JP6635676B2 - 電動工具 - Google Patents

Description

本発明は、モータを駆動源としたドライバドリル等の電動工具に関する。

ドライバドリル等の電動工具においては、駆動源としてモータを用いたものが知られている。例えばブラシレスモータは、特許文献１に開示されるように、複数の鋼板を積層してなるステータコアの内側にスロットを介して複数（例えば６つ）のティースを突設し、各ティースに各相を形成するコイルを、ステータコアの端面に固定した電気絶縁部材を介してそれぞれ巻回したステータと、ステータを貫通して回転軸を有すると共に、永久磁石を組み込んだロータとから構成されている。

特開２０１５−５６９５３号公報

上記電気絶縁部材において、ティースに沿って内側に延びた先端には、ステータコアの軸方向に立ち上がるストッパ部が設けられて、ティースに巻回されたコイルが内側へ倒れることを防止している。しかし、このストッパ部は、コイルを巻回した際に発生する応力によって内側へ変形し、ロータと干渉するおそれがある。

そこで、本発明は、電気絶縁部材のストッパ部の変形を防止してロータとの干渉を防ぐことができる電動工具を提供すること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、６つのティースを有するステータコアと、ステータコアに固定されるリング状の電気絶縁部材と、電気絶縁部材を介してティースに巻回されるコイルと、電気絶縁部材に取り付けられ、コイルに接続される端子と、を有し、電気絶縁部材は、コイルが内側へ倒れることを防止するストッパ部を有すると共に、ストッパ部を補強する補強手段を備える一方、電気絶縁部材には、端子に固定される電源線を電気絶縁部材の径方向外側で保持するための側面視Ｌ字状のフックが、径方向外側へ向けて突設さ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、補強手段は、ストッパ部を両端が内側へ突出するコ字状に形成するものとした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、補強手段は、電気絶縁部材においてティースに沿って延びる部分をステータコアの軸方向で肉厚にするものと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、補強手段は、ブラシレスモータのセンサ回路基板が固定される電気絶縁部材側に設けら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、複数のティースを有するステータコアと、ステータコアに固定される電気絶縁部材と、電気絶縁部材を介してティースに巻回されるコイルと、電気絶縁部材に取り付けられて磁気センサを搭載したセンサ回路基板と、を有し、電気絶縁部材は、コイルが内側へ倒れることを防止するストッパ部を有すると共に、ストッパ部を補強する補強手段を備える一方、センサ回路基板は、ステータコアの外周を越えて放射方向に突出する固定片を有し、その固定片の表面に、磁気センサの検出信号を出力するリード線の接続部が設けられており、電気絶縁部材には、コイルに接続される電源線を保持するための側面視Ｌ字状のフックが突設されて、フックの先端を固定片の裏面に当接させていることを特徴とするものである。

本発明によれば、電気絶縁部材のストッパ部の変形を防止してロータとの干渉を防ぐことができる。

震動ドライバドリルの側面図である。 震動ドライバドリルの背面図である。 震動ドライバドリルの縦断面図である。 本体部分の拡大図である。 ステータの斜視図である。 ステータの平面図である。 図６のＡ矢視図である。 図６のＢ矢視図である。 ステータの横断面模式図である。 ヒュージング部分の拡大図である。 ワイヤの巻き方法を示す模式図で、（Ａ）が結線側、（Ｂ）が反結線側をそれぞれ示す。 コイルの結線状態を示す説明図である。 （Ａ）は放熱部材を用いたステータの平面図、（Ｂ）は側面図である。 （Ａ）は放熱部材を用いたステータの底面図、（Ｂ）は側面図である。 （Ａ）は図１４のＡ−Ａ線断面図、（Ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。 （Ａ）は小径のセンサ回路基板を用いたステータの平面図、（Ｂ）は底面図である。 （Ａ）は小径のセンサ回路基板を用いたステータの側面図、（Ｂ）はＣ−Ｃ線断面図である。 変更例の前インシュレータの斜視図である。 （Ａ）は変更例の前インシュレータの平面図、（Ｂ）はＤ−Ｄ線断面図、（Ｃ）はＥ−Ｅ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説明する。
図１は、電動工具の一例を示す震動ドライバドリルの側面図、図２は背面図、図３は縦断面図、図４は本体部分の拡大断面図である。震動ドライバドリル１は、前後方向に延びる本体２からハンドル３を下方へ突出させてなり、本体２の前端には、先端でビットを把持可能な先端工具保持部としてのドリルチャック４が設けられる一方、ハンドル３の下端には、電源となるバッテリーパック５が装着されている。ここでのハウジング６は、本体２の後半部分とハンドル３とが連設される左右の半割ハウジング６ａ，６ｂを、左右方向のネジ７，７・・によって組み付けて形成される。

本体２内において、後部には、筒状のステータ９とステータ９の内部に配置されるロータ１０とからなり、ロータ１０に回転軸１１を備えたインナロータ型のブラシレスモータ８が収容されている。ブラシレスモータ８の前方には、ハウジング６から前方へ突出するスピンドル１３を備えたギヤアッセンブリ１２が組み付けられて、回転軸１１の回転を減速してスピンドル１３に伝達可能となっている。ドリルチャック４はスピンドル１３の前端に取り付けられている。本体２の下方でハンドル３の上部には、スイッチ１４が収容されて、トリガ１５を前方へ突出させている。スイッチ１４の上方にはモータの正逆切替ボタン１６が設けられて、その前方には、ドリルチャック４の前方を照射するＬＥＤ１７が斜め上向きに収容されている。

ハンドル３の下端には、バッテリーパック５が前方からスライド装着される装着部１８が形成され、装着部１８には、バッテリーパック５が電気的に接続される端子１９ａを備えた端子台１９と、ブラシレスモータ８を制御するマイコンや６つのスイッチング素子等を備えてスイッチ１４やブラシレスモータ８のステータ９と電気的に接続されるコントローラ２０とが収容されている。２１はネジボスを利用して装着部１８の後面に設けられたストラップ係止部、２２，２２は、吊り下げ用のフック取付部である。バッテリーパック５において、２３は充電池（ここでは３本の充電池（セル）を備えた１０．８Ｖ）、２４は端子、２５は抜け止め用のフックで、前面のボタン２６によってフック２５の解除操作が可能となっている。

ギヤアッセンブリ１２は、ブラシレスモータ８の前方に位置する筒状の第１ギヤケース２７と、その第１ギヤケース２７の前方に組み付けられ、大径部２９と小径部３０との二段筒形状を有する第２ギヤケース２８とから形成されている。第１ギヤケース２７は、回転軸１１を軸受３１を介して支持してピニオン３２が取り付けられる回転軸１１の先端をギヤアッセンブリ１２内に突出させている。
ギヤアッセンブリ１２の内部には、インターナルギヤ３４Ａ〜３４Ｃ内で公転する複数の遊星ギヤ３６Ａ〜３６Ｃを支持するキャリア３５Ａ〜３５Ｃを、軸方向に三段配置してなる遊星歯車減速機構３３が収容されて、回転軸１１のピニオン３２が一段目の遊星ギヤ３６Ａに噛合している。このうち二段目のインターナルギヤ３４Ｂは、回転可能且つ軸方向へ前後移動可能となっており、前進位置では、大径部２９内に保持された結合リング３７と噛合可能となっている。

このインターナルギヤ３４Ｂには、連結部材３８を介して、ハウジング６に前後へスライド可能に設けられた速度切替レバー３９が連結されている。この速度切替レバー３９を後方へスライドさせると、連結部材３８を介してインターナルギヤ３４Ｂが後退し、二段目の遊星ギヤ３６Ｂとの噛合を保ったまま一段目のキャリア３５Ａの外周に噛合する。よって、二段目の減速がキャンセルされる高速モードとなる。逆に速度切替レバー３９を前方へスライドさせると、連結部材３８を介してインターナルギヤ３４Ｂがキャリア３５Ａから離れて前進し、二段目の遊星ギヤ３５Ｂとの噛合を保ったまま、結合リング３７と噛合して回転規制される。よって、二段目の減速が機能する低速モードとなる。

そして、ここでは第２ギヤケース２８の小径部３０の内側に、スピンドル１３に軸方向への震動を付与する震動機構が設けられ、小径部３０の外側に、スピンドル１３への所定の負荷でスピンドル１３へのトルク伝達を遮断するクラッチ機構が設けられて、後述する切替操作により、スピンドル１３が回転しながら震動する震動ドリルモード、スピンドル１３が回転のみ行うドリルモード、所定の負荷でスピンドル１３へのトルク伝達を遮断するクラッチモード（ドライバモード）がそれぞれ選択可能となっている。以下、各機構について説明する。

震動機構において、スピンドル１３は、小径部３０内で前後の軸受４０，４１によって軸支されると共に、その後端が三段目のキャリア３５Ｃにスプライン結合されている。スピンドル１３における軸受４０，４１間には、前方からリング状の第１カム４２、第２カム４３が夫々同軸で外装されている。第１カム４２は、後面にカム歯を有してスピンドル１３にスプライン結合されている。第２カム４３は、前面にカム歯を形成してスピンドル１３に遊挿されて、小径部３０内で回転不能に配置されている。
さらに、第１カム４２の前方で軸受４０との間には、リング状の受け板４４によって複数のスチールボール４５，４５・・が保持されて、スチールボール４５と第１カム４２との間には、カム板４６が設けられている。このカム板４６から後方へ延びるアーム４７が、ハウジング６の前方で大径部２９へ回転可能に組み付けられるモード切替リング４８に、連結板４９を介して連結されて、モード切替リング４８の回転操作に伴う連結板４９の回転により、カム板４６を介して第１カム４２を後方へスライドさせて第２カム４３と噛合させるようになっている。

クラッチ機構において、モード切替リング４８の前方で小径部３０には、クラッチリング５０が回転可能に外装されている。クラッチリング５０の内側には、小径部３０の外周に形成したネジ部に螺合するネジ送り板５１が、クラッチリング５０と一体回転可能且つ軸方向へ移動可能に設けられて、ネジ送り板５１の後方に、小径部３０に回転規制された状態で軸方向に前後移動可能な前受け板５２が設けられている。この前受け板５２の後方には、大径部２９と小径部３０との間の閉塞部５３の前面に当接する押圧板５４と、その前方の後受け板５５とが設けられて、前受け板５２と後受け板５５との間に、複数のコイルバネ５６，５６・・が周方向へ等間隔をおいて配置されている。

また、押圧板５４の後方で閉塞部５３には、複数のスチールボール５７，５７が周方向へ等間隔に保持されて、回転可能に設けられた三段目のインターナルギヤ３４Ｃの前面に当接し、インターナルギヤ３４Ｃの前面に突設された図示しないクラッチカムと周方向で係合可能となっている。このスチールボール５７及び押圧板５４、後受け板５５を介してコイルバネ５６，５６の付勢力がインターナルギヤ３４Ｃへ伝わることで、インターナルギヤ３４Ｃは回転規制される。クラッチリング５０を回転操作してネジ送り板５１及び前受け板５２を軸方向にネジ送りしてコイルバネ５６の軸長を変化させることで、インターナルギヤ３４Ｃへの押圧力が変更可能となる。

次に、各動作モードを説明する。まずカム板４６が第１カム４２を後方へスライドさせない位相となるモード切替リング４８の第一の回転位置では、第１カム４２は第２カム４３より前方にあって第２カム４３とは噛合しない。よって、クラッチリング５０の回転操作によってインターナルギヤ３４Ｃへの押圧力が変更可能なクラッチモードとなる。
このクラッチモードでトリガ１５を押し込み操作してブラシレスモータ８を駆動させると、回転軸１１が回転し、遊星歯車減速機構３３を介してスピンドル１３が回転し、ドリルチャック４に装着したドライバビットでネジ締め等を行うことができる。ネジ締めが進んでスピンドル１３への負荷が、インターナルギヤ３４Ｃを固定するコイルバネ５６の押圧力を超えると、インターナルギヤ３４Ｃのクラッチカムがスチールボール５７及び押圧板５４、後受け板５５を前方へ押し出してインターナルギヤ３４Ｃを空転させ、ネジ締めを終了させる（クラッチ作動）。

次に、クラッチモードからモード切替リング４８を所定角度回転させた第二の回転位置では、モード切替リング４８に設けた規制リング５８が後受け板５５に係合して後受け板５５の前進を規制する。よって、コイルバネ５６の押圧力の大小にかかわらず押圧板５４の前方への移動が常に規制されるドリルモードとなる。
このドリルモードでスピンドル１３を回転させると、スピンドル１３への負荷にかかわらず、スチールボール５７がインターナルギヤ３４Ｃのクラッチカムを乗り越えることがないため、インターナルギヤ３４Ｃの固定状態は変わらず、スピンドル１３の回転は継続する。なお、このときも第１カム４２は後方へスライドしないため、スピンドル１３に震動は発生しない。

そして、ドリルモードからモード切替リング４８をさらに所定角度回転させた第三の回転位置では、カム板４６は第１カム４２を後方へスライドさせる。一方、規制リング５８と後受け板５５との係合は変わらない。よって、第１カム４２と第２カム４３とが噛合する震動モードとなる。
この震動モードでスピンドル１３を回転させた場合、スピンドル１３と一体回転する第１カム４２が、小径部３０内で固定される第２カム４３と噛合するため、スピンドル１３に震動が発生する。なお、規制リング５８による押圧板５４の固定状態は変わらないため、スピンドル１３への負荷にかかわらずスピンドル１３の回転は継続することになる。

そして、三相のブラシレスモータ８のステータ９は、半割ハウジング６ａ，６ｂの内面に形成されたリブ５９，５９によって前後方向を軸として保持されている。このステータ９は、複数の鋼板を積層してなるステータコア６０の前後の端面に、電気絶縁部材であるリング状の前インシュレータ６１及び後インシュレータ６２を組み付けて、ステータコア６０の内側に突設した６つのティース６３，６３・・に、それぞれコイル６４，６４・・を巻回したもので、前インシュレータ６１の前面には、ロータ１０に設けた永久磁石６８の位置を検出するホールＩＣ等の磁気センサ６６，６６・・を搭載したセンサ回路基板６５がネジ止めされている。
なお、センサ回路基板６５上には、温度検出素子を配置してその温度検出信号をコントローラ２０に入力し、当該信号を監視するコントローラ２０が所定温度でブラシレスモータ８の制御を停止させるようにしてもよい。これによって温度上昇が起きやすい１０．８Ｖの震動ドライバドリル１のブラシレスモータ８の温度上昇を効果的に抑制可能となる。

ロータ１０は、回転軸１１の周囲に配置され、複数の鋼板を積層してなる略円筒状のロータコア６７と、ロータコア６７の内部に固定される４つの板状の永久磁石（焼結磁石）６８，６８・・とを有する。この永久磁石６８は、ロータコア６７の横断面で回転軸１１を中心とした正方形の四辺にそれぞれ位置するように形成された貫通孔に挿入されて接着剤及び／又は圧入によって固定される。
回転軸１１の後端は、ハウジング６の後部に保持された軸受６９に軸支され、軸受６９の前方部位には、遠心ファン７０が取り付けられている。７１，７１・・は、遠心ファン７０の位置でハウジング６の左右の側面に形成された排気口で、ステータ９の外側に当たるハウジング６の側面には吸気口７２，７２が設けられている（図１）。

さらに、ロータコア６７と遠心ファン７０との間には、後ストッパ７３が設けられている。この後ストッパ７３は、真鍮製でロータコア６７と同じ外径を有する円板で、ロータコア６７と同軸で回転軸１１に固着されている。一方、ロータコア６７と前側の軸受３１との間でセンサ回路基板６５の内側には、前ストッパ７４が設けられている。この前ストッパ７４は、真鍮製でロータコア６７よりも小さい外径を有する円板で、ロータコア６７と同軸で且つロータコア６７との間に隙間を空けた状態で回転軸１１に固着されている。但し、前ストッパ７４の外径は、４つの永久磁石６８，６８・・で囲まれる内側円よりも大径となって、各永久磁石６８の前方に前ストッパ７４が位置するようになっている。

ここで、ステータ９の構造を図５〜９に基づいて詳述する。但し、図５〜図８に示す単独のステータ９においては、前インシュレータ６１側を上方、後インシュレータ６２側を下方として説明する。
ステータコア６０の外周でティース６３の延長上には、凹みとなる軸方向の溝７５，７５・・が、周方向に等間隔で６つ形成されて、各溝７５の端部に、前インシュレータ６１と後インシュレータ６２とから軸方向へ一体形成された嵌合片７６，７６・・が嵌合（圧入）している。この嵌合片７６の圧入により、前後インシュレータ６１，６２の歪みに抵抗してステータコア６０と前後インシュレータ６１，６２とを強固に一体化することができる。
また、前インシュレータ６１の側面には、ハウジング６の内面に設けた図示しない突起が係止する係止凹部７７が設けられて、ステータ９の回り止め及び前後方向の位置決めが可能となっている。

前インシュレータ６１において、ティース６３，６３・・間に形成される６つのスロット７８，７８・・のうち、半周部分で隣接する３つのスロット７８，７８・・の外側には、一相分の２つのコイル６４，６４のワイヤ７９と各相の電源線８０とをヒュージングするヒュージング端子８１の保持部８２，８２・・が上向きに突設されている。この保持部８２は、平面視がコ字状となる一対の突起８３，８３を、互いに対向する向きで前インシュレータ６１の周方向に並べて、前インシュレータ６１のリング状の上端面６１ａよりも上方へ突出する高さで突設してなり、３つの保持部８２，８２・・の間で各ティース６３の外側には、電源線８０を保持するための側面視Ｌ字状のフック８４が突設されている。３つの電源線８０のうちの２つは、ステータ９寄りの位置でテープ１０９によって束ねられている。

また、保持部８２，８２の間に位置する１つのティース６３の外側と、そのティース６３から周方向に一つおいて位置する２つのティース６３，６３の外側と（正三角形の頂点位置）には、センサ回路基板６５をネジ止めするための３つのネジボス８５，８５・・が、保持部８２よりも低く、且つ前インシュレータ６１の上端面６１ａよりも上方へ突出する高さで突設されている。ネジボス８５，８５の間に位置するティース６３，６３の外側には、ネジボス８５と同じ高さの受け面８７を有し、その受け面８７よりも上方へ突出するボス８８Ａ，８８Ｂを設けた段付きボス８６Ａ，８６Ｂが突設されている。この段付きボス８６Ａのボス８８Ａは、ネジボス８５の同心円よりもやや小さい同心円上に配置されて、ボス８８Ｂの方がボス８８Ａよりも小径となっている。
後インシュレータ６２では、各スロット７８の外側に、周方向の案内リブ８９，８９・・をそれぞれ同心円上で立設している。

センサ回路基板６５は、中心に設けた回転軸１１の貫通孔９０に向けて湾曲する切欠部９１を、周方向に等間隔で６つ形成することで、各切欠部９１，９１間に、放射方向に突出する固定片９２，９２・・を、周方向に等間隔で６つ形成したもので、各切欠部９１は、ステータコア６０の内周を越えて、平面視で各スロット７８と重なる位置まで湾曲している。また、固定片９２の先端は、ステータコア６０の外周を僅かに越えており、このうち隣接する２つの固定片９２（以下、区別する際には９２Ａ，９２Ｂと表記する。）は、他の４つの固定片９２よりも長く形成されている。

この６つの固定片９２のうち、１つの長い固定片９２Ｂを含む正三角形の頂点に位置する３つの固定片９２，９２・・は、ティース６３の延長上に位置するネジボス８５にネジ９３によってそれぞれ固定され、ネジ固定される固定片９２，９２の間の固定片９２には、段付きボス８６Ａ，８６Ｂのボス８８Ａ，８８Ｂがそれぞれ差し込まれる。残りの１つの固定片９２Ａの上面には、３つの磁気センサ６６の検出信号を出力する６本のリード線９５Ａ，９５Ａ・・の接続部９４が設けられている。このリード線９５Ａの先には、コネクタ９６Ａが設けられて、コントローラ２０から引き出されるリード線９５Ｂに設けたコネクタ９６Ｂとの結合により、リード線９５Ａ，９５Ｂ同士が接続されるようになっている。
３つの磁気センサ６６は、センサ回路基板６５の下面で貫通孔９０の周りに所定間隔をおいて配置されるが、ここでは図９に示すように、矢印で示す回転方向において、横断面の外形が非円形であるロータ１０の最外周部が位置する円Ｃ１の円周上（ロータ１０の外形における最内周部が位置する円Ｃ２よりも外側）で、周方向でスロット７８の中央（ティース６３の中心線から３０°ずれた位相）に位置するように配置されている。

図９において、ステータ外径Ｓ１はφ３８（単位ｍｍ、以下同じ）、ステータ内径Ｓ２はφ２１、ティース幅Ｓ３は４．０、バックヨーク幅Ｓ４は２．０、スロット開口幅Ｓ５は４．５、ロータ外径Ｓ６はφ２０となっている。
なお、ステータ内径Ｓ２は、φ２０〜φ２２の範囲（ステータ外径を１とした場合の比率０．５３〜０．５８）、ティース幅Ｓ３は４．０〜４．４の範囲（同比率０．１１〜０．１２）、バックヨーク幅Ｓ４は２．０〜２．２（同比率０．０５〜０．０６）、スロット開口幅Ｓ５は２．５〜４．５（同比率０．０７〜０．１２）、ロータ外径Ｓ６はφ１９〜φ２１（同比率０．５０〜０．５５）で変更することができる。このようにＩＰＭ方式のロータにおいてステータ外径を基準にして磁路を設計すれば、出力密度を高めることができ、バッテリ電圧が１０．８Ｖやステータ外径が４０ｍｍ以下であってもロータの回転数を２４０００ｒｐｍ以上の高回転とすることができる。但し、バッテリ電圧が１４．４Ｖ、１８Ｖ、３６Ｖであれば、３００００ｒｐｍ〜４００００ｒｐｍの高回転も可能である。

ヒュージング端子８１は、帯状の金属板を二つ折りにして、一方の板部９７Ａの両側にＬ字状の羽根片９８，９８をそれぞれ形成し、他方の板部９７Ｂの先端を外側へ折り返してなり、二つ折り部分を下にして羽根片９８，９８を保持部８２の両突起８３，８３にそれぞれ上方から差し込むことで、図１０に示すように板部９７Ｂが外側に位置して上方へＶ字状に開いた姿勢で保持される。ここでは二つ折り部分の内側に電源線８０が収まるカール部９９が形成され、その上側で板部９７Ｂに、コイル６４のワイヤ７９が挟持される折曲部１００が形成される。１００ａは板部９７Ｂの折り返し部である。こうして各ヒュージング端子８１は、保持部８２によって平面視でステータ９の半周側に集まって配置されることになる。

電源線８０は、絶縁被覆の先端８０ａを残してヒュージング端子８１にヒュージングされる撚り線８０ｂ部分のみを皮剥ぎしている。こうして先端８０ａを残すことで、撚り線８０ｂをばらけさせることがない。この撚り線ばらけ防止手段としては、絶縁被覆の先端を残す以外に、熱収縮チューブを用いて撚り線８０ｂの先端を被覆したり、スプライス端子で先端をかしめたり、ハンダや溶接、熱硬化性樹脂で先端を固めたりすることでも達成できる。
また、ステータ９から引き出される電源線８０の先には、ギボシ端子１０１が設けられて、コントローラ２０から引き出される図示しない電源線に設けたギボシ端子との結合により、電源線同士が接続されるようになっている。

ここでの６つのコイル６４，６４・・は、一本のワイヤ７９を各ティース６３へ順番に巻回して形成されて一相分のコイル６４，６４がそれぞれヒュージング端子８１に結線されるが、対角に位置する一相分のコイル６４，６４間を繋ぐ渡り線１０２は、前インシュレータ６１側でなく、後インシュレータ６２側で配線されている。以下、コイル６４の巻き方法について説明するが、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相を区別する必要がある場合は、各構成部の符号にＵ，Ｖ，Ｗの符号を付し、各相で対になるティース６３やコイル６４を区別する場合は、６３Ｕ１，６３Ｕ２、６４Ｕ１，６４Ｕ２等の数字をさらに付して説明を行う。

図１１は、巻き方法を示す模式図で、（Ａ）が結線側（前インシュレータ６１側）、（Ｂ）が反結線側（後インシュレータ６２側）となっている。８１Ｕ，８１Ｖ，８１Ｗはヒュージング端子で、丸内に＋字を付した記号は紙面と直交する奥側へ巻かれるワイヤを、丸内に黒丸を付した記号は紙面と直交する手前側へ巻かれるワイヤをそれぞれ示す。また、結線側及び反結線側において、左回り方向を左、右回り方向を右として説明する。
まず、結線側において、Ｕ相の電源線８０Ｕを仮固定したヒュージング端子８１Ｕにワイヤ７９の始端７９ａを仮固定し、その左側に位置するティース６３Ｕ１に右側から巻回してコイル６４Ｕ１を形成した後、反結線側でティース６３Ｕ１の左側に引き出し、案内リブ８９の外側で実線矢印で示す渡り線１０２Ｕを右回りで略半周分引き回した後、対角のティース６３Ｕ２に右側から巻回してコイル６４Ｕ２を形成する。そして、結線側でワイヤ７９をティース６３Ｕ２の左側から引き出して、Ｗ相の電源線８０Ｗを仮固定したヒュージング端子８１Ｗに仮固定する。

次に、ヒュージング端子８１Ｗの左側に隣接するティース６３Ｗ１に右側から巻回してコイル６４Ｗ１を形成した後、反結線側でティース６３Ｗ１の左側に引き出し、案内リブ８９の外側で点線で示す渡り線１０２Ｗを右回りで略半周分引き回した後、対角のティース６３Ｗ２に右側から巻回してコイル６４Ｗ２を形成する。その後、同じ反結線側でティース６３Ｗ２の左側に引き出して案内リブ８９の外側で渡り線１０２Ｗを右回りで略半周分引き回した後、結線側で対角のティース６３Ｗ１の左側に引き出して、Ｖ相の電源線８０Ｖを仮固定したヒュージング端子８１Ｖに仮固定する。つまり、Ｗ相のコイル６４Ｗ１，６４Ｗ２を形成するワイヤ７９は、後インシュレータ６２側でティース６３Ｗ１，６３Ｗ２間を右回りで略半周分ずつ渡って配線される。

次に、ヒュージング端子８１Ｖの左側に隣接するティース６３Ｖ１に右側から巻回してコイル６４Ｖ１を形成した後、反結線側でティース６３Ｖ１の左側に引き出し、案内リブ８９の外側で一点鎖線で示す渡り線１０２Ｖを右回りで略半周分引き回した後、対角のティース６３Ｖ２に右側から巻回してコイル６４Ｖ２を形成する。その後、同じ反結線側でティース６３Ｖ２の左側に引き出して案内リブ８９の外側で渡り線１０２Ｖを右回りで略半周分引き回した後、結線側で対角のティース６３Ｖ１の左側に引き出して、左側に隣接するヒュージング端子８１Ｕに終端７９ｂを仮固定する。つまり、Ｖ相のコイル６４Ｖ１，６４Ｖ２を形成するワイヤ７９も、後インシュレータ６２側でティース６３Ｖ１，６３Ｖ２間を左回りで略半周分ずつ渡って配線される。実際には図７，８のように、各渡り線１０２は案内リブ８９の外側で軸方向に重なって配線される。
最後に各ヒュージング端子８１において電源線８０とワイヤ７９とをヒュージングすれば、図１２に示すように、直列巻きされた各相のコイル６４，６４がデルタ結線されたステータ９が得られる。

こうして結線が完了してセンサ回路基板６５を取り付けたステータ９において、センサ回路基板６５は、ネジボス８５の上面及び段付きボス８６Ａ，８６Ｂの受け面８７により、前インシュレータ６１の上端面６１ａよりも上方位置でステータ９の軸線と直交状に支持される。このとき、フック８４の先端も長い固定片９２Ａ，９２Ｂの下面に当接して固定片９２Ａ，９２Ｂを支持する。ここでは各相のコイル６４，６４間の渡り線１０２は反結線側で配線されるので、前インシュレータ６１とセンサ回路基板６５との間には、十分な隙間が形成される。また、センサ回路基板６５の固定状態で、各保持部８２及びヒュージング端子８１はセンサ回路基板６５の切欠部９１を貫通してセンサ回路基板６５よりも上方へ突出し、平面視で各ティース６３，６３間のスロット７８は、センサ回路基板６５の切欠部９１内に露出している（図６）。

ここでは電源線８０がフック８４と固定片９２とで保持されているため、電源線８０が移動しにくくなり、配線の際のガイドにもなる。また、磁気センサ６６のリード線９５Ａが接続される固定片９２Ａは、フック８４により支持されるため、リード線９５Ａが断線しにくくなる。さらに、ブラシレスモータ８の軸心からボス８８Ａの中心までの半径方向の距離は、当該軸心からネジ９３の中心までの半径方向の距離よりも小さいため、センサ回路基板６５の振動が小さくなる。
さらに、センサ回路基板６５はネジ９３によって取り付けられているため、センサ回路基板６５とステータ９との一方が故障等しても、センサ回路基板６５を取り外すことで個別に修理対応可能となる。

このステータ９は、ヒュージング端子８１，８１・・がステータ９の下半分側に位置する位相でハウジング６内に組み込まれる。これにより、ヒュージング端子８１に接続される各相の電源線８０は、ステータ９の左右の外側を通過することなく、最短距離でコントローラ２０側へ配線される。よって，ハウジング６が径方向に大きくなることがなく、コンパクト化が維持できると共に、配線の長さも短くて済む。また、電源線８０及び磁気センサ６６のリード線９５Ａは、コネクタ９６Ａやギボシ端子１０１によってコントローラ２０側と分離できるので、ステータ９とコントローラ２０とを個別に修理や交換等可能となり、コストが抑えられる。なお、リード線同士や電源線同士の接続には他の端子やコネクタも採用できる。

以上の如く構成された震動ドライバドリル１においては、トリガ１５を押し込み操作してスイッチ１４をＯＮさせると、コントローラ２０のマイコンが、センサ回路基板６５の磁気センサ６６から出力されるロータ１０の永久磁石６８の位置を示す回転検出信号を得てロータ１０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９の各相のコイル６４，６４に対し順番に励磁電流を流すことでロータ１０を回転させる。よって、回転軸１１が回転して遊星歯車減速機構３３を介してスピンドル１３を回転させるため、ドリルチャック４に把持した先端工具により選択した動作モードでの使用が可能となる。
ここで、磁気センサ６６は、ステータ９のスロット７８の中央に配置されているので、正逆何れの回転方向においても、コントローラ２０から各相のコイル６４へ励磁電流を供給する通電タイミングを進角３０°で早める進み位相制御を実行することができる。この磁気センサ６６の配置により、センサ磁束がステータ磁束の影響を受け難くなるため、ロータ１０のセンシング精度が低下することはない。

回転軸１１の回転に伴って遠心ファン７０が回転すると、ハウジング６の側面の吸気口７２から外気が吸い込まれ、ステータ９の外側及び内側（ロータ１０との間）を通って排気口７１から排出されることでブラシレスモータ８を冷却する。このとき、ステータ９では、センサ回路基板６５の切欠部９１によってスロット７８が前面視で露出している上、センサ回路基板６５と前インシュレータ６１との間にも渡り線１０２が配線されないので、ステータ９の内側を通る空気は、センサ回路基板６５に阻害されることなく各コイル６４の両側でスムーズにスロット７８を通過することができる。よって、各コイル６４も効果的に冷却される。また、各ヒュージング端子８１は固定片９２の間に位置しているので、切欠部９１を通過する空気によって各ヒュージング端子８１も効果的に冷却される。
一方、ロータ１０では、前後に前ストッパ７４と後ストッパ７３とが設けられているため、各永久磁石６８の前後方向の移動が規制され、ロータコア６７からの脱落が効果的に防止される。

このように、上記形態の震動ドライバドリル１によれば、磁気センサ６６を、ロータ１０の回転方向でスロット７８の中心に対応する位置に設けたことで、各相のコイル６４，６４が直列でデルタ結線されるブラシレスモータ８であっても、ステータ磁束の影響を受けることなく、且つソフトウェア上での進角制御を行うことなく進角３０°の進み位相制御が行える。よって、モータ効率の向上が可能となる。
また、センサ回路基板６５を、ステータ９の端面に設けた前インシュレータ６１に取り付けたことで、前インシュレータ６１を用いてセンサ回路基板６５を適正な位置に容易に取り付け可能となる。

なお、上記形態では、磁気センサ６６をスロット７８の中央に配置して進角３０°を得るようにしているが、厳密にスロット７８の中央である必要はなく、例えば正転方向で進角２５°とする等、多少中央からずれるようにしてもよい。但し、この場合、逆転方向ではコントローラ２０により進角２５°となるようにソフトウェア上で補正制御を行う必要がある。また、磁気センサ６６はステータ９と反対側の面に配置することもできるし、コイル６４はデルタ結線の並列巻きとしてもよい。

一方、先述のようにロータ１０の回転数を２４０００ｒｐｍ以上とすると、コイル６４への通電量が増加して温度が上昇するため、コイル６４に放熱部材を設けることもできる。この放熱部材としては、図１３〜１５に示すステータ９Ａのように、センサ回路基板６５と各コイル６４との間に、磁気センサ６６の配置領域よりも径の大きい内径を有する金属製の放熱リング１０３を採用し、この放熱リング１０３を、熱伝導性且つ絶縁性を有する接着剤によって各コイル６４の上端面にそれぞれ接着する構造が考えられる。１０３ａ，１０３ａ・・は、各スロット７８の位置で放熱リング１０３に設けた透孔で、この透孔１０３ａにより、スロット７８を通過する空気の流れを確保すると共に、放熱リング１０３と空気との接触面積を増やして放熱効果を向上を図っている。

このようにコイル６４に間接的に接触する放熱リング１０３を設ければ、ロータ１０を高回転化してもコイル６４の温度上昇を抑えることができる。
なお、この放熱部材は、リング状でなく、複数のコイルに跨がる円弧状のものを複数個設けたり、スロットを避けてコイル毎に個別に設けたり、表面にフィンを立設したり凹凸を設けたりして表面積をさらに増やしたりすることもできる。ステータの前側でなく後側に設けてもよい。

また、センサ回路基板は、前インシュレータと略同じ大きさとする必要はなく、図１６，１７に示すステータ９Ｂのように、コイル６４の内側まで外径を小さくしたリング状のセンサ回路基板６５Ａとすることもできる。前インシュレータ６１には、各ティース６３の前面に沿ってそれぞれ軸心側へ突出してティース６３の前面を覆う根元部１０５と、根元部１０５の先端から周方向及び上方へ広がってコイル６４の内側への傾倒を防ぐストッパ部１０６とからなる絶縁ティース１０４，１０４・・が突設されており、各ストッパ部１０６の内周下端には、センサ回路基板６５Ａの外周を受ける舌片状の内側部１０７がそれぞれ突設されている。よって、センサ回路基板６５Ａは、各ストッパ部１０６の内側に嵌合するように上方から押し込んで外周を内側部１０７に当接させた状態で、圧入や接着剤による接着、ネジ止め等によって固定することができる。この場合も磁気センサ６６はスロット７８の略中央に配置すればよいが、リード線はセンサ回路基板６５Ａの上側や下側からスロット７８を介して外部へ引き出して電源線８０と同じ方向に配線等すればよい。

このように、前インシュレータ６１より小径のセンサ回路基板６５Ａをコイル６４よりも内側に配置したことで、磁気センサ６６の検出精度が向上し、ブラシレスモータ８の軸長や径方向の寸法が小さくなってコンパクト化が期待できる。
なお、内側部は全てのストッパ部に設ける必要はなく、センサ回路基板の固定が可能であれば、例えば一つおきのストッパ部に設けることもできるし、形状も適宜変更可能である。
また、上記形態や図１３〜１７の変更例では、前インシュレータ６１にセンサ回路基板６５，６５Ａを設けているが、後インシュレータ６２にセンサ回路基板６５，６５Ａを設けて渡り線１０２を前インシュレータ６１側で配線することも可能である。

そして、前インシュレータの形態も図１８，１９に示すような変更が可能である。先に説明した前インシュレータ６１のような形状では、絶縁ティース１０４のストッパ部１０６が、コイル６４を巻回した際に発生する応力によって内側へ変形し、ロータ１０と干渉するおそれがある。そこで、この前インシュレータ６１Ａにおいて、各絶縁ティース１０４のストッパ部１０６には、突出側端面の中央部を軸方向にえぐる格好で凹部１０８を形成して、ストッパ部１０６を、軸方向で見て中央部よりもロータ回転方向の前後両端が内側（軸心側）に突出するコ字状として、ストッパ部１０６の補強を図っている。

このように上記形態の震動ドライバドリル１によれば、ステータ９の前インシュレータ６１に、ストッパ部１０６を補強する補強手段を備えたことで、ストッパ部１０６の強度が高まり、コイル巻回時の応力によって内側へ変形するおそれが低減される。また、例え変形しても、凹部１０８によってロータ１０との距離が確保されているので、ロータ１０と干渉しにくくなる。
特に、補強手段として、ストッパ部１０６を両端が内側へ突出するコ字状に形成しているので、補強が容易に行える。
なお、補強手段は、ストッパ部１０６をコ字状に形成する他、ティース６３に沿って延びる根元部１０５をステータ９の軸方向で肉厚にする構成としてもよい。この場合、半径方向に亘って同じ肉厚とする以外に、中心側へ行くに従って徐々に或いは段階的に肉厚としたりすることもできる。勿論コ字状との組み合わせも可能である。

また、ここでは、６つのスロット７８を有するステータコア６０と、ステータコア６０に固定され、コイル６４，６４間の複数の渡り線１０２，１０２・・をステータコア６０の軸方向に重ねて保持する後インシュレータ６２と、渡り線１０２を、コイル６４の巻回方向と逆方向へガイドする案内リブ８９と、を有するステータ９と、ステータ９の内側に配置されるロータ１０と、ロータ１０により駆動するドリルチャック４と、を備えてなることで、案内リブ８９によって渡り線１０２をがたつきなく配線することができる。
さらに、コイル６４は、ティース６３に対して、ステータコア６０の周方向の一方側から巻き始められ、他方側で巻き終わるようにしているので、コイル６４と渡り線１０２とをスムーズに繋げることができる。

なお、上記形態では、前インシュレータの側面に設けた係止凹部に、ハウジングの内面に設けた突起を係止させて、ステータの回り止め及び前後方向の位置決めを行っているが、これに代えて、或いはこれに加えて、ステータコアの外面に突起部を設けて、ハウジングの内面に設けた凹み部に突起部を係合させることでステータの回り止め及び前後方向の位置決めを行ってもよい。
さらに、磁気センサのリード線は、ステータの径方向でティースの延長上に接続する場合に限らず、スロットの延長上に接続することもできる。
加えて、磁気センサは、ティースの先端と軸方向で重なる位置（図９の位置よりも外側）に配置することもできる。
そして、上記形態では、センサ回路基板に磁気センサのみを搭載しているが、インバータ回路を形成するスイッチング素子を設けてもよい。この場合、スイッチング素子は、軸方向で磁気センサと重なる位置と重ならない位置との何れにも配置できる。

その他、電動工具は震動ドライバドリルに限らず、ブラシレスモータを駆動源とするものであれば、インパクトドライバやグラインダ等の他の機種にも本発明は適用可能である。ハウジング内でのモータの位置や向きも適宜変更できる。また、上記形態では一本のワイヤ（巻線）でコイルを形成しているが、２本や３本等の複数の巻線でコイルを形成することも可能である。ブラシレスモータも、極数やスロットの増減は可能であるし、磁石を回転方向に沿って湾曲させたり、磁石をロータの表面に組み込むＳＰＭ方式としたりしても本発明は採用可能である。

そして、ここでは以下の発明も把握できる。
（１）駆動源となるブラシレスモータの回転数が３００００ｒｐｍから４００００ｒｐｍである電動工具。
（２）電源となるバッテリ電圧が１０．８Ｖであってモータの回転数が２４０００ｒｐｍ以上である電動工具。
（３）駆動源となるブラシレスモータのステータの外径が４０ｍｍ以下であって回転数が２４０００ｒｐｍ以上の電動工具。
（４）ステータコアと、
前記ステータコアに固定される電気絶縁部材（上記形態では前インシュレータ６１，６１Ａ）と、
前記電気絶縁部材を介して前記ステータコアに巻回されるコイルと、を有し、
前記電気絶縁部材は、前記コイルよりも内側に配置される突出部（上記形態ではストッパ部１０６）を有し、
前記突出部にセンサ回路基板がネジ止めされる電動工具。
（５）ステータコアと、
前記ステータコアに固定される電気絶縁部材（前インシュレータ）と、
前記電気絶縁部材を介して前記ステータコアに巻回されるコイルと、を有し、
前記電気絶縁部材は、前記コイルよりも内側に配置される突出部を有し、
前記突出部より内側にセンサ回路基板が配置される電動工具。
（６）ステータコアと、
前記ステータコアに固定される電気絶縁部材（前後インシュレータ）と、
前記電気絶縁部材を介して前記ステータコアに巻回されるコイルと、を有し、
前記電気絶縁部材は、前記コイルよりも内側に配置される突出部を有し、
前記突出部より内側に電材部品が配置される電動工具。
この電材部品としては、センサ回路基板の他、渡り線、ヒュージング端子、リード線、スイッチング端子、短絡部材、コンデンサ、温度センサ等が考えられ、これらのうちの複数を突出部より内側に配置することもできる。
また、磁気センサをスロットの略中心に配置する発明以外の発明は、Ｙ結線のステータであっても適用可能である。

１・・震動ドライバドリル、２・・本体、３・・ハンドル、４・・ドリルチャック、５・・バッテリーパック、６・・ハウジング、８・・ブラシレスモータ、９，９Ａ，９Ｂ・・ステータ、１０・・ロータ、１１・・回転軸、１２・・ギヤアッセンブリ、１３・・スピンドル、２０・・コントローラ、３３・・遊星歯車減速機構、６０・・ステータコア、６１，６１Ａ・・前インシュレータ、６２・・後インシュレータ、６３・・ティース、６４・・コイル、６５，６５Ａ・・センサ回路基板、６６・・磁気センサ、６７・・ロータコア、６８・・永久磁石、７０・・遠心ファン、７１・・排気口、７２・・吸気口、７５・・溝、７６・・嵌合片、７８・・スロット、７９・・ワイヤ、８０・・電源線、８１・・ヒュージング端子、８２・・保持部、８９・・案内リブ、９５Ａ，９５Ｂ・・リード線、９６Ａ，９６Ｂ・・コネクタ、１０１・・ギボシ端子、１０３・・放熱リング、１０４・・絶縁ティース、１０５・・根元部、１０６・・ストッパ部、１０７・・内側部、１０８・・凹部。

Claims (5)

1. ６つのティースを有するステータコアと、
   前記ステータコアに固定されるリング状の電気絶縁部材と、
   前記電気絶縁部材を介して前記ティースに巻回されるコイルと、
   前記電気絶縁部材に取り付けられ、前記コイルに接続される端子と、を有し、
   前記電気絶縁部材は、前記コイルが内側へ倒れることを防止するストッパ部を有すると共に、前記ストッパ部を補強する補強手段を備える一方、
   前記電気絶縁部材には、前記端子に固定される電源線を前記電気絶縁部材の径方向外側で保持するための側面視Ｌ字状のフックが、前記径方向外側へ向けて突設されていることを特徴とする電動工具。
2. 前記補強手段は、前記ストッパ部を両端が内側へ突出するコ字状に形成するものであることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
3. 前記補強手段は、前記電気絶縁部材において前記ティースに沿って延びる部分を前記ステータコアの軸方向で肉厚にしたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動工具。
4. 前記補強手段は、ブラシレスモータのセンサ回路基板が固定される前記電気絶縁部材側に設けられることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の電動工具。
5. 複数のティースを有するステータコアと、
   前記ステータコアに固定される電気絶縁部材と、
   前記電気絶縁部材を介して前記ティースに巻回されるコイルと、
   前記電気絶縁部材に取り付けられて磁気センサを搭載したセンサ回路基板と、を有し、
   前記電気絶縁部材は、前記コイルが内側へ倒れることを防止するストッパ部を有すると共に、前記ストッパ部を補強する補強手段を備える一方、
   前記センサ回路基板は、前記ステータコアの外周を越えて放射方向に突出する固定片を有し、その固定片の表面に、前記磁気センサの検出信号を出力するリード線の接続部が設けられており、
   前記電気絶縁部材には、前記コイルに接続される電源線を保持するための側面視Ｌ字状のフックが突設されて、前記フックの先端を前記固定片の裏面に当接させていることを特徴とする電動工具。

Images