전동 공구를 위한 슬라이드 스위치

전동 공구를 위한 슬라이드 스위치{SLIDE SWITCH FOR A POWER TOOL}

본 발명은 전동 공구에 그리고 특히 회전 전동 공구 출력 샤프트의 속도를 제어하는 기구에 관한 것이다.

일반적으로, 회전 전동 공구는 절단 블레이드, 샌딩 디스크(sanding disc), 연삭 공구 및 기타 여러 가지 등의 다양한 공구 부속물 및 부착물이 구비될 수 있는 경량 소형 전동 공구이다. 이들 종류의 공구는 전형적으로 전기 모터를 위한 포위부로서 기능하는 대체로 원통형-형상의 본체 그리고 또한 공구를 위한 핸드 그립(hand grip)을 포함한다. 전기 모터는 하우징의 노즈(nose)로부터 연장되는 구동 부재에 동작 가능하게 결합된다. 전기 모터는 비교적 높은 주파수로 구동 부재를 회전시키도록 구성된다. 구동 부재는 다양한 부속 공구를 보유하도록 구성되는 공구 홀더를 포함하고 그에 따라 이들 부속 공구는 구동 부재와 함께 회전되도록 구동된다.

회전 전동 공구는 종종 가변 속도 동작을 위해 구성된다. 슬라이드 스위치가 회전 전동 공구에서 가변 속도 제어를 제공하는 데 사용되었다. 전형적으로, 슬라이드 스위치는 공구의 코드 단부 근처에 위치되고, 오프 위치와 최고 속도 위치 사이에서 원주 방향으로 이동 가능하다. 슬라이드 스위치는 하우징의 원통형 구성부의 곡률을 대체로 추종하는 스위치 레버를 갖는다. 공구의 가변 속도 제어에 효과적이지만, 다이얼의 다중의 "스와이프(swipe)"가 공구의 전체 속도 범위를 커버할 것이 요구된다. 추가로, 일부 경우에, 공구에는 공구를 온 및 오프하는 별도의 스위치가 제공된다.

하나의 실시예에 따르면, 길이 방향 축을 한정하는 하우징을 포함하는 전동 공구가 제공된다. 가변 속도 모터가 하우징에 의해 지지되고, 길이 방향 축과 정렬되는 회전 축을 한정하는 구동 부재가 모터에 결합된다. 구동 부재는 하우징 외부에 위치되는 공구 홀더를 포함한다. 전원 회로가 전원에 가변 속도 모터를 전기적으로 연결한다. 공구는 모터를 위한 동작 속도를 표시하는 가변 속도 제어 신호를 발생시키는 가변 속도 신호 생성기를 포함한다. 동작 속도는 가변 속도 선택 신호의 수치에 의존한다. ⅰ) 가변 속도 선택 신호를 출력하는 슬라이드 전위차계 그리고 ⅱ) 슬라이드 전위차계와 관련하여 제1 위치와 제2 위치 사이에서 활주되도록 구성되는 작동기를 포함하는 슬라이드 스위치가 하우징에 부착된다. 가변 속도 선택 신호는 슬라이드 전위차계와 관련된 작동기의 위치에 대응하여 변화되는 수치를 갖는다. 슬라이드 스위치는 온/오프 접촉부 그리고 온/오프 접촉부와 접촉 상태 및 비접촉 상태로 이동 가능한 온/오프 레버 암을 포함한다. 온/오프 접촉부 및 온/오프 레버 암은 온/오프 레버 암이 온/오프 접촉부와 접촉 상태로 위치될 때에 전원 회로가 폐쇄되고 온/오프 레버 암이 온/오프 접촉부로부터 이격될 때에 전원 회로가 개방되도록 전원 회로에 전기적으로 연결된다. 작동기가 제1 위치에 위치될 때에, 작동기가 온/오프 레버 암이 온/오프 접촉부와 접촉되는 것을 방지하고, 작동기가 제1 위치로부터 멀어질 때에, 온/오프 레버 암이 온/오프 접촉부와 접촉 상태로 위치된다.

도 1은 본 발명에 따른 슬라이드 스위치를 포함하는 회전 전동 공구의 사시도이다.
도 2는 도 1의 회전 전동 공구의 슬라이드 스위치 조립체의 사시도이다.
도 3은 슬라이더가 오프 위치에 있는 상태의 도 2의 슬라이드 스위치 조립체의 측면도이다.
도 4는 슬라이더가 온 위치에 있는 상태의 도 2의 슬라이드 스위치 조립체의 측면도이다.
도 5a, 5b 및 5c는 각각 오프 위치, 온/중간-속도 위치 및 온/최고 속도 위치에서의 슬라이드 스위치의 스위치 놉(switch knob)을 도시하고 있다.
도 6은 도 1의 회전 전동 공구의 가변 속도 및 전원 회로의 회로도이다.

본 발명의 원리의 이해를 촉진할 목적을 위해, 도면에 도시되고 다음의 서면 명세서에 기재된 실시예에 대한 참조가 이제부터 수행될 것이다. 본 발명의 범주에 대한 어떠한 제한도 그에 의해 의도되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명은 도시된 실시예에 대한 어떤 변경 및 변형을 포함하고 본 발명이 속한 통상의 기술자에게 통상적으로 착안되는 것과 같은 본 발명의 원리의 추가의 응용을 포함한다는 것이 추가로 이해되어야 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명은 선형 슬라이드 스위치(14)를 포함하는 회전 전동 공구(10)에 관한 것으로, 이러한 공구는 구동 부재의 회전 속도의 가변 속도 제어를 제공하고 또한 스위치의 위치를 기초로 하여 공구(10)에 대한 온/오프 기능을 제공하도록 구성된다. 슬라이드 스위치(14)는 공구(10)를 온 및 오프하는 별도의 스위치에 대한 필요성을 없앤다. 추가로, 선형 슬라이드 스위치(14)는 사용자가 하나의 매끄러운 운동으로 오프로부터 최고 속도로 그리고 그 반대로 공구(10)를 전환하게 하는 공구(10)의 길이 방향 축(L)과 정렬되는 선형 이동 경로를 갖는다.

계속하여 도 1을 참조하면, 회전 전동 공구(10)는 플라스틱, 금속 등의 강성 재료 또는 섬유 보강 중합체 등의 복합 재료로 구성되는 대체로 원통형으로 성형된 하우징(22)을 포함한다. 하우징(22)은 길이 방향 축(L)을 한정하고, 노즈 부분(24) 및 핸들 부분(26)을 포함한다. 핸들 부분(26)은 모터(28)(도 6)를 포위한다. 하나의 실시예에서, 모터(28)는 핸들 부분(26)의 기부에서 연결되는 재충전 가능한 배터리(18)로부터 전력을 수용하도록 구성되는 전기 모터를 포함한다. 다른 실시예에서, 모터를 위한 전력이 AC 인출구로부터 전원 코드(도시되지 않음)를 통해 수용될 수 있다.

모터(28)는 길이 방향 축(L)과 동축 정렬 상태로 하우징의 노즈 부분(24)으로부터 연장되는 구동 부재(30)에 결합된다. 구동 부재(30)는 하우징(22)의 노즈 부분(24) 외부에서 연삭 휠 및 절단 디스크 등의 다양한 부속 공구(도시되지 않음)를 해제 가능하게 보유하도록 구성되는 공구 홀더(34)를 포함한다. 공구 홀더(34)가 구동 부재(30)에 의해 회전됨에 따라, 부속 공구가 구동 부재(30)의 축(L)에 대해 회전되도록 구동된다. 하나의 실시예에서, 공구 홀더(34)는 부속 공구의 생크(shank) 상으로 클램핑되도록 구성되는 척(chuck) 또는 콜릿(collet)을 포함한다. 대체 실시예에서, 공구 홀더(34) 및 부속 공구에는 공구 홀더(34)에 부속 공구를 고정하도록 맞물리는 상호 로킹 구동 구조물(도시되지 않음)이 제공될 수 있다.

도 6을 참조하면, 모터(28)는 높은 주파수 예컨대 5,000 내지 30,000 회전/분으로 축(L)에 대해 구동 부재(30)를 회전시키도록 구성되는 가변 속도 모터를 포함한다. 모터(28)로의 전력 그리고 모터(28)의 회전 속도는 선형 슬라이드 스위치(14)에 의해 제어된다. 스위치(14)는 스위치의 이동 경로가 하우징(22)의 길이 방향 축(L)과 정렬된 상태로 하우징(22)의 핸들 부분(26) 상에 제공된다.

모터(28)의 동작 속도는 속도 신호 생성기(36)에 의해 출력되는 속도 신호에 의해 제어된다. 하나의 실시예에서, 속도 신호 생성기는 펄스형 출력 신호(38)를 발생시키도록 구성되는 발진기 또는 유사한 형태의 구조물을 포함한다. 펄스형 출력 신호(38)는 전원(18)으로부터 모터(28)로의 전류의 흐름을 제어하는 파워 트랜지스터(40)를 개방 및 폐쇄하는 데 사용된다. 모터(28)의 동작 속도는 펄스형 출력(38)의 듀티 사이클에 의존한다. 펄스형 출력(38)의 듀티 사이클은 그 다음에 슬라이드 스위치에 의해 출력되는 속도 선택 신호에 의해 제어된다. 속도 선택 신호는 슬라이드 스위치(14)의 위치에 의존하는 수치를 갖는다. 속도 선택 신호의 수치는 속도 신호 생성기(36)의 펄스형 출력(38)의 듀티 사이클을 제어하는 데 사용된다.

이제 도 2를 참조하면, 슬라이드 스위치(14)는 슬라이드 전위차계(52), 작동기(54), 온/오프 레버 암(56) 및 온/오프 접촉부(58)를 포함하는 스위치 본체(50)를 포함한다. 스위치 본체(50)는 플라스틱, FR4 등의 비-전도성 재료 및/또는 절연성 재료로 형성되는 기판 또는 판 등의 평면형 부재를 포함한다. 도 2에 도시된 것과 같이, 스위치 본체(50)는 대향 주요 표면 즉 제1 주요 표면(60) 및 제2 주요 표면(62)으로써 대체로 직사각형의 형상을 갖는다. 직사각형 스위치 본체(50)는 제1 짧은 모서리 부분(64), 제2 짧은 모서리 부분(66), 제1 긴 모서리 부분(68) 및 제2 긴 모서리 부분(70)을 또한 포함한다.

도 3 및 4를 참조하면, 스위치 본체(50)는 제2 주요 표면(62)이 하우징(22)의 내부로부터 멀어지게 대면하고 제1 주요 표면(60)이 하우징(22)의 내부를 향해 내향으로 대면하는 상태로 공구(10)의 하우징(22)에 부착된다. 스위치 본체(50)는 이후에서 선행 모서리 부분으로 불리는 제1 짧은 모서리 부분(64)이 하우징(22)의 노즈 부분(24)을 향해 전방 방향(F)으로 배향되고 이후에서 후행 모서리 부분으로서 불리는 제2 짧은 모서리 부분(66)이 하우징(22)의 핸들 부분(26)의 기부를 향해 후방 방향(R)으로 배향되는 상태로 위치된다.

슬라이드 전위차계(52)는 스위치 본체(50) 상에 제공된다. 슬라이드 전위차계는 저항성 스트립(72), 전도성 스트립(74) 및 활주 접촉부(관찰 가능하지 않음)를 포함한다. 저항성 스트립(72)은 선행 모서리 부분(64)과 후행 모서리 부분(66) 사이에서 연장되는 스위치 본체(50)의 제1 주요 표면(60) 상에 제공되는 대체로 직사각형의 저항성 재료 스트립을 포함한다. 전도성 스트립(74)은 스위치 본체(50)의 선행 및 후행 모서리 부분(64, 66) 사이의 거리의 일부를 따라 연장되는 저항성 스트립(72)에 대체로 평행하게 그리고 저항성 스트립(72)으로부터 이격되게 배열된다.

작동기(54)는 플라스틱 등의 비-전도성 재료로 형성되고, 스위치 본체 상으로 활주 가능하게 장착된다. 도 2-4에 도시된 것과 같이, 작동기(54)는 스위치 본체(50) 주위에 포위되고 그에 의해 작동기(54)의 일부가 스위치 본체의 양측 상에 배열되도록 구성된다. 활주 접촉부(도시되지 않음)는 제1 주요 표면(60)과 대면하고 작동기(54)가 스위치 본체(50)를 따라 활주됨에 따라 전도성 스트립(74)에 저항성 스트립(72)을 전기적으로 연결하도록 기능하는 작동기(54)의 부분에 장착된다.

배선 단자(76, 78, 80, 82, 84)가 속도 제어 배선(86)에 저항성 스트립 및 전도성 스트립을 전기적으로 결합시키도록 스위치 본체(50)에 부착된다. 하나의 실시예에서, 단자(76)는 접지부에 저항성 스트립(72)의 일단부를 전기적으로 연결하고, 단자(78)는 고정 입력 전압(Vs)에 저항성 스트립(72)의 타단부를 전기적으로 연결한다. 단자(80)는 슬라이드 전위차계(52)를 위한 출력 단자로서 기능하도록 전도성 스트립(74)의 일단부에 전기적으로 연결된다. 하나의 실시예에서, 단자에서의 출력 전압은 입력 전압(Vs) 그리고 저항성 스트립(72)을 따른 슬라이드 스위치(14)의 위치의 함수이다.

작동기(54)는 제1 위치 예컨대 스위치 본체(50)의 선행 모서리 부분(64)에 근접한 최전방 위치(도 4)와 제2 위치 예컨대 스위치 본체(50)의 후행 모서리 부분(66)에 근접한 최후방 위치(도 3) 사이에서의 활주 이동을 위해 스위치 본체(50)에 의해 지지된다. 도 2-4의 실시예에서, 작동기(54)의 최전방 위치(도 4)는 온/최고 속도 위치에 대응하고, 최후방 위치(도 3)는 오프 위치에 대응한다. 도 2에서 관찰될 수 있는 것과 같이, 전도성 스트립(74)은 후행 모서리 부분(66)까지 완전히 연장되지 않고 그에 의해 활주 접촉부가 최후방 위치에 도달될 때에 활주 접촉부(도시되지 않음)가 저항성 및 전도성 스트립(72, 74)과 비-접촉 상태로 이동되는 것을 초래한다. 활주 접촉부가 저항성 및 전도성 스트립의 분리 상태로 이동될 때에, 단자(80)에서의 슬라이드 전위차계(52)의 출력부가 접지되고 그에 의해 전력이 모터(28)에 제공되지 않는 것을 표시한다.

슬라이드 스위치(14)는 작동기(54)가 오프 위치(도 3)에 있을 때에 공구(10)로의 전력을 차단하는 온/오프 기능을 포함한다. 온/오프 기능은 온/오프 레버 암(56) 및 온/오프 접촉부(58)에 의해 부분적으로 제공된다. 온/오프 레버 암(56) 및 온/오프 접촉부(58)는 공구(10)의 전원 회로(도 6)에 레버 암(56) 및 온/오프 접촉부(58)를 전기적으로 연결하는 각각의 단자(82, 84)에 전기적으로 연결된다.

온/오프 접촉부(58)는 후행 모서리 부분(66)에 근접하게 스위치 본체(50)에 고정된다. 온/오프 레버 암(56)은 스테인리스강 또는 스프링강 등의 전도성 재료로 형성되는 빔 구조물을 포함한다. 레버 암(56)은 부착 단부 부분(86) 및 자유 단부 부분(88)을 포함한다. 부착 단부 부분(86)은 선행 모서리 부분(64)에 근접하게 스위치 본체(50)에 고정된다. 온/오프 레버 암은 레버 암이 온/오프 접촉부(58)와 접촉 상태 및 비접촉 상태로 이동될 수 있는 위치에 레버 암(56)의 자유 단부 부분(88)을 위치시키도록 부착 단부 부분(86)으로부터 스위치 본체(50)의 후행 모서리 부분(66)을 향해 연장된다.

레버 암(56)의 자유 단부 부분(88)은 도 4에 도시된 것과 같이 스위치 본체(50)를 향해 그리고 온/오프 접촉부(58)와 접촉 상태로 편의된다. 하나의 실시예에서, 레버 암(56)은 온/오프 접촉부(58)를 향해 자유 단부 부분(88)을 편의시키는 스프링으로서 구성되지만, 대체 실시예에서, 별도의 편의 구조물이 이용될 수 있다. 레버 암(56)의 자유 단부 부분(88)이 온/오프 접촉부(58)와 접촉 상태로 위치될 때에(도 4), 공구(10)를 위한 전원 회로가 폐쇄되고, 전력이 공구(10)에 공급된다(도 6). 레버 암(56)의 자유 단부 부분(88)은 작동기(54)가 오프 위치(도 3)에 있을 때에 작동기(54)에 의해 온/오프 접촉부로부터 멀어지게 이동되도록 구성된다. 레버 암(56)의 자유 단부 부분(88)이 온/오프 접촉부(58)로부터 이격될 때에, 공구(10)를 위한 전원 회로가 개방되고, 공구(10)의 제어 회로로의 전력이 차단된다.

온/오프 레버 암(56)은 부착 단부 부분(86) 근처의 제1 벤드 부분(90), 자유 단부 부분(88) 근처의 제2 벤드 부분(92) 그리고 제1 벤드 부분(90)과 제2 벤드 부분(92) 사이에서 연장되는 중간 부분(94)을 포함한다. 제1 벤드 부분(90)은 스위치 본체(50)의 제1 주요 표면(60)으로부터 중간 부분(94)을 오프셋하도록 스위치 본체(50)로부터 외향으로 연장된다. 제2 벤드 부분(92)은 중간 부분(94)으로부터 대체로 제1 주요 표면(60)을 향해 그리고 작동기(54)의 이동 경로 내로 연장된다. 제2 벤드 부분(92)은 또한 온/오프 접촉부(58)와 접촉되는 위치에 자유 단부 부분(88)을 위치시킨다.

도 3 및 4에 도시된 것과 같이, 제1 벤드 부분(90), 중간 부분(94) 및 제2 벤드 부분(92)은 작동기(54)의 이동 경로 주위에 간극 영역(96)을 한정하도록 협력한다. 제1 벤드 부분(90)은 최전방 위치(도 4)를 넘는 작동기(54)의 추가의 전방 이동을 방지하는 작동기(54)를 위한 전방 정지부로서 기능한다. 제2 벤드 부분(92)은 작동기가 최후방 위치(도 3)에 접근됨에 따라 작동기(54)에 의해 접촉되도록 작동기(54)의 이동 경로 내로 연장된다. 온/오프 접촉부(58)는 후방 방향(R)으로의 작동기(54)의 추가의 이동을 방지하는 작동기(54)를 위한 후방 정지부로서 기능한다.

작동기(54)가 도 4에 도시된 것과 같이 간극 영역 내의 오프 위치의 전방에 위치될 때에, 레버 암(56)의 자유 단부 부분(88)이 온/오프 접촉부(58)와 결합 상태로 편의되고 그에 따라 전원 회로를 폐쇄하고 그에 의해 전력이 공구(10)에 제공된다. 작동기(54)가 오프 위치에 접근될 때에, 작동기(54)가 레버 암(56)의 제2 벤드 부분(92)과 접촉 상태로 이동되고, 그에 따라 레버 암(56)이 스위치 본체(50)로부터 멀어지게 편향되게 하고 그에 의해 도 3에 도시된 것과 같이 온/오프 접촉부(58)로부터 멀어지게 레버 암(56)의 자유 단부 부분(88)을 이동시킨다. 제2 벤드 부분(92)은 벤드 부분(92)이 후방 방향(R)으로 이동되는 작동기(54)에 의해 접촉될 때에 스위치 본체(50)로부터 멀어지는 레버 암의 편향을 용이하게 하는 각지고 경사진 형상을 갖는다.

작동기(54)가 오프 위치(도 3)에 도달될 때에, 레버 암의 자유 단부 부분(88)이 온/오프 접촉부로부터 이격되고 그에 의해 레버 암의 자유 단부 부분(88)과 온/오프 접촉부(58) 사이에 간극을 형성한다. 결과적으로, 전원 회로가 개방되고, 공구(10)로의 전력이 차단된다. 작동기(54)는 작동기(54)가 오프 위치에 있는 동안에 레버 암(56)의 자유 단부 부분(88)과 온/오프 접촉부(58) 사이의 간극을 유지하도록 제2 벤드 부분(92)과 스위치 본체(50) 사이에 개재 상태로 남아 있다.

제2 벤드 부분(92)에 의해 오프 위치에서 작동기(54)에 가해지는 압력은 오프 위치에서 작동기(54)를 유지하고, 오프 위치로부터 벗어나는 작동기(54)의 불측의 이동을 방지한다. 작동기(54)가 공구(10)의 조작자에 의해 오프 위치로부터 전방으로 이동될 때에, 작동기(54)가 레버 암의 제2 벤드 부분과 비접촉 상태로 그리고 간극 영역(96) 내로 이동되고, 그에 의해 레버 암(56)의 자유 단부 부분(88)이 도 4에 도시된 것과 같이 온/오프 접촉부(58)와 접촉 상태로 이동되게 한다.

슬라이드 스위치(14)는 제1 주요 표면(60)이 하우징의 내부를 향해 내향으로 대면하고 제2 주요 표면이 하우징의 내부로부터 멀어지게 대면하는 상태로 공구(10)의 하우징(22)에 장착된다. 스템(stem) 또는 포스트(post)(98)가 스위치 본체의 제2 주요 표면(62)의 전방에 위치된 작동기(54)의 부분으로부터 연장된다. 스템(98)은 공구의 하우징 내에 한정되는 슬롯(102)을 통해 연장된다(도 1 및 5a-5c). 하나의 실시예에서, 슬롯(102)은 클램셸 구성(clamshell configuration)으로 부착되는 2개의 하우징 외피 부분(22a, 22b) 사이의 계면을 따라 한정된다(도 5a-5c).

하우징 내의 슬롯(102)은 온/최고 위치(도 4)와 오프 위치(도 3) 사이의 그 전체 이동 경로를 따라 작동기(54)를 이동시키는 스템(98)을 위한 간극을 제공한다. 스위치 놉(knob) 또는 버튼(104)이 공구의 사용자에 의한 작동기의 조작을 용이하게 하도록 하우징 외부에서 스템(98)에 부착된다. 표시 마킹(108)이 스위치 위치에 대응하는 동작 속도를 식별하도록 슬롯(102)을 따라 하우징(22) 상에 제공될 수 있다.

도 5a는 오프 위치에서의 스위치 놉(104)을 도시하고 있다. 도 5b는 온/중간 속도 위치에서의 스위치 놉(104)을 도시하고 있다. 도 5c는 온/최고 속도 위치에서의 스위치 놉(104)을 도시하고 있다. 슬라이드 스위치(14)는 작동기(54)의 이동 경로가 길이 방향 축(L)과 정렬된 상태로 공구(10)에 장착된다. 이러한 배열은 사용자가 하나의 매끄러운 운동으로 온/최고 속도 위치(도 5c)와 오프 위치(도 5a) 사이에서 그리고 그 반대로 스위치 놉(104)을 용이하게 이동시키게 한다.

스위치 본체의 일측 상에 스위치의 모든 회로 구성 요소를 제공하고 하우징(22)의 내부를 향해 스위치 본체의 그 측면을 대면시키는 것은 하우징 내로 진입되는 파편에 의한 스위치 구성 요소의 오염을 방지하는 것을 돕는다. 도시되어 있지 않지만, 파편이 슬롯(102)을 통해 하우징 내로 진입될 기회를 방지 또는 제한하는 먼지 부트 또는 먼지 커버 기구가 제공될 수 있다.

본 발명은 도면 및 위의 설명에서 상세하게 예시 및 설명되었지만, 본 발명은 성격 면에서 제한이 아닌 예시로서 간주되어야 한다. 단지 양호한 실시예가 제시되었고 본 발명의 정신 내에 속하는 모든 변화, 변형 그리고 추가의 응용이 보호될 것이 요구된다는 것이 이해되어야 한다.