JP2008187764A - モータ及びインパクト回転工具 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの小型化、軽量化を実現しながら、非常に簡便な構成にてモータの慣性モーメントを増加させる。
【解決手段】回転軸１１及び回転軸１１に固定された磁気回路部材１４を有する回転子１５と、磁気回路を有する固定子１９と、回転軸１１に固定された冷却ファン３０とを備え、冷却ファン３０は、主面３１ｓを回転軸１１の回転方向へ向け、回転軸１１を中心として放射状に回転子１５の磁気回路部材１４外形よりも大きくなるように延びた複数枚の羽３１Ａを有し、回転軸１１に直交するように固定され、回転子１５の磁気回路部材１４外形よりも大きな形状の板状部材７０を設けることで実現する。
【選択図】図４

Description

本発明は、モータの小型化と回転子の充分な慣性モーメントの確保とを実現するモータ及びそのモータを搭載したインパクト回転工具に関する。

磁石の高性能化や工法革新に伴い、モータの小型化、軽量化が促進されている。例えば、モータにより回転されるハンマにより、回転方向への打撃（インパクト）を与えることにより得られる衝撃トルクで先端に取り付けられたビットを回転させ、ボルトやナット、あるいはネジなどの締め付け作業に用いるインパクト回転工具においても、ユーザの使用感を高めるために、上述したような小型化、軽量化されたモータを搭載することが要求されている。

しかしながら、モータの小型化、軽量化を実現しようとした場合、モータにおいて大きな重量を占める回転子の鉄心部分を小型化して軽量化することが求められてしまう。この鉄心部分を軽量化すると回転子の質量が減少したことにより、回転子の慣性モーメントが減少してしまうことになる。したがって、上述したようなインパクト回転工具に、小型化、軽量化を優先して慣性モーメントを減少させてしまったモータを搭載すると、大きな衝撃トルクを得ることができないため、工具としての性能を低下させてしまうといった問題があった。

そこで、モータに装備された冷却ファンに着目し、冷却ファンの寸法を変えることで慣性モーメントを増大させる手法が考案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開昭６３−３０５７３３号公報

しかしながら、特許文献１で開示されている手法では、冷却ファンのファン支持主板、側板の径寸法、ないしその厚さ寸法を変えることで慣性モーメントを増大調整するようにしているため、冷却ファン自体の寸法を変えるという大幅な設計変更を強いられるため構造の複雑化、設計工程の長期化、長期化にともなう製造コストの増大などを招来してしまうといった問題がある。

そこで、本発明は、上述したような問題を解決するために案出されたものであり、モータの小型化、軽量化を実現しながら、非常に簡便な構成にてモータの慣性モーメントを増加させることができるモータ及びそのモータを搭載したインパクト回転工具を提供することを目的とする。

本発明のモータは、回転軸及び前記回転軸に固定された磁気回路部材を有する回転子と、磁気回路を有する固定子と、前記回転軸に固定された冷却ファンとを備え、前記冷却ファンは、主面を前記回転軸の回転方向へ向け、前記回転軸を中心として放射状に前記回転子の磁気回路部材外形よりも大きくなるように延びた複数枚の羽を有し、前記回転軸に直交するように固定され、前記回転子の磁気回路部材外形よりも大きな形状の板状部材を設けることで、上述の課題を解決する。

また、本発明のモータは、前記板状部材に、前記冷却ファンの回転により引き起こされる空気の流れを通過させる開口部を形成することで、上述の課題を解決する。

また、本発明のモータは、前記板状部材に、所定の磁束を発生する前記回転子の回転角度検出用磁石を設け、前記回転角度検出用磁石の近傍に前記固定子と同様に固定された磁気センサを備え、前記回転子とともに前記板状部材が回転することで変化する前記回転角度検出用磁石が発生する磁束を前記磁気センサによって検出することで、前記回転子の回転制御に用いる回転角度を検出することで、上述の課題を解決する。

さらに、本発明のモータは、前記板状部材に、前記回転子の回転角度検出用開口部を形成し、前記板状部材に形成された前記回転角度検出用開口部を挟むように、それぞれ前記固定子と同様に固定された光源と、前記光源から発光される光を前記回転角度検出用開口部を介して受光する光センサとを備え、前記回転子とともに前記板状部材が回転することで変化する前記光源から発光される光の光量を前記光センサによって検出することで、前記回転子の回転制御に用いる回転角度を検出することで、上述の課題を解決する。

本発明のインパクト回転工具は、主動側回動部材と従動側回動部材とを有し、前記従動側回動部材に加わる負荷トルクが小さい状態では、前記主動側回動部材と前記従動側回動部材とが一体化して回動し、負荷トルクが大きくなると前記主動側回動部材と前記従動側回動部材とが一旦分離した後、復帰手段によって再び一体化されるように構成され、前記復帰手段によって再び一体化される際に、前記主動側回動部材から前記従動側回動部材に対して、主動側回動部材の回動に伴う慣性力によって衝撃的に駆動トルクを印加するインパクト回転工具において、前記主動側回動部材を回動させる請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のモータを搭載することで、上述の課題を解決する。

本発明によれば、モータの回転子の磁気回路部材の外形よりも大きな形状の板状部材を設けることで、磁気回路部材の鉄心の質量を増す場合と比較して小さい質量で、つまり、モータを小型化、軽量化したまま慣性モーメントを容易に増加することを可能とする。

また、本発明によれば、板状部材に開口部を形成することで、板状部材の設置自由度が高くなるとともに、冷却ファンの冷却効果を良好に保つことができる。

また、本発明によれば、慣性モーメントを向上させる目的で設けた板状部材を利用して回転角度を検出できるため、検出専用の別部材を固定子に別途設ける必要がないため、設置スペースの有効利用を図ることを可能とする。

さらに、本発明によれば、小型化、軽量化を実現しながら、非常に簡便な構成にて慣性モーメントを増加させたモータをインパクト回転工具に搭載することができる。したがって、インパクト回転工具自体も小型化、軽量化されることでユーザの使用感を高めるとともに、充分な衝撃トルクを与えることができ、工具としての高い性能を発揮することを可能とする。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

まず、図１を用いて、本発明の実施の形態として示すインパクト回転工具１について説明をする。図１は、インパクト回転工具１の主要構成部を示した透過図である。

図１に示すように、インパクト回転工具１は、主要構成部を搭載した工具本体部２と、工具本体部２へ電源供給する充電池を搭載したバッテリ部３からなる。工具本体部２は、モータ本体１０と、モータ本体１０を冷却する冷却ファン３０と、減速機４０と、衝撃トルク発生機構であるインパクトブロック５０と、ビット６０と、板状部材７０とを備えている。インパクト回転工具１は、トリガスイッチ４を引くことで、バッテリ部３からモータ本体１０へと電源が供給されモータ本体１０を回転させる。そして、モータ本体１０の回転力が、回転軸１１を介して減速機４０で適当な速度に減速された後、インパクトブロック５０にて衝撃トルクに変換されてビット６０に伝達されてネジ締めトルクとなる。

ここで、衝撃トルク発生機構であるインパクトブロック５０について説明をする。衝撃トルク発生機構は、基本的には、主動側回動部材と従動側回動部材とを有し、従動側回動部材に加わる負荷トルクが小さい状態では、主動側回動部材と従動側回動部材とが一体化して回動し、負荷トルクが大きくなると主動側回動部材と従動側回動部材とが一旦分離した後、復帰手段によって再び一体化されるように構成され、復帰手段によって再び一体化される際に、主動側回動部材から従動側回動部材に対して、主動側回動部材の回動に伴う慣性力によって衝撃的に駆動トルクを印加する機構である。

図１に示すインパクト回転工具１のインパクトブロック５０は、上述した主動側回動部材としてハンマ５１を、従動側回動部材としてアンビル５２を、復帰手段としてスプリングを用いた構成となっている。

図２（ａ）に示すように、ハンマ５１は、出力軸５５側の面に突出した打撃部５１ａを備えた略円筒形状の部材であり、図示しない鋼球を内包したカム機構を介して駆動軸５４に回転自在に外嵌している。ハンマ５１は、このカム機構により駆動軸５４に対し、相対的な軸方向の移動及び軸周り方向の移動が規制されている。図２（ａ）に示すように、ハンマ５１は、バネ５３により出力軸５５側に付勢されている。

図２（ａ）に示すように、アンビル５２は、出力軸５５と連結された輪状の基部５２ａと、基部５２ａから外周側に突出する被打撃部５２ｂとを備えた部材であり、通常時、軸方向において、この被打撃部５２ｂがハンマ５１の打撃部５１ａと重なる位置に配設されている。これにより、ハンマ５１が回転した際、ハンマ５１の打撃部５１ａがアンビル５２の被打撃部５２ｂを打撃することで衝撃トルクを発生させる。

図２（ｂ）に示すように、ボルトやナットなどが装着される出力軸５５側の負荷（トルク）が小さい状態では、駆動軸５４の回転力が、図示しないカム機構を介してハンマ５１に伝達され、さらにハンマ５１の打撃部５１ａとアンビル５２の被打撃部５２ｂとの係合を介して出力軸５５に伝達される。

図２（ｃ）に示すように、出力軸５５にかかる負荷が大きくなると、ハンマ５１が駆動軸５４に対して相対的に回転し、このとき図示しないカム機構の誘導によりハンマ５１がバネ５３の付勢力に抗してモータ本体１０側に移動（後退）し、ハンマ５１の打撃部５１ａとアンビル５２の被打撃部５２ｂとの係合が外れる。そして、打撃部５１ａが、被打撃部５２ｂを乗り越えると、バネ５３の付勢力によってハンマ５１が図示しないカム機構の誘導により出力軸５５側に移動する。

その後、図２（ｄ）に示すように、ハンマ５１の回転により再びハンマ５１の打撃部５１ａがアンビル５２の被打撃部５２ｂに衝撃的に係合し、この被打撃部５２ｂに回転方向の衝撃を与える。衝撃トルク発生機構であるインパクトブロック５０は、以上のような動作を繰り返すことで、衝撃トルクをビット６０に伝達する。

このように、インパクトブロック５０として、ハンマ５１、アンビル５２を用いるタイプを採用しているが、本発明はこれに限定されることなく、衝撃トルク発生機構として、例えば、磁力や摩擦力を利用するタイプ、ねじ機構を用いるタイプなど様々なタイプの衝撃トルク発生機構を利用することができる。

続いて、図３、図４を用いて、モータ本体１０と冷却ファン３０と板状部材７０とからなるモータについて説明をする。図３は、モータ本体１０と冷却ファン３０と板状部材７０とからなるモータの全体像を示した斜視図であり、図４は、図３に示す回転軸１１の中心を通過するように切断した縦断面図である。

図３、図４に示すように、モータ本体１０は、いわゆるブラシレスモータであり回転子１５と、固定子１９とを備えている。

回転子１５は、回転軸１１と、回転軸１１に接着または圧入などにより固定された鉄心１２及びこの鉄心１２内に挿入され磁界を発生する永久磁石１３とからなる磁気回路部材１４とを備えている。回転子１５は、回転軸１１の軸受けであるボールベアリング２０Ａ、２０Ｂにより回転軸１１周りに回転自在に保持される。回転子１５近傍には、回転子１５の位置を検出するための図示しないホール素子が設けられている。

固定子１９は、鉄心１６と、鉄心１６にコイル枠１７を介して巻回した複数のコイル１８とを備えている。この鉄心１６と、コイル１８とによって固定子１９には、磁気回路が形成される。

このようなモータ本体１０は、図示しない制御回路によって、図示しないホール素子からの位置検出信号に基づいて、固定子１９のコイル１８への通電をスイッチング制御することにより、回転子１５の回転角度に応じた連続的なトルクを発生するように回転子１５を回転させる。

なお、上述したようにモータ本体１０は、ブラシレスモータであるが、本発明は、このようなモータの種別に限定されるものではない。

続いて、冷却ファン３０について説明をする。図４に示すように冷却ファン３０は、回転子１５の回転軸１１に接着または圧入などにより固定されており、回転子１５とともに回転軸１１周りに回転自在に保持されており、回転子１５に伴って回転することで、回転子１５の磁気回路部材１４や固定子１９を冷却する。

図３、図４に示すように、冷却ファン３０は、主面３１ｓを回転軸１１の回転方向へと向け、回転軸１１と固定されている内周部３１Ｂから回転軸１１を中心に放射状に延びた複数枚の羽３１Ａを有している。図３、図４に示すように、この羽３１Ａは、回転子１５の磁気回路部材１４の外形形状よりも大きくなるように延びている。冷却ファン３０は、樹脂（例えば、ポリアミド（ナイロン）、約１．１ｇ／ｃｍ^３）などで形成することができる。

このような形状の複数枚の羽３１Ａを有する冷却ファン３０が回転すると、図５の矢印Ａで示すように空気が流れる。具体的には、冷却ファン３０が回転すると、回転軸１１に沿って磁気回路部材１４を通過するように空気を引き込み、最終的に、冷却ファン３０の外周方向へ向けて吐き出すような空気の流れを引き起こす。このような空気の流れを引き起こすことで、回転子１５の磁気回路部材１４や固定子１９を冷却した空気を、インパクト回転工具１の筐体外へと容易に排出することができる。

次に、板状部材７０について説明をする。図４に示すように板状部材７０は、回転子１５の回転軸１１に接着または圧入などにより回転軸１１に直交するように固定され、回転子１５とともに回転軸１１周りに回転自在に保持されている。

図３、図４に示すように、板状部材７０は、モータ本体１０を介して冷却ファン３０と反対側の位置に設けられている。板状部材７０は、回転子１５の磁気回路部材１４の外形よりも大きな形状となっている。

図６（ａ）、（ｂ）は、図４で示した板状部材７０の正面方向から視認した概略正面図と、側面方向から視認した概略側面図である。一般に、慣性モーメントは、質量×半径の２乗で表される。したがって、モータ本体１０の回転子１５の磁気回路部材１４の外形よりも大きな形状の板状部材７０を設けることで、磁気回路部材１４の鉄心１２の質量を増す場合と比較して小さい質量で、つまり、モータ本体１０を小型化、軽量化したまま慣性モーメントを容易に増加することができる。

図６に示すように、板状部材７０は、慣性モーメントを向上させるため円板状となっているが、外周形状を変形させて多角形としてもよい。

また、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、板状部材７０に複数の開口部７０Ａを形成して、冷却ファン３０の回転により引き起こされる空気の流れを良好に通過させるようにしてもよい。これにより、板状部材７０により慣性モーメントを向上させながら、冷却ファン３０によるモータ本体１０を冷却する冷却効果を良好に保つことができる。このように、板状部材７０に開口部７０Ａを形成する場合、図４に示すように、モータ本体１０と冷却ファン３０の間の位置である位置Ｐなどに板状部材７０を配置することができる。このように、板状部材７０に開口部７０Ａを形成することで、板状部材７０の設置自由度が高くなるとともに、冷却ファン３０の冷却効果を良好に保つことができる。したがって、インパクト回転工具１の筐体の設計自由度も高くなる。

続いて、回転軸１１に固定させた板状部材７０を利用して、モータ本体１０の回転子１５の回転制御に用いる回転角度を検出することについて説明をする。

［板状部材７０に回転角度検出用磁石を設ける場合］
図８（ａ）、（ｂ）に示すように、板状部材７０の一方主面７０ａに回転角度検出用磁石７１を接着により貼り付けると、固定子１９と同様に固定したホールセンサなどの磁気センサ７２により、モータ本体１０の回転子１５の回転制御に用いる回転角度を検出することができる。

磁気センサ７２は、回転子１５とともに板状部材７０が回転することで変化する回転角度検出用磁石７１が発生する磁束を検出することで、回転子１５の回転制御に用いる回転角度を検出することができる。

これにより、慣性モーメントを向上させる目的で設けた板状部材７０を利用して回転角度を検出できるため、検出専用の別部材を固定子１９に別途設ける必要がないため、設置スペースの有効利用を図ることができる。また、モータ本体１０と離れた位置に設けた板状部材７０を介して、磁気センサ７２を設置することができるため、モータ本体１０で発生する熱による磁気センサ７２への影響を回避でき、良好なセンサ検出を実現することができる。

なお、図８に示す例では、回転角度検出用磁石７１を、板状部材７０と同等の大きさとして４分割した領域に交互に異なる磁極を設けているが、本発明はこれに限定されるものではなく、分割数をさらに増やして回転角度を検出する分解能を高めるようにしてもよいし、磁気センサ７２が設置された位置にだけ対応するように回転角度検出用磁石７１を設けるようにしてもよい。

［板状部材７０に回転角度検出用開口部を形成する場合］
図９（ａ）に示すように、板状部材７０に、例えば、当該板状部材７０の外周近傍に外周に沿うような円弧形状の回転角度検出用開口部７３を２箇所に形成する。さらに、図９（ｂ）に示すように、この回転角度検出用開口部７３を挟むように、光源７４と、光源から発光される光を回転角度検出用開口部７３を介して受光する光センサ７５とを、それぞれ固定子１９と同様に固定設置することで、モータ本体１０の回転子１５の回転制御に用いる回転角度を検出することができる。

光センサ７５は、回転子１５とともに板状部材７０が回転することで変化する光源７４から発光される光の光量を検出することで、回転子１５の回転制御に用いる回転角度を検出することができる。

これにより、慣性モーメントを向上させる目的で設けた板状部材７０を利用して回転角度を検出できるため、検出専用の別部材を固定子１９に別途設ける必要がないため、設置スペースの有効利用を図ることができる。また、モータ本体１０と離れた位置に設けた板状部材７０近傍に光源７４、光センサ７５を設置することができるため、モータ本体１０で発生する熱による各素子への影響を回避でき、良好なセンサ検出を実現することができる。

なお、図９に示す例では、板状部材７０の外周近傍に外周に沿うような円弧状の回転角度検出用開口部７３を２箇所に形成しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、回転角度検出用開口部７３の形状や数を変化させてより高い分解能で回転角度を検出できるようにしてもよい。

このように、本発明の実施の形態として示すインパクト回転工具１は、小型化、軽量化を実現しながら、非常に簡便な構成にて慣性モーメントを増加させたモータを搭載することができる。したがって、インパクト回転工具１自体も小型化、軽量化されユーザの使用感を高めるとともに、充分な衝撃トルクを与えることができるため、工具としての高い性能を発揮することができる。

なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

本発明の実施の形態として示すインパクト回転工具について説明するための図である。 衝撃トルク発生機構について説明するための図である。 モータ本体、冷却ファン、板状部材について説明するための斜視図である。 モータ本体、冷却ファン、板状部材について説明するための縦断面図である。 冷却ファンの回転による空気の流れを示した図である。 板状部材について説明するための図である。 板状部材に空気を通過させる開口部を設けた様子を示した図である。 板状部材に回転角度検出用磁石を設け、回転角度を検出することについて説明するための図である。 板状部材に回転角度検出用開口部を形成し、回転角度を検出することついて説明するための図である。

符号の説明

１ インパクト回転工具
１０ モータ本体
１１ 回転軸
１２ 鉄心
１３ 永久磁石
１４ 磁気回路部材
１５ 回転子
１６ 鉄心
１７ コイル枠
１８ コイル
１９ 固定子
３０ 冷却ファン
３１Ａ 羽
３１Ｂ 内周部
３１ｓ 主面
７０ 板状部材
７０Ａ 開口部
７１ 回転角度検出用磁石
７２ 磁気センサ
７３ 回転角度検出用開口部
７４ 光源
７５ 光センサ

Claims (5)

1. 回転軸及び前記回転軸に固定された磁気回路部材を有する回転子と、
   磁気回路を有する固定子と、
   前記回転軸に固定された冷却ファンとを備え、
   前記冷却ファンは、主面を前記回転軸の回転方向へ向け、前記回転軸を中心として放射状に前記回転子の磁気回路部材外形よりも大きくなるように延びた複数枚の羽を有し、
   前記回転軸に直交するように固定され、前記回転子の磁気回路部材外形よりも大きな形状の板状部材を設けること
   を特徴とするモータ。
2. 前記板状部材に、前記冷却ファンの回転により引き起こされる空気の流れを通過させる開口部を形成すること
   を特徴とする請求項１記載のモータ。
3. 前記板状部材に、所定の磁束を発生する前記回転子の回転角度検出用磁石を設け、
   前記回転角度検出用磁石の近傍に前記固定子と同様に固定された磁気センサを備え、
   前記回転子とともに前記板状部材が回転することで変化する前記回転角度検出用磁石が発生する磁束を前記磁気センサによって検出することで、前記回転子の回転制御に用いる回転角度を検出すること
   を特徴とする請求項１記載のモータ。
4. 前記板状部材に、前記回転子の回転角度検出用開口部を形成し、
   前記板状部材に形成された前記回転角度検出用開口部を挟むように、それぞれ前記固定子と同様に固定された光源と、前記光源から発光される光を前記回転角度検出用開口部を介して受光する光センサとを備え、
   前記回転子とともに前記板状部材が回転することで変化する前記光源から発光される光の光量を前記光センサによって検出することで、前記回転子の回転制御に用いる回転角度を検出すること
   を特徴とする請求項１記載のモータ。
5. 主動側回動部材と従動側回動部材とを有し、
   前記従動側回動部材に加わる負荷トルクが小さい状態では、前記主動側回動部材と前記従動側回動部材とが一体化して回動し、負荷トルクが大きくなると前記主動側回動部材と前記従動側回動部材とが一旦分離した後、復帰手段によって再び一体化されるように構成され、
   前記復帰手段によって再び一体化される際に、前記主動側回動部材から前記従動側回動部材に対して、主動側回動部材の回動に伴う慣性力によって衝撃的に駆動トルクを印加するインパクト回転工具において、
   前記主動側回動部材を回動させる請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のモータを搭載したインパクト回転工具。

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