JP4852237B2 - 電動工具 - Google Patents
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Description
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、電動工具の駆動モータが備える固定子ヨークの内周面に、確実にマグネットを配設する技術を提供することを目的とする。
上記課題を達成するため、各請求項記載の発明が構成される。
請求項1に記載の発明によれば、駆動モータと先端工具を有する電動工具が構成される。
駆動モータは、回転子と、回転子が回転可能に内方に配設される固定子とを備えている。この固定子には、固定子ヨークと、固定子ヨークの内周面に周方向に沿って設けられて回転子を回転駆動するための磁界を発生するマグネットが配設されている。
また、先端工具は、回転子の回転駆動によって所定の加工作業を遂行する。
「固定子ヨーク」は、固定子ヨークとして組み立てられた後に回転子を内方に配設可能な形状のものを広く包含し、典型的には、固定子ヨークは組み立てられた後の形状が両端開放の略円筒形状となる。
「駆動モータ」としては、固定子ヨークの内周面に周方向に沿ってマグネットが配設される構成を有するモータを広く包含する。典型的には、直流モータ、交流整流子モータがこれに該当する。
なお、マグネットは予め着磁されている場合、配設された後に着磁される場合を含む。
また、本発明における「電動工具」は、打撃作業、穴開け作業、締付け作業に用いられる作業工具、切断作業や切削作業あるいは研削作業や研磨作業に用いられる作業工具等、駆動モータを駆動源とする電動式の作業工具を広く包含する。
マグネットは、固定子ヨークの内周面に配設された後に、マグネット配設位置において、固定子ヨークの内周面の全周に渡って配設されていればよい。したがって、マグネットを固定子ヨークに配設する態様としては、マグネットが固定子ヨークの内周面に沿った外周面を有するリング状マグネットとして構成され、これを固定子ヨークに挿入して配設する態様、固定子ヨークの内周面の一部に沿った面を有する複数のマグネット(全てのマグネットを合わせると、固定子ヨークの内周面に沿った外周面を形成する。)を固定子ヨークに挿入して配設する態様を含む。なお、マグネットがリング状マグネットの場合、マグネットの挿入方法としては、外径が固定子ヨークの内径とほぼ等しいリング状マグネットを固定子ヨークに挿入することができる方法を用いればよく、圧入、焼き嵌め、冷やし嵌め等種々の方法を用いることができる。
なお、「固定子ヨーク径方向の凹部」は、固定子ヨークの内周面とマグネットの外周面が当接していない窪みとして、固定子ヨーク側に設けられていてもよいし、マグネット側に設けられていてもよい。また、双方で形成されるように構成されていてもよい。
また、マグネットの磁極の数、「固定子ヨーク径方向の凹部」の数、凹部の形状、軸方向の長さは、駆動モータの仕様に応じて適宜選択される。したがって、凹部は、マグネットの磁極が切り替わる位置全てにおいて設けられていてもよいし、一部に設けられていてもよい。
一般的に、固定子ヨークの内周面にマグネットを固着するためには、固定子ヨークの内周面やマグネットの外周面に接着剤が塗布される。
本発明の、「径方向の凹部」は、マグネットの外周面と固定子ヨークの内周面を接着する接着剤の接着剤溜まりとして用いることができる。したがって、マグネットを固定子ヨークに挿入したものの接着剤が足りない場合、例えば、リングマグネットを固定子ヨークに圧入する荷重が少ない場合、この凹部に接着剤を追加注入することで、マグネットを確実に固定子ヨークの内周面に配設することができる。また、凹部は、マグネットを固定子ヨークに挿入する際に、余った接着剤をここに収容することができる。これにより、接着剤がマグネットからはみ出し難い。
したがって、本発明の電動工具によれば、電動工具の駆動モータが備える固定子ヨークの内周面に、確実にマグネットを配設することができる。
本発明の電動工具によれば、マグネットの磁極が切り替わる位置の、固定子ヨークとマグネットとの間に、径方向の凹部を設けているので、マグネットの異極間の(磁気回路が電機子を経由しない)短絡状の磁束の発生を防止することができる。したがって、本発明の電動工具では、さらに、マグネットの磁束ロスを低減することができる。
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の電動工具において、固定子ヨークは、略リング形状の鋼板を、固定子ヨーク軸方向へ積層して形成し、鋼板は、鋼板相互を結合するカシメ部を有し、カシメ部が設けられた位置の固定子ヨークの内周面に、径方向の凹部が設けられている。
「カシメ部」は、これによって、鋼板相互を結合することができる構成であればよく、典型的には、鋼板の厚み方向に設けられた凹状部あるいは凸状部として構成される。カシメ部が凹状部の場合には、当該鋼板の凹状部に、隣りの鋼板のカシメ部の凹状部の裏側、すなわち凸状部が嵌合される。このようにして、複数の鋼板が固定子ヨークの軸方向に積層され固定子ヨークが構成される。このカシメ部が設けられた位置の固定子ヨークの内周面は、鋼板相互をカシメ部でかしめることにより固定子ヨーク径方向の膨らみが生じ易い。このため、ここで固定子ヨークの内径が小さくなり、マグネットを固定子ヨークに挿入し難い場合があった。
本発明の電動工具によれば、固定子ヨークについてカシメ部が設けられた位置の内周面に径方向の凹部が設けられているので、鋼板相互をかしめることによる固定子ヨークの内周面の膨らみが生じ難い。したがって、マグネットを容易に固定子ヨークに挿入して配設することができる。
請求項3に記載の発明によれば、凹部は、前記マグネットの磁束ロスの低減に用いられるとともに、前記マグネットの外周面と前記固定子ヨークの内周面とを接着する接着剤の接着剤溜まりとして用いられる。
請求項4に記載の発明では、請求項1〜3のいずれかに記載の電動工具において、固定子ヨークは、プレスで打ち抜かれることにより厚み方向の一方側にバリを有する略リング形状の鋼板を、バリを一方向に揃えて固定子ヨーク軸方向へ積層して筒状に形成する。そして、マグネットは、固定子ヨーク軸方向につき、積層された鋼板のバリのない方向から、固定子ヨークの内方に挿入して、固定子ヨークの内周面に配設する。
一般的に、「鋼板」はプレス機で打ち抜かれて形成される、そして、その際、鋼板の、プレス機の鉛直方向下方に配置されていた側には、プレス機で鋼板が厚み方向に若干押し潰されることによりバリが形成される。
本発明の電動工具によれば、マグネットを挿入する方向については、各鋼板にバリがないのでマグネットを挿入し易く、反対方向には各鋼板にバリがあるので、マグネットが固定子ヨークに挿入された後に、バリが障害となりマグネットが抜け難い。
請求項5に記載の発明では、請求項1〜4のいずれかに記載の電動工具において、固定子ヨークは、両端開放の筒状に形成されている。そして、固定子ヨーク軸方向の一端側の、少なくとも固定子ヨークの内周面の周方向の一部に、固定子ヨーク径方向の中心側に突出する突出部材を設ける。これによって、マグネットを固定子ヨークの内方に挿入して固定子ヨークの内周面に配設する際に、マグネットの挿入が突出部材により停止される。
「突出部材」は、固定子ヨークの内周面について全周に渡って設けられていてもよいし、周方向の一部に設けられていてもよい。また、突出部材は、複数の突出部が結合されて構成されることにより、固定子ヨークの一端側にバーが渡っているような形状としてもよい。
また、「突出部材」は、固定子ヨークの一端側に設けられていればよく、必ずしも、端部に設けられていなくてもよい。
なお、「突出部材」の高さ(固定子ヨークの内周面からの高さ)は、前記した「径方向の凸部」とは相違し、「突出部材」が設けられた位置でマグネットの固定子ヨークの内方への挿入が停止される程度の高さに設定される。
本発明の電動工具によれば、駆動モータの組み立て時に、作業者がマグネットを固定子ヨークの内方に挿入する際、マグネットが挿入方向に抜け落ちることを防止することができる。これにより、作業者の組み立て作業が容易になる。
また、マグネットを固定子ヨークに挿入する際、マグネットと固定子ヨークを接着する接着剤をマグネットの外周面や固定子ヨークの内周面に塗布するが、この接着剤が、突出部材が配設された側から垂れるのを防止することができる。
また、突出部材が設けられた側では、突出部材により、固定子ヨーク軸方向にマグネットの磁束が漏れる量が減少し、マグネットの磁束を有効に用いることができる。
以下に本発明の一実施の形態につき、図1〜図3に基づいて説明する。
本実施の形態では、本発明の「電動工具」の一例として電動式(充電式)のインパクトドライバ100について説明する。また、本実施の形態では、インパクトドライバ100に設けられた駆動モータが備える固定子ヨークの内周面に、マグネットを配設するのに有用な凹部が設けられている場合について説明する。
図1は、第1の実施の形態に係るインパクトドライバ100の全体構成を概略的に示す一部破断の側断面図である。図2は、インパクトドライバ100の駆動モータの概略構成を示す断面図である。図3には、インパクトドライバ100に設けられた駆動モータが備える固定子ヨークと固定子ヨークの内周面に配設されたマグネットの断面図を示す。
本体部101は、モータハウジング103、ギアハウジング105およびハンドグリップ107から構成されている。モータハウジング103内には、駆動モータ121が収容されている。駆動モータ121は、本発明における「駆動モータ」に対応する。
ハンドグリップ107には、駆動モータ121の電源スイッチを投入操作するトリガ125が設けられている。
ギアハウジング105内には、駆動モータ121の出力軸122の回転を適宜減速するための遊星ギア装置からなる減速機構111、減速機構111によって回転駆動されるスピンドル112、当該スピンドル112からボール113を伝達部材として回転駆動されるハンマー114、およびハンマー114によって回転駆動されるアンビル115が配置されている。ハンマー114はスピンドル112の長軸方向に相対的に移動可能とされ、圧縮コイルスプリング116によってアンビル115側に向けて付勢されている。なお、アンビル115の先端は、ギアハウジング105の先端から突出しており、この突出された先端部にドライバビット109が着脱自在に取り付けられる。
一方、締め付けトルクが大きくなり、所定の高負荷状態となった際には、ハンマー114は圧縮コイルスプリング116に抗してアンビル115から離れる方向へと後退したのち、圧縮コイルスプリング116の付勢力によって衝撃的な回転トルクを伴いつつアンビル115に係合し、当該アンビル115を経てドライバビット109に大きな締め付けトルクを発生させる。なお、インパクトドライバの作動原理自体は、周知の技術事項に属するため、その詳細な構成作用の説明は、便宜上省略する。
出力軸122は、一端(後端、すなわち図2に示す左端)がモータハウジング103に軸受123を介して回転自在に支持され、他端側(減速機構111側、すなわち図2に示す右側)がギアハウジング105に軸受124を介して回転自在に支持されている。なお、出力軸122、電機子133、整流子137によって回転子が構成されている。
固定子135には、略円筒形状の固定子ヨーク135aと、マグネット200が設けられている。マグネット200は、固定子ヨーク135aの内周面に周方向に沿って配設され、フィールド磁界を発生する。
固定子ヨーク135aは、薄板状の鋼板35aが固定子ヨーク135aの軸方向に積層されて構成されている。
各鋼板35aは、プレス機にて図3に示す略リング形状に打ち抜かれている。各鋼板35aには、略リング形状の周方向について、中心角にして90度ずつずれた4箇所の位置にカシメ部10が設けられている。カシメ部10は、鋼板の厚み方向(図3に示す奥行き方向、すなわち、鋼板35aが積層された固定子ヨーク135a軸方向)に凹状に構成される。したがって、鋼板35a同士が積層される際には、この凹状部に、隣りの(図3に示す鋼板35aの前方の)鋼板のカシメ部の裏側、すなわち凸状部が嵌合される。このようにして、各カシメ部10で各鋼板35aがかしめられる。
また、鋼板35aには、各カシメ部10と略リング形状の中心とを結んだ線上の位置の内周面に、径方向の凹部20が設けられている。径方向の凹部20は、鋼板35aの外径が44mm、内径が37mmの場合には、深さが0.1mm(固定子ヨーク135a径方向の寸法)および幅3.5mm(周方向の寸法)程度に形成される。
このように打ち抜かれた鋼板35a同士を、上記したようにカシメ部10でかしめ積層することで、略円筒形状の固定子ヨーク135aが形成される。これにより、各鋼板35aに設けられた径方向の凹部20が連続し、固定子ヨーク135aの内周面に、固定子ヨーク135a軸方向の4箇所の溝が形成される。
リングマグネットは、着磁されていないマグネット部材210の状態で、固定子ヨーク135aの内方に圧入される。固定子ヨーク135aの内周面には接着剤が塗布されている。したがって、マグネット部材210は、接着剤により内周面に接着されて固定される。この際、マグネット部材210を固定子ヨーク135aに圧入する荷重が少なく、マグネット部材210が固定子ヨーク135aの内周面に固定され難い場合、固定子ヨーク135aの径方向の凹部20に接着剤を追加注入して確実に固定する。
そして、マグネット部材210は、径方向の凹部20が設けられている位置で4領域に分割され、対向する2領域の内周面側がそれぞれ同極(N極、あるいはS極)となるように着磁され、マグネット200とされる。
本実施の形態の「マグネット部材210」および「マグネット200」は、本発明の「マグネット」に対応する。
したがって、本実施の形態によれば、マグネット部材210を確実に固定子ヨーク135aの内周面に配設することができる。
また、マグネット部材210を固定子ヨーク135aに挿入する際に、余った接着剤を凹部20に収容することができる。これにより、接着剤がマグネット部材210からはみ出し難い。
次に第2の実施の形態を、図4を用いて説明する。
本実施の形態の固定子ヨーク135bを形成する各鋼板35bには、1箇所に径方向の凸部30が設けられている。径方向の凸部30は、鋼板35aの外径が44mm、内径が37mmの場合には、高さが0.1mm(固定子ヨーク135b径方向の寸法)および幅3mm(周方向の寸法)程度に形成される。このように打ち抜かれた鋼板35b同士を固定子ヨーク135bの軸方向に積層することで、略円筒形状の固定子ヨーク135bが形成される。これにより、各鋼板35bに設けられた径方向の凸部30が連続し、固定子ヨーク135bの内周面に軸方向に延伸する凸状部が形成される。
鋼板35bが積層されて形成された固定子ヨーク135bは、マグネット部材210よりも硬度が高い。したがって、固定子ヨーク135bの内径とほぼ等しい外径を有するマグネット部材210を固定子ヨーク135bに圧入すると、凸部30によりマグネット部材210の外周面が削られつつ固定子ヨーク135b内周面に配設される。
したがって、本実施の形態によれば、マグネット部材210を確実に固定子ヨーク135bの内周面に配設することができる。
次に第3の実施の形態を、図5を用いて説明する。
本実施の形態の固定子ヨーク135cには、第1の実施の形態で説明した径方向の凹部20(併せて、図3参照)、第2の実施の形態で説明した径方向の凸部30(併せて、図4参照)の少なくとも一方に加え、軸方向についてマグネット部材210を挿入する側の反対側(図5に示す右側)に、ストッパ300が設けられている。
本実施の形態の固定子ヨーク135cを構成する鋼板35cは、ストッパ300が設けられない部分には、内径が[x]の鋼板35cを積層する。また、ストッパ300が設けられる部分には、内径が[x−2a]の鋼板35dを積層する。これにより、固定子ヨーク135cの一端側(図5に示す右側)に、固定子ヨーク135cの径方向中心側に内周面から突出する、高さ[a]のストッパ300が全周にわたって形成される。高さ[a]は、鋼板35aの外径が44mmおよび内径が37mmの場合には、1mm程度とする。
なお、鋼板35cおよび鋼板35dには、プレス機で打ち抜かれた際にプレス機の鉛直方向下方に配置されていた側(厚み方向の一方側)が、プレス機で鋼板が若干厚み方向に押し潰されることによりバリが形成される。本実施の形態の固定子ヨーク135cでは、図5に示すように、バリを一方向に揃えて(図5では、右側にバリを揃えて)積層する。
このように構成した固定子ヨーク135cに、図5の太矢印で示すように、ストッパ300が設けられていない、各鋼板35c,35dのバリの無い側(図5に示す左側)からマグネット部材210を挿入する。そして、固定子ヨーク135cに固定する。
本実施の形態の「ストッパ300」は、本発明の「突出部材」に対応する。
また、マグネット部材210を固定子ヨーク135cの内方に挿入する際、ストッパ300により、挿入したマグネット部材210が挿入方向に抜け落ちることを防止することができる。これにより、作業者の組み立て作業が容易になる。
また、マグネット部材210を固定子ヨーク135cに挿入する際、マグネットと固定子ヨーク135cを接着する接着剤が、ストッパ300が配設された側から(マグネット部材210の挿入方向から)たれるのを防止することができる。
また、ストッパ300が設けられた側では、ストッパ300により、固定子ヨーク135cの軸方向にマグネット200の磁束が漏れるのが防止され、これによって、マグネット200の磁束を有効に用いることができる。
実施の形態では、本発明の電動工具がインパクトドライバ100である場合について説明したが、インパクトドライバ100以外の電動工具にも、本発明を適用することができる。
第1の実施の形態では固定子ヨークの内周面に凹部20が設けられる場合、第2の実施の形態では、固定子ヨークの内周面に凸部30が設けられる場合について説明したが、凹部20と凸部30が両方設けられていてもよい。また、凹部20と凸部30は、連続して設けられていてもよい。例えば、図6に示す固定子ヨーク135eの内周面では、周方向にノコ歯状の凹凸が繰り返し設けられている。このように、径方向の凹部および径方向の凸部が両方設けられている固定子ヨークを有するインパクトドライバでは、上記した径方向の凹部20が設けられる効果および径方向の凸部30が設けられる効果を併せもつ。
また、実施の形態では、インパクトドライバ100の駆動モータ121が備える固定子ヨーク135aの内周面にマグネット部材210を配設する場合について説明したが、回転子の内周面にマグネットが配設されていてもよい。
また、径方向の凹部20や凸部30は、マグネット部材210側に設けられていてもよいし、マグネット部材210及び固定子ヨーク135a双方により構成されていてもよい。
「(態様1)回転子と、前記回転子が回転可能に内方に配設される固定子とを備え、前記固定子には、固定子ヨークと、前記固定子ヨークの内周面に周方向に沿って設けられて回転子を回転駆動するための磁界を発生するマグネットが配設される駆動モータと、
前記駆動モータの回転駆動によって所定の加工作業を遂行する先端工具とを有する電動工具であって、
前記固定子ヨークは、プレスで打ち抜かれることにより厚み方向の一方側にバリを有する略リング形状の鋼板を、前記バリを一方向に揃えて前記固定子ヨーク軸方向へ積層して筒状に形成し、
前記マグネットを前記固定子ヨーク軸方向につき、積層された鋼板のバリのない方向から、前記固定子ヨークの内方に挿入して、固定子ヨークの内周面に配設するように構成することを特徴とする電動工具。」
本態様の電動工具によれば、マグネットを挿入する方向については各鋼板のバリがないのでマグネットを挿入し易く、反対方向には各鋼板のバリがあるので、マグネットが固定子ヨークに挿入された後に、バリが障害となりマグネットが抜け難い。
前記回転子の回転駆動によって所定の加工作業を遂行する先端工具とを有する電動工具であって、
前記マグネットは、前記回転子本体の内周面全周に渡って配設され、
前記回転子本体と前記マグネットとの間には、前記回転子本体径方向の凹部あるいは凸部の少なくとも一方が、前記回転子本体軸方向に延伸して形成されていることを特徴とする電動工具。」
「駆動モータ」としては、このように回転子本体の内周面にマグネットが配設される構成を有するモータを広く包含する。典型的には、スピンドルモータがこれに該当する。
本態様の電動工具によれば、回転子本体の内周面あるいはマグネットの外周面に、回転子径方向の凸部、あるいは径方向の凹部の少なくとも一方が設けられている。
本発明の、「径方向の凹部」は、マグネットの外周面と回転子の内周面を接着する接着剤の接着剤溜まりとして用いることができる。したがって、マグネットを確実に回転子本体の内周面に配設することができる。また、凹部は、マグネットを回転子本体に挿入する際に、余った接着剤をここに収容することができる。これにより、接着剤がマグネットからはみ出し難い。
また、「径方向の凸部」は、マグネットが回転子本体の内周面に配設された際に、マグネットが周方向に回転する障害となり得る。これにより、マグネットと回転子本体の相対的な周方向のずれを防止することができる。
したがって、本発明の電動工具によれば、駆動モータが備える回転子本体の内周面に、確実にマグネットを配設することができる。
「(態様3)回転子と、前記回転子が回転可能に内方に配設される固定子とを備え、
前記固定子には、固定子ヨークと、前記固定子ヨークの内周面に周方向に沿って設けられ前記回転子を回転駆動するための磁界を発生するマグネットとが配設される駆動モータと、
前記回転子の回転駆動によって所定の加工作業を遂行する先端工具とを有する電動工具であって、
前記マグネットは、前記固定子ヨークの内周面全周に渡って配設され、
前記固定子ヨークは、略リング形状の鋼板を前記固定子ヨークの軸方向へ積層して形成し、
前記鋼板は、前記鋼板相互を結合するカシメ部を有し、
前記カシメ部が設けられた位置の前記固定子ヨークと前記マグネットとの間に、前記固定子ヨーク径方向の凹部が形成されていることを特徴とする電動工具。」
本態様の電動工具によれば、固定子ヨークについてカシメ部が設けられた位置の内周面に径方向の凹部が設けられているので、鋼板相互をかしめることによる固定子ヨークの内周面の膨らみが生じ難い。したがって、マグネットを容易に固定子ヨークに挿入して配設することができる。
20 凹部
30 凸部
35a,35b,35c,35d 鋼板
100 インパクトドライバ(電動工具)
133 電機子
135 固定子
135a,135b,135c,135e 固定子ヨーク
200 マグネット
210 マグネット部材
300 ストッパ
Claims (5)
- 回転子と、前記回転子が回転可能に内方に配設される固定子とを備え、
前記固定子には、固定子ヨークと、前記固定子ヨークの内周面に周方向に沿って設けられ前記回転子を回転駆動するための磁界を発生するマグネットとが配設される駆動モータと、
前記回転子の回転駆動によって所定の加工作業を遂行する先端工具とを有する電動工具であって、
前記マグネットは、周方向に複数の磁極を有するとともに、前記固定子ヨークの内周面全周に渡って配設され、
前記マグネットの磁極が切り替わる位置において、前記固定子ヨークと前記マグネットとの間に、前記固定子ヨーク径方向の凹部が前記固定子ヨーク軸方向に延伸して形成され、これにより前記凹部が前記マグネットの磁束ロスの低減に用いられることを特徴とする電動工具。 - 請求項1に記載の電動工具であって、
前記固定子ヨークは、略リング形状の鋼板を、前記固定子ヨーク軸方向へ積層して形成し、
前記鋼板は、前記鋼板相互を結合するカシメ部を有し、
前記カシメ部が設けられた位置の前記固定子ヨークの内周面に、前記固定子ヨーク径方向の凹部が形成されていることを特徴とする電動工具。 - 請求項1に記載の電動工具であって、
前記凹部は、前記マグネットの磁束ロスの低減に用いられるとともに、前記マグネットの外周面と前記固定子ヨークの内周面とを接着する接着剤の接着剤溜まりとして用いられることを特徴とする電動工具。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の電動工具であって、
前記固定子ヨークは、プレスで打ち抜かれることにより厚み方向の一方側にバリを有する略リング形状の鋼板を、前記バリを一方向に揃えて前記固定子ヨーク軸方向へ積層して筒状に形成し、
前記マグネットを、前記固定子ヨーク軸方向につき、積層された鋼板の前記バリのない方向から前記固定子ヨークの内方に挿入して、前記固定子ヨークの内周面に配設するように構成することを特徴とする電動工具。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の電動工具であって、
前記固定子ヨークは、両端開放の筒状に形成し、
前記固定子ヨーク軸方向の一端側の、少なくとも前記固定子ヨークの内周面の周方向の一部に、前記固定子ヨーク径方向の中心側に突出する突出部材が設けられ、
これによって、前記マグネットを前記固定子ヨークの内方に挿入して前記固定子ヨークの内周面に配設する際に、前記マグネットの挿入が突出部材により停止されることを特徴とする電動工具。
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