JP5066874B2 - トリガスイッチ - Google Patents

Description

本発明は、トリガスイッチ、特に、充電式電動工具の直流モータを制御するためのトリガスイッチに関する。

トリガの引き込み量に応じて先端工具を駆動するモータの回転数を制御する充電式電動工具では、トリガとモータの制御回路とをパッケージしたトリガスイッチを組み込んで製造されるのが一般的である。

充電式電動工具は、例えば特許文献１に記載されているように、トリガスイッチを収容するグリップの上部にモータ、下部にバッテリを有する。このため、トリガスイッチの下端には、電源を接続するための１対の電源端子を備え、上部にモータを接続するための出力端子を備えている。

例えば、特許文献２に記載されているように、２つの電源端子の間には、それぞれの電源端子に電線を接続する際に電線を構成する撚線の一部やハンダが突出したり糸引きして、他方の電源端子に接触して短絡を起こすことがないように、両電源端子を隔離する絶縁壁が設けられる。

また、特許文献３に記載されているトリガの引き込み量に応じて作動する照明装置のような、電動工具に追加機能を付加する補助装置に接続するために、トリガスイッチから信号線を導出することが要求される場合がある。

図１５に、追加機能を付加した従来のトリガスイッチ１００を示す。トリガスイッチ１００は、回路部品を収容する絶縁体からなる２つ割りの筐体１０１ａ，１０１ｂと、筐体１０１ａ，１０１ｂから突出して設けられたトリガ１０２とからなり、下端に、筐体１０１ａ，１０１ｂの合わせ目に沿って、１対の電源端子１０３ａ，１０３ｂと、例えば照明装置や制御装置などの補助装置に出力する１対のリード線１０４ａ，１０４ｂとが並んで配置されている。

電源端子１０３ａ，１０３ｂやリード線１０４ａ，１０４ｂは、防塵性を維持するために、筐体１０１ａ，１０１ｂの合わせ目から導出することが望ましい。リード線１０４ａ，１０４ｂは、補助装置に出力される電流が小さいので、線径の細い絶縁電線を用いることができ、図示するように、筐体１０１ａ，１０１ｂの合わせ目に直交するように縦に並べて導出することが可能である。

電源端子１０３ａと電源端子１０３ｂとの間には筐体１０１ａ，１０１ｂを延伸してなる端子間絶縁壁１０５が設けられ、電源端子１０３ａとリード線１０４ａ，１０４ｂとの間には、筐体１０１ａ，１０１ｂを延伸してなるリード線絶縁壁１０６が設けられている。

端子間絶縁壁１０５は、図示するように、電源端子１０３ａ，１０３ｂにそれぞれ電線１０７ａ，１０７ｂを接続する際、電線１０７ａ，１０７ｂを構成する撚線の一部やハンダが突出または糸引きして電源端子１０３ａ，１０３ｂ間が短絡しないように、十分な高さを有する必要があり、その強度を確保するためには、通常、最低でも１ｍｍ程度の厚みを必要とする。同様に、リード線絶縁壁１０６も、通常、１ｍｍ程度の厚みが必要である。また、リード線１０４ａ，１０４ｂは、例えば導体断面積０．２ｍｍ^２程度の絶縁電線が用いられ、その外径は約１．５ｍｍ程度である。さらに、リード線１０４ａ，１０４ｂの導出部分に応力が集中しないように、筐体１０１ａ，１０１ｂには、リード線１０４ａ，１０４ｂを取り囲むように厚さ１ｍｍ程度のボス（ガイド）１０８が筐体１０１ａ，１０１ｂから突出して形成される。

電動工具に補助装置を付加するために設けられたリード線絶縁壁１０６、リード線１０４ａ，１０４ｂおよびガイド１０８は、トリガスイッチ１００の底面において、合計で約３．５ｍｍの長さを占有している。一方、電動工具の操作性を高めるために、グリップをできるだけ細くしたいという要求がある。このため、トリガスイッチ１００において、リード線１０４ａ，１０４ｂを導出するために要する底面積を小さく、特に、筐体１０１ａ，１０１ｂの合わせ目に沿う方向の長さを小さくすることが望まれる。
特開２００６−２１８６０５号公報 特開２００６−２１８５６０号公報 特開２００１−２５９８２号公報

そこで、本発明は、底面をできるだけ小さく保ちながら、補助装置と接続するためのリード線を導出したトリガ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、本発明によれば、トリガの引き込み量に応じてモータの速度制御を行うトリガスイッチにおいて、電源に接続される１対の電源端子を互いに隔離する絶縁壁の前記１対の電源端子の間に位置する部分に、前記トリガスイッチを補助装置と接続するためのリード線を前記絶縁壁の中に配設するための配線路を設けたものとする。

この構成によれば、電極端子間の絶縁壁の中にリード線を配設するので、新たな絶縁壁やリード線のボス等を設ける必要がなく、リード線自身の太さを電極端子間の絶縁壁の厚みで吸収できる。このため、トリガスイッチの底面の長さを増加させずに、補助装置と接続するためのリード線を配設することができる。

また、本発明のトリガスイッチは、２分割した分割片からなり、且つ、内部に回路部品を収容する絶縁性の筐体を有し、前記電源端子および前記リード線が、前記筐体の合わせ目に挟み込まれていても良い。

この構成によれば、リード線が筐体を貫通する部分の防塵処理が容易である。

また、本発明のトリガスイッチにおいて、前記補助装置が、照明装置であってもよい。

この構成によれば、加工対象物を照明することで、電動工具の使い勝手が向上する。

また、本発明のトリガスイッチにおいて、少なくとも前記モータに電力を供給している間は前記照明装置へ出力すると共に電荷を蓄積し、前記モータへの電力を遮断した後に前記蓄積した電荷を放電することにより前記照明装置に対して所定時間出力を維持する残照回路を有してもよい。

この構成によれば、モータが停止した後も加工対象物を照明することができ、作業性が向上する。

また、本発明のトリガスイッチにおいて、前記照明装置へ出力する前記トリガの引き込み量は、前記モータへ出力する前記トリガの引き込み量よりも少なくてもよい。

この構成によれば、モータを回転させることなく加工対象物を照明することができ、位置決めなどの作業性が向上する。

以上のように、本発明によれば、リード線の保持および絶縁のための構造を、電源端子を互いに隔離する絶縁壁の構造と共用することで、補助装置と接続するためのリード線を導出しながら底面積の小さいトリガスイッチを提供できる。

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および図２に、本発明の１つの実施形態であるトリガスイッチ１を示す。トリガスイッチ１は、充電式電動工具の先端工具を駆動するモータの回転数を制御するために、充電式電動工具のグリップ内に組み込まれるものである。

トリガスイッチ１は、絶縁性の樹脂からなる筐体２と、ユーザが指で引き込むトリガ３とからなり、外部の電源に接続される１対の電源端子４ａ，４ｂと、外部のモータに接続される１対の出力端子５ａ，５ｂとを有する。そして、放熱のためにスイッチング素子６は、筐体２の外部に配置されており、筐体２の内部に収容された回路に絶縁電線７，８，９で接続されている。また、トリガスイッチ１は、筐体２から１対のリード線１０，１１が導出され、リード線１０，１１の先端に設けたコネクタ１２によって、外部の補助装置である照明装置（ＬＥＤ）に接続できるようになっている。

図３に、トリガスイッチ１の回路構成を示す。図には、理解しやすいように、トリガスイッチ１に接続される電源（バッテリ）１３、モータ１４および照明装置１５も示されている。

トリガスイッチ１は、バッテリ１３の電流をトランジスタ６介してモータ１４に印加し、速度制御回路１６が分圧抵抗１７の分圧比に応じてトランジスタ６をスイッチングすることで、モータ１４の回転数を制御するものである。トリガスイッチ１は、速度制御回路１６に電源を供給する給電スイッチ１８と、トランジスタ６にバッテリ１３の端子電圧を印加する主スイッチ１９と、出力端子５ａ，５ｂの極性を入れ替えてモータ１４の回転方向を逆転させる切替スイッチ２０と、トランジスタ６をバイパスしてモータ１４に電源電流を直接印加する全速スイッチ２１と、モータ１４の逆起電力をモータ１４に帰還させるダイオード２２と、モータ１４を短絡させて惰性による回転を停止させるブレーキスイッチ２３とを有している。さらにトリガスイッチ１は、給電スイッチ１８がオンすると、リード線１０，１１を介して照明装置１５に電流を出力する残照回路２４を有している。

残照回路２４は、給電スイッチ１８を閉じると、抵抗Ｒ１、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ２、および抵抗Ｒ３を電流が流れ、トランジスタＴＲ１のベース−エミッタ間に電圧が印加され、照明装置１５および抵抗Ｒ４を介してコレクタ電流が流れるようになっている。また、給電スイッチ１８を閉じている間、コンデンサＣ１には電荷が蓄積され、給電スイッチ１８を開いた後も、コンデンサＣ１が抵抗Ｒ２およびＲ３を介して放電するのに要する所定時間だけ、トランジスタＴＲ１のベース−エミッタ間に電圧を印加してトランジスタＴＲ１をオンし、照明装置１５に対して出力を維持することができるようになっている。

図４に、トリガスイッチ１の内部構造を示す。筐体２は、分割片２ａ，２ｂに２分割して形成され、その内部に、図３に示した各回路部品を収容するようになっている。回路部品は、主に、プリント基板２５およびベース端子アセンブリ２６に組み込まれている。具体的には、プリント基板２５には、印刷回路に回路素子を実装することで、速度制御回路１６、分圧抵抗１７、給電スイッチ１８、および残照回路２３が形成されている。また、ベース端子アセンブリ２６は、主スイッチ１９、切替スイッチ２０、全速スイッチ２１およびブレーキスイッチ２３の接点と各接点を接続する電路とが複数の金属板などにより構成されている。切替スイッチ２０の可動接点ユニット２０ａは、筐体２の外側に突出する操作レバー２０ｂによって回動させられるようになっている。

トリガ３は、筐体２内に軸部３ａが延伸し、分圧抵抗１７および給電スイッチ１８の可動接点である金属ブラシ１７ａおよび１８ａを支持するスライド部材２７に接続される。また、トリガ３は、ばね２８によって筐体２から突出するように付勢され、筐体２と軸部３ａとの隙間を防塵部材２９で封止される。

本実施形態では、トランジスタ６を外付けするに伴い、電線７，８，９の筐体２からの引き出し部を覆うカバー３０が設けられている。

図５に示すように、トリガスイッチ１の底部に配設された電源端子４ａ，４ｂの間には、分割片２ｂを延伸してなる絶縁壁３１が設けられている。リード線１０，１１は、絶縁壁３１に形成された溝３２を通して導出されている。また、電源端子４ａ，４ｂには、バッテリ１３の両極に接続された電線３３ａ，３３ｂが、例えばハンダ付けすることで、それぞれ、接続される。

さらに、トリガスイッチ１の底部を詳しく示す図６，７，８を参照しながら、電源端子４ａ，４ｂおよび絶縁壁３１の構造を詳しく説明する。図７に示すように、絶縁壁３１は、電線３３ａ，３３ｂの心線を電源電極４ａ，４ｂに固定するハンダや電線３３ａ，３３ｂの心線或いは心線を構成する撚線の一部が突出または糸引きして電源電極４ａ，４ｂを短絡させることがないように、電線３３ａ，３３ｂの直径よりも十分に高く形成されている。

また、絶縁壁３１には、表裏に溝３２，３４が形成されており、表面の溝３２の中に、リード線１０，１１が配設されている。これらの溝３２，３４は、樹脂量を低減するための肉盗みであると共に、溝３２は、絶縁壁の中にリード線１０，１１を配設するための配線路としても形成されている。

電源端子４ａ，４ｂおよびリード線１０，１１は、分割片２ｂに設けた溝に配置され、分割片２ａと分割片２ｂとの合わせ目に挟み込まれている。リード線１０，１１は、分割片２ａに設けた溝に分割片２ａ，２ｂの合わせ目に直交する方向に縦に並んで配設されている。ここで、リード線１０，１１は、電線３３ａ，３３ｂとの短絡を防止するために、絶縁壁３１からはみ出さないように、絶縁壁３１の中に配設する必要がある。

絶縁壁３１は、リード線１０，１１と電極端子４ａ，４ｂとの短絡も防止するだけでなく、リード線１０，１１の分割片２ａ，２ｂに挟み込まれている部分に直接曲げ応力が作用しにくくするガイド（ボス）の役目をも果たす。つまり、本実施形態のトリガスイッチ１は、リード線１０，１１と電極端子４ａ，４ｂとの間の絶縁壁、および、リード線１０，１１の導出部のガイドをそれぞれ別個に設ける必要がないので、分割片２ａ，２ｂの合わせ目に沿う方向に長くならず、底面積が大きくならない。

リード線１０，１１を絶縁端子４ａまたは４ｂの外側に並べて導出するためには、例えば、リード線１０，１１が導体断面積０．２ｍｍ^２のビニル絶縁電線である場合、リード線１０，１１の外径が約１．５ｍｍ、電極端子４ａ，４ｂとの間に必要な絶縁壁が約１ｍｍ、リード線１０，１１のガイド（ボス）が約１ｍｍ必要であり、絶縁壁をガイドの一部を延長して設けたとしても、合計で約３．５ｍｍの余分な長さが必要になり、トリガスイッチ１の底面積が大きくなってしまう。つまり、本実施形態では、トリガスイッチ１の底面の長さを従来の構成に比べて約３．５ｍｍ短縮することに成功している。

これによって、本実施形態のトリガスイッチ１は、グリップの細い電動工具に組み込むことができ、使い勝手のよい電動工具を提供可能にする。

本実施形態では、絶縁壁３１に形成した溝３２をリード線１０，１１の配設路としているが、絶縁壁３１に貫通孔を設けてリード線１０，１１の配設路としてもよい。また、絶縁壁３１は、分割片２ａおよび分割片２ｂに２分割して設けることで、リード線１０，１１の導出部分の全周を覆って、絶縁性を向上し、分割片２ａ，２ｂに狭持される部分への負荷をより低減できる。

さらに、図９に、本実施形態のベース端子アセンブリ２６の構成を示す。ベース端子アセンブリ２６は、樹脂からなるベース部材３４に、各スイッチ１９，２０，２１，２３の接点と電路とを構成する複数の金属部材３６，３７，３８，３９，４０，４１，４２と、ダイオード２２とを組み付けてなる。

金属部材３６は出力端子５ａおよび切替スイッチ２０の固定接点２０ｃを構成し、金属部材３７は全速スイッチ２１の固定接点２１ａを構成し、金属部材３８は主スイッチ１９の固定接点１９ａを構成し、金属部材３９は主スイッチ１９および全速スイッチ２１の可動接点１９ｂ，２１ｂを有し、金属部材４０は切替スイッチ２０の固定接点２０ｄおよびブレーキ接点２３の固定接点２３ａを構成し、金属部材４１は切替スイッチ２０の固定接点２０ｅを構成すると共にブレーキ接点２３の可動接点２３ｂを有し、金属部材４２は主力端子５ｂおよび切替スイッチ２０の固定接点２０ｆを構成している。

図４に図示した切替スイッチ２０の可動接点ユニット２０ａは、図９に図示するような２つの可動接点２０ｇ，２０ｈを有している。また、ベース部材３４には、切替スイッチ２０の操作レバー２０ｂを位置決めするラッチばね２０ｉが取り付けられる。

また、図１０に示すように、リード線１０，１１は、プリント基板２５にハンダ付けして接続される。

図１１，１２，１３に、プリント基板２５に形成される分圧抵抗１７および給電スイッチ１８の構成を示す。

分圧抵抗１７は、プリント基板２５に形成されたパターン電極１７ｂ，１７ｃ，１７ｄと、パターン電極１７ｃと１７ｄとにまたがって抵抗体を印刷してなる印刷抵抗１７ｅと、スライド部材２７に保持されてプリント基板２５上で摺動する金属ブラシ１７ａとによって構成される。分圧抵抗１７は、金属ブラシ１７ａの当接位置に応じてパターン電極１７ｂ−１７ｃ間およびパターン電極１７ｂ−１７ｄ間で印刷抵抗１７ｅを分割した２つの抵抗値を示す。

給電スイッチ１８は、プリント基板２５に形成されたパターン電極１８ｂ，１８ｃに、スライド部材２７に保持された金属ブラシ１８ａを押し当てることによって構成される。

図１１は、トリガ３がばね２８によって筐体２から押し出されている状態、つまり、ユーザがトリガスイッチ１を操作していない状態を示す。

図１２に示すように、ユーザがトリガ３を引き込んでいくと、金属ブラシ１７および金属ブラシ１８ａがほぼ同時にパターン電極１７ｃおよびパターン電極１８ｃに当接する。金属ブラシ１８ａがパターン電極１８ｃに当接すると、給電スイッチ１８が閉じ、速度制御回路１６が動作を開始する。

金属ブラシ１７ａがパターン電極１７ｃに当接しているとき、パターン電極１７ｂ−１７ｃ間の抵抗はゼロであり、パターン電極１７ｂ−１７ｄ間の抵抗は最大値を示す。さらにトリガ３を引き込んで金属ブラシ１７ａが印刷抵抗１７ｅに当接すると、パターン電極１７ｂ−１７ｃ間およびパターン電極１７ｂ−１７ｄ間に印刷抵抗１７ｅを分割した抵抗値が現れる。

図１３に示すように、ユーザがトリガ３をさらに引き込むと、金属ブラシ１７ａがパターン電極１７ｄに当接する。このとき、パターン電極１７ｂ−１７ｃ間の抵抗は最大値を示し、パターン電極１７ｂ−１７ｄ間の抵抗はゼロになる。

図１４に、トリガスイッチ１における各スイッチ１８，１９，２１，２３および分圧抵抗１７のトリガ３の引き込み量に対する動作を示す。トリガ３を操作しない初期状態において、ブレーキスイッチ２３は閉じているが、他のスイッチ１８，１９，２１は開いている。分圧抵抗１７は、パターン電極１７ｂ−１７ｃ間の抵抗を図示しており、初期状態においては導通がない（抵抗無限大）。

トリガ３を引き込み始めると、先ず、ブレーキスイッチ２３が開き、モータ１４を駆動可能にする。続いて、給電スイッチ１８が閉じ、ほぼ同時に、分圧抵抗１７が導通する。給電スイッチ１８が閉じると、図３に示すように、残照回路２４にも電圧が印加され、発光装置１５にリード線１０，１１を介して電流が出力される。つまり、電動工具はモータ１４で先端工具を回転駆動する前に、発光装置１５により加工対象物に投光し、先端工具の位置決めを容易にする。

さらにトリガ３を引き込むと、主スイッチ１９が閉じ、バッテリ１３の両極をモータ１４にトランジスタ６を介して接続する。トランジスタ６は、制御回路１６によってスイッチングされ、モータ１４に間欠的に電流を出力する。つまり、モータ１３は、トランジスタ６の通電率（デューティ）に応じた速度（負荷変動を考慮しない場合）で回転する。

さらにトリガ３を引き込むと、分圧抵抗１７の金属ブラシ１７ａが印刷抵抗１７ｅを分圧し、制御回路１６の出力特性を変化させて、トランジスタ６の通電率を徐々に上昇させる。つまり、トリガ３の引き込み量が増加するほど、モータ１４の回転速度が上昇する。金属ブラシ１７ａがパターン電極１７ｄ間に達すると、パターン電極１７ｂ−１７ｄ間の抵抗がゼロになり、トランジスタ６の通電率が最大になる。

さらにトリガ３を引き込むと、全速スイッチ２１が閉じ、トランジスタ６をバイパスして、バッテリ１３をモータ１４に直結する。つまり、モータ１４は、バッテリ１３が駆動可能な最大速度（最大出力）で回転する。

トリガ３を引く力を弱め、トリガ３をばね２８の付勢力により突出させると、モータ１４に印加される電流の通電率が徐々に小さくなり、主スイッチ１９が開いた時点でモータ１４への電流の供給が遮断される。

そして、給電スイッチ１８が開くと、残照回路２４への電力供給も絶たれるが、残照回路２４は、コンデンサＣ１に電荷を蓄積しており、抵抗Ｒ２およびＲ３を介して蓄積した電荷を放電する間、トランジスタＴＲ１をオンする。つまり、残照回路２４は、電力供給が絶たれてからも、バッテリ１３の電圧、コンデンサＣ１の容量および抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３で定まる所定時間の間、照明装置１５に対する出力を維持し、照明装置１５を発光させ続ける。

給電スイッチ１８が開いてからさらにトリガ３を突出させると、ブレーキスイッチ２３が閉じて、モータ１４の慣性による回転を停止させる。通常、ユーザは給電スイッチ２３が開いてからブレーキスイッチ２３が閉じるまでの位置でトリガ３を保持することはないので、ブレーキスイッチ２３が閉じてモータ１４を完全に停止させた後も、残照回路２４が照明装置１５を発光させる。つまり、電動工具は、ユーザが先端工具の回転を停止するためにトリガ３を離しても、加工対象物をしばらく照明し、続いて行われる加工の作業性を確保する。

本発明の一実施形態のトリガスイッチの斜視図。 図１のトリガスイッチの正面図。 図１のトリガスイッチの回路図。 図１のトリガスイッチの分解斜視図。 図１のトリガスイッチの底部を示す斜視図。 図１のトリガスイッチの下部正面図。 図１のトリガスイッチの下部底面図。 図１のトリガスイッチの下部側面図。 図１のトリガスイッチのベース端子アセンブリの分解斜視図。 図１のトリガスイッチのプリント基板およびリード線の斜視図。 図１０のプリント基板の裏面を示す斜視図。 図１１のプリント基板のトリガ引き込み量の異なる状態を示す斜視図。 図１１のプリント基板のトリガ引き込み量のさらに異なる状態を示す斜視図。 図１のトリガスイッチのトリガ引き込み量と各スイッチの動作の関係を示すタイミングチャート。 従来のトリガスイッチの斜視図。

符号の説明

１ トリガスイッチ
２ 筐体
２ａ，２ｂ 分割片
３ トリガ
４ａ，４ｂ 電源端子
１０，１１ リード線
３１ 絶縁壁
３３ａ，３３ｂ 電線
３２ 溝（配設路）

Claims (5)

1. トリガの引き込み量に応じてモータの速度制御を行うトリガスイッチにおいて、
   電源に接続される１対の電源端子を互いに隔離する絶縁壁の前記１対の電源端子の間に位置する部分に、前記トリガスイッチを補助装置と接続するためのリード線を前記絶縁壁の中に配設するための配線路を設けたことを特徴とするトリガスイッチ。
2. ２分割した分割片からなり、且つ、内部に回路部品を収容する絶縁性の筐体を有し、
   前記電源端子および前記リード線が、前記筐体の合わせ目に挟み込まれていることを特徴とする請求項１に記載のトリガスイッチ。
3. 前記補助装置が、照明装置であることを特徴とする請求項１または２に記載のトリガスイッチ。
4. 少なくとも前記モータに電力を供給している間は前記照明装置へ出力すると共に電荷を蓄積し、前記モータへの電力を遮断した後に前記蓄積した電荷を放電することにより前記照明装置に対して所定時間出力を維持する残照回路を有することを特徴とする請求項３に記載のトリガスイッチ。
5. 前記照明装置へ出力する前記トリガの引き込み量は、前記モータへ出力する前記トリガの引き込み量よりも少ないことを特徴とする請求項３または４に記載のトリガスイッチ。

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