JP2009072880A

JP2009072880A - 電動工具

Info

Publication number: JP2009072880A
Application number: JP2007245849A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Omori; 和博大森; Yoshihiro Komuro; 義広小室; Shinji Watabe; 伸二渡部; Kazutaka Iwata; 和隆岩田
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2027-09-21
Also published as: JP5332163B2

Abstract

【課題】
コンパクトで作業性に優れた電動工具を提供し、かつ、低コストでインバータ回路基板上のホールＩＣに鉄粉などの金属粉が付着してしまう事を防ぐことにより、安価で信頼性の高い電動工具を提供する。
【解決手段】
ブラシレスモータと、該ブラシレスモータを駆動制御する回路基板と、該ブラシレスモータを収容するハウジングと、を有する電動工具において、該回路基板上にある電子部品を覆い隠すように絶縁材を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシレスモータを使用する電動工具に関し、特に、モータハウジング部に収容されるブラシレスモータに対し、回転不良がなく信頼性の高いモータの構造に関する。

一般に、ブラシレスモータ（ＤＣモータ）は小形化が可能であり、回転軸に取り付けられるロータに対しブラシおよび整流子を用いた電気的接続が不要となるので、高寿命が可能である。

ブラシレスモータは、インバータ回路基板（モータ駆動回路基板）のスイッチング素子を構成する出力トランジスタが、ステータコイルに大電流の駆動信号を供給するのに必要である。

そのため、ブラシレスモータは、直流電源を用いる携帯用電動工具の駆動源として好適であると考えられる。一般にインパクトドライバ等、木粉や金属粉の混在した空気の作業環境下で使用される電動工具においては、インバータ回路基板上のホールＩＣに鉄粉などの金属粉が付着してしまう事がある。

特開２００６−２９７５３２号

インバータ回路基板上のホールＩＣに鉄粉などの金属粉が付着してしまうと、ロータコアに設けている磁石の位置を検出できず、モータが回転不良を起こしてしまう。

モータ内への異物の侵入を防止する簡単な構造としては、モータのハウジング全体を密閉構造とすることが考えられる。しかし、単にモータ全体を密閉構造にするだけでは、必然的に冷却風が流れない構造になる。従って、冷却効果が損なわれてしまい、通常運転時でも巻線の温度が異常に上昇し、コイル焼損等の故障の原因となる問題が生じてしまう。

また、電動工具をコンパクトにするためには、ステータコイルと駆動回路基板をできる限り近づける必要がある。しかしながら、ステータコイルと駆動回路基板を近づけすぎると、製造上のバラツキによりステータコイルと駆動回路基板上の電子部品が接触してしまうことがある。その場合、ステータコイルを駆動回路基板上の電子部品で傷付け、ステータコイルと電子部品が短絡し、回転不良を起こしてしまう。

製造上のバラツキをなくすために、ステータコイルの位置を精度良く抑えることが必要であるが、どうしてもコスト高になってしまう。

本発明の目的は、コンパクトで作業性に優れた電動工具を提供し、かつ、低コストでインバータ回路基板上のホールＩＣに鉄粉などの金属粉が付着してしまう事を防ぐことにより、安価で信頼性の高い電動工具を提供することである。

上記課題を解決するために、ブラシレスモータと、ブラシレスモータを駆動制御する回路基板と、ブラシレスモータを収容するハウジングと、を有する電動工具において、該回路基板上にある電子部品を覆い隠すように絶縁材を設けた。

また、該絶縁材を該ブラシレスモータのステータコイルと該回路基板の間に設けた。

また、該絶縁材を該ブラシレスモータの軸芯に対して略垂直に設けた。

請求項１記載の発明によれば、金属粉などの異物が電子部品に付着してしまう事を防ぐことができる。そのため、モータが回転不良を起こすことを防止することができる。従って、安価で信頼性の高い電動工具を提供することができる。

請求項２記載の発明によれば、ステータコイルと回路基板上の電子部品が接触することを防ぐことができる。そのため、ステータコイルと回路基板上の電子部品が短絡し、モータの回転不良が生じることを防ぐことができる。従って、信頼性の高い電動工具を提供することができる。

請求項３記載の発明によれば、回路基板上に金属粉などの異物が付着し難くすることができる。そのため、モータが回転不良を起こすことを防止することができる。従って、信頼性の高い電動工具を提供することができる。

請求項4記載の発明によれば、スイッチング素子の足がコイルを傷つけるのを防ぐことができる。

請求項５記載の発明によれば、ホール素子が回転子の位置を正確に検出することができる。

請求項６記載の発明によれば、絶縁材が破れにくく確実に足やホール素子を被覆することができる。

本発明の実施形態について図１乃至図６を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態においては電動工具としてコードレスタイプのインパクトドライバを用いて説明する。

図１は本発明の実施形態に係る全体断面図、図２は図１の一部拡大図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図、図４は図２のＢ−Ｂ線断面図、図５は図２のＣ−Ｃ線断面図、図６は本発明の実施形態に係る部分図である。

図１を参照して工具全体の構成について説明する。本発明の第１の実施形態に係るインパクトドライバ５０は、後述するブラシレスモータ３の回転軸１１と同一方向に沿って、一端部（図面の左端部）から他端部（図面の右端部）に延在している。インパクトドライバ５０は、ブラシレスモータ３を収納する合成樹脂材料のモータハウジング部５０Ａと、モータハウジング部５０Ａの他端部に連続して形成された、動力伝達機構部４を収容する動力伝達ハウジング部５０Ｂと、モータハウジング部５０Ａおよび動力伝達ハウジング部５０Ｂから垂下するハンドルハウジング部５０Ｃとから構成されている。動力伝達ハウジング部５０Ｂの先端部はアンビル１０の端部が突出し、アンビル角穴部１０Ａには先端工具、例えばドライバビット（図示なし）を着脱自在に差し込んで取付部材１０Ｂによって固定できるように構成されている。アンビル角穴部１０Ａには、他の先端工具としてボルト締付用ビットも装着することができる。

モータハウジング部５０Ａは筒状の形状を有し、その内周部内には、駆動源となるブラシレスモータ３が収容される。

モータハウジング部５０Ａに連続する動力伝達ハウジング部５０Ｂ内にはモータ３の回転力を回転打撃力としてアンビル１０に伝達するための動力伝達機構部４が収容されている。動力伝達機構部４は、遊星ギア６とリングギア７で構成される減速機構部と、スピンドル８およびスピンドル８上に前後摺動可能に配され、かつスプリング５によって打撃力が与えられるハンマ９から成るインパクト機構部と、ハンマ９によって回転打撃力が与えられ、上述のように先端工具（図示なし）を保持可能なアンビル１０とで構成される。

ハンドルハウジング部５０Ｃには、ブラシレスモータ３の駆動電源となる電池パックケース１がハンドルハウジング部５０Ｃの下端部に着脱可能に装着されている。電池パックケース１は、図示されないリチウムイオン電池、ニッケル・カドミウム電池等から成る電池パック本体を収容している。電池パック本体の大半はハンドルハウジング部５０Ｃ内に挿入され、収容される。又はハンドルハウジング部５０Ｃに対してスライド可能に取付けられている。

電池パックケース１は、ハンドルハウジング部５０Ｃの一部に設けられたトリガスイッチ５０Ｄを介してモータ駆動回路装置２に電気的に接続され、モータ３のロータ１３を回転駆動させる働きをもち、ブラシレスモータ３のステータコイル１２Ａに駆動電流を通電するための周知のブリッジ回路から成るインバータ回路（図示なし）やインバータ回路を制御するＣＰＵ等から成る制御回路（図示なし）等からなる。特にインバータ回路には、ステータコイル１２Ａに大駆動電流を通電する必要があることより、例えば、スイッチング素子として動作するＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）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、出力トランジスタの電力損失が大きくなり、発熱が問題となる。したがって、インバータ回路は冷却効果を考慮した配置等が必要となるが、その他、制御回路等、特に問題となる程の発熱もないものについては、別の場所に配置しても構わず、モータ駆動回路装置２は一つの回路基板にまとめず、幾つかの基板に分けて配置されている。

以上のように構成されたインパクトドライバ５０によれば、作業者がハンドルハウジング部５０Ｃを把持しながら、トリガスイッチ５０Ｄを引けば、トリガスイッチ５０Ｄがオン状態となり、インパクトドライバ５０の動作を開始できる。

ねじ締め作業時、回転軸１１から伝達されたモータ３の回転力を遊星ギア６とリングギア７で減速し、その回転力をスピンドル８に伝達すると共に、ネジ締め中にアンビル１０（先端工具）に所定以上の負荷トルクがかかるとスプリング５の作用によりハンマ９は回転力を打撃力へと変換する。これによりハンマ９はアンビル１０に装着されている先端工具に回転打撃力を与えてネジを締め付けることができる。

次に、本発明に係る、ブラシレスモータ３のモータハウジング５０Ａへの装着構造について図２乃至図６を参照して説明する。

ブラシレスモータ３は、円筒状の外形をもつステータ１２と、ステータ１２の内周部１２Ｂ内に配置された、回転軸方向に４つの永久磁石部材１３Ａが埋め込まれたロータ１３とを有する。ステータ１２の内周部１２Ｂとその外周部１２Ｃとの間には回転軸方向に延びるスロット１２Ｄを有し、そのスロット１２Ｄの形状に沿って、ステータコアと電気的に絶縁された絶縁材１４が回転軸方向両端からステータ１２に装着されている。その絶縁材１４が装着されたスロット１２Ｄ内にはステータコイル１２Ａが巻回されている。ステータコイル１２Ａは、スター結線された３相コイルを形成し、そのコイル端末は複数から構成されるモータ駆動回路装置２のひとつである駆動制御回路基板２Ａに設けられた配線用穴２Ｂに半田付けにより接続されている。駆動制御回路基板２Ａの回転軸１１方向片側は絶縁材１４の外径壁部１４Ａに密着された状態で取り付けられており、更にその外径壁部１４Ａを駆動制御回路基板２Ａの位置決めの案内として絶縁材１４にネジ１５で固定されている。駆動制御回路基板２Ａのロータ１３側には、ロータ１３の位置検出を行うためのホール素子１６他電子部品が備えられ、その上部にはホール素子１６他電子部品を覆い隠すように０．２ＭＭ程度の絶縁材Ａ１８が両面テープにより貼付けられている。駆動制御回路基板２Ａのロータ１３と反対側には、ステータコイル１２Ａに流す電流の入り切りを行うためのスイッチング素子であるＦＥＴ１７が６個備わっており、駆動制御回路基板２Ａに設けられた配線パターンを介してステータコイル１２Ａと電気的に接続されている。ステータコイル１２Ａはスター結線されるように、ステータ１２の３相の各コイルの中性点用のコイル端末は駆動制御回路基板２Ａの配線パターンを介して電気的に接続され中性点を成している。
次に動作について説明する。駆動回路基板２Ａに設けられた６個のＦＥＴ１７は、駆動回路基板２Ａに設けられた配線穴に半田付けされるため、駆動回路基板２Ａのロータ１３側にＦＥＴ１７の足が出てくる。ＦＥＴ１７の足は、ニッパ等で切り落とすために鋭利なものとなり駆動回路基板２Ａから突出する。ＦＥＴ１７の足などの電子部品を覆い隠すように、０．２ＭＭ程度の絶縁材Ａ１８が両面テープにより貼付けられているため、ステータコイル１２Ａを傷つけることはない。

本発明においては、できる限り電動工具の全長を短くすることと、鋭利な突出部に負けない部材である必要あることから、絶縁材Ａとして０．２ＭＭ程度の布材を選択している。布材としては例えばアセテートクロス等が適当である。

絶縁材Ａ１８を駆動回路基板２Ａ上に貼り付けるたことにより、風窓から侵入した金属粉などの異物が電子部品に付着してしまう事を防ぐことができる。そのため、ロータコアに設けている磁石の位置を検出できず、モータが回転不良を起こすことを防止することができる。従って、安価で信頼性の高い電動工具を提供することができる。

絶縁材Ａ１８をステータコイル１２Ａと駆動回路基板２Ａの間に設けたことにより、ステータコイル１２Ａと駆動回路基板２Ａの電子部品が接触することを防ぐことができる。そのため、ステータコイル１２Ａと駆動回路基板２Ａ上の電子部品が短絡し、モータの回転不良が生じることを防ぐことができる。従って、信頼性の高い電動工具を提供することができる。

駆動回路基板２Ａおよび絶縁材Ａ１８は、ロータ１３の軸芯に対して垂直に設けられている。ねじ締め作業は、ビット等の先端工具を横向き、下向きにして作業することが多く、駆動回路基板２Ａ上に鉄粉などの異物が付着しにくい構造としている。もし、鉄粉などの異物が付着したとしても、電動工具の作業時の振動によって異物が駆動回路基板２Ａから振り落とされる。まれに、ビット等の先端工具を上向きにして作業を行ったとしても、電動工具を使用しないときは、本体を上向きに置くことはなく、図１のように本体を立てて置くことが多く、異物は駆動回路基板２Ａから下に落ちることになる。そのため、モータが回転不良を起こすことを防止することができる。従って、信頼性の高い電動工具を提供することができる。

本発明の実施形態においては電動工具としてコードレスタイプのインパクトドライバを用いて説明したが、その他の電動工具についても同様に適用することができる。

本発明の実施形態に係る全体断面図。図１の一部拡大図。図２に示した拡大図のＡ−Ａ線に沿う断面図。図２に示した拡大図のＢ−Ｂ線に沿う断面図。図２に示した拡大図のＣ−Ｃ線に沿う断面図。本発明の実施形態に係る部分図。

符号の説明

１は電池パックケース、２はモータ駆動回路装置、２Ａは駆動制御回路基板、２Ｂは配線用穴、３はブラシレスモータ、４は動力伝達機構部、５はスプリング、６は遊星ギヤ、７はリングギヤ、８はスピンドル、９はハンマ、１０はアンビル、１０Ａはアンビル角穴部、
１０Ｂは先端工具取付部材、１１は回転軸、１２はステータ、１２Ａはステータコイル、１２Ｂはステータの内周部、１２Ｃはステータの外周部、１２Ｄはステータのスロット、１３はロータ、１３Ａは永久磁石部材、１４は絶縁材、１４Ａは絶縁材の外周壁部、１５はネジ、１６はホール素子、１７はＦＥＴ、１８は絶縁材Ａ、５０は電動工具（インパクトドライバ）、５０Ａはモータハウジング部、５０Ｂは動力伝達ハウジング部、５０Ｃはハンドルハウジング部、５０Ｄはトリガスイッチ

Claims

ブラシレスモータと、
該ブラシレスモータを駆動制御する回路基板と、
該ブラシレスモータを収容するハウジングと、
を有する電動工具において、
該回路基板上にある電子部品を覆い隠すように絶縁材を設けたことを特徴とする電動工具。
該絶縁材を該ブラシレスモータのステータコイルと該回路基板の間に設けたことを特徴とする請求項１記載の電動工具。
該絶縁材を該ブラシレスモータの軸芯に対して略垂直に設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の電動工具。
ハウジングと、
該ハウジングに収容され、ステータコイルを有するステータと、
該ステータの内側で回転可能に支持された回転子と、
該ステータの後方に設けられる回路基板であって、該回路基板の後面から前面に向かって足が貫通するように設けられたスイッチング素子を有する回路基板と、
を有する電動工具において、
該回路基板の前面に露出した該足を絶縁材で被覆したことを特徴とする電動工具。
該回路基板の前面には該回転子の回転方向の位置を検出するホール素子が設けられ、絶縁材で該ホール素子を被覆したことを特徴とする請求項4記載の電動工具。
該絶縁材はアセテートクロスからなることを特徴とする請求項4又は請求項5のいずれかに記載の電動工具。