JP2018140447A - 電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】電力供給の遮断時に迅速にモータを停止可能な電動工具を提供する。
【解決手段】グラインダ１は、モータ６と、交流電源５１からの電力をモータ６に供給するインバータ回路４３と、インバータ回路４３を制御する制御部５０と、交流電源５１からの電圧を検出する電圧検出部を構成する抵抗Ｒ１、Ｒ２と、を備える。制御部５０は、電圧検出部による検出電圧が第１閾値より低下すると、モータ６にブレーキをかける。制御部５０は、検出電圧が第２閾値以下の場合にはモータ６を駆動しない。
【選択図】図４

Description

本発明は、ブレーキ機能（制動機能）を有する交流駆動の電動工具に関する。

従来から、グラインダや丸のこ等の電動工具において、トリガ等の操作スイッチがオフされると自動的にブレーキをかける（制動を行う）ものが知られている（特許文献１）。駆動源がブラシレスモータである場合、例えば、ブラシレスモータに電流を供給するインバータ回路の下アーム側スイッチング素子をオンすることで、電気ブレーキ（短絡ブレーキ）をかけることができる。

特開２００７−２７５９９９号公報

交流駆動の電動工具では、電源コードのプラグがコンセントから抜けたり停電が起きたりして電力供給が遮断されると、回転具は、ブレーキがかからないまま、自然減速により停止するまで回転し続ける。回転具のイナーシャ（慣性モーメント）が大きい場合、電力供給の遮断から回転具の停止までに長い時間を要し、その間は電動工具を置くことができず、また回転具を不用意に相手材に接触させて傷つけてしまう可能性もある。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、電力供給の遮断時に迅速にモータを停止可能な電動工具を提供することにある。

本発明のある態様は、電動工具である。この電動工具は、
先端工具を駆動するモータと、
交流電源からの電力を前記モータに供給する駆動回路と、
前記駆動回路を制御する制御部と、
前記交流電源から前記モータに至る経路上の電圧を検出する電圧検出部と、
前記モータの起動及び停止を指示するスイッチと、を備え、
前記制御部は、前記スイッチからの指示信号が入力されると前記モータを駆動し、その後、前記交流電源からの電圧が低下すると前記先端工具に制動をかけることを特徴とする。

交流電源に接続可能な接続手段を備え、
前記制御部は、前記接続手段による接続が遮断されると前記先端工具に制動をかけてもよい。

前記制御部は、前記電圧検出部により検出した電圧が第１閾値より低下した場合に前記先端工具に制動をかけてもよい。

前記制御部は、前記電圧検出部により検出した電圧が前記第１閾値より大きい第２閾値以下の場合は前記モータを駆動しなくてもよい。

前記制御部は、前記電圧検出部により検出した電圧が第１閾値より低下した場合に前記先端工具に制動をかけ、その後、前記電圧が第１閾値より大きい第２閾値を超えた場合に前記モータを再起動させてもよい。

前記スイッチがオンの状態で前記電圧が前記第２閾値を超えた場合に前記モータを再起動させてもよい。

前記モータを再起動した後の前記モータの回転数は、前記制動をかける前の前記モータの回転数より低くてもよい。

前記スイッチがオンの状態で前記電圧が前記第２閾値を超えた場合に前記モータを再起動させなくてもよい。

本発明のもう１つの態様は、電動工具である。この電動工具は、
先端工具を駆動するモータと、
交流電源からの電力を前記モータに供給する駆動回路と、を備え、
前記交流電源からの電力供給が遮断されると前記先端工具に制動をかけることを特徴とする。

本発明のもう１つの態様は、電動工具である。この電動工具は、
モータと、
交流電源からの電力を前記モータに供給する駆動回路と、
前記駆動回路を制御する制御部と、
前記交流電源から前記モータに至る経路の電圧を検出する電圧検出部と、を備え、
前記電圧検出部により検出した電圧が閾値以下の場合は前記モータを駆動させないことを特徴とする。

前記モータの起動及び停止を指示するスイッチを有し、前記スイッチは、前記モータの起動を指示する状態に係止可能であってもよい。

前記交流電源からの電圧が低下又は遮断した場合にも制御部への駆動電圧の供給を維持する電源部を有してもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、電力供給の遮断時に迅速にモータを停止可能な電動工具を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係るグラインダ１の、操作スイッチ５がオフの状態の側断面図。 グラインダ１の、操作スイッチ５がオンの状態の側断面図。 図３（Ａ）は、図１のコントローラボックス４０をＡ方向から見た矢視図。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＢ−Ｂ断面図。 グラインダ１の制御ブロック図。 グラインダ１の制御フローチャート（その１）。 グラインダ１の制御フローチャート（その２）。 グラインダ１の動作の一例を示すタイムチャート。 グラインダ１のブレーキ（制動）の制御フローチャート。 第２ブレーキ制御においてスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６のＰＷＭ制御のデューティ比を一定とする場合のグラインダ１の減速期間のタイムチャート。 第２ブレーキ制御においてスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６のＰＷＭ制御のデューティ比を可変とする場合のグラインダ１の減速期間のタイムチャート。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、本発明の実施の形態１に係るグラインダ１の、操作スイッチ５がオフの状態の側断面図である。図２は、グラインダ１の、操作スイッチ５がオンの状態の側断面図である。図１に示すように、グラインダ１は、砥石等の例えば円板形状の回転具（先端工具）１０を備え、コンクリートや石材などの表面を平坦にする研削作業などに用いられる。なお、回転具１０としては、円板状の研磨用砥石や切断用砥石の他に、円板状のブラシやカッター等も取付け可能である。グラインダ１は、ハウジング３と、ギヤケース４と、を備える。

ハウジング３は、例えば樹脂製であって、全体として略円筒形状を成す。ハウジング３の内部には、モータ（電動モータ）６が収容される。モータ６は、ハウジング３の後端から引き出された電源コード７を介して商用電源等の外部交流電源に接続される。モータ６の出力軸６ａの前端部には、第１ベベルギヤ２１が設けられる。ハウジング３には、モータ６への通電有無を切り替える操作スイッチ（トリガスイッチ）５が設けられる。操作スイッチ５は、スプリング５ｃによって後方（オフになる方向）に付勢されているが、操作スイッチ５を前方にスライドさせて図２に示すように係止凸部５ａをハウジング３の係止凹部３ａに引っ掛けることで、操作スイッチ５をオン状態（モータ６の起動を指示する状態）に係止できる。

ギヤケース４は、例えばアルミ合金等の金属製であり、ハウジング３の前端部に取り付けられる。ギヤケース４の開口部は、蓋部材としてのパッキングランド１１によって塞がれる。パッキングランド１１は、ギヤケース４に対して例えばネジ止め等により固定される。パッキングランド１１は、後述のホイルガード３０を保持する保持部材となる。ギヤケース４の内部には、２つの軸受（ニードルベアリング１２及びボールベアリング１３）が設けられており、これら軸受によってスピンドル２０が回転自在に保持されている。スピンドル２０は、モータ６の出力軸６ａと直交しており、その一端はパッキングランド１１を貫通して外部に突出している。一方、ギヤケース４内に位置するスピンドル２０の他端には、モータ６の出力軸６ａに取り付けられた第１ベベルギヤ２１と噛み合う第２ベベルギヤ２２が設けられる（取り付けられる）。モータ６の回転は、第１ベベルギヤ２１及び第２ベベルギヤ２２によって回転方向が９０度変換されるとともに、回転速度が減速されてスピンドル２０に伝達される。すなわち、スピンドル２０はモータ６によって回転駆動される。

回転具１０は、ホイルワッシャ１４及びホイルナット（ロックナット）１５によってスピンドル２０に固定され、スピンドル２０と一体的に回転する。ハウジング３に設けられた操作スイッチ５が操作されると、モータ６に電力が供給され、モータ６の出力軸６ａが回転する。すると、第１ベベルギヤ２１及び第２ベベルギヤ２２を介して出力軸６ａに連結されているスピンドル２０が回転し、スピンドル２０に固定されている回転具１０が回転する。パッキングランド１１には、回転具１０の外周の少なくとも１／２以上を覆うホイルガード３０が取り付けられている。ホイルガード３０は、作業中にその回動位置が変化しないように回り止めされているとともに、回り止めを解除すれば作業内容に合わせて回動位置を変更できるようになっている。

モータ６は、本実施の形態ではインナーロータ型のブラシレスモータであり、出力軸６ａの周囲に出力軸６ａと一体に回転する磁性体からなるロータコア６ｂが設けられる。ロータコア６ｂには、複数の（例えば４つの）ロータマグネット（永久磁石）６ｃが挿入保持される。ロータコア６ｂの周囲には、ステータコア６ｄが設けられる（ハウジング３に固定される）。ステータコア６ｄには、インシュレータ６ｆを介してステータコイル６ｅが設けられる。なお、ステータコア６ｄを保持しているハウジング３は、グラインダ１のハンドルとして用いられる。

ハウジング３内において、モータ６の後方には、コントローラボックス４０が設けられる。コントローラボックス４０には、メイン基板４１、センサ基板４４、及びスイッチ基板４６が収容され、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すようにウレタン４８が充填される。メイン基板４１には、ダイオードブリッジ４２やインバータ回路４３、図４に示す制御部５０等が設けられる。センサ基板４４は、モータ６の出力軸６ａの後端部に設けられたセンサマグネット８と対向する。センサ基板４４の、センサマグネット８との対向面には、３つのホールＩＣ（磁気センサ）４５が例えば６０°間隔で設けられる。センサマグネット８の発生する磁界をホールＩＣ４５で検出することで、モータ６の回転位置（ロータ回転位置）を検出することができる。スイッチ基板４６は、操作スイッチ５の操作に連動してスライドするスライドバー５ｂの先端部に設けられたスイッチマグネット５ｄと対向する。スイッチ基板４６の、スイッチマグネット５ｄとの対向面には、２つのホールＩＣ（磁気センサ）４７が設けられる。スイッチマグネット５ｄは、操作スイッチ５のオンオフに応じていずれかのホールＩＣ４７と正対する。

ハウジング３の後端部には、作業者（使用者）が操作する速度設定手段としての速度設定ダイヤル６２が設けられる（保持される）。速度設定ダイヤル６２はダイヤル式の可変抵抗器であり、速度設定ダイヤル６２を回すと可変抵抗器の抵抗値が変化する。作業者による速度設定ダイヤル６２の回転量（操作状態）に応じた値（電圧）を示す速度設定信号が、図４に示す制御部５０に入力される。制御部５０は、入力された速度設定信号の値、すなわち速度設定ダイヤル６２の操作状態に応じてモータ６の回転速度を設定し、モータ６の駆動を制御する。作業者は、速度設定ダイヤル６２の操作により、モータ６の回転速度（回転具１０の回転速度）を所望の速度に設定（調節）できる。制御部５０は、速度設定ダイヤル６２の操作状態に応じてモータ６の回転速度を連続的に変化させる。

図４は、グラインダ１の制御ブロック図である。外部の交流電源５１には、交流を直流に変換する整流回路としてのダイオードブリッジ４２が接続される。また、交流電源５１の一端には、ダイオードＤ１のアノードが接続される。交流電源５１の他端には、ダイオードＤ２のアノードが接続される。ダイオードＤ１、Ｄ２のカソード同士は相互に接続され、当該相互接続点とグランド（固定電圧端子）との間に抵抗Ｒ１、Ｒ２が直列接続される。電圧検出部を成す抵抗Ｒ１、Ｒ２の相互接続点の電圧は、制御部５０に入力される。制御部５０は、抵抗Ｒ１、Ｒ２の相互接続点の電圧により、交流電源５１からの入力電圧を検出する。

ダイオードブリッジ４２は、交流電源５１から入力される交流を全波整流して直流に変換する。電解コンデンサＣ１は、サージ吸収用であり、ダイオードブリッジ４２の出力端子間に設けられる。電解コンデンサＣ１の両端の電圧は、駆動回路としてのインバータ回路４３に入力される。インバータ回路４３は、三相ブリッジ接続されたＩＧＢＴやＦＥＴ等のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含み、制御部５０の制御に従ってダイオードブリッジ４２及び電解コンデンサＣ１からの供給電流スイッチングし、モータ６のステータコイル６ｅ（Ｕ，Ｖ，Ｗの各巻線）に駆動電流を供給する。抵抗Ｒsは、モータ６の電流経路に設けられる。抵抗Ｒsの両端間の電圧は、制御部５０に入力される。制御部５０は、抵抗Ｒsの両端間の電圧により、モータ６の電流（負荷）を検出する。また、制御部５０は、複数のホールＩＣ４５の出力電圧により、モータ６の回転位置（ロータ回転位置）を検出する。

電解コンデンサＣ１の一端（プラス側端子）には、ダイオードＤ３のアノードが接続される。ダイオードＤ３のカソードは、ＩＰＤ回路５３の第１入力端子に接続される。電解コンデンサＣ１の他端は、ＩＰＤ回路５３の第２入力端子に接続される。ＩＰＤ回路５３の第１及び第２入力端子間に、電解コンデンサＣ２（電源部）が設けられる。ダイオードＤ３のカソードとグランドとの間に、抵抗Ｒ３、Ｒ４が直列接続される。抵抗Ｒ３、Ｒ４の相互接続点とグランドとの間に、ノイズ除去用のコンデンサＣ３が設けられる。電圧検出部を成す抵抗Ｒ３、Ｒ４の相互接続点の電圧は、制御部５０に入力される。制御部５０は、抵抗Ｒ３、Ｒ４の相互接続点の電圧により、ＩＰＤ回路５３への入力電圧（制御系電源回路への入力電圧）を検出する。抵抗Ｒ３、Ｒ４の相互接続点の電圧は、交流電源５１からの電圧の変化に応じて変化する電圧の一例である。

ＩＰＤ回路５３は、インテリジェント・パワー・デバイス（Intelligent Power Device）であるＩＰＤ素子やコンデンサ等により構成された回路であり、ダイオードブリッジ４２及び電解コンデンサＣ２によって整流、平滑された電圧を例えば約１８Ｖに降圧するＤＣ−ＤＣスイッチング電源回路である。ＩＰＤ回路５３は、集積回路であり、消費電力が小さく省エネルギーであるというメリットがある。ＩＰＤ回路５３の出力電圧は、レギュレータ５４によって例えば約５Ｖに更に降圧され、制御部５０に動作電圧（電源電圧Ｖcc）として供給される。ＩＰＤ回路５３及びレギュレータ５４は、制御部５０に動作電圧を供給する制御系電源回路を構成する。制御部５０は、例えばマイクロコントローラ（マイコン）である。

操作スイッチ検出回路５５は、図１のスイッチ基板４６に搭載された２つのホールＩＣ４７であり、操作スイッチ５の位置（オンオフ）に応じたスイッチ操作検出信号を制御部５０に送信する。制御部５０は、スイッチ操作検出信号により、操作スイッチ５のオンオフを検出する。制御部５０は、操作スイッチ５のオンを検出すると、速度設定ダイヤル６２の回転量に応じた速度設定信号を基に、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をスイッチング制御（例えばＰＷＭ制御）し、モータ６を駆動する。

制御部５０は、接続手段としての電源コード７の抜け（接続手段による接続の遮断）や停電等により、交流電源５１からの電力供給が低下すると、モータ６にブレーキをかける（制動力を発生させる）ブレーキ制御を行う。具体的には、制御部５０は、交流電源５１からの入力電圧（抵抗Ｒ１、Ｒ２の相互接続点の電圧）、又はＩＰＤ回路５３への入力電圧（抵抗Ｒ３、Ｒ４の相互接続点の電圧）、すなわち電圧検出部によって検出した電圧（以下、「検出電圧」とも表記）が、第１閾値（例えば４０Ｖ〜５０Ｖ）より低下すると、ブレーキ制御を行う。ブレーキ制御は、ここではモータ６に電気制動力を発生させるものであり、具体的には、例えば、インバータ回路４３の上アーム側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３をオフに維持しながら下アーム側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６の少なくともいずれかをオンし続ける第１ブレーキ制御、上アーム側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３をオフに維持しながら下アーム側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６の少なくともいずれかをＰＷＭ制御によりオンオフする第２ブレーキ制御、並びに、第１及び第２ブレーキ制御を組み合わせた第３ブレーキ制御、のいずれかである。なお、ブレーキ制御の契機となる電力供給の低下は、電力供給の遮断を含む概念である。制御部５０は、操作スイッチ５がオフになった場合にブレーキ制御を行ってもよい。制御部５０は、検出電圧が第１閾値より大きい第２閾値（例えば５５Ｖ〜６０Ｖ）以下の場合はモータ６を駆動しない。

図５は、グラインダ１の制御フローチャート（その１）である。本フローチャートは、電源コード７が交流電源５１に接続されることによりスタートし、スタート時、操作スイッチ５はオフである。制御部５０は、モータ６を停止し（Ｓ１）、検出電圧を監視する（Ｓ２）。制御部５０は、検出電圧が第２閾値以下の場合（Ｓ２のＮＯ）、操作スイッチ５のオンオフに関わらずモータ６の停止を維持する（Ｓ１）。制御部５０は、検出電圧が第２閾値を超えた場合（Ｓ２のＹＥＳ）、操作スイッチ５がオンになると（Ｓ３のＹＥＳ）、インバータ回路４３のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をスイッチング制御し、モータ６を駆動する（Ｓ４）。なお、Ｓ２とＳ３の判断の順番は逆であっても良い。その後、制御部５０は、モータ６の駆動中に、電源コード７の抜けや停電等により検出電圧が第１閾値未満になると（Ｓ６のＹＥＳ）、操作スイッチ５のオンオフに関わらずブレーキ制御を行い（Ｓ６）、モータ６を停止する（Ｓ７）。なお、図示は省略したが、制御部５０は、自身への電力供給が無くなると動作を停止するが、電解コンデンサＣ２を設けることで、電源コード７の抜けや停電が生じても直ぐには停止しない。制御部５０は、検出電圧が第２閾値以下の場合は（Ｓ８のＮＯ）、操作スイッチ５のオンオフに関わらずモータ６の停止を維持する（Ｓ７）。制御部５０は、検出電圧が第２閾値を超えたときに（Ｓ８のＹＥＳ）、操作スイッチ５がオン状態を継続していた場合（Ｓ９のＹＥＳ）、ステップＳ４におけるモータ６の駆動（通常駆動）と比較して低い回転数でモータ６を駆動する（Ｓ１０）。ステップＳ１０の制御は、操作スイッチ５がオン状態に係止されたまま、検出電圧が第１閾値未満となり、その後検出電圧が第２閾値を超えた場合に対応する制御であり、不用意にモータ６が通常駆動することによる不都合（相手材の傷つけ等）を抑制しつつ、使用者に操作スイッチ５がオンのままであることを報知することができる。制御部５０は、操作スイッチ５が一旦オフになった後に（Ｓ９のＮＯ）再度オンになると（Ｓ１１のＹＥＳ）、モータ６を通常駆動する（Ｓ４）。

図６は、グラインダ１の制御フローチャート（その２）である。図６では、ステップＳ８以前は図５と共通のため、図示を省略している。図５のフローチャートでは、操作スイッチ５がオンのまま検出電圧が復帰して第２閾値を超えた場合にモータを低回転駆動したが（Ｓ８〜Ｓ１０）、図６のフローチャートでは、同場合にモータを駆動しない。これにより、不用意にモータ６が駆動することによる不都合を抑制できる。図６に示すように、制御部５０は、ステップＳ８において検出電圧が第２閾値を超えた後（Ｓ８のＹＥＳ）、操作スイッチ５がオフにならずにオンを継続した場合（Ｓ１２のＮＯ）、モータ６の停止を維持する（Ｓ１３）。制御部５０は、操作スイッチ５がオフになった後（Ｓ１２のＹＥＳ）再度オンになった場合は（Ｓ１４のＹＥＳ）、モータ６を通常駆動する（Ｓ４）。

図７は、グラインダ１の動作の一例を示すタイムチャートである。このタイムチャートは、上から順に、操作スイッチ５のオンオフ、交流電源５１からの入力電圧、ＩＰＤ回路５３の入力直流電圧、制御部５０の電源電圧、モータ６の回転数Ａ（図５の制御の場合に対応）、及びモータ６の回転数Ｂ（図６の制御の場合に対応）、を示す。時刻ｔ０において電源コード７が交流電源５１に接続されると、ＩＰＤ回路５３の入力直流電圧は、電解コンデンサＣ１、Ｃ２の充電が進むことで約１４１Ｖまで上昇する。時刻ｔ１において操作スイッチ５がオンに切り替わると、制御部５０は、モータ６を回転駆動する。その後、時刻ｔ２において電源コード７の抜けや停電等により交流電源５１からの交流電圧入力が無くなると、電解コンデンサＣ１、Ｃ２の放電が進むことでＩＰＤ回路５３の入力直流電圧が低下する。時刻ｔ３においてＩＰＤ回路５３の入力直流電圧が第１閾値未満になると、制御部５０は、モータ６のブレーキ制御を行う。モータ６の停止後、制御部５０の電源電圧も０Ｖとなり、制御部５０は停止する。その後、操作スイッチ５がオンのまま時刻ｔ４において電源コード７の再接続や停電復帰等により交流電源５１からの交流電圧入力が再開されると、制御部５０は、図５の制御においてはモータ６を低回転駆動し、図６の制御においてはモータ６の停止を維持する。時刻ｔ５において操作スイッチ５が一旦オフされた後、時刻ｔ６において再度操作スイッチ５がオンされると、制御部５０は、モータ６を通常駆動する。

ここで、モータ６のブレーキ制御（制動制御）について、図８から図１０を用いて説明する。

制御部５０は、操作スイッチ５がオフになると、まず、インバータ回路４３の上アーム側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３をオフに維持しながら下アーム側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６の少なくともいずれかをオンし続ける第１ブレーキ制御を行った後に、上アーム側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３をオフに維持しながら下アーム側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６の少なくともいずれかを例えばＰＷＭ制御によりオンオフする第２ブレーキ制御を行う。第１ブレーキ制御は、下アーム側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６をオフに維持しながら上アーム側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３の少なくともいずれかをオンし続けるブレーキ制御であってもよい。同様に、第２ブレーキ制御は、下アーム側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６をオフに維持しながら上アーム側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３の少なくともいずれかを例えばＰＷＭ制御によりオンオフするブレーキ制御であってもよい。第１及び第２ブレーキ制御においてオンされる下アーム側スイッチング素子又は上アーム側スイッチング素子は、一つでもよいし、二つでもよいし、三つ（全て）であってもよい。以下の説明では、第１及び第２ブレーキ制御においてオンされるスイッチング素子を、下アーム側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６の三つとする。

制御部５０は、第１ブレーキ制御から第２ブレーキ制御への切替を、例えばモータ６の回転数Ｒが所定回転数Ｒth以下になったタイミングで行う。制御部５０は、回転具１０の慣性モーメントに応じて所定回転数Ｒthを設定してもよい。この場合、制御部５０は、回転具１０の慣性モーメントが大きいほど、所定回転数Ｒthを低く設定する（慣性モーメントが大きいときの所定回転数Ｒthを、慣性モーメントが小さいときに所定回転数Ｒthよりも低く設定する）とよい。制御部５０は、モータ６の加速時ないし減速時における回転数の時間変化率、又は前記モータ６の起動電流に基づいて、回転具１０の慣性モーメントを判断することができる。制御部５０は、第２ブレーキ制御において、下アーム側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６のオン期間のデューティ比を一定としてもよいし、可変としてもよい。可変とする場合には、デューティ比を徐々に高くするとよく、そうすることでモータ６の完全停止を迅速かつ高精度のタイミングで行える。制御部５０は、回生エネルギーにより電解コンデンサＣ１に加わる電圧が、電解コンデンサＣ１の耐電圧を超えないように、第２ブレーキ制御を行う。

第１及び第２ブレーキ制御を組み合わせるブレーキ制御の背景は以下のとおりである。すなわち、全減速期間を通して第１ブレーキ制御のみを行う場合、反動が大きくなり、回転具１０をスピンドル２０に固定するホイルナット１５が緩みやすくなる。一方、全減速期間を通して第２ブレーキ制御のみを行う場合、反動を小さくしてホイルナット１５の緩みを抑制できるが、回生エネルギーにより例えば７００Ｖ程度まで電圧が跳ね上がり、電解コンデンサＣ１等の素子の耐電圧を超えるリスクが高くなる。ここで、電圧の跳ね上がりにも耐えられるように耐電圧の高い素子とする場合、例えば電解コンデンサＣ１の容量を５Ｆとする必要があり、素子サイズが大型化し、コストも高くなる。特に外部から供給される交流電力で動作するグラインダ１では、回生エネルギーを電池パックに逃がすことができないため、電圧の跳ね上がりの問題への対処が重要となる。そこで本実施の形態では、上述のように第１及び第２ブレーキ制御を組み合わせることで、ブレーキによる反動及び回生エネルギーによる電圧の跳ね上がりの抑制をバランス良く実現可能としている。具体的には、スイッチングを行わないため回生エネルギーによる電圧の跳ね上がりが起こらない第１ブレーキ制御により回生エネルギーを消費（一定以下まで低減）し、その後にＰＷＭ制御による第２ブレーキ制御を行うことで、反動を小さくしてホイルナット１５の緩みを抑制することができる。

図８は、グラインダ１の制御フローチャートである。制御部５０は、操作スイッチ５がオンされると（Ｓ２１のＹｅｓ）、モータ６を起動する（Ｓ２２）。制御部５０は、モータ６の起動電流により、回転具１０の慣性モーメントを特定し、所定回転数Ｒthを設定する（Ｓ２３）。その後、制御部５０は、速度設定ダイヤル６２によって設定された回転速度でモータ６を駆動する（Ｓ２４）。制御部５０は、操作スイッチ５がオフされると（Ｓ２５のＹｅｓ）、第１ブレーキ制御を行う（Ｓ２６）。すなわち、制御部５０は、上アーム側のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３をオフにした状態で下アーム側のスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６をオンし続けるブレーキ制御を行う。制御部５０は、モータ６の回転数Ｒが所定回転数Ｒthを超えている間、第１ブレーキ制御を継続する（Ｓ２７のＮｏ→Ｓ２６）。制御部５０は、モータ６の回転数Ｒが所定回転数Ｒth以下になると（Ｓ２７のＹｅｓ）、第２ブレーキ制御を行う（Ｓ２８）。すなわち、制御部５０は、上アーム側のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３をオフにした状態で下アーム側のスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６のオンオフを繰り返すブレーキ制御（スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６のＰＷＭ制御によるブレーキ制御）を行う。制御部５０は、モータ６が停止するまで、第２ブレーキ制御を継続する（Ｓ２９のＮｏ→Ｓ２８）。図８のフローチャートでは、ステップＳ２３において、モータ６の起動電流により回転具１０の慣性モーメントを特定したが、モータ６の起動による加速時における回転数の時間変化率により回転具１０の慣性モーメントを特定してもよい。また、操作スイッチ５がオフされたことによる減速時における回転数の時間変化率により回転具１０の慣性モーメントを特定してもよく、この場合、ステップＳ２５とステップＳ２６の間に、ブレーキ制御を行わずにモータ６を自然減速させる期間を設け、その期間における回転数の時間変化率により回転具１０の慣性モーメントを特定してもよい。

図９は、第２ブレーキ制御においてスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６のＰＷＭ制御のデューティ比を一定とする場合のグラインダ１の減速期間のタイムチャートである。なお、図９の時刻ｔ１１以降における下アーム側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６のゲート信号のオンオフは、固定デューティ比を概念的に示すものであり、実際のオンオフ周期よりも遥に長い周期でのオンオフを示している。時刻ｔ１０において操作スイッチ５がオフになると、制御部５０は、下アーム側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６をオンし続ける（デューティ比１００％でオンする）第１ブレーキ制御を行う。時刻ｔ１１においてモータ６の回転数Ｒが所定回転数Ｒth（例えば5000rpm）以下になると、制御部５０は、下アーム側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６をＰＷＭ制御により繰り返しオンオフする第２ブレーキ制御を行う。図９の例では、第２ブレーキ制御における下アーム側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６のオン期間のデューティ比を４０％で一定としている。一定とするデューティ比は、４０％に限定されず、任意に設定できる。その後、時刻ｔ１２においてモータ６が停止すると、制御部５０は、ブレーキ制御を停止する。

図１０は、第２ブレーキ制御においてスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６のＰＷＭ制御のデューティ比を可変とする場合のグラインダ１の減速期間のタイムチャートである。なお、図１０の時刻ｔ１１以降における下アーム側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６のゲート信号のオンオフは、徐々に高くなるデューティ比を概念的に示すものであり、実際のオンオフ周期よりも遥に長い周期でのオンオフを示している。図１０のタイムチャートは、図９と比較して、時刻ｔ１１〜ｔ１２の期間の第２ブレーキ制御において下アーム側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６のオン期間のデューティ比を徐々に高めていく点で相違し、その他の点で一致する。図１０の例では、第２ブレーキ制御における下アーム側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６のオン期間のデューティ比を、０％から１００％まで連続的に高めている。デューティ比の高め方は、連続的に限定されず、段階的でもよい。第２ブレーキ制御の最初のデューティ比は、０％に限定されず、任意に設定できる。また、第２ブレーキ制御の終わりのデューティ比は、１００％に限定されず、任意に設定できる。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) 交流電源５１からの電力供給が低下すると先端工具（モータ６）に制動（ブレーキ）をかける構成のため、電源コード７の抜けや停電等により電力供給が遮断された場合にモータ６及び回転具１０を迅速に停止することができる。ここで、操作スイッチ５をオン状態に係止した状態で電力供給が遮断されると、操作スイッチ５から手を離しただけでは操作スイッチ５がオフにならないため操作スイッチ５を迅速にオフにできず、操作スイッチ５のオフによるブレーキ制御を行う構成であってもモータ６に迅速にブレーキをかけられないが、本実施の形態では操作スイッチ５をオフできなくてもモータ６にブレーキをかけてモータ６及び回転具１０を迅速に停止できる。したがって、電力供給の遮断後、回転具１０が停止するまでの期間を短縮でき、当該期間に回転具１０を不用意に相手材に接触させて傷つけてしまう可能性を低減できる。また回転具１０が迅速に停止するため、グラインダ１を置いて電源コード７の再接続等の復旧作業を迅速に行える。

(2) 検出電圧が第１閾値未満になると先端工具（モータ６）に制動（ブレーキ）をかける一方で、検出電圧が第１閾値より大きい第２閾値以下の場合は操作スイッチ５がオンされてもモータ６を駆動しないため、モータ６の起動不良を抑制できる。すなわち、第２閾値の設定が無い場合、検出電圧が第１閾値付近にある状態で操作スイッチ５がオンされると、モータ６の起動直後にブレーキ制御への移行が発生して起動不良となるリスクがあるが、本実施の形態ではそのようなリスクを好適に抑制でき、安定動作を実現できる。

(3) 下アーム側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６をオンし続ける第１ブレーキ制御で回生エネルギーを消費した後に下アーム側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６をＰＷＭ制御する第２ブレーキ制御を行うことで、ブレーキによる反動を小さくしてホイルナット１５の緩みを抑制すること、及び回生エネルギーによる電圧の跳ね上がりの抑制を、バランスよく実現可能である。これにより、例えば電解コンデンサＣ１は、耐電圧２５０Ｖ、容量１８０μＦと小型で済む。

(4) 制御部５０は、回転具１０の慣性モーメントに応じて所定回転数Ｒthを設定するため、回転具１０の種類等に応じた最適なブレーキ制御を行える。

(5) 制御部５０は、モータ６の加速時ないし減速時の回転数変化率によって慣性モーメントを判断するため、通常行っている回転数監視の構成を慣性モーメントの判断にも利用でき、慣性モーメント判定のための回路構成が簡易で済む。

(6) 電源コード７の抜けや停電等により電力供給が遮断された場合にモータ６及び回転具１０を迅速に停止することができると共に、制動（ブレーキ）をかけた際の電動工具の反動を低減しつつ、先端工具の脱落（先端工具を固定しているホイルワッシャやロックナットの緩み）も抑えることが可能となる。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

電動工具は、実施の形態で例示したグラインダに限定されず、丸のこ（切断機）等の他の種類のものであってもよい。交流電源５１からの電圧の変化に応じて変化する電圧（交流電源からモータに至る経路の電圧）は、ダイオードブリッジ４２の出力端子間の電圧であってもよい。この場合、ダイオードブリッジ４２の出力端子間に電圧検出部として２つの抵抗を直列接続し、当該２つの抵抗の相互接続点の電圧（検出電圧）を制御部５０に入力してもよい。電圧検出部及び検出電圧は、複数である場合に限定されず、１つであってもよい。また、インバータ回路のスイッチング素子を制御することでモータのコイルに電流を流して制動（ブレーキ）をかける構成を説明したが、インバータ回路とは別にブレーキ回路を設けてもよい。また、制御部が電圧低下（遮断）を検出したらインバータ回路とは別に機械的なブレーキをかけてもよい。また、駆動回路はインバータ回路に限らない。

１ グラインダ、３ ハウジング、３ａ 係止凹部、４ ギヤケース、５ 操作スイッチ（トリガスイッチ）、５ａ 係止凸部、５ｂ スライドバー、５ｃ スプリング、５ｄ スイッチマグネット、６ モータ（電動モータ）、６ａ 出力軸、６ｂ ロータコア、６ｃ ロータマグネット、６ｄ ステータコア、６ｅ ステータコイル、６ｆ インシュレータ、７ 電源コード、８ センサマグネット、１０ 回転具（先端工具）、１１ パッキングランド（保持部材）、１２ ニードルベアリング、１３ ボールベアリング、１４ ホイルワッシャ、１５ ホイルナット（ロックナット）、２０ スピンドル、２１ 第１ベベルギヤ、２２ 第２ベベルギヤ、３０ ホイルガード、４０ コントローラボックス、４１ メイン基板、４２ ダイオードブリッジ、４３ インバータ回路、４４ センサ基板、４５ ホールＩＣ（磁気センサ）、４６ スイッチ基板、４７ ホールＩＣ（磁気センサ）、４８ ウレタン、Ｒｓ 検出抵抗

Claims (12)

1. 先端工具を駆動するモータと、
   交流電源からの電力を前記モータに供給する駆動回路と、
   前記駆動回路を制御する制御部と、
   前記交流電源から前記モータに至る経路上の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記モータの起動及び停止を指示するスイッチと、を備え、
   前記制御部は、前記スイッチからの指示信号が入力されると前記モータを駆動し、その後、前記交流電源からの電圧が低下すると前記先端工具に制動をかけることを特徴とする、電動工具。
2. 交流電源に接続可能な接続手段を備え、
   前記制御部は、前記接続手段による接続が遮断されると前記先端工具に制動をかけることを特徴とする、請求項１に記載の電動工具。
3. 前記制御部は、前記電圧検出部により検出した電圧が第１閾値より低下した場合に前記先端工具に制動をかけることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電動工具。
4. 前記制御部は、前記電圧検出部により検出した電圧が前記第１閾値より大きい第２閾値以下の場合は前記モータを駆動しないことを特徴とする、請求項３に記載の電動工具。
5. 前記制御部は、前記電圧検出部により検出した電圧が第１閾値より低下した場合に前記先端工具に制動をかけ、その後、前記電圧が第１閾値より大きい第２閾値を超えた場合に前記モータを再起動させることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電動工具。
6. 前記スイッチがオンの状態で前記電圧が前記第２閾値を超えた場合に前記モータを再起動させることを特徴とする、請求項４に記載の電動工具。
7. 前記モータを再起動した後の前記モータの回転数は、前記制動をかける前の前記モータの回転数より低いことを特徴とする、請求項４から６のいずれか一項に記載の電動工具。
8. 前記スイッチがオンの状態で前記電圧が前記第２閾値を超えた場合に前記モータを再起動させないことを特徴とする、請求項４に記載の電動工具。
9. 先端工具を駆動するモータと、
   交流電源からの電力を前記モータに供給する駆動回路と、を備え、
   前記交流電源からの電力供給が遮断されると前記先端工具に制動をかけることを特徴とする、電動工具。
10. モータと、
    交流電源からの電力を前記モータに供給する駆動回路と、
    前記駆動回路を制御する制御部と、
    前記交流電源から前記モータに至る経路の電圧を検出する電圧検出部と、を備え、
    前記電圧検出部により検出した電圧が閾値以下の場合は前記モータを駆動させないことを特徴とする、電動工具。
11. 前記モータの起動及び停止を指示するスイッチを有し、前記スイッチは、前記モータの起動を指示する状態に係止可能であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電動工具。
12. 前記交流電源からの電圧が低下又は遮断した場合にも制御部への駆動電圧の供給を維持する電源部を有することを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の電動工具。

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