JP2009012153A - ドライバドリル - Google Patents

Abstract

【課題】ドライバドリル工具において、低速域から高速域まで広範囲にわたってモータの回転数制御を可能にして作業性または操作性を向上させる。またモータに冷却構造および防塵構造を設置して工具の長寿命化を図る。さらに軽量化とハンドルハウジング部を把持し易い構造として作業性を改善する。
【解決手段】
ドライバドリル７０は、ブラシレス直流モータ１で構成し、ＰＷＭ変調駆動信号によってインバータ回路部２を駆動することにより、ブラシレス直流モータ１の広範囲の回転数制御を可能とし、かつ空気流通路２３による冷却構造１ｃ１およびロータ１ａの防塵構造２２を実現し、工具の長寿命化を図る。また、モータ１の駆動電源である電池パック４にリチウムイオン電池を用いて電池パック４およびハンドルハウジング部２０ｂの構造を軽量小形にして工具の操作性または作業性を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動ドライバドリルに関し、特に、電動モータの回転数を広範囲に制御可能にして操作性に優れたコードレスタイプのドライバドリルに関する。

ドライバドリルは、穴あけを行うドリル、または木工作業等のネジ締めの負荷トルクに対応する締付けを行うドライバを先端工具として使用できる電動工具である。一般に、ドライバドリルは、ドライバの回転トルクを細かく調整できるように、装着されるモータの回転出力には幅広い回転速度の制御が要求され、またドリルでの高速回転による穴あけを可能とするためにモータには高速度回転が要求される。さらにコードレスで携帯用として操作性または作業性を向上させるために、工具の軽量化または小型化が要求される。

図８は、従来のコードレスタイプのドライバドリルの一例を示す。ドライバドリル６０は、胴体ハウジング部２０ａ内にモータ５０が収納されており、モータ５０の駆動力を伝達する動力伝達部４０により、スピンドル（出力軸）４６に装着されたチャック４３に保持されるドライバまたはドリルの先端工具（図示なし）に回転力を与える。

胴体ハウジング部２０ａにはハンドルハウジング部２０ｂが連結されており、ハンドルハウジング部２０ｂの下端部にはモータ５０の駆動電源である二次電池から構成された電池パック５６が着脱自在に装着されている。一方、ハンドルハウジング部２０ｂ内には電池パック５６からモータ５０への電力供給を制御するスイッチ回路部５３が収納されている。スイッチ回路部５３には、トリガスイッチ５３ａのトリガ操作量（トリガ押込量）によりモータ５０の回転数を制御する制御回路部が組み込まれている。スイッチ回路部５３の上部には、モータ３の回転方向を、正方向または逆方向に切換えるための回転切換スイッチ５４が設けられている。

動力伝達部４０には、ドライバモードまたはドリルモードへの切換え、およびドライバモードにおける締付力（回転トルク）の切換えを行うためのクラッチダイヤル４３を含んでいる。さらに、モータ５０の回転出力を、減速機構部４１の歯車の噛合いを切換えることによって、低速域または高速域に変速させるためのシフトノブ５５が設けられている。

以上のように構成したドライバドリル６０を作業者が用いる場合、最初に、チャック４３に所望の先端工具（例えば、ドライバビット）を取り付け、かつクラッチダイヤル４２を所望の回転トルクを得るようにセットする。次に、ハンドルハウジング部２０ｂを握りスイッチ回路部５３のトリガスイッチ５３ａを操作して、電池パック５６からモータ５０への電力の供給を制御する。これにより、モータ５０を駆動制御し、モータ５０の駆動力を、動力伝達部４０を介してチャック４３に保持されたドライバに回転力として伝達し、ネジ締め等を行う。

かかる従来のドライバドリル６０において、モータ５０は、巻線５０ｂを有するロータ（アーマチュア）５０ａと、巻線５０ｂに電流を供給するコンミテータ（整流子）５０ｄと、コンミテータ５０ｄに電気的接触するブラシ５０ｅと、ステータ５０ｃとを具備するブラシ付直流モータ（整流子モータ）により構成された。また、電池パック５６の二次電池には、重量のあるニッケルカドミウム電池またはニッケル水素電池が使用された。

しかし、上記した従来のドライバドリル６０では、ブラシ付直流モータ５０が高速回転するため、低速域から高速域までの広範囲にわたる連続的な速度制御が困難となる。このためモータ出力部に結合される減速機構部４１において歯車の噛合いを切換えて低速域または高速域に変速させるためのシフトノブ５５を設けることが行われているが、シフトノブ５５によって設定される低速域から高速域までを連続的に制御することが困難であるという問題点があった。

また、ブラシ付直流モータ５０に過負荷もしくは拘束域まで負荷が加わると、ブラシ付直流モータ５０のブラシの摺動抵抗損および電圧降下損に基づくモータの出力効率低下によって工具使用時に過度な発熱を引き起こし、モータ巻線（ロータ巻線）５０ｂにおける温度上昇に基づく更なる効率低下を起こすという問題があった。この場合、ブラシ付直流モータ５０の温度上昇によるモータ巻線５０ｂの焼損を防止するために、工具の使用を一時中断してモータの発熱を中止し、冷却させる必要があった。このため作業効率が低下するという問題もあった。

さらに、高速で回転するブラシ付直流モータ５０では、整流子５０ｄと摺動するブラシ５０ｅによって発生するノイズに基づいてラジオ受信機、テレビ受像機に対する受信妨害または受像妨害が発生し易いという問題がある。

また、工具使用時の振動によるモータブラシの異常磨耗等に対するブラシの取替え等のメンテナンスが要求され、かつロータ５０ａに粉塵が侵入し、モータ５０が短絡事故や破損事故を起こすという問題もあった。

さらに、従来のドライバドリル６０では、駆動電源５６として重量のあるニッケルカドミウム電池またはニッケル水素電池が使用されているため、工具全体の質量が重くなって、長時間作業を行う電動工具として作業性が低下し、また大型の電池パック５６の一部がハンドルハウジング部２０ｂ内に収納されるので、ハンドルハウジング部２０ｂの外形形状の設計が制約されるという問題があった。

従って、本発明の一つの目的は、ドライバまたはドリルの先端工具を駆動するモータ部の回転出力を低速域から高速域まで広範囲にわたって回転数制御することを可能とし、先端工具における所望の回転トルクを設定可能にしたコードレスタイプのドライバドリルを提供することにある。

本発明の他の目的は、ドライバドリル工具本体の重量低下を図り、操作性または作業性の向上を図ったコードレスタイプのドライバドリルを提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、モータ部の発熱に対する冷却構造およびモータ部への粉塵の侵入を防止した防塵構造を具備し、長寿命化を図ったコードレスタイプのドライバドリルを提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、トリガスイッチの押込量に基づくモータの回転数制御を可能にしたブラシレス直流モータを具備するコードレスタイプのドライバドリルを提供することにある。

上記本発明の目的を達成するために、本願において開示される発明のうち、代表的なものの特徴を説明すれば、次のとおりである。

本発明の一つの特徴によれば、ハウジング部と、前記ハウジング部内に装着されたモータ部と、ドライバビットまたはドリルを着脱自在に取付ける先端工具取付部と、前記モータ部の回転出力を前記先端工具取付部へ駆動力として伝達する動力伝達部と、前記モータ部を制御する制御回路部と、前記モータ部および前記制御回路部に給電する二次電池からなる駆動電源部とを具備するドライバドリルにおいて、前記モータ部は、ティース状ヨークに巻回された巻線を有するステータと、前記ステータの内周側に配置された永久磁石を有するロータとからなるブラシレス直流モータにより構成され、前記駆動電源は、リチウムイオン二次電池から構成される。

本発明の他の特徴によれば、前記ブラシレス直流モータは、ロータの永久磁石がロータの内部に埋め込まれた内部磁石配置形である。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記ブラシレス直流モータの前記ステータの前記ヨークは、磁性体材料からなる焼結体により形成されている。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記ステータは、前記コアの外周部がモータ回転軸方向に突出する外周フィンを有する。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記ステータは、前記コアのティース状内周部がモータ回転軸方向に突出する内周フィンを有する。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記ブラシレス直流モータは、モータ回転軸方向における前記ステータの開口端部において、前記ロータへの粉塵の侵入を抑制する防塵用部材を有する。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記ブラシレス直流モータの前記ステータの外周面と前記ハウジングの内周面の間に、前記ステータの冷却用気体の流通路を形成する。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記動力伝達部は、前記ブラシレス直流モータの回転数を減速させるための減速機構部と、前記減速機構部の回転出力トルクを前記先端工具取付部の負荷に対して調整するためのトルク調整ダイヤルとを具備する。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記減速機構部は、該減速機構部の出力回転数を段階的に切換えるためのシフトノブを有する。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記モータ部は、ブリッジ接続された複数のスイッチング素子から構成されて前記駆動電源から給電される直流電圧をスイッチングして前記ブラシレス直流モータのステータ巻線へ電力を供給するインバータ回路部と、前記複数のスイッチング素子をパルス幅変調信号で駆動するインバータ駆動部と、トリガ操作のトリガ押込量により前記ブラシレス直流モータの回転数を制御するためのトリガスイッチ部とを具備し、前記制御回路部は、前記トリガスイッチ部の前記トリガ押込量に応答して前記複数のスイッチング素子を駆動する前記パルス幅変調信号のデューティ比を可変させることによって、前記ブラシレス直流モータの回転数を制御する。

上記した本発明の特徴によれば、モータ部にブラシレス直流モータを用いることにより、回転数の制御可能領域を広範囲とし、先端工具の負荷トルクに対応する回転数で動作可能なドライバドリルを得ることができる。特に、モータの回転出力を変速するギア切換機構（シフトノブ）を不要とすることもできる。

また、上記本発明の他の特徴によれば、ブラシレス直流モータのインバータをＰＷＭ制御により駆動するので、トリガスイッチのトリガ操作量による回転数制御が容易となる。

さらに、上記本発明の特徴によれば、ブラシレス直流モータを用いることにより、従来のブラシ付直流モータで問題とされたブラシの交換を不要とし、かつ振動の影響によるロータ巻線の断線を回避できる。さらに、先端工具による切削屑等の塵埃の侵入を防止できる防塵構造と、ステータ巻線部の発熱を冷却する冷却構造とを形成することができるので、ドライバドリルの長寿命化が可能となる。特に、本発明に従ってステータのヨークを焼結体で形成する場合、冷却フィンはステータと一体に焼結体として形成できるので、ステータの冷却フィンはステータ巻線からの発熱に対して顕著な冷却効果を奏することができる。

さらにまた、上記本発明の特徴によれば、従来のブラシ付直流モータで問題とされたブラシからのノイズの発生も低減することが可能となり、かつモータ回転出力の効率向上による消費電力の低減が可能となる。従って、電池パックの二次電池の寿命（放電時間）を長くすることができる。

さらにまた、上記した本発明の特徴によれば、モータの駆動電源としてリチウムイオン電池を用いるので、重量のあるニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池を使用する従来のコードレスタイプのドライバドリルに比較して、工具本体の軽量化が可能となり、長時間作業による疲労を軽減することができ、かつ電池パックが小形になるので、ハンドルハウジング部の外形形状を把持し易い形状に変更できる。これにより作業性または操作性を向上させることができる。

さらにまた、上記本発明の特徴によれば、ブラシレス直流モータのマグネットロータの磁石配置を内部磁石配置形とすることにより、ロータの遠心力または工具使用時の振動によるロータ磁石の破損もしくは飛散を防止することが可能となる。

本発明の上記および他の目的、ならびに本発明の上記および他の新規な特徴は、本明細書の以下の記述および添付図面から更に明らかにされるであろう。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、従来技術の説明と類似の構造または機能を有するものについては、従来技術と同一の符号が付されている。

図１は本発明の実施態様に係るコードレスタイプのドライバドリルの全体構造図、図２は図１に示したドライバドリルの全体を示す機能ブロック図、図３は図１に示したドライバドリルのＡ−Ａ線に沿う断面図である。

図１に示すように、ドライバドリル７０は、胴体ハウジング部２０ａ内にブラシレス直流モータ１が収納されており、ブラシレス直流モータ１の駆動力を伝達する動力伝達部４０により、スピンドル（出力軸）４６に装着されたチャック４３に着脱自在に保持されるドライバまたはドリルの先端工具（図示なし）に回転力を与える。すなわち、胴体ハウジング部２０ａの左端部側は、ブラシレス直流モータ１を駆動するためのインバータ回路部（回路基板）２を収容している。胴体ハウジング部２０ａの中間部および右端部側は、ブラシレス直流モータ１の回転出力軸１ｅ方向に回転力を伝達し、モータ１の回転数を減速するための減速機構部４１と、減速機構部４１の出力軸に得られる回転トルクをスピンドル４６の負荷に応答してスピンドル４６に伝達するか否かを制御するトルク調整部（クラッチ機構部）４２とから構成されている。これにより、予めトルク調整ダイヤル４５によって所望の締付けトルク（負荷トルク）に設定しておくと、トルク調整部（クラッチ機構部）４２は、減速機構部４１の出力軸の回転力が設定した締付けトルクに達したとき、その出力軸が空転してスピンドル４６（チャック４３）への回転伝達を遮断する機能を持つ。

減速機構部４１は、一般に、ブラシレス直流モータ１の回転出力軸１ｅのピニオンギアに噛合う、例えば、３段の遊星歯車減速機構（変速ギアケース）（図示なし）から構成される。減速機構部４１は、変速比を切換えるためのシフトノブ４４を有する。使用者の手動によってシフトノブ４４の切換え操作により低速と高速の２段階で変速が可能となっている。本発明によれば、ブラシレス直流モータ１の採用によって、低速域から高速域までの広範囲にわたって連続的に回転数制御を可能とするので、シフトノブ４４を省略することもできるが、シフトノブ４４の切換え操作により低速領域と高速領域の２段階で変速すれば、回転トルクのきめ細かい制御が可能となる。

トルク調整部４２は、例えば、減速機構部４１の回転出力軸（図示なし）に対するスピンドル４６の押圧力をコイルバネ（図示なし）の付勢力で調整し、そのコイルバネの付勢力を調整することによって締付けトルク（負荷トルク）を調整できるように構成する。もし、スピンドル４６への締付けトルクがコイルバネによる減速機構部４１への付勢力を超えると、減速機構部４１の回転出力軸は空転してスピンドル４６への回転伝達を遮断するクラッチ機能を有する。

なお、上記クラッチ機能の負荷トルク（締付けトルク）の調整は、クラッチダイヤル４５を回転操作することによって上記コイルバネの付勢力を調整することによって行われる。

ブラシレス直流モータ１は、本実施形態では３相ブラシレス直流モータからなる。ブラシレス直流モータ１は、図３に示すように、円筒状の外形をもつステータ１ｃと、ステータ１ｃのティース部１ｈの内周部内に同心軸状に設けられ、回転出力軸１ｅ方向に延びるＮ極およびＳ極の永久磁石（マグネット）が埋め込まれた内部磁石配置形であるロータ（マグネットロータ）１ａと、ステータ１ｃの３相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗからなるステータ巻線（電機子巻線）１ｄとから構成される。

ステータ巻線１ｄは、ステータヨーク１ｃのティース部１ｈを取り囲むように、樹脂材料からなる絶縁層１ｆを介してスロット１ｇ内に巻回されている。ロータ１ａの近傍には、ロータ１ａの回転位置を検出するために、回転方向に６０°毎に配置された３つの回転位置検出素子（ホールＩＣ）５、６、７（図２参照）が配置される。スター結線されたステータ１ｃの３相巻線１ｄ（Ｕ、Ｖ、Ｗ）には、インバータ回路部２より回転位置検出素子５、６、７の位置検出信号に基づいて電気角１２０°の通電区間に制御された電流が供給される。なお、ブラシレス直流モータ１のロータ１ｂの回転位置検出手段（５、６、７）は、ホールＩＣによって電磁結合的に検出する他に、ステータ巻線１ｄの誘起起電圧（逆起電力）を、フィルタを通して論理信号として取出すことによってロータ位置を検出するセンサレス方式を採用することもできる。

図１および図３に示すように、胴体ハウジング部２０ａは、ハンドルハウジング部２０ｂと共に一体に形成された合成樹脂材料からなり、図３に示されるような、ブラシレス直流モータ１の回転軸中心に沿った垂直面で２分される断面形状が半円状の胴体ハウジング部２０ａの一対（図３に示す左側部材２０ａと右側部材２０ａ）を準備し、予め、図１の部分断面図で示すような一方の胴体ハウジング部材２０ａに、ブラシレス直流モータ１のロータ回転軸１ｅやステータ１ｃ等の組込みを行い、しかる後、図１に示すように一対のハウジング部材２０ａの他方を重ねて、ネジ締め等で一対のハウジング部材２０ａを締結させる方法が取られる。

したがって、一対の胴体ハウジング部材２０ａの締結体（完成体）において、ステータ１ｃの外周面は、図３に示すように、胴体ハウジング部２０ａと一体形成された複数のステータ保持部（突出部）２５によって把持または挟持され、また、隣接するステータ保持部２５間に形成される空気流通路２３によって冷却される。これにより、ステータ巻線１ｄの発熱を効率よくステータ１ｃの外周面へ放熱することができる。

図１および図３に示したステータヨーク（１ｃ）は、例えば鉄材料から成る複数の板状環状体が同軸状に積層された積層体で構成されており、積層体を構成する複数の環状体は、各環状体に設けられたカシメ部１ｋによって互いにカシメ固定されて積層されている。固定子ヨークの中心軸方向の長さは、環状体の軸方向の厚さを最小単位として積層すべき環状体の枚数によって変更して調整することができる。

このステータヨーク１ｃは、環状積層体によって構成する代わりに、ステータヨーク１ｃの製造を容易にするために、強磁性体材料の焼結体によって成形してもよい。図４および図５は、焼結体ステータヨーク１ｃの一例を示す。ステータヨーク１ｃの外周面は、図３に示した形態と同様に、胴体ハウジング部２０ａの内周面に設けられた複数のステータ保持部２５に嵌着もしくは固着されている。ステータヨーク１ｃの外周面には、磁路を形成する外周中央部より両端側へ軸方向に突出する冷却フィン１ｃ１が焼結体として一体に形成されている。これにより、胴体ハウジング部２０ａの左端部に形成された吸気口２１より吸入されて胴体ハウジング部２０ａの他端部の排気口（図示なし）に流れる冷却気体（空気）の流通路２３を形成すると共に、冷却フィン部１ｃ１によりステータ巻線１ｄの発熱に対する放熱効果をより向上させることができる。

上記ステータヨーク１ｃの焼結体は、例えば、純鉄の微粉末表面を無機絶縁物で絶縁し、少量の有機樹脂バインダと混合した後、圧縮成形および熱処理により製造する。ステータヨーク１ｃを焼結体で製造することにより、磁路の形成だけでなく、ステータ１ｃとロータ１ａとの間のエアギャップに切削屑等の粉塵が侵入しないような保護カバーまたは冷却フィン（例えば、フィン１ｃ１）をステータヨーク１ｃと一体形成することができる。これによって、モータ１の粉塵の詰まりによるロック現象やモータ１の損傷等の故障を防止できる。

焼結体ステータヨーク１ｃの他の例を図６および図７に示す。図７に示された焼結体ヨーク１ｃでは、ステータヨーク１ｃの外周面および内周面に、磁路を形成する外周中央部より両端側へ軸方向に突出する冷却フィン１ｃ１および１ｃ２が一体に形成されている。この例では、上記第１の例に比較してステータヨーク１ｃの放熱効果をより効果的にすることに加え、薄くて強固な冷却フィン１ｃ２がステータ巻線１ｄの保持部としても機能するので、合成樹脂材料の絶縁層１ｆの膜厚を薄くすることができ、冷却フィン１ｃ２を含むステータ巻線１ｄの保持部全体の膜厚Ｗ４を、図５に示した第１の例の膜厚Ｗ２より薄く形成できる。すなわち、保持部膜厚Ｗ４＜保持部膜厚Ｗ２となり、ステータ巻線１ｄの巻回部の幅（スペース）Ｗ３は、第１の例の幅（スペース）Ｗ１より広く形成できる。これにより、図５に示した第１の例に比較してステータ巻線１ｄの線径を太く形成できるので、巻線の抵抗値を減少させて巻線の抵抗損失（発熱）を抑制することができる。

図１および図２を再び参照する。インバータ回路部２は円形状の回路基板からなり、ステータ１ｃの一端部側を全面的に覆い、その中央部において回転軸１ｅが貫通する穴部を有する。一方、ステータ１ｃの他端部側には、防塵カバー２２が設けられ、インバータ回路部２と同様に、ステータ１ｃの他端部側面を覆っている。これらインバータ回路部２および防塵カバー２２の両者は、ステータ１ｃと共に、ロータ１ａを閉塞または密封する防塵構造（密閉構造）を形成し、モータ１のロータ１ａ内部への粉塵の侵入を防止するように機能する。この場合、ステータ１ｃに取付けられた防塵カバー２２を例えばアルミニウム材料等の熱伝導率の良い金属で形成すれば、防塵カバー２２による放熱効果を増してモータ１の温度上昇をより抑制することができる。

特に、インバータ回路部２には、ステータ１ｃの巻線１ｄに大駆動電流を通電する必要があることより、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６としてＩＧＢＴのような大容量の出力トランジスタを使用しなければならないため、スイッチング素子（出力トランジスタ）Ｑ１〜Ｑ６の電力損失が大きくなり、発熱が問題となる。したがって、インバータ回路部２は冷却効果を考慮した冷却気体の流通路中に配置することが要求される。

ハンドルハウジング部２０ｂの下端部には、ブラシレス直流モータ１の駆動電源となる電池パック４が着脱可能に装着されている。また、電池パック４の上部には、モータ１のインバータ回路部２を制御するための制御回路部（（回路基板）３が、紙面を横切る方向に延在するように設けられている。

一方、ハンドルハウジング部２０ｂの上端部にはトリガスイッチ部１３が配設され、トリガスイッチ部１３のトリガ操作部１３ａがバネ力によって付勢された状態でハンドルハウジング部２０ｂから突出している。トリガ操作部１３ａをバネ力に抗してハンドルハウジング部２０ｂ内方向へ把持することによって、トリガ押込量（操作量）を調整し、モータ１の回転数を制御することができる。

電池パック４は、トリガスイッチ部１３および制御回路部３へ駆動電源を供給し、かつインバータ回路部２へ駆動電力を供給するように電気的接続されている。電池パック４を構成する二次電池は、本発明に従ってリチウムイオン電池が使用される。リチウムイオン電池は、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池に比較して約３倍のエネルギー密度を持ち、小形軽量であるという特徴をもっている。このため、本発明の実施形態によれば、ハンドルハウジング部２０ｂ内に収納する電池パック４の収納部分を少なくすることができるので、ハンドルハウジング部２０ｂの把持部には電池パックの収納を省略し、その把持部の外周長を図８に示すような従来のものより短く形成し、握り易いハンドル形状にすることができる。このリチウムイオン電池の電源電圧は、例えば、１４．４Ｖに設定される。

ブラシレス直流モータ１のインバータ回路部２および制御回路部３について、図２を参照して説明する。

インバータ回路部（電力変換器）２は、３相ブリッジ形式に接続された６個の絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）Ｑ１〜Ｑ６と、トランジスタＱ１〜Ｑ６の各コレクタ−エミッタ間に内蔵されて並列接続されたフライホイールダイオード（図示なし）とから構成される。ブリッジ接続された６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６の各ゲートはインバータ駆動部（インターフェイス部）８ａに接続され、また、６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６のコレクタまたはエミッタはスター結線されたステータ巻線１ｄ（巻線：Ｕ、Ｖ、Ｗ）に接続される。これによって、６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６は、インバータ駆動部８ａから入力されたスイッチング素子駆動信号Ｈ１〜Ｈ６によってスイッチング動作を行い、インバータ回路部２に印加される電池パック４の直流電圧を、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を一時記憶するためのＲＡＭ、タイマ等を含むマイコンによって構成される。機能的にはインバータ回路部２の制御信号およびＰＷＭ信号を出力するための駆動信号形成部８と、駆動信号形成部８の出力信号に基づきインバータ回路部２を駆動するためのインバータ駆動部８ａと、トリガスイッチ部１３のトリガ操作部１３ａによるトリガ操作量（トリガ押込量）に応答する出力信号に基づきブラシレス直流モータ１の印加電圧、すなわちインバータ駆動部８ａの出力ＰＷＭ信号のデューティ比を設定するための印加電圧設定部９と、モータ1の正逆切換レバー１４（図１参照）による正方向回転または逆方向回転の操作を検出してモータ１の回転方向を設定するための回転方向設定部１１と、３つの回転位置検出素子（ホールＩＣ）５、６、７の出力信号に基づいてロータ１ｂとステータ１ｃの巻線Ｕ、Ｖ、Ｗとの関係位置を検出するための回転位置検出部１２とから構成される。

駆動信号形成部８は、回転方向設定部１１と回転子位置検出部１２の出力信号に基づいて所定のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を交互にスイッチングするための駆動信号を形成し、インバータ駆動部８ａへ出力する。これによって、ステータ巻線１ｄの所定の巻線（Ｕ、Ｖ、Ｗ）を交互に通電して、ロータ１ｂを設定した回転方向に回転させる。この場合、印加電圧設定部９の出力制御信号（データ）に基づいて、インバータ部２の負電源側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６へ印加する駆動信号Ｈ４〜Ｈ６はＰＷＭ変調信号として出力される。もちろん、ＰＷＭ変調信号は、上述したように、負電源側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６へ印加する代わりに、正電源側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３へ印加することができる。

駆動信号形成部８によるＰＷＭ信号の作成は、ＲＯＭメモリに必要な制御データを予め記憶させておき、クロック信号に従って読み出してＰＷＭ作成データとして利用する。印加電圧設定部９の出力制御信号に応答してＰＷＭ信号のパルス幅（デューティ比）が可変される。

以上の構成において、ドライバドリル７０のトリガスイッチ部１３のトリガ操作部１３ａを把持すると、ブラシレス直流モータ１は回転を開始し、トリガ操作部１３ａのトリガ押込量低速領域に把持すると、負電源側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６（または正電源側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３）は、ＰＷＭ変調信号Ｈ４〜Ｈ６のパルス幅のデューティ比が低い低速領域に設定されるので、モータ１の回転数は低速回転数の範囲に制御できる。これによって、モータ回転数の急激な上昇を防止し、被加工部材の位置決め箇所からドライバドリル７０の先端工具（ドライバまたはドリル）が外れてしまい、先端工具が被加工部材を損傷するという問題を防止できる。さらに、トリガスイッチ部１３のトリガ操作部１３ａを強く把持してトリガ押込量を高速域押込範囲に調整すると、ＰＷＭ変調信号Ｈ４〜Ｈ６のパルス幅のデューティ比が高い高速領域に設定されるので、トリガ押込量に対する回転上昇率が上昇し、短時間にモータ１の回転数を最大回転数に制御することができる。これによって、作業効率を向上させることができる。

このように、トリガスイッチ部１３のトリガ操作部１３ａのトリガ操作量をＰＷＭ変調信号Ｈ４〜Ｈ６のパルス幅のデューティ比に変換することにより、ブラシレス直流モータ１の回転数制御を低速領域から高速領域の広範囲にすることができる。このような低速域から高速域の回転数制御において、トルク調整ダイヤル４５によってトルク調整部４２の締付けトルクを所定のトルクに設定しておけば、トルク調整部４２のクラッチ機能により設定締付けトルク以上のモータ１の回転力は、スピンドル４６へ伝達されないように回転伝達が遮断される。このトルク調整部４２に装着されるトルク調整ダイヤル４５は、例えば１０段階のトルク設定が可能である。

したがって、ブラシレス直流モータ１を用いることにより、回転数の制御可能領域が広範囲となるため、回転数の切り換え操作が容易となる。従来技術のブラシ付直流モータ５０では、高速領域の制御（例えば、１００００ｒｐｍ〜２００００ｒｐｍ）となるので、例えば１００００ｒｐｍ以下での低速領域での制御が困難であった。これに対して、本発明では、ブラシレス直流モータ１を使用しているので、図２に示したインバータ回路部２を駆動する駆動信号Ｈ１〜Ｈ６のＰＷＭ変調信号におけるパルス幅のデューティ比を可変することにより低速領域から高速領域まで広範囲に容易に制御することができる。上記実施態様では、減速機構部４１をシフトノブ４４で２段変速した場合を説明したが、無段変速で速度制御してもよい。ドライバの被加工部材に対する位置合せや、工具のトルク調整ダイヤルの設定など、ドライバドリルの作業性もしくは操作性を向上させることができる。

また、上記本発明の構成によれば、ブラシレス直流モータ１を用いることにより、防塵カバー２２およびインバータ回路基板２による防塵構造を形成することが可能となり、かつステータ１ｃの外周面または側面には冷却フィン１ｃ１または防塵カバー２２を形成した冷却構造（放熱構造）とすることができるので、モータ１のステータ部またはロータ部への粉塵の侵入または損傷を防止し、かつモータ１の放熱風路２３または放熱面積を確保することができる。これによって、ドライバドリル工具のモータ部１について長寿命化およびモータ効率の向上を図ることができる。

特に、図６および図７に示したように、ステータヨーク１ｃのティース部１ｈの内径部を軸方向に延長して突出部１ｃ２を焼結鉄心にて同一形成するので、ステータヨーク１ｃに巻回する巻線１ｄの内径方向への倒れ込みを防止する合成樹脂材料の絶縁層の膜厚Ｗ２（図５参照）を薄く形成できる。これにより、ステータ巻線１ｄは、巻回するスペースＷ３を広く形成できるので、従来よりも太い線径の巻線を使用することが可能となる。その結果、ステータ巻線１ｄの巻線抵抗値を減少させることによる巻線銅損を低減し、モータ１の温度上昇を抑制することが可能となる。しかも、突出部１ｃ２および１ｃ１は焼結体とするためにステータヨーク１ｃの製造が容易となる。

さらに、上記本発明の構成において、電池パック４（図１参照）として小形で放電出力の大きいリチウムイオン二次電池を使用するので、電池パック４を小形軽量にしてドライバドリル工具の重量を軽減できる。また、電池パック４の形状を従来と異なる形状に構成することができる。すなわち、電池パック４は、図８に示した従来のニッケルカドミウム電池またはニッケル水素電池の形状（円筒密閉形）と異なる形状としてハンドルハウジング部２０ｂに収納もしくは結合する部分を少なく構成できる。その結果、手のひらで把持するハンドルハウジング部２０ｂの胴回りを細くしてハンドルハウジング部２０ｂを握り易くできる。従って、長時間での作業性または操作性を改善できる。さらに、制御回路部（回路基板）３の装着配置を電池パック４の上面に並行に重ねる構造とすることができる。特に、制御回路基板３は、半導体ＩＣを含む半導体素子により構成されるので、熱的影響を受け易いモータ１の装着部から離間した場所に配置することが好ましい。本発明の実施態様によれば、ハンドルハウジング部２０ｂの下端部側に設置されるので、モータ部１からの発熱の影響を回避することができる。

上記実施形態では、ブラシレス直流モータとして３相ブラシレス直流モータを使用した場合について説明したが、３相以外のブラシレス直流モータを使用することもできる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

本発明の実施形態に係るドライバドリルの全体構造図。 図１に示したドライバドリルの機能ブロック図。 図１に示したドライバドリルのＡ−Ａ線に沿うブラシレス直流モータの断面図。 本発明に係るドライバドリルに使用されるブラシレス直流モータの一例を示す要部断面図。 図４に示したブラシレス直流モータのステータ部の拡大断面図。 本発明に係るドライバドリルに使用されるブラシレス直流モータの他の例を示す要部断面図。 図６に示したブラシレス直流モータのステータ部の拡大断面図。 従来技術に係るドライバドリルの全体構造図。

符号の説明

１：ブラシレス直流モータ １ａ：ロータ（マグネットロータ）
１ｂ：永久磁石 １ｃ：ステータ（ステータヨーク） １ｄ：ステータ巻線
１ｅ：回転軸 １ｆ：絶縁層 １ｇ：スロット １ｈ：ティース部
１ｋ：カシメ部 ２：インバータ回路部 ３：制御回路部
４：電池パック ５、６、７：回転位置検出素子（ホールＩＣ）
８：駆動信号形成部 ８ａ：インバータ駆動部 ９：印加電圧設定部
１１：回転方向設定部 １２：回転位置検出部 １３：トリガスイッチ部
１３ａ：トリガ操作部 １４：正逆切換レバー ２０ａ：胴体ハウジング部
２０ｂ：ハンドルハウジング部 ２１：吸気口 ２２：防塵カバー
２３：気体流通路 ２４：ファン ２５：ステータ保持部（突出部）
４０：動力伝達部 ４１：減速機構部 ４２：トルク調整部
４３：チャック（先端工具取付部） ４４：ギア切換ノブ
４５：トルク調整ダイヤル ４６：スピンドル ５０：ブラシ付直流モータ
５０ａ：ロータ ５０ｂ：ロータ巻線（モータ巻線） ５０ｃ：ステータ
５０ｄ：コンミテータ（整流子） ５０ｅ：ブラシ
５３：スイッチ回路部 ５３ａ：トリガスイッチ ５４：回転切換スイッチ
５５：シフトノブ ５６：ニッケルカドミウム電池パック
６０：ドリルドライバ（従来技術） ７０：ドリルドライバ（本発明）
Ｈ１〜Ｈ６：駆動信号 Ｑ１〜Ｑ６：スイッチング素子（ＩＧＢＴ）
Ｕ、Ｖ、Ｗ：３相ステータ巻線

Claims (10)

1. ハウジング部と、前記ハウジング部内に装着されたモータ部と、ドライバビットまたはドリルを着脱自在に取付ける先端工具取付部と、前記モータ部の回転出力を前記先端工具取付部へ駆動力として伝達する動力伝達部と、前記モータ部を制御する制御回路部と、前記モータ部および前記制御回路部に給電する二次電池からなる駆動電源部とを具備するドライバドリルにおいて、
   前記モータ部は、ティース状ヨークに巻回された巻線を有するステータと、前記ステータの内周側に配置された永久磁石を有するロータとからなるブラシレス直流モータにより構成され、
   前記駆動電源は、リチウムイオン二次電池から構成されたことを特徴とするドライバドリル。
2. 前記ブラシレス直流モータは、ロータの永久磁石がロータの内部に埋め込まれた内部磁石配置形であることを特徴とする請求項１に記載されたドライバドリル。
3. 前記ブラシレス直流モータの前記ステータの前記ヨークは、磁性体材料からなる焼結体により形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたドライバドリル。
4. 前記ステータは、前記コアの外周部がモータ回転軸方向に突出する外周フィンを有することを特徴とする請求項３に記載されたドライバドリル。
5. 前記ステータは、前記コアのティース状内周部がモータ回転軸方向に突出する内周フィンを有することを特徴とする請求項３または請求項４に記載されたドライバドリル。
6. 前記ブラシレス直流モータは、モータ回転軸方向における前記ステータの開口端部において、前記ロータへの粉塵の侵入を抑制する防塵用部材を有することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一つに記載されたドライバドリル。
7. 前記ブラシレス直流モータの前記ステータの外周面と前記ハウジングの内周面の間に、前記ステータの冷却用気体の流通路を形成したことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一つに記載されたドライバドリル。
8. 前記動力伝達部は、前記ブラシレス直流モータの回転数を減速させるための減速機構部と、前記減速機構部の回転出力トルクを前記先端工具取付部の負荷に対して調整するためのトルク調整ダイヤルとを具備することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一つに記載されたドライバドリル。
9. 前記減速機構部は、該減速機構部の出力回転数を段階的に切換えるためのシフトノブを有することを特徴とする請求項８に記載されたドライバドリル。
10. 前記モータ部は、ブリッジ接続された複数のスイッチング素子から構成されて前記駆動電源から給電される直流電圧をスイッチングして前記ブラシレス直流モータのステータ巻線へ電力を供給するインバータ回路部と、前記複数のスイッチング素子をパルス幅変調信号で駆動するインバータ駆動部と、トリガ操作のトリガ押込量により前記ブラシレス直流モータの回転数を制御するためのトリガスイッチ部とを具備し、
    前記制御回路部は、前記トリガスイッチ部の前記トリガ押込量に応答して前記複数のスイッチング素子を駆動する前記パルス幅変調信号のデューティ比を可変させることによって、前記ブラシレス直流モータの回転数を制御することを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか一つに記載されたドライバドリル。

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