JP2020146767A

JP2020146767A - 電動工具

Info

Publication number: JP2020146767A
Application number: JP2019043829A
Authority: JP
Inventors: 隆司草川; Takashi Kusakawa; 光政水野; Mitsumasa Mizuno; 格無類井; Itaru Murui
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2020-09-17
Also published as: EP3939745A4; US20220143789A1; EP3939745A1; CN113543933A; WO2020183919A1

Abstract

【課題】回転衝撃力を安定的に発生するための構造を提供する。【解決手段】トルク伝達機構５は、駆動軸側に連結される駆動マグネット部材２１と、出力軸６側に連結される従動マグネット部材２２とを含むマグネットカップリング２０を有する。駆動マグネット部材２１または従動マグネット部材２２の一方が、駆動マグネット部材２１または従動マグネット部材２２の他方を回転可能に支持する。【選択図】図４

Description

本発明は、駆動軸の回転により生じるトルクを出力軸に伝達して先端工具を回転させる電動工具に関する。

特許文献１は、モータにより回転駆動される駆動軸と、先端工具を装着可能な出力軸と、駆動軸の回転により生じるトルクを出力軸に伝達するトルク伝達機構とを備える電動工具を開示する。トルク伝達機構は、駆動軸側に連結される駆動マグネット部材と、出力軸側に連結される従動マグネット部材とを有するマグネットカップリングを備え、駆動マグネット部材および従動マグネット部材は、それぞれＳ極およびＮ極を交互に配置した磁石面を対向させて配置される。マグネットカップリングは、出力軸に間欠的な回転衝撃力を付加する機能をもち、駆動マグネット部材の磁石面と従動マグネット部材の磁石面との間に作用する磁力を変化させることで、出力軸に間欠的な回転衝撃力を付加する。

特開２０１８−１４０４４６号公報

マグネットカップリングを備えた電動工具では、駆動マグネット部材の磁石面と従動マグネット部材の磁石面の間のギャップが変動すると、回転衝撃力を安定的に発生することが困難となる。

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、回転衝撃力を安定的に発生するための構造を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の電動工具は、モータにより回転される駆動軸と、先端工具を装着可能な出力軸と、駆動軸側に連結される駆動マグネット部材と、出力軸側に連結される従動マグネット部材とを含むマグネットカップリングを有し、駆動マグネット部材または従動マグネット部材の一方が、駆動マグネット部材または従動マグネット部材の他方を回転可能に支持するトルク伝達機構とを備える。

本発明によれば、マグネットカップリングにより回転衝撃力を安定的に発生するための構造を備えた電動工具を実現できる。

電動工具の構成の一例を示す図である。マグネットカップリングの内部構造の一例を示す図である。マグネットカップリングの状態遷移を説明するための図である。トルク伝達機構における支持構造の例を示す図である。トルク伝達機構における支持構造の別の例を示す図である。トルク伝達機構における支持構造のさらに別の例を示す図である。トルク伝達機構における支持構造のさらに別の例を示す図である。

図１は、本発明の実施形態に係る電動工具１の構成の一例を示す。電動工具１は、モータ２を駆動源とする回転工具であって、モータ２により回転駆動される駆動軸４と、先端工具を装着可能な出力軸６と、駆動軸４の回転により生じるトルクを出力軸６に伝達するトルク伝達機構５と、モータ２とトルク伝達機構５の間に設けられるクラッチ機構８とを備える。クラッチ機構８は、駆動軸４の回転により生じるトルクを連結軸９を介してトルク伝達機構５に伝達する一方で、連結軸９がトルク伝達機構５から受けるトルクを駆動軸４に伝達しない機械要素として構成される。

電力はバッテリパックに内蔵されたバッテリ１３より供給される。モータ２はモータ駆動部１１により駆動され、モータ２の回転軸の回転は、減速機３によって減速されて駆動軸４に伝達される。クラッチ機構８は、駆動軸４の回転トルクを連結軸９を介してトルク伝達機構５に伝達する。

制御部１０は、モータ２の回転を制御する機能を有する。操作スイッチ１２はユーザにより操作されるトリガスイッチであって、制御部１０は、操作スイッチ１２の操作によりモータ２のオンオフを制御するとともに、操作スイッチ１２の操作量に応じた駆動指示をモータ駆動部１１に供給する。モータ駆動部１１は、制御部１０から供給される駆動指示によりモータ２の印加電圧を制御して、モータ回転数を調整する。

実施形態のトルク伝達機構５は、非接触のトルク伝達を実現するマグネットカップリング２０を有する。
図２は、マグネットカップリング２０の内部構造の一例を示す図である。図２には、インナーロータおよびアウターロータを有するシリンダータイプのマグネットカップリング２０の一部を切り欠いた斜視断面が示される。インナーロータの円筒外周面およびアウターロータの円筒内周面のそれぞれには、Ｓ極磁石およびＮ極磁石が周方向に交互に隣接して配置される。マグネットカップリング２０は、駆動軸４の回転により生じるトルクを磁力により出力軸６に伝達することで、トルク伝達における優れた静音性を実現する。図２には８極タイプのマグネットカップリング２０を示すが、この極数に限定されるものではない。

マグネットカップリング２０は、駆動軸４側に連結される駆動マグネット部材２１と、出力軸６側に連結される従動マグネット部材２２と、駆動マグネット部材２１および従動マグネット部材２２の間に配置される隔壁２３とを有する。実施形態のマグネットカップリング２０では、駆動マグネット部材２１がインナーロータであり、従動マグネット部材２２がアウターロータであって、駆動マグネット部材２１側の慣性モーメントよりも、従動マグネット部材２２側の慣性モーメントが大きく形成される。

駆動マグネット部材２１の外周面は、Ｓ極磁石２１ａおよびＮ極磁石２１ｂを交互に配置した磁石面２１ｃを構成し、従動マグネット部材２２の内周面は、Ｓ極磁石２２ａおよびＮ極磁石２２ｂを交互に配置した磁石面２２ｃを構成する。磁石面２１ｃおよび磁石面２２ｃにおいて、磁極の配置ピッチ角度は等しく設定され、Ｓ極磁石およびＮ極磁石は、交互に隙間無く配置されることが好ましい。

駆動マグネット部材２１および従動マグネット部材２２は、磁石面２１ｃおよび磁石面２２ｃを対向させて同軸に配置される。対向方向においてＳ極磁石２１ａとＮ極磁石２２ｂ、Ｎ極磁石２１ｂとＳ極磁石２２ａの吸引力が作用することで、駆動マグネット部材２１および従動マグネット部材２２の相対的な位置関係が定められる。

電動工具１は、マグネットカップリング２０を採用することで、非接触のトルク伝達を実現するとともに、静音性を向上できる。また磁石面２１ｃにおいてＳ極およびＮ極を交互に隣接して配置し、磁石面２２ｃにおいてＳ極およびＮ極を交互に隣接して配置することで、Ｓ極およびＮ極を離間して配置する場合と比較すると、マグネットカップリング２０は大きなトルクを伝達可能となる。

以下、電動工具１をインパクト回転工具として利用する態様を説明する。
インパクト回転工具は、締付対象であるボルト等のねじ部材に、回転方向の衝撃力を間欠的に付加する。そこで実施形態では、トルク伝達機構５を構成するマグネットカップリング２０に、間欠的な回転衝撃力を発生させる機能をもたせる。マグネットカップリング２０は、駆動マグネット部材２１の磁石面２１ｃと従動マグネット部材２２の磁石面２２ｃとの間に作用する磁力を変化させることで、出力軸６に装着された先端工具を介して、ねじ部材に間欠的な回転衝撃力を付加する。

マグネットカップリング２０では、伝達可能な最大トルク以上の負荷トルクが作用しなければ、駆動マグネット部材２１と従動マグネット部材２２は、回転方向の相対位置を実質的に維持して同期回転する。しかしながら、ねじ部材の締付が進み、マグネットカップリング２０の伝達可能な最大トルクを超える負荷トルクが出力軸６側に作用すると、従動マグネット部材２２が駆動マグネット部材２１の回転に追従できなくなる。この駆動マグネット部材２１と従動マグネット部材２２とが同期していない状態のことを「脱調」と呼ぶが、電動工具１は、この脱調を利用して、間欠的な回転衝撃力を発生させる。

図３は、ボルト締付時のマグネットカップリング２０の状態遷移を説明するための図である。図３には、６極タイプのマグネットカップリング２０における駆動マグネット部材２１と従動マグネット部材２２の相対的な位置関係が示される。磁石Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、磁石Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３は、駆動マグネット部材２１におけるＳ極磁石２１ａ、Ｎ極磁石２１ｂであり、磁石Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、磁石Ｎ４、Ｎ５、Ｎ６は、従動マグネット部材２２におけるＳ極磁石２２ａ、Ｎ極磁石２２ｂである。

状態ＳＴ１は、駆動マグネット部材２１がモータ２により回転されて、駆動マグネット部材２１と従動マグネット部材２２とが相対的な同期位置を維持している状態を示す。状態ＳＴ１で、従動マグネット部材２２は、駆動マグネット部材２１の回転に追従して回転するため、従動マグネット部材２２の位相は、駆動マグネット部材２１の位相に対して僅かに遅れるが、この例では両者の位相関係を同位相として示す。なお両者の位相関係を分かりやすくするために、状態ＳＴ１で同位相の位置にある磁石Ｎ６の基準位置２２ｄと磁石Ｓ１の基準位置２１ｄとを定義する。

状態ＳＴ２は、従動マグネット部材２２が駆動マグネット部材２１に追従できなくなる直前の状態を示す。ボルトの締付時、マグネットカップリング２０の伝達可能な最大トルクを超える負荷トルクが出力軸６にかかると、出力軸６側に連結された従動マグネット部材２２の回転が停止し、駆動マグネット部材２１が従動マグネット部材２２に対して空転し始める。

状態ＳＴ３は、脱調状態にあって、駆動マグネット部材２１におけるＳ極磁石２１ａおよびＮ極磁石２１ｂと、従動マグネット部材２２におけるＳ極磁石２２ａおよびＮ極磁石２２ｂとが対向した状態を示す。このとき駆動マグネット部材２１と従動マグネット部材２２の間に作用する反発磁力は最大となる。

状態ＳＴ４は、駆動マグネット部材２１と従動マグネット部材２２とが、互いの磁石による反発力の影響を受けて、互いに逆向きとなる回転方向に動かされた状態を示す。駆動マグネット部材２１は、モータ２が駆動軸４を回転する速度よりも高速に回転し、従動マグネット部材２２は、停止位置から逆方向に回転する。

駆動マグネット部材２１の磁石Ｓ１に注目すると、状態ＳＴ３で、磁石Ｓ１と磁石Ｓ４との間には、最大の反発磁力が作用している。状態ＳＴ３から、駆動マグネット部材２１がさらに回転すると、磁石Ｓ１は、磁石Ｓ４の反発磁力により磁石Ｓ４から回転方向に押し出されるとともに、磁石Ｎ４の吸引磁力により回転方向に引き込まれる。駆動マグネット部材２１における他の磁石Ｓ２〜Ｓ３、磁石Ｎ１〜Ｎ３も、磁石Ｓ１と同じように従動マグネット部材２２から磁力を受ける。そのため状態ＳＴ４では、モータ２が駆動軸４を回転する速度より、駆動マグネット部材２１は高速に回転する。

クラッチ機構８は、駆動軸４の回転により生じるトルクを連結軸９を介して駆動マグネット部材２１に伝達する一方で、駆動マグネット部材２１が従動マグネット部材２２から受けるトルク、つまり吸引磁力による進行方向の回転トルクを駆動軸４に伝達しない。駆動マグネット部材２１がモータ２による回転速度よりも高速回転する際に、クラッチ機構８が駆動軸４と駆動マグネット部材２１との間のトルク伝達を遮断することで、モータ２が、吸引磁力による回転トルクに対して負荷となる状況を回避できる。

従動マグネット部材２２の磁石Ｓ４に注目すると、状態ＳＴ３で、磁石Ｓ４と磁石Ｓ１との間には、最大の反発磁力が作用している。状態ＳＴ３から、駆動マグネット部材２１がさらに回転すると、磁石Ｓ４は、磁石Ｓ１の反発磁力により磁石Ｓ１から逆回転方向に押し出されるとともに、磁石Ｎ３の吸引磁力により逆回転方向に引き込まれる。従動マグネット部材２２における他の磁石Ｓ５〜Ｓ６、磁石Ｎ４〜Ｎ６も、磁石Ｓ４と同じように駆動マグネット部材２１から磁力を受ける。そのため状態ＳＴ４では、従動マグネット部材２２が、駆動マグネット部材２１の回転方向とは逆方向に回転する。

なお従動マグネット部材２２の逆方向の回転はボルトを緩める方向の回転であるため、従動マグネット部材２２の逆方向の最大回転角度は、先端工具の回転遊び角度よりも小さく制限されて、ボルトを緩めないことが好ましい。先端工具の回転遊び角度は、先端工具と締付対象であるボルトとの間の遊び角度に、先端工具と出力軸６の間の遊び角度を加えた角度として定義されてよい。

状態ＳＴ５は、状態ＳＴ４で逆回転した従動マグネット部材２２が、正方向、つまりは先端工具がボルトを締め付ける方向に回転する状態を示す。電動工具１において、駆動マグネット部材２１はクラッチ機構８により逆回転せず、常に正回転する。従動マグネット部材２２は、状態ＳＴ４で逆回転した後、正回転している駆動マグネット部材２１の吸引磁力により、元の停止位置（ボルトの締付位置）に向けて正方向に回転する。

状態ＳＴ６は、従動マグネット部材２２が、状態ＳＴ１に示す元の停止位置まで正回転してボルトに回転衝撃力が伝達された状態を示す。この回転衝撃力によりボルトは締め付け方向に回転する。マグネットカップリング２０は、状態ＳＴ２から状態ＳＴ６までの状態遷移を繰り返し、ボルトに回転衝撃力を間欠的に付加する。

実施形態のトルク伝達機構５は、マグネットカップリング２０における脱調を利用して、間欠的な回転衝撃力を発生させる。脱調のタイミングは、駆動マグネット部材２１と従動マグネット部材２２の間に作用する磁力により定まる。そのため駆動マグネット部材２１の磁石面２１ｃと従動マグネット部材２２の磁石面２２ｃの間のギャップが変動すると、脱調のタイミングが変化し、安定的に回転衝撃力を発生させることが困難となる。

そこでトルク伝達機構５には、駆動マグネット部材２１または従動マグネット部材２２の一方が、駆動マグネット部材２１または従動マグネット部材２２の他方を回転可能に支持する構造が設けられる。駆動マグネット部材２１および従動マグネット部材２２の間に支持構造を設けることで、駆動マグネット部材２１と従動マグネット部材２２の相対位置関係を維持できる。

図４は、トルク伝達機構５における支持構造の例を示す。マグネットカップリング２０において駆動マグネット部材２１および従動マグネット部材２２は、磁石面２１ｃおよび磁石面２２ｃを対向させて同軸に配置される。ハウジング２５は、第１軸受部３０で従動マグネット部材２２を回転可能に支持し、第２軸受部３１で駆動マグネット部材２１を回転可能に支持する。従動マグネット部材２２および駆動マグネット部材２１が、共通のハウジング２５に対して支持されることで、偏心が抑制され、出力軸６と連結軸９とを同軸に維持できる。

駆動マグネット部材２１または従動マグネット部材２２の一方は、駆動マグネット部材２１または従動マグネット部材２２の他方を回転可能に支持する。図４に示す支持構造で、従動マグネット部材２２は、出力軸６に同軸となる軸支穴４０を有し、連結軸９の端部は軸支穴４０に挿入される。軸支穴４０は、すべり軸受である第３軸受部３２として利用され、従動マグネット部材２２は第３軸受部３２で、駆動マグネット部材２１を回転可能に支持する。

図４に示すトルク伝達機構５では、第１軸受部３０および第２軸受部３１でマグネットカップリング２０をハウジング２５に対して回転可能に支持し、第３軸受部３２で駆動マグネット部材２１を従動マグネット部材２２に対して回転可能に支持する。これにより磁石面２１ｃと磁石面２２ｃの間のギャップが一定に維持される。なお図４において、従動マグネット部材２２が駆動マグネット部材２１を回転可能に支持することを説明したが、駆動マグネット部材２１が従動マグネット部材２２を回転可能に支持すると見ることもできる。

図５は、トルク伝達機構５における支持構造の別の例を示す。マグネットカップリング２０において駆動マグネット部材２１および従動マグネット部材２２は、磁石面２１ｃおよび磁石面２２ｃを対向させて同軸に配置される。ハウジング２５は、第１軸受部３０で従動マグネット部材２２を回転可能に支持し、第２軸受部３１で駆動マグネット部材２１を回転可能に支持する。駆動マグネット部材２１または従動マグネット部材２２の一方は、少なくとも２箇所で、駆動マグネット部材２１または従動マグネット部材２２の他方を回転可能に支持する。

従動マグネット部材２２は、出力軸６に同軸となる軸支穴４０を有し、連結軸９の端部は軸支穴４０に挿入される。軸支穴４０は、すべり軸受である第３軸受部３２として利用され、従動マグネット部材２２は第３軸受部３２で、駆動マグネット部材２１を回転可能に支持する。

さらに従動マグネット部材２２は第４軸受部３３で、駆動マグネット部材２１を回転可能に支持する。従動マグネット部材２２が２箇所で駆動マグネット部材２１を回転可能に支持することで、磁石面２１ｃと磁石面２２ｃの間のギャップを一定に維持できる。

従動マグネット部材２２は、磁石面２１ｃおよび磁石面２２ｃを挟んだ２箇所で駆動マグネット部材２１を支持することが好ましい。磁石面２１ｃおよび磁石面２２ｃを挟んだ２箇所で駆動マグネット部材２１が従動マグネット部材２２に支持されることで、磁石面２１ｃと磁石面２２ｃの間のギャップを一定に維持できる。

図６は、トルク伝達機構５における支持構造のさらに別の例を示す。マグネットカップリング２０において駆動マグネット部材２１および従動マグネット部材２２は、磁石面２１ｃおよび磁石面２２ｃを対向させて同軸に配置される。ハウジング２５は、第１軸受部３０で従動マグネット部材２２を回転可能に支持し、第２軸受部３１で駆動マグネット部材２１を回転可能に支持する。駆動マグネット部材２１または従動マグネット部材２２の一方は、少なくとも２箇所で、駆動マグネット部材２１または従動マグネット部材２２の他方を回転可能に支持する。

従動マグネット部材２２は第３軸受部３５および第４軸受部３３で、駆動マグネット部材２１を回転可能に支持する。従動マグネット部材２２が、磁石面２１ｃおよび磁石面２２ｃを挟んだ２箇所で駆動マグネット部材２１を回転可能に支持することで、駆動マグネット部材２１と従動マグネット部材２２の間の相対的な位置関係が確実に保持される。

図７は、トルク伝達機構５における支持構造のさらに別の例を示す。駆動マグネット部材２１および従動マグネット部材２２の相対的な軸方向の動きを抑制するスペーサ４１が、駆動マグネット部材２１と従動マグネット部材２２の間に配置される。スペーサ４１はスラスト軸受であってよい。相対的な軸方向の動きを抑制することで、電動工具１が安定的に回転衝撃力を発生することが可能となる。

以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本発明の態様の概要は、次の通りである。
本発明のある態様の電動工具（１）は、モータ（２）により回転される駆動軸（４）と、先端工具を装着可能な出力軸（６）と、駆動軸側に連結される駆動マグネット部材（２１）と、出力軸側に連結される従動マグネット部材（２２）とを含むマグネットカップリング（２０）を有し、駆動マグネット部材（２１）または従動マグネット部材（２２）の一方が、駆動マグネット部材（２１）または従動マグネット部材（２２）の他方を回転可能に支持するトルク伝達機構（５）とを備える。

駆動マグネット部材（２１）または従動マグネット部材（２２）の一方が、２箇所で、駆動マグネット部材（２１）または従動マグネット部材の他方を回転可能に支持してよい。駆動マグネット部材（２１）および従動マグネット部材（２２）は、それぞれＳ極およびＮ極を交互に配置した磁石面を対向させて配置され、駆動マグネット部材（２１）または従動マグネット部材（２２）の一方は、磁石面を挟んだ２箇所で、駆動マグネット部材（２１）または従動マグネット部材（２２）の他方を回転可能に支持してよい。

マグネットカップリング（２０）において、駆動マグネット部材（２１）および従動マグネット部材（２２）の相対的な軸方向の動きを抑制するスペーサが配置されてよい。

１・・・電動工具、２・・・モータ、３・・・減速機、４・・・駆動軸、５・・・トルク伝達機構、６・・・出力軸、９・・・連結軸、２０・・・マグネットカップリング、２１・・・駆動マグネット部材、２２・・・従動マグネット部材、２５・・・ハウジング、３０・・・第１軸受部、３１・・・第２軸受部、３２・・・第３軸受部、３３・・・第４軸受部、３５・・・第３軸受部、４０・・・軸支穴、４１・・・スペーサ。

Claims

モータにより回転される駆動軸と、
先端工具を装着可能な出力軸と、
前記駆動軸側に連結される駆動マグネット部材と、前記出力軸側に連結される従動マグネット部材とを含むマグネットカップリングを有し、前記駆動マグネット部材または前記従動マグネット部材の一方が、前記駆動マグネット部材または前記従動マグネット部材の他方を回転可能に支持するトルク伝達機構と、
を備えることを特徴とする電動工具。
前記駆動マグネット部材または前記従動マグネット部材の一方が、２箇所で、前記駆動マグネット部材または前記従動マグネット部材の他方を回転可能に支持する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
前記駆動マグネット部材および前記従動マグネット部材は、それぞれＳ極およびＮ極を交互に配置した磁石面を対向させて配置され、
前記駆動マグネット部材または前記従動マグネット部材の一方は、前記磁石面を挟んだ２箇所で、前記駆動マグネット部材または前記従動マグネット部材の他方を回転可能に支持する、
ことを特徴とする請求項２に記載の電動工具。
前記駆動マグネット部材および前記従動マグネット部材の相対的な軸方向の動きを抑制するスペーサが配置される、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電動工具。