JP6759759B2 - 電動工具 - Google Patents

Description

本発明は、モータの回転軸に固定されたファンを備える電動工具に関する。

モータ等の発熱を抑えるため、吸気口からハウジング内に外気を取り込み、モータを冷却した後に排気口から排出する電動工具が知られている（下記特許文献１）。

特開２０１４−１１７７９２号公報

モータ等の内部部品の冷却性を向上させる一方で、電動工具の防塵性向上や小型化も重要である。防塵性向上のためには、吸気口及び排気口は小さいことが望ましく、吸気口及び排気口の設置可能面積は限定される。吸気口及び排気口の大きさは、ハウジングの強度にも影響する。また、ハウジングの大型化を避けるためには、ファンの大型化や冷却フィンの追加は困難である。

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、防塵性の低下や大型化を抑制しながら、モータの冷却性を向上させることの可能な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、
吸気口及び排気口を有するハウジングと、
回転軸を有するモータと、
前記回転軸に固定されるファンと、
前記モータの起動及び停止を指示する操作部と、
前記モータの回転方向を切り替える回転方向切替部と、を備え、
前記ハウジングは、前記回転方向切替部が設けられる開口部を有し、
前記吸気口から前記ハウジングの内部に吸い込まれた空気を前記開口部から排出する風路を設けたことを特徴とする。

本発明のもう１つの態様は、電動工具である。この電動工具は、
ハウジングと、
回転軸を有するモータと、
前記回転軸に固定されるファンと、
前記モータの起動及び停止を指示する操作部と、
前記モータの回転方向を切り替える回転方向切替部と、を備え、
前記ハウジングは、
吸気口及び排気口が設けられ前記モータ及び前記ファンを収容する胴体部と、
前記胴体部から延びて前記操作部が設けられるハンドル部と、
前記回転方向切替部が設けられる開口部と、
前記ファンの発生する気流を前記ハウジングの前記開口部に導く又は前記開口部から吸い込むための風路と、を有し、
前記胴体部の内面に、前記吸気口側又は前記排気口側と前記開口部とを繋ぎ、前記風路の内面を構成する壁部を設けたことを特徴とする。

前記風路は、前記回転軸側から前記ハンドル部側に向かう部分を有してもよい。

前記壁部は、前記ファンの径方向外側に設けられてもよい。

前記ハウジングが左ハウジング及び右ハウジングを含み、前記左ハウジング及び前記右ハウジングを相互にネジ止めするためのネジボスが、前記風路の内面を構成してもよい。

前記開口部は、前後方向に延びる前記回転軸と垂直な上下方向において、前記モータと前記操作部との間に位置してもよい。

前記回転軸の軸方向を前後方向とすると、
前記ファンは、前記モータの前方に設けられた遠心ファンであり、
前記吸気口は、前記モータの後方側にあり、
前記排気口は、前記ファンと同じ前後方向位置で前記ファンの径方向外側にあり、
前記開口部は、前記排気口より前方にあってもよい。

前記回転方向切替部と前記ハウジングの前記開口部との隙間から、前記ファンの発生する気流の一部を排出し又は吸い込んでもよい。

前記操作部と前記ハンドル部との隙間から、前記ファンの発生する気流の一部を排出し又は吸い込んでもよい。
前記風路は前記空気を前記ハウジングの前記開口部に導くよう設けられ、
前記胴体部の内面に、前記排気口側と前記開口部とを繋ぎ、前記風路の内面を構成する壁部を設けてもよい。

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、防塵性の低下や大型化を抑制しながら、モータの冷却性を向上させることの可能な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の側断面図。 電動工具１のハウジング２の胴体部２ａの内部構造を示す拡大側面図。 同拡大斜視図。 図１のＡ−Ａ断面図。 図１に示す実施の形態に係る電動工具１と図８に示す比較例に係る電動工具８０１における、温度上昇試験の結果を示す表。 図１の一部拡大図であり、温度上昇試験における温度測定箇所を示す側断面図。 図１のスイッチング素子基板８を後方から見た図であって、温度上昇試験における温度測定箇所を示す背面図。 比較例に係る電動工具８０１の側断面図。 電動工具８０１のハウジング２の胴体部２ａの内部構造を示す拡大側面図。

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。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。

図１は、本発明の実施の形態に係る電動工具１の側断面図である。図１により、前後及び上下方向を定義する。図２は、電動工具１のハウジング２の胴体部２ａの内部構造を示す拡大側面図である。図３は、同拡大斜視図である。図４は、図１のＡ−Ａ断面図である。電動工具１は、本実施の形態の例ではドリルドライバである。電動工具１のハウジング２は、モータ３等を収容する胴体部（筒状部）２ａ、胴体部２ａから下方に延びるハンドル部２ｂ、及びハンドル部２ｂの下端部に設けられた電池パック装着部２ｃを含む。

胴体部２ａ内には、モータ（電動モータ）３、ファン４、及びスイッチング素子基板８等が設けられる。モータ３は、ここではロータ３ｂ及びステータを有するブラシレスモータである。ステータは、ステータコア（Ｓコア）３ｃ及びステータコイル（Ｓコイル）３ｄを含む。モータ３の前方には、ファン４が設けられる。ファン４は、自身の径方向外側に向かう気流を発生させる遠心ファンであって、モータ３の出力軸（回転軸）３ａに固定され、モータ３と共に回転する。ファン４の前方には、減速機構５が設けられる。減速機構（回転伝達機構）５は、例えば複数の遊星歯車機構からなり、モータ３の回転を減速してスピンドル１３に伝達する。

胴体部２ａの前方には、クラッチダイヤル６及びチャック（先端工具保持部）７が設けられる。クラッチダイヤル６は、スピンドル１３から出力するトルクを調節するために設けられる。チャック７は、図示しないドライバビット等の先端工具を装着保持する部材であり、スピンドル１３と共に回転する。なお、チャック７に装着した先端工具をモータ３により回転駆動する構成は周知なので、これ以上の詳細な説明は省略する。

モータ３の後方には、スイッチング素子基板８が設けられる。スイッチング素子基板８には、モータ３の通電制御用のインバータ回路を構成するＦＥＴやＩＧＢＴ等の複数のスイッチング素子９が設けられる（搭載される）。胴体部２ａには、モータ３の正転及び逆転を切り替える正逆切替えボタン（回転方向切替部）１４が設けられる。正逆切替えボタン１４は、胴体部２ａにおける、ハンドル部２ｂの延出元となる部分、すなわちハンドル部２ｂとの境界部に設けられる。使用者は、作業用途に応じて正逆切替えボタン１４を操作し、モータ３を所望の方向に回転させることができる。

ハンドル部２ｂ内には、スイッチ機構１０が設けられる。スイッチ機構１０は、電池パック装着部２ｃに装着した電池パック３０からモータ３への通電及び停止を切り替えるスイッチである。ハンドル部２ｂには、スイッチ機構１０のオンオフを切り替える、すなわちモータ３の起動及び停止を指示するトリガ（操作部）１１が設けられる。トリガ１１は、ハンドル部２ｂの上端部、すなわち胴体部２ａとの境界部に設けられる。

電池パック装着部２ｃには、電池パック３０が着脱可能に装着される。電池パック装着部２ｃ内には、制御基板１２が設けられる。制御基板１２は、スイッチング素子基板８上のスイッチング素子９のオンオフを制御（例えばＰＷＭ制御）する。使用者がトリガ１１を操作すると、電池パック３０からインバータ回路を構成する複数のスイッチング素子９を介してモータ３に電力が供給され、モータ３が回転する。モータ３の回転により、チャック７に装着保持された先端工具が回転する。

図２に示すように、ハウジング２の胴体部２ａには、吸気口２ｄ、排気口２ｅ、及び開口部２ｆが設けられる。吸気口２ｄは、モータ３の後方となる位置の側面に所定数設けられる。排気口２ｅは、ファン４の径方向外側の側面に所定数設けられる。開口部２ｆは、前述の正逆切替えボタン１４を設ける（支持する）貫通穴である。開口部２ｆは、出力軸３ａと垂直な上下方向において、モータ３とトリガ１１との間に位置し、かつ排気口２ｅの前方に位置する。

胴体部２ａの内部には、ファン４の発生する気流を開口部２ｆに導く風路２ｈが設けられる。風路２ｈは、胴体部２ａのファン室２ｊ（ファン４の収容部）から下方すなわちハンドル部２ｂ側に延び、前方に曲がって開口部２ｆに至る。したがって、ファン４の発生する気流は、吸気口２ｄから吸い込まれ、排気口２ｅに加え、開口部２ｆと正逆切替えボタン１４との隙間からも排出される。ファン４の発生する気流は、トリガ１１とハンドル部２ｂとの隙間からも排出されてもよい。

胴体部２ａの内面には、モータ３を支持するリブ２ｋ、及びファン４の発生する気流を開口部２ｆに導く壁部２ｇが設けられる。壁部２ｇは、ファン室２ｊから下方すなわちハンドル部２ｂ側に延び、前方に曲がって開口部２ｆの近傍に至る。壁部２ｇは、排気口２ｅ側と開口部２ｆ側とを繋ぎ、風路２ｈの内面を構成する。壁部２ｇは、ファン４の発生する気流を効率的に開口部２ｆに導く役割を持つ。

図４に示すように、ハウジング２は、左ハウジング２ｍ及び右ハウジング２ｎからなる左右二分割構造である。ネジボス２ｉは、左ハウジング２ｍ及び右ハウジング２ｎを相互にネジ止め固定するために設けられるネジボスの１つであって、開口部２ｆの近傍後方に設けられる。ネジボス２ｉの側面は、風路２ｈの内面を構成する。

本実施の形態によれば、正逆切替えボタン１４を設けるための開口部２ｆを排気口としても利用することで、ハウジング２に新たな風窓を追加することなく冷却風の風量を増大させることができるため、防塵性の低下を抑制しながら、モータ３等の冷却性（冷却効率）を向上させることができる。また、ファン４の大型化や冷却フィンの追加が不要なため、冷却性向上に伴うハウジング２の大型化やコスト増大が抑制される。以下、冷却性向上の効果を具体的に説明する。

図５は、図１に示す実施の形態に係る電動工具１と図８及び図９に示す比較例に係る電動工具８０１における、温度上昇試験の結果を示す表である。温度上昇試験では、無負荷運転での各部の飽和温度を測定し、非運転時からの温度上昇を比較した。温度測定箇所は、図６及び図７に示すとおりである。また、図８及び図９に示すように、比較例に係る電動工具８０１は、図２等に示す風路２ｈが無く、開口部２ｆから空気を排出しない構成である。図５に示すように、本実施の形態では、開口部２ｆからの排気を行うことで、開口部２ｆからの排気を行わない比較例の構成に対して、ステータ側（ステータコイル及びステータコア）は３．０℃から６．０℃程度、スイッチング素子側（ＦＥＴ）は１．０℃から２．５℃程度という顕著な温度上昇抑制効果が得られた。なお、有負荷時には、本実施の形態と比較例との間における各部の温度上昇幅の差は、図５に示す値より更に大きくなる。

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、バッテリ駆動（コードレスタイプ）に限定されず、ＡＣ駆動（コード付きタイプ）であってもよい。電動工具１は、ドライバドリルに限定されず、他の種類のものであってもよい。モータ３は、ブラシレスモータに限定されず、ブラシ付きモータであってもよい。ファン４は、モータ３の後方に設けられてもよい。この場合、実施の形態と比較して吸気と排気の関係が逆転（図２に示す気流の矢印が反転）するが、同様に冷却性向上効果が得られる。なお、この場合、吸気口はモータ３の前方側、排気口はモータ３の後方側に位置し、開口部２ｆは吸気口より前方に位置することになる。

１ 電動工具、２ ハウジング、２ａ 胴体部（筒状部）、２ｂ ハンドル部、２ｃ 電池パック装着部、２ｄ 吸気口、２ｅ 排気口、２ｆ 開口部、２ｇ 壁部、２ｈ 風路、２ｉ ネジボス、２ｊ ファン室、２ｋ リブ、２ｍ 左ハウジング、２ｎ 右ハウジング、３ モータ（電動モータ）、３ａ 出力軸（回転軸）、３ｂ ロータ、３ｃ ステータコア、３ｄ ステータコイル、４ ファン（遠心ファン）、５ 減速機構（回転伝達機構）、６ クラッチダイヤル、７ チャック（先端工具保持部）、８ スイッチング素子基板、９ スイッチング素子、１０ スイッチ機構、１１ トリガ（操作部）、１２ 制御基板、１３ スピンドル、１４ 正逆切替えボタン（回転方向切替部）、３０ 電池パック

Claims (10)

1. 吸気口及び排気口を有するハウジングと、
   回転軸を有するモータと、
   前記回転軸に固定されるファンと、
   前記モータの起動及び停止を指示する操作部と、
   前記モータの回転方向を切り替える回転方向切替部と、を備え、
   前記ハウジングは、前記回転方向切替部が設けられる開口部を有し、
   前記吸気口から前記ハウジングの内部に吸い込まれた空気を前記開口部から排出する風路を設けたことを特徴とする、電動工具。
2. ハウジングと、
   回転軸を有するモータと、
   前記回転軸に固定されるファンと、
   前記モータの起動及び停止を指示する操作部と、
   前記モータの回転方向を切り替える回転方向切替部と、を備え、
   前記ハウジングは、
   吸気口及び排気口が設けられ前記モータ及び前記ファンを収容する胴体部と、
   前記胴体部から延びて前記操作部が設けられるハンドル部と、
   前記回転方向切替部が設けられる開口部と、
   前記ファンの発生する気流を前記ハウジングの前記開口部に導く又は前記開口部から吸い込むための風路と、を有し、
   前記胴体部の内面に、前記吸気口側又は前記排気口側と前記開口部とを繋ぎ、前記風路の内面を構成する壁部を設けたことを特徴とする、電動工具。
3. 前記風路は、前記回転軸側から前記ハンドル部側に向かう部分を有することを特徴とする、請求項２に記載の電動工具。
4. 前記壁部は、前記ファンの径方向外側に設けられることを特徴とする、請求項２又は３に記載の電動工具。
5. 前記ハウジングが左ハウジング及び右ハウジングを含み、前記左ハウジング及び前記右ハウジングを相互にネジ止めするためのネジボスが、前記風路の内面を構成することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電動工具。
6. 前記開口部は、前後方向に延びる前記回転軸と垂直な上下方向において、前記モータと前記操作部との間に位置することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電動工具。
7. 前記回転軸の軸方向を前後方向とすると、
   前記ファンは、前記モータの前方に設けられた遠心ファンであり、
   前記吸気口は、前記モータの後方側にあり、
   前記排気口は、前記ファンと同じ前後方向位置で前記ファンの径方向外側にあり、
   前記開口部は、前記排気口より前方にあることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電動工具。
8. 前記回転方向切替部と前記ハウジングの前記開口部との隙間から、前記ファンの発生する気流の一部を排出する又は吸い込むことを特徴とする、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の電動工具。
9. 前記操作部と前記ハンドル部との隙間から、前記ファンの発生する気流の一部を排出する又は吸い込むことを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電動工具。
10. 前記風路は前記空気を前記ハウジングの前記開口部に導くよう設けられ、
    前記胴体部の内面に、前記排気口側と前記開口部とを繋ぎ、前記風路の内面を構成する壁部を設けたことを特徴とする、請求項１に記載の電動工具。