JP5743303B2 - 電動工具 - Google Patents

Description

本発明はモータにより先端工具を駆動する電動工具に関し、特にブラシレスモータを駆動制御するための複数の回路基板を電気的に接続する信号線の小型化及び高信頼性化を図ることに関する。

近年、電動工具の駆動源としてブラシレスＤＣモータが広く用いられるようになってきた。ブラシレスＤＣモータは、例えばブラシ（整流用刷子）の無いＤＣ（直流）モータであり、コイル（巻線）を固定子側に、マグネット（永久磁石）を回転子側に用い、インバータ回路で駆動された電力を所定のコイルへ順次通電することによりロータを回転させる。インバータ回路は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）や、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）のような大容量の出力トランジスタを使用して構成され、インバータ回路の制御はマイクロコンピュータ（以下「マイコン」と称する）がプログラムを実行することによって制御される。

ブラシレスＤＣモータは、ブラシ付きＤＣモータと比較するとトルク特性に優れ、より強い力で被加工部材にネジやボルト等を締め付けることができる。さらに、モータの回転制御にマイコンを用いるために、マイコンで実行されるプログラムによる電子制御化が推進されてきている。電子制御化を推進すると、一方でより多くの電子部品が必要となるので、複数の電子回路基板を電動工具内部に配置し、それぞれを電気的信号線で接続する。例えば特許文献１の記載の技術では、モータの後方付近にスイッチング素子を搭載する基板を設け、ハウジングのバッテリ保持部の内部には制御回路基板が搭載され、これらをフレキシブルプリント基板で接続している。

特開２０１１−６２７７１号公報

近年の電動工具においては、マイコンを搭載してブラシレスＤＣモータを用いるようになり高出力化・多機能化が進む一方で小型化が図られてきた。電動工具の小型化を図るためには、搭載される電子回路基板の小型化を達成することが重要な課題となる。

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、電子回路基板の小型化を実現できる電動工具を提供することにある。

本発明の他の目的は、電子回路基板に搭載される信号線接続用コネクタの小型化を図り、電子回路基板の小型化の達成、又は、電子素子の実装効率の向上を図った電動工具を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、複数の電子回路基板を接続する信号線の信頼性を向上させることを実現することにある。

本願において開示される発明のうち代表的なものの特徴を説明すれば次の通りである。

本発明の一つの特徴によれば、動力伝達機構を介して先端工具を駆動するモータと、モータの回転制御を行う回路を搭載する複数の回路基板と、これらを収容するハウジングを有する電動工具であって、回路基板は複数の信号線と、信号線と回路基板を接続するコネクタを介して接続され、複数の信号線のうち一部の信号線について、一つの信号線に対して複数のコネクタ接点が割り当てられる。複数の信号線はフレキシブルプリント基板により構成される。

本発明の他の特徴によれば、フレキシブルプリント基板の両端は回路基板のそれぞれに設けられた第１のコネクタ及び第２のコネクタに接続され、第２のコネクタの極数ｎは、第１のコネクタの極数ｍと等しいか多くなるように構成した（ｎ≧ｍ）。さらに第２のコネクタの複数の極からの信号線がまとめられて第１のコネクタの１つの極に接続される。このためフレキシブルプリント基板内において、平行に伸びる接続線のうち隣接するいずれかの接続線が連結される。連結の方法は、平行に伸びる接続線の大部分の領域において隣接する接続線の間隔をすべて導線部で埋めるようにするか、又は、隣接する接続線の間隔を詰めるようにすると良い。

本発明のさらに他の特徴によれば、一つの信号線に対して複数のコネクタ接点が割り当てられるコネクタ接点の位置は、第２のコネクタの両端部分に配置されるようにすると好ましい。第１のコネクタは第２のコネクタよりも広い幅を有し、フレキシブルプリント基板の第１のコネクタに装着される端部の幅ｄ１は、第２のコネクタに装着される端部の幅ｄ２よりも大きいか等しくする（ｄ１≧ｄ２）と良い。複数の制御基板とは、例えばマイコンを搭載する制御回路基板と、モータを駆動するインバータ回路が搭載されるインバータ回路基板である。

請求項１の発明によれば、複数の信号線のうち一部の信号線について、一つの信号線に対して複数のコネクタ接点が割り当てられるようにしたので、工具内に配置される複数の電子回路基板に設けられるコネクタの小型化を図ることができる。さらに小型化にもかかわらず複数の電子回路基板を接続する信号線の信頼性を向上させることが可能となる。

請求項２の発明によれば、複数の信号線はフレキシブルプリント基板により構成されるので、安価に製造ができて信頼性の高い信号伝達媒体を有する電動工具を実現できる。

請求項３の発明によれば、第２のコネクタの極数ｎは、第１のコネクタの極数ｍよりも等しいか多くした（ｎ≧ｍ）ので、第２のコネクタを第１のコネクタよりも小さく構成してもフレキシブルプリント基板による導通性能の低下を防止できる。

請求項４の発明によれば、第２のコネクタの複数の極からの信号線がまとめられて第１のコネクタの１つの極に接続されるので、接続強度が弱くなって離合が起こりやすい部分の接続を多重化することができるので、信頼性の向上を図ることができる。

請求項５の発明によれば、フレキシブルプリント基板内において、平行に伸びる接続線のうち隣接するいずれかの接続線が連結されるので、フレキシブルプリント基板の形状を変更するだけで容易に本発明を実現することができる。

請求項６の発明によれば、その連結は平行に伸びる接続線の間隔部分の大部分をすべて導線部で埋めるので、強度的に優れたフレキシブルプリント基板とすることができる。

請求項７の発明によれば、一つの信号線に対して複数のコネクタ接点が割り当てられるコネクタ接点の位置は第２のコネクタの両端部分に配置されるので、超小型のコネクタを用いたときに接点部分の離合が起きやすい両端部分の接点を多重化することができる。

請求項８の発明によれば、フレキシブルプリント基板の第１のコネクタに装着される端部の幅ｄ１は、第２のコネクタに装着される端部の幅ｄ２よりも大きいか等しくする（ｄ１≧ｄ２）ので、サイズの異なるコネクタ間を容易に接続することができる。このため、回路基板の実装密度に合わせて極小型のコネクタを用いることができ、電動工具の小型化、軽量化を実現できる。

請求項９の発明によれば、複数の制御基板は、マイコンを搭載する制御回路基板と、モータを駆動するインバータ回路が搭載されるインバータ回路基板であるので、信号本線の多い回路基板におけるコネクタの小型化と信頼性の向上を図ることができる。

本発明の上記及び他の目的ならびに新規な特徴は、以下の明細書の記載及び図面から明らかになるであろう。

本発明の実施例に係る電動工具１の全体構造を示す縦断面図である。 本発明の実施例に係る電動工具１の側面図である。 バッテリパック２を取り外した状態の電動工具１の底面図である。 バッテリパック２を取り外した状態の電動工具１の底面図であって、ソケットカバー４６を外して通信端子が開放された状態を示す。 制御回路基板９と基台４１部分の詳細形状を示す断面図である。 図２のＡ−Ａ部の断面を示す図である。 本発明の実施例に係る電動工具１の制御回路のブロック図である。 本発明の実施例に係る電動工具１のインバータ回路基板１０と制御回路基板９との接続構成を示す斜視図である。 図８のモータフラットケーブル１００の詳細構造を示すための部分拡大図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下の図において同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。また、本明細書においては、前後、上下の方向は図１に示す方向であるとして説明する。

図１は本発明に係る電動工具１の全体構造を示す縦断面図であり、バッテリパック２を取り付けて工具として作業可能な状態を示している。電動工具１は、充電可能なバッテリパック２を電源とし、モータ３を駆動源として打撃機構３０を駆動し、出力軸であるアンビル３２に回転力又は／及び打撃力を与えることによってドライバビット等の図示しない先端工具に、連続する回転力又は断続的な打撃力を伝達してネジ締めやボルト締め等の作業を行う。

ブラシレスＤＣモータ方式のモータ３は、固定子３ｂの内側にて永久磁石を有する回転子３ａが回転するものである。モータ３は、側面から見て略Ｔ字状の形状を成すハウジング６の略筒状の胴体部６ａ内に、回転軸４の軸方向が前後方向と一致するように収容される。ハウジング６は、ほぼ対称な形状の左右２つの部材に分割可能に構成され、それら部材が複数の図示しないネジにより固定される。そのため、分割されるハウジング６の一方（本実施例では左側ハウジング）に複数のネジボス１９ｂが形成され、図示しない他方のハウジング（右側ハウジング）に複数のネジ穴が形成される。モータ３の回転軸４は、胴体部６ａの後端側のベアリング１７ｂと中央部付近に設けられるベアリング１７ａによって回転可能に保持される。

モータ３の後方には複数のスイッチング素子１１が搭載されたインバータ回路基板１０が設けられる。インバータ回路基板１０はモータ３の外形とほぼ同径の円環状の多層基板であり、このインバータ回路基板１０の裏面（後方側の面）にはＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の６つのスイッチング素子１１が搭載される。インバータ回路基板１０の表面（前方側の面）であって回転子の永久磁石に対向する位置には、回転子３ａの位置を検出するためのホールＩＣ等の回転位置検出素子（図示せず）が搭載される。

ハウジング６の胴体部６ａから略直角方向下方に一体に延びるハンドル部６ｂ内の上部にはトリガ操作部８ａ及び正逆切替レバー１４が設けられ、トリガスイッチ８には図示しないバネによって付勢されてハンドル部６ｂから突出するトリガ操作部８ａが設けられる。トリガスイッチ８の下方にはスイッチ基板７が設けられる。また、胴体部６ａの先端側に接続されるハンマケース２２の下方位置にはＬＥＤライト１２が設けられる。ＬＥＤライト１２は、装着穴３２ａに図示せぬ先端工具であるビットが装着された際に、ビットの前端付近を照射するものである。

ハンドル部６ｂ内の下方であってバッテリ保持部６ｃの内部には、トリガ操作部８ａの引き動作によって前記モータ３の速度を制御する機能等を備えた制御回路基板９が収容される。制御回路基板９には、モータ３の駆動制御を行うマイコン（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）７１が搭載される。マイコン７１と接続される外部接続装置との通信端子４７が制御回路基板９の下部に設けられる。通信端子４７は、バッテリパック２を取り外すことで外部に露出し、図示しない接続ケーブルの装着が可能となる。

制御回路基板９は、バッテリパック２とトリガスイッチ８に電気的に接続される。また制御回路基板９は、モータフラットケーブル１００を介してインバータ回路基板１０と接続される。モータフラットケーブル１００は、例えば２０本のフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）で構成することができる。制御回路基板９は、スイッチフラットケーブル９０を介してスイッチ基板７と接続される。スイッチフラットケーブル９０も同様にフレキシブルプリント基板にて構成することができる。制御回路基板９にはバッテリパック２のプラス電極とマイナス電極と接触する端子（ターミナル）が設けられる。これら端子には電源線６２の一端が接続され、電源線６２の他端はスイッチ基板７に接続される。電源線６２はプラス用とマイナス用の２線が使用される。

ハンドル部６ｂの下方に形成されたハウジング６のバッテリ保持部６ｃには、ニッケル水素やリチウムイオン等の複数の電池セルが収容されたバッテリパック２が着脱可能に装着される。バッテリパック２は、ハウジング６のハンドル部６ｂの内部まで延在するようにのびる延在部２ａを有し、図１のような側面視で略Ｌ字形の形状とされる。バッテリパック２には、リリースボタン２ｂが設けられ、左右両側に位置するリリースボタン２ｂを押しながら下方にバッテリパック２を移動させることにより、バッテリパック２をバッテリ保持部６ｃから取り外すことができる。

モータ３の前方には、回転軸４に取り付けられてモータ３と同期して回転する冷却ファン１８が設けられる。冷却ファン１８は、回転方向によらずに回転軸４付近の空気を吸引して径方向外側に排出する遠心ファンであり、冷却ファン１８により胴体部６ａの後方側の側方に設けられた空気取入口１３ａから空気が吸引される。ハウジング６の内部に吸引された外気は、モータ３の回転子と固定子の間、及び、固定子の磁極の間を通過した後に冷却ファン１８に到達し、冷却ファン１８の半径方向外周側付近に形成される複数の空気排出口（後述する図２参照）からハウジング６の外部に排出される。

打撃機構３０と減速機構２０は電動工具１の動力伝達機構を構成する。打撃機構３０は、アンビル３２と遊星キャリヤ組立体３１の２つの部品により主に構成される。遊星キャリヤ組立体３１は減速機構２０の遊星歯車の回転軸を連結すると共に、アンビル３２を打撃するための後述するハンマを有する。本実施例における減速機構２０は、プラネタリー型であり、１つの減速機構部を有し、サンギヤ、複数のプラネタリーギヤ、リングギヤを含んで構成される。現在広く使われている公知の打撃機構と違って、打撃機構３０は、スピンドル、スプリング、カム溝、及びボール等を有するカム機構をもたない。そしてアンビル３２と遊星キャリヤ組立体３１とは回転中心付近に形成された嵌合軸と嵌合穴により半回転未満の相対回転だけができるように連結される。アンビル３２は、先端工具（図示せず）を装着する出力軸部分と一体に構成され、前端には軸方向と鉛直面の断面形状が六角形の装着穴３２ａが形成される。尚、アンビル３２と、先端工具を装着する出力軸は別体部品で構成して連結させるように構成しても良い。

アンビル３２の後方側は遊星キャリヤ組立体３１の嵌合軸と連結され、軸方向中央付近でメタル１６ａによりハンマケース２２に対して回転可能に保持される。アンビル３２の先端には先端工具をワンタッチで着脱するためのスリーブ１５が設けられる。ハンマケース２２は打撃機構３０及び減速機構２０を収容するために金属製の一体成型で製造され、ベアリング機構を介してアンビル３２を保持する。ハンマケース２２は左右分割式のハウジング６によって全体が覆われるようにして固定される。

トリガ操作部８ａが引かれてモータ３が起動されると、モータ３の回転は減速機構２０によって減速され、モータ３の回転数に対して所定の比率の回転数で遊星キャリヤ組立体３１が回転する。遊星キャリヤ組立体３１が回転すると、その回転力は遊星キャリヤ組立体３１に設けられるハンマを介してアンビル３２に伝達され、アンビル３２が遊星キャリヤ組立体３１と同じ速度で回転を開始する。先端工具側からの受ける反力によってアンビル３２にかかる力が大きくなると、例えば、制御回路基板９に搭載されるマイコン７１は締め付け反力の増大を検出し、モータ３の回転が停止してロック状態になる前に、遊星キャリヤ組立体３１の駆動モードを変更してハンマを断続的に駆動する。尚、打撃機構３０の動作については、例えば特許文献１に開示されているのでここでの詳細説明は省略する。

胴体部６ａの内部であって、冷却ファン１８の前方側にはインナカバー２１が設けられる。インナカバー２１はプラスチック等の合成樹脂の一体成型で製造された部材であり、ハウジングの内壁に沿って取り付けられる。インナカバー２１の後方側には円筒状の部分が形成され、モータ３の回転軸４を回転可能に固定するベアリング１７ａとベアリング１６ｂが設けられる。

図２は本発明の実施例に係る電動工具１の側面図である。ハウジング６は３つの部分（胴体部６ａ、ハンドル部６ｂ、バッテリ保持部６ｃ）から構成され、胴体部６ａの、冷却ファン１８の半径方向外周側付近には冷却風排出用の空気排出口１３ｂが形成される。ハウジング６は、モータ３の回転軸４を通る鉛直面にて左右分割式に形成され、複数本のネジ１９ａによって左右に分割可能なハウジング６が固定される。ハウジング６の前方側には、先端工具保持部を構成するスリーブ１５が突出する。図２では見えないがハウジング６のバッテリ保持部６ｃの左側側面には、モータ３の駆動モード（ドリルモード、インパクトモード）を切り替えるためのモード切替スイッチとモード表示ＬＥＤ（共に後述）が設けられる。

図３は、バッテリパック２を取り外した状態の電動工具１の底面図である。ハウジング６は、右側ハウジング６−１と左側ハウジング６−２により分割して構成される。ハウジング６のハンドル部６ｂの内側付近には、バッテリパック２の延在部２ａを収容するためのバッテリ収容室４５が形成される。バッテリ収容室４５の前方付近にはバッテリパック２の接点と接するための３つの端子、即ち、プラス端子４２、ＬＤ端子４３、マイナス端子４４が設けられる。これらの３つの端子は基台４１の平面部分に保持される。基台４１は、３つの端子を保持するための電源端子保持部４１ａと、本発明の特徴である通信端子を固定するための通信端子保持部４１ｂの２つの平板状部分を含んで構成され、プラスチック等の高分子樹脂の一体成型により製造される。基台４１は、右側ハウジング６−１と左側ハウジング６−２により左右及び前側を挟持されることにより固定されるが、固定方法はこれだけに限られずにねじ止め等の公知の固定方法で基台４１をハウジング６に固定しても良い。

通信端子保持部４１ｂには、通信端子４７が設けられるが、その通信端子４７を露出させるための基台４１の開口部４１ｃにはソケットカバー４６が取り付けられる。ソケットカバー４６は、開口部４１ｃを覆うことにより不使用時に後述する通信用コネクタ４７ｂがハウジング６の外部に露出しないように覆うカバーであり、略四角形の平板部４６ａと、平板部４６ａを通信端子保持部４１ｂに対して回動可能なように保持するための支持部４６ｂと、平板部４６ａの前方向であって支持部４６ｂから離れた位置に形成された取っ手部４６ｃを含んで構成される。ソケットカバー４６の構造や取付方法は公知の種々の方法を用いることができ、本実施例ではゴムの取付部の弾性変形により平板部４６ａが通信端子保持部４１ｂから離脱しないように保持すると共に、平板部４６ａが略回動可能なように保持する。ソケットカバー４６の材質は、防塵、防水効果が得られるような部材であれば任意に選択できるが、例えば、ゴムやプラスチック等の弾力性のある部材により構成すると好ましい。取っ手部４６ｃは、開口部４１ｃに嵌め込まれた平板部４６ａが外れないように固定するロック機構となると共に、平板部４６ａを開く際のつまみの役割を果たすものである。本実施例では、通信端子保持部４１ｂの取っ手部４６ｃが位置する部分の基台４１には溝が形成され、この溝に取っ手部４６ｃを押し込むことによりソケットカバー４６を安定的に保持するロック機構として作用する。

図４は、バッテリパック２を取り外した状態の電動工具１の底面図であって、ソケットカバー４６を開いて通信用コネクタ４７ｂが開放された状態を示す。ソケットカバー４６は支持部４６ｂを中心に約９０度以上開放され、ソケットカバー４６の平板部４６ａが上下方向に延在するように配置される。この状態では雌形の通信用コネクタ４７ｂが露出する。通信用コネクタ４７ｂとしては５本の通信回路を確保できる汎用のコネクタを用いることができるが、コストの関係から例えばＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）規格に準じたミニＢソケット／メス（ｒｅｃｅｐｔａｃｌｅ）を用いると良い。ＵＳＢ規格に準じたミニＢソケットを用いる場合であっても、通信手順をＵＳＢ規格でなく他の通信規格で行うようにしても良い。本実施例では、ＵＳＢ規格の通信用コネクタ４７ｂを用いつつＲＳ−２３２Ｃ規格に従って通信を行う。

図５は制御回路基板９と基台４１部分の詳細形状を示す図であって、図３のＢ−Ｂ部の断面を示す。通信用コネクタ４７ｂを搭載するコネクタ基板４７ａは制御回路基板９とは別の部品で構成される。制御回路基板９の下側には基台４１がネジ４９によって取り付けられる。基台４１は、上下方向の位置が違うように段差状に形成された電源端子保持部４１ａと、通信端子保持部４１ｂ（図３、図４参照）の２つの部分を含んで構成される。通信端子保持部４１ｂの内部に通信用コネクタ４７ｂが設けられる。通信端子４７は、コネクタ基板４７ａとそれに固定される通信用コネクタ４７ｂによって構成される。

通信用コネクタ４７ｂは、ＵＳＢケーブルのミニＢオス（ｐｌｕｇ）側コネクタを下から上方向に挿入できるように配置される。通信用コネクタ４７ｂはコネクタ基板４７ａに搭載され、コネクタ基板４７ａから制御回路基板９へは複数のリード線４８により配線される。通信用コネクタ４７ｂの開口部は基台４１の開口部４１ｃに位置するように配置され、基台４１の開口部４１ｃはソケットカバー４６によって未使用時には閉鎖される。ソケットカバー４６の端部には、上方に延びる円柱形部分となる支持部４６ｂが形成される。支持部４６ｂは通信端子保持部４１ｂの開口部４１ｃの前方に設けられた断面形状が丸い貫通穴４１ｄに挿入されるものであり、円柱形部分の中央付近には貫通穴４１ｄから離脱しないように傘状部４６ｅが設けられる。

このように開口部４１ｃは、コネクタの非接続時にはソケットカバー４６によってしっかりと密閉されるので、電気的に絶縁できるとともに通信用コネクタ４７ｂの端子間に異物が入ることを防止でき、端子間の短絡を防止することができる。また、ソケットカバー４６を用いることにより防塵効果に加えて高い防水効果を得ることができる。

図６は図１のＡ−Ａ部における断面図である。Ａ−Ａ部においては、ハンドル部６ｂの一番細く形成される付近となる。しかしながらバッテリパック２の延在部２ａの外径は一定であるため空間３６の大きさも一定であり、必然的に配線類が貫通する空間３７側が狭くなる。本実施例の場合は、空間３７はモータフラットケーブル１００、スイッチフラットケーブル９０、電源線６２ａ、６２ｂを配置するのにギリギリの空間しかない。この空間３７が狭いということは、配線類を空間３７に組み込む組立作業時に作業がしにくいことを意味する。しかしながら、本実施例ではモータフラットケーブル１００の幅が従来よりも狭いものを採用することにより、左右に分割される左側ハウジング６−１に対して配線類を位置決めした後に右側ハウジング６−２を被せる作業がし易くなる。

電源線６２ａ、６２ｂの前側の接合部３９においては、スイッチフラットケーブル９０が位置するため、組立時に仕切り壁６ｄ−１、６ｄ−２において電源線６２ａ、６２ｂを挟み込んでしまう恐れが無くなる（矢印３８の部分）。尚、このような配置構造は、断面が円形の電源線がモータフラットケーブル１００とスイッチフラットケーブル９０によって挟まれるサンドイッチ配置となるため、電動工具の使用時の振動により電源線が振れたとしてもハウジング６（６−１、６−２）の内壁で擦れる恐れがないので耐久性を大きく向上させることができる。

次に、モータ３の駆動制御系の構成と作用を図７に基づいて説明する。図７はモータ３の駆動制御系の構成を示すブロック図であり、本実施例では、モータ３は３相のブラシレスＤＣモータで構成される。このブラシレスＤＣモータは、いわゆるインナーロータ型であって、複数組（本実施例では２組）のＮ極とＳ極を含む永久磁石（マグネット）を含んで構成される回転子（ロータ）３ａと、スター結線された３相の固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗから成る固定子３ｂと、回転子３ａの回転位置を検出するために周方向に所定の間隔毎、例えば角度６０°毎に配置された３つの回転位置検出素子（ホール素子）７８を有する。これら回転位置検出素子７８からの位置検出信号に基づいて固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗへの通電方向と時間が制御され、モータ３が回転する。

インバータ回路基板１０上に搭載される電子素子には、３相ブリッジ形式に接続されたＦＥＴなどの６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と３つの回転位置検出素子７８と電流検出用の抵抗７６を含む。ブリッジ接続された６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートは、制御回路基板９に搭載される制御信号出力回路７３に接続され、６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ドレインまたは各ソースは、スター結線された固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに接続される。これによって、６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、制御信号出力回路７３から入力されたスイッチング素子駆動信号（Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６等の駆動信号）によってスイッチング動作を行い、インバータ回路基板１０に印加されるバッテリパック２の直流電圧を３相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとして固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに電力を供給する。

６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートを駆動するスイッチング素子駆動信号（３相信号）のうち、３個の負電源側スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６をパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６として供給し、制御回路基板９上に搭載されたマイコン７１によって、トリガスイッチ８のトリガ操作部８ａの操作量（ストローク）の検出信号に基づいてＰＷＭ信号のパルス幅（デューティ比）を変化させることによってモータ３への電力供給量を調整し、モータ３の起動／停止と回転速度を制御する。

ここで、ＰＷＭ信号は、インバータ回路を構成する正電源側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３または負電源側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６の何れか一方に供給され、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３またはスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６を高速スイッチングさせることによってバッテリパック２の直流電圧から各固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに供給する電力を制御する。尚、本実施例では、負電源側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６にＰＷＭ信号が供給されるため、ＰＷＭ信号のパルス幅を制御することによって各固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに供給する電力を調整してモータ３の回転速度を制御することができる。

電動工具１には、モータ３の回転方向を切り替えるための正逆切替レバー１４が設けられ、回転方向設定回路８２は正逆切替レバー１４の変化を検出するごとに、モータの回転方向を切り替えて、その制御信号をマイコン７１に送信する。マイコン７１は、図示していないが、処理プログラムとデータに基づいて駆動信号を出力するための中央処理装置（ＣＰＵ）、処理プログラムや制御データを記憶するためのＲＯＭ、データを一時記憶するためのＲＡＭ、タイマ等を含んで構成される。マイコン７１は、複数の制御プログラムを格納するためのプログラム格納部７２を有する。プログラム格納部７２は通信用コネクタ４７ｂを介して外部から読み出し又は書き込みが可能なように構成される。

制御信号出力回路７３は、回転方向設定回路８２と回転子位置検出回路７４の出力信号に基づいて所定のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を交互にスイッチングするための駆動信号を形成し、その駆動信号を制御信号出力回路７３に出力する。これによって固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗの所定の巻線に交互に通電し、回転子３ａを設定された回転方向に回転させる。この場合、負電源側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６に印加する駆動信号は、印加電圧設定回路８１の出力制御信号に基づいてＰＷＭ変調信号として出力される。モータ３に供給される電流値は、電流検出回路７９によって測定され、その値がマイコン７１にフィードバックされることにより、設定された駆動電力となるように調整される。尚、ＰＷＭ信号は正電源側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３に印加しても良い。

ここで、制御回路基板９とインバータ回路基板１０は、複数の信号線により接続されるが、本実施例の電動工具１ではその接続にモータフラットケーブル１００が用いられる。図７に示したブロック図では、モータフラットケーブル１００を介してパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）Ｈ１〜Ｈ６、回転位置検出素子７８からの位置検出信号、電流検出用の抵抗７６の両端の電圧信号等が伝達されるが、モータフラットケーブル１００を介して伝達される信号線はこれらだけに限られずに、その他の信号線やグランド線が含まれる。

図８は、本発明の実施例に係る電動工具１のインバータ回路基板１０と制御回路基板９との接続構成を示す斜視図である。モータフラットケーブル１００は複数本の配線を有するフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）で構成することができる。モータフラットケーブル１００はフレキシブルプリント基板で構成されている。フレキシブルプリント基板は、厚み数十μｍ程度のフィルム状の絶縁体（ベースフィルム）の上に接着層を形成し、その上に厚み数十μｍ程度の導体箔を形成して接続線としたものであり、薄くて変形可能な配線部品として広く用いられている。

制御回路基板９は、図９では図示していないがスイッチフラットケーブル９０を介してスイッチ基板７とも接続される。スイッチフラットケーブル９０も同様にＦＰＣにて構成することができる。制御回路基板９には電源線６３ａ、６３ｂの一端が接続され、電源線６３ａ、６３ｂの他端はスイッチ基板７に接続される。電源線６３ａはプラス用であり、電源線６３ｂはマイナス用である。

モータフラットケーブル１００の両端は、それぞれコネクタ（１３０、１４０）によって制御回路基板９及びインバータ回路基板１０に接続される。インバータ回路基板１０には小型コネクタ１３０（第１のコネクタ）が設けられ、制御回路基板９には超小型コネクタ１４０（第２のコネクタ）が設けられる。図８から理解できるように小型コネクタ１３０の横方向の幅は、超小型コネクタ１４０の幅よりも大きく、そのため小型コネクタ１３０に接続されるモータフラットケーブル１００の幅ｄ１は、超小型コネクタ１４０に接続されるモータフラットケーブル１００の幅ｄ２よりも広くなる。このような形状を実現するためにモータフラットケーブル１００は、矢印ａ付近において幅が変わるような形に形成される。

図９は図８のモータフラットケーブル１００の詳細構造を示すための部分拡大図である。制御回路基板９に配置される超小型コネクタ１４０は、接点１４３−１から接点１４３−２４まで２４本の接点を有する２４極コネクタである。超小型コネクタ１４０は、レバー１４２と、レバー１４２の回動を保持するとともに基板にハンダ付け等で固定される部分たるハウジング１４１により構成される。ハウジング１４１のモータフラットケーブル１００と接点と接する部分には、モータフラットケーブル１００に設けられた電極と同じ本数の図示しないコンタクト（接点）が形成される。本実施例では、超小型コネクタ１４０には２４本のコンタクトが形成され、それぞれが、接点１４３−１〜１４３−２４に接続される。レバー１４２はハウジング１４１の段差部分により回動可能であって、レバー１４２の最大の平面がハウジング１４１と平行になった際にモータフラットケーブル１００に押圧力を与えて安定して保持する。

一方、インバータ回路基板１０に固定される小型コネクタ１３０は、レバー１３２と、レバー１３２の回動によりモータフラットケーブル１００を挟み込むハウジング１３１により構成される。ハウジング１３１のモータフラットケーブル１００と接点と接する部分には、モータフラットケーブル１００に設けられた電極と同じ本数のコンタクト（図示せず）が形成される。本実施例では、小型コネクタ１３０には２０本のコンタクトが形成された２０極コネクタであり、それぞれのコンタクトが、引き出し線１３３−１〜１３３−２０に接続される。レバー１３２はハウジング１３１の段差部分により回動可能であって、レバー１３２の最大の平面がハウジング１４１と垂直になった際にモータフラットケーブル１００に押圧力を与えて安定して保持する。

本実施例では小型コネクタ１３０（第１のコネクタ）と超小型コネクタ１４０（第２のコネクタ）の有するコンタクトの極数が異なる。つまり、超小型コネクタ１４０の２４極は小型コネクタ１３０の２０極に比べて多くなるように構成される。そのため、本実施例のモータフラットケーブル１００の形状が独特なように構成される。即ち、制御信号は接点１４３−１と接点１４３−２と接点１４３−３とで同じ信号のやり取りを行っており、接点１４３−２２と接点１４３−２３と接点１４３−２４でも同じ信号のやり取りを行っている。この接続状態を実現するために、モータフラットケーブル１００において、平行に伸びる接続線のうち隣接するいずれかの接続線（１０１〜１０３、及び、１４３−２２〜２４）の間隔が導体箔で連結され、接続線１０１ａ、１２４ａとなる。残りの接続線は順次接続され、接続線１０４は引き出し線１３３−２に接続され、接続線１０５は引き出し線１３３−３に接続され、順次同様にして接続線１２１が引き出し線１３３−１９に接続される。引き出し線１３３−１９は連結部分から細く伸びる引き出し線１２４ｂに接続される。引き出し線１３３−１は連結部分から細く伸びる引き出し線１０１ｂに接続される。

通常、超小型のコネクタ（１４０）を用いると、レバー１４２の大きさも必然的に小さくなりＦＰＣを挟み込む力が小さくなる。そのため電動工具１の使用時の挙動や振動により、最外部の接点１４３−１及び１４３−２４とモータフラットケーブル１００が電気的に離れてしまう恐れがある。そこで本実施例では、必要な信号線（２０本）よりも多い２４極の超小型コネクタ１４０を用い、側面部分の信号線を多重に（冗長的に）接続するようにした。図９では、接続線１０１〜１０３が接合された状態で連結された配線たる連結線１０１ａを経由して、小型コネクタ１３０の引き出し線１３３−１に接続される。同様に、接続線１２２〜１２４が接合された状態で連結線１２４ａ、１２５ｂを経由して、小型コネクタ１３０の引き出し線１３３−２０に接続される。

このような接続を実現するために、両端部を除いた領域で互いに連結されて幅の広くなった接続線部分（１０１ａ、１２４ａ）が形成される。つまり、フレキシブルプリント基板内において接続線１０１〜１２５のうち、１０１ａで示すように平行に伸びる接続線１０１〜１０３の間隔部分の大部分を導線部（導体箔）で埋めるように構成した。同様に、接続線１２２〜１２５の間隔部分の大部分を１２４ａのように導線部（導体箔）で埋めるように構成した。このように構成することにより、従来用いていたよりもさらにコンパクトな超小型コネクタ１４０を用いても最外部のコンタクト部分の接合不良によるトラブルを効果的に防止でき、特に電気的に離れやすい両端の接点部分を安定して接続できるので、複数の電子回路基板を接続する信号線の信頼性を向上させることが可能となった。

さらに、図９で示すようにモータフラットケーブル１００内で接続線同士を電気的に結合させることで、図８に示す超小型コネクタ１４０と小型コネクタ１３０の極数が異なるように構成する事が可能となる。モータフラットケーブル１００は、矢印ｂ付近で横幅が狭くなり、矢印ａ付近において超小型コネクタ１４０とほぼ同じ幅となる。このようにモータフラットケーブル１００の幅を小型コネクタ１３０との接合部付近以外では狭く構成したので、信号線本数を変換したり互いにサイズのことなるコネクタを用いることが可能となった。通常、フレキシブルプリント基板は導体箔の配置にその形状や配線の自由度が高いので、比較的安価なコストで本実施例の第１〜第３線、第２１〜２４線を相互に連結した形状を実現することができる。

尚、本実施例では超小型コネクタ１４０が２４極であるのに対し、小型コネクタ１３０を２０極としているが、超小型コネクタ１４０の極数ｎが、小型コネクタ１３０の極数ｍよりも大きく構成すれば、この関係はｎ：ｍ＝２４：２０だけに限られない。例えば、ｎ：ｍ＝２２：２０程度であっても本発明の効果を十分達成することができる。また、その場合は、コネクタの幅の狭い方にあわせてフラットケーブルの接続線を連結させるように構成すれば良い。さらに、ｎ：ｍが等しい場合、例えば２２：２２であっても側面部の２線を連結させて１線と使用すれば、実質的に２０極コネクタとして使用できるとともに、最外部のコンタクト部分の接合不良によるトラブルを効果的に防止できる。

さらに、ｎ：ｍ＝２４：２０の接続において、平行な接続線を連結させる代わりに、接続線１０３〜１２２だけを用いて超小型コネクタ１４０と小型コネクタ１３０を接続するようにしても良い。この場合、超小型コネクタ１４０の両側の２つの接点１４３−１、２、２３、２４を使わないことになる。両側の接点１４３−１と１４３−２４を使わないことにより、モータフラットケーブル１００の両側部分が超小型コネクタ１４０と離合する場合が起こりえたとしても導通性能は変わらず、伝達される信号には影響を及ぼさないので、電動工具の信頼性を向上させることができる。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施例では、インバータ回路基板１０と制御回路基板９を接続するモータフラットケーブル１００に本発明を適用したが、これだけに限られずに、制御回路基板９とスイッチ基板７の間の接続に用いられるスイッチフラットケーブル９０に適用しても良い。また、本発明が適用される電動工具は、上述したインパクト工具だけに限られずにその他の任意の電動工具であっても良い。

また、上述の実施例ではフラットケーブルの両端の極数ｎ：ｍをｎ＞ｍの関係にしたが、ｎ＝ｍとして、一部の隣接する接続線を連結させて、両側部分の接点を多重化するように構成しても良い。さらに、一部の接続線の連結は、平行に伸びる接続線の間隔部分を導線部で埋めるだけでなく、平行に伸びる接続線の間隔部分を詰めて両方の接続線が接合されるように構成しても良い。

１ 電動工具 ２ バッテリパック ２ａ 延在部
２ｂ リリースボタン ３ モータ ３ａ 回転子
３ｂ 固定子 ４ 回転軸 ６ ハウジング
６ａ 胴体部 ６ｂ ハンドル部 ６ｃ バッテリ保持部
６ｄ−１、６ｄ−２ 仕切り壁 ７ スイッチ基板
８ トリガスイッチ ８ａ トリガ操作部 ９ 制御回路基板
１０ インバータ回路基板 １１ スイッチング素子 １２ ＬＥＤライト
１３ａ 空気取入口 １３ｂ 空気排出口 １４ 正逆切替レバー
１５ スリーブ １６ａ メタル １６ｂ ベアリング
１７ａ、１７ｂ ベアリング １８ 冷却ファン
１９ａ ネジ １９ｂ ネジボス ２０ 減速機構
２１ インナカバー ２２ ハンマケース ３０ 打撃機構
３１ 遊星キャリヤ組立体 ３２ アンビル ３２ａ 装着穴
３６ 空間 ３９ 接合部 ４１ 基台
４１ａ 電源端子保持部 ４１ｂ 通信端子保持部 ４１ｃ 開口部
４１ｄ 貫通穴 ４２ プラス端子 ４３ ＬＤ端子
４４ マイナス端子 ４５ バッテリ収容室 ４６ ソケットカバー
４６ａ 平板部 ４６ｂ 支持部 ４６ｃ 手部
４６ｅ 傘状部 ４７ 通信端子 ４７ａ コネクタ基板
４７ｂ 通信用コネクタ ４８ リード線 ４９ ネジ
５２ モード切替スイッチ ５８ モード表示ＬＥＤ ６２ 電源線
６３ 電源線 ７１ マイコン ７２ プログラム格納部
７３ 制御信号出力回路 ７４ 回転子位置検出回路 ７５ 回転数検出回路
７６ 抵抗 ７８ 回転位置検出素子 ７９ 電流検出回路
８０ モータフラットケーブル ８１ 印加電圧設定回路
８２ 回転方向設定回路 ８３ モード設定回路
９０ スイッチフラットケーブル １００ モータフラットケーブル
１０１〜１２４ 接続線 １０１ａ 連結接続線
１２４ａ 連結接続線 １３０ 小型コネクタ
１３１ ハウジング １３２ レバー
１３３−１〜２０ 引き出し線 １４０ 超小型コネクタ
１４１ ハウジング １４２ レバー
１４３−１〜２４ 接点

Claims (9)

1. 動力伝達機構を介して先端工具を駆動するモータと、
   前記モータの回転制御を行う回路を搭載する複数の回路基板と、
   これらを収容するハウジングを有する電動工具であって、
   前記回路基板は複数の信号線と、前記信号線と前記回路基板を接続するコネクタを介して接続され、
   前記複数の信号線のうち一部の信号線について、一つの信号線に対して複数のコネクタ接点が割り当てられることを特徴とする電動工具。
2. 前記複数の信号線は、フレキシブルプリント基板により構成されることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
3. 前記フレキシブルプリント基板の両端は前記回路基板のそれぞれに設けられた第１のコネクタ及び第２のコネクタに接続され、
   前記第２のコネクタの極数ｎは、前記第１のコネクタの極数ｍよりも等しいか多くした（ｎ≧ｍ）ことを特徴とする請求項２に記載の電動工具。
4. 前記第２のコネクタの複数の極からの信号線がまとめられて前記第１のコネクタの１つの極に接続されることを特徴とする請求項３に記載の電動工具。
5. フレキシブルプリント基板内において、平行に伸びる接続線のうち隣接するいずれかの接続線が連結されることを特徴とする請求項４に記載の電動工具。
6. 前記連結は、平行に伸びる前記接続線の間隔部分の大部分をすべて導線部で埋めることを特徴とする請求項５に記載の電動工具。
7. 一つの信号線に対して複数のコネクタ接点が割り当てられる前記コネクタ接点の位置は前記第２のコネクタの両端部分に配置されることを特徴とする請求項６に記載の電動工具。
8. 前記第１のコネクタは第２のコネクタよりも広い幅を有し、
   前記フレキシブルプリント基板の前記第１のコネクタに装着される端部の幅ｄ１は、前記第２のコネクタに装着される端部の幅ｄ２よりも大きいか等しくする（ｄ１≧ｄ２）ことを特徴とする請求項７に記載の電動工具。
9. 前記複数の制御基板は、マイコンを搭載する制御回路基板と、前記モータを駆動するインバータ回路が搭載されるインバータ回路基板であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の電動工具。

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