JP5120600B2

JP5120600B2 - 電動工具

Info

Publication number: JP5120600B2
Application number: JP2007118835A
Authority: JP
Inventors: 憲一郎吉田; 和博大森; 義広小室
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2027-04-27
Also published as: JP2008272870A

Description

本発明はブラシレスモータを使用した電動工具に関する。

一般に、電動工具では、回転軸に取付けられるロータに対しブラシおよび整流子を用いた電気的接続が不要であるブラシレスモータを、電動工具の小型化を実現する手段として使用することがある。しかしながら、ブラシレスモータは、ステータコイルへの通電をオンオフするためのスイッチング素子を要する。スイッチング素子を構成する出力トランジスタは、ステータコイルに大電流の駆動信号を供給することから発熱量が大きく、スイッチング素子が別部品とともに回路基板上に搭載されている場合には、スイッチング素子の発熱の影響により、周囲の部品が正常に動作しなくなるという問題がある。そこで、スイッチング素子に対する冷却構造が提案されている。

例えば、従来のスイッチング素子の冷却構造としては、下記特許文献１に開示されているように、ステータ鉄心に巻装されたコイルへの通電をオンオフさせるためのスイッチング素子を回路基板に設け、スイッチング素子と放熱部材とが接するように回路基板を放熱部材にネジ止めし、放熱部材をステータ鉄心に固定することにより、スイッチング素子が発した熱を、スイッチング素子から放熱部材を介してステータ鉄心へと放熱し、ステータ鉄心から放熱するようにしたものがある。
特開２００４−３５７３７１号公報

しかし、上記従来例では、スイッチング素子の冷却（放熱）は可能であるものの、回路基板に搭載されているスイッチング素子に通電するためのリード線は導体の圧着端子に圧着され、圧着端子が回路基板に半田付け等により電気的に接続されている。一般的に、リード線には金属線の外周に被覆を施しているが、リード線のうち圧着端子が圧着されている部分は、リード線のうち被覆がなされていない部分であり、金属線が剥出しとなっているため振動等の応力に弱く、応力が加わるとリード線が圧着端子との接続部で断線や接続不良を起こしてしまうという問題があった。また、圧着端子を介さずにリード線を回路基板に直接接続する場合にも、振動により回路基板とリード線との接続部について同様の問題がある。そこで、振動対策として、リード線と回路基板との接続部に接着剤を塗布する方法があるが、部品点数の増加や製造工程の増加等の問題がある。

本発明は、斯かる実情に鑑み、部品点数を低減し、安価な構成であって、ブラシレスモータの耐震性の向上、特にリード線の断線防止を実現可能とする電動工具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、電動工具であって、ハウジングと、該ハウジング内に保持されたブラシレスモータと、該ブラシレスモータを駆動制御する回路基板と、を有し、該ブラシレスモータは、筒体部と、該筒体部の内周面側から半径方向内方に放射状に突出し該筒体部の軸方向に延びる複数のティースとを有し、該筒体部の外周面側で該ハウジングの内面に支持されるステータと、それぞれの該ティースに沿って巻回されるコイルと、該ステータの内周面側に位置して、該ステータと略同心に回転可能に配置されたロータと、該ステータの軸方向の端部に位置する環状部と、該ティースを覆うことで該ティースと該コイルを絶縁するステータ被覆部とを有し、該ステータ被覆部に覆われた該ティースに該コイルを巻回することにより該ステータに保持される絶縁部材と、を有し、該絶縁部材の該環状部は、一端が該ブラシレスモータに半田付けされたリード線を保持するリード線保持部を備え、該リード線保持部は該環状部と一体成形されると共に、該リード線の半田付けされた該一端から離間した位置において該リード線を保持することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の特徴に加え、該リード線は、該回路基板から該ステータ方向に延出することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１及び請求項２に記載の特徴に加え、該回路基板は、該絶縁部材の該環状部の端面で該絶縁部材に固定されることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の特徴に加え、該環状部の該端面には雌ネジ部が設けられ、該回路基板は雄ネジを該雌ネジ部に螺合することにより、該絶縁部材に固定されていることを特徴とする。

本発明の請求項１に記載の電動工具によれば、絶縁部材の環状部は、一端が該ブラシレスモータに半田付けされたリード線を保持するリード線保持部を備え、リード線保持部は環状部と一体成形されると共に、該リード線の半田付けされた該一端から離間した位置において該リード線を保持するので、ブラシレスモータが駆動して振動を受けても、回路基板とリード線との接続部に応力を集中させることなく、リード線のうち絶縁部材のリード線保持部によって保持される部分へと応力を分散させることにより、回路基板とリード線とが外れ断線や接続不良を引き起こすことを防止できる。リード線のうち絶縁部材のリード線保持部によって保持される部分は、被覆がなされている部分であるため、応力が加えられても被覆によって応力を吸収できる。また、振動による断線防止のための接着剤をリード線の根元に塗布する工程を省くことができる。

本発明の請求項２に記載の電動工具によれば、請求項１に記載の電動工具による効果に加え、回路基板は絶縁部材の環状部で絶縁部材に固定され、絶縁部材はステータに固定され、リード線は回路基板からステータ方向に延出するので、リード線は絶縁部材の環状部の外周面から突出したリード線保持部に向かって延出する。よって、リード線が反ステータ方向に延出する場合と比べ、リード線は無駄に引き回されることなく、リード線が引き回される経路を短縮でき、引き回しが容易となる。また、リード線保持部の形状を単純にできる。

本発明の請求項３に記載の電動工具によれば、請求項１及び請求項２に記載の電動工具による効果に加え、回路基板は、絶縁部材の環状部の端面で絶縁部材に固定され、リード線を保持するためのリード線保持部を絶縁部材に設けているので、回路基板が絶縁部材の環状部の端面から離れた位置に固定された場合と比べ、リード線が引き回される経路を短縮でき、引き回しが容易となる。

本発明の請求項４に記載の電動工具によれば、請求項３に記載の電動工具による効果に加え、絶縁部材の環状部の端面には雌ネジ部が設けられ、回路基板は雄ネジを雌ネジ部に螺合することにより絶縁部材に固定されているので、回路基板と絶縁部材との位置決め精度が向上する。よって、回路基板からステータ方向に延出したリード線と、絶縁部材の環状部の外周面から突出しているリード線保持部との位置決め精度も向上する。

以下、本発明の実施の形態による電動工具について図１乃至図１０を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る電動工具の例としてインパクトドライバ１を示す。まず、図１を参照して、インパクトドライバ１の概略構成について説明する。

インパクトドライバ１は、外郭を構成するハウジング２を有し、ハウジング２は、モータハウジング部２１と、モータハウジング部２１に連続して形成された動力伝達ハウジング部２２と、モータハウジング部２１及び動力伝達ハウジング部２２から垂下するハンドルハウジング部２３とから構成される。

モータハウジング部２１は、筒状の形状を有し、駆動源となるブラシレスモータ３０と、ブラシレスモータ３０を制御する回路基板４０と、ファン５０とを収容する。モータハウジング部２１の後方には、ハウジング２外から空気を流入するための空気流入孔２１ａが形成され、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が形成されている。また、ブラシレスモータ３０の外側とモータハウジング２１の内周面２１Ａとの間には空気通路２１ｃが画成され、空気通路２１ｃは空気流入孔２１ａと空気排出孔２１ｂとの間を連通している。

動力伝達ハウジング部２２は、動力伝達機構部６０を収容している。動力伝達機構部６０は、遊星ギヤ６１とリングギヤ６２で構成される減速機構部と、スピンドル６３およびスピンドル６３上に前後摺動可能に配され、かつスプリング６４によって打撃力が与えられるハンマ６５から成るインパクト機構部と、ハンマ６５によって回転打撃力が与えられ先端工具（図示なし）を保持可能なアンビル６６とで構成される周知の構成である。動力伝達機構部により、ブラシレスモータ３０の回転力を回転打撃力としてアンビル６６へ伝達される。ハンマ６５には突出した凸部（図示なし）が設けられている。また、アンビル６６には、ハンマ６５の凸部に対応する凹部（図示なし）が設けられている。ブラシレスモータ３０が駆動されると、ブラシレスモータ３０の回転軸３５から伝達された回転力を遊星ギヤ６１とリングギヤ６２で減速し、その回転力をスピンドル６３に伝達しネジ締め動作を開始する。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。

ハンドルハウジング部２３の下端部は、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成る電池パック７０を収容する電池パックケース７１を着脱可能に構成されている。ハンドルハウジング部２３には、トリガスイッチ２４が設けられていると共に、電池パック７０からブラシレスモータ３０へ電力を供給するためのリード線４３等の配線及びモータ駆動回路の一部が収納されている。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を介して電池パック７０とモータ駆動回路装置とが電気的接続される。なお、ハウジング２に関し、アンビル６６側を前方、空気流入孔側２１ａを後方、モータハウジング部２１や動力伝達ハウジング部２２側を上方、電池パックケース７１側を下方として、以下に説明する。

以上のように構成されたインパクトドライバ１によれば、作業者がハンドルハウジング部２３を把持しながら、トリガスイッチ２４を引くと、トリガスイッチ２４がオン状態となり、ブラシレスモータ３０からの駆動力を伝達されたハンマ６３がアンビル６６に装着されている先端工具に回転打撃力を与えることにより、ネジを締付けることができる。

次に、図２乃至図１０を参照して、本実施の形態のブラシレスモータ３０の構成について説明する。モータ３０は、円筒状の外形をもつステータ３１と、コイル３２と、ステータ３１の内周部内に配置されたロータ３３とから構成されたブラシレスモータである。

ステータ３１は、筒体部３１Ａと、筒体部３１Ａの内周面側から半径方向内方に放射状に突出し筒体部３１Ａの軸方向に延びる複数のティース３４とを有している。ティース３４には、電気的に絶縁された絶縁部材８１及び８２が回転軸方向両端から装着されている。ステータ３１の外周面３１Ｂの一部は、モータハウジング部２１に支持され、外周面３１Ｂの残部とモータハウジング２１の内周面との間には、空気通路２１ｃが画成される（図３）。

絶縁部材８１はステータ３１の後端に取付けられ、絶縁部材８２はステータ３１の前端に取付けられている。図８に示されるように、絶縁部材８１は、ティース３４を覆うことでティース３４とコイル３２とを絶縁するステータ被覆部８１Ａと、雌ネジ孔８１ａが形成された環状部８１Ｂとを有している。環状部８１Ｂの外周面からは、保持片８１Ｃが突出して設けられている。図１０に示されるように、保持片８１Ｃは、中央保持片８１Ｃ１と、側方保持片８１Ｃ２とから成る。中央保持片８１Ｃ１には、引け（絶縁部材８１を成形する際に、材料の厚みが均一でないと厚みのある部分が収縮する現象）防止の窪み８１ｄが形成されている。中央保持片８１Ｃ１と側方保持片８１Ｃ２との間には、リード線４３の外径と略等しい径の貫通孔８１ｂと、リード線の径より小さい幅のスリット８１ｃとが形成されている。また、図９に示されるように、絶縁部材８２は、絶縁部材８１と同様に、ティース３４を覆うことでティース３４とコイル３２とを絶縁するステータ被覆部８２Ａを有している。図３、図７に示されるように、ステータ被覆部８１Ａ及び８２Ａに覆われたティース３４にコイル３２を巻回することにより、絶縁部材８１及び絶縁部材８２はステータ３１に保持される。コイル３２は、ティース３４の軸方向の面に沿って巻かれる軸方向巻回部３２Ａと、ティース３４の軸端面に沿って巻かれる軸端面巻回部３２Ｂとを有し、係る巻回により、絶縁部材８１及び８２はティース３４に保持される。コイル３２は複数のティース３４に順次巻回されることで、スター結線された３相コイルとなる。

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によって回転可能に両端が支承された回転軸３５と、回転軸３５に同軸に圧入され回転軸３５と一体に回転する本体部３６とから成る。本体部３６には、回転軸方向に４つの永久磁石部材３７が埋込まれている。回転軸３５の前方側であって、モータハウジング部２１の空気排出孔２１ｂ側にはファン５０が固定されている。ファン５０は、ブラシレスモータ３０が駆動されると回転軸３５と一体に回転し、空気流入孔２１ａから外部の空気を吸入し、空気通路２１ｃ、空気排出孔２１ｂを通じて外部に排出する。

次に、モータ駆動回路について説明する。モータ駆動回路は、回路基板４０を含み、コイル３２に電気的に接続され、ロータ３３を回転駆動させる働きを持つ。コイル３２の端末は回路基板４０に形成された配線用孔４０ａにおいて半田付けされることにより、回路基板４０と電気的に接続されている。回路基板４０には、配線用孔４０ａが６箇所形成されている。ブラシレスモータ３０のコイル３２に駆動電流を通電するための周知のブリッジ回路から成るインバータ回路やインバータ回路を制御するＣＰＵ等から成る制御回路等からなる。回路基板４０はスイッチング素子を備えたインバータ回路が形成され、インバータ回路以外の制御回路は幾つかの基板に分けて適切に配置されている（図示省略）。

回路基板４０は、空気流入孔２１ａ側に位置する絶縁部材８１の環状部８１Ｂの端面により画成される環状の開口全体を覆うように絶縁部材８１に固定されている。具体的には、絶縁部材８１の上述した雌ネジ孔８１ａに対応する位置に貫通孔が４つ形成されており、回路基板４０の前面４０Ａが絶縁部材８１に密着するように雄ネジ９０で固定されている。具体的には、回路基板４０は、雄ネジ９０を絶縁部材８１の環状部８１Ｂの雌ネジ孔８１ａに螺合することにより、絶縁部材８１に固定されている。回路基板４０の絶縁部材８１側である前面４０Ａは、ロータ３３の回転位置検出を行うためのホール素子４１を備えている。また、図６に示されるように、回路基板４０の前面４０Ａからは、半田付けによって回路基板４０と電気的に接続され回路基板４０に通電するリード線４３がステータ方向に延出している。リード線４３は、リード線４３と整合する位置に配置される保持片８１Ｃによって保持されている。具体的には、保持片８１Ｃの貫通孔８１ｂによってリード線４３が保持されている。回路基板４０の反絶縁部材８１側の面である後面４０Ｂは、コイル３２に流す電流のオンオフを行うための上述したスイッチング素子であるＦＥＴ４２を６個備え、回路基板４０に設けられた配線パターンを介してコイル３２と電気的に接続されている。また、コイル３２がスター結線されるように、ステータ３１の３相の各コイル３２の中性点用のコイル３２端末は駆動制御回路基板の配線パターンを介して電気的に接続され中性点を成している。ＦＥＴ４２の足部には、工具使用時の振動による断線防止のための接着剤が塗布されている。

回路基板４０はコイル３２が電気的に接続されると共に、絶縁部材８１の環状部８１Ｂによって絶縁部材８１に固定され、回路基板４０からはリード線４３が延出し、環状部８１Ｂの外周面からはリード線４３と整合する位置にリード線４３を保持するための保持片８１Ｃが突出して設けられているので、ブラシレスモータ３０が駆動して振動を受けても、回路基板４０とリード線４３との接続部に応力を集中させず、リード線４３のうち絶縁部材８１の保持片８１Ｃによって保持される部分へと応力を分散させることにより、回路基板４０とリード線４３とが外れ断線や接続不良を引き起こすことを防止できる。リード線４３のうち絶縁部材８１の保持片８１Ｃによって保持される部分は、被覆がなされている部分であるため、応力が加えられても被覆によって応力を吸収できる。また、振動による断線防止のための接着剤をリード線４３の根元に塗布する工程を省くことができる。

また、回路基板４０は絶縁部材８１の環状部８１Ｂで絶縁部材８１に固定され、絶縁部材８１はステータ３１に固定され、リード線４３は回路基板４０からステータ方向に延出するので、リード線４３は絶縁部材８１の環状部８１Ｂの外周面から突出した保持片８１Ｃに向かって延出する。よって、リード線４３が反ステータ方向に延出する場合と比べ、リード線４３は無駄に引き回されることなく、リード線４３を引き回す経路を短縮でき、引き回しが容易となる。また、保持片８１Ｃの形状を単純にできる。

また、回路基板４０は、絶縁部材８１の環状部８１Ｂの端面で絶縁部材８１に固定され、リード線４３を保持するための保持片８１Ｃを絶縁部材８１に設けているので、回路基板４０が絶縁部材８１の環状部８１Ｂの端面から離れた位置に固定された場合と比べ、リード線４３を引き回す経路を短縮でき、引き回しが容易となる。

また、絶縁部材８１の環状部８１Ｂの端面には雌ネジ部８１ａが設けられ、回路基板４０は雄ネジ９０を雌ネジ部８１ａに螺合することにより絶縁部材８１に固定されているので、回路基板４０と絶縁部材８１との位置決め精度が向上する。よって、回路基板４０からステータ方向に延出したリード線４３と、絶縁部材８１の環状部８１Ｂの外周面から突出している保持片８１Ｃとの位置決め精度が向上する。

尚、本発明の電動工具は、上記した実施の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内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上述した実施の形態では、保持片８１Ｃは、１つの中央保持片８１Ｃ１と２つの側方保持片８１Ｃ２とから成るとしたが、側方保持片８１Ｃ２と対称な形状の中央保持片を２つ設けてもよい。

本発明の電動工具はインパクトドライバなどの衝撃を伴う工具に好適に利用できる。

本発明の実施の形態に係る電動工具の全体断面図である。図１の要部拡大図である。図１におけるIII−IIIに沿った断面図である。図１におけるIV−IVに沿った断面図である。図１におけるV−V線に沿った断面図である。本発明の実施の形態に係る電動工具のリード線と保持片についての説明図である。本発明の実施の形態に係る電動工具のコイルについての説明図である。本発明の実施の形態に係る電動工具の後側の絶縁部材の斜視図である。本発明の実施の形態に係る電動工具の前側の絶縁部材の斜視図である。図８における矢印Ｘから見た平面図である。

符号の説明

１インパクトドライバ
２ハウジング
３０モータ
３１ステータ
３１Ａ筒体部
３１Ｂ外周面
３２コイル
３３ロータ
３４ティース
３５回転軸
４０回路基板
４３リード線
５０ファン
８１絶縁部材
８１Ａステータ被覆部
８１Ｂ環状部
８１Ｃ保持片
８１ａ雌ネジ孔
９０雄ネジ

Claims

ハウジングと、
該ハウジング内に保持されたブラシレスモータと、
該ブラシレスモータを駆動制御する回路基板と、を有し、
該ブラシレスモータは、筒体部と、該筒体部の内周面側から半径方向内方に放射状に突出し該筒体部の軸方向に延びる複数のティースとを有し、該筒体部の外周面側で該ハウジングの内面に支持されるステータと、
それぞれの該ティースに沿って巻回されるコイルと、
該ステータの内周面側に位置して、該ステータと略同心に回転可能に配置されたロータと、
該ステータの軸方向の端部に位置する環状部と、該ティースを覆うことで該ティースと該コイルを絶縁するステータ被覆部とを有し、該ステータ被覆部に覆われた該ティースに該コイルを巻回することにより該ステータに保持される絶縁部材と、を有し、
該絶縁部材の該環状部は、一端が該ブラシレスモータに半田付けされたリード線を保持するリード線保持部を備え、
該リード線保持部は該環状部と一体成形されると共に、該リード線の半田付けされた該一端から離間した位置において該リード線を保持することを特徴とする電動工具。
該リード線は、該回路基板から該ステータ方向に延出することを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
該回路基板は、該絶縁部材の該環状部の端面で該絶縁部材に固定されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動工具。
該環状部の該端面には雌ネジ部が設けられ、該回路基板は雄ネジを該雌ネジ部に螺合することにより、該絶縁部材に固定されていることを特徴とする請求項３に記載の電動工具。