JP5611780B2

JP5611780B2 - 変速スイッチ

Info

Publication number: JP5611780B2
Application number: JP2010252554A
Authority: JP
Inventors: 淳一錦見
Original assignee: Makita Corp
Current assignee: Makita Corp
Priority date: 2010-11-11
Filing date: 2010-11-11
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2030-11-11
Also published as: EP2639016B1; US9160261B2; WO2012063543A1; EP2639016A1; EP2639016A4; JP2012101326A; US20130249463A1

Description

本発明は、電動工具に取付けられており、スイッチ操作部の変位量に応じてその電動工具のモータに対する電力供給量を増減させるための電気信号を出力可能に構成された変速スイッチに関する。

一般的な電動工具では、バッテリの電力消費を抑えるためのウエイクアップスイッチを備えており、そのウエイクアップスイッチにより使用時以外はモータの制御回路部の電源が切れるように構成されている。
特許文献１に記載された電動工具では、変速スイッチにウエイクアップスイッチ（接点）が組込まれている。即ち、変速スイッチは、指で引き操作されるトリガと、そのトリガの引き操作に連動する摺動式の可変抵抗等を備えるスイッチ本体部と、そのスイッチ本体部内に組込まれたウエイクアップスイッチ（接点）とから構成されている。そして、トリガがバネの力に抗して、図１１に示すように、一定量Ｌ０だけ引き操作された状態でウエイクアップスイッチ（接点）がオンして制御回路部に電圧が加わるようになる。さらに、この状態からトリガが引き操作されると、引き操作量に応じて可変抵抗の抵抗値が変化し、前記制御回路部が前記抵抗値の変化に伴ってモータに対する電力供給量を増減させることができるようになる。

特開２００３−２６０６７５号公報

しかし、上記した変速スイッチでは、図１１に示すように、一定量Ｌ０だけ引き操作された状態でウエイクアップスイッチ（接点）がオンして制御回路部に電圧が加わるようになる。さらに、この状態からトリガが引き操作されることで、引き操作量に応じて可変抵抗の抵抗値が変化し、前記制御回路部が前記抵抗値の変化に伴ってモータに対する電力供給量が増減するようになる。
即ち、上記した変速スイッチでは、ウエイクアップスイッチをオンさせるためのストロークＬ０と、可変抵抗を動作させるためのストロークとが必要になるため、変速スイッチの操作ストロークが大きくなる。このため、電動工具を長時間使用する際に指が疲れ、操作性が低下するという問題がある。

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、ウエイクアップ接点付きの変速スイッチの操作ストロークを短くして、変速スイッチの操作性を向上させることである。

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、電動工具に取付けられており、スイッチ操作部の変位量に応じてその電動工具のモータに対する電力供給量を増減させる変速スイッチであって、前記スイッチ操作部の操作開始時に動作する接点であり、前記モータの制御回路部を動作可能な状態にするウエイクアップ接点と、前記スイッチ操作部に弾性体を介して取付けられた押圧部材と、前記押圧部材からの押圧力を受け、前記モータに対する電力供給量を増減させる信号を出力する荷重センサとを有し、前記押圧部材と荷重センサとは、前記ウエイクアップ接点が動作するまでの間、離れていることを特徴とする。

本発明によると、スイッチ操作部を操作することで、最初にウエイクアップ接点が動作し、その後に、荷重センサがスイッチ操作部の押圧力に応じた電気信号を出力する。これにより、電動工具のモータに対する電力供給量が増減して、前記モータの回転速度が増減するようになる。
ここで、荷重センサは、スイッチ操作部の押圧力に応じた電気信号を出力する構成のため、スイッチ操作部の変位量を従来の摺動抵抗方式の場合の変位量と比較して非常に小さくできる。このため、電動工具を長時間使用しても指が疲れ難く、操作性が向上する。
また、スイッチ操作部からの押圧力が弾性体を介して荷重センサに加わるため、荷重センサに対してスイッチ操作部から想定以上の荷重が加わることがなくなる。このため、荷重センサの損傷を防止できる。

請求項２の発明によると、ウエイクアップ接点は、支点を中心に回動可能な状態で支持された天秤状部材と、前記天秤状部材が前記支点を中心に回動することでその天秤状部材が接離する受け部材とから構成されて、前記天秤状部材が前記受け部材に接触することでオン、離隔することでオフする構成であり、前記スイッチ操作部に形成された押圧部が、そのスイッチ操作部の変位に伴って前記天秤状部材に対する押圧位置を変えることで、前記天秤状部材が前記支点を中心にオン方向、あるいはオフ方向に回動す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、ウエイクアップ接点は、同一平面上に設けられた第１の固定導体と、第２の固定導体と、それらの固定導体上を摺動可能に構成されて、スイッチ操作部と連動する摺動導体とから構成されており、前記摺動導体が第１の固定導体と前記第２の固定導体とを電気的に接触させることで前記ウエイクアップ接点がオンするように構成されていることを特徴とする。

請求項４の発明によると、ウエイクアップ接点は、弾性体を介して前記スイッチ操作部に取付けられて、その弾性体の弾性力に抗して軸方向に変位可能に構成されたピン状部材と、そのスイッチ操作部の変位に伴って前記ピン状部材が接離可能に構成された受け部材とからなり、前記ピン状部材が前記受け部材に接触することで前記ウエイクアップ接点がオン、離隔することでオフする構成であることを特徴とする。

本発明によると、ウエイクアップ接点付きの変速スイッチの操作ストロークを短くできるため、電動工具を長時間使用しても指が疲れ難くなり、操作性が向上する。

本発明の実施形態１に係る変速スイッチを備える電動工具の全体斜視図である。前記電動工具のモータ駆動回路図である。前記変速スイッチの縦断面図である。前記変速スイッチの縦断面図である。前記変速スイッチで使用される荷重センサの回路図である。ウエイクアップ接点を備える電源回路図である。前記変速スイッチで使用されるウエイクアップ接点の変更例を表す側面図である。前記変速スイッチで使用されるウエイクアップ接点の変更例を表す側面図である。前記変速スイッチで使用されるウエイクアップ接点の変更例を表す側面図である。前記変速スイッチで使用されるウエイクアップ接点の変更例を表す側面図である。従来の電動工具における変速スイッチの動作を表すグラフである。

［実施形態１］
以下、図１から図１０に基づいて、本発明の実施形態１に係る変速スイッチ３０の説明を行なう。本実施形態に係る変速スイッチ３０は、インパクトドライバ１０（以下、電動工具１０という）に使用されるスイッチであり、スイッチ操作部（トリガ３１）の変位量に応じてその電動工具１０のＤＣモータ２０に対する電力供給量を増減させるための電気信号を出力できるように構成されている。
ここで、図中の前後左右及び上下は、電動工具１０の前後左右及び上下に対応している。

＜電動工具１０の概要について＞
本実施形態に係る電動工具１０は、ＤＣブラシレスモータ２０（以下、ＤＣモータ２０という）を駆動源とするインパクトドライバ（回転打撃工具）である。
図１に示すように、電動工具１０は、筒状のハウジング本体部１２と、そのハウジング本体部１２の下部から突出するように形成されたハンドル部１５とから構成されている。ハンドル部１５は、使用者が電動工具１０を使用する際に把持する握り部位１５ｈと、その握り部位１５ｈよりも下側（先端側）に位置するバッテリ連結部位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ための変速スイッチ３０が設けられている。また、ハンドル部１５のバッテリ連結部位１５ｐには、バッテリ１６が連結される連結機構（図示省略）が設けられている。
ハウジング本体部１２の後部にはＤＣモータ２０（図２参照）が収納されており、そのＤＣモータ２０の前方にＤＣモータ２０の回転力を増幅する遊星歯車機構、打撃力発生機構等からなる駆動装置（図示省略）が収納されている。そして、前記駆動装置の出力軸がハウジング本体部１２の先端位置に装着された工具装着部１３に連結されている。

ＤＣモータ２０は、図２等に示すように、永久磁石を備える回転子２２と、駆動コイル２３ｃを備える固定子２３と、前記回転子２２の磁極の位置を検出するための三個の磁気センサ２５とから構成されている。
モータ駆動回路４０は、ＤＣモータ２０を駆動させるための電気回路であり、図２に示すように、６個のスイッチング素子４４（ＦＥＴ）から構成された三相ブリッジ回路部４５と、変速スイッチ３０の電気信号に基づいて前記三相ブリッジ回路部４５のスイッチング素子４４を制御する制御回路部４６とを備えている。
前記制御回路部４６は、変速スイッチ３０の電圧信号（トリガ３１の引き操作量）に基づいて三相ブリッジ回路部４５のスイッチング素子４４を制御する部分であり、マイコンやＩＣ等の電子部品により構成されている。さらに、制御回路部４６には、後記するように、変速スイッチ３０に設けられたウエイクアップ接点６０のオン・オフ信号が入力されるように構成されており、オン信号が入力されることで、後記するように、制御回路部４６に電源電圧が加わるようになる。

＜変速スイッチ３０の全体構成について＞
変速スイッチ３０は、図３等に示すように、使用者が指先で引き操作するトリガ３１と、電動工具１０のハンドル部１５内に収納されるスイッチ本体部３３と、そのスイッチ本体部３３のハウジング３３ｈ内に設けられた荷重センサ３５、及びウエイクアップ接点６０等とから構成されている。
スイッチ本体部３３のハウジング３３ｈは、側面角形の容器状に形成されており、そのハウジング３３ｈ内に側面角形の可動ブロック３２が収納されている。可動ブロック３２は、トリガ３１と連動する部材であり、連結軸３１ｃによってトリガ３１と連結されている。即ち、可動ブロック３２の前面中央３２ｆに連結軸２１ｃの後端部が固定されており、その連結軸２１ｃの前端部がトリガ３１の裏側に固定されている。そして、前記連結軸３１ｃがハウジング３３ｈの前部中央に形成された貫通孔３３ｋに摺動可能な状態で挿通されている。さらに、ハウジング３３ｈから前方に突出する連結軸３１ｃの回りがジャバラ状の防塵カバー３１ｗによって覆われている。また、可動ブロック３２の後端面３２ｂとハウジング３３ｈの内壁面との間には、可動ブロック３２を前方に押圧するように付勢された第１バネ３４が設けられている。これにより、トリガ３１は第１バネ３４のバネ力で前進限位置（原位置）に保持されており、そのトリガ３１を第１バネ３４のバネ力に抗して引き操作することで可動ブロック３２は後方に変位するようになる。

＜変速スイッチ３０の荷重センサ３５等について＞
可動ブロック３２には、荷重センサ３５を押圧する押圧ピン３６が収納される収納空間３２ｓが形成されており、その収納空間３２ｓの後壁に押圧ピン３６の軸部３６ｊを後方に突出させるための開口３２ｈが形成されている。押圧ピン３６は、軸部３６ｊと、その軸部３６ｊの基端部に設けられたフランジ部３６ｆとからなり、そのフランジ部３６ｆが可動ブロック３２の収納空間３２ｓ内に収納されている。さらに、可動ブロック３２の収納空間３２ｓ内には、押圧ピン３６の軸部３６ｊを後方に突出させる方向に押圧する第２バネ３６ｂが収納されている。
スイッチ本体部３３のハウジング３３ｈの後内壁面には、可動ブロック３２の押圧ピン３６の先端が当接可能な位置に荷重センサ３５が固定されている。これにより、トリガ３１を引き操作することで可動ブロック３２が後方に変位すると、その可動ブロック３２の押圧ピン３６が第２バネ３６ｂのバネ力を受けた状態で荷重センサ３５に当接するようになる。

即ち、トリガ３１が引き操作されると、可動ブロック３２が一定量（Ｌ０）だけ後方に変位した状態で押圧ピン３６の先端が荷重センサ３５に当接する。そして、この状態からさらにトリガ３１が引き操作されると、図４に示すように、押圧ピン３６が荷重センサ３５からの押圧反力を受け、第２バネ３６ｂのバネ力に抗して可動ブロック３２の収納空間３２ｓ内に押し込まれる。即ち、トリガ３１の引き操作量に比例して第２バネ３６ｂのバネ力が増加し、そのバネ力が押圧ピン３６を介して荷重センサ３５に加わるようになる。
荷重センサ３５は、図５の模式図に示すように、抵抗のブリッジ回路で表されるセンサであり、押圧ピン３６から押圧力を受けて歪み、その歪み量に応じて前記ブリッジ回路の抵抗比が変化するように構成されている。このため、前記ブリッジ回路の電源端子に所定電圧が加えられることで、出力端子から押圧力（歪み量）に比例する電圧信号が出力されるようになる。即ち、荷重センサ３５は、トリガ３１の引き操作量に応じた電圧信号を出力できるようになる。
このように、前記トリガ３１と可動ブロック３２等が本発明のスイッチ操作部に相当し、前記第２バネ３６ｂが本発明の弾性体に相当するようになる。

＜変速スイッチ３０のウエイクアップ接点６０について＞
スイッチ本体部３３のハウジング３３ｈの下部には、ウエイクアップ接点６０が設けられている。ウエイクアップ接点６０は、図３に示すように、ハウジング３３ｈの底部の支点６１を中心に上下回動可能な状態でその支点６１に支持された天秤状部材６２と、ハウジング３３ｈに底部に設けられて天秤状部材６２の後端接点部６２ｓが接離可能に構成された受け部材６３と、天秤状部材６２の前端側を下方から支持できるように構成された台部６１ｄとを備えている。そして、天秤状部材６２が台部６１ｄに支持された状態で後端接点部６２ｓが受け部材６３から離れ、ウエイクアップ接点６０がオフ状態になる（図３参照）。また、この状態から天秤状部材６２が支点６１を中心に右回動し、その天秤状部材６２が台部６１ｄから離れて後端接点部６２ｓが受け部材６３に接触した状態で、ウエイクアップ接点６０がオン状態になる（図４参照）。

可動ブロック３２の下端面には、ウエイクアップ接点６０の天秤状部材６２の上面を押圧する押圧部３７が設けられている。押圧部３７は、その押圧部ケースから下方に突出して天秤状部材６２の上面に当接するピン部３７ｐと、ピン部３７ｐを下方に押圧するためのバネ（図示省略）とから構成されている。そして、可動ブロック３２がトリガ３１と共に原位置（前進限位置）に保持されている状態で、押圧部３７のピン部３７ｐが天秤状部材６２の支点６１より前側を押圧し、天秤状部材６２の後端接点部６２ｓは受け部材６３から離れるようになる（オフ状態）。また、トリガ３１が引き操作されて可動ブロック３２が後方に変位し、押圧部３７のピン部３７ｐが天秤状部材６２の支点６１より後側を押圧すると、天秤状部材６２は支点６１を中心に右回動して後端接点部６２ｓが受け部材６３に当接するようになる（オン状態）。
ここで、ウエイクアップ接点６０の支点６１の位置と、押圧部３７のピン部３７ｐの位置とは、トリガ３１が引き操作されて押圧ピン３６が荷重センサ３５に当接する前にウエイクアップ接点６０がオン状態となるような位置に設定されている。

ウエイクアップ接点６０は、図６に示すように、制御回路部４６の電源回路５０に接続される。図６においてウエイクアップ接点６０がオンすると、第１抵抗５５、第２抵抗５６から前記ウエイクアップ接点６０にかけて電流が流れ、第１トランジスタ５３がオン（導通）する。これにより、レギュレータ５２からマイコン４６ｃに定電圧が加わり、マイコン４６ｃが立ち上がるようになる。マイコン４６ｃが立ち上がると、マイコン４６ｃが第２トランジスタ５４をオンさせる。これにより、ウエイクアップ接点６０がオフしても、第１トランジスタ５３及びレギュレータ５２はオンし続けるようになる。
また、マイコン４６ｃが所定条件下で第２トランジスタ５４をオフさせることで、第１トランジスタ５３、レギュレータ５２がオフし、マイコン４６ｃの電源が切られるようになる。

＜変速スイッチ３０の動作について＞
原位置に保持されているトリガ３１が第１バネ３４のバネ力に抗して引き操作されると、トリガ３１と共に可動ブロック３２が後方に変位する。これにより、可動ブロック３２の押圧部３７のピン部３７ｐがウエイクアップ接点６０の天秤状部材６２の上面を押圧しながら後方に変位する。そして、トリガ３１が一定量Ｌ０だけ引き操作された状態で押圧部３７のピン部３７ｐが天秤状部材６２の支点６１より後側を押圧し、天秤状部材６２が支点６１を中心に右回動してウエイクアップ接点６０がオン状態となる。これにより、前述のように、制御回路部４６に電圧が加わり、マイコン４６ｃが立ち上がるようになる。
そして、この状態からさらにトリガ３１が引き操作されることで、可動ブロック３２に設けられた押圧ピン３６の先端が荷重センサ３５に当接し、押圧ピン３６が第２バネ３６ｂのバネ力を受けた状態で荷重センサ３５を押圧するようになる。これにより、荷重センサ３５はトリガ３１の引き操作量（押圧力）に比例する電圧信号を出力するようになる。この結果、前記制御回路部４６のマイコン４６ｃは、荷重センサ３５（変速スイッチ３０）の出力信号に基づいてＤＣモータ２０に供給する電力をＰＷＭ制御により調整する。即ち、変速スイッチ３０のトリガ３１を引き操作することでトリガ３１に加わる押圧力が増加すると、変速スイッチ３０の出力電圧が上昇し、図１１に示すように、前記マイコン４６ｃの働きでＤＣモータ２０に供給する電力が増加するようになる。これにより、ＤＣモータ２０の回転速度が上昇する。
逆に、トリガ３１に加わる押圧力を緩めると変速スイッチ３０の出力電圧が低下するようになり、ＤＣモータ２０に供給する電力が減少して回転速度が低下する。
そして、トリガ３１に押圧力が加わらなくなると、前記マイコン４６ｃが第２トランジスタ５４をオフさせることで、マイコン４６ｃの電源が切られるようになる。

＜本実施形態に係る変速スイッチ３０の長所について＞
本実施形態に係る変速スイッチ３０によると、トリガ３１を引き操作することで、最初にウエイクアップ接点６０が動作し、その後に、荷重センサ３５がトリガ３１の押圧力に応じた電気信号を出力する。これにより、電動工具１０のＤＣモータ２０に対する電力供給量が増減して、ＤＣモータ２０の回転速度が増減するようになる。
ここで、荷重センサ３５は、トリガ３１の押圧力に応じた電気信号を出力する構成のため、トリガ３１の変位量を従来の摺動抵抗方式の場合の変位量と比較して非常に小さくできる。このため、電動工具１０を長時間使用しても指が疲れ難く、操作性が向上する。さらに、トリガ３１を戻すときに負圧になり難く、粉塵等が浸入し難くなる。
また、トリガ３１からの押圧力が第２バネ３６ｂを介して荷重センサ３５に加わる構成のため、荷重センサ３５に対してトリガ３１から想定以上の荷重が加わることがなく、荷重センサ３５の損傷を防止できる。

＜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、ウエイクアップ接点６０の天秤状部材６２の前端側を台部６１ｄで支持できるようにし、その天秤状部材６２の上面を押圧部３７のバネ力を受けたピン部３７ｐにより押圧する例を示した。しかし、図７に示すように、押圧部３７を突起状に形成し、台部６１ｄの代わりに天秤状部材６２の前端側を押上げるように付勢されたバネ６１ｂを使用することも可能である。
また、ウエイクアップ接点６０を支点６１、天秤状部材６２、及び受け部材６３等から構成する代わりに、図８に示すように、ウエイクアップ接点７０を第１の固定導体７１、第２の固定導体７２と、それらの固定導体７１,７２上を摺動可能な摺動導体７３とから構成し、その摺動導体７３をトリガ３１（可動ブロック３２）と連動させるようにすることも可能である。

また、図９、図１０に示すように、ウエイクアップ接点８０を可動ブロック３２に装着されたピン状部材８３とハウジング３３ｈ側の受け部材８５等から構成することも可能である。即ち、ピン状部材８３は、荷重センサ３５を押圧する押圧ピン３６と等しい構成の導体であり、可動ブロック３２の下部に形成された下部空間３２ｅに基端部が収納されている。そして、ピン状部材８３の軸部８３ｊが下部空間３２ｅの後壁に形成された開口３２ｋから後方に突出している。また、可動ブロック３２の下部空間３２ｅ内には、ピン状部材８３の軸部８３ｊを後方に突出させる方向に付勢された第３バネ８３ｂが収納されている。
受け部材８５は、スイッチ本体部３３のハウジング３３ｈの後内壁面に固定されており、可動ブロック３２のピン状部材８３の軸部８３ｊが当接可能な位置に位置決めされている。そして、ピン状部材８３の軸部８３ｊが受け部材８５に当接した状態でウエイクアップ接点８０がオン、ピン状部材８３の軸部８３ｊが受け部材８５から離れた状態でウエイクアップ接点８０がオフするようになる。ここで、ウエイクアップ接点８０のピン状部材８３と受け部材８５間の距離は、荷重センサ３５と押圧ピン３６間の距離よりも小さく設定されている。これにより、トリガ３１の引き操作で先ずウエイクアップ接点８０がオンし、その後に荷重センサ３５が動作するようになる。
また、本実施形態に係る変速スイッチ３０では、第１バネ３４、第２バネ３６ｂ、及び第３バネ８３ｂにコイルバネを使用する例を示したが、第１バネ３４、第２バネ３６ｂ、及び第３バネ８３ｂの種類は適宜変更可能である。

１０・・・電動工具
２０・・・ＤＣモータ
３０・・・変速スイッチ
３１・・・トリガ（スイッチ操作部）
３２・・・可動ブロック（スイッチ操作部）
３５・・・荷重センサ
３６・・・押圧ピン
３６ｂ・・第２バネ（弾性体）
４６・・・制御回路部
６０・・・ウエイクアップ接点
６１・・・支点
６２・・・天秤状部材
６３・・・受け部材
７０・・・ウエイクアップ接点
７１・・・第１の固定導体
７２・・・第２の固定導体
７３・・・摺動導体
８０・・・ウエイクアップ接点
８３・・・ピン状部材
８５・・・受け部材

Claims

電動工具に取付けられており、スイッチ操作部の変位量に応じてその電動工具のモータに対する電力供給量を増減させる変速スイッチであって、
前記スイッチ操作部の操作開始時に動作する接点であり、前記モータの制御回路部を動作可能な状態にするウエイクアップ接点と、
前記スイッチ操作部に弾性体を介して取付けられた押圧部材と、
前記押圧部材からの押圧力を受け、前記モータに対する電力供給量を増減させる信号を出力する荷重センサとを有し、
前記押圧部材と荷重センサとは、前記ウエイクアップ接点が動作するまでの間、離れていることを特徴とする変速スイッチ。
請求項１に記載された変速スイッチであって、
前記ウエイクアップ接点は、支点を中心に回動可能な状態で支持された天秤状部材と、前記天秤状部材が前記支点を中心に回動することでその天秤状部材が接離する受け部材とから構成されて、前記天秤状部材が前記受け部材に接触することでオン、離隔することでオフする構成であり、
前記スイッチ操作部に形成された押圧部が、そのスイッチ操作部の変位に伴って前記天秤状部材に対する押圧位置を変えることで、前記天秤状部材が前記支点を中心にオン方向、あるいはオフ方向に回動するように構成されていることを特徴とする変速スイッチ。
請求項１に記載された変速スイッチであって、
前記ウエイクアップ接点は、同一平面上に設けられた第１の固定導体と、第２の固定導体と、それらの固定導体上を摺動可能に構成されて、前記スイッチ操作部と連動する摺動導体とから構成されており、
前記摺動導体が第１の固定導体と前記第２の固定導体とを電気的に接触させることで前記ウエイクアップ接点がオンするように構成されていることを特徴とする変速スイッチ。
請求項１に記載された変速スイッチであって、
前記ウエイクアップ接点は、弾性体を介して前記スイッチ操作部に取付けられて、その弾性体の弾性力に抗して軸方向に変位可能に構成されたピン状部材と、そのスイッチ操作部の変位に伴って前記ピン状部材が接離可能に構成された受け部材とからなり、
前記ピン状部材が前記受け部材に接触することで前記ウエイクアップ接点がオン、離隔することでオフする構成であることを特徴とする変速スイッチ。