JP2016175163A - 電動工具 - Google Patents

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Abstract

【課題】DCブラシレスモータを駆動源として内装する電動工具において、工具本体部の機長方向のコンパクト化を一層図ることによりその作業性及び操作性をより高めることを目的とする。
【解決手段】モータ軸24を支持する後側の軸受26を、センサ基板23の内周孔23b内に位置させてモータ軸線方向にオーバーラップさせる。オーバーラップさせた分だけDCブラシレスモータ20を機長L方向にコンパクト化して、その作業性及び操作性をより高めることができる。
【選択図】図3

Description

この発明は、DCブラシレスモータを駆動源として内装した電動工具に関する。
近年、この種の電動工具では、工具本体の機長方向のコンパクト化を図りあるいはそのメンテナンス性を向上させるために駆動源として下記の特許文献1に開示されているようなDCブラシレスモータを用いたものが提供されている。DCブラシレスモータは、マグネット(永久磁石)を有する回転子と、駆動コイルを有する固定子と、回転子の磁極の位置を検出する磁気センサを有するセンサ基板と、このセンサ基板により検出される回転子の磁極の位置を検出し、これに基づいて固定子の各駆動コイルに順次電流を流して回転子を回転させる電気回路基板を備えたもので、ブラシと整流子を必要としないことから機器のコンパクト化及びメンテナンスフリー化を図ることができる。
特開2005−160196号公報
しかしながら、DCブラシレスモータを駆動源として内装する電動工具についてもさらにその機長方向のコンパクト化を図る必要があった。
本発明は、DCブラシレスモータを駆動源として内装する電動工具の機長方向のコンパクト化を一層図ることによりその作業性及び操作性を高めることを目的とする。
上記の課題は、以下の各発明により解決される。第1の発明は、本体ケースにDCブラシレスモータを内装した電動工具である。第1の発明では、DCブラシレスモータは、本体ケースに支持された固定子と、モータ軸を介して固定子の内周側に回転自在に支持された回転子と、回転子の回転位置を検出するための磁気センサを有して、固定子の端面に対向配置されたセンサ基板を備えている。第1の発明は、係るDCブラシレスモータにおいて、センサ基板の内周側にモータ軸を回転支持する軸受を配置した電動工具である。
第1の発明によれば、回転子のモータ軸を回転支持する軸受がセンサ基板の内周側に配置されてモータ軸方向にオーバーラップした状態で配置されている。このため、当該軸受をセンサ基板に対してモータ軸方向にずらして配置した構成に比してオーバーラップさせた分だけDCブラシレスモータひいては工具本体部をモータ軸方向(機長方向)にコンパクト化することができる。これにより、当該電動工具の作業性及び操作性(使い勝手)をより高めることができる。
第2の発明は、本体ケースにDCブラシレスモータを内装した電動工具である。第2の発明では、DCブラシレスモータは、本体ケースに支持された固定子と、モータ軸を介して固定子の内周側に回転自在に支持された回転子と、回転子の回転位置を検出するための磁気センサを有して、固定子の端面に対向配置されたセンサ基板を備えている。第2の発明は、係るDCブラシレスモータにおいて、センサ基板はスイッチング素子を備えており、モータ軸線方向の位置についてモータ軸を回転支持する軸受をスイッチング素子にオーバーラップさせて配置した電動工具である。
第2の発明によれば、回転子のモータ軸を回転支持する軸受がセンサ基板のスイッチング素子にオーバーラップした状態で配置されている。このため、当該軸受をスイッチング素子に対してモータ軸方向にずらして配置した構成に比してオーバーラップさせた分だけDCブラシレスモータひいては工具本体部をモータ軸方向(機長方向)にコンパクト化することができる。
第3の発明は、第1又は第2の発明において、本体ケースは、モータ軸線に沿って半割り可能な半割り構造を備えており、この半割りケースを相互に結合するねじの締め込み部位が、センサ基板よりも出力側(前側)となる領域に設定された電動工具である。
第3の発明によれば、本体ケースの半割りケースを相互に結合するねじがセンサ基板よりも前側の領域において締め込まれる。このことから、係るねじが締め込まれるねじ孔若しくはねじボス部を本体ケースのセンサ基板よりも後ろ側となる領域に設ける必要がなく、その分だけ本体ケースひいては工具本体部の機長方向のコンパクト化を図ることができる。
第4の発明は、第1〜第3の何れか一つの発明において、センサ基板に対する配線が、全て当該センサ基板の前面に結線された電動工具である。
第4の発明によれば、センサ基板よりも後ろ側の領域に、配線用のスペースを確保する必要がなく、その分だけ本体ケースひいては工具本体部の機長方向のコンパクト化を図ることができる。
第5の発明は、第1〜第4の何れか一つの発明において、本体ケースの後部が後部ケースにより塞がれており、この後部ケースに対向してセンサ基板が配置された電動工具である。第5の発明では、後部ケースとセンサ基板との間に冷却風の流路が設定されている。
第5の発明によれば、センサ基板とその後方の後部ケースとの間にモータ冷却風が流されることから、センサ基板の冷却を効率よく行うことができる。
第6の発明は、第5の発明において、後部ケースに吸気口を設けた電動工具である。
第6の発明は、吸気口から導入された直後の外気によってセンサ基板がより一層効率よく冷却される。
第7の発明は、第1〜第6の何れか一つの発明において、モータ軸を回転支持する軸受と回転子との間においてモータ軸上に冷却ファンが支持されており、モータ軸線方向の位置について冷却ファンを固定子の内周側にオーバーラップさせた電動工具である。
第7の発明によれば、冷却ファンを固定子に対してオーバーラップさせた分だけDCブラシレスモータひいては工具本体部を機長方向にさらにコンパクト化することができる。
本実施形態に係る電動工具の全体斜視図である。本図は、前方斜め右側から見た状態を示している。 本実施形態に係る電動工具の全体斜視図である。本図は、後方斜め右側から見た状態を示している。 本実施形態に係る電動工具の縦断面図である。 工具本体部の縦断面図である。 図3の(V)-(V)線断面矢視図である。 図3の(VI)-(VI)線断面矢視図であって、工具本体部の横断面図である。
次に、本発明の実施形態を図1〜図6に基づいて説明する。本実施形態に係るDCブラシレスモータ20を駆動源として内装する電動工具1を示している。本例では、この電動工具1の一例として、いわゆるインパクト式のねじ締め機(インパクトドライバ)が示されている。以下の説明において、電動工具1の前後方向については、出力側(先端工具側)を前側とし、使用者から見て手前側を後ろ側とする。また、左右方向についてはグリップ部を把持した使用者を基準にして用いる。
この電動工具1は、工具本体部10と、工具本体部10の下面から下方へ突き出す状態に設けられたグリップ部15を備えている。工具本体部10は、概ね円筒形の本体ケース11を備えている。本体ケース11の後面側は、後部ケース12により閉塞されている。後部ケース12は2本のねじ13によって本体ケース11の後面側を塞ぐ状態に固定されている。
グリップ部15は、使用者が当該電動工具1を使用する際に把持する部分であり、その前面上部には使用者が指先で引き操作するトリガ形式のスイッチレバー16が設けられている。このスイッチレバー16を引き操作するとグリップ部15内に収容したメインスイッチ18がオンして駆動源としてのDCブラシレスモータ20が起動する。
本体ケース11とグリップ部15は、図2において符号Jで示す合わせ面で結合された左右の半割りケースを相互に結合して一体化した半割り構造を備えている。半割り構造の合わせ面Jは、モータ軸24の軸線方向に沿っている。本体ケース11とグリップ部15は、この合わせ面Jで左右に二分割可能な半割り構造を備えている。本体ケース11とグリップ部15の半割り構造は、合計8本のねじ2で相互に結合されている。
グリップ部15の下部には、当該電動工具1の電源としてのバッテリパック40を装着するためのバッテリ取り付け部17が設けられている。このバッテリ取り付け部17は、主として前方(図1において右側)へ張り出す状態に設けられている。このバッテリ取り付け部17の下面側にバッテリパック40が装着される。
図3に示すように本体ケース11内には、その後側から順番にDCブラシレスモータ20、遊星歯車機構30、駆動軸31、回転打撃機構32、及びアンビル33が同軸に収納されている。DCブラシレスモータ20の回転出力が遊星歯車機構30及び回転打撃機構32を経てアンビル33に伝達される。
回転打撃機構32は、駆動軸31の回転をアンビル33に対する回転打撃動作に変換する機能を有するもので、駆動軸31に対して同軸で回転可能かつ軸方向移動可能に支持されたハンマー32aと、このハンマー32aを先端側に付勢する圧縮ばね32bと、ハンマー32aの軸方向移動と回転動作を規制する鋼球32cを備えている。
アンビル33は、駆動軸31の先端に同軸で相対回転可能に支持されている。このアンビル33の軸部(出力軸36)は、円筒形の軸受34を介して本体ケース11の先端部に対して軸回りに回転自在に支持されている。
ねじ締め開始後、ねじ締め抵抗が小さい段階では、アンビル33は回転打撃機構32を介して駆動軸31と一体でねじ締め方向へ回転する。ねじ締めが進行してねじ締め抵抗が駆動軸31に伝達される回転力に勝ると、ハンマー32aが圧縮バネ32bに抗して駆動軸31に対して相対回転しつつ軸方向に後退する。ハンマー32aが圧縮ばね32bに抗して後退するとアンビル33に対する係合状態が外れる。このため、ハンマー32aが圧縮ばね32bの付勢力によって前進しつつ回転してアンビル33をねじ締め方向に打撃する。本体ケース11の前部から突き出された出力軸36の先端部には、ドライバビットやソケットビット等の先端工具(図示省略)を装着するためのチャック部35が設けられている。
図3及び図4に示すように、DCブラシレスモータ20は、本体ケース11の内側に固定された固定子21と、固定子21の内周側にモータ軸24を介して回転自在に支持された回転子22を備えている。固定子21は固定子鉄心21aに電気絶縁部材(インシュレータ)21bを介して駆動コイル21cを巻き線したもので、本体ケース11の内周側に移動不能に固定されている。図では省略されているが、本体ケース11の内面周方向の4箇所に凹部を設け、固定子鉄心の外面周方向の4箇所に突起部を設け、各突起部を本体ケース11の凹部に進入させることにより当該固定子21を本体ケース11に対して周方向に位置決め(回り止め)した状態で固定することができる。固定子鉄心の4つの突起部は、その周方向の位置について、右側半周に2つ、左側半周に2つ配置することにより、後部ケース12を本体ケース11に対して固定する2本のねじ13の締め込み位置を右側の突起部間と左側の突起部間に設定することができる。これにより、工具本体部10の径方向のサイズ(太さ)をコンパクトにすることができる。さらに、センサ基板23を電気絶縁部材21bに対して固定する4つの止めねじ23aを、右側半周に2つ、左側半周に2つ配置することにより、ねじ13の締め込み位置を右側の2本の止めねじ23a間と左側の2本の止めねじ23a間に設定することにより、一層工具本体部10を径方向にコンパクトにすることができる。
回転子22は、薄鋼板を積層した回転子鉄心22aにマグネット22bを取り付けたもので、その中心に固定したモータ軸24を介して回転自在に支持されている。モータ軸24は、前後二つの軸受25,26を介してその軸線周りに回転自在に支持されている。軸受25,26にはそれぞれ玉軸受(ボールベアリング)が用いられている。前側の軸受25は、本体ケース11内を前後に区画する中間区画壁27に保持されている。この中間区画壁27によって当該本体ケース11内がDCブラシレスモータ20側(後側)と回転打撃機構32側(前側)に区画されている。
中間区画壁27と回転子22との間においてモータ軸24上には冷却ファン28が取り付けられている。冷却ファン28にはいわゆる軸流ファンが用いられている。後ろ側の軸受26は、後部ケース12の内面に設けた軸受保持部12aに保持されている。
固定子21の後ろ側には、回転子22の回転位置を検出するための磁気センサを有するセンサ基板23が配置されている。センサ基板23は概ね円板形を有しており、固定子21の後端面に対向する状態で配置されている。センサ基板23の前面に3つの磁気センサが配置されている。この磁気センサにより回転子22の回転を検知することができる。センサ基板23の後面に合計6個のスイッチング素子29が配置されている。6個のスイッチング素子29には、それぞれを覆うように樹脂が配置されている。この樹脂として接着剤を用いることができる。この樹脂又は接着剤の後部は、後部ケース12と接触していてもよい。スイッチング素子29が樹脂又は接着剤で覆われることにより、振動等による損傷を未然に防止することができ、当該電動工具の耐久性を高めることができる。センサ基板23の内周孔23bは大径の円形孔に形成されている。図示するようにセンサ基板23の内周孔23b内に、上記後側の軸受26及び軸受保持部12aが進入している。
図4及び図5に示すように、センサ基板23は、固定子21の電気絶縁部材21bの後面に沿って結合されている。センサ基板23は、3本の止めねじ23aにより周方向三等分位置でねじ止めされている。
後部ケース12には、複数の吸気口12bが設けられている。吸気口12bは、後部ケース12の左右側部および後面に設けられている。本体ケース11の左右側部には複数の排気口11aが設けられている。当該DCブラシレスモータ20の起動により冷却ファン28が回転すると、吸気口12bから外気が導入される。導入された外気が前側へ流れることによりセンサ基板23、固定子21及び回転子22等が冷却される。モータ冷却風は、排気口11aから排気される。吸気口12bは本体ケース11に設けてもよい。これにより本体ケース11内により多くの外気を導入することができる。また、後部ケース12の後面に設ける吸気口は、軸受26の上側と下側において横方向に長く延びる状態に設けてもよい。
特に、センサ基板23の周囲に吸気口12bが設けられていることにより、スイッチング素子29が効率よく冷却される。また、吸気口12bから本体ケース11の内部に吸気された外気は、スイッチング素子29等を冷却しつつセンサ基板23の内周孔23bを経て前方へ流れることから、センサ基板23がモータ冷却風の流入経路途中に配置されており、この点でもスイッチング素子29等の冷却が効率よくなされる。
前記したように本体ケース11とグリップ部15は一体の半割り構造を有しており、合計8本のねじ2で相互に結合されている。図3及び図4に示すように本体ケース11の半割り構造を相互に結合する合計4本のねじ2のうち、最も後ろ側のねじ2については、センサ基板23よりも前側に締め込まれる構成となっている。ねじ2が締め込まれるねじボス部及びねじ孔がセンサ基板23よりも前側に配置されていることにより、後ろ側に配置した構成に比して当該工具本体部10の機長Lがコンパクトになっている。また、センサ基板23の近傍においてねじ2が締め込まれていることから、半割りケースが相互に分離しにくくなる結果、本体ケース11に対するセンサ基板23の相対的な位置ずれをより確実に防止することができ、これによりセンサ基板23の検知精度を維持若しくは向上させることができる。
工具本体部10の前部には、照明具5が装備されている。照明具5には、LED(発光ダイオード)が用いられている。照明具5は透明カバー5aで覆われている。この照明具5によって加工部位が明るく照らされて暗い場所での作業の便宜が図られる。
工具本体部10の下面側であってグリップ部15の基部には、出力軸36の回転方向を切り換えるための切り替えスイッチ6が配置されている。この切り替えスイッチ6を左右に切り換えることにより、出力軸36をねじ締め方向またはねじ緩め方向に回転させることができる。
バッテリ取り付け部17の後部には、ループ形のストラップ3が取り付けられている。このストラップ3は、バッテリ取り付け部17においてグリップ部15の左右半割り構造を結合する2本のねじ2のうち後ろ側のねじ2によって結合されている。このストラップ3に手首を通しておくことにより、当該電動工具1を誤って落下させてしまうことが防止される。また、図5に示すようにバッテリ取り付け部17の左側部には、ベルト掛け用のフック4が装備されている。このフック4を使用者の腰ベルトに引き掛けておくことにより、当該電動工具1を上下反転させた姿勢で携帯することができる。
図3に示すように、バッテリ取り付け部17には、モータ制御回路及び電源回路等を含むコントローラ7が収容されている。コントローラ7の上面にはコンデンサ7aが搭載されている。コントローラ7の下面側には、バッテリパック40を電気的に接続するための正負の接続端子が装備されている。正負の接続端子に結線された2本の電源線は、上方へ引き出されてグリップ部15内を配線され、センサ基板23に結線されている。センサ基板23の下部は、固定子21よりも外周側へ張り出しており、この張り出し部分の前面に2本の電源線が結線されている。
バッテリ取り付け部17の下面に対してバッテリパック40を前側から後ろ側へスライドさせることにより当該バッテリパック40をバッテリ取り付け部17に取り付けることができる。バッテリパック40は、例えば出力電圧18V仕様のリチウムイオンバッテリで、取り外して別途用意した充電器で充電することにより繰り返し使用することができる。
バッテリ取り付け部17の上面には、バッテリパック40の残容量や工具本体部10の動作状態あるいは照明具5のオンオフ状態等その他の情報を表示するための表示部19が設けられている。
本体ケース11と、後部ケース12と、グリップ部15と、バッテリ取り付け部17の表面には、エラストマ樹脂層8が設けられている。このエラストマ樹脂層8により、落下時の衝撃緩和や滑り止めがなされている。
以上のように構成した本実施形態の電動工具1によれば、回転子22のモータ軸24を回転支持する後ろ側の軸受26がセンサ基板23の内周孔23b内に配置されて、当該軸受26がモータ軸24の軸線方向(モータ軸線方向)についてセンサ基板23にオーバーラップされている。このため、当該軸受26をセンサ基板23に対してモータ軸線方向にずらして配置した構成に比してオーバーラップさせた分だけDCブラシレスモータ20ひいては工具本体部10をモータ軸線方向(機長L方向)にコンパクト化することができる。
また、本実施形態によれば、モータ軸24を回転支持する後側の軸受26がセンサ基板23の後面に搭載したスイッチング素子29に対してモータ軸線方向にオーバーラップした状態で配置されている。このため、当該後ろ側の軸受26をスイッチング素子29に対してモータ軸線方向にずらして配置した構成に比してオーバーラップさせた分だけDCブラシレスモータ20ひいては工具本体部10をモータ軸線方向(機長L方向)にコンパクト化することができる。
さらに、本実施形態によれば、本体ケース11の半割りケースを相互に結合するねじ2がセンサ基板23よりも前側の領域において締め込まれている。このことから、係るねじ2が締め込まれるねじ孔若しくはねじボス部を本体ケース11のセンサ基板23よりも後ろ側となる領域に設ける必要がなく、その分だけ本体ケース11ひいては工具本体部10の機長L方向のコンパクト化を図ることができる。
また、本実施形態によれば、センサ基板23に対する2本の電源線が、固定子21よりも外周側へ張り出した張り出し部の前面に結線されている。このため、センサ基板23の後面側に配線スペースを確保する必要がなく、その分だけ本体ケース11ひいては工具本体部10の機長L方向のコンパクト化を図ることができる。
さらに、後部ケース12の後面及び左右側面にモータ冷却風を吸気するための吸気口12bが設けられており、当該後部ケース12とセンサ基板23との間の空間部が冷却ファン28の回転に伴って発生するモータ冷却風の通風経路となっている。この後部ケース12に対向してセンサ基板23が配置されている。このため、吸気口12bから吸気された直後の外気がセンサ基板23の後面に吹き当てられることから、スイッチング素子29の冷却が効率よく行われる。
また、本実施形態では、冷却ファン28の中心部が屈曲されて、モータ軸24に対する支持部が固定子21の内周側に設定されており、これによりモータ軸線方向の位置について冷却ファン28が固定子21に対してオーバーラップされている。この点でも、DCブラシレスモータ20ひいては工具本体部10の機長L方向のコンパクト化が図られている。
以上説明した実施形態には、種々変更を加えることができる。例えば、固定子21の後ろ側にセンサ基板23を取り付けた構成を例示したが、逆に固定子の前側にセンサ基板を取り付け、その内周孔内に前側の軸受25を配置して機長L方向のコンパクト化を図ることができる。また、この場合には、冷却ファンを回転子22の後ろ側に配置することができる。
また、後部側が後部ケース12で塞がれる形態の本体ケース11を例示したが、係る後部ケースに相当する部位が一体に成形された本体ケースの場合についても、上記例示したように後ろ側の軸受をセンサ基板の内周孔内に配置して機長L方向のコンパクト化を図ることができる。
以上説明した実施形態では、電動工具としてインパクト式のねじ締め機(インパクトドライバ)を例示したが、回転打撃機構32を有しないねじ締め機、ハンマドリル等の孔明け工具、マルノコ等の切断機、グラインダ等の研削工具等その他の形態の電動工具であってDCブラシレスモータを駆動源として内装する電動工具に広く適用することができる。
1…電動工具
2…ねじ(半割りケース結合用)
3…ストラップ
4…フック
5…照明具(LED)、5a…透明カバー
6…切り替えスイッチ
7…コントローラ、7a…コンデンサ
8…エラストマ樹脂層
10…工具本体部
L…工具本体部の機長
11…本体ケース、11a…排気口
J…半割り構造の合わせ面
12…後部ケース
12a…軸受保持部、12b…吸気口
13…ねじ
15…グリップ部
16…スイッチレバー
17…バッテリ取り付け部
18…メインスイッチ
19…表示部
20…DCブラシレスモータ
21…固定子
21b…電気絶縁部材
22…回転子、22a…回転子鉄心、22b…マグネット
23…センサ基板、23a…止めねじ、23b…内周孔
24…モータ軸
25…軸受(前側)
26…軸受(後ろ側)
27…中間区画壁
28…冷却ファン
29…スイッチング素子
30…遊星歯車機構
31…駆動軸
32…回転打撃機構
32a…ハンマー、32b…圧縮ばね、32c…鋼球
33…アンビル
34…軸受
35…チャック部
36…出力軸
40…バッテリパック

Claims (7)

  1. 本体ケースにDCブラシレスモータを内装した電動工具であって、前記DCブラシレスモータは、前記本体ケースに支持された固定子と、モータ軸を介して該固定子の内周側に回転自在に支持された回転子と、該回転子の回転位置を検出するための磁気センサを有して、前記固定子の端面に対向配置されたセンサ基板を備えており、
    該センサ基板の内周側に前記モータ軸を回転支持する軸受を配置した電動工具。
  2. 本体ケースにDCブラシレスモータを内装した電動工具であって、前記DCブラシレスモータは、前記本体ケースに支持された固定子と、モータ軸を介して該固定子の内周側に回転自在に支持された回転子と、該回転子の回転位置を検出するための磁気センサを有して、前記固定子の端面に対向配置されたセンサ基板を備えており、
    該センサ基板はスイッチング素子を備えており、モータ軸線方向の位置について該モータ軸を回転支持する軸受を前記スイッチング素子にオーバーラップさせて配置した電動工具。
  3. 請求項1又は2記載の電動工具であって、前記本体ケースは、モータ軸線に沿って半割り可能な半割り構造を備えており、該半割りケースを相互に結合するねじの締め込み部位が、前記センサ基板よりも出力側となる領域に設定された電動工具。
  4. 請求項1〜3の何れか1項に記載した電動工具であって、前記センサ基板に対する配線が、全て当該センサ基板の前面に結線された電動工具。
  5. 請求項1〜4の何れか1項に記載した電動工具であって、前記本体ケースの後部が後部ケースにより塞がれており、該後部ケースに対向して前記センサ基板が配置されており、該後部ケースと該センサ基板との間に冷却風の流路を設定した電動工具。
  6. 請求項5記載の電動工具であって、前記後部ケースに吸気口を設けた電動工具。
  7. 請求項1〜6の何れか1項に記載した電動工具であって、前記モータ軸を回転支持する軸受と前記回転子との間において前記モータ軸上に冷却ファンが支持されており、モータ軸線方向の位置について該冷却ファンを前記固定子の内周側にオーバーラップさせた電動工具。
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