JP2009190099A - 電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】トリガの操作荷重を軽くして作業者の肉体的負担を軽減するとともに、接点劣化を無くして長寿命化を図ることができる電動工具を提供すること。
【解決手段】駆動源としてのブラシ付きモータ２と、該ブラシ付きモータ２に電力を供給するバッテリ１と、該バッテリ１から前記ブラシ付きモータ２への電力供給をＯＮ／ＯＦＦするトリガ５を備えた電動工具において、前記ブラシ付きモータ２と前記バッテリ１とを接続する電流ラインにＦＥＴ（半導体スイッチ）１６を設けるとともに、前記電流ラインとは別ラインに、前記トリガ５のＯＮ／ＯＦＦ動作に連動してＯＮ／ＯＦＦされるスイッチ１７を含むＯＮ／ＯＦＦ状態回路１８と、該ＯＮ／ＯＦＦ状態回路１８から送信されるＯＮ／ＯＦＦ信号に基づいて前記ＦＥＴ１６を動作させて前記バッテリ１から前記ブラシ付モータ２への電力供給をＯＮ／ＯＦＦするマイコン（制御手段）２２を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、バッテリを電源として回転駆動されるブラシ付きモータを備えた電動工具に関するものである。

電動モータを駆動源として動作する電動工具には、トリガを操作することによってバッテリ等の電源から電動モータへの電力供給をＯＮ／ＯＦＦして電動モータを起動／停止させるスイッチ装置が設けられている。

ここで、従来の電動工具の駆動回路とスイッチ装置の構造を図４及び図５（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。尚、図４は従来の電動工具の駆動回路図、図５（ａ），（ｂ）は従来のスイッチ装置の側断面図である。

図４において、１０１は充電可能な複数の２次電池を直列に接続して成るバッテリ、１０２はブラシ１０２ｂを備えたブラシ付きモータであり、これらのバッテリ１０１とブラシ付きモータ１０２を接続して閉回路を構成する電流ラインにはスイッチ装置１２０と正逆切替スイッチ１１５が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

而して、スイッチ装置１２０を図４に破線にて示すようにＯＮするとバッテリ１０１からブラシ付きモータ１０２へと電力（電流）が供給されて該ブラシ付きモータ１０２が起動され、図４に実線にて示すようにＯＦＦすればブラシ付きモータ１０２の駆動が停止される。又、正逆切替スイッチ１１５を例えば図４に示す実線にて示す状態から破線にて示す状態に切り替えるとバッテリ１０１からブラシ付きモータ１０２へと流れる電流の向きが逆方向に切り替えられてブラシ付きモータ１０２の回転方向が逆転される。

ここで、スイッチ装置１２０の具体的な構成を図５に基づいて説明すると、該スイッチ装置１２０には引き操作するためのトリガ１０５が図５の左右方向に移動可能に設けられており、該トリガ１０５のロッド１０５ａには押し棒１２９が上下動可能に保持され、該押し棒１２９はスプリング１３０によって下方に常時付勢されている。

そして、スイッチケース１２７の底部には、シーソー端子１３１上に取り付けられたシーソー板１３２が上下揺動可能に設けられており、該シーソー板１３２の先端にはシーソー板接点１３２ａが取り付けられている。又、スイッチケース１２７の底部の前記シーソー板接点１３２ａに対向する下方位置にはメイン端子１３３が配置されており、このメイン端子１３３には、前記シーソー板接点１３２ａが選択的に当接するメイン接点１３３ａが設けられている。尚、図５において、１１５は正逆切替スイッチである。

而して、トリガ１０５は、ロッド１０５ａとスイッチケース１２７間に縮装されたリターンスプリング１２８によって図５の左方（ＯＦＦ方向）に付勢されており、図５（ａ）に示すようにトリガ１０５を操作していない場合には、該トリガ１０５はリターンスプリング１２８によって図示位置にあって、そのロッド１０５ａに保持された押し棒１２９はシーソー板１３２の基端部を押圧しているためにシーソー板１３２の先端に取り付けられたシーソー板接点１３２ａがメイン接点１３３ａから離れ、図４に示すバッテリ１０１からブラシ付きモータ１０２への通電がなされないために該ブラシ付きモータ１０２が駆動されない。

図５（ａ）に示す状態からトリガ１０５を引いてこれを図５（ｂ）に示すように矢印方向に移動させると、該トリガ１０５と共に同方向に移動する押し棒１２９がシーソー板１３２上を摺動してシーソー板１３２を時計方向に揺動させるため、該シーソー板１３２の先端に設けられたシーソー板接点１３２ａがメイン接点１３３ａに当接し、図４に示すバッテリ１０１からブラシ付きモータ１０２への通電がなされて該ブラシ付きモータ１０２が駆動される。
特開平５−２０８３７７号公報

ところが、従来の電動工具は、大電流が流れるシーソー板接点１３２ａとメイン接点１３３ａに堅牢なメカ接点を用いているため、接点劣化が起き易くなるとともに、押し棒１２９がリターンスプリング１２８の付勢力に抗してシーソー板１３２上を摺動するときの荷重が必要となるためにトリガ１０５の操作荷重が重くなるという問題がある。

又、シーソー板接点１３２ａとメイン接点１３３ａに大電流が流れるため、接点溶着が起き易く、この接点溶着の発生を防ぐためにはシーソー板接点１３２ａをメイン接点１３３ａから引き離すためのリターンスプリング１２８の付勢力（バネ定数）を大きくする必要がある。そして、このようにリターンスプリング１２８の付勢力（バネ定数）を大きくするとトリガ１０５の操作荷重が重くなる。

而して、以上の理由によってトリガ１０５の操作荷重が重くなると、長時間の作業によってトリガ１０５を繰り返し操作すると作業者の疲労が大きくなる。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、トリガの操作荷重を軽くして作業者の肉体的負担を軽減するとともに、接点劣化を無くして長寿命化を図ることができる電動工具を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、駆動源としてのブラシ付きモータと、該ブラシ付きモータに電力を供給するバッテリと、該バッテリから前記ブラシ付きモータへの電力供給をＯＮ／ＯＦＦするトリガを備えた電動工具において、前記ブラシ付きモータと前記バッテリとを接続する電流ラインに半導体スイッチを設けるとともに、前記電流ラインとは別ラインに、前記トリガのＯＮ／ＯＦＦ動作に連動してＯＮ／ＯＦＦされるスイッチを含むＯＮ／ＯＦＦ状態回路と、該ＯＮ／ＯＦＦ状態回路から送信されるＯＮ／ＯＦＦ信号に基づいて前記半導体スイッチを動作させて前記バッテリから前記ブラシ付モータへの電力供給をＯＮ／ＯＦＦする制御手段を設けたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記電流ラインとは別ラインに、前記トリガの操作量に比例する信号を前記制御手段に送信するトリガ操作量状態回路を設け、該トリガ操作量状態回路から送信される信号に基づいて前記制御手段が前記半導体スイッチを動作させて前記バッテリから前記ブラシ付きモータへの電力供給量を制御することを特徴とする。

請求項１記載の構成によれば、電流ラインとは別ラインに設けられたＯＮ／ＯＦＦ状態回路によってトリガのＯＮ／ＯＦＦ動作を検出し、その検出結果によって制御手段が半導体スイッチを動作させてバッテリからブラシ付モータへの電力供給をＯＮ／ＯＦＦするようにしたため、メカ接点が不要となり、接点劣化を無くしてスイッチ寿命を高めることができるとともに、トリガの操作荷重を軽くして作業者の肉体的負担を軽減することができる。

請求項２記載の発明によれば、電流ラインとは別ラインに設けられたトリガ操作量状態回路によって検出されたトリガの操作量に基づいて制御手段が半導体スイッチを動作させてバッテリからブラシ付きモータへの電力供給量を制御するようにしたため、トリガの操作量に比例してブラシ付きモータの回転速度を制御することができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

先ず、本発明に係る電動工具の一例としてインパクトドライバを取り上げ、その基本構造と作用について説明する。

図１はインパクトドライバの側断面図であり、図示のインパクトドライバは、バッテリ１を電源とし、ブラシ付きモータ２を駆動源として回転打撃機構を駆動し、アンビル３に回転と打撃を与えることによって先端工具である不図示のビットに回転打撃力を間欠的に伝達してネジ締め等の作業を行うものである。

上記ブラシ付きモータ３は、ハウジング４の胴体部４Ａ内に収容されており、ハウジング４の胴体部４Ａから下方に一体に延びるハンドル部４Ｂの上部には、前記バッテリ１からモータ２への給電をＯＮ／ＯＦＦしてモータ２を起動／停止させるためのトリガ５が設けられている。

而して、ハンマケース６に内蔵された回転打撃機構においては、ブラシ付きモータ２の出力軸２ａの回転は遊星ギヤ機構７を経て減速されてスピンドル８に伝達され、該スピンドル８が所定の速度で回転駆動される。

上記スピンドル８は、その軸方向一端（後端）がベアリング９を介してギヤカバー１０に回転可能に支持され、他端（前端）は前記アンビル３の中心部に回転可能に保持されている。又、アンビル３は、軸受メタル１１を介してハンマケース６の前端部に回転可能に支持されている。

更に、スピンドル８の外周にはハンマ１２が回転可能に支持されており、スピンドル８とハンマ１２とはカム機構によって連結されておいる。ここで、カム機構は、スピンドル８の外周面に形成されたＶ字状のスピンドルカム溝８ａ及びハンマ１２の内周面に形成されたＶ字状のハンマカム溝１２ａ及びこれらのカム溝８ａ，１２ａに係合するボール１３で構成されている。そして、ハンマ１２は、スプリング１４によって常に先端方向（図１の右方）に付勢されており、静止時にはボール１３とカム溝８ａ，１２ａとの係合によってアンビル３の端面とは隙間を隔てた位置にある。尚、ハンマ１２とアンビル３の相対向する回転平面上の２箇所には凸部１２ｂ，３ａがそれぞれ対称的に形成されている。

而して、前述のようにスピンドル８が回転駆動されると、その回転は前記カム機構を介してハンマ１２に伝達され、ハンマ１２が半回転しないうちに、該ハンマ１２の凸部１２ｂがアンビル３の凸部３ａに係合してアンビル３を回転させるが、そのときの係合反力によってスピンドル８とハンマ１２との間に相対回転が生ずると、ハンマ１２はカム機構のスピンドルカム溝８ａに沿ってスプリング１４を圧縮しながらブラシ付きモータ２側へと後退を始める。

そして、ハンマ１２の後退動によって該ハンマ１２の凸部１２ｂがアンビル３の凸部３ａを乗り越えて両者の係合が解除されると、ハンマ１２は、スピンドル８の回転力に加え、スプリング１４に蓄積されていた弾性エネルギーとカム機構の作用によって回転方向及び前方に急速に加速されつつ、スプリング１４の付勢力によって前方へ移動し、その凸部１２ｂがアンビル３の凸部３ａに再び係合して一体に回転し始める。このとき、強力な回転打撃力がアンビル３に加えられるため、該アンビル３に装着された不図示のビットを介して不図示のネジに回転打撃力が伝達される。

以後、同様の動作が繰り返されてビットからネジに回転打撃力が間欠的に繰り返し伝達され、該ネジが木材等の被締結材にねじ込まれる。

ところで、インパクトドライバにおいては、トリガ５を引き操作するとバッテリ１からブラシ付きモータ２に電力（電流）が供給されて該ブラシ付きモータ２が起動され、トリガ５から手を離すとバッテリ１からブラシ付きモータ２への電力（電流）の供給が遮断されて該ブラシ付きモータ２の駆動が停止される。そして、ブラシ付きモータ２の回転方向は後述の正逆切替スイッチ１５（図２及び図３参照）によって切り替えられる。又、トリガ５の引き操作量に比例してブラシ付きモータ２の回転速度が調整される。

ここで、インパクトドライバの駆動回路とスイッチ装置の構造を図２及び図３に基づいて説明する。尚、図２はインパクトドライバの駆動回路図、図３はスイッチ装置の側断面図である。

図２において、１は充電可能な複数の２次電池を直列に接続して成る前記バッテリ、２はブラシ２ｂを備えた前記ブラシ付きモータであり、これらのバッテリ１とブラシ付きモータ２を接続して閉回路を構成する電流ラインには前記正逆切替スイッチ１５と半導体スイッチとしてのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１６が設けられている。

又、電流ラインとは別ラインに、トリガ５のＯＮ／ＯＦＦ動作に連動してＯＮ／ＯＦＦされるスイッチ１７と抵抗Ｒを含むＯＮ／ＯＦＦ状態回路１８と、トリガ５の操作量に比例する信号を出力する可変抵抗ＶＲを含むトリガ操作量状態回路１９が設けられており、これらのＯＮ／ＯＦＦ状態回路１８とトリガ操作量状態回路１９と前記正逆切替スイッチ１５によってスイッチ装置２０が構成されている。

更に、電流ラインとは別ラインには、前記バッテリ１の電圧（１４．４Ｖ）を所定の電圧（５Ｖ）まで下げるレギュレータ２１と、制御手段としてのマイコン（マイクロコンピュータ）２２と、前記ＦＥＴ１６を駆動するドライバ２３が設けられており、これらのレギュレータ２１、マイコン２２、ドライバ２３及び前記ＦＥＴ１６はメイン基板２４を構成している。

次に、スイッチ装置２０の具体的な構成を図３に基づいて説明すると、該スイッチ装置２０には引き操作するための前記トリガ５が図３の左右方向に移動可能に設けられており、該トリガ５のロッド５ａにはＯＮ／ＯＦＦ状態回路用セッペン２５とトリガ引き量状態回路用セッペン２６が設けられている。そして、トリガ５は、ロッド５ａとスイッチケース２７間に縮装されたリターンスプリング２８によって図３の左方（ＯＦＦ方向）に付勢されている。尚、図３において、１５は正逆切替スイッチである。

而して、トリガ５が引き操作されていない図３に示す状態では、ＯＮ／ＯＦＦ状態回路用セッペン２５はメイン基板２４に接触しておらず、スイッチ１７は図２に実線にて示すようにＯＦＦ状態にあって、マイコン２２は、ＯＮ／ＯＦＦ状態回路１８から送信される信号によってスイッチ１７がＯＦＦ状態であることを検出し、ドライバ２３によってＦＥＴ１６を動作させてバッテリ１からブラシ付モータ２への電力供給をＯＦＦするため、バッテリ１からブラシ付きモータ２への電力（電流）の供給はなされず、該ブラシ付きモータ２は起動されない。

作業者がトリガ５を図３の矢印方向に引き操作すれば、ＯＮ／ＯＦＦ状態回路用セッペン２５はメイン基板２４に接触して図２に示すスイッチ１７が破線にて示すようにＯＮされ、抵抗Ｒを電流が流れるため、この抵抗Ｒ分だけ電圧が降下し、これによってマイコン２２はスイッチ１７がＯＮされた状態を検出し、ドライバ２３によってＦＥＴ１６を動作させてバッテリ１からブラシ付モータ２への電力供給をＯＮするため、バッテリ１からブラシ付きモータ２への電力（電流）の供給がなされて該ブラシ付きモータ２が起動され、図１に示すインパクトドライバが前述のように動作してネジ締め作業がなされる。

又、同時にトリガ５の引き操作によって図３に示すトリガ引き量状態状態回路用セッペン２６がメイン基板２４に沿って摺動し、図２に示すトリガ引き量状態回路１９の可変抵抗ＶＲの抵抗値がトリガ５の引き量に比例して変化すると、その抵抗値の変化に伴う電圧変化がマイコン２２によって検出される。そして、マイコン２２は、トリガ５の操作量に基づいてドライバ２３によってＦＥＴ１６を動作させてバッテリ１からブラシ付きモータ２への電力供給量を制御し、トリガ５の操作量に比例してブラシ付きモータ２の回転速度を制御する。

以上のように、本実施の形態に係るインパクトドライバにおいては、図２に示すように、電流ラインとは別ラインに設けられたＯＮ／ＯＦＦ状態回路１８によってトリガ５のＯＮ／ＯＦＦ動作を検出し、その検出結果によってマイコン２２がＦＥＴ１６を動作させてバッテリ１からブラシ付モータ２への電力供給をＯＮ／ＯＦＦするようにしたため、メカ接点が不要となり、接点劣化を無くしてスイッチ装置２０の寿命を高めることができるとともに、リターンスプリング２８の付勢力（バネ定数）を小さく抑えてトリガ５の操作荷重を軽くすることができ、長時間の作業によって作業者がトリガ５を引き操作を繰り返しても、作業者の疲労が軽減される。

又、本実施の形態では、電流ラインとは別ラインに設けられたトリガ操作量状態回路１９によって検出されたトリガ５の操作量に基づいてマイコン２２がＦＥＴ１６を動作させてバッテリ１からブラシ付きモータ２への電力供給量を制御するようにしたため、トリガ５の操作量に比例してブラシ付きモータ２の回転速度を制御することができる。

尚、以上は本発明をインパクトドライバに適用した形態について説明したが、本発明は、バッテリを電源として動作するブラシ付きモータを駆動源とする他の任意の電動工具に対しても同様に適用可能であることは勿論である。

本発明に係る電動工具（インパクトドライバ）の側断面図である。 本発明に係る電動工具（インパクトドライバ）の駆動回路図である。 本発明に係る電動工具（インパクトドライバ）のスイッチ装置の側断面図である。 従来の電動工具の駆動回路図である。 （ａ），（ｂ）は従来の電動工具のスイッチ装置の側断面図である。

符号の説明

１ バッテリ
２ ブラシ付きモータ
２ａ ブラシ付きモータの出力軸
２ｂ ブラシ付きモータのブラシ
３ アンビル
３ａ アンビルの凸部
４ ハウジング
４Ａ ハウジングの胴体部
４Ｂ ハウジングのハンドル部
５ トリガ
６ ハンマケース
７ 遊星ギヤ機構
８ スピンドル
８ａ スピンドルカム溝
９ ベアリング
１０ ギヤカバー（カバー部材）
１１ 軸受メタル
１２ ハンマ
１２ａ ハンマカム溝
１２ｂ ハンマの凸部
１３ ボール
１４ スプリング
１５ 正逆切替スイッチ
１６ ＦＥＴ（半導体スイッチ）
１７ スイッチ
１８ ＯＮ／ＯＦＦ状態回路
１９ トリガ引き量状態回路
２０ スイッチ装置
２１ レギュレータ
２２ マイコン（制御手段）
２３ ドライバ
２４ メイン基板
２５ ＯＮ／ＯＦＦ状態回路用セッペン
２６ トリガ引き量状態回路用セッペン
２７ スイッチケース
２８ リターンスプリング
Ｒ 抵抗
ＶＲ 可変抵抗

Claims (2)

1. 駆動源としてのブラシ付きモータと、該ブラシ付きモータに電力を供給するバッテリと、該バッテリから前記ブラシ付きモータへの電力供給をＯＮ／ＯＦＦするトリガを備えた電動工具において、
   前記ブラシ付きモータと前記バッテリとを接続する電流ラインに半導体スイッチを設けるとともに、前記電流ラインとは別ラインに、前記トリガのＯＮ／ＯＦＦ動作に連動してＯＮ／ＯＦＦされるスイッチを含むＯＮ／ＯＦＦ状態回路と、該ＯＮ／ＯＦＦ状態回路から送信されるＯＮ／ＯＦＦ信号に基づいて前記半導体スイッチを動作させて前記バッテリから前記ブラシ付モータへの電力供給をＯＮ／ＯＦＦする制御手段を設けたことを特徴とする電動工具。
2. 前記電流ラインとは別ラインに、前記トリガの操作量に比例する信号を前記制御手段に送信するトリガ操作量状態回路を設け、該トリガ操作量状態回路から送信される信号に基づいて前記制御手段が前記半導体スイッチを動作させて前記バッテリから前記ブラシ付きモータへの電力供給量を制御することを特徴とする請求項１記載の電動工具。
   

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