JP4981345B2 - 電動工具 - Google Patents

Description

本発明は、ＤＣブラシレスモータを駆動源とする電動工具に関する。

ＤＣブラシレスモータを駆動源とする電動工具では、従来のブラシ付きＤＣモータでは不要であったモータ制御用の回路基板（以下、電気回路基板という）が必要になる。このため、電動工具のハウジング内に前記電気回路基板を効率良く収めることが要求される。電動工具のハウジング内における電気回路基板の配置に関する技術が特許文献１、及び特許文献２に記載されている。
特許文献１に記載の電動工具では、モータの後部に設けられた冷却用ファンの後方に前記電気回路基板が配置されている。これにより、冷却用ファンによる風で電気回路基板に装着された発熱性の部品（スイッチング素子等）を冷却することが可能になる。
特許文献２に記載の電動工具は、モータを収納するハウジングの本体部とグリップ部との境界部分に電気回路基板が配置されている。これにより、特許文献１の場合と同様に、冷却用ファンによる風で電気回路基板のスイッチング素子等を冷却することが可能になる。

特開平９−１５５７５５号公報 特開２００４−９２８４号公報

しかし、特許文献１に記載の電動工具では、モータの冷却用ファンの後方にモータの電気回路基板が配置される構成のため、前記モータが収納されるハウジングの本体部が軸方向に長くなる。また、特許文献２に記載の電動工具では、ハウジングの本体部とグリップ部との境界部分にモータの電気回路基板が配置されているため、ハウジングの本体部が半径方向に大きくなる。このように、特許文献１、特許文献２の技術では、ハウジングの本体部が大型化するため、電動工具の取扱性が低下するという問題がある。
さらに、特許文献１、特許文献２に記載の電動工具では、モータの冷却用ファンによる風が電気回路基板に当たるように構成されているため、例えば、粉塵が多い現場で電動工具を使用する際に、電気回路基板及び電気部品が粉塵にさらされるという問題がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、ＤＣブラシレスモータの電気部品及び電気回路基板が粉塵等の影響を受けないようにするとともに、ハウジングの本体部を小型化して電動工具の取扱性を向上させることである。

上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。
請求項１の発明は、ＤＣブラシレスモータを駆動源とする電動工具であって、前記ＤＣブラシレスモータが収納されている本体部と、前記本体部の側部から突出するように形成されたグリップ部とからなるハウジングを備え、前記ハウジングのグリップ部における突出端には、電池パックが着脱可能に連結される電池パック連結部が形成されており、前記グリップ部の空間内であって前記電池パック連結部の近傍には、前記ＤＣブラシレスモータの電力供給用に使用される複数のスイッチング素子を備える電気回路基板が配置されていることを特徴とする。

本発明によると、ＤＣブラシレスモータに電力を供給するための複数のスイッチング素子等を備える電気回路基板はグリップ部の空間内であって電池パック連結部の近傍に配置されている。即ち、ＤＣブラシレスモータに電力を供給するための複数のスイッチング素子等、及び電気回路基板がそのＤＣブラシレスモータから離れた位置に配置されている。このため、モータファンの風がスイッチング素子や電気回路基板に当たることがなく、スイッチング素子や電気回路基板が粉塵の影響を受け難くなる。
また、複数のスイッチング素子、及び電気回路基板がハウジングのグリップ部の空間内に配置されているため、ＤＣブラシレスモータを収納するハウジングの本体部を小型化できる。このため、電動工具の取扱性が向上する。

請求項２の発明によると、ハウジングのグリップ部は、手で握られる握り部位と、その握り部位よりも突出端側に位置する露出部位とからなり、電気回路基板は、電池パック連結部に沿うように寝かされた状態で、前記グリップ部における露出部位の内側に位置決めされていることを特徴とする。
このため、電気回路基板に装着されているスイッチング素子等の熱がグリップの握り部位に伝わり難くなり、電動工具を長時間使用しても取扱性が低下しない。

請求項３の発明によると、グリップ部の長手方向に沿って形成された中央空間に収納されている動力線の電気回路基板側の接続端部は、その中央空間内にあって、前記電気回路基板の基板面に対して起立した状態で、その基板面に設けられた導電体と電気的に接続されていることを特徴とする。
即ち、グリップ部の中央空間を通って電気回路基板まで配線された比較的太い動力線をその電気回路基板の近傍で曲げることなく、そのまま前記電気回路基板の導電体に接続できる。このため、電気回路基板の周囲に動力線の曲げ用スペースを設ける必要がなく、電気回路基板の収納スペースを小さくできる。

請求項４の発明によると、電気回路基板は、型成形が可能な絶縁材料によって密封状態で覆われていることを特徴とする。このため、電気部品の発熱が絶縁材料によって吸収され、電気部品の熱上昇が抑えられる。また、電気回路基板の強度が向上する。

請求項５の発明によると、電気回路基板は、複数の回路基板片が並べられた状態で相互につなぎ合わされることにより構成されており、さらにその電気回路基板が各々の回路基板片のつなぎ部分で折り曲げ可能となっていることを特徴とする。このため、電気回路基板に衝撃が加わった場合に、その電気回路基板がつなぎ部分で折れ曲がることで、前記衝撃をある程度吸収できるようになる。また、個々の回路基板片の面積を小さくできるため、それらの回路基板片が破損し難くなる。

請求項６の発明によると、グリップ部の露出部位の表面には、電気回路基板に装着されたスイッチを操作する操作部、及び電気回路基板に装着された表示器の表示を確認できる表示確認部が設けられていることを特徴とする。
即ち、電気回路基板に装着したスイッチをグリップ部の露出部位の表面から操作できるとともに、電気回路基板の表示器をグリップ部の外から視認することができる。このため、スイッチや表示器等をグリップ部の表面に取付ける場合と比較して、スイッチ等と電気回路基板間の配線等を省略でき、コストの低減を図ることができる。

本発明によると、ＤＣブラシレスモータの電力供給用の電気部品、及び電気回路基板が粉塵の影響を受け難くなる。また、電動工具におけるハウジングの本体部を小型化できるため、電動工具の取扱性が向上する。

（実施形態１）
以下、図１から図５に基づいて、本発明の実施形態１に係る電動工具の説明を行なう。本実施形態に係る電動工具は、ＤＣブラシレスモータを駆動源とする回転打撃工具（インパクトドライバ）である。ここで、図１は実施形態１に係る電動工具の縦断面図、図２はＤＣブラシレスモータの駆動回路の構成を表す図面である。また、図３はＤＣブラシレスモータの電気回路基板、及びセンサー基板を表す側面図、図４はセンサー基板の正面図、図５は電気回路基板の平面図等である。

＜電動工具の概要について＞
本実施形態に係る電動工具１０のハウジング１１は、筒状の本体部１２と、その本体部１２の側部（図１では下部）から突出するように形成されたグリップ部１５とから構成されている。グリップ部１５は、使用者が電動工具１０を使用する際に把持する部分であり、そのグリップ部１５の基端部に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１５ｒが設けられている。
ハウジング１１の本体部１２には、後側から順番にＤＣブラシレスモータ２０、遊星歯車機構２４、スピンドル２５、打撃力発生機構２６、及びアンビル２７が同軸に収納されている。ＤＣブラシレスモータ２０は、電動工具１０の駆動源であり、そのＤＣブラシレスモータ２０の回転が遊星歯車機構２４によって減速された後、スピンドル２５に伝達される。そして、スピンドル２５の回転力がハンマー２６ｈや圧縮バネ２６ｂ等を備える打撃力発生機構２６によって回転打撃力に変換され、アンビル２７に伝えられる。アンビル２７は、回転打撃力を受けて軸回りに回転する部分であり、ハウジング１１の本体部１２の先端に設けられた軸受１２ｊによって、軸回りに回転自在、かつ軸方向に変位不能に支持されている。
アンビル２７の先端部には、ドライバビットやソケットビット等（図示省略）を装着するためのチャック部２７ｔが設けられている。

＜ＤＣブラシレスモータ２０について＞
電動工具１０に使用されるＤＣブラシレスモータ２０は、４極構造のモータであり、図１に示すように、永久磁石を備える回転子２２と、駆動コイル２３ｃを備える固定子２３とから構成されている。固定子２３は、筒体部（図示省略）と、その筒体部の内周面から半径方向内側に突出した６本の歯部２３ｐとを備えており、それらの歯部２３ｐが回転子２２の周囲に等間隔で配置されている。そして、各々の歯部２３ｐに絶縁部材を介した状態で前記駆動コイル２３ｃが巻装されている。
また、固定子２３の後端部には、回転子２２の磁極の位置を検出するための磁気センサ３２がセンサ基板３３（後記する）を介して取付けられている。これにより、磁気センサ３２で回転子２２の磁極の位置を検出しながら、後記する駆動回路４０により各々の駆動コイル２３ｃに順番に電流を流すことで、前記回転子２２を回転させることができるようになる。

＜磁気センサ３２、及び駆動回路４０について＞
磁気センサ３２は、回転子２２の磁極の位置を検出するためのセンサであり、三個の磁気センサ３２が周方向に互いに等間隔で配置されている。三個の磁気センサ３２は、図４に示すリング状のセンサ基板３３に取付けられており、そのセンサ基板３３がＤＣブラシレスモータ２０の固定子２３の後端部にネジ止めされている（図１参照）。ここで、磁気センサ３２としては、例えば、ホール素子が使用される。
また、センサ基板３３には、駆動コイル２３ｃの巻き線と動力線４１（後記する）とを接続する中継部Ｔ（図２参照）が設けられている。

ＤＣブラシレスモータ２０の駆動回路４０は、図２に示すように、電源回路部４２と、６台のスイッチング素子４４から構成された三相ブリッジ回路部４５と、その三相ブリッジ回路部４５のスイッチング素子４４を制御する制御回路部４６とを備えている。電源回路部４２は、バッテリ４２ｖからターミナル４２ｔを介して電動工具１０に供給された電力の電圧変動を抑制する部分であり、前記ターミナル４２ｔに接続される電源線４２ｃと、電源線４２ｃに対して並列に接続された電源平滑用コンデンサ４３とを備えている。
三相ブリッジ回路部４５は、電源平滑用コンデンサ４３と並列の状態で電源線４２ｃに接続されており、その三相ブリッジ回路部４５の三本の出力線４１（以下、動力線１１という）が上記したようにセンサ基板３３の中継部Ｔを介して対応する駆動コイル２３ｃの巻き線に接続されている。ここで、三相ブリッジ回路部４５のスイッチング素子４４としては、例えば、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）が使用される。
制御回路部４６は、上記した三個の磁気センサ３２の信号を受信し、その信号に基づいて三相ブリッジ回路部４５の各々のスイッチング素子４４をオン・オフ制御する信号を出力する（白矢印参照）。これによって、固定子２３の各々の駆動コイル２３ｃに対し、順番に電流を流すことができるようになる。
また、制御回路部４６には、締付け速度切替え用や工具用ライトオンオフ用の各種のスイッチ４６ａ、４６ｂの信号が入力される。さらに、制御回路部４６には、締付け速度やバッテリ容量等を表示するＬＥＤ４６ｘ、４６ｙが組み込まれている。
ＤＣブラシレスモータ２０の駆動回路４０は、電気回路基板５０によって構成されている。

＜電気回路基板５０について＞
電気回路基板５０は、図５等に示すように、薄い角形の基板本体５２と、その基板本体５２が収納される浅い角形の上部開放型容器５４とを備えている。
基板本体５２には、裏面側に導電体（図示省略）によって電気配線部分が形成されており、表面側に駆動回路４０を構成する電気部品が配置されている。即ち、基板本体５２の表面側には、図５（Ａ）に示すように、左側（電動工具１０では後側）の中央に電源平滑用コンデンサ４３が立設されている。また、電源平滑用コンデンサ４３の左側（基板本体５２の後端部）には、図５（Ａ）、図３に示すように、駆動回路４０の電源線４２ｃの接続端部が基板本体５２の表面に対して起立した状態で配置されている。そして、それらの電源線４２ｃの接続端部が基板本体５２の裏面側に形成された導電体と電気的に接続されている。
即ち、電源線４２ｃが本発明の動力線に相当する。

基板本体５２の表面中央部分には、三相ブリッジ回路部４５を構成する６台のスイッチング素子４４が３台づつ二列に並べられた状態で配置されている。そして、スイッチング素子４４の列間に三本の動力線４１の接続端部が、図３に示すように、基板本体５２の表面に対して起立した状態で配置されている。そして、それらの動力線４１の接続端部が基板本体５２の裏面側に形成された導電体と電気的に接続されている。また、基板本体５２の表面右側部分には、制御回路部４６、各種のスイッチ４６ａ、４６ｂ、及び各種のＬＥＤ４６ｘ、４６ｙが設けられている。
このように、三相ブリッジ回路部４５を構成するスイッチング素子４４、及び電源平滑用コンデンサ４３等が本発明の電力供給用の電気部品に相当する。
基板本体５２は、上記した電気部品が取付けられた状態で上部開放型容器５４に収納される。そして、その上部開放型容器５４内に熱可塑性の溶融樹脂Ｒ（絶縁材料）が基板本体５２を覆うように充填される。これにより、前記溶融樹脂Ｒが固化することで、基板本体５２と上部開放型容器５４とが前記樹脂Ｒによって一体化される。

＜電気回路基板５０の取付け構造について＞
電気回路基板５０は、図１に示すように、ハウジング１１のグリップ部１５の突出端（下端）近傍に配置されている。
ハウジング１１のグリップ部１５は、使用者が電動工具１０を使用する際に握る握り部位１５ｈと、その握り部位１５ｈよりも突出端（下端）側に位置する露出部位１５ｐとから構成されている。握り部位１５ｈは、使用者が握り易いように比較的小径に形成されている。また、露出部位１５ｐは、握り部位１５ｈから主に下側前方向に拡開するように構成されている。
グリップ部１５の露出部位１５ｐの下側には、バッテリ４２ｖを備える電池パック（図示省略）が連結される電池パック連結部１６が設けられている。電池パック連結部１６は、断面逆Ｕ字形の逆溝状に形成されており、その電池パック連結部１６の内部後端側面に駆動回路４０の一対のターミナル４２ｔが固定されている。そして、電池パック連結部１６に対して前記電池パックの嵌合部が前方から後方にスライドしながら嵌め込まれることで、前記ターミナル４２ｔと電池パックのバッテリ４２ｖとが電気的に接続される。

ハウジング１１のグリップ部１５の内部には、握り部位１５ｈの内壁面に沿ってそのグリップ部１５の長手方向（図１の上下方向）に形成された中央空間Ｓｃと、露出部位１５ｐの内側で、中央空間Ｓｃから前方（図１の右方）に張り出すように形成された張り出し空間Ｓｔとが設けられている。そして、上記した電気回路基板５０がグリップ部１５の露出部位１５ｐの内側で、かつ電池パック連結部１６の上面に沿って寝かされた状態で、中央空間Ｓｃから張り出し空間Ｓｔにかけて収納されている。即ち、電気回路基板５０の中央部から後部が中央空間Ｓｃ内に配置されており、電気回路基板５０の前部が張り出し空間Ｓｔ内に配置されている。このため、電気回路基板５０の表面側に配置された高さ寸法の大きな電源平滑用コンデンサ４３、及び電気回路基板５０の表面側で起立している電源線４２ｃ、動力線４１の接続端部は中央空間Ｓｃ内に配置される。また、電気回路基板５０の制御回路部４６、各種のスイッチ４６ａ、４６ｂ、及び各種のＬＥＤ４６ｘ、４６ｙが張り出し空間Ｓｔ内に配置される。ここで、グリップ部１５の露出部位１５ｐの表面には、各種のスイッチ４６ａ、４６ｂを操作する操作部（図示省略）と、各種のＬＥＤ４６ｘ、４６ｙの表示を確認できる表示確認部（例えば、透明部）とが設けられている。

＜本実施形態に係る電動工具１０の長所について＞
本実施形態に係る電動工具１０によると、ＤＣブラシレスモータ２０に電力を供給するための電気部品、例えば、スイッチング素子４４や電源平滑用コンデンサ４３等を備える電気回路基板５０はグリップ部１５の空間内であって電池パック連結部１６の近傍に配置されている。即ち、ＤＣブラシレスモータ２０に電力を供給するための電気部品４４，４３、及び電気回路基板５０がそのＤＣブラシレスモータ２０から離れた位置に配置されている。このため、モータファンの風が電気部品４４，４３や電気回路基板５０に当たることがなく、電気部品４４，４３や電気回路基板５０が粉塵の影響を受け難くなる。
また、電気部品４４，４３、及び電気回路基板５０がグリップ部１５の空間内に配置されているため、ＤＣブラシレスモータ２０を収納するハウジング１１の本体部１２を小型化できる。このため、電動工具１０の取扱性が向上する。

また、ハウジング１１のグリップ部１５は、手で握られる握り部位１５ｈと、その握り部位１５ｈよりも突出端側に位置する露出部位１５ｐとからなり、電気回路基板５０は、電池パック連結部１６に沿うように寝かされた状態で、グリップ部１５における露出部位１５ｐの内側に位置決めされている。
このため、電気回路基板５０に装着されているスイッチング素子４４等の熱がグリップ１５の握り部位１５ｈに伝わり難くなり、電動工具１０を長時間使用しても取扱性が低下しない。
また、ＤＣブラシレスモータ２０の巻線に接続されている動力線４１の電気回路基板５０側の接続端部は、グリップ部１５の長手方向に沿って形成された中央空間Ｓｃ内にあって、電気回路基板５０の基板面（上面）に対して起立した状態で、その基板面（裏面）に設けられた導電体と接続されている。
このように、比較的太い動力線４１を電気回路基板５０の近傍で曲げることなく、そのまま電気回路基板５０の導電体に接続できる。このため、電気回路基板５０の周囲に動力線４１の曲げ用スペースを設ける必要がなく、電気回路基板５０の収納スペースを小さくできる。

同様に、電池パック連結部１６に設けられたターミナル４２ｔに接続されている電源線４２ｃの電気回路基板５０側の接続端部は、グリップ部１５の長手方向に沿って形成された中央空間Ｓｃ内にあって、電気回路基板５０の基板面（上面）に対して起立した状態で、その基板面（裏面）に設けられた導電体と接続されている。このため、電気回路基板５０の周囲に電源線４２ｃの曲げ用スペースを設ける必要がなく、電気回路基板５０の収納スペースを小さくできる。
また、電気回路基板５０は、型成形が可能な絶縁材料Ｒによって密封状態で覆われているため、スイッチング素子４４等の発熱が絶縁材料Ｒによって吸収され、スイッチング素子４４等の熱上昇が抑えられる。また、電気回路基板５０の強度が向上する。
さらに、電気回路基板５０に装着した各種スイッチ４６ａ，４６ｂをグリップ部１５の露出部位１５ｐの表面から操作できる。また、電気回路基板５０のＬＥＤ４６ｘ，４６ｙをグリップ部１５の外から視認することができる。このため、スイッチやＬＥＤ等をグリップ部１５の表面に取付ける構成と比較して、スイッチ等と電気回路基板５０間の配線等を省略でき、コストの低減を図ることができる。

＜変更例＞
ここで、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本実施形態では、電気回路基板５０を一枚の角板状に形成する例を示したが、複数の回路基板片を並べた状態で相互につなぎ合わせ、そのつなぎ部分が折り曲げ可能になるように電気回路基板５０を構成することも可能である。これにより、電気回路基板５０に衝撃が加わった場合に、電気回路基板５０がつなぎ部分で折れ曲がることで、前記衝撃をある程度吸収できるようになる。また、個々の回路基板片の面積を小さくできるため、それらの回路基板片が破損し難くなる。
また、電気回路基板５０の各種のスイッチ４６ａ、４６ｂ、及び各種のＬＥＤ４６ｘ、４６ｙをグリップ部１５の張り出し空間Ｓｔに収納する例を示したが、各種のスイッチ４６ａ、４６ｂ、各種のＬＥＤ４６ｘ、４６ｙの表面をグリップ部１５から露出させることも可能である。

本発明の実施形態１に係る電動工具の縦断面図である。 ＤＣブラシレスモータの駆動回路の構成を表す図面である。 ＤＣブラシレスモータの電気回路基板、及びセンサー基板を表す側面図である。 センサー基板の正面図である。 電気回路基板の平面図（Ａ図）、及びＡ図のＢ−Ｂ矢視図（Ｂ図）である。

符号の説明

１１ ハウジング
１２ 本体部
１５ グリップ部
１５ｈ 握り部位
１５ｐ 露出部位
１６ 電池パック連結部
２０ ＤＣブラシレスモータ
４１ 動力線
４２ｃ 電源線（動力線）
４２ｔ ターミナル（バッテリターミナル）
４３ 電源平滑用コンデンサ
４４ スイッチング素子
４６ａ，４６ｂ スイッチ
４６ｘ，４６ｙ ＬＥＤ
５０ 電気回路基板
Ｒ 樹脂（絶縁材料）
Ｓｃ 中央空間
Ｓｔ 張り出し空間

Claims (6)

1. ＤＣブラシレスモータを駆動源とする電動工具であって、
   前記ＤＣブラシレスモータが収納されている本体部と、前記本体部の側部から突出するように形成されたグリップ部とからなるハウジングを備え、
   前記ハウジングのグリップ部における突出端には、電池パックが着脱可能に連結される電池パック連結部が形成されており、
   前記グリップ部の空間内であって前記電池パック連結部の近傍には、前記ＤＣブラシレスモータの電力供給用に使用される複数のスイッチング素子を備える電気回路基板が配置されていることを特徴とする電動工具。
2. 請求項１に記載された電動工具であって、
   ハウジングのグリップ部は、手で握られる握り部位と、その握り部位よりも突出端側に位置する露出部位とからなり、
   電気回路基板は、電池パック連結部に沿うように寝かされた状態で、前記グリップ部における露出部位の内側に位置決めされていることを特徴とする電動工具。
3. 請求項２に記載された電動工具であって、
   グリップ部の長手方向に沿って形成された中央空間に収納されている動力線の電気回路基板側の接続端部は、その中央空間内にあって、前記電気回路基板の基板面に対して起立した状態で、その基板面に設けられた導電体と電気的に接続されていることを特徴とする電動工具。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載された電動工具であって、
   電気回路基板は、型成形が可能な絶縁材料によって密封状態で覆われていることを特徴とする電動工具。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載された電動工具であって、
   電気回路基板は、複数の回路基板片が並べられた状態で相互につなぎ合わされることにより構成されており、さらにその電気回路基板が各々の回路基板片のつなぎ部分で折り曲げ可能となっていることを特徴とする電動工具。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載された電動工具であって、
   グリップ部の露出部位の表面には、電気回路基板に装着されたスイッチを操作する操作部、及び電気回路基板に装着された表示器の表示を確認できる表示確認部が設けられていることを特徴とする電動工具。

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