JP6899541B2 - 電動工具 - Google Patents

Description

本発明は、モータの回転角度を検出する回転検出部を備えた電動工具に関する。

穴あけ作業やねじ類の締付作業に用いられる手持ち式の電動工具は、小型化および軽量化のために、ビルトイン式モータを使用することが多い（たとえば特許文献１〜３）。ビルトイン式モータは、モータの構成要素をハウジングの内周面に突設されたリブ部材に直接組み付けることで構成される。

特開２００７−１３６６０７号公報 特開２００６−９７２号公報 特開２０１２−７１３６０号公報

インパクト回転工具などの電動工具では、モータの回転角度から締付トルクを推定する制御が実施される。締付トルクの推定精度を高めるためには、モータの回転角度を高精度に検出する回転検出部を電動工具に設けることが必要となる。

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、回転検出部を効率的に電動工具に設ける技術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、モータと、モータの回転出力を先端工具に伝達する伝達機構と、モータの回転角度を検出する回転検出部と、を備えた電動工具であって、回転検出部は、モータのモータシャフトに取り付けられた回転体と、回転体の回転位置に応じた回転位置信号を出力する位置検出部とを有する。回転体は開口を有し、モータシャフトが回転体の開口に圧入固定される。

本発明によれば、回転検出部を効率的に電動工具に設ける技術を提供できる。

実施形態に係る電動工具の一部断面概要図である。 回転体およびモータシャフトの断面を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、圧入制限部の例を示す図である。 （ａ）〜（ｂ）は、回転止め機構の例を示す図である。 回転体の一例を示す図である。 （ａ）〜（ｂ）は、固定面に形成した凹部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の一部断面概要図を示す。電動工具１はハウジング２を備え、モータユニット４がハウジング２に内装される。モータユニット４は、ステータ、およびモータシャフト９と一体化したロータをハウジング２に組み付けることで機能するビルトイン式モータとして構成され、モータケースを有しないことで電動工具１の小型化および軽量化に貢献する。以下、モータユニット４の前方側のモータシャフト９を「モータシャフト９ａ」、後方側のモータシャフト９を「モータシャフト９ｂ」と呼ぶ。モータシャフト９ａには、遠心ファンである冷却ファン３が固定される。

駆動ブロック５は、モータの回転出力を先端工具に伝達する伝達機構を備える。具体的に駆動ブロック５は、モータシャフト９ａの回転出力を出力軸６に伝達する動力伝達機構を備え、動力伝達機構は、モータシャフト９ａに取り付けられたピニオンギヤに噛み合う遊星歯車減速機構を有してよい。電動工具１がインパクト回転工具である場合、動力伝達機構は、出力軸６に間欠的な回転衝撃力を発生させるインパクト機構を含む。出力軸６にはチャック機構７が連結し、ドリルやドライバなどの先端工具を着脱可能とする。ハウジング２のグリップ部には、作業者により操作される操作スイッチ８が設けられ、作業者が操作スイッチ８を引くとモータユニット４におけるロータが回転して、出力軸６が先端工具を駆動する。

モータユニット４はインナーロータ型のブラシレスモータであって、複数の永久磁石を有するロータがステータの内側で回転する。モータユニット４の構成要素であるロータおよびステータは、それぞれ別個独立にハウジング２に固定される。ハウジング２は、電動工具１の回転軸線中心を横切る垂直面で２分される一対の（左右の）半割れハウジング部材から構成される。モータユニット４のハウジング２への組付は、一方のハウジング部材に、ステータおよびモータシャフト９の第１軸受１０ａ、第２軸受１０ｂを組み込み、他方のハウジング部材をかさねて、一対のハウジング部材をねじ締め等で結合することで行われる。

モータユニット４の後方には、モータの回転角度を検出する回転検出部１２が設けられる。回転検出部１２は、モータシャフト９ｂに取り付けられた回転体２０と、回転体２０の回転位置に応じた回転位置信号を出力する位置検出部３０とを有する。位置検出部３０は、センサ基板上に設けられたセンサである。回転検出部１２は、磁気式エンコーダであってよいが、光学式エンコーダであってもよい。

回転検出部１２が磁気式エンコーダである場合、回転体２０は磁石を有し、位置検出部３０は、磁力の変化を検出する磁気センサを有する。モータ回転角度の検出精度を高めるために、回転体２０および位置検出部３０の間隔は狭く設定され、たとえば両者の間隔は約２ｍｍである。なお回転検出部１２が光学式エンコーダである場合、回転体２０は光を遮断／透過するスリットを形成された回転円板であり、位置検出部３０は、フォトダイオードなどの受光素子を有する。回転検出部１２はいずれの形式のエンコーダであってもよく、位置検出部３０は、モータ回転を制御する制御部（図示せず）に、回転体２０の回転位置に応じた回転位置信号を出力する。

位置検出部３０は支持部材１４により、モータユニット４のステータ側に固定される。回転体２０をモータシャフト９ｂに固定し、且つ位置検出部３０をモータユニット４に固定することで、回転体２０および位置検出部３０の組付精度を高めることができ、回転体２０および位置検出部３０の間隔を所定値に高精度に設定できる。また位置検出部３０をハウジング２に固定する場合と比べると、位置検出部３０をモータユニット４に固定することで、ハウジング２の変形に対して回転体２０および位置検出部３０の相対位置が影響を受けにくく、信頼性の高い回転検出部１２を実現できる。

図２は、回転体２０およびモータシャフト９ｂの断面を示す。回転体２０は開口２１を有し、モータシャフト９ｂが回転体２０の開口２１に圧入固定される。モータシャフト９ｂと開口２１とを圧入固定することで、たとえばモータシャフト９ｂと回転体２０とをねじ締めにより固定する場合と比べると、組付工程を容易にできるだけでなく、部品点数を少なくして小型化を実現できる。

なお図１を参照して、回転体２０は、モータシャフト９ｂを支持する第２軸受１０ｂに接触しない位置でモータシャフト９ｂに取り付けられる。回転体２０を取り付ける前に、モータシャフト９ｂには、すでに第２軸受１０ｂが圧入固定されている。回転体２０は、開口２１をモータシャフト９ｂと同軸に配置した状態で押し込まれて、モータシャフト９ｂに取り付けられるが、このとき回転体２０は、第２軸受１０ｂの圧入位置までは押し込まれないように設計されている。このため回転体２０の押し込みによって、第２軸受１０ｂの圧入位置がずれることはない。

なお回転体２０の組付工程をさらに容易にするために、モータシャフト９ｂまたは開口２１の少なくとも一方に、モータシャフト９ｂの圧入深さを制限する圧入制限部が設けられてよい。圧入制限部を利用することで、モータシャフト９ｂに対する回転体２０の位置決めを容易に実現できるようになる。図３（ａ）〜（ｃ）は、圧入制限部の例を示す。

図３（ａ）は、回転体２０の開口２１の底部である圧入制限部２２を示す。図３（ａ）に示す例では、開口２１を有底に形成し、モータシャフト９ｂを圧入制限部２２に当接するまで開口２１に圧入することで、回転体２０がモータシャフト９ｂに取り付けられる。

図３（ｂ）は、回転体２０の開口２１に形成された段部である圧入制限部２３を示す。図３（ｂ）に示す例では、開口２１に小径部を形成し、モータシャフト９ｂを圧入制限部２３に当接するまで開口２１に圧入することで、回転体２０がモータシャフト９ｂに取り付けられる。

図３（ｃ）は、モータシャフト９ｂに形成された段部である圧入制限部２４を示す。図３（ｃ）に示す例では、圧入制限部２４が回転体２０の開口２１の端面に当接するまでモータシャフト９ｂを開口２１に圧入することで、回転体２０がモータシャフト９ｂに取り付けられる。

回転検出部１２がモータの回転角度を高精度に検出するためには、回転体２０がモータシャフト９ｂに相対回転不能に取り付けられる必要がある。そこで回転体２０は、モータシャフト９ｂに回転止め構造を介して固定される。図４（ａ）〜（ｂ）は、回転止め機構の例を示す。

図４（ａ）は、回転体２０の開口２１の断面をＤ形状とし、モータシャフト９ｂの端部断面をＤ形状とした回転止め構造を示す。断面Ｄ形状のモータシャフト９ｂを開口２１に圧入することで、回転体２０とモータシャフト９ｂとの相対回転が抑止される。

図４（ｂ）は、開口２１とモータシャフト９ｂにキー溝を形成し、両方のキー溝に、キーである回転抑止部材２５を差し込んだ回転止め構造を示す。回転抑止部材２５を開口２１とモータシャフト９ｂのキー溝に配置することで、回転体２０とモータシャフト９ｂとの相対回転が抑止される。

図５は、回転体２０の一例を示す。この回転体２０は、磁気式エンコーダにおける一部品を構成し、磁石２６と、磁石２６を固定する固定用ブッシュ２７を有する。固定用ブッシュ２７の固定面には磁石２６を嵌合する凹部が形成され、磁石２６は、凹部に嵌合されて固定される。なお磁石２６は、ブッシュ固定面の凹部に接着固定されることが好ましい。これにより磁石２６を固定用ブッシュ２７に確実に固定できる。

磁石２６は、固定用ブッシュ２７の凹部に相対回転不能に嵌合する形状を有して、凹部に相対回転不能に嵌合することが好ましい。
図６（ａ）は、固定用ブッシュ２７の固定面の凹部をＤ形状に形成した例を示す。磁石２６は凹部に嵌合するＤ形状を有して、凹部に嵌合し、接着剤により固定される。
図６（ｂ）は、固定用ブッシュ２７の固定面の凹部を四角形状に形成した例を示す。磁石２６は凹部に嵌合する四角形状を有して、凹部に嵌合し、接着剤により固定される。

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（４）と、モータの回転出力を先端工具に伝達する伝達機構（５）と、モータの回転角度を検出する回転検出部（１２）とを備える。回転検出部（１２）は、モータのモータシャフト（９ｂ）に取り付けられた回転体（２０）と、回転体の回転位置に応じた回転位置信号を出力する位置検出部（３０）とを有し、回転体（２０）は開口（２１）を有し、モータシャフト（９ｂ）が回転体の開口に圧入固定される。

モータシャフト（９ｂ）または開口（２１）の少なくとも一方に、モータシャフトの圧入深さを制限する圧入制限部（２２，２３，２４）が設けられることが好ましい。回転体（２０）は、モータシャフト（９ｂ）に相対回転不能に取り付けられることが好ましい。

回転検出部（１２）は、磁気式エンコーダであってよく、回転体（２０）は、磁石（２６）と、磁石を固定する固定用ブッシュ（２７）を有してよい。磁石（２６）は、固定用ブッシュ（２７）に接着固定されてよい。固定用ブッシュ（２７）は、磁石の固定面に凹部を有し、磁石は、固定用ブッシュの凹部に相対回転不能に嵌合する形状を有してよい。なお回転体（２０）は、モータシャフト（９ｂ）を支持する軸受（１０ｂ）に接触しない位置でモータシャフトに取り付けられることが好ましい。

１・・・電動工具、２・・・ハウジング、４・・・モータユニット、５・・・駆動ブロック、６・・・出力軸、９ａ，９ｂ・・・モータシャフト、１０ａ・・・第１軸受、１０ｂ・・・第２軸受、１２・・・回転検出部、２０・・・回転体、２１・・・開口、２２，２３，２４・・・圧入制限部、２５・・・回転抑止部材、２６・・・磁石、２７・・・固定用ブッシュ、３０・・・位置検出部。

Claims (7)

1. モータと、
   前記モータの回転出力を先端工具に伝達する伝達機構と、
   前記モータの回転角度を検出する回転検出部と、を備えた電動工具であって、
   前記回転検出部は、前記モータのモータシャフトに取り付けられた回転体と、前記回転体の回転位置に応じた回転位置信号を出力する位置検出部とを有し、
   前記回転体は開口を有し、前記モータシャフトが前記回転体の前記開口に圧入固定され、
   前記モータシャフトまたは前記開口の少なくとも一方に、前記モータシャフトの圧入深さを制限する圧入制限部が設けられる、
   ことを特徴とする電動工具。
2. 前記位置検出部は、支持部材により前記モータのステータに固定され、回転軸方向において前記回転体と対向する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
3. 前記回転体は、前記モータシャフトに相対回転不能に取り付けられる、
   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. 前記回転検出部は、磁気式エンコーダであって、
   前記回転体は、磁石と、磁石を固定する固定用ブッシュを有する、
   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。
5. 前記磁石は、前記固定用ブッシュに接着固定される、
   ことを特徴とする請求項４に記載の電動工具。
6. 前記固定用ブッシュは、前記磁石の固定面に凹部を有し、
   前記磁石は、前記固定用ブッシュの凹部に相対回転不能に嵌合する形状を有する、
   ことを特徴とする請求項４または５に記載の電動工具。
7. 前記回転体は、前記モータシャフトを支持する軸受に接触しない位置で前記モータシャフトに取り付けられる、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の電動工具。

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