(57)【要約】【課題】スイッチ装置の構成を改良することによって、低コストとコンパクト化とを両立させた従来にない新たな電動工具を実現する。【解決手段】電動工具は、工具を駆動するための駆動源となるモータ１２と、モータ１２の回転駆動力を制御して所望の工具出力を得るスイッチ装置１００と、を備えている。そして、スイッチ装置１００は、モータ１２の回転駆動力を操作するための駆動スイッチ部１０４と、モータ１２の正転と逆転とを切り替えるための正逆転切替スイッチ部１０５と、を備えており、駆動スイッチ部１０４が無接点スイッチとして構成され、且つ、正逆転切替スイッチ部１０５が有接点スイッチとして構成されている。なお、スイッチ装置１００には、半導体素子から成るブレーキスイッチ部１０７を設けることもできる。【選択図】図２
2007301703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具を駆動するための駆動源となるモータと、
前記モータの回転駆動力を制御して所望の工具出力を得るスイッチ装置と、
を備える電動工具において、
前記スイッチ装置は、
前記モータの回転駆動力を操作するための駆動スイッチ部と、
前記モータの正転と逆転とを切り替えるための正逆転切替スイッチ部と、
を備えており、さらに、
前記駆動スイッチ部が無接点スイッチとして構成され、且つ、前記正逆転切替スイッチ部が有接点スイッチとして構成されていることを特徴とする電動工具。
【請求項２】
請求項１に記載の電動工具において、
前記スイッチ装置は、さらに、
交流電源と接続するための電源端子と、
前記電源端子を介して供給される電流を整流するダイオードブリッジと、
前記駆動スイッチ部の動作制御を行う制御回路と、
を備えることを特徴とする電動工具。
【請求項３】
請求項２に記載の電動工具において、
前記スイッチ装置は、さらに、
半導体素子から成るブレーキスイッチ部を備え、該ブレーキスイッチ部によって構成される短絡回路を前記制御回路が動作制御することにより、前記モータのブレーキ制御を行うようにしたことを特徴とする電動工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチ装置を改良した電動工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、駆動源であるモータからの駆動力を工具に伝えて所望の作業を行う装置として、電動工具が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。この種の電動工具には、モータの動作制御を行うためにスイッチ装置が設けられている。
【０００３】
従来の電動工具の場合、スイッチ装置には有接点スイッチを用いることが一般的に行われているが、有接点スイッチにはスイッチ装置の形状が大きくなってしまうという問題があり、その結果、電動工具の外郭形状が操作性の悪いものとなってしまう場合があった。また、誘導負荷の電流を頻繁に開閉するため、時間の経過とともに接点の劣化が発生していた。
【０００４】
一方、スイッチ装置のコンパクト化を図るためには、スイッチ装置に無接点スイッチを採用するという選択肢も存在する。無接点スイッチによれば、半導体素子を用いて電気的にスイッチング動作を行うことができるので、有接点スイッチを用いた場合に比べてはるかに寿命が長く、高い信頼性を有する電動工具を実現することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−４６０７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、無接点スイッチには、コスト高となってしまうという不利な点があり、これまで一般的な電動工具には用いられてこなかったという事情がある。例えば、モータの正転と逆転を切り替えるスイッチング動作を無接点スイッチで行う場合には、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor；金属酸化絶縁膜半導体）などの半導体素子を４個用いてＨブリッジ回路を構成する必要があり、また、各半導体素子には、モータ定格以上の容量の素子を選定しなければならないという制約がある。さらに、この場合には、放熱のためのフィンも必要となってしまう。したがって、単に従来からある無接点スイッチを電動工具に適用しただけでは、高い製造コストと大きな設置スペースが必要となってしまい、低コストとコンパクト化とを両立させた電動工具を実現することは、非常に困難である。
【０００７】
本発明は、上述した課題の存在に鑑みて成されたものであって、その目的は、スイッチ装置の構成を改良することによって、低コストとコンパクト化とを両立させた従来にない新たな電動工具を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照番号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【０００９】
本発明に係る電動工具（１０）は、工具を駆動するための駆動源となるモータ（１２）と、前記モータ（１２）の回転駆動力を制御して所望の工具出力を得るスイッチ装置（１００）と、を備える電動工具（１０）であって、前記スイッチ装置（１００）は、前記モータ（１２）の回転駆動力を操作するための駆動スイッチ部（１０４）と、前記モータ（１２）の正転と逆転とを切り替えるための正逆転切替スイッチ部（１０５）と、を備えており、さらに、前記駆動スイッチ部（１０４）が無接点スイッチとして構成され、且つ、前記正逆転切替スイッチ部（１０５）が有接点スイッチとして構成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る電動工具（１０）において、前記スイッチ装置（１００）は、さらに、交流電源（１０１）と接続するための電源端子（１０２）と、前記電源端子（１０２）を介して供給される電流を整流するダイオードブリッジ（１０３）と、前記駆動スイッチ部（１０４）の動作制御を行う制御回路（１０６）と、を備えることとすることができる。
【００１１】
また、本発明に係る電動工具（１０）において、前記スイッチ装置（１００）は、さらに、半導体素子から成るブレーキスイッチ部（１０７）を備え、該ブレーキスイッチ部（１０７）によって構成される短絡回路を前記制御回路（１０６）が動作制御することにより、前記モータ（１２）のブレーキ制御を行うようにすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、無接点スイッチと有接点スイッチを組み合わせてスイッチ装置を構成したので、低コストとコンパクト化とを両立させた従来にない新たな電動工具を実現することができる。
【００１３】
また、本発明では、スイッチ装置に対して半導体素子から成るブレーキスイッチ部を設けたので、スイッチ装置のコンパクト化を維持しながらモータのブレーキ制御を精度良く行うことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
まず、本発明に係る電動工具に設置されるスイッチ装置について、図面を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るスイッチ装置１００の構成例を示す回路ブロック図である。なお、本実施形態に係るスイッチ装置１００は、工具を駆動するための駆動源となるモータ１２を備える電動工具に設置されるものであり、該モータの回転駆動力を制御して所望の工具出力を得るために用いられる装置である。
【００１５】
本実施形態に係るスイッチ装置１００は、交流電源１０１と接続可能な電源端子１０２と、この電源端子１０２を介して供給される電流を整流するダイオードブリッジ１０３と、モータ１２の回転駆動力を操作するための駆動スイッチ部１０４と、モータ１２の正転と逆転とを切り替えるための正逆転切替スイッチ部１０５と、駆動スイッチ部１０４の動作制御を行う制御回路１０６と、を備えている。そして、本実施形態に係るスイッチ装置１００においては、特に、駆動スイッチ部１０４が無接点スイッチとして構成され、正逆転切替スイッチ部１０５が有接点スイッチとして構成されている点に特徴がある。
【００１６】
駆動スイッチ部１０４は、１個のトライアックによって構成されている。なお、トライアックは、交流回路の制御を行うことを目的として開発されたものであり、２個のサイリスタを逆並列に接続したのと同等の機能を有している。したがって、駆動スイッチ部１０４を１個のトライアックによって構成することにより、サイリスタを用いた場合に比べて構成が簡略化されるので、低コストな構成が実現されている。また、駆動スイッチ部１０４をダイオードブリッジ１０３による整流後の位置に配置する場合は、図５に示すように駆動スイッチ部１０４を１個のサイリスタに置き換えることもできる。
【００１７】
制御回路１０６は、ＩＣ（Integrated Circuit；半導体集積回路）チップから成るマイクロコンピュータを備えており、電動工具が備える駆動スイッチノブの操作に応じて駆動スイッチ部１０４であるトライアックを制御して、モータ１２の回転駆動力を調整できるようになっている。すなわち、駆動スイッチノブの押し込み量に応じてモータ１２の回転数が増減するようになっており、この制御のための指令信号を制御回路１０６が発信できるようになっている。
【００１８】
一方、正逆転切替スイッチ部１０５は、電動工具に設けられた正逆転切替スイッチノブの操作に応じてモータ１２に流れる電流の方向を切り替えることができるものであり、この正逆転切替スイッチ部１０５については、有接点の機械的なスイッチとして構成されている。
【００１９】
以上説明したように、本実施形態に係るスイッチ装置１００は、モータ１２の回転駆動力を制御するための駆動スイッチ部１０４が無接点スイッチとして構成され、一方、モータ１２の正転・逆転を切り替えるための正逆転切替スイッチ部１０５が有接点スイッチとして構成されている。この構成は、頻繁に操作される駆動スイッチ部１０４を無接点スイッチとすることによって長寿命化と信頼性向上を実現し、一方、正逆転切替スイッチ部１０５を有接点スイッチとすることによって安価、且つ、装置全体としてのコンパクト化を実現するものである。つまり、本実施形態に係るスイッチ装置１００は、有接点スイッチ及び無接点スイッチの両者の利点を最適な状態で引き出す構成を有しており、かかるスイッチ装置１００の採用によって、低コストとコンパクト化とを両立させた従来にない新たな電動工具を実現することが可能となっている。
【００２０】
なお、上述した本実施形態に係るスイッチ装置１００には、モータ１２のブレーキ制御を行うためのブレーキスイッチ部１０７を設けることが可能である。このブレーキスイッチ部１０７を設けたスイッチ装置１００の構成例を、図２に示す。図２は、本実施形態に係るブレーキスイッチ部１０７付のスイッチ装置１００の構成例を示す回路ブロック図である。そして、本実施形態に係るブレーキスイッチ部１０７は、半導体素子によって構成されることを特徴としている。
【００２１】
すなわち、従来のスイッチ装置に用いられるブレーキ装置は、モータの両端子間を機械的接点で短絡させるブレーキ回路を構成し、制動を掛けるというものであった。しかしながら、従来のような有接点のブレーキ装置では、機械的寿命を迎えたときに接点が短絡状態となり、その後、駆動スイッチノブを引くと交流電源が短絡してしまうという問題点があった。また、このような従来のブレーキ装置では、制動力の調整のためのブレーキ回路に対して直列に抵抗部品が付加されることとなるが、発熱の問題があるために大きな部品を使わざるを得ず、この構成がブレーキ装置のコンパクト化を図る上での阻害要因となっていた。
【００２２】
そこで、図２において示される本実施形態に係るブレーキスイッチ部１０７付のスイッチ装置１００では、従来の機械的接点に代えてブレーキスイッチ部１０７を半導体素子によって構成した。そして、このブレーキスイッチ部１０７によって構成される短絡回路を制御回路１０６が動作制御することにより、モータ１２のブレーキ制御を行うように構成した。このような構成の採用によって、コンパクトな形状のスイッチ装置１００を維持した上でモータ１２のブレーキ制御を行うことが可能となった。また、ブレーキスイッチ部１０７を半導体素子で構成することにより、無接点化が図られ、半永久的な作動状態の維持が可能となった。さらに、制御回路１０６によるブレーキスイッチ部１０７のスイッチング動作指令に基づくデューティー制御によって、モータ１２の制動力調整を容易に行うことが可能となった。
【実施例】
【００２３】
以上、本実施形態に係るスイッチ装置１００の好適な実施形態について説明した。次に、上述した本実施形態に係るスイッチ装置１００を組み込んだ電動工具の実施例について説明を行う。なお、以下の実施例は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施例の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２４】
さらに、本実施例に係る電動工具は、インパクトドライバとして構成される場合を例示して説明するものであるが、本発明に係る電動工具はこのような形態に限定されるものではなく、ドリル、スクリュードライバ、レンチ、鋸、ハンマドリル、グラインダ、ミキサ、トリマなど、あらゆる電動工具に適用することが可能である。
【００２５】
図３は、本実施例に係る電動工具の外観側面図であり、図４は、本実施例に係る電動工具の縦断面側面図である。
【００２６】
図３及び図４において示される本実施例に係る電動工具１０は、電源コード５１が接続された可搬型のインパクトドライバとして構成される型式の装置である。そして、本実施例に係る電動工具１０は、主要な構成部材として、駆動源となるモータ１２と、このモータ１２からの駆動力を工具に伝達するための出力機構部２０と、モータ１２と出力機構部２０との間で駆動力伝達可能に接続する中間軸４０と、モータ１２の制御等を行うスイッチ装置１００と、装置の外郭を構成するハウジング３０とを有している。
【００２７】
ハウジング３０は、前方に工具装着手段としてのビットホルダ２５を備えるとともに内部に出力機構部２０を収納するハウジング本体部３１と、ハウジング本体部３１から下方に延びて設けられ、操作者からの把持を受けるとともに内部にモータ１２、中間軸４０及びスイッチ装置１００を収納するハウジング把持部３２とから構成されている。このように、ハウジング把持部３２の下方にモータ１２を配置し、装置全体の重量バランスを考慮することによって、重心が装置の概略中心に位置することとなるので、操作性の良い電動工具１０が実現されている。
【００２８】
駆動源となるモータ１２は、上述したように電動工具１０の持ち手となる部分の下方であるハウジング把持部３２の下方に収納設置されている。このモータ１２は、モータ駆動力を外部に伝えるためのモータ出力軸１３が上方を向くように設置されている。また、下方にはブラシ５４が配置されており、図示しない外部電力供給源からの電力を電源コード５１を介して受け、電力を回転運動に変換できるようになっている。なお、モータ１２の下方には、冷却用のファン１５が設置されており、このファン１５によって発生する冷却風がハウジング３０内を通過することによって、ハウジング３０内の適度な温度状態が維持されている。
【００２９】
ハウジング本体部３１内に設置される出力機構部２０は、モータ１２の駆動力を受けて回転駆動される動力伝達軸２１と、動力伝達軸２１に連結されるインパクト機構部２２とを備えている。このインパクト機構部２２は、アンビル２２ａとハンマ２２ｂとを有するものであり、ねじ締め作業において、ビットホルダ２５に装着される不図示の工具を経てアンビル２２ａに一定以上の外部トルク（ねじ締め抵抗）が付加されると、ハンマ２２ｂがアンビル２２ａに対して回転方向に打撃し、これにより強固なねじ締めを行うことができるようになっている。
【００３０】
また、動力伝達軸２１には、インパクト機構部２２とは逆側（すなわち装置の後方側）に、モータ１２の回転駆動力を受けるための出力機構部側傘歯車２３が設置されている。この出力機構部側傘歯車２３は、回転中心の位置にスプライン溝２３ａが形成された取付孔を有している。また、出力機構部側傘歯車２３が設置される動力伝達軸２１の外周面にもスプライン溝２１ａが形成されている。そして、動力伝達軸２１と出力機構部側傘歯車２３とは、互いに有するスプライン溝２１ａ，２３ａ同士が嵌合して接続されている。このような構成としたのは、モータ１２からの駆動力を受ける出力機構部側傘歯車２３が軸方向の打撃力を直接受けないようにするためであり、出力機構部側傘歯車２３に対して動力伝達軸２１を軸方向でスライド移動自在なように構成しておくことにより、動力伝達軸２１に加わる軸方向の打撃力を逃がし、出力機構部側傘歯車２３への直接的な衝撃力の伝播を防止している。
【００３１】
中間軸４０は、上述したモータ１２が備えるモータ出力軸１３と、動力伝達軸２１が備える出力機構部側傘歯車２３とを接続するための軸状部材である。この中間軸４０は、モータ１２が備えるモータ出力軸１３と軸方向で平行となるように配置されており、一方、動力伝達軸２１に対しては角度を持って配置されている。すなわち、本実施例に係る電動工具１０においては、中間軸４０と平行に配置されるモータ出力軸１３と、出力機構部２０が備える動力伝達軸２１とが、角度を持って配置されている。中間軸４０は、モータ出力軸１３からのモータ駆動力を出力機構部側傘歯車２３に伝えることによって出力機構部２０を動作させており、この動作によって工具（不図示）によるねじ締め作業が実現されている。
【００３２】
モータ出力軸１３と動力伝達軸２１との配置関係を、上記のように角度を持って配置することにより、ハウジング３０の外郭形状が非常に理想的な形状となる。具体的には、本実施例に係る電動工具１０では、従来の電動工具においてモータ１２と出力機構部２０の両方が収納設置されていたハウジング本体部３１からモータ１２を取り除くことができたので、ハウジング本体部３１が非常にコンパクトな形状となっている。ハウジング本体部３１をコンパクト化することによって、狭い場所での装置の操作性が飛躍的に向上する。
【００３３】
ちなみに、従来のスイッチ装置を用いたのでは、中間軸４０を図４に示すように縦方向に配置することは困難である。上述したハウジング３０の理想的な形状は、本実施形態に係るスイッチ装置１００のコンパクト化が実現して初めて得られた形態である。
【００３４】
なお、本実施例に係る中間軸４０は、モータ出力軸１３側に設置される第１の中間軸４１と、動力伝達軸２１側に設置される第２の中間軸４２とが直列に連結された２分割軸として構成されている。
【００３５】
第１の中間軸４１には、モータ出力軸１３の歯車部と噛み合う歯車４１ａが設置されており、モータ出力軸１３の回転駆動力を受容している。また、この歯車４１ａによって、約２２，０００ｒｐｍ程度あるモータ１２の回転駆動力が一段階減速されている。
【００３６】
さらに、第１の中間軸４１の上方の端部には、接続部材４３が圧入されるとともに、上端部に形成されたキー溝に対してキー４４が設置されている。一方、第２の中間軸４２の下方の端部にもキー溝が形成されており、このキー溝は第１の中間軸４１に設置されるキー４４に嵌り込むことが可能となっている。そして、第２の中間軸４２の下方の端部を接続部材４３に嵌め込むことによって第１の中間軸４１及び第２の中間軸４２の接続が行われ、さらに、第１の中間軸４１及び第２の中間軸４２の両方に嵌め込まれるキー４４の作用によって、両軸の連結状態が実現されている。
【００３７】
またさらに、第２の中間軸４２の上方の端部には、出力機構部側傘歯車２３と噛合う中間軸側傘歯車４２ａが設置されており、ここで二段階目の減速が行われている。以上の構成によって、中間軸４０によるモータ駆動力の好適な伝達が実現されている。
【００３８】
スイッチ装置１００は、主にハウジング把持部３２の前面側に収納されるものであり、図４において示すように、押し込み量に応じてモータ１２の回転数制御を行う駆動スイッチノブ５８、モータ１２に流れる電流の方向を切り替えることによってモータ１２の正転・逆転を操作する正逆転切替スイッチノブ５９、及びハウジング把持部３２の前面側に設けられたスイッチパネル５２に接続されるとともにこのスイッチパネル５２の操作に応じて制御信号を発信する制御回路ボード５３を有している。なお、制御回路ボード５３には、図１及び図２において例示したダイオードブリッジ１０３や制御回路１０６等の回路機器が組み込まれている。
【００３９】
そして、駆動スイッチノブ５８の操作に応じて制御回路１０６が駆動スイッチ部１０４に制御信号を発信してモータ１２の回転数制御が実施され、正逆転切替スイッチノブ５９の操作に応じて正逆転切替スイッチ部１０５のスイッチング動作が実施されることとなる。
【００４０】
なお、本実施例に係る電動工具１０では、ＬＥＤ照明６０やトルク制御等の付加機能を持たせる場合に必要となる電気回路を１つの制御回路ボード５３に組み込むことによって、安価でコンパクト化を図った電動工具を実現している。すなわち、従来の電動工具において無接点スイッチを用いた場合には、無接点スイッチ用の回路ボードの他に、ＬＥＤ照明６０やトルク制御等の付加機能用の回路ボードが設けられていた。しかし、本実施例では、回路関係の機器を１つの制御回路ボード５３にまとめて設置したので、非常にコンパクトなスイッチ装置１００が実現した。
【００４１】
以上のように、本実施例に係るスイッチ装置１００は、安価、且つ、コンパクトな構成を両立することができるので、図３及び図４に示すようなハウジングの把持を受ける部分にモータ１２を内蔵させることによってコンパクト化を図った新しい電動工具１０が実現可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施形態に係るスイッチ装置の構成例を示す回路ブロック図である。
【図２】本実施形態に係るブレーキスイッチ部付のスイッチ装置の構成例を示す回路ブロック図である。
【図３】本実施例に係る電動工具の外観側面図である。
【図４】本実施例に係る電動工具の縦断面側面図である。
【図５】本実施形態に係るスイッチ装置の別の構成例を示す回路ブロック図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  電動工具、１２  モータ、１３  モータ出力軸、１５  ファン、２０  出力機構部、２１  動力伝達軸、２１ａ  スプライン溝、２２  インパクト機構部、２２ａ  アンビル、２２ｂ  ハンマ、２３  出力機構部側傘歯車、２３ａ  スプライン溝、２５  ビットホルダ、３０  ハウジング、３１  ハウジング本体部、３２  ハウジング把持部、４０  中間軸、４１  第１の中間軸、４１ａ  歯車、４２  第２の中間軸、４２ａ  中間軸側傘歯車、４３  接続部材、４４  キー、５１  電源コード、５２  スイッチパネル、５３  制御回路ボード、５４  ブラシ、５８  駆動スイッチノブ、５９  正逆転切替スイッチノブ、６０  ＬＥＤ照明、１００  スイッチ装置、１０１  交流電源、１０２  電源端子、１０３  ダイオードブリッジ、１０４  駆動スイッチ部、１０５  正逆転切替スイッチ部、１０６  制御回路、１０７  ブレーキスイッチ部。
【図１】
2007301703.tif 000003
【図２】
2007301703.tif 000004
【図３】
2007301703.tif 000005
【図４】
2007301703.tif 000006
【図５】
2007301703.tif 000007