(57)【要約】【課題】ブラシレスモータに関する配置構成を合理化することで省スペース化に資する電動工具構成技術を提供する。【解決手段】電動工具１０１に設置され、固定子１２５側への通電により回転子１２４を回転駆動し、これによって所定の加工作業を行う工具ビット１１１を駆動するとともに、回転駆動される冷却ファン１４３を有する電動工具用ブラシレスモータ１２１であって、冷却ファン１４３は、所定の磁性材料ないし導電性材料で成形されることにより、回転子１２４の固定子１２５に対する回転位置検出手段１２９を兼ねる。【選択図】　　　　図４
2004007869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動工具に設置され、固定子側への通電により回転子を回転駆動し、これによって所定の加工作業を行う工具ビットを駆動するとともに、回転駆動される冷却ファンを有する電動工具用ブラシレスモータであって、
前記冷却ファンは、所定の磁性材料ないし導電性材料で成形されることにより、前記回転子の前記固定子に対する回転位置検出手段を兼ねることを特徴とする電動工具用ブラシレスモータ。
【請求項２】
請求項１に記載の電動工具用ブラシレスモータであって、前記冷却ファンは、磁性材料ないし導電性材料を混練した樹脂の射出成形によって形成されることを特徴とする電動工具用ブラシレスモータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電動工具用ブラシレスモータであって、
前記回転子と一体に回転する駆動軸をさらに有し、
前記冷却ファンは、前記駆動軸に取り付けられて当該駆動軸と同軸で回転するとともに、前記回転子と対抗する側へ突出する複数の羽根部を有することを特徴とする電動工具用ブラシレスモータ。
【請求項４】
所定の加工作業を行う工具ビットと、固定子側への通電によって回転駆動される回転子を介して前記工具ビットを駆動する直流ブラシレスモータと、回転動作によって前記ブラシレスモータを冷却する冷却ファンとを有する電動工具であって、
前記冷却ファンは、所定の磁性材料ないし導電性材料で成形されることにより、前記回転子の前記固定子に対する回転位置検出手段を兼ねることを特徴とする電動工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動工具の駆動モータを合理的に構築するのに有用な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動工具においては、その高効率性・高出力性ゆえに、直流電源でモータを駆動する形式のものが多用されている。一方、直流電源駆動式のモータとしては、一般的に、ブラシおよび整流子を用いた直流モータ、あるいはブラシと整流子を用いないブラシレスモータが知られている。ブラシレスモータは、ＤＣブラシレスモータあるいは直流ブラシレスモータとも称呼され、典型的には回転子に永久磁石を用い、固定子にコイルを設ける構造のため、ブラシと整流子を設ける必要がなく、モータの構造を小型かつ簡素化することが可能である。
【０００３】
ところでブラシレスモータにおいては、当該ブラシレスモータを冷却するための手段、および固定子に対する回転子の相対的な回転位置関係を検出するための回転位置検出手段を設定するのが一般である。上記のようにモータの構造を小型化し簡素化するのに有用なブラシレスモータにつき、電動工具への設置を考慮する場合、更に上記のごとき冷却手段ないし位置検出手段の配置構成についても可能な限り合理化し、電動工具における省スペース化を図るのが好ましい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、ブラシレスモータに関する配置構成を合理化することで省スペース化に資する電動工具構成技術を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、各請求項記載の発明が構成される。
請求項１に記載の発明によれば、電動工具に設置され、固定子側への通電により回転子を回転駆動し、これによって所定の加工作業を行う工具ビットを駆動する電動工具用ブラシレスモータが構成される。このブラシレスモータはさらに回転駆動される冷却ファンを有する。
【０００６】
本発明における「電動工具」ないし「所定の加工作業を行う工具ビット」としては、ドリル・グラインダ・インパクトドライバ・インパクトレンチ・カッタ・トリマ・丸鋸・レシプロソー等の電動工具、およびこれらの電動工具に用いられる各種工具ビットが広く包含される。また「回転駆動される冷却ファン」としては、典型的にはブラシレスモータの駆動軸に取り付け、ブラシレスモータの駆動軸の回転とともに同心で回転駆動される構成とするのが好ましい。
【０００７】
本発明に係る電動工具用ブラシレスモータの冷却ファンは、所定の磁性材料ないし導電性材料で成形され、これによって電動工具用ブラシレスモータにおける回転子の固定子に対する回転位置を検出する手段を兼ねるよう構成される。具体的な構成の一例としては、固定子側にホール素子を設け、磁性材料ないし導電性材料で成形されるとともに回転子とともに回転するよう設定された冷却ファンの近傍に当該ホール素子を配置するのが好ましい。更にこのような冷却ファンは、回転子とともに回転するに伴い、極性が変化し、あるいはホール素子近傍の磁束密度が変化するように構成するのが好ましい。このような構成とすることで固定子側のホール素子が確実に回転子の位置を検出することが可能となる。
【０００８】
本発明に係る冷却ファンは、磁性材料ないし導電性材料を用いて一体状に成形するのが好ましい。これにより冷却ファンの生産性を向上することが可能である。磁性材料のみで、あるいは導電性材料のみで、さらには磁性材料と導電性材料とを適宜混成して冷却ファンを形成してもよい。冷却ファンを磁性材料ないし導電性材料で成形する構成により、本発明に係る電動工具用ブラシレスモータでは、固定子と回転子との相対的な位置関係を検出するのに、例えばホール素子に対向して設置される磁性体を個別に設ける必要がなく、冷却ファンに兼務させることが可能である。従って工具ビット駆動のため当該ブラシレスモータを電動工具に用いる際に、当該ブラシレスモータの冷却手段と、固定子および回転子の相対的な回転位置検出手段とを兼用させることが可能となり、電動工具の省スペース化を図ることが可能となった。
【０００９】
（請求項２に記載の発明）
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の電動工具用ブラシレスモータにおける冷却ファンが、磁性材料ないし導電性材料を混練した樹脂の射出成形によって形成される。樹脂を主体として冷却ファンを形成することで冷却ファンの軽量化が確保され、さらに磁性材料ないし導電性材料を混練しつつ樹脂の射出成形で冷却ファンを形成することにより、例えば樹脂で成形された冷却ファンに後工程で磁性材料等を付設する構成に比べ、生産性を向上し製造コストを低減することが可能である。
【００１０】
「磁性材料ないし導電性材料を混練」の具体的形態としては、例えば、粉末状あるいは繊維状とされた磁性材料ないし導電性材料を樹脂に混入する形態が可能である。磁性材料のみ、導電性材料のみ、あるいは磁性材料と導電性材料を所定割合にて樹脂に混練することが可能である。
【００１１】
（請求項３に記載の発明）
請求項３に記載の発明では、上記電動工具用ブラシレスモータの回転子と一体に回転する駆動軸を更に配置する。そして冷却ファンは、この駆動軸に取り付けられ当該駆動軸と同軸で回転するよう構成する。さらに本請求項記載の発明における冷却ファンは、回転子と対抗する側へ突出する複数の羽根部を有するよう構成する。これにより冷却ファンが回転駆動されることで、ブラシレスモータから離間する方向へと冷却用流れが生じることとなり、当該冷却用流れによってブラシレスモータ近傍の熱が奪われ、ブラシレスモータの効果的な冷却が行われることとなる。また当該冷却流れにより、ブラシレスモータにおける塵埃等についてもモータ外へ移送される効果が得られ、冷却ファンによる風を直接ブラシレスモータに吹き付けて冷却する手法に比べブラシレスモータ内の除塵能力に優れることとなる。
【００１２】
（請求項４に記載の発明）
請求項４に記載の発明によれば、上記した各請求項に記載のブラシレスモータと実質的に同等の構成を有するブラシレスモータが配置された電動工具が提供されることとなる。なお本発明における冷却ファンは、ブラシレスモータの冷却および固定子に対する回転子の回転位置検出の機能が確保される限り、その配置位置に制限を受けるものではなく、例えばブラシレスモータの外郭を構成するハウジング内に設けてもよく、あるいは当該ブラシレスモータのハウジング外に設けても良い。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１に、本発明の実施の形態に係るスクリュードライバ１０１が示される。当該スクリュードライバ１０１は本発明における「電動工具」の一例に対応する。スクリュードライバ１０１は、本体部１０１ａとグリップ部１０１ｂとを有し、本体部１０１ａ内には、直流駆動式のブラシレスモータ１２１、モータ駆動軸１２３、遊星歯車１０３を主体とする変速機構部１０５、スピンドル１０７が収納され、さらにスピンドル１０７の先端部にはビット取付用チャック１０９およびドライバビット１１１が配される。ドライバビット１１１は、本発明における「所定の加工作業を行う工具ビット」に対応する。一方、グリップ部１０１ｂの上端側にはトリガースイッチ１１３が設けられ、下端側にはブラシレスモータ１２１に駆動電流を供給するためのバッテリ１４１が着脱自在に取り付けられる。
【００１４】
本実施の形態に係るブラシレスモータ１２１の構成が図２ないし図４に示される。図２はブラシレスモータ１２１の正面図であり、図３は図２に示すブラシレスモータ１２１の左側面図である。また図４はブラシレスモータ１２１のハウジング１２１ａ内部における主要要素の構成を示す。本実施の形態に係るブラシレスモータ１２１は、ハウジング１２１ａ内に収容されたロータ１２４、ステータ１２５、駆動軸１２３およびブラシレスモータ１２１を冷却するための冷却ファン１４３を主体として構成される。
【００１５】
ロータ１２４は、少なくともその外周部に永久磁石が設定され、駆動軸１２３に対し当該駆動軸１２３と一体に回転可能に取り付けられるとともに、ステータ１２５に囲まれるようにして配置される。駆動軸１２３は、ハウジング１２１ａの両側面外方において軸受１２３ａ，１２３ｂにより回転可能に軸支される。ステータ１２５は、特に図示しないステータコアに三相のコイルが巻かれて構成される。後述するように、この三相のコイルそれぞれには巻き線電流が逐次供給され、これによってロータ１２４が回転駆動され、ブラシレスモータ１２１が駆動制御される。
【００１６】
冷却ファン１４３は、ロータ１２４と並列して駆動軸１２３に一体に取り付けられ、駆動軸１２３とともに回転可能とされる。冷却ファン１４３の外周部のうちロータ１２４と対向する側（図４において左側）には、多数のファンブレード１４５が形成されている。また冷却ファン１４３の中央部であって、駆動軸１２３周りには、風穴１４７が多数形成されている。この風穴１４７は、冷却ファン１４３のうち、ロータ１２４に向かう側の面から、ロータ１２４から離反する側の面へと貫通するように穿設される。
【００１７】
本実施の形態に係る冷却ファン１４３は、所定の磁場の中、成形型を用いてフェライト異方性ナイロン６を射出成形することによって形成される。すなわちフェライト磁石の粉をナイロン６に混合して溶融し、所定の磁場の中で射出成型を行って一体的に形成するものである。フェライト異方性ナイロン６によって射出成型されて構成される冷却ファン１４３は、本発明における「磁性材料を混練した樹脂の射出成形によって形成される冷却ファン」に対応する。また本実施の形態に係る冷却ファン１４３は、図３に示すように、周方向（回転方向）に関して９０度毎に交互にＮ極とＳ極に磁化されている（図中、符号「Ｎ」と「Ｓ」とで示される）。これにより当該冷却ファン１４３は、ブラシレスモータ１２１の冷却の役割とともに、後述するセンサマグネットとしての役割を兼務する。
【００１８】
本実施の形態では、ブラシレスモータ１２１を駆動するのに三相式のバイポーラ駆動回路が採用されている。具体的には、Ｙ結線されたロータ１２４駆動用の三つのコイルを用いて１２０＆ｏｒｄｍ；通電矩形波による駆動制御が行われる。このため本実施の形態に係るブラシレスモータ１２１では、ステータ１２５に配置された三相式コイルに対する通電の相順を適宜切り替えて駆動制御を行うため、コイルが巻かれたステータ１２５に対するロータ１２４の相対的な回転位置を逐次検出する必要がある。換言すれば、三相コイルが巻かれたステータ１２５側に対して、ロータ１２４がいかなる回転位置にあるかを特定し、特定されたロータ１２４の相対的回転位置に基づいて各コイルに選択的に通電を行うことでブラシレスモータ１２１の駆動制御が行われる。なお上記ロータ１２４およびステータ１２５は、本発明における「回転子」「固定子」にそれぞれ対応する。
【００１９】
このため本実施の形態に係るブラシレスモータ１２１では、ロータ１２４の回転動作に関し、ロータ１２４とステータ１２５との相対的な位置関係を検出するべく、ステータ１２５側およびロータ１２４側の回転位置検出手段１２９が設けられている。ステータ１２５側の回転位置検出手段１２９は、当該ステータ１２５と一体に設けられたセンサ基板１３１およびホール素子１３３によって規定される。本実施の形態では、センサ基板１３１とホール素子１３３とは一体状のホールＩＣとして構成され、磁束密度に比例したホール素子１３３の出力電圧を増幅し、あるいはコンパレータを用いて適宜スイッチング出力に変換することによりロータ１２４の回転位置検出信号を出力する。
【００２０】
一方、ロータ１２４側の回転位置検出手段１２９は、本実施の形態では上述の冷却ファン１４３によって規定される。既に述べたように本実施の形態に係る冷却ファン１４３はフェライト異方性ナイロン６を、所定の磁場の中、成形型で射出成形することによって形成され、その周方向について回転角９０度毎に交互にＮ極とＳ極と極性が変化するように磁化されている。この結果、ロータ１２４が駆動軸１２３および冷却ファン１４３とともに回転駆動された場合、冷却ファン１４３の回転に伴ってホール素子１３３近傍における当該冷却ファン１４３の極性がＮ極とＳ極との間で交互に変化し、ホール素子１３３周りの磁束密度に変動が生じる。ホール素子１３３は、この磁束密度の変動に反応した検知電圧を出力し、かくして冷却ファン１４３，ホール素子１３３およびセンサ基板１３１の協働により、ロータ１２４とステータ１２５との相対的な回転位置関係が検出可能に構成される。
【００２１】
次に本実施の形態に係るスクリュードライバ１０１およびブラシレスモータ１２１の作用について説明する。作業者が図１に示すトリガスイッチ１１３を操作すると、ブラシレスモータ１２１はバッテリ１４１を駆動源として回転駆動される。具体的には、特に図示しない駆動制御回路がバッテリ１４１の駆動電流を介してステータ１２５側の各相コイルの巻き線を通電し、これによってロータ１２４がステータ１２５回りに回転駆動される。ロータ１２４が回転すると、ロータ１２４に取り付けられた駆動軸１２３が回転し、この駆動軸１２３の回転運動は、変速機構部１０５において適宜減速されつつスピンドル１０７へ伝達される。スピンドル１０７が回転駆動されることにより、スピンドル１０７先端のビット取付用チャック１０９に取り付けられたドライバビット１１１が回転駆動され、これによって被加工材に対するネジ締付作業が遂行される。
【００２２】
このときブラシレスモータ１２１では、駆動軸１２３の回転に伴い、当該駆動軸１２３に取り付けられた冷却ファン１４３も一体に回転する。冷却ファン１４３の回転に伴い、当該冷却ファン１４３の周縁に設けられたファンブレード１４５は駆動軸１２３回りに回転する。冷却ファン１４３には風穴１４７が穿設されており、ロータ１２４およびステータ１２５回りの熱は、ファンブレード１４５の回転に伴って風穴１４７よりブラシレスモータ１２１のハウジング１２１ａ（図２参照）外へと放出される。これによりブラシレスモータ１２１の冷却が効果的に遂行されることとなる。このとき、ハウジング１２１ａ内の塵埃等についても風穴１４７を通じてハウジング１２１ａ外へ放出されるので、とりわけホール素子１３３やセンサ基板１３１周辺に塵埃が滞留しにくい効果が得られる。
【００２３】
一方、冷却ファン１４３は、駆動軸１２３とともに回転することにより、ステータ１２５側に固定されたホール素子１３３に対しても相対的に回転動作することとなる。既に述べたように、冷却ファン１４３はその周方向について回転角９０度毎にＮ極とＳ極とで極性が変化するように磁化されているため、ロータ１２４、駆動軸１２３および冷却ファン１４３が一体に回転することにより、ホール素子１３３に向かう冷却ファン１４３の磁性が逐次変化し、この結果、ホール素子１３３周りの磁束密度に変動が生じることとなる。するとホール素子１３３の出力電圧が当該磁束密度の変動に応じて変化し、これをセンサ基板１３１にて適宜増幅処理等し、ロータ１２４の回転位置検出信号としてブラシレスモータ１２１の駆動制御回路に出力する。このロータ１２４の回転位置検出信号に基づいてステータ１２５の各相コイルへの通電が逐次制御され、ロータ１２４の回転駆動制御が行われる。
【００２４】
上記のように本実施の形態によれば、冷却ファン１４３が回転子１２４側の位置検出手段１２９としてのセンサーマグネットを兼務する構成とされているため、ステータ１２５に対するロータ１２４の相対的な回転位置関係を検出するのにホール素子３３に対向して磁性体を独立して設ける必要がなく、冷却ファン１４３を効率的に利用することが可能である。従ってスクリュードライバ１０１部品点数の削減、省スペース化、さらには電動工具１０１の組み付け性向上、コストダウンを図ることが可能となった。
【００２５】
本実施の形態では、冷却ファン１４３を磁性体で形成していたが、ホール素子１３３周りの磁束密度を変化させるための手段を広く包含する趣旨より、冷却ファン１４３を導電性材料で形成してもよい。たとえば磁場を作用させることなく、導電性金属片（粉末）を樹脂に混練して射出成形にて形成することが可能である。また本実施の形態では、冷却ファン１４３を形成する際に、粉末状の磁性材料を樹脂に混合する構成を採用したが、繊維状の磁性材料ないし導電性材料を樹脂に混合する構成としてもよい。
【００２６】
また本発明の趣旨に鑑み、下記のごとき態様を構成することも可能である。
（態様）
「所定の加工作業を行う工具ビットと、固定子側への通電によって回転駆動される回転子により前記工具ビットを駆動するブラシレスモータと、回転動作によって前記ブラシレスモータを冷却する冷却ファンと、前記回転子の前記固定子に対する回転位置を特定するための回転位置検出手段とを有する電動工具であって、
前記冷却ファンは、所定の磁性材料ないし導電性材料で成形され、
前記回転位置検出手段は、前記冷却ファンと、前記固定子側に設けられるとともに前記冷却ファン近傍に設置されるホール素子とを有することを特徴とする電動工具。」
【００２７】
この構成により、ホール素子を用いた確実な回転子の回転位置検出が可能になるとともに、かかる回転子の回転位置検出のための手段を冷却ファンと兼務させて、電動工具の部品点数削減および省スペース化を図ることが可能となる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、ブラシレスモータに関する配置構成を合理化することで省スペース化に資する電動工具構成技術が提供されることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るスクリュードライバの構造を示す。
【図２】本実施の形態に係るブラシレスモータの全体構成を示す。
【図３】図２に示すブラシレスモータの左側面図である。
【図４】図２に示すブラシレスモータ内部の主要要素の構成を示す。
【符号の説明】
１０１　スクリュードライバ
１０１ａ　モータハウジング
１０１ｂ　グリップ部
１０３　遊星歯車
１０５　変速機構部
１０７　スピンドル
１０９　ビット取付用チャック
１１１　ドライバビット
１１３　トリガースイッチ
１２１　ブラシレスモータ
１２３　駆動軸
１２４　ロータ
１２５　ステータ
１２７　駆動軸
１２９　回転位置検出手段
１３１　センサ基板
１３３　ホール素子
１４１　バッテリ
１４３　冷却ファン
１４５　ファンブレード
【図１】
2004007869.tif 000003
【図２】
2004007869.tif 000004
【図３】
2004007869.tif 000005
【図４】
2004007869.tif 000006