电动工具的制作方法

本发明涉及一种能够根据作业者的拨盘(dial)操作等，来设定马达(motor)的转速的研磨机(grinder)等的电动工具。

背景技术：

以往，在研磨机等的电动工具中，已知：具有能够根据拨盘等的速度设定部件的操作状态，来设定马达转速的变速功能的电动工具。另一方面，在电动工具中，当马达达到某转速时，有时会因转子的旋转引起的共振(共鸣)而产生大的声音。在何种转速附近产生大的声音，根据机壳(housing)或马达的大小、形状、材质等而不同。而且，在使用无刷马达(brushlessmotor)的电动工具中，无刷马达与有刷马达相比，效率高且可实现马达的小型化，因此，会因定子的固有振动频率低、且极数多等因素，而在电动工具的实用转速区域内产生共振(共鸣)的可能性高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2007-275999号公报

技术实现要素：

发明所要解决的问题

作为共振(共鸣)的对策，考虑变更机壳或马达的大小、形状等来调整各自的固有振动频率，但在具有变速功能的电动工具中使用的转速范围广，因此即使精心设计机壳或者马达的大小或形状等，仍难以避开产生大的声音的转速，从降低噪音的观点考虑，存在改善的余地。

本发明是认识到此种状况而完成，其目的在于提供一种既能使用广范围的转速，又能降低噪音的电动工具。

解决问题的技术手段

本发明的一实施方式是一种电动工具。所述电动工具包括：马达，具有定子与转子；机壳，收容所述马达，固定所述定子；触发开关(triggerswitch)，设于所述机壳，作业者能够进行操作，且输出所述马达的开启关闭(on/off)信号；作业者所操作的速度设定部件；以及控制部，根据所述速度设定部件的操作状态来设定所述马达的转速，其中，所述控制部避开所述定子共振的所述马达的规定转速区域，来设定所述马达的转速。

所述速度设定部件也可具有：通过作业者进行操作而相对于所述机壳的相对位置发生变化的操作部，所述控制部根据所述操作部的所述位置来设定所述马达的转速，在除了所述规定转速区域以外的至少一部分的转速中，根据所述操作部的所述位置来使所述马达的转速连续变化。

所述控制部也可具有存储部，所述存储部将与所述速度设定部件的操作状态相应的速度设定信号的值、与所述马达的设定转速相关联地予以存储，从所述存储部读出与所述速度设定部件的操作状态相应的所述设定转速，来设定所述马达的转速。

所述控制部也可具有输入端子，能够通过经由所述输入端子而发送的数据，来重写所述存储部的存储内容。

所述规定转速区域可为两个以上。

也可还包括：调整信号输出部，通过作业者的操作来对所述控制部输出调整信号，所述控制部在收到所述调整信号时，能够重写所述存储部的存储内容，以将接收时的转速及其附近的转速移除。

所述马达也可为无刷马达，所述转子具有永磁铁。

也可包括：旋转位置检测部件，对所述转子的旋转位置进行检测，所述控制部基于所述旋转位置检测部件的输出信号，来检测所述马达的转速。

所述机壳也可包含树脂材料。

也可包括：减速部，使所述转子的旋转减速；主轴(spindle)，与所述减速部连接，并朝与所述转子的旋转轴大致正交的方向延伸；以及前端工具，安装于所述主轴，其中，所述机壳被用作握柄(handle)。

所述前端工具也可为圆盘形状且直径为100mm～250mm。

另外，以上构成要素的任意组合、将本发明的表达在方法或系统等之间转换者，也作为本发明的实施方式而有效。

发明的效果

根据本发明，可提供一种既能使用广范围的转速，又能降低噪音的电动工具。

附图说明

图1是本发明的实施方式的研磨机1的、操作开关5为关闭的状态的侧剖面图。

图2是研磨机1的、操作开关5为开启的状态的侧剖面图。

图3是研磨机1的控制框图。

图4是表示研磨机1的马达6的转速与产生的音量的关系的特性图。

图5是表示存储在图3的存储部54a中的表的内容的第1例的说明图。

图6是表示图1等所示的速度设定拨盘62的角度(操作状态)、与马达6的设定转速的关系的第1例的设定转速特性图。

图7是表示其第2例的设定转速特性图。

图8是表示其第3例的设定转速特性图。

图9是表示存储在图3的存储部54a中的表的内容的第2例的说明图。

图10是表示图1等所示的速度设定拨盘62的角度(位置)、与马达6的设定转速的关系的第4例的设定转速特性图。

图11是对图3的存储部54a的存储内容进行重写的调整模式的流程图。

图12是在图10中因经年变化等造成共振转速发生变化时的设定转速特性图。

图13是从图12的状态执行调整模式而部分变更了马达6的设定转速后的设定转速特性图。

具体实施方式

以下，参照附图来详述本发明的适宜实施方式。另外，对于各附图中所示的同一或同等的构成要素、构件、处理等标注同一符号，并适当省略重复说明。而且，实施方式是例示性的，而非限定发明，实施方式中记述的所有特征及其组合未必是发明的本质内容。

图1是本发明的实施方式1的研磨机1的、操作开关5为关闭的状态的侧剖面图。图2是研磨机1的、操作开关5为开启的状态的侧剖面图。如图1所示，研磨机1具备作为前端工具(旋转工具)的磨石10，用于使混凝土(concrete)或石材等表面变得平坦的研削作业等。磨石10为圆盘形状且直径为例如100mm～250mm。另外，作为前端工具，除了圆板状的研磨用磨石或切断用磨石以外，还可安装圆板状的刷(brush)或刀具(cutter)等。研磨机1具备机壳3(例如树脂制)与齿轮箱(gearcase)4。

机壳3整体上呈大致圆筒形状，在机壳3的内部，收容有作为动力机的马达(电动马达)6。马达6经由从机壳3的后端引出的电源线7而连接于商用电源等的外部交流电源。在马达6的输出轴6a的前端部，设有第1伞齿轮(bevelgear)21。在机壳3中，设有切换对马达6的通电有无(马达6的驱动、停止)的操作开关(触发开关)5。操作开关5由弹簧(spring)5c朝向后方(成为关闭的方向)施力，但通过使操作开关5朝前方滑动而如图2所示那样将卡止凸部5a钩挂住机壳3的卡止凹部3a，可使操作开关5卡止在开启状态。

齿轮箱4例如为铝合金等的金属制，安装在机壳3的前端部。齿轮箱4的开口部由作为盖构件的衬垫压盖(packinggland)11予以封闭。衬垫压盖11相对于齿轮箱4，例如通过螺固等而固定。衬垫压盖11成为保持后述的护轮罩(wheelguard)30的保持构件。在齿轮箱4的内部，设有两个轴承(滚针轴承(needlebearing)12及滚珠轴承(ballbearing)13)，通过这些轴承来旋转自如地保持主轴20。主轴20是与马达6的输出轴6a(转子旋转轴)大致正交，其一端贯穿衬垫压盖11而突出到外部。另一方面，在位于齿轮箱4内的主轴20的另一端，设有(安装有)与安装于马达6的输出轴6a的第1伞齿轮21啮合的第2伞齿轮22。马达6的旋转由作为减速部的第1伞齿轮21及第2伞齿轮22将旋转方向转换90度，并且转速经减速后传递至主轴20。即，主轴20是由马达6进行旋转驱动。

磨石10通过轮垫圈(wheelwasher)及锁定螺母(locknut)而固定于主轴20，与主轴20一体地旋转。当设于机壳3的操作开关5受到操作时，对马达6供给电力，马达6的输出轴6a旋转。于是，经由第1伞齿轮21及第2伞齿轮22而连结于输出轴6a的主轴20旋转，固定于主轴20的磨石10旋转。在衬垫压盖11上，安装有覆盖磨石10的外周的至少1/2以上的护轮罩30。护轮罩30在作业中受到止转，以免其转动位置发生变化，并且，若解除止转，则可配合作业内容来变更转动位置。

马达6在本实施方式中为无刷马达，在输出轴6a的周围，设有与输出轴6a一体地旋转的包含磁性体(magneticbody)的转子芯(rotorcore)6b。在转子芯6b中，插入保持有多个(例如4个)转子磁铁(magnet)(永磁铁)6c。在转子芯6b的周围，设有定子芯6d(固定于机壳3)。在定子芯6d上，经由绝缘体6f而设有定子线圈6e。另外，保持定子芯6d的机壳3被用作研磨机1的握柄。

在机壳3内，在马达6的后方，设有控制器盒(controllerbox)40。在控制器盒40中，收容有主(main)基板41、传感器(sensor)基板44及开关基板46。在主基板41上，设有二极管电桥(diodebridge)42或逆变器(inverter)电路43、图3所示的控制器(微型计算机(microcomputer))54等。传感器基板44是与马达6的输出轴6a的后端部所设的传感器磁铁8相向。在传感器基板44的、与传感器磁铁8的相向面上，例如以60°间隔而设有作为旋转位置检测部件的3个霍尔(hall)集成电路(integratedcircuit，ic)(磁传感器)45。通过利用霍尔ic45来检测传感器磁铁8所产生的磁场，从而能够检测马达6的旋转位置(转子旋转位置)。开关基板46是与联动于操作开关5的操作而滑动的滑杆(slidebar)5b的前端部所设的开关磁铁5d相向。在开关基板46的、与开关磁铁5d的相向面上，设有两个霍尔ic(磁传感器)47。开关磁铁5d对应于操作开关5的开启关闭而与任一个霍尔ic47正对。

在机壳3的后端部，设有(保持有)供作业者(使用者)进行操作的作为速度设定部件的速度设定拨盘62。速度设定拨盘62为拨盘式的可变电阻器，当转动此速度设定拨盘62时，可变电阻器的电阻值将发生变化。表示与作业者对速度设定拨盘62的旋转量(操作状态)相应的值(电压)的速度设定信号，被输入至图3所示的控制器54。控制器54根据所输入的速度设定信号的值，即，根据速度设定拨盘62的操作状态，来设定马达6的转速，而控制马达6的驱动。作业者通过速度设定拨盘62的操作，能够将马达6的转速(磨石10的转速)设定(调节)为所期望的速度。控制器54是根据速度设定拨盘62的操作状态而基本上使马达6的转速连续地变化，但如后所述那样，避开(跳过)因共振或共鸣而噪音值变大的规定转速区域来设定马达6的转速。

图3是研磨机1的控制框图。在交流电源51上，经由噪声应对用的滤波器(filter)电路52，而连接有二极管电桥42。在二极管电桥42的输出端子，经由功率因数改善电路53而设有逆变器电路43。例如，功率因数改善电路53包括：含有金属氧化物半导体场效应晶体管(metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor，mosfet)的晶体管tr、及对晶体管tr的栅极(gate)输出脉宽调制(pulsewidthmodulation，pwm)控制信号的栅极驱动器ic53a，而具备将在逆变器电路43的各开关元件中产生的谐波电流(harmoniccurrent)抑制为限制值以下的作用。逆变器电路43例如是，将包含mosfet的开关元件tr1～tr6进行三相电桥连接而成，对马达6供给驱动电流。检测电阻rs将流经马达6的电流转换成电压。

图3中，操作开关检测电路55是搭载于图1的开关基板46的两个霍尔ic47，将与操作开关5的位置(开启关闭)相应的开关操作检测信号发送至控制器(微型计算机)54。控制器54在通过开关操作检测信号而检测到操作开关5变为开启时，使通电灯61点亮。

速度设定拨盘62将表示与作业者的操作状态相应的值的速度设定信号发送至控制器54。控制器54具有：将速度设定信号的值(电平(level))、与马达6的设定转速相关联地存储为表的存储部54a，从存储部54a读出与作业者对速度设定拨盘62的操作状态相应的设定转速，来设定马达6的转速。在存储部54a中，存储有基本上根据速度设定信号的值的变化而连续变化的设定转速，但如后所述那样，以避开因共振或共鸣而噪音值变大的规定转速区域的方式来存储设定转速。

马达电流检测电路56基于检测电阻rs的端子电压来确定流经马达6的电流，并将马达电流检测信号发送至控制器54。控制信号输出电路(栅极驱动器ic)57依照控制器54的控制，对构成逆变器电路43的各开关元件的栅极施加pwm信号等的驱动信号。转子位置检测电路58基于霍尔ic45的输出信号来检测马达6的转子的旋转位置，并将转子位置检测信号发送至控制器54及马达转速检测电路59。马达转速检测电路59基于来自转子位置检测电路58的转子位置检测信号来检测马达6的转速(旋转速度)，并将马达转速检测信号发送至控制器54。

控制器54根据开关操作检测信号、马达电流检测信号、转子位置检测信号、及马达转速检测信号、与速度设定拨盘62的位置(操作状态)，来对控制信号输出电路57进行控制，对构成逆变器电路43的各开关元件进行驱动，以驱动马达6旋转。控制器54通过速度显示部63，将马达6的转速通知给作业者。作为调整信号输出部的调整按钮(button)(调整开关)60是设在主基板41上，用于发出作业者对存储部54a的存储内容进行重写的调整模式的开始、结束及重写的指示的操作部。当长按调整按钮60时，对控制器54发送调整模式开始或结束信号，当短按调整按钮60时，对控制器54发送调整信号。对于调整模式将后述。输入部(输入端子)64是用于将新的表的数据输入至存储部54a的端子，控制器54可通过经由输入部64而发送的表的数据来重写存储部54a的存储内容。

图4是表示研磨机1中的马达6的转速与产生的音量的关系的特性图。如图4所示，在研磨机1中，当马达6的转速为6000rpm附近与7500rpm附近时，产生接近90db的大的声音。这是由马达6的定子的共振(共鸣)所引起的。尤其，研磨机1中，作为驱动源的马达6为无刷马达，因此，因转子与定子间的磁性吸力(顿转转矩(coggingtorque))造成的振动也重叠，从而产生刺耳尖锐的声音。而且，研磨机1等的便携式电动工具之类的(前端工具小的)小型机器的机壳的刚性也低，容易引起共振。因此，本实施方式中，采用根据速度设定拨盘62的操作状态来使马达6的转速基本上连续变化的结构，且以避开产生大的声音的6000rpm附近与7500rpm附近的方式来设定马达6的转速，从而既能使用广范围的转速，又能降低噪音。

图5是表示存储在图3的存储部54a中的表的内容的第1例的说明图。图5中，对于速度设定信号的电平，是以十进制数来显示将作为模拟(analog)信号的速度设定拨盘62的输出信号转换成10位(bit)的数字(digital)信号的值。另外，图5中是以10为梯度来表示速度设定信号的电平，但实际上是以1为梯度存储在存储部54a中。图5的示例中，为如下所述的存储内容，即：将因共振(共鸣)产生大的声音的6000rpm及7500rpm的前后400rpm的范围从设定转速中移除，在除此以外的范围内，速度设定信号的电平每提高1，则设定转速提高10rmp。具体而言，在速度设定信号的电平超过460且小于540的范围内，存储与速度设定信号的电平为460时等同的设定转速(5600rpm)，在速度设定信号的电平为540时，设定转速一下子提高了800rpm而存储6400rpm。同样，在速度设定信号的电平超过610且小于690的范围内，存储与速度设定信号的电平为610时等同的设定转速(7100rpm)，在速度设定信号的电平为690时，设定转速一下子提高了800rpm而存储7900rpm。图5的示例是：在若为速度设定信号的电平每提高1则设定转速提高10rmp这一规则(通常的连续变化)而存储有6000rpm或7500rpm的前后400rpm的范围的设定转速的部分，存储紧跟在所述范围之前的设定转速(5600rpm或7100rpm)。控制器54是从存储部54a读出与速度设定信号的电平相应的设定转速来设定马达6的转速，因此，马达6的转速将避开因共振(共鸣)产生大的声音的6000rpm及7500rpm的前后400rpm的范围而设定。

图6是表示图1等所示的速度设定拨盘62的角度(操作状态)与马达6的设定转速的关系的第1例的设定转速特性图。图7是表示其第2例的设定转速特性图。图8是表示其第3例的设定转速特性图。图6所示的第1例对应于存储部54a的表的内容的如图5所示的情况。图7所示的第2例对应于下述情况：在存储部54a的表中，在若为通常的连续变化而存储有6000rpm或7500rpm的前后400rpm的范围的设定转速的部分，存储紧接于所述范围之后的设定转速(6400rpm或7900rpm)。图8所示的第3例对应于下述情况：存储部54a的表是未设设定转速为固定的范围，而是跳过6000rpm或7500rpm的前后400rpm的范围的内容。在图6～图8所示的任一例中，马达6均以避开产生大的声音的6000rpm及7500rpm的前后400rpm的范围的转速而旋转，因此噪音得到抑制。

图9是表示存储在图3的存储部54a中的表的内容的第2例的说明图。图10是表示图1等所示的速度设定拨盘62的角度(位置)与马达6的设定转速的关系的第4例的设定转速特性图。前述的图5～图8的示例对应于速度设定拨盘62的旋转量连续地变化的情况，与此相对，图9及图10的示例对应于速度设定拨盘62的旋转量阶段性地(此处，作为示例，为8阶段)变化的情况。图9及图10的示例中，将速度设定拨盘62为“1”的情况设为最低设定转速1500rpm，基本上，每转动1阶段速度设定拨盘62，则设定转速变化1500rpm，但仅在“3”与“4”之间转动速度设定拨盘62的情况下，将设定转速的变化设为1000rpm。由此，能够避开产生大的声音的6000rpm及7500rpm附近的转速，噪音得到抑制。

图11是对图3的存储部54a的存储内容进行重写的调整模式的流程图。所述流程图表示作业者在事后重写图5所示的存储部54a的表时的控制流程。控制器54在检测到调整按钮60被长按时(s1，是(yes))，即，收到调整模式开始信号时，开始调整模式。具体而言，控制器54对存储部54a的表进行初始化(s2)，开启马达6(s3)。另外，此处，表的初始化是指设为下述状态，即：在速度设定信号的电平的整个范围，以速度设定信号的电平每提高1则设定转速提高10rmp这一规则，来存储设定转速。控制器54以与速度设定拨盘62的操作量相应的转速来驱动马达6(s4)，当在马达6的驱动中检测到调整按钮60被短按时(s5，是)，即，收到调整信号时，重写表的内容(s6)。具体而言，控制器54将调整按钮60被短按时的马达6的转速的例如前后400rpm的范围的设定转速，替换为例如紧跟在所述范围之前或紧接于之后的转速。作业者通过改变速度设定拨盘62并再次短按调整按钮60，能够从设定转速中移除不同的多个转速范围。控制器54在检测到调整按钮60被长按时(s7，是)，即，收到调整模式结束信号时，停止马达6(s8)，结束调整模式。另外，调整模式开始信号与调整模式结束信号是表示相同的电平变化的信号，在未执行调整模式的情况下，作为调整模式开始信号来进行处理，在调整模式的执行中，作为调整模式结束信号来进行处理。

图12是表示在图10中因经年变化等导致共振转速发生变化时的设定转速特性图。研磨机1因长期使用会加剧零件的磨损，有时会导致机壳3变形，或者产生大的声音的共振转速发生变化。而且，也可能因更换零件造成共振转速发生变化。图12中表示了下述情况：因经年变化等，速度设定拨盘62的位置为“4”及“5”时的设定转速正好成为因共振产生大的声音的转速。另外，图12与图10相比，除了共振转速有所变化以外，其他则相同。

图13是从图12的状态执行调整模式而部分变更了马达6的设定转速后的设定转速特性图。图13的示例表示下述情况：作业者在调整模式下，当速度设定拨盘62的位置为“4”及“5”时，分别通过短按调整按钮60，从而将速度设定拨盘62的位置为“4”及“5”时的设定转速调高了500rpm。由此，即使在经年变化等所产生的共振转速发生了变化的情况下，也能够降低噪音。

根据本实施方式，能够起到下述效果。

(1)控制器54是避开因共振(共鸣)产生大的声音的规定转速区域来设定马达6的转速，因此既能使用广范围的转速，又能降低噪音。此种效果在如便携式电动工具那样为小型且机壳的刚性低而容易引起共振的电动工具、或者将无刷马达作为驱动源且因电磁振动(以顿转转矩为激振力的振动)而在规定转速产生尖锐的声音的电动工具中尤为显著。

(2)通过执行图11所示的调整模式，作业者能够根据自身的判断来决定从设定转速中移除的转速区域，可实现与因制品的个体差异造成的共振转速的不同相应的设定。而且，例如即使在因经年变化或更换零件等因素导致机壳或马达周围的固有振动频率发生了变化，也能够通过重新设定回避的转速来应对所述变化，从而能够继续实现噪音的抑制。而且，也能够经由输入部64来对存储部54a输入新的表的数据，而便利。

以上，以实施方式为例说明了本发明，但本领域技术人员当理解，对于实施方式的各构成要素或各处理工艺，可在权利要求书的范围内实施各种变形。以下涉及变形例。

从设定转速中移除的规定转速区域也可为1个或者3个以上。规定转速区域并不限定于实施方式中例示的具体范围，只要对应于机壳或马达的大小、形状等来适当设定即可。从设定转速中移除的多个转速区域的范围不需要彼此相同，只要适当设定每个区域以便能够有效降低噪音即可。若无须在事后重写存储部54a的表，则调整按钮60及输入部64也可省略。

电动工具并不限定于实施方式中例示的研磨机，也可为多功能切割机(multicutter)或线锯(jigsaw)等具有变速功能的其他种类的电动工具。电动工具的驱动源并不限定于无刷马达，也可为有刷马达。图9及图10的示例中所示的速度设定拨盘62的阶段数并不限定于8，可设定为任意的多个阶段。而且，所述实施方式中，使触发开关与速度设定部件作为独立体而构成，但例如也可设为根据触发开关的推拨量来变更设定速度的一体式结构。此时，触发开关兼具操作部的作用，因此实现零件个数的削减。而且，调整按钮也可不设置在基板上，而可从外部进行操作。

[符号的说明]

1：研磨机

3：机壳

3a：卡止凹部

4：齿轮箱

5：操作开关(触发开关)

5a：卡止凸部

5b：滑杆

5c：弹簧

5d：开关磁铁

6：马达(电动马达)

6a：输出轴

6b：转子芯

6c：转子磁铁(永磁铁)

6d：定子芯

6e：定子线圈

6f：绝缘体

7：电源线

8：传感器磁铁

10：磨石

11：衬垫压盖(保持构件)

12：滚针轴承

13：滚珠轴承

20：主轴

21：第1伞齿轮

22：第2伞齿轮

30：护轮罩

40：控制器盒

41：主基板

42：二极管电桥

43：逆变器电路

44：传感器基板

45：霍尔ic(磁传感器)

46：开关基板

47：霍尔ic(磁传感器)

50：控制部

51：交流电源

52：滤波器电路

53：功率因数改善电路

53a：栅极驱动器ic

54：控制器(微型计算机)

54a：存储部

55：操作开关检测电路

56：马达电流检测电路

57：控制信号输出电路(栅极驱动器ic)

58：转子位置检测电路

59：马达转速检测电路

60：调整按钮(调整开关)

61：通电灯

62：速度设定拨盘

63：速度显示部

rs：检测电阻