JP2016087702A - 電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】電動工具に設けられるインバータ回路のスイッチング素子の放熱性を高める。
【解決手段】モータにより先端工具を駆動する電動工具は、モータを駆動するためのインバータ回路６１を備えている。インバータ回路６１は、正極側の電源の出力端子に接続される複数のハイサイド側のスイッチング素子Ｔr1、Ｔr3、Ｔr5と、複数のロウサイド側のスイッチング素子Ｔr2、Ｔr4、Ｔr6とを有し、ハイサイド側のスイッチング素子は共通放熱フィン８３に設けられ、ロウサイド側のスイッチング素子はそれぞれ別々の個別放熱フィン８４に設けられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動モータにより先端工具を駆動するようにした電動工具に関する。

電動モータを駆動源として先端工具を駆動するようにした電動工具には、ハンマ、ハンマドリル、グラインダ、ボルト締付機等がある。ハンマやハンマドリルは、ドリルビットやアンカードリル等を先端工具とし、打撃工具とも言われる。これらの打撃工具は、先端工具により作業対象物に対して衝撃力を加えたり、衝撃力を加えながら先端工具を回転させたりするために使用される。グラインダは研削砥石を先端工具としてこれを回転駆動することにより、作業対象物を研削作業するための電動工具であり、ディスクグラインダやディスクサンダとも言われる。先端工具を駆動して作業対象物に対して作業を行う電動工具としては、さらに、インパクトドライバ、インパクトレンチ、カッター等がある。

このような電動工具には、二次電池の電力により電動モータを駆動するようにしたタイプと、商用電源からの電力により電動モータを駆動するようにしたタイプがある。先端工具の回転速度を変化させるようにした電動工具においては、電動モータとして、ブラシレスモータが使用されるものがある。商用電源を使用する電動工具には、交流の商用電流を直流に変換するための整流素子と、電動モータを駆動するためのインバータ回路とが制御基板に搭載され、制御基板は電動工具のハウジング内に組み込まれる。インバータ回路は、複数のスイッチング素子を有しており、特許文献１には、制御基板がハウジング内に組み込まれたボルト締結機が記載されている。

特開２０１２−２０３６３号公報

電動モータとして三相のブラシレスモータや誘導モータが使用される場合には、インバータ回路は６つのスイッチング素子を有している。特許文献１に記載されるボルト締結機においては、３つのスイッチング素子と整流素子とがコの字形状の放熱部材に取り付けられている。他のスイッチング素子は、制御基板に直接取り付けられており、放熱部材は設けられていない。放熱部材はスイッチング素子が取り付けられる部分と、整流素子が取り付けられる部分とが相互に平行となっており、両方の部分は連結部分により連結されている。冷却ファンによりハウジング内に生成される冷却風は、連結部分に衝突して放熱部材を冷却するようにしており、冷却風はスイッチング素子が取り付けられる部分と、整流素子が取り付けられる部分の背面側には流れない。

このため、放熱部材が設けられていないスイッチング素子の放熱性を高めることができないだけでなく、連結部分から離れた位置のスイッチング素子は連結部分に近いスイッチング素子に比して放熱性を高めることができない。

本発明の目的は、電動工具に設けられるインバータ回路のスイッチング素子の放熱性を高めることにある。

本発明の電動工具は、モータにより先端工具を駆動する電動工具において、正極側の電源の出力端子に接続される複数のハイサイド側のスイッチング素子、および負極側の電源の出力端子に接続される複数のロウサイド側のスイッチング素子を有し、前記モータを駆動するインバータ回路と、ハイサイド側の前記スイッチング素子が設けられる共通放熱フィン、およびロウサイド側の前記スイッチング素子がそれぞれ設けられる複数の個別放熱フィンが搭載される制御基板と、を有する。

本発明においては、放熱フィンによりスイッチング素子から発生する熱を外部に排出することができ、スイッチング素子の放熱性が高められる。

電動工具の一例である打撃工具を示す断面図である。 電動工具のモータ制御回路を示すブロック図である。 図１に示された制御基板の表面を示す正面図である。 図３における右側面図である。 図３に示された放熱フィンの配置形態を示す斜視図である。 図１に示された表示ケース内の表示基板を示す正面図である。 図３に示された通電ケーブルの接続部を示す断面図である。 変形例である打撃工具の要部を示す断面図である。 図８におけるＡ−Ａ線断面図である。 他の変形例である打撃工具の要部を示す断面図である。 図１０におけるＢ−Ｂ線断面図である。 他の変形例である打撃工具の要部を示す断面図である。 図１２におけるＣ−Ｃ線断面図である。 他の変形例である打撃工具の要部を示す断面図である。 他の変形例である打撃工具の要部を示す断面図である。 図１５におけるＤ−Ｄ線断面図である。 他の変形例である打撃工具の要部を示す断面図である。 図１７におけるＥ−Ｅ線断面図である。 他の変形例である打撃工具の後ハンドルを示す断面図である。 図１９におけるＦ−Ｆ線断面図である。 電動工具の他の例であるグラインダを示す平面図である。 図２１の縦断面図である。 グラインダの基部ハウジングの内部を示す拡大断面図である。 図２３のＧ−Ｇ線断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。それぞれの図面においては、共通する部材には同一の符号が付されている。

図１に示される電動工具は、ハンマドリルとも言われる打撃工具１０ａであり、先端工具としてのドリルビットが着脱自在に装着される。ドリルビットつまり先端工具には、回転運動と衝撃運動とが加えられるようになっており、打撃工具１０ａはコンクリートや石材等を作業対象物として、これに穴あけ加工等を行うために使用される。打撃工具１０ａによる作業モードとしては、先端工具に衝撃力を加える衝撃モードと、衝撃力に加えて先端工具を回転運動させる回転衝撃モードとがある。

打撃工具１０ａは、図１に示されるように、シリンダ１１を有しており、このシリンダ１１の先端部には円筒形状の工具保持具１２が取り付けられる。シリンダ１１と工具保持具１２は、シリンダハウジング１３ａ内に回転自在に装着されている。工具保持具１２に先端工具が装着された状態のもとで、シリンダ１１を回転させると、先端工具は回転駆動される。

工具保持具１２の基端部内にはハンマ部材１４の先端部が軸方向に往復動自在に組み込まれており、ハンマ部材１４の基端部はシリンダ１１内に突出している。シリンダ１１内には、ハンマ部材１４に対して衝撃力を加えるための打撃子１５が軸方向に往復動自在に装着され、シリンダ１１の後端部内にはピストン１６が軸方向に往復動自在に装着されている。打撃子１５とピストン１６との間には、空気室１７が設けられており、ピストン１６を前進駆動すると、空気室１７内の空気が圧縮されて打撃子１５が前進方向に駆動される。これにより、打撃子１５がハンマ部材１４に衝突し、ハンマ部材１４を介して先端工具には打撃子１５の衝撃力が加えられる。

シリンダハウジング１３ａの先端部には先端カバー１３ｂが取り付けられている。工具保持具１２の先端にはゴム製の先端キャップ１８が取り付けられている。先端キャップ１８の外側には、着脱スリーブ１９が軸方向に往復動自在に装着され、着脱スリーブ１９には、シリンダハウジング１３ａから離れる方向つまり前進方向のばね力がコイルばね２１により付勢されている。工具保持具１２には、先端工具に設けられた溝に係合する係合コロつまり係合部材２２が径方向に移動自在に装着されている。着脱スリーブ１９には締結リング２３が設けられており、図１に示されるように、締結リング２３が係合部材２２を径方向内方に突出すると、先端工具は工具保持具１２に締結される。一方、着脱スリーブ１９をばね力に抗して後退移動させると、締結リング２３と係合部材２２の係合が解除される。この状態のもとで、先端工具を引っ張ると、係合部材２２が径方向外方に退避移動して、先端工具を取り外すことができる。一方、着脱スリーブ１９を後退移動させた状態のもとで、先端工具を工具保持具１２の先端部内に挿入し、工具保持具１２をばね力により前進移動させると、先端工具は工具保持具１２に装着されて係合部材２２により締結される。

シリンダハウジング１３ａの後端部にはギヤハウジング１３ｃが設けられ、このギヤハウジング１３ｃにはモータハウジング１３ｄが設けられている。モータハウジング１３ｄはシリンダハウジング１３ａに対してほぼ直角方向を向いており、これらのハウジング１３ａ〜１３ｄにより、打撃工具１０ａのハウジング１３が形成されている。ハウジング１３の後部は、カバー２４により覆われており、カバー２４はハウジング１３の一部を構成している。ハウジング１３の後方に突出して後ハンドル２５が設けられている。後ハンドル２５はシリンダ１１に対してほぼ直角方向に延びる本体部２５ａと、その両端部に相互に離間して設けられる２つの脚部２５ｂ，２５ｃとを有し、本体部２５ａの上端部つまりギヤハウジング側には上側の脚部２５ｂが一体となっており、本体部２５ａの下端部つまりモータハウジング側には下側の脚部２５ｃが一体となっている。

それぞれの脚部２５ｂ，２５ｃはハウジング１３の背面に取り付けられており、本体部２５ａとハウジング１３との間には、把持スペース２６が設けられている。ハウジング１３の前端部には前ハンドル２７が設けられている。作業者が前ハンドル２７と後ハンドル２５の本体部２５ａを把持して打撃工具１０ａにより作業対象物に対して穴あけ加工等の作業を行うときには、作業者は一方の手を把持スペース２６内に入り込ませることになる。カバー２４はハウジング１３の背面壁を形成し、後ハンドル２５の本体部２５ａに対向しており、本体部２５ａの内面はハウジング１３の背面側に対向している。

作業者が打撃工具１０ａにより作業を行う際には、通常では、上側の脚部２５ｂが上側となるように、つまりシリンダハウジング１３ａがモータハウジング１３ｄよりも上側となるようにして、作業者は前ハンドル２７と後ハンドル２５を把持する。後ハンドル２５の２つの脚部２５ｂ，２５ｃの上下関係、シリンダハウジング１３ａとモータハウジング１３ｄの上下関係は、図１に示されるように、打撃工具１０ａが通常使用される姿勢を示している。シリンダハウジング１３ａとモータハウジング１３ｄは、ギヤハウジング１３ｃを介して組み付けられており、ギヤハウジング１３ｃはシリンダハウジング１３ａ側の上側部２８ａと、モータハウジング１３ｄ側の下側部２８ｂとにより形成されている。

モータハウジング１３ｄ内にはブラシレスモータ３１が収容されている。このブラシレスモータ３１はコイルが巻き付けられた円筒形状のステータ３２とその内部に組み込まれるロータ３３とを有している。ステータ３２とロータ３３はモータケース３４内に組み込まれている。ロータ３３には出力軸３５が取り付けられ、出力軸３５はシリンダ１１の往復動方向と略直交する方向を向き、モータ３１の回転駆動力を出力する。出力軸３５の基端部は軸受３６ａにより回転自在に支持され、出力軸３５の出力端部は軸受３６ｂにより回転自在に支持されている。軸受３６ａは、モータハウジング１３ｄの底壁部に配置されるリテーナ３７に組み込まれており、リテーナ３７はハウジング１３に取り付けられる底部カバー３８により覆われている。軸受３６ｂはギヤハウジング１３ｃの下側部２８ｂに取り付けられている。ハウジング１３の後部側の上面には上部カバー３９が取り付けられている。上部カバー３９と底部カバー３８は、それぞれハウジング１３の一部を構成している。

モータ３１の出力軸３５の回転運動を、ピストン１６の往復動に変換するために、ギヤハウジング１３ｃにはクランク軸４１が回転自在に装着されている。クランク軸４１は出力軸３５と略平行となって、出力軸３５よりもハウジング１３の後端部側に配置されており、クランク軸４１に設けられた大径のピニオンギヤ４２が出力軸３５の先端部に設けられたギヤ部に噛み合っている。クランク軸４１の先端部にはクランクウエイトとしての機能を有する偏心部材４３が取り付けられ、偏心部材４３にはクランク軸４１の回転中心から偏心した位置にクランクピン４４が取り付けられている。クランクピン４４にはコネクティングロッド４５の一端部が回転自在に嵌合され、他端部はピストン１６に取り付けられたピストンピン４６に揺動自在に嵌合されている。これにより、出力軸３５により駆動されるクランク軸４１の回転運動は、偏心部材４３、およびコネクティングロッド４５等からなる運動変換機構４７により出力軸３５と略直交する方向のピストン１６の往復運動に変換される。偏心部材４３やクランクピン４４等は上部カバー３９により覆われている。

出力軸３５の回転運動をシリンダ１１の回転運動に伝達するために、ギヤハウジング１３ｃ内には回転伝達軸４８が回転自在に支持されており、この回転伝達軸４８には、クランク軸４１の先端部のギヤ部に噛み合う大径のピニオンギヤ５１が設けられている。このようなギヤを有する運動変換機構により、出力軸３５の回転力が回転伝達軸４８に伝達される。シリンダ１１の外側には従動スリーブ５２が軸方向に移動自在に嵌合されており、この従動スリーブ５２の基端部には、回転伝達軸４８の先端部に設けられた駆動側のベベルギヤ５３が噛み合う従動側のベベルギヤ５４が設けられている。従動スリーブ５２とシリンダ１１との間にはキー部材が設けられており、従動側のベベルギヤ５４が駆動側のベベルギヤ５３にかみ合う位置に従動スリーブ５２を後退移動させると、従動スリーブ５２はキー部材によりシリンダ１１に係合する。これにより、出力軸３５の回転運動はシリンダ１１の回転運動に伝達され、打撃工具１０ａは回転衝撃モードとなる。一方、従動スリーブ５２を前進移動させると、従動スリーブ５２とシリンダ１１との係合が解除され、シリンダ１１には回転力が伝達されず、打撃工具１０ａは衝撃モードとなる。

この打撃工具１０ａのブラシレスモータ３１は商用電源を動力源としており、後ハンドル２５には給電ケーブル５６が取り付けられている。図１においては、給電ケーブル５６の一部のみが示されており、給電ケーブル５６の先端には図示しないコンセントが設けられている。モータ３１を駆動させる状態と停止させる状態とに切り換えるために、トリガーレバーつまりトリガースイッチ５７が後ハンドル２５の本体部２５ａに設けられている。

図２はブラシレスモータ３１の回転速度を制御するためのモータ制御回路を示すブロック図である。図２に示されるように、モータ３１の固定子つまりステータ３２には、Ｕ相，Ｖ相およびＷ相の巻線が設けられており、ロータ３３と一体に回転する環状の永久磁石３３ａには、円周方向にＮ極の磁極部とＳ極の磁極部とが交互に形成されている。ロータ３３の回転位置を検出するために、モータ制御回路は、回転位置検出センサとして、３相の巻線に対応させて３つのホール素子Ｓ１〜Ｓ３を有している。それぞれのホール素子Ｓ１〜Ｓ３は、永久磁石３３ａに対向して配置されており、磁束を検出することにより、永久磁石３３ａの磁極部の極性がＮ極とＳ極の中性点となったときに検出信号を出力する磁界検出素子である。ホール素子Ｓ１〜Ｓ３からの検出信号に基づいてロータ３３の位置を検出し、それぞれの巻線に対する転流動作つまり巻線に対する通電切替動作が行われる。回転位置検出センサとしては、ホール素子のみに限られず、コンパレータの機能を有する電子回路とホール素子をワンチップ化したホールＩＣを用いるようにしても良い。

モータ制御回路は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各巻線に対する駆動電流を制御するためのインバータ回路６１を有している。インバータ回路６１には、商用電源６２の交流を直流に整流するための整流素子６３から電力が供給される。整流素子６３はダイオードがブリッジ接続されて形成されたダイオードブリッジであり、正極側の電源の出力端子と、負極側の電源出力端子とを有する。整流素子６３の正極側と負極側の出力端子の間には、平滑用のコンデンサ６４が接続され、正極側に接続されるダイオード６５と負極側に接続されるコンデンサ６６が直接接続されている。

インバータ回路６１は、３相フルブリッジインバータ回路であり、それぞれ直列に接続された２つのスイッチング素子Ｔr1、Ｔr2と、２つのスイッチング素子Ｔr3、Ｔr4と、２つのスイッチング素子Ｔr5、Ｔr6とを有している。３つのスイッチング素子Ｔr1、Ｔr3、およびＴr5のコレクタは整流素子６３の正極側の出力端子に接続される。一方、３つのスイッチング素子Ｔr2、Ｔr4、およびＴr6のエミッタは整流素子６３の負極側の出力端子に接続される。整流素子６３の正極側に接続される３つのスイッチング素子Ｔr1、Ｔr3、Ｔr5は、ハイサイド側となっており、負極側に接続される３つのスイッチング素子Ｔr2、Ｔr4、Ｔr6は、ロウサイド側となっている。スイッチング素子Ｔr1のエミッタとスイッチング素子Ｔr2のコレクタとの間には、Ｕ相の巻線の一方の接続端子が接続される。スイッチング素子Ｔr3のエミッタとスイッチング素子Ｔr4のコレクタとの間には、Ｖ相の巻線の一方の接続端子が接続される。スイッチング素子Ｔr5のエミッタとスイッチング素子Ｔr6のコレクタとの間には、Ｗ相の巻線の一方の接続端子が接続される。Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれの巻線の他方の接続端子は、相互に接続されており、各巻線はスター結線となっている。なお、結線方式としては、デルタ結線としても良い。それぞれのスイッチング素子Ｔr1〜Ｔr6としては、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）が使用されている。例えば、ハイサイド側のスイッチング素子Ｔr1と、ロウサイド側のスイッチング素子Ｔr4のゲートに制御信号が通電されると、Ｕ相とＶ相の巻線に電流が供給される。それぞれのスイッチング素子に供給される制御信号のタイミングを調整することにより、各巻線に対する転流動作が制御される。

インバータ回路６１に制御信号を演算して出力するモータ制御ユニット７１は、コントローラ７２を有しており、コントローラ７２にはダイオードブリッジつまり整流素子６３から電力が供給される。コントローラ７２からは制御信号出力回路７３を介してインバータ回路６１に制御信号が送られる。回転位置検出センサとしてのホール素子Ｓ１〜Ｓ３の検出信号は、ロータ位置検出回路７４に送られる。ロータ位置検出回路７４からはモータ回転数検出回路７５に信号が送られ、モータ回転数検出回路７５からはコントローラ７２にモータ回転数に応じた信号が出力される。モータ３１に流れる電流を検出するためのモータ電流検出回路７６からは、コントローラ７２にモータ電流に応じた検出信号が送られる。

コントローラ７２からは報知手段としての通電ランプ７７に点灯信号が送られる。通電ランプ７７は、給電ケーブル５６のコンセントが商用電源のプラグに差し込まれた状態のもとでは点灯状態となる。コントローラ７２にはモータ３１の回転速度を設定するための操作スイッチ７８からの信号が入力される。モータ回転数つまり回転速度は、各巻線に供給される電圧を調整することにより制御される。巻線に対する電圧制御は、スイッチング素子をＰＷＭ制御することによって、インバータ回路６１の各スイッチング素子Ｔr1〜Ｔr6のゲートに印加されるオン信号のデューティ比を調整することにより行われる。例えば、デューティ比を２０％に設定すると、整流素子６３からの出力電圧の２０％の電圧が各巻線に供給され、デューティ比を１００％に設定すると、モータ回転数は最大回転数となる。設定された回転速度を表示するために、コントローラ７２には速度表示部７９が接続されている。トリガースイッチ５７が作業者により操作されると、コントローラ７２にオンオフの検出信号が送られ、操作スイッチ７８の操作により設定された回転速度でモータ３１が回転駆動される。コントローラ７２は、制御信号を演算するマイクロプロセッサと、制御プログラム、演算式およびデータなどが格納されるメモリとを有している。

図１、図３および図４に示されるように、ハウジング１３内には制御基板８１が装着され、制御基板８１には、インバータ回路６１，整流素子６３、モータ制御ユニット７１等が搭載される。制御基板８１は、その表面が後ハンドル２５に対向して（基板ケース）トレイ８２に収容され、トレイ８２はモータハウジング１３ｄの径方向外側に出力軸３５に沿う方向、つまり出力軸３５に略平行となって取り付けられる。

制御基板８１の表面には、図３に示されるように、共通放熱フィン８３がモータハウジング１３ｄの長手方向に沿う方向に装着される。共通放熱フィン８３には、図２に示したハイサイド側の３つのスイッチング素子Ｔr1、Ｔr3、Ｔr5が設けられる。共通放熱フィン８３に沿って３つの個別放熱フィン８４が一列となって制御基板８１の表面に直接装着される。それぞれの個別放熱フィン８４には、ロウサイド側のスイッチング素子Ｔr2、Ｔr4、Ｔr6が設けられる。共通放熱フィン８３と３つの個別放熱フィン８４は、それぞれアルミニウム合金等の導電性材料により形成されており、一列となった個別放熱フィン８４と共通放熱フィン８３は相互に略平行に制御基板８１に配置される。共通放熱フィン８３は制御基板８１の内側に配置され、個別放熱フィン８４は共通放熱フィン８３に対して制御基板８１の一方側に寄せて配置される。

ハイサイド側のスイッチング素子Ｔr1、Ｔr3、Ｔr5は、個別放熱フィン８４に対向しており、個別放熱フィン８４はスイッチング素子Ｔr1、Ｔr3、Ｔr5に向いて隙間を介して対向している。ロウサイド側のスイッチング素子Ｔr2、Ｔr4、Ｔr6は、制御基板８１の側辺側に配置されている。ハイサイド側のスイッチング素子Ｔr1、Ｔr3、Ｔr5のコレクタは、相互に接続されるとともに、整流素子６３の正極側の出力端子に電気的に接続される。コレクタ電極が放熱フィン側面に露出したタイプにおいては、コレクタが共通放熱フィン８３に電気的に接続される。一方、ロウサイド側のスイッチング素子Ｔr2、Ｔr4、Ｔr6のコレクタは、対応するハイサイド側のスイッチング素子のエミッタに電気的に接続される。ここで、ハイサイド側の各スイッチング素子の各コレクタ端子は同電位のため共通放熱フィン８３を用いている。一方、ロウサイド側の各スイッチング素子の各コレクタ端子は同電位ではないため放熱フィン８４を各スイッチング素子に個別直接接続することで絶縁を図りながら放熱性を向上することができる。ハイサイド側は共通放熱フィン８３を設けたため放熱面積が大きくなり放熱性を向上させることができる。更に、ロウサイド側の放熱フィン８４によりスイッチング素子との間には絶縁層を設ける必要がないため、放熱性を向上させることができる。

制御基板８１には、共通放熱フィン８３に対して図３における下端部側に位置させて、整流器用放熱フィン８５が配置されており、整流器用放熱フィン８５にはダイオードブリッジにより形成される整流素子６３が設けられている。整流器用放熱フィン８５は、共通放熱フィン８３よりも制御基板８１の他方の側辺側に寄せられて制御基板８１に配置されている。整流器用放熱フィン８５は、図３において左右方向の一方の端部が共通放熱フィン８３側に接近し、他方の端部が共通放熱フィン８３から離れる方向に傾斜している。制御基板８１には、コンデンサ６４，６６がインバータ回路６１に対して反対側の側辺に寄せて配置される。

共通放熱フィン８３、個別放熱フィン８４および整流器用放熱フィン８５の制御基板８１に対する配置形態を示すと、図５の通りである。

図１および図４に示されるように、ハウジング１３の後端部には、後ハンドル２５に対向させて表示ケース８６が装着される。図６は、表示ケース８６内の表示基板を示す正面図である。

表示ケース８６は、表示基板８７を収容するホルダ８６ａと、ホルダ８６ａに取り付けられて表示基板８７を覆う表示パネル８６ｂとを有している。表示基板８７には、図６に示されるように、通電ランプ７７，操作スイッチ７８、および速度表示部としての速度表示ランプ８８ａ〜８８ｄが設けられている。表示パネル８６ｂには、図３に示されるように、操作スイッチ７８が露出するようになっており、操作スイッチ７８の操作によりモータの回転速度が入力される。入力された回転速度に応じて、４つの速度表示ランプ８８ａ〜８８ｄのいずれかが点灯され、回転速度が高められると、点灯される速度表示ランプは８８ａ〜８８ｄに変化する。表示パネル８６ｂにはそれぞれの速度表示ランプに対応させて透明性を有する４つの窓８８が設けられている。通電ランプ７７に対応させて透明性を有する窓７７ａが表示パネル８６ｂに設けられている。

速度入力手段としての操作スイッチ７８は、押しボタン式であるが、ボタン式に代えてダイヤル式としても良い。さらに、報知手段としては、通電ランプ７７に加えて、先端工具に加わる負荷が所定値以上となったときに点灯する異常状態表示ランプを表示ケース８６に設けるようにしても良い。

図３に示されるように、制御基板８１の表面側には複数の通電ケーブル６７が配置されている。通電ケーブル６７により、各巻線とインバータ回路６１とが接続され、さらにホール素子Ｓ１〜Ｓ３の信号がモータ制御ユニット７１に出力される。

図７は、図３に示された通電ケーブル６７の接続部６８を示す断面図である。一方の通電ケーブル６７ａは、保護チューブ９１ａが被覆されたリード線９１ｂを有し、他方の通電ケーブル６７ｂに設けられたコネクタ９２ａには、リード線９１ｂに噛み合うプラグ９２ｂが設けられている。コネクタ９２ａの先端部にはカシメ部９２ｃが設けられており、通電ケーブル６７ａの保護チューブ９１ａはカシメ部９２ｃの内部に挿入される。カシメ部９２ｃと保護チューブ９１ａは熱収縮チューブ９３により覆われる。このように、接続部６８をカシメ結合し、接続部６８に熱収縮チューブ９３を設けることにより、通電ケーブル６７の断線が防止されるとともに、保護チューブ９１ａの抜けが防止される。打撃工具１０ａの使用時に、振動によって接続部６８が共通放熱フィン８３に接触しても、リード線９１ｂの断線が確実に防止される。

モータ３１の出力軸３５の先端部には、図４に示されるように、冷却風を生成するための冷却ファン９５が設けられており、冷却ファン９５によりハウジング１３の内部には冷却風が流れる。冷却ファン９５には、上述した環状の永久磁石３３ａが設けられており、永久磁石３３ａはロータ３３と一体に回転する。ステータ３２にインシュレータ９６を介してセンサ基板９７が取り付けられており、センサ基板９７には上述したホール素子Ｓ１〜Ｓ３が設けられている。ホール素子Ｓ１〜Ｓ３からの検出信号に基づいてロータ３３の位置が検出される。

ハウジング１３を構成する底部カバー３８には、図１において図示省略した吸気口が設けられており、上部カバー３９には図示省略した排気口が設けられている。したがって、モータ３１を駆動させると、冷却ファン９５により吸気口から流入して排気口に流れる冷却風がハウジング１３内に生成される。吸気口から流入した冷却風は、ロータ３３とステータ３２との間の隙間、モータケース３４とステータ３２との間に形成された冷却風通路を流れて、モータ３１を冷却する。モータケース３４とモータハウジング１３ｄとの間にも冷却風通路が設けられている。これらの冷却通路を流れる冷却風により、モータ３１の冷却効果が高められている。

カバー２４の底壁部には、図１に示されるように吸気口９８が設けられており、冷却ファン９５の駆動により吸気口９８から流入した冷却風は、図３において破線の矢印で示されるように、制御基板８１に沿って流れる。整流素子６３が設けられた整流器用放熱フィン８５が共通放熱フィン８３よりも吸気口９８側に配置されており、整流素子６３と整流器用放熱フィン８５は、共通放熱フィン８３および個別放熱フィン８４よりも冷却風の上流側に配置されているので、制御基板８１に沿って流れる冷却風は、まず、整流器用放熱フィン８５に衝突して、整流素子６３を冷却する。次いで、冷却風は、共通放熱フィン８３に沿って流れる冷却風と、一列に配列された個別放熱フィン８４に沿って流れる冷却風とに分岐される。個別放熱フィン８４とハイサイド側のスイッチング素子との間の隙間により冷却風が流れる通路９９が形成されているので、通路９９を流れる冷却風によりハイサイド側のスイッチング素子と、個別放熱フィン８４の冷却が確実に行われる。冷却風は共通放熱フィン８３と個別放熱フィン８４に沿って流れるので、それぞれのスイッチング素子から発生した熱は、放熱フィンの板厚方向に熱伝達されて放熱フィンから外部に放熱される。

図８は変形例である打撃工具１０ｂの要部を示す断面図であり、図９は図８におけるＡ−Ａ線断面図である。

この打撃工具１０ｂにおいては、センサ基板９７がステータ３２に固定されている。冷却ファン９５により生成される冷却風は、破線で示すように、吸気口９８から流入してステータ３２とロータ３３との間の隙間と、モータケース３４とモータハウジング１３ｄとの間に形成された通路１０１とを流れる。図９に示されるように、トレイ８２はハウジング１３に設けられた凹部に嵌合してハウジング１３に固定され、トレイ８２内に収容される制御基板８１はモータ３１側を向いている。共通放熱フィン８３は、基部８３ａと迫り出し部８３ｂとを有し、迫り出し部８３ｂは基部８３ａに一体に設けられている。迫り出し部８３ｂはモータハウジング１３ｄに設けられた突起部１０２に突き当てられ、迫り出し部８３ｂと突起部１０２により区画される通路１０３に冷却風が流れるようになっている。このように、共通放熱フィン８３に迫り出し部８３ｂを設けると、吸気口９８から流入して共通放熱フィン８３の基部８３ａと迫り出し部８３ａと個別放熱フィン８４とに沿って流れる冷却風により、モータ３１とスイッチング素子の放熱性がより高められる。共通放熱フィン８３の基部８３ａには、上述したように、ハイサイド側のスイッチング素子が設けられる。ハイサイド側のスイッチング素子に対向させて、３つの個別放熱フィン８４が一列となって制御基板８１に配置され、それぞれの個別放熱フィン８４にはロウサイド側のスイッチング素子が設けられる。

図１０は他の変形例である打撃工具１０ｃの要部を示す断面図であり、図１１は図１０におけるＢ−Ｂ線断面図である。

この打撃工具１０ｃの基本構造は、打撃工具１０ｂと同様となっている。ただし、図１１に示されるように、共通放熱フィン８３の迫り出し部８３ｂはモータハウジング１３ｄには接触しておらず、モータハウジング１３ｄと迫り出し部８３ｂとの間の隙間により通路１０３が形成される。このような形態においても、共通放熱フィン８３と個別放熱フィン８４に沿って流れる冷却風により、モータ３１とスイッチング素子の放熱性が高められる。打撃工具１０ｃのトレイ８２は、打撃工具１０ｂと相違して、ねじ部材１０４によりカバー２４に固定される。トレイ８２をハウジング１３にねじ固定するようにした形態においても、共通放熱フィン８３の迫り出し部８３ｂをモータハウジング１３ｄに突き当てるようにしても良い。

図１２は、他の変形例である打撃工具１０ｄの要部を示す断面図であり、図１３は図１２におけるＣ−Ｃ線断面図である。

この打撃工具１０ｄにおいては、図１３に示されるように、トレイ８２がモータハウジング１３ｄに一体に設けられた保持部１０５にねじ部材１０４により固定される。制御基板８１は打撃工具１０ｄの後方を向いてトレイ８２に設けられる。モータハウジング１３ｄには、打撃工具１０ｂと同様に、突起部１０２が設けられており、突起部１０２にはトレイ８２が突き当てられ、トレイ８２の背面とモータハウジング１３ｄとの間に通路１０３が区画される。共通放熱フィン８３は、ハイサイド側の３つのスイッチング素子が設けられる基部８３ａと迫り出し部８３ｂとを有している。共通放熱フィン８３は、基部８３ａと迫り出し部８３ｂとにより横断面形状がほぼ四角形に形成されており、迫り出し部８３ｂにはトレイ８２に接触する当接部１０６が設けられている。この打撃工具１０ｄにおいては、さらに、ハウジング１３には制御基板８１に対向する吸気口９８が設けられており、モータハウジング１３ｄに沿って流れる冷却風に加えて、制御基板８１に向けて略垂直に流れる冷却風により、共通放熱フィン８３と個別放熱フィン８４の放熱性能が高められる。

図１４は他の変形例である打撃工具１０ｅの要部を示す断面図である。この打撃工具１０ｅの基本構造は、図１０および図１１に示した打撃工具１０ｃと同様である。上述した打撃工具１０ｃにおいては、押ボタン式の操作スイッチ７８がハウジング１３に配置される表示ケース８６に設けられているのに対し、ダイヤル式の操作スイッチつまり速度設定ダイヤル７８ａが後ハンドル２５の本体部２５ａに設けられている。

図１５は他の変形例である打撃工具１０ｆの要部を示す断面図であり、図１６は図１５におけるＤ−Ｄ線断面図である。

この打撃工具１０ｆにおいては、ハウジング１３の一部を構成する底部カバー３８に制御基板８１が配置されている。制御基板８１には速度設定ダイヤル７８ａが設けられており、速度設定ダイヤル７８ａは底部カバー３８の側面に露出される。ハイサイド側のスイッチング素子が設けられる共通放熱フィン８３はモータ３１の底面に向けて突出しており、ロウサイド側のスイッチング素子が設けられる３つの個別放熱フィン８４もモータ３１の底面に向けて突出している。底部カバー３８には、吸気口９８に加えて、共通放熱フィン８３に対向する第１の吸気口９８ａと、個別放熱フィン８４に対向する第２の吸気口９８ｂとが設けられている。したがって、それぞれの吸気口９８，９８ａ，９８ｂから流入した冷却風は、共通放熱フィン８３と個別放熱フィン８４に衝突した後に、向きを変えてモータ３１に向けて流れる。これにより、それぞれのスイッチング素子の放熱性が高められる。

図１７は他の変形例である打撃工具１０ｇの要部を示す断面図であり、図１８は図１７におけるＥ−Ｅ線断面図である。

この打撃工具１０ｇは、図１５および図１６に示した打撃工具１０ｆと同様に、制御基板８１が底部カバー３８の内面に配置され、速度設定ダイヤル７８ａが制御基板８１に設けられている。この打撃工具１０ｇにおいては、ロータ３３の回転位置を検出するための検出手段としてのホール素子Ｓ１〜Ｓ３が制御基板８１に取り付けられており、ホール素子Ｓ１〜Ｓ３は、出力軸３５の基端部に設けられたセンサ駆動用の永久磁石３３ａに感応して出力信号を図２に示したロータ位置検出回路７４に出力する。それぞれの永久磁石３３ａは、ロータ３３に設けられた４つの永久磁石に対応させて回転方向に同一位相となって４つ設けられている。なお、図１７および図１８においては、４つのマグネットと３つのホール素子Ｓ１〜Ｓ３のうち、２つのみが示されている。この打撃工具１０ｇの共通放熱フィン８３と個別放熱フィン８４は、図１５および図１６に示した打撃工具１０ｆと同様の構造となっている。

図１９は他の変形例である打撃工具１０ｈの後ハンドルを示す断面図であり、図２０は図１９におけるＦ−Ｆ線断面図である。

この打撃工具１０ｈにおいては、図２０に示されるように、ハウジング１３の後端部には連結金具１１１が取り付けられ、後ハンドル２５の脚部２５ｂの内部には横断面がＵ字形状の受け金具１１２がねじ部材１１３により取り付けられている。受け金具１１２は底壁部１１４と、これの両側部に一体となった側壁部１１５とを有している。連結金具１１１にはシリンダ１１の軸方向つまり打撃軸方向が長径となった長孔１１６が設けられており、長孔１１６は括れ部１１７により受け金具１１２に向けて開口している。受け金具１１２には、長孔１１６内を移動自在に円柱部１１８が設けられており、円柱部１１８は、この外径よりも幅寸法が小さく設定された連結壁１１９により受け金具１１２の底壁部１１４に一体となっている。連結金具１１１の両側には凹面１２１が複数設けられ、受け金具１１２の側壁部１１５の内面には、それぞれの凹面１２１に対向させて凹面１２２が設けられている。相互に対向し合う凹面の間には、振動吸収用のゴム製の弾性体１２３が組み込まれており、脚部２５ｂ内には弾性体１２３を備えた防振機構が組み込まれている。

後ハンドル２５の脚部２５ｃの内部にも同様の受け金具１１２が取り付けられており、ハウジング１３の後端部には受け金具１１２内に入り込む連結金具１１１が取り付けられている。このように、両方の脚部２５ｂ，２５ｃはハウジング１３に対して図２０に示した防振機構を介して連結されている。これにより、ハウジング１３から後ハンドル２５に伝達される振動は弾性体１２３により吸収され、打撃工具１０ｈの作業性を向上させることができる。

上述したそれぞれの打撃工具１０ａ〜１０ｈにおいては、冷却風をハウジング１３の底部側からハウジング１３の上部側に向けて案内するようにしているが、これとは逆方向に冷却風を案内するようにした形態としても良い。その場合には、吸気口は排気口となる。このように、冷却風の流し形態としては、モータ３１の基端部側から先端部側に流す形態と、モータ３１の先端部側から基端部側に向けて流す形態とがある。また、吸気口９８に加えて、図１２に示されるように空気取り入れ口としての吸気口９８をハウジング１３の背面側に設けると、先端工具に対して反対側であって、後ハンドル２５の把持スペース２６側から冷却ファン９５の冷却風を吸い込む形態となり、粉塵が内部に入り難くしつつモータ３１とスイッチング素子の放熱性を高めることができる。

図２１は電動工具の他の例としてのグラインダ１０ｉを示す平面図であり、図２２は図２１の縦断面図である。図２３はグラインダの基部ハウジングの内部を示す拡大断面図であり、図２４は図２３のＧ−Ｇ線断面図である。

グラインダ１０ｉは、モータ３１が収容されるモータハウジング１３ｄを有し、モータハウジング１３ｄの基端部には基部ハウジング１３ｅが取り付けられている。モータハウジング１３ｄと基部ハウジング１３ｅは、それぞれアルミニウム合金により形成されており、両方のハウジングによりグラインダ１０ｉのハウジング１３が形成される。モータ３１は、上述した場合と同様に、コイルが巻き付けられた円筒形状のステータ３２とその内部に組み込まれるロータ３３とを有している。ロータ３３には出力軸３５が取り付けられ、出力軸３５はモータ３１の回転駆動力を出力する。

モータハウジング１３ｄの先端部には研削ヘッドつまり工具ヘッド１３０が着脱自在に装着され、出力軸３５の先端部は工具ヘッド１３０内に突出している。工具ヘッド１３０には、出力軸３５に対して直角方向を向いて回転伝達軸１３１が軸受１３２により回転自在に支持されており、回転伝達軸１３１には、研削砥石が先端工具Ｔとして装着される。軸受１３２は、工具ヘッド１３０の正面に取り付けられた環状のリテーナ１３３に装着されている。出力軸３５の先端部は工具ヘッド１３０に装着された軸受１３４により支持され、後端部はモータハウジング１３ｄに装着された軸受１３５により支持されている。出力軸３５の回転を回転伝達軸１３１に伝達するために、出力軸３５の先端には駆動側のベベルギヤ１３６が取り付けられ、このベベルギヤ１３６が噛み合う従動側のベベルギヤ１３７が回転伝達軸１３１に取り付けられている。モータ３１が駆動されると、ベベルギヤ１３６等から構成される運動変換機構１３８を介して回転伝達軸１３１が駆動され、先端工具Ｔとしての研削砥石が回転駆動される。リテーナ１３３には、先端工具Ｔの後部側を覆うように、砥石カバー１３９が設けられている。

出力軸３５の先端部には冷却ファン９５が設けられており、この冷却ファン９５によりハウジング１３内には冷却風が生成される。基部ハウジング１３ｅには、複数の吸気口９８ａ，９８ｂが設けられ、ハウジング１３の先端部と工具ヘッド１３０との間には排気口１２９が設けられている。したがって、モータ３１を駆動すると、破線の矢印で示すように、ハウジング１３内にはハウジング１３の基部側から先端部に向けて冷風風が冷却ファン９５により生成される。

基部ハウジング１３ｅ内には、図２３および図２４に示されるように、制御基板８１がアルミ合金製のモータハウジング１３ｄに隣接して配置されており、制御基板８１には、ハイサイド側のスイッチング素子が設けられる共通放熱フィン８３と、ロウサイド側のスイッチング素子が設けられる個別放熱フィン８４とが配置されている。共通放熱フィン８３は、基部８３ａと迫り出し部８３ｂとを有している。迫り出し部８３ｂはハウジング１３の横方向に延びてモータハウジング１３ｄに突き当てられる突き当て壁１４１と、この突き当て壁１４１の一端部からハウジング１３の長手に延びる延長部１４２とを有している。このように、共通放熱フィン８３は、全体的にコの字形状となっており、内部には冷却空間１４０が形成されている。延長部１４２には整流素子６３が取り付けられる。

制御基板８１はトレイ８２に設けられており、トレイ８２はハウジング１３の長手方向に延びて基部ハウジング１３ｅに固定されている。トレイ８２は底壁部８２ａと、底壁部８２ａの外周部に一体となった側壁部８２ｂとを有し、側壁部８２ｂには吸気口９８ａに対向させて通気口１４３が設けられ、吸気口９８ｂに対向させて通気口１４４が設けられている。したがって、冷却ファン９５を回転駆動すると、吸気口９８ａ，９８ｂから外気がハウジング１３内に流入する。第１の吸気口９８ａから通気口１４３を介してトレイ８２内に流入した冷却風は、整流素子６３に衝突してこれを冷却した後に、コの字形状の共通放熱フィン８３の内側の冷却空間１４０内に入り込んで共通放熱フィン８３を冷却する。一方、第２の吸気口９８ｂから通気口１４４を介してトレイ８２内に流入した冷却風は、個別放熱フィン８４に衝突してこれを冷却する。それぞれのスイッチング素子を冷却した後の冷却風は、制御基板８１に沿って流れた後に、モータ３１を通過して排気口１２９から外部に排出される。

図２３に示されるように、放熱用のヒートシンクの機能を有するトレイ８２はアルミニウム合金製のモータハウジング１３ｄに突き当てられているが、トレイ８２とモータハウジング１３ｄとの間に隙間を設けるようにしても良い。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、図示する電動工具は、商用電源を電力源とする形態であるが、ハウジング１３に二次電池の電池ケースを動力源とする電池式の電動工具にも本発明を適用することができる。また、ハンマドリルやグラインダのみならず、モータにより先端工具を駆動するようにした電動工具であれば、この発明を他の電動工具にも適用することができる。また、モータはブラシレスモータに限らず、誘導モータ（誘導電動機）であってもよい。

１０ａ〜１０ｈ…打撃工具、１０ｉ…グラインダ、１１…シリンダ、１２…工具保持具、１３…ハウジング、１３ａ…シリンダハウジング、１３ｂ…先端カバー、１３ｃ…ギヤハウジング、１３ｄ…モータハウジング、１３ｅ…基部ハウジング、１４…ハンマ部材、１５…打撃子、１６…ピストン、１７…空気室、１８…先端キャップ、１９…着脱スリーブ、２３…締結リング、２４…カバー、２５…後ハンドル、２７…前ハンドル、３１…モータ、３２…ステータ、３３…ロータ、３３ａ…永久磁石、３４…モータケース、３５…出力軸、３８…底部カバー、３９…上部カバー、４１…クランク軸、４２…ピニオンギヤ、４３…偏心部材、４７…運動変換機構、４８…回転伝達軸、５６…給電ケーブル、５７…トリガースイッチ、６１…インバータ回路、６３…整流素子、６７…通電ケーブル、６８…接続部、７１…モータ制御ユニット、７２…コントローラ、７７…通電ランプ、７８…操作スイッチ、８１…制御基板、８２…トレイ、８３…共通放熱フィン、８４…個別放熱フィン、８５…整流器用放熱フィン、８６…表示ケース、８７…表示基板、９５…冷却ファン、９６…インシュレータ、９７…センサ基板、９８…吸気口、９８ａ…第１の吸気口、９８ｂ…第２の吸気口、９９…通路、１０１…通路、１２９…排気口、１３０…工具ヘッド、１３１…回転伝達軸、１３８…運動変換機構、１４０…冷却空間、１４１…突き当て壁、Ｓ１〜Ｓ３…ホール素子。

Claims (11)

1. モータにより先端工具を駆動する電動工具において、
   正極側の電源の出力端子に接続される複数のハイサイド側のスイッチング素子、および負極側の電源の出力端子に接続される複数のロウサイド側のスイッチング素子を有し、前記モータを駆動するインバータ回路を有する制御基板と、
   ハイサイド側の前記スイッチング素子に接続される共通放熱フィン、およびロウサイド側の前記スイッチング素子にそれぞれ接続される複数の個別放熱フィンと、
   を有する電動工具。
2. 商用電源の交流を直流に整流し前記インバータ回路に電力を供給する整流素子を有する、請求項１記載の電動工具。
3. 前記モータにより駆動され、ハウジング内に冷却風を生成する冷却ファンを有し、複数の前記個別放熱フィンを一列に配列し、前記共通放熱フィンと一列の前記個別放熱フィンとを相互に略平行に配置し、前記冷却ファンにより生成される冷却風を前記共通放熱フィンと個別放熱フィンに沿って流す、請求項１または２記載の電動工具。
4. 前記共通放熱フィンと前記個別放熱フィンの上流側に前記整流素子を配置し、前記整流素子に衝突した冷却風を前記共通放熱フィンおよび前記個別放熱フィンに向けて案内する、請求項３記載の電動工具。
5. 前記共通放熱フィンを前記制御基板の内側に配置し、前記個別放熱フィンをハイサイド側の前記スイッチング素子に向けて前記制御基板の一方側に寄せて配置し、ハイサイド側の前記スイッチング素子と、前記個別放熱フィンとの間に冷却風が流れる通路を形成した、請求項３または４記載の電動工具。
6. 前記モータを収容するモータハウジングの径方向外側に前記制御基板を配置し、前記モータハウジングに沿って流れる冷却風と略平行な冷却風を、前記共通放熱フィンおよび前記個別放熱フィンに向けて案内する、請求項３〜５のいずれか１項に記載の電動工具。
7. 前記モータを収容するモータハウジングの底部側に前記制御基板を配置し、前記モータハウジングに向けて流れる冷却風を、前記共通放熱フィンおよび前記個別放熱フィンに向けて案内する、請求項３〜５のいずれか１項に記載の電動工具。
8. 前記共通放熱フィンに向けて冷却風を供給する第１の吸気口と、前記個別放熱フィンに向けて冷却風を供給する第２の吸気口とを有する、請求項７記載の電動工具。
9. 前記整流素子が設けられ、前記共通放熱フィンに略平行に延びる延長部を前記共通放熱フィンに一体に設け、前記延長部に前記整流素子を設け、前記第１の吸気口から流入した冷却風を前記共通放熱フィンにより形成される冷却空間内に供給する、請求項８記載の電動工具。
10. モータにより先端工具を駆動する電動工具において、
    正極側の電源の出力端子に接続される複数のハイサイド側のスイッチング素子、および負極側の電源の出力端子に接続される複数のロウサイド側のスイッチング素子を有し、前記モータを駆動するインバータ回路と、
    前記ロウサイド側の前記複数のスイッチング素子のそれぞれに直接接続される放熱フィンと、
    を有する電動工具。
11. 前記ハイサイド側の前記スイッチング素子に亘って接続される共通放熱フィン、
    を有する請求項１０に記載の電動工具。

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