JP5013314B2 - 電動工具 - Google Patents

Description

本発明は電動工具に関する。

電動工具の動力として使用されるブラシレスモータ（ＤＣモータ）は、小形化が可能であり、回転軸に取り付けられるロータに対しブラシおよび整流子を用いた電気的接続が不要となるので、高寿命化が可能である。ブラシレスモータを駆動するためには、電気回路であるインバータ回路基板（モータ駆動回路基板）が必要となる。

インバータ回路基板にはスイッチング素子が含まれており、このスイッチング素子を構成する出力トランジスタは、ステータコイルに大電流の駆動信号を供給することから発熱量が多くなり、冷却対策が要求される。インバータ回路基板の冷却構造としては、特許文献１乃至特許文献３に開示されているように、出力トランジスタに放熱部材を固定した構造が提案されている。
特開２００４−３５７３７１号公報 特開２００５−１７６４５１号公報 特開２００４−１２２３４３号公報

しかし、従来の電動工具では、出力トランジスタで発生した熱を放熱部材に伝達した後に放熱するため、出力トランジスタと放熱部材との間に隙間等があった場合に熱の受け渡しが上手くいかず、冷却性能が劣る場合があった。また放熱部材により出力トランジスタを固定しているが、放熱部材により出力トランジスタを保持することにより、出力トランジスタに付勢力が加えられる。一般的に出力トランジスタは三本の足により基板に固定されるが、付勢力が加えられることにより、足の根元が折れて断線するおそれがあった。よって本発明は、別途放熱部材を設けること無く冷却性能を担保した電動工具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、空気流入孔が形成されたハウジングと、該ハウジング内に配置されるブラシレスモータと、該ブラシレスモータを制御するスイッチング素子を有し、該ブラシレスモータに対して該空気流入孔側に配置される回路基板と、該ブラシレスモータに対して該空気流入孔と反対側に配置されるファンと、該ハウジングの該ファンの径方向外側に相当する位置に形成された空気排出孔と、該空気流入孔と該空気排出孔とを連通する通風路と、を備え、該空気流入孔は、該スイッチング素子の長手方向の延長線上に位置すると共に、該空気流入孔と該スイッチング素子は互いに対向する位置に配置され、該空気流入孔から該ハウジング内に流入された空気は、該スイッチング素子の長手方向に沿って流れる電動工具を提供する。

上記構成の電動工具において、該空気流入孔から該ハウジング内に流入された空気は、該回路基板に沿って流れることが好ましい

本発明の電動工具によれば、別途放熱部材を設けること無く冷却性能を担保することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る電動工具について図１乃至図４に基づき説明する。図１に示される電動工具であるインパクトドライバ１は、ハウジング２０と、モータ３０と、回路基板４０と、動力伝達機構６０とから主に構成されている。

ハウジング２０は、モータハウジング部２１と、動力伝達ハウジング部２２と、ハンドルハウジング部２３とから構成されている。尚本実施の形態においては、モータハウジング部２１から動力伝達ハウジング部２２に向かう方向を前方向、及び反対方向を後方と定義し、この前後方向と直交しハンドルハウジング部２３が延出される方向を下方と定義して説明する。

モータハウジング部２１は、筒状の形状を有し、モータ３０及び回路基板４０等を収容している。モータハウジング部２１の後方であって後述の回転軸３５を延長した軸回りとなる位置には、ハウジング２０外から空気を流入するための空気流入孔２１ａが形成されている。図２に示されるように、モータハウジング部２１の前方には、外部へ空気を排出するための空気排出孔２１ｂが形成されており、中央部分には、モータ３０を保持するための保持部材である面状保持部２１Ａと棒状保持部２１Ｂとから構成されている。棒状保持部２１Ｂは複数の大きさの異なるリブ構造となっている。リブの間は空気通路２１ｃとして設定されている。空気通路２１ｃは、図３に示されるようにモータ３０の外側とモータハウジング部２１との間に亘って画成され、図２に示される空気流入孔２１ａと空気排出孔２１ｂとの間を連通している。

動力伝達ハウジング部２２は略筒状に構成されモータハウジング部２１の前方に配置されており、筒内部に動力伝達機構６０を収容している。また動力伝達ハウジング部２２の先端からは、後述のアンビル６６の先端が突出している。

ハンドルハウジング部２３は、モータハウジング部２１及び動力伝達ハウジング部２２から下方に延出されて構成されており、ハンドルハウジング部２３の基端部分にはトリガスイッチ２４が設けられている。ハンドルハウジング部２３の下端部には、図示されないリチウムイオン二次電池、ニッケル・カドミウム二次電池等から成る電池パックを収容する電池パックケース７１が着脱可能に装着されている。またハンドルハウジング部２３内には、図示せぬ電池パックからモータ３０へ電力を供給するための図示せぬ配線及びモータ駆動回路２３Ａが収納されている。電池パックケース７１がハンドルハウジング部２３に装着されると、トリガスイッチ２４を介して図示せぬ電池パックとモータ駆動回路２３Ａとが電気的に接続される。

モータ３０は、ステータ３１と、コイル３２と、ロータ３３とから主に構成されたブラシレスモータである。図３に示されるように、ステータ３１は、筒体部３１Ａと、筒体部３１Ａの内周面側から半径方向内方に放射状に突出し筒体部３１Ａの軸方向に延びる複数のティース３４とを有している。ティース３４には、電気的に絶縁された絶縁部材８１及び８２(図１)が回転軸方向両端から装着されている。ステータ３１は、筒体部３１Ａでモータハウジング部２１に支持されている。

コイル３２は、複数のティース３４に順次巻回されており、スター結線された３相コイルを構成している。

ロータ３３は、モータハウジング部２１に支持されたベアリング３７によって回転可能に両端が支承された回転軸３５にスリーブ３６を介して同軸に圧入され、回転軸３５と一体に回転可能に構成されている。

回路基板４０は、空気流入孔２１ａ側に位置する絶縁部材８１の端面に固定されている。回路基板４０はコイル３２に電気的に接続され、周知のブリッジ回路から成るインバータ回路であり、回転軸３５の後端側に配置されて六個のＩＧＢＴ（出力トランジスタ）４１を備えている。これらのＩＧＢＴ（出力トランジスタ）４１はコイル３２に接続されて大電流を流すため、それぞれ冷却用に放熱面を有する放熱板４１Ａを一体に備えている。図４に示されるように、ＩＧＢＴ（出力トランジスタ）４１は、回転軸３５の軸回りであって放熱板４１Ａが外周側となるように整列配置されると共に、図１に示されるように、ＩＧＢＴ（出力トランジスタ）４１が空気流入孔２１ａ近傍位置であって放熱板４１Ａの放熱面が空気通路２１ｃ上になるように配置してある。これにより放熱板４１Ａ周辺の雰囲気が外気とほぼ同じになり、かつ後述のファン５０により発生する空気通路２１ｃ内を流れる気流に放熱板４１Ａが接することになり、冷却性能が高められている。

また六個のＩＧＢＴ（出力トランジスタ）４１は、それぞれ放熱板４１Ａを有しているため、外部に新たな放熱板を取り付ける必要が無く、その全面が露出している。よって、他の部材等から付勢力等の外力を受けることが防がれ、回路基板４０との接続箇所である足４１Ｂ（図４）に過度に負担がかかることが抑制されている。

また回転軸３５の前方側であって、モータハウジング部２１の空気通路２１ｃ内にはスリーブ３６を介してファン５０が同軸回転可能に固定されている。ファン５０は、モータ３０が駆動されると回転軸３５と一体に回転するため、空気通路２１ｃ内に気流を発生させ、空気流入孔２１ａから外部の空気を吸入し空気排出孔２１ｂ（図２）を通じて外部に排出する。

動力伝達機構６０は、動力伝達ハウジング部２２内に収容されており、遊星ギヤ６１及びリングギヤ６２で構成される減速機構部と、スピンドル６３及びハンマ６５から成るインパクト機構部と、先端工具（図示なし）を保持可能なアンビル６６とから主に構成されている。

遊星ギヤ６１及びリングギヤ６２はモータ３０の回転軸３５に接続され、その回転を減速してスピンドル６３に伝達している。スピンドル６３は、遊星ギヤ６１及びリングギヤ６２にその前方に配置されて接続され回転軸３５の減速された回転が伝達されている。ハンマ６５はスピンドル６３上に前後摺動可能に配されており、後方にスプリング６４が配置されて付勢され、スプリング６４によって打撃力が与えられている。アンビル６６はスピンドル６３の先端に同軸回転可能に取り付けられており、その後端部分にハンマ６５が当接することにより打撃力を生じさせている。

またハンマ６５とアンビル６６とにはそれぞれ図示せぬ凸部と凹部とが設けられている。アンビル６６に所定以上の負荷がかかっていない時には、ハンマ６５の凸部とアンビル６６の凹部とが嵌め合うことによりハンマ６５とアンビル６６とは一体に回転し回転力を得る。一方、アンビル６６に所定以上の負荷がかかっている時には、アンビル６６がロックされて回転せず、ハンマ６５の凸部とアンビル６６の凹部とは外れ、スプリング６４の作用によりハンマ６５は前進し打撃力を得ることになる。

上記構成のインパクトドライバ１を使用する場合には、使用者がトリガスイッチ２４を引くことにより、電池パックケース７１内の図示せぬ電池からモータ駆動回路２３Ａ及びＩＧＢＴ（出力トランジスタ）４１を介してモータ３０に供給され、回転軸３５が回転してアンビル６６を回転・打撃する。この際に回転軸３５に同軸回転可能に装着されているファン５０により、空気通路２１ｃ内に気流の流れが発生し、この気流の流れにより放熱板４１Ａが冷却され、ＩＧＢＴ（出力トランジスタ）４１が好適に冷却される。また放熱板４１Ａを直接冷却するため、別部材の冷却板を装着する必要が無く、よってインパクトドライバ１を構成する部品の点数を減らすことができ、インパクトドライバ１の製造時の作業性も向上する。

本発明の実施の形態に係るインパクトドライバの断面図。 本発明の実施の形態に係るインパクトドライバのモータハウジング部の内面を示す側面図。 図１のIII−III線に沿った断面図。 本発明の実施の形態に係るインパクトドライバのモータ後側の状態を示す部分斜視図。

符号の説明

１・・インパクトドライバ ２０・・ハウジング ２１・・モータハウジング部
２１ａ・・空気流入孔 ２１ｂ・・空気排出孔 ２１ｃ・・空気通路
２２・・動力伝達ハウジング部 ２３・・ハンドルハウジング部
２３Ａ・・モータ駆動回路 ２４・・トリガスイッチ ３０・・モータ
３１・・ステータ ３１Ａ・・筒体部 ３２・・コイル ３３・・ロータ
３４・・ティース ３５・・回転軸 ３６・・スリーブ ３７・・ベアリング
４０・・回路基板 ４１・・ＩＧＢＴ（出力トランジスタ） ４１Ａ・・放熱板
４１Ｂ・・足 ５０・・ファン ６０・・動力伝達機構 ６１・・遊星ギヤ
６２・・リングギヤ ６３・・スピンドル ６４・・スプリング ６５・・ハンマ
６６・・アンビル ７１・・電池パックケース ８１・・絶縁部材

Claims (2)

1. 空気流入孔が形成されたハウジングと、
   該ハウジング内に配置されるブラシレスモータと、
   該ブラシレスモータを制御するスイッチング素子を有し、該ブラシレスモータに対して該空気流入孔側に配置される回路基板と、
   該ブラシレスモータに対して該空気流入孔と反対側に配置されるファンと、
   該ハウジングの該ファンの径方向外側に相当する位置に形成された空気排出孔と、
   該空気流入孔と該空気排出孔とを連通する通風路と、を備え、
   該空気流入孔は、該スイッチング素子の長手方向の延長線上に位置すると共に、該空気流入孔と該スイッチング素子は互いに対向する位置に配置され、
   該空気流入孔から該ハウジング内に流入された空気は、該スイッチング素子の長手方向に沿って流れることを特徴とする電動工具。
2. 該空気流入孔から該ハウジング内に流入された空気は、該回路基板に沿って流れることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
   

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