JP7360600B2 - ブロワー - Google Patents

Description

本発明は、ブラシレスモータを備えたブロワーに関する。

精密機器のメンテナンス作業において、気体を噴射して塵埃を吹き飛ばすエアダスターが用いられている。エアダスターとして、沸点が低い内容物が充填された使い捨てのダスター缶や、周囲の空気を吸引して圧縮する電動式のブロワーが知られている（例えば、特許文献１参照）。電動式のブロワーには、ダスター缶と比べていくつかの利点がある。

例えば、ダスター缶の場合、噴射した内容物の気化熱によって缶が冷えるため、内容物が残っていても内圧が下がって連続して使用できないことがある。電動式のブロワーの場合、そのような制限がないため連続して使用できる。

例えば、ダスター缶の場合、内容物を使い切ったときに備えて、予備の缶を持ち歩き、使用済みの缶を持ち帰る必要がある。持ち帰った缶に孔をあけて廃棄する手間もかかる。電動式のブロワーであれば、携行する予備品は、ダスター缶よりも小さい予備バッテリでよい。充電して繰り返しバッテリを使用できるため、使い捨てのダスター缶よりも環境負荷が小さい。

例えば、ダスター缶の場合、内容物として主流のＤＭＥ（ジメチルエーテル）が可燃性であるため、火気がある場所や静電気が発生しやすい場所では大量に使用できない。不燃性の炭酸ガスのみが充填されたＤＭＥを含まないダスター缶もあるが、高価で不経済である。また、炭酸ガスは温室効果が大きいため、環境負荷の観点から放出量を減らしたい。ブロワーの場合、噴射するのは周囲の空気である。

実開平６－７７８７３号公報

しかるに、電動式のブロワーは、ノズルから吐出する風量がバッテリの残量に左右されやすい。ノズルから勢いよくエアを噴射しないと塵埃を吹き飛ばすことができないため、モータを所定の速度で回すことができなくなった時点でエアダスターとしては使い勝手が悪くなる。電動式のブロワーの場合、モータをゆっくりと回す程度にバッテリが残っていても風量が足りないため、予備のバッテリと交換する必要がある。

バッテリの残量に風量を左右されにくくするため、ブラシモータに代えてブラシレスモータをブロワーに搭載し、バッテリの残量が減っても回転数が下がらないようにモータの動作を制御することが考えられる。しかるに、ブラシレスモータには、バッテリの電圧を印加するタイミングを決定するスイッチング素子が必要である。

ブラシレスモータは、スイッチング素子が発熱の影響を受けやすいため、ブラシモータと比べて高温環境下で使用しにくい。ブロワーは、空気を断熱圧縮する圧縮機を備えている。圧縮機はモータよりも発熱量が大きいため、なおさらスイッチング素子と組み合わせにくい。本発明は、そのような課題を解決し、高出力で長時間の使用が可能なブロワーを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るブロワーは、圧縮された空気を吹き出す。ブロワーは、圧縮機と、ブラシレスモータと、バッテリと、スイッチング素子と、ハウジングと、を備えている。圧縮機は、空気を圧縮する。ブラシレスモータは、圧縮機を駆動する。バッテリは、ブラシレスモータを駆動する電圧を印加する。スイッチング素子は、バッテリの電圧を印加するタイミングを決定する。ハウジングは、圧縮部が収容された本体部と、該本体部から突出したグリップ部と、を有している。圧縮機は、本体部に収容されている一方、スイッチング素子は、グリップ部に配置されている。

この態様によれば、ブラシレスモータを制御するスイッチング素子が、圧縮機から離間しているため、圧縮機の発熱の影響を受けにくい。バッテリが満充電に近ければ通電時間を短くし、バッテリの残量が減ってくると通電時間を長くするように、スイッチング素子がタイミングを決定できるため、バッテリの残量に左右されずにブラシレスモータの回転数を一定にできる。高出力で長時間の使用が可能なブロワーを提供することができる。

上記態様において、グリップ部の端部に設けられ、バッテリが取り付けられるバッテリ取付け部と、スイッチング素子及びブラシレスモータを接続する動力線と、をさらに備えていてもよい。スイッチング素子は、バッテリ取付け部に設けられ、動力線は、グリップ部の長手方向に沿って延在していてもよい。

この態様によれば、動力線の長さの分、スイッチング素子をブラシレスモータから離間して配置できる。ブロワーの小型化が進んでも、グリップ部だけは作業者が把持しやすいようにある程度の長さが確保される。動力線の長さは、グリップ部の長手方向の範囲内で自由に設計できるため、ブラシレスモータの発熱の影響を受けにくい位置までスイッチング素子を遠ざけることができる。

上記態様において、バッテリ取付け部は、バッテリに電気的に接続されるバッテリ接続端子が設けられたバッテリ接続基板を備えていてもよい。スイッチング素子は、バッテリ接続基板上に実装されていてもよい。

この態様によれば、バッテリ接続端子が設けられていた既存のバッテリ接続基板にスイッチング素子を実装するため、スイッチング素子専用の基板を新たに用意してブロワーに搭載する必要がない。つまり、スイッチング素子を実装するために基板の枚数を増やさなくてもよいため、部品点数を抑えてブロワーを小型軽量に構成できる。

上記態様において、ブラシレスモータ及びスイッチング素子を冷却する冷却ファンをさらに備えてもよい。

この態様によれば、冷却ファンによって積極的に冷却し、スイッチング素子の温度上昇を抑制できる。

上記対応において、圧縮機とスイッチング素子とは、冷却ファンを挟んで互いに反対側に位置していてもよい。

この態様によれば、冷却ファンにおいて空気の流れが変わる。圧縮機からスイッチング素子へ向かう熱の移動が冷却ファンによって妨げられるため、スイッチング素子が圧縮機の発熱の影響を受けにくい。

本発明によれば、高出力で長時間の使用が可能なブロワーを提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態のブロワーの一例を示す斜視図である。 図２は、図１に示されたブロワーの内部構造を示す断面図である。 図３は、図２に示された圧縮機を示す斜視図である。 図４は、図３に示された伝達機構を示す斜視図である。 図５は、図４に示されたクランクシャフトを分解して示す斜視図である。 図６は、図２に示されたバッテリ接続基板の一例を示す斜視図である。 図７は、本発明の一実施形態の第１の変形例を示す左側面図である。 図８は、本発明の一実施形態の第２の変形例を示す断面図である。

添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。ハンディタイプのブロワー１は、本体部１１から突出したグリップ部１２を有している（図１参照）。本体部１１に収容された圧縮機５０（図３乃至図５参照）は、空気を断熱圧縮するため発熱量が大きい。

本発明のブロワー１は、ブラシレスモータ３０のスイッチング素子３４が、本体部１１ではなく、グリップ部１２に配置されていることが特徴の一つである（図２参照）。圧縮機５０からの影響を受けにくいグリップ部１２にスイッチング素子３４が配置されるため、ブラシレスモータ３０を搭載して、高出力で長時間の使用が可能なブロワー１を提供できる。

スイッチング素子３４は、グリップ部１２の下端部に設けられたバッテリ接続基板２２に実装されることが好ましい（図６参照）。既存のバッテリ接続基板２２にスイッチング素子３４を実装すれば、部品点数を抑えてブロワー１を小型軽量に構成できる。なお、スイッチング素子３４が実装された新規の回路基板２９をグリップ部１２に追加してもよい（図７及び図８参照）。以下、図１から図８を参照して各構成について詳しく説明する。

図１は、本発明の一実施形態のブロワー１の一例を示す斜視図である。図１に示すように、ブロワー１は、バッテリ２０で駆動するハンディタイプである。ブロワー１のハウジング１０はＬ字状やＴ字状に形成され、本体部１１と、本体部１１から突出したグリップ部（把持部）１２と、を有している。ブロワー１は、グリップ部１２に設けられたトリガ１３を引くと、本体部１１の先端に装着されたノズル１４から圧縮空気を噴射する。

図示した例では、ブロワー１がバッテリ２０を着脱可能に構成されている。グリップ部１２の突出端（下端）１２Ｅ及びその近傍を含む部分（下端部）には、バッテリ２０を取り付けるためのバッテリ取付け部２１が設けられている。なお、バッテリ２０がバッテリ取付け部２１から取り外せない状態でグリップ部１２に内蔵されるようにブロワー１を構成してもよい。

図２は、図１に示されたブロワー１の内部構造を示す断面図である。図２に示すように、ブロワー１は、前述したハウジング１０及びバッテリ２０に加えて、圧縮機５０と、ブラシレスモータ３０と、伝達機構４０と、をさらに備えている。バッテリ２０は、ブラシレスモータ３０を駆動する電圧を印加する。前述したバッテリ取付け部２１は、バッテリ接続基板２２を備えている。バッテリ接続基板２２には、バッテリ２０に電気的に接続されるバッテリ接続端子２４が設けられている。

圧縮機５０は、周囲の空気を吸引して圧縮する。図示した例では、圧縮機５０が往復式の圧縮機として構成されている。なお、圧縮機５０の圧縮方式は、往復式に限定されず、他の方式であってもよい。圧縮機５０については、図３及び図４を参照して後で詳しく説明する。

ブラシレスモータ３０は、圧縮機５０を駆動し、伝達機構４０は、ブラシレスモータ３０の駆動力を圧縮機５０に伝達する。図示した例では、伝達機構４０が、ブラシレスモータ３０の回転運動をピストン５２の往復運動に変換して伝達する。伝達機構４０については、図３乃至図５を参照して後で詳しく説明する。

ブラシレスモータ３０は、円柱状に形成されたモータコアと、モータコアを収容するモータハウジング３１と、モータコアに電気的に接続された制御部と、を備えている。モータコアは、ステータ（固定子）３２と、ロータ（回転子）３３と、を含んでいる。制御部は、バッテリ２０の電圧を印加するタイミングを制御してステータ３２に対してロータ３３を回転させる。

制御部には、バッテリ２０の電圧を印加するタイミングを決定するスイッチング素子３４が含まれている。本発明のブロワー１では、圧縮機５０が本体部１１に収容されている一方、スイッチング素子３４がグリップ部１２に配置されている。スイッチング素子３１については、図６乃至図８を参照して後で詳しく説明する。モータハウジング３１の外周面には、モータ接続端子３５が設けられている。スイッチング素子３４は、動力線２５を介してモータ接続端子３５に電気的に接続されている。

図示した例では、ブラシレスモータ３０が、ステータ３２の内側でロータ３３が回転するインナーロータ型のブラシレスＤＣモータとして構成されている。なお、ブラシレスモータ３０は、インナーロータ型に限定されず、アウターロータ型であってもよい。ロータ３３は、例えば、円柱状に形成されたロータコア（回転子鉄心）と、該ロータコアの外周面に固定された複数の永久磁石と、を備えている。

ステータ３２は、例えば、ロータ３３の回転方向に沿って並べられた複数のボビンを備えている。各々のボビンには、マグネットワイヤ（巻線用電線）が巻回されている。ステータ３２は、マグネットワイヤの磁束の通り道となるステータコア（固定子鉄心）をさらに備えていてもよい。各々のマグネットワイヤは、相互に結線されてモータ接続端子３５に接続されている。ステータ３２には、ロータ３３の回転角を検出するホール素子等の回転角センサが設けられている。なお、回転角センサは、エンコーダ等であってもよいし、レゾルバ等であってもよい。回転角センサを省略し、ロータ３３の回転によって発生する誘起電圧の波形から回転角を検出してもよい。

ロータ３３の回転中心には、ブラシレスモータ３０の駆動力を出力する出力シャフト３６が固定されている。図示した例では、出力シャフト３６が、グリップ部１２の長手方向（上下方向）に沿って延在し、ロータ３３を貫通している。モータハウジング３１には、出力シャフト３６を支持するベアリング３７が付設されている。図示した例では、ベアリング３７がロータ３３を挟んで上下一対で配置され、ステータ３２の中心とロータ３３の回転軸とを一致させている。

図３は、図２に示された圧縮機５０を示す斜視図である。図３に示すように、圧縮機５０は、円筒状のシリンダ５１を備えている。シリンダ５１は、前述したグリップ部１２の長手方向に交差する方向に延在している。シリンダ５１の内部には、後述するピストン５２等が収容されている。シリンダ５１の先端には、漏斗状のシリンダヘッド５３が取り付けられている。シリンダ５１とシリンダヘッド５３との間には、吐出弁５５（図２に示す）が介装されている。吐出弁５５は、シリンダ５１内が塵埃を吹き飛ばす作業に適した圧力以上になるまで、シリンダ５１とシリンダヘッド５３との間の流路を閉止する。

伝達機構４０は、クランクケース４１と、クランクケース４１に収容されたクランクシャフト４２と、を備えている。クランクシャフト４２の一部を構成するクランクギヤ４４は、ブラシレスモータ３０のモータギヤ３８と噛合している。図示した例では、圧縮機５０のシリンダ５１が伝達機構４０のクランクケース４１と一体構造物として構成されている。

図４は、図３に示された伝達機構４０を示す斜視図である。前述したクランクケース４１には、図４に示すように、ベアリング４７が付設されている。ベアリング４７は、クランクシャフト４２を回転可能に支持している。伝達機構４０は、前述したクランクケース４１及びクランクシャフト４２に加えて、コネクティングロッド（連桿）４３をさらに備えている。

コネクティングロッド４３は、クランクシャフト４２のクランクアーム４６と圧縮機５０のピストン５２とを連結している。クランクアーム４６に固定されたクランクピン４６１は、コネクティングロッド４３を揺動可能に支持している。ピストン５２には、吸入弁（逆止弁）５４が付設されている。吸入弁５４は、前述したシリンダ５１に流入する空気を通過させ、シリンダ５１から流出する空気を遮断する。

図５は、図４に示されたクランクシャフト４２を分解して示す斜視図である。図５に示すように、クランクシャフト４２は、前述したクランクギヤ４４及びクランクアーム４６に加えて、クランクギヤ４４の回転軸に沿って延在するクランクジャーナル４５をさらに備えている。

図示した例では、クランクジャーナル４５の一方の端部が、回り止めのＤカット面（平面取り）を有し、クランクギヤ４４の回転中心を貫通している。クランクアーム４６は、クランクジャーナル４５の他方の端部に固定されている。前述したクランクピン４６１は、クランクアーム４６の回転中心から偏心したピンボス４６２に挿通されている。

本発明のブロワー１は、ブラシレスモータ３０のモータハウジング３１やスイッチング素子３４を冷却する冷却ファン４８を備えていてもよい。図示した例では、冷却ファン４８は、クランクギヤ４４と一体成形されている。再び図２を参照して説明する。図２に示すように、圧縮機５０は、冷却ファン４８の上方に位置している。スイッチング素子３４は、冷却ファン４８の下方に位置している。圧縮機５０とスイッチング素子３４とは、冷却ファン４８を挟んで互いに反対側に位置している。

図６は、図２に示されたバッテリ接続基板２２の一例を示す斜視図である。図６に示すように、バッテリ接続基板２２には、バッテリ２０に電気的に接続されるバッテリ接続端子２４が取り付けられている。図示した例では、バッテリ接続基板２２及びバッテリ接続端子２４が、樹脂材料等の絶縁性材料から深皿状に形成されたブラケット２３に収容されている。ブラケット２３には樹脂が充填されていることが好ましい。充填された樹脂が、ブラケット２３内に収容されたバッテリ接続基板２２等を覆うことで、バッテリ接続基板２２の防水及び防塵性を確保できる。

図示した例では、スイッチング素子３４が、バッテリ接続基板２２上に実装されている。スイッチング素子３４をバッテリ接続基板２２に配置し、バッテリ接続基板２２を樹脂で封止すれば、スイッチング素子３４の防水及び防塵性を容易に高めることができる。前述したブラシレスモータ３０の制御部は、スイッチング素子３４に加えて、他の制御素子３９をさらに備えていてもよい。制御素子３９は、スイッチング素子３４とともにバッテリ接続基板２２に実装されていてもよい。スイッチング素子３４等が増えても、既存のバッテリ接続基板２２に実装すれば、後述する新規の回路基板２９を追加する必要がない。部品点数を抑えて、ブロワー１を小型軽量に構成できる。

ただし、スイッチング素子３４の配置は、バッテリ接続基板２２上に限定されない。図７は、本発明の一実施形態の第１の変形例を示す左側面図である。図７に示された変形例のように、バッテリ取付け部２１に新規の回路基板２９を追加し、回路基板２９にスイッチング素子３４を実装してもよい。図示した例では、回路基板２９が、バッテリ接続基板２２に接続されている。バッテリ接続基板２２と回路基板２９とを並べて配置し、バッテリ接続基板２２を樹脂で封止すれば、回路基板２９及び該回路基板２９上に実装されたスイッチング素子３４の防水及び防塵性を容易に高めることができる。

図８は、本発明の一実施形態の第２の変形例を示す断面図である。図８に示された変形例のように、突出端１２Ｅのバッテリ取付け部２１とは異なる部分に新規の回路基板２９を追加し、回路基板２９にスイッチング素子３４を実装してもよい。グリップ部１２において、例えばトリガ１３の近傍は、突出端１２Ｅの近傍に比べてスペースに余裕がある。図７及び図８に示された変形例によれば、レイアウト設計の自由度を高めることができる。

以上のように構成された本発明の一実施形態及びその変形例のブロワー１によれば、図２に示されたように、ブラシレスモータ３０を制御するスイッチング素子３４が、圧縮機５０から離間しているため、圧縮機５０の発熱の影響を受けにくい。バッテリ２０の残量が減っても、スイッチング素子３４がブラシレスモータ３０の回転数を一定にするようにタイミングを決定でき、高出力で長時間の使用が可能なブロワー１を提供することができる。

スイッチング素子３４は、図２に示されたように、グリップ部１２の下端部のバッテリ取付け部２１に配置され、グリップ部１２に架設された動力線２５でブラシレスモータ３０と接続されている。動力線２５の長さの分、スイッチング素子３４をブラシレスモータ３０から遠ざけることができるため、ブラシレスモータ３０の発熱の影響を抑制できる。とりわけ、図６に示されたように、スイッチング素子３４を既存のバッテリ接続基板２２上に実装すれば、部品点数を抑えてブロワー１を小型軽量に構成できる。

圧縮機５０とスイッチング素子３４とは、図２に示されたように、冷却ファン４８を挟んで互いに反対側に位置している。これにより、冷却ファン４８によって積極的に冷却し、スイッチング素子３４の温度上昇を抑制できる。圧縮機５０からスイッチング素子３４へ向かう熱の移動を冷却ファン４８によって妨げることができる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

１…ブロワー、１０…ハウジング、１１…本体部、１２…グリップ部、１２Ｅ…突出端、１３…トリガ、１４…ノズル、２０…バッテリ、２１…バッテリ取付け部、２２…バッテリ接続基板、２３…ブラケット、２４…バッテリ接続端子、２５…動力線、２９…追加の回路基板、３０…ブラシレスモータ、３１…モータハウジング、３２…ステータ、３３…ロータ、３４…スイッチング素子、３５…モータ接続端子、３６…出力シャフト、３７…ベアリング、３８…モータギヤ、３９…制御素子、４０…伝達機構、４１…クランクケース、４２…クランクシャフト、４３…コネクティングロッド、４４…クランクギヤ、４５…クランクジャーナル、４６…クランクアーム、４７…ベアリング、４８…冷却ファン、５０…圧縮機、５１…シリンダ、５２…ピストン、５３…シリンダヘッド、５４…吸入弁、５５…吐出弁、４６１…クランクピン、４６２…ピンボス。

Claims (3)

1. 圧縮された空気を吹き出すブロワーであって、
   空気を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機を駆動するブラシレスモータと、
   前記ブラシレスモータを駆動する電圧を印加するバッテリと、
   前記バッテリの電圧を印加するタイミングを決定するスイッチング素子と、
   前記圧縮機が収容された本体部及び該本体部から突出したグリップ部を有したハウジングと、
   前記ブラシレスモータ及び前記スイッチング素子を冷却する冷却ファンと、を備え、
   前記圧縮機は、前記本体部に収容されている一方、
   前記スイッチング素子は、前記圧縮機及び該圧縮機に接続されて配置される前記ブラシレスモータと離間するように前記グリップ部に配置され、
   前記圧縮機と前記スイッチング素子とは、前記冷却ファンを挟んで互いに反対側に位置している、
   ブロワー。
2. 前記グリップ部の端部に設けられ、前記バッテリが取り付けられるバッテリ取付け部と、
   前記スイッチング素子及び前記ブラシレスモータを接続する動力線と、をさらに備え、
   前記スイッチング素子は、前記バッテリ取付け部に設けられ、
   前記動力線は、前記グリップ部の長手方向に沿って延在している、
   請求項１に記載のブロワー。
3. 前記バッテリ取付け部は、前記バッテリに電気的に接続されるバッテリ接続端子が設けられたバッテリ接続基板を備え、
   前記スイッチング素子は、前記バッテリ接続基板上に実装されている、
   請求項２に記載のブロワー。

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