JP2016093849A - 電動工具 - Google Patents

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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