JP2007000982A - 電動工具のボリュームスイッチおよびそれを備える電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】 電動工具における駆動源の出力回転速度や出力トルクを可変するために、トリガーハンドルの引き代に応じたボリューム信号を前記駆動源を制御する制御回路に与えるボリュームスイッチにおいて、非接触で抵抗値を変化することができるようにする。
【解決手段】 一対の発光ダイオードＤおよびフォトトランジスタＱによって光路３０を形成し、その間にトリガーハンドルに連結された遮光板２３を介在し、トリガーハンドルに連動して遮光板２３が前記光路３０内を変位することで、伝達される光量を変化し、フォトトランジスタＱからの出力電流を前記ボリューム信号として前記制御回路へ入力する。したがって、接点を持たない非接触で抵抗値を変化することができるボリュームスイッチを実現することができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、インパクトドライバー等の電動工具に用いられ、トリガーハンドルの引き代に連動するボリュームスイッチおよびそれを備える電動工具に関する。

前記インパクトドライバーで、トリガーハンドルの引き代に連動して回転速度を変化することができる典型的な従来技術は、特許文献１で示されている。このような電動工具で用いられる従来のボリュームスイッチは、トリガーハンドル上の接点バネと、スイッチ基板上の印刷抵抗とによって構成される。そして、トリガーハンドルの引き代に応じて変化する接点バネと印刷抵抗との接触位置によって抵抗値が変化し、その変化に伴って制御回路へのボリューム信号が変化し、駆動用モータの回転数を変化させるようになっている。
特開２００４−１５９８６号公報

したがって、従来のボリュームスイッチは、前記接点バネと印刷抵抗との摺動によって抵抗値を変化させているので、経年によって、動作が不安定になるという問題がある。具体的には、たとえば前記印刷抵抗の両端間の抵抗値が、１０ｋΩであるべきところ、錆などによって数百ｋΩとなってしまったり、摩耗によって殆ど抵抗がなくなってしまったりする。このため、電動工具の寿命が限定されてしまう。

本発明の目的は、非接触で抵抗値を変化することができる電動工具のボリュームスイッチおよびそれを備える電動工具を提供することである。

本発明の電動工具のボリュームスイッチは、電動工具における出力を可変するために、トリガーハンドルの引き代に応じたボリューム信号を駆動源を制御する制御回路に与えるボリュームスイッチにおいて、光路を形成し、受光素子からの出力電流が前記ボリューム信号となる一対の受発光素子と、前記トリガーハンドルに連動して前記光路内を変位し、前記受発光素子間で伝達される光量を変化させる光量調整部材とを含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、電動工具における駆動源の出力回転速度や出力トルクを可変するために、トリガーハンドルの引き代に応じたボリューム信号を前記駆動源を制御する制御回路に与えるボリュームスイッチにおいて、一対の受発光素子と光量調整部材とを設け、受発光素子間は光路を形成し、前記トリガーハンドルに連動して光量調整部材が前記光路内を変位することで、前記受発光素子間で伝達される光量を変化し、受光素子からの出力電流を前記ボリューム信号として前記制御回路へ入力する。

前記受発光素子としては、光半導体から成り、発光面と受光面とを持つフォトインタラプタや、発光面として発光ダイオードを受光面としてフォトトランジスタを一対に配したもの等で実現することができる。前記光路は、特定の波長を用いるなどして、発光素子からの光量の光量調整部材による変化が受光素子で認識されれば、外光が完全に遮蔽されていなくてもよい。

前記光量調整部材としては、前記トリガーハンドルの引き代に応じて光路の遮蔽形状が連続的に変化する遮光板、半透明の物質から成り、前記トリガーハンドルの引き代に応じて前記半透明の物質の厚みや濃度が連続的に変化する半透光板、前記トリガーハンドルの引き代に応じて屈折角が変化するレンズ部材または前記トリガーハンドルの引き代に応じて回折光の強度が変化する回折格子等で実現することができる。

したがって、接点を持たない非接触で抵抗値を変化することができる電動工具のボリュームスイッチを実現することができる。

また、本発明の電動工具のボリュームスイッチは、前記光量調整部材には、その移動範囲の各端に、前記トリガーハンドルの変位に対する不感帯が設けられており、前記引き代が小さいときには回転出力を発生する駆動源の無回転領域となり、前記引き代が大きいときには前記駆動源の最大回転領域となることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記光量調整部材には、その移動範囲の各端に、前記トリガーハンドルの変位に対する不感帯が設けられており、前記引き代（ストローク）が所定値より小さいときには前記光路を完全閉鎖または完全開放して駆動源の無回転領域となり、前記引き代が所定値より大きいときには前記光路を完全開放または完全閉鎖して駆動源の最大回転領域となる。

したがって、同じストロークでは、可変域の変化は急になるけれども、使用頻度の高い両端の無回転領域および最大回転領域では前記引き代（ストローク）に多少の遊びを持たせることができ、前記トリガーハンドルの操作が容易である。

さらにまた、本発明の電動工具は、前記のボリュームスイッチを用いることを特徴とする。

上記の構成によれば、ボリュームスイッチを接点を持たない非接触のもので実現することができ、振動、埃等の厳しい条件で使用される電動工具で、ボリュームスイッチの劣化が抑えられ、信頼性を向上することができる。

本発明の電動工具のボリュームスイッチは、以上のように、電動工具における駆動源の出力回転速度や出力トルクを可変するために、トリガーハンドルの引き代に応じたボリューム信号を前記駆動源を制御する制御回路に与えるボリュームスイッチにおいて、一対の受発光素子と光量調整部材とを設け、受発光素子間は光路を形成し、前記トリガーハンドルに連動して光量調整部材が前記光路内を変位することで、前記受発光素子間で伝達される光量を変化し、受光素子からの出力電流を前記ボリューム信号として前記制御回路へ入力する。

それゆえ、接点を持たない非接触で抵抗値を変化することができる電動工具のボリュームスイッチを実現することができる。

さらにまた、本発明の電動工具は、以上のように、前記のボリュームスイッチを用いる。

それゆえ、ボリュームスイッチを接点を持たない非接触のもので実現することができ、振動、埃等の厳しい条件で使用される電動工具で、ボリュームスイッチの劣化が抑えられ、信頼性を向上することができる。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の一形態に係る電動工具１の部分縦断面図である。この電動工具１は、インパクトドライバーとして用いられ、本体ハウジング２内には、駆動用モータ３と、前記駆動用モータ３の出力軸の回転速度を減速する減速機４と、前記減速機４の出力軸４ａに軸方向スライド自在に取付けられるハンマー５と、軸回り回転方向において前記ハンマー５と係合するアンビル６と、前記ハンマー５をアンビル６側に付勢しているばね７とが収納されている。

そして、ばね７によってアンビル６側に付勢されて該アンビル６と係合しているハンマー５は、駆動用モータ３による回転出力を係合部を介してアンビル６に伝達し、駆動負荷が増大した時には、該ハンマー５がばね７の弾発力に抗して後退し、アンビル６との係合が外れた時点でハンマー５は回転しつつ、ばね７の付勢によって前進してアンビル６に回転打撃衝撃を与えることで、インパクトドライバーとしての機能が実現される。本発明の電動工具は、上記インパクト式の電動工具に限らず、電動ドリル、電動ドライバ等の電動工具に広く適用可能である。

前記本体ハウジング２の下部には、ハンドル部１１が延設されており、そのハンドル部１１の下部に、電池パック１２が着脱自在となっている。前記ハンドル部１１内には、大略的に、前記電池パック１２からの電力で駆動用モータ３を回転駆動するスイッチング素子１３と、前記スイッチング素子１３の通電制御を行うスイッチユニット１４と、前記スイッチユニット１４内のボリュームスイッチを変位駆動するトリガーハンドル１５とが設けられている。

前記電池パック１２は、ハンドル部１１に装着されると、その嵌合部１２ａがハンドル部１１内に侵入し、電極１６，１７が接触する。前記トリガーハンドル１５は、ハンドル部１１から進出／後退自在となっているけれども、前記スイッチユニット１４は、埃や水分などの侵入を阻止する気密構造となっている。

図２は、上述のように構成される電動工具１の電気的構成を示すブロック図であり、特に前記スイッチユニット１４の内部を詳しく示す。また、図３に、前記トリガーハンドル１５からスイッチユニット１４部分の水平断面を示す。

前記スイッチユニット１４のスイッチケース２０内には、大略的に、光半導体であるフォトインタラプタ２１と、制御回路基板２２と、遮光板２３と、ばね２４と、メインスイッチ２５とが内蔵されている。前記制御回路基板２２にはフォトインタラプタ２１が搭載されている。

前記メインスイッチ２５は、前記電池パック１２からの正側の電源ライン２６に介在され、前記トリガーハンドル１５に連動し、該トリガーハンドル１５が僅かに引き込まれた状態でＯＮし、前記駆動用モータ３とともに該スイッチユニット１４内への通電を可能にする。前記電池パック１２からの負側の電源ライン２７は、前記スイッチング素子１３を介して前記駆動用モータ３に接続される。

前記メインスイッチ２５の後段（駆動用モータ３）側で、前記電源ライン２６，２７間には、前記制御回路基板２２およびフォトインタラプタ２１が介在される。フォトインタラプタ２１の発光ダイオードＤは、抵抗Ｒ１と直列に前記電源ライン２６，２７間に接続され、フォトインタラプタ２１のフォトトランジスタＱは、抵抗Ｒ２と直列に前記電源ライン２６，２７間に接続される。

図４で示すように、これらの発光ダイオードＤとフォトトランジスタＱとの間の光路３０には、前記トリガーハンドル１５に連動し、その引込み量に応じて変位する前記遮光板２３が介在されている。この遮光板２３およびトリガーハンドル１５は、ばね２４によって、該トリガーハンドル１５の復帰方向に付勢され、かつトリガーハンドル１５の操作力が決定されている。

したがって、メインスイッチ２５がＯＮすると、発光ダイオードＤは、抵抗Ｒ１によって電流制限されて一定輝度で発光する。これをトリガーハンドル１５の引込み量に応じて、光量調整部材である前記遮光板２３が遮り、フォトトランジスタＱを流れる電流、したがって抵抗Ｒ２で変換された電圧Ｖｉｎが変化する。前記制御回路基板２２は、ボリューム信号であるこの前記電圧Ｖｉｎを取込み、トリガーハンドル１５の引込み量に応じて、ＦＥＴやパワートランジスタなどから成るスイッチング素子１３のＯＮデューティを変化し、駆動源であり、ＤＣブラシレスモータなどからなる駆動用モータ３の回転速度を変化する。

前記スイッチユニット１４内で、前記制御回路基板２２は、特許請求の範囲における制御回路となる。また、フォトインタラプタ２１は、光路を形成する一対の受発光素子となり、抵抗Ｒ１，Ｒ２を含めて非接触のボリュームスイッチＶＲを構成する。ボリュームスイッチＶＲは、図５で示すボリュームスイッチＶＲ’のように、正側の電源ライン２６および負側の電源ライン２７に対して、フォトインタラプタ２１の発光ダイオードＤと抵抗Ｒ１との接続順位およびフォトトランジスタＱと抵抗Ｒ２との接続順位が、共に逆になっていてもよく、或いは一方がボリュームスイッチＶＲと逆になっていてもよい。

発光ダイオードＤと抵抗Ｒ１との接続順位が逆になっても変化はないが、フォトトランジスタＱと抵抗Ｒ２との接続順位が逆になると、フォトトランジスタＱと抵抗Ｒ２との接続点から制御回路基板２２へ入力される電圧Ｖｉｎ’は、光量変化に対して、前記電圧Ｖｉｎとは逆の変化を生じる。したがって、遮光板２３が、トリガーハンドル１５の引込み量が大きくなる程、遮光量を大きくするのか、小さくするのかに応じて、これらの素子の接続態様は適宜選択されればよい。

すなわち、前記図２で示す接続順位のボリュームスイッチＶＲでは、図６で示すように、遮光板２３で徐々にフォトトランジスタＱの受光面を覆ってゆくと、該フォトトランジスタＱのインピーダンス（抵抗値）が変化して流れる電流が減少し、遮光板２３のかかり代と電圧Ｖｉｎとの関係は、図７（ａ）で示すようになる。これに対して、前記図５で示す接続順位のボリュームスイッチＶＲ’では、遮光板２３で徐々にフォトトランジスタＱの受光面を覆ってゆくと、該フォトトランジスタＱを流れる電流が減少し、遮光板２３のかかり代と電圧Ｖｉｎ’との関係は、図７（ｂ）で示すようになる。

このようにして、上記ボリュームスイッチＶＲ，ＶＲ’では、接点を持たない非接触で抵抗値を変化することができる電動工具のボリュームスイッチを実現することができる。前記フォトインタラプタ２１の発光ダイオードＤおよびフォトトランジスタＱの電流値や電圧値を適切に設定することで、これらの素子の経年による特性の劣化は殆ど無く、該ボリュームスイッチＶＲ，ＶＲ’を長寿命化することができる。また、同じ電動工具で、ホール素子を用いて非接触でトリガーハンドルの変位を検出するものもあるが、トリガーハンドルに磁石を設けなければならず、本発明では、復帰用のばねやメインスイッチ２５などを内蔵するスイッチケース２０内で、遮光板２３はトリガーハンドル１５に一体で形成されているので、余分なスペースも必要ない。

さらにまた、電動工具１は、振動、埃等の厳しい条件で使用されるので、上記のようにボリュームスイッチＶＲ，ＶＲ’の劣化が抑えられることは好適であり、該電動工具１の信頼性の向上に寄与することができる。

上記ボリュームスイッチＶＲ，ＶＲ’では、光半導体として発光面と受光面とを持つフォトインタラプタ２１を用いているが、発光部として単体のフォトダイオード、受光部として単体のフォトトランジスタを用いてもよい。また、光路３０は、光の透過を例としているが、反射においても同様の構成を用いることができる。さらにまた、前記光路は、特定の波長を用いるなどして、発光ダイオードＤからの光量の遮光板２３による変化がフォトトランジスタＱで認識されれば、外光が完全に遮蔽されていなくてもよい。

また、図８には、他の実施の形態の遮光板２３’を示す。この遮光板２３’は、トリガーハンドル１５のストロークが長い場合に好適であり、遮光部分の面積が徐々に変化するように形成されている。したがって、前記図５で示す接続順位のボリュームスイッチＶＲ’を用いた場合、該遮光板２３’で徐々にフォトトランジスタＱの受光面を覆ってゆくと、該フォトトランジスタＱを流れる電流が緩やかに減少し、該遮光板２３’のかかり代と電圧Ｖｉｎ’との関係は、図９で示すようになる。したがって、前述の図７（ｂ）の特性に比べて、トリガーハンドル１５の引込み量に対して、電圧Ｖｉｎ’の変化を緩やかにすることができ、操作性を向上することができる。

さらにまた、前記遮光板２３の形状を調整することで、その移動範囲の各端に、前記トリガーハンドル１５の変位に対する不感帯を設けることができる。そのような構成では、前記図７（ａ）および図７（ｂ）に対応して、前記ボリュームスイッチＶＲ，ＶＲ’を用いた場合に、遮光板２３のかかり代と電圧Ｖｉｎ，Ｖｉｎ’との関係は、それぞれ図１０（ａ）および図１０（ｂ）で示すようになる。そして、前記制御回路基板２２内のマイクロコンピュータなどの制御回路において、前記電圧Ｖｉｎ，Ｖｉｎ’の変化に対して、前記引き代が小さいときには駆動用モータ３の無回転領域となり、前記引き代が大きいときには前記駆動用モータ３の最大回転領域とする。

このように不感帯を設けると、同じストロークでは、可変域の変化は急になるけれども、使用頻度の高い両端の無回転領域および最大回転領域では前記引き代（ストローク）に多少の遊びを持たせることができ、これらの領域での駆動用モータ３の動作が安定し、前記トリガーハンドル１５の操作が容易になる。

また、このような不感帯の設定は、前記図６で示すような遮光板２３を用いても、得られた前記図７（ａ）および図７（ｂ）で示す特性を、前記マイクロコンピュータなどの制御回路内で、変換テーブルなどを用いて読替えることで実現することもできる。さらにまた、そのような読替を行うことによって、トリガーハンドル１５の引き代に対して、駆動用モータ３の回転速度を、線形もしくは非線形に任意に変化させることができる。

［実施の形態２］
図１１〜図１３は、本発明の実施の他の形態に係るボリュームスイッチにおける光量調整部材を説明するための平面図であり、前記図３における光路３０部分を取出して示しており、トリガーハンドル１５やフォトインタラプタ２１などの残余の構成は、同一のものを用いることができる。

注目すべきは、先ず図１１で示す実施の形態では、光量調整部材として半透光板３３が用いられることである。この半透光板３３は、透明な材料に半透明の物質を分散して成り、前記トリガーハンドル１５の引き代に応じて前記半透明の物質の厚みが連続的に変化することで、前記光路３０を伝達される光量を変化する。なお、厚みが変化するのではなく、分散させる濃度を変化するようにしてもよい。

また、図１２で示す実施の形態では、光量調整部材としてレンズ部材４３が用いられる。このレンズ部材４３は、樹脂やガラスなどの透光性の材料から成り、曲率が連続的に変化するように形成されている。そして、レンズにより光を屈折させることで、光の分布を受光面からずらすことで、トリガーハンドル１５の引き代に応じて前記光路３０を伝達される光量を変化する。

さらにまた、図１３で示す実施の形態では、光量調整部材として回折格子５３が用いられる。この回折格子５３は、樹脂やガラスなどの透光性の材料から成り、格子形状が連続的に変化するように形成されている。そして、トリガーハンドルの引き代によって格子形状が連続的に変化することから、前記光路３０を伝達される光量を変化する。回折格子としては、本実施の形態のような透過型の回折格子に限らず、反射型の回折格子を用いても同様の効果を得ることができる。

このように光量調整部材として、半透光板３３、レンズ部材４３、回折格子５３のいずれを用いても、前記遮光板２３，２３’と同様の機能を実現することができる。ただし、回折格子５３は、厚みと高さを一定にすることができるので、光半導体の大きさによる制限を受けにくい。

本発明の実施の一形態に係る電動工具の部分縦断面図である。 図１で示す電動工具の電気的構成を示すブロック図である。 図１で示す電動工具におけるトリガーハンドルからスイッチユニット部分の水平断面図である。 本発明の実施の一形態による光量調整の様子を模式的に示す斜視図である。 他のボリュームスイッチの電気回路図である。 本発明の実施の一形態に係る光量調整の様子を模式的に示す側面図である。 図６で示す光量調整による２種類のボリュームスイッチの出力特性を示すグラフである。 本発明の実施の一形態に係る光量調整部材である遮光板の他の例を示す側面図である。 図８で示す光量調整によるボリュームスイッチの出力特性を示すグラフである。 図６で示す光量調整による２種類のボリュームスイッチによる他の出力特性を示すグラフである。 本発明の実施の他の形態に係るボリュームスイッチにおける光量調整部材である半透光板を説明するための平面図である。 本発明の実施の他の形態に係るボリュームスイッチにおける光量調整部材であるレンズ部材を説明するための平面図である。 本発明の実施の他の形態に係るボリュームスイッチにおける光量調整部材である回折格子を説明するための平面図である。

符号の説明

１ 電動工具
２ 本体ハウジング
３ 駆動用モータ
４ 減速機
５ ハンマー
６ アンビル
７ ばね
１１ ハンドル部
１２ 電池パック
１３ スイッチング素子
１４ スイッチユニット
１５ トリガーハンドル
１６，１７ 電極
２０ スイッチケース
２１ フォトインタラプタ
２２ 制御回路基板
２３，２３’ 遮光板
２４ ばね
２５ メインスイッチ
３０ 光路
３３ 半透光板
４３ レンズ部材
５３ 回折格子
Ｄ 発光ダイオード
Ｑ フォトトランジスタ
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗
ＶＲ，ＶＲ’ ボリュームスイッチ

Claims (3)

1. 電動工具における出力を可変するために、トリガーハンドルの引き代に応じたボリューム信号を駆動源を制御する制御回路に与えるボリュームスイッチにおいて、
   光路を形成し、受光素子からの出力電流が前記ボリューム信号となる一対の受発光素子と、
   前記トリガーハンドルに連動して前記光路内を変位し、前記受発光素子間で伝達される光量を変化させる光量調整部材とを含むことを特徴とする電動工具のボリュームスイッチ。
2. 前記光量調整部材には、その移動範囲の各端に、前記トリガーハンドルの変位に対する不感帯が設けられており、前記引き代が小さいときには回転出力を発生する駆動源の無回転領域となり、前記引き代が大きいときには前記駆動源の最大回転領域となることを特徴とする請求項１記載の電動工具のボリュームスイッチ。
3. 前記請求項１または２記載のボリュームスイッチを用いることを特徴とする電動工具。

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