JP2019004543A - 電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの軽量化を達成する。
【解決手段】ハンマドリル１は、ステータ１０と、ステータ１０に対して回転可能なロータ１１とを含むブラシレスモータ３を備え、ロータ１１は、回転軸１２と、ロータコア１８と、ロータコア１８に固定される永久磁石２１とを含んでなり、ロータコア１８には、空間部（肉盗み３６）が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハンマドリル等の電動工具に関する。

電動工具の駆動源に用いられるモータは、例えば特許文献１に開示されるように、ステータと、ステータに対して回転可能なロータとを有し、ロータは、軸心に位置する回転軸と、回転軸に周囲に配置され、複数の電磁鋼板を積層させてなる筒状のロータコアと、ロータコアの内部に配置される永久磁石とを有している。

特開２０１５−５６９５３号公報

ロータを製造する際、ロータコアに永久磁石を固定するために接着剤を用いると、接着剤が垂れてしまったり、接着剤の収縮等により、永久磁石とロータコアとの接着面にばらつきが生じることがある。このばらつきにより、回転時の遠心力が接着剤を介してロータコアの一部に集中し、ロータコアが早期に破損するおそれがある。
そこで、接着剤に代えて、回転軸とロータコアと永久磁石とを樹脂によって一体化する方法が採用されている。この場合、圧力を加えながら樹脂を流し込むため、永久磁石とロータコアとの接着面を均一にでき、ロータの強度を確保できる。また、回転軸とロータコアとの間に樹脂を介在させることで二重絶縁も可能となる。
しかし、軽量化のためにロータコア内に肉盗みを設けると、成形樹脂が肉盗みの空間内に流れ込むため、肉盗みを設けられず軽量化が達成できない問題があった。

そこで、本発明は、ロータの軽量化を達成できる電動工具を提供することを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、ステータと、ステータに対して回転可能なロータとを含むモータを備え、ロータは、回転軸と、ロータコアと、ロータコアに固定される永久磁石とを含んでなる電動工具であって、
ロータコア及び／又は回転軸には、空間部が形成されていることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、空間部は閉塞されて、回転軸とロータコアと永久磁石とは樹脂により一体化されていることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２の構成において、ロータコアに空間部が形成されて、ロータコアの軸方向で空間部の両端は、ロータコアを形成する電磁鋼板によって閉塞されていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１の構成において、回転軸とロータコアとの間には、鉄より軽い比重の中間部材が介在されていることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項４の構成において、中間部材に空間部が形成されていることを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、ステータと、ステータに対して回転可能なロータとを含むモータを備え、ロータは、回転軸と、ロータコアと、ロータコアに固定される永久磁石とを含んでなる電動工具であって、
回転軸とロータコアとの間には、鉄より軽い比重の中間部材が介在されていると共に、中間部材には、空間部が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、ロータコア及び／又は回転軸、或いは中間部材に空間部が形成されることで、ロータの軽量化を達成できる。

ハンマドリルの縦断面図である。 ロータの説明図で、（Ａ）が正面、（Ｂ）が側面、（Ｃ）が背面をそれぞれ示す。 ロータの説明図で、（Ａ）が縦断面、（Ｂ）が横断面をそれぞれ示す。 変更例のロータの説明図で、（Ａ）が側面、（Ｂ）が縦断面をそれぞれ示す。 変更例のロータの縦断面図である。

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、電動工具の一例であるハンマドリルの縦断面図である。このハンマドリル１は、ブラシレスモータ３を収容する上下方向のモータハウジング２の上方に、出力部５を収容して前方へ延びる出力ハウジング４を備えている。モータハウジング２の下方には、コントローラ７を収容してその下方に２つのバッテリーパック８，８を装着可能なバッテリー装着部６が設けられている。９は、出力ハウジング４の後方からバッテリー装着部６に跨がって上下方向に設けられるハンドルである。

ブラシレスモータ３は、ステータ１０と、ステータ１０の内側にロータ１１を備えたインナロータ型で、ロータ１１の回転軸１２を上向きにした姿勢でモータハウジング２内に収容されている。
ステータ１０は、ステータコア１３と、ステータコア１３の上下に設けられる上インシュレータ１４及び下インシュレータ１５と、上下インシュレータ１４，１５を介してステータコア１３の内側に巻回される複数のコイル１６，１６・・とを有している。下インシュレータ１５の下端には、後述するロータコア１８の永久磁石２１の位置を検出して回転検出信号を出力する回転検出素子（図示略）を搭載したセンサ回路基板１７が固定されている。

ロータ１１は、図２，３に示すように、軸心に位置する回転軸１２と、回転軸１２の周囲に配置されて複数の電磁鋼板１９，１９・・を積層してなる筒状のロータコア１８と、ロータコア１８の内部で同心円上に形成される複数の貫通孔２０，２０・・にそれぞれ挿入される永久磁石２１，２１・・とを有している。各貫通孔２０の周方向の両端には、永久磁石２１の両端を越えて周方向外側に突出する突出空間２０ａ，２０ａがそれぞれ形成されている。２２，２２・・は、電磁鋼板１９のかしめ部で、貫通孔２０，２０・・の内側で周方向に隣接する貫通孔２０，２０間に同心円上に配置されている。
回転軸１２は、下端をモータハウジング２の底部に設けた軸受２３に支持され、上端が出力ハウジング４に設けた軸受２４に支持されて出力ハウジング４内に突出し、上端に形成したピニオン２５が、前後の中間軸２６及びクランク軸２７に設けたギヤ２８，２９とそれぞれ噛合している。また、軸受２４の下側で回転軸１２には、遠心ファン３０が設けられ、その下方でモータハウジング２内にはバッフルプレート３１が設けられている。

また、ロータコア１８の上側で遠心ファン３０との間には、ロータコア１８と同径の円盤状の上スリーブ３２が配置されている。この上スリーブ３２の外周縁には、中間部分よりも軸方向に長くなる短筒部３３が周設されて、下端をロータコア１８の上端面に当接させることで、ロータコア１８との間に空間を形成して、上スリーブ３２の前後に樹脂を射出可能としている。短筒部３３は、中間部分から上下への突出長さを等しくしているので、回転軸１２には上下の方向性を考慮せずに組み付けできる。上スリーブ３２の中心孔の内径は、ロータコア１８の中心孔と略同径となっている。但し、ロータコア１８の中心孔１８ａの形状は円形でなく、図３（Ｂ）に示すように横断面八角形となっている。
一方、ロータコア１８の下側で軸受２３との間には、ロータコア１８よりも小径で且つ外周が永久磁石２１よりも内側に位置する下スリーブ３４が配置されて、ロータコア１８の下端面に当接している。上下スリーブ３２，３４は真鍮製で、上スリーブ３２が永久磁石２１の抜け止め用、下スリーブ３４が、外面切削によるバランス調整用となっている。

このロータ１１は、樹脂により一体化される。成形金型内では、図３（Ａ）に示すように、回転軸１２の最も大径の中間部１２ａの周囲でロータコア１８及び上下スリーブ３２，３４との間に、筒状空間Ｓ１が形成され、上スリーブ３２とロータコア１８との間に、筒状空間Ｓ１と連通する円盤状空間Ｓ２が形成されている。また、上スリーブ３２の上側には、筒状空間Ｓ１と連通する円盤状空間Ｓ３が形成され、貫通孔２０内で永久磁石２１の周囲には、突出空間２０ａ及び円盤状空間Ｓ２と連通する隙間Ｓ４が形成されている。さらに、下スリーブ３４の下側で最も小径の下端部１２ｂの周囲には、筒状空間Ｓ１と連通する円盤状空間Ｓ５が形成されている。これらの空間Ｓ１〜Ｓ５に成形金型内で樹脂３５が、Ｓ５からＳ１、Ｓ１からＳ２及びＳ３、Ｓ２からＳ４の順番に充填されて、回転軸１２、ロータコア１８、永久磁石２１、上下スリーブ３２，３４が一体化される。筒状空間Ｓ１に樹脂３５が充填されても、ロータコア１８の中心孔１８ａが八角形であることで、回転軸１２が滑ることなくロータコア１８と一体化される。特に、樹脂３５が成形される中間部１２ａの外周面には、リング状の上溝１２ｃ及び下溝１２ｄと、上溝１２ｃと下溝１２ｄとの間で両溝に連通する螺旋溝１２ｅとが凹設されて、樹脂３５と回転軸１２との一体化を強固にしている。

図２，３において、３５ａは、回転軸１２の下端部１２ｂの周囲に形成される樹脂３５の下面に凹設される凹み部で、バランス修正を行った際の回転検出（レーザを照射して凹み部３５ａを検出）に用いられる。回転軸１２の下端部１２ｂは、中間部１２ａよりも小径となっているが、凹み部３５ａが形成される下端側の樹脂３５が、ロータコア１８及び下スリーブ３４に上下方向でオーバーラップしているため、回転軸１２に上方への引張力が加わっても下端側の樹脂３５により抜け止めがなされる。

そして、ロータコア１８の内部で貫通孔２０の内側には、図３に示すように、ロータコア１８の軸心と同心円上で４つの円弧状の空間部としての肉盗み３６，３６・・が形成されている。この肉盗み３６は、各電磁鋼板１９に同形状の透孔が形成されることで軸方向に連続した空間となっているが、ここではロータコア１８の軸方向の両端の数枚（２枚）の電磁鋼板１９ａ，１９ａには、透孔が形成されておらず、肉盗み３６の両端が閉塞されている。この両端の閉塞により、ロータ１１を一体成形する場合、樹脂３５が各肉盗み３６に流れ込まないようになっている。

一方、出力部５は、前後方向に延びて回転可能な筒状のツールホルダ４０を有し、ツールホルダ４０の後端に外装したベベルギヤ４１が、中間軸２６の上端に設けたベベルギヤ４２と噛合している。ツールホルダ４０内には、シリンダ４３が差し込み装着されて、シリンダ４３内に設けたピストン４４が、コネクティングロッド４５を介して、クランク軸２７の上端で偏心位置に設けたクランクピン４６と連結されている。
また、シリンダ４３内でピストン４４の前方には、空気室４７を介してストライカ４８が前後移動可能に収容されて、その前方でツールホルダ４０内には、インパクトボルト４９が前後移動可能に収容されている。ここではツールホルダ４０の先端からドリルビット等の先端工具を差し込んだ際には、先端工具の後端がインパクトボルト４９を、シリンダ４３前方の受けリング５０に当接する位置まで後退させて後端をシリンダ４３内に突出させる。５１は、ツールホルダ４０の前端に外装されて先端工具の着脱操作を行う操作スリーブである。

そして、バッテリー装着部６内には、バッテリーパック８，８を左右方向からスライド装着可能な２つの端子台５２，５２が、前後に配置されて、その上方にコントローラ７が収容されている。コントローラ７は、図示しないマイコンやスイッチング素子を搭載した制御回路基板を備えて、バッテリー装着部６の内面に立設された倒コ字状のリブ５３，５３によって前後方向に支持されている。コントローラ７の前方には、ＬＥＤを用いて出力部５の前方を照射するライト５４が設けられ、バッテリー装着部６の前後には、装着されたバッテリーパック８，８の前後を覆うガード板５５，５５が下向きに突出形成されている。
ハンドル９内には、コントローラ７と電気的に接続されるスイッチ５６とコンデンサ５７とが設けられて、スイッチ５６から前方へ突出するプランジャには、スイッチレバー５８が設けられている。

よって、このハンマドリル１においては、ハンドル９を把持した手でスイッチレバー５８を押し込んでスイッチ５６をＯＮ動作させると、バッテリーパック８からブラシレスモータ３への給電がなされて回転軸１２が回転する。すなわち、コントローラ７のマイコンが、センサ回路基板１７の回転検出素子から出力されるロータ１１の永久磁石２１の位置を示す回転検出信号を得てロータ１１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１０の各コイル１６に対し順番に電流を流すことでロータ１１を回転させる。

こうして回転軸１２が回転すると、ギヤ２８を介して中間軸２６が減速して回転し、ベベルギヤ４２，４１を介してツールホルダ４０を先端工具と共に回転させる。同時に、ギヤ２９を介してクランク軸２７が減速して回転し、コネクティングロッド４５を介してピストン４４がシリンダ４３内で往復動し、空気室４７を介してストライカ４８を前後動させる。よって、ストライカ４８がインパクトボルト４９を介して先端工具を打撃する。

また、コントローラ７の左右両側となるバッテリー装着部６の左右の側面には、図示しない吸気口が形成され、遠心ファン３０の左右両側となるモータハウジング２の左右の側面には、図示しない排気口が形成されて、吸気口とブラシレスモータ３との間にコントローラ７が配置されている。よって、回転軸１２の回転に伴う遠心ファン３０の回転により、吸気口から吸い込まれた空気が、まずコントローラ７に接触してコントローラ７を冷却した後、モータハウジング２内を通ってブラシレスモータ３を冷却する。そして、バッフルプレート３１を介して排気口から排出される。

このように、上記形態のハンマドリル１によれば、ロータコア１８には、空間部（肉盗み３６）が形成されているので、ロータ１１の軽量化が達成できる。
特にここでは、空間部（肉盗み３６）は閉塞されて、回転軸１２とロータコア１８と永久磁石２１とが樹脂３５により一体化されていることで、回転軸１２とロータコア１８と永久磁石２１とを樹脂３５で固定しても肉盗み３６が樹脂３５に塞がれることがなく、肉盗み３６を確実に形成できる。
また、ロータコア１８の肉盗み３６の両端は、ロータコア１８を形成する電磁鋼板１９ａによって閉塞されているので、電磁鋼板１９ａ利用して肉盗み３６の閉塞が容易に行える。

なお、肉盗みの横断面形状は上記形態の円弧状に限らず、丸形や三角形、多角形等の他の形状を採用してもよい。また、樹脂による一体化は必須ではなく、ロータコアのみに肉盗みを設けても軽量化は可能である。
さらに、上記形態では、ロータ１１に上下スリーブ３２，３４を設けているが、図４に示すロータ１１Ａのように、上スリーブをなくしてもよい。この場合、回転軸１２とロータコア１８と永久磁石２１とを、鉄より軽い比重の中間部材（例えば樹脂）６０で結合することもできる。この中間部材６０に肉盗み６１を設ければよいが、ロータコア１８に設けてもよいし、両者に設けてもよい。
なお、中間部材６０が樹脂でない場合は、回転軸１２とロータコア１８との間の半径方向の距離Ｄは、絶縁に必要な１ｍｍ以上（好ましくは１．５ｍｍ）設定するのが望ましい。
この変更例においても、回転軸１２とロータコア１８との間に、鉄より軽い比重の中間部材６０を介在させることで、ロータ１１の軽量化が達成できる。特に、中間部材６０に空間部として肉盗み６１を設けたことで、一層の軽量化に繋がる。また、回転軸１２とロータコア１８との空間を広く取れるので、ロータコア１８の内径を回転軸１２の外径に合わせて複数用意する必要がなくなる。

また、図５に示すロータ１１Ｂのように、回転軸６２を中空として内部に空間部６３を形成し、回転軸６２の一方の端部に別体のピニオンシャフト６４を圧入し、他方の端部に軸受２３を圧入することもできる。軸受２３は、モータハウジング２の底部から突出させた支持軸に支持される。
この場合、回転軸６２とロータコア１８、永久磁石２１を樹脂３５で一体成形した後、ロータコア１８を固定した状態で、回転軸６２にピニオンシャフト６４を圧入する工程となるが、一体成形後にロータコア１８と回転軸６２との同軸が取れていない場合は、ピニオンシャフト６４の圧入前に回転軸６２の内面を切削して同軸度の調整を行うことができる。

この変更例においても、回転軸６２に空間部６３を形成することで軽量化が達成できる。
また、長さや歯数が異なるピニオンシャフト６４を製品に合わせて複数用意すれば、ピニオンシャフト６４以外のロータ１１の形状を共通化できるため、ギヤ圧入前のロータ製造工程を共用でき、コスト低減に繋がる。
さらに、回転軸６２の内面を切削することで同軸度を修正できるため、偏心による鉄損増加を防止でき、バランスがよくなって上下スリーブ等のバランス修正部材が不要となる。
そして、回転軸６２を小径にすればロータコア１８との間の径方向の空間を広く取れるので、ロータコア１８の内径を回転軸６２の外径に合わせて複数用意する必要がなくなる。

その他、ブラシレスモータの配置や向きは上記形態に限らず、前向きや斜め向き、左右方向の向きであったりしてもよいし、ブラシレスモータに限らず、他のモータであってもよい。
また、電動工具もハンマドリルに限らず、インパクトドライバやマルノコ等の他の種類であっても本発明によるロータの軽量化は可能である。

１・・ハンマドリル、２・・モータハウジング、３・・ブラシレスモータ、４・・出力ハウジング、５・・出力部、６・・バッテリー装着部、７・・コントローラ、８・・バッテリーパック、１０・・ステータ、１１，１１Ａ，１１Ｂ・・ロータ、１２，６２・・回転軸、１３・・ステータコア、１４・・上インシュレータ、１５・・下インシュレータ、１６・・コイル、１７・・センサ回路基板、１８・・ロータコア、１９，１９ａ・・電磁鋼板、２０・・貫通孔、２１・・永久磁石、２３，２４・・軸受、３２・・上スリーブ、３４・・下スリーブ、３５・・樹脂、３６，６１・・肉盗み、４０・・ツールホルダ、６０・・中間部材、６３・・空間部、６４・・ピニオンシャフト、Ｓ１・・筒状空間、Ｓ２，Ｓ３，Ｓ５・・円盤状空間、Ｓ４・・隙間。

Claims (6)

1. ステータと、
   前記ステータに対して回転可能なロータとを含むモータを備え、
   前記ロータは、回転軸と、ロータコアと、前記ロータコアに固定される永久磁石とを含んでなる電動工具であって、
   前記ロータコア及び／又は前記回転軸には、空間部が形成されていることを特徴とする電動工具。
2. 前記空間部は閉塞されて、前記回転軸と前記ロータコアと前記永久磁石とは樹脂により一体化されていることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
3. 前記ロータコアに前記空間部が形成されて、前記ロータコアの軸方向で前記空間部の両端は、前記ロータコアを形成する電磁鋼板によって閉塞されていることを特徴とする請求項２に記載の電動工具。
4. 前記回転軸と前記ロータコアとの間には、鉄より軽い比重の中間部材が介在されていることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
5. 前記中間部材に空間部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の電動工具。
6. ステータと、
   前記ステータに対して回転可能なロータとを含むモータを備え、
   前記ロータは、回転軸と、ロータコアと、前記ロータコアに固定される永久磁石とを含んでなる電動工具であって、
   前記回転軸と前記ロータコアとの間には、鉄より軽い比重の中間部材が介在されていると共に、前記中間部材には、空間部が形成されていることを特徴とする電動工具。

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