WO2018180083A1 - 回転工具 - Google Patents

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WO2018180083A1
WO2018180083A1 PCT/JP2018/006761 JP2018006761W WO2018180083A1 WO 2018180083 A1 WO2018180083 A1 WO 2018180083A1 JP 2018006761 W JP2018006761 W JP 2018006761W WO 2018180083 A1 WO2018180083 A1 WO 2018180083A1
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WO
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motor
spindle
speed
rotation
rotary tool
Prior art date
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PCT/JP2018/006761
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English (en)
French (fr)
Inventor
裕紀 坂井
拓家 吉成
弘識 益子
Original Assignee
工機ホールディングス株式会社
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Publication date
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Priority to US16/499,319 priority patent/US11745301B2/en
Priority to EP18776746.2A priority patent/EP3603895B1/en
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    • B24B23/00—Portable grinding machines, e.g. hand-guided; Accessories therefor
    • B24B23/02—Portable grinding machines, e.g. hand-guided; Accessories therefor with rotating grinding tools; Accessories therefor
    • B24B23/022—Spindle-locking devices, e.g. for mounting or removing the tool
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B47/00—Drives or gearings; Equipment therefor
    • B24B47/10—Drives or gearings; Equipment therefor for rotating or reciprocating working-spindles carrying grinding wheels or workpieces
    • B24B47/12—Drives or gearings; Equipment therefor for rotating or reciprocating working-spindles carrying grinding wheels or workpieces by mechanical gearing or electric power
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P1/00—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/02—Details of starting control
    • H02P1/04—Means for controlling progress of starting sequence in dependence upon time or upon current, speed, or other motor parameter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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    • H02P6/24—Arrangements for stopping
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25F—COMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B25F5/00—Details or components of portable power-driven tools not particularly related to the operations performed and not otherwise provided for
    • B25F5/008—Cooling means

Definitions

  • the present invention is a rotary tool that rotates a tip tool, and suppresses loosening of a fixture that fixes the tip tool.
  • Patent Document 1 discloses a grinder using a brushless DC motor as a drive source. This grinder is equipped with an inverter circuit for supplying a rotating magnetic field (three-phase alternating current) to the motor coil, detects the rotational position of the rotor using a magnetic sensor, and is supplied to the motor coil by the controller. To control. The rotational force of the motor is transmitted to the spindle via two bevel gears. A tip tool such as a rotating grindstone is attached to the spindle.
  • a rotating magnetic field three-phase alternating current
  • the tip tool is fixed to the spindle by forming a male screw on the spindle side, passing the spindle through the through hole of the tip tool, and then screwing a fixture having a female screw into the spindle. Since the rotating spindle receives a large load torque via the rotating tip tool, it receives a force that rotates the tip tool in a direction opposite to the rotational torque of the spindle. Therefore, the direction of the thread of the spindle and the thread of the fixing tool is determined so that the fixing tool is tightened by rotating the grindstone in the direction opposite to the rotation direction of the spindle so that the fixing tool does not loosen during the work of the tip tool.
  • Patent Document 2 In recent years, in rotating tools that rotate the tip tool in one direction, such as a grinder or a circular saw, the brake is applied when the motor is turned off as in Patent Document 2, so that the tip tool stops quickly.
  • the technology to do is realized.
  • Patent Document 2 when the switch selects to turn off the motor, a braking force due to friction is applied to the motor.
  • a brake mechanism is provided coaxially with the rotating shaft of the motor.
  • Patent Document 3 proposes to apply an electric brake by short-circuiting a coil of a brushless motor.
  • the tip tool By applying a brake mechanism that automatically operates when the motor is turned off in the rotary tool, the tip tool can be quickly stopped. However, when a strong brake is applied, the tip tool continues to rotate with inertia against the spindle to be decelerated, so that a force for rotating these tools works relatively, and the fixture having a thread Loosening torque in the direction of loosening is generated. On the other hand, at the time of starting the motor, in order to accelerate the spindle with respect to the stationary tip tool, a tightening torque is generated in the direction of tightening the fixing tool having the thread.
  • the present invention has been made in view of the above background, and the purpose thereof is a rotary tool capable of suppressing loosening of a fixture that fixes a tip tool when the tip tool is stopped by turning off a switch. Is to provide. It is another object of the present invention to provide a rotary tool that optimally controls whether or not a brake that stops a tip tool when a switch is turned off to suppress loosening of a fixture. . It is another object of the present invention to provide a rotary tool that reliably applies a tightening torque such that a fixing tool fixing a tip tool is tightened immediately after a switch is turned on.
  • a rotary tool that attaches a tip tool rotated by a fixture to a spindle and rotates the spindle and the tip tool by a motor
  • the switch capable of switching rotation or stop of the motor
  • It has a control device that controls the rotation of the motor in accordance with the operation of the switch.
  • the “required rotation progress” state is a state where a predetermined time has elapsed since the motor was started to accelerate after the switch was turned on, or a state where the motor rotation speed reached the predetermined rotation speed after the switch was turned on. It is.
  • the spindle is provided with a threaded portion, and is provided with a fastening tool having a threaded part corresponding to the spindle-side threaded part, the fastening tool facing away from the rotational direction during operation of the spindle.
  • the tip tool is tightened and fixed to the spindle by rotating the tool.
  • a male screw may be formed at the tip of the spindle, and the tip tool may be a nut having a through hole through which the spindle passes and a female screw formed on the inner peripheral side of the through hole.
  • a plurality of coils are wound around the stator of the motor, and the control device performs electrical braking by short-circuiting the coils.
  • the motor is a three-phase brushless motor, and includes an inverter circuit that controls the motor by a plurality of switching elements, and the control device controls the inverter circuit to perform a short circuit between the coils.
  • the control device can adjust the strength of braking by changing the number of short-circuit phases of the motor and / or the short-circuit time by the switching element.
  • the present invention when stopping the tip tool by turning off the rotary tool, it is determined whether to apply the brake, to stop application, or to limit application depending on the tightening amount at the time of activation. Therefore, it is possible to effectively suppress the phenomenon that the fixing tool for fixing the tip tool to the spindle is loosened.
  • FIG. 3 is a developed perspective view showing a structure for attaching a grindstone 40 to the spindle 30 of FIG. 2. It is a block diagram which shows the circuit structure of the drive control system of the motor 5 of FIG.
  • FIG. 3 is an arrow view of a case 50 viewed from the direction of arrow A in FIG. 2. It is a figure which shows the transition example of the rotational speed from the starting of the spindle 30 to a stop.
  • 3 is a circuit diagram for explaining the operation of an electric brake when braking is applied to the spindle 30.
  • FIG. 1 is a side view of a rotary tool 1 according to an embodiment of the present invention.
  • a disc grinder having a spindle that rotates around an axis B1 orthogonal to the axis A1 of the cylindrical housing, and the work device fixed to the spindle is a circular grindstone 40 is used.
  • a housing (outer frame or housing) of the rotary tool 1 houses a gear case 21 that houses a power transmission mechanism, a cylindrical motor housing 2 that houses a motor, and electrical equipment that is attached to the rear of the motor housing 2.
  • the rear cover 3 is composed of three parts.
  • the shape of the housing and the way of division are arbitrary, and the housing may be constituted by three parts divided in the front-rear direction as in this embodiment, or may be formed in other divided shapes.
  • the motor housing 2 is an integral structure of resin or metal, and has a substantially cylindrical shape having an opening on the front side.
  • a rear cover 3 is attached to the rear of the motor housing 2.
  • the rear cover 3 is configured to be divided in the left-right direction on a vertical plane passing through the central axis in the longitudinal direction (axis line A1 that is an extension line of the rotation shaft of the motor), and is fixed by screws (not shown).
  • a plurality of wind windows 3 b for taking in outside air are provided on the right and left side surfaces of the rear cover 3.
  • a power cord 19 for supplying commercial power is provided at the rear end of the rear cover 3.
  • a switch lever 11 is provided on the left side surface of the motor housing 2 to switch rotation or stop of the motor, which will be described later.
  • the switch lever 11 is slidable in the front-rear direction, and is switched off when the switch lever 11 is located on the rear side as shown in FIG. 1 and switched on when located on the front side.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the entire structure of the rotary tool 1.
  • the motor 5 is a brushless DC motor, and the rotation shaft 9 is disposed along the central axis direction (front-rear direction) of the motor housing 2.
  • the motor 5 is a so-called inner rotor type in which the rotor 6 rotates in the inner circumferential space of the stator 8.
  • a coil is formed by winding a copper wire around a core manufactured in a laminated structure in which a large number of annular thin steel plates cut out by pressing are laminated in the axial direction.
  • the coil is a star connection having three phases of U, V, and W phases, but may be a delta connection.
  • the rotor 6 is provided with a flat permanent magnet 7 having an N pole and an S pole.
  • the rotary shaft 9 includes a front-side bearing (first bearing) 14 a that is fixed near the connection portion between the gear case 21 and the motor housing 2, and a rear-side bearing (second bearing) that is fixed to the motor housing 2. 14b and is held rotatably.
  • a cooling fan 15 is provided between the bearing 14 a and the motor 5 when viewed in the axial direction of the rotary shaft 9.
  • the cooling fan 15 is a plastic centrifugal fan, for example, which is attached to the rotating shaft 9 of the motor 5, and cools the motor 5, the control circuit, etc. in the direction indicated by a plurality of black arrows inside the housing by the rotation of the motor 5.
  • the gear case 21 is formed by integrally molding a metal such as aluminum, for example, and accommodates a pair of bevel gear mechanisms (22, 23) and rotatably holds a spindle 30 serving as an output shaft.
  • the axis B1 of the spindle 30 is disposed so as to extend in a direction substantially orthogonal to the axis A1 of the rotating shaft 9 of the motor 5 (here, the vertical direction).
  • a first bevel gear 22 is provided at the front end portion of the rotating shaft 9, and the first bevel gear 22 meshes with a second bevel gear 23 attached to the upper end portion of the spindle 30.
  • the second bevel gear 23 has a large diameter and a larger number of gears than the first bevel gear 22, these power transmission means function as a speed reduction mechanism.
  • the upper end side of the spindle 30 is rotatably supported by the gear case 21 by a metal 25, and is supported by a bearing 26 by a ball bearing near the center.
  • the bearing 26 is fixed to the gear case 21 via a spindle cover 27.
  • a support body 33 is provided at the tip of the spindle 30, and a tip tool such as a grindstone 40 is mounted below the support body 33.
  • the grindstone 40 is fixed by being sandwiched between a wheel washer 35 and a washer nut 45.
  • the grindstone 40 is, for example, a flexible toy having a diameter of 100 mm, a resinoid toy, a sanding disk, or the like, and surface polishing or curved surface polishing of metal, synthetic resin, marble, concrete, or the like is possible depending on the type of abrasive used.
  • the wheel guard 39 covers the radially outer side and the upper side of the rear side of the grindstone 40.
  • the tip tool attached to the rotary tool 1 is not limited to the grindstone 40, and other tools such as a bevel wire brush, a nonwoven fabric brush, and a diamond wheel may be attached.
  • a sensor magnet 10 which is a magnetic body having different magnetic poles in the rotation direction, is attached to the rear end of the rotation shaft 9 of the motor 5.
  • the sensor magnet 10 is a thin cylindrical permanent magnet that is attached for detecting the rotational position of the rotor 6, and NSNS poles are sequentially formed at intervals of 90 degrees in the circumferential direction.
  • a substantially semicircular sensor substrate 52 arranged in a direction perpendicular to the rotation shaft 9 is provided behind the sensor magnet 10 and inside the case 50, and the sensor substrate 52 detects the position of the sensor magnet 10.
  • a rotational position detecting element 69 is provided.
  • the rotational position detection element 69 detects the rotational position of the rotor 6 by detecting a change in the magnetic field of the rotating sensor magnet 10. For example, three Hall ICs are used, and each rotational angle is set at a predetermined angle. Here, they are arranged every 60 °.
  • the rear cover 3 formed in a substantially cylindrical shape includes a control device (control circuit 70 described later) for controlling the rotation of the motor 5, an inverter circuit for driving the motor 5, and a power cord (not shown) from the outside.
  • a power supply circuit for converting the alternating current supplied to the direct current is accommodated.
  • these circuits are mounted on a circuit board 51 arranged in parallel to the longitudinal center axis of the rotary tool 1 (coaxial with the rotary shaft 9 of the motor 5).
  • the circuit board 51 is disposed inside a container-like case 50 having an opening on the lower surface, and the switching elements Q1 to Q6 are disposed downward from the board to cure the liquid resin.
  • the case 50 is hardened to a predetermined depth by the resin.
  • the bearing holder portion 2b of the motor housing 2 is formed with a plurality of columns (not shown) from the cylindrical portion holding the outer ring portion of the bearing 14b (see FIG. 2) to the outside, and is hollow at a place other than the column. Therefore, the cooling air flows from the space in which the case 50 is accommodated to the space in which the motor 5 is accommodated.
  • a switch 18 and a sensor board 52 on which the rotational position detecting element 69 is mounted are provided in the space defined by the case 50 (inside the container).
  • the switch 18 switches on / off of the motor 5, and switches between an on state and an off state depending on whether the plunger portion is pressed or released by the connecting arm 12 that moves in conjunction with the switch lever 11.
  • the sensor substrate 52 is disposed so as to be orthogonal to the rotation axis direction of the motor 5.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing a structure for attaching the grindstone 40 to the spindle 30.
  • the gear case 21 is made of metal and accommodates a power transmission mechanism that transmits the rotational force of the motor 5 to the spindle 30 serving as an output shaft.
  • Four screw holes 21a to 21d are formed in the gear case 21, and the gear case 21 is fixed to the motor housing 2 by screws (not shown).
  • the spindle 30 is formed with a small-diameter portion 31a whose upper end portion is pivotally supported by the metal 25 (see FIG. 2), and a main shaft portion 31b for fixing the bevel gear 23 is formed below the small-diameter portion 31a.
  • a bearing holding portion 31c for fixing the bearing 26 is formed in the lower portion of 31b.
  • a male screw 32 for fixing the washer nut 45 is formed at the lower end portion of the spindle 30.
  • the male screw 32 is a positive screw that is tightened by rotating the washer nut 45 in the direction of the arrow 48a and loosened by rotating in the direction of the arrow 48b.
  • a spindle cover 27 is provided near the center of the main shaft portion 31 b of the spindle 30.
  • the spindle cover 27 is a fixing member for pivotally supporting the bearing 26, and has an opening 27a formed on the lower side, and an inner peripheral side of the opening 27a is a labyrinth portion 27b.
  • the upper end side of the spindle 30 is rotatably supported on the gear case 21 by a metal 25, and is supported by a bearing 26 (see FIG. 2) using a ball bearing near the center.
  • the bearing 26 is provided with a support body 33.
  • the support body 33 has a width across flats and is connected so as not to rotate relative to the spindle 30 and rotates together with the spindle 30.
  • a labyrinth portion 33 a is formed on the upper side of the support body 33. The labyrinth portion 33 a prevents a dust or the like from entering the gear case 21 by forming a narrow space close to the labyrinth portion 27 b of the spindle cover 27.
  • a disc-shaped portion is formed near the center of the support body 33, and anti-rotation preventing protrusions 34a and 34b extending in two directions from the two outer edges in the direction parallel to the direction of the axis B1 are formed.
  • the protrusions 34 a and 34 b are fitted into holes formed in the wheel washer 35.
  • the wheel washer 35 is a metal member in which a through hole 35a for allowing the male screw 32 to pass therethrough is formed in the center, and holds one surface (convex surface) of the grindstone 40 to be mounted, and the grindstone. It has a cylindrical portion 35b located in 40 through holes 41a.
  • the grindstone 40 is formed with a projecting portion 41 whose center is offset in the axial direction, and a through-hole 41 a that penetrates the cylindrical portion 35 b is formed at the center of the projecting portion 41 to accurately position the grindstone 40 concentrically with the spindle 30. be able to.
  • a work surface 43 that can be used for grinding is formed on a radially outer portion of the grindstone 40, and a connection surface 42 formed on the slope is formed between the work surface 43 and the protruding portion 41.
  • the washer nut 45 is a fixing member for fixing the grindstone 40 to the spindle 30 by tightening the grindstone 40 in the axial direction, and a female screw 45a is formed at the center.
  • a spindle lock mechanism (not shown) that prevents the rotation of the spindle 30 is applied, and tightened using a dedicated tightening tool (not shown).
  • the rotation direction of the spindle 30 when the switch lever 11 of the rotary tool 1 is turned on is the direction of the arrow 46, and the grindstone 40 also starts to rotate in response to the activation of the motor 5.
  • the grindstone 40 that has been stopped at the time of activation is subjected to a force of relative rotation in the direction of the arrow 47a as a reaction force of the spindle 30 in the direction of the arrow 46.
  • the force of the arrow 48a in the same direction also acts on the washer nut 45 which is a fastening tool for fixing the grindstone 40.
  • the forces in the directions of the arrows 47a and 48a act only for a short time when the spindle 30 starts to accelerate.
  • the rotation direction of the arrow 48a applied to the washer nut 45 acts in the direction in which the washer nut 45 is tightened.
  • the washer nut 45 is tightened.
  • a strong braking force such as an electric brake
  • the direction of the arrow 47b is applied to the grindstone 40 by the inertial force of the grindstone 40 when the spindle 30 starts to decelerate.
  • Rotational force for relative rotation acts on the.
  • the rotational force of the arrow 47b also acts on the washer nut 45 as the rotational force of the arrow 48b. Therefore, if the electric brake is suddenly applied, the washer nut 45 is loosened and the torque is applied to the washer nut 45 instantly.
  • the washer nut 45 is sufficiently tightened with respect to the spindle 30 by reliably applying the relative torque applied to the arrows 47a and 48a at the time of starting and applying the tightening torque, so that the washer is fixed during braking.
  • the nut 45 was configured not to loosen.
  • a motor in which acceleration is not sufficiently completed at the time of starting that is, a state in which a brake is applied before sufficient tightening force in the direction of the arrow 48a is determined, and a trigger is pulled once.
  • the loosening force of the arrow 48b is prevented from becoming larger than the tightening force of the arrow 48a.
  • the AC supplied from the AC power supply 90 input by the power cord 19 is rectified by the diode bridge 60 and input to the inverter circuit 71.
  • a smoothing capacitor 61 is provided on the downstream side of the diode bridge 60. Although only one capacitor 61 is illustrated in FIG. 4, these may be a plurality of capacitors, or a capacitor may be provided on the input side of the diode bridge 60. In addition to the capacitor 61, a choke coil or the like may be added.
  • the inverter circuit 71 includes six switching elements Q1 to Q6, and the switching operation is controlled by the gate signals H1 to H6 supplied from the control circuit 70.
  • switching elements Q1 to Q6 for example, large-capacity output transistors such as FETs (field effect transistors) and IGBTs (insulated gate bipolar transistors) are used.
  • the drain terminals of the switching elements Q1 to Q3 are commonly connected to the positive electrode side of the diode bridge 60.
  • the drain terminals of switching elements Q4 to Q6 are connected to the source terminals of switching elements Q1 to Q3 and the V-phase, U-phase, and W-phase terminals of the motor, respectively.
  • the source terminals of the switching elements Q4 to Q6 are commonly connected to the negative electrode side of the diode bridge 60.
  • a sensor magnet 10 for position detection is connected to the rotation shaft 9 of the rotor, and the control circuit 70 detects the rotation position of the motor 5 by detecting the position of the sensor magnet 10 by a rotation position detection element 69 such as a Hall IC. To do.
  • a constant voltage power circuit 63 is further connected to the output side of the diode bridge 60.
  • the constant voltage power circuit 63 is a power circuit for supplying a stabilized reference voltage (low voltage) direct current to the control circuit 70.
  • the constant voltage power supply circuit 63 includes a diode 64, a smoothing electrolytic capacitor 65, an IPD circuit 66, a capacitor 67, and a regulator 68.
  • the control circuit 70 is a control means for starting, stopping, and rotating speed control of the motor 5 and includes a microcomputer (hereinafter referred to as “microcomputer”).
  • the control circuit 70 controls the rotational speed of the motor 5 on the basis of the start signal input in response to the operation of the switch 18 and the signal of the variable resistor 72 set by the speed change dial 17, and energizes the coils U, V, W. Control time and drive voltage.
  • the control circuit 70 is connected to the gates of the six switching elements Q1 to Q6 of the inverter circuit 71, and supplies drive signals H1 to H6 for turning on / off the switching elements Q1 to Q6.
  • the control circuit 70 detects the rotational position of the rotor 6 by a rotational position detecting element 69 constituted by a Hall IC, and outputs a drive signal H1 to H6 to a plurality of switching elements Q1 to Q6 to perform a switching operation.
  • the inverter circuit 71 supplies the DC voltage output from the diode bridge 60 to the motor 5 as three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) voltages Vu, Vv, Vw.
  • the magnitude of the current supplied to the motor 5 is detected by the control circuit 70 by measuring the voltage across the shunt resistor 62 for current detection connected between the diode bridge 60 and the inverter circuit 71. In this way, by sequentially supplying driving power to a predetermined coil of the motor 5 using the inverter circuit 71, a rotating magnetic field is formed to rotate the motor 5.
  • FIG. 5 is a view of the inside of the case 50 as viewed from the direction of the arrow A in FIG. 2 and shows the mounting state of the switching elements Q1 to Q6 on the circuit board 51.
  • the circuit board 51 accommodated in the case 50 has a shape substantially equivalent to the inner shape of the case 50 and is immersed in a resin 56 (see FIG. 2) cured from a liquid.
  • the circuit board 51 is mainly mounted with a rectifier circuit such as a diode bridge 60, an inverter circuit 71 including six switching elements Q1 to Q6, a microcomputer constituting the control circuit 70, and a constant voltage power supply circuit. 63 etc. (not shown).
  • a power cord 19 (not shown) (not shown) is connected to the input side of the circuit board 51 from the outside of the rotary tool 1, and commercial AC is input to the diode bridge 60.
  • a power cord 19 (not shown) is fixed by a power cord holding portion 55.
  • the output side of the circuit board 51 is terminals 84a to 84c, which are connected to the V phase, U phase, and W phase of the coil of the motor 5 by three lead wires (not shown).
  • the switching elements Q1 to Q3 and three switching elements Q4 to Q6 are arranged in the axial direction.
  • the switching elements Q1 to Q6 have three metal terminals extending from the lower side of the package, and a metal heat sink is provided on the back side of the package.
  • the switching elements Q1 to Q3 are further provided with a common metal plate 82 for heat dissipation.
  • the remaining three switching elements Q4 to Q6 are arranged in a line, and independent metal plates 83a to 83c are provided on the rear heat sink.
  • a sensor board 52 on which three rotational position detecting elements 69 (see FIG. 2) are mounted is arranged so as to be orthogonal to the circuit board 51.
  • a switch 18 is mounted.
  • a variable resistor 72 is provided on the rear side of the case 50.
  • a speed change dial 17 is provided on the rotating shaft of the variable resistor 72, and the speed change dial 17 is provided so as to be partially exposed from an opening (not shown) of the rear cover 3, and can be rotated by an operator.
  • the circuit board 51 and the variable resistor 72 are wired by lead wires 85.
  • the horizontal axis of FIG. 6 is time (unit: second), and the vertical axis is the rotational speed r (unit: rpm) of the motor 5.
  • the rotational speed 101 of the spindle 30 when the dial 1 is used the rotational speed 104 when the dial 4 is used, and the rotational speed of the dial 6 are shown as speed curves representing the relationship between time and rotational speed.
  • the rotation speed r 6 is 27000 rpm, and when the operator turns on the switch lever 11 at time 0, the motor 5 is activated and as indicated by arrows 101a, 104a, 106a. rotation of the motor 5 is accelerated, and the process proceeds to constant speed reaches the predetermined rotation speed r 6 as arrow 106b. If constant speed rotation is continued as it is, constant speed rotation is maintained as indicated by an arrow 106c indicated by a dotted line.
  • the control circuit 70 activates the electric brake by shorting the coils of each phase of the motor 5.
  • Rotational speed r 4 of the spindle 30 when the dial 4 is selected a 22000Rpm when turned on the switch lever 11 at time 0, the motor 5 is started to accelerate as arrows 101a, 104a, as it is the switch lever 11 reaches the rotation speed r 4 at time t 4, if the on state, rotated at a constant speed as shown by the dotted line indicated by arrow 104b.
  • the electric brake is applied, so that the rotation speed 104 is reduced as indicated by an arrow 104d, and time t d
  • the grindstone 40 stops.
  • the rotation speed r 1 for a target is a 9600 rpm
  • the motor 5 is started to accelerate as arrows 101a, as the switch lever 11 reaches the rotation speed r 1 at time t 1 if the on state and constant speed as shown by the arrow 101b.
  • the rotation speed of the spindle 30 is reduced by inertia without applying the electric brake, and the arrow 101d the grinding wheel 40 is stopped at time t c so.
  • the electric brake is not applied if the switch is turned off from when the motor 5 as a drive source is started until it reaches the required rotation state, that is, before the time T elapses.
  • the threshold value of whether or not the required rotational state has been reached is determined by the elapsed time after the switch lever 11 is turned on, and the electric brake is not applied until a time T equal to time 0 to t 1 elapses. Restrict not to.
  • the reason why the brake is applied until time T elapses is to prevent the washer nut 45 from loosening during braking. Therefore, it is possible to configure so that the brake is not applied at all, but the brake may be applied so that the braking force becomes sufficiently weak.
  • the full brake is not applied before the washer nut 45 is sufficiently rotated in the direction in which the washer nut 45 is tightened (the direction of the arrow 48a in FIG. 3). Therefore, the tightening amount of the washer nut 45 at the time of startup becomes larger than the loosening amount of the washer nut 45 at the time of deceleration, so that the occurrence of the loosening phenomenon of the grindstone 40 can be avoided.
  • FIG. 7 is an enlarged view of the inverter circuit 71 using the switching elements Q1 to Q6.
  • free-wheeling diodes 73a to 73f included in the switching elements Q1 to Q6 are also illustrated.
  • the control circuit 70 turns on the gate signals of the switching elements Q4 to Q6 on the lower arm side to short-circuit the sources and drains of the switching elements Q4 to Q6.
  • a short-circuit current indicated by arrows 75a to 75e flows in the V to W phases due to the back electromotive force of the motor, and braking force is generated.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the control at the time of starting the rotary tool.
  • a series of procedures shown in FIG. 8 can be executed in software by a program stored in the control circuit 70 in advance.
  • the motor 5 is activated by the operator sliding the switch lever 11 forward and turning it on.
  • the control circuit 70 detects the set value of the speed change dial 17 (see FIG. 5) and activates and accelerates the motor 5 to reach the set rotational speed (steps 201 and 202). ).
  • the control circuit 70 determines whether or not the switch lever 11 is turned off (step 203). If the switch lever 11 remains on, the microcomputer accelerates the motor and controls the constant speed operation at the set rotational speed by the microcomputer. And the process returns to step 203 to continue the same processing (step 204). Since the rotation control of the motor 5 in step 204 is the same as the motor rotation control method in the conventional grinder, detailed description thereof is omitted here.
  • the elapsed time T which is the threshold value, may be set in advance by experiment or the like during design development and recorded in the microcomputer.
  • the threshold value for determining whether to apply the electric brake is not limited to the elapsed time T, and may be a threshold value using the rotational speed r. In this case, the electric brake is not applied until the rotational speed r during acceleration reaches a predetermined threshold, and the electric brake may be applied when the predetermined rotational speed r is reached.
  • the current detected using the shunt resistor 62 so as to be applied after the startup current temporarily increased at the time of startup is reduced to a predetermined value as a threshold for determining whether to apply the electric brake. You may comprise so that it may detect using the measured value of.
  • the elapsed time T is used to determine the “required rotation progress” state of whether or not the electric brake is applied, and the time is set to 1 second.
  • the “required rotation progress” state in which it is determined whether to avoid the application of the electric brake is determined in accordance with the characteristics of the motor, the speed reduction mechanism, the rotation mechanism, etc. used, and the type of grindstone. It ’s fine.
  • the rotational speed may be once increased to the threshold rotational speed r 6 and then decelerated to the set speed.
  • the switch lever 11 when the switch lever 11 is turned off before the required rotation elapses, the grindstone 40 is stopped by inertia without applying the electric brake. However, the switch lever 11 is turned off before the required rotation elapses. In such a case, it is possible to weaken the loosening force applied to the washer nut 45 by applying the electric brake with a braking force weaker than the electric brake applied after the required rotation.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a difference in acceleration of the spindle 30 due to a difference in the grindstone 40.
  • the grindstone 40 attached to the spindle 30 is the lightest and has the smallest inertia, it rises with a large acceleration as indicated by the arrow 121a and is changed by the speed change dial 17 (see FIG. 5) as indicated by the arrow 121b.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining acceleration control according to the second embodiment, and shows an acceleration curve and a deceleration curve for each set speed by the speed change dial 17.
  • soft start control is performed to accelerate by gradually increasing the duty (ratio) of PWM control.
  • the acceleration when the setting value of the speed change dial 17 is 1 to 3 is set to be higher than the conventional acceleration.
  • acceleration is performed by a conventional acceleration curve as indicated by arrows 134a, 135a, and 136a, and a set speed such as arrows 134b, 135b, and 136b is reached.
  • the dials 1 to 3 are also accelerated at the same inclination as the acceleration curves indicated by the arrows 134a, 135a, and 136a.
  • the dials 1 to 3 are also accelerated at the same inclination as the acceleration curves indicated by the arrows 134a, 135a, and 136a.
  • the dials 1 to 3 are selected, The tightening force applied to the washer nut 45 during acceleration was increased.
  • the rotational speed 131 is once increased to the set rotational speed of the dial 2 as indicated by the arrow 137a and then decelerated as indicated by the arrow 137b.
  • a constant speed state as indicated by an arrow 131b is reached. More specifically, the gradual deceleration from t 1, then suddenly decelerated, shortly before reaching the rotational speed of the arrow 131b is (like drawing a cubic curve) as gently decelerated again perform control.
  • the flowchart of FIG. 12 is executed during the period from when the motor 5 is stopped to when the motor 5 accelerates to shift to constant speed control.
  • the switch lever 11 is turned on. If the switch lever 11 remains off, the process waits as it is (step 211).
  • the control circuit 70 determines whether or not the setting value of the speed change dial 17 is 4 or more (step 212), and the setting value of the speed change dial 17 is less than 4, that is, 1 to 3.
  • step 215 it is determined whether or not the setting value of the speed change dial 17 is 2 or more (step 215). And settling at a constant speed (step 217).
  • the acceleration at this time follows the acceleration set in step 213 or 214. If the set value of the speed change dial 17 is less than 2 in step 215, 12000 rpm is set as the target rotational speed, and the spindle 30 is accelerated at the acceleration set in step 213 until the target rotational speed is reached (step 215). 216).
  • the control circuit 70 determines whether or not the number of rotations of the spindle 30 has been detected for a predetermined time, for example, 10 ms, at 12000 rpm (step 218).
  • step 220 If it is detected, it is rotated at a constant speed at the rotational speed set by the transmission dial 17 (step 220).
  • the rotational speed of the spindle 30 is 9600 rpm, so the speed is reduced from 12000 rpm to 9600 rpm. If 12000 rpm or more is not detected for 10 ms or more in step 218, it is determined whether 1.2 seconds or more have elapsed since startup, and if not, the process returns to step 218 (step 219). If 1.2 seconds or more have elapsed in step 219, the sufficient acceleration time has elapsed, so that the washer nut 45 is sufficiently tightened at the time of startup, and the process proceeds to step 220.
  • Step 219 is a step for setting the target rotational speed with the setting of the speed change dial 17 even when a load is applied to the grindstone 40 immediately after Step 211 and the rotational speed of the spindle 30 does not reach 12000 rpm. .
  • the control circuit 70 performs constant speed rotation control at the target rotation speed set by the speed change dial 17, and rotates the motor until the switch lever 11 is turned off (step 221).
  • the procedure after the switch lever 11 is turned off in step 221 is as shown in the flowchart of FIG.
  • the dial value when the dial value is 4 or more, it starts with the same soft start as before, and gives the tightening force to the washer nut 45 like the conventional rotary tool. To do. Then, control is performed so that the brake is not applied when the switch is turned off before the time T2 when the required rotation state is reached.
  • the dial value when the dial value is 3 or less, at the time of start-up, the washer nut 45 is sufficiently tightened by rotating at a high speed (for example, Duty 50%) and applying a large amount of torque in the tightening direction. %).
  • a high speed for example, Duty 50%
  • the switch lever 11 before the threshold value serving as a time t 6 does not impart electric brake as arrows 137d Once turned off Decelerated by inertia. If you turn off the switch lever 11 later than the threshold value serving as a time t 6, to stop the immediate rotation of the tip tool by applying the electric brake as indicated by an arrow 131c.
  • the threshold value for determining the “required rotation progress” state is not limited to using the elapsed time T2, but may be detected using the actual rotation speed.
  • the rotating tool 1 is not limited to the grinder and is rotated by a power source.
  • Other rotary tools may be used as long as the rotary tool has a rotary shaft that can be fixed to the rotary shaft using a fastener such as a washer nut.
  • the power source of the present invention is not limited to an electric motor, and may be an arbitrary power source.
  • the brake means of the present invention is not limited to an electric brake that short-circuits the motor coil, but may be a mechanical brake or other brake means.
  • Labyrinth part, 30 ... Spindle, 31a ... Small diameter part 31b ... main shaft part, 31c ... bearing holding part, 32 ... male screw, 33 ... support body, 33a ... labyrinth part, 34a, 34b ... projection part, 35 ... wheel Sha, 35a ... through hole, 35b ... cylindrical portion, 39 ... wheel guard, 40 ... grinding stone, 41 ... projection, 41a ... through hole, 42 ... connection surface, 43 ... work surface, 45 ... washer nut, 45a ... internal thread 50 ... Case, 51 ... Circuit board, 52 ... Sensor board, 55 ... Power cord holder, 56 ... Resin, 60 ... Diode bridge, 61 ... Capacitor, 62 ...
  • Shunt resistor 63 ... Constant voltage power circuit, 64 ... Diode , 65 ... Electrolytic capacitor, 66 ... IPD circuit, 67 ... Capacitor, 68 ... Regulator, 69 ... Rotation position detecting element, 70 ... Control circuit, 71 ... Inverter circuit, 72 ... Variable resistance, 73a-73f ... Freewheeling diode, 75a- 75e ... Brake current, 82, 83a to 83c ... Metal plate, 84a to 84c ... Terminal, 85 ... Lead wire, 90 ... AC power supply, 111 114,116,121 ... rotational speed, 131-136 ... rotational speed, Q1 ⁇ Q6 ... switching device, A1 ... (motor) axis, B1 ... (spindle) axis

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Abstract

回転工具において、スイッチがオフされて先端工具を停止させる際に、先端工具を固定している固定具が緩むことを抑制する。固定具によって回転する先端工具をスピンドルに装着し、モータによってスピンドル及び先端工具を回転させる回転工具であって、モータの回転又は停止を切替え可能なスイッチと、スイッチの操作に応じてモータの回転を制御する制御装置を有し、制御装置は、モータが起動してから所要時間Ｔの経過後にスイッチがオフにされたらスピンドルを通常の制動をすることにより回転工具を停止させ（１０４ｄ、１０６ｄ）、モータが起動してから所要時間Ｔが経過する前にスイッチがオフにされたら制動力を適用せずに惰性にて先端工具を停止させる（１０１ｄ）。

Description

回転工具
本発明は先端工具を回転させる回転工具であって、先端工具を固定している固定具が緩むことを抑制するものである。
電気モータを用いて先端工具を回転させる回転工具が知られている。特許文献１ではブラシレスＤＣモータを駆動源としたグラインダが開示されている。このグラインダは、モータのコイルに回転磁界（三相交流）を供給するためのインバータ回路を搭載し、磁気センサを用いてロータの回転位置を検出し、コントローラによってモータのコイルに供給される駆動電流を制御する。モータの回転力は２つの傘歯車を介してスピンドルに伝達される。スピンドルには回転する砥石等の先端工具が取り付けられる。スピンドルへの先端工具の固定方法は、スピンドル側に雄ネジを形成し、先端工具の貫通孔にスピンドルを通した後に雌ネジを有する固定具をスピンドルに螺合することにより行う。回転するスピンドルは回転中の先端工具を介して大きな負荷トルクを受けるため、スピンドルの回転トルクと反対方向に先端工具を回すような力を受ける。そこで先端工具の作業中に固定具が緩まないように、スピンドルの回転方向と反対方向に砥石を回転させると固定具が締まるように、スピンドルのネジ山と固定具のネジ山の方向が決定される。
近年、グラインダや丸鋸等のように先端工具を一方向に回転させる回転工具において、特許文献２のようにモータのスイッチをオフにした際にブレーキをかけて、先端工具が素早く停止するようにする技術が実現されている。特許文献２ではスイッチがモータのオフを選択しているときに、モータに対して摩擦による制動力を働かせる。そのためにモータの回転軸と同軸上にブレーキ機構を設けている。別のブレーキ機構として、特許文献３ではブラシレスモータのコイルを短絡させることによって電気的なブレーキを掛けることが提案されている。
特開２０１０－２６９４０９号公報 特開２０１７－１３１６６号公報 特開２０１３－１６５６７７号公報
回転工具においてモータのスイッチをオフにした際に自動的に作用するブレーキ機構を適用すると、先端工具を素早く停止させることができる。しかしながら、強いブレーキを作用させる際には、減速しようとするスピンドルに対して、先端工具が慣性で回り続けようとするため、これらを相対回転させようとする力が働き、ネジ山を有する固定具を緩める方向への緩めトルクが発生する。一方、モータの起動時には、静止している先端工具に対してスピンドルを加速させるため、ネジ山を有する固定具を締めつける方向への締付トルクが発生する。このような特徴を有する回転工具において、作業者がモータのスイッチをオンにしてモータが起動した直後に、すぐにスイッチをオフにしてブレーキを掛ける操作を繰り返すと、締付トルクよりも緩めトルクの大きさが大きくなって固定具がスピンドルから緩んでしまう虞がある。
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、スイッチがオフされて先端工具を停止させる際に、先端工具を固定している固定具が緩むことを抑制できるようにした回転工具を提供することにある。本発明の他の目的は、スイッチがオフされた際に先端工具を停止させるブレーキの適用可否を最適に制御して、固定具が緩むことを抑制するようにした回転工具を提供することにある。本発明の他の目的は、スイッチがオンにされた直後に、先端工具を固定している固定具が締まるような締付トルクを確実に与えるようにした回転工具を提供することにある。
本願で開示される発明のうち代表的な特徴を説明すれば次の通りである。本発明の一つの特徴によれば、固定具によって回転する先端工具をスピンドルに装着し、モータによってスピンドル及び先端工具を回転させる回転工具であって、モータの回転又は停止を切替え可能なスイッチと、スイッチの操作に応じてモータの回転を制御する制御装置を有し、制御装置は、モータが起動してから所要回転経過後にスイッチがオフにされたらスピンドルを通常の制動をすることにより回転工具を停止させ、モータが起動してから所要回転経過前にスイッチがオフにされたら、通常の制動よりも弱い制動力をスピンドルに適用するか、又は、制動力を適用せずに回転工具を停止させる。“所要回転経過“の状態は、スイッチがオンされてモータが加速開始してから所定の時間が経過した状態か、又は、スイッチがオンされた後にモータの回転数が所定回転数に到達した状態である。
本発明の他の特徴によれば、スピンドルにはネジ部が形成され、スピンドル側ネジ部に対応するネジ部を有する締付具を設け、締付具はスピンドルの作業時の回転方向と反対向きに回転させることにより先端工具をスピンドルに対して締め付けて固定する。例えば、スピンドルには先端に雄ネジが形成され、先端工具はスピンドルを貫通させる貫通孔を形成し、貫通孔の内周側に雌ネジを形成したナットとすると良い。
本発明のさらに他の特徴によれば、モータのステータには複数のコイルが巻かれ、制御装置は、コイル間を短絡させることにより電気的な制動をおこなうようにした。例えば、モータは３相のブラシレスモータであり、複数のスイッチング素子によってモータを制御するインバータ回路を有し、制御装置はインバータ回路を制御してコイル間の短絡を行う。制御装置はスイッチング素子によるモータの短絡相の数、及び/又は、短絡時間を変化させることにより制動の強さを調整することができる。
本発明によれば、回転工具のスイッチをオフにして先端工具を停止させる際に、起動時の締め付け量に応じて、ブレーキを適用するか、適用停止するか又は適用制限するかを判断するようにしたので、スピンドルに先端工具を固定するための固定具が緩む現象がおこることを効果的に抑制できる。
本発明の実施例に係る回転工具１の側面図である。 本発明の実施例に係る回転工具１の全体構造を示す縦断面図である。 図２のスピンドル３０への砥石４０の取り付け構造を示す展開斜視図である。 図１のモータ５の駆動制御系の回路構成を示すブロック図である。 ケース５０を図２の矢印Ａ方向から見た矢視図である。 スピンドル３０の起動から停止までの回転速度の推移例を示す図である。 スピンドル３０への制動を加える際の電気ブレーキの動作を説明するための回路図である。 スイッチをオフした際のブレーキ制御手順を示すフローチャートである。 スピンドル３０の起動から停止までの回転速度の推移例を示す図である（その２）。 砥石のイナーシャの差による起動時の加速状況を示す図である。 第二の実施例における加速制御を説明するための図であり、変速ダイヤル１７による設定速度毎の加速度曲線と減速曲線を示す。 第二の実施例において、スイッチをオンにした際のモータの加速制御手順を示すフローチャートである。 速度設定ダイヤルとモータの加減速状況を説明するための別の図である。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。尚、以下の図において、同一の機能を有する部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。また、本明細書においては、前後左右、上下の方向は図中に示す方向であるとして説明する。
図１は、本発明の実施例に係る回転工具１の側面図である。ここでは回転工具１の一例として、円筒状のハウジングの軸線Ａ１に対して直交する軸線Ｂ１を中心に回転するスピンドルを有し、スピンドルに固定される作業機器が円形の砥石４０であるディスクグラインダを示している。回転工具１のハウジング（外枠又は筐体）は、動力伝達機構を収容するギヤケース２１と、モータを収容する筒形状のモータハウジング２と、モータハウジング２の後方に取り付けられ電気機器類を収容するリヤカバー３の３つの部品により構成される。ハウジングの形状や分割の仕方は任意であり、本実施例のように前後方向に３つに分割された部分により構成しても良いし、その他の分割形状で形成しても良い。モータハウジング２は樹脂又は金属の一体構成であって、前方側に開口を有する略円筒形に構成される。モータハウジング２の後方には、リヤカバー３が取り付けられる。リヤカバー３は、長手方向中心軸（モータの回転軸の延長線たる軸線Ａ１）を通る鉛直面で左右方向に分割可能に構成され、図示しないネジによって固定される。リヤカバー３の右側及び左側側面には外気を取り込むための複数の風窓３ｂが設けられる。またリヤカバー３の後端には商用電源を供給するための電源コード１９が設けられる。
モータハウジング２の左側側面には後述するモータの回転又は停止を切替えるスイッチレバー１１が設けられる。スイッチレバー１１は前後方向にスライド式で、図１のようにスイッチレバー１１が後方側に位置する際はスイッチオフの状態で、前方側に位置する際にはスイッチオンの状態となる。
図２は回転工具１の全体構造を示す縦断面図である。モータ５はブラシレスＤＣモータであって、モータハウジング２の中心軸方向（前後方向）に沿うように回転軸９が配置される。モータ５はステータ８の内周側空間内にてロータ６が回転する、いわゆるインナーロータタイプである。ステータ８は、プレス加工によって切り抜かれた円環状の薄い鉄板を軸方向に多数枚積層した積層構造で製造されるコアに銅線を巻くことでコイルが形成される。本実施例ではコイルは、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３相を有するスター結線とされるが、デルタ結線としても良い。ロータ６にはＮ極およびＳ極を有する平板状の永久磁石７が設けられる。
回転軸９は、ギヤケース２１とモータハウジング２との接続部付近で固定される前方側の軸受（第一の軸受）１４ａと、モータハウジング２に固定される後方側の軸受（第二の軸受）１４ｂとにより回転可能に保持される。回転軸９の軸方向に見て軸受１４ａとモータ５の間には冷却ファン１５が設けられる。冷却ファン１５は例えばプラスチック製の遠心ファンであって、モータ５の回転軸９に取り付けられ、モータ５の回転によってハウジングの内部において複数の黒矢印で示す方向に、モータ５や制御回路等を冷却するための風の流れ（冷却風）を発生させる。冷却風は、リヤカバー３の左右両側面に設けられた風窓３ｂ（図１参照）から吸引され、回路基板５１を収容するケース５０の周囲を後方から前方側に流れて、モータハウジング２の軸受ホルダ部２ｂに設けられた開口（図示せず）を通過して、モータ５の収容空間内に流入する。モータ５の収容空間に流入した冷却風は、ステータ８の外周側であってモータハウジング２との間の隙間（図中の黒矢印参照）やステータ８の内側空間を通って冷却ファン１５によって吸引され、ファンカバー１６の貫通穴を通ってギヤケース２１の貫通穴から矢印１５ａのように前方側に、又はファンカバー１６の下側の穴から矢印１５ｂのように前方に排出される。
ギヤケース２１は、例えばアルミニウム等の金属の一体成形により構成され、１組の傘歯車機構（２２、２３）を収容すると共に、出力軸となるスピンドル３０を回転可能に保持する。スピンドル３０の軸線Ｂ１は、モータ５の回転軸９の軸線Ａ１とは略直交方向（ここでは上下方向）に延びるように配置される。回転軸９の前端部分には第１の傘歯車２２が設けられ、第１の傘歯車２２はスピンドル３０の上側端部に取り付けられた第２の傘歯車２３に噛合する。第２の傘歯車２３は直径が大きく、第１の傘歯車２２に比べて歯車数が多いので、これらの動力伝達手段は減速機構として作用する。スピンドル３０の上端側はメタル２５によってギヤケース２１に回転可能に軸支され、中央付近にはボールベアリングによる軸受２６によって軸支される。軸受２６はスピンドルカバー２７を介してギヤケース２１に固定される。
スピンドル３０の先端にはサポートボディ３３が設けられ、サポートボディ３３の下側に砥石４０等の先端工具が装着される。砥石４０は、ホイルワッシャ３５とワッシャナット４５に挟持されることによって固定される。砥石４０は、例えば直径１００ｍｍのフレキシブルトイシ、レジノイドトイシ、サンディングディスク等であり、用いる砥粒の種類の選択により金属、合成樹脂、大理石、コンクリートなどの表面研磨、曲面研磨が可能である。砥石４０の後方側の径方向外側及び上側はホイールガード３９にて覆われる。尚、回転工具１に装着される先端工具としては、砥石４０だけに限られず、ベベルワイヤブラシ、不織布ブラシ、ダイヤモンドホイール等のその他の工具を取り付けるようにしても良い。
モータ５の回転軸９の後端には、回転方向に磁極が異なる磁性体であるセンサ磁石１０が取り付けられる。センサ磁石１０はロータ６の回転位置検出のために取り付けられる薄い円柱形の永久磁石であって、周方向に９０度ずつ隔ててＮＳＮＳ極が順に形成される。センサ磁石１０の後ろ側であってケース５０の内側部分には、回転軸９と垂直方向に配置される略半円形のセンサ基板５２が設けられ、センサ基板５２にはセンサ磁石１０の位置を検出する回転位置検出素子６９が設けられる。回転位置検出素子６９は、回転するセンサ磁石１０の磁界の変化を検出することにより、ロータ６の回転位置を検出するものであり、例えば３つのホールＩＣが用いられ、回転方向に所定角度毎、ここでは６０°毎に配置される。
略円筒形に形成されるリヤカバー３の内部には、モータ５の回転制御を行う制御装置（後述する制御回路７０）と、モータ５を駆動させるためのインバータ回路と、外部から図示しない電源コードにて供給される交流を直流に変換するための電源回路が収容される。本実施例では、これらの回路は、回転工具１の長手方向中心軸（モータ５の回転軸９と同軸）に対して平行に配置される回路基板５１に搭載した。回路基板５１は、下側の一面が開口部となっている容器状のケース５０の内部に配置され、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６が基板から下方向に配置され、液体状の樹脂を硬化させる硬化性樹脂によってケース５０の所定の深さ部分まで固められる。ここでは樹脂５６の液面がケースの深さの半分以上まで到達する。モータハウジング２の軸受ホルダ部２ｂは、軸受１４ｂ（図２参照）の外輪部分を保持する円筒部分から外側に向けて複数の支柱（図示せず）が形成され、支柱以外の場所では空洞となっているので、ケース５０が収容される空間からモータ５側が収容される空間へ冷却風が流れる構造となっている。ケース５０により画定される空間内（容器内）には、回路基板５１に加えてさらに、スイッチ１８と、回転位置検出素子６９を搭載するセンサ基板５２が設けられる。スイッチ１８は、モータ５のオンオフを切り換えるもので、スイッチレバー１１と連動して移動する連結アーム１２によってプランジャ部分が押下されるか開放されるかで、オン状態とオフ状態を切り換える。センサ基板５２はモータ５の回転軸方向と直交するように配置される。
図３はスピンドル３０への砥石４０の取り付け構造を示す展開斜視図である。ギヤケース２１は金属製であって、モータ５の回転力を出力軸たるスピンドル３０に伝達する動力伝達機構を収容する。ギヤケース２１には４箇所のネジ穴２１ａ～２１ｄが形成され、図示しないネジによってギヤケース２１がモータハウジング２に固定される。スピンドル３０は、上端部分がメタル２５（図２参照）によって軸支される細径部３１ａが形成され、細径部３１ａの下側は傘歯車２３を固定する主軸部３１ｂが形成され、主軸部３１ｂの下側部分は軸受２６を固定するための軸受保持部３１ｃが形成される。スピンドル３０の下端部分には、ワッシャナット４５を固定するための雄ネジ３２が形成される。雄ネジ３２はワッシャナット４５を矢印４８ａの方向に回転させることにより締め付けられ、矢印４８ｂの方向に回転させることにより緩められる正ネジである。スピンドル３０の主軸部３１ｂの中央付近には、スピンドルカバー２７が設けられる。スピンドルカバー２７は、軸受２６を軸支するための固定部材であって、下側に開口部２７ａが形成され、開口部２７ａの内周側がラビリンス部２７ｂになっている。
スピンドル３０の上端側はメタル２５によってギヤケース２１に回転可能に軸支され、中央付近にはボールベアリングによる軸受２６（図２参照）によって軸支される。軸受２６はサポートボディ３３が設けられる。サポートボディ３３は二面幅を有してスピンドル３０と共に相対回転できないように接続され、スピンドル３０と共に回転する。サポートボディ３３の上方側にはラビリンス部３３ａが形成される。ラビリンス部３３ａはスピンドルカバー２７のラビリンス部２７ｂとの間に近接した狭い空間を形成することによりギヤケース２１の内部に塵埃等の侵入を防止するものである。サポートボディ３３の中央付近には円盤状の部分が形成され、その外縁２箇所から軸線Ｂ１方向と平行方向に延びる回り止め防止用の突起部３４ａ、３４ｂが形成される。突起部３４ａ、３４ｂはホイルワッシャ３５に形成された穴部に嵌合する。ホイルワッシャ３５は中央に雄ネジ３２を貫通させるための貫通穴３５ａが形成された金属製の部材であって、装着される砥石４０の一方の面（凸側の面）を保持すると共に、砥石４０の貫通孔４１ａ内に位置する円筒部３５ｂを有する。砥石４０は中央付近が軸方向にオフセットされた突出部４１が形成され、突出部４１の中心に円筒部３５ｂを貫通させる貫通孔４１ａが形成され、砥石４０をスピンドル３０と同心上に正確に位置づけることができる。砥石４０の径方向の外側部分は、研削に使用できる作業面４３が形成され、作業面４３と突出部４１の間が、斜面上に形成される接続面４２にて形成される。ワッシャナット４５は砥石４０を軸方向に締め付けることにより砥石４０をスピンドル３０に固定するための固定部材であって、中央に雌ネジ４５ａが形成される。ワッシャナット４５の締め付けには、スピンドル３０の回転を阻止するスピンドルロック機構（図示せず）を作用させて、専用の締め付け工具（図示せず）を用いて締め付ける。
回転工具１のスイッチレバー１１がオンにされた際のスピンドル３０の回転方向は矢印４６の方向であり、モータ５の起動に応じて砥石４０も回転を開始する。この起動の際には停止している砥石４０は、スピンドル３０の矢印４６の方向への反力として矢印４７ａの方向への相対回転をする力が作用する。この際、砥石４０を固定する締付具であるワッシャナット４５にも同方向の矢印４８ａの力が作用する。この矢印４７ａ、４８ａの方向の力はスピンドル３０の加速開始時のわずかな時間にだけ作用するが、ワッシャナット４５にかかる矢印４８ａの回転方向は、ワッシャナット４５を締め付ける方向に作用するため、モータ５を起動させる際にワッシャナット４５が締まることになる。逆に、定速回転中のモータ５に対して、電気ブレーキ等の強い制動力を掛ける場合は、スピンドル３０が減速を開始する際に、砥石４０の慣性力によって砥石４０には矢印４７ｂの方向に相対回転させる回転力が作用することになる。この矢印４７ｂの回転力は、ワッシャナット４５にも矢印４８ｂの回転力として作用するため、電気ブレーキを急激に掛けてしまうと掛けた瞬間にワッシャナット４５に緩めトルクを作用させることになり、ワッシャナット４５がわずかに緩んでしまう虞がある。そこで、本実施例では起動時の矢印４７ａ、４８ａに加わる相対回転力を確実に付与して締付けトルクを加えることにより、ワッシャナット４５をスピンドル３０に対して十分に締め付けるようにして、制動時にワッシャナット４５が緩まないように構成した。
さらに、起動時において十分加速が完了していない状態、即ち、矢印４８ａの方向への締め付け力が十分付与される前に、ブレーキが掛けられる状態を判断して、トリガを１回引くことによるモータの加速から停止までの一連の動きの中で、矢印４８ａの締め付け力よりも、矢印４８ｂの緩め力が大きくならないようにした。このように（矢印４８ａの総締付けトルク量）≧（矢印４８ａの総緩めトルク量）の関係を維持することによってブレーキ付与時に先端工具を固定する固定具（ワッシャナット４５）が緩むことを回避できる。
次に図４を用いてモータ５の駆動制御系の回路構成を説明する。電源コード１９によって入力される交流電源９０から供給される交流はダイオードブリッジ６０によって整流され、インバータ回路７１に入力される。ダイオードブリッジ６０の下流側には平滑用のコンデンサ６１が設けられる。図４では１つのコンデンサ６１だけを図示しているが、これらを複数のコンデンサとしても良いし、ダイオードブリッジ６０の入力側にもコンデンサを設けても良い。また、コンデンサ６１だけでなくチョークコイル等を付加しても良い。インバータ回路７１は６つのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を含んで構成され、制御回路７０から供給されるゲート信号Ｈ１～Ｈ６によってスイッチング動作が制御される。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６としては、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）やＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）のような大容量の出力トランジスタが用いられる。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ３のドレイン端子は、ダイオードブリッジ６０の正極側に共通に接続されている。また、スイッチング素子Ｑ４～Ｑ６のドレイン端子はスイッチング素子Ｑ１～Ｑ３のソース端子と、モータのＶ相、Ｕ相、Ｗ相の端子にそれぞれ接続される。スイッチング素子Ｑ４～Ｑ６のソース端子はダイオードブリッジ６０の負極側に共通に接続されている。モータ５のステータ８の内側では、永久磁石７を有するロータ６が回転する。ロータの回転軸９には位置検出用のセンサ磁石１０が接続され、センサ磁石１０の位置をホールＩＣ等の回転位置検出素子６９にて検出することにより制御回路７０はモータ５の回転位置を検出する。
ダイオードブリッジ６０の出力側にはさらに定電圧電源回路６３が接続される。定電圧電源回路６３は制御回路７０への安定化した基準電圧（低電圧）の直流を供給するための電源回路である。定電圧電源回路６３は、ダイオード６４、平滑用の電解コンデンサ６５、ＩＰＤ回路６６、コンデンサ６７及びレギュレータ６８を含んで構成される。
制御回路７０は、モータ５の起動、停止、及び、回転速度制御を行うための制御手段であって、マイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と称する）を含んで構成される。制御回路７０はスイッチ１８の操作に伴い入力される起動信号と、変速ダイヤル１７によって設定された可変抵抗７２の信号に基づき、モータ５の回転速度を制御し、コイルＵ、Ｖ、Ｗへの通電時間と駆動電圧を制御する。制御回路７０は、インバータ回路７１の６個のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の各ゲートに接続され、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６をオンオフするための駆動信号Ｈ１～Ｈ６を供給する。
制御回路７０がロータ６の回転位置をホールＩＣから構成される回転位置検出素子６９にて検出し、複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６に駆動信号Ｈ１～Ｈ６を出力してスイッチング動作を行うことにより、インバータ回路７１はダイオードブリッジ６０から出力された直流電圧を、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとして、モータ５に供給する。モータ５に供給される電流の大きさは、ダイオードブリッジ６０とインバータ回路７１との間に接続された電流検出用のシャント抵抗６２の両端電圧を測定することにより制御回路７０によって検出される。このように、インバータ回路７１を用いてモータ５の所定のコイルに順次駆動電力を供給することにより、回転磁界を形成してモータ５を回転させる。
図５は図２の矢印Ａの方向からケース５０の内部を見た矢視図であって、回路基板５１へのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の搭載状況を示す図である。ケース５０の内部に収容される回路基板５１は、ケース５０の内形とほぼ同等の形状とされ、液体から硬化させた樹脂５６（図２参照）にて浸漬される。回路基板５１に搭載されるのは、主に、ダイオードブリッジ６０等の整流回路と、６個のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を含むインバータ回路７１と、制御回路７０を構成するマイコンと、定電圧電源回路６３等（図示せず）である。回路基板５１の入力側には、回転工具１の外部から図示しない電源コード１９（図２参照）が接続され、商用交流がダイオードブリッジ６０に入力される。図示しない電源コード１９は電源コード保持部５５によって固定される。回路基板５１の出力側は、端子８４ａ～８４ｃであって、図示しない３本リード線によってモータ５のコイルのＶ相、Ｕ相、Ｗ相に接続される。
回路基板５１においては、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ３、Ｑ４～Ｑ６がそれぞれ３個ずつ軸方向に並ぶように配置される。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、３本の金属端子がパッケージの下側から延びるものであって、パッケージの背面側には金属製の放熱板が設けられる。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ３にはさらに放熱用の共通の金属板８２が設けられる。残りの３つのスイッチング素子Ｑ４～Ｑ６は、一列に並ぶように配置され、背面の放熱板には独立した金属板８３ａ～８３ｃがそれぞれ設けられる。
回路基板５１の前方側には、３つの回転位置検出素子６９（図２参照）を搭載するセンサ基板５２が、回路基板５１と直交するように配置され、その後方にはスイッチレバー１１と連動して動作するスイッチ１８が搭載される。ケース５０の後方側には可変抵抗７２が設けられる。可変抵抗７２の回転軸には変速ダイヤル１７が設けられ、変速ダイヤル１７はリヤカバー３の開口部分（図示せず）から一部が露出するように設けられ、作業者による回転操作を可能としている。回路基板５１と可変抵抗７２は、リード線８５によって配線される。
次に図６を用いてスピンドル３０の起動から停止までの回転速度例を説明する。図６の横軸は時間（単位：秒）であり、縦軸はモータ５の回転数ｒ（単位：ｒｐｍ）である。本実施例の回転工具１では、スイッチレバー１１をオンにした際のモータの回転速度として６段階の速度の設定が可能である。ここでは、時間と回転数の関係を表す速度カーブとして、ダイヤル１の時のスピンドル３０の回転速度１０１、ダイヤル４の時の回転速度１０４、ダイヤル６の時の回転速度の例を示している。ダイヤル６が選択されている場合は、回転数ｒ６は２７０００ｒｐｍであって、時刻０の時に作業者がスイッチレバー１１にオンにすると、モータ５が起動して矢印１０１ａ、１０４ａ、１０６ａのようにモータ５の回転が加速して、矢印１０６ｂのように所定の回転速度ｒ６に到達して定速回転に移行する。このまま定速回転を続けると点線で示す矢印１０６ｃのように定速回転を維持する。ここで、定速回転中の時刻ｔｅにおいて作業者がスイッチレバー１１をオフにすると、制御回路７０はモータ５のコイルの各相を短絡させることによって電気ブレーキを作動させる。すると、モータ５の回転軸９に強い制動力が加わるため、矢印１０６ｄのようにスピンドル３０の回転数が急激に減少し、時刻ｔｆにおいてスピンドル３０及びスピンドル３０に装着されている砥石４０が停止する。尚、時刻ｔｅから時刻ｔｆまでの時間は、例えば１秒程度である。ちなみに回転数ｒ６（＝２７０００ｒｐｍ）程度から電気ブレーキ無しで慣性だけで停止させようとすると８秒程度かかるが、電気ブレーキを併用すると迅速に停止する。
ダイヤル４が選択されている場合のスピンドル３０の回転数ｒ４は２２０００ｒｐｍであって、時刻０でスイッチレバー１１にオンになると、モータ５が起動して矢印１０１ａ、１０４ａのように加速し、そのままスイッチレバー１１がオンの状態ならば時刻ｔ４において回転数ｒ４に到達し、矢印１０４ｂで示す点線のように定速回転する。ここで定速回転に至る時刻ｔｂ（＞ｔ１）で、作業者がスイッチレバー１１をオフにした場合は電気ブレーキを作用させるので回転速度１０４は矢印１０４ｄのように減速し、時刻ｔｄにて砥石４０が停止する。
ダイヤル１が選択されている場合、目標とする回転数ｒ１は９６００ｒｐｍであって、時刻０でスイッチレバー１１にオンになると、モータ５が起動して矢印１０１ａのように加速し、そのままスイッチレバー１１がオンの状態ならば時刻ｔ１において回転数ｒ１に到達し、矢印１０１ｂのように定速回転する。ここで定速回転に至る前のｔａ（≦ｔ１）で作業者がスイッチレバー１１をオフにした場合は、電気ブレーキを作用させないでスピンドル３０の回転速度を惰性で減速させ、矢印１０１ｄのように時刻ｔｃにて砥石４０が停止する。本実施例では、駆動源たるモータ５が起動してから所要回転状態となるまで、即ち時間Ｔが経過する前にスイッチがオフにされたら電気ブレーキを付与しないようにした。ここでは、所要回転状態に到達したか否かの閾値は、スイッチレバー１１をオンにした後の経過時間で判断し、時刻０～ｔ１と等しい時間Ｔが経過するまでは電気ブレーキの付与をしないように制限する。尚、時間Ｔが経過するまでブレーキを掛けることを制限するのは、ブレーキ時にワッシャナット４５が緩まないようにするためである。従って、ブレーキを一切掛けないように構成することも可能であるが、制動力が十分弱くなるようにブレーキを掛けるものでも良い。
以上のように本実施例では、モータ５が起動した際にワッシャナット４５を締め付ける方向（図３の矢印４８ａの方向）に十分回転させる前に、フルブレーキが掛からないようにした。よって、起動時のワッシャナット４５の締め付け量が、減速時のワッシャナット４５の緩め量よりも大きくなるので、砥石４０の緩み現象の発生を回避できる。
次に図７を用いて電気ブレーキの原理について説明する。図７はスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を用いたインバータ回路７１の拡大図である。ここでは各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６に含まれる還流ダイオード７３ａ～７３ｆも図示している。電気ブレーキを掛ける場合は、制御回路７０は下アーム側のスイッチング素子Ｑ４～Ｑ６のゲート信号をオンにすることにより、スイッチング素子Ｑ４～Ｑ６のソースとドレイン間を短絡させる。この短絡状況においては、モータの逆起電力によりＶ～Ｗ相にそれぞれ矢印７５ａ～７５ｅの短絡電流が流れ、制動力が発生する。また、Ｕ～Ｖ相には点線で示す７５ａ、７５ｂ、７５ｅの方向に電流が流れ、Ｕ～Ｗ相には７５ａ、７５ｃ、７５ｅの短絡電流が流れる。この時、スイッチング素子Ｑ４を通る電流７５ｅは、通常駆動時と逆方向の電流であるが、スイッチング素子Ｑ４内に設けた還流ダイオード７３ｄに電流７５ｅが流れることでスイッチング素子Ｑ４の破壊を抑制している。同様にしてスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６も還流ダイオード７３ｅ、７３ｆにそれぞれ電流７５ｂ、７５ｄが流れる。スイッチング素子Ｑ４～Ｑ６のゲート信号がオフになると、Ｕ～Ｗ相の短絡状態が解消される。従って、電気ブレーキを付与する際に、スイッチング素子Ｑ４～Ｑ６のうちオンさせるゲート数や、ゲート信号をオンオフさせるＰＷＭ制御をすることにより制御回路７０は電気ブレーキの制動力を調整できる。
図８は、回転工具の起動時の制御を示すフローチャートである。図８に示す一連の手順は、制御回路７０にあらかじめ格納されたプログラムによってソフトウェア的に実行可能である。モータ５の起動は、作業者がスイッチレバー１１を前方側にスライドさせてオンにすることにより行われる。スイッチレバー１１がオンになると、制御回路７０は変速ダイヤル１７（図５参照）の設定値を検出すると共に、設定された回転速度に到達すべくモータ５を起動して加速させる（ステップ２０１、２０２）。次に、制御回路７０は、スイッチレバー１１がオフにされたかを判定し（ステップ２０３）、オンのままである場合は、マイコンよってモータの加速と設定された回転速度での定速運転の制御が行われ、ステップ２０３に戻り同様の処理を続ける（ステップ２０４）。ステップ２０４におけるモータ５の回転制御は、従来のグラインダにおけるモータの回転制御方法と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。
ステップ２０３にてスイッチレバー１１がオフにされた場合は、制御回路７０はスイッチレバー１１がオンにされてからオフにされたまでの経過時間が所定時間Ｔ（＝１秒）に到達前であるか否かを判定する（ステップ２０５）。ステップ２０５にて時間間隔が１秒よりも大きい場合は、制御回路７０はインバータ回路７１の複数のスイッチング素子を短絡させて、モータ５の各相のコイル間を短絡させるブレーキ制御を行うことにより、モータ５は迅速に停止する（ステップ２０７）。ステップ２０５にて、時間間隔が１秒以下の場合は、制御回路７０はインバータ回路７１を用いたいわゆる電気ブレーキを適用せずに、砥石４０を惰性で停止させる（ステップ２０６）。尚、この閾値たる経過時間Ｔは設計開発時に実験等によって予め設定しておき、マイコンに記録しておけば良い。また、電気ブレーキを適用するか否かの判断閾値を経過時間Ｔだけに限られずに、回転速度ｒを用いた閾値としても良い。その場合は加速中の回転速度ｒが所定の閾値に到達するまでは電気ブレーキを適用せずに、所定の回転速度ｒに到達したら電気ブレーキを適用するように構成すれば良い。さらには、電気ブレーキを適用するか否かの判断閾値として、起動時に一時的に増加した起動電流が所定の値にまで低下してから適用するように、シャント抵抗６２を用いて検出される電流の測定値を用いて検知するように構成しても良い。ステップ２０８において砥石４０が停止するとフローチャートに基づく制御を停止する。
図６～図８にて説明した本実施例では電気ブレーキを適用するか否かの“所要回転経過”状態を判断するのに経過時間Ｔを用いて、その時間を１秒としたが、図６で説明したどの状態をもって電気ブレーキの適用の回避を判断する“所要回転経過”状態とするかは、使用されるモータ、減速機構、回転機構等の特性、砥石の種類に合わせて適宜設定すれば良い。
次に図９を用いて、電気ブレーキを適用するか否かの判断閾値として別の値を用いる例を説明する。図９では変速ダイヤル１７による最高回転速度（ここではダイヤル６）の設定回転速度ｒ６に到達したかどうかを所要回転経過状態の判断閾値とする。設定回転速度ｒ６に到達したからはホールＩＣ等の回転位置検出素子６９によって検出された位置信号によって制御回路７０にて容易に検出することができる。
図９において、ダイヤル６の時に時刻０でスイッチレバー１１がオンになり矢印１１１ａ、１１４ａ、１１６ａのように回転速度１１６が上昇し、電気ブレーキを適用するか否かを判断する閾値回転数たるｒ６に到達する。この状態以降において、時刻ｔｅにてスイッチレバー１１がオフになると、電気ブレーキが適用され矢印１１６ｄのように急激に減速して時刻ｔｆにおいて砥石４０が停止する。ダイヤル４が選択されている場合は、定速回転の回転数ｒ４は２２０００ｒｐｍであって、時刻０の時に作業者がスイッチレバー１１にオンにすると、モータ５が起動して矢印１１１ａ、１１４ａのように回転が加速する。この際、時刻ｔｂにて作業者がスイッチレバー１１をオフにしても閾値たる回転数ｒ６に到達していないため、矢印１１４ｄのように電気ブレーキを適用せずに惰性で砥石４０を停止させる。同様にして、ダイヤル１の際に時刻ｔａでスイッチレバー１１をオフにしたら、電気ブレーキを適用せずに惰性で砥石４０を停止させる。図９のように電気ブレーキを適用するか否かを判断する閾値回転数をｒ６としたが、このように設定するとダイヤル１～５においては電気ブレーキが作動する状態が無くなってしまう。そこで、実際にはｒａ～ｒ６の範囲内において適切な閾値を設けるようにすれば良い。さらには、後述する実施例２のように、ダイヤル１～５の起動時に一旦閾値回転数ｒ６まで回転速度を上昇させた後に、設定速度まで減速させるように構成しても良い。なお、実施例１では所要回転経過前にスイッチレバー１１がオフされたときには電気ブレーキを適用せずに砥石４０を惰性で停止させるように構成したが、所要回転経過前にスイッチレバー１１がオフされたときには所要回転経過後に適用される電気ブレーキよりも弱い制動力で電気ブレーキをかけることで、ワッシャナット４５にかかる緩み勝手の力を弱めるようにしてもよい。
次に図１０～図１３を用いて本願発明の第二の実施例を説明する。第二の実施例においては、起動時に固定具の緩みを抑制するため、ブレーキ付与時の緩みを防止することに加えて、起動時に図３の矢印４８ａの方向への固定具のしまり具合を強化させるようにしたものである。図１０は砥石４０の違いによるスピンドル３０の加速度の違いを示す図である。スピンドル３０に取り付けられた砥石４０が最も軽くてイナーシャが小さいものである場合は、矢印１２１ａのように大きな加速度にて上昇して、矢印１２１ｂで示すように変速ダイヤル１７（図５参照）にて設定された速度ｒｃにて一定速度で回転する。一方、装着できる砥石４０のうち最も重くてイナーシャが大きいものである場合は、矢印１２２ａのように点線にて示す小さな加速度にて上昇して、矢印１２１ｂで示す速度ｒｃにて回転する。つまりイナーシャが小さいものは加速に要する時間がｔ１であり、大きいものは加速に要する時間がｔ２であるように、砥石４０の種類によって所要加速時間がばらつくことになる。しかしながら、本実施例ではどのような砥石４０が使われようとも、加速時の制御によってワッシャナット４５が緩むことを抑制する。
図１１は第二の実施例に係る加速制御を説明するための図であり、変速ダイヤル１７による設定速度毎の加速度曲線と減速曲線を示す。本実施例では、加速時にはＰＷＭ制御のＤｕｔｙ（比）を徐々に大きくして加速させるソフトスタート制御を行う。本実施例では、変速ダイヤル１７の設定値が１～３の時の加速度を、従来の加速度よりも高くなるようにした。ダイヤル４～６の場合は、矢印１３４ａ、１３５ａ、１３６ａに示すような従前通りの加速カーブによって加速を行い、矢印１３４ｂ、１３５ｂ、１３６ｂのような設定された速度に到達する。従来の加速制御では、ダイヤル１～３の状態も矢印１３４ａ、１３５ａ、１３６ａに示す加速カーブと同様の傾斜で加速をしていた。しかしながら、本実施例では起動時のワッシャナット４５の締め付け具合が不足がちになる低速設定時、即ちダイヤル１～３を選択した際の加速度を矢印１３１ａ、１３２ａ、１３３ａのように大きくすることで、加速時におけるワッシャナット４５に付与する締まり勝手の力を大きくした。さらに、起動時に最もワッシャナット４５の締め付け具合が不足するダイヤル１の時は、矢印１３７ａのようにダイヤル２の設定回転数まで回転数１３１を一旦上昇させてから、矢印１３７ｂのように減速させて矢印１３１ｂのような定速状態に到達させるようにした。具体的には、ｔ１からの減速を緩やかにし、その後急に減速し、矢印１３１ｂの回転数に到達する直前は再び緩やかに減速するような（３次曲線を描くような）制御を行う。ｔ１からの減速を緩やかにしたことで、加速から減速に切り替わる際に砥石４０のイナーシャによってワッシャナット４５が緩むことを好適に抑制可能であるとともに、矢印１３７ｂが示す曲線の中腹では減速率を高めているので素早く目標回転数に到達することができる。ダイヤル２の場合は、矢印１３１ａ～１３２ａのように加速させて、矢印１３７ａから矢印１３２ｂのようにして減速無しで設定回転数になるように制御をする。
図１１において、電気ブレーキの制動を行うか否かの閾値は実施例１と同様に時刻ｔ１に到達したか否か、即ち時間Ｔ１が経過したか否かで判定するようにした。従って、ダイヤル１の設定時に、矢印１３１ａのように加速中にスイッチレバー１１をオフにしたら、矢印１３１ｄのように電気ブレーキを掛けずに惰性にて停止させる。同様にダイヤル４の回転速度１３４のカーブにおいて、加速中であって時刻ｔ１に到達する前にスイッチレバー１１をオフにしたら、矢印１３４ｄのように電気ブレーキを掛けずに惰性にて停止させる。一方、ダイヤル１において矢印１３１ｂのように定速回転中にスイッチレバー１１をオフにした場合は、閾値の時刻ｔ１に到達した後であるため、電気ブレーキを適用して矢印１３１ｃのように急激にスピンドル３０を停止させる。
次に図１１にて説明した加速制御の手順を、図１２のフローチャートを用いて説明する。図１２のフローチャートはモータ５が停止中から加速して定速制御に移行するまでの間に実行されるものである。最初にスイッチレバー１１がオン状態になったか否かを判断し、オフのままの場合はそのまま待機する（ステップ２１１）。スイッチレバー１１がオンになったら、制御回路７０は変速ダイヤル１７の設定値が、４以上であるかを判定し（ステップ２１２）、変速ダイヤル１７の設定値が４未満、即ち１～３の場合は、起動時の加速度として０．３％／ｍｓでＤｕｔｙを上昇させるように設定し（ステップ２１３）、４以上の場合は起動時の加速度として従来と同様の０．１％／ｍｓでＤｕｔｙを上昇させるように設定する（ステップ２１４）。
次に、変速ダイヤル１７の設定値が２以上か否かを判定し（ステップ２１５）、２以上の場合は従来例の回転工具１と同様に変速ダイヤル１７にて設定した設定値の目標回転数まで加速させて、一定速度にて整定させる（ステップ２１７）。尚、この際の加速度は、ステップ２１３又は２１４で設定された加速度に従う。ステップ２１５にて、変速ダイヤル１７の設定値が２未満の場合は、目標回転数として１２０００ｒｐｍを設定し、目標回転数に至るまでステップ２１３にて設定された加速度にてスピンドル３０を加速させる（ステップ２１６）。次に、制御回路７０はスピンドル３０の回転数が１２０００ｒｐｍ以上を所定の時間、例えば１０ｍｓ検出したかどうかを判定する（ステップ２１８）。検出した場合は変速ダイヤル１７にて設定された回転速度にて定速回転させる（ステップ２２０）。変速ダイヤル１７の設定値が“１”の場合は、スピンドル３０の回転速度が９６００ｒｐｍであるため、１２０００ｒｐｍから９６００ｒｐｍまで減速させることになる。ステップ２１８にて１２０００ｒｐｍ以上を１０ｍｓ以上検出していない場合は、起動から１．２秒以上経過しているかを判定し、経過していない場合はステップ２１８に戻る（ステップ２１９）。ステップ２１９で１．２秒以上経過している場合は、時間的に十分な加速時間が経過しているので、起動時におけるワッシャナット４５の締め付けが十分であるとして、ステップ２２０に進む。ステップ２１９は、ステップ２１１の直後に砥石４０に負荷がかかり、万が一スピンドル３０の回転数が１２０００ｒｐｍに到達しなかった場合にも、変速ダイヤル１７の設定で目標回転数を整定するためのステップである。以上の手順によって制御回路７０は、変速ダイヤル１７にて設定された目標回転数で定速回転制御を行い、スイッチレバー１１がオフになるまでモータを回転させる（ステップ２２１）。尚、ステップ２２１でスイッチレバー１１がオフになった後の手順は図８のフローチャートで示した通りである。
以上説明したように、第二の実施例ではダイヤル値が４以上の場合は従前どおりのソフトスタートにて起動して、従前の回転工具と同様にワッシャナット４５に対して締まり勝手の力を付与する。そして、所要回転状態となる時間Ｔ２経過前にスイッチがオフされた際にはブレーキをかけないように制御する。一方、ダイヤル値が３以下の場合は、起動時には一端高速（例：Ｄｕｔｙ５０％）で回転させて、締まり勝手方向のトルクを多く付与させることによりワッシャナット４５を十分締め付けた後、定速（Ｄｕｔｙ４０％）で回転させるようにした。時間Ｔ２経過前にスイッチをオフした際には、ブレーキを掛けないで惰性で回転工具が停止するようにして、ワッシャナット４５の緩みを防止した。
次に図１３を用いて第二の実施例の変形例を説明する。図１１に示す図では、加速直後に電気ブレーキを付与するか否かの閾値を、ダイヤル設定値が３の回転時の定速回転に移行するまでの時間Ｔ１（＝０～時刻ｔ１）を基準にした。しかしながら、本変形例はこの閾値をダイヤル設定値が最高回転時の定速回転に移行するまでの時間Ｔ２（＝０～時刻ｔ６）を基準に設定した。その他の制御は同じである。ここでは時刻ｔ１の経過前にスイッチレバー１１をオフにすると矢印１３１ｄ、１３４ｄのように電気ブレーキを付与せずに惰性にて回転を停止させる。また回転速度１３１の際に、矢印１３１ｂに示す定速回転状態であっても、閾値たる時刻ｔ６よりも前にスイッチレバー１１がオフにされたら矢印１３７ｄのように電気ブレーキを付与せずに惰性にて減速するようにした。閾値たる時刻ｔ６よりも後にスイッチレバー１１をオフにした場合は、矢印１３１ｃのように電気ブレーキを適用して即座に先端工具の回転を停止させる。尚、“所要回転経過”状態を判定する閾値として、経過時間Ｔ２を用いるだけに限られずに、実際の回転数を用いて検出しても良い。
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施例においては、回転工具１の例として電気モータを動力源としてスピンドル３０に取り付けられる砥石等を回転させるグラインダを例に説明したが、グラインダだけに限られずに、動力源によって回転される回転軸を有し、ワッシャナットのような締め付け具を用いて回転軸へ先端工具を固定するような回転工具であれば、他の回転工具であっても良い。また、本発明の動力源は電気モータに限定されずに任意の動力源であっても良い。さらに、本発明のブレーキ手段は、モータのコイルを短絡させる電気ブレーキだけに限定されずに、機械的なブレーキやその他のブレーキ手段であっても良い。
１…回転工具、２…モータハウジング、２ｂ…軸受ホルダ部、３…リヤカバー、３ｂ…風窓、５…モータ、６…ロータ、７…永久磁石、８…ステータ、９…回転軸、１０…センサ磁石、１１…スイッチレバー、１２…連結アーム、１４ａ，１４ｂ…軸受、１５…冷却ファン、１５ａ，１５ｂ…冷却風の流れ、１６…ファンカバー、１７…変速ダイヤル、１８…スイッチ、１９…電源コード、２１…ギヤケース、２１ａ～２１ｄ…ネジ穴、２２，２３…傘歯車、２５…メタル、２６…軸受、２７…スピンドルカバー、２７ａ…開口部、２７ｂ…ラビリンス部、３０…スピンドル、３１ａ…細径部、３１ｂ…主軸部、３１ｃ…軸受保持部、３２…雄ネジ、３３…サポートボディ、３３ａ…ラビリンス部、３４ａ，３４ｂ…突起部、３５…ホイルワッシャ、３５ａ…貫通穴、３５ｂ…円筒部、３９…ホイールガード、４０…砥石、４１…突出部、４１ａ…貫通孔、４２…接続面、４３…作業面、４５…ワッシャナット、４５ａ…雌ネジ、５０…ケース、５１…回路基板、５２…センサ基板、５５…電源コード保持部、５６…樹脂、６０…ダイオードブリッジ、６１…コンデンサ、６２…シャント抵抗、６３…定電圧電源回路、６４…ダイオード、６５…電解コンデンサ、６６…ＩＰＤ回路、６７…コンデンサ、６８…レギュレータ、６９…回転位置検出素子、７０…制御回路、７１…インバータ回路、７２…可変抵抗、７３ａ～７３ｆ…還流ダイオード、７５ａ～７５ｅ…ブレーキ電流、８２，８３ａ～８３ｃ…金属板、８４ａ～８４ｃ…端子、８５…リード線、９０…交流電源、１１１，１１４，１１６，１２１…回転速度、１３１～１３６…回転速度、Ｑ１～Ｑ６…スイッチング素子、Ａ１…（モータの）軸線、Ｂ１…（スピンドルの）軸線

Claims (14)

  1. 固定具によって回転する先端工具をスピンドルに装着し、モータによって前記スピンドル及び前記先端工具を回転させる回転工具であって、前記モータの回転又は停止を切替え可能なスイッチと、前記スイッチの操作に応じて前記モータの回転を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記モータが起動してから所要回転経過後に前記スイッチがオフにされたら前記スピンドルを通常の制動をすることにより前記回転工具を停止させ、前記モータが起動してから所要回転経過前に前記スイッチがオフにされたら、前記通常の制動よりも弱い制動力を前記スピンドルに適用するか、又は、制動力を適用せずに前記回転工具を停止させることを特徴とする回転工具。
  2. 前記スピンドルはネジ部が形成され、前記ネジ部に対応するネジ部を有する締付具を設け、前記締付具は前記スピンドルの回転方向と反対向きに回転させることにより前記先端工具を前記スピンドルに対して締め付けて固定することを特徴とする請求項１に記載の回転工具。
  3. 前記スピンドルには先端に雄ネジが形成され、前記先端工具は前記スピンドルを貫通させる貫通孔を有し、前記締付具は雌ネジを有するナットであることを特徴とする請求項２に記載の回転工具。
  4. 前記所要回転経過とは、前記スイッチがオンされて前記モータが加速開始してから所定の時間が経過した状態であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の回転工具。
  5. 前記所要回転経過は、前記スイッチがオンされた後に前記モータの回転数が所定回転数に到達した状態であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の回転工具。
  6. 前記モータはコイルを有し、前記制御装置は前記コイルを短絡させることにより前記制動をおこなうことを特徴とする請求項４又は５に記載の回転工具。
  7. 前記モータは３相のブラシレスモータであり、複数のスイッチング素子によって前記モータを制御するインバータ回路を有し、前記制御装置は、前記インバータ回路を制御することで前記モータの回転及び制動を制御することを特徴とする請求項６に記載の回転工具。
  8. 前記制御装置は、前記スイッチング素子による前記モータの短絡相の数、及び/又は、短絡時間を変化させることにより前記制動の強さを調整することを特徴とする請求項７に記載の回転工具。
  9. 前記制御装置は、前記スイッチがオンされると、前記モータを設定された一定速度よりも高い締付け閾値回転数まで加速させた後に、前記締付け閾値回転数よりも小さい所定速度に減速させてモータを前記一定速度にて駆動することを特徴とする請求項１に記載の回転工具。
  10. 前記モータの定速回転速度を設定する速度調整装置を有し、前記締付け閾値回転数は前記速度調整装置による速度調整範囲の最低値よりも大きく、且つ、最高値以下の範囲内に設定され、前記締付け閾値回転数よりも低い回転数が前記速度調整装置により選択された場合は、前記モータを前記締付け閾値回転数に到達させてから減速して選択された前記回転数に到達させることを特徴とする請求項９に記載の回転工具。
  11. 前記速度調整装置は複数レベルの設定回転数が選択可能であり、前記締付け閾値回転数は最も低いレベルを除くいずれかのレベルの設定回転数であることを特徴とする請求項１０に記載の回転工具。
  12. 前記速度調整装置により設定された回転数が所定値未満のときは、前記所定値以上のときと比べて前記制御装置は前記モータの加速度が大きくなるように制御することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の回転工具。
  13. 前記速度調整装置は複数段階の設定回転数が選択可能であり、前記制御装置は、締付け閾値回転数よりも大きい上位レベルの設定回転数の加速度が、下位レベルの設定回転数の加速度よりも小さくなるように制御することを特徴とする請求項１２に記載の回転工具。
  14. 前記速度調整装置は複数段階の設定回転数が選択可能であり、前記制御装置は、制動時の前記モータの減速度を前記設定回転数の高さと反比例させるように制御することを特徴とする請求項１２に記載の回転工具。
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