JP5024609B2 - 電動工具 - Google Patents

Description

本発明は電動工具に関し、特にモータを内蔵する電動工具に関する。

ブラシレスモータ（ＤＣモータ）は小形化が可能であり、モータの回転軸に取り付けられるロータに対してのブラシおよび整流子を用いた電気的接続が不要なため高寿命であるので電動工具の動力として広く使用されている。

ブラシレスモータを駆動すると比較的大きな電力損失が熱となって発生し、熱の影響によりモータの高出力化や正常な動作が阻害される場合がある。このため、従来のブラシレスモータにおいては、特許文献１に示されるように、ハウジング内に外気を吸入する開口部と内部の冷却風をハウジングの外へ排気する開口部とをステータを挟んでハウジングに形成し、ロータに一体的に取り付けたファンによってハウジング内に空気を導入して、ステータコイルの間に冷却風を流動する構造が提案されている。

特許文献１に示されるブラシレスモータのステータは円筒形状であるため、ステータをハウジング内部に圧入して取付固定しており、冷却風はステータコア外周部とハウジングとの間を通らずステータとロータとの間の空間を通る構造になっている。また特許文献２には、モータハウジング内の冷却気体の流路上にモータのステータ部と共にモータの駆動を制御する回路基板を配置しネジによりモータに固定した構造が提案されている。
特開２００４−２７４８００号公報 特開２００５−１０２３７０号公報

特許文献１に示される構成では、ステータをハウジング内部に圧入・取付して強固に結合しているため、ロータの回転トルクの反作用によりステータがロータの回転方向と反対に回転することは抑制されている。しかし流路抵抗の大きなステータとロータとの間のみで空気を流通させることになるため、冷却風量が少なく低冷却効率となっていた。また特許文献２に示される構成では回路基板を固定するネジにより流路抵抗が生じる場合があった。そこで、本発明は、ステータを確実に固定すると共に流路抵抗を減らして高冷却効率の電動工具を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、左右方向に二分割され空気流入孔及び空気排出孔が形成されたハウジングと、回転軸を有し該ハウジング内に内蔵されるモータと、該回転軸に固定されたファンと、を備え、該モータの外周部分には、該モータの外周において周方向で等間隔に均等配置され半径方向外側に突出する複数の凸部が設けられ、該ハウジングには、該複数の凸部と嵌合する複数の凹部と、該モータの外周部分に当接する複数のリブが形成され、該複数の凸部と該複数の凹部との間及び該複数のリブ間には、該ファンの回転により該空気流入孔からハウジング内に流入した空気が通る空気通路が形成され、該モータの軸方向と直交する断面において、該凸部は周方向と交差すると共に該軸から離間するに従い先細りする側面を有し、該ハウジングは該凹部内において該側面と面当接する当接面を有する電動工具を提供する。

このような構成によれば、モータとハウジングとを確実に固定する接合箇所を規定することができる。よって凸部及び凹部に係る部分以外のモータとハウジングとの間を冷却に係る箇所とすることができ、ここに冷却通路等を形成することができる。

また、該凸部は該モータの外周において周方向で等間隔に均等配置されているので、ハウジングに対するモータの固定位置の自由度を増すことができる。よって組み立て時に容易にモータをハウジングに装着することができる。

また、該凸部は周方向と交差すると共に該軸から離間するに従い先細りする側面を有し、該ハウジングは該凹部内において該側面と面当接する当接面を有しているので、凹部に凸部を挿入しやすくなると共に、凹部内面と凸部とが面当接する。よってモータのハウジングへの装着が容易になると共に、装着後のハウジングに対するモータの固定をより一層安定性させることができる。

また該凸部の該軸方向長さと該凹部の該軸方向長さとはそれぞれ略等しく構成されていることが好ましい。

このような構成によると、軸方向において凹部に対し凸部の位置が正確に規定される。よってモータをハウジングに装着後に、ネジ等を使用しなくてもモータがハウジングから軸方向にずれることが抑制される。

また該モータはステータコアを含んで構成されるブラシレスモータであり、該凸部は該ステータコアに設けられていることが好ましい。

また該モータには該モータの制御を行う回路基板が設けられ、該回路基板はネジにより該空気流入孔側の該モータに固定され、該ネジは該凸部の該軸方向投影内において該凸部内に位置していることが好ましい。

このような構成によると、ハウジングとモータとの間において、凸部の軸方向投影箇所となる領域にネジが螺合される。よってハウジングとモータとの間であって凸部及び凹部に係る部分以外に形成される冷却通路上にネジが配置されることによる流路抵抗の増加を防止することができる。

本発明の電動工具によれば、ステータを確実に固定すると共に流路抵抗を減らして高冷却効率の電動工具を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る電動工具について図１乃至図４に基づき説明する。図１に示される電動工具であるインパクトドライバ１は、ハウジング２０と、モータ３０と、回路基板４０と、動力伝達機構６０とから主に構成されている。

ハウジング２０は、モータハウジング部２１と、動力伝達ハウジング部２２と、ハンドルハウジング部２３とから構成されている。尚本実施の形態においては、モータハウジング部２１から動力伝達ハウジング部２２に向かう方向であって後述の回転軸３５の軸方向になる方向を前後方向と定義し、この前後方向と直交しハンドルハウジング部２３が延出される方向を下方と定義して説明する。

モータハウジング部２１は、図２に示されるように上下方向及び前後方向に延びる平面で二分割されて構成され、図１に示されるようにモータ３０及び回路基板４０等を収容している。尚、二分割されたモータハウジング部２１は、何れも対称な形状であるため、片面側のみについて説明する。

モータハウジング部２１の後方であって後述の回転軸３５を延長した軸回りとなる位置には、ハウジング２０外から空気を流入するための空気流入孔２１ａが形成されている。図３に示されるように、モータハウジング部２１の前方には、外部へ空気を排出するための空気排出孔２１ｂが形成されており、中央部分には、モータ３０を保持するための保持部材である棒状保持部２１Ａが構成されている。棒状保持部２１Ａは複数の大きさの異なるリブ構造となっている。隣り合うリブとリブとの間は空気通路２１ｃとして設定されている。空気通路２１ｃは、図２に示されるようにモータ３０の外側とモータハウジング部２１との間に亘って画成され、図３に示される空気流入孔２１ａと空気排出孔２１ｂとの間を連通している。

図３に示されるように、モータハウジング部２１において空気流入孔２１ａと空気排出孔２１ｂとの略中間となる部分には、第一凹部２１ｄ及び第二凹部２１ｅがそれぞれ形成されている。

第一凹部２１ｄと第二凹部２１ｅとは、図２に示されるように、後述の回転軸３５回りに約９０°離れた位置に配置され、またモータハウジング部２１を二分する平面からそれぞれ約４５°離れた位置に配置されている。よって二分割されたモータハウジング部２１が組み合わされた状態では二個の第一凹部２１ｄと二個の第二凹部２１ｅとがあり、この計四個の凹部が約９０°離間して均等配置される。

第一凹部２１ｄにおいては回転軸３５の軸方向と直交する断面において、モータ３０が装着された状態で、回転軸３５の周方向と交差すると共に回転軸３５から離間するに従い第一凹部２１ｄの周方向の幅が先細りする側面２１Ｄ、２１Ｄを有している。第二凹部２１ｅにおいても、第一凹部２１ｄと同形状の側面２１Ｅ、２１Ｅを有している。また第一凹部２１ｄ、第二凹部２１ｅは共に前後方向の長さがＬ１になるように形成されている。

またモータハウジング部２１においては、第一凹部２１ｄ部分及び第二凹部２１ｅ部分のみでモータ３０を保持するため、第一凹部２１ｄ部分と第二凹部２１ｅ部分との間の略全部をモータハウジング部２１とモータ３０の外周部分との間に形成される空気通路２１ｃとして利用することができる。よって空気通路２１ｃを大きく採ることが可能となると共に発熱箇所となるモータ３０の冷却空気に触れる面積を大きく採ることができ、より効率よく冷却を行うことができる。

図１に示される動力伝達ハウジング部２２は略筒状に構成されモータハウジング部２１の前方に配置されており、筒内部に動力伝達機構６０を収容している。また動力伝達ハウジング部２２の先端からは、後述のアンビル６６の先端が突出している。

ハンドルハウジング部２３は、モータハウジング部２１及び動力伝達ハウジング部２２から下方に延出されて構成されており、ハンドルハウジング部２３の基端部分にはトリガスイッチ２４が設けられている。ハンドルハウジング部２３の下端部には、図示されないリチウムイオン二次電池、ニッケル・カドミウム二次電池等からなる電池パックを収容する電池パックケース７１が着脱可能に装着されている。またハンドルハウジング部２３内には、図示せぬ電池パックからモータ３０へ電力を供給するためのモータ駆動回路２３Ａ及び配線２３Ｂが収納されている。電池パックケース７１がハンドルハウジング部２３に装着されると、トリガスイッチ２４を介して図示せぬ電池パックとモータ駆動回路２３Ａとが電気的に接続される。

モータ３０は、ステータ３１と、コイル３２と、ロータ３３とから主に構成されたブラシレスモータである。ステータ３１は、ステータコア３１Ａと、ステータコア３１Ａの内周面側から半径方向内方に放射状に突出しステータコア３１Ａの軸方向に延びる複数のティース３１Ｂ（図２）とを有している。図２に示されるように、ステータコア３１Ａの外周部分には、周方向で等間隔に均等配置され外周部分から半径方向外方に突出する四個の凸部３４が設けられている。これら四個の凸部３４は何れも同じ形状であって、それぞれ周方向と交差すると共に後述の回転軸３５から離間するに従い周方向の幅が先細りする側面３４Ａ、３４Ａを有しており、第一凹部２１ｄ及び第二凹部２１ｅと嵌合可能かつ側面２１Ｄ及び側面２１Ｅと面当接するように構成されている。よってこれら四個の凸部３４が、第一凹部２１ｄ及び第二凹部２１ｅに挿入されて嵌合することにより、モータ３０をモータハウジング部２１に装着することができる。

凸部３４はそれぞれ斜面状の側面３４Ａ、３４Ａを有しているため、この側面３４Ｂに沿って凸部３４を第一凹部２１ｄ及び第二凹部２１ｅに挿入することにより、凸部３４の第一凹部２１ｄ及び第二凹部２１ｅへの装着を容易にすることができる。凸部３４が第一凹部２１ｄ及び第二凹部２１ｅへ装着された状態においては、側面３４Ａ、３４Ａがそれぞれ側面２１Ｄ及び２１Ｅと面当接するため、第一凹部２１ｄ及び第二凹部２１ｅ内において凸部３４が安定して保持される。よってモータハウジング部２１においてモータ３０のズレの発生を抑制することができ、モータ３０に通電して後述の回転軸３５を回転させた場合であっても回転軸３５の反力に対してステータ３１がモータハウジング部２０からずれることが抑制される。

また図４に示されるように凸部３４の前後方向の長さＬ２は、第一凹部２１ｄ及び第二凹部２１ｅの前後方向の長さＬ１と略同一になるように構成されている。よって凸部３４が第一凹部２１ｄ及び第二凹部２１ｅへ装着された状態において前後方向への移動が抑制される。故に前後方向においてもモータハウジング部２１においてモータ３０のズレの発生を抑制することができる。

ティース３１Ｂには、電気的に絶縁された絶縁部材８１及び８２（図１）が回転軸方向両端から装着されている。コイル３２は、複数のティース３１Ｂに順次巻回されており、スター結線された３相コイルを構成している。

ロータ３３は、モータハウジング部２１に支持されたベアリング３７によって回転可能に両端が支承された回転軸３５に同軸に圧入され、回転軸３５と一体に回転可能に構成されている。

図１に示されるように回路基板４０は、空気流入孔２１ａ側に位置する絶縁部材８１の端面に固定されている。回路基板４０はコイル３２（図２）に電気的に接続され、周知のブリッジ回路から成るインバータ回路であり、回転軸３５の後端側に配置されたＩＧＢＴ（出力トランジスタ）４０Ａ（図４）を複数備えている。これら複数のＩＧＢＴ（出力トランジスタ）４０Ａはコイル３２に接続されて大電流を流している。

この回路基板４０は、図４に示されるように、４本のネジ４１によってステータ３１に固定されている。４本のネジ４１はそれぞれ別々の凸部３４に螺合しており、凸部３４の前後方向における投影内に位置している。よって凸部３４の周囲に形成される空気通路２１ｃ内にネジ４１が配置されることが無いため、ネジ４１による流路抵抗の増大が生じない。

また回転軸３５の前方側には、モータハウジング部２１の空気通路２１ｃ内においてファン５０が同軸回転可能に固定されている。ファン５０は、モータ３０が駆動されると回転軸３５と一体に回転するため、空気通路２１ｃ内に気流を発生させ、空気流入孔２１ａから外部の空気を吸入し空気排出孔２１ｂを通じて外部に排出する。

動力伝達機構６０は、動力伝達ハウジング部２２内に収容されており、遊星ギヤ６１及びリングギヤ６２で構成される減速機構部と、スピンドル６３及びハンマ６５から成るインパクト機構部と、先端工具（図示なし）を保持可能なアンビル６６とから主に構成されている。

遊星ギヤ６１及びリングギヤ６２はモータ３０の回転軸３５に接続され、その回転を減速してスピンドル６３に伝達している。スピンドル６３は、遊星ギヤ６１及びリングギヤ６２にその前方に配置されて接続され回転軸３５の減速された回転が伝達されている。ハンマ６５はスピンドル６３上に前後摺動可能に配されており、後方にスプリング６４が配置されて付勢され、スプリング６４によって打撃力が与えられている。アンビル６６はスピンドル６３の先端に同軸回転可能に取り付けられており、その後端部分にハンマ６５が当接することにより打撃力を生じさせている。

またハンマ６５とアンビル６６とにはそれぞれ図示せぬ凸部と凹部とが設けられている。アンビル６６に所定以上の負荷がかかっていない時には、ハンマ６５の凸部とアンビル６６の凹部とが嵌め合うことによりハンマ６５とアンビル６６とは一体に回転し回転力を得る。一方、アンビル６６に所定以上の負荷がかかっている時には、アンビル６６がロックされて回転せず、ハンマ６５の凸部とアンビル６６の凹部とは外れ、スプリング６４の作用によりハンマ６５は前進し打撃力を得ることになる。

上記構成のインパクトドライバ１を使用する場合には、使用者がトリガスイッチ２４を引くことにより、電池パックケース７１内の図示せぬ電池からモータ駆動回路２３Ａ及び回路基板４０を介してモータ３０に供給され、回転軸３５が回転してアンビル６６を回転・打撃する。この時にモータ３０及び回路基板４０が発熱するが、空気通路２１ｃが回路基板４０近傍及びモータ３０の外周部分に渡って形成されているため、モータ３０及び回路基板４０は好適に冷却され、出力低下等を招くことなく、好適に使用することができる。またモータ３０は、凸部３４と第一凹部２１ｄ及び第二凹部２１ｅとの嵌合により、軸回り方向及び軸方向において確実にモータハウジング部２１に固定されているためガタの発生が抑制され、インパクトドライバ１の使用感を増すとともに高寿命化が図られている。

本発明の実施の形態に係る電動工具の側面断面図。 図１のII−II線に沿った断面図。 本発明の実施の形態に係る電動工具のモータハウジング部の内面図。 本発明の実施の形態に係る電動工具のモータ部分の斜視図。 本発明の実施の形態に係る電動工具の回路基板とモータとの接続を示す断面図。

符号の説明

１・・インパクトドライバ ２０・・ハウジング ２１・・モータハウジング部
２１Ａ・・面状保持部 ２１Ｂ・・棒状保持部 ２１Ｄ・・側面 ２１Ｅ・・側面
２１ａ・・空気流入孔 ２１ｂ・・空気排出孔 ２１ｃ・・空気通路
２１ｄ・・第一凹部 ２１ｅ・・第二凹部 ２２・・動力伝達ハウジング部
２３・・ハンドルハウジング部 ２３Ａ・・モータ駆動回路 ２３Ｂ・・配線
２４・・トリガスイッチ ３０・・モータ ３１・・ステータ ３１Ａ・・ステータコア
３１Ｂ・・ティース ３２・・コイル ３３・・ロータ ３４・・凸部 ３４Ａ・・側面
３５・・回転軸 ３７・・ベアリング ４０・・回路基板 ４１・・ネジ
５０・・ファン ６０・・動力伝達機構 ６１・・遊星ギヤ ６２・・リングギヤ
６３・・スピンドル ６４・・スプリング ６５・・ハンマ ６６・・アンビル
７１・・電池パックケース ８１、８２・・絶縁部材

Claims (4)

1. 左右方向に二分割され空気流入孔及び空気排出孔が形成されたハウジングと、
   回転軸を有し該ハウジング内に内蔵されるモータと、
   該回転軸に固定されたファンと、を備え、
   該モータの外周部分には、該モータの外周において周方向で等間隔に均等配置され半径方向外側に突出する複数の凸部が設けられ、
   該ハウジングには、該複数の凸部と嵌合する複数の凹部と、該モータの外周部分に当接する複数のリブが形成され、
   該複数の凸部と該複数の凹部との間及び該複数のリブ間には、該ファンの回転により該空気流入孔からハウジング内に流入した空気が通る空気通路が形成され、
   該モータの軸方向と直交する断面において、該凸部は周方向と交差すると共に該軸から離間するに従い先細りする側面を有し、該ハウジングは該凹部内において該側面と面当接する当接面を有することを特徴とする電動工具。
2. 該凸部の該軸方向長さと該凹部の該軸方向長さとはそれぞれ略等しく構成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. 該モータはステータコアを含んで構成されるブラシレスモータであり、該凸部は該ステータコアに設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動工具。
4. 該モータには該モータの制御を行う回路基板が設けられ、
   該回路基板はネジにより該空気流入孔側の該モータに固定され、
   該ネジは該凸部の該軸方向投影内において該凸部内に位置していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の電動工具。
   

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