WO2014136520A1

WO2014136520A1 - 電動工具

Info

Publication number: WO2014136520A1
Application number: PCT/JP2014/052679
Authority: WO
Inventors: 由浩伊藤
Original assignee: 株式会社マキタ
Priority date: 2013-03-05
Filing date: 2014-02-05
Publication date: 2014-09-12
Also published as: JP2014168840A

Abstract

【課題】好適な耐久性を得てコンパクト化も達成する。【解決手段】モータハウジング２と、モータハウジング２に対して移動可能なバッテリ保持ハウジング３とを有するインパクトドライバであって、モータハウジング２にブラシレスモータ１０を収容した。

Description

電動工具

　本発明は、モータハウジングと、そのモータハウジングに対して移動可能なバッテリ保持ハウジングとを有する電動工具に関する。

　特許文献１に開示の如く、電動工具には、モータを収容したモータハウジングと、そのモータハウジングに対して移動可能なバッテリ保持ハウジングとを有するものが知られている。

特開２００７－２８３４７１号公報

　上記従来の電動工具においては、モータとして整流子モータが使用されることが多いが、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、電動工具であって、モータハウジングと、モータハウジングに対して移動可能なバッテリ保持ハウジングと、を有し、モータハウジングにブラシレスモータを収容したことを特徴とする。
　請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、バッテリ保持ハウジングにグリップ部を一体に形成したことを特徴とする。
　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、モータハウジングの後部にスイッチを配置したことを特徴とする。
　請求項４に記載の発明は、請求項３の構成において、スイッチとブラシレスモータとの間に、ブラシレスモータを制御するための制御回路基板を配置したことを特徴とする。
　請求項５に記載の発明は、請求項４の構成において、ブラシレスモータの前方に動力伝達部を配置し、動力伝達部によって先端工具を駆動可能としたことを特徴とする。
　請求項６に記載の発明は、請求項５の構成において、ブラシレスモータは、モータハウジング内で保持されるステータコアと、そのステータコアを貫通して軸心に回転軸を有するロータとを備えたインナロータ型であることを特徴とする。
　請求項７に記載の発明は、請求項６の構成において、ステータコアの端部に、ロータの磁石の位置を検出する回転検出素子を配置したセンサ回路基板を取り付けたことを特徴とする。
　請求項８に記載の発明は、請求項７の構成において、センサ回路基板は、ステータコアの後端に配置されることを特徴とする。
　請求項９に記載の発明は、請求項７の構成において、センサ回路基板に、ステータコアのコイルへの電流制御を行うためのスイッチング素子を配置したことを特徴とする。
　請求項１０に記載の発明は、請求項１の構成において、モータハウジングとバッテリ保持ハウジングとは、相対的に所定角度回転可能に連結されることを特徴とする。

　請求項１に記載の発明によれば、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。
　請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、バッテリ保持ハウジングと一体にグリップ部を形成しているので、バッテリ保持ハウジングを把持した取り扱いが容易となる。
　請求項３及び４に記載の発明によれば、上記効果に加えて、配線が容易に行える。
　請求項５に記載の発明によれば、請求項４の効果に加えて、ブラシレスモータの前方に動力伝達部を配置し、動力伝達部によってビットを駆動可能としているので、ブラシレスモータと動力伝達部とを直線状に配置でき、より効率の良い動力伝達が可能となる。また、モータハウジングのスリム化にも繋がる。

形態１のインパクトドライバの説明図である。Ａ－Ａ線断面図である。形態２のインパクトドライバの説明図である。形態３のインパクトドライバの説明図である。Ｂ－Ｂ線断面図である。形態４のインパクトドライバの説明図である。Ｃ－Ｃ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、電動工具の一例であるインパクトドライバの説明図で、インパクトドライバ１は、前側（図１の右側）に位置する筒状のモータハウジング２と、そのモータハウジング２の後方に連結される筒状のバッテリ保持ハウジング３とを有する。モータハウジング２とバッテリ保持ハウジング３とは、それぞれ左右の半割ハウジング２ａ，２ｂ及び３ａ，３ｂをネジ４，４・・によって組み付けてなり、モータハウジング２の後端に形成した小径部５をバッテリ保持ハウジング３の上端３ｃに差し込み、左右方向の支軸６で連結することで、二点鎖線で示すように相対的に所定角度回転可能に連結される。バッテリ保持ハウジング３の前端外周には、グリップ部７が一体に形成されて、バッテリ保持ハウジング３の下端３ｄには、電源となるバッテリーパック８が差し込み装着されている。このバッテリーパック８の上端には端子８ａが、下部にはボタン８ｂがそれぞれ配置されている。ボタン８ｂの指による操作によってバッテリーパック８は取り外し可能となっている。

　一方、モータハウジング２内には、後方から、スイッチ９、ブラシレスモータ１０、動力伝達部１１がそれぞれ収容されている。まずスイッチ９は、モータハウジング２の右側面に設けたボタン１２（図２）によってＯＮ動作するもので、バッテリ電源線８ｃ，８ｃを介してバッテリーパック８に電気的接続されると共に、スイッチ９の前方に設けられた制御回路基板１３に第１、第２端子１３ａ，１３ｂを介して電気的接続されている。この制御回路基板１３は、モータハウジング２の内周面に周方向に沿って形成された凹溝１４に嵌合させ、半割ハウジング２ａ，２ｂにより挟み込み保持することで、モータハウジング２の組み付け状態で軸線と直交状に保持されるもので、前面側にマイコン１５が搭載されている。１６は、スイッチ９の上部に設けられるロックオフボタンである。なお、制御回路基板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。

　ブラシレスモータ１０は、内周側にコイル１８が電気絶縁部材１７ａを介して巻回されるステータコア１７と、軸心に回転軸２０を有し、ロータコア１９ａを備えたロータ１９とを有する。ステータコア１７は、モータハウジング２の内面に形成したリブ２１，２１と、ブラシレスモータ１０と制御回路基板１３との間を仕切る仕切壁２２の下端から前方に延びる保持壁２３とによって、モータハウジング２と同軸で保持されており、ロータ１９の回転軸２０は、仕切壁２２に保持された軸受２４と、ブラシレスモータ１０の前方でモータハウジング２内に組み付けられたギヤハウジング２５に保持された軸受２６とによって回転可能に支持されている。回転軸２０の後部で軸受２４より前方には、遠心ファン２７が固着されている。なお、ステータコア１７は、電気絶縁部材１７ａの後端外周に設けた凹部１７ｂが半割ハウジング２ａ，２ｂに設けた凸部２ｃに嵌合することで前後方向の位置決めがなされている。

　また、電気絶縁部材１７ａの前端には、円板状のセンサ回路基板２８がネジ止めされている。このセンサ回路基板２８の後面には、ロータ１９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２８ａ，２８ａ・・が配置されている。このセンサ回路基板２８には、コイル１８が、端末を前方へ延ばしてセンサ回路基板２８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、ブラシレスモータ１０と制御回路基板１３との間には、スイッチング基板２９が、モータハウジング２の内周面に形成された凹溝３０に嵌合させ、半割ハウジング２ａ，２ｂにより挟み込み保持することで、制御回路基板１３と平行に保持されている。このスイッチング基板２９は、図２に示すように、６個のスイッチング素子３１，３１・・を配置するもので、出力電源線３２によってセンサ回路基板２８と電気的に接続されている。２９ａは、制御回路基板１３との間に接続されて制御回路基板１３からの電源を得る入力電源線である。
　なお、センサ回路基板２８には、回転検出素子２８ａの信号用リード線２８ｂ，２８ｂ・・、ＬＥＤ用リード線２８ｃ，２８ｃがそれぞれ電気的に接続されている。但し、この信号用リード線２８ｂとＬＥＤ用リード線２８ｃとは、制御回路基板１３に直接電気的に接続してもよい。

　そして、動力伝達部１１は、スピンドル３３と、ハンマー３４と、コイルバネ３５と、アンビル３６とを備えている。スピンドル３３は、ギヤハウジング２５に保持される軸受３７によって後端が軸支されてブラシレスモータ１０の回転軸２０と同軸に配置され、軸受３７の前方に形成したキャリア部３８が保持する一対の遊星歯車３９，３９に、回転軸２０の前端に固着されてスピンドル３３の後端に挿入されるピニオン４０が噛合している。４１は、ギヤハウジング２５の前端内周に形成されるインターナルギヤで、半割ハウジング２ａ，２ｂにより挟み込み保持される。
　ハンマー３４は、スピンドル３３の前端に外装されて、スピンドル３３の外周面とハンマー３４の内周面とにそれぞれ形成されたカム溝４２に跨って嵌合するボール４３により、スピンドル３３に結合されている。コイルバネ３５は、キャリア部３８とハンマー３４との間でスピンドル３３に外装されて、ハンマー３４を前進位置に付勢している。４４はキャリア部３８の前方に配置されてコイルバネ３５の後端を受けるワッシャーである。

　アンビル３６は、ハンマー３４の打撃を受けるアーム部材４５と、先端にビット（先端工具）が装着される軸部材４６とに分割されている。アーム部材４５は、放射方向に突出する一対のアーム４７，４７を備えて、ハンマー３４の前面に突設された図示しない係合爪と回転方向で係合可能となっている。また、アーム部材４５の前面には、周方向に等間隔で４つの係合部４８，４８・・が突設されている。
　一方、軸部材４６は、モータハウジング２の前端で半割ハウジング２ａ，２ｂに挟み込み保持された軸受４９で軸支されると共に、後端がアーム部材４５の中心を貫通してスピンドル３３の前端に設けた有底孔５０に同軸で遊挿しており、後部へ放射状に設けた一対の突部５１，５１が、アーム部材４５の係合部４８，４８の間に挿入されることで、アーム部材４５と回転方向で一体化されている。軸部材４６の前端軸心には、ビットの装着孔５２が形成されて、外周には、ボール５４を介してビットを抜け止し、前後方向に移動可能なチャックスリーブ５３が設けられている。

　そして、アーム部材４５の係合部４８及び軸部材４６の突部５１の外周側には、係合リング５５が、モータハウジング２と一体に固定され、係合リング５５の内側で突部５１と９０°位相がずれる軸部材４６の外周面には、互いに平行な逃がし面が形成されて、係合リング５５と逃がし面との間に図示しない係合ピンが収容されている。
　よって、ここには、ブラシレスモータ１０を駆動させない状態でモータハウジング２を回転させると、係合リング５５の回転に伴って係合ピンが転動して逃がし面の端部側と係合リング５５の内周面との間に食い込み、軸部材４６をモータハウジング２に対して回転不能にロックするスピンドルロック機構が形成され、いわゆる手締め（増し締め）が可能となっている。

　以上の如く構成されたインパクトドライバ１においては、モータハウジング２の側面に設けたボタン１２を操作してスイッチ９をＯＮさせると、バッテリーパック８から電源が供給されてブラシレスモータ１０が駆動する。すなわち、制御回路基板１３のマイコン１５が、センサ回路基板２８の回転検出素子２８ａから、ロータ１９の磁石の位置を示す回転検出信号を、信号用リード線２８ｂによってスイッチング基板２９へと伝達することにより得てロータ１９の回転状態を取得し、取得した回転状態に応じて、入力電源線２９ａからスイッチング基板２９へ供給された電力が、スイッチング基板２９の各スイッチング素子３１のＯＮ／ＯＦＦを制御し、出力電源線３２を介してステータコア１７の各コイル１８に対し順番に電流を流すことでロータ１９を回転させるものである。

　こうしてロータ１９が回転すると、回転軸２０及びピニオン４０も回転して遊星歯車３９，３９を公転運動させてスピンドル３３を回転させる。よって、ハンマー３４が回転してアーム部材４５を介して軸部材４６を回転させ、軸部材４６に装着したビットによってネジ締めが可能となる。
　そして、ネジ締めが進んで軸部材４６のトルクが高まると、ハンマー３４がコイルバネ３５の付勢に抗して後退し、係合爪がアーム部材４５のアーム４７から外れると、ハンマー３４がコイルバネ３５の付勢によって前進し、ボール４３がカム溝４２に沿って転動することで回転しながら再び係合爪をアーム４７と係合させる。この係脱の繰り返しによってアンビル３６への回転打撃力（インパクト）が間欠的に発生し、さらなる締付けが可能となる。

　なお、ここではモータハウジング２におけるセンサ回路基板２８の外側位置に吸気口６０が形成され、遠心ファン２７の外側位置に排気口６１が形成されていることから、回転軸２０と共に遠心ファン２７が回転すると、吸気口６０から吸引された空気がセンサ回路基板２８及びステータコア１７とロータ１９との間を通過して排気口６１から排出される。これによりセンサ回路基板２８及びブラシレスモータ１０が冷却される。
　また、アンビル３６の下方でモータハウジング２の前端には、ＬＥＤ５６が斜め上向きに収容されて、スイッチ９のＯＮと共にセンサ回路基板２８からＬＥＤ用リード線２８ｃを介して通電されて点灯する。よって、ビット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のインパクトドライバ１によれば、ブラシレスモータ１０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。
　特にここでは、バッテリ保持ハウジング３と一体にグリップ部７を形成しているので、バッテリ保持ハウジング３を把持した取り扱いが容易となる。
　また、モータハウジング２の後部にスイッチ９を配置し、スイッチ９とブラシレスモータ１０との間に、ブラシレスモータ１０の制御回路基板１３を配置したことで、配線が容易に行える。
　そして、ブラシレスモータ１０の前方に動力伝達部１１を配置し、動力伝達部１１によってビットを駆動可能としているので、ブラシレスモータ１０と動力伝達部１１とを直線状に配置でき、より効率の良い動力伝達が可能となる。また、モータハウジング２のスリム化にも繋がる。

　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３に示すインパクトドライバ１Ａにおいては、ブラシレスモータ１０の向きが形態１と逆で、遠心ファン２７が前側、センサ回路基板２８が後側となっている。また、ここでの吸気口６０は、制御回路基板１３の後方位置に形成され、排気口６１は、遠心ファン２７の外側位置に形成されている。
　よって、ブラシレスモータ１０が駆動して遠心ファン２７が回転すると、吸気口６０から吸引された空気は、制御回路基板１３とスイッチング基板２９とを通過して両基板１３，２９を冷却した後、ブラシレスモータ１０を通過して排気口６１から排出されることになる。なお、制御回路基板１３とスイッチング基板２９とには、後方から前方へ空気を流すための図示しない通気孔が設けられている。

　このように、上記形態２のインパクトドライバ１Ａにおいても、ブラシレスモータ１０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等、形態１と同じ効果が得られる。
　特にここでは、センサ回路基板２８が動力伝達部１１から離れて配置されるため、インパクトの発生によって動力伝達部１１が発熱しても、センサ回路基板２８（特に回転検出素子）が動力伝達部１１の熱から保護される。

　［形態３］
　図４に示すインパクトドライバ１Ｂにおいては、ブラシレスモータ１０の向きは形態１と同じであるが、図５に示すように、センサ回路基板２８にスイッチング素子３１が配置されている点が形態１と異なっている。よって、スイッチング基板２９には、スイッチング素子３１のドライバ回路のみが形成されている。なお、図５において、５７はセンサ回路基板２８を取り付けるネジ、５８は電気絶縁部材１７ａの前端面に突設されてセンサ回路基板２８の小孔に嵌合する突起、５９はコイル接続部で、モータハウジング２の下部には、センサ回路基板２８の下部に設けた舌片部２８ｄが嵌合する突出部２ｄが形成されている。

　このように、上記形態３のインパクトドライバ１Ｂにおいても、ブラシレスモータ１０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等、形態１と同じ効果が得られる。
　なお、この形態ではスイッチング基板２９をなくしてドライバ回路を後側の制御回路基板１３に設けてもよい。

　［形態４］
　図６に示すインパクトドライバ１Ｃにおいては、ブラシレスモータ１０の向きは形態２と同じであるが、図７に示すように、スイッチング素子３１をセンサ回路基板２８の背面に搭載した点が形態２と異なっている。よって、ここでもスイッチング基板２９には、スイッチング素子３１のドライバ回路のみが形成される。
　また、制御回路基板１３の後方で吸気口６０から吸引された空気は、制御回路基板１３、スイッチング基板２９、センサ回路基板２８（スイッチング素子３１）、ステータコア１７、ロータコア１９ａをそれぞれ冷却して遠心ファン２７の径方向外側の排気口６１から排気される。

　よって、上記形態４のインパクトドライバ１Ｃにおいても、ブラシレスモータ１０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等、形態１と同じ効果が得られる。

　なお、各形態に共通して、動力伝達部はハンマーを用いたインパクト機構である必要はなく、オイルユニットを用いたものであっても差し支えないし、モータハウジングとバッテリ保持ハウジングとを備えた折り曲げ式のブラシレス工具であれば、インパクト機構に限らず、スクリュードライバ等の他の動力伝達部であっても本発明は適用可能である。
　また、電動レシプロソー（往復動ノコギリ）や、電動チェーンソー（鎖ノコギリ）、電動ヘッジトリマ（バリカン）等のような電動園芸工具においても本発明を用いることができる。

　１，１Ａ～１Ｃ・・インパクトドライバ、２・・モータハウジング、３・・バッテリ保持ハウジング、６・・支軸、７・・グリップ部、８・・バッテリーパック、９・・スイッチ、１０・・ブラシレスモータ、１１・・動力伝達部、１３・・制御回路基板、１７・・ステータコア、１９・・ロータ、２０・・回転軸、２５・・ギヤハウジング、２７・・遠心ファン、２８・・センサ回路基板、２８ａ・・回転検出素子、２９・・スイッチング基板、３１・・スイッチング素子、３３・・スピンドル、３４・・ハンマー、３５・・コイルバネ、３６・・アンビル、４３・・ボール、４５・・アーム部材、４６・・軸部材、６０・・吸気口、６１・・排気口。

Claims

　電動工具であって、
　モータハウジングと、
　前記モータハウジングに対して移動可能なバッテリ保持ハウジングと、
を有し、
　前記モータハウジングにブラシレスモータを収容したことを特徴とする電動工具。
　前記バッテリ保持ハウジングにグリップ部を一体に形成したことを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
　前記モータハウジングの後部にスイッチを配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動工具。
　前記スイッチと前記ブラシレスモータとの間に、前記ブラシレスモータを制御するための制御回路基板を配置したことを特徴とする請求項３に記載の電動工具。
　前記ブラシレスモータの前方に動力伝達部を配置し、
　前記動力伝達部によって先端工具を駆動可能としたことを特徴とする請求項４に記載の電動工具。
　前記ブラシレスモータは、前記モータハウジング内で保持されるステータコアと、そのステータコアを貫通して軸心に回転軸を有するロータとを備えたインナロータ型であることを特徴とする請求項５に記載の電動工具。
　前記ステータコアの端部に、前記ロータの磁石の位置を検出する回転検出素子を配置したセンサ回路基板を取り付けたことを特徴とする請求項６に記載の電動工具。
　前記センサ回路基板は、前記ステータコアの後端に配置されることを特徴とする請求項７に記載の電動工具。
　前記センサ回路基板に、前記ステータコアのコイルへの電流制御を行うためのスイッチング素子を配置したことを特徴とする請求項７に記載の電動工具。
　前記モータハウジングと前記バッテリ保持ハウジングとは、相対的に所定角度回転可能に連結されることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。