JP6085225B2 - ネジ締め電動工具 - Google Patents

Description

本発明は、ネジ締め作業に用いられるネジ締め電動工具に関する。

特許文献１に開示の如く、ネジ締め電動工具は、モータを収容したハウジングの前端部に、モータによって回転駆動する第１のスピンドルと、先端工具を保持可能な第２のスピンドルとを有し、第２のスピンドルが後退した際に第１のスピンドルの回転が第２のスピンドルに伝達されることでネジ締めを可能とする回転駆動部を備えている。

特開２０１０−４６７３９号公報

上記従来のネジ締め電動工具においては、モータとして整流子モータを使用しているが、ブラシの摩耗による耐久性の問題が生じる上、コンパクト化の障害になるおそれもあった。

そこで、本発明は、好適な耐久性が得られてコンパクト化も達成できるネジ締め電動工具を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、前後方向に延びるモータハウジングと、モータハウジングの後端から下方へ延びるグリップハウジングと、モータハウジングに収容され、ステータと、ステータに対して回転可能であって回転軸を備えるロータと、を有するブラシレスモータと、ビットを保持可能な先端工具保持部と、ロータと先端工具保持部との間に配置され、先端工具保持部が後退することにより、ロータからの回転が伝わるクラッチと、グリップハウジングの下端に設けられ、バッテリーパックが固定される装着部と、を有するネジ締め電動工具であって、回転軸の上方に先端工具保持部が配置され、ステータの前方にファンが、ステータの後方にセンサ回路基板がそれぞれ配置され、装着部の内部でバッテリーパックの上方に、ブラシレスモータを制御するための制御回路基板が配置されて、装着部の前部上面には、前記制御回路基板とコードで接続されるライトが設けられると共に、制御回路基板へ電気的に接続され、ライトの照射モードを変更するためのライトスイッチが設けられていることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、装着部の上面でライトの後方には、バッテリーパックの残容量表示スイッチが設けられていることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の構成において、ブラシレスモータのコイルへ給電するコードを、ステータに設けた絶縁部材を介して接続したことを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかの構成において、回転軸の前端にピニオンが固着されて、ピニオンとステータとの間にファンが配置されることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れかの構成において、センサ回路基板には、複数のスイッチング素子が配置されて、センサ回路基板にコードが接続されることを特徴とするものである。

本発明によれば、ブラシレスモータの採用により、動力伝達効率が高くなってコンパクト化が期待でき、低電力でネジ締めが可能となる。また、ブラシを用いないので耐久性も向上する。

形態１のスクリュードライバの外観図である。 形態１のスクリュードライバの縦断面図である。 センサ回路基板の説明図である。 制御回路基板の変更例の説明図である。 形態２のスクリュードライバの縦断面図である。 形態３のスクリュードライバの外観図である。 形態３のスクリュードライバの縦断面図である。 形態４のスクリュードライバの縦断面図である。 形態５のスクリュードライバの縦断面図である。 操作盤の説明図である。 形態６のスクリュードライバの縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［形態１］
図１は、ネジ締め電動工具の一例であるスクリュードライバ１の外観図、図２はその縦断面図である。スクリュードライバ１のハウジング２は、左右の半割ハウジング２ａ，２ｂをネジ３，３・・によって組み付けてなり、後述する出力部５３及びブラシレスモータ２２を収容する前ハウジング（図１，２の右側を前方とする。）４と、その前ハウジング４の後方でループ状に連設される後ハウジング５とを形成している。６は、前ハウジング４の後面に設けられるフックである。後ハウジング５は、後端に上下方向のグリップ部７を形成しており、グリップ部７内には、前方にトリガ９を突出させたトリガスイッチ８が収容されている。トリガスイッチ８の上方には、正逆切替ボタン１０が設けられている。

また、グリップ部７の下方に形成した装着部１１には、電源となるバッテリーパック１２が着脱可能に装着されている。このバッテリーパック１２は、複数の蓄電池を収容するケース１３の上面に、左右一対のスライドレール１４，１４を有し、このスライドレール１４，１４を装着部１１に設けた一対の図示しないガイドレール間に前方から嵌合させて後方へスライドさせることで、装着部１１に装着可能となっている。この装着状態で、装着部１１に設けた端子台１５の端子板１６がケース１３内に進入してケース１３内の図示しない端子と電気的に接続される。１７は、ケース１３内に上方へ突出付勢されて設けられ、装着状態で装着部１１に設けた凹部１８に係止してバッテリーパック１２の抜け止めを図る係止フックである。
さらに、端子台１５の上側には、コンデンサ２０やマイコン等が搭載されて樹脂でモールドされた制御回路基板１９が設けられている。この制御回路基板１９とトリガスイッチ８とがコード２１，２１・・によって電気的に接続されている。

ブラシレスモータ２２は、ステータ２３とロータ２４とを有するインナーロータ型で、前ハウジング４の下側に配置されている。まずステータ２３は、固定子鉄心２５と、固定子鉄心２５の前後に設けられる前絶縁部材２６及び後絶縁部材２７と、前絶縁部材２６及び後絶縁部材２７を介して固定子鉄心２５に巻回される複数のコイル２８，２８・・と、を有する。また、ロータ２４は、軸心に位置する回転軸２９と、回転軸２９の周囲に配置される筒状の回転子鉄心３０と、回転子鉄心３０の外側に配置され、筒状で周方向に極性を交互に変えた永久磁石３１，３１・・と、これらの前側において放射状に配置された複数のセンサ用永久磁石３２，３２・・と、を有する。前絶縁部材２６の前端には、図３に示すように、ロータ２４のセンサ用永久磁石３２の位置を検出して回転検出信号を出力する３つの回転検出素子３４，３４・・と、コイル２８のスイッチングを行う６つのスイッチング素子３５，３５・・とを搭載したセンサ回路基板３３が固定されている。３６はセンサ回路基板３３を取り付けるネジ、３７は前絶縁部材２６の前端面に突設されてセンサ回路基板３３の小孔に嵌合する突起、３８はコイル接続部、３９は下向きに突設された舌片部で、舌片部３９には、制御回路基板１９と電気的に接続するための複数のコード４０，４０・・（制御回路基板１９から電力を送るための電源線４０ａと、制御回路基板１９から信号を送るための信号線４０ｂとが含まれる。）が接続されている。

さらに、ステータ２３は、前ハウジング４の内面に立設されたリブ４１によって形成される収容室４２内に、軸線を前後方向に向けた姿勢で保持されており、回転軸２９は、収容室４２の前側でリブ４１に保持された軸受４３と、収容室４２の後側でリブ４１に保持された軸受４４とによって回転可能に支持されている。回転軸２９における軸受４４より前方には、モータ冷却用の遠心ファン４５が固着されて、前ハウジング４におけるセンサ回路基板３３の径方向外側部位には、複数の吸気口４６，４６・・が形成され、遠心ファン４５の径方向外側部位には、複数の排気口４７，４７・・が形成されている。
なお、回転軸２９の後端は、収容室４２から後方へ突出しており、ここに第１ギヤ４８が固着されている。回転軸２９の上方には、ギヤシャフト４９が前後の軸受５０，５０によって回転軸２９と平行に軸支されて、ギヤシャフト４９の後端に設けた第２ギヤ５１が第１ギヤ４８と噛合している。ギヤシャフト４９の前端には第２ギヤ５１より小径の第３ギヤ５２が形成されている。

そして、ブラシレスモータ２２の上方には出力部５３が配置される。この出力部５３は、前ハウジング４に軸受５５を介して軸支される第１スピンドル５４と、前ハウジング４から前ハウジング４の前方に連結された筒状の先端ハウジング５６に跨がって設けられ、軸受５８を介して軸支される先端工具保持部としての第２スピンドル５７とを備える。第１スピンドル５４は、後部に第４ギヤ５９を一体に固着し、その第４ギヤ５９を、ギヤシャフト４９の第３ギヤ５２と噛合させている。また、第４ギヤ５９の前方には、カム６０が、ボール６１を介して回転方向で一体に結合されている。

一方、第２スピンドル５７は、第１スピンドル５４の前方で前後移動可能に同軸配置され、前端には、先端工具であるドライバビットを差し込み装着可能な装着孔６２が形成され、後端には、カム６０と対向するカム部６３が形成されている。このカム部６３は、カム６０の正回転方向で噛み合うもので、カム６０とカム部６３との間にはコイルバネ６４が介在されている。すなわち、第１スピンドル５４と第２スピンドル５７との間には、第２スピンドル５７の後退時に第１スピンドル５４の回転が伝わるクラッチ（カム６０、カム部６３）が形成されることになる。
なお、第１スピンドル５４の先端は、第２スピンドル５７の後部に形成した有底孔６５に挿入されて、両スピンドル５４，５７の間に、逆回転方向で係合するワンウエイクラッチ６６が設けられている。６７は、先端ハウジング５６の前端へ前後位置を変更可能に嵌着された深さ調整用のキャップである。
また、ブラシレスモータ２２の前方で前ハウジング４の前端下部には、キャップ状の蓋ハウジング６８が固定され、蓋ハウジング６８内の下方には、ライトとしてのＬＥＤ６９が斜め前方を向く姿勢で収容されて、コード７０を介して制御回路基板１９と電気的に接続されている。

以上の如く構成されたスクリュードライバ１においては、第２スピンドル５７に装着したドライバビットを締め付け対象のネジに押し付けて第２スピンドル５７を後退させると、カム部６３が第１スピンドル５４のカム６０と係合する。この状態でトリガ９を押し込み操作してトリガスイッチ８をＯＮさせると、バッテリーパック１２から電源が供給されてブラシレスモータ２２が駆動する。すなわち、制御回路基板１９のマイコンが、センサ回路基板３３の回転検出素子３４から出力されるロータ２４のセンサ用永久磁石３２の位置を示す回転検出信号を得てロータ２４の回転状態を取得し、取得した回転状態に応じて各スイッチング素子３５のＯＮ／ＯＦＦを制御し、ステータ２３の各コイル２８に対し順番に電流を流すことでロータ２４を回転させるものである。但し、マイコンにはトリガ９の操作量（押し込み量）が信号として伝達されて、操作量に応じてロータ２４の回転が制御されるようになっている。なお、トリガ９を先に押し込み操作して、ブラシレスモータ２２を回転させた状態で第２スピンドル５７を後退させる使い方も可能である。

こうしてロータ２４が回転すると、回転軸２９及び第１ギヤ４８が回転して第２ギヤ５１を介してギヤシャフト４９を減速して回転させ、さらに第３ギヤ５２及び第４ギヤ５９を介して第１スピンドル５４を減速して回転させる。よって、カム６０と係合する第２スピンドル５７が回転してドライバビットによるネジ締めが可能となる。ネジ締めが進んで第２スピンドル５７が前進し、カム部６３がカム６０から外れると、第２スピンドル５７の回転が停止してネジ締めが終了する。
一方、ネジを緩める場合は、正逆切替ボタン１０を逆回転側に切り替えると、マイコンの制御によってロータ２４が逆回転し、第１スピンドル５４が逆回転する。第１スピンドル５４と第２スピンドル５７との間にはワンウエイクラッチ６６が設けられているため、第２スピンドル５７も逆回転し、ドライバビットによるネジの緩めが可能となる。

なお、回転軸２９と共に遠心ファン４５が回転すると、吸気口４６から収容室４２内に吸引された空気がセンサ回路基板３３及びステータ２３とロータ２４との間を通過して排気口４７から排出される。これによりセンサ回路基板３３及びブラシレスモータ２２が冷却される。
また、トリガスイッチ８のＯＮと共に制御回路基板１９から通電されてＬＥＤ６９が点灯する。よって、ドライバビットの前方が照射されて暗い場所でも作業性は維持できる。
さらに、ブラシレスモータ２２とＬＥＤ６９とが近接しているので、配線が容易である。

このように、上記形態１のスクリュードライバ１によれば、ブラシレスモータ２２の採用により、動力伝達効率が高くなってコンパクト化が期待でき、低電力でネジ締めが可能となる。また、ブラシを用いないので耐久性も向上する。
さらに、ブラシレスモータ２２がクラッチの下方に配置されるため、後方のバッテリーパック１２に対してバランスが取れ、使用感に優れたものとなる。
加えて、センサ回路基板３３が第１ギヤ４８等とブラシレスモータ２２との間に挟まれないので、熱や振動に対してより耐久性が高くなる。
そして、センサ回路基板３３の舌片部３９が下向きに形成されているので、制御回路基板１９から舌片部３９までの配線が効率的となる。

なお、上記形態１では、スイッチング素子３５をセンサ回路基板３３に設けているが、図４に示すように制御回路基板１９に設けることもできる。図４において７１はマイコンである。
また、回転軸から第１スピンドルへの減速機構も、ギヤシャフトを増やしたり、逆にギヤシャフトを省略したりする等、適宜変更可能である。

次に，本発明の他の形態を説明する。但し、上記形態１と同じ構成部には同じ符号を付して重複する説明は省略する。

［形態２］
図５に示すスクリュードライバ１Ａにおいては、ブラシレスモータ２２の向きが前後逆向きとなって、センサ回路基板３３がステータ２３の後側に位置し、遠心ファン４５がステータ２３の前側に位置している点が形態１と異なっている。よって、ここでは吸気口４６がハウジング２における後側に、排気口４７が前側にそれぞれ配置されることになる。
また、ＬＥＤ６９用のコード７０と遠心ファン４５の外周とを隔てるための隔壁部４２ａが形成されて、より効率的に遠心ファン４５の風を送ることができるようになっている。

このように、上記形態２のスクリュードライバ１Ａにおいても、ブラシレスモータ２５の採用により、動力伝達効率が高くなってコンパクト化が期待でき、低電力でネジ締めが可能となる。また、ブラシを用いないので耐久性も向上する等、形態１と同じ効果が得られる。
特に、センサ回路基板３３が形態１よりも制御回路基板１９に近いので、配線が短くて済む利点がある。

［形態３］
図６，７に示すスクリュードライバ１Ｂにおいては、ハウジング２が、ブラシレスモータ２２及び出力部５３を収容して前後方向に延びるモータハウジング７２と、そのモータハウジング７２の後端から下方向へ延びるグリップハウジング７３とからなる倒Ｌ字状となっており、グリップハウジング７３の下端にバッテリーパック１２の装着部１１が形成されている。ＬＥＤ６９は端子台１５の上方で装着部１１へ斜め上向きに収容されている。
また、ここでの制御回路基板１９は、トリガスイッチ８の下部へ一体に設けられてスイッチアッセンブリ７４を形成し、スイッチアッセンブリ７４の制御回路基板１９とセンサ回路基板３３とがコード８４，８４・・を介して電気的に接続されて、制御回路基板１９とＬＥＤ６９とがコード８５，８５を介して電気的に接続されている。制御回路基板１９には、マイコン７１やコンデンサ２０の他、ＩＰＭ（Intelligent Power Module）７５が搭載されている。このＩＰＭの中には、スイッチング素子（ＩＧＢＴ）が入っており、スイッチング素子を駆動するための駆動用ドライバが封入されている。

さらに、ブラシレスモータ２２においては、ステータ２３の後絶縁部材２７に径方向外側へ突出する接続片７６が突設されて、コイル２８に電力を供給するコード７７は、この接続片７６を通してコイル２８に接続されている。
なお、回転軸２９の前端には、ピニオン７８が固着されて、このピニオン７８が第１スピンドル５４と一体のギヤ７９に直接噛合している。

このように、上記形態３のスクリュードライバ１Ｂにおいても、ブラシレスモータ２２の採用により、動力伝達効率が高くなってコンパクト化が期待でき、低電力でネジ締めが可能となる。また、ブラシを用いないので耐久性も向上する等、形態１と同じ効果が得られる。
特にここでは、スイッチアッセンブリ７４の採用により、組付けの手間が低減されると共に、配線が一カ所に集中して配線作業が楽になる利点がある。
さらに、遠心ファン４５がブラシレスモータ２２とギヤ７９との間にあるため、ブラシレスモータ２２の冷却に加えてギヤ７９の直接又は間接的な冷却も可能となる。
なお、センサ回路基板３３からはロータ２４の位置情報が信号線４０ｂを介して出力されているが、センサ回路基板３３が後側にあるので、制御回路基板１９との接続が容易となる。また、後絶縁部材２７の接続片７６も後側にあるので、制御回路基板１９との接続が容易となる。

［形態４］
図８に示すスクリュードライバ１Ｃにおいては、ブラシレスモータ２２の向きが形態３と前後逆となって、センサ回路基板３３が前側、遠心ファン４５が後側となっている。
よって、上記形態４のスクリュードライバ１Ｃにおいても、ブラシレスモータ２２の採用により、動力伝達効率が高くなってコンパクト化が期待でき、低電力でネジ締めが可能となる。また、ブラシを用いないので耐久性も向上する等、形態３と同じ効果が得られる。

［形態５］
図９に示すスクリュードライバ１Ｄにおいては、制御回路基板１９がトリガスイッチ８でなく、形態１と同様に端子台１５の上方に設けられて、コイル２８への給電は絶縁部材でなくセンサ回路基板３３を介して行われている。
また、ここでは装着部１１の上面でＬＥＤ６９の後方には、図１０に示す操作盤８０が設けられている。この操作盤８０には、ライトスイッチ８１と、残容量表示スイッチ８２と、電池インジケータ８３とが設けられて制御回路基板１９と電気的に接続されており、ライトスイッチ８１を押し操作する度にＬＥＤ６９の照度が段階的に変更し、残容量表示スイッチ８２を押し操作すると、電池インジケータ８３がバッテリーパック１２の蓄電池の残容量に応じた数の目盛りを点灯させるようになっている。

このように、上記形態５のスクリュードライバ１Ｄにおいても、ブラシレスモータ２２の採用により、動力伝達効率が高くなってコンパクト化が期待でき、低電力でネジ締めが可能となる。また、ブラシを用いないので耐久性も向上する等、形態１と同じ効果が得られる。
特にここでは、ライトスイッチ８１によってＬＥＤ６９の照射モードを変更でき、残容量表示スイッチ８２によってバッテリーの残容量が一目で分かるようになるため、使い勝手に優れたものとなる。

［形態６］
図１１に示すスクリュードライバ１Ｅにおいては、ブラシレスモータ２２の向きが形態５と前後逆となって、センサ回路基板３３が後側、遠心ファン４５が前側となっている。
よって、上記形態６のスクリュードライバ１Ｅにおいても、ブラシレスモータ２２の採用により、動力伝達効率が高くなってコンパクト化が期待でき、低電力でネジ締めが可能となる。また、ブラシを用いないので耐久性も向上する等、形態５と同じ効果が得られる。
さらに、センサ回路基板３３が後側にあるので、形態５よりも配線が短くなる利点がある。

なお、形態３〜６に共通して、回転軸から第１スピンドルへの減速は、ピニオンとギヤとで行っているが、回転軸と第１スピンドルとを同軸に配置して遊星歯車機構で減速を図ることもできる。
また、形態３のスイッチアッセンブリや形態５の操作盤は、形態１，２のタイプのスクリュードライバにも採用可能である。

１，１Ａ〜１Ｅ・・スクリュードライバ、２・・ハウジング、４・・前ハウジング、５・・後ハウジング、８・・トリガスイッチ、１１・・装着部、１２・・バッテリーパック、１５・・端子台、１９・・制御回路基板、２２・・ブラシレスモータ、２３・・ステータ、２４・・ロータ、２５・・固定子鉄心、２６・・前絶縁部材、２７・・後絶縁部材、２８・・コイル、２９・・回転軸、３０・・回転子鉄心、３１・・永久磁石、３２・・センサ用永久磁石、３３・・センサ回路基板、３４・・回転検出素子、３５・・スイッチング素子、４２・・収容室、４５・・遠心ファン、４９・・ギヤシャフト、５３・・出力部、５４・・第１スピンドル、５７・・第２スピンドル、６０・・カム、６３・・カム部、７１・・マイコン、７４・・スイッチアッセンブリ、８０・・操作盤、８１・・ライトスイッチ、８２・・残容量表示スイッチ。

Claims (5)

1. 前後方向に延びるモータハウジングと、
   前記モータハウジングの後端から下方へ延びるグリップハウジングと、
   前記モータハウジングに収容され、ステータと、前記ステータに対して回転可能であって回転軸を備えるロータと、を有するブラシレスモータと、
   ビットを保持可能な先端工具保持部と、
   前記ロータと前記先端工具保持部との間に配置され、前記先端工具保持部が後退することにより、前記ロータからの回転が伝わるクラッチと、
   前記グリップハウジングの下端に設けられ、バッテリーパックが固定される装着部と、を有するネジ締め電動工具であって、
   前記回転軸の上方に前記先端工具保持部が配置され、
   前記ステータの前方にファンが、前記ステータの後方にセンサ回路基板がそれぞれ配置され、
   前記装着部の内部で前記バッテリーパックの上方に、前記ブラシレスモータを制御するための制御回路基板が配置されて、
   前記装着部の前部上面には、前記制御回路基板とコードで接続されるライトが設けられると共に、前記制御回路基板へ電気的に接続され、前記ライトの照射モードを変更するためのライトスイッチが設けられていることを特徴とするネジ締め電動工具。
2. 前記装着部の上面で前記ライトの後方には、前記バッテリーパックの残容量表示スイッチが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のネジ締め電動工具。
3. 前記ブラシレスモータのコイルへ給電するコードを、前記ステータに設けた絶縁部材を介して接続したことを特徴とする請求項１又は２に記載のネジ締め電動工具。
4. 前記回転軸の前端にピニオンが固着されて、
   前記ピニオンと前記ステータとの間に前記ファンが配置されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のネジ締め電動工具。
5. 前記センサ回路基板には、複数のスイッチング素子が配置されて、
   前記センサ回路基板にコードが接続されることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のネジ締め電動工具。

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