JP6724437B2

JP6724437B2 - 電動工具

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Publication number: JP6724437B2
Application number: JP2016048847A
Authority: JP
Inventors: 拓家吉成; 直樹田所
Original assignee: Koki Holdings Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2016-03-11
Publication date: 2020-07-15
Anticipated expiration: 2036-03-11
Also published as: JP2017159434A

Description

本発明は、ボード用ドライバ等の電動工具に関する。

下記特許文献１は、ＡＣ駆動の電動工具において、電源回路ユニットを収容する収容室あるいは制御回路を、電動モータの径方向外側に設けた構成を開示する。下記特許文献２は、ＡＣ駆動のインパクトドライバにおいて、ハンドル部下方の基板収容部にダイオードブリッジを備えた電源回路基板と制御回路基板を設けた構成を開示する。

特開２０１５−１００８８７号公報特開２０１５−１０７５５４号公報

特許文献１のように電動モータの径方向外側に回路部品を設ける構成は、ハウジングのモータ収容部の大径化につながる。一方、特許文献２の構成では、２つの回路基板が基板収容部に配置されることになり、基板収容部が大型化する。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、従来と比較して小型化に有利な構成の電動工具を提供することにある。

本発明のある態様は、電動工具である。この電動工具は、
前後方向に延びる出力軸を有するモータと、
前記モータを収容するモータ収容部と、前記前後方向において前記モータ収容部と間隔をおいて設けられるハンドル部と、前記モータ収容部と前記ハンドル部を接続する接続部と、を有するハウジングと、
前記出力軸の前方側を支持する第１軸受け、及び、後方側を支持する第２軸受けと、
前記モータ収容部に前記出力軸に対して交差するよう設けられ、前記前後方向において相互に対向する第１及び第２基板と、を備え、
前記前後方向において、
前記ハウジングの前方から、前記第１軸受け、前記モータ、前記第１基板、前記第２軸受け、前記第２基板、前記ハンドル部の順に配置され、
前記第２基板に設けられた回路部品の一部と、前記第２軸受けを保持する軸受け保持部と、の位置が重複する。

前記第２軸受けの下側において、前記第２基板の前方側の面に設けられた前記回路部品の一部と、前記第２軸受けと、の位置が前記前後方向で重複してもよい。
前記第１基板は、前記モータの回転検出用のセンサ基板、若しくは前記モータへの通電用のスイッチング素子基板、又はそれらを複合した基板であり、
前記第２基板は、少なくとも整流回路が設けられた電源基板、若しくは少なくとも演算部が設けられた制御基板、又はそれらを複合した基板であり、
前記第１基板及び前記第２基板は前記出力軸に対して略直交するように前記ハウジング内に収容され、
前記第１基板が前記第２基板よりも前記モータのステータ寄りに配置されてもよい。
前記前後方向において、前記整流回路を構成する回路部品と、前記第２軸受け又は前記第２軸受けを保持する軸受け保持部と、の位置が重複してもよい。
前記出力軸が延びる方向において、前記モータへの導通用のスイッチング素子と、前記第２軸受け又は前記第２軸受けを保持する軸受け保持部と、の位置が重複してもよい。

前記第１基板は、複数のスイッチング素子が設けられたスイッチング素子基板であり、
前記複数のスイッチング素子は、前記第１基板に倒した状態で設けられた第１スイッチング素子と、前記第１基板に立てた状態で設けられた第２スイッチング素子と、を含み、
前記第１スイッチング素子を倒してあることで生まれた空間に、前記ハウジングの前記第２軸受けを保持する軸受け保持部、又は前記第２基板に設けられた回路部品が延在してもよい。

本発明の別の態様は、電動工具である。この電動工具は、
前後方向に延びる出力軸を有するモータと、
前記モータを収容するモータ収容部と、前記前後方向において前記モータ収容部と間隔をおいて設けられるハンドル部と、前記モータ収容部と前記ハンドル部を接続する接続部と、を有するハウジングと、
前記出力軸の前方側を支持する第１軸受け、及び、後方側を支持する第２軸受けと、
前記モータ収容部に前記出力軸に対して交差するよう設けられ、前記前後方向において相互に対向する第１及び第２基板と、を備え、
前記第１基板は、複数のスイッチング素子が設けられたスイッチング素子基板であり、
前記複数のスイッチング素子は、前記第１基板に倒した状態で設けられた第１スイッチング素子と、前記第１基板に立てた状態で設けられた第２スイッチング素子と、を含み、
前記前後方向において、
前記ハウジングの前方から、前記第１軸受け、前記モータ、前記第１基板、前記第２軸受け、前記第２基板、前記ハンドル部の順に配置され、
前記第１基板に設けられた前記第２スイッチング素子と、前記第２軸受けを保持する軸受け保持部と、前記第２基板に設けられた回路部品の一部と、の位置が重複し、
前記第１スイッチング素子を倒してあることで生まれた空間に、前記第２基板に設けられた回路部品が延在する。
前記モータの前方側に設けられたファンを備え、前記ハウジングの、前記モータ収容部は、前記前後方向で前記モータの後方側となる位置に風窓を有してもよい。
前記モータ収容部以外の前記ハウジング内にフィルタ回路基板が設けられてもよい。

前記ハンドル部内にフィルタ回路基板が設けられてもよい。

前記モータ収容部に収容された、前記モータへの通電用のスイッチング素子基板を備えてもよい。

前記接続部内に平滑コンデンサが設けられてもよい。

前記モータがブラシレスモータであってもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、従来と比較して小型化に有利な構成の電動工具を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る電動工具１の左側断面図。電動工具１の左側面図。電動工具１の右側面図。電動工具１のハウジング２内の、モータ３、メイン基板２０、及びスイッチング素子基板３０の近傍の拡大左側面図。スイッチング素子基板３０側から見たメイン基板２０の拡大図。メイン基板２０側から見たスイッチング素子基板３０の拡大図。電動工具１の回路図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。図１により、前後、上下の各方向を定義する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本実施の形態の電動工具１は、交流駆動のボード用ドライバ（スクリュードライバ）であって、図１に示すように、ハウジング２と、モータ（電動モータ）３と、多板摩擦クラッチ４と、先端工具装着部５と、フィルタ基板１０と、第２基板としてのメイン基板２０と、第１基板としてのスイッチング素子基板（ＩＧＢＴ基板）３０と、を備える。

ハウジング２は、例えば樹脂成形体であり、モータ収容部２ａと、ハンドル部２ｂと、下側接続部２ｃと、上側接続部２ｄと、を含む。モータ収容部２ａは、モータ３を内部に収容する。ハンドル部２ｂは、モータ収容部２ａの後方に設けられる。ハンドル部２ｂには、使用者がモータ３への通電有無を切り替えるためのトリガスイッチ（操作スイッチ）７が設けられる。ハンドル部２ｂには、また、図３に示すように、オンロックスイッチ４３が設けられる。オンロックスイッチ４３は、トリガスイッチ７から手を離してもトリガスイッチ７がオン状態を維持するように固定（ロック）するオンロックの有効、無効を使用者が切り替えるためのスイッチである。ハンドル部２ｂの下端部からは、図７に示す外部交流電源５０に接続するための電源コード９が延びる。下側接続部２ｃは、モータ収容部２ａとハンドル部２ｂの下端部とを接続する。上側接続部２ｄは、モータ収容部２ａとハンドル部２ｂの上端部とを接続する。下側接続部２ｃ内には、平滑コンデンサ２５が設けられる。下側接続部２ｃには、使用者がモータ３の正転、逆転を切り替えるための正逆切替スイッチ８が設けられる。図２及び図３に示すように、モータ収容部２ａの後端部両側面には、メイン基板２０の近傍かつ後方となる位置に吸気口（風窓）２ｆが設けられる。モータ収容部２ａの前端部両側面には、ファン４４の近傍となる位置に排気口（風窓）２ｇが設けられる。

モータ３は、ここではブラシレスモータであり、ハウジング２のモータ収容部２ａに収容される。モータ３の出力軸３ａは、ハウジング２に支持された軸受け（ベアリング）４１,４２により、ハウジング２に対して回転可能に支持される。図４に示すように、モータ３は、ロータ３ｂ及びステータ３ｃを含む。モータ３の出力軸３ａには、ステータ３ｃの前方となる位置にファン４４が設けられる。ファン４４は、ここでは遠心ファン（ラジアルファン）である。

多板摩擦クラッチ４は、特許文献１のねじ締め機における多板摩擦クラッチと同様の構成であり、モータ３の回転を先端工具装着部５に伝達する。先端工具装着部５は、特許文献１のねじ締め機における先端工具装着部と同様の構成であり、先端工具としてのビット６を装着保持する。先端工具装着部５には、前方から着脱可能なカバー４５が取り付けられる。先端工具装着部５に装着されたビット６は、カバー４５の前面（先端面）から僅かに突出する。電動工具１におけるネジ締め、ネジ外しの作業は、特許文献１のねじ締め機と同様に行うことができる。

フィルタ基板１０は、ハウジング２のハンドル部２ｂに収容される。フィルタ基板１０には、図７に示すように、フィルタ回路を構成する各部品、すなわちヒューズ１１、バリスタ１２、パターンヒューズ１３、コンデンサ１４、抵抗１５、及びチョークコイル１６が設けられる。ヒューズ１１は、スイッチング素子基板３０に設けられた図７のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が短絡した場合の保護用である。バリスタ１２は、サージ電圧吸収用である。パターンヒューズ１３は、バリスタ１２が働いた場合に線間がショートするのを防止する役割を持つ。コンデンサ１４及びチョークコイル１６は、線間のノイズ除去用である。抵抗１５は、コンデンサ１４の放電抵抗である。

図４に示すように、メイン基板２０は、モータ３の出力軸３ａの後端側を支持する軸受け４１の後方において、モータ３の出力軸３ａと略垂直になるように設けられる。メイン基板２０は、電源基板及び制御基板を複合した基板であり、電源基板としての機能、及び制御基板としての機能を併せ持つ。メイン基板２０のスイッチング素子基板３０側の面には、図５に示すように、制御部としての演算部（マイコン）２１、ＩＰＤ回路（補助電源生成回路）２２、整流回路としてのダイオードブリッジ２３、及び電解コンデンサ２４が設けられると共に、図７においてメイン基板２０の枠内に示される他の各素子が設けられる。

演算部２１は、図７に示すように、トリガスイッチ７のオンオフ、正逆切替スイッチ８の状態、ホール素子３３の出力電圧（モータ３の回転位置情報）、抵抗３４の電圧（モータ３に流れる電流）等に応じて、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオンオフを制御（例えばＰＷＭ制御）し、モータ３の動作（駆動、停止）を制御する。ＩＰＤ回路２２は、インテリジェント・パワー・デバイス（Intelligent Power Device）であるＩＰＤ素子２２ａやコンデンサ２２ｂ等により構成された回路であり、ダイオードブリッジ２３及び電解コンデンサ２４によって整流、平滑された電圧を例えば約１８Ｖに降圧するＤＣ−ＤＣスイッチング電源回路である。ＩＰＤ回路２２は、集積回路であり、消費電力が小さく省エネルギーであるというメリットがある。ＩＰＤ回路２２の出力電圧は、図７に示すレギュレータ２６によって例えば約５Ｖに更に降圧され、演算部２１に動作電圧（電源電圧）として供給される。ダイオードブリッジ２３は、フィルタ基板１０のフィルタ回路からの出力電圧を全波整流する。電解コンデンサ２４は、サージ吸収用である。平滑コンデンサ２５は、ダイオードブリッジ２３の出力電圧を平滑する。

図４に示すように、スイッチング素子基板３０は、軸受け４１の前方かつステータ３ｃの後方において、モータ３の出力軸３ａと略垂直になるように設けられる。すなわち、メイン基板２０及びスイッチング素子基板３０は、軸受け４１（及びそれを保持するハウジング２の軸受け保持部２ｅ）を挟んで出力軸３ａの延出方向において相互に対向する。図６に示すように、スイッチング素子基板３０のメイン基板２０側の面には、ＩＧＢＴやＦＥＴ等の複数のスイッチング素子が設けられる。この複数のスイッチング素子は、スイッチング素子基板３０に倒した状態（スイッチング素子の長手方向が基板３０に対して略平行）で設けられた第１スイッチング素子３１と、スイッチング素子基板３０に立てた状態（スイッチング素子の長手方向が基板に対して略垂直）で設けられた第２スイッチング素子３２と、を含む。ここでは、図６に示すように、第１スイッチング素子３１及び第２スイッチング素子３２をそれぞれ３個としている。なお、図１及び図６に示す第１スイッチング素子３１及び第２スイッチング素子３２（合計６個）は、図７のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に対応する。なお、スイッチング素子基板３０はステータ３ｃの後端に接続（固定）されている。

図４に示すように、スイッチング素子基板３０に対して第１スイッチング素子３１を倒してあることで生まれた空間、すなわちスイッチング素子基板３０に対して第１スイッチング素子３１を立たせたら第１スイッチング素子３１が存在していた空間に、ハウジング２の軸受け保持部（ベアリング室）２ｅ、及びメイン基板２０に設けられたダイオードブリッジ２３等の回路部品が延在する。なお、図４において、ファン４４の図示は省略している。スイッチング素子基板３０には、第１スイッチング素子３１及び第２スイッチング素子３２の他に、図７に示す、モータ３の回転位置を検出するためのホール素子（磁気センサ）３３及びモータ３に流れる電流を検出するための抵抗３４が設けられる。すなわち、スイッチング素子基板３０は、モータ３の回転検出用のセンサ基板としての機能を併せ持つ。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) メイン基板２０及びスイッチング素子基板３０が、モータ３の出力軸３ａの延出方向において相互に対向するように配置されるため、モータ３の径方向外側に電源回路や制御回路を設ける構成と比較して、ハウジング２のモータ収容部２ａを小径化でき、電動工具１の小型化に有利である。

(2) メイン基板２０及びスイッチング素子基板３０が、軸受け４１を挟んで相互に対向するように配置され、メイン基板２０に設けられたダイオードブリッジ２３等の回路部品、スイッチング素子基板３０に立てた状態で設けられた第２スイッチング素子３２、及び軸受け４１の、モータ３の出力軸３ａの方向における位置が相互に重複するため、ハウジング２のモータ収容部２ａの長さ増大を抑制でき、電動工具１の小型化に有利である。

(3) 第１スイッチング素子３１がスイッチング素子基板３０に倒した状態で設けられ、第１スイッチング素子３１が倒してあることで生まれた空間に、ハウジング２の軸受け保持部２ｅ、及びメイン基板２０に設けられたダイオードブリッジ２３等の回路部品が延在するため、全てのスイッチング素子がスイッチング素子基板３０上に立てた状態で設けられる場合と比較して、メイン基板２０及びスイッチング素子基板３０の対向距離を縮めることができ、ハウジング２のモータ収容部２ａの長さ増大を抑制でき、電動工具１の小型化に有利である。

(4) スイッチング素子基板３０に第２スイッチング素子３２を立ててあることで、全てのスイッチング素子がスイッチング素子基板３０上に倒した状態で設けられる場合と比較して、スイッチング素子基板３０の面積を小さくすることができ、電動工具１の小型化に有利である。

(5) モータ３のステータ３ｃの後方においてメイン基板２０及びスイッチング素子基板３０を出力軸３ａの延出方向に相互に対向させ、ハウジング２の両側面にはメイン基板２０及びスイッチング素子基板３０の後方となる位置に吸気口２ｆを設けているため、ファン４４の働きによって吸気口２ｆから取り入れられた冷却風は、メイン基板２０、スイッチング素子基板３０、及びモータ３を冷却して排気口２ｇから排気されることになり、ダイオードブリッジ２３やスイッチング素子３１,３２等の発熱部品をモータ３と共に効率よく冷却できる。

(6) フィルタ基板１０がハウジング２のハンドル部２ｂ内に設けられるため、フィルタ基板１０をモータ３の径方向外側に設ける構成と比較してハウジング２のモータ収容部２ａを小径化でき、電動工具１の小型化に有利であると共に、フィルタ基板１０をモータ収容部２ａ内に設けられたスイッチング素子基板３０から離間させることができ、スイッチング素子基板３０が発生するノイズのフィルタ基板１０への影響を抑制できる。

(7) 平滑コンデンサ２５をメイン基板２０から出してハウジング２の下側接続部２ｃ内に設けているため、メイン基板２０の面積を抑制でき、電動工具１の小型化に有利である。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

電動工具１は、実施の形態で例示したボード用ドライバに限定されず、インパクトドライバ等の他の種類のものであってもよい。電動工具１は、交流駆動に限定されず、バッテリを電源とする直流駆動（コードレスタイプ）であってもよい。ハウジング２は、実施の形態のようにモータ収容部２ａとハンドル部２ｂとを下側接続部２ｃ及び上側接続部２ｄによって相互に接続するＤ型ハウジングに限定されず、筒状のモータ収容部からハンドル部が下方に突出するＴ型ハウジングであってもよい。この場合、フィルタ基板１０をハンドル部内に配置することで、ハンドル部下方の基板収容部を小型化できる。モータ３は、ブラシ付きモータ（整流子モータ）であってもよい。

１電動工具、２ハウジング、２ａモータ収容部、２ｂハンドル部、２ｃ下側接続部、２ｄ上側接続部、２ｅ軸受け保持部（ベアリング室）、２ｆ吸気口（風窓）、２ｇ排気口（風窓）、３モータ、３ａ出力軸、３ｂロータ、３ｃステータ、４多板摩擦クラッチ、５先端工具装着部、６ビット（先端工具）、７トリガスイッチ（操作スイッチ）、８正逆切替スイッチ、９電源コード、１０フィルタ基板、１１ヒューズ、１２バリスタ、１３パターンヒューズ、１４コンデンサ、１５抵抗、１６チョークコイル、２０メイン基板、２１演算部（マイコン）、２２ＩＰＤ回路（補助電源生成回路）、２２ａＩＰＤ素子、２２ｂコンデンサ、２３ダイオードブリッジ、２４電解コンデンサ、２５平滑コンデンサ、２６レギュレータ、３０スイッチング素子基板（ＩＧＢＴ基板）、３１第１スイッチング素子、３２第２スイッチング素子、３３ホール素子（磁気センサ）、３４抵抗、４１,４２軸受け（ベアリング）、４３オンロックスイッチ、４４ファン、４５カバー、５０外部交流電源

Claims

前後方向に延びる出力軸を有するモータと、
前記モータを収容するモータ収容部と、前記前後方向において前記モータ収容部と間隔をおいて設けられるハンドル部と、前記モータ収容部と前記ハンドル部を接続する接続部と、を有するハウジングと、
前記出力軸の前方側を支持する第１軸受け、及び、後方側を支持する第２軸受けと、
前記モータ収容部に前記出力軸に対して交差するよう設けられ、前記前後方向において相互に対向する第１及び第２基板と、を備え、
前記前後方向において、
前記ハウジングの前方から、前記第１軸受け、前記モータ、前記第１基板、前記第２軸受け、前記第２基板、前記ハンドル部の順に配置され、
前記第２基板に設けられた回路部品の一部と、前記第２軸受けを保持する軸受け保持部と、の位置が重複する、電動工具。
前記第２軸受けの下側において、前記第２基板の前方側の面に設けられた前記回路部品の一部と、前記第２軸受けと、の位置が前記前後方向で重複する、請求項１に記載の電動工具。
前記第１基板は、前記モータの回転検出用のセンサ基板、若しくは前記モータへの通電用のスイッチング素子基板、又はそれらを複合した基板であり、
前記第２基板は、少なくとも整流回路が設けられた電源基板、若しくは少なくとも演算部が設けられた制御基板、又はそれらを複合した基板であり、
前記第１基板及び前記第２基板は前記出力軸に対して略直交するように前記ハウジング内に収容され、
前記第１基板が前記第２基板よりも前記モータのステータ寄りに配置されている、請求項１又は２に記載の電動工具。
前記前後方向において、前記整流回路を構成する回路部品と、前記第２軸受け又は前記第２軸受けを保持する軸受け保持部と、の位置が重複する、請求項３に記載の電動工具。
前記出力軸が延びる方向において、前記モータへの導通用のスイッチング素子と、前記第２軸受け又は前記第２軸受けを保持する軸受け保持部と、の位置が重複する、請求項１から４のいずれか一項に記載の電動工具。
前記第１基板は、複数のスイッチング素子が設けられたスイッチング素子基板であり、
前記複数のスイッチング素子は、前記第１基板に倒した状態で設けられた第１スイッチング素子と、前記第１基板に立てた状態で設けられた第２スイッチング素子と、を含み、
前記第１スイッチング素子を倒してあることで生まれた空間に、前記ハウジングの前記第２軸受けを保持する軸受け保持部、又は前記第２基板に設けられた回路部品が延在する、請求項１から５のいずれか一項に記載の電動工具。
前後方向に延びる出力軸を有するモータと、
前記モータを収容するモータ収容部と、前記前後方向において前記モータ収容部と間隔をおいて設けられるハンドル部と、前記モータ収容部と前記ハンドル部を接続する接続部と、を有するハウジングと、
前記出力軸の前方側を支持する第１軸受け、及び、後方側を支持する第２軸受けと、
前記モータ収容部に前記出力軸に対して交差するよう設けられ、前記前後方向において相互に対向する第１及び第２基板と、を備え、
前記第１基板は、複数のスイッチング素子が設けられたスイッチング素子基板であり、
前記複数のスイッチング素子は、前記第１基板に倒した状態で設けられた第１スイッチング素子と、前記第１基板に立てた状態で設けられた第２スイッチング素子と、を含み、
前記前後方向において、
前記ハウジングの前方から、前記第１軸受け、前記モータ、前記第１基板、前記第２軸受け、前記第２基板、前記ハンドル部の順に配置され、
前記第１基板に設けられた前記第２スイッチング素子と、前記第２軸受けを保持する軸受け保持部と、前記第２基板に設けられた回路部品の一部と、の位置が重複し、
前記第１スイッチング素子を倒してあることで生まれた空間に、前記第２基板に設けられた回路部品が延在する、電動工具。
前記モータの前方側に設けられたファンを備え、前記ハウジングの、前記モータ収容部は、前記前後方向で前記モータの後方側となる位置に風窓を有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の電動工具。
前記モータ収容部以外の前記ハウジング内にフィルタ回路基板が設けられている、請求項１から８のいずれか一項に記載の電動工具。
前記ハンドル部内にフィルタ回路基板が設けられている、請求項１から９のいずれか一項に記載の電動工具。
前記モータ収容部に収容された、前記モータへの通電用のスイッチング素子基板を備える、請求項１０に記載の電動工具。
前記接続部内に平滑コンデンサが設けられている、請求項１から１１のいずれか一項に記載の電動工具。
前記モータがブラシレスモータである、請求項１から１２のいずれか一項に記載の電動工具。