいてモータ２６（ブラシレスモータ）を駆動できるように構成されている。モータ駆動回路４３は、電源線Ｌ０３を介してグラインダー１０の−ターミナルに接続されている。即ち、メインスイッチ４１とモータ駆動回路４３とは、グラインダー１０の＋ターミナル、−ターミナル間で直列に接続されている。即ち、前記メインスイッチ４１が本発明の操作スイッチに相当する。

マイコン４５は、モータ駆動回路４３を制御する部分であり、メインスイッチ４１のオン、オフ信号に基づいてモータ駆動回路４３を制御できるように構成されている。ここで、マイコン４５は、図２等に示すように、メインスイッチ４１の第１接点４１ｆと第２接点４１ｂとの接続点の電圧を検出することで、メインスイッチ４１のオン状態、あるいはオフ状態を検出できるように構成されている。また、グラインダー１０の電気回路は、メインスイッチ４１の一次側にマイコン４５の電源装置であるレギュレータ４９を備えている。このため、グラインダー１０に対してバッテリ３０が連結された時点で、レギュレータ４９が動作して、マイコン４５に電力が供給される。

メインスイッチ４１の二次側には、モータ駆動回路４３と並列に電解コンデンサ４７が設けられている。電解コンデンサ４７は、モータ駆動回路４３のスイッチング素子がオン、オフする際に発生する高電圧を吸収して、電気回路の保護を図るコンデンサである。ここで、電解コンデンサ４７の容量は、例えば、1000μＦに設定されている。

＜グラインダー１０の動作について＞
次に、グラインダー１０の動作について説明する。
グラインダー１０を使用する際には、先ず、バッテリ３０をグラインダー１０のバッテリ連結部２５に連結する。これにより、図２に示すように、レギュレータ４９が動作してマイコン４５に電力が供給され、マイコン４５が動作可能になる。このとき、メインスイッチ４１がオフ状態で、第１接点４１ｆと第２接点４１ｂとが共に開いているため、第１接点４１ｆと第２接点４１ｂとの接続点の電圧が0Vである。このため、マイコン４５は、メインスイッチ４１がオフ状態であると認識する。

また、メインスイッチ４１には並列に抵抗体４８が接続されているため、グラインダー１０にバッテリ３０が連結されると、メインスイッチ４１がオフ状態であっても抵抗体４８に電流が流れ、この電流により電解コンデンサ４７に電荷が溜められる。即ち、バッテリ３０がグラインダー１０に連結されたタイミングでは、約20V÷1ｋΩ＝約20mAの電流が抵抗体４８に流れる。しかし、時間経過に伴い電解コンデンサ４７に電荷が溜ることで、前記電流は徐々に減少する。そして、バッテリ３０の連結から数秒が経過すると、前記電流値は略0Aとなる。このため、図３に示すように、メインスイッチ４１をオンしても、電解コンデンサ４７に対して電流が流れなくなる。したがって、メインスイッチ４１をオンしたタイミングで、メインスイッチ４１に大電流が流れるようなことがなくなる。なお、電解コンデンサ４７に電荷が溜る過程でメインスイッチ４１をオンしても、抵抗体４８がない場合と比較して大幅にメインスイッチ４１を流れる電流を低減することができる。ここで、モータ駆動回路４３のスイッチング素子がオン、オフすることにより生じる高電圧（約30V）はバッテリ３０の電圧（20V）よりは十分大きいため、電解コンデンサ４７によって良好に吸収される。

＜本実施形態に係るグラインダー１０の長所について＞
本実施形態に係るグラインダー１０によると、メインスイッチ４１には並列に抵抗体４８が設けられている。このため、グラインダー１０にバッテリ３０が接続されると、メインスイッチ４１がオフ状態であってもバッテリ３０から抵抗体４８を通って電解コンデンサ４７に電流が流れるようになる。これにより、電解コンデンサ４７には電荷が溜められる。したがって、メインスイッチ４１をオンしても瞬間的に電解コンデンサ４７に電流が流れ込むことがなくなる。したがって、グラインダー１０の起動時にメインスイッチ４１に大電流が流れなくなる。

また、マイコン４５は、メインスイッチ４１の直列に接続された第１接点４１ｆと第２接点４１ｂとの接続点における電圧に基づいて、メインスイッチ４１のオン状態、あるいはオフ状態を検出する。このため、正確にメインスイッチ４１のオン、オフを検出できるようになる。さらに、抵抗体４８の両端子は、メインスイッチ４１の一次側端子、二次側端子に接続されている。このため、低コストで抵抗体４８を取付けられる。

＜変更例＞
ここで、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における変更が可能である。例えば、本実施形態では、ブラシレスモータ２６を６台のスイッチング素子から構成されたブリッジ回路（モータ駆動回路４３）により駆動させるグラインダー１０に本発明を適用する例を示した。しかし、ブラシ式の直流モータを一台のスイッチング素子でＰＷＭ制御する構成のグラインダーに本発明を適用することも可能である。また、本実施形態では、抵抗体４８の両端子をメインスイッチ４１の一次側端子、二次側端子に接続する例を示した。しかし、抵抗体４８をモータ駆動回路４３の基板に配置し、リード線等で基板の抵抗体４８とメインスイッチ４１とをつなぐ構成でも可能である。また、本実施形態では、電動工具としてグラインダー１０を例示したが、電動工具であれば、例えば、電動ドライバ、インパクトドライバ、その他のバッテリ式の電動工具に本発明を適用することが可能である。

１０・・・・グラインダー（電動工具）
２６・・・・モータ（ブラシレスモータ）
３０・・・・バッテリ
４１・・・・メインスイッチ（操作スイッチ）
４１ｆ・・・第１接点
４１ｂ・・・第２接点
４３・・・・モータ駆動回路
４７・・・・電解コンデンサ（コンデンサ）
４８・・・・抵抗体

Claims (4)

1. 着脱可能なバッテリからの電力でモータを駆動させる電動工具であって、
   前記バッテリからモータへの電流経路に設けられた操作スイッチと、
   前記操作スイッチに対して直列に接続され、スイッチング素子を備えるモータ駆動回路と、
   前記モータ駆動回路と並列に接続されたコンデンサと、
   前記操作スイッチと並列に接続された抵抗体と、
   前記操作スイッチのオン状態、あるいはオフ状態を検出して前記モータ駆動回路を制御可能なマイコンと、
   前記マイコンに電力を供給する電源装置とを有しており、
   前記電源装置は、前記操作スイッチの一次側の前記電流経路に接続されて、前記バッテリから電力を供給される構成である電動工具。
2. 請求項１に記載された電動工具であって、
   前記操作スイッチは、直列に接続された複数の接点を備えており、電源線を介して前記バッテリに接続される一次側端子と、前記モータ駆動回路に接続される二次側端子とを備えている電動工具。
3. 請求項２に記載された電動工具であって、
   前記操作スイッチの直列に接続された接点と接点との接続点であって、前記操作スイッチの一次側端子と二次側端子とを除く部位の電圧に基づいて、操作スイッチのオン状態、あるいはオフ状態を検出する電動工具。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載された電動工具であって、
   前記抵抗体の両端子は、操作スイッチの一次側端子と二次側端子とに接続されている電動工具。

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