JP2007216335A - 電動工具の防塵構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 粉塵の多い環境で用いられることが多いハンマードリル等の電動工具の場合、工具本体内に吸気されたモータ冷却風に粉塵が混入しやすく、この粉塵がカーボンブラシとブラシ金具との間に侵入するとカーボンブラシの摺動性が損なわれる問題がある。本発明では、カーボンブラシの摺動性を長期間にわたって維持できる防塵構造を提供することを目的とする。
【解決手段】 冷却ファン１３の風上に配置した冷却風案内部材１４に内周側周壁部１４ｄを設けて、ブラシホルダ２０の内周側の通風路Ｂと外周側の防塵領域Ｄを気密に区画し、この防塵領域Ｄ内にブラシ金具２２の挿入側を位置させてカーボンブラシ２１との間に粉塵が噛み込まれることを防止する構成とする。
【選択図】 図３

Description

この発明は、電動工具の主としてカーボンブラシ周辺の防塵構造に関する。

例えば、ハンマドリル等であって、多くの場合粉塵雰囲気の中で使用される電動工具の場合、工具本体に吸入したモータ冷却用の空気中に粉塵が混入しやすく、これがカーボンブラシと整流子との間に噛み込まれると、これらが損傷して電動モータの耐久性を著しく損なう。従来、この問題を解消するために例えば特開２０００−１１７６３４号公報に開示された技術があった。この技術によれば、ファンの遠心力を利用して粒の大きな粉塵を整流子付近から遠ざけることによりこれらの損傷を防止することができる。
特開２０００−１１７６３４号公報 特開２００２−２５４３３７号公報

しかしながら、上記の問題とは別に、工具本体内に流入した粉塵が例えばカーボンブラシとこれを摺動可能に保持する金具との間に侵入すると、通常ばねによって整流子側に押し付けられているカーボンブラシのスムーズな動き（摺動性）が阻害される結果、カーボンブラシと整流子との間に僅かな隙間が発生しやすくなり、これが電動モータの動作不良を招く原因となる。
本発明は上記従来の問題に鑑みてなされたもので、工具本体内に流入した粉塵に対してカーボンブラシの良好な摺動性を従来よりも長期間にわたって維持することができる防塵構造を提供することを目的とする。

このため、本発明は、特許請求の範囲の各請求項に記載した防塵構造とした。
請求項１記載の防塵構造によれば、ブラシホルダの内周側が通風路とされ、この通風路に対してブラシホルダの外周側が区画されてカーボンブラシ及びブラシ金具のブラシホルダ外周側に位置する部分（カーボンブラシ挿入側）が通風路ひいては冷却風から遮断されている。このため、カーボンブラシの整流子に対する摺接部は通風路を通過する冷却風によって冷却されて当該電動モータの良好な動作が確保される。これに対して、カーボンブラシ及びブラシ金具のブラシホルダ外周側の部分は冷却風から遮断されるため、カーボンブラシとブラシ金具との間に粉塵が侵入若しくは噛み込まれることを防止でき、これによりカーボンブラシのブラシ金具に対する摺動性を長期間にわたって維持して電動モータの良好な動作状態を維持することができる。
請求項２記載の防塵構造によれば、冷却ファンが回転すると冷却風案内部材（いわゆるバッフルプレート）により負圧領域が発生し、これにより工具本体内に冷却風が強制的に吸入される。吸入された冷却風が工具本体内の通風路を流れることにより整流子に対するカーボンブラシの摺接部分が冷却される。このことから、請求項２記載の防塵構造によれば、冷却風案内部材によって冷却風を強制的かつ効率よく通風路内へ案内することができ、これによりブラシホルダ外周側の防塵を一層効率よく行うことができる。
また、いわゆるバッフルプレートと称される冷却風案内部材に区画壁を設ける構成であることから、当該防塵構造をコンパクトに構成することができ、かつ部品点数を増やす必要もない。
請求項３記載の防塵構造によれば、冷却風案内部材をモータ軸回り（回転子軸回り）に回転操作するだけで、カーボンブラシの後方を開放してその交換作業を行うことができ、またカーボンブラシの後方を遮蔽してその防塵効果を高めた状態に切り換えることができる。従って、カーボンブラシのメンテナンス性（交換時等の作業性）を確保しつつ、当該カーボンブラシとブラシ金具に対する高い防塵性を確保することができる。

次に、本発明の実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。図１は、例えばコンクリート製の壁部に孔あけ作業をする場合等に用いられるハンマドリルであって、粉塵の多い雰囲気中でよく用いられる電動工具１の工具本体２を示している。この工具本体２には、当該電動工具１の駆動源としての電動モータ１０が内蔵されている。図１では、この電動モータ１０の出力軸１０ａが工具本体２の上部から突き出された状態が示されている。図１では省略されているが、電動モータ１０の出力軸１０ａは減速用の歯車列を介してスピンドルが接続されている。スピンドルの先端にはドリルビット等の先端工具が装着される。これらについては、詳細な説明を省略し、また図示を省略する。本実施形態は、工具本体２に内蔵された電動モータ１０の主としてカーボンブラシ周辺の防塵構造に特徴を有している。図２及び図３は、工具本体２の内部構造を示している。
工具本体２は概ね円筒形状の本体ケース３を備えている。この本体ケース３の前部（図１〜図３において上部）には、図示省略したフロントケースが取り付けられる。このフロントケース内に上記減速歯車列が内蔵され、またスピンドルが回転自在に支持されている。
本体ケース３の後部（図１〜図３において下部）には内筒部３ａが設けられている。この内筒部３ａを内側に収容する状態で、当該本体ケース３の後部はケース蓋４によって閉じられる。このケース蓋４は、簡単な操作で本体ケース３から取り外し、また装着することができる。主としてカーボンブラシ２１，２１の交換作業等のメンテナンスは、このケース蓋４を取り外すことによりなされる。

電動モータ１０の回転子軸１１は、軸受け５，６を介して本体ケース３に対して回転自在に支持されている。この回転子軸１１の上端部が当該電動モータ１０の出力軸１０ａとなる。図３において下側の軸受け６の近傍であって、本体ケース３の内筒部３ａの内周側に整流子（コンミテータ）１２が位置している。この整流子１２の周囲にブラシホルダ２０が配置され、このブラシホルダ２０の周方向二等分位置にカーボンブラシ２１，２１が装着されている。
図６には、ブラシホルダ２０が単体で示されている。ブラシホルダ２０は、概ね円筒形状の円筒部２０ａと、その上端部から側方へ張り出す前側フランジ部２０ｂと、円筒部２０ａの下端部から側方へ張り出す後側フランジ部２０ｃ，２０ｃを備えている。円筒部２０ａの内周側に整流子１２が位置している。前側フランジ部２０ｂは後側フランジ部２０ｃよりも張り出し寸法が大きくなっている。この前側フランジ部２０ｂを内筒部３ａの底部に当接させた状態で、当該ブラシホルダ２０が本体ケース３に固定されている。
ブラシホルダ２０の円筒部２０ａに、断面矩形の筒形をなす２つのブラシ金具２２，２２が相互に整流子１２を間にして対向する位置（周方向二等分位置）に保持されている。この２つのブラシ金具２２，２２の内側にそれぞれ断面矩形の角柱体をなすカーボンブラシ２１が収容されている。両カーボンブラシ２１，２１は、それぞれ整流子１２に対して接近、離間可能な状態でブラシ金具２２に収容されており、その先端部は整流子１２の周面に接触している。また、両カーボンブラシ２１，２１は、それぞれ渦巻きばね２３により整流子１２に接近する方向に押されている。以上の点は、従来公知の構成と同様で足り、本実施形態において特に変更を要しない。

次に、回転子軸１１の後端部には、冷却ファン１３が取り付けられている。また、上記ケース蓋４の後面には、工具本体２内に吸気された冷却風を排気するための排気窓４ａ〜４ａが設けられている。電動モータ１０が起動して回転子軸１１が回転すると、冷却ファン１３が回転し、これにより工具本体２（本体ケース３）の前部に設けた吸気窓（図示省略）を経て内部に外気（冷却風）が吸気される。吸気された冷却風は、本体ケース３内を前部から後部に向かって（図３において上側から下側に向かって）流れ、最終的に上記排気窓４ａ〜４ａを経て外部に排気される。
冷却ファン１３の風上（図３において上側）には、いわゆるバッフルプレートと称される冷却風案内部材１４が当該冷却ファン１３を風上側で覆うような状態で配置されている。図７には、この冷却風案内部材１４が単体で示されている。図示するようにこの冷却風案内部材１４は、円形の案内円板部１４ａを主体とするもので、その中心に通風孔１４ｂを備えている。案内円板部１４ａは風上側（図示上側）に緩やかに膨らむ方向に湾曲する椀形状を有している。この案内円板部１４ａが冷却ファン１３の風上側を覆う状態に配置されることにより、冷却ファン１３の回転に伴って当該案内円板部１４ａの風下側直下（下面側）に負圧領域が発生する。この負圧領域の発生により、工具本体２の前部から通風孔１４ｂに向かう冷却風の強制的な流れが発生する。
案内円板部１４ａの背面側（図２，３、図７において上面側）には、外周側周壁部１４ｃと内周側周壁部１４ｄが設けられている。外周側周壁部１４ｃは、案内円板部１４ａの外周に沿って設けられ、内周側周壁部１４ｄは、案内円板部１４ａの内周（通風孔１４ｂ）に沿って設けられている。外周側周壁部１４ｃの前側（図３において上方）への張り出し寸法は内周側周壁部１４ｄの前側への張り出し寸法よりも大きくなっている。また、外周側周壁部１４ｃの外径は、本体ケース３の内筒部３ａの内径に対してがたつきなく摺接される寸法に設定されている。外周側周壁部１４ｃを内筒部３ａの内周側にがたつきなく挿入し、案内円板部１４ａにより当該内筒部３ａを塞ぐ状態で、当該冷却風案内部材１４が内筒部３ａに装着されている。このため、冷却風案内部材１４は内筒部３ａに対して脱着可能かつ装着した状態では当該内筒部３ａの内周面に沿って（回転子軸１１回りに）回転可能となっている。

冷却風案内部材１４を内筒部３ａに装着した状態では、その外周側周壁部１４ｃの先端部（図において上端部）が本体ケース３の後面（内筒部３ａの底部）にほぼ当接した状態となる。また、冷却風案内部材１４を内筒部３ａに装着した状態では、その内周側周壁部１４ｄの先端部がブラシホルダ２０の円筒部２０ａの下端部及び両後側フランジ部２０ｃ，２０ｃの周囲に沿って当接された状態となる。
内周側周壁部１４ｄの先端部がブラシホルダ２０の円筒部２０ａの下端部及び両後側フランジ部２０ｃ，２０ｃの周囲に沿って当接されることにより、案内円板部１４ａの下面側と本体ケース３の内側がブラシホルダ２０の円筒部２０ａの内周側（通風路Ｂ）を経て連通され、この通風路Ｂに対して、ブラシホルダ２０の円筒部２０ａの外周側がほぼ気密に区画されている。以下、円筒部２０ａの外周側であって、案内円板部１４ａとその内周側周壁部１４ｄにより通風路Ｂから気密に区画された領域を防塵領域Ｄという。このことから、この内周側周壁部１４ｄが特許請求の範囲に記載した区画壁の一例に相当する。
両ブラシ金具２２，２２の、内筒部２０ａの外周側に突き出す範囲（ブラシ挿入側）は、通風路Ｂからほぼ気密に区画された防塵領域Ｄ内に位置している。このため、本体ケース３内に吸気された冷却風はこの防塵領域Ｄ内に吹き込まれず、従ってこれに混入する粉塵がブラシ金具２２，２２の挿入側とカーボンブラシ２１，２１との間に侵入すること（粉塵の噛み込み）が防止される。

次に、図７に示すように冷却風案内部材１４の外周側周壁部１４ｃには、２つ窓部１４ｅ，１４ｅが設けられている。この２つの窓部１４ｅ，１４ｅは、カーボンブラシ２１，２１に対応して外周側周壁部１４ｃの周方向二等分位置（対向する位置）に設けられている。本実施形態の場合２つの窓部１４ｅ，１４ｅは、当該外周側周壁部１４ｃの上端部から矩形に切り込み形成されている。
この冷却風案内部材１４を回転子軸１１回りに回転させることにより、２つの窓部１４ｅ，１４ｅをそれぞれカーボンブラシ２１の後方に位置させて当該カーボンブラシ２１の後方（ブラシ金具２２の挿入側）を本体ケース３の外部に対して開放する状態と、この開放位置から周方向にずれて当該カーボンブラシ２１の後方を遮蔽する状態とに切り換えることができる。図４は、カーボンブラシ２１，２１の後方が外周側周壁部１４ｃにより遮蔽された状態を示し、図５は外周側周壁部１４の窓部１４ｅにより開放された状態を示している。
また、本体ケース３の内筒部３ａにも、カーボンブラシ２１，２１に対応して当該内筒部３ａの周方向二等分位置に窓部３ｂ，３ｂが設けられている。両窓部３ｂ，３ｂは、それぞれカーボンブラシ２１の後方に固定されている。

以上のように構成した本実施形態の防塵構造によれば、ブラシ金具２２，２２のブラシ挿入側が通風路Ｂから気密に区画された防塵領域Ｄ内に位置しているため、カーボンブラシ２１とブラシ金具２２との間に粉塵が侵入若しくは噛み込まれることが防止され、これによりカーボンブラシ２１のブラシ金具２２に対する摺動性を長期間にわたって維持することができ、ひいては当該電動モータ１０の良好な動作状態を維持することができる。
また、冷却風案内部材１４に一体に設けた内周側周壁部１４ｄにより、防塵領域Ｄを通風路Ｂから気密に区画する構成であるので、部品点数を増やすことなくコンパクトな構成で上記の作用効果を得ることができる。
さらに、図５に示すようにケース蓋４を取り外した状態で、冷却風案内部材１４を回転子軸１１回りに回転させて、窓部１４ｅ，１４ｅをそれぞれ本体ケース３の窓部３ｂ，３ｂに位置合わせすることにより、２つのカーボンブラシ２１，２１の後方を一度に開放することができるので、当該カーボンブラシ２１，２１の防塵性を確保しつつその交換作業等のメンテナンス作業性を高めることができる。
逆に、図４に示すようにケース蓋４を取り外した状態で、冷却風案内部材１４を回転子軸１１回りに回転させて窓部１４ｅ，１４ｅをそれぞれ本体ケース３の窓部３ｂに対して周方向にずらした状態とすることによりカーボンブラシ２１の後方を外周側周壁部１４ｃで遮蔽（窓部３ｂ，３ｂを閉止）することができ、この点でカーボンブラシ２１，２１の防塵性を一層確実に確保することができる。

以上説明した実施形態には種々変更を加えることができる。例えば、電動工具の一例としてハンマドリルを例示したが、防塵カッターやグラインダ等の主として石工用の電動工具に広く適用することができる。また、粉塵の少ない環境で用いることが多い電動工具にも適用できることは言うまでもない。
回転子軸１１の後端部に冷却ファン１３を取り付けて工具本体２の前部から後部に至る冷却風の流れを例示したが、これとは逆に回転子軸１１の前部に冷却ファンを取り付けて工具本体の後部から前部に至る冷却風の流れを発生させる形態の電動工具にも適用することができる。また、冷却ファンの風上側に配置するいわゆるバッフルプレートに内周側周壁部と外周側周壁部を一体に設ける構成を例示したが、これとは別に、排気窓４ａ〜４ａの風上側に通風孔を有する冷却風案内部材を配置し、この冷却風案内部材に一体に若しくは別体で内周側周壁部及びこれに加えて外周側周壁部を設ける構成としてもよく、係る構成によっても同様の作用効果を得ることができる。
さらに、冷却風案内部材１４を回転子軸１１回りに回転させることによりメンテナンス用の窓部３ｂ，３ｂを開閉する構成を例示したが、冷却風案内部材を回転子軸１１に沿って移動させることにより開閉する構成としてもよい。また、冷却風案内部材１４の窓部１４ｅ及び内筒部３ａの窓部３ｂは、円形その他の形状であってもよい。

電動工具の工具本体の側面図である。本図において、工具本体の先端側に具備されるスピンドル、チャック及びドリル等の先端工具は省略されている。 工具本体の主としてブラシホルダ周辺の分解側面図である。 工具本体の内部構造を示す縦断面図である。 工具本体の側面図である。本図は、内筒部の窓部が閉じられた状態を示している。 工具本体の側面図である。本図は、内筒部の窓部が開放された状態を示している。 ブラシホルダ単体の斜視図である。本図は、ブラシホルダを斜め後方（図２中矢印（６）方向）から見た状態を示している。 冷却風案内部材単体の斜視図である。本図は、冷却風案内部材を斜め前方（図２中矢印（７）方向）から見た状態を示している。

符号の説明

１…電動工具
２…工具本体
３…本体ケース、３ａ…内筒部、３ｂ…窓部
４…ケース蓋、４ａ…排気窓
５，６…軸受け
１０…電動モータ、１０ａ…出力軸
１２…整流子
１３…冷却ファン
１４…冷却風案内部材
１４ａ…案内円板部、１４ｂ…通風孔、１４ｃ…外周側周壁部、１４ｄ…内周側周壁部
１４ｅ…窓部
２０…ブラシホルダ
２０ａ…円筒部、２０ｂ…前側フランジ部、２０ｃ…後側フランジ部
２１…カーボンブラシ
２２…ブラシ金具
２３…渦巻きばね
Ｂ…通風路
Ｄ…防塵領域

Claims (3)

1. 電動モータを内蔵した工具本体に前記電動モータを冷却するための冷却風が流入される電動工具の防塵構造であって、前記電動モータの整流子を内周側に収容する円筒形状のブラシホルダが配置され、該ブラシホルダに設けたブラシ金具を介してカーボンブラシが前記ブラシホルダを貫通した状態で摺動可能に支持されてその先端が前記整流子に摺接されており、該ブラシホルダの内周側を前記冷却風が流れる通風路とする一方、該ブラシホルダの外周側を前記通風路から気密に区画した防塵領域として、該防塵領域内に前記カーボンブラシの後部側及び前記ブラシ金具の挿入側を位置させる構成とした防塵構造。
2. 請求項１記載の防塵構造であって、前記ブラシホルダの風下側に冷却風流入用の冷却ファンが配置され、該冷却ファンと前記ブラシホルダとの間に、該冷却ファンの回転に伴い負圧領域を発生させるための冷却風案内部材が配置され、該冷却風案内部材に前記通風路と前記防塵領域を気密に区画するための区画壁を設けた防塵構造。
3. 請求項２記載の防塵構造であって、前記冷却風案内部材に前記防塵領域の外周側を遮蔽する外周側周壁部を設け、該外周側周壁部に窓部を設け、前記冷却風案内部材を前記電動モータの回転子軸回りに回転させて、前記窓部を前記カーボンブラシの後方を開放する位置と遮蔽する位置との間で変位可能な構成とした防塵構造。
   

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