JP6032445B2 - 電動工具 - Google Patents

Description

本発明は、商用交流電源を利用する電動工具に係り、とくにスイッチング素子を介してモータに電力供給を行う電動工具に関する。

従来、商用交流電源から整流子モータに供給された電力により駆動される電動工具、例えばインパクトドライバが知られている。また、近年モータとしてブラシレスモータを使用し、ブラシレスモータの回転数を制御基板に搭載したマイクロコンピュータによって細かく制御可能とする電動工具も例えば下記特許文献１で提案されている。

２０１２−１３９７４７号公報

図６は特許文献１で示した従来の電動工具であって、ハウジング１と、ブラシレスモータ１０と、モータ１０によって回転される打撃機構部２０と、打撃機構部２０に接続される出力部３０とを備えたインパクトドライバを示している（前後及び上下方向を図中に定義した）。

ハウジング１は、モータ１０と、打撃機構部２０と、出力部３０の一部とを収納する胴体部２と、一端が胴体部２に接続しているハンドル部３と、ハンドル部３の他端に形成された収納部４とを有している。ハンドル部３には、トリガ５が設けられており、トリガ５はハンドル部３内に収容されたスイッチ機構６と接続している。トリガ５によって、モータ１０への電力の供給と遮断とを切替えている。

収納部４の下部から電源コード４０が引き出されており、電源コード４０に接続されて交流電力を直流電力に変換する整流回路を搭載した整流回路基板５０が収納部４内に収納されるとともに、モータ１０の回転等を制御する制御回路を搭載した制御回路基板６０も収納部４内に収納されている。電源コード４０と整流回路との間には、チョークコイル４１とコンデンサ４２とからなるノイズフィルタが挿入されており、このノイズフィルタはハンドル部３内に収納されている。

前記制御回路で制御されるインバータ回路は、モータ１０の背後に配置されたインバータ回路基板７０に搭載されている。インバータ回路はモータ１０への通電をオン、オフする例えば６個のスイッチング素子としてのＦＥＴ７１を有し、各ＦＥＴ７１はモータ１０と共に回転するファン１５による空気流で冷却されるようになっている。

図６に示した従来の電動工具では、商用交流電源駆動であってＦＥＴ７１が扱う電力が大きいため、モータ１０の軸方向の背面側に各ＦＥＴ７１を配置するようにしているが、この配置は、モータ１０と共に回転するファン１５による空気流でＦＥＴ７１を冷却するのには好都合であるが、ＦＥＴ７１の配置スペースを確保するためにハウジング１の胴体部２の前後方向長さが大きくなるきらいがある。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、ハウジングの胴体部とは反対側の収納部内に、モータに電力を供給するスイッチング素子を収納することで、モータ等が収納されるハウジングの胴体部における前後方向の長さを短縮可能な電動工具を提供することにある。

本発明のある態様は電動工具である。この電動工具は、
モータと、
前記モータと同軸に設けられ前記モータと共に回転するファンと、
前記モータによって駆動され、先端工具が接続される出力部と、
前記モータを収容する胴体部、一端が前記胴体部に接続するハンドル部、及び前記ハンドル部の他端に設けられる収納部を有するハウジングと、
前記収納部から引き出される電源コードと、を備え、
前記モータに電力を供給するスイッチング素子が前記収納部に収納され、
前記収納部は、前記ハンドル部の他端よりも前側に突出した突出部を有し、
少なくとも一部のスイッチング素子が前記突出部に収納され、
前記突出部に吸気孔となる風窓部を設け、
前記ファンの回転によって発生する空気流は、前記風窓部から前記収納部内に入り、前記収納部内及び前記ハンドル部内を通過し、前記モータに至ることを特徴とする。

前記態様において、前記収納部に制御回路基板が収納され、前記制御回路基板の一方の側に制御回路が搭載されるとともに、他方の側に前記スイッチング素子が搭載されているとよい。

前記態様において、前記制御回路基板の一方の側に前記制御回路と共に押しボタンが搭載されており、前記押しボタンは前記収納部から露出しているとよい。

前記態様において、前記制御回路と前記スイッチング素子とは前記制御回路基板の配線パターンにより電気的に接続されているとよい。

前記態様において、前記電源コードで供給される交流電力を直流電力に変換する整流回路が搭載された整流回路基板が前記収納部に収納されているとよい。

前記態様において、前記風窓部から入った空気流が前記整流回路基板と前記制御回路基板の間を通過するように構成するとよい。

前記態様において、前記ハンドル部内にノイズフィルタを構成するコイル及びコンデンサが収納され、前記風窓部から入った空気流が前記収納部を通過してから前記ハンドル部内の前記コイル及びコンデンサの周囲を通って前記胴体部内の前記モータに至る構成であるとよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明に係る電動工具によれば、モータを収容する胴体部と、一端が前記胴体部に接続するハンドル部と、前記ハンドル部の他端に設けられる収納部とを有するハウジングを用い、前記モータに電力を供給するスイッチング素子を前記収納部に収納することで、前記胴体部の前後方向の長さを短縮可能であり、ひいては狭い場所での作業性を改善可能である。

本発明に係る電動工具の実施の形態であって、インパクトドライバを示す側断面図。 実施の形態におけるハウジング内の空気流を示す側断面図。 実施の形態における制御ブロック図。 実施の形態において、制御回路とインバータ回路とを搭載した配線基板を示す説明図。 他の実施の形態を示す側面図。 従来例を示す側断面図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１乃至図４で本発明に係る電動工具の実施の形態として、インパクトドライバを説明する（図１中に前後及び上下方向を定義した）。このインパクトドライバは、後述するがインバータ回路の配置が図６の従来例とは異なっている。

図１乃至図４に示すように、ハウジング１は、ブラシレスモータ１０と、打撃機構部２０と、出力部３０の一部とを収納する胴体部２と、一端が胴体部２に接続しているハンドル部３と、ハンドル部３の他端に形成された収納部４とを有している。

ブラシレスモータ１０は前後方向に延びる出力軸１１と、出力軸１１に固定され複数の永久磁石を有するロータ１２と、ロータ１２を囲むように配置され複数のステータコイル１３を備えるステータ１４と、出力軸１１に固定された冷却ファン１５とを有する。出力軸１１の両側は軸支（軸受で支持）され、ステータ１４はハウジング１の胴体部２側に固定されている。出力軸１１の回転は遊星歯車機構１６を介して減速されて打撃機構部２０のハンマ２１に与えられる。

打撃機構部２０は、ハンマケース２５内に配されたハンマ２１とこれを前方に付勢するバネ２３を有している。ハンマ２１は前端に衝突部２２を有し、遊星歯車機構１６の出力軸で回転駆動される。出力部３０を構成するアンビル３１は、後端に被衝突部３２を備えている。また、ハンマ２１は、回転した際に衝突部２２が被衝突部３２と回転方向において衝突するように、バネ２３により前方に付勢されている。このような構成により、ハンマ２１が回転した際に、出力部３０のアンビル３１に打撃が与えられることとなる。また、ハンマ２１は、バネの付勢力に反して後方に移動することも可能に構成されており、衝突部２２と被衝突部３２との衝突後、ハンマ２１はバネ２３の付勢力に抗して回転しながら後退する。そして、衝突部２２が被衝突部３２を乗り越えると、バネ２３に蓄えられた弾性エネルギーが解放されてハンマ２１は前方に移動し、再び、衝突部２２と被衝突部３２とが衝突することとなる。

出力部３０を構成するアンビル３１は胴体部２の先端部、つまりハンマケース２５の前端側で回転自在に軸支されており、アンビル３１には、先端工具を着脱自在に装着できる。

ハンドル部３には、トリガ５が設けられており、トリガ５はハンドル部３内に収容されたスイッチ機構６と接続している。トリガ５によって、モータ１０への電力の供給と遮断とを切替えている。

収納部４の下部から電源コード４０が引き出されており、電源コード４０に接続されて交流電力を直流電力に変換する整流回路を搭載した整流回路基板５０と、モータ１０を制御する制御回路及びインバータ回路の両方を搭載した制御回路基板８０が収納部４内に収納される。

図３に示すように、整流回路基板５０に搭載された整流回路は電源コード４０から供給される商用交流電源（ＡＣ１００Ｖ）を全波整流するためのダイオードブリッジ４５と平滑用コンデンサ４６とを備えている。また、ダイオードブリッジ４５の交流入力側にチョークコイル４１とコンデンサ４２とからなるノイズフィルタが挿入されており、このノイズフィルタはハンドル部３内に収納されている。整流回路からの直流出力電圧は、制御回路基板８０に搭載されたマイクロコンピュータ等を含む制御回路８１、及びモータ１０に電力を供給するスイッチング素子としてのＦＥＴ（例えば６個）を有するインバータ回路８５に供給される。

回転検出基板９０は、モータ１０のロータ１２の位置を検出するために３つのホール素子９１が６０°の間隔を隔てて配置されており、この回転検出基板９０は図１に示すモータ１０の背後（モータ１０とファン１５との間）に固定配置されている。各ホール素子９１の回転検出出力は制御回路８１に入力される。また、トリガ５により作動されるスイッチ機構６の出力も制御回路８１に入力されるようになっている。

図４は制御回路基板８０の概略構成であって、両面配線基板８６の上面に制御回路８１が搭載され、下面にインバータ回路８５のスイッチング素子としてのＦＥＴ７１が搭載されている。制御回路８１と、ＦＥＴ７１を含むインバータ回路８５とは両面配線基板８６の配線パターンにより電気的に接続されている。また、図示は省略するが両面配線基板８６の上下面は熱伝導性の良好な絶縁樹脂でモールドされている。制御回路８１は、トリガ５によりスイッチ機構６が作動されたときに、各ホール素子９１によるロータ位置の検出出力に基づいてインバータ回路８５の各ＦＥＴ７１のオン、オフ制御を行い、ロータ１２を所定方向に所定回転速度で回転させる制御を行う。

制御回路基板８０には、図１に示すように、収納部４の上面側に露出する打撃力表示パネル８７が設けられている。打撃力表示パネル８７は、図４に示すように押しボタン８８を有する。押しボタン８８は、例えばモータ回転数を切り替える打撃力切替ボタンや、モータ１０の連続駆動と間欠駆動とを切り替えるモード切替ボタン等である。

図１に示すように、ハウジング１の収納部４における配置は、下から順に電源コード４０の引出口４８、整流回路基板５０、制御回路基板８０の順序であり、整流回路基板５０と制御回路基板８０との間には放熱用の空気流通路となる隙間が設けられている。ＦＥＴ７１は整流回路基板５０に対向する（つまり空気流通路に対面する）配置である。ハンドル部３の他端よりも前側に突出した収納部４の前方には、多数の吸気孔を形成した風窓部７が設けられている。図示は省略するが、胴体部２の後部には多数の排気孔を形成した風窓部が設けられており、図２中の太線矢印のようにファン１５が回転すると、風窓部７から収納部４内に入った空気流は、整流回路基板５０の周囲及び整流回路基板５０と制御回路基板８０間の隙間を通過し、ノイズフィルタを構成しているチョークコイル４１及びコンデンサ４２の周囲を通りながらハンドル部３内を通過し、さらにモータ１０のロータ１２、ステータ１４間を通って、胴体部２の後部の風窓部から外部に排出される。風窓部７を収納部４の前方に設けることで、整流回路基板５０及び制御回路基板８０に搭載したＦＥＴ７１を効果的に冷却できる。また、ハンドル部３内を空気流が通るため、チョークコイル４１及びコンデンサ４２の冷却も可能となる。

次に、インパクトドライバとしての全体動作について説明する。電源コード４０を図示せぬ商用交流電源と接続することにより、制御回路８１に駆動用電源が供給されて、打撃力表示パネル８７が点灯する。この状態で作業者がトリガ５を引くと、その引き代に応じた回転数でモータ１０が回転する。これと同時に冷却ファン１５も回転して、風窓部７から外気を取込む。この外気は、前述した図２の経路で整流回路基板５０、ＦＥＴ７１を含む制御回路基板８０、モータ１０を冷却して胴体部２後部から外部に排出される。モータ１０が回転することによって、打撃機構部２０のハンマ２１が出力部３０のアンビル３１を打撃し、これで保持される先端工具が回転する。作業者がトリガ５を離すことによりモータ１０は停止する。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) モータ１０を収容する胴体部２と、一端が胴体部２に接続するハンドル部３と、ハンドル部３の他端に設けられる収納部４とを有するハウジング１を用い、モータ１０に電力を供給するスイッチング素子としてのＦＥＴ７１を収納部４に収納することで、胴体部２の前後方向の長さを短縮可能であり、ひいては狭い場所での作業性を改善可能である。

(2) 収納部４に制御回路基板８０が収納され、制御回路基板８０の一方の側に制御回路８１が搭載されるとともに、他方の側にＦＥＴ７１が搭載されているので、制御回路基板８０の基板面積を大きくすることがない。商用交流電源を使用する電動工具の場合、電池駆動のものに比べて使用電力が大きく、ＦＥＴ７１の形状も大形化するが、制御回路８１とは反対側の基板面を利用してＦＥＴ７１を搭載することで、省スペース化が図れる。

(3) 電源コード４０で供給される交流電力を直流電力に変換する整流回路が搭載された整流回路基板５０が収納部４に収納されると共に、収納部４の一部（前方）に吸気孔となる風窓部７が設けられており、風窓部７から入った空気流が整流回路基板５０と制御回路基板８０の間を通過する構成であり、制御回路基板８０に搭載されたＦＥＴ７１の冷却を効果的に行うことができる。また、図２に示すように、空気流は収納部４内を前方から後方に向かって流れてから、ハンドル部３内を下から上に向けて流れ、ノイズフィルタを構成するチョークコイル４１及びコンデンサ４２も冷却することができる。さらに、ハンドル部３内を通過した空気流は胴体部２内のモータ１０のロータ１２、ステータ１４間を前側から後方に向けて通過してモータ１０を冷却する。図２のように、空気流は略Ｚ字状に蛇行してハウジング１内を通ることで、広範囲の部品を冷却することができる。

(4) 従来の場合、制御回路基板とは別にインバータ回路基板をモータ背後に配置していたため、制御回路基板とインバータ回路基板間の多数の配線がスペースに余裕のないハンドル部３内を通ることになるため、ハンドル部３を把持しやすいように小径化するには不利であったが、本実施の形態では、制御回路８１とＦＥＴ７１を含むインバータ回路８５とは制御回路基板８０の配線パターンにより電気的に接続されるため、ハンドル部３内を通る配線を少なくできる。

図５は本発明の他の実施の形態を示す。この場合、多数の吸気孔を形成した風窓部７の配置が異なっている。つまり、ハウジング１の収納部４の側面に風窓部７を設けている。その他の構成は図１等に示した実施の形態と同様でよい。

図５の場合にも、風窓部７から収納部４内に入った空気流が、整流回路基板の周辺を冷却しつつ、整流回路基板と制御回路基板の間を通過して制御回路基板に搭載されたＦＥＴを冷却可能である。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

図１の実施の形態では、風窓部７を収納部４の前方に、図５に示す他の実施の形態では風窓部７を収納部４の側面に設けたが、収納部４の前方及び側面の両方に風窓部７を設ける構成も可能である。

各実施の形態では、電動工具としてインパクトドライバを例示したが、本発明は、モータを搭載し交流電源によって駆動される電動工具であれば、インパクトドライバに限定されるものではない。例えば、クラッチを有するドライバドリル、往復打撃機構を有するハンマドリル、油圧の打撃機構部を有するオイルパルスドライバなどであってもよい。

１ ハウジング
２ 胴体部
３ ハンドル部
４ 収納部
５ トリガ
６ スイッチ機構
７ 風窓部
１０ ブラシレスモータ
１５ ファン
２０ 打撃機構部
３０ 出力部
４０ 電源コード
５０ 整流回路基板
６０，８０ 制御回路基板
７０ インバータ回路基板
７１ ＦＥＴ
８１ 制御回路
８５ インバータ回路
８６ 両面配線基板
８７ 打撃力表示パネル
９０ 回転検出基板
９１ ホール素子

Claims (7)

1. モータと、
   前記モータと同軸に設けられ前記モータと共に回転するファンと、
   前記モータによって駆動され、先端工具が接続される出力部と、
   前記モータを収容する胴体部、一端が前記胴体部に接続するハンドル部、及び前記ハンドル部の他端に設けられる収納部を有するハウジングと、
   前記収納部から引き出される電源コードと、を備え、
   前記モータに電力を供給するスイッチング素子が前記収納部に収納され、
   前記収納部は、前記ハンドル部の他端よりも前側に突出した突出部を有し、
   少なくとも一部のスイッチング素子が前記突出部に収納され、
   前記突出部に吸気孔となる風窓部を設け、
   前記ファンの回転によって発生する空気流は、前記風窓部から前記収納部内に入り、前記収納部内及び前記ハンドル部内を通過し、前記モータに至ることを特徴とする電動工具。
2. 前記収納部に制御回路基板が収納され、前記制御回路基板の一方の側に制御回路が搭載されるとともに、他方の側に前記スイッチング素子が搭載されていることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
3. 前記制御回路基板の一方の側に前記制御回路と共に押しボタンが搭載されており、前記押しボタンは前記収納部から露出していることを特徴とする請求項２に記載の電動工具。
4. 前記制御回路と前記スイッチング素子とは前記制御回路基板の配線パターンにより電気的に接続されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の電動工具。
5. 前記電源コードで供給される交流電力を直流電力に変換する整流回路が搭載された整流回路基板が前記収納部に収納されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電動工具。
6. 前記風窓部から入った空気流が前記整流回路基板と前記制御回路基板の間を通過することを特徴とする請求項５に記載の電動工具。
7. 前記ハンドル部内にノイズフィルタを構成するコイル及びコンデンサが収納され、
   前記風窓部から入った空気流が前記収納部を通過してから前記ハンドル部内の前記コイル及びコンデンサの周囲を通って前記胴体部内の前記モータに至ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電動工具。

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