(57)【要約】【課題】スイッチング素子を搭載した基板に制御回路も搭載することで、相互配線のためのケーブルや配線コードを不要にして、組立作業性の改善やハウジングの小型化を図る。【解決手段】ブラシレスモータ１０及び先端工具が接続される出力部３０を収容する胴体部２と、一端が胴体部２に接続するハンドル部３と、ハンドル部３の他端に設けられる収納部４とを有するハウジング１を用い、ＦＥＴ７１を搭載したＦＥＴ基板８０に制御回路８１を搭載し、この基板８０を胴体部内のモータ軸方向の後方に配置している。【選択図】図１
2016093848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、
前記モータによって駆動され、先端工具が接続される出力部と、
前記モータを収容する胴体部、及び一端が前記胴体部に接続するハンドル部を有するハウジングと、
前記モータに電力を供給するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子を制御する制御部を有する制御回路とを備え、
前記スイッチング素子を搭載したスイッチング素子基板に、前記制御回路が搭載されていることを特徴とする電動工具。
【請求項２】
前記モータの軸方向の前方又は後方位置に前記スイッチング素子基板が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
【請求項３】
前記制御部は、前記スイッチング素子をオン、オフする駆動信号を出力するドライブ回路及び前記ドライブ回路を制御するマイクロコンピュータを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動工具。
【請求項４】
前記スイッチング素子基板の前記モータに対面する側に前記制御回路が搭載され、非対面側に前記スイッチング素子が搭載されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の電動工具。
【請求項５】
前記スイッチング素子基板の前記モータに対面する側に回転位置検出素子が搭載されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の電動工具。
【請求項６】
前記ハウジングは、前記ハンドル部の他端に設けられる収納部を有し、前記収納部に前記スイッチング素子基板が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
【請求項７】
前記ハウジングは、前記ハンドル部の他端に設けられる収納部を有し、前記収納部から引き出された電源コードで供給される交流電力を直流電力に変換する整流回路が搭載された整流回路基板が前記収納部に収納されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電動工具。
【請求項８】
前記収納部に前記スイッチング素子基板が配置され、かつ前記スイッチング素子基板は前記整流回路基板よりも前記ハンドル部側に位置していることを特徴とする請求項７に記載の電動工具。
【請求項９】
前記制御回路がハイブリッドＩＣで構成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電動工具。
【請求項１０】
モータと、
前記モータによって駆動され、先端工具が接続される出力部と、
前記モータを収容する胴体部、及び一端が前記胴体部に接続するハンドル部を有するハウジングと、
前記モータに電力を供給するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記スイッチング素子をオン、オフする駆動信号を出力するドライブ回路と、前記ドライブ回路を制御する演算部とを有し、
前記ドライブ回路と前記演算部とを含む制御回路を単一のＩＣとして構成したことを特徴とする電動工具。
【請求項１１】
前記スイッチング素子を搭載したスイッチング素子基板に、前記制御回路が搭載されていることを特徴とする請求項１０に記載の電動工具。
【請求項１２】
前記スイッチング素子の前記モータに対面する側に前記制御回路が搭載され、非対面側に前記スイッチング素子が搭載されていることを特徴とする請求項１１に記載の電動工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング素子を介してモータに電力供給を行う電動工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、商用交流電源から整流子モータに供給された電力により駆動される電動工具、例えばインパクトドライバが知られている。また、近年モータとしてブラシレスモータを使用し、ブラシレスモータの回転数を制御基板に搭載したマイクロコンピュータによって細かく制御可能とする電動工具も例えば下記特許文献１で提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１３９７４７号公報
【０００４】
図５は特許文献１で示した従来の電動工具であって、ハウジング１と、ブラシレスモータ１０と、モータ１０によって回転される打撃機構部２０と、打撃機構部２０に接続される出力部３０とを備えたインパクトドライバを示している（前後及び上下方向を図中に定義した）。
【０００５】
ハウジング１は、モータ１０と、打撃機構部２０と、出力部３０の一部とを収納する胴体部２と、一端が胴体部２に接続しているハンドル部３と、ハンドル部３の他端に形成された収納部４とを有している。ハンドル部３には、トリガ５が設けられており、トリガ５はハンドル部３内に収容されたスイッチ機構６と接続している。トリガ５によって、モータ１０への電力の供給と遮断とを切替えている。
【０００６】
収納部４の下部から電源コード４０が引き出されており、電源コード４０に接続されて交流電力を直流電力に変換する整流回路を搭載した整流回路基板５０が収納部４内に収納されるとともに、モータ１０の回転等を制御する制御回路を搭載した制御回路基板６０も収納部４内に収納されている。電源コード４０と整流回路との間には、チョークコイル４１とコンデンサ４２とからなるノイズフィルタが挿入されており、このノイズフィルタはハンドル部３内に収納されている。
【０００７】
前記制御回路で制御されるインバータ回路は、モータ１０の背後に配置されたインバータ回路基板（スイッチング素子基板）７０に搭載されている。インバータ回路はモータ１０への通電をオン、オフする例えば６個のスイッチング素子としてのＦＥＴ７１を有し、各ＦＥＴ７１はモータ１０と共に回転するファン１５による空気流で冷却されるようになっている。
【０００８】
前記制御回路は、各ＦＥＴ７１をオン、オフする駆動信号を出力するドライブ回路（ゲートドライバ）及びマイクロコンピュータを含み、制御回路基板６０とインバータ回路基板７０との電気接続はフラットケーブル７２で行われている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図５の従来技術のように、ＦＥＴ７１を搭載したインバータ回路基板７０と、これを制御する制御回路を搭載した制御回路基板６０とが離れた位置にあると、ハンドル部３内を通る相互の配線本数が多くなり、作業者が把持しやすいようにハンドル部３を小径化するための妨げとなったり、組み立て作業に手間がかかる等の問題が生じる。
【００１０】
本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、スイッチング素子を搭載した基板に制御回路も搭載することで、相互配線のためのケーブルや配線コードを不要にして、組立作業性の改善やハウジングの小型化を図ることの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】
【００１１】
本発明のある態様は電動工具である。この電動工具は、モータと、前記モータによって駆動され、先端工具が接続される出力部と、前記モータを収容する胴体部、及び一端が前記胴体部に接続するハンドル部を有するハウジングと、前記モータに電力を供給するスイッチング素子と、前記スイッチング素子を制御する制御部を有する制御回路とを備え、
前記スイッチング素子を搭載したスイッチング素子基板に、前記制御回路が搭載されていることを特徴とする。
【００１２】
前記態様において、前記モータの軸方向の前方又は後方位置に前記スイッチング素子基板が配設されているとよい。
【００１３】
前記態様において、前記制御部は、前記スイッチング素子をオン、オフする駆動信号を出力するドライブ回路及び前記ドライブ回路を制御するマイクロコンピュータを有するとよい。
【００１４】
前記態様において、前記スイッチング素子基板の前記モータに対面する側に前記制御回路が搭載され、非対面側に前記スイッチング素子が搭載されているとよい。
【００１５】
前記態様において、前記スイッチング素子基板の前記モータに対面する側に回転位置検出素子が搭載されているとよい。
【００１６】
前記態様において、前記ハウジングは、前記ハンドル部の他端に設けられる収納部を有し、前記収納部に前記スイッチング素子基板が配置されているとよい。
【００１７】
前記態様において、前記ハウジングは、前記ハンドル部の他端に設けられる収納部を有し、前記収納部から引き出された電源コードで供給される交流電力を直流電力に変換する整流回路が搭載された整流回路基板が前記収納部に収納されているとよい。
【００１８】
前記態様において、前記収納部に前記スイッチング素子基板が配置され、かつ前記スイッチング素子基板は前記整流回路基板よりも前記ハンドル部側に位置しているとよい。
【００１９】
前記態様において、前記制御回路がハイブリッドＩＣで構成されているとよい。
【００２０】
本発明の別の態様も電動工具である。この電動工具は、モータと、前記モータによって駆動され、先端工具が接続される出力部と、前記モータを収容する胴体部、及び一端が前記胴体部に接続するハンドル部を有するハウジングと、前記モータに電力を供給するスイッチング素子と、前記スイッチング素子を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記スイッチング素子をオン、オフする駆動信号を出力するドライブ回路と、前記ドライブ回路を制御する演算部とを有し、前記ドライブ回路と前記演算部とを含む制御回路を単一のＩＣとして構成したことを特徴とする。
【００２１】
前記別の態様において、前記スイッチング素子を搭載したスイッチング素子基板に、前記制御回路が搭載されているとよい。
【００２２】
前記別の態様において、前記スイッチング素子の前記モータに対面する側に前記制御回路が搭載され、非対面側に前記スイッチング素子が搭載されているとよい。
【００２３】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る電動工具によれば、スイッチング素子を搭載した基板に制御回路も搭載することで、相互配線のためのケーブルや配線コードを不要にすることができる。また、組立作業性の改善を図ることができると共に、ハウジングの小型化を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る電動工具の第１の実施の形態であって、インパクトドライバを示す側断面図。
【図２】第１の実施の形態における制御ブロック図。
【図３】本発明の第２の実施の形態における要部断面図。
【図４】本発明の第３の実施の形態を示す側断面図。
【図５】従来例を示す側断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００２７】
図１及び図２で本発明に係る電動工具の第１の実施の形態として、インパクトドライバを説明する（図１中に前後及び上下方向を定義した）。このインパクトドライバは、後述するが制御回路の配置が図５の従来例とは異なっている。
【００２８】
図１に示すように、ハウジング１は、ブラシレスモータ１０と、打撃機構部２０と、出力部３０の一部とを収納する胴体部２と、一端が胴体部２に接続しているハンドル部３と、ハンドル部３の他端に形成された収納部４とを有している。
【００２９】
ブラシレスモータ１０は前後方向に延びる出力軸１１と、出力軸１１に固定され複数の永久磁石を有するロータ１２と、ロータ１２を囲むように配置され複数のステータコイル１３を備えるステータ１４と、出力軸１１に固定された冷却ファン１５とを有する。出力軸１１の両側は軸支（軸受で支持）され、ステータ１４はハウジング１の胴体部２側に固定されている。出力軸１１の回転は遊星歯車機構１６を介して減速されて打撃機構部２０のハンマ２１に与えられる。
【００３０】
打撃機構部２０は、ハンマケース２５内に配されたハンマ２１とこれを前方に付勢するバネ２３を有している。ハンマ２１は前端に衝突部２２を有し、遊星歯車機構１６の出力軸で回転駆動される。出力部３０を構成するアンビル３１は、後端に被衝突部３２を備えている。また、ハンマ２１は、回転した際に衝突部２２が被衝突部３２と回転方向において衝突するように、バネ２３により前方に付勢されている。このような構成により、ハンマ２１が回転した際に、出力部３０のアンビル３１に打撃が与えられることとなる。また、ハンマ２１は、バネの付勢力に反して後方に移動することも可能に構成されており、衝突部２２と被衝突部３２との衝突後、ハンマ２１はバネ２３の付勢力に抗して回転しながら後退する。そして、衝突部２２が被衝突部３２を乗り越えると、バネ２３に蓄えられた弾性エネルギーが解放されてハンマ２１は前方に移動し、再び、衝突部２２と被衝突部３２とが衝突することとなる。
【００３１】
出力部３０を構成するアンビル３１は胴体部２の先端部、つまりハンマケース２５の前端側で回転自在に軸支されており、アンビル３１には、先端工具を着脱自在に装着できる。
【００３２】
ハンドル部３には、トリガ５が設けられており、トリガ５はハンドル部３内に収容されたスイッチ機構６と接続している。トリガ５によって、モータ１０への電力の供給と遮断とを切替えている。
【００３３】
収納部４の下部の引出口４８から電源コード４０が引き出されており、電源コード４０に接続されて交流電力を直流電力に変換する整流回路を搭載した整流回路基板５０が収納部４内に収納されている。
【００３４】
また、モータ１０の軸方向の後方位置にスイッチング素子としてのＦＥＴを搭載したＦＥＴ基板（スイッチング素子基板）８０が配設されている。ＦＥＴ基板８０は胴体部２側に固定されており、ＦＥＴ基板８０には、例えば６個のＦＥＴ７１を有するインバータ回路と共に制御回路８１も搭載されている。つまり、両面配線基板８６にＦＥＴ７１が搭載されると共に制御回路８１が搭載されている。
【００３５】
図２に示すように、整流回路基板５０に搭載された整流回路は電源コード４０から供給される商用交流電源（ＡＣ１００Ｖ）を全波整流するためのダイオードブリッジ４５と平滑用コンデンサ４６とを備えている。また、ダイオードブリッジ４５の交流入力側にチョークコイル４１とコンデンサ４２とからなるノイズフィルタが挿入されており、このノイズフィルタはハンドル部３内に収納されている。整流回路からの直流出力電圧は、ＦＥＴ基板８０に搭載されたＦＥＴを有するインバータ回路８５及び制御回路８１に供給される。制御回路８１はインバータ回路８５のＦＥＴをオン、オフする駆動信号を出力するドライブ回路（ゲートドライバ）８２及びドライブ回路８２を制御するマイクロコンピュータ（演算部）８３を有している。なお、ドライブ回路８２及びマイクロコンピュータ８３は制御部を構成する。また、ＦＥＴ基板８０には、モータ１０のロータ１２の位置を検出するために回転位置検出素子としてのホールＩＣ９１が６０°の間隔を隔てて３個配設されている。各ホールＩＣ９１の回転位置検出出力は制御回路８１に入力される。また、トリガ５により作動されるスイッチ機構６の出力も制御回路８１に入力されるようになっている。
【００３６】
制御回路８１は、トリガ５によりスイッチ機構６が作動されたときに、各ホールＩＣ９１によるロータ位置の検出出力に基づいてインバータ回路８５の各ＦＥＴ７１のオン、オフ制御を行い、ロータ１２を所定方向に所定回転速度で回転させる制御を行う。
【００３７】
図１に示すよう、ホールＩＣ９１はＦＥＴ基板８０が有する両面配線基板８６のモータ１０への対面側に設けられており、ロータ１２に近接対向する配置であり、非対面側にＦＥＴ７１及び制御回路８１が搭載されている。ＦＥＴ７１、制御回路８１及びホールＩＣ９１間の電気接続は両面配線基板８６の配線パターンによって行われる。
【００３８】
なお、ハウジング１の収納部４には、その上面側に露出する表示パネル９６を有するＬＥＤ基板９５が設けられている。表示パネル９６には、例えばモータ回転数を切り替える打撃力切替ボタンや、モータ１０の連続駆動と間欠駆動とを切り替えるモード切替ボタン等が設けられると共に、選択された打撃力及びモードが表示されるようになっている。
【００３９】
次に、インパクトドライバとしての全体動作について説明する。電源コード４０を図示せぬ商用交流電源と接続することにより、制御回路８１に駆動用電源が供給される。この状態で作業者がトリガ５を引くと、その引き代に応じた回転数でモータ１０が回転する。モータ１０が回転することによって、打撃機構部２０のハンマ２１が出力部３０のアンビル３１を打撃し、これで保持される先端工具が回転する。作業者がトリガ５を離すことによりモータ１０は停止する。
【００４０】
本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。
【００４１】
(1) スイッチング素子としてのＦＥＴ７１を有するインバータ回路８５を搭載したＦＥＴ基板８０に、制御回路８１も搭載することで、相互配線のためのケーブルや配線コードを不要にして、組立作業性の改善やハウジングの小型化が可能である。
【００４２】
(2) ＦＥＴ基板をハウジングの胴体部に、制御回路基板を収納部に設けた従来例では、スペースに余裕のないハンドル部内を相互配線のためのケーブルや配線コードが通るため、ハンドル部の小径化が困難なきらいがあったが、本実施の形態では、胴体部２内のＦＥＴ基板８０に制御回路８１も搭載することでハンドル部３内を通る配線を大幅削減でき、ハンドル部３のいっそうの小径化が可能である。
【００４３】
(3) ブラシレスモータ１０の軸方向の後方位置にＦＥＴ基板８０を配設しており、モータ１０で駆動されるファン１５の空気流でモータ１０と共にＦＥＴ７１及び制御回路８１を効果的に冷却可能である。
【００４４】
図３は本発明の第２の実施の形態を示す。この場合、図２におけるＦＥＴをオン、オフする駆動信号を出力するドライブ回路８２や、ドライブ回路８２を制御するマイクロコンピュータ（演算部）８３等を有する制御回路８１をハイブリッドＩＣ８４で構成している。そして、ＦＥＴ基板８０が有する両面配線基板８６のモータ１０への対面側にハイブリッドＩＣ８４及びホールＩＣ９１を配設し、非対面側にインバータ回路８５を構成するＦＥＴ７１を配設している。ハイブリッドＩＣ８４は、例えば、図２に示したマイクロコンピュータ８３のベアチップと共にドライブ回路８２をＩＣ化したベアチップ等を一つのパッケージ内に収納した構成であり、マイクロコンピュータのＬＳＩパッケージと個別部品の回路との組合せに比較して大幅な形状縮小が図れる。
【００４５】
第２の実施の形態の場合、制御回路８１をハイブリッドＩＣ８４で構成することで小型化や、組立作業性の改善が可能となる。また、多種多様な電動工具にハイブリッドＩＣを共通に使用することで、コスト低減を図ることができる。さらに、ＦＥＴ基板８０において、ハイブリッドＩＣ８４がＦＥＴ７１の搭載面の反対側に配置されるため、ＦＥＴ基板８０の基板面積の縮小化が図れる。その他の構成、作用効果は図１等に示した第１の実施の形態と同様である。
【００４６】
図４は本発明の第３の実施の形態を示す。この場合、ＦＥＴ７１を搭載したＦＥＴ基板８０はハウジング１の収納部４内に配置され、ＦＥＴ基板８０に制御回路８１が搭載されている。また、ＦＥＴ基板８０は熱伝導性の良好な絶縁樹脂でモールドされており、さらに、収納部４の上面側に露出する表示パネル９６を有するＬＥＤ基板９５がＦＥＴ基板８０上側に一体化されている。また、収納部４の前側には内部に冷却用空気を取り入れるための多数の吸気孔を形成した風窓部７が設けられている。
【００４７】
図４に示すように、ハウジング１の収納部４における配置は、下から順に電源コード４０の引出口４８、整流回路基板５０、ＦＥＴ基板８０の順序であり、整流回路基板５０と、ＦＥＴ基板８０との間には風窓部７から収納部４の内部に入った放熱用の空気流通路となる隙間が設けられている。ＦＥＴ７１は整流回路基板５０に対向する（つまり空気流通路に対面する）配置である。
【００４８】
なお、モータ１０のロータ１２の位置を検出するためのホールＩＣ９１を搭載した回転位置検出基板９０は、モータ１０の背後（モータ１０とファン１５との間）に固定配置されている。その他の構成は図１等に示した第１の実施の形態と同様である。
【００４９】
第３の実施の形態の場合、モータ１０に電力を供給するスイッチング素子としてのＦＥＴ７１を収納部４に収納することで、モータ前後にＦＥＴを配置する場合に比較して胴体部２の前後方向の長さを短縮可能であり、ひいては狭い場所での作業性を改善可能である。
【００５０】
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。
【００５１】
本発明の第２の実施の形態において、制御回路８１のハイブリッドＩＣ化について述べたが、第１又は第３の実施の形態においても制御回路８１をハイブリッドＩＣで構成して、ＦＥＴ基板８０に搭載してもよいことは自明である。
【００５２】
また、第１及び第２の実施の形態では、モータ軸方向の後方に制御回路も搭載したＦＥＴ基板を配置したが、モータ軸方向の前方に配置してもよい。また、ハイブリッドＩＣ８４を図１と同様、ＦＥＴ７１搭載面側に配置してもよいし、ハイブリッドＩＣ８４を構成しない第１の実施の形態の制御回路８１を図３と同様、モータ１０の対面側に配置し、ＦＥＴ７１を反対面側に配置してもよい。すなわち、スイッチング素子基板と制御回路基板を一体化すればよい。
【００５３】
各実施の形態では、電動工具としてインパクトドライバを例示したが、本発明は、モータを搭載し交流電源によって駆動される電動工具であれば、インパクトドライバに限定されるものではない。例えば、クラッチを有するドライバドリル、往復打撃機構を有するハンマドリル、油圧の打撃機構部を有するオイルパルスドライバなどであってもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１  ハウジング
２  胴体部
３  ハンドル部
４  収納部
５  トリガ
６  スイッチ機構
７  風窓部
１０  ブラシレスモータ
１５  ファン
２０  打撃機構部
３０  出力部
４０  電源コード
５０  整流回路基板
６０  制御回路基板
７０  インバータ回路基板
７１  ＦＥＴ
８０  ＦＥＴ基板
８１  制御回路
８２  ドライブ回路
８３  マイクロコンピュータ
８５  インバータ回路
８６  両面配線基板
８７  表示パネル
９０  回転位置検出基板
９１  ホールＩＣ
【図１】
2016093848.tif 000003
【図２】
2016093848.tif 000004
【図３】
2016093848.tif 000005
【図４】
2016093848.tif 000006
【図５】
2016093848.tif 000007