(57)【要約】【課題】ブラシレス直流モータを停止させて、手動でコードレス電動ドライバーを回転させる場合に、部品点数が格段に削減され、構成が簡略化されるものを提供する。部品点数を削減し構成を簡略化する。【解決手段】コードレス電動ドライバー１１は、作業者が把持し、バッテリー１９が内蔵されている把持部１４と、ブラシレス直流モータ１５と、ブラシレス直流モータ１５で回転駆動されるチャック部１３と、ブラシレス直流モータ１５のコギングトルクを、予め想定される負荷トルクを超える程度の予め定めるコギングトルク範囲に設定するコギングトルク設定手段とを備えている。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシレス直流モータで回転駆動されるコードレス電動ドライバー、コードレス電動ドライバードリルなどのコードレス電動工具において、
前記ブラシレス直流モータのコギングトルクを、予め想定される負荷トルクを超える程度の所定のコギングトルク範囲に設定するコギングトルク設定手段を有する
ことを特徴とするコードレス電動工具。
【請求項２】
前記コギングトルク設定手段は、
固定子のスロット数と回転子の極数との設定により所定のコギングトルク範囲に設定する
ことを特徴とする請求項１記載のコードレス電動工具。
【請求項３】
前記コギングトルク設定手段は、
前記ブラシレス直流モータの回転軸とドライバーとを接続する速度変換機構における減速ギアのギア比により所定のコギングトルク範囲に設定する
ことを特徴とする請求項１記載のコードレス電動工具。
【請求項４】
前記コギングトルク設定手段は、
固定子と回転子との間のエアギャップの寸法により所定のコギングトルク範囲に設定する
ことを特徴とする請求項１記載のコードレス電動工具。
【請求項５】
前記コギングトルク設定手段は、
回転子の永久磁石の材料の選択により所定のコギングトルク範囲に設定する
ことを特徴とする請求項１記載のコードレス電動工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレス直流モータで回転駆動されるコードレス電動ドライバー、コードレス電動ドライバードリルなどのコードレス電動工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、従来技術のコードレス電動ドライバー１の側面図である。
【０００３】
コードレス電動ドライバー１は、図４に示されるように、略円筒状の外形の本体２と、本体２の一端部に位置するチャック部３と、本体２の他端部に一体に形成された把持部４とを備えている。そして、このチャック部３にドライバーが固定される。
【０００４】
本体２の内部には、ブラシレス直流モータ（以下、単にモータという）５と速度変換機構６とが内蔵されている。
【０００５】
把持部４は作業者が手で把持できるように形成され、把持状態で指が位置する箇所に引き金状の電源スイッチ７が配置され、トリガースイッチ７の投入により、モータ５を所定の回転速度に回転制御する各種回路素子が実装された制御回路部８が内蔵されている。
【０００６】
また、把持部４にはバッテリー９が内蔵されている。
【０００７】
このようなコードレス電動ドライバー１では、作業者が把持部４を把持して、トリガースイッチ７を握って操作すると、モータ５及び制御回路部８がバッテリー９によって電力付勢され、モータ５が所定の回転速度となるように制御回路部８によってモータ５の回転状態が制御される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来技術において、モータ５の回転駆動によってネジ締結を行った後、作業者の手動による手締め作業を行う場合がある。このような場合、上記コードレス電動ドライバー１のチャック部３が自由に回転すると締結作業が不可能になる。
【０００９】
このため、従来では、手締め作業が必要な場合、コードレス電動ドライバー１のチャック部３の回転を機械的にロックする回転ロック機構が採用されている。この回転ロック機構はモータ５が停止すると常時機能するように構成されている。
【００１０】
このような従来技術であると、コードレス電動ドライバー１に回転ロック機構を設ける必要があり、このための部品点数が増大し、構成も複雑になるという問題点が発生している。
【００１１】
そこで、本発明は、ブラシレス直流モータを停止させて、手動でコードレス電動工具を回転させる場合に、部品点数が格段に削減され、構成が簡略化されるコードレス電動工具を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ブラシレス直流モータで回転駆動されるコードレス電動ドライバー、コードレス電動ドライバードリルなどのコードレス電動工具において、前記ブラシレス直流モータのコギングトルクを、予め想定される負荷トルクを超える程度の所定のコギングトルク範囲に設定するコギングトルク設定手段を有することを特徴とするコードレス電動工具である。
【００１３】
請求項２の発明は、前記コギングトルク設定手段は、固定子のスロット数と回転子の極数との設定により所定のコギングトルク範囲に設定することを特徴とする請求項１記載のコードレス電動工具である。
【００１４】
請求項３の発明は、前記コギングトルク設定手段は、前記ブラシレス直流モータの回転軸とドライバーとを接続する速度変換機構における減速ギアのギア比により所定のコギングトルク範囲に設定することを特徴とする請求項１記載のコードレス電動工具である。
【００１５】
請求項４の発明は、前記コギングトルク設定手段は、固定子と回転子との間のエアギャップの寸法により所定のコギングトルク範囲に設定することを特徴とする請求項１記載のコードレス電動工具である。
【００１６】
請求項５の発明は、前記コギングトルク設定手段は、回転子の永久磁石の材料の選択により所定のコギングトルク範囲に設定することを特徴とする請求項１記載のコードレス電動工具である。
【００１７】
【作　用】
本発明によれば、ブラシレス直流モータのコギングトルクが、予め想定される負荷トルクを超える程度の予め定めるコギングトルク範囲に設定されている。
【００１８】
従って、ブラシレス直流モータを停止させて、手動でコードレス電動工具を回転させる場合、ブラシレス直流モータのコギングトルクが負荷トルクを超える範囲であるので、手動による回転によってコードレス電動工具が受ける負荷トルクに抗して回転子は回転せず、手動で操作する作業が可能になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下の実施例に即して説明する。
【００２０】
図１と図２は本発明の一実施例を示すものである。
【００２１】
図１は本実施例のコードレス電動ドライバー１１の側面図であり、図２はコードレス電動ドライバー１１の電気的構成を示すブロック図である。
【００２２】
１．コードレス電動ドライバー１１の構成
以下、図１を参照して、コードレス電動ドライバー１１の構成について説明する。
【００２３】
コードレス電動ドライバー１１は、胴部である略円筒状の外形の本体１２と、本体１２の一端部に装着されたチャック部１３と、本体１２の他端部に一体に形成された把持部１４とを備えている。本体１２の内部には、ブラシレス直流モータ（以下、単にモータ１５という）と速度変換機構１６とが内蔵されている。把持部１４は作業者が手で把持できるように形成され、把持状態で指が位置する箇所に引き金状のトリガースイッチ１７及び回転方向指令スイッチ２３が配置されている。
【００２４】
トリガースイッチ１７の投入により、モータ１５を所定の回転速度に回転制御する各種回路素子が実装された制御回路１８の配線基板が、モータ１５の下方に内蔵されている。また、把持部１４にはバッテリー１９が内蔵されている。
【００２５】
２．制御回路１８の構成
以下、図２を参照して、コードレス電動ドライバー１１の制御回路１８の構成について説明する。
【００２６】
ブラシレス直流モータであるモータ１５は３相であって、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の駆動信号がインバータ回路２１から供給される。インバータ回路２１には、６個のスイッチングトランジスタから構成され、モータ１５のＹ結線された３相のコイルに双方向の駆動電流を流して駆動するバイポーラ駆動を行う。バイポーラ駆動の方法としては、１２０°通電矩形波駆動法が挙げられる。インバータ回路２１は、直流電源であるバッテリー１９から電流平滑コンデンサー２０を介して直流電流が供給される。
【００２７】
モータ１５には、回転検出素子である３つのホール素子Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３（以下、総称する場合はＨと記す）が設けられ、永久磁石を内蔵した回転子の各相毎の磁極変化に対応した回転信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３（以下、総称する場合はＳと記す）をそれぞれ出力する。
【００２８】
３個のホール素子Ｈから出力された検出信号Ｓは、三相分配回路２２に入力される。三相分配回路２２には、ＰＷＭ（パルス幅変調）信号を作成するＰＷＭ作成回路２４と回転方向切換回路２６とが接続されている。
【００２９】
ＰＷＭ作成回路２４には、トリガースイッチ１７の引き加減でモータ１５の予め定める基準回転速度に対応する速度指令信号が出力される。
【００３０】
回転方向切換回路２６には、回転方向指令スイッチ２３から回転方向を設定する回転方向信号が出力される。
【００３１】
これらトリガースイッチ１７及び回転方向指令スイッチ２３は、トリガー式スイッチなどの操作スイッチ類などによって実現され、作業者の事前の設定によって所定の回転速度及び回転方向が設定されるものである。
【００３２】
ＰＷＭ作成回路２４からは、モータ１５の回転速度すなわち前記駆動信号のデューティに対応するＰＷＭ波形が出力され、回転方向切換回路２６からは、モータ１５の所定の回転方向に対応した三相の駆動信号の各相間の位相差に対応する信号が出力される。
【００３３】
また、バッテリー１９とインバータ回路２１との間の電源ライン３０には、例としてサーミスタなどの温度検出素子を含んで構成される過電流・熱保護回路２９が接続され、過電流・熱保護回路２９が検出した制御回路１８付近の温度に対応する温度信号が三相分配回路２２に入力される。
【００３４】
三相分配回路２２から出力される信号は、ロック保護回路２７を介してゲートドライブ回路２８に入力される。
【００３５】
ゲートドライブ回路２８はインバータ回路２１を構成しているスイッチングトランジスタをオン・オフ制御する。
【００３６】
ロック保護回路２７は、駆動信号がモータ１５に出力されているにも関わらず、モータ１５の回転が３個のホール素子Ｈからの回転信号Ｓによっては検出されないことが三相分配回路２２によって検出されると、三相分配回路２２からの別途出力されるロック信号によって、三相分配回路２２からのゲートドライブ回路２８への信号を強制的に遮断する回路である。
【００３７】
過電流・熱保護回路２９から出力された温度信号が入力された三相分配回路２２は、検出された温度が仕様設定温度を超えると、ＰＷＭ波形のパルス幅を強制的に狭め、モータ１５の出力を低下させて、モータ１５のそれ以上の発熱を防止するようにする。
【００３８】
３．コギングトルクの設定
モータ１５のコギングトルクを予め所定の範囲となるように設定する。
【００３９】
この所定の範囲とは、コードレス電動ドライバー１１の場合、電動で締結されたネジを最終的に手動で締結する際に、ネジからの負荷トルクを超える範囲に選ばれる。
【００４０】
発明者の実測によれば、コードレス電動ドライバー１１が電源電圧１２Ｖクラスの種類であれば、２０〜２５Ｎ・ｍの範囲に選ばれ、電源電圧１４．４Ｖクラスの種類であれば、３０〜４０Ｎ・ｍの範囲に選ばれると、手動による回転作業が可能であることが確認された。なお、この値は速度変換機構１６を介した出力軸での値である。
【００４１】
コギングトルク設定手段は、下記（１）〜（４）のコギングトルクの調整手法を一例として含む広範なコギングトルク設定手法を指す。本実施例では、下記の各手法を単独で用いてもよく、これらの複数種類の組み合わせでもよい。
【００４２】
（１）固定子のスロット数と極数との組み合わせによる設定。
【００４３】
（２）速度変換機構１６における減速ギアのギア比の組み合わせによる設定。
【００４４】
（３）固定子と回転子との間のエアギャップの寸法による設定。
【００４５】
（４）回転子の永久磁石の材料の選択による設定。
【００４６】
上記（１）は、回転子の極数が小さい場合には回転子の磁気力が比較的大きくないと、比較的大きな始動トルクが求められることによる。例えば、固定子が６スロットで、回転子が４極のモータが挙げられる。
【００４７】
上記（２）は、ギア比が大きくなるほど、負荷トルクのモータ１５への伝達が行われ難くなることによる。
【００４８】
上記（３）は、エアギャップが小さいほど固定子３６と回転子３９との間の磁気結合力が大きくなり、モータ１５の停止時からの始動トルクに大きなトルクが要求されることによる。
【００４９】
上記（４）は、材料選択によりマグネット４０の磁気力が調整されるので、当然コギングトルクに影響する。例えば、材料としては、フェライト系永久磁石、ネオジ永久磁石が挙げられる。特に、ネオジ永久磁石は、磁気力が強いのでモータ１５の小型化などの目的で使用でき、また、コギングトルクが強いので、締結トルクが増加する。
【００５０】
以上のように、コギングトルクを、負荷トルクを超える程度の範囲に設定することにより、以下のような作用効果を達成することができる。
【００５１】
モータ１５の回転駆動によってネジ締結を行った後に、作業者の手動による手締め作業を行う場合、チャック部が自由に回転すると締結作業が不可能になる。しかし、本実施例では、コギングトルクを前述のように設定しているので、作業者が手締め作業を行うとき、コギングトルクにより、モータ１５の回転が強制的に停止される。これにより、コードレス電動ドライバー１１を手作業で回転させることによる作業を行うことができる。
【００５２】
このようにして本実施例では、コードレス電動ドライバー１１を手作業で回転させる場合に、モータ１５を負荷トルクに抗して停止状態に強制することができる。しかも、機構的なロック機構を用いることなくこれを実現することができる。
【００５３】
これにより、本実施例では、従来技術と比較し、部品点数を格段に削減することができると共に、構成を簡略化することができる。
【００５４】
なお、コードレス電動ドライバーに限らず、コードレス電動ドライバードリルなどのコードレス電動工具でも、本発明を適用できる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、ブラシレス直流モータを停止させて、手動でコードレス電動工具を回転させる場合、ブラシレス直流モータのコギングトルクが負荷トルクを超える範囲であるので、手動による回転によってコードレス電動工具が受ける負荷トルクに抗して回転子は回転せず、手動で操作する作業が可能になる。また、これにより、部品点数の削減と構成の簡略化とを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のコードレス電動ドライバーの側面図である。
【図２】コードレス電動ドライバーの電気的構成を示すブロック図である。
【図３】従来技術のコードレス電動ドライバーの側面図である。
【符号の説明】
１１　コードレス電動ドライバー
１３　チャック部
１５　モータ
１６　速度変換機構
１８　制御回路
１９　バッテリー
【図１】
2004009284.tif 000003
【図２】
2004009284.tif 000004
【図３】
2004009284.tif 000005