JP2021035721A - 電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】静音性に優れた電動工具を提供する。【解決手段】電動工具１は、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とを備える。トルク伝達機構５は、駆動軸４側に連結される駆動マグネット部材と、出力軸６側に連結される従動マグネット部材２２とを有するマグネットカップリング２０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２０は、出力軸６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６に間欠的な回転衝撃力を付加する。【選択図】図１

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、モータの回転軸に減速機構である遊星ギア機構が連結され、遊星ギア機構におけるリングギアを空転させることで出力軸に至る動力伝達を遮断するトルククラッチ機構を備えた締め付け工具を開示する。また特許文献２は、駆動軸にカム機構を介してハンマが取り付けられ、出力軸に所定値以上の負荷がかかったときにハンマがアンビルに回転方向の打撃衝撃を与えて出力軸を回転させるインパクト回転工具を開示する。

特開２０１５−１１３９４４号公報 特開２００５−１１８９１０号公報

従来のドリルドライバやインパクトドライバなどの電動工具は、機械的にトルクを伝達する構造を採用するため、工具使用時に騒音が発生する。特にメカニカル方式のインパクトドライバなどのインパクト回転工具では、ハンマがアンビルを打撃したときに大きな衝撃音が発生する。そのため電動工具において、静音性を向上することが望まれている。

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、静音性に優れた電動工具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。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る。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。

本発明によれば、電動工具のトルク伝達機構としてマグネットカップリングを用いることで、非接触で静音性に優れたトルク伝達を実現可能とする。

実施形態に係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示す図である。 駆動マグネット部材を駆動軸に対して相対回転可能に連結する構造の一例を説明するための図である。 ２つの磁石面の相対位置を変化させる移動機構の一例を説明するための図である。 実施形態に係る電動工具の構成の別の例を示す図である。 マグネットカップリングの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とを備える。電動工具１において、電力はバッテリパックに内蔵されたバッテリ１３により供給される。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。

実施形態の電動工具１は、トルク伝達機構５として、非接触のトルク伝達を可能とするマグネットカップリング２０を備える。
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を示している。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には、それぞれＳ極およびＮ極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、磁力によって駆動軸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および駆動マグネット部材２１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るが、駆動マグネット部材２１がアウターロータ、従動マグネット部材２２がインナーロータであってもよい。

インナーロータであ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を構成する。またアウターロータである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る。

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。

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。

ドリルドライバやインパクト回転工具などの電動工具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行えるとともに、工具としての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構成する場合について説明する。
インパクト回転工具は、出力軸６に回転方向の打撃衝撃を間欠的に付加する機能をもつ。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、出力軸６に間欠的な回転衝撃力を付加する機能をもたせる。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に間欠的な回転衝撃力を付加する。

＜実施例１＞
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。実施例１のマグネットカップリング２０は、脱調することで、出力軸６に間欠的な回転打撃力を付加する。

図３は、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、４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の回転方向の位置関係が示されている。なお磁石Ｓ１、Ｓ２、磁石Ｎ１、Ｎ２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Ｓ３、Ｓ４、磁石Ｎ３、Ｎ４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により回転駆動されて、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、一緒に回転している状態を示す。なお同期回転中、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。

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。ねじ部材の締付作業中、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と従動マグネット部材２２の間に作用する反発磁力が最大となった状態を示す。状態ＳＴ２から状態ＳＴ３までの間、駆動マグネット部材２１は駆動軸４により回転される。状態ＳＴ４は、脱調状態にあって、駆動マグネット部材２１が磁石の吸引力によって、モータ２が駆動軸４を回転する速度よりも高速に回転する状態を示す。

磁石Ｓ１について説明すると、状態ＳＴ３で、磁石Ｓ１と磁石Ｓ３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Ｓ３の反発磁力により磁石Ｓ３から回転方向に押し出されるとともに、磁石Ｎ３の吸引磁力により磁石Ｎ３に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、磁石Ｎ１、磁石Ｎ２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も高速に駆動マグネット部材２１が従動マグネット部材２２に対して相対回転する。なお後述するように、駆動マグネット部材２１が駆動軸４に対して相対回転可能に連結されている場合には、駆動マグネット部材２１が、駆動軸４の回転速度よりも高速に回転することになる。

状態ＳＴ５は、駆動マグネット部材２１が従動マグネット部材２２の同期位置まで回転して、従動マグネット部材２２に回転衝撃力を付加した状態を示す。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、磁石Ｓ１と磁石Ｎ３、磁石Ｎ１と磁石Ｓ４、磁石Ｓ２と磁石Ｎ４、磁石Ｎ２と磁石Ｓ３とが対向する位置まで回転すると、駆動マグネット部材２１の回転は急減速（または急停止）される。この位置は、駆動マグネット部材２１と従動マグネット部材２２の吸引磁力が最大となる位置であり、駆動マグネット部材２１と従動マグネット部材２２とが同期する位置でもある。

状態ＳＴ５で、従動マグネット部材２２は、駆動マグネット部材２１が急減速（または急停止）することによる慣性を受ける。この慣性トルクが回転衝撃力となって、回転停止していた従動マグネット部材２２を角度α回転させる。状態ＳＴ５におけるＳ極およびＮ極の相対位置関係は、状態ＳＴ１におけるＳ極およびＮ極の相対位置関係と実質的に同じであり、マグネットカップリング２０は、状態ＳＴ２から状態ＳＴ５までの状態遷移を繰り返すことで、出力軸６に間欠的な回転衝撃力を付加する。

なお駆動マグネット部材２１と駆動軸４とは相対回転不能に連結されていてもよいが、状態ＳＴ４から状態ＳＴ５に遷移する際、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するため、モータ２に高負荷がかかる。このことはモータ２の寿命に影響を与える可能性があり、また作業者の手に振動として伝達される可能性もある。

そこで駆動マグネット部材２１は、駆動軸４に対して相対回転可能に連結されてよい。これにより状態ＳＴ４から状態ＳＴ５に遷移する際に、駆動マグネット部材２１は、駆動軸４に拘束されることなく高速回転可能となり、従動マグネット部材２２に与える慣性トルクを大きくできる。

図４は、駆動マグネット部材２１を駆動軸４に対して相対回転可能に連結する連結構造の一例を説明するための図である。図４（ａ）は、駆動軸４および駆動マグネット部材２１の部品構成を示し、図４（ｂ）は、駆動軸４および駆動マグネット部材２１を組み付けた状態の断面を示す。

駆動軸４は、外周面の周方向に形成された溝４ａを有し、駆動マグネット部材２１は、内周面の軸方向に形成された球挿入用溝２１ｅおよび球保持部２１ｄを有する。溝４ａに鋼球７を配置した状態で、駆動マグネット部材２１が、その後端側から駆動マグネット部材２１の挿通孔に挿入される。このとき鋼球７は球挿入用溝２１ｅを通過して、球保持部２１ｄまで入り込む。

図４（ｂ）に示すように、駆動軸４の外周に駆動マグネット部材２１を装着した状態で、鋼球７は、駆動軸４の溝４ａおよび駆動マグネット部材２１の球保持部２１ｄの間に形成される空間に保持される。溝４ａと、球保持部２１ｄと、両者の間に配置された鋼球７は「連結構造２６」を構成する。

電動工具１に組み付けられた駆動軸４およびマグネットカップリング２０の軸方向の位置関係は固定され、駆動軸４と駆動マグネット部材２１との軸方向の位置関係が変化することはない。このように駆動マグネット部材２１が、駆動軸４の周方向に形成された溝４ａに配置された鋼球７を介して駆動軸４に連結されることで、駆動マグネット部材２１は、溝４ａの範囲内で駆動軸４に対して相対回転可能となる。

連結構造２６の作用を説明する。
ユーザによる操作スイッチ１２の引き操作によりモータ２が回転すると、減速機３を介して駆動軸４が回転する。駆動軸４の回転は、駆動軸４の溝４ａと駆動マグネット部材２１の球保持部２１ｄの間に嵌め込まれた鋼球７を介して駆動マグネット部材２１に伝達される。駆動軸４と駆動マグネット部材２１とが一体回転している間、鋼球７は、溝４ａにおいて、駆動軸４の回転方向とは逆側の第１端部に位置して、駆動軸４の回転を駆動マグネット部材２１に伝達する。

図３に関して説明したように、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の回転が停止して、マグネットカップリング２０が脱調し始める。

状態ＳＴ２から状態ＳＴ３までの遷移中、鋼球７は、溝４ａの第１端部に位置して、駆動軸４と駆動マグネット部材２１とが一体回転する。一方、状態ＳＴ３から状態ＳＴ５までの遷移中、駆動マグネット部材２１がモータ２による駆動軸４の回転速度よりも磁力によって高速に回転するため、鋼球７は溝４ａの第１端部から、他方の第２端部に向けて移動する。状態ＳＴ５において、駆動マグネット部材２１の回転が急減速（または急停止）された後、駆動軸４の回転が駆動マグネット部材２１の回転に追いつき、鋼球７は溝４ａの第１端部に再び位置して、駆動軸４の回転を駆動マグネット部材２１に伝達する。このように連結構造２６が、駆動マグネット部材２１を駆動軸４に対して相対回転可能に連結することで、状態ＳＴ３から状態ＳＴ５までの間、駆動マグネット部材２１が駆動軸４に拘束されず、駆動マグネット部材２１の回転速度を大きくできる。これによりマグネットカップリング２０が出力軸６に間欠的に付加する回転衝撃力を大きくできる。

駆動マグネット部材２１と駆動軸４の相対回転可能な角度は、駆動マグネット部材２１の磁石面２１ｃにおける磁極の配置ピッチ角度を基準として設計される。なお４極タイプのマグネットカップリング２０において磁極の配置ピッチ角度は９０度であり、８極タイプで配置ピッチ角度は４５度である。

まず一つの設計思想として、相対回転可能な角度は、磁極の配置ピッチ角度と実質的に等しく設定されてよい。図３に関して説明したように、状態ＳＴ２から状態ＳＴ３までの遷移中、駆動マグネット部材２１は駆動軸４により回転され、状態ＳＴ３から状態ＳＴ５までの遷移中、駆動マグネット部材２１は磁力により高速回転される。そのため駆動マグネット部材２１は、状態ＳＴ３から状態ＳＴ５までの間に駆動軸４に対して相対回転できればよく、したがって相対回転可能な角度は、磁極配置ピッチ角度と実質的に等しく設定されてよい。

同様の設計思想として、相対回転可能な角度は、磁極の配置ピッチ角度より小さく設定されてよい。上記したように駆動マグネット部材２１は、状態ＳＴ３から状態ＳＴ５までの間に駆動軸４に対して相対回転できればよいが、このとき駆動軸４も同じ回転方向に回転している。そのため相対回転可能な角度は、磁極の配置ピッチ角度から、状態ＳＴ３から状態ＳＴ５までの間に駆動軸４が回転する角度を減じた角度に設定されてもよい。

別の設計思想として、相対回転可能な角度は、磁極の配置ピッチ角度より大きく設定されてよい。駆動マグネット部材２１は、状態ＳＴ３から状態ＳＴ５までの間に駆動軸４の回転速度よりも磁力によって高速で回転する。そのため上記した２つの設計思想によれば、鋼球７が溝４ａの第１端部から第２端部側に高速移動する際に、鋼球７と溝４ａの第２端部とが衝突することで衝突音が発生する可能性がある。そこで相対回転可能な角度、つまりは溝４ａの周方向の角度を磁極の配置ピッチ角度より大きく設定して、鋼球７が溝４ａの第２端部に衝突しないようにしてもよい。

＜実施例２＞
実施例２では、電動工具１が、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の磁石面２１ｃと従動マグネット部材２２の磁石面２２ｃとの相対位置を変化させる移動機構を備える。実施例２のマグネットカップリング２０は、移動機構により磁石面２１ｃと磁石面２２ｃとを相対的に動かされることで、磁石面２１ｃと磁石面２２ｃとの間に作用する磁力を変化させ、これにより出力軸６に間欠的な回転衝撃力を付加する。

図５は、２つの磁石面の相対位置を変化させる移動機構の一例を説明するための図である。図５（ａ）は、駆動軸４および駆動マグネット部材２１の部品構成を示し、図５（ｂ）は、駆動軸４および駆動マグネット部材２１を組み付けた移動機構の断面を示す。

移動機構２４において、駆動軸４は、その外周面に形成された２つの案内溝４ｂを有し、駆動マグネット部材２１は、内周面の軸方向に形成された球挿入用溝２１ｅおよび球保持部２１ｄを有する。２つの案内溝４ｂは同一形状を有して周方向に並べて設けられ、工具先端側からみてＶ字ないしはＵ字形状に形成されている。つまり各案内溝４ｂは、最前部から対称に後斜め方向に傾斜する。

案内溝４ｂに鋼球７を配置した状態で、駆動マグネット部材２１が、その後端側から駆動マグネット部材２１の挿通孔に挿入される。このとき鋼球７は球挿入用溝２１ｅを通過して、球保持部２１ｄまで入り込む。

図５（ｂ）に示すように、駆動軸４の外周に駆動マグネット部材２１を装着した状態で、鋼球７は、案内溝４ｂおよび球保持部２１ｄの間に形成される空間に保持される。駆動軸４の案内溝４ｂと、駆動マグネット部材２１の球保持部２１ｄと、両者の間に配置された鋼球７は「カム構造」を構成する。鋼球７は、駆動マグネット部材２１が駆動軸４の回転軸線を中心に回転可能且つ回転軸線方向に移動可能となるように駆動マグネット部材２１を駆動軸４に連結する。

減速機３と駆動マグネット部材２１の間には、ばね部材２５が介装され、ばね部材２５は、駆動マグネット部材２１を工具先端方向に付勢する。実施例２では、カム構造およびばね部材２５が、移動機構２４を構成する。ねじ部材の締付作業開始時、移動機構２４は、ばね部材２５により鋼球７を案内溝４ｂの最前部に押し付けた状態を保つ。締付作業中に、出力軸６にかかる負荷トルクが大きくなると、鋼球７が案内溝４ｂの最前部から傾斜溝に沿って後方に向けて移動する。これにより駆動マグネット部材２１は駆動軸４に対して相対的に後退することになる。

移動機構２４の作用を説明する。
ユーザによる操作スイッチ１２の引き操作によりモータ２が回転すると、減速機３を介して駆動軸４が回転する。駆動軸４の回転は、駆動軸４の案内溝４ｂと駆動マグネット部材２１の球保持部２１ｄの間に嵌め込まれた鋼球７を介して駆動マグネット部材２１に伝達される。駆動軸４と駆動マグネット部材２１とが一体回転している間、鋼球７は、案内溝４ｂの最前部に位置して、駆動軸４の回転トルクを駆動マグネット部材２１に伝達する。

ねじ部材の締付が進み、出力軸６に加わる負荷トルクが所定値を超えると、ばね部材２５の付勢力に抗して、鋼球７が案内溝４ｂに沿って後方に移動し、駆動マグネット部材２１が後退する方向に移動する。駆動マグネット部材２１が従動マグネット部材２２に対して軸方向に相対移動することで、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が弱くなる。

そして磁石面２１ｃと磁石面２２ｃとの間に作用する磁力が弱くなることで、駆動マグネット部材２１は、ばね部材２５の付勢力により回転しながら前進して、従動マグネット部材２２の内部に移動する。このとき駆動マグネット部材２１の回転は、従動マグネット部材２２の同期位置、つまり駆動マグネット部材２１と従動マグネット部材２２の吸引磁力が最大となる位置で急減速（または急停止）される。これにより従動マグネット部材２２に慣性トルクが作用し、この慣性トルクが回転衝撃力となって従動マグネット部材２２を回転させる。移動機構２４が、従動マグネット部材２２の内部に駆動マグネット部材２１を出し入れする動作を繰り返すことで、マグネットカップリング２０は、出力軸６に間欠的な回転衝撃力を付加する。

なお実施例２では、移動機構２４が、駆動マグネット部材２１および従動マグネット部材２２の軸方向の相対位置を変化させるように動作するが、駆動マグネット部材２１および従動マグネット部材２２の周方向の相対位置を変化させるように動作してもよい。

＜実施例３＞
実施例３では、マグネットカップリングが、通電されることで磁力を発生する電磁石を有する。
図６は、本発明の実施形態に係る電動工具１の構成の別の例を示す。電動工具１は、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とを備える。電動工具１において、電力はバッテリパックに内蔵されたバッテリ１３により供給される。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。

電動工具１は、トルク伝達機構５として、非接触のトルク伝達を可能とするマグネットカップリング２０ａを備える。マグネットカップリング２０ａ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であってよい。マグネットカップリング２０ａは、図２に示すように駆動マグネット部材２１と従動マグネット部材２２とを有するが、駆動マグネット部材２１の磁石面２１ｃおよび従動マグネット部材２２の磁石面２２ｃの少なくとも一方には、電磁石が配置される。なお２つの磁石面の一方に電磁石が配置される場合、他方には永久磁石が配置されてもよいが、電磁石が配置されてもよい。磁石面２１ｃおよび磁石面２２ｃにおける磁極の配置ピッチ角度は互いに等しく設定される。

実施例３において、制御部１０は、モータ２の回転を制御する機能を有するとともに、電磁石に供給する電流を制御する機能も有する。実施例３では制御部１０が、電磁石に供給する電流を制御することで、マグネットカップリング２０ａが出力軸６に間欠的な回転衝撃力を付加する。

制御部１０が電磁石の電流制御を行うために、電動工具１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との相対角度を検知する回転角センサ３０を備える。これにより制御部１０は、回転角センサ３０の出力に応じて、電磁石に供給する電流を制御できるようになる。以下、図３に示す状態遷移をもとに、制御部１０による制御を説明する。

回転角センサ３０が、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たこと（状態ＳＴ２）を検知すると、制御部１０は、電磁石への電流供給を停止する。つまり回転角センサ３０が、磁石面２１ｃと磁石面２２ｃの相対角度が、同期状態にある相対角度に対して磁石面２１ｃにおける磁極の配置ピッチ角度の１／２倍より小さい範囲でずれたことを検知すると、制御部１０が、電磁石への電流供給を停止する。なお電磁石への電流供給停止後も、制御部１０は、モータ２を引き続き回転するため、磁石面２１ｃと磁石面２２ｃとの相対角度の同期状態からのずれは、電磁石への電流供給停止時から、より大きくなる。

回転角センサ３０が、磁石面２１ｃと磁石面２２ｃの相対角度が、同期状態にある相対角度に対して、磁極の配置ピッチ角度の１／２倍より大きく、１倍より小さい範囲でずれていることを検知すると、制御部１０は、電磁石に電流を供給する。このとき図３に示す状態ＳＴ４となるように、電磁石は磁極を構成する。これにより実施例１に関して説明したように、駆動マグネット部材２１が従動マグネット部材２２に対して磁力により相対回転し、従動マグネット部材２２は慣性を受けることで、出力軸６に回転衝撃力を付加する。以上のようにマグネットカップリング２０に電磁石を利用することで、制御部１０が、出力軸６に付加する間欠的な回転衝撃力を自在に制御できるようになる。

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。

実施形態では、マグネットカップリング２０、２０ａが、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である例を示したが、磁石面を軸方向に対向させた２つのディスクを有するディスクタイプであってもよい。

図７は、マグネットカップリング２０ｂの別の例を示す図である。図７（ａ）は、入力側ディスクおよび出力側ディスクを有するディスクタイプのマグネットカップリング２０ｂの側面を示す。図７（ｂ）は、入力側ディスクまたは出力側ディスクの磁石面を示す。入力側ディスクのディスク面および出力側ディスクのディスク面には、それぞれＳ極およびＮ極が周方向に交互に隣接して配置されている。ディスクタイプのマグネットカップリング２０ｂも、磁力によって駆動軸４の回転により生じるトルクを出力軸６に伝達することで、トルク伝達における優れた静音性を実現する。図７（ｂ）には８極タイプのマグネットカップリング２０ｂ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２０ｂは、駆動軸４側に連結される駆動マグネット部材３１と、出力軸６側に連結される従動マグネット部材３２とを有する。駆動マグネット部材３１および従動マグネット部材３２のディスク面は、Ｓ極磁石およびＮ極磁石を交互に配置した磁石面を構成する。マグネットカップリング２０ｂにおいて、駆動マグネット部材３１および従動マグネット部材３２は、互いの磁石面を対向させて同軸に配置される。図７に示すディスクタイプのマグネットカップリング２０ｂも、実施例１〜３で説明した構成を備えることで、出力軸６に間欠的な回転衝撃力を付加できる。

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（５）とを備える。トルク伝達機構（５）は、駆動軸（４）側に連結される駆動マグネット部材（２１、３１）と、出力軸（６）側に連結される従動マグネット部材（２２、３２）とを有するマグネットカップリング（２０、２０ａ、２０ｂ）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（２１ｃ、２２ｃ）を対向させて配置される。

駆動マグネット部材（２１、３１）および従動マグネット部材（２２、３２）の磁石面（２１ｃ、２２ｃ）には、それぞれＳ極およびＮ極の磁石が交互に配置されることが好ましい。なお駆動マグネット部材（２１、３１）および従動マグネット部材（２２、３２）の少なくとも一方の磁石面には、電磁石が配置されてよい。

マグネットカップリング（２０、２０ａ、２０ｂ）は、出力軸に間欠的な回転衝撃力を付加する機能を有することが好ましい。マグネットカップリング（２０、２０ａ、２０ｂ）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してよい。

マグネットカップリング（２０、２０ｂ）は脱調することで、出力軸に間欠的な回転衝撃力を付加してよい。マグネットカップリング（２０、２０ｂ）は、出力軸に所定値を超える負荷トルクがかかったとき脱調してよい。駆動マグネット部材（２１、３１）は、駆動軸に対して相対回転可能に連結されることが好ましい。駆動マグネット部材（２１、３１）と駆動軸（４）の相対回転可能な角度は、駆動マグネット部材の磁石面（２１ｃ）における磁極の配置ピッチ角度と実質的に等しくてよい。また駆動マグネット部材（２１、３１）と駆動軸（４）の相対回転可能な角度は、駆動マグネット部材の磁石面（２１ｃ）における磁極の配置ピッチ角度より小さくてよい。また駆動マグネット部材（２１、３１）と駆動軸（４）の相対回転可能な角度は、駆動マグネット部材の磁石面（２１ｃ）における磁極の配置ピッチ角度より大きくてよい。駆動マグネット部材（２１、３１）は、駆動軸（４）の周方向に形成された溝（４ａ）に配置された鋼球（７）を介して駆動軸（４）に連結されてよい。

電動工具１は、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、３１）の磁石面（２１ｃ）と従動マグネット部材（２２、３２）の磁石面（２２ｃ）との相対位置を変化させる移動機構（２４）をさらに備えてよい。移動機構（２４）は、駆動マグネット部材（２１、３１）および従動マグネット部材（２２、３２）の軸方向の相対位置を変化させてよい。

電動工具１は、電磁石に供給する電流を制御する制御部（１０）をさらに備えてよい。制御部が、電磁石に供給する電流を制御することで、マグネットカップリング（２０ａ）が、出力軸に間欠的な回転衝撃力を付加してよい。電動工具１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との相対角度を検知する回転角センサ（３０）をさらに備え、制御部（１０）は、回転角センサの出力に応じて、電磁石に供給する電流を制御してよい。回転角センサが、２つの磁石面の相対角度が、同期状態にある相対角度に対して、駆動マグネット部材の磁石面における磁極の配置ピッチ角度の１／２倍より大きく、１倍より小さい範囲でずれていることを検知すると、制御部は、電磁石に電流を供給してよい。

１・・・電動工具、２・・・モータ、４・・・駆動軸、４ａ・・・溝、４ｂ・・・案内溝、５・・・トルク伝達機構、６・・・出力軸、７・・・鋼球、１０・・・制御部、２０，２０ａ，２０ｂ・・・マグネットカップリング、２１・・・駆動マグネット部材、２１ｃ・・・磁石面、２２・・・従動マグネット部材、２２ｃ・・・磁石面、２４・・・移動機構、２５・・・ばね部材、２６・・・連結構造、３０・・・回転角センサ、３１・・・駆動マグネット部材、３２・・・従動マグネット部材。

Claims (16)

1. 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、
   前記駆動軸の回転により生じるトルクを前記出力軸に伝達するトルク伝達機構と、を備え、
   前記トルク伝達機構は、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有するマグネットカップリングを備え、
   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、
   前記マグネットカップリングは、前記出力軸に間欠的な回転衝撃力を付加する機能をもつ、
   ことを特徴とする電動工具。
2. 前記マグネットカップリングは、前記駆動マグネット部材の磁石面と前記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、前記出力軸に間欠的な回転衝撃力を付加する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
3. 前記マグネットカップリングは脱調することで、前記出力軸に間欠的な回転衝撃力を付加する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電動工具。
4. 前記マグネットカップリングは、前記出力軸に所定値を超える負荷トルクがかかったとき脱調する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の電動工具。
5. 前記駆動マグネット部材は、前記駆動軸に対して相対回転可能に連結される、
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の電動工具。
6. 前記駆動マグネット部材と前記駆動軸の相対回転可能な角度は、前記駆動マグネット部材の磁石面における磁極の配置ピッチ角度と実質的に等しい、
   ことを特徴とする請求項５に記載の電動工具。
7. 前記駆動マグネット部材と前記駆動軸の相対回転可能な角度は、前記駆動マグネット部材の磁石面における磁極の配置ピッチ角度より小さい、
   ことを特徴とする請求項５に記載の電動工具。
8. 前記駆動マグネット部材と前記駆動軸の相対回転可能な角度は、前記駆動マグネット部材の磁石面における磁極の配置ピッチ角度より大きい、
   ことを特徴とする請求項５に記載の電動工具。
9. 前記駆動マグネット部材は、前記駆動軸の周方向に形成された溝に配置された鋼球を介して前記駆動軸に連結される、
   ことを特徴とする請求項５から８のいずれかに記載の電動工具。
10. 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磁石面には、それぞれＳ極およびＮ極の磁石が交互に配置される、
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の電動工具。
11. 前記マグネットカップリングにおける前記駆動マグネット部材の磁石面と前記従動マグネット部材の磁石面との相対位置を変化させる移動機構をさらに備える、
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の電動工具。
12. 前記移動機構は、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軸方向の相対位置を変化させる、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の電動工具。
13. 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少なくとも一方の磁石面には、電磁石が配置される、
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の電動工具。
14. 前記電磁石に供給する電流を制御する制御部をさらに備え、
    前記制御部が、前記電磁石に供給する電流を制御することで、前記マグネットカップリングが、前記出力軸に間欠的な回転衝撃力を付加する、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の電動工具。
15. 前記駆動マグネット部材の磁石面と前記従動マグネット部材の磁石面との相対角度を検知する回転角センサをさらに備え、
    前記制御部は、前記回転角センサの出力に応じて、前記電磁石に供給する電流を制御する、
    ことを特徴とする請求項１４に記載の電動工具。
16. 前記回転角センサが、２つの磁石面の相対角度が、同期状態にある相対角度に対して、前記駆動マグネット部材の磁石面における磁極の配置ピッチ角度の１／２倍より大きく、１倍より小さい範囲でずれていることを検知すると、前記制御部は、前記電磁石に電流を供給する、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の電動工具。

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