JP2017001181A

JP2017001181A - 電動工具

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Publication number: JP2017001181A
Application number: JP2016198684A
Authority: JP
Inventors: 俊彰小泉; Toshiaki Koizumi; 拓家吉成; Takuya Yoshinari
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2016-10-07
Publication date: 2017-01-05
Anticipated expiration: 2035-05-22
Also published as: WO2015182507A1; JP6061116B2; CN207251389U; CN206383103U; US11123846B2; US20170190027A1; JPWO2015182507A1; DE212015000143U1

Abstract

【課題】複数のコンデンサを設けた場合の組立性を良好とした電動工具を提供する。【解決手段】ハウジング１は、ブラシレスモータ１０、打撃機構部２０、及び出力部３０の一部を収納する胴体部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、を有する。インバータ回路から発生するノイズを除去するための一対のコンデンサ４２ａ,４２ｂは、コンデンサ基板４２ｃに搭載され、ハンドル部３内に並んで収納される。コンデンサ４２ａ,４２ｂは、相互に並列接続され、トータルで従来と比較して大容量のコンデンサを成している。【選択図】図１

Description

本発明は、交流電源からの供給電力で動作する電動工具に関する。

商用電源等の外部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従来から知られている。また、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９は、特許文献１に示される電動工具の側断面図である。この電動工具は、インパクトドライバであり、ハウジング１と、ブラシレスモータ１０と、ブラシレスモータ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、を備える（前後及び上下方向を図中に定義した）。

ハウジング１は、ブラシレスモータ１０、打撃機構部２０、及び出力部３０の一部を収納する胴体部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、を有する。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と接続される。使用者はトリガ５によって、ブラシレスモータ１０への電力の供給と遮断を切替え可能である。

収納部４の下部からは電源コード４０が引き出されており、収納部４内に収納された電源ボックス５０が電源コード４０に接続されている。電源ボックス５０内には、電源コード４０から入力された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が設けられる。収納部４内には、また、ブラシレスモータ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が収納される。電源コード４０と整流回路との間には、ノイズフィルタとしてのフェライトコア４１が挿入されており、フェライトコア４１はハンドル部３内に収納される。また、インバータ回路から発生するノイズを除去するためのフィルムコンデンサ４２が、フェライトコア４１と並んでハンドル部３内に収納される。

前記制御回路で制御されるインバータ回路は、ブラシレスモータ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に搭載される。インバータ回路は、ブラシレスモータ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ＩＧＢＴ７１を有し、各ＩＧＢＴ７１はブラシレスモータ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ＩＧＢＴ７１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との電気接続はケーブル７２で行われる。

電動工具の高出力化に伴い、インバータ回路から発生するノイズ電圧は増加する傾向にある。このため、インバータ回路から発生するノイズを除去するためのコンデンサの容量を大きくするために、２つのコンデンサを設けることが考えられる。

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、複数のコンデンサを設けた場合の組立性を良好とした電動工具を提供することにある。

本発明のある態様は、交流電源からの供給電力で動作する電動工具であって、
モータと、
前記モータを駆動するインバータ回路と、
前記交流電源からの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と、
前記整流回路の出力端子間に並列接続された２つのコンデンサと、
前記２つのコンデンサを搭載するコンデンサ基板と、を備え、
前記コンデンサ基板をリード線を介して前記整流回路に接続したことを特徴とする。

前記リード線は前記コンデンサ基板から２本延び、
一方のリード線の一端は前記２つのコンデンサの一端に接続され、他方のリード線の一端は前記２つのコンデンサの他端に接続され、双方のリード線の他端は前記整流回路に接続されているとよい。

前記コンデンサ基板において、前記２本のリード線は、前記コンデンサが搭載された側の面に接続されているとよい。

前記リード線は、前記２つのコンデンサの間に接続されているとよい。

前記２つのコンデンサを収納する収納部を備え、
前記収納部には前記２つのコンデンサを支持するリブが設けられるとよい。

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。

本発明によれば、複数のコンデンサを設けた場合の組立性を良好とすることが可能な電動工具を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る電動工具の側断面図。図１に示す電動工具の、ハンドル部３の一部を切り欠いた要部正面図。図１に示す電動工具のフィルムコンデンサ組の外観図。図１に示す電動工具の制御ブロック図。本発明の実施の形態２に係る電動工具の要部側断面図。本発明の実施の形態３に係る電動工具の要部側断面図。図６に示す電動工具の、ハンドル部３の一部を切り欠いた要部正面図。本発明の実施の形態４に係る電動工具の要部側断面図。特許文献１に示される電動工具の側断面図。

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。

実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に係る電動工具の側断面図である。図１において、前後及び上下方向を定義している。図２は、図１に示す電動工具の、ハンドル部３の一部を切り欠いた要部正面図である。図３は、図１に示す電動工具のフィルムコンデンサ組の外観図である。本実施の形態の電動工具は、インパクトドライバであり、ハウジング１は、ブラシレスモータ１０、打撃機構部２０、及び出力部３０の一部を収納する胴体部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、を有する。

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、ハンマ２１を前方に付勢するバネ２３と、を有する。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を有する。バネ２３は、ハンマ２１が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、ハンマ２１を前方に付勢する。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に回転打撃力が与えられる。また、ハンマ２１は、バネ２３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。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、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と接続される。使用者はトリガ５によって、ブラシレスモータ１０への電力の供給と遮断を切替え可能である。収納部４の下部の引出口４８からは、商用電源等の外部交流電源に接続するための電源コード４０が引き出される。収納部４内に収納された電源ボックス５０が、電源コード４０の基端側に接続される。電源ボックス５０内には、電源コード４０から入力された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が設けられる。電源ボックス５０内には、また、電源コード４０と整流回路との間（すなわち整流回路に接続される電源入力ライン上）にそれぞれ挿入されるノイズフィルタとしての一対のチョークコイル４１ａ,４１ｂが並んで収納される。チョークコイル４１ａ,４１ｂのコアサイズは、例えば外径12mm×内径6mm×幅8mmであり、従来のフェライトコア４１（図９）のコアサイズ（例えば外径20mm×内径10mm×幅12mm）と比較して小型である。すなわち、従来のフェライトコアに代えてチョークコイルを用いることで小型化を図ることができる。そのため収納部４を大きくすることなくチョークコイル４１ａ，４１ｂを収納部４に収納することができる。

収納部４内には更に、ブラシレスモータ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が収納される。インバータ回路から発生するノイズを除去するための一対のフィルムコンデンサ４２ａ,４２ｂ（無極性コンデンサの例示）は、コンデンサ基板４２ｃに搭載され、ハンドル部３内に並んで収納される。ハンドル部３内の所定数のリブ３ａが、ハンドル部３内においてフィルムコンデンサ４２ａ,４２ｂを位置決め支持する。フィルムコンデンサ４２ａ,４２ｂは、それぞれ例えば４.７μＦの容量であって相互に並列接続され、トータルで従来と比較して大容量（例えば９.４μＦ）のコンデンサを成している。図３に示すように、コンデンサ基板４２ｃからは２本のリード線４２ｄ,４２ｅが延びる。一方のリード線４２ｄの一端は、フィルムコンデンサ４２ａ,４２ｂの一端に接続される。他方のリード線４２ｅの一端は、フィルムコンデンサ４２ａ,４２ｂの他端に接続される。リード線４２ｄ,４２ｅの他端は、電源ボックス５０内の整流回路に接続される。

前記制御回路で制御されるインバータ回路は、胴体部２に固定されブラシレスモータ１０の背後に位置するインバータ回路基板（スイッチング素子基板）７０に搭載される。インバータ回路は、ブラシレスモータ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ＩＧＢＴ７１を有し、各ＩＧＢＴ７１はブラシレスモータ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ＩＧＢＴ７１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との電気接続はケーブル７２で行われる。なおスイッチング素子はＦＥＴであっても良い。

図４は、図１に示す電動工具の制御ブロック図である。電源コード４０は商用電源４６に接続される。電源ボックス５０内には、電源コード４０から供給される商用交流電源（例えば、国内ならＡＣ１００Ｖ、海外ならＡＣ２００Ｖ、ＡＣ２３０Ｖ等）を全波整流するためのダイオードブリッジ４５（整流回路の例示）、ノイズフィルタを成す一対のチョークコイル４１ａ,４１ｂ及びＡＣ線間コンデンサ４３、並びに制御回路８１の駆動電圧を生成するスイッチング電源回路４４が設けられる。ダイオードブリッジ４５の出力端子間には、一対のフィルムコンデンサ４２ａ,４２ｂが並列接続される。電源ボックス５０内の回路とフィルムコンデンサ４２ａ,４２ｂは、電源回路５１を構成する。ダイオードブリッジ４５の出力電圧は、インバータ回路８５に入力される。インバータ回路８５は、制御回路８１の制御に従ってブラシレスモータ１０を駆動する。

制御部としての制御回路８１は、インバータ回路８５のＩＧＢＴ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を有する。ホールＩＣ９１は、ブラシレスモータ１０のロータ１２の位置を検出する回転位置検出素子の例示であり、例えば６０°の間隔を隔てて３個配設される。各ホールＩＣ９１の回転位置検出出力は、制御回路８１の回転位置検出回路８４に入力される。制御回路８１の過電流検出回路８６は、ブラシレスモータ１０の駆動電流を監視し、過電流状態を検出するとマイクロコンピュータ８３に過電流検出信号を入力する。トリガ５により作動されるスイッチ機構６の出力もマイクロコンピュータ８３（制御回路８１）に入力される。なお、図４の操作部７は、スイッチ機構６に加え、使用者が操作する例えば正逆切替ボタン、モータ回転数を切り替える打撃力切替ボタン、及び各種モード切替ボタンの操作に応じた信号を出力する機能ブロックをまとめて示したものである。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、表示パネル９６には使用者が操作可能な各種ボタン（打撃力切替ボタンや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等が表示されるようになっている。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ＩＧＢＴ７１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。

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を商用電源に接続すると、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ブラシレスモータ１０が回転する。ブラシレスモータ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を離すことによりブラシレスモータ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) ダイオードブリッジ４５の出力端子間に２つのフィルムコンデンサ４２ａ,４２ｂを並列接続しているため、インバータ回路８５が発生するノイズを除去するための容量が従来と比較して大きくなり、ノイズ除去効果が増大する（ノイズ耐性が向上する）。また、電源側（ＡＣ側）からインバータ回路８５側（ＤＣ側）に伝搬するノイズ（サージ）に対しても容量アップにより除去効果が大きくなる。

(2) ２つのフィルムコンデンサ４２ａ,４２ｂの並列接続によりトータルで大容量化しており、フィルムコンデンサ４２ａ,４２ｂはハンドル部３を従来より大径化しなくてもハンドル部３内に収納できるため、１つの大容量フィルムコンデンサを用いる場合と異なり、ハンドル部３を大径化しなくてもノイズ対策用のフィルムコンデンサの容量を大きくすることができる。

(3) ２つのフィルムコンデンサ４２ａ,４２ｂを共通のコンデンサ基板４２ｃに搭載しており、コンデンサ基板４２ｃから延びる２本のリード線４２ｄ,４２ｅをダイオードブリッジ４５の両出力端子にそれぞれ接続すればフィルムコンデンサ４２ａ,４２ｂの配線作業が完了するため、フィルムコンデンサ４２ａ,４２ｂがバラバラである場合と比較してフィルムコンデンサ組の収納及び配線作業が容易で組立性が良好となる。

(4) ２つのチョークコイル４１ａ,４１ｂを電源ボックス５０内に収納しているため、チョークコイル４１ａ,４１ｂを電源ボックス５０外に配置する場合と比較して配線作業が容易となる。

(5) ＡＣ側の素子であるチョークコイル４１ａ,４１ｂとＤＣ側の素子であるフィルムコンデンサ４２ａ,４２ｂが物理的に離れたレイアウトであり、チョークコイルとフィルムコンデンサが相互に近接したレイアウトの場合と比較して、ＡＣ側とＤＣ側との間における空間を経由したノイズの相互伝搬が小さいため、ノイズ対策の点で好ましく、また電源ボックス５０内に収納可能な小型のチョークコイル４１ａ,４１ｂでも十分なノイズ除去効果が得られる。

実施の形態２
図５は、本発明の実施の形態２に係る電動工具の要部側断面図である。本実施の形態の電動工具は、図１等に示した実施の形態１のものと比較して、２つのフィルムコンデンサ４２ａ,４２ｂがコンデンサ基板４２ｃに搭載されずハンドル部３内でリブ３ａにより位置決め支持され、フィルムコンデンサ４２ａ,４２ｂのリード線（合計４本）がそれぞれ電源ボックス５０内の整流回路に接続される点で相違し、その他の点で一致する。本実施の形態も、組立性以外の点では実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

実施の形態３
図６は、本発明の実施の形態３に係る電動工具の要部側断面図である。図７は、図６に示す電動工具の、ハンドル部３の一部を切り欠いた要部正面図である。本実施の形態の電動工具は、図１等に示した実施の形態１のものと比較して、２つのフィルムコンデンサ４２ａ,４２ｂが電源ボックス５０内に収納され、２つのチョークコイル４１ａ,４１ｂがコイル基板４１ｃに搭載されてハンドル部３内に配置されている点で相違し、その他の点で一致する。コイル基板４１ｃはリブ３ａによりハンドル部３内で位置決め支持される。本実施の形態によれば、実施の形態１と同様に従来と比較してノイズ耐性の向上が可能になると共に、チョークコイルがフィルムコンデンサより小さいため、ハンドル部３の更なる小径化も可能となる。なお、チョークコイル４１ａ,４１ｂはコイル基板４１ｃに搭載されなくてもよい。

実施の形態４
図８は、本発明の実施の形態４に係る電動工具の要部側断面図である。本実施の形態の電動工具は、図１等に示した実施の形態１のものと比較して、２つのフィルムコンデンサ４２ａ,４２ｂが収納部４内にリブ４ａで位置決め支持され、電源ボックス５０がハンドル部３内にリブ３ａにより位置決め支持されている点で相違し、その他の点で一致する。２つのチョークコイルは電源ボックス５０内に設けられる。２つのフィルムコンデンサ４２ａ,４２ｂは基板に搭載されてもよい。本実施の形態によれば、実施の形態１と同様に、ハンドル部３を小径としながら従来と比較してノイズ耐性を向上させることができる。

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。

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、インパクト工具としてのインパクトレンチ、クラッチを有するドライバドリルやスクリュードライバ、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、３ａリブ、４収納部、４ａリブ、５トリガ、６スイッチ機構、７操作部、１０ブラシレスモータ、１１出力軸、１２ロータ、１３ステータコイル、１４ステータ、１５冷却ファン、１６遊星歯車機構、２０打撃機構部、２１ハンマ、２２衝突部、２３バネ、２５ハンマケース、３０出力部、３１アンビル、３２被衝突部、４０電源コード、４１フェライトコア、４１ａ,４１ｂチョークコイル、４１ｃコイル基板、４２フィルムコンデンサ、４２ａ,４２ｂフィルムコンデンサ（無極性コンデンサ）、４２ｃコンデンサ基板、４２ｄ,４２ｅリード線、４３ＡＣ線間コンデンサ、４４スイッチング電源回路、４５ダイオードブリッジ（整流回路）、４８引出口、５０電源ボックス、６０制御回路基板、７０インバータ回路基板（スイッチング素子基板）、７１ＩＧＢＴ、７２ケーブル、８１制御回路、８２ドライブ回路、８３マイクロコンピュータ（演算部）、８４回転位置検出回路、８５インバータ回路、８６過電流検出回路、９１ホールＩＣ

Claims

交流電源からの供給電力で動作する電動工具であって、
モータと、
前記モータを駆動するインバータ回路と、
前記交流電源からの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と、
前記整流回路の出力端子間に並列接続された２つのコンデンサと、
前記２つのコンデンサを搭載するコンデンサ基板と、を備え、
前記コンデンサ基板をリード線を介して前記整流回路に接続したことを特徴とする電動工具。
前記リード線は前記コンデンサ基板から２本延び、
一方のリード線の一端は前記２つのコンデンサの一端に接続され、他方のリード線の一端は前記２つのコンデンサの他端に接続され、双方のリード線の他端は前記整流回路に接続されている、請求項１に記載の電動工具。
前記コンデンサ基板において、前記２本のリード線は、前記コンデンサが搭載された側の面に接続されている、請求項２に記載の電動工具。
前記リード線は、前記２つのコンデンサの間に接続されている、請求項３に記載の電動工具。
前記２つのコンデンサを収納する収納部を備え、
前記収納部には前記２つのコンデンサを支持するリブが設けられる、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の電動工具。