JP2016093848A - Power tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、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。 The present invention relates to an electric tool that supplies electric power to a motor via a switching element.
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。
Conventionally, an electric power tool driven by electric power supplied from a commercial AC power source to a commutator motor, for example, an impact driver is known. In recent years, for example,
図5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)。
FIG. 5 shows a conventional electric tool shown in
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。
The
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。
A
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(スイッチング素子基板)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。
The inverter circuit controlled by the control circuit is mounted on an inverter circuit board (switching element board) 70 disposed behind the
前記制御回路は、各FET71をオン、オフする駆動信号を出力するドライブ回路(ゲートドライバ)及びマイクロコンピュータを含み、制御回路基板60とインバータ回路基板70との電気接続はフラットケーブル72で行われている。
The control circuit includes a drive circuit (gate driver) that outputs a drive signal for turning on / off each
図5の従来技術のように、FET71を搭載したインバータ回路基板70と、これを制御する制御回路を搭載した制御回路基板60とが離れた位置にあると、ハンドル部3内を通る相互の配線本数が多くなり、作業者が把持しやすいようにハンドル部3を小径化するための妨げとなったり、組み立て作業に手間がかかる等の問題が生じる。
When the
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、スイッチング素子を搭載した基板に制御回路も搭載することで、相互配線のためのケーブルや配線コードを不要にして、組立作業性の改善やハウジングの小型化を図ることのできる電動工具を提供することにある。 The present invention has been made in recognition of such a situation, and its purpose is to install a control circuit on a substrate on which a switching element is mounted, thereby eliminating the need for cables and wiring cords for mutual wiring and assembling work. It is an object of the present invention to provide a power tool capable of improving the performance and reducing the size of the housing.
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、及び一端が前記胴体部に接続するハンドル部を有するハウジングと、前記モータに電力を供給するスイッチング素子と、前記スイッチング素子を制御する制御部を有する制御回路とを備え、
前記スイッチング素子を搭載したスイッチング素子基板に、前記制御回路が搭載されていることを特徴とする。
One embodiment of the present invention is a power tool. The electric tool includes a motor, an output unit that is driven by the motor and to which a tip tool is connected, a body part that houses the motor, a housing that has a handle part that is connected to the body part, and the motor. And a control circuit having a control unit for controlling the switching element,
The control circuit is mounted on a switching element substrate on which the switching element is mounted.
前記態様において、前記モータの軸方向の前方又は後方位置に前記スイッチング素子基板が配設されているとよい。 In the above aspect, the switching element substrate may be disposed at a front or rear position in the axial direction of the motor.
前記態様において、前記制御部は、前記スイッチング素子をオン、オフする駆動信号を出力するドライブ回路及び前記ドライブ回路を制御するマイクロコンピュータを有するとよい。 In the aspect, the control unit may include a drive circuit that outputs a drive signal for turning on and off the switching element, and a microcomputer that controls the drive circuit.
前記態様において、前記スイッチング素子基板の前記モータに対面する側に前記制御回路が搭載され、非対面側に前記スイッチング素子が搭載されているとよい。 In the above aspect, it is preferable that the control circuit is mounted on a side of the switching element substrate facing the motor, and the switching element is mounted on a non-facing side.
前記態様において、前記スイッチング素子基板の前記モータに対面する側に回転位置検出素子が搭載されているとよい。 In the above aspect, it is preferable that a rotational position detecting element is mounted on a side of the switching element substrate facing the motor.
前記態様において、前記ハウジングは、前記ハンドル部の他端に設けられる収納部を有し、前記収納部に前記スイッチング素子基板が配置されているとよい。 In the above aspect, the housing may include a storage portion provided at the other end of the handle portion, and the switching element substrate may be disposed in the storage portion.
前記態様において、前記ハウジングは、前記ハンドル部の他端に設けられる収納部を有し、前記収納部から引き出された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。 In the above aspect, the housing has a storage portion provided at the other end of the handle portion, and is mounted with a rectifier circuit that converts AC power supplied from a power cord drawn from the storage portion into DC power. A rectifier circuit board may be housed in the housing portion.
前記態様において、前記収納部に前記スイッチング素子基板が配置され、かつ前記スイッチング素子基板は前記整流回路基板よりも前記ハンドル部側に位置しているとよい。 The said aspect WHEREIN: The said switching element board | substrate is arrange | positioned at the said accommodating part, and the said switching element board | substrate is good to be located in the said handle part side rather than the said rectifier circuit board.
前記態様において、前記制御回路がハイブリッドICで構成されているとよい。 In the above aspect, the control circuit may be configured by a hybrid IC.
本発明の別の態様も電動工具である。この電動工具は、モータと、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、及び一端が前記胴体部に接続するハンドル部を有するハウジングと、前記モータに電力を供給するスイッチング素子と、前記スイッチング素子を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記スイッチング素子をオン、オフする駆動信号を出力するドライブ回路と、前記ドライブ回路を制御する演算部とを有し、前記ドライブ回路と前記演算部とを含む制御回路を単一のICとして構成したことを特徴とする。
Another aspect of the present invention is also a power tool. The electric tool includes a motor, an output unit that is driven by the motor and to which a tip tool is connected, a body part that houses the motor, a housing that has a handle part that is connected to the body part, and the motor. A switching element for supplying electric power to the power supply, and a controller for controlling the switching element
The control unit includes a drive circuit that outputs a drive signal for turning on and off the switching element, and an arithmetic unit that controls the drive circuit, and includes a single control circuit including the drive circuit and the arithmetic unit. It is characterized by being configured as an IC.
前記別の態様において、前記スイッチング素子を搭載したスイッチング素子基板に、前記制御回路が搭載されているとよい。 In the another aspect, the control circuit may be mounted on a switching element substrate on which the switching element is mounted.
前記別の態様において、前記スイッチング素子の前記モータに対面する側に前記制御回路が搭載され、非対面側に前記スイッチング素子が搭載されているとよい。 In the another aspect, the control circuit may be mounted on a side of the switching element facing the motor, and the switching element may be mounted on a non-facing side.
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。 It should be noted that any combination of the above-described constituent elements, and those obtained by converting the expression of the present invention between methods and systems are also effective as aspects of the present invention.
本発明に係る電動工具によれば、スイッチング素子を搭載した基板に制御回路も搭載することで、相互配線のためのケーブルや配線コードを不要にすることができる。また、組立作業性の改善を図ることができると共に、ハウジングの小型化を図ることが可能である。 According to the electric tool of the present invention, a cable and a wiring cord for mutual wiring can be made unnecessary by mounting the control circuit on the board on which the switching element is mounted. Further, the assembly workability can be improved, and the housing can be reduced in size.
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。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same or equivalent component, member, process, etc. which are shown by each drawing, and the overlapping description is abbreviate | omitted suitably. In addition, the embodiments do not limit the invention but are examples, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.
図1及び図2で本発明に係る電動工具の第1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、後述するが制御回路の配置が図5の従来例とは異なっている。 An impact driver will be described as a first embodiment of an electric power tool according to the present invention with reference to FIG. 1 and FIG. 2 (front and rear and up and down directions are defined in FIG. 1). Although this impact driver will be described later, the arrangement of the control circuit is different from that of the conventional example of FIG.
図1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。
As shown in FIG. 1, the
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。
The
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。
The
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。
An
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。
The
収納部4の下部の引出口48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内に収納されている。
A
また、モータ10の軸方向の後方位置にスイッチング素子としてのFETを搭載したFET基板(スイッチング素子基板)80が配設されている。FET基板80は胴体部2側に固定されており、FET基板80には、例えば6個のFET71を有するインバータ回路と共に制御回路81も搭載されている。つまり、両面配線基板86にFET71が搭載されると共に制御回路81が搭載されている。
Further, an FET substrate (switching element substrate) 80 on which an FET as a switching element is mounted is disposed at a rear position in the axial direction of the
図2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、FET基板80に搭載されたFETを有するインバータ回路85及び制御回路81に供給される。制御回路81はインバータ回路85のFETをオン、オフする駆動信号を出力するドライブ回路(ゲートドライバ)82及びドライブ回路82を制御するマイクロコンピュータ(演算部)83を有している。なお、ドライブ回路82及びマイクロコンピュータ83は制御部を構成する。また、FET基板80には、モータ10のロータ12の位置を検出するために回転位置検出素子としてのホールIC91が60°の間隔を隔てて3個配設されている。各ホールIC91の回転位置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。
As shown in FIG. 2, the rectifier circuit mounted on the
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IC91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。
When the
図1に示すよう、ホールIC91はFET基板80が有する両面配線基板86のモータ10への対面側に設けられており、ロータ12に近接対向する配置であり、非対面側にFET71及び制御回路81が搭載されている。FET71、制御回路81及びホールIC91間の電気接続は両面配線基板86の配線パターンによって行われる。
As shown in FIG. 1, the
なお、ハウジング1の収納部4には、その上面側に露出する表示パネル96を有するLED基板95が設けられている。表示パネル96には、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が設けられると共に、選択された打撃力及びモードが表示されるようになっている。
Note that the
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。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。
Next, the overall operation as an impact driver will be described. By connecting the
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。 According to the present embodiment, the following effects can be achieved.
(1) スイッチング素子としてのFET71を有するインバータ回路85を搭載したFET基板80に、制御回路81も搭載することで、相互配線のためのケーブルや配線コードを不要にして、組立作業性の改善やハウジングの小型化が可能である。
(1) Since the
(2) FET基板をハウジングの胴体部に、制御回路基板を収納部に設けた従来例では、スペースに余裕のないハンドル部内を相互配線のためのケーブルや配線コードが通るため、ハンドル部の小径化が困難なきらいがあったが、本実施の形態では、胴体部2内のFET基板80に制御回路81も搭載することでハンドル部3内を通る配線を大幅削減でき、ハンドル部3のいっそうの小径化が可能である。
(2) In the conventional example in which the FET substrate is provided in the body of the housing and the control circuit board is provided in the storage part, cables and wiring cords for mutual wiring pass through the handle part where there is not enough space. However, in the present embodiment, the
(3) ブラシレスモータ10の軸方向の後方位置にFET基板80を配設しており、モータ10で駆動されるファン15の空気流でモータ10と共にFET71及び制御回路81を効果的に冷却可能である。
(3) The
図3は本発明の第2の実施の形態を示す。この場合、図2におけるFETをオン、オフする駆動信号を出力するドライブ回路82や、ドライブ回路82を制御するマイクロコンピュータ(演算部)83等を有する制御回路81をハイブリッドIC84で構成している。そして、FET基板80が有する両面配線基板86のモータ10への対面側にハイブリッドIC84及びホールIC91を配設し、非対面側にインバータ回路85を構成するFET71を配設している。ハイブリッドIC84は、例えば、図2に示したマイクロコンピュータ83のベアチップと共にドライブ回路82をIC化したベアチップ等を一つのパッケージ内に収納した構成であり、マイクロコンピュータのLSIパッケージと個別部品の回路との組合せに比較して大幅な形状縮小が図れる。
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. In this case, a
第2の実施の形態の場合、制御回路81をハイブリッドIC84で構成することで小型化や、組立作業性の改善が可能となる。また、多種多様な電動工具にハイブリッドICを共通に使用することで、コスト低減を図ることができる。さらに、FET基板80において、ハイブリッドIC84がFET71の搭載面の反対側に配置されるため、FET基板80の基板面積の縮小化が図れる。その他の構成、作用効果は図1等に示した第1の実施の形態と同様である。
In the case of the second embodiment, by configuring the
図4は本発明の第3の実施の形態を示す。この場合、FET71を搭載したFET基板80はハウジング1の収納部4内に配置され、FET基板80に制御回路81が搭載されている。また、FET基板80は熱伝導性の良好な絶縁樹脂でモールドされており、さらに、収納部4の上面側に露出する表示パネル96を有するLED基板95がFET基板80上側に一体化されている。また、収納部4の前側には内部に冷却用空気を取り入れるための多数の吸気孔を形成した風窓部7が設けられている。
FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention. In this case, the
図4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、FET基板80の順序であり、整流回路基板50と、FET基板80との間には風窓部7から収納部4の内部に入った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。
As shown in FIG. 4, the arrangement of the
なお、モータ10のロータ12の位置を検出するためのホールIC91を搭載した回転位置検出基板90は、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。その他の構成は図1等に示した第1の実施の形態と同様である。
The rotational
第3の実施の形態の場合、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、モータ前後にFETを配置する場合に比較して胴体部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。
In the case of the third embodiment, by storing the
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。 The present invention has been described above by taking the embodiment as an example. However, it is understood by those skilled in the art that various modifications can be made to each component and each processing process of the embodiment within the scope of the claims. By the way. Hereinafter, modifications will be described.
本発明の第2の実施の形態において、制御回路81のハイブリッドIC化について述べたが、第1又は第3の実施の形態においても制御回路81をハイブリッドICで構成して、FET基板80に搭載してもよいことは自明である。
In the second embodiment of the present invention, the hybrid IC of the
また、第1及び第2の実施の形態では、モータ軸方向の後方に制御回路も搭載したFET基板を配置したが、モータ軸方向の前方に配置してもよい。また、ハイブリッドIC84を図1と同様、FET71搭載面側に配置してもよいし、ハイブリッドIC84を構成しない第1の実施の形態の制御回路81を図3と同様、モータ10の対面側に配置し、FET71を反対面側に配置してもよい。すなわち、スイッチング素子基板と制御回路基板を一体化すればよい。
In the first and second embodiments, the FET substrate on which the control circuit is also mounted is disposed at the rear in the motor axial direction, but may be disposed at the front in the motor axial direction. Further, the
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。 In each embodiment, the impact driver is exemplified as the electric tool. However, the present invention is not limited to the impact driver as long as the electric tool is mounted and driven by an AC power source. For example, a driver drill having a clutch, a hammer drill having a reciprocating striking mechanism, an oil pulse driver having a hydraulic striking mechanism, and the like may be used.
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 制御回路基板
70 インバータ回路基板
71 FET
80 FET基板
81 制御回路
82 ドライブ回路
83 マイクロコンピュータ
85 インバータ回路
86 両面配線基板
87 表示パネル
90 回転位置検出基板
91 ホールIC
DESCRIPTION OF
80
Claims (12)
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、及び一端が前記胴体部に接続するハンドル部を有するハウジングと、
前記モータに電力を供給するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子を制御する制御部を有する制御回路とを備え、
前記スイッチング素子を搭載したスイッチング素子基板に、前記制御回路が搭載されていることを特徴とする電動工具。 A motor,
An output unit driven by the motor and connected to a tip tool;
A housing having a body portion for housing the motor, and a handle portion having one end connected to the body portion;
A switching element for supplying power to the motor;
A control circuit having a control unit for controlling the switching element,
The power tool, wherein the control circuit is mounted on a switching element substrate on which the switching element is mounted.
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、及び一端が前記胴体部に接続するハンドル部を有するハウジングと、
前記モータに電力を供給するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記スイッチング素子をオン、オフする駆動信号を出力するドライブ回路と、前記ドライブ回路を制御する演算部とを有し、
前記ドライブ回路と前記演算部とを含む制御回路を単一のICとして構成したことを特徴とする電動工具。 A motor,
An output unit driven by the motor and connected to a tip tool;
A housing having a body portion for housing the motor, and a handle portion having one end connected to the body portion;
A switching element for supplying power to the motor;
A control unit for controlling the switching element,
The control unit includes a drive circuit that outputs a drive signal for turning on and off the switching element, and an arithmetic unit that controls the drive circuit,
A power tool comprising a control circuit including the drive circuit and the arithmetic unit as a single IC.
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