JP2011251356A - 電動工具 - Google Patents

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Abstract

【課題】
ハウジングの径を小さくして、把持しやすい電動工具を提供する。
【解決手段】
モータ5と、モータ5を収容する筒状のハウジング2と、ハウジングの前部に設けられる先端工具保持部8と、モータ5の回転をオンオフするものであって、ハウジング2から突出するスイッチレバー10と、スイッチレバー10に設けられる永久磁石13と、ハウジング2の内部に収容され、永久磁石13の接近又は離反によってモータ5のオン又はオフを制御する磁気検出素子14を設けた。スイッチレバー10は、ハウジング2の前後方向に延びるように構成され、スイッチレバー10の後端はモータ2の後ろ側に位置する。
【選択図】 図1

Description

本発明は電動工具のモータの電源をオンオフするためのスイッチの構造に関する。
例えば流れ作業の工場のラインにおいて、回転工具を天井から伸縮性のゴム等で吊り下げ、利き手で電動工具をつかんで流れてくる被締付材に対してねじ締め等の作業を行うような使い方が行われている。このような回転工具には、電気モータを駆動源とした電動工具が広く用いられており、作業者が工具を握ったら同時にモータのスイッチが入るように、モータの起動スイッチが電動工具の把持部に配置される。電動工具の起動スイッチでは、起動スイッチを握ることでモータがオンとなり、起動スイッチを離すことによってスイッチがオフとなるが、スイッチの作動が確実に行われることが重要となる。
このような電動工具の例として特許文献1の技術が知られている。特許文献1の電動工具では、モータのオン又はオフの制御をするために機械式のスイッチを用いて、スイッチを動作させるスイッチレバーをハウジングの把持部の外周部に突出するように配置している。
特開平1−257572号公報
特許文献1の電動工具では、スイッチとして機械的な接点の開閉を行うスイッチ機構を用いていたが、電動工具の更なる長寿命化を図るためにスイッチ機構に関しての改良を種々試みてきた。また、併せてスイッチの配置の見直しも行ってきたが、スイッチをハウジングの把持部の外周側に配置すると、ハウジングの外径が大きくなり、把持部を把持しづらくなる。
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、ハウジングの径を小さくして、把持しやすい電動工具を提供することである。
本発明の他の目的は、ハウジングを把持した状態でスイッチの操作を行う電動工具において、スイッチの寿命を向上させるとともに、信頼性を向上させることにある。
本発明のさらに他の目的は、スイッチレバーの動作検出にホールICを用いて、このホールICをモータより後方側の基板と共に配置することにより電動工具を小型化することにある。
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通りである。
本発明の一つの特徴によれば、モータと、モータを収容する筒状のハウジングと、ハウジングの前部に設けられる先端工具保持部と、モータの回転をオンオフするものであって、ハウジングから突出するスイッチレバーと、スイッチレバーに設けられる磁石と、ハウジングの内部に収容され、磁石の接近又は離反によってモータのオン又はオフを制御する磁気検出素子を設けた。スイッチレバーは、ハウジングの前後方向に延びるように構成され、スイッチレバーの後端はモータの後ろ側に位置する。スイッチレバーの後端には磁気検出素子を動作させるための永久磁石が固定される。
本発明の他の特徴によれば、スイッチレバーは回転軸有するシーソー式のレバーであり、回転軸から一方側がハウジングより突出するトリッガ部であり、他方側がハウジングの内部に収容される。ハウジングの内部にモータの回転制御用の基板(回転位置検出用ホールICの搭載基板、又は、モータの駆動用のインバータ回路基板)を設け、この基板にスイッチレバー用のホールICを搭載する。
本発明のさらに他の特徴によれば、筒状のハウジングの軸方向中央付近が把持部として形成され、モータはハウジングの把持部の内側に配置され、スイッチレバーのトリッガ部は把持部に配置され、作業者が把持部を把持して作業をする際に、スイッチレバーを握りながら作業できる位置にトリッガ部が設けられる。
請求項1の発明によれば、電動工具のモータのオンオフを制御するスイッチ機構を、スイッチレバーに設けられる磁石と、磁石の接近又は離反によってモータのオン又はオフを制御する磁気検出素子で構成したので、スイッチの動作精度を高めて耐久性が高いスイッチ機構を実現することができる。
請求項2の発明によればスイッチレバーは、ハウジングの前後方向に延びるので、ハウジングの把持部を握りながら容易にスイッチレバーを操作することができ、使い勝手の良い電動工具を実現できる。また、ハウジングの前後長を短く構成することができ、コンパクトな電動工具を実現できる。
請求項3の発明によれば、スイッチレバーの後端はモータの後ろ側に位置し、スイッチレバーの後端に磁石が固定されるので、モータ収容されるハウジングの外径(把持部の外径)の小径化を図ることができ、作業者が握りやすい電動工具を実現できる。
請求項4の発明によれば、スイッチレバーは回転軸を中心にシーソー式であり、回転軸から一方側がハウジングより突出するトリッガ部であり、他方側がハウジングの内部に収容されて磁石が設けられるので、トリッガ部の厚さを最小限に抑えてハウジングの外径(把持部の外径)を細く構成することができる。
請求項5の発明によれば、ハウジングの内部にモータの回転制御用の基板を設け、磁気検出素子を基板に搭載するので、磁気検出素子用の専用基板を設けることなく、既存の基板に搭載することができる。また、磁気検出素子の基板をモータの回転制御用の基板と共用することにより、部品点数の削減を図ることができると共に、配線類をまとめることができ、組立性が向上する。
請求項6の発明によれば、モータの回転制御用の基板には、モータ駆動用のインバータ回路が搭載されるので、磁気検出素子の基板をインバータ回路用の基板と共用することにより、部品点数の削減を図ることができると共に、配線類をまとめることができ、組立性が向上する。
請求項7の発明によれば、モータの回転制御用の基板には、モータの回転位置検出用の磁気検出回路が搭載されるので、双方の磁気検出素子の搭載基板を共用することにより、部品点数の削減を図ることができると共に、配線類をまとめることができ、組立性が向上する。
請求項8の発明によれば、作業者が把持部を把持して作業をする際に、スイッチレバーを握りながら作業できる位置にトリッガ部が設けられるので、ハウジングの把持部を握ると同時にスイッチレバーを操作することができ、使い勝手の良い電動工具を実現できる。
本発明の上記及び他の目的ならびに新規な特徴は、以下の明細書の記載及び図面から明らかになるであろう。
本発明の実施例に係る電動式ドライバの縦断面図である。 本発明の実施例に係る電動式ドライバの側面図である。 本発明の実施例に係る電動式ドライバの底面図である。 図2のA−A部の断面図及びA−A部より後方を見た図である。 図1の切替操作レバー20の動作を示す部分底面図である。 本発明の実施例に係る電動式ドライバのモータ5の駆動制御系を示す機能ブロック図である。 本発明の第2の実施例に係る電動式ドライバの縦断面図である。 本発明の第2の実施例に係る電動式ドライバの側面図である。 本発明の第2の実施例に係る電動式ドライバの部分底面図である。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。本実施例においては、電動工具の例として、作業者が片手でハウジングの中央付近を把持して作業をする電動式ドライバの例を用いて説明する。以下の図において、同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。また、本明細書においては、上下、前後左右の方向は図1から図3に示す方向であるとして説明する。
図1は本発明の実施例に係る電動式ドライバ1の断面図である。電動式ドライバ1はモータ5を有し、モータ5を内部に収納するハウジング2と、モータ5の回転を所定の減速比で減速する減速機構50と、減速機構50の前方に設けられるクラッチ機構70と、クラッチ機構70の前方に取り付けられ、シャフト7を回転可能に保持するケース3と、ケース3から前方に延びて先端工具を取り付けるためのソケット8を含んで構成される。本実施例においては、モータ5、減速機構50、クラッチ機構70、シャフト7及び先端工具は同軸上に配置される。減速機構50は、モータ5の回転を所定の比率で減速してクラッチ機構70に伝達するもので、例えば2段式の遊星歯車を用いた構成である。減速機構50の前方には、先端工具に一定の負荷トルクが加わると減速機構50とシャフト7の回転伝達を解除するクラッチ機構70が設けられる。クラッチ機構70が作動して減速機構50とシャフト7の回転伝達が解除される際の負荷トルクの大きさは、ダイヤル22を回転させることによって調節可能である。ダイヤル22は透明な保護部材であり、クラッチリングを容易に回転させるための部材である。クラッチリング4は、スプリング77の前端と接触しケース3の外周に形成されたネジ部分と螺合することにより軸方向に移動可能である。クラッチリング4を回転させるとスプリング77が圧縮され、ボール71の押付け力を強くすることができる。
モータ5を収容するハウジング2は筒状に形成され、モータ5の回転軸5dの延長線を通る鉛直面で左右に分割可能に構成される。右側のハウジングには、図示しない複数のネジボスが形成され、図示しないネジにて左側のハウジングと固定される。このようにハウジングの部分を左右分割式に構成したので、一方のハウジングに、モータ5、減速機構50、クラッチ機構70や後述するスイッチレバー10、正逆切替スイッチ21、回路部品及び基板等を配置した後、他方のハウジングをかぶせてねじ止めすることにより、容易に組み立てることができる。
ハウジング2のほぼ中央付近には、いわゆるインナーロータ型のブラシレスDC方式のモータ5が収容される。モータ5は、回転軸5dに永久磁石を有する回転子5aが取り付けられ、ハウジング2側にコイル5cを有する固定子5bが固定される。モータ5の前方側において、回転軸5dと同軸上に小型の冷却ファン6が設けられる。モータ5が回転することによって冷却ファン6も回転し、ハウジング2の後方に設けられる図示しない空気取入口から外気が吸引され、外気はインバータ基板27に搭載されるスイッチング素子16やモータ5の周囲を流れることによりこれらを冷却し、ハウジング2の前方側に設けられる図示しない排出口から排出される。モータ5の回転軸5dは2つのベアリング19a、19bにより回転可能に保持される。ベアリング19a、19bはハウジング2の側壁から突出して形成される固定リブ2a、2bによってそれぞれ保持される。
ハウジング2の後端部には、電源基板26、インバータ基板27及び制御基板28の3つの回路基板が搭載される。電源基板26には電源回路18が搭載される。ハウジング2にはコネクタ29bを介して電源コード29aが接続され、電源回路18には外部から例えば50Hz、100Vの交流が供給される。電源基板26には、供給された交流電力を、所定の直流電力に整流するための電源回路18が設けられる。整流された直流電力は、FET(電界効果トランジスタ)等のスイッチング素子16により構成されるインバータ回路により、モータ5のコイル5cの各相に所定の間隔で順次供給される。インバータ回路や、インバータ基板27上に搭載されるインバータ回路を制御するための制御回路17の構成は、ブラシレスDCモータを制御する公知の回路を用いることができる。その制御回路についての詳細説明は後述する。
ハウジング2の上部にはモータ5の回転をオンオフするための起動スイッチが設けられる。起動スイッチは、ハウジング2に対して回動軸12を基準に揺動可能な、即ちシーソー式に形成されたスイッチレバー10と、スイッチレバー10を所定の揺動方向に付勢するスプリング11と、回動軸12に対してスイッチレバーの10の押圧面(トリッガ部)10aとは反対側の端部10bに取り付けられる永久磁石13と、永久磁石13と対向する位置に設けられるホール素子14により構成される。ホール素子14は、ホール効果を利用して磁界を検出する素子(磁気検出素子)であり、基板15に搭載される。ハウジング2から外部に突出するスイッチレバー10の押圧面10aを押下し、スプリング11が圧縮される方向にスイッチレバー10を移動させると、図1ではスイッチレバー10が回動軸12を中心に反時計方向に揺動(微小角度だけ回転)し、永久磁石13とホール素子14の距離が離れる。その結果、ホール素子14が永久磁石13から生ずる磁界の影響をうけてホール素子14の出力がハイとなり、ホール素子14から後述する制御部へ信号が伝達される。このように、スイッチレバー10を移動させることによりホール素子14が磁石の近接離間を検知するので、モータ5の回転をオン又はオフすることができる。尚、本実施例ではスイッチレバー10を握ると永久磁石13とホール素子14の距離が離れるように構成したが、逆に、永久磁石13とホール素子14の間隔が縮まるように構成しても良い。
この起動スイッチの機構は、機械的な接点を持たずに、永久磁石13から発生される磁界を非接触状態においてホール素子14で検知するので、接点が劣化することが無く、長期間安定して作動させることができる。また、可動部分(スイッチレバー)側には電気が流れる素子は搭載されずに永久磁石13を配置しただけなので、信頼性が高めるとともに長い寿命が期待できる。さらに、ホール素子14は、非可動部分である基板15に搭載されるので、信頼性が高く安定して動作をすることができるスイッチ機構を実現できる。
ハウジング2のモータ5の下部には、モータ5の回転方向を正転と逆転に切替えるための正逆切替スイッチ21が設けられる。正逆切替スイッチ21は切替操作レバー20をモータ5が収容されるハウジング2の中腹部の外周側であって、モータ5の回転軸5dの方向と、切替操作レバー20の延びる方向がほぼ平行になるように設けられる。図2において、軸線25aと切替操作レバー20の中心線25bがほぼ平行であることが理解できるであろう。切替操作レバー20は、回転軸5dの方向で後方から前方に、ハウジング2から外部に突出するように設けられる。再び図1に戻り、正逆切替スイッチ21の後方には、表示部23が設けられる。表示部23は本体の下面から視認できるように配置され、例えばモータ5の設定回転数を表示することができる。
ここで、ハウジング2においてモータ5が占める軸方向(前後方向)の長さ部分をMとすると、正逆切替スイッチ21が占める部分はLとなる。正逆切替スイッチ21の切替操作レバー20のハウジング2から外部に露出する部分の長さはL1となる。本実施例ではL及びL1がMに対して軸方向にオーバーラップするように配置される。特にL1はMの範囲内になるように正逆切替スイッチ21を配置すれば操作性向上のため特に好ましい。また、ハウジング2において、スイッチレバー10の外部に突出する部分(即ち押圧面10a)が占める軸方向の長さ部分はS1となる。このS1は完全にMの範囲内になるようにスイッチレバー10が配置される。このようにスイッチレバー10をモータ5とオーバーラップするように配置することによって、スイッチレバー10を押した状態で重量的に重いモータ5付近を握ることが可能となる。
モータ5の回転軸5dの後端には、回転子5aの回転位置検出用の永久磁石30が設けられ、この永久磁石30に対向する位置に3つのホール素子31が設けられる。ホール素子31は、回転子5aの回転位置を検出するために周方向に所定の間隔毎、例えば角度60°毎に基板32上に配置される。このようにモータの回転位置検出用の永久磁石30をわざわざ設けるのではなく、回転子5aに含まれる永久磁石を用いてホール素子にて回転位置を検出するように構成することも広く行われている。しかしながら、モータ5のように回転子5aの径が小さい場合には、回転子5aの永久磁石に相対する位置に3つのホール素子を配置することが難しいので、本実施例では回転子5aの位置検出用の永久磁石30を別途設けるようにした。しかし、この構成に限られずに、回転子5aに含まれる永久磁石を用いるように構成しても良い。
次に、本実施例の電動式ドライバの動作について説明する。まず、作業者が、スイッチレバー10と共にハウジング2の把持部分を握って揺動させると、ホール素子14が永久磁石13との対向状態が解除されたことを検知し、ホール素子14の出力信号がローとなる。ことから電源回路18からインバータ回路に整流された直流が供給される(電源がオンになった状態)。すると、インバータ回路によって所定の駆動電流がモータ5の所定のコイル5cに順次供給され、回転子5aが回転する。モータ5が回転すると、回転軸5dから減速機構50に回転力が伝達され、所定の回転数に減速されて、クラッチ機構70を介してシャフト7及びソケット8に回転力が伝達され、図示しない先端工具を回転させる。これにより、締付部材である図示しないねじ等が被締付材に締め込まれる。ねじが締め込まれて、締付けトルクが所定の値に達したときにクラッチ機構70が作動し、減速機構50とシャフト7の接続が解除されることによって、締付部材の締め付けが終了する。
クラッチ機構70が作動して動力伝達が遮断されると、停止スイッチ75がオフとなってモータ5を停止させる。停止スイッチ75は、クラッチ機構70のクラッチスリーブ74の一部に取り付けられる永久磁石75aと、永久磁石75aと対向する位置に設けられるホール素子75bによって構成される。永久磁石75aの大きさはホール素子75bに対して磁界の影響を与えるのに十分な大きさであれば良く、ホール素子75bの大きさとほぼ同じか、又は、やや大きい程度の大きさで良い。また、製造上の容易さからクラッチスリーブ74の外周側に円環状の磁石を取り付けるようにしても良い。
クラッチ機構70が作動していない状態、即ち、ボール71が初期位置にあって、ボール71がカラー72を前方に押し出していない状態では、クラッチスリーブ74は最後端位置にあり、永久磁石75aとホール素子75bの間隔は最小状態にある。そのためホール素子75bの出力はハイとなる。一方、クラッチ機構70が作動して、ボール71によってカラー72が前方に押し出された際には、カラー72の軸方向前方への移動がニードル73を介してクラッチスリーブ74に伝達され、スプリング77を圧縮しながらクラッチスリーブ74は前方に移動する。この際、クラッチスリーブ74に取り付けられる永久磁石75aはホール素子75bに対して離れる方向(前方向)に移動する(離反する)ので、ホール素子75bの出力がローに切替わる。このホール素子75bの出力変化を後述する制御部で検出することによって、制御部はモータ5の回転を停止させる。
尚、ねじ等の締付材を締める場合はモータ5の回転を正回転方向とするが、反対にねじを緩める場合はモータ5の回転を逆転させてソケット8を逆回転させることができるが、この操作は正逆切替スイッチ21の切替操作レバー20を操作することによって行うことができる。
図2は、本発明の実施例に係る電動式ドライバ1の側面図である。本実施例の電動式ドライバ1は、後方に吊り下げ用のフック33が設けられ、工場の流れ作業等のラインで、フック33を用いて弾力性のあるゴム等で吊り下げておく。吊り下げ状態では、電動式ドライバ1の前方側(先端工具36側)が下に、後方側(フック33側)が上に位置する。作業者は吊り下げ状態から、ハウジング2の中央付近の把持部分を片方の手24(通常は利き手)で握って、ゴム等を引っ張った状態で作業する。この際、スイッチレバー10は、例えば人差し指で握ることによって電動式ドライバ1を握る動作とスイッチをオンにする動作を同時に行うことができる。尚、ゴム等で吊り下げるのではなく、フック33に変形可能なワイヤー(金属線部材)を固定した状態で、ワイヤーを円筒形の付勢されたリールに固定するようにしても良い。このような固定方法の場合、作業者が電動式ドライバ1を握りワイヤーを引っ張った状態では、リールがワイヤーから引き出される。作業者が電動式ドライバ1を握らない状態では、リールにワイヤーが巻き取られる。
切替操作レバー20は、筒状のハウジング2の長手方向と平行に前側に突出するように延びる位置に配置される。スイッチレバー10が上側に取り付けられるのに対して、切替操作レバー20はスイッチレバー10に対して回転方向に180度隔てた反対側たる下側に取り付けられる。このようにスイッチレバー10と切替操作レバー20をモータ5の回転軸5dに対して対称位置に配置することによって、作業者は人差し指を離してスイッチレバー10を解除し、手24をハウジング2から離さずに親指部分を動かすだけで切替操作レバー20を操作することが可能となる。
ソケット8の前方側には、先端工具36が装着される。先端工具36はソケット8に着脱可能である。本実施例では先端工具36がプラスドライバの例を示しているが、これだけに限られず、マイナスドライバ、ドリル、砥石等のその他の任意の先端工具を装着することができる。
図3は電動式ドライバ1の底面図である。本図ではハウジング2の外形と切替操作レバー20の位置関係を説明するための図であるので、表示部23等の細かい部分の図示は省略してある。ハウジング2は作業者が片手で把持するためにハウジング2の径が一番細くなった把持部2cが形成される。把持部2cの内部にはモータ5が配置されるため、重いモータ5が把持位置にあるので重量バランスが良く使い勝手がよい。把持部2cの後方側は、電源基板26、インバータ基板27及び制御基板28の3つの回路基板を搭載するために、ハウジング2のテール部分2dが左右方向に幅が広くなるように構成される。正逆切替スイッチ21は、テール部分2dから後方及び前方に突出した部分(スイッチ収容部2e)に収容される。図3から、切替操作レバー20は平行な板状のレバーであることが理解できるであろう。
図4は図2のA−A部の断面図及びA−A部より後方を見た図である。図2のA−A部においては、作業者が片手で把持する部分であるため、ハウジング2の径が一番細くなっている。A−A部の後方側において、ハウジング2の上側にはスイッチレバー10が設けられる。ハウジング2のテール部分2dの外形は略四角形であり、特に左右方向(横方向)の幅が広くなるように形成される。スイッチレバー10の移動方向は、矢印38の方向にスイッチレバー10を移動させたときにモータ5の回転がオンになり、スイッチレバー10を離すとスプリング11(図1参照)の作用によりスイッチレバー10は矢印38と反対方向に移動して元の位置にもどり、モータ5の回転がオフとなる。ハウジング2の下側であってモータ5の径方向外側には、正逆切替スイッチ21が設けられ、正逆切替スイッチ21から前方側に切替操作レバー20が突出する。切替操作レバー20は上下方向に長細い板状の部材であり、矢印37a又は37bの方向に揺動させることによって、モータ5の回転方向を正方向(締め付け方向)と、逆方向(緩め方向)に切り替えることができる。把持部2cと切替操作レバー20の距離は適切に短くしたので、本体を把持したままで親指のみを動かすだけの操作で正逆切替えが容易にできる。
図5は図1の切替操作レバー20の動作を示す部分底面図である。切替操作レバー20は、矢印39の方向に揺動させることができ、3つの停止位置を有し、20aで示す位置が中立位置(スイッチレバー10を握ってもモータ5が回転しない位置)、20bがモータ5を正回転させる位置(締付部材を締め付ける位置)、20cがモータ5を逆回転させる位置(締付部材を緩める位置)である。
以上のように、本実施例では、正逆切替スイッチ21の切替操作レバー20をハウジング2の中腹部、即ちモータ5の収容位置又は把持部2cとオーバーラップする位置に配置し、スイッチレバー10と切替操作レバー20をモータ5の回転軸5dに対して対称位置に配置し、切替操作レバー20の突出方向が回転軸5dの方向にほぼ平行になるようにしたので、本体を把持しながら正逆切替スイッチ21の操作がしやすくなる。また、スイッチレバー10のスイッチ機構に、機械的な電気接点を有するスイッチを設けること無く、非接触式で検知するスイッチ機構を設けたので、信頼性が高くて寿命の長い電動工具を実現することができる。また、非接触式スイッチ機構を磁気的に検出するようにしたので、ノイズの影響を受けにくくて、粉塵等の影響の受けにくいスイッチ機構を実現することができる。
次に、モータ5の駆動制御系の構成を図6に基づいて説明する。図6はモータ5の駆動制御系の構成を示すブロック図であり、点線で示す制御部80は制御基板28に搭載され、インバータ回路82はインバータ基板27上に搭載される。本実施例では、モータ5は3相のブラシレスDCモータで構成される。このブラシレスDCモータは、いわゆるインナーロータ型であって、複数組(本実施例では2組)のN極とS極を含む永久磁石(マグネット)を含んで構成される回転子(ロータ)5aと、スター結線された3相の固定子巻線U、V、Wから成る固定子(ステータ)5bを有する。スイッチ操作検出回路90が、起動スイッチ用のホール素子14からの信号がハイとなったことを検出すると、演算部81はホール素子31からの位置検出信号に基づいて固定子巻線U、V、Wへの通電方向と時間を制御し、モータ5を所定の回転数で回転させる。モータ5の回転数は、表示部23内に設けられる図示しないタクトスイッチ23aにて、例えば、“高、中、低”の3段階のいずれかの速度を設定することができ、回転数設定回路93はタクトスイッチ23aによって設定された制御信号を演算部81に送る。
インバータ基板27上に搭載される素子は、3相ブリッジ形式に接続されたFET等の6個のスイッチング素子16(Q1〜Q6)から構成されるインバータ回路82である。ブリッジ接続された6個のスイッチング素子Q1〜Q6の各ゲートは、制御信号出力回路83に接続され、6個のスイッチング素子Q1〜Q6の各ドレインまたは各ソースは、スター結線された固定子巻線U、V、Wに接続される。これによって、6個のスイッチング素子Q1〜Q6は、制御信号出力回路83から入力されたスイッチング素子駆動信号(H4、H5、H6等の駆動信号)によってスイッチング動作を行い、インバータ回路82に印加される電源回路18の出力たる直流18aを3相(U相、V相及びW相)電圧Vu、Vv、Vwとして固定子巻線U、V、Wに電力を供給する。
6個のスイッチング素子Q1〜Q6の各ゲートを駆動するスイッチング素子駆動信号(3相信号)のうち、3個の負電源側スイッチング素子Q4、Q5、Q6をパルス幅変調信号(PWM信号)H4、H5、H6として供給し、制御基板28上に搭載された演算部81によって、モータ5のスイッチ手段を構成するホール素子14の出力信号に基づいてモータ5への電力供給を開始させる。
ここで、PWM信号は、インバータ回路82の正電源側スイッチング素子Q1〜Q3または負電源側スイッチング素子Q4〜Q6の何れか一方に供給され、スイッチング素子Q1〜Q3またはスイッチング素子Q4〜Q6を高速スイッチングさせることによって直流18aから各固定子巻線U、V、Wに供給する電力を制御する。尚、本実施例では、負電源側スイッチング素子Q4〜Q6にPWM信号が供給されるため、PWM信号のパルス幅を制御することによって各固定子巻線U、V、Wに供給する電力を調整してモータ5の回転速度を制御することができる。
モータ5の回転方向を切り替えるための正逆切替スイッチ21の出力は回転方向設定回路92に入力され、回転方向設定回路92は正逆切替スイッチ21の変化を検出するごとに、モータの回転方向を切り替えて、その制御信号を演算部81に送出する。演算部81は、図示していないが、処理プログラムとデータに基づいて駆動信号を出力するための中央処理装置(CPU)、処理プログラムや制御データを記憶するためのROM、データを一時記憶するためのRAM、タイマ等を含んで構成される。
演算部81は、回転方向設定回路92と回転子位置検出回路84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、回転数設定回路93の出力にあわせてモータ5の駆動信号を制御信号出力回路83に出力する。これによって固定子巻線U、V、Wの所定の巻線に交互に通電し、回転子5aを設定された回転方向に回転させる。モータ5に供給される電流値は、電流検出回路89によって測定され、その値が演算部81にフィードバックされることにより、設定された駆動電力となるように調整される。尚、PWM信号は正電源側スイッチング素子Q1〜Q3に印加しても良い。
制御部80には、クラッチ機構70が動作した際に出力信号がローになるホール素子75bが接続され、ホール素子75bの出力変化を検出してクラッチ動作検出回路91は、演算部81に対してモータ5の回転の停止を指示する信号を出力する。このクラッチ動作検出回路91によって、作業者がスイッチレバー10を押下するだけで締付け作業が開始され、所定のトルクまで締め付けが完了すると、自動的にクラッチ機構70が作動しモータ5の回転が自動停止する。この後、作業者はスイッチレバー10を離して作業を完了する。
次に、図7から図9を用いて、本発明の第2の実施例を説明する。図7は本発明の第2の実施例に係る電動式ドライバの縦断面図である。第2の実施例では、モータ105をハウジング102のほぼ中央付近であって、把持される部分(把持部)の内周側に設けられる点、モータ105の出力が減速機構150を介して図示しないクラッチ機構に伝達される点、ハウジング102の先端付近にダイヤル122が設けられる点、ソケット8は、モータ105の回転軸と同軸上に配置される点で、第1の実施例と同じ基本構成である。クラッチ機構が作動して減速機構150とシャフトの回転伝達が解除される際の負荷トルクの大きさは、ダイヤル122を回転させることによって調節可能である。ダイヤル122は円周方向に連続して構成される円筒状の部材であり、図示しないクラッチリングを容易に回転させるために設けられる。
モータ105の前方側において、回転軸と同軸上に小型の冷却ファン106が設けられる。モータ105が回転することによって冷却ファン106も回転し、ハウジング102内の空気を吸引して、冷却ファン106の外周付近のハウジング102に形成された排気口135から外部に排出される。モータ105の回転軸は、2つのベアリング119a、119bにより回転可能に保持される。ベアリング119a、119bはハウジング102の側壁から突出して形成される固定リブ102a、102bによってそれぞれ保持される。
ハウジング102の後端部には、電源基板126、インバータ基板127及び制御基板128の3つの回路基板が搭載される。これらに搭載される電子回路は第1の実施例で説明したものと同様である。ハウジング102の上部にはモータ105の回転をオンオフするための起動スイッチが設けられる。この起動スイッチは、ハウジング102に対して回動軸112を基準に微小角度だけ揺動可能な、即ちシーソー式に形成されたスイッチレバー110と、スイッチレバー110を所定の揺動方向に付勢するスプリング111と、回動軸112に対してスイッチレバーの110の押圧面(トリッガ部)110aとは反対側の端部110bに取り付けられる永久磁石113と、永久磁石113と対向する位置に設けられるホール素子114により構成される。スイッチレバー110は、ハウジング102から外部に三角状に大きく突出される。このように突出させるのは、スイッチレバー110を操作する際に、三角状の部分の引っかかりを設けることにより指にかかって把持しやすくなるためである。またこのようなスイッチレバー110の形状とすることで、作業者がスイッチ部を見なくても、スイッチレバー110がどこにあるかを把握することができる為である。
ここで、第1の実施例とは異なり、回動軸112が、前後方向に見て、スイッチレバー110がハウジング102から外部に露出する露出部分の範囲S2内に形成されている。このように回動軸112の位置を範囲S2内に設定することにより、回動軸112の上側部分をハウジング102で覆う必要がないので、回動軸112付近のスイッチレバー110の厚み(上下方向の長さ)を大きく確保することができ、回動軸112周りの強度を向上させて安定して動作させることができ、寿命の長いスイッチレバー110を実現することができる。
ハウジング102から外部に突出するスイッチレバー110の押圧面110aを押下し、スプリング111が圧縮される方向にスイッチレバー110を移動させると、図7ではスイッチレバー110が回動軸112を中心に反時計方向に揺動(微小角度だけ回転)し、永久磁石113とホール素子114の距離が縮まる。その結果、ホール素子114が永久磁石113から生ずる磁界の影響をうけてホール素子114の出力がハイとなり、ホール素子114から制御部へ信号が伝達される。
第2の実施例においては、スイッチレバー110に取り付けられる永久磁石113の搭載位置は第1の実施例とほぼ同様であるが、それに対向して設けられるホールIC114を専用の基板15(図1参照)に配置するのではなく、回転子5aの回転検出用のホール素子131と同じ基板132に配置するようにした。このように、ホール素子114、131を搭載するための基板を共用にして部品点数を少なくすることにより、コストダウンや信頼性向上を達成できた。尚、ホール素子114を、基板132でなくインバータ基板127と共用にするように構成しても良い。本実施例においては、スイッチレバー110をモータ105の後方側まで延ばして、そこに永久磁石を設けているので、ホール素子114を設ける位置には比較的自由度が高く、ハウジング102の内部に配置される各種基板の構成にあわせてホール素子114を適宜配置すればよい。
図8は本発明の第2の実施例に係る電動式ドライバ101の側面図である。本図から、ハウジング102の把持部102cの上側において、矢印Eで示す部分のように、筒状のハウジング102の径が細くなっており、作業者が指を掛けやすいように構成されていることが理解できるであろう。また、スイッチレバー110の押圧面110aが、横から見て三角形状に外部に(上部に)突出するように構成されるので、作業者がスイッチレバー110を握りやすい上に、握ったまま快適に作業をすることができる。
図9は、本発明の第2の実施例に係る電動式ドライバ101の部分底面図である。第2の実施例においては、正逆切替スイッチの切り替え操作の頻度が少ない場合を想定して、切替操作レバー120がハウジング102から外部にほとんど突出しないように構成した。そのため、ハウジング102には、下から見て略扇状の窪み部分102fが形成され、切替操作レバー120はその窪み部分102f内で揺動できるように構成した。揺動方向は図5で説明した方向と同じである。このように構成することによって、作業者が電動式ドライバ101を把持する際に、誤って切替操作レバー120を操作してしまう恐れがほとんどなくなり、使い勝手の良い電動工具を実現することができる。
ハウジング102のテール部分の下側には、操作表示部123が設けられる。操作表示部123は、タクトスイッチ123aと、その横に設けられる3つのLED123bで構成され、タクトスイッチ123aを押す毎にモータ105の回転数を、“低”、“中”、“高”のいずれかに設定することができる。このように操作表示部123がハウジング102のテール部分の下側にあることにより、電動式ドライバ101をフック33で上から吊した状態で、図2で示したように片手で把持して作業をする場合に、操作表示部123が作業者から容易に見える位置にあるので、設定中のモータ105の回転数を容易に認識することができる。
以上説明したように、第2の実施例においても電動工具のモータのオンオフを制御するスイッチ機構を、スイッチレバーに設けられる磁石と、磁石の接近又は離反によってモータのオン又はオフを制御する磁気検出素子で構成したので、スイッチの動作精度を高めて耐久性が高いスイッチ機構を実現することができる。また、スイッチレバーの後端はモータの後ろ側に位置し、スイッチレバーの後端に磁石が固定されるので、モータ収容されるハウジングの外径(把持部の外径)の小径化を図ることができ、作業者が握りやすい電動工具を実現できる。
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施例では電動工具の例として電動式ドライバで説明したが、これだけに限られずに、電動ノコギリや電動ハンマ等の他の携帯型回転工具のスイッチ機構においても同様に適用できる。また、本実施例では商用電源で駆動される電動工具の例で説明したが、バッテリパックを用いたコードレス式の電動工具においても同様に本発明を適用できる。
1 電動式ドライバ 2 ハウジング 2a、2b 固定リブ
2c 把持部 2d テール部分 2e スイッチ収容部
3 ケース 4 クラッチリング 5 モータ 5a 回転子
5b 固定子 5c コイル 5d 回転軸 6 冷却ファン
7 シャフト 8 ソケット 10 スイッチレバー
10a 押圧面 10b 端部 11 スプリング 12 回動軸
13 永久磁石 14 ホール素子 15 基板
16 スイッチング素子 17 制御回路 18 電源回路
18a 直流 19a、19b ベアリング 20 切替操作レバー
21 正逆切替スイッチ 22 ダイヤル 23 表示部
23a タクトスイッチ 24 (作業者の)手 25a 軸線
25b 中心線 26 電源基板 27 インバータ基板
28 制御基板 29a 電源コード 29b コネクタ
30 永久磁石 31 ホール素子 32 基板
33 フック 36 先端工具
40 正逆切替スイッチ 41 切替操作レバー
45 正逆切替スイッチ 45a、45b ボタン
47 正逆切替スイッチ 50 減速機構
70 クラッチ機構 71 ボール 72 カラー
73 ニードル 74 クラッチスリーブ 75 停止スイッチ
75a 永久磁石 75b ホール素子 77 スプリング
80 制御部 81 演算部 82 インバータ回路
82 回転方向設定回路 83 制御信号出力回路
84 回転子位置検出回路 89 電流検出回路
90 スイッチ操作検出回路 91 クラッチ動作検出回路
92 回転方向設定回路 93 回転数設定回路
101 電動式ドライバ 102 ハウジング
102a、102b 固定リブ 102c 把持部 102f 部分
105 モータ 106 冷却ファン 110 スイッチレバー
110a 押圧面 110b 端部 111 スプリング
112 回動軸 113 永久磁石 114 ホール素子
119a、119b ベアリング 120 切替操作レバー
122 ダイヤル 123 操作表示部 123a タクトスイッチ
123b LED 126 電源基板 127 インバータ基板
128 制御基板 131 ホール素子 132 基板
135 排気口 150 減速機構

Claims (8)

  1. モータと、
    前記モータを収容する筒状のハウジングと、
    前記ハウジングの前部に設けられる先端工具保持部と、
    前記モータの回転をオンオフするものであって、前記ハウジングから突出するスイッチレバーと、
    前記スイッチレバーに設けられる磁石と、
    前記ハウジングの内部に収容され、前記磁石の接近又は離反によって前記モータのオン又はオフを制御する磁気検出素子を有することを特徴とする電動工具。
  2. 前記スイッチレバーは、前記ハウジングの前後方向に延びることを特徴とする請求項1に記載の電動工具。
  3. 前記スイッチレバーの後端は前記モータの後ろ側に位置し、
    前記スイッチレバーの後端に前記磁石が固定されることを特徴とする請求項2に記載の電動工具。
  4. 前記スイッチレバーは回転軸を有するシーソー式のレバーであり、前記回転軸から一方側が前記ハウジングより突出するトリッガ部であり、他方側が前記ハウジングの内部に収容されることを特徴とする請求項3に記載の電動工具。
  5. 前記ハウジングの内部にモータの回転制御用の基板を設け、
    前記磁気検出素子は前記基板に搭載されることを特徴とする請求項3に記載の電動工具。
  6. 前記基板には、前記モータの駆動用のインバータ回路が搭載されることを特徴とする請求項5に記載の電動工具。
  7. 前記基板には、前記モータの回転位置検出用の磁気検出回路が搭載されることを特徴とする請求項5に記載の電動工具。
  8. 前記筒状のハウジングの軸方向中央付近が把持部として形成され、
    前記モータは前記ハウジングの把持部の内側に配置され、
    前記スイッチレバーの前記トリッガ部は前記把持部に配置されることを特徴とする請求項6又は7に記載の電動工具。
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