JP2016093849A - 電動工具 - Google Patents

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直樹 田所
Naoki Tadokoro
直樹 田所
俊彰 小泉
Toshiaki Koizumi
俊彰 小泉
和隆 岩田
Kazutaka Iwata
和隆 岩田
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Abstract

【課題】トリガで作動されるスイッチ機構を搭載した基板に制御回路も搭載することで、相互配線を不要にして、組立作業性の改善やハウジングの小型化を図る。【解決手段】ブラシレスモータ10及び先端工具が接続される出力部30を収容する胴体部2と、一端が胴体部2に接続するハンドル部3と、ハンドル部3の他端に設けられる収納部4とを有するハウジング1を用い、トリガ5で作動されるスイッチ機構6を搭載したスイッチ基板7にハイブリッドICで構成した制御回路IC81を搭載し、これを胴体部2内に配設している。【選択図】図1

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。
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。
特開2012−139747号公報
図3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)。
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の操作によって作動されるスイッチ機構6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。
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。前記制御回路はスイッチ機構6からのトリガ5の引き代に応じたトリガ引き代信号を受けてモータ10の回転等を制御する。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。
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。
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との電気接続はハンドル部3内を通るフラットケーブル72で行われている。また、スイッチ機構6が搭載されたスイッチ基板7と制御回路基板60との電気接続は多数本(例えば5本以上)の配線コードで行われている。
図3の従来技術のように、スイッチ機構6が搭載されたスイッチ基板7と、スイッチ機構6からのトリガ引き代信号等を受けてモータ10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。
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、トリガで作動されるスイッチ機構を搭載した基板に制御回路も搭載することで、相互配線を不要にして、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。
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、前記ハンドル部に設けられたトリガと、前記トリガで作動されるスイッチ機構と、前記スイッチ機構が搭載されたスイッチ基板と、前記モータに電力を供給するスイッチング素子を搭載したスイッチング素子基板と、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、前記スイッチ基板は前記ハンドル部内に収納され、前記スイッチ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。
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。
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し、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。
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。
前記態様において、前記ハンドル部内の前記スイッチ基板よりも前記収納部寄り位置にノイズフィルタが配設されているとよい。
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。
本発明に係る電動工具によれば、トリガで作動されるスイッチ機構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。
本発明に係る電動工具の実施の形態であって、インパクトドライバを示す側断面図。 実施の形態における制御ブロック図。 従来例を示す側断面図。
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。
図1及び図2で本発明に係る電動工具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3の従来例とは異なっている。
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。
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。
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。
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。
ハンドル部3には、トリガ5が設けられており、トリガ5はスイッチ機構6と接続している。トリガ5の操作によって作動されるスイッチ機構6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。スイッチ機構6はスイッチ基板7に搭載され、ハンドル部3内に収納されている。また、スイッチ基板7には、図2のドライブ回路(ゲートドライバ)82及びマイクロコンピュータ(演算部)83を含むハイブリッドICで構成された制御回路IC81が搭載されている。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。制御回路IC81は、例えば、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ハイブリッドIC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。制御回路IC81はトリガ5の引き代に応じたスイッチ機構6からのトリガ引き代信号を受けて、図2のインバータ回路85を制御してモータ10の回転等を制御する。
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。
また、モータ10の軸方向の後方位置(モータ10の背後)には、インバータ回路基板(スイッチング素子基板)70が配置されて胴体部2内に固定され、インバータ回路基板70に制御回路IC81で制御される図2のインバータ回路85が搭載されている。インバータ回路基板70のモータ10への対面側(ロータ12への対面側)には、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IC81に入力される。なお、各FET71は、モータ10に対してインバータ回路基板70の非対面側に配置され、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。
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、インバータ回路基板70に搭載されたインバータ回路85及び制御回路IC81に供給される。制御回路IC81のドライブ回路82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ものであり、マイクロコンピュータ83はドライブ回路82等を制御するものである。ロータ12の位置を検出する各ホールIC91の回転位置検出出力は制御回路IC81に入力される。
制御回路IC81は、トリガ5によりスイッチ機構6が作動されたときに、トリガ5の引き代に応じたスイッチ機構6からのトリガ引き代信号を受けると共に、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を所定方向に前記トリガ引き代信号に応じた所定回転速度で回転させる制御を行う。
図1に示すように、スイッチ機構6と制御回路IC81との電気接続はスイッチ基板7の配線パターンによって行われる。このため、従来必要であった、スイッチ機構6と制御回路間の配線コードが不要になっている。また、制御回路IC81とインバータ回路基板70との電気接続は、例えばフラットケーブル72Aで行われる。この場合、制御回路を収納部4に配置した図1の従来例に比較してフラットケーブルの全長を短くでき、しかもハンドル部3内で最も余裕空間の無いノイズフィルタ(チョークコイル41とコンデンサ42)配置部分を通過させる必要がなくなる。
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。
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IC81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を回転方向に打撃し、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。
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。
(1) トリガ5で作動されるスイッチ機構6が搭載されたスイッチ基板7に、制御回路IC81を搭載したので、従来必要であったスイッチ機構6と制御回路間の配線コードによる電気接続を不要にできるとともに、組立作業性の改善を図ることができる。
(2) ドライブ回路82及びマイクロコンピュータ83が含まれる制御回路をハイブリッドIC化した制御回路IC81を用いることで、スイッチ基板7の面積の増大を招くことが無く、ハンドル部3内の中間部に支障なく配置できる。また、多種多様な電動工具にハイブリッドIC化した制御回路IC81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。
(3) 制御回路IC81はハンドル部3内の中間部に位置しているため、インバータ回路基板70との電気接続のための配線を短縮できる。しかも、ハンドル部3内で最も余裕空間の無いノイズフィルタ(チョークコイル41とコンデンサ42からなりスイッチ基板7よりも収納部4寄り位置ある)の配置部分を通過させる必要がなくなり、ハンドル部3の小径化を図る上で有利である。
(4) ブラシレスモータ10の軸方向の後方位置にインバータ回路基板70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を効果的に冷却可能である。
(5) FET71を有するインバータ回路もスイッチ基板7に搭載する場合には、スイッチ基板7が大面積となり、ハンドル部3の小径化が困難になるが、本実施の形態ではインバータ回路基板70は別体として放熱性の良好なモータ10の背後に配置することで、ハンドル部3の小径化が容易になる。
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。
また、上記実施の形態では、ハウジングの胴体部内においてモータ軸方向の後方にインバータ回路基板を配置したが、モータ軸方向の前方に配置してもよい。また、ハウジングの胴体部内において、インバータ回路基板をモータの周方向外側に配置してもよい。この場合、FETを基板に対して寝かせた状態で搭載すれば、胴体部が上下方向に大きくなることも抑制することができる。
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。
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 スイッチ基板
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
81 制御回路IC
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
91 ホールIC

Claims (5)

  1. 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、
    前記ハンドル部に設けられたトリガと、
    前記トリガで作動されるスイッチ機構と、
    前記スイッチ機構が搭載されたスイッチ基板と、
    前記モータに電力を供給するスイッチング素子を搭載したスイッチング素子基板と、
    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、
    前記スイッチ基板は前記ハンドル部内に収納され、前記スイッチ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。
  2. 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ことを特徴とする請求項1に記載の電動工具。
  3. 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し、前記制御回路がハイブリッドICで構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電動工具。
  4. 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ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の電動工具。
  5. 前記ハンドル部内の前記スイッチ基板よりも前記収納部寄り位置にノイズフィルタが配設されていることを特徴とする請求項4に記載の電動工具。
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