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技術 工具

出願人 マックス株式会社
発明者 芹田智彦山下通夫
出願日 2016年5月30日 (4年6ヶ月経過) 出願番号 2016-107977
公開日 2017年12月7日 (3年0ヶ月経過) 公開番号 2017-213620
状態 特許登録済
技術分野 携帯用動力工具一般
主要キーワード 正逆切替スイッチ 半割構造 ポッティング処理 モータ動力線 耐ノイズ性能 調光ボタン 前面下部側 グリップ内
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年12月7日)のものです。
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図面 (7)

課題

配線本数の削減を図りつつ、基板温度上昇を防止する。

解決手段

電動工具10Aのグリップ16内には、基板100A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る。基板100Aの前面にはモータ駆動回路110および制御回路120が実装され、基板100Aの後面には操作部130および表示部140が実装される。モータ駆動回路110は、モータ150の近傍である基板100Aの上部に配設される。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に近い基板100Aの下部側に配設される。基板100Aは、分割可能に構成されたハウジング11の後ハウジング11b内にポッティング材により所定位置に固定される。

概要

背景

一般的な電動工具は、駆動源としてのDCブラシレスモータ回転制御するための複数のスイッチング素子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。

概要

配線本数の削減をりつつ、基板の温度上昇を防止する。電動工具10Aのグリップ16内には、基板100A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る。基板100Aの前面にはモータ駆動回路110および制御回路120が実装され、基板100Aの後面には操作部130および表示部140が実装される。モータ駆動回路110は、モータ150の近傍である基板100Aの上部に配設される。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に近い基板100Aの下部側に配設される。基板100Aは、分割可能に構成されたハウジング11の後ハウジング11b内にポッティング材により所定位置に固定される。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

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、前記グリップ部の内部に配置されていることを特徴とする工具

請求項2

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。

請求項3

前記基板には、操作部および表示部のうち少なくとも一方が実装されることを特徴とする請求項1または2に記載の工具。

請求項4

前記モータの位置を検知するセンサを含むセンサ基板を備え、前記センサ基板は、前記基板に一体に形成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。

請求項5

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4の何れか一項に記載の工具。

請求項6

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5の何れか一項に記載の工具。

請求項7

前記基板は、前記グリップの延在方向に沿うように配置されていることを特徴とする請求項1から6の何れか一項に記載の工具。

技術分野

0001

本発明は、工具に関する。

背景技術

0002

一般的な電動工具は、駆動源としてのDCブラシレスモータ回転制御するための複数のスイッチング素子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、信号線電源線等の複数の配線を介して接続されている。

0003

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。

0004

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。

先行技術

0005

特許4981345号

発明が解決しようとする課題

0006

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。

0007

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。

課題を解決するための手段

0008

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、前記グリップ部の内部に配置されるものである。

発明の効果

0009

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。

図面の簡単な説明

0010

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。

実施例

0011

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。

0012

[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。

0013

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。

0014

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。

0015

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。

0016

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。

0017

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。

0018

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。

0019

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。

0020

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。

0021

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。

0022

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。

0023

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。

0024

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。

0025

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。

0026

[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。

0027

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。

0028

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。

0029

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。

0030

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。

0031

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。

0032

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。

0033

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。

0034

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。

0035

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。

0036

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。

0037

<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。

0038

[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。

0039

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。

0040

[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。

0041

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。

0042

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。

0043

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。

0044

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。

0045

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。

0046

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。

0047

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。

0048

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

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