(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、電動工具の一例であるインパクトドライバの側面図、
図2は正面図、
図3は拡大平面図、
図4は中央縦断面図、
図5は
図1のA−A線拡大断面図である。
インパクトドライバ1は、中心軸を前後方向とする本体部2と、その本体部2から下方へ突出するグリップ部3とを有し、グリップ部3の下端に設けたバッテリー装着部4には、電源となるバッテリーパック5が装着されている。グリップ部3の上部には、トリガ7を前方に突出させたスイッチ6が収容されて、スイッチ6の上側に、モータの正逆切替レバー8が設けられている。バッテリー装着部4には、端子板10を備えた端子台9と、マイコンやスイッチング素子等を搭載した制御回路基板12を有するコントローラ11とが設けられる。また、バッテリー装着部4の上面には、トルクや打撃力を切替操作する操作部としてのボタンスイッチ14と、現在のトルクや打撃力、バッテリーパック5の残容量を表示する表示部15とを備えたスイッチパネル13が設けられている。
【0010】
バッテリーパック5は、複数のセル(ここではリチウムイオン電池)を収容する箱形のケース16の上面に、端子台9の端子板10と電気的に接続する図示しない端子を備えると共に、左右両側に、バッテリー装着部4の左右両側に設けたガイド部17,17の間に嵌合する一対のレール部18,18を備える。19は、ケース16から上方へ突出付勢され、バッテリー装着部4の前側下面に設けた凹部20に係合して抜け止めするフックで、ケース16の前面に設けたボタン21によってケース16内へ押し込み操作することでバッテリーパック5が取り外し可能となる。このバッテリーパック5は、定格電圧が18Vとなっている。
【0011】
本体部2には、後方から、ブラシレスモータ22、ハンマケース23の順で収容されている。ハンマケース23の内部には、ブラシレスモータ22の回転軸46の回転を減速する遊星歯車減速機構24と、その遊星歯車減速機構24によって減速回転するスピンドル25と、スピンドル25の回転に打撃動作を付加する打撃機構26と、最終出力軸となるアンビル27とが内設されて、アンビル27が本体部2の前端から前方へ突出している。このアンビル27を含むハンマケース23が出力部となる。アンビル27の先端には、ビットの挿入孔28と、挿入されたビットを着脱するためのスリーブ29と設けられ、スリーブ29の後方でハンマケース23の前部には、ゴム製のバンパ30が外装されている。
【0012】
本体部2の後半部は、ブラシレスモータ22を収容してグリップ部3と一体となる筒状のモータハウジング31を有しており、このモータハウジング31とグリップ部3とは、モータハウジング31の半分とグリップ部3の半分とが一体成形された左右一対の半割ハウジングHR,HLを複数のネジ32,32・・によって組み付けることで形成されている。モータハウジング31の後端は、側面に排気口33,33・・を形成して閉塞されており、排気口33の前方でモータハウジング31の側面には、吸気口34,34・・が形成されている。
【0013】
また、半割ハウジングHR,HLにおいて、ネジ止め用のネジボスのうち、
図6に示すように、ブラシレスモータ22の上側に位置するネジボス35には、下面に面取部36が形成されて、その分モータハウジング31の上側部分と共に下方(ブラシレスモータ22寄り)に配置可能となっている。さらに、半割ハウジングHR,HLの表面において、モータハウジング31の側面及びグリップ部3の側面、バッテリー装着部4の側面は、一体成形したエラストマ37,37・・によって保護されている。
【0014】
ブラシレスモータ22は、ステータ38とロータ39とを有するインナーロータ型である。まずステータ38は、複数の鋼板を積層してなる固定子鉄心40と、固定子鉄心40の前後に設けられる前絶縁部材41及び後絶縁部材42と、前絶縁部材41及び後絶縁部材42を介して固定子鉄心40に巻回される複数のコイル43,43・・と、前絶縁部材41に取り付けられ、後面に回転検出素子45,45・・を搭載したセンサ回路基板44とを有している。
このステータ38の外径は、10.8Vの定格電圧で使用される電動工具用のブラシレスモータと同じ38mmであるが、コイル43は、18Vの定格電圧に対応させて、線径を細く且つ巻数を多くしている。このステータ38の外径とネジボス35の形状と相俟って、エラストマ37を含むモータハウジング31の最大径は55mmに抑えられている。
【0015】
ロータ39は、軸心に位置する回転軸46と、回転軸46の周囲に配置される筒状の回転子鉄心47と、回転子鉄心47内に保持される永久磁石48,48・・とを有する。回転軸46の前端には、ピニオン49が取り付けられてその後方には軸受50が組み付けられ、回転軸46の後端で排気口33,33・・の内側には、遠心ファン51が取り付けられてその後方に軸受52が組み付けられている。軸受52は、モータハウジング31の後部内面に保持される。回転軸46の前端は、ブラシレスモータ22の前方でモータハウジング31に保持されたベアリングリテーナ53を貫通して前方へ突出し、軸受50がベアリングリテーナ53に保持されている。
【0016】
ベアリングリテーナ53は、金属製の円盤状で、中央に形成したくびれ部に、モータハウジング31の内面に設けた係止リブ54が係止することで、前後方向への移動を規制された状態でモータハウジング31に保持される。ベアリングリテーナ53の前面周縁には、外周に雄ネジ部を形成したリング壁55が前方へ向けて突設されて、このリング壁55がハンマケース23の後端にねじ込まれてハンマケース23の後部が閉塞される。ハンマケース23は、前半部が先細りとなる金属製の筒状体で、前端には前筒部56が形成されて、モータハウジング31の内面と係合して回り止めされている。
【0017】
そして、ベアリングリテーナ53の前部では、軸受57を介してスピンドル25の後端が軸支されている。このスピンドル25は、後部に中空で円盤状のキャリア部58を有し、後面から軸心に形成した有底孔59内に、回転軸46のピニオン49を突出させている。
遊星歯車減速機構24は、内歯を有するインターナルギヤ60と、インターナルギヤ60に噛み合う外歯を有する3つのプラネタリーギヤ61,61・・と、を含む。インターナルギヤ60は、前部外周側に大径部62を有し、この大径部62がハンマケース23の内周面に係合して回り止めされると共に、リング壁55とハンマケース23の内周に設けた段部63との間で軸方向の移動が規制される。プラネタリーギヤ61は、ピン64によってキャリア部58内で回転可能に支持されて、ピニオン49と噛合している。
【0018】
打撃機構26は、スピンドル25に外装されるハンマ65と、そのハンマ65を前方へ付勢するコイルバネ66とを含む。まずハンマ65は、前面に一対の爪67,67を有し、内面に形成した外側カム溝と、スピンドル25の表面に形成した内側カム溝とに跨がって嵌合されるボール68,68を介してスピンドル25と結合されている。また、ハンマ65の後面には、リング状の溝69が形成されて、ここにコイルバネ66の前端が挿入されている。コイルバネ66の後端は、キャリア部58の前面で受けられている。
アンビル27は、ハンマケース23の前筒部56に保持された軸受70によって軸支されて、後端には、ハンマ65の爪67,67と回転方向で係合する一対のアーム71,71が形成されている。軸受70の後面には、前筒部56の後面を越えてアーム71に近接する突条72が突設され、その突条72の外側に、アーム71を受ける樹脂製のワッシャ73が嵌合されている。また、スピンドル25の前面軸心には、嵌合孔74が形成されて、ここにアンビル27の後端が同軸で挿入されている。
【0019】
ハンマケース23の下方でトリガ7との間には、半割ハウジングHR,HLから延設されてハンマケース23の下面を部分的に覆う延設部75が形成されている。この延設部75に、LED77を備えたLED基板76が、LED77を斜め上に向けた姿勢で収容されている。LED77の前方には、レンズ78が設けられて、延設部75の前面に設けた窓79から露出させている。よって、LED77が点灯した際の光は、レンズ78を介してアンビル27の前方へ照射される。
【0020】
以上の如く構成されたインパクトドライバ1において、バッテリー装着部4の前方からバッテリーパック5を、レール部18をガイド部17,17の間に嵌合させた状態でスライドさせると、上面の各端子が端子台9に設けた端子板10に電気的に接続されると共に、フック19が凹部20に係合して抜け止め状態で装着される。
この装着状態では、
図2,3に示すように、平面視でモータハウジング31の両側に、モータハウジング31よりも左右幅の大きいバッテリーパック5の両側が突出している。このとき、エラストマ37を含むモータハウジング31の最大幅W
Mとバッテリーパック5の最大幅W
Bとの比、W
M/W
Bは、約0.73となっている。
【0021】
このようにバッテリーパック5の最大幅W
Bが大きいことで、
図7に示すようにインパクトドライバ1を平坦な接地面Sに横向きに置いた際、正逆切替レバー8が接地面S側に突出する切替位置にあっても、接地面Sに当接することがない。すなわち、正逆切替レバー8の最大スライド位置が、横置きした際の接地面Sよりも内側であることで、正逆切替レバー8の偶発的な切替が防止される。
【0022】
また、
図2に示すように、スイッチパネル13の横幅W
Sは、その真上に位置するモータハウジング31の最大幅W
Mよりも小さくなっている。このように、スイッチパネル13の左右幅をモータハウジング31の左右幅よりも小さくしたことで、上方からの落下物(或いはインパクトドライバ1を上方へ持ち上げた際に上側に位置する障害物)は、本体部2のモータハウジング31に当たり、スイッチパネル13や表示部15には当たりにくくなる。特に、表示部15は、
図3,5に示すように平面視ではモータハウジング31の最大幅W
M内に配置されて真上からは視認できないようになっているので、表示部15も落下物から効果的に保護される。
【0023】
さらに、
図4に示すブラシレスモータ22の回転軸46の軸線(モータハウジング31の軸線)Lから、エラストマ37を含む本体部2の最大高さ位置までの距離Dは、27mmとなっている。
そして、インパクトドライバ1全体の重心は、
図1に示す丸印G内に位置している。この重心位置は、平面視でバッテリーパック5の底面の範囲内にあって、且つグリップ部3内となっている。
加えて、
図8に示すように、水平断面でのバッテリーパック5の最大断面積A
B(同図(B))と、同じく水平断面でのモータハウジング31を含む本体部2の最大断面積(ここでは回転軸46の軸線Lを通る水平断面積)A
H(同図(A))とでは、バッテリーパック5の最大断面積A
Bの方が大きくなっている。
【0024】
このインパクトドライバ1において、トリガ7を押し込んでスイッチ6をONさせると、ブラシレスモータ22に給電されて回転軸46が回転する。すなわち、コントローラ11の制御回路基板12が、センサ回路基板44の回転検出素子45から出力されるロータ39の永久磁石48の位置を示す回転検出信号を得てロータ39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のON/OFFを制御し、ステータ38の各コイル43に対し順番に電流を流すことでロータ39を回転軸46と共に回転させる。
【0025】
すると、ピニオン49と噛合するプラネタリーギヤ61がインターナルギヤ60内で公転運動し、キャリア部58を介してスピンドル25を減速して回転させる。よって、ハンマ65も回転して爪67が係合するアーム71を介してアンビル27を回転させ、ビットによるネジ締めを可能とする。ネジ締めが進んでアンビル27のトルクが高まると、ハンマ65が、ボール68をスピンドル25の内側カム溝に沿って転動させながらコイルバネ66の付勢に抗して後退し、爪67がアーム71から離れると、コイルバネ66の付勢と内側カム溝の案内とにより、ハンマ65は前進しながら回転して爪67を再びアーム71に係合させ、アンビル27に回転打撃力(インパクト)を発生させる。この繰り返しによってさらなる締め付けが可能となる。
一方、回転軸46の回転に伴って遠心ファン51が回転すると、前側の吸気口34から取り込まれた空気がブラシレスモータ22を通過して冷却した後、後側の排気口33から排出される。
【0026】
このように、上記形態のインパクトドライバ1によれば、モータハウジング31の最大幅W
Mと、バッテリーパック5の最大幅W
Bとの比が0.73となるようにしたことで、定格電圧18Vのバッテリーパック5を用いてもコンパクト化を維持でき、使い勝手に優れたものとなる。
但し、このW
M/W
Bは、0.73に限らず、0.75程度までであれば、コンパクト化と正逆切替レバー8の偶発的な切替防止は可能であるため、0.75未満とするのが望ましい。
【0027】
同様に、ブラシレスモータ22のステータ38の外径を38mm、モータハウジング31の外径を55mmとしているので、定格電圧18Vのバッテリーパック5を用いてもモータハウジング31の径方向のコンパクト化に繋がり、使い勝手に優れたものとなる。
但し、ステータ38の外径は38mmに限らず、40mm以下であればモータハウジング31のコンパクト化は可能であるため、40mm以下で設定してもよい。
【0028】
また、モータハウジング31を、軸線Lが前後方向に延びる筒状として、軸線Lからモータハウジング31の最大高さ位置までの距離Dを27mmとしているので、定格電圧18Vのバッテリーパック5を用いてもモータハウジング31の高さ方向のコンパクト化に繋がり、狭い場所でも使いやすくなる。
但し、距離Dは小さいほどコンパクト化に繋がるため、モータハウジング31の肉厚を薄くする等できれば27mmより小さくすることも可能である。
特にここでは、ブラシレスモータ22の上側で半割ハウジングHR,HLを組み付けるためのネジボス35の下面に面取部36を形成しているので、距離Dの短縮化が容易に行える。この面取部36を大きくしたりネジボス35の位置を上側寄りにしたりすることでも距離Dの短縮化は可能である。
【0029】
そして、バッテリーパック5を装着した状態での工具全体の重心が、平面視でバッテリーパック5の底面内で且つグリップ部3内に位置するようになっているので、バランスがよく倒れにくい構造となる。
また、水平方向でのモータハウジング31を含む本体部2の最大断面積A
Hより、水平方向でのバッテリーパック5の最大断面積A
Bの方が大きくなっているので、重心が下側に位置して全体が安定し、グリップ部3を把持した際のバランス感も良好となる。
【0030】
なお、バッテリーパックは、
図9に示すように、同じ定格電圧でもセルの数が少なく定格容量の小さいバッテリーパック5Aでは上下高さが小さくなる。しかし、最大幅や最大断面積は変わらないため、モータハウジング31の最大幅W
Mとバッテリーパック5Aの最大幅W
Bとの関係及び、本体部2の最大断面積A
Hとバッテリーパック5Aの最大断面積A
Bとの関係、本体部2の軸線Lと最大高さ位置との間の距離Dは、上記形態と同じである。但し、重心(丸印G)は、
図1よりもやや高い位置となる。
【0031】
また、残容量の表示部は、上記形態のようにスイッチパネルに設ける場合に限らず、スイッチパネルと別体に設けてもよい。
図10,11はその一例を示すもので、この表示部15Aは、モータハウジング31の下部で正逆切替レバー8の後方へ左右方向に収容されて、両端に、前後方向に並ぶ4つの目盛りからなる点灯部81,81を備えている。この点灯部81,81を、モータハウジング31に設けた左右の側窓80,80から露出させて、点灯部81における目盛りの点灯数によって残容量を表示するようになっている。この場合も表示部15Aの横幅は、モータハウジング31の最大幅W
H内に納まっている。
【0032】
さらに、
図12,13に示すように、前後方向の長さが短い本体部2Aを有するインパクトドライバ1Aであっても、10.8Vのブラシレスモータに対する18Vのバッテリーパック5(5A)の使用は可能である。この本体部2Aではモータハウジング31が前後に短い筒状となってその後端は、排気口33を有するリヤカバー82によって閉塞され、バンパ30との間でハンマケース23の外側には樹脂製のカバー83が設けられている。この場合も、モータハウジング31の最大幅W
Mとバッテリーパック5(5A)の最大幅W
Bとの関係及び、本体部2の最大断面積A
Hとバッテリーパック5(5A)の最大断面積A
Bとの関係、本体部2の軸線Lと最大高さ位置との間の距離D、スイッチパネル13の横幅W
Sとモータハウジング31の最大幅W
Mとの関係は、上記形態と同じである。
【0033】
一方、
図14,15に示すインパクトドライバ1Bのように、本体部2を、その軸線L1が、バッテリーパック5の底面と平行な前後方向の軸線Lに対して所定角度下向きとなるように傾斜させることもできる。このように傾斜させれば、下向き作業の際にグリップ部3から工具全体を押す力がビットへロスなく伝わり、作業が楽に行える。下向き作業の際、バッテリーパック5側が重いと、グリップ部3を中心として本体部2に上側へ傾こうとする付勢力(回転力)が働くが、軸線L1を下向き傾斜としたことで、このような傾きを補正することができる。
図14,15の場合も、モータハウジング31の最大幅W
Mとバッテリーパック5(5A)の最大幅W
Bとの関係及び、本体部2の最大断面積A
Hとバッテリーパック5(5A)の最大断面積A
Bとの関係、本体部2の軸線L1と最大高さ位置との間の距離D、スイッチパネル13の横幅W
Sとモータハウジング31の最大幅W
Mとの関係は、上記形態と同じである。
【0034】
そして、本発明は、インパクトドライバに限らず、他の電動工具にも適用可能である。
図16,17は、ドライバドリル90を例示するものであるが、上記インパクトドライバ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。
このドライバドリル90の本体部2において、ブラシレスモータ22の前方には、減速/変速機構92、クラッチ機構93等を備えたギヤアッセンブリ91が設けられ、その前方には、クラッチ機構93においてドライバモードとドリルモードとを切り替えると共に、ドライバモードでのトルク調整を行うためのトルク調整リング94が設けられている。ギヤアッセンブリ91から前方へ突出するスピンドル95の先端には、ドリルチャック96が設けられている。
【0035】
ここでもブラシレスモータ22のステータ38の外径は、10.8Vの定格電圧で使用される電動工具用のブラシレスモータと同じ38mmであるが、コイル43は、18Vの定格電圧に対応させて、線径を細く且つ巻数を多くしている。このステータ38の外径とネジボス35の形状と相俟って、モータハウジング31の最大径は55mmに抑えられている。また、ドリルチャック96の外径は、ステータ38の外径よりも大きくなっている。
【0036】
さらに、ここでのステータ38は、固定子鉄心40の鋼板の積層数を少なくすることで軸方向に短くなっており、グリップ部3も本体部2の前寄りに位置している。これにより、延設部75と共にLED77が、トルク調整リング94の下部で前半分側に位置して、ドリルチャック96の後端面に近接している。よって、ライトであるLED77がドリルチャック96前方の作業箇所に近くなり、より明るく照射することができる。また、グリップ部3が本体部2の前側に位置することで、本体部2を安定して支持でき、使いやすくなる。
【0037】
なお、このドライバドリル90においても、モータハウジング31の最大幅W
Mとバッテリーパック5(5A)の最大幅W
Bとの関係及び、本体部2の最大断面積A
Hとバッテリーパック5(5A)の最大断面積A
Bとの関係、本体部2の軸線Lと最大高さ位置との間の距離Dとの関係は、上記形態と同じである。
また、ライトは、操作リングの前半分より前方であれば、チャックの下方にあってもよい。
【0038】
そして、本発明は、上記形態のインパクトドライバやドライバドリルのように、モータハウジングが前後方向に形成されてグリップ部の下端にバッテリーパックが装着されるT型のDC工具に限らず、モータハウジングが左右方向に形成されてバッテリーパックがハンドル側に装着されるマルノコや、前後方向のモータハウジングの後端にバッテリーパックが装着されるマルチツール、ジグソー、ハンマドリル等の他のDC工具においても適用可能である。モータもブラシレスに限定しない。
【0039】
また、上記形態では、10.8V用のモータを有するDC工具に対して18Vのバッテリーパックのみを使用する場合を説明しているが、
図18に示すように、10.8V用のモータMを有するDC工具Tに対して、バッテリー装着部との間にアダプタを介在させたり、ユニット化したコントローラを交換したりすることで、10.8VのバッテリーパックB1と18VのバッテリーパックB2とを選択(交換)して使用可能とし、DC工具Tを共通にして定格電圧の異なる2タイプのバッテリーパックB1,B2を使い分けるシステムも考えられる。3タイプ以上のバッテリーパックの使い分けも考えられる。
【0040】
逆に、
図19に示すように、10.8V又は18VのバッテリーパックBに対して、10.8V用のモータM1を有するDC工具T1と、18V用でステータ外径が小径(例えば44mm)のモータM2を有するDC工具T2と、18V用でステータ外径が大径(例えば52mm)のモータM3を有するDC工具T3とを選択して使用可能とし、バッテリーパックBを共通にしてモータが異なる3タイプのDC工具T1〜T3を使い分けるシステムも考えられる。2タイプ又は4タイプ以上のDC工具の使い分けも考えられる。2タイプの場合は、
図20に示すように、10.8V用のモータM1を有するDC工具T1と、18V用のモータM2を有するDC工具T2と、各工具T1,T2に使用される18VのバッテリーパックB,B(バッテリーパックBは1つでもよい)とのセットとしてもよい。
【0041】
また、このようなDC工具のセット(組み合わせ)とする際の定格電圧は、
図16,17のドライバドリルで説明したように、ステータの固定子鉄心の鋼板の積層厚を変えることで選択することができる。すなわち、鋼板を第1の積層厚として第1の定格電圧(例えば10.8V)である第1のバッテリーパックを装着して使用可能な第1の電動工具と、鋼板を第1の積層厚と異なる第2の積層厚として第2の定格電圧(例えば18V)である第2のバッテリーパックを装着して使用可能な第2の電動工具と、の組み合わせも可能である。
同様に、ステータのコイルの線径を変えることでも定格電圧を選択することもできる。すなわち、ステータに第1のコイルを使用して第1の定格電圧(例えば10.8V)である第1のバッテリーパックを装着して使用可能な第1の電動工具と、ステータに第1のコイルと線径が異なる第2のコイルを使用して第2の定格電圧(例えば18V)である第2のバッテリーパックを装着して使用可能な第2の電動工具と、の組み合わせも可能である。
【0042】
そして、上記形態では、10.8V−18V間でのモータとバッテリーパックとの使用で説明しているが、電圧はこれに限らず、例えば18V−36V、18V−54V、36V−72V等の任意の電圧でも使用可能である。なお、10.8Vは、12Vmaxと称されることがあり、18Vは、20Vmaxと称されることがある。