JP5248151B2 - 電動工具 - Google Patents

Description

本発明は、スイッチング素子によりモータの出力を制御する電動工具に関する。

特許文献１に記載の電動工具では、スイッチング素子として双方向サイリスタ（トライアック）が使用されており、前記トライアックでモータに供給する電流の量を調整して前記モータの出力を制御する。トライアック１０１は、図６（Ａ）に示すように、半導体チップ１０２の一端面（ＭＴ２ 図６（Ｂ）参照）がアルミケース１０５の底面に面接触しており、前記半導体チップ１０２の一端面以外の部分が被覆材１０３によって覆われている。そして、トライアック１０１のＭＴ１端子とゲート（Ｇ）端子とがリードピン１０４ｘ，１０４ｙによって電気回路基板１０４の導体部分（充電部）に接続されている。即ち、アルミケース１０５は、図６（Ｂ）に示すように、トライアック１０１のＭＴ２端子の一部を構成している。このように、半導体チップ１０２の熱を直接的にアルミケース１０５に伝達できるため、トライアック１０１の放熱性を高くできる。
なお、アルミケース１０５の内部には、アルミケース１０５の内壁面と電気回路基板１０４、トライアック１０１との間の空間を埋める合成樹脂１０６が充填されている。

特開平１１−７７６０８号公報

上記した電動工具では、アルミケース１０５にスイッチング素子１０１の充電部が面接触する構成である。このため、例えば、複数のスイッチング素子（ＦＥＴ等）を使用するような電気回路では、各スイッチング素子の充電部どおしが短絡してしまうため、上記構成を使用することはできない。

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、複数のスイッチング素子を使用する場合であっても、前記スイッチング素子の放熱性を向上できるようにすることである。

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、複数のスイッチング素子によりモータの出力を制御する電動工具であって、前記スイッチング素子が取付けられている電気回路基板と、前記電気回路基板及び前記スイッチング素子が収納される金属ケースと、前記金属ケース内に充填されて、その金属ケースの内壁面と前記電気回路基板及び前記スイッチング素子との隙間を埋める絶縁性の充填材とを有し、前記複数のスイッチング素子は、充電部と、半導体チップを覆う絶縁被覆材により構成され、前記複数の全てのスイッチング素子の前記充電部が前記電気回路基板に面接触し、前記複数の全てのスイッチング素子の前記絶縁被覆材が前記金属ケースの内壁面と面接触していることを特徴とする。

本発明によると、スイッチング素子は、充電部と、半導体チップを覆う絶縁被覆材により構成され、前記充電部が前記電気回路基板に面接触し、前記絶縁被覆材が前記金属ケースの内壁面と面接触している。このため、スイッチング素子の熱を電気回路基板の金属部分（充電部）及び金属ケースを介して放熱できるようになる。このため、スイッチング素子の放熱効率が向上する。
また、スイッチング素子は絶縁被覆材を介して金属ケース等に面接触しているため、前記金属ケースはスイッチング素子の充電部に対して電気的に絶縁されている。このため、電気回路上で複数のスイッチング素子が直列接続されるような場合でも、前記スイッチング素子を金属ケースに自由に接触させることができる。

請求項２の発明によると、金属ケースは、箱形の上部開放容器であり、電気回路基板は前記金属ケースの底面に平行な状態で、その金属ケースに収納されており、スイッチング素子の絶縁被覆材が前記金属ケースの底面に面接触していることを特徴とする。
このため、スイッチング素子を電気回路基板の全体に亘って配置することが可能になり、多数のスイッチング素子を前記電気回路基板に取付けることができる。また、金属ケースの底面と電気回路基板とはスイッチング素子の厚み分だけ離れる構成のため、金属ケースを比較的浅く形成できる。
請求項３の発明によると、金属ケースはアルミ合金製であることを特徴とする。
このため、金属ケースを安価に製造できる。

本発明によると、複数のスイッチング素子を使用する場合であっても、前記スイッチング素子の放熱性を向上させることができる。

（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電気回路図である。また、図３から図５はＤＣブラシレスモータの電気回路基板、ケース等を表す縦断面図、下方視平面図、及び上方視平面図である。

＜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、図１に示すように、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、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、後記する電気回路４０により各々の駆動コイル２３ｃに順番に電流を流して、前記回転子２２を回転させることができる。

＜電気回路４０について＞
電気回路４０は、図２に示すように、電源部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。電源部４２は、バッテリ４２ｖからターミナル４２ｔを介してＤＣブラシレスモータ２０に電力を供給する部分であり、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４１という）が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。
ＤＣブラシレスモータ２０の電気回路４０は電気回路基板５２を使用して構成され、アルミ合金製のケース５０に収納されている。

＜電気回路基板５２、及びケース５０等について＞
前記ケース５０は、図３から図５に示すように、上部開放形の浅い角形容器であり、その二箇所の角部５１が平面台形状に面取りされた状態で形成されている。
電気回路基板５２は、ケース５０の内部とほぼ等しい平面形状及びサイズに形成されている。即ち、電気回路基板５２の二箇所の角部５２ｃも平面台形状に面取りされた状態で形成されている。このため、ケース５０に電気回路基板５２を収納する際に向きを間違えることがない。
電気回路基板５２には、図４に示すように、裏面側に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取付けられている。そして、電気回路基板５２は、図３に示すように、前記スイッチング素子４４が下側になるようにケース５０に収納される。
前記スイッチング素子４４は、充電部４４ｋ（ドレイン端子）と、半導体チップを覆う合成樹脂製の絶縁被覆材により構成され、前記充電部４４ｋが電気回路基板５２に面接触するように構成されている。そして、図３に示すように、電気回路基板５２がケース５０内に収納された状態で、前記スイッチング素子４４の絶縁被覆材の表平面４４ｆがケース５０の底面５０ｂに面接触する。
また、電気回路基板５２の表側には、図５に示すように、電源平滑用コンデンサ４３及び制御回路部４６等が取付けられている。
ケース５０には、電気回路基板５２が収納された状態で、熱可塑性の溶融樹脂Ｒ（絶縁材料）がその電気回路基板５２を埋めるように充填される。これにより、前記溶融樹脂Ｒが固化することで、電気回路基板５２とケース５０とが前記樹脂Ｒによって一体化される。
即ち、前記樹脂Ｒが本発明の充填材に相当する。
電気回路基板５２が収納されたケース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）近傍に設置される。

＜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、スイッチング素子４４は、充電部４４ｋと、半導体チップを覆う絶縁被覆材により構成され、充電部４４ｋが電気回路基板５２に面接触し、絶縁被覆材の表平面４４ｆがケース５０の底面５０ｂと面接触している。このため、スイッチング素子４４の熱を電気回路基板５２の金属部分（充電部）及びケース５０を介して放熱できるようになる。このため、スイッチング素子４４の放熱効率が向上する。
また、スイッチング素子４４は絶縁被覆材を介してケース５０等に面接触しているため、ケース５０はスイッチング素子４４の充電部４４ｋに対して絶縁されている。このため、電気回路上で複数のスイッチング素子４４が直列接続されるような場合でも、スイッチング素子４４をケース５０に自由に接触させることができる。
また、スイッチング素子４４を電気回路基板５２の全体に亘って配置することが可能なため、多数のスイッチング素子４４を電気回路基板５２に取付けることができる。また、ケース５０の底面５０ｂと電気回路基板５２とはスイッチング素子４４の厚み分だけ離れる構成のため、ケース５０を比較的浅く形成できる。さらに、ケース５０はアルミ合金製であるため、ケース５０を安価に製造できる。

＜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、アルミ合金製のケース５０を例示したが、ケース５０の材料として銅板、ステンレス板、あるいは鉄板等を使用することも可能である。
また、スイッチング素子４４としてＦＥＴを使用する例を示したが、その他の半導体素子を使用することも可能である。
また、本実施形態では、電動工具としてインパクトドライバを例示したが、インパクトドライバ以外の電動工具に本発明を適用す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電気回路の構成を表す図面である。 電気回路基板及びケースとを表す縦断面図である。 電気回路基板を下方から見た平面図である。 電気回路基板を上方から見た平面図である。 従来の電気回路基板及びケースとを表す縦断面図（Ａ図）、トライアックの半導体チップの模式断面図（Ｂ図）である。

符号の説明

２０・・・ＤＣブラシレスモータ（モータ）
４０・・・電気回路
４４・・・スイッチング素子
４４ｋ・・充電部
４４ｆ ・・表平面
５０・・・ケース
５０ｂ・・底面
５２・・・電気回路基板
Ｒ・・・・樹脂（充填材）

Claims (3)

1. 複数のスイッチング素子によりモータの出力を制御する電動工具であって、
   前記スイッチング素子が取付けられている電気回路基板と、
   前記電気回路基板及び前記スイッチング素子が収納される金属ケースと、
   前記金属ケース内に充填されて、その金属ケースの内壁面と前記電気回路基板及び前記スイッチング素子との隙間を埋める絶縁性の充填材とを有し、
   前記複数のスイッチング素子は、充電部と、半導体チップを覆う絶縁被覆材により構成され、前記複数の全てのスイッチング素子の前記充電部が前記電気回路基板に面接触し、前記複数の全てのスイッチング素子の前記絶縁被覆材が前記金属ケースの内壁面と面接触し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、
   前記金属ケースは、箱形の上部開放容器であり、
   前記電気回路基板は前記金属ケースの底面に平行な状態で、その金属ケースに収納されており、
   前記スイッチング素子の絶縁被覆材が前記金属ケースの底面に面接触していることを特徴とする電動工具。
3. 請求項１又は請求項２のいずれかに記載された電動工具であって、
   金属ケースはアルミ合金製であることを特徴とする電動工具。

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