JP6398187B2 - 電動工具 - Google Patents

Description

本発明は、電動モータにより先端工具を駆動するようにした電動工具に関する。

電動モータを駆動源として先端工具を駆動するようにした電動工具には、ハンマ、ハンマドリル、グラインダ等がある。ハンマやハンマドリルは、ドリルビットやアンカードリル等を先端工具とし、打撃工具とも言われる。これらの打撃工具は、先端工具により作業対象物に対して衝撃力を加えたり、衝撃力を加えながら先端工具を回転させたりするために使用される。グラインダは研削砥石を先端工具としてこれを回転駆動することにより、作業対象物を研削作業するための電動工具であり、ディスクグラインダやディスクサンダとも言われる。先端工具を駆動して作業対象物に対して作業を行う電動工具としては、さらに、インパクトドライバ、インパクトレンチ、カッター等がある。

電動工具は、先端工具を駆動するための電動モータと、モータ出力軸の回転運動を先端工具の回転運動や衝撃運動に変換するための運動変換機構とを有している。例えば、特許文献１には、先端工具により作業対象物に衝撃力を加えるようにした電動工具である打撃工具が記載されている。工具保持具が取り付けられたシリンダ内にはピストンが往復動自在に装着されており、ピストンを駆動するための電動モータがハウジング内に組み込まれている。

特開２００７−３３１０７２号公報

電動モータを冷却するため、モータ出力軸にはファンが設けられている。ファンにより生成された冷却風は、電動モータのロータとステータとの間の隙間を流れ、電動モータを冷却するようにしている。

一方、電動モータの回転数を制御するために、モータ制御回路が設けられた制御基板が電動工具のハウジング内に装着される。従来の電動工具においては、制御基板を冷却することはなされていなかったが、電動モータとしてブラシレスモータを使用すると、制御基板の冷却性を高める必要がある。ブラシレスモータは、巻線に対する転流動作を制御するために、スイッチング素子を備えたインバータ回路を有している。スイッチング素子は制御基板に設けられており、電流動作時に熱を出するので、制御基板を冷却してインバータ回路からの発熱を抑制することが、モータ制御回路の耐久性を向上させるために必要となっている。

本発明の目的は、先端工具を駆動するためのブラシレスモータを制御するモータ制御回路の冷却特性を向上させることにある。

本発明の電動工具は、ロータおよびステータを有し先端工具を駆動するブラシレスモータと、前記ブラシレスモータのモータケースの外周の少なくとも一部を覆い、外部に露出したアルミニウム合金製のモータハウジングと、前記ブラシレスモータにより駆動される冷却ファンと、を有し、前記ブラシレスモータの回転を制御する制御回路が設けられた制御基板を、前記モータハウジングの外周面に隣接して前記ロータの回転軸方向に沿って配置し、前記モータハウジングは、前記ロータの回転軸方向において前記ブラシレスモータを挟んで前記冷却ファンと反対側に、前記冷却ファンにより生じる冷却風が通過する通気口を有し、前記冷却風の経路として、前記ブラシレスモータを冷却する冷却風が前記ロータと前記ステータとの間を流れる前記モータハウジングの内周側経路と、前記内周側経路と平行に延びて前記制御基板を冷却する冷却風が前記モータハウジングの外周を流れる外周側経路とを前記モータハウジングの側面を挟んで独立して形成し、前記モータハウジングは、前記外周側経路を通過した前記冷却風が、前記制御基板の下流側で、前記内周側経路を通過した冷却風と合流するように、前記内周側経路と前記外周側経路とを区画した。

本発明によれば、制御基板がアルミニウム合金製のモータハウジングに隣接して配置されているので、制御基板に設けられたモータ制御回路を構成するスイッチング素子等の電子部品から熱が放出されても、放熱性を有するモータハウジングに電子部品の熱が伝達される。これにより、ブラシレスモータのモータ制御回路の冷却特性つまり放熱特性を向上させることができる。さらに、冷却風の経路として、モータハウジングに設けられた通気口を通過するモータハウジングの内周側経路と、モータハウジングの外周側経路とを独立して形成し、前記モータハウジングは、前記外周側経路を通過した前記冷却風が、前記制御基板の下流側で、前記内周側経路を通過した冷却風と合流するように、前記内周側経路と前記外周側経路とを区画するようにしたので、制御基板を充分に冷却可能であるとともに、制御基板を冷却して熱くなった冷却風と比較して温度の低い冷却風を通気口から直接取り入れることができるため、モータと制御基板の両方を効率よく冷却することができる。

（Ａ）は電動工具の一例である打撃工具の外観を示す斜視図であり、（Ｂ）は変形例である打撃工具の外観を示す斜視図である。 図１（Ａ）に示された打撃工具の縦断面図である。 図２の要部を示す拡大断面図である。 図３におけるＡ−Ａ線断面図である。 図３におけるＢ−Ｂ線断面図である。 モータ制御回路を示すブロック図である。 変形例である打撃工具の要部を示す断面図である。 図７におけるＣ−Ｃ線断面図である。 他の変形例である打撃工具の要部を示す断面図である。 図９におけるＤ−Ｄ線断面図である。 変形例である打撃工具の要部を示す断面図である。 変形例である打撃工具の要部を示す断面図である。 図１２におけるＥ−Ｅ線断面図である。 変形例である打撃工具の要部を示す断面図である。 図１４におけるＦ−Ｆ線断面図である。 変形例である打撃工具の縦断面図である。 図１６におけるＧ−Ｇ線拡大断面図である。 電動工具の他の一例であるグラインダを示す平面図である。 図１８の縦断面図である。 グラインダの基部ハウジングの内部を示す拡大断面図である。 図２０におけるＨ−Ｈ線断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。それぞれの図面においては、共通する部材には同一の符号が付されている。

図１（Ａ）および図２に示される電動工具は、ハンマドリルとも言われる打撃工具１０ａであり、先端工具Ｔとしてのドリルビットが着脱自在に装着される。ドリルビットつまり先端工具Ｔには、回転運動と衝撃運動とが加えられるようになっており、打撃工具１０ａはコンクリートや石材等を作業対象物として、これに穴あけ加工等を行うために使用される。打撃工具１０ａによる作業モードとしては、先端工具Ｔに衝撃力を加える衝撃モードと、衝撃力に加えて先端工具Ｔを回転運動させる回転衝撃モードとがある。

打撃工具１０ａは、図２に示されるように、シリンダ１１を有しており、このシリンダ１１の先端部には円筒形状の工具保持具１２がピン１３により固定されている。工具保持具１２はシリンダハウジング１４ａに軸受１５を介して支持され、シリンダ１１と工具保持具１２は、シリンダハウジング１４ａ内に回転自在に装着されている。工具保持具１２に先端工具Ｔが装着された状態のもとで、シリンダ１１を回転させると、先端工具Ｔは回転駆動される。

工具保持具１２の基端部内にはハンマ部材１６の先端部が軸方向に往復動自在に組み込まれており、ハンマ部材１６の基端部はシリンダ１１内に突出している。シリンダ１１内には、ハンマ部材１６に対して衝撃力を加えるための打撃子１７が軸方向に往復動自在に装着され、シリンダ１１の後端部内にはピストン１８が軸方向に往復動自在に装着されている。打撃子１７とピストン１８との間には、空気室１９が設けられており、ピストン１８を前進駆動すると、空気室１９内の空気が圧縮されて打撃子１７が前進方向に駆動される。これにより、打撃子１７がハンマ部材１６に衝突し、ハンマ部材１６を介して先端工具Ｔには打撃子１７の衝撃力が加えられる。

シリンダハウジング１４ａには先端カバー２１が取り付けられ、シリンダハウジング１４ａの一部を構成している。工具保持具１２の先端にはゴム製の先端キャップ２２が取り付けられている。先端キャップ２２の外側には、着脱スリーブ２３が軸方向に往復動自在に装着され、着脱スリーブ２３には、シリンダハウジング１４ａから離れる方向つまり前進方向のばね力がコイルばね２４により付勢されている。工具保持具１２には、先端工具Ｔに設けられた溝に係合する係合コロつまり係合部材２５が径方向に移動自在に装着されている。着脱スリーブ２３には締結リング２６が設けられており、図２に示されるように、締結リング２６が係合部材２５を径方向内方に突出すると、先端工具Ｔは工具保持具１２に締結される。一方、着脱スリーブ２３をばね力に抗して後退移動させると、締結リング２６と係合部材２５の係合が解除される。この状態のもとで、先端工具Ｔを引っ張ると、係合部材２５が径方向外方に退避移動して、先端工具Ｔを取り外すことができる。一方、着脱スリーブ２３を後退移動させた状態のもとで、先端工具Ｔを工具保持具１２の先端部内に挿入し、工具保持具１２をばね力により前進移動させると、先端工具Ｔは工具保持具１２に装着されて係合部材２５により締結される。

シリンダハウジング１４ａの後端部にはギヤハウジング１４ｂが設けられ、このギヤハウジング１４ｂにはモータハウジング１４ｃが設けられている。モータハウジング１４ｃはシリンダハウジング１４ａに対してほぼ直角方向を向いており、これらのハウジング１４ａ〜１４ｃにより、打撃工具１０ａのハウジング１４が形成されている。ハウジング１４の後部には、後方に突出して操作用のハンドル２８が設けられている。ハンドル２８はシリンダ１１に対してほぼ直角方向に延びる本体部２８ａと、その両端部に相互に離間して設けられる２つの脚部２８ｂ，２８ｃとを有し、本体部２８ａの上端部つまりギヤハウジング側には上側の脚部２８ｂが一体となっており、本体部２８ａの下端部つまりモータハウジング側には下側の脚部２８ｃが一体となっている。さらに、両方の脚部２８ｂ，２８ｃは連結壁２８ｄにより一体に連なっており、連結壁２８ｄはハウジング１４を形成している。それぞれの脚部２８ｂ，２８ｃはハウジング１４の背面に取り付けられており、本体部２８ａとハウジング１４との間には、把持スペース２９が設けられている。作業者がハンドル２８の本体部２８ａを把持して打撃工具１０ａにより作業対象物に対して穴あけ加工等の作業を行うときには、作業者は手を把持スペース２９内に入り込ませることになる。連結壁２８ｄはハウジング１４の背面壁を形成し、ハンドル２８の本体部２８ａに対向しており、本体部２８ａの内面はハウジング１４の背面側に対向している。

作業者が打撃工具１０ａにより作業を行う際には、通常では、上側の脚部２８ｂが上側となるように、つまりシリンダハウジング１４ａがモータハウジング１４ｃよりも上側となるようにして、作業者はハンドル２８を把持つまり手に持つことになる。ハンドル２８の２つの脚部２８ｂ，２８ｃの上下関係、シリンダハウジング１４ａとモータハウジング１４ｃの上下関係は、図２に示されるように、打撃工具１０ａが通常使用される姿勢を示している。シリンダハウジング１４ａとモータハウジング１４ｃは、ギヤハウジング１４ｂを介して組み付けられており、ギヤハウジング１４ｂはシリンダハウジング１４ａ側の上側部３０ａと、モータハウジング１４ｃ側の下側部３０ｂとにより形成されている。

モータハウジング１４ｃ内にはブラシレスモータ３１が収容されている。このブラシレスモータ３１はコイルが巻き付けられた円筒形状のステータ３２とその内部に組み込まれるロータ３３とを有している。ロータ３３には出力軸３４が取り付けられ、出力軸３４はシリンダ１１の往復動方向と直交する方向を向き、モータ３１の回転駆動力を出力する。出力軸３４の基端部は軸受３５により回転自在に支持され、出力軸３４の出力端部は軸受３６により回転自在に支持されている。軸受３５は、モータハウジング１４ｃの底壁部に一体となってモータハウジング１４ｃの一部を構成するリテーナ３８に組み込まれており、リテーナ３８はハウジング１４に取り付けられる底部カバー３７により覆われている。軸受３６はギヤハウジング１４ｂの下側部３０ｂに取り付けられている。ハウジング１４の後部側の上面には上部カバー３９が取り付けられている。上部カバー３９と底部カバー３７は、それぞれハウジング１４の一部を構成している。

モータ３１の出力軸３４の回転運動を、ピストン１８の往復動に変換するために、ギヤハウジング１４ｂにはクランク軸４１が回転自在に装着されている。クランク軸４１は出力軸３４と平行となって、工具保持具側に配置されており、クランク軸４１に設けられた大径のピニオンギヤ４２が出力軸３４の先端部に設けられたギヤ部に噛み合っている。クランク軸４１の先端部にはクランクウエイトとしての機能を有する偏心部材４３が取り付けられ、偏心部材４３にはクランク軸４１の回転中心から偏心した位置にクランクピン４４が取り付けられている。クランクピン４４にはコネクティングロッド４５の一端部が回転自在に嵌合され、他端部はピストン１８に取り付けられたピストンピン４６に揺動自在に嵌合されている。これにより、出力軸３４により駆動されるクランク軸４１の回転運動は、偏心部材４３、およびコネクティングロッド４５等からなる運動変換機構４７により出力軸３４と直交する方向のピストン１８の往復運動に変換される。偏心部材４３やクランクピン４４等は上部カバー３９により覆われている。

出力軸３４の回転運動をシリンダ１１の回転運動に伝達するために、ギヤハウジング１４ｂ内には回転伝達軸５１が回転自在に支持されており、この回転伝達軸５１には、クランク軸４１に設けられた小径のピニオンギヤ５２に噛み合う大径のピニオンギヤ５３が設けられている。このようなギヤを有する運動変換機構により、出力軸３４の回転力が回転伝達軸５１に伝達される。シリンダ１１の外側には従動スリーブ５４が軸方向に移動自在に嵌合されており、この従動スリーブ５４の基端部には、回転伝達軸５１の先端部に設けられた駆動側のベベルギヤ５５が噛み合う従動側のベベルギヤ５６が設けられている。従動スリーブ５４とシリンダ１１との間には、図示しないキー部材が設けられている。従動側のベベルギヤ５６が駆動側のベベルギヤ５５にかみ合う位置に、従動スリーブ５４を後退移動させると、図２に示されるように、従動スリーブ５４はキー部材によりシリンダ１１に係合する。これにより、出力軸３４の回転運動はシリンダ１１の回転運動に伝達され、打撃工具１０ａは回転衝撃モードとなる。一方、従動スリーブ５４を前進移動させると、従動スリーブ５４とシリンダ１１との係合が解除され、シリンダ１１には回転力が伝達されず、打撃工具１０ａは衝撃モードとなる。

従動スリーブ５４に対して後退方向のばね力を付勢するために、シリンダハウジング１４ａ内にはコイルばね５７が装着されている。従動スリーブ５４を駆動側のベベルギヤ５５に噛み合わせる位置と、噛み合い状態を解除する位置とに作動するために、図示しないモード切換レバーがハウジング１４に設けられている。これにより、作業者がレバー操作すると、先端工具Ｔに衝撃力を加える衝撃モードと、衝撃力に加えて先端工具Ｔを回転運動させる回転衝撃モードとに切り換えられる。

ブラシレスモータ３１は商用電源を動力源としており、ハンドル２８には給電ケーブル５８が取り付けられている。図２においては、給電ケーブル５８の一部のみが示されており、給電ケーブル５８の先端には図示しないコンセントが設けられている。モータ３１を駆動させる状態と停止させる状態とに切り換えるために、トリガースイッチつまり操作スイッチ５９が、図２に示されるように、ハンドル２８の本体部２８ａに設けられている。

ハウジング１４には、図示しない通電ランプが報知手段として設けられており、この通電ランプは、コンセントが商用電源のプラグに差し込まれた状態のもとでは点灯状態となる。ハウジング１４の後部側面には、図１（Ａ）に示されるように、モータ３１の回転速度を入力するための速度設定手段としての速度設定ダイヤル６２が配置されている。この速度設定ダイヤル６２を操作することにより、モータ３１の回転速度が入力される。モータ３１の回転速度を表示するために、ハウジング１４には図示しない速度表示部が報知手段として配置されている。速度設定手段としては、ダイヤル式のみならず、ボタン式があり、ダイヤル式に代えてボタン式としても良い。さらに、報知手段として、先端工具Ｔに加わる負荷が所定値以上となったときに点灯する異常状態表示ランプをハウジング１４に設けるようにしても良い。

図６はブラシレスモータ３１の回転速度を制御するためのモータ制御回路を示すブロック図である。図６に示されるように、ブラシレスモータ３１の固定子つまりステータ３２には、Ｕ相，Ｖ相およびＷ相の巻線が設けられており、回転子つまりロータ３３には円周方向に間隔を置いて４つの永久磁石が設けられている。ロータ３３の回転位置を検出するために、モータ制御回路は、回転位置検出センサとして、３相の巻線に対応させて３つのホール素子Ｓ１〜Ｓ３を有している。それぞれのホール素子は、図２に示されたセンサ基板６４に設けられている。それぞれのホール素子Ｓ１〜Ｓ３は、磁束を検出することにより、ロータ３３の磁極部の極性がＮ極とＳ極の中性点となったときに検出信号を出力する磁界検出素子であり、ホール素子Ｓ１〜Ｓ３からの検出信号に基づいてロータ３３の位置を検出し、それぞれの巻線に対する転流動作つまり巻線に対する通電切替動作が行われる。回転位置検出センサとしては、ホール素子のみに限られず、コンパレータの機能を有する電子回路とホール素子をワンチップ化したホールＩＣを用いるようにしても良い。

モータ制御回路は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各巻線に対する駆動電流を制御するためのインバータ回路６５を有している。インバータ回路６５には、商用電源６６の交流を直流に整流するための整流回路６７と、整流された直流電圧を昇圧してインバータ回路６５に供給するための力率改善回路（ＰＦＣ）６８とを介して電力が供給される。力率改善回路６８は、ＭＯＳＦＥＴからなるトランジスタＴrにＰＷＭ制御信号を出力するＩＣ６９を有しており、インバータ回路６５のスイッチング素子で発生する高調波電流を制限値以下に抑える。なお、電源６６と整流回路６７との間には、インバータ回路６５等で生じたノイズを電源側に伝えないようにするために、雑音対策回路７０が設けられている。

インバータ回路６５は、３相フルブリッジインバータ回路であり、それぞれ直列に接続された２つのスイッチング素子Ｔr1、Ｔr2と、２つのスイッチング素子Ｔr3、Ｔr4と、２つのスイッチング素子Ｔr5、Ｔr6とを有し、それぞれは、力率改善回路６８の正極と負極の出力端子に接続される。正極側に接続される３つのスイッチング素子Ｔr1、Ｔr3、Ｔr5は、ハイサイド側となっており、負極側に接続される３つのスイッチング素子Ｔr2、Ｔr4、Ｔr6は、ロウサイド側となっている。２つのスイッチング素子Ｔr1、Ｔr2の間には、Ｕ相の巻線の一方の接続端子が接続される。２つのスイッチング素子Ｔr3、Ｔr4の間には、Ｖ相の巻線の一方の接続端子が接続される。２つのスイッチング素子Ｔr5、Ｔr6の間には、Ｗ相の巻線の一方の接続端子が接続される。Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれの巻線の他方の接続端子は、相互に接続されており、各巻線はスター結線となっている。なお、結線方式としては、デルタ結線としても良い。それぞれのスイッチング素子Ｔr1〜Ｔr6としては、ＭＯＳＦＥＴが使用されている。例えば、ハイサイド側のスイッチング素子Ｔr1と、ロウサイド側のスイッチング素子Ｔr4のゲートに制御信号が通電されると、Ｕ相とＶ相の巻線に電流が供給される。それぞれのスイッチング素子に供給される制御信号のタイミングを調整することにより、各巻線に対する転流動作が制御される。

インバータ回路６５に制御信号を演算して出力するモータ制御ユニット７１は、コントローラ７２を有している。コントローラ７２からは制御信号出力回路７３を介してインバータ回路６５に制御信号が送られる。回転位置検出センサとしてのホール素子Ｓ１〜Ｓ３の検出信号は、回転子位置検出回路７４に送られる。回転子位置検出回路７４からはモータ回転数検出回路７５に信号が送られ、モータ回転数検出回路７５からはコントローラ７２にモータ回転数に応じた信号が出力される。モータ３１に流れる電流を検出するためのモータ電流検出回路７６からは、コントローラ７２にモータ電流に応じた検出信号が送られる。コントローラ７２は、制御信号を演算するマイクロプロセッサと、制御プログラム、演算式およびデータなどが格納されるメモリとを有している。

図２に示した操作スイッチ５９が作業者により入力操作されると、操作スイッチ検出回路７７を介してコントローラ７２にオンオフの検出信号が送られる。コントローラ７２には通電ランプ６１が接続されており、給電ケーブル５８のコンセントが商用電源のプラグに差し込まれると、通電ランプ６１に点灯信号が送られる。コントローラ７２には、速度設定ダイヤル６２が接続されており、速度設定ダイヤル６２の操作により設定された回転速度でモータ３１は回転駆動される。モータ回転数つまり回転速度は、各巻線に供給される電圧を調整することにより制御される。巻線に対する電圧制御は、スイッチング素子をＰＷＭ制御することによって、インバータ回路６５の各スイッチング素子Ｔr1〜Ｔr6のゲートに印加されるオン信号のデューティ比を調整することにより行われる。例えば、デューティ比を２０％に設定すると、力率改善回路６８からの出力電圧の２０％の電圧が各巻線に供給され、デューティ比を１００％に設定すると、モータ回転数は最大回転数となる。設定された回転速度を表示するために、コントローラ７２には速度表示部６３が接続されている。インバータ回路６５、整流回路６７，力率改善回路６８およびモータ制御ユニット７１等は、図２に示される制御基板７８に設けられている。

モータ３１の出力軸３４の先端部には、冷却風を生成するためのファン７９が設けられており、ファン７９の外周は円筒形状のファンケース８１により覆われている。このファン７９は軸流ファンであるが、遠心ファンを用いるようにしても良い。図３〜図５に示されるように、モータ３１は樹脂製のモータケース８２を有し、円筒形状のステータ３２はモータケース８２により覆われている。モータ３１はアルミニウム合金製のモータハウジング１４ｃ内に圧入されて組み込まれており、モータケース８２とモータハウジング１４ｃとの間には、図３および図４に示されるように、冷却風が通過可能な冷却通路８３が設けられている。冷却通路８３は、モータケース８２の外周面に軸方向に沿って形成された複数の溝と、モータハウジング１４ｃとの間に形成されている。これに対し、モータケース８２の外周面に溝を設けることなく、モータハウジング１４ｃの内面に複数の溝を形成し、冷却通路８３をモータハウジング１４ｃの溝により形成するようにしても良い。ファン７９の駆動により生成される冷却風は、ステータ３２とロータ３３との間の隙間を流れるとともに、冷却通路８３を流れてブラシレスモータ３１を冷却する。また、モータケース８２の外周面とモータハウジング１４ｃの内周面との双方に溝を設けることにより、冷却通路８３を形成するようにしても良く、モータケース８２とモータハウジング１４ｃの少なくとも一方に溝を設けることにより、冷却通路８３が形成される。なお、図４においては、モータケース８２の内部が図示省略されている。

このように、モータハウジング１４ｃをアルミニウム合金とし、これを外部に露出させることにより、ハウジング１４の剛性が上がり、電動工具の耐久性が向上する。モータハウジング１４ｃの熱伝導率が樹脂製のモータケース８６よりも高いため、モータケース８６を介してモータ３１を冷却させることができるという効果が得られる。特に、ファン７９が回転していない状態のもとでも、モータ３１を冷却させることができる。

モータ３１は、樹脂製のモータケース８６により覆われているので、モータ３１に作用している電力や磁力が作業者に伝わることを抑制した絶縁構造となっている。すなわち、この電動工具は、アルミニウム製のモータハウジング１４ｃを外部に露出させることによりモータハウジング１４ｃの剛性を得ながら、モータハウジング１４ｃとモータ３１との間に樹脂製のモータケース８６を介在させることにより、モータ３１に作用している電力が作業者に伝わらない構造となっている。

上述のように、モータケース８２は樹脂により成形されており、モータハウジング１４ｃはアルミニウム合金のように熱伝導率が樹脂よりも高い素材により成形されている。モータハウジング１４ｃの構造としては、モータハウジング１４ｃを全てアルミニウム合金とする形態と、モータハウジング１４ｃのうち外部に露出される部分、つまり工具保持具１２側を覆う部分のみをアルミニウム合金として、他の部分を樹脂製とする複合構造とする形態とがある。いずれの形態としても、モータハウジング１４ｃの少なくとも一部がアルミニウム合金製となっているので、冷却通路８３を流れてブラシレスモータ３１を冷却した冷却風の放熱性を高めることができる。また、モータハウジング１４ｃをアルミニウム合金により成形すると、モータハウジング１４ｃを樹脂製とする場合よりも、モータハウジングの強度を高めることができる。

図３に示されるように底部カバー３７には通気口８４ａが設けられ、リテーナ３８が設けられたモータハウジング１４ｃの底壁部には、通気口３８ａが設けられ、図２に示されるようにハウジング１４の上部の上部カバー３９の前後両端部には通気口８４ｂ，８４ｃが設けられている。さらに、ハウジング１４の側面にも図示しない通気口が設けられている。出力軸３４が駆動されると、通気口８４ａから外気が取り入れられて冷却風が生成され、生成された冷却風は通気口８４ｂ，８４ｃ等の上部側の通気口から排出される。したがって、ハウジング１４内には、図３において破線の矢印Ｃで示すように、通気口８４ａを冷却風取り入れ口とし、上述した通気口３８ａを通過した後、通気口８４ｂ，８４ｃ等を排出口として冷風流路が形成される。

このように、モータケース８２とモータハウジング１４ｃとの間に風路を形成した構成とすることにより、ステータ３２とロータ３３との間の隙間、モータケース８２とモータハウジング１４ｃとの間の冷却通路８３，およびモータハウジング１４ｃの外側に冷却風を流すことができるので、モータ３１を内側と外側からファン風により冷却することができるとともに、モータハウジング１４ｃ自体の発熱を抑えることができ、モータハウジング１４ｃを手で把持し易くなる。また、ファン７９が回転していない際にも、モータケース８２とモータハウジング１４ｃとの間の冷却通路８３により、モータハウジング１４ｃが冷えやすくなる。さらに、モータハウジング１４ｃの一部を構成するリテーナ３８もアルミニウム合金であり、軸受３５が発生する熱もリテーナ３８を介して外部に露出したモータハウジング１４ｃによって冷却することができる。

制御基板７８は、図３および図５に示されるように、台座板８５に収容されている。制御基板７８は、モータハウジング１４ｃに隣り合って、つまり隣接して配置されており、モータハウジング１４ｃの外周面に軸方向に沿って、ハウジング１４の内部に固定されている。制御基板７８は、ブラシレスモータ３１の端面を覆う底部カバー３７とブラシレスモータ３１との間に配置されており、モータハウジング１４ｃに隣接しているので、ファン７９により生成される冷風流路内に配置される。これにより、制御基板７８の冷却特性を向上させることができる。

制御基板７８には、インバータ回路６５を構成する６つのスイッチング素子Ｔr1〜Ｔr6が設けられている。それぞれのスイッチング素子としてはＦＥＴが使用されており、図５においてはスイッチング素子がＦＥＴとして示されている。制御基板７８には、図６に示したインバータ回路６５と、力率改善回路６８と、モータ制御ユニット７１等が設けられているが、図５にはスイッチング素子ＦＥＴのみを示し、他の部材は図示省略されている。

スイッチング素子ＦＥＴには、ねじ部材８６とナット８６ａにより放熱板つまりヒートシンク８７が固定されており、ヒートシンク８７はモータハウジング１４ｃに制御基板７８に向けて突出して設けられた複数の突起部８８に突き当てられて接触している。このように、制御基板７８は突起部８８を介してモータハウジング１４ｃに装着されているので、それぞれの突起部８８によりモータハウジング１４ｃの外周面とヒートシンク８７との間には、冷却風が通過可能な放熱空間８９が区画形成される。ヒートシンク８７は、アルミニウム合金や銅合金等のように、樹脂や鉄等よりも熱伝導率が高い部材により形成されており、スイッチング素子にヒートシンク８７を取り付けることにより、モータハウジング１４ｃの内側の冷却通路８３を流れる冷却風と、モータハウジング１４ｃの外側をヒートシンク８７の表面に沿って流れる冷却風と、ヒートシンク８７と制御基板７８との間を流れる冷却風とにより、制御基板７８やこれに設けられたスイッチング素子の冷却特性を高めることができる。

ファンケース８１の底壁部には、図３に示されるように、冷却風が入り込む開口部８１ａが設けられている。モータハウジング１４ｃの上端部にはファンケース８１の外側を覆う大径部１４ｄが設けられており、大径部１４ｄには、モータハウジング１４ｃの外側を流れる冷却風と、ヒートシンク８７と制御基板７８との間を流れる冷却風とをファンケース８１内に案内するための連通孔８１ｂが設けられている。

このように、制御基板７８を破線矢印で示す冷風流路Ｃ内に配置することにより、モータ冷却風を、ブラシレスモータ３１を冷却するための冷却風としても利用して、インバータ回路６５のように、発熱する電子機器の冷却をも行うことができる。制御基板７８に設けられる電子機器のうち、巻線に対する転流制御や速度制御を行うためのインバータ回路６５を構成するスイッチング素子は、発熱量が多いが、冷風流路Ｃに制御基板７８を配置することによって、モータ冷却風によりインバータ回路６５が冷却され、スイッチング素子が過加熱されることが防止され、スイッチング素子を含めた制御基板７８の耐久性を向上させることができるとともに、制御基板７８から発生する熱がハウジング１４に伝達されることなく、打撃工具１０ａの作業性を向上させることができる。

図７は変形例である打撃工具１０ｂの要部を示す断面図であり、図８は図７におけるＣ−Ｃ線断面図である。この打撃工具１０ｂにおいては、図５に示した突起部８８がモータハウジング１４ｃには設けられていない。ヒートシンク８７はモータハウジング１４ｃの表面から離れているが、接近して配置されている。ヒートシンク８７とモータハウジング１４ｃの外周面との間に放熱空間８９が形成されている。ヒートシンク８７はスイッチング素子ＦＥＴにねじ部材８６により取り付けられており、制御基板７８が設けられた台座板８５はねじ部材９０によりハウジング１４に固定される。

ヒートシンク８７の配置形態としては、図５に示されるようにモータハウジング１４ｃに接触させるようにした形態と、図７に示されるようにモータハウジング１４ｃに接近させるようにした形態とがあり、いずれの形態においても、制御基板７８がモータハウジング１４ｃに隣接して配置されており、ヒートシンク８７を介してスイッチング素子の冷却性能を向上させることができる。

図９は他の変形例である打撃工具１０ｃの要部を示す断面図であり、図１０は図９におけるＤ−Ｄ線断面図である。この打撃工具１０ｃにおいては、モータハウジング１４ｃには、図５に示した形態と同様に、突起部８８が設けられており、台座板８５は突起部８８にねじ部材９０により固定されている。つまり、制御基板７８は、上述した形態に対して表裏が反転された姿勢となってモータハウジング１４ｃに取り付けられている。ヒートシンク８７は、図１０に示されるように横断面が四辺形となっており、突き当て壁８７ａが台座板８５に突き当てられており、スイッチング素子ＦＥＴは突き当て壁８７ａに対して直角方向の取付壁８７ｂに、ねじ部材８６により取り付けられている。ねじ部材８６にねじ結合されるナット８６ａはヒートシンク８７により囲まれた空間内に配置されており、その空間内には冷却風が流れるようになっている。

ハウジング１４には、図９および図１０に示されるように、制御基板７８に対向させて通気口８４ｄが形成されている。したがって、図９および図１０に示す打撃工具１０ｃにおいては、ファン７９を駆動させると、底部カバー３７にモータ３１の端部に対向して形成された通気口８４ａに加えて、制御基板７８の表面にも通気口８４ｄからも冷却風が吹き付けられる構造となっている。

図１１は他の変形例である打撃工具１０ｄの要部を示す断面図であり、打撃工具１０ｄのうち図３に示された部分と同様の部分が示されている。図２に示した速度設定ダイヤル６２がハウジング１４の側面に露出させて制御基板７８に設けられているのに対し、この打撃工具１０ｄにおいては、速度設定ダイヤル６２がハンドル２８の本体部２８ａに設けられている。この速度設定ダイヤル６２は、図１（Ｂ）に示されるように、本体部２８ａの側面に露出されている。

図１２は変形例である打撃工具１０ｅの要部を示す断面図であり、図１３は図１２におけるＥ−Ｅ線断面図である。この打撃工具１０ｅにおいては、ハウジング１４の一部を構成する底部カバー３７に制御基板７８が配置されている。制御基板７８には速度設定ダイヤル６２が設けられており、速度設定ダイヤル６２は底部カバー３７の側面に露出されることになる。ヒートシンク８７にはスイッチング素子ＦＥＴが取り付けられている。ヒートシンク８７は、相互に平行となった２つの平行壁部８７ｃと、両方の平行壁部８７ｃの端部を相互に連結する連結壁部８７ｄとを有し、横断面形状はコの字形状となっている。それぞれの平行壁部８７ｃは、軸受３５が組み込まれるリテーナ３８に接触しており、連結壁部８７ｄはリテーナ３８との間に隙間を形成している。リテーナ３８は熱伝導率が高いアルミニウム合金により形成されており、ヒートシンク８７とリテーナ３８にスイッチング素子ＦＥＴの熱が伝達される。ヒートシンク８７は軸方向に延びた面を有しているので、モータ３１に案内される冷却風はヒートシンク８７に沿って流れることになり、スイッチング素子ＦＥＴの冷却性が高められている。

図１４は他の変形例である打撃工具１０ｆの要部を示す断面図であり、図１５は図１４におけるＦ−Ｆ線断面図である。この打撃工具１０ｆは、図１２および図１３に示した打撃工具１０ｅと同様に、制御基板７８が底部カバー３７の内面に配置され、速度設定ダイヤル６２は制御基板７８に設けられている。この打撃工具１０ｆにおいては、ロータ３３の回転位置を検出するための検出手段としてのホール素子Ｓが制御基板７８に取り付けられており、ホール素子Ｓは、出力軸３４の基端部に設けられたセンサ駆動用の永久磁石Ｍに感応して出力信号を図６に示した回転子位置検出回路７４に出力する。それぞれの永久磁石Ｍは、ロータ３３に設けられた４つの永久磁石に対応させて回転方向に同一位相となって４つ設けられている。なお、図１４および図１５においては、４つのマグネットと３つのホール素子Ｓのうち、２つのみが示されている。この打撃工具１０ｆのヒートシンク８７は、図１２に示される場合と同様の構造となっている。

図１２〜図１５に記載したように、制御基板７８を底部カバー３７の内側に配置した形態においても、モータハウジング１４ｃとモータケース８２との間の冷却通路８３を流れる冷却風と、モータケース８２の内側でステータ３２とロータ３３との間の隙間を流れる冷却風と、制御基板７８の表面に沿って流れる冷却風がハウジング１４内に形成される。また、図１２〜図１５に示すように、アルミニウム合金製のリテーナ３８にはヒートシンク８７の少なくとも一部が接触するようになっており、ヒートシンク８７はリテーナ３８に接近しているので、リテーナ３８を介してモータハウジング１４ｃにより制御基板７８を冷却することができる。

図１６はさらに他の変形例である打撃工具１０ｇを示す縦断面図であり、図１７は図１６におけるＧ−Ｇ線拡大断面図である。この打撃工具１０ｇにおいては、冷却風の流れ方向が上述した打撃工具と相違している。上述した打撃工具１０ａ等においては、底部カバー３７に設けられた通気口８４ａを空気取り入れ口とし、ハウジング１４の上部に設けられた通気口８４ｂ，８４ｃ等を排出口としているのに対し、通気口８４ａを排出口とし、通気口８４ｂ，８４ｃ等を空気取り入れ口としている。つまり、冷風流路Ｃは上述した場合とは逆方向に流すようにしている。このように、冷風流路Ｃの形態としては、モータ３１の基端部側から先端部側に流す形態と、モータ３１の先端部側から基端部側に向けて流す形態とがある。この打撃工具１０ｇにおいては、制御基板７８が設けられた台座板８５がモータハウジング１４ｃの外面に突き当てられて接触している。

通気口８４ｃに加えて、空気取り入れ口としての通気口をハウジング１４の背面側に設けると、先端工具Ｔに対して反対側であって、ハンドル２８の把持スペース２９側からファン７９の冷却風を吸い込む形態となり、粉塵が内部に入り難いという効果が得られる。

さらに、打撃工具１０ｇにおいては、図１７に示されるように、ハウジング１４の後端部には連結金具９１が取り付けられ、ハンドル２８の脚部２８ｂの内部には横断面がＵ字形状の受け金具９２がねじ部材９３により取り付けられている。受け金具９２は底壁部９２ａと、これの両側部に一体となった側壁部９２ｂとを有している。連結金具９１にはシリンダ１１の軸方向つまり打撃軸方向が長径となった長孔９４が設けられており、長孔９４は括れ部９４ａにより受け金具９２に開口している。受け金具９２には、長孔９４内を移動自在に円柱部９５が設けられており、円柱部９５は、この外径よりも幅寸法が小さく設定された連結壁９６により受け金具９２の底壁部９２ａに一体となっている。連結金具９１の両側には凹面９７ａが複数設けられ、受け金具９２の側壁部９２ｂの内面には、それぞれの凹面９７ａに対向させて凹面９７ｂが設けられている。相互に対向し合う凹面の間には、振動吸収用のゴム製の弾性体９８が組み込まれており、脚部２８ｂ内には弾性体９８を備えた防振機構が組み込まれている。

ハンドル２８の脚部２８ｃの内部にも同様の受け金具９２が取り付けられており、ハウジング１４の後端部には受け金具９２内に入り込む連結金具９１が取り付けられている。このように、両方の脚部２８ｂ，２８ｃはハウジング１４に対して図１７に示した防振機構を介して連結されている。これにより、ハウジング１４からハンドル２８に伝達される振動は弾性体９８により吸収され、打撃工具１０ｇの作業性を向上させることができる。

図１８は電動工具の他の一例としてのグラインダ１０ｈを示す平面図であり、図１９は図１８の縦断面図である。図２０はグラインダの基部ハウジングの内部を示す拡大断面図であり、図２１は図２０におけるＨ−Ｈ線断面図である。

グラインダ１０ｈは、ブラシレスモータ３１が収容されるモータハウジング１４ｃを有し、モータハウジング１４ｃの基端部には基部ハウジング１４ｅが取り付けられている。モータハウジング１４ｃと基部ハウジング１４ｅは、それぞれアルミニウム合金により形成されており、両方のハウジングによりグラインダ１０ｈのハウジング１４が形成される。モータ３１は、上述した場合と同様に、コイルが巻き付けられた円筒形状のステータ３２とその内部に組み込まれるロータ３３とを有している。ロータ３３には出力軸３４が取り付けられ、出力軸３４はモータ３１の回転駆動力を出力する。

モータハウジング１４ｃの先端部には研削ヘッドつまり工具ヘッド１０１が着脱自在に装着され、出力軸３４の先端部は工具ヘッド１０１内に突出している。工具ヘッド１０１には、出力軸３４に対して直角方向を向いて回転伝達軸５１が軸受１０２により回転自在に支持されており、回転伝達軸５１には、研削砥石が先端工具Ｔとして装着される。軸受１０２は、工具ヘッド１０１の正面に取り付けられた環状のリテーナ１０３に装着されている。出力軸３４の先端部は工具ヘッド１０１に装着された軸受１０４により支持され、後端部はモータハウジング１４ｃに装着された軸受１０５により支持されている。出力軸３４の回転を回転伝達軸５１に伝達するために、出力軸３４の先端には駆動側のベベルギヤ１０６が取り付けられ、このベベルギヤ１０６が噛み合う従動側のベベルギヤ１０７が回転伝達軸５１に取り付けられている。ブラシレスモータ３１が駆動されると、ベベルギヤ１０６等から構成される運動変換機構１０８を介して回転伝達軸５１が駆動され、先端工具Ｔとしての研削砥石が回転駆動される。リテーナ１０３には、先端工具Ｔの後部側を覆うように、砥石カバー１０９が設けられている。

出力軸３４の先端部にはファン７９が設けられており、このファン７９によりハウジング１４内には冷却風が生成される。基部ハウジング１４ｅには、複数の通気口８４ｅが設けられ、ハウジング１４の先端部と工具ヘッド１０１との間にも通気口８４ｆが設けられている。したがって、モータ３１を駆動すると、破線の矢印Ｃで示すように、ハウジング１４内にはハウジング１４の基部側から先端部に向けて冷風流路Ｃがファン７９により生成される。

基部ハウジング１４ｅ内には、図２０および図２１に示されるように、制御基板７８がアルミ合金製のモータハウジング１４ｃに隣接して配置されており、制御基板７８には、ヒートシンク８７が取り付けられている。ヒートシンク８７はハウジング１４の横方向に延びてモータハウジング１４ｃに突き当てられる突き当て壁８７ｅと、この突き当て壁８７ｅの両端部からハウジング１４の長手に延びる縦壁部８７ｆ，８７ｇとを有している。縦壁部８７ｆには、スイッチング素子ＦＥＴが取り付けられている。このように、軸受付近のモータハウジング１４ｃに接触しているヒートシンク８７にスイッチング素子ＦＥＴが設けられているので、ヒートシンク８７を介してアルミニウム製のモータハウジング１４ｃとスイッチング素子ＦＥＴとが接続され、モータハウジング１４ｃによってスイッチング素子ＦＥＴの冷却を行うことができる。

制御基板７８は台座板８５に設けられており、台座板８５はハウジング１４の長手方向に延びて基部ハウジング１４ｅに固定されている。台座板８５は底壁部８５ａと、底壁部８５ａの外周部に一体となった側壁部８５ｂとを有し、側壁部８５ｂには通気口８４ｅに対向させて通気口８４ｇが設けられている。したがって、ファン７９を回転駆動すると、通気口８４ｅから外気がハウジング１４内に流入し、流入した外気は通気口８４ｇから台座板８５内のスイッチング素子ＦＥＴに吹き付けられて、制御基板７８、ヒートシンク８７およびスイッチング素子ＦＥＴが冷却される。通気口８４ｅから流入した外気は、制御基板７８に沿って流れた後に、モータ３１を通過して通気口８４ｆから外部に排出される。

図２０に示されるように、ヒートシンクの機能を有する台座板８５はアルミニウム合金製のモータハウジング１４ｃに突き当てられているが、台座板８５とモータハウジング１４ｃとの間に隙間を設けるようにしても良い。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、図示する電動工具は、商用電源を電力源とする形態であるが、ハウジング１４に二次電池の電池ケースを動力源とする電池式の電動工具にも本発明を適用することができる。また、ハンマドリルやグラインダのみならず、ブラシレスモータにより先端工具を駆動するようにした電動工具であれば、この発明を他の電動工具にも適用することができる。

１０ａ〜１０ｇ 打撃工具
１０ｈ グラインダ
１１ シリンダ
１２ 工具保持具
１４ ハウジング
１４ａ シリンダハウジング
１４ｂ ギヤハウジング
１４ｃ モータハウジング
１４ｅ 基部ハウジング
１６ ハンマ部材
２８ ハンドル
２８ａ 本体部
２８ｂ，２８ｃ 脚部
３１ ブラシレスモータ
３４ 出力軸
３７ 底部カバー
４１ クランク軸
４７ 運動変換機構
５１ 回転伝達軸
６５ インバータ回路
７１ モータ制御ユニット
７８ 制御基板
７９ ファン
８２ モータケース
８３ 冷却通路
８４ａ〜８４ｇ 通気口
８７ ヒートシンク
８８ 突起部
８９ 放熱空間
１０１ 工具ヘッド
１０８ 運動変換機構

Claims (12)

1. ロータおよびステータを有し先端工具を駆動するブラシレスモータと、
   前記ブラシレスモータのモータケースの外周の少なくとも一部を覆い、外部に露出したアルミニウム合金製のモータハウジングと、
   前記ブラシレスモータにより駆動される冷却ファンと、を有し、
   前記ブラシレスモータの回転を制御する制御回路が設けられた制御基板を、前記モータハウジングの外周面に隣接して前記ロータの回転軸方向に沿って配置し、
   前記モータハウジングは、前記ロータの回転軸方向において前記ブラシレスモータを挟んで前記冷却ファンと反対側に、前記冷却ファンにより生じる冷却風が通過する通気口を有し、
   前記冷却風の経路として、前記ブラシレスモータを冷却する冷却風が前記ロータと前記ステータとの間を流れる前記モータハウジングの内周側経路と、前記内周側経路と平行に延びて前記制御基板を冷却する冷却風が前記モータハウジングの外周を流れる外周側経路とを前記モータハウジングの側面を挟んで独立して形成し、
   前記モータハウジングは、前記外周側経路を通過した前記冷却風が、前記制御基板の下流側で、前記内周側経路を通過した冷却風と合流するように、前記内周側経路と前記外周側経路とを区画した、電動工具。
2. 前記モータハウジングは、前記外周側経路を通過した冷却風が、前記内周側経路を通過した冷却風と前記ステータの下流側において合流するように、前記内周側経路と前記外周側経路とを区画した、請求項１記載の電動工具。
3. 前記制御基板は、前記モータハウジングに設けられている、請求項１または２記載の電動工具。
4. 前記モータハウジングに外方に突出する複数の突起部を設け、前記制御基板を前記突起部を介して前記モータハウジングに装着し、前記モータハウジングと前記突起部と前記制御基板とにより前記外周側経路を区画形成した、請求項３記載の電動工具。
5. 前記ブラシレスモータの回転位置を検出する検出手段を前記制御基板に設けた、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動工具。
6. ヒートシンクを前記モータハウジングに接触または接近させた、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動工具。
7. 作業者により操作されて前記ブラシレスモータの回転速度を設定する速度設定手段を有し、前記速度設定手段を前記制御基板に設けた、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電動工具。
8. 前記先端工具を保持する工具保持具と、
   前記ブラシレスモータの出力軸の回転運動を前記出力軸と直交する方向の前記工具保持具の往復運動に変換する運動変換機構と、
   前記工具保持具の基端部側に設けられたハンドルと、
   前記出力軸の回転力を前記運動変換機構に伝達するクランク軸と、を有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の電動工具。
9. 作業者により操作され、前記ブラシレスモータの回転速度を設定する速度設定手段を有し、前記速度設定手段を前記ハンドル内に設けた、請求項８の電動工具。
10. 前記運動変換機構および前記クランク軸が設けられるギヤハウジングと、前記モータハウジングとを備えた電動工具のハウジングを有し、
    前記ブラシレスモータは前記出力軸が前記工具保持具の往復動方向と直交するように配置され、
    前記ハンドルは、本体部と前記本体部の両端部に相互に離間して前記ハウジングの後端部に取り付けられる２つの脚部を有し、
    一方の前記脚部は前記ギヤハウジング側に配置され、他方の前記脚部は前記モータハウジング側に配置された、請求項８または９記載の電動工具。
11. 前記脚部と前記ハウジングとの間に防振機構を設けた、請求項１０記載の電動工具。
12. 前記モータハウジングの少なくとも一部を覆うハウジングを更に有し、
    前記ハウジングは、前記ロータの回転軸方向において前記ブラシレスモータを挟んで前記冷却ファンと反対側に、前記冷却ファンにより生じる冷却風を導入する複数の吸気口を有し、
    前記複数の吸気口は、前記回転軸方向に垂直な前後方向において、前記モータハウジングと重なる領域に設けられる内周側吸気口と、少なくとも部分的に前記モータハウジングと重ならない外周側吸気口と、を有する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電動工具。

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