JP2011051083A

JP2011051083A - 変速用スイッチ

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Publication number: JP2011051083A
Application number: JP2009204734A
Authority: JP
Inventors: Junichi Nishikimi; 淳一錦見
Original assignee: Makita Corp
Current assignee: Makita Corp
Priority date: 2009-09-04
Filing date: 2009-09-04
Publication date: 2011-03-17
Anticipated expiration: 2029-09-04
Also published as: JP5356161B2; EP2293312A1; RU2010136913A; RU2534011C2; CN102013348B; US20110057584A1; US8604724B2; EP2293312B1; CN102013348A

Abstract

【課題】本発明は、低コストで電動工具の全速時における回転安定性を図れるようにすることを目的とする。
【解決手段】本発明に係る変速用スイッチ２０は、抵抗基板２３に対するブラシ２４の摺動により抵抗値が変化する構成の変速用スイッチであって、抵抗基板２３に対するブラシ２４の摺動位置に応じた抵抗値が得られるように構成され、抵抗基板２３のブラシ摺動始端側の端子Ｔ０とブラシ摺動終端側Ｔ1の端子間に基準電圧が印加された状態で、ブラシ２４の端子Ｔ２から信号電圧が出力される構成の主スイッチ信号回路２２と、トリガが所定位置まで引き操作されたときに、抵抗基板２３のブラシ摺動終端側の端子Ｔ１とブラシの端子Ｔ２とを電気的に接続する補助スイッチ信号回路２７とを有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動工具の回転速度を調整するためのスイッチで、抵抗基板と、トリガの引き操作により前記抵抗基板に対して一定方向に摺動するブラシとを備え、前記抵抗基板に対する前記ブラシの摺動により抵抗値が変化する構成の変速用スイッチに関する。

この種の変速用スイッチの一例が図７（Ａ）に示されている。
前記変速用スイッチ１００は、基板１０１と、その基板１０１に対して矢印方向（左右方向）に摺動するブラシ１０７と、そのブラシ１０７が取付けられるトリガ（図示省略）から構成されている。基板１０１には、その表面に導体部１０３と印刷抵抗部１０５とが左右方向に延びるように形成されており、その印刷抵抗部１０５の左端側が端子Ｔ０、右端側が端子Ｔ１に接続され、前記導体部１０３が端子Ｔ２に接続されている。そして、前記導体部１０３にブラシ１０７の左端が摺動可能に接触し、前記印刷抵抗部１０５にブラシ１０７の右端が摺動可能に接触している。
この変速用スイッチ１００において、前記トリガを引き操作すると、前記ブラシ１０７が図７（Ａ）における左端位置から前記トリガの引き量に応じて右方向に摺動し、端子Ｔ１と端子Ｔ２間の抵抗値（変速用スイッチ１００の抵抗値）が徐々に減少するようになる。なお、図７（Ａ）は、前記トリガを最大に引き操作したときの状態を表している。また、図７（Ｂ）は、変速用スイッチ１００の等価回路である。

図８は、上記した変速用スイッチ１００を備える電動工具の電気回路を表す模式図である。変速用スイッチ１００の印刷抵抗部１０５の端子Ｔ０と端子Ｔ１間には制御部１０２から基準電圧が印加されている。このため、変速用スイッチ１００の抵抗値の減少に伴ってブラシ１０７の端子Ｔ２から出力される電圧信号が低下するようになる。電動工具の制御部１０２は、変速用スイッチ１００から出力される電圧信号の低下に伴ってモータＭの電流が増加するようにスイッチング素子ＦＥＴを動作させる。これにより、変速用スイッチ１００のトリガを引き操作することで電動工具の回転速度が増加するようになる。
しかし、上記した変速用スイッチ１００では、ブラシ１０７を基板１０１に対して摺動させることで抵抗値を変化させる構成のため、経時的にブラシ１０７等が磨耗すると、ブラシ１０７と基板１０１との接触が不安定になり、図７（Ｃ）に示すように、トリガを引き操作する際に抵抗値が不安定に変化するようになる。特に、トリガを最大に引いたときの抵抗値が不安定に変動すると（図７（Ｃ）の矢印Ｒ参照）、電動工具の最大出力（最大回転速度）が変動して（図７（Ｄ）の矢印Ｎ参照）、作業効率が悪くなる。

この点を改善するため、図９に示すように、電気回路のスイッチング素子ＦＥＴと並列に機械接点１０３を設け、トリガを最大に引いたときに機械接点１０３がオンするような回路構成が好適に使用されている。これにより、電動工具の最大出力が低下しなくなり、作業効率の低下を抑えることができる。しかし、この方法では、例えば、バッテリ１０４の電圧低下信号を受けて制御部１０２がモータの電流を抑えている場合でも、トリガを最大に引いたときは、制御部１０２からの放電制御信号とは無関係にモータの電流が流れるため、バッテリ１０４の過放電を防止することができない。
特許文献１に記載された変速用スイッチでは、トリガに圧力センサを装着し、圧力センサに加わる押圧力に基づいて電動工具の回転速度を調整するようにしており、上記にような問題を解決できるように思われる。

特開平７−２２０５６３号公報

しかし、変速用スイッチのトリガに圧力センサを装着する構成では、大幅なコストアップとなる。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、抵抗基板に対するブラシの摺動構成を変更することなく、低コストで電動工具の全速時における回転安定性を図り、かつ、バッテリを過放電させないようにすることである。

上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。
請求項１の発明は、電動工具の回転速度を調整するためのスイッチで、抵抗基板と、トリガの引き操作により前記抵抗基板に対して一定方向に摺動するブラシとを備え、前記抵抗基板に対する前記ブラシの摺動により抵抗値が変化する構成の変速用スイッチであって、前記抵抗基板に対する前記ブラシの摺動位置に応じた抵抗値が得られるように構成され、前記抵抗基板のブラシ摺動始端側の端子とブラシ摺動終端側の端子間に基準電圧が印加された状態で、前記ブラシの端子から信号電圧が出力される構成の主スイッチ信号回路と、前記トリガが所定位置まで引き操作されたときに、前記抵抗基板のブラシ摺動終端側の端子と前記ブラシの端子とを電気的に接続する補助スイッチ信号回路とを有していることを特徴とする。

本発明によると、トリガが所定位置まで引き操作されたときに、補助スイッチ信号回路により抵抗基板のブラシ摺動終端側の端子とブラシの端子とが電気的に接続される。
例えば、トリガが所定位置まで引き操作されたときに、補助スイッチ信号回路により抵抗基板のブラシ摺動終端側の端子とブラシの端子とが短絡された場合には、ブラシの端子の信号電圧は抵抗基板のブラシ摺動終端側の端子電圧と等しくなる。また、補助スイッチ信号回路により抵抗基板のブラシ摺動終端側の端子とブラシの端子とが固定抵抗を介して接続された場合には、ブラシの端子の信号電圧は抵抗基板のブラシ摺動終端側の端子電圧と比例する値になる。
このため、経時的にブラシや抵抗基板が磨耗することで主スイッチ信号回路の抵抗値が不安定に変動しても、トリガが所定位置まで引き操作されたときのブラシの端子における信号電圧は一定になる。これにより、トリガが所定位置まで引き操作されたときの電動工具の回転速度が不安定にならず、この状態で電動工具を使用することで作業性が低下することはない。
電動工具は、トリガを最大に引き操作した状態（最高回転数設定位置）で使用することがほとんどであり、トリガを最大に引き操作した状態まで移動する過程で電動工具の回転速度が不安定になってもあまり問題にならない。このため、トリガを最大に引き操作した状態を所定位置として設定することが多い。
ここで、トリガを最大に引き操作した状態とは、トリガを限界位置まで引き操作した状態と等しい信号電圧が出力される状態をいい、トリガを限界位置の近傍まで引き操作した状態も含まれるものとする。
このように、抵抗基板とブラシとからなる機構をそのまま使用できるため、低コストで電動工具の回転安定性を図ることができる。また、従来のように、電気回路のスイッチング素子と並列に機械接点を設ける必要もないため、バッテリの過放電も防止できる。

請求項２の発明によると、補助スイッチ信号回路は、機械的な接点で、抵抗基板のブラシ摺動終端側の端子と前記ブラシの端子と短絡できるように構成されていることを特徴とする。
請求項３の発明によると、補助スイッチ信号回路は、トリガと共に一定方向に摺動するブラシと、前記トリガが所定位置まで引き操作されたときに前記ブラシが接続される導体とを備えており、前記ブラシと前記導体とが前記機械的な接点を構成していることを特徴とする。
このため、トリガが所定位置まで引き操作されたとき、確実に補助スイッチ信号回路の機械的な接点をオンさせることができるようになる。
請求項４の発明によると、補助スイッチ信号回路は、半導体スイッチにより構成され、前記トリガが所定位置まで引き操作されたときに、前記半導体スイッチが導通状態になるように構成されていることを特徴とする。
このため、補助スイッチ信号回路の耐久性が向上する。

本発明によると、抵抗基板に対するブラシの摺動構成を変更することなく、低コストで電動工具の全速時における回転安定性を図れるようになる。また、バッテリの過放電も防止できる。

本発明の実施形態１に係る変速用スイッチを備える電動工具の模式側面図である。前記電動工具の電気回路を表す模式図（Ａ図）、トリガを原位置まで戻した状態を表す変速用スイッチの模式図（Ｂ図）、トリガを最大に引き操作した状態を表す変速用スイッチの模式図（Ｃ図）である。前記変速用スイッチにおけるトリガの引き量と抵抗値との関係を表す模式図（Ａ図）、前記変速用スイッチにおけるトリガの引き量と電動工具の回転速度との関係を表す模式図（Ｂ図）である。変更例に係る変速用スイッチを備える電動工具の電気回路を表す模式図（Ａ図）、変速用スイッチにおけるトリガの引き量と抵抗値との関係を表す模式図（Ｂ図）、前記変速用スイッチにおけるトリガの引き量と電動工具の回転速度との関係を表す模式図（Ｃ図）である。変更例に係る変速用スイッチを備える電動工具の電気回路を表す模式図である。変更例に係る変速用スイッチを備える電動工具の電気回路を表す模式図である。従来の変速用スイッチにおいてトリガを最大に引き操作した状態を表す模式図（Ａ図）、変速用スイッチの等価回路図（Ｂ図）、トリガの引き量と抵抗値との関係を表す模式図（Ｃ図）、及びトリガの引き量と電動工具の回転速度との関係を表す模式図（Ｄ図）である。従来の電動工具の電気回路を表す模式図である。従来の電動工具の電気回路を表す模式図である。

［実施形態１］
以下、図１から図６に基づいて、本発明の実施形態１に係る変速用スイッチの説明を行なう。本実施形態に係る変速用スイッチは、インパクトドライバ（以下、電動工具という）で使用されるトリガ形式の操作スイッチである。
ここで、変速用スイッチについて説明する前に前記電動工具について簡単に説明する。

＜電動工具の概要について＞
本実施形態に係る電動工具１０は、図１に示すように、筒状のハウジング本体部１２と、そのハウジング本体部１２の側部（図１では下部）から突出するように形成されたグリップ部１５とから構成されている。
ハウジング本体部１２には、後部位置にモータ１８が同軸に収納されており、そのモータ１８の前方にモータ１８の回転力を増幅して先端工具１１に伝達するための駆動機構１９が収納されている。また、モータ１８の後側には、回路基板１７が収納されており、その回路基板１７にスイッチング素子ＦＥＴや、そのスイッチング素子ＦＥＴを制御する制御部３２（図２（Ａ）参照）等が取付けられている。
グリップ部１５は、図１に示すように、使用者が電動工具１０を使用する際に握る握り部位１５ｈと、その握り部位１５ｈよりも下側（先端側）に位置する下端部位１５ｐとから構成されている。そして、握り部位１５ｈの基端部に使用者が指先で引き操作するトリガ形式の変速用スイッチ２０が設けられている。さらに、グリップ部１５の下端部位１５ｐには、電池パック１６が連結される連結機構（図示省略）が設けられている。

＜変速用スイッチ２０について＞
変速用スイッチ２０は、トリガ２１の引き量に応じて電動工具１０（モータ１８）の回転速度を増加させるスイッチであり、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、並列に接続された主スイッチ信号回路２２と補助スイッチ信号回路２７とを備えている。
主スイッチ信号回路２２は、基板２３と、その基板２３に対して矢印方向（左右方向）に摺動するブラシ２４とから構成されており、そのブラシ２４がトリガ２１と一体で移動できるように構成されている。基板２３には、その表面に導体部２３ｃと印刷抵抗部２３ｒとが前記ブラシ２４の摺動方向（左右方向）に延びるように形成されており、その印刷抵抗部２３ｒの一端（左端）が端子Ｔ０、他端（右端）側が端子Ｔ１に接続され、前記導体部２３ｃが端子Ｔ２に接続されている。そして、前記導体部２３ｃにブラシ２４の左端摺動部２４ｅが接触し、前記印刷抵抗部２３ｒにブラシ２４の右端摺動部２４ｆが接触している。このため、変速用スイッチ２０のトリガ２１を引き操作すると、ブラシ２４が図２（Ｂ）に示す左端位置から前記トリガ２１の引き量に応じて右方向に摺動し、主スイッチ信号回路２２の抵抗値が徐々に減少するようになる。そして、トリガ２１が最大に引かれて、ブラシ２４が図２（Ｃ）に示すように右端位置まで到達すると、主スイッチ信号回路２２の抵抗値が零になる。
即ち、導体部２３ｃと印刷抵抗部２３ｒとを備える基板２３が本発明の抵抗基板に相当する。また、印刷抵抗部２３ｒの一端（左端）の端子Ｔ０が本発明のブラシ摺動始端側の端子に相当し、印刷抵抗部２３ｒの他端（右端）側の端子Ｔ１が本発明のブラシ摺動終端側の端子に相当する。さらに、前記導体部２３ｃを介してブラシ２４に接続された端子Ｔ２が本発明のブラシの端子に相当する。

補助スイッチ信号回路２７は、機械接点２７ｓを備えており、その機械接点２７ｓの一端側が端子Ｔ１に接続され、他端側が端子Ｔ２に接続されている。機械接点２７ｓは、トリガ２１が最大に引き操作されたときにオンし（図２（Ｃ）参照）、それ以外はオフするように構成されている。このため、トリガ２１が原位置から最大近くまで引き操作される過程では、補助スイッチ信号回路２７の機械接点２７ｓがオフして、端子Ｔ１，Ｔ２間には主スイッチ信号回路２２の抵抗値が表れるようになる。また、前記トリガ２１が最大に引き操作されたときには、補助スイッチ信号回路２７の機械接点２７ｓがオンするために、端子Ｔ１，Ｔ２間の抵抗値は零になる。即ち、主スイッチ信号回路２２の印刷抵抗部２３ｒのブラシ摺動終端側の端子Ｔ１とブラシ２４の端子Ｔ２とが短絡される。

＜電動工具１０の電気回路３０ついて＞
電動工具１０の電気回路３０は、図２（Ａ）の模式図に示すように、モータ１８に供給する電流を制御するスイッチング素子ＦＥＴと、変速用スイッチ２０からの信号に基づいてスイッチング素子ＦＥＴを動作させる制御部３２とを備えている。制御部３２は、変速用スイッチ２０（主スイッチ信号回路２２）の印刷抵抗部２３ｒの端子Ｔ０と端子Ｔ１間に基準電圧を印加できるように構成されている。このため、主スイッチ信号回路２２の端子Ｔ１と端子Ｔ２（ブラシ２４の端子Ｔ２）間の抵抗値の減少に伴ってブラシ２４の端子Ｔ２から出力される電圧信号は低下するようになる。制御部３２は、変速用スイッチ２０の電圧信号（端子Ｔ２の電圧信号）の低下に伴ってモータ１８に供給される電流が増加するようにスイッチング素子ＦＥＴを動作させる。前述のように、変速用スイッチ２０（主スイッチ信号回路２２）はトリガ２１の引き量に応じて抵抗値が低下する構成のため、制御部３２の働きにより、トリガ２１を引き操作することで電動工具１０の回転速度が増加するようになる。

＜本実施形態に係る変速用スイッチ２０の長所ついて＞
上記した変速用スイッチ２０によると、トリガ２１が最大に引き操作されたときに、補助スイッチ信号回路２７により主スイッチ信号回路２２における印刷抵抗部２３ｒのブラシ摺動終端側の端子Ｔ１がブラシ２４の端子Ｔ２と電気的に接続される。即ち、主スイッチ信号回路２２における印刷抵抗部２３ｒのブラシ摺動終端側の端子Ｔ１とブラシ２４の端子Ｔ２とが短絡される。これにより、ブラシ２４の端子Ｔ２の信号電圧は、主スイッチ信号回路２２における印刷抵抗部２３ｒのブラシ摺動終端側の端子Ｔ１の端子電圧に等しくなる。このため、経時的にブラシ２４や印刷抵抗部２３ｒが磨耗することで、図３（Ａ）に示すように、主スイッチ信号回路２２の抵抗値（端子Ｔ２の信号電圧）が不安定に変動しても、トリガ２１が所定位置まで引き操作されたときのブラシ２４の端子Ｔ２における信号電圧は一定になる（図３（Ａ）のＲ部参照）。これにより、図３（Ｂ）の矢印Ｎに示すように、トリガ２１が最大に引き操作されたときの電動工具の回転速度（最大出力）が不安定にならず、この状態で電動工具を使用することで作業性が低下することはない。なお、電動工具はトリガ２１を最大に引き操作した状態で使用することがほとんどであり、トリガ２１が所定位置まで移動する過程で電動工具の回転速度が不安定になってもあまり問題にならない。
このように、主スイッチ信号回路２２を構成する基板２３とブラシ２４とをそのまま使用できるため、低コストで電動工具１０の回転安定性を図ることができる。

＜変更例＞
ここで、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本実施形態では、トリガ２１の引き量に応じて抵抗値が減少する構成の変速用スイッチ２０を使用する電動工具１０を例示した。しかし、図４（Ｂ）に示すように、トリガ２１の引き量に応じて抵抗値（信号電圧）が増加する構成の変速用スイッチ２０を使用する電動工具に本発明を適用することも可能である。
この場合、変速用スイッチ２０は、図４（Ａ）に示すように、端子Ｔ０が制御部３２の負側、端子Ｔ１が制御部３２の正側に接続されて、その端子Ｔ０と端子Ｔ１間に基準電圧を印加できるように構成されている。このため、トリガ２１の引き量に応じてブラシ２４の端子Ｔ２から出力される電圧信号は増加するようになる。制御部３２は、変速用スイッチ２０の電圧信号（端子Ｔ２の電圧信号）の増加に伴ってモータ１８に供給される電流が増加するようにスイッチング素子ＦＥＴを制御する。
補助スイッチ信号回路２７は、機械接点２７ｓを備えており、その機械接点２７ｓの一端側が端子Ｔ１に接続され、他端側が端子Ｔ２に接続されている。

このため、経時的にブラシ２４や印刷抵抗部２３ｒが磨耗することで、主スイッチ信号回路２２の抵抗値が不安定に変動しても、トリガ２１が最大に引き操作されたときに補助スイッチ信号回路２７の機械接点２７ｓがオンすることで、トリガ２１が所定位置まで引き操作されたときのブラシ２４の端子Ｔ２における信号電圧は一定になる。したがって、トリガ２１が最大に引き操作されたときの電動工具の回転速度が、図４（Ｃ）の矢印Ｎに示すように、安定化するため、作業性が低下することがない。
ここで、図４（Ａ）の補助スイッチ信号回路２７の機械接点２７ｓの代わりに、図５に示すように、トリガ２１と連動するブラシ２７ｂを設け、トリガ２１が最大に引き操作されたときのブラシ２７ｂの一端が端子Ｔ４の導体に接続できるような構成にすることも可能である。
また、図６に示すように、補助スイッチ信号回路２７を接点２７ｓと半導体スイッチ２７ｅとから構成することも可能である。
さらに、本実施形態では、トリガ２１が最大に引き操作されたときに、補助スイッチ信号回路２７がオンする例を示したが、トリガ２１が所定位置まで引き操作されたときに前記補助スイッチ信号回路２７がオンする構成でも可能である。
また、本実施形態では、補助スイッチ信号回路２７を変速用スイッチ２０内に設ける例を示したが、補助スイッチ信号回路２７を変速用スイッチ２０の外に設ける構成でも可能である。さらに、変速用スイッチ２０の内側に補助スイッチ信号回路２７と制御部３２とを収納することも可能である。

２１・・・・トリガ
２２・・・・主スイッチ信号回路
２３ｃ・・・導体部
２３ｒ・・・印刷抵抗部
２３・・・・基板（抵抗基板）
２４・・・・ブラシ
２７ｓ・・・機械接点（補助スイッチ信号回路）
２７・・・・補助スイッチ信号回路
２９・・・・切替えスイッチ（回路切替え手段）

Claims

電動工具の回転速度を調整するためのスイッチで、抵抗基板と、トリガの引き操作により前記抵抗基板に対して一定方向に摺動するブラシとを備え、前記抵抗基板に対する前記ブラシの摺動により抵抗値が変化する構成の変速用スイッチであって、
前記抵抗基板に対する前記ブラシの摺動位置に応じた抵抗値が得られるように構成され、前記抵抗基板のブラシ摺動始端側の端子とブラシ摺動終端側の端子間に基準電圧が印加された状態で、前記ブラシの端子から信号電圧が出力される構成の主スイッチ信号回路と、
前記トリガが所定位置まで引き操作されたときに、前記抵抗基板のブラシ摺動終端側の端子と前記ブラシの端子とを電気的に接続する補助スイッチ信号回路と、
を有していることを特徴とする変速用スイッチ。
請求項１に記載された変速用スイッチであって、
前記補助スイッチ信号回路は、機械的な接点で、前記抵抗基板のブラシ摺動終端側の端子と前記ブラシの端子と短絡できるように構成されていることを特徴とする変速用スイッチ。
請求項２に記載された変速用スイッチであって、
前記補助スイッチ信号回路は、トリガと共に一定方向に摺動するブラシと、前記トリガが所定位置まで引き操作されたときに前記ブラシが接続される導体とを備えており、前記ブラシと前記導体とが前記機械的な接点を構成していることを特徴とする変速用スイッチ。
請求項２に記載された変速用スイッチであって、
前記補助スイッチ信号回路は、半導体スイッチにより構成され、前記トリガが所定位置まで引き操作されたときに、前記半導体スイッチが導通状態になるように構成されていることを特徴とする変速用スイッチ。