JP6497237B2

JP6497237B2 - 電動工具

Info

Publication number: JP6497237B2
Application number: JP2015128920A
Authority: JP
Inventors: 祐貴武田
Original assignee: Koki Holdings Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2015-06-26
Filing date: 2015-06-26
Publication date: 2019-04-10
Anticipated expiration: 2035-06-26
Also published as: JP2017017769A

Description

本発明はモータによって駆動される電動工具に関する。

ブラシレスＤＣモータを用い、マイコン等のコントローラによってモータの回転制御を高精度におこなう電動工具が知られている。ブラシレスＤＣモータは、磁気センサを用いてロータの回転位置を検出し、コントローラによってモータの巻線に供給される駆動電流を制御する。このようなブラシレスＤＣモータを用いた電動工具の一例（グラインダ）として特許文献１の技術が知られている。特許文献１では、筒状のハウジングと同軸上にブラシレスモータを収容する。モータは外周側にコイルを有するステータが配置され、内周側には回転軸によって回転するもので永久磁石を保持するロータが設けられる。回転軸は、モータの前方側と後方側において軸受によって軸支され、後方側軸受の後方にロータの回転位置を検出するための円筒形のセンサ磁石が設けられる。ハウジングの後方側の内部にはモータの制御を行うコントローラと電源回路が収容される。また、モータのコイルに回転磁界（三相交流）を供給するためのインバータ回路を搭載する。

特開２０１０−２６９４０９号公報

上記したような電動工具は、モータに流れる電流が、モータの回転軸を受ける軸受を介してハウジングに伝達されること、すなわち漏電を抑制することが求められる。

本発明の目的は、モータに流れる電流が、モータの回転軸を受ける軸受を介してハウジングに伝達されることを効果的に抑制することができる電動工具を提供することである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの特徴を説明すれば、次の通りである。

本発明の一つの特徴によれば、ステータ、ロータ、前記ロータが固定される回転軸を有するブラシレスモータと、前記回転軸を支持する軸受を保持するハウジングとを有する電動工具であって、前記回転軸外周に、前記ロータを固定する領域から前記軸受の手前まで延在する絶縁部材からなるモールドを設けると共に、前記モールド上であって前記ロータと前記軸受との間にバランサを設け、前記バランサの前記軸受側を向く内周部分に凹部を設けた。

本発明によれば、軸方向の寸法を抑えながら、モータに流れる電流が、モータの回転軸を受ける軸受を介してハウジングに伝達されることを抑制できる電動工具を提供することができる。

本発明の実施例に係る電動工具の全体構造を示す縦断面図であり、矢印はモータオン時に発生する冷却風の流れを示す。モータハウジングとケースとの関係を示す図１の底面図である。ケースを示す斜視図である。図１のＡ−Ａ線断面図である。ロータを示す図１の要部拡大一部断面図である。モータの駆動回路構成を示すブロック図である。モータの起動制御を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下の図において、同一の機能を有する部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。また、本明細書においては、前後左右、上下の方向は図中に示す方向であるとして説明する。

図１は、本発明の実施例に係る電動工具１の縦断面図である。ここでは電動工具１の一例として、モータ５の回転軸６と直交方向に回転するスピンドル２４を設け、スピンドル２４に接続される作業機器が円形の砥石３０であるディスクグラインダを示している。電動工具１のハウジング（外枠又は筐体）は、動力伝達機構を収容するギヤケース２１と、モータ５を収容するモータハウジング２と、モータハウジング２の後方に取り付けられ電気機器類を収容するリヤカバー３の３つの主要部品により構成される。ハウジングの形成の仕方は任意であり、本実施例のように前後方向に３つに分割された部分により構成しても良いし、その他の分割形状で形成しても良い。モータハウジング２は樹脂の一体構成であって、前方側に開口を有する略円筒形に構成される。モータハウジング２はモータ５のステータ９の外径よりも僅かに大きい外径を有し、モータハウジング２の外面側は作業者が片手で把持する部分（把持部）を構成する。モータハウジング２の後方には、筒状のリヤカバー３が取り付けられる。

モータ５はモータハウジング２の中心軸方向（前後方向）に沿うように回転軸６が配置され、演算部がロータ７の回転位置を、ホールＩＣを用いた回転位置検出素子６９にて検出し、複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６（後述する図２参照）で構成されるインバータ回路８０を制御することにより、モータ５の所定のコイル１３に順次駆動電力を供給することにより回転磁界を形成してロータを回転させる。モータ５は３相ブラシレスＤＣモータであり、ステータ９の内周側空間内にてロータが回転するもので、いわゆるインナーロータタイプである。ステータ９は、プレス加工によって製造された薄い鉄板を軸方向に多数枚積層した積層構造で製造される。ステータ９の内周側には６つのティースが形成され、各ティースの軸方向前後方向には、樹脂製のインシュレータ１１、１２が装着され、インシュレータ１１、１２間にティースを挟んだ形で銅線が巻かれてコイル１３が形成される。本実施例では、コイル１３をＵ、Ｖ、Ｗ相の３相を有するスター結線とすることが好ましく、コイル１３へ駆動電力を供給するためのＵ、Ｖ、Ｗ相用の３本のリード線（図示せず）が回路基板６０に接続される。ステータ９の内周側では、回転軸６にロータ７が固定される。ロータ７はプレス加工にて製造した円環状の薄い鉄板を軸方向に多数枚積層したロータ７に、軸方向と平行して形成され、その断面形状が長方形のスロット部分にＮ極およびＳ極を有する平板状の永久磁石８が挿入される。ロータ７の前後端部には金属材料から成るバランサ６ａ、６ｂが設けられており、バランサ６ａ、６ｂを削り加工することにより、ロータ７の回転バランスを調整できるようにしている。

回転軸６は、モータハウジング２に保持される後方側の軸受（第一の軸受）１４ａと、ギヤケース２１とモータハウジング２との接続部付近で保持される前方側の軸受（第二の軸受）１４ｂとにより回転可能に支持される。回転軸６の軸方向に見て軸受１４ｂとモータ５の間には冷却ファン１５が設けられる。冷却ファン１５は例えばプラスチック製の遠心ファンであって、モータ５が回転すると回転軸６と連動して回転することにより、ハウジングの内部において複数の矢印で示す方向に、モータ５や制御回路等を冷却するための風の流れ（冷却風）を発生させる。冷却風は、回路基板６０の後端付近においてリヤカバー３の側面に設けられた風窓３ｃから吸引され、回路基板６０を収容するケース４０の周囲を後方から前方側に流れて、モータハウジング２の軸受ホルダ部２０に設けられた開口２０ａ（図２）を通過して、モータ５の収容空間内に流入する。モータ５の収容空間に流入した冷却風は、ステータ９の外周側とモータハウジング２との隙間やステータ９とロータ７との隙間を通って冷却ファン１５によって吸引され、ファンカバー１６の貫通穴を通ってギヤケース２１の貫通穴２１ｂから、又は貫通穴２１ｃから前方に排出される。本実施例では、モータ５の回転軸６の軸線上に見て、後方（風上側）から前方にかけて、回路基板６０、センサ磁石１８、軸受１４ａ、モータ５、冷却ファン１５、及び、軸受１４ｂが軸方向に直列（一直線上）に配置される。そして、外気の吸入口となる風窓３ａは、回路基板６０の周囲であって発熱の大きい素子、特にダイオードブリッジ７１やスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６（後述する図２参照）よりも後方側に配置される。このように、本実施例ではモータ５の回転軸６の軸線方向にみて、ハウジングの後方側から前方側の全外周面にほぼ接するようにして冷却風が流れるものである。

ギヤケース２１は、例えばアルミニウム等の金属の一体成形により構成され、１組の傘歯車機構（２２、２３）を収容すると共に、出力軸となるスピンドル２４を回転可能に保持する。スピンドル２４は、モータ５の回転軸６の軸線方向（ここでは前後方向）とは略直交方向（ここでは上下方向）に延びるように配置され、回転軸６の前端部分には第１の傘歯車２２が設けられ、第１の傘歯車２２はスピンドル２４の上側端部に取り付けられた第２の傘歯車２３に噛合する。第２の傘歯車２３は直径が大きく、第１の傘歯車２２に比べて歯車数が多いので、これらの動力伝達手段は減速機構として作用する。スピンドル２４の上端側はメタル２５によって回転可能にギヤケース２１に軸支され、中央付近にはボールベアリングによる軸受２６によって軸支される。軸受２６はスピンドルカバー２７を介してギヤケース２１に固定される。

スピンドル２４の先端には取付ベース２８が設けられ、ワッシャナット３１によって砥石３０等の先端工具が装着される。砥石３０は、例えば直径１００ｍｍのレジノイドフレキシブルトイシ、フレキシブルトイシ、レジノイドトイシ、サンディングディスク等であり、用いる砥粒の種類の選択により金属、合成樹脂、大理石、コンクリートなどの表面研磨、曲面研磨が可能である。砥石３０の後方側の径方向外側及び上側はホイールガード３２にて覆われる。尚、電動工具１に装着される先端工具としては、砥石３０だけに限られず、ベベルワイヤブラシ、不織布ブラシ、ダイヤモンドホイール等のその他の工具を取り付けるようにしても良い。

モータ５の回転軸６の後端には、回転方向に磁極が異なる磁性体であるセンサ磁石１８が取り付けられる。センサ磁石１８はロータ７の回転位置の検出のために取り付けられる薄い円柱形の永久磁石であって、周方向に９０度ずつ隔ててＮＳＮＳと４極が順に形成される。センサ磁石１８の後ろ側であってケース４０の内側部分には、回転軸６と垂直方向に配置される略半円形のセンサ基板６８が設けられ、センサ基板６８にはセンサ磁石１８の位置を検出する回転位置検出素子６９が設けられる。回転位置検出素子６９は、回転するセンサ磁石１８の磁界の変化を検出することにより、ロータ７の回転位置を検出するものであり、回転方向に所定角度毎、ここでは６０°毎に３つ設けられる。

略円筒形に形成されるリヤカバー３の内部には、モータ５の回転制御を行う演算部（制御部）と、モータ５を駆動させるためのインバータ回路８０と、外部から図示しない電源コードにて供給される交流を直流に変換するための電源回路７０が収容される。本実施例では、これらの回路は共通する回路基板６０に搭載しているが、これらを分割した回路基板に搭載するようにしても良い。回路基板６０は電動工具１の長手方向中心軸（モータ５の回転軸６と同軸）に対して平行になるように配置される。ここでは、基板の表及び裏面が、前後及び左右方向に延びるように配置される。回路基板６０は、一面が開口部となっている容器状のケース４０の内部に配置され、液体状の樹脂を硬化させる硬化性樹脂によって全体が固められる。ここでは電動工具１の砥石３０が下になる時（図１の向きの時）に、ケース４０の開口部が下側を向くように配置され、インバータ回路８０に含まれる複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が、回路基板６０から下側に延びるように配置される。

インバータ回路８０は、コイル１３に大駆動電流を通電する必要があるため、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６として、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）やＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）のような大容量の出力トランジスタが用いられる。これらスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は発熱が大きいので冷却効果を向上させるための放熱構造が考慮され、本実施例ではスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の放熱板に冷却用の金属板が更に取り付けられる。放熱板と金属板は、吸入口となる風窓３ａよりも風下側（モータ側）に配置されるので、矢印で示す冷却風に直接晒されることになる。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の後方側には電源回路７０が設けられる。本実施例の電源回路７０は、外部から供給される商用電源（交流）を直流に変換する整流回路（ダイオードブッリッジ７１）を含んで構成される。整流回路は配線の効率性から、リヤカバー３の後端面から外部に伸びるように配線される電源コード３ｂに近いようにケース４０の後方側であって、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６よりも後方側（モータ５から遠い反モータ側）に搭載される。

回路基板６０にはさらに、モータ５の回転制御を行う演算部が搭載される。演算部は、マイクロコンピュータ１００（以下、「マイコン１００」と称する）を含んで構成されるものであって、インバータ回路８０を駆動することによりモータ５の起動及び停止と回転速度の制御を行う。ケース４０により画定される空間内（容器内）には、回路基板６０に加えてさらに、回転位置検出素子６９を搭載するセンサ基板６８が設けられる。また、ケース４０の容器部分の外側であって後方側には速度調整基板６５が搭載され、変速ダイヤル１７により調整される可変抵抗６６が設けられる。センサ基板６８はモータ５の回転軸６の軸線方向と直交するように配置され、速度調整基板６５は回転軸６の軸線方向と平行になるように配置される。

図２は図１の底面図であって、モータハウジング２にリヤカバー３を取付ける前の状態を示す。ケース４０の内部に収容される回路基板６０の形状は、ケース４０の内形とほぼ同等の外側輪郭をもって形成される。図では示していないが、回路基板６０は液体から硬化して固まる樹脂にて浸漬される。回路基板６０に搭載されるのは、主に、整流回路と平滑回路を含む電源回路７０と、６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含むインバータ回路８０と、インバータ回路８０を制御するものであってマイコン１００を含む演算部と、演算部用の定電圧の直流を生成する定電圧電源回路９０である。回路基板６０の入力側には、電動工具１の外部から電源コード３ｂが接続され、商用交流が電源回路７０に入力される。電源コード３ｂは電源コード保持部４３によって固定される。回路基板６０の出力側は、端子８４ａ〜８４ｃであって、モータ５のコイル１３に接続される３本の図示しないリード線（Ｖ相、Ｕ相、Ｗ相）がそれぞれ半田付けされる。

回路基板６０においては、入力及び出力点に近いという配線上の利点と、冷却風の流れに沿う点から、電源回路７０が回路基板６０の後方側に配置され、インバータ回路８０が回路基板の前方側に配置される。回路基板６０は、単層又は多層のプリント基板であって、ここでは多層のガラスコンポジット基板が用いられる。電源回路７０は、整流回路（ダイオードブリッジ７１）と平滑回路７５を含んで構成され、チョークコイル７３と、バリスタ７４と、を有し、平滑回路７５は電解コンデンサ７６と、後述する抵抗７８を有している。

インバータ回路８０は３個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３、Ｑ４〜Ｑ６がそれぞれ軸方向に一列に並ぶように配置される。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、３本の金属端子が略直方体のセラミック等のパッケージの下側から延びるものであって、パッケージの背面側には金属製の放熱板が埋め込まれる。この放熱板は面状であって面の広がり方向が、回路基板６０の長手方向（図２では前後方向）と水平かつ直交方向となるようにスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が配置される。また、パッケージ背面の放熱板には、放熱用の金属板８２がさらに設けられる。通常、ＩＧＢＴのコレクタ端子や、ＦＥＴのドレイン端子はパッケージ背面側の放熱板と導通されているので、回路構成上、コレクタ端子又はドレイン端子が共通接続の場合には、複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３に共通の金属板８２、８３ａ〜８３ｃが設けられる。他方、インバータ回路８０の残りの３個のスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６は一列に並ぶように配置され、かつ、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３と平行になるように配置される。スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６のパッケージ背面の放熱板には、放熱用の金属板が設けられるが、これらのコレクタ端子又はドレイン端子は共通接続ではないため、互いに独立した金属板８３ａ〜８３ｃが設けられる。この金属板８３ａ〜８３ｃの面は、回路基板６０の長手方向（前後方向、回転軸６の軸線方向）と水平かつ直交方向となるように配置される。このように配置したため、金属板８３ａ〜８３ｃのスイッチグ素子と反対側の面が冷却風の流れる方向（図１中の矢印参照）と平行に向くために、放熱効果を高めることができる。

回路基板６０には更に演算部であるマイコン１００や、後述する定電圧電源回路９０、スイッチバー４ａと連動して動作するスイッチ６４が搭載される。これらは回路基板６０上の任意のスペースに搭載することができる。本実施例ではマイコン１００は、スイッチ６４の後方に搭載される。回路基板６０の前方側には、３つの回転位置検出素子６９（図１参照）を搭載するセンサ基板６８が、回路基板６０と直交するように配置される。

ケース４０の後方側には可変抵抗６６を搭載する速度調整基板６５が設けられる。スイッチ基板６５はケース４０の容器状の部分から後方に突出する部分に設けられ、可変抵抗６６の回転軸にはリヤカバー３から一部が露出する変速ダイヤル１７が設けられる。回路基板６０と５５は、リード線６３によって配線される。

ケース４０は開口面４０ａを有する容器状であって、内部空間に液体を入れても漏れないように形成されるが、電動工具１に配置した際には開口面４０ａの法線方向が下側を向くように倒立した状態で配置される。換言すれば、ケース４０は下に開口するように配置される。これは、冷却風と共に内部に水滴や塵埃が流入した際に、ケース４０の内部にたまることを抑制するためである。このように容器状のケース４０が倒立した状態で電動工具１内に配置したことで、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６等を樹脂で完全に覆わないで、半分程度だけ覆うようにしても耐久性を高めることが可能となった。特に、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の間にたまった鉄粉等が、電動工具１を図１の方向に置く際に、その衝撃によってゴミや水滴がリヤカバー３の内部の下面に落ちやすくなる。

ケース４０の前方側の端部には、モータハウジング２にネジ４２ｃ、４２ｄにて固定するためのネジ穴４２ａ、４２ｂが形成される。モータハウジング２の軸受ホルダ２０は、軸受１４ａ（図１参照）の外輪部分を保持する円筒部分から外側に向けて図示しない複数の支柱が形成され、支柱以外の場所では開口２０ａとなっているので、ケース４０が収容される空間からモータ５側が収容される空間へ冷却風が流れる構造となっている。リヤカバー３は、モータハウジング２に固定されたケース４０の後端にねじ４２ｅによってねじ止めされることでモータハウジング２に対して固定される構造となっている。これによってモータハウジング２とリヤカバー３との連結部には固定のための部品を配置する必要がないため、作業者が把持しやすい形状とすることができる。

また、回路基板６０には定電圧電源回路９０で用いられる電解コンデンサ９４が搭載される。

次に図６を用いてモータ５の駆動制御系の回路構成を説明する。電源回路７０にはダイオードブリッジ７２等によって構成される整流回路７１が含まれる。電源回路７０の出力側であって、インバータ回路８０との間には平滑回路７５が接続される。インバータ回路８０は６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含んで構成され、演算部（マイコン１００）から供給されるゲート信号Ｈ１〜Ｈ６によってスイッチング動作が制御される。インバータ回路８０の出力は、モータ５のコイル１３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に接続される。電源回路７０の出力側には定電圧電源回路９０が接続される。ここでは、電源回路７０、平滑回路７５、インバータ回路８０、定電圧電源回路９０、演算部（マイコン１００）の回路を同一の回路基板６０上にまとめて搭載した。

電源回路７０は、ダイオードブリッジ７１によって主に構成される整流回路を含み、整流回路の入力側が例えば商用交流電源３５に接続され、出力側が平滑回路７５に接続される。通常電源回路と称する場合には、整流回路と平滑回路の双方を有するものを指す場合があるが、整流回路は、入力される交流を全波整流し、平滑回路７５へ出力する。平滑回路７５は、整流回路とインバータ回路８０との間に配置され、整流回路によって整流された電流の中に含まれている脈流を、直流に近い状態に平滑化してインバータ回路８０へ出力する。平滑回路７５は、電解コンデンサ７６と放電用の抵抗７８を含んで構成される。電動工具１がディスクグラインダの場合は、他の電動工具（例えばインパクトドライバ等）に比較して大きな出力が必要となることから、商用交流電源３５から平滑回路７５に入力される電圧値も高くなっている。従って、平滑回路７５に設けられる電解コンデンサ７６は静電容量が大きいものが要求される。

インバータ回路８０は、３相ブリッジ形式に接続された６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含んで構成される。モータ５のステータ９の内側では、永久磁石８を有するロータ７が回転する。ロータ７の回転軸６には位置検出用のセンサ磁石１８が接続され、センサ磁石１８の位置をホールＩＣ等の回転位置検出素子６９にて検出することにより演算部（マイコン１００）はモータ５の回転位置を検出する。

演算部（マイコン１００）は、モータ５のオン・オフ及び回転速度制御を行うための制御手段であって、マイクロコンピュータ（マイコン）である。演算部（マイコン１００）は回路基板６０に搭載され、スイッチ６４の操作に伴い入力される起動信号と、変速ダイヤル１７によって設定された速度信号に基づき、モータ５の回転速度を制御し、コイルＵ、Ｖ、Ｗへの通電時間と駆動電圧を制御する。演算部１００は、インバータ回路８０の６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートに接続され、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオン・オフするための駆動信号Ｈ１〜Ｈ６を供給する。

インバータ回路８０の６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ドレイン又は各ソースは、スター接続されたコイル１３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に接続される。スイッチング素子Ｑｌ〜Ｑ３のドレイン端子が電源回路７０の正極側に共通に接続されているので、これらには共通の放熱用の金属板８２を設けることができる。一方、スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６のドレイン端子はモータのＶ相、Ｕ相、Ｗ相の端子にそれぞれ接続されるため、スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６用の放熱用の金属板８３ａ〜８３ｃは個別に設けられる。

スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、演算部１００から入力される駆動信号Ｈ１〜Ｈ６に基づきスイッチング動作を行い、商用交流電源３５から電源回路７０及び平滑回路７５を介して供給された直流電圧を、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとして、モータ５に供給する。モータ５に供給される電流の大きさは、平滑回路７５とインバータ回路８０との間に接続された電流検出抵抗１０２の両端の電圧値を検出することにより演算部（マイコン１００）によって検出される。演算部（マイコン１００）には、モータ５の設定回転に応じた所定の電流閾値が予め設定されており、検出した電流値が閾値を超えると、モータ５の駆動を停止すべく、インバータ回路８０のスイッチング動作を停止させる。これにより、過電流がモータ５に流れることによる焼損等の発生が抑制される。

定電圧電源回路９０は、整流回路７１の出力側に直接接続され、演算部１００への低電圧の直流を供給するための電源回路である。定電圧電源回路９０は、ダイオード９６、平滑用の電解コンデンサ９４、ＩＰＤ回路９１、コンデンサ９３及びレギュレータ９２を含んで構成される。定電圧電源回路９０は、電源回路７０からの出力に基づいて、演算部（マイコン１００）等へ安定化した基準電圧を供給するための回路である。定電圧電源回路９０の各部は、回路基板６０に搭載される。

次に図３を用いてケース４０の形状を説明する。ケース４０は非導電材料であって、例えばプラスチック等の合成樹脂の一体成形で製造される。図３は開口面４０ａが上方向になるように示した斜視図である。ケース４０は回路基板６０を電動工具１のハウジングに固定するために用いられる取り付け基台の役割を果たすもので、容器状に形成されるケース４０は前面４１ａ、後面４１ｂ、側面４１ｃ、４１ｄと底面４１ｅを有し、残りの一面が開口面４０ａとなっている。側面４１ｃ、４１ｄと底面４１ｅの接合部は、直角に形成されるのでは無く、リヤカバー３の円筒形の内壁形状に沿った形状とされ、ここでは斜めに形成されるさらなる面にて接続した。前面４１ａの外側部分には円筒形の筒部４２が形成される。筒部４２は内部にセンサ磁石１８を収容させるための窪み部分であって、センサ磁石１８から見て前面４１ａを隔てたケース４０の内部側にセンサ基板６８が配置されることになる。円筒形の筒部４２には径方向に突出する突出部分が形成され、そこにそれぞれネジ穴４２ａ、４２ｂが形成される。ケース４０の内部であって側面４１ｃには、回路基板６０を支持すると共に位置合わせをするための段差部４５ａ、４５ｂが形成される。尚、図３にて見えない側面４１ｄの内壁部分にも、同様にして回路基板６０の位置合わせをするための段差部が形成される。ケース４０の後面４１ｂの外側には、電源コード保持部４３とスイッチ基板保持部４４が形成される。

次に、モータハウジング２とモータ５との関係について図４を用いて説明する。

図４に示すように、ステータ９の外周形状は、線対象な形状をし、薄い鉄板同士をかしめるために円周形状から突出する突出部であるかしめ部９ａを４つ有し、それぞれのかしめ部９ａの円周方向前後には互いに直交する一対の平面部９ｂを有した形状をしている。平面部９ｂはそれぞれ回転軸６の軸線方向（前後方向）と直交する方向に延びるように形成されている。換言すれば、１つのかしめ部９ａは、上下方向に延びる平面部９ｂとは左右方向に延びる平面部９ｂを有している。

モータハウジング２の内周側には、ステータ９のかしめ部９ａを受けると共に、平面部９ｂと当接する一対のリブ２ａが４つ、計８つのリブ２ａが設けられている。これらのリブ２ａ及びかしめ部９ａは、モータ５の回転軸６の方向に延在し、少なくともステータ７の範囲に渡って延びた形状をしている。

詳細に説明すると、一対のリブ２ａはそれぞれが直交するように且つかしめ部９ａに向かって突設されると共に、１つのかしめ部９ａの円周方向前後（図４における時計回り側と反時計回り側）に設けられた平面部９ｂと面接触することで、かしめ部９ａの位置決めを行う。この時、それぞれのリブ２ａは、接触する平面部９ｂが伸びる方向と直交する方向に突設される。このような構造とすることで、モータ５は上下左右から複数のリブ２ａによって保持されることにより、モータハウジング２に対して強固な固定が可能となる。さらに、回転軸６の軸線方向に対して直交する面でリブ２ａと平面部９ｂを接触させているので、ステータ９が回転軸６の回転方向に回転しようとしたときには、リブ２ａにかかる負荷が分散して、リブ２ａの破損が抑制される。詳細には、回転方向に対して接触面が３０度程度傾斜するようにしているので、リブ２ａにかかる回転方向の負荷が相殺され、リブ２ａの破損を抑制できる。

モータハウジング２内にステータ９が挿入される際に、平面部９ｂがリブ２ａに対して圧入される関係となっており、モータハウジング２内でリブ２ａによってステータ９は回転が規制されると共に、芯出しがなされる。

モータハウジング２は、周方向において段差部などを持つ構造をしているが、リブ２ａを設けられる外周部は他部よりも厚く形成され、２．３ｍｍの肉厚を有する。一方、リブ２ａは、これよりも薄い１．５ｍｍの肉厚に形成されており、リブ２ａの厚さをモータハウジング２の外周部よりも薄い構成とすることで、リブ２ａを設けることによりモータハウジング２の外周部にひけが発生することを抑制するようにしている。

一対のリブ２ａと他の一対のリブ２ａとの間には、ステータ９外周とモータハウジング２との間に隙間が生じるように、リブ２ａによってステータ９を支持する構造をしており、この隙間を冷却風が通過するようにしており、冷却風が流れる流路を確保している。なお、１つの隙間内に後述するスイッチバー４ａが配置される構成をしている。

また、一対のリブ２ａ間においても、かしめ部９ａ外周とモータハウジング２との間に隙間が生じるようにしており、かしめ部９ａ外周がモータハウジング２に当接して芯出しに影響が生じないようにしていると共に、冷却風の流路の確保にも役立っている。

本実施形態のような、ディスクグラインダは、作業者はモータハウジング２を把持しながら作業を行うものであり、握り易さの観点からモータハウジング２の径が小さいことが望まれる。上述したような構成とすることにより、モータハウジング２内でステータ９の回転規制を行う新たな部品を追加するなどして、モータハウジング２の径を大きくすることなく、また、冷却風が流れを阻害することなく、コンパクトで冷却性能の良いモータ支持構造を実現している。

また、リブ２ａは図４に示すように、回転軸６の放射方向に対して交差するよう延びた形状をし、リブ２ａの先端でステータ７を支持する構造をしているため、ステータ７に生じる回転トルクをリブ２ａが受ける際に、リブ２ａの根本角部に応力が集中することを抑え、リブ２ａの突出方向に力を分散して受けることができるため、強固な支持構造を実現することができる。

また、かしめ部９ａを対角線上に４つ設け、合計８つのリブ２ａにより、１つあたりのリブ２ａにかかる回転方向の荷重を分散して、リブ２ａを細くすることを可能として、前述のように、モータハウジング２の外周部よりも薄くして、モータハウジング２外周にひけが生じてしまうことを抑制している。

また、冷却風は前述のように、ステータ９の外周側とモータハウジング２との間の隙間以外にも、ステータ９とロータ７との間の隙間を通って冷却ファン１５によって吸引される。ステータ９とロータ７との間の隙間は、径方向で０．５ｍｍ程度であり、ディスクグラインダの作業中にこの間にも鉄粉が侵入することがあり得る。この間に侵入した鉄粉はステータ７内の永久磁石８の磁力によって、ステータ７に付着してしまう恐れがある。本実施形態のディスクグラインダは、変速ダイヤル１７を最小速度に設定した際のブラシレスモータ５の回転数を約９，０００ｒｐｍとして、最大速度に設定した際の回転数を３２，７００ｒｐｍ、ステータ９とロータ７との間の隙間を通る冷却風の風速を２０ｍ／ｓｅｃを上回る約２６ｍ／ｓｅｃとなるように設定している。

モータ５の回転数を最小回転数とした際には、ステータ９とロータ７との間の隙間に侵入した鉄粉が、ステータ７に付着し続けてしまうものであるが、上述の風速を得る構成とすることにより、少なくとも最大速度に設定した際に、ロータ７に付着した鉄粉を冷却風と共に吹き飛ばすと共に、モータ５回転中にロータ７に鉄粉が付着し難いようにしている。

次に、ブラシレスモータ５を構成するロータ７の前後に設けられるバランサ６ａ，６ｂのうち、軸受ホルダ部２０側のバランサ６ａの形状について、図５を用いて説明する。

前述したように、バランサ６ａ，６ｂは金属材料から成り、ロータ７の回転バランスを調整できるように設けられており、バランサ６ａ，６ｂは回転軸６及びロータ７と一体となって回転するよう構成されている。

バランサ６ａと軸受１４ａとの間には、軸受１４ａと接するように、絶縁部材である樹脂などで形成されたシール部材１０が回転軸６上に取付けられている。シール部材１０は軸受１４ａに粉じんが侵入することを抑制するために設けられている。回転軸６の外周には、ロータ７が設けられる範囲から軸受１４ａ手前側であってシール部材１０の内側部分にかけて、絶縁材料である樹脂からなるモールド６ｄが全周に渡って形成されている。軸受１４ａと接する回転軸６の外周部分には、回転軸６の芯出しを精度よく行うと共に軸ブレを抑制する目的などからモールド６ｄが設けられていない。

バランサ６ａは、金属部材からなり、ロータ７と電気的に導通するため、導電部材からなる軸受１４ａを介してモータ５に流れる電流がモータハウジング２に通電しないようにするためには、バランサ６ａとバランサ６ａ・軸受１４ａ間に位置するモールド６ｄの端面部との距離を確保する必要がある。

バランサ６ａと軸受１４ａとの距離を大きく離間させた構成とすれば、上記通電を防ぐ距離を容易に確保することが可能であるが、この場合、グラインダ全体の寸法を大きくすることにつながると共に、バランサ６ａとシール部材１０間の距離が大きくなり、この間を通って軸受１４ａに粉じんが侵入しやすくなってしまう。

本実施形態では、バランサ６ａが内周部分に凹部６ｃを持つ構成を採用したことで、回転軸６の軸方向におけるモールド６ｄの端面部とバランサ６ａとの距離を確保しつつ、バランサ６ａとシール部材１０との間に粉じんが侵入し難くしている。

また、凹部６ｃの外周側面は、軸受１４ａ側（後方）に向かうに従って径方向外側に向かうよう傾斜した形状をしている。これによって、モールド６ｄの後方側端部とバランサ６ａとの空間距離を大きく保つことができる形状をしていると共に、バランサ６ａの外周側面の面積を大きく確保して、ロータ７の回転バランスを取るために削り加工を行いやすい形状をしている。

なお、軸受１４ａへの粉じんの侵入をより抑えるために、シール部材１０を設けた構造としたが、シール部材１０を設けない構成であったとしても、バランサ６ａに凹部６ｃを設けた構成とすることにより、軸受１４ａとバランサ６ａ外周端面との距離を小さくすることができるため、電流の漏電を抑えたコンパクトな構造でありながら、軸受１４ａへの粉じんの侵入しにくい構成を実現することができる。

次に、スイッチ操作部４とスイッチ６４の構成及びスイッチ６４の動作時の起動制御について説明する。

前述したように、回路基板６０には、スイッチ６４が搭載されている。このスイッチ６４はマイクロスイッチであり、常に突出する方向に付勢されたプランジャ６４ａを有し、プランジャ６４ａが突出状態にある際にＯＦＦ信号をマイコン１００に伝達し、プランジャ６４ａが非突出状態にある際にＯＮ信号をマイコン１００に伝達する構成をしている。

スイッチ６４はプランジャ６４ａに接触する板バネ６４ｂを有する。

モータハウジング２には、モータハウジング２外周に露出し、作業者が操作可能で、回転軸６の軸方向に移動可能なスイッチ操作部４が設けられ、スイッチ操作部４はモータハウジング２内部において、回転軸６の軸方向に延びるスイッチバー４ａと接続されており、スイッチ操作部４と共にスイッチバー４ａが回転軸６の軸方向にスライド可能な構成をしている。

スイッチバー４ａには、モータハウジング２とスイッチバー４ａとの間に設けられたスプリング４ｃの付勢力が常に作用しており、スイッチバー４ａには後方側にスイッチ６４のプランジャ６４ａと板バネ６４ｂを介して当接する当接部４ｂが設けられている。

スイッチ操作部４及びスイッチバー４ａは、初期状態ではスプリング４ｃの付勢力により、図１及び図２のように後方側に位置する。このようにスイッチバー４ａが後方側に位置する際には、当接部４ｂは板バネ６４ｂと当接しない状態であり、プランジャ６４ａは突出状態で、スイッチ６４はマイコン１００にＯＦＦ信号を出力する。

図２に示す状態から作業者がスイッチ操作部４を操作し、スイッチ操作部４及びスイッチバー４ａを前方側にスライドさせると当接部４ｂが板バネ６４ｂを介してプランジャ６４ａに当接して、非突出位置に移動させる。これにより、スイッチ６４はマイコン１００にＯＮ信号を出力し、マイコン１００はブラシレスモータ５を起動する。

なお、図２に示すように、モータハウジング２にはスイッチ操作部４と係合してスイッチ操作部４を前方側に移動させた状態を維持するための係合部２ｂが設けられている。すなわち、スイッチ操作部４を係合部２ｂに係合した状態とすることにより、モータ５の起動状態を維持する、いわゆるオンロック機構を設けた構成をしている。

マイコン１００は、スイッチ６４より信号を受信することによりモータ５の起動を制御するが、前述のオンロック機構を設けた構成をしているため、オンロック状態で停電が生じた後の停電復帰後やオンロック状態で電源コード３ｂが接続された際に、モータ５が起動しない０Ｖリリース制御を備えている。

具体的には、マイコン１００は図７に示す起動制御を行う。

電源コード３ｂが接続される又は停電から復帰すると、Ｓ１に示すようにマイコン１００が起動する。その後、マイコン１００はスイッチ６４からＯＦＦ信号を受信しているか否かを判断する。Ｓ２でＯＦＦ信号号を受信している場合には、Ｓ３でＯＮ信号を受信するか否かを判断し、ＯＮ信号を受信した場合には、Ｓ４に進みモータ５を起動する。

すなわち、マイコン１００が起動した際に、スイッチ６４からＯＮ信号を受信している場合には、Ｓ３には進まずにモータ５の起動を行わない。これにより、電源コード３ｂ接続時又は停電からの復帰時に不意にモータ５が起動して、砥石３０により被削材などを傷付けてしまうことを防ぐようにしている。

モータ５が起動した後は、Ｓ５でＯＦＦ信号を受信するまでモータ５への通電を維持し、ＯＮ信号を受信した場合に、Ｓ６でモータ５への通電を停止する。

本実施形態では、スイッチ６４を直接回路基板６０に搭載した構成をしているため、スイッチ６４と回路基板６０との電気接続を容易に行うことができ、組立て性を向上させることができる。回路基板６０は分割構成にすることも可能であるが、制御部であるマイコン１００及びインバータ回路８０と同一の回路基板６０に搭載することが、電気接続を考慮すると有効である。また、冷却を最も要する電源回路７０を冷却風の上流側に配置する必要があることを考慮しても、スイッチ６４をインバータ回路８０と同一の回路基板６０に搭載することが望ましい。

また、スイッチ６４は、回路基板６０のモータ５側に配置させることにより、インバータ回路８０や電源回路７０などのその他の電気部品が、スイッチバー４ａのスイッチ６４への当接を遮ることなく、スイッチバー４ａとは異なる更なる部品を追加することなく、スイッチ６４をＯＮ状態、ＯＦＦ状態に変更することが可能となる。

また、プランジャ６４ａとスイッチバー４ａの当接部４ｂとの間に板バネ６４ｂを介在させた構成とすることにより、プランジャ６４ａの動作方向と当接部４ｂの動作方向が直交する関係であっても、当接部４ｂの動作によってスムーズにプランジャ６４ａが動作することを可能としている。なお、スイッチバー４ａを設けず直接スイッチ操作部４がプランジャ６４ａと当接する構成としても良く、この場合であっても、スイッチ操作部４の動作方向とプランジャ６４ａの動作方向が直交している場合、板バネ６４ｂを介在させることが望ましい。

また、本実施形態のようなディスクグラインダでは、ハウジング内部に鉄粉が侵入する恐れがあるが、スイッチ６４をプランジャ６４ａの突出、非突出状態で出力信号が切り替わるマイクロスイッチで構成したことにより、スイッチ６４付近に鉄粉が侵入したとしても鉄粉による誤動作の発生が抑えられる。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施例においては電動工具１の例としてグラインダを用いて説明したが、グラインダだけに限られずその他の電動工具においても同様に適用でき、例えばセーバソーやマルチカッタ、ドライバやインパクトドライバなどにおいても同様に適用できる。

１電動工具、２モータハウジング、２ａリブ、２ｂ軸受ホルダ部、３リヤカバー、３ａ風窓、３ｂ電源コード、４スイッチ操作部、４ａスイッチバー、４ｂ当接部、５モータ、６回転軸、６ａ，６ｂバランサ、７ロータ、８永久磁石、９ステータ、１０シール部材、１１，１２インシュレータ、１３コイル、１４ａ，１４ｂ軸受、１５冷却ファン、１６ファンカバー、１７変速ダイヤル、１８センサ磁石、２０軸受ホルダ、２０ａ開口、２１ギヤケース、２１ｂ貫通穴、２１ｃ貫通穴、２２，２３傘歯車、２４スピンドル、２５メタル、２６軸受、２７スピンドルカバー、２８取付ベース、３０砥石、３１ワッシャナット、３２ホイールガード、３５商用交流電源、４０ケース、４０ａ開口面、４１ａ前面、４１ｂ後面、４１ｃ、４１ｄ側面、４１ｅ底面、４２筒部、４２ａ，４２ｂネジ穴、４２ｃ，４２ｄ，４２ｅネジ、４３電源コード保持部、４４スイッチ基板保持部、４５ａ、４５ｂ段差部、４６ａネジボス、４７案内レール部、６０回路基板、６４スイッチ、６４ａプランジャ、６４ｂ板バネ、６５速度調整基板、６６可変抵抗、６８センサ基板、６９回転位置検出素子、７０電源回路、７１ダイオードブリッジ、７２チョークコイル、７３バリスタ、７５平滑回路、７６電解コンデンサ、７８抵抗、８０インバータ回路、９０定電圧電源回路、９１ＩＰＤ回路、９２レギュレータ、９３コンデンサ、９４電解コンデンサ、９６ダイオード、１００演算部（マイコン）、１０２電流検出抵抗、Ｑ１〜Ｑ６スイッチング素子

Claims

ステータ、ロータ、前記ロータが固定される回転軸を有するブラシレスモータと、
前記回転軸を支持する軸受を保持するハウジングとを有する電動工具であって、
前記回転軸外周に、前記ロータを固定する領域から前記軸受の手前まで延在する絶縁部材からなるモールドを設けると共に、前記モールド上であって前記ロータと前記軸受との間に金属材料からなるバランサを設け、
前記バランサの前記軸受側を向く内周部分に凹部を設けたことを特徴とする電動工具。
前記凹部の外周側面は、前記軸受に向かうに従って径方向外側に向かうよう傾斜した形状であることを特徴とする請求項１記載の電動工具。
前記凹部よりも径方向外側に位置する前記バランサの部分を外周部とし、
前記モールドの前記軸受側の端部と前記外周部の前記軸受側かつ最も径方向内側に位置する部分とを結ぶ距離を第１距離とし、
前記モールドの前記軸受側の端部と前記凹部の前記軸受側かつ最も径方向内側に位置する部分とを結ぶ距離を第２距離としたとき、
前記第２距離は前記第１距離以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の電動工具。
前記回転軸は前後方向に延び、
前記軸受は、前記ロータの後方側で前記回転軸を支持する後方軸受であり、
さらに、前記ロータの前方側で前記回転軸を支持する前方軸受を有し、
前記前方軸受と前記ロータとの間には、ファンが設けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電動工具。