JPS6223390A - 直流電動機制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）発明の分野 この発明は、例えば電気ドライバ、電気ドリル、電気の
こぎり等のような直流電動機によって駆動される電動工
具、その他の回転を制御づる直流電ｉ！！ＩＩ機制御回
路に関づる。

（ロ）発明の前頭 従来、交流電動機制御回路としては、例えばＳＣＲのゲ
ート制御により変速制御出力を得る回路があるが、直流
には利用不可能な問題点をイｊしていた。

（ハ）発明の目的 この発明は、簡単な回路構成で直流電動機の変速制御を
行なうことができ、しかも操作レバーの操作ストローク
に比例して上述の変速制御ができる直流電動機制御回路
の提供を目的とする。

（ニ）発明の要約 この発明は、三角波発振器と、操作レバーの操作ストロ
ークに比例した電圧を出力する可変基準電圧発生部と、
上述の三角波発振器および可変基準電圧発生部からの電
圧を比較して変速制御出力を発生づ゛る比較器と、上述
の比較器出力に基づいて電動機主回路の電流を通電制御
する変速制御回路とを協えた直流電動機制御回路である
ことを特徴とする。

（ホ）発明の効果 この発明にＪ：れば、上述の三角波発振器からは所定の
三角波電圧が連続して（１１られ、まｋ（述の町変以ハ
（電汀発生部からは操作レバーの操作ス１へ１］−りに
比例した電圧が得られるので、これら両電圧を・比較器
により比較４ることで、該比較器からは上述のス１へ１
−りに比例した変速制御回路が得られる。

このため、変速制御回路を介して電動例主回路の電流を
操作ストロークに比例して通電制御ｔｌ−４にとができ
、簡甲４１回路構成でありながら、操作スト［］−りに
比例した゛七動機回転数を得ることがてさる効果があり
、また上述の電流と電動様トルクとが略比例関係にある
ため、制御がしやすい効果がある。

（へ）発明の実施例 この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳述−４６゜ 図面は直流電動機制御回路に用いる直流電動工具用スイ
ッチを示し、第１図〜第３図に、おいて、この直２１動
工具用スイッチは、直流モータ７０く第４図参〇４ｒ、
００制御回路部１１と、モータ７０を駆動操作する操作
レバー１２と、これらを一体に支持するスイッチケース
１３とから構成され、これが例えば電気ドライバ等の電
動工具の握り部に組込まれて使用される。

上述の制御回路部１１は、パワートランジスタ１４と、
このパワートランジスタ１４を土工より覆う」一部放熱
カバー１５と、下部す交熱カバー１６と、制御回路を搭
載するプリント基板１７と、可変基Ｉｖ電圧発生部の一
部として設（プられる抵抗基板１８と、この抵抗基板１
８ど摺接対応して抵ＶＣ値を可変するブラシ１９と、第
１〜第３の可動接点片２０〜２２を備えた絶縁性可動片
ハウジング２３と、この可動片ハウジング２３の復帰バ
ネ２４とから構成される。

一上述のパワートランジスタ１４は、四角形状を有し、
この−側面に突設した３本の端子２５・・・を下向さ゛
に屈曲させて、後述する電源端子４７，４８およびモー
タ端子４９．５０と接続して、直流モータ７０の電機子
回路を０Ｎ−ＯＦＦ制仰制御る。

ところで、この種のパワートランジスタ１４ｉま、一般
に発熱し岩すいため、上下より熱吸収性の良好な金属製
の上・下部放熱カバー１５．１６で覆って、パワー１〜
ランジスタ１４の発熱を吸収している。

この場合、パワートランジスタ１４の上下面は、これら
を縦貫するビス２６の締結作用により上下部放熱カバー
１５．１６の水平面で挟持するごどく密接して支持する
ど共に、これらカバー１５゜１Ｇの重心面側を大きくと
って、カバー１５，１６自体の放熱面積を多く設（〕て
いるため、パワートランジスタ１４に対する効率のよい
熱吸収作用を促進して、該トランジスタ１４の発熱によ
る性能の低下およびに９低下を確実に防止する。

上部放熱カバー１５は、下面を開放しｌζ箱形状に設け
られ、この下面開放部内に上述のパワー１〜ランジスタ
１４Ｊ３よび下部放熱カバー１６を包囲した状態で、こ
の上部放熱カバー１５の両側面に間口した角孔２７・・
・が、（！２述りるスイッチケース１３の外側面に突設
する側面突起２８・・・に係合して、スイッチケース１
３上に一体にＩＮＩされる。

下部放熱カバー１６は、口形状に設（〕られ、このコ形
状の両側垂片の側面に開口した角孔２９・・・が、同様
に後述づるスイッチケース１３の外側面に突出する側面
突起３０に係合してスイッチケース１３上に嵌着される
。この場合、口形状の両側肩部に形成した階段状の段部
３１．３１が、装着時に後述するプリント基板１７と対
応して、該プリン１〜基板１７を押下支持する。

上述のプリント基板１７は、両側縁が、下部放熱カバー
１６の段部３１，３１で押下されることにより、スイッ
チケース１３上に固定支持される。

また、この基板１アの一側端部には端子接続孔３２が縦
貫され、これに後述づる電源端子４７，４８およびモー
タ端子４９．５０が接続される。

さらに、プリント基板１７の両側縁にはスライド案内面
３３が切欠き形成され、これにｖＬ；、１する可動片ハ
ウジング２３の上部スライド突起３４が摺動案内されて
、可動片ハウジング２３のスライド時の左右の振止めを
規制する一方、このプリント基板１７の下面に可動片ハ
ウジング２３が当１ａ１ノで可動片ハウジング２３の土
切が規制される。

また、このプリン１へ１．Ｓ根１７のＦ面には、七−タ
７０に対Ｊ−る可変基準電圧発生用の抵抗素子を印刷１
−１７．二薄板の抵抗基板１８が貼合されている。

前述の可Ｆｊ＋片ハウジング２３は、後述づるスイッチ
ケース１３内に収納可能な箱形状に設ｃノられ、この箱
形状の上面後部側に開口した一対の圧入孔３５．３５に
、口形状の第１５Ｊ動接点ハ２０を上方」、り圧入して
取付け、箱形状の下面前後方向に並列（７で重設されＩ
こ垂片３６．３７の一方には、幅広ＬＪ財形状第２可動
接貞片２１を下方より圧入して取イ１け、他方の垂片３
７には幅狭Ｕ形状の第３　ｉｊＪ動接点片２２を同様に
下方Ｊ、す１１人して取付けている。さらに、上面前部
側のブラシ間口部３８を介した内部側のブラシ取ｆＪ　
＞ｕ　３９には、［−形状に形成ざねたブラシ１９の４
喘側を差込んで取付け、このブラシＴＩ’ｌＡ側の左右
に分割されたブラシ接触片４０．／ｌｏが上方に付勢さ
れた状態で、これら接触片４０．４０が１述の抵抗基板
１８のＦ面に付勢対（とされ、このブラシ１９が可動片
ハウジング２３と一体にスライドして、抵抗Ｌｉ板１８
との対接位置を変位させることにより、七−９７０に対
するＩ−ルク制御用の抵抗値が変化して、モータ７０の
１−ルクを変化させる。

なお、ブラシ１９は通常、可動片ハウジング２３と共に
一側に付勢されて位置し、−側で最大の抵抗値に、また
他側で最小の抵抗値になるように設定されている。

さらに、この可動片ハウジング２３の上面四隅に１よ、
上述のスライド案内面３３←二対応覆る上部スライド突
起３４・・・を突設しており、またｔ向後端側には、バ
ネ座孔４１を形成してＡ５つ、このバネ座孔４１内に復
帰バネ２４の一端が挿入され、細端は後述するスイッチ
ケース１３の後端側に形成されたバネ座孔４２に挿入係
止されてＪ３す、通常は圧縮状態に収納された復帰バネ
２４のイ］勢作用により、可動片ハウジング２３を前方
に付勢移動させた状態にある。

ざらに、可動片ハウジング２３の下面前端側には、後述
する操作レバー１２の操作＠６５を挿入する操作軸係合
孔４３を開口してｉＪ３す、操作＠６５を介した操作レ
バー１２の押下ス１〜ロークにより、可動片ハ・クジン
グ２３は、前後り向にスライド操作される。。

上述のスイッチケース１３は、−１−面を開放した箱形
状に設けられ、この上面間１］部４４内に前述の可動片
ハウジング２３が前後方向にスライドＫ［８されて収納
さね、その上方にプリン１へ基板１７おにびパワー１ヘ
ランジスタ１４が放熱カバー１５゜１６を介して載設さ
れ、これら１・下部放熱カバー１５．１６の各角孔２７
．２９・・・が、スイッチケース１３の円外側面に突設
した各側面突起２８゜３０・・・に係合して一体に装着
される。

さらに、−［面間口部４４の後部側壁４５には、数個の
端子装着溝４６・・・が形成され、このうち両側の９ｚ
；了装着溝４Ｇ・・・には、第１電源端子４７と第２電
源端子４８とが差込まれ、その間の端子装着溝４６・・
・には、第１モータ端了４つと第２モータ喘子５０ど、
パワー１〜ランジスタ１４のベース電極１シ続用の回路
接続端子５１とがぞれぞれ差込まれて装着される。

これにより、上述の第１電源端子４７と第１モータ端子
４９とが一対に対向し、また第２電源端了４８と第２モ
ータ端子５０とが一対に対向し、これら相対向する先端
部の円孤形接点部５２，５２間で、１）０述の可動片ハ
ウジング２３の垂ハ３６゜３７をスライド可能に挟持し
た状態となり、通常は第１モータ端Ｔ−４９と第２モー
タ端子５０とが第１可動接点片２０にそれぞれ接触した
状態にあり、可動片ハウジング２３のスライド操作に伴
い、第２・第３可動接点片２１．２２へと接触移動すべ
く設けられている。

さらに、これら端子の後端部には、適宜トランジスタ端
子挿入孔５３・・・と、プリン１一基板１７接続用の突
起５４・・・と、リード線接続用の接続孔５５とを形成
しており、このうちリード線を介した第１・第２電源端
子４７．４８は、直流電源としての電池７１（第４図参
照）の電極に接続され、第１・第２モータ端子４９．５
０は、モータ７０の正逆転切換えスイッチ７２（第４図
参照）に接続される。

なお、回路接ｖｃ端子５’Ｈま、バ１ノー１ヘランジス
タ１４０ベース電極とプリン１〜ＩＪ板１７との相Ｈの
制６１１回路間を直接接続づる。

ぞしＣ１これら端子４７〜５１の上面側に対してスベー
！ｆ　５６　／Ｊ＜　２Ｊ設され、このスペー磨す５６
は、スイッチケース１３の後部側壁４５の中央上部に１
Φ入固定され、このスペーサ５６の上面側が−Ｆ部放熱
カバー１６の＋Ａ着作用で押下されるとＪξに、このス
ベーυ５６の下面で、各端子４７ヘー５１を押下して端
子４７〜５１の抜止め作用をなし、さらに下面中央部に
垂設した垂片部５７がスイッチケース１３後部側のバネ
座孔４２の一部として凝りられ、またこのスペーサ５６
を配設スることに、Ｊミって、スイッチケース１３の後
端側を効率よくシールして、防ゆ性を高めている。

また、上面間日部４４の底面両側には、可動片ハウジン
グ２３のスライド案内用の一対の長調５８．５８を刻設
しており、さらに底面中央部には、前後方向に沿って開
口した操作軸挿通孔５９を設置」、この操作軸挿通孔５
９を介して後述する操作レバー１２の操作軸６５が挿通
される。

さらに、スイッチケース１３の下面には支持片６０が垂
設され、この支持片６０は、下部の前後方向に操作軸挿
通孔５９に連通づる連通溝６１を有し、下部の両側面に
枢支ビン６２．６２を突設してＪｊす、この枢支ビン６
２．６２に後）ホする操Ｙ「ｌツバ−１２が枢着される
。

上述の操作レバー１２は、半割円筒形状に設りられ、こ
の円筒面を曲面側の押下操作面６３に設定して、このレ
バ−１２下部の枢支孔６４を、上述の枢支ビン６２に枢
着することにより、操作レバー１２は、下端を支点に前
後方向に傾動自在となり、さらにレバ−１２申間部に係
合ざＵで植立した操作１ｆ１１６５の上端を、連通溝６
１および操作軸挿通孔５９を介して可動片ハウジング２
３の操作軸係合孔４３に係合させ、操作レバー１２の傾
動操作に伴い可動片ハウジング２３は前後方向にスライ
ド操作される。

この場合、操作輪挿通孔５つには、中空長方形状の第１
シールゴム６６と、上部が第１シールゴムと同形にて対
接し、下部が操作軸６５を包囲すべく、該操作＠６５の
下部に係合された蛇腹状の第２シールゴム６７とが配設
され、これらシールゴム６６．６７は操作軸挿通孔５９
の周囲に植立された数個の植立ビン６８にて冷間カシメ
されて固定さ−れ、スイッチケース１３下りからの塵玖
の進入を防止している。

このように構成された直流電動工具用スイッチは、電動
工具の握り部に配設されて、通１＋ｉ゛、この操作レバ
ー１２が内部のバネ２４にＪ：る付勢作用を受（」て、
下端の枢支孔６４を支点に握り部前面よりも前方に傾斜
突出した押下操作可能な状態にある。

そして、この操作レバー１２を押下操作することにより
、このレバー１２に連動する可動片ハウジング２３が後
方（第１図乃至第３図にＪハノる右方）にスライドし、
このスライド過程で、第１・第２■−夕端子４９．５０
の円孤形接点部５２゜５２が第１可動接点片２０と離れ
て非）に触（オフ）となり、これと同時に第１電源端子
４７と第１モータ端子４つとが第２可動接点片２１に接
触（オン）Ｖる。これにより、電源がＯＮされて、モー
タ７０は起動する。

この際、操作レバー１２の押下ストロークに基づいたス
トローク調整により、パワートランジスタ１４の変速制
御用の回路を介しＩζブラシ１９ど抵抗基板１８との接
触位置が変位されることで、モータ７０のトルクが可変
制御され、電動工具の使用状況に適した所望の出力トル
クに調整される。

そして、操作レバー１２を全ストローク一杯に押下操作
づると、可動片ハウジング２３は後端位置にスライドし
、第２電源端子４８および第２モータ端子５ｏが第３可
動接点片２２と接触（オン）する。

これにより、変速制御回路後段のパワートランジスタ１
４の］レクタ・エミッタ間を短絡して、モー９７０の１
〜ルクは全開どなり、高出力を発揮する。

一方、操作レバー１２の押下操作を１７０放すると、復
帰バネ２４の復帰作用を受（）で、可動片ハウジング２
３μ前端側にスライドすると共に、操作レバー１２も元
の傾斜状態に復帰し、かつこれに連動りる第１・第２電
源端子４７．４８と、第２・第３可動接点片２１．２２
とが非接触（′Ａ））となり、電源はＯＦＦ操作される
。

この場合、電源がＯＦＦ操作されると同時に、第１・第
２し−り端’ｉ’４９．５０が、元の第１可動接点片２
０にイれぞれ接触し、この接触作用によって、電源がＯ
Ｆ　＋”された後に慣性にて回転づ”る七−タ７０側に
逆起電力が発生し、この逆起電力がモータ７０に対する
ブレーキ作用を与えて、瞬時にモータ７０を回転停止し
、電動工具の使用操作に適したＯＦＦ制御が１７られる
。

第４図は直流電動機制御回路を示し、電池７１の正極に
前述の端子４７、第２司初接点片２１、正逆転切換えス
イッチ７２の接点７３．７４および端子４９を介して七
−夕７０の一端を接続している。

また、電池７１の負極に前述の端子４８、パワー１〜ラ
ンジスタ１４のエミッタ、コレクタ、正逆転切換えスイ
ッチ７２の接点７５．７６および端子５０を介してモー
タ７０の他端を接続している。

さらに、正逆転切換えスイッチ７２の各接点７７．７６
問および接点７４．７８間を接続する−・方、パワート
ランジスタ１４のコレクタと上述の接点７５との交点７
つを第１可動接点片２０の一次側に接続し、この第１可
動接点片２０の二次側をライン８０に接続している。

さらにまた、前述のパワートランジスタ１４の］レクタ
、エミッタ間を短絡可能に前述の第３可動接点片２２を
配設し、モータ７０の全速回転時に１−ランラスタ１４
内部抵抗によるロスをなくするように構成している。

一方、前述のライン８０にはダイオード８１を介して三
角波発振器８２を接続し、この三角波発振器８２により
第５図に示すパルス幅制御信号ａを得るように構成して
いる。

つまり、上述の三角波発１１！器８２は、抵抗とコンデ
ンサと増幅器とによって回路構成した発振器で、第５図
に示す如きパルス幅制御信′；′３ａの他にＣＲ時定数
を可変することにより各種の非対称三角波出力を１ｑる
ことができる。

上ｊボの三角波発振器８２の出力を比較器８３の一方の
入力端子に接続し、この比較器８３の他方の入力端子に
は前）小の抵抗基板１８とブラシ１９とを備えた可変基
準電圧発生部８４を接続している。

この可変基準電圧発生部８４は、前述の説明からも明ら
かな如く、操作レバー１２の操作ストロークに比例した
電圧を出力する回路である。

つまり、第５図に点線で承り如く操作レバー１２の操作
ス１〜［］−り零の時には高電圧を、操作ストローク大
の時には小電圧を−ｈｉｄのス１〜ロークに対応して出
力し、同図の回転数設定化ｎｂを１７る。

まｔこ、前述の比較器８３は三角波発振器８２からのパ
ルス幅制御信号ａと、可変基準電圧発生部８４からの回
転数設定信号すとを比較して、第５図に示す変速制御信
号ＣＩ　、Ｃ２、Ｃ３を発ｑ−する。

この比較器８３の出力段には変速制御回路８５を介して
前述のパワートランジスタ１４のベース電極を接続して
いる。

上述の変速制御回路８５は例えばトランジスタと抵抗等
により回路構成し、比較器８３の出力つまり変速制御信
号ＣＩ　、Ｃ２，０３に基づいて電動纒主回路８６の電
流をパワートランジスタ１／′Ｉを介して通電制御する
回路であり、第５図からし明らかな如く操作レバー１２
の操作スト［］−りが小で変速制御信号Ｃ１出力時には
所定レベルの電圧をパワートランジスタ１４のベース電
極に時間ｔ１だけ印加して主回路８Ｇを時間ｔ１通電制
徨ｌし、操作レバー１２の操作ストロークが中位で変速
制御信号Ｃ２出力時には所定レベルの電圧をパワートラ
ンジスタ１４のベース？ｆｆ極に時間ｔ２だけ印加して
主回路８６を時間し２通電部制御し、操作レバー１２の
操作ストロークが大で変速制御信号Ｃ３出力時には所定
レベルの電圧をパワー１ヘランジスタ１４のベース電極
に時間ｔ３だけ印加して主回路８６を時間ｔ３通電制御
づる。

づなりら、操作レバー１２の押下げに」、り第２可動Ｉ
ａ点片２１がΔンに＜ｆｆｉつた所定ストロークＳｔ１
時貞より操作ス１−〇−りが小から大へ移行りるにつれ
て、主回路８６への通電時間は順次ｔ１゜１．２．ｔ３
と人になり、第６図に示す如き操作レバー１２の操作ス
トロークに比例したモータ７０回転数をｌｊ？ることが
でさ゛る。

上述の第６図において点線で示したストローク時点Ｓｔ
２は第３可動接点片２２がＡンになった時点を示し、こ
の時点以降においてはパワートランジスタ１４の内部抵
抗によるロスがなくなるため、モータ７０回転数は抵抗
ロス分だけ上昇した全速回転となる。

また、操作レバー１２の押下ストロークを電動工具の使
用状況に応じて調整Ｊることにより、モータ７０の０Ｎ
−ＯＦＦ操作およびモータ７０のトルク調整ができ、し
かもＯＮ時は任意のトルクにて電動工具を始動でき、ま
たＯＦＦ時は直ちにモータ７０の回転を停止できる操作
性能のよい電動工具として取扱える。

このＪ：うに、前述の三角波発振器８２からは所定の三
角波電圧が連続して１１られ、また上述の可変基準電圧
発生部からは操作レバー１２の操作ス１〜ロークに比例
した電圧が１与られるので、これら両電圧を比較器８３
により比較Ｊることで、該比較器８３からは上述のスト
ロークに比例した変速制御信号ＣＩ　、Ｃ２、Ｃ３が得
られる。

このため、速度制御回路８５を介して電動機主回路８６
の電流を操作ストロークに比例して通′市制御すること
ができ、簡単な回路構成でありながら、操作ストローク
に比例しＩＣ’Ｅ−タ回転数を得ることができる効果が
ある。

したがって、特に電動工具に適用した際にｔよ、その操
作性の向上を図ることができる効果がある。

なお、上述の直流電動機制御回路は、電動工員の他に各
種電子制御機器へ適用できることは勿論であり、上述の
パワートランジスタ１４に代えてＦＥＴ等の他の半導体
スイッチング素子を用いてもよいことは言うまでもない
。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示し、 第１図は直流電ｆａノ工具用スイッチの分解斜睨図、第
２図は直流電動工具用スイッチの要部横断平面図、 第３図は直流電動工具用スイッチの縦断面図、第４図ｔ
よ直流電動別制御３１１回路の電気回路図、第５図は制
御回路の各部の波形図、 第６図は回転数とス１〜ロークとの関係を示ず特性図で
ある。 １２・・・操作レバー　　　７０・・・モータ８２・・
・三角波発振器　　８３・・・比較器８４・・・可変基
準電圧発生部８５・・・変速制υ口回路８６・・・電動
機主回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、三角波発振器と、 操作レバーの操作ストロークに比例した電 圧を出力する可変基準電圧発生部と、 上記三角波発振器および可変基準電圧発生 部からの電圧を比較して変速制御出力を発 生する比較器と、 上記比較器出力に基づいて電動機主回路の 電流を通電制御する変速制御回路とを備え た直流電動機制御回路。