JP6724563B2

JP6724563B2 - 工具

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Publication number: JP6724563B2
Application number: JP2016107977A
Authority: JP
Inventors: 芹田　智彦; 智彦芹田; 山下　通夫; 通夫山下
Original assignee: Max Co Ltd
Current assignee: Max Co Ltd
Priority date: 2016-05-30
Filing date: 2016-05-30
Publication date: 2020-07-15
Anticipated expiration: 2036-05-30
Also published as: JP2017213620A

Description

本発明は、工具に関する。

一般的な電動工具は、駆動源としてのＤＣブラシレスモータを回転制御するための複数のスイッチング素子が実装された駆動基板（インバータ回路）と、駆動回路等を制御するための制御部が実装された制御基板とを備えている。これらの駆動基板および制御基板は、ハウジング内の別々の位置に組み付けられており、信号線や電源線等の複数の配線を介して接続されている。

そのため、従来の電動工具においては、作業時の打撃等により工具が振動すると、これに伴ってハウジング内の複数の配線も振動し、はんだ付けした部分や配線自体が断線してしまう場合があった。そこで、複数の配線を結束することで配線の振動の抑制を図っているが、この方法では配線の結束スペースが必要になるため、電動工具の小型化が困難であった。また、いちいち結束しなければならないので組み付け性が悪く、コストダウンの弊害となっていた。

これらの問題を解決するために、駆動基板および制御基板を一枚の基板で構成することが提案されている。例えば、特許文献１には、グリップ部の空間内であって電池パック連結部の近傍に、ＤＣブラシレスモータの電力供給用に使用される複数のスイッチング素子を備えた電気回路基板を配置した電動工具が記載されている。

特許４９８１３４５号

しかしながら、特許文献１に記載の電動工具等では、以下のような問題がある。すなわち、電気回路基板は、グリップ部の電池パック連結部側に組み付けられており、ハウジングの本体部に組み付けられるＤＣブラシレスモータとは距離が離れてしまう。そのため、モータを冷却するファンからの風やハウジングに形成された開口からの風を電気回路基板に導くための風路を形成することが難しい。これにより、電気回路基板を効率的に冷却することができず、電気回路基板の温度が上昇してしまうという問題がある。

そこで、本発明は、配線本数の削減を図りつつ、基板の温度上昇を防止することができる工具を提供することを目的とする。

本発明に係る工具は、上記課題を解決するために、被駆動部を駆動するモータと、前記モータを収容する本体部と、前記本体部から延設されるグリップ部とを有するハウジングと、前記モータを駆動する駆動回路と、前記駆動回路を制御する制御回路とが実装された基板と、を備え、前記基板は、前記グリップ部の延在方向に沿うように前記グリップ部の内部に配置され、前記基板には、打撃モードを切り替える操作部および打撃モードを表示する表示部のうち少なくとも一方が実装され、前記操作部または前記表示部が前記グリップ部の下部側であって電池パック取付部に配置されるものである。

本発明によれば、駆動基板および制御回路のそれぞれを実装した一枚の基板をグリップ内に配置するので、基板同士を接続するための配線を削減できると共に、基板の温度上昇を防止することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る電動工具の構成例を示す断面図である。基板の前面側の構成例を示す斜視図である。基板の裏面側の構成例を示す斜視図である。本発明の第２の実施の形態に係る電動工具の構成例を示す断面図である。基板の前面側の構成例を示す斜視図である。基板の裏面側の構成例を示す斜視図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の第１の実施の形態について詳細に説明する。

［電動工具１０Ａの構成例］
図１は本発明の一実施の形態に係る電動工具１０Ａの断面構成の一例を示している。なお、図１において、紙面の左側を電動工具１０Ａの前側とし、紙面の右側を電動工具１０Ａの後側とする。

本発明に係る電動工具１０Ａは、ＤＣブラシレスモータ（以下、モータという）１５０を駆動源とするインパクトドライバである。電動工具１０Ａは、その外形を形成するハウジング１１を有している。ハウジング１１は、前ハウジング１１ａ（第２のハウジング）と後ハウジング１１ｂ（第１のハウジング）とで構成され、電動工具１０Ａの前後で分割可能な半割構造となっている。

電動工具１０Ａは、図１に示すように、筒状の電動工具本体１２と、電動工具本体１２の下部から略鉛直方向に延びるグリップ１６とを備えている。電動工具本体１２の側面部には、モータ１５０の回転を正回転または逆回転に切り替えるための正逆切替スイッチ（図示せず）が設けられている。

電動工具本体１２には、モータ１５０と、冷却ファン１５６と、減速機４０と、スピンドル４２と、ハンマ４４と、アンビル４６と、基板１００Ａとがそれぞれ内蔵されている。なお、本実施の形態においてハンマ４４およびアンビル４６は、打撃機構の一例を構成している。

モータ１５０は、例えばＤＣブラシレスモータから構成され、電動工具本体１２の後部に組み付けられている。モータ１５０は、ユーザーによるスイッチ３０の引き操作に基づいて回転し、ハンマ４４やアンビル４６等の打撃機構（被駆動部）を駆動する。

冷却ファン１５６は、モータ１５０の後方であって、モータ１５０の回転軸１５０ａの同軸上に設けられている。冷却ファン１５６は、モータ１５０の回転に伴って回転し、電動工具本体１２の側面部に設けられた吸込口から外気を吸い込んでモータ１５０を冷却し、吸い込んだ空気を電動工具本体１２の側面部に設けられた排気孔から外部に排出する。

減速機４０は、モータ１５０の前方に設けられ、モータ１５０の回転軸１５０ａに接続されている。減速機４０は、遊星歯車機構を構成し、モータ１５０の回転に伴って回転すると共にモータ１５０の回転を減速させてスピンドル４２にモータ１５０の動力を伝達する。

ハンマ４４は、スピンドル４２の回転を回転打撃力に変換し、変換した回転打撃力をアンビル４６に伝達する。具体的には、ねじ締め動作時（モータ１５０の起動時）に後述する出力軸４６ａに設定以上の負荷トルク（ねじ締め抵抗）が付与されると、ハンマ４４が圧縮ばね４５を圧縮しながら後退することでアンビル４６とハンマ４４との回転方向の係合が一時的に解除され、その後、圧縮はね４５が復元する力でハンマ４４が前進してハンマ４４がアンビル４６を回転方向に打撃する。

アンビル４６は、電動工具本体１２の先端部に設けられ、図示しないドライバビット（先端工具）が装着可能な出力軸４６ａを有している。出力軸４６ａにドライバビットを取り付けた状態でモータ１５０を回転駆動させると、モータ１５０の駆動力によりドライバビットが回転すると共に打撃されるようになっている。

グリップ１６は、ユーザーが電動工具１０Ａを把持するための部位である。グリップ１６を構成する後ハウジング１１ｂ内の空間部には、モータ駆動回路１１０等が実装された基板１００Ａがグリップ１６の延在方向（長手方向）に沿うように立てた状態で組み付けられている。基板１００Ａは、電池パック取付部１８からモータ１５０の下方に至る長さを有すると共に、その基板平面がモータ１５０の回転軸１５０ａに対して直交するようにグリップ１６内に配置されている。

本実施の形態では、グリップ１６を構成する後ハウジング１１ｂは、ポッティング用のケースとして利用され、基板１００Ａがポッティング材により後ハウジング１１ｂ内の所定位置に固定される。ポッティング材としては、例えば、ウレタン系、エポキシ系、シリコーン系等の熱硬化性樹脂を用いることができる。

グリップ１６の下部には、電池パック取付部１８が設けられている。電池パック取付部１８には、電池７０が着脱可能に取り付けられる。例えば、電池７０はリチウムイオン電池であり、電圧は１８Ｖである。電池７０には、残量ゲージが設けられており、電池残量が視認できるようになっている。

グリップ１６の下部側であって電池パック取付部１８の後部側には、操作部１３０および表示部１４０が上下に並んで設けられている。操作部１３０および表示部１４０は、打撃モードを切り替えるためのモード設定ボタンや、打撃モード表示ＬＥＤ等を有している。

スイッチ３０は、グリップ１６の上部前方側であって、ユーザーがグリップ１６を把持したときに人差し指がかかる位置に配設されている。スイッチ３０は、モータ２０を起動および停止させると共に、モータ２０の回転速度を調整するための操作部として機能する。

［基板１００Ａの構成例］
図２は基板１００Ａの前面側の構成の一例を示し、図３は基板１００Ａの後面側の構成の一例を示している。図２および図３に示す基板１００Ａにおいて、スイッチ３０が配置される側を電動工具１０Ａの前側とし、その反対側を電動工具１０Ａの後側とする。

図２および図３に示すように、基板１００Ａは、基板本体１０２と、モータ駆動回路１１０と、制御回路１２０と、操作部１３０と、表示部１４０とを備えている。基板本体１０２は、ポリイミド等からなる基材上に所定の配線パターンが形成された基板である。基板本体１０２の前面のおよび後面のそれぞれにはモータ駆動回路１１０が実装され、基板本体１０２の前面には制御回路１２０が実装され、基板本体１０２の後面には操作部１３０および表示部１４０がそれぞれ実装されている。つまり、本実施の形態では、一枚の基板１００Ａ上に、モータ駆動回路１１０、制御回路１２０、操作部１３０および表示部１４０の全てが実装されている。

モータ駆動回路１１０は、モータ１５０の近傍である基板本体１０２の上部側に配置されている。基板本体１０２の上部位置は、グリップ１６の上部位置に相当している（図１参照）。これにより、冷却ファン１５６からの風をモータ駆動回路１１０に効率的に当てることができる。モータ駆動回路１１０は、インバータ回路を構成する１２個のスイッチング素子１１２を有している。このうち６個のスイッチング素子１１２が基板本体１０２の前面側に並列で実装され、残りの６個のスイッチング素子１１２が基板本体１０２の後面側に並列で実装される。また、基板本体１０２の両面側のそれぞれに配置されるスイッチング素子１１２は、基板本体１０２を挟んで対向した位置に配置される。

制御回路１２０は、モータ駆動回路１１０よりも下方の位置であって、電池７０に近い側の基板本体１０２の略中央に配置されている。これにより、電池７０側から這い回される後述する配線の距離を短くすることができる。制御回路１２０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)やメモリ等から構成されている。

操作部１３０および表示部１４０は、制御回路１２０よりも下方の基板本体１０２の最下部に配置されている。基板本体１０２の最下部は、ユーザーがグリップ１６を把持した際に操作部１３０および表示部１４０が隠れないグリップ１６の下部位置（電池パック取付部１８）に相当している（図１参照）。操作部１３０は、例えばＬＥＤライト調光ボタンや打撃モード切替ボタン等のスイッチから構成されている。表示部１４０は、打撃モード表示用や照明用のＬＥＤ等から構成されている。上記配置により、ライトの調光や打撃モード等の設定状態、過放電などのエラーを作業しながら確認することができる。また、視覚的に見やすい位置に操作部を配置したことによって、操作ミスによる作業不良を回避できるなど、操作性を改善することができる。

また、基板本体１０２の前面上部側には、電池７０側の端子から引き回されたプラス側の電源線１６１が接続されている。基板本体１０２の前面略中央には、電池７０側の端子から引き回されたマイナス側の電源線１６２が接続されている。基板本体１０２の前面下部側には、電池７０側から引き回された電池７０の温度や過放電等を示す状態信号を基板本体１０２の制御回路１２０に送信するための信号線１６４が接続されている。基板本体１０２の裏面上部側には、モータ１５０のｕ相、ｖ相、ｗ相の各相に電力を供給するための３本の動力線１６６が接続されている。

以上説明したように、第１の実施の形態によれば、基板１００Ａをデッドスペースとなるグリップ１６内に立てた状態で配置すると共に、電動工具１０Ａの駆動により温度が上昇しやすいモータ駆動回路１１０をモータ１５０の近傍である基板１００Ａの上部側に設けたので、冷却ファン１５６によりモータ駆動回路１１０の冷却を効果的に行うことができる。また、モータ１５０用の３本の動力線１６６も最短の長さで設計することができ、モータ１５０及び駆動回路１１０からの放射ノイズを低減することも可能である。

また、ハウジング１１を構成する後ハウジング１１ｂをポッティング用のケースとして利用するので、基板１００Ａを専用のケースに入れることなくポッティング処理を行うことができる。これにより、グリップ内の限られた狭い空間内でも、基板１００Ａを最大限の外形で設計することができる。また、ハウジング１１の後ハウジング１１ｂをポッティングケースとすることで、組み付け性を向上させたり、信頼性の高いポッティング処理を実施することができる。

また、一枚の基板本体１０２にモータ駆動回路１１０、制御回路１２０、操作部１３０および表示部１４０を実装するので、従来のように駆動基板と制御基板とを接続するための電源線や信号線を不要とすることができる。すなわち、本実施の形態によれば、電源線１６１，１６２、信号線１６４、動力線１６６のみで主要な配線を構成することができる。これにより、配線本数を削減できると共に配線スペースを確保する必要もなくたるため、電動工具１０Ａの小型化や、組み付け性の向上、コストダウンを図ることができる。また、配線数の削減により、耐ノイズ性能の向上も図ることができる。

また、本実施の形態では、１２個のスイッチング素子１１２として小型でかつ安価なものを採用し、基板１００Ａの両面のそれぞれに６個ずつ並列に配置している。これにより、両面のスイッチング素子を例えば交互に駆動することができるので、スイッチング素子１１２による発熱が片面に偏ることを防止でき、基板１００Ａでの発熱の均一化を図ることができる。

また、本実施の形態とは異なり、駆動回路や制御回路が実装された基板を、冷却性や電動工具本体１２の全長短縮を考慮して、モータ１５０やハンマ４４の下方に配置することも考えられる。しかし、この場合には、グリップ１６とハンマ４４との距離が遠くなり、その結果、モーメントが増えて振動が大きくなり、操作性やカムアウト率が悪くなるという欠点がある。さらに、配線が煩雑となり、組み付け性が悪く、ハウジング組み付け時に噛み込み等のリスクもある。さらに、グリップ１６内に電源線や信号線が密集して配置されるため、モータ動力線や電源線からノイズが発生し、誤動作も発生し易いという問題もある。本実施の形態では、これらの問題も解消することが可能となる。

＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態では、第１の実施の形態で説明した基板１００Ａにホールセンサ１６０，１６２，１６４等を実装する点において上述した第１の実施の形態と相違している。なお、その他の電動工具１０Ｂの構成や機能等は、上述した第１の実施の形態で説明した電動工具１０Ａと同様であるため、共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

［電動工具１０Ｂの構成例］
図４は、第２の実施の形態に係る電動工具１０Ｂの構成の一例を示している。図４に示すように、電動工具１０Ｂは、電動工具１０Ｂを前後で分割可能なハウジング１１を備えている。ハウジング１１は、筒状の電動工具本体１２と、電動工具本体１２の下部から略鉛直方向に延びるグリップ１６とを有している。

グリップ１６の後ハウジング１１ｂ内の空間部には、制御回路１２０等を有する基板１００Ｂがグリップ１６の延在方向に沿うように立てた状態で組み付けられている。基板１００Ｂは、電池パック取付部１８からモータ１５０の前面部に至る長さを有し、その基板平面がモータ１５０の回転軸１５０ａに対して直交するようにグリップ１６内に配置されている。グリップ１６の後ハウジング１１ｂは、ポッティング用のケースとして利用され、基板１００Ｂがポッティング材により後ハウジング１１ｂ内の所定位置に固定される。

［基板１００Ｂの構成例］
図５は基板１００Ｂの前面側の構成の一例を示し、図６は基板１００Ｂの後面側の構成の一例を示している。なお、図５および図６に示す基板１００Ｂにおいて、スイッチ３０が配置される側を電動工具１０Ｂの前側とし、その反対側を電動工具１０Ｂの後側とする。

図５および図６に示すように、第２の実施の形態では、上述した第１の実施の形態で説明した基板１００Ａにセンサ基板１５８を一体形成することで、一枚の基板１００Ｂを構成している。

センサ基板１５８は、モータ１５０を構成するステータ１５２の外形形状よりも若干大きい円盤形状からなり、モータ１５０の前面部にねじ等の締結部材を介して取り付けられている。センサ基板１５８のモータ１５０に対向した後面部には、ロータ１５４の位置を検知するための３個のホールセンサ１６０，１６２，１６４がそれぞれ取り付けられている。ホールセンサ１６０，１６２，１６４は、センサ基板１５８の周方向に例えば所定の間隔をあけて配置されている。

このように構成されたセンサ基板１５８が基板１００Ａの上端部に一体形成され、センサ基板１５８と基板１００Ａとで一枚の基板１００Ｂを構成している。つまり、本実施の形態では、一枚の基板１００Ｂ上に、ホールセンサ１６０，１６２，１６４、モータ駆動回路１１０、制御回路１２０、操作部１３０および表示部１４０の全てが実装されている。

以上説明したように、第２の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。また、第２の実施の形態によれば、ホールセンサ１６０，１６２，１６４を基板１００Ｂに実装し、モータ駆動回路１１０とモータ１５０の各相とを接続するための動力線も基板１００Ｂ上に形成し、モータ巻線を直接基板に半田接続できるため、動力線を不要とすることができる。これにより、配線の本数を削減することができ、電動工具１０Ｂの小型化や組み付け性の向上を図ることができる。

なお、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態に記載の範囲には限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能である。例えば、本発明は、上述した電動工具１０Ａ，１０Ｂだけでなく、打撃工具以外の回転工具に対しても好適に適用することができる。

また、上述したハウジング１１を前後で分割する半割構造ではなく、ハウジング１１を左右で分割する半割構造としても良い。この場合、左右に分割した一方のハウジング内に基板１００Ａ、１００Ｂを収容した後、このポッティング材をポッティング用ケースとして利用し、ポッティング処理を行う。

また、上述した実施の形態では、操作部１３０および表示部１４０を基板本体１０２の後面側に実装するようにしたが、これに限定されることはない。例えば、操作部１３０および表示部１４０を基板本体１０２の前面側であって、ハウジング１１から外部に露出可能（ユーザーが視認可能）な位置に実装するようにしても良い。さらに、操作部１３０および表示部１４０を電池パック取付部１８のグリップ１６から前方に張り出した部分に実装するようにしても良い。また、上述した実施の形態では、操作部１３０および表示部１４０の両方を基板本体１０２の後面側に実装するようにしたが、何れか一方を基板本体１０２の前面側に実装し、他方を基板本体１０２の前面側等に実装するようにしても良い。

１０Ａ，１０Ｂ電動工具
１１ハウジング
１２電動工具本体（本体部）
１６グリップ
７０電池
１００Ａ，１００Ｂ基板
１１０駆動回路
１２０制御回路
１３０操作部
１４０表示部
１５０ＤＣブラシレスモータ（モータ）
１５２ステータ
１５８センサ基板

Claims

被駆動部を駆動するモータと、
前記モータを収容する本体部と、前記本体部から延設されるグリップ部とを有するハウジングと、
前記モータを駆動する駆動回路と、前記駆動回路を制御する制御回路とが実装された基板と、を備え、
前記基板は、前記グリップ部の延在方向に沿うように前記グリップ部の内部に配置され、
前記基板には、打撃モードを切り替える操作部および打撃モードを表示する表示部のうち少なくとも一方が実装され、前記操作部または前記表示部が前記グリップ部の下部側であって電池パック取付部に配置されている
ことを特徴とする工具。
前記モータのロータ位置を検知するセンサを含むセンサ基板を前記基板に一体に形成し、
前記基板の一端側に前記センサを配置するとともに、前記基板の他端側に前記操作部または前記表示部を配置した
ことを特徴とする請求項１に記載の工具。
前記駆動回路は、前記制御回路よりも前記モータ側に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の工具。
前記駆動回路は、複数のスイッチング素子を有し、
前記複数のスイッチング素子は、前記基板の両面のそれぞれに配置されている
ことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の工具。
前記ハウジングは、第１のハウジングと第２のハウジングとに分割可能に構成され、
前記基板は、前記第１のハウジング内に配置され、当該第１のハウジングをケースとしてポッティング処理が施される
ことを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の工具。