JP6968581B2 - 電動工具 - Google Patents

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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、ロータコアに形成された貫通孔内に挿入される永久磁石とを含んでなる電動工具であって、
ロータコアには、閉塞された空間部が形成されている一方、
回転軸には、回転軸の軸線方向の一方側でロータコアと隣接し、ロータコアと同径となる円盤状部材が、回転軸と同軸で外装されて、
回転軸の周囲でロータコア及び円盤状部材との間に、筒状空間が形成され、
軸線方向で円盤状部材とロータコアとの間に、筒状空間と連通する円盤状空間が形成され、
貫通孔内で永久磁石の周囲には、円盤状空間と連通する隙間が形成されて、
筒状空間と円盤状空間と隙間とに跨がって充填される樹脂により、回転軸とロータコアと永久磁石と円盤状部材とが一体化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、円盤状部材の外周縁には、軸線方向に延びる短筒部が周設されて、短筒部がロータコアの端面に当接することで、円盤状空間が形成されることを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2の構成において、筒状空間を形成するロータコアの中心孔は、横断面八角形であることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3の何れかの構成において、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5に記載の発明は、請求項1乃至4の何れかの構成において、回転軸には、軸線方向の他方側でロータコアと隣接し、ロータコアより小径となる第2の円盤状部材が、回転軸と同軸で外装されて、
筒状空間は、回転軸と第2の円盤状部材との間にまで形成されて樹脂が充填されていると共に、樹脂は、軸線方向で第2の円盤状部材を挟んだロータコアの反対側で回転軸の周囲にも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、ロータコアに形成された貫通孔内に挿入される永久磁石とを含んでなる電動工具であって、
回転軸には、回転軸の軸線方向の一方側でロータコアと隣接し、ロータコアより小径となる円盤状部材が、回転軸と同軸で外装されて、
回転軸の周囲でロータコア及び円盤状部材との間に、筒状空間が形成され、
貫通孔内で永久磁石の周囲には、隙間が形成されて、
筒状空間と隙間とに跨がって充填されると共に、軸線方向で円盤状部材を挟んだロータコアの反対側で回転軸の周囲に形成される樹脂により、回転軸とロータコアと永久磁石と円盤状部材とが一体化されて、
回転軸とロータコアとの間に充填される樹脂に、空間部が形成されていることを特徴とする。
請求項7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た電動工具であって、
ロータは、回転軸と、ロータコアとを含み、ロータコアには、閉塞された空間部が形成される一方、
回転軸の外周に、当該外周を覆う筒状の樹脂が設けられ、
筒状の樹脂の外周側にロータコアが配置され、
ロータコアには、複数の貫通孔が形成され、
複数の貫通孔には、複数の永久磁石が配置され、
回転軸の軸線方向でロータコアの一端側における、筒状の樹脂の外周側には、円盤状部材が配置され、
ロータコアと円盤状部材との間で筒状の樹脂の外周側には、筒状の樹脂と一体の円盤状の樹脂が設けられて、
貫通孔と永久磁石との隙間には、円盤状の樹脂と一体の樹脂が設けられていることを特徴とする。
請求項8に記載の発明は、請求項7の構成において、軸線方向で前記円盤状部材を挟んだ円盤状の樹脂の反対側には、筒状の樹脂と一体の第2の円盤状の樹脂が設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、ロータコア又は樹脂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 (8)

  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、前記ロータコアに形成された貫通孔内に挿入される永久磁石とを含んでなる電動工具であって、
    前記ロータコアには、閉塞された空間部が形成されている一方、
    前記回転軸には、前記回転軸の軸線方向の一方側で前記ロータコアと隣接し、前記ロータコアと同径となる円盤状部材が、前記回転軸と同軸で外装されて、
    前記回転軸の周囲で前記ロータコア及び前記円盤状部材との間に、筒状空間が形成され、
    前記軸線方向で前記円盤状部材と前記ロータコアとの間に、前記筒状空間と連通する円盤状空間が形成され、
    前記貫通孔内で前記永久磁石の周囲には、前記円盤状空間と連通する隙間が形成されて、
    前記筒状空間と前記円盤状空間と前記隙間とに跨がって充填される樹脂により、前記回転軸と前記ロータコアと前記永久磁石と前記円盤状部材とが一体化されていることを特徴とする電動工具。
  2. 前記円盤状部材の外周縁には、前記軸線方向に延びる短筒部が周設されて、前記短筒部が前記ロータコアの端面に当接することで、前記円盤状空間が形成されることを特徴とする請求項1に記載の電動工具。
  3. 前記筒状空間を形成する前記ロータコアの中心孔は、横断面八角形であることを特徴とする請求項1又は2に記載の電動工具。
  4. 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1乃至3の何れかに記載の電動工具。
  5. 前記回転軸には、前記軸線方向の他方側で前記ロータコアと隣接し、前記ロータコアより小径となる第2の円盤状部材が、前記回転軸と同軸で外装されて、
    前記筒状空間は、前記回転軸と前記第2の円盤状部材との間にまで形成されて前記樹脂が充填されていると共に、前記樹脂は、前記軸線方向で前記第2の円盤状部材を挟んだ前記ロータコアの反対側で前記回転軸の周囲にも形成されていることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の電動工具。
  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、前記ロータコアに形成された貫通孔内に挿入される永久磁石とを含んでなる電動工具であって、
    前記回転軸には、前記回転軸の軸線方向の一方側で前記ロータコアと隣接し、前記ロータコアより小径となる円盤状部材が、前記回転軸と同軸で外装されて、
    前記回転軸の周囲で前記ロータコア及び前記円盤状部材との間に、筒状空間が形成され、
    前記貫通孔内で前記永久磁石の周囲には、隙間が形成されて、
    前記筒状空間と前記隙間とに跨がって充填されると共に、前記軸線方向で前記円盤状部材を挟んだ前記ロータコアの反対側で前記回転軸の周囲に形成される樹脂により、前記回転軸と前記ロータコアと前記永久磁石と前記円盤状部材とが一体化されて、
    前記回転軸と前記ロータコアとの間に充填される前記樹脂に、空間部が形成されていることを特徴とする電動工具。
  7. 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た電動工具であって、
    前記ロータは、回転軸と、ロータコアとを含み、前記ロータコアには、閉塞された空間部が形成される一方、
    前記回転軸の外周に、当該外周を覆う筒状の樹脂が設けられ、
    前記筒状の樹脂の外周側に前記ロータコアが配置され、
    前記ロータコアには、複数の貫通孔が形成され、
    前記複数の貫通孔には、複数の永久磁石が配置され、
    前記回転軸の軸線方向で前記ロータコアの一端側における、前記筒状の樹脂の外周側には、円盤状部材が配置され、
    前記ロータコアと前記円盤状部材との間で前記筒状の樹脂の外周側には、前記筒状の樹脂と一体の円盤状の樹脂が設けられて、
    前記貫通孔と前記永久磁石との隙間には、前記円盤状の樹脂と一体の樹脂が設けられていることを特徴とする電動工具。
  8. 前記軸線方向で前記円盤状部材を挟んだ前記円盤状の樹脂の反対側には、前記筒状の樹脂と一体の第2の円盤状の樹脂が設けられていることを特徴とする請求項7に記載の電動工具。
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