(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力軸と、
前記出力軸と同軸的に固定され、コイルパターンが片面又は両面に形成されたコイルディスクを少なくとも１枚有するロータコイル基板と、
前記コイルパターンに電気的に導通し電流を供給する整流子基板と、
前記整流子基板に電流を供給する電流供給部と、
前記コイルパターンに対向する磁束発生部と、
前記ロータコイル基板が内部に位置し、前記出力軸を回転自在に保持するハウジングとを備え、前記ロータコイル基板の回転運動により動力を出力するディスクモータであって、
前記出力軸は、半径方向に突出して設けられたフランジ部を有し、前記フランジ部の外周に半径方向に突出する凸部が周方向に複数形成され、前記フランジ部と前記複数の凸部により前記ロータコイル基板を前記出力軸の軸方向に支持し、前記複数の凸部の前記周方向間に前記ロータコイル基板の表面を露出する凹部が形成される、ディスクモータ。
【請求項２】
前記フランジ部は前記整流子基板と前記ロータコイル基板との間に設けられている、ことを特徴とする請求項１記載のディスクモータ。
【請求項３】
前記凹部は前記整流子基板のコンミテータと重なる位置に形成されている、ことを特徴とする請求項２記載のディスクモータ。
【請求項４】
前記フランジ部には中心から半径方向に延びた柱状凸部が形成されている、請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載のディスクモータ。
【請求項５】
前記フランジ部には中心から半径方向に延びた羽根形状凸部が形成されている、請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載のディスクモータ。
【請求項６】
前記フランジ部には外周から中心に向かう半径方向に延びたＶ字状溝が形成されている、請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載のディスクモータ。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載のディスクモータを備えた電動作業機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスクモータ及びそれを備えた電動作業機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なディスクモータは、絶縁基板上にコイルパターンが印刷されたロータコイル基板と、ロータコイル基板を保持する出力軸（回転軸）とを有し、ロータコイル基板に印加される磁場とにより回転力を出力するものである。ロータとして磁芯に銅線を巻回させ作製されたモータと比べて軽量、低騒音、低振動、高効率である。
【０００３】
出力軸には、これと一体となるように成形されたボス部が設けられる。ボス部は出力軸の外周に嵌合する筒状部とその外周側に延長するフランジ部とを有する。ロータコイル基板は出力軸と同軸的、かつボス部のフランジ部の一方の面に絶縁板を介して対向するように固定されている。フランジ部の他方の面には、ロータコイル基板に電流を供給する整流子基板が設置されている。同様のロータ構造を示すものとして下記特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１３５８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のディスクモータの構造においては、ボス部のフランジ部が円板形状を成し、大気と接する面積が小さい為に放熱効果が小さいという問題があった。また、放熱効果が小さい理由に、フランジ部と大気が接する面（つまりフランジ部の外周面）が平滑な面であるため、大気を攪拌する効果が小さいという理由もある。従来のディスクモータは回転数が約５,０００ｒｐｍ、出力が約１００Ｗ程度であるが、ディスクモータを使用した多様な製品を作製するには、更なる回転数増加や出力増加が必要となる。この際、従来の発熱量より更に多くの熱が発生することで、従来の排熱方法では大きな発熱に対処できない場合がある。
【０００６】
本発明は上記背景を鑑みて成されたもので、その目的は簡便な構造によって放熱効果を改善させたディスクモータ及びそれを備えた電動作業機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様はディスクモータである。このディスクモータは、出力軸と、前記出力軸と同軸的に固定され、コイルパターンが片面又は両面に形成されたコイルディスクを少なくとも１枚有するロータコイル基板と、前記コイルパターンに電気的に導通し電流を供給する整流子基板と、前記整流子基板に電流を供給する電流供給部と、前記コイルパターンに対向する磁束発生部と、前記ロータコイル基板が内部に位置し、前記出力軸を回転自在に保持するハウジングとを備え、前記ロータコイル基板の回転運動により動力を出力する構成であって、
前記出力軸は、半径方向に突出して設けられたフランジ部を有し、前記フランジ部の外周に半径方向に突出する凸部が周方向に複数形成され、前記フランジ部と前記複数の凸部により前記ロータコイル基板を前記出力軸の軸方向に支持し、前記複数の凸部の前記周方向間に前記ロータコイル基板の表面を露出する凹部が形成される。
【０００８】
前記ディスクモータにおいて、前記フランジ部は前記整流子基板と前記ロータコイル基板との間に設けられていてもよい。
【０００９】
前記ディスクモータにおいて、前記凹部は前記整流子基板のコンミテータと重なる位置に形成されていてもよい。
【００１０】
前記ディスクモータにおいて、前記フランジ部には中心から半径方向に延びた柱状凸部が形成されていてもよい。
【００１１】
あるいは、前記フランジ部には中心から半径方向に延びた羽根形状凸部が形成されていてもよい。
【００１２】
さらには、前記フランジ部には外周から中心に向かう半径方向に延びたＶ字状溝が形成されていてもよい。
【００１３】
本発明の第２の態様は、前記ディスクモータを備えた電動作業機である。
【００１４】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、簡便な構造によって放熱効果を改善させたディスクモータ及びそれを備えた電動作業機を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るディスクモータを備えた電動作業機としての刈払機の斜視図。
【図２】図１に示す刈払機の、ディスクモータを含む駆動部の正断面図。
【図３】図２に示すディスクモータのロータを示す断面図。
【図４】柱状凸部が形成されたボス部を、出力軸に一体化した構成の斜視図。
【図５】整流子基板の平面図。
【図６】本発明の第２の実施の形態であって、別の柱状凸部が形成されたボス部を、出力軸に一体化した構成の斜視図。
【図７】本発明の第３の実施の形態であって、羽根形状凸部が形成されたボス部を、出力軸に一体化した構成の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一又は同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る刈払機１の斜視図である。電動作業機の例示である刈払機１は、駆動部２と、パイプ部４と、ハンドル部５と、電源部６とから主に構成されており、駆動部２に装着される刈刃７で刈払い作業を行うものである。
【００１９】
電源部６は、電源たるバッテリ６９を着脱可能に有する。パイプ部４は、電源部６と駆動部２とを機械的に接続する（連結する）。また、パイプ部４の内部には、電源部６と駆動部２とを電気的に接続する配線（図２の電力ケーブル３４等）が挿通されている。この配線により、電源部６から駆動部２に電力が供給される。駆動部２は、ヘッドハウジング１１の内部に図２に示すディスクモータ３を収容しており、電源部６からの供給電力により刈刃７を回転駆動する。ディスクモータ３の構成は後述する。
【００２０】
ハンドル部５は、パイプ部４の中間、すなわち駆動部２と電源部６との間に取り付け固定されている。ハンドル部５は、一対のアーム５１の先端にそれぞれグリップ５２を取り付けてなる。一方のグリップ５２には、スロットル５３が設けられている。このスロットル５３の操作により、駆動部６への供給電力を調整可能、すなわち刈刃７の回転数を調整可能である。刈刃７は、略円板状で、その周縁に鋸歯が形成されている。また、刈刃７中心には図２のディスクモータ３の出力軸３１に装着される孔（図には現れず）が形成されている。
【００２１】
作業者は、スロットル５３を調整することにより刈払機１を動作させる。これにより、ディスクモータ３が回転し、その回転力が出力軸３１に伝達され刈刃７が回転する。また、スロットル５３の調整により供給電力の調整、すなわち刈刃７の回転数が調整可能である。
【００２２】
図２は、図１に示す刈払機１の駆動部２の正断面図である（出力軸３１の延出方向を上下と定義する。）。駆動部２は、ヘッドハウジング１１の内部にディスクモータ３を有する。ヘッドハウジング１１は、カバー部１２及びベース部１３に二分割可能な構造であり、両者を嵌合し、ネジ等で一体化したものである。ディスクモータ３はロータ３０とステータ４０と一対のブラシ３３とを有する。
【００２３】
ディスクモータ３のロータ３０は図３に示される。ロータ３０は、出力軸３１と、整流子基板３５と、ロータコイル基板３６と、ボス部３７と、絶縁板３８と、絶縁シート３９とを有する。
【００２４】
整流子基板３５は、図５に一例を示すように略円板形状であって、銅等の導体パターンからなる整流子セグメント３５１を上面に形成したものであり、整流子基板３５の軸芯と出力軸３１の軸芯とが一致するように出力軸３１に同軸的に固定されている。整流子基板３５の中心には、出力軸３１及びこの外側に一体化されたボス部３７が挿入される挿入孔３５ａが形成され、中心から所定距離離間した位置にはピン３２が挿入されるピン孔３５ｂが形成されている。ピン３２は、整流子基板３５、絶縁シート３９、絶縁板３８、絶縁シート３９、ボス部３７のフランジ部３７Ｂ、絶縁シート３９、絶縁板３８、絶縁シート３９及びロータコイル基板３６を貫通して設けられ、整流子基板３５とロータコイル基板３６とはピン３２によって互いに接続固定されている。出力軸３１は、ヘッドハウジング２のカバー部１２及びベース部１３に固定された軸受３１１，３１２によって回転可能に支承されている。出力軸３１の下方側端部には雄ネジ３１Ａが形成されており、図示せぬ留め具によって刈刃７が固定される。
【００２５】
ロータコイル基板３６は、略円板状の複数（本実施形態では４枚）のコイルディスク３６Ａを積層し、それらを樹脂でモールドすることにより構成されている。コイルディスク３６Ａは略円板形状であり、中心から半径方向に延びる複数の導電性物質（銅等）でできた放射状パターン又は放射パターン群を含むコイルパターンが片面又は両面に形成されている。
【００２６】
前記ピン３２は整流子基板３５上の所定の整流子セグメント３５１とロータコイル基板３６の所定のコイルパターンとを電気的に接続しており、必要な本数設けられている。
【００２７】
ボス部３７は、出力軸３１に同軸的に固定されており、略円筒形状の筒状部３７Ａと略円板形状のフランジ部３７Ｂとから構成されている。フランジ部３７Ｂは筒状部３７Ａから半径方向外方に突出するように設けられている。従って、ボス部３７が一体化された出力軸３１は半径方向に突出して設けられたフランジ部３７Ｂを有することになる。フランジ部３７Ｂは絶縁板３８によって上下方向から挟まれている。フランジ部３７Ｂはディスクモータ３の強度を上げるために設けられていて、各部材を貫通することにより円周方向及び上下方向の移動を規制しているピン３２が貫通している（但し、ピン３２とフランジ部３７Ｂ間は絶縁されている。）。絶縁シート３９は、加熱圧着用の接着シートとして機能するものであり、各コイルディスク３６Ａ間、及び絶縁板３８の両側に設けられている。
【００２８】
ロータ３０は、整流子基板３５、絶縁シート３９、絶縁板３８、絶縁シート３９の順にボス部３７のフランジ部３７Ｂの一方の面側（上面側）に積層配置するとともに、フランジ部３７Ｂの他方の面側（下面側）に、絶縁シート３９、絶縁板３８、絶縁シート３９、ロータコイル基板３６を順次積層配置した状態で、上下方向から加熱、圧縮することより作製される。つまり、絶縁シート３９の接着剤として機能によりフランジ部３７Ｂの一方の面に整流子基板３５が接着一体化され、かつ他方の面にロータコイル基板３６が接着一体化される。
【００２９】
ディスクモータ３のステータ４０は、磁束発生部としての永久磁石（界磁用マグネット）４１と、軟磁性体である下側環状ヨーク４２及び上側環状ヨーク４３とを有する。
【００３０】
ヘッドハウジング２のカバー部１２には、給電ケーブル３４、ブラシ３３、及び上側環状ヨーク４３が設けられている。ベース部１３には永久磁石４１と下側環状ヨーク４２が設けられている。永久磁石４１はコイルディスク３６Ａの放射状パターン又は放射パターン群に対向する位置に等角度間隔で複数個配置されている。
【００３１】
ディスクモータ３には、給電ケーブル３４から電力が供給され、給電ケーブル３４に電気的に接続している電流供給部としてのブラシ３３から整流子基板３５へと電流が流れる。ブラシ３３は出力軸３１対して対称位置に設けられ、カバー部１２に支持される。ブラシ３３は整流子基板３５上の整流子セグメント３５１に当接するようにバネ３３Ａで付勢されている。上側環状ヨーク４３はカバー部１２にネジ等で固定されている。
【００３２】
ヘッドハウジング２のベース部１３上面には、出力軸３１に対して等角度間隔で穴部１３１が形成されており、各穴部１３１に永久磁石４１が嵌め込み固定される。また、ベース部１３の下面に形成された環状溝部１３２に下側環状ヨーク４２が配置され、ネジ等でベース部１３に固定される。
【００３３】
本実施の形態では、ボス部３７のフランジ部３７Ｂの形状に特長があり、図４に示すように、フランジ部３７Ｂの整流子基板３５とコイル基板３６とに接しない側面（つまり外周）に、柱状凸部６１を周期的に（つまり、等角度間隔で）設けている。このようにフランジ部３７Ｂの外周に柱状凸部６１を形成したことにより、ボス部３７と大気の接触面積が増加し、放熱効率が改善する。また、単純な円板状のフランジ部と比較してフランジ部３７Ｂの回転に伴ってフランジ部３７Ｂの外周に沿って周回する大気の流れを増大させ、この大気の流れによる整流子基板３５やロータコイル基板３６等の放熱効果も期待できる。
【００３４】
以上のディスクモータ３の構成において、電源部６，給電ケーブル３４、ブラシ３３の経路で整流子基板３５上の整流子セグメント３５１に電力が供給されると、永久磁石４１と、選択的に通電されるロータコイル基板３６のコイルパターン（放射状パターン又は放射パターン群）との間の電磁力でディスクモータ３は回転トルクを発生し続ける。
【００３５】
ロータコイル基板３６から発する熱には、コイルパターンに流れる電流により生じるジュール熱がある。整流子基板３５から発する熱には、整流子セグメント３５１に流れる電流により生じるジュール熱と、整流子セグメント３５１とブラシ３３間に生じる摩擦熱及び火花による熱とがある。従って、これらの熱を効率良く排熱可能な構造が必要であるが、本実施の形態では、下記の理由により放熱効果を改善可能であり、ディスクモータの更なる回転数増加や出力増加に対応可能となる。
【００３６】
(1) フランジ部３７Ｂの整流子基板３５とコイル基板３６とに接しない側面（つまり外周）に、柱状凸部６１を周期的に形成したことにより、ボス部３７と大気の接触面積を増加させることが可能となり、放熱効率を改善可能である。
【００３７】
(2) 柱状凸部６１の存在により、フランジ部３７Ｂの外周に沿って周回する大気の流れを増大させ、この大気の流れによる整流子基板３５やロータコイル基板３６等の放熱効果も期待できる。
【００３８】
(3) ボス部３７のフランジ部３７Ｂの一方の面に整流子基板３５が接着され、他方の面にロータコイル基板３６が接着されているので、熱伝導による効率的な排熱が可能である。
【００３９】
図６は本発明の第２の実施の形態であって、ディスクモータ３において、別の柱状凸部６２が形成されたフランジ部３７Ｂを有するボス部３７を、出力軸３１に一体化した構成を示す。この場合、柱状凸部６２を図５の整流子基板３５上の整流子セグメント３５１と近似した形状でかつ同一個数とする。そして、フランジ部３７Ｂと図５の整流子基板３５とを接着する際に、柱状凸部６２を整流子セグメント３５１と同位置に配置する。
【００４０】
この第２の実施の形態によれば、図４の場合に比較して、フランジ部３７Ｂと整流子基板３５間の接触面積が増加し、接着力がより強固となる。
【００４１】
なお、フランジ部３７Ｂの外周に柱状凸部６２を等角度間隔で形成する代わりに、Ｖ字状溝を等角度間隔で形成しても同様の効果が得られる。また、柱状凸部６２の個数は、その複数倍が、整流子基板３５上の整流子セグメント３５１の個数であれば図５より少なくてもよく、例えば柱状凸部６２を整流子セグメント３５１の半分の数とし、整流子セグメント３５１の倍の配列間隔を有して設けられていても、接触面積の増加と接着力の強化を図ることが可能である。
【００４２】
図７は本発明の第３の実施の形態であって、ディスクモータ３において、図４及び図６の柱状凸部６１，６２の代わりに羽根形状凸部６３が形成されたフランジ部３７Ｂを有するボス部３７を、出力軸３１に一体化した構成を示す。羽根形状凸部６３はフランジ部３７Ｂの外周に等角度間隔で設けられている。
【００４３】
この第３の実施の形態によれば、図４及び図６と比較して、羽根形状凸部６３によりフランジ部３７Ｂの外周側の表面積を増大させる得ることや、大気をボス部３７の半径方向に掻きだすことによる効果が生じることにより、図４や図６の例に比べ、より放熱効果が改善する。
【００４４】
なお、各実施の形態において、柱状凸部６１，６２や羽根形状凸部６３を設けたことによるフランジ部外周の凹凸は、整流子基板３５のコンミテータ（整流子）と重なる位置に形成されていてもよい。また、各実施の形態におけるフランジ部３７Ｂの柱状凸部６１，６２及び羽根形状凸部６３を含めた径は、ヘッドハウジング２の内壁と接しない程度に最大限の大きさとすることが望ましい。通常、小型化の観点からは整流子基板３５の外周縁からはみ出さない形状とするが、放熱効果を重視する場合には整流子基板３５の外周縁の外側にはみ出した形状としてもよい。
【００４５】
柱状凸部６１，６２及び羽根形状凸部６３の個数は任意であるが、ディスクモータ３の作製が加熱圧縮により行われることから、等方的に配置することが望ましい。
【００４６】
柱状凸部６１，６２及び羽根形状凸部６３は、フランジ部３７Ｂと一体成型工法で作製されることが望ましい。
【００４７】
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。例えば、電動作業機は、実施の形態で示した刈払機のほか、ディスクモータを搭載したベルトサンダーやロータリーバンドソーなどのディスクモータによる回転駆動部を有する種々の電動工具であってもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１  刈払機
２  駆動部
３  ディスクモータ
４  パイプ部
５  ハンドル部
６  電源部
７  刈刃
１１  ヘッドハウジング
１２  カバー部
１３  ベース部
３０  ロータ
３１  出力軸
３２  ピン
３３  ブラシ
３５  整流子基板
３６  ロータコイル基板
３７  ボス部
３７Ｂ  フランジ部
３８  絶縁板
３９  絶縁シート
４１  永久磁石
４２  下側環状ヨーク
４３  上側環状ヨーク
６１，６２  柱状凸部
６３  羽根形状凸部
【図１】
0005904321.tif 000002
【図２】
0005904321.tif 000003
【図３】
0005904321.tif 000004
【図４】
0005904321.tif 000005
【図５】
0005904321.tif 000006
【図６】
0005904321.tif 000007
【図７】
0005904321.tif 000008