JP6626944B2

JP6626944B2 - 電動工具

Info

Publication number: JP6626944B2
Application number: JP2018169926A
Authority: JP
Inventors: 由浩伊藤
Original assignee: Makita Corp
Current assignee: Makita Corp
Priority date: 2018-09-11
Filing date: 2018-09-11
Publication date: 2019-12-25
Anticipated expiration: 2033-03-12
Also published as: JP2018187766A

Description

本発明は、ネジ締め作業に用いられるスクリュードライバ等の電動工具に関する。

特許文献１に開示の如く、ネジ締め電動工具は、モータを収容したハウジングの前端部に、モータによって回転駆動する第１のスピンドルと、先端工具を保持可能な第２のスピンドルとを有し、第２のスピンドルが後退した際に第１のスピンドルの回転が第２のスピンドルに伝達されることでネジ締めを可能とする回転駆動部を備えている。

特開２０１０−４６７３９号公報

上記従来のネジ締め電動工具においては、モータとして整流子モータを使用しているが、ブラシの摩耗による耐久性の問題が生じる上、コンパクト化の障害になるおそれもあった。

そこで、本発明は、好適な耐久性が得られてコンパクト化も達成できる電動工具を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、前後方向に延びる回転軸を有するブラシレスモータと、ブラシレスモータを収容して前後方向に延びる筒状のモータハウジングと、モータハウジングの後部に繋がり、グリップ部を有する環状ハウジングと、モータハウジングの前部に繋がるギヤハウジングと、ギヤハウジングの前部に配置される先端工具装着部と、を有し、ブラシレスモータの後側に、回転検出素子を有するセンサ回路基板が、回転軸と直交して上下方向に延びる向きで配置され、環状ハウジングにおけるブラシレスモータよりも下方には、後方に向かって下り傾斜する傾斜部分が形成されて、傾斜部分内に、マイコンを搭載してブラシレスモータを制御する制御回路基板が、傾斜部分の傾斜に沿った姿勢で、且つモータハウジングの軸線と交差する横向き姿勢で収容されて、センサ回路基板の下部と制御回路基板の上部との間に信号用リード線が接続されていることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、制御回路基板の前方上側への延長上にセンサ回路基板が位置していることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の構成において、制御回路基板には、先端工具装着部の前方を照射するライトが電気的に接続されていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかの構成において、ブラシレスモータを駆動させるバッテリーパックを有することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れかの構成において、制御回路基板の上面とセンサ回路基板の後面とが信号用リード線により接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、ブラシレスモータの採用により、動力伝達効率が高くなってコンパクト化が期待できる。また、ブラシを用いないので耐久性も向上する。

形態１のスクリュードライバの説明図である。形態２のスクリュードライバの説明図である。Ａ−Ａ線断面図である。形態３のスクリュードライバの説明図である。Ｂ−Ｂ線断面図である。形態４のスクリュードライバの説明図である。Ｃ−Ｃ線断面図である。形態５のスクリュードライバの説明図である。Ｄ−Ｄ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説明する。
［形態１］
図１は、ネジ締め電動工具の一例であるスクリュードライバの説明図である。スクリュードライバ１は、筒状のモータハウジング２を前後方向（図１の右側を前方とする。）の略中央に有し、モータハウジング２の前側に筒状のギヤハウジング３及び先端ハウジング４を、後側にグリップハウジング５をそれぞれ配置してハウジングが形成される。但し、グリップハウジング５は、左右の半割ハウジング５ａ，５ｂに２分割されており、左側の半割ハウジング５ｂはモータハウジング２と一体形成されている。６，６・・は半割ハウジング５ａ，５ｂを組み付けるネジである。また、ギヤハウジング３及び先端ハウジング４は、先端ハウジング４の前方から貫通してモータハウジング２にねじ込まれるネジ７によって組み付けられる。

グリップハウジング５は、前後方向の中央上側が透孔５ｃとなる環状で、透孔５ｃの後方がグリップ部８となっており、グリップハウジング５の後端下部には、商用電源が供給される電源コード９が引き込まれている。また、グリップ部８内には、前方にトリガ１０ａを突出させたトリガスイッチ１０が収容されて、グリップハウジング５の前側下部には、制御回路基板１１が、後側下部には、電源用リード線１２を介して制御回路基板１１と電気的に接続される整流回路基板１３がそれぞれ収容されている。トリガスイッチ１０は、スイッチ用リード線１０ｂを介して制御回路基板１１と電気的に接続されている。
この制御回路基板１１と整流回路基板１３とは、それぞれ樹脂製のケース１４に収容され、各ケース１４が、グリップハウジング５の内面に立設されたリブ１５，１５・・によって保持されている。この保持状態で制御回路基板１１と整流回路基板１３とは、半割ハウジング５ａ，５ｂの合わせ面と平行な縦向き姿勢となる。なお、制御回路基板１１及び整流回路基板１３は、ウレタン等によりコーティングして防塵、防水加工を施してもよい。

また、グリップハウジング５の前側上部には、レバー１６ａを備えた正逆切替用のレバースイッチ１６が、グリップハウジング５の内面に立設された保持壁１７によって保持されている。このレバースイッチ１６は、切替用リード線１８を介して制御回路基板１１へ電気的に接続されている。さらに、グリップハウジング５の下端で制御回路基板１１の下方には、ＬＥＤ１９が斜め前方を向く姿勢で収容されて、ＬＥＤ用リード線２０を介して制御回路基板１１に電気的に接続されている。

ここで、制御回路基板１１には、マイコン２１と６個のスイッチング素子２２，２２・・とが搭載され、整流回路基板１３には、ダイオードブリッジ２３とコンデンサ２４とが搭載されている。
電源コード９は、整流回路基板１３の下部に接続されており、電源コード９から交流で整流回路基板１３に入力された電力は、ダイオードブリッジ２３によって整流され、コンデンサ２４で平滑化された後に制御回路基板１１に駆動用電源として供給されることになる。
なお、トリガ１０ａを操作すると、マイコン２１にトリガ１０ａの操作量が信号として伝達されて、後述するブラシレスモータ２５の回転を制御する。このとき、整流後の電圧を下げる降圧回路を介してマイコン２１に電圧が供給されるようになっている。

一方、モータハウジング２には、ブラシレスモータ２５が収容されている。このブラシレスモータ２５は、内周側に電気絶縁部材２７を介してコイル２８が巻回されるステータコア２６と、軸心に回転軸３０を有してロータコア３１及び永久磁石４つを備えるロータ２９とからなる。ステータコア２６は、モータハウジング２の内面に形成したリブ３２，３２・・によって、回転軸３０を前後方向に向けてモータハウジング２と同軸となる姿勢で保持されており、回転軸３０は、モータハウジング２の後面を閉塞する仕切壁３３に保持された軸受３４と、ギヤハウジング３に保持された軸受３５とによって回転可能に支持されている。回転軸３０の前部で軸受３５より後方には、遠心ファン３６が固着されている。

また、電気絶縁部材２７の後端には、円板状のセンサ回路基板３７がネジ止めされている。このセンサ回路基板３７の前面には、ロータ２９の磁石の位置を検出して回転検出信号を出力する３つの回転検出素子３８，３８・・が配置されている。このセンサ回路基板３７には、コイル２８が、端末を後方へ伸ばしてセンサ回路基板３７を貫通させることにより電気的に接続されている。さらに、センサ回路基板３７と制御回路基板１１との間には、３本の出力電源線３９，３９，３９と、回転検出素子３８の信号用リード線４０，４０・・とが電気的に接続されている。この出力電源線３９及び信号用リード線４０は、センサ回路基板３７に対してはその下部３７ａに、制御回路基板１１に対してはその上部１１ａにそれぞれ接続されて、仕切壁３３の下部には、これらの配線を通すための透孔３３ａが形成されている。このように透孔３３ａが下部にあることで、水が溜まりにくくなると共に、リード線の引き回しも楽となる。
４１は、センサ回路基板３７の径方向外側でモータハウジング２の上面に形成された吸気口、４２は、遠心ファン３６の径方向外側でギヤハウジング３の上面に形成された排気口である。これらの吸気口４１及び排気口４２は、ハウジングの上部に配置されているが、左右の側面に複数配置されるように形成してもよい。

そして、先端ハウジング４内には、出力部４３が設けられている。この出力部４３は、ギヤハウジング３に軸受４５を介して軸支される第１スピンドル４４と、先端ハウジング４に軸受４７を介して軸支される第２スピンドル４６とを備える。第１スピンドル４４は、後部にギヤ４８を一体に固着し、そのギヤ４８を、回転軸３０の前端に固着したピニオン３０ａと噛合させている。また、ギヤ４８の前方には、カム４９が、ボール５０を介して回転方向で一体に結合されている。

一方、第２スピンドル４６は、第１スピンドル４４の前方で前後移動可能に同軸配置され、前端には、先端工具であるドライバビット５２が差し込み装着可能な装着孔５１が形成され、後端には、カム４９と対向するカム部５３が形成されている。このカム部５３は、カム４９の正回転方向で噛み合うもので、カム４９とカム部５３との間にはコイルバネ５４が介在されている。
なお、第１スピンドル４４の先端は、第２スピンドル４６の後部に形成した有底孔５５に挿入されて、両スピンドル４４，４６の間に、逆回転方向で係合するワンウエイクラッチ５６が設けられている。５７は、先端ハウジング４の前端へ前後位置を変更可能に嵌着された深さ調整用のキャップである。

以上の如く構成されたスクリュードライバ１においては、第２スピンドル４６に装着したドライバビット５２を締め付け対象のネジに押し付けて第２スピンドル４６を後退させると、カム部５３が第１スピンドル４４のカム４９と係合する。この状態でトリガ１０ａを押し込み操作してトリガスイッチ１０をＯＮさせると、商用電源が供給されてブラシレスモータ２５が駆動する。すなわち、制御回路基板１１のマイコン２１が、センサ回路基板３７の回転検出素子３８から出力されるロータ２９の磁石の位置を示す回転検出信号を得てロータ２９の回転状態を取得し、取得した回転状態に応じて各スイッチング素子２２のＯＮ／ＯＦＦを制御し、ステータコア２６の各コイル２８に対し順番に電流を流すことでロータ２９を回転させるものである。

こうしてロータ２９が回転すると、回転軸３０及びピニオン３０ａも回転してギヤ４８を介して第１スピンドル４４を回転させる。よって、カム４９と係合する第２スピンドル４６が回転してドライバビット５２によるネジ締めが可能となる。ネジ締めが進んで第２スピンドル４６が前進し、カム部５３がカム４９から外れると、第２スピンドル４６の回転が停止してネジ締めが終了する。
一方、ネジを緩める場合は、レバースイッチ１６を逆回転側に切り替えると、マイコン２１の制御によってロータ２９が逆回転し、第１スピンドル４４が逆回転する。第１スピンドル４４と第２スピンドル４６との間にはワンウエイクラッチ５６が設けられているため、第２スピンドル４６も逆回転し、ドライバビット５２によるネジの緩めが可能となる。

なお、回転軸３０と共に遠心ファン３６が回転すると、吸気口４１から吸引された空気がセンサ回路基板３７及びステータコア２６とロータ２９との間を通過して排気口４２から排出される。これによりセンサ回路基板３７及びブラシレスモータ２５が冷却される。
また、トリガスイッチ１０のＯＮと共に制御回路基板１１から通電されてＬＥＤ１９が点灯する。よって、ドライバビット５２の前方が照射されて暗い場所でも作業性は維持できる。

このように、上記形態１のスクリュードライバ１によれば、ブラシレスモータ２５の採用により、動力伝達効率が高くなってコンパクト化が期待でき、低電力でネジ締めが可能となる。また、ブラシを用いないので耐久性も向上する。
特にここでは、ブラシレスモータ２５の後部にセンサ回路基板３７を固定しているので、配線が容易となり、遠心ファン３６も大型のものが使用できる利点がある。
また、レバースイッチ１６の下方に制御回路基板１１があるので配線が容易となる。さらに、センサ回路基板３７の下方に制御回路基板１１があることでも配線が容易となっている。

次に，本発明の他の形態を説明する。但し、上記形態１と同じ構成部には同じ符号を付して重複する説明は省略する。

［形態２］
図２に示すスクリュードライバ１Ａにおいては、図３に示すように、制御回路基板１１及び整流回路基板１３の向きが横向き（モータハウジング２の軸線と交差する向き）となっている点が形態１と異なっている。

このように、上記形態２のスクリュードライバ１Ａにおいても、ブラシレスモータ２５の採用により、動力伝達効率が高くなってコンパクト化が期待でき、低電力でネジ締めが可能となる。また、ブラシを用いないので耐久性も向上する等、形態１と同じ効果が得られる。
特にここでは、制御回路基板１１及び整流回路基板１３が横向きとなっているので、グリップハウジング５の下部が前後方向にスリム化する利点がある。

［形態３］
図４に示すスクリュードライバ１Ｂにおいては、整流回路基板１３がグリップハウジング５の前後方向の中央下部で、半割ハウジング５ａ，５ｂの合わせ面と平行な縦向き姿勢で収容される一方、制御回路基板１１とレバースイッチ１６との位置が入れ替えられている。制御回路基板１１は、グリップハウジング５内に立設した上下の支持壁５８，５８によって、モータハウジング２の軸線と直交する向きに支持されている。
また、ここでは制御回路基板１１の後方でグリップハウジング５に吸気口４１が形成されると共に、モータハウジング２の仕切壁３３に通気孔５９が形成されている。
さらに、図５に示すように、スイッチング素子２２はセンサ回路基板３７の後面に設けられている。なお、図５において、６０はセンサ回路基板３７を取り付けるネジ、６１は電気絶縁部材２７の後端面に突設されてセンサ回路基板３７の小孔に嵌合する突起、６２はコイル接続部である。

よって、このスクリュードライバ１Ｂでは、ブラシレスモータ２５が駆動して遠心ファン３６が回転すると、吸気口４１から吸引された空気は、制御回路基板１１を通過して通気孔５９からモータハウジング２内に進入し、センサ回路基板３７及びブラシレスモータ２５を通過して排気口４２から排出される。これにより、センサ回路基板３７やブラシレスモータ２５に加えて制御回路基板１１も冷却されることになる。

このように、上記形態３のスクリュードライバ１Ｂにおいても、ブラシレスモータ２５の採用により、動力伝達効率が高くなってコンパクト化が期待でき、低電力でネジ締めが可能となる。また、ブラシを用いないので耐久性も向上する等、形態１と同じ効果が得られる。
さらに、ここではグリップハウジング５が上下方向に小さくなって一層のコンパクト化が可能となっている。
なお、この形態ではスイッチング素子２２を制御回路基板１１に設けてもよい。

［形態４］
図６に示すスクリュードライバ１Ｃにおいては、制御回路基板１１と整流回路基板１３、レバースイッチ１６の配置は形態３と同じであるが、ここでは図７にも示すように、制御回路基板１１は上下に二分割されて、上側の第１制御回路基板１１Ａの前面にスイッチング素子２２が、下側の第２制御回路基板１１Ｂの前面にマイコン２１がそれぞれ搭載されている。６３は、両制御回路基板１１Ａ，１１Ｂの間に嵌入されて両基板を非接触状態で保持する横断面Ｈ型のスペーサ、６４は両制御回路基板１１Ａ，１１Ｂを電気的に接続するリード線である。
また、ここではブラシレスモータ２５にセンサ回路基板が設けられておらず、ステータコア２６のコイル２８の逆起電力をフィルタを通して論理信号として取出すことによりロータ２９の位置を検出するセンサレス方式となっている。６４ａは、ブラシレスモータ２５のコイル２８と第２制御回路基板１１Ｂとを電気的に接続するリード線である。

よって、上記形態４のスクリュードライバ１Ｃにおいても、ブラシレスモータ２５の採用により、動力伝達効率が高くなってコンパクト化が期待でき、低電力でネジ締めが可能となる。また、ブラシを用いないので耐久性も向上する等、形態１と同じ効果が得られる。
特にここでは、制御回路基板１１がスイッチング素子２２を搭載した第１制御回路基板１１Ａと、マイコン２１を搭載した第２制御回路基板１１Ｂと２分割されているため、スイッチング素子２２の動作によって第１制御回路基板１１Ａ側で発生した熱が第２制御回路基板１１Ｂへ伝わりにくくなり、マイコン２１が熱から保護される利点がある。
また、第１制御回路基板１１Ａと第２制御回路基板１１Ｂとを冷却風で冷却できる（図７に示す第１、第２制御回路基板１１Ａ，１１Ｂの左右の空間Ｓ，Ｓ・・が冷却風路となる。）。
なお、ここではグリップハウジング５の下部に吸気口４１を形成して、整流回路基板１３のダイオードブリッジ２３とコンデンサ２４とを冷却した後、第１、第２制御回路基板１１Ａ，１１Ｂを冷却して、その後ブラシレスモータ２５を冷却するようにしてもよい。

［形態５］
図８に示すスクリュードライバ１Ｄにおいては、制御回路基板１１及び整流回路基板１３の配置及び向きは形態２と同じであるが、ブラシレスモータ２５の向きが前後逆となって、センサ回路基板３７が前側、遠心ファン３６が後側となっている。また、ここでは図９に示すように、センサ回路基板３７の前面にスイッチング素子２２が搭載されている。
さらに、モータハウジング２の仕切壁３３に通気孔５９が形成され、モータハウジング２内には、遠心ファン３６の外周へ排出される空気を通気孔５９側へ導くバッフルプレート６５が設けられている。また、グリップハウジング５内には、通気孔５９の後方で仕切壁３３と保持壁１７とを繋ぎ、通気孔５９を通る空気を下方へ導く案内板６６が設けられている。そして、グリップハウジング５における整流回路基板１３の後側に排気口４２が形成されている。よって、ここではモータハウジング２におけるセンサ回路基板３７の径方向外側に吸気口４１が形成されている。

以上の如く構成されたスクリュードライバ１Ｄでは、ブラシレスモータ２５が駆動して遠心ファン３６が回転すると、吸気口４１から吸引された空気は、センサ回路基板３７及びブラシレスモータ２５を通過した後、遠心ファン３６の外周からバッフルプレート６５によって後方へガイドされる。そして、通気孔５９を通ってグリップハウジング５内に至り、案内板６６によって下向きに向きを変え、レバースイッチ１６、制御回路基板１１、整流回路基板１３を通過して排気口４２から排出される。これにより、センサ回路基板３７及びブラシレスモータ２５に加えて制御回路基板１１及び整流回路基板１３がそれぞれ冷却される。

このように、上記形態５のスクリュードライバ１Ｄにおいても、ブラシレスモータ２５の採用により、動力伝達効率が高くなってコンパクト化が期待でき、低電力でネジ締めが可能となる。また、ブラシを用いないので耐久性も向上する等、形態１と同じ効果が得られる。
特にここでは、ブラシレスモータ２５の冷却用空気を制御回路基板１１や整流回路基板１３の冷却にも利用できる利点がある。

なお、各形態に共通して、グリップハウジングは半割ハウジングの一方がモータハウジングと一体化される構造に限らず、両方がモータハウジングと別体で組み付けられる構造であってもよい。一方、モータハウジングとギヤハウジング、先端ハウジングはそれぞれ別体となっているが、一部又は全部が一体となっていてもよいし、グリップハウジングを含む全体のハウジングを繋げて左右に２分割することも可能である。
また、駆動電源は商用電源となっているが、ハウジングに装着したバッテリーパックを電源とするＤＣ工具であっても本発明は適用可能である。また、スクリュードライバ以外の他の電動工具にも本発明は適用可能である。

１，１Ａ〜１Ｄ・・スクリュードライバ、２・・モータハウジング、３・・ギヤハウジング、４・・先端ハウジング、５・・グリップハウジング、９・・電源コード、１０・・トリガスイッチ、１１・・制御回路基板、１３・・整流回路基板、１４・・ケース、１６・・レバースイッチ、２１・・マイコン、２２・・スイッチング素子、２５・・ブラシレスモータ、２６・・ステータコア、２７・・電気絶縁部材、２８・・コイル、２９・・ロータ、３０・・回転軸、３６・・遠心ファン、３７・・センサ回路基板、３８・・回転検出素子、４１・・吸気口、４２・・排気口、４３・・出力部、４４・・第１スピンドル、４６・・第２スピンドル、４９・・カム、５２・・ドライバビット、５４・・コイルバネ。

Claims

前後方向に延びる回転軸を有するブラシレスモータと、
前記ブラシレスモータを収容して前後方向に延びる筒状のモータハウジングと、
前記モータハウジングの後部に繋がり、グリップ部を有する環状ハウジングと、
前記モータハウジングの前部に繋がるギヤハウジングと、
前記ギヤハウジングの前部に配置される先端工具装着部と、を有し、
前記ブラシレスモータの後側に、回転検出素子を有するセンサ回路基板が、前記回転軸と直交して上下方向に延びる向きで配置され、
前記環状ハウジングにおける前記ブラシレスモータよりも下方には、後方に向かって下り傾斜する傾斜部分が形成されて、前記傾斜部分内に、マイコンを搭載して前記ブラシレスモータを制御する制御回路基板が、前記傾斜部分の傾斜に沿った姿勢で、且つ前記モータハウジングの軸線と交差する横向き姿勢で収容されて、
前記センサ回路基板の下部と前記制御回路基板の上部との間に信号用リード線が接続されていることを特徴とする電動工具。
前記制御回路基板の前方上側への延長上に前記センサ回路基板が位置していることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
前記制御回路基板には、前記先端工具装着部の前方を照射するライトが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動工具。
前記ブラシレスモータを駆動させるバッテリーパックを有することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の電動工具。
前記制御回路基板の上面と前記センサ回路基板の後面とが前記信号用リード線により接続されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の電動工具。