JP5262701B2

JP5262701B2 - 電動工具用スイッチ

Info

Publication number: JP5262701B2
Application number: JP2008333666A
Authority: JP
Inventors: 昭宏保住; 浩二大盛
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2028-12-26
Also published as: US8193458B2; EP2202771B1; EP2202771A1; CN101770875B; CN101770875A; JP2010155295A; US20100163384A1; ATE531061T1

Description

本発明は、電動工具用スイッチに関する。

従来、電道工具用の調速機能を有するスイッチとしては、電動工具のグリップに向かって引き込まれるトリガを有するトリガスイッチが用いられている。トリガスイッチは、バッテリとモータとの間に介設され、トリガの引き込み量に応じた通電比の電圧を出力することで、モータの回転速度を調節する。

トリガスイッチは、通常、トリガと共に移動する摺動子が回路基板上に形成した印刷抵抗に摺接する可変抵抗を有し、トリガの引き込み量に応じて可変抵抗の抵抗値を変化させることで、スイッチング素子の導通時間比を変化させてモータへの出力を調節する。

また、モータを逆転運転可能とするトリガスイッチは、出力の極性を反転させるための切換スイッチを有している。特許文献１には、モータ正転時と反転時とで、トリガの引き込み量に対するモータ回転速度を異ならせるために、トリガの引き込み量に応じて抵抗値が異なる変化をする２つの回路を並列に設け、出力の極性を反転させる切換スイッチによって、一方の回路だけを接続するようにした発明が記載されている。
特許第３７６８４００号公報

トリガスイッチを用いた電動工具を使用する際、ユーザはトリガの引き込み量を感覚的に把握するが、微細な引き込み量の違いを認識することは難しく、大まかな速度制御しかできないという問題があった。

また、切換スイッチの操作のために、工具を持ち替えたり、一度ワークから手を離す必要が生じて、作業が中断される場合もあった。

前記問題点に鑑みて、本発明は、直感的な操作によって電動工具を細かく速度制御できる電動工具用スイッチを提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明による電動工具用スイッチは、両方向に回動可能であり、中立位置に自己復帰するように付勢された操作部材と、前記操作部材の回動軸に直交するように配置された回路基板と、前記回路基板に押圧され、前記操作部材と共に回動して、前記回路基板に摺接する摺動子と、前記操作部材の前記中立位置からの回動方向に応じて出力端子間の極性を入れ替える反転機構とを有し、前記回路基板は、前記摺動子が摺接することで回路を閉じ、前記摺動子の当接位置に応じて抵抗値が変化する２組の可変抵抗回路が、前記操作部材の中立位置に対応する位置から回動方向両側に、電気的に並列に接続されて形成されているものとする。

この構成によれば、ユーザは、操作部材を回動させるので、その操作量を直感的に把握しやすく、操作量に応じた出力を細かく調節できる。また、操作部材の回動方向によって工具の回転方向が変わるので、工具の逆転のために余分なスイッチ操作が不要であり、作業を連続して行える。

また、本発明の電動工具用スイッチにおいて、前記２組の可変抵抗回路は、前記操作部材の回動角度に対する抵抗値の変化が互いに異なってもよい。

この構成によれば、工具の正転時と逆転時とで速度変化特性を異ならしめ、それぞれの回転方向について工具を最も扱い易くするような速度変化特性を持たせることができる。

また、本発明の電動工具用スイッチにおいて、前記反転機構は、前記中立位置からずれた位置で極性を入れ替え、前記中立位置において前記出力端子間を短絡させてもよい。

この構成によれば、中立位置においてモータの端子間を短絡することで、惰性によるモータの回転を停止させる短絡ブレーキの機能を発揮できる。

また、本発明の電動工具用スイッチにおいて、前記操作部材は、略円筒形に形成され、且つ、電動工具に固定されるスイッチ本体の外周に操作可能に配設されていてもよい。

この構成によれば、略円筒形の外形を有することで、ダイアルを回すような、ユーザが操作量を直感的に把握できる操作性を提供できる。また、操作部材の内部に他の構成要素を配置することで、スイッチが回動軸方向に長くならない。

また、本発明の電動工具用スイッチにおいて、前記スイッチ本体の内部で、前記操作部材と共に前記回動軸周りに回動する作用部と、前記スイッチ本体の内壁から内向きに突出する係止部と、中央部が前記回動軸の周りに保持され、両端が前記作用部および前記係止部を挟み込むように延伸し、前記作用部を前記係止部および前記回動軸と直列させるように回動付勢する付勢バネとを有してもよい。

この構成によれば、付勢バネがスイッチ本体を貫通しないので、スイッチ本体の強度を損なわず、操作部材の十分な回動角度を確保できる。

本発明によれば、回動可能な操作部材の回動方向および回動角度に応じてドリル等の工具を回転させることができるので、ユーザが工具の回転方向および回転速度を直感的に把握でき、細やかな制御ができる。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の１つの実施形態のスイッチ１を備える電動工具２を示す。電動工具２は、先端にドリルやドライバビット、グラインダビットのような先端工具を把持して回転可能なチャック３を有し、チャック３の回転軸と略同軸の略円筒形をなし、スイッチ１を内蔵する工具本体４と、工具本体４の後端から下方、後斜めに延伸し、ユーザが把持するためのグリップ５とからなる。

スイッチ１は、グリップ５の近傍に配設されている。また、スイッチ１は、工具本体４の両側に設けたスイッチ開口６からそれぞれ突出する操作突部７を有する。これにより、ユーザは、グリップ５を把持した手の親指や人差し指を操作突部７に伸ばして、スイッチ１を操作できるようになっている。

工具本体４は、チャック３の回転軸に直結した不図示のモータを収容し、スイッチ１の上部に係止スイッチ８が配設され、チャック３の下方にＬＥＤを収容した発光部９を有する。グリップ５は、バッテリ１０を着脱可能に装着できる。

図２に示すように、電動工具２は、グリップ５を揺動させて、後部本体４と一直線に配置することもできる。

図３および４に、スイッチ１の詳細を示す。スイッチ１は、工具本体４に固定されるスイッチ本体１１と、スイッチ本体１１の周りで両方向にそれぞれ約３０°回動可能であり、略円筒形をなし、且つ、外周面に操作突部７が形成された操作部材１２とを有する。

スイッチ本体１１は、バッテリ１０の両電極に接続される入力端子１３，１４と、モータの両電極に接続される出力端子１５，１６とを有する。スイッチ１０は、操作部材１２の回動軸がチャック３の回転軸と同軸になるように、工具本体４に取り付けられる。

図５に、スイッチ１の分解斜視図を示す。操作部材１２には、略円筒形のスイッチ本体１１の内部に、操作部材１２の回動軸と同軸に延伸する軸部材１７が接続されており、軸部材１７は、操作部材１２と共に回動する。図６にさらに詳しく示すように、軸部材１７には、金属板を折り曲げてなる２つの摺動子１８，１９を保持する保持部材２０が取り付けられる。摺動子１８，１９は、操作部材１２の回動軸に直交するようにスイッチ本体１１に対して固定される回路基板２１に摺接する。

また、図７に詳しく示すように、スイッチ１は、出力端子１５，１６を有する電路部材２２，２３にそれぞれ揺動可能に支持された可動接点２４，２５を有する。可動接点２４，２５は、それぞれ、入力端子１３を有する電路部材２６に設けられた固定接点２７，２８、または、モータへの出力をスイッチングするためのＦＥＴ２９のドレン端子が接続される電路部材３０にそれぞれ設けられた固定接点３１，３２のいずれかに当接する。軸部材１７には、可動接点２４，２５を駆動するためにバネ付勢された駆動部材３３，３４を有する。

また、図５に示すように、スイッチ１は、モータの逆起電力がＦＥＴ２９に印加されないようにする保護ダイオード３５を有する。さらに、スイッチ１は、軸部材１７を介して操作部材１２の角度を、操作突部７が水平になる中立位置に自己復帰するように付勢する付勢バネ３６を有する。

図８に示すように、付勢バネ３６は、中央部が軸部材１７の周りに巻回されることによって保持され、両端がスイッチ本体１１の内壁から内向きに突出した係止部３７を両側から挟み込むようになっている。また、付勢バネ３６は、軸部材１７とスイッチ本体１１との間に位置するように軸部材１７に係合し、軸部材１７と共に回動する作用部３８をも挟み込む。また、駆動部材３３，３４は、固定接点３１，３２側にオフセットして設けられており、中立位置において、可動接点２４，２５をＦＥＴ２９のドレンに接続するようになっている。つまり、電動工具２のモータは、操作部材１２が中立位置にあるとき、両端子が短絡された状態になる。

図９に示すように、作用部３８は、軸部材１７および操作部材１２と共に操作部材１２の回動軸を中心に回動するので、ユーザが操作部材１２を回動させると係止部３７に対して回動し、付勢バネ３６の一端を他端から離間させるように弾性変形させる。付勢バネ３６は、この弾性力によって、作用部３８を軸部材１７の径方向に係止部３７と直列するように回動させ、操作部材１２を中立位置に復帰させる。

また、操作部材１２をグリップ５から見て右（図８，９では反時計回り）に回動すると、駆動部材３３，３４が図９に示すように回動して、可動接点２４を、入力端子１３を介してバッテリ１０に接続される固定接点２７に当接させる。逆に、操作部材１２を左に回動すると、可動接点２５が固定接点２８に接触する。

図１０に、電動工具２の回路図を示す。一点鎖線で示す範囲がスイッチ１の回路であり、二点鎖線で示す範囲が回路基板２１上に形成された回路である。バッテリ１０およびモータは、上述の入力端子１３，１４および出力端子１５，１６に接続されるが、発光部９のＬＥＤは、回路基板２１の回路上に一端がハンダ付けされ、他端がスイッチ１の外側に引き出される一対のリード線（図４等には不図示）を介して接続される。

回路基板２１上の回路は、ＦＥＴ２９のゲート電圧を周期的に増減し、そのゲート電圧を制御することによって、モータに対して電圧を出力する時間の比を可変する調速回路である。回路基板２１には、図１１に示すように、接触子１８，１９に接触する電極および印刷抵抗が形成されている。接触子１８は、ＦＥＴ２９の通電時間比を決定する抵抗値を定める基準抵抗回路の一部をなし、接触子１９は、調速回路とバッテリ１０とを接続または遮断する制御電源スイッチの一部をなす。接触子１８，１９は、それぞれ、２本一対で、２対のブラシ対を有する。接触子１８，１９は、各ブラシ対の回路基板２１に対する当接位置が、操作部材１２の回動軸を挟んで径方向に直列し、且つ、操作部材１２が中立位置にあるとき水平に並ぶように、保持部材２０に保持される。

図１２に、回路基板２１の電極および印刷抵抗の配置を示す。接触子１８の一方のブラシ対には、電極ＩＦ，ＩＡ，ＩＲおよび印刷抵抗ＶＲＦ，ＶＲＲのいずれかが当接し、接触子１８の他方のブラシ対には、電極ＯＦ，ＥＦ，ＯＵ，ＥＲ，ＯＲのいずれかが当接する。つまり、接触子１８は、電極ＩＦ，ＩＡ，ＩＲおよび印刷抵抗ＶＲＦ，ＶＲＲのいずれかと、電極ＯＦ，ＥＦ，ＯＵ，ＥＲ，ＯＲのいずれかとを接続する。

接触子１９の一方のブラシ対は、電極ＫＩＦまたはＫＩＲと当接し、他方のブラシ対は、電極ＫＡＦまたはＫＡＲと当接する。電極ＫＩＦと電極ＫＡＦ、並びに、電極ＫＩＲと電極ＫＡＲは、それぞれ、回動軸から見て同じ角度に、中立位置から対称に形成されている。詳しくは、接触子１９は、操作部材１２が中立位置から右に８°以上回動すると電極ＫＩＦと電極ＫＡＦとを接続し、操作部材１２が中立位置から左に８°以上回動すると、電極ＫＩＲと電極ＫＡＲとを接続する。つまり、操作部材１２が左右いずれかに８°以上回動されるまで、調速回路および発光部９のＬＥＤには電力が供給されない。

図１０に示すように、電極ＩＦと電極ＩＲとは、共にバッテリ１０の正の電極に接続され、それぞれ印刷抵抗ＶＲＦまたは印刷抵抗ＶＲＲを介してバッテリ１０の負の電極に接続された電極ＩＡに接続されている。また、接触子１８によって印刷抵抗ＶＲＦまたは印刷抵抗ＶＲＲ上の何処かに接続され得る電極ＥＦおよび電極ＥＲは、互いに接続されている。

このため、電極ＥＦおよび電極ＥＲの電位は、バッテリ１０の電圧を印刷抵抗ＶＲＦまたは印刷抵抗ＶＲＲによって分圧した電位となる。つまり、基準抵抗回路は、互いに並列に接続され、接触子１８が摺接することで回路を閉じ、摺動子１８の位置に応じて印刷抵抗ＶＲＦまたは印刷抵抗ＶＲＲの分圧比、換言すれば、バッテリ１０と電極ＥＦおよびＥＲとの間の抵抗値を変化させる２組の、互いに並列に接続された可変抵抗回路を含む。

２つの可変抵抗回路は、さらに、抵抗値の高い第１抵抗Ｒ１を介してＦＥＴ２９を周期的にスイッチングするゲート電圧を発生させる発振回路ＯＣに接続されている。発振回路ＯＣは、印刷抵抗印刷抵抗ＶＲＦまたは印刷抵抗ＶＲＲの分圧比（電極ＥＦ，ＥＲの電位）によって設定した時間比で、ＦＥＴ２９をオンする。

また、電極ＯＦと電極ＯＲは、共に電極ＯＵに接続され、抵抗値の低い第２抵抗Ｒ２を介して発振回路ＯＣに接続されている。第２抵抗Ｒ２を介して発振回路ＯＣに電位を与えることで、発振回路ＯＣは、ＦＥＴ２９を常時オンするようなゲート電圧を出力する。

図１３に、操作部材１２の回動角度と、各スイッチ機構の状態の関係を示す。上述のように、可動接点２４は、操作部材１２を右に回動させるとモータの一端に接続された出力電極１４をバッテリ１０の正の電極に接続し、モータを右回転させる。また、可動接点２５は、操作部材を左に回動させると、モータの他端に接続された出力電極１５をバッテリ１０の正の電極に接続し、モータを左回転させる。つまり、スイッチ１は、操作部材１２の回動方向に応じてモータにＦＥＴ２９を介してモータに印加する電圧の極性を入れ替える反転機構を有する。

また、可動接点２４，２５は、中立位置においてモータの両端を短絡させる。このため、モータが慣性力によって回転しているとき、操作部材１２を付勢バネ３６の付勢力によって中立位置に戻すと、モータの巻線に逆起電力による逆方向の電流が流れ、モータを制動することができる。

また、接触子１９は、接触子１８が電極ＥＦ，ＥＲに当接する前に、調速回路にバッテリ１０を接続して、電源を供給する。しかしながら、操作部材１２が中立位置近傍にあるときは、調速回路への電源供給を停止して、無駄な電力消費を防止する。

接触子１８は、中立位置近傍において、電極ＩＡと電極ＯＵとを接続し、発振回路ＯＣに０Ｖを入力し、ＦＥＴ２９が常にオフとなるようなゲート電圧を出力させる。このとき、発振回路ＯＣは、抵抗値の低い第２抵抗Ｒ２、電極ＯＵ、接触子１８および電極ＩＡを介してＧＮＤに接続されているので、発振回路ＯＣの電流が流出しやすく、出力するゲート電圧を十分に低下させている。

操作部材１２を中立位置から回動させると、先ず、接触子１８は、電極ＩＡを電極ＥＦまたは電極ＥＲに接続する。すると、発振回路ＯＣは、抵抗値の大きな第１抵抗Ｒ１を介してＧＮＤに接続されるので、発振回路ＯＣから流出する電流が減少する。このため、発振回路ＯＣは、ＦＥＴ２９を僅かにオンするようなゲート電圧を出力するようになる。

そして、接触子１８が印刷抵抗ＶＲＦまたはＶＲＲに当接すると、操作部材１２の回動角度に比例して可変抵抗回路の出力電位が高くなり、ＦＥＴ２９がオンする時間比が高くなる。これによって、モータは、可変抵抗回路（印刷抵抗ＶＲＦまたはＶＲＲ）の抵抗値（分極電圧）に比例した速度で回転する。

ここで、可変抵抗回路による分極電圧が発振回路ＯＣの電圧よりも高くなると、第１抵抗Ｒ１を介して発振回路ＯＣに電流が流入し、ゲート電圧を高くするように作用する。そして、接触子１８が電極ＩＦまたはＩＲに達した後、電極ＩＦまたはＩＲと電極ＯＦまたはＯＲとが接続され、バッテリ１０の端子電圧を出力する可変抵抗回路と発振回路ＯＣとを抵抗値の低い第２抵抗を介して接続する。これにより、可変抵抗回路を介して発振回路ＯＣに流入する電流が十分に大きくなり、ＦＥＴ２９を常時オンさせることによって、モータを最大速度で回転させる。

以上のように、本実施形態のスイッチ１は、操作部材１２の回動方向と同じ方向に先端工具を回転させ、操作部材１２の回動角度に応じた速度で先端工具を回転させるために使用される。操作部材１２の回動方向と同じ方向に先端工具するため、ユーザは、先端工具の回転方向を間違えることがなく、回転方向に切換のために別のスイッチを操作する必要がなく、作業を連続して行える。

また、ユーザは、グリップ５等を基準に操作部材１２の回動角度を直感的に把握できるので、スイッチ１を用いて先端工具の回転速度を細やかに制御することができる。さらに、ユーザは、操作部材１２の回動角度を、付勢バネ３６の反力によっても感じ取ることができるため、先端工具の回転速度を把握することが容易である。尚、本発明において、モータおよびチャック３の回転速度は、原則として無負荷回転速度を指し、実際の負荷運転時の回転速度とは異なる場合がある。

図１４に、本発明の第２実施形態のスイッチ１の回路基板２１を示す。尚、本実施形態は、電極ＩＦ，ＩＡ，ＩＲおよび印刷抵抗ＶＲＦ，ＶＲＲの配置を除いて、第１実施形態と同一であるので、重複する説明は省略する。本実施形態のスイッチ１では、回路図上では同じ構成であるが、印刷抵抗ＶＦＲおよび電極ＩＲが、印刷抵抗ＶＦＦおよび電極ＩＦと比べて、中立位置から遠く（大きく回動した位置）に形成されている。

本実施形態では、図１５に示すように、モータを正転させる場合に比べ、モータを逆転させる場合は、操作部材１２をより大きく回動させる必要がある。これにより、ユーザは、先端工具を逆回転させるときは、正転させるときより、操作量が大きくなるだけでなく、付勢バネ３６からより大きな反力を受けるので、より明確な意図を持って操作することを要求される。

さらに、図１６に、本発明の第３実施形態のスイッチ１の回路基板２１を示す。本実施形態も、電極ＩＦ，ＩＡ，ＩＲおよび印刷抵抗ＶＲＦ，ＶＲＲの配置を除いて、第１実施形態と同位置であるので、重複する説明は省略する。本実施形態では、印刷抵抗ＶＦＲの幅が中立位置に近い程大きくなっている。

本実施形態では、図１７に示すように、操作部材１２を左に回動させる場合、操作部材１２の回動角度が小さい程、操作部材１２の回動角度に対する電極ＩＡと摺動子１７との間の抵抗値の変化率が小さく、モータの回転速度の変化率が小さくなる。これによって、本実施形態では、先端工具（チャック３）を逆回転させる場合は、正回転時に比べて、低速域においてより細かな速度調節が可能である。

本発明は、回転方向および回転速度を調節する電動工具に利用される。

本発明の第１実施形態のスイッチを有する電動工具の側面図。図１の電動工具の異なる使用形態の側面図。図１のスイッチの後方斜視図。図１のスイッチの前方斜視図。図１のスイッチの分解斜視図。図１のスイッチの摺動子の駆動機構に係る分解斜視図。図１のスイッチの反転機構に係る分解斜視図。図１のスイッチの中立位置における断面図。図１のスイッチの回動位置における断面図。図１の電動工具の回路図。図１のスイッチの回路基板と摺動子との関係を示す分解斜視図。図１１の回路基板の電極および印刷抵抗の配置を示す背面図。図１のスイッチの回動角度と回路動作との関係を示す図。本発明の第２実施形態のスイッチの回路基板の電極および印刷抵抗の配置を示す背面図。本発明の第２実施形態のスイッチの回動角度とモータ端子電圧との関係を示す図。本発明の第３実施形態のスイッチの回路基板の電極および印刷抵抗の配置を示す背面図。本発明の第３実施形態のスイッチの回動角度とモータ端子電圧との関係を示す図。

符号の説明

１…スイッチ
２…電動工具
３…チャック
４…工具本体
７…操作突部
１０…バッテリ
１１…スイッチ本体
１２…操作部材
１３，１４…入力端子
１５，１６…出力端子
１７…軸部材
１８，１９…摺動子
２１…回路基板
２４，２５…可動接点
２９…ＦＥＴ
３６…付勢バネ
３７…係止部
３８…作用部

Claims

両方向に回動可能であり、中立位置に自己復帰するように付勢された操作部材と、
前記操作部材の回動軸に直交するように配置された回路基板と、
前記回路基板に押圧され、前記操作部材と共に回動して、前記回路基板に摺接する摺動子と、
前記操作部材の前記中立位置からの回動方向に応じて出力端子間の極性を入れ替える反転機構とを有し、
前記回路基板は、前記摺動子が摺接することで回路を閉じ、前記摺動子の当接位置に応じて抵抗値が変化する２組の可変抵抗回路が、前記操作部材の中立位置に対応する位置から回動方向両側に、電気的に並列に接続されて形成されていることを特徴とする電動工具用スイッチ。
前記２組の可変抵抗回路は、前記操作部材の回動角度に対する抵抗値の変化が互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の電動工具用スイッチ。
前記反転機構は、前記中立位置からずれた位置で極性を入れ替え、前記中立位置において前記出力端子間を短絡させることを特徴とする請求項１または２に記載の電動工具用スイッチ。
前記操作部材は、略円筒形に形成され、且つ、電動工具に固定されるスイッチ本体の外周に操作可能に配設されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電動工具用スイッチ。
前記スイッチ本体の内部で、前記操作部材と共に前記回動軸周りに回動する作用部と、
前記スイッチ本体の内壁から内向きに突出する係止部と、
中央部が前記回動軸の周りに保持され、両端が前記作用部および前記係止部を挟み込むように延伸し、前記作用部を前記係止部および前記回動軸と直列させるように回動付勢する付勢バネとを有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電動工具用スイッチ。