JP5966803B2

JP5966803B2 - 電動工具

Info

Publication number: JP5966803B2
Application number: JP2012206525A
Authority: JP
Inventors: 西河　智雅; 智雅西河; 哲祐原田
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2032-09-20
Also published as: JP2014061557A

Description

本発明は、回転駆動部としてモータを有するインパクトドライバ等の電動工具に関する。

回転駆動部としてモータを有しているインパクトドライバ等の電動工具は、運転時に高温となるモータを冷却するための冷却構造が必要となり、ハウジングのモータ近傍に給排気孔を設けて空気を導入することが一般的である。一方、外部からハウジング内に空気を取り入れることは、空気中の塵埃や水滴もハウジング内に取り入れることになり、塵埃や水滴への対策を講じる必要がある。そこで、モータとしてブラシレスモータを採用し、ブラシレスモータを駆動するための回路基板を覆うように、シリコン等の樹脂でコーティングすることで、塵埃や水滴による短絡を防止する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、外部から取り入れた空気によりモータ等を冷却している。

特開２０１０−２６４５３４号公報

しかしながら、モータとしてブラシ付きモータを採用した場合には、ブラシ部の電極を樹脂コーティングすることができず、塵埃や水滴による短絡を防止することができないという問題点があった。

本発明は以上のような状況に鑑みなされたものであって、上記課題を解決し、モータの冷却性を向上（維持）しつつ優れた防水・防塵機能を実現することができる電動工具を提供することを目的とする。

本発明の電動工具は、モータを備えた電動工具であって、前記モータが収納されるモータ収容空間を形成するハウジングと、前記モータ収容空間内部の熱を外部に放熱させる放熱手段と、前記モータ収容空間内に空気の流れを形成する空気流形成手段と、を具備し、前記放熱手段は、前記ハウジングに形成された開口から前記ハウジングの外部に露出していると共に、前記空気流形成手段によって形成される空気の流れの流路に配置されることを特徴とする。
さらに、本発明の電動工具おいて、前記空気流形成手段は、前記モータのロータに設けられたファンであり、前記モータのステータの内周側と外周側の少なくとも一方を循環する空気の流れを形成させるようにしても良い。
また、本発明の電動工具は、モータを備えた電動工具であって、
前記モータが収納されるモータ収容空間を形成するハウジングと、
前記モータ収容空間内部の熱を外部に放熱させる放熱手段と、を具備し、
前記モータ収容空間は密室構造であり、
前記放熱手段は、前記ハウジングに形成された開口から前記ハウジングの外部に露出していることを特徴とする。
さらに、本発明の電動工具おいて、前記放熱手段は、前記モータのステータの外側に配置させるようにしても良い。
さらに、本発明の電動工具おいて、前記モータはブラシ付きモータであり、前記空気流形成手段は、前記ブラシ付きモータのロータに設けられたファンであり、前記ブラシ付きモータのマグネットの内周側と、前記ブラシ付きモータのヨークの外周側との少なくとも一方を循環する空気の流れを形成させるようにしても良い。
さらに、本発明の電動工具おいて、前記放熱手段は、前記開口に嵌合された冷却板であっても良い。
さらに、本発明の電動工具おいて、前記放熱手段の一部が前記モータのステータに接触させても良い。
さらに、本発明の電動工具おいて、前記ハウジングは、複数の部材で構成され、前記放熱手段は、前記ハウジングを構成する複数の前記部材によって挟み込まれて保持されていることを特徴とする。
さらに、本発明の電動工具おいて、前記ハウジングは、前記モータ収容空間を形成する胴体部と、当該胴体部に側面視略Ｔ字状を成すように連接されたハンドル部とで構成され、前記放熱手段は、前記胴体部における前記ハンドル部が連接された箇所の反対側に設けられていることを特徴とする。
さらに、本発明の電動工具おいて、前記モータはブラシ付きモータであり、前記モータ収容空間を形成する前記ハウジングには、前記モータのブラシ部に印加する電源のリードワイヤを通す開口が形成されており、記リードワイヤが通る開口と前記リードワイヤとの間隙をシールする閉塞材を具備するようにしても良い。
さらに、本発明の電動工具おいて、前記放熱手段は、その一部が前記モータのステータに接触していると共に、前記ハウジングよりも熱伝導性の高い部材で構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、モータを収容するモータ収容空間の熱を外部に放熱させる放熱手段を設けたため、モータの冷却性を向上することができる。また、モータ収容空間を密室構造とすれば優れた防水・防塵機能を実現することができるという効果を奏する。また、空気流形成手段を設ければ一層モータの冷却性を向上することができる。

本発明に係る電動工具の実施の形態の外観図である。本発明に係る電動工具の実施の形態の内部構造を示す側断面図である。図２に示すＡ−Ａ部分断面図である。本発明に係る電動工具の実施の形態における回転駆動部の分解斜視図である。本発明に係る電動工具の他の実施の形態の内部構造を示す側断面図である。図５に示すＢ−Ｂ部分断面図である。

次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
本実施の形態の電動工具は、インパクトドライバ１であり、図１乃至図４を参照すると、外形を形成する外枠であるハウジング２とハンマケース３とを備えている。ハウジング２は、前後方向に延びる略円筒形の胴体部２ａと、胴体部２ａに側面視略Ｔ字状を成すように連接されたハンドル部２ｂとで構成されている。また、胴体部２ａの内周２箇所には、切欠き状の係合凹部２ｃが形成されている。そして、係合凹部２ｃを境にして胴体部２ａの後方側は、駆動源であるモータ４を収容するモータ収容空間２ｄとなる。さらに、係合凹部２ｃを境にして胴体部２ａの前方側は、モータ４の回転を減速させる減速機構部として機能する遊星歯車機構５と、ハンマケース３とを収容する減速ハンマ機構収容空間２ｅとなる。ハンマケース３の内部には、遊星歯車機構５によって減速させたモータ４の回転を回転打撃力に変換して不図示の先端工具に伝達する打撃機構６が収容されている。

ハウジング２のハンドル部２ｂには、上部にトリガ７を有するスイッチ８が、下部にバッテリ受け部９がそれぞれ設けられている。ハンドル部２ｂの下端には、充電可能な電源であるバッテリＢＴがバッテリ受け部９に着脱可能に装着される。

インパクトドライバ１において、作業者がトリガ７をＯＮ操作すると、スイッチ８がＯＮされ、モータ４が起動する。モータ４が起動すると、モータ４の出力軸４ａの回転は、遊星歯車機構５によって減速されてスピンドル１０に伝達され、スピンドル１０が所定の速度で回転駆動される。ここで、スピンドル１０は、カム機構によってハンマ１１と連結されており、カム機構によって連結されたスピンドル１０及びハンマ１１が打撃機構６として機能する。スピンドル１０とハンマ１１とを連結するカム機構は、スピンドル１０の外周面に形成されたＶ字状のスピンドルカム溝１０ａと、ハンマ１１の内周面に形成されたＶ字状のハンマカム溝１１ａと、スピンドルカム溝１０ａ及びハンマカム溝１１ａに係合するボール１２と、スプリング１３とを備えている。

ハンマ１１は、スプリング１３によって常に先端方向（前方）に付勢されており、静止時にはボール１２とカム溝１０ａ、１１ａとの係合によって、アンビル１４の端面と隙間を隔てた位置にある。そして、ハンマ１１とアンビル１４の相対向する回転平面上の２箇所には凸部がそれぞれ対称位置に形成されている。なお、アンビル１４は、不図示の先端工具が着脱可能に装着される部位である。

前述のようにスピンドル１０が所定の速度で回転駆動されると、スピンドル１０の回転は、カム機構を介してハンマ１１に伝達され、ハンマ１１が半回転しないうちに、ハンマ１１の凸部がアンビル１４の凸部に係合して、アンビル１４が回転されるが、そのときの係合反力によってハンマ１１とスプリング１３との間に相対回転が生じると、ハンマ１１は、カム機構のスピンドルカム溝１０ａに沿ってスプリング１３を圧縮しながらモータ４側へと後退動を始める。

ハンマ１１の後退動によって、ハンマ１１の凸部がアンビル１４の凸部を乗り越えて両者の係合が解除させると、ハンマ１１は、スピンドル１０の回転力に加えて、スリング１３に蓄積された弾性エネルギーとカム機構の作用とによって回転方向及び前方に急速に加速されつつ、スプリング１３の付勢力によって前方、すなわちアンビル１４側へと移動され、ハンマ１１の凸部がアンビル１４の凸部に再び係合して一体的に回転し始める。このとき、強力な回転打撃力がアンビル１４に加えられるため、アンビル１４に装着された先端工具を介して不図示のねじに回転打撃力が伝達される。以後、同様の動作が繰り返されて先端工具からねじに回転打撃力が間欠的に繰返し伝達され、ねじが木材等の不図示の被締付材にねじ込まれる。

遊星歯車機構５は、固定歯車であるリングギヤ１５と、モータ４の出力軸４ａの端部に形成されたピニオン１６（入力歯車として機能）と、リングギヤ１５とピニオン１６に噛合する２つの遊星ギヤ１７（出力歯車として機能）と、モータ４の出力軸４ａ及びスピンドル１０を回転可能にそれぞれ支持するインナカバ１８とで構成されている。インナカバ１８は、ハウジング２の胴体部２ａ形成されている係合凹部２ｃと係合することで回り止めされ、ハウジング２の胴体部２ａ内に固定されている。インナカバ１８は、遊星歯車機構５を保持する歯車保持部として機能する。固定歯車であるリングギヤ１５は、インナカバ１８に保持されている。そして、各遊星ギヤ１７は、スピンドル１０に連結されている。リングギヤ１５の外周の前端には、段部が形成されており、段部を除く外周面には、インナカバ１８の内周面が嵌合している。そして、リングギヤ１５の段部の外周面とインナカバ１８との外周面にはハンマケース３の内周面が嵌合している。また、リングギヤ１５の外周にはシール部材としてＯリング２２が嵌合されている。

モータ４は、比較的安価なブラシ付きモータであり、モータ収容空間２ｄに内装されて収容されている。モータ４は、出力軸４ａを備えたロータ４ｂと、マグネット４ｃと、ヨーク４ｄ、ブラシブロック４ｅ、ブラシ部４ｆ（図４参照）等で構成されている。ステータを構成するマグネット４ｃ及びヨーク４ｄは、円筒状であり、マグネット４ｃの外周側にヨーク４ｄが配置され、ハウジング２によって保持されている。また、出力軸４ａには、モータ収容空間２ｄ内に空気の流れを形成する空気流形成手段として機能するファン１９が取り付けられている。

モータ収容空間２ｄを形成するハウジング２の胴体部２ａには、開口が形成され、当該開口には、ナイロン樹脂やポリカーボネイト等からなるハウジング２よりも熱伝導率の高いアルミニウム、マグネシウムや銅の材料で構成された冷却フィン（冷却板）３０が嵌合されている。また、モータ収容空間２ｄは、モータ４への塵埃や水滴による影響を防止するために、密室構造になっている。すなわち、モータ収容空間２ｄを形成するハウジング２には、風窓が形成されておらず、モータ収容空間２ｄは、ハウジング２と、冷却板３０と、インナカバ１８（減速ハンマ機構収容空間２ｅとの壁面）とによって閉ざされた空間となっている。

冷却板３０は、ヨーク４ｄの外周部に対向して配置され、ヨーク４ｄの外周部と、ハウジング２及び冷却板３０との間には、間隙が設けられている。これにより、ファン１９によって、マグネット４ｃの内周側と、ヨーク４ｄの外周側とを循環する、図２に点線矢印で示すような空気の流れが形成される。従って、冷却板３０は、ファン１９によって形成される空気の流れの流路に配置され、モータ収容空間２ｄ内部の熱を外部に放熱させる放熱手段として機能する。また、冷却板３０には、図３（ａ）に示すように、モータ収容空間２ｄに向けて突出するフィン３０ａが設けられている。フィン３０ａは、空気の流れ（ハウジング２の前後方向）に沿って設けられている。これにより、冷却板３０と空気の流れとの接触面積が大きくなり、モータ収容空間２ｄ内部の熱をより効率的に放熱させることができる。なお、図３（ｂ）に示すように、蛇腹状に折った冷却板３１を採用して、冷却板３１と空気の流れとの接触面積と、冷却板３１の外部空気との接触面とを大きくしても良い。また、本実施の形態では、冷却板３０の外部空気との接触面に、溝部を形成して外部空気との接触面積を増やすように構成したが、冷却板３０の外部空気との接触面にフィン３０ａを設けるようにしても良い。

なお、ハウジング２は、図４に示すように、左右に分割された２つ割りハウジングであり、右側ハウジング２_１と左側ハウジング２_２とで構成されている。右側ハウジング２_１と左側ハウジング２_２との上部（ハンドル部２ｂが形成されている下部の反対側）であって、モータ収容空間２ｄ（胴体部２ａ）を形成する壁面には、切り欠き２ｆが対向する位置にそれぞれ形成されている。これにより、右側ハウジング２_１と左側ハウジング２_２との接合時、切り欠き２ｆに冷却板３０を挟み込むことで、右側ハウジング２_１と左側ハウジング２_２とに挟み込まれて簡単で強固（ハウジング同士はネジで接合されるため）に保持される。なお、冷却板３０、３１はハウジング２との接続部に凸形状部を有し、ハウジング２は冷却板３０、３１との接続部に凹形状部を有し、それらを嵌合することで、冷却板３０、３１をハウジング２により確実に保持することができる。

また、モータ収容空間２ｄを形成するハウジング２には、ブラシ部４ｆに印加する電源のリードワイヤ２０を通す開口を形成する必要がある。従って、リードワイヤ２０が通る開口とリードワイヤ２０との間隙をシリコン等の閉塞材２１でシールすることで、より確実にモータ収容空間２ｄを密室構造にすることができる。また、閉塞材２１によってリードワイヤ２０をハウジング２に固定できるためリードワイヤ２０の断線を抑制することができる。なお、リードワイヤ２０を通す開口は、溝であってもよい。

さらに、図５及び図６に示すように、一部がヨーク４ｄに向けて延出された延出部３０ｂを有する冷却板３２、３３を採用し、冷却板３２、３３の一部である延出部３０ｂとヨーク４ｄとを接触させるように構成しても良い。この場合には、冷却板３２、３３を介してヨーク４ｄに蓄積された熱を外部に直接放熱させることが可能になる。なお、延出部３０ｂはヨーク４ｄの軸方向（図５の左右方向）に沿って延出していればより放熱効果を得ることができる。

また、以上の説明において、本発明を充電式のバッテリを備えるコードレスのインパクトドライバ１に適用した例について説明したが、コードの有無に関わりなく、回転駆動部としてブラシ付きモータを有している各種の電動工具に対しても、本発明を同様に適用することができる。

以上説明したように、本実施の形態は、モータ４が収納される密室構造のモータ収容空間２ｄを形成するハウジング２と、モータ収容空間２ｄ内に空気の流れを形成するファン１９と、ファン１９によって形成される空気の流れの流路に配置され、モータ収容空間２ｄ内部の熱を外部に放熱させる冷却板３０とを具備している。この構成により、モータ収容空間内の熱を効率良く外部に放熱することができるため、ブラシ付きモータを密室構造のモータ収容空間に収容することができる。従って、優れた防水・防塵機能を実現することができる。

さらに、本実施の形態において、モータ４は、モータ収容空間２ｄに内装されており、ロータ４ｂに設けられたファン１９によって、マグネット４ｃの内周側と、ヨーク４ｄの外周側とを循環する空気の流れを形成させるように構成されている。この構成により、
モータ収容空間２ｄ内に空気の流れを効率良く形成させることができ、放熱効果を向上させることができる。

さらに、本実施の形態おいて、冷却板３０は、ハウジング２に形成された開口に嵌合されている。この構成により、モータ収容空間内の熱を外部に放熱する放熱手段の構造を簡略化することができる。

さらに、本実施の形態おいて、冷却板３０の一部がヨーク４ｄに接触している。この構成により、ヨーク４ｄに蓄積された熱を外部に直接放熱させることができる。

さらに、本実施の形態おいて、ハウジング２は、右側ハウジング２_１と左側ハウジング２_２とで構成され、冷却板３０は、右側ハウジング２_１と左側ハウジング２_２とによって挟み込まれて保持されている。この構成により、冷却板３０を保持する構造を簡略化することができる。

さらに、本実施の形態おいて、ハウジング２は、モータ収容空間２ｄを形成する胴体部２ａと、胴体部２ａに側面視略Ｔ字状を成すように連接されたハンドル部２ｂとで構成され、冷却板３０は、胴体部２ａにおけるハンドル部２ｂが連接された箇所の反対側に設けられている。この構成により、比較的高温になると想定される冷却板３０を操作者の手から遠ざけることができる。また、胴体部２ａを前後方向に大型化することなく、放熱効果を向上させることができる。また、モータのヨーク外周に放熱手段を設けることにより、モータの熱を効率よく外部に放出することができる。

さらに、本実施の形態おいて、モータ収容空間２ｄを形成するハウジング２には、ブラシ部４ｆに印加する電源のリードワイヤ２０を通す開口が形成されており、リードワイヤ２０が通る開口とリードワイヤ２０との間隙が閉塞材２１によってシールされている。この構成により、より確実にモータ収容空間２ｄを密室構造にすることができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。本実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせ等にいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。例えば、モータとしてブラシ付きモータを説明したがブラシレスモータでもよい。ブラシレスモータの外側に放熱手段を設ければ同様の効果を得ることができる。更に、ブラシレスモータを密室構造のモータ収容空間に配置すれば、基板コーティングを併せて防塵性や防水性を一層向上することができる。

１インパクトドライバ
２ハウジング
２ａ胴体部
２ｂハンドル部
２ｃ係合凹部
２ｄモータ収容空間
２ｅ減速ハンマ機構収容空間
２ｆ切り欠き
３ハンマケース
４モータ
４ａ出力軸
４ｂロータ
４ｃマグネット
４ｄヨーク
４ｅブラシブロック
４ｆブラシ部
５遊星歯車機構
６打撃機構
７トリガ
８スイッチ
９バッテリ受け部
１０スピンドル
１０ａスピンドルカム溝
１０ｂスピンドルの鍔
１１ハンマ
１１ａハンマカム溝
１２ボール
１３スプリング
１４アンビル
１５リングギヤ
１５ａ突起
１５ａａ稜線
１５ｂリングギヤの段部
１５ｃリングギヤの鍔
１６ピニオン
１７遊星ギヤ
１８インナカバ
１９ファン
２０リードワイヤ
２１閉塞材
２２Ｏリング
３０、３１、３２、３３冷却板
３０ａフィン
３０ｂ延出部
ＢＴバッテリ

Claims

モータを備えた電動工具であって、
前記モータが収納されるモータ収容空間を形成するハウジングと、
前記モータ収容空間内部の熱を外部に放熱させる放熱手段と、
前記モータ収容空間内に空気の流れを形成する空気流形成手段と、を具備し、
前記放熱手段は、前記ハウジングに形成された開口から前記ハウジングの外部に露出していると共に、前記空気流形成手段によって形成される空気の流れの流路に配置されることを特徴とする電動工具。
前記空気流形成手段は、前記モータのロータに設けられたファンであり、
前記モータのステータの内周側と外周側の少なくとも一方を循環する空気の流れを形成させることを特徴とする請求項１記載の電動工具。
モータを備えた電動工具であって、
前記モータが収納されるモータ収容空間を形成するハウジングと、
前記モータ収容空間内部の熱を外部に放熱させる放熱手段と、を具備し、
前記モータ収容空間は密室構造であり、
前記放熱手段は、前記ハウジングに形成された開口から前記ハウジングの外部に露出していることを特徴とする電動工具。
前記放熱手段は、前記モータのステータの外側に配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電動工具。
前記モータはブラシ付きモータであり、
前記空気流形成手段は、前記ブラシ付きモータのロータに設けられたファンであり、前記ブラシ付きモータのマグネットの内周側と、前記ブラシ付きモータのヨークの外周側との少なくとも一方を循環する空気の流れを形成させることを特徴とする請求項１記載の電動工具。
前記放熱手段は、前記開口に嵌合された冷却板であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電動工具。
前記放熱手段の一部が前記モータのステータに接触していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電動工具。
前記ハウジングは、複数の部材で構成され、
前記放熱手段は、前記ハウジングを構成する複数の前記部材によって挟み込まれて保持されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の電動工具。
前記ハウジングは、前記モータ収容空間を形成する胴体部と、当該胴体部に側面視略Ｔ字状を成すように連接されたハンドル部とで構成され、
前記放熱手段は、前記胴体部における前記ハンドル部が連接された箇所の反対側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の電動工具。
前記モータはブラシ付きモータであり、
前記モータ収容空間を形成する前記ハウジングには、前記モータのブラシ部に印加する電源のリードワイヤを通す開口が形成されており、
前記リードワイヤが通る開口と前記リードワイヤとの間隙をシールする閉塞材を具備することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の電動工具。
前記放熱手段は、その一部が前記モータのステータに接触していると共に、前記ハウジングよりも熱伝導性の高い部材で構成されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の電動工具。