(57)【要約】【課題】粉塵の侵入防止と小型化を図りつつ、発熱部品であるスイッチング素子を効率良く冷却することができる電動工具を提供すること。【解決手段】複数のスイッチング素子１７を用いたインバータ回路１４を有するモータ駆動回路４と、該モータ駆動回路４によって駆動されるブラシレスモータ３をハウジング２内に搭載して成るインパクトドライバ（電動工具）１において、前記ブラシレスモータ３の回転軸９上に冷却ファン１３を固定し、該冷却ファン１３の後部に前記インバータ回路１４を配置するとともに、該インバータ回路１４の前記スイッチング素子１７を前記冷却ファン１３の外周部近傍において回転軸９に対して放射状に対向配置する。【選択図】図１
2006297532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチング素子を用いたインバータ回路を有するモータ駆動回路と、該モータ駆動回路によって駆動されるブラシレスモータをハウジング内に搭載して成る電動工具において、
前記ブラシレスモータの回転軸上に冷却ファンを固定し、該冷却ファンの後部に前記インバータ回路を配置するとともに、該インバータ回路の前記スイッチング素子を前記冷却ファンの外周部近傍において回転軸に対して放射状に対向配置したことを特徴とする電動工具。
【請求項２】
前記スイッチング素子を周方向に略等角度間隔で配置するとともに、前記ハウジングのスイッチング素子の周囲に複数の排気口を形成したことを特徴とする請求項１記載の電動工具。
【請求項３】
前記インバータ回路の回路基板の中央部に通風孔を形成し、該回路基板をファンガイドとして機能させることを特徴とする請求項１又は２記載の電動工具。
【請求項４】
前記スイッチング素子を金属製の放熱フィンに固定したことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の電動工具。
【請求項５】
前記ブラシレスモータの回転軸を回転可能に支持するベアリングを保持するベアリングホルダに前記放熱フィンを一体的に形成したことを特徴とする請求項４記載の電動工具。
【請求項６】
前記ベアリングホルダを熱絶縁材で構成したことを特徴とする請求項５記載の電動工具。
【請求項７】
前記ベアリングホルダを金属部材で構成し、該ベアリングホルダと前記放熱フィンとの間に熱絶縁材を介設したことを特徴とする請求項５記載の電動工具。
【請求項８】
前記ベアリングホルダを金属部材で構成し、前記スイッチング素子を熱絶縁部材で固定したことを特徴とする請求項５記載の電動工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハウジング内にブラシレスモータとこれを駆動するためのモータ駆動回路を搭載して成る電動工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高効率を実現することができるブラシレスモータは、電動工具の駆動源としても使用されているが、これを駆動するためのモータ駆動回路は、ブラシレスモータとは別体に構成され、トランジスタ若しくは電界効果トランジスタ（以下、「ＦＥＴ」と略称する）等の複数のスイッチング素子を用いたインバータ回路によって構成されている。
【０００３】
ところで、上記インバータ回路においては、スイッチング素子には大電流が流れるとともに、高速でスイッチング動作が行われるため、スイッチング素子の発熱量が大きく、このためインバータ回路を強制的に冷却する方法が必要となっている。ここで、インバータ回路の強制冷却には、冷却ファンを用いてスイッチング素子を冷却する方法が適している。この方法は、ハウジングに冷却風の吸気口と排気口を設け、冷却風路上にスイッチング素子を配置することにより、該スイッチング素子を強制的に冷却する方法である。
【０００４】
このようなインバータ回路を強制的に冷却する方法において、スイッチング素子を更に効率良く冷却するには、スイッチング素子と冷却ファンを軸方向に並設し、冷却風の直下にスイッチング素子を配置する構成が採られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−０１５９５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
今日、狭所での作業性向上や持ち運びの便利さ等のために電動工具に対する小型化の要求が高く、特に該電動工具に搭載されるブラシレスモータとインバータ回路を合わせたモータ部全体の小型化が解決すべき重要な課題となっている。
【０００７】
又、電動工具は、鉄粉や木粉等の粉塵が混在する空気の環境下で使用されることが多い。このため、粉塵のハウジング内への侵入を防ぐ必要があり、このために通風用の孔の大きさや孔の設置場所には多くの制約がある。
【０００８】
冷却風路上にスイッチング素子を配置して冷却を行う方法では、大風量の確保が必要となる。そのため、大きな冷却ファンを用いるとともに、大きな通風用の孔を設ける必要がある。
【０００９】
しかし、大風量を確保することにより、ハウジング内に鉄粉や木粉等の粉塵を吸い込み易くなり、電動工具の防塵性が損なわれる。又、大きな冷却ファンを用いることによって風損が大きくなるため、モータ効率が低下するという問題も発生する。
【００１０】
冷却性向上のために、図９の部分断面図に示すように、インバータ回路１１４の複数のスイッチング素子１１７と冷却ファン１１３をハウジング１０２内に軸方向に並べて配置し、冷却風直下にスイッチング素子１１７を配置した場合は、冷却ファン１１３とインバータ回路１１４の厚みを合わせた分だけ電動工具１０１のモータ部が全体的に軸方向に延びてしまい、電動工具１０１が大型化して小型化の要求に応えられないという問題が発生する。
【００１１】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、粉塵の侵入防止と小型化を図りつつ、発熱部品であるスイッチング素子を効率良く冷却することができる電動工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明、複数のスイッチング素子を用いたインバータ回路を有するモータ駆動回路と、該モータ駆動回路によって駆動されるブラシレスモータをハウジング内に搭載して成る電動工具において、前記ブラシレスモータの回転軸上に冷却ファンを固定し、該冷却ファンの後部に前記インバータ回路を配置するとともに、該インバータ回路の前記スイッチング素子を前記冷却ファンの外周部近傍において回転軸に対して放射状に対向配置したことを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記スイッチング素子を周方向に略等角度間隔で配置するとともに、前記ハウジングのスイッチング素子の周囲に複数の排気口を形成したことを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記インバータ回路の回路基板の中央部に通風孔を形成し、該回路基板をファンガイドとして機能させることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記スイッチング素子を金属製の放熱フィンに固定したことを特徴とする。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記ブラシレスモータの回転軸を回転可能に支持するベアリングを保持するベアリングホルダに前記放熱フィンを一体的に形成したことを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記ベアリングホルダを熱絶縁材で構成したことを特徴とする。
【００１８】
請求項７記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記ベアリングホルダを金属部材で構成し、該ベアリングホルダと前記放熱フィンとの間に熱絶縁材を介設したことを特徴とする。
【００１９】
請求項８記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記ベアリングホルダを金属部材で構成し、前記スイッチング素子を熱絶縁部材で固定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１記載の発明によれば、発熱部品である複数のスイッチング素子を冷却ファンの外周端部近傍に対向配置したため、モータ部の軸方向寸法を短縮して電動工具の小型化を図ることができる。又、冷却ファンによって誘起される冷却風の直下にスイッチング素子を配置することができるため、該スイッチング素子の表面に風速の速い冷却風が当たり、スイッチング素子を効率の良く冷却してその発熱を抑えることができる。この結果、単に冷却風路上に発熱部材を配置した場合に比べて、風窓面積を小さく抑えることができ、風路設計が容易となるとともに、ハウジング内への鉄粉や木粉等の粉塵の侵入を抑制することができる。更に、大きな冷却ファンが不要となるため、風損が小さく抑えられてモータ効率が高められる。
【００２１】
請求項２記載の発明によれば、複数のスイッチング素子を周方向に略等角度間隔で配置するとともに、ハウジングのスイッチング素子の周囲に複数の排気口を形成したため、各スイッチング素子が冷却風によって効率良く且つ略均等に冷却されてその発熱が抑えられる。
【００２２】
請求項３記載の発明によれば、インバータ回路の回路基板をファンガイドとして機能させることにより、冷却風がスムーズに冷却ファンへと導かれ、スイッチング素子の放熱効果が高められる。そして、ファンガイドとして別部材を設ける必要がないため、当該電動工具のコストダウンと省スペースを実現することができる。
【００２３】
請求項４記載の発明によれば、スイッチング素子を金属製の放熱フィンに固定したため、スイッチング素子において発生した熱が放熱フィンに伝達されて効果的に放熱され、スイッチング素子の冷却効果が高められる。
【００２４】
請求項５記載の発明によれば、放熱フィンをベアリングホルダと一体的に形成することにより、放熱フィンの熱容量が大きくなり、これによってスイッチング素子の冷却効果が高められる。
【００２５】
請求項６記載の発明によれば、ベアリングホルダを熱絶縁材で構成したため、モータ部からモータ駆動回路への熱伝達を遮断することができ、モータ部によるスイッチング素子の加熱を防ぐことができる。これは、モータの発熱量がスイッチング素子のそれよりも大きい場合に有効である。因に、放熱フィンとベアリングホルダを共に金属部材で構成した場合には、モータ部の熱がスイッチング素子に流れ込む可能性がある。
【００２６】
請求項７記載の発明によれば、ベアリングホルダの耐久性と精度を考慮してこれを金属部材で構成した場合に、モータ部からスイッチング素子への熱の伝達が放熱フィンとベアリングホルダ間に介設された熱絶縁材によって遮断されるため、モータ部によるスイッチング素子の加熱が防がれる。
【００２７】
請求項８記載の発明によれば、スイッチング素子を熱絶縁部材で固定したため、スイッチング素子の固定が熱的影響を受けることなく確実になされ、該スイッチング素子の放熱ファン側への倒れ込みを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２９】
＜実施の形態１＞
本実施の形態は、電動工具として電池駆動のインパクトドライバに本発明を適用したものであって、図１はインパクトドライバの破断側面図、図２は同インパクトドライバ要部の断面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図、図４はブラシレスモータの電気回路図である。
【００３０】
図１に示すインパクトドライバ１のハウジング２内には、駆動源としてのブラシレスモータ３と、該ブラシレスモータ３を駆動するためのモータ駆動回路４と、ブラシレスモータ３の回転動力を伝達するための動力伝達機構部５が収容されている。
【００３１】
上記ブラシレスモータ３は、その下部に配置された電圧源としての充電電池６から電力の供給を受けて回転駆動され、そのステータ７は、ハウジング２の内周に固定されている。そして、ステータ７の内部にはロータ８が回転可能に配されており、このロータ８を固定して成る回転軸９は、その両端部がベアリング１０，１１によってそれぞれ回転自在に支承されており、各ベアリング１０，１１は、ハウジング２とベアリングホルダ１２にそれぞれ保持されている。
【００３２】
又、上記回転軸９の前記ベアリングホルダ１２から後方（図１及び図２の右方）へ突出する後端部には冷却ファン１３が固定されており、この冷却ファン１３の後方には、前記モータ駆動回路４を構成するインバータ回路１４が配置されている。尚、冷却ファン１３は、複数枚（図示例では６枚）の羽根１３ａを周方向に等角度ピッチで放射状に配置して構成されている（図３参照）。
【００３３】
ここで、モータ駆動回路４は、図４に示すように、前記インバータ回路１４と、ハウジング２のハンドル部２Ａ（図１参照）に内蔵された制御回路１５によって構成されており、インバータ回路１４は、円板状の回路基板１６に複数（図示例では６つ）のスイッチング素子１７を配置して構成されている。尚、各スイッチング素子１７は、トランジスタ若しくはＦＥＴで構成されている。
【００３４】
ところで、本実施の形態では、インバータ回路１４の複数のスイッチング素子１７は、図３に示すように、前記冷却ファン１３の外周部近傍において回転軸９に対して放射状に、且つ、周方向に略等角度間隔で配置されている。
【００３５】
又、図２に示すように、ハウジング２の後端部中央には円孔状の吸気口２ａが形成されており、同ハウジング２の前記スイッチング素子１７の周囲には複数（図示例では６つ）の円孔状の排気口２ｂが形成されている（図３参照）。そして、インバータ回路１４の前記回路基板１６の中央部には円孔状の通風孔１６ａが形成されており、この通風孔１６ａは、ハウジング２に形成された前記吸気口２ａに対向しており、後述のように回路基板１６はファンガイドとしても機能する。
【００３６】
他方、前記動力伝達機構部５は、遊星ギア１８とリングギア１９で構成される減速機構部と、スピンドル２０と該スピンドル２０上に前後動可能に配されたハンマ２１で構成されるインパクト機構部と、不図示の先端工具を保持可能なアンビル２２で構成されている。
【００３７】
次に、以上のように構成されたインパクトドライバ１の動作について説明する。
【００３８】
ネジ締め作業において、充電電池６からの電力供給を受けてモータ駆動回路４によってブラシレスモータ３が駆動されると、該ブラシレスモータ３の回転軸９が所定の速度で回転駆動され、その回転は動力伝達機構部５の減速機構部を構成する遊星ギア１８とリングギア１９によって減速されてインパクト機構部のスピンドル２０に伝達され、該スピンドル２０が所定の速度で回転駆動される。すると、このスピンドル２０の回転がアンビル２２に伝達され、該アンビル２２に装着された不図示の先端工具が回転駆動されてネジ締めがなされるとともに、ネジ締め中に所定値以上のトルクがハンマ２１に作用すると、スピンドル２０の回転がハンマ２１による打撃力に変換され、この打撃力がアンビル２２を介して先端工具に伝達されるため、先端工具には回転力と打撃力が付与され、該先端工具によって所要のネジ締めがなされる。
【００３９】
ところで、ブラシレスモータ３の運転に伴い、該ブラシレスモータ３とモータ駆動回路４が発熱する。特に、モータ駆動回路４のスイッチング素子１７には大電流が流れるとともに、該スイッチング素子１７は高速でスイッチング動作を行うためにその発熱量が大きく、その冷却が必要となる。
【００４０】
而して、ブラシレスモータ３の回転軸９と共に回転する冷却ファン１３によって冷却風が図２に矢印にて示すように吸気口２ａからハウジング２内に吸入され、この吸入された冷却風は、モータ駆動回路３の回路基板１６に形成された通風孔１６ａを通り、冷却ファン１３の中心部へと吸引される。この場合、回路基板１６は、冷却風を冷却ファン１３の中心部へと導くファンガイドとして機能する。
【００４１】
回路基板１６によって冷却ファン１３の中心部へと導かれた冷却風は、冷却ファン１３によって運動エネルギーを付与されて径方向外方へと流れ、その過程でスイッチング素子１７を冷却した後、ハウジング２に形成された複数の排気口２ｂから大気中へと排出される。
【００４２】
従って、ブラシレスモータ３の動作中は発熱部品である複数のスイッチング素子１７は冷却風によって連続的に冷却されるが、本実施の形態では、複数のスイッチング素子１７を冷却ファン１３の外周端部近傍に対向配置したため、ブラシレスモータ３とモータ駆動回路４を含むモータ部の軸方向寸法を短縮してインパクトドライバ１の小型化を図ることができる。
【００４３】
又、冷却ファン１３によって誘起される冷却風の直下にスイッチング素子１７を配置することができるため、該スイッチング素子１７の表面に風速の速い冷却風が当たり、スイッチング素子１７を効率の良く冷却してその発熱を抑えることができる。特に、本実施の形態では、複数のスイッチング素子１７を周方向に略等角度間隔で配置するとともに、ハウジング２のスイッチング素子１７の周囲に複数の排気口２ｂを形成したため、各スイッチング素子１７が冷却風によって効率良く且つ略均等に冷却されてその発熱が抑えられる。この結果、単に冷却風路上に発熱部材を配置した場合に比べて、吸気口２ａの開口面積を小さく抑えることができ、風路設計が容易となるとともに、ハウジング２内への鉄粉や木粉等の粉塵の侵入を抑制することができる。
【００４４】
更に、前述のように冷却効率が高められる結果、大きな冷却ファンが不要となり、これによって風損が小さく抑えられてモータ効率が高められる。
【００４５】
又、本実施の形態では、インバータ回路１４の回路基板１６をファンガイドとして機能させるようにしたため、冷却風の流れがスムーズとなってスイッチング素子１７の放熱効果が高められとともに、ファンガイドとして別部材を設ける必要がないため、当該インパクトドライバ１のコストダウンと省スペースを実現することができる。
【００４６】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２を図５及び図６に基づいて説明する。
【００４７】
図５は本実施の形態に係るインパクトドライバ要部の断面図、図６は図５のＢ−Ｂ線断面図であり、これらの図においては図２及び図３に示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての説明は省略する。
【００４８】
本実施の形態は、スイッチング素子１７を金属製の放熱フィン２３に固定したことを特徴とする。ここで、放熱フィン２３は、ベアリングホルダ１２に一体的に形成されている。
【００４９】
而して、本実施の形態によれば、スイッチング素子１７を金属製の放熱フィン２３に固定したため、該スイッチング素子１７において発生した熱が放熱フィン２３に伝達されて効果的に放熱され、スイッチング素子１７の冷却効果が高められる。そして、放熱フィン２３をベアリングホルダ１２と一体的に形成したため、放熱フィン２３の熱容量が大きくなり、これによってスイッチング素子１７の冷却効果が更に高められる。
【００５０】
又、ベアリングホルダ１２を熱絶縁材で構成すれば、ブラシレスモータ３側からモータ駆動回路４への熱伝達を遮断することができ、発熱したブラシレスモータ３によるスイッチング素子１７の加熱を防ぐことができる。これは、ブラシレスモータ３の発熱量がスイッチング素子１７のそれよりも大きい場合に有効である。因に、放熱フィン２３とベアリングホルダ１２を共に金属部材で構成した場合には、ブラシレスモータ３の熱がスイッチング素子１７に流れ込む可能性がある。
【００５１】
尚、他の構成は前記実施の形態１の構成と同様であるため、本実施の形態においても前記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３を図７に基づいて説明する。
【００５３】
尚、図７は本実施の形態に係るインパクトドライバ要部の断面図であり、本図においては図５に示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての説明は省略する。
【００５４】
本実施の形態は、前記実施の形態２と同様に、スイッチング素子１７を金属製の放熱フィン２３に固定するが、ベアリングホルダ１２を金属部材で構成し、該ベアリングホルダ１２と放熱フィン２３との間に熱絶縁材２４を介設したことを特徴とする。
【００５５】
而して、本実施の形態によれば、ベアリングホルダ１２の耐久性と精度を考慮してこれを金属部材で構成した場合に、ブラシレスモータ３からスイッチング素子１７への熱の伝達が放熱フィン２３とベアリングホルダ１２間に介設された熱絶縁材２４によって遮断されるため、発熱したブラシレスモータ３によるスイッチング素子１７の加熱が防がれるという効果が得られる。尚、他の構成は前記実施の形態１の構成と同様であるため、本実施の形態においても前記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
＜実施の形態４＞
次に、本発明の実施の形態４を図８に基づいて説明する。
【００５７】
尚、図８は本実施の形態に係るインパクトドライバ要部の断面図であり、本図においても図５に示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての説明は省略する。
【００５８】
本実施の形態は、前記実施の形態３と同様に、ベアリングホルダ１２を金属部材で構成するが、スイッチング素子１７を熱絶縁部材２５でベアリングホルダ１２に固定したことを特徴とする。
【００５９】
而して、本実施の形態によれば、スイッチング素子１７を熱絶縁部材２５でベアリングホルダ１２に固定したため、スイッチング素子１７の固定が熱的影響を受けることなく確実になされ、該スイッチング素子１７の冷却ファン１３側への倒れ込みを防ぐことができるという効果が得られる。尚、他の構成は前記実施の形態１の構成と同様であるため、本実施の形態においても前記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
ところで、以上の本実施の形態１〜４に係るインパクトドライバ１においては、モータ駆動用電源として充電電池６を用いたが、これに代えて一般家庭用の商用電源を用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、インパクトドライバの他、ブラシレスモータとモータ駆動回路を搭載した他の任意の電動工具に対して適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施の形態１に係るインパクトドライバの破断側面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るインパクトドライバ要部の断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るインパクトドライバに搭載されたブラシレスモータの電気回路図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係るインパクトドライバ要部の断面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係るインパクトドライバ要部の断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係るインパクトドライバ要部の断面図である。
【図９】従来の電動工具の冷却構造を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１          インパクトドライバ（電動工具）
２          ハウジング
２ａ        吸気口
２ｂ        排気口
３          ブラシレスモータ
４          モータ駆動回路
５          動力伝達機構
６          充電電池
７          リングギア
８          スピンドル
９          回転軸
１０，１１  ベアリング
１２        ベアリングホルダ
１３        冷却ファン
１４        インバータ回路
１５        制御回路
１６        回路基板
１６ａ      通風孔
１７        スイッチング素子
１８        遊星ギア
１９        リングギア
２０        スピンドル
２１        ハンマ
２２        アンビル
２３        放熱フィン
２４        熱絶縁材
２５        熱絶縁部材
【図１】
2006297532.tif 000003
【図２】
2006297532.tif 000004
【図３】
2006297532.tif 000005
【図４】
2006297532.tif 000006
【図５】
2006297532.tif 000007
【図６】
2006297532.tif 000008
【図７】
2006297532.tif 000009
【図８】
2006297532.tif 000010
【図９】
2006297532.tif 000011