(57)【要約】【課題】モータの小型化、軽量化を実現しながら、非常に簡便な構成にてモータの慣性モーメントを増加させる。  【解決手段】回転軸１１及び回転軸１１に固定された磁気回路部材１４を有する回転子１５と、磁気回路を有する固定子１９と、回転軸１１に固定された冷却ファン３０とを備え、回転子１５の磁気回路部材１４は、回転軸１１方向に連通した空隙１２ａを有する鉄心１２により回転軸１１に固定され、空隙１２ａ内に密度の高い非磁性体７０を固定させたことで、実現する。【選択図】図６
2008187760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸及び前記回転軸に固定された磁気回路部材を有する回転子と、
磁気回路を有する固定子と、
前記回転軸に固定された冷却ファンとを備え、
前記回転子の磁気回路部材は、前記回転軸方向に連通した空隙を有する鉄心により前記回転軸に固定され、
前記空隙内に密度の高い非磁性体を固定させたこと
を特徴とするモータ。
【請求項２】
前記非磁性体は、前記空隙に挿入可能な形状に形成され、前記空隙に挿入され固定されること
を特徴とする請求項１記載のモータ。
【請求項３】
前記非磁性体は、粘性状に溶融された状態で前記空隙に充填され、前記空隙内で固化することで固定されること
を特徴とする請求項１記載のモータ。
【請求項４】
主動側回動部材と従動側回動部材とを有し、
前記従動側回動部材に加わる負荷トルクが小さい状態では、前記主動側回動部材と前記従動側回動部材とが一体化して回動し、負荷トルクが大きくなると前記主動側回動部材と前記従動側回動部材とが一旦分離した後、復帰手段によって再び一体化されるように構成され、
前記復帰手段によって再び一体化される際に、前記主動側回動部材から前記従動側回動部材に対して、主動側回動部材の回動に伴う慣性力によって衝撃的に駆動トルクを印加するインパクト回転工具において、
前記主動側回動部材を回動させる請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のモータを搭載したインパクト回転工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの小型化と回転子の充分な慣性モーメントの確保とを実現するモータ及びそのモータを搭載したインパクト回転工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁石の高性能化や工法革新に伴い、モータの小型化、軽量化が促進されている。例えば、モータにより回転されるハンマにより、回転方向への打撃（インパクト）を与えることにより得られる衝撃トルクで先端に取り付けられたビットを回転させ、ボルトやナット、あるいはネジなどの締め付け作業に用いるインパクト回転工具においても、ユーザの使用感を高めるために、上述したような小型化、軽量化されたモータを搭載することが要求されている。
【０００３】
しかしながら、モータの小型化、軽量化を実現しようとした場合、モータにおいて大きな重量を占める回転子の鉄心部分を小型化して軽量化することが求められてしまう。この鉄心部分を軽量化すると回転子の重量が減少したことにより、回転子の慣性モーメントが減少してしまうことになる。したがって、上述したようなインパクト回転工具に、小型化、軽量化を優先して慣性モーメントを減少させてしまったモータを搭載すると、大きな衝撃トルクを得ることができないため、工具としての性能を低下させてしまうといった問題があった。
【０００４】
そこで、モータのロータ（回転子）に非磁性体のウエイトを挿入することで、慣性モーメントを増加させる手法が考案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】実開昭５７−１９２７５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１で開示されている手法では、ロータの体積を増加させてしまい、モータを大型化させてしまうといった問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上述したような問題を解決するために案出されたものであり、モータの小型化、軽量化を実現しながら、非常に簡便な構成にてモータの慣性モーメントを増加させることができるモータ及びそのモータを搭載したインパクト回転工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のモータは、回転軸及び前記回転軸に固定された磁気回路部材を有する回転子と、磁気回路を有する固定子と、前記回転軸に固定された冷却ファンとを備え、前記回転子の磁気回路部材は、前記回転軸方向に連通した空隙を有する鉄心により前記回転軸に固定され、前記空隙内に密度の高い非磁性体を固定させたことで、上述の課題を解決する。
【０００８】
また、本発明のモータは、前記非磁性体が、前記空隙に挿入可能な形状に形成され、前記空隙に挿入され固定されることで、上述の課題を解決する。
【０００９】
また、本発明のモータは、前記非磁性体が、粘性状に溶融された状態で前記空隙に充填され、前記空隙内で固化することで固定されることで、上述の課題を解決する。
【００１０】
本発明のインパクト回転工具は、主動側回動部材と従動側回動部材とを有し、前記従動側回動部材に加わる負荷トルクが小さい状態では、前記主動側回動部材と前記従動側回動部材とが一体化して回動し、負荷トルクが大きくなると前記主動側回動部材と前記従動側回動部材とが一旦分離した後、復帰手段によって再び一体化されるように構成され、前記復帰手段によって再び一体化される際に、前記主動側回動部材から前記従動側回動部材に対して、主動側回動部材の回動に伴う慣性力によって衝撃的に駆動トルクを印加するインパクト回転工具において、前記主動側回動部材を回動させる請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のモータを搭載することで、上述の課題を解決する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、 モータの回転子の磁気回路部材の鉄心が有する空隙を活用し、この空隙内に密度の高い非磁性体を入れて固定させることで、回転子の体積を一切増やすことなく、且つ僅かな質量の増加で、つまり、モータを小型化、軽量化したまま慣性モーメントを容易に増加させることを可能とする。
【００１２】
また、本発明によれば、挿入可能な形状に形成した非磁性体を挿入するだけであるので、非常に僅かな作業時間で慣性モーメントを向上させた固定子を形成することを可能とする。
【００１３】
また、本発明によれば、粘性状に溶融された非磁性体を固化させる時間を必要とするが、空隙内を隙間なく非磁性体で満たすため、慣性モーメントをさらに向上させることを可能とする。
【００１４】
さらに、本発明によれば、小型化、軽量化を実現しながら、非常に簡便な構成にて慣性モーメントを増加させたモータをインパクト回転工具に搭載することができる。したがって、インパクト回転工具自体も小型化、軽量化されることでユーザの使用感を高めるとともに、充分な衝撃トルクを与えることができ、工具としての高い性能を発揮することを可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
まず、図１を用いて、本発明の実施の形態として示すインパクト回転工具１について説明をする。図１は、インパクト回転工具１の主要構成部を示した透過図である。
【００１７】
図１に示すように、インパクト回転工具１は、主要構成部を搭載した工具本体部２と、工具本体部２へ電源供給する充電池を搭載したバッテリ部３からなる。工具本体部２は、モータ本体１０と、モータ本体１０を冷却する冷却ファン３０と、減速機４０と、衝撃トルク発生機構であるインパクトブロック５０と、ビット６０とを備えている。インパクト回転工具１は、トリガスイッチ４を引くことで、バッテリ部３からモータ本体１０へと電源が供給されモータ本体１０を回転させる。そして、モータ本体１０の回転力が、回転軸１１を介して減速機４０で適当な速度に減速された後、インパクトブロック５０にて衝撃トルクに変換されてビット６０に伝達されてネジ締めトルクとなる。
【００１８】
ここで、衝撃トルク発生機構であるインパクトブロック５０について説明をする。衝撃トルク発生機構は、基本的には、主動側回動部材と従動側回動部材とを有し、従動側回動部材に加わる負荷トルクが小さい状態では、主動側回動部材と従動側回動部材とが一体化して回動し、負荷トルクが大きくなると主動側回動部材と従動側回動部材とが一旦分離した後、復帰手段によって再び一体化されるように構成され、復帰手段によって再び一体化される際に、主動側回動部材から従動側回動部材に対して、主動側回動部材の回動に伴う慣性力によって衝撃的に駆動トルクを印加する機構である。
【００１９】
図１に示すインパクト回転工具１のインパクトブロック５０は、上述した主動側回動部材としてハンマ５１を、従動側回動部材としてアンビル５２を、復帰手段としてスプリングを用いた構成となっている。
【００２０】
図２（ａ）に示すように、ハンマ５１は、出力軸５５側の面に突出した打撃部５１ａを備えた略円筒形状の部材であり、図示しない鋼球を内包したカム機構を介して駆動軸５４に回転自在に外嵌している。ハンマ５１は、このカム機構により駆動軸５４に対し、相対的な軸方向の移動及び軸周り方向の移動が規制されている。図２（ａ）に示すように、ハンマ５１は、バネ５３により出力軸５５側に付勢されている。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、アンビル５２は、出力軸５５と連結された輪状の基部５２ａと、基部５２ａから外周側に突出する被打撃部５２ｂとを備えた部材であり、通常時、軸方向において、この被打撃部５２ｂがハンマ５１の打撃部５１ａと重なる位置に配設されている。これにより、ハンマ５１が回転した際、ハンマ５１の打撃部５１ａがアンビル５２の被打撃部５２ｂを打撃することで衝撃トルクを発生させる。
【００２２】
図２（ｂ）に示すように、ボルトやナットなどが装着される出力軸５５側の負荷（トルク）が小さい状態では、駆動軸５４の回転力が、図示しないカム機構を介してハンマ５１に伝達され、さらにハンマ５１の打撃部５１ａとアンビル５２の被打撃部５２ｂとの係合を介して出力軸５５に伝達される。
【００２３】
図２（ｃ）に示すように、出力軸５５にかかる負荷が大きくなると、ハンマ５１が駆動軸５４に対して相対的に回転し、このとき図示しないカム機構の誘導によりハンマ５１がバネ５３の付勢力に抗してモータ本体１０側に移動（後退）し、ハンマ５１の打撃部５１ａとアンビル５２の被打撃部５２ｂとの係合が外れる。そして、打撃部５１ａが、被打撃部５２ｂを乗り越えると、バネ５３の付勢力によってハンマ５１が図示しないカム機構の誘導により出力軸５５側に移動する。
【００２４】
その後、図２（ｄ）に示すように、ハンマ５１の回転により再びハンマ５１の打撃部５１ａがアンビル５２の被打撃部５２ｂに衝撃的に係合し、この被打撃部５２ｂに回転方向の衝撃を与える。衝撃トルク発生機構であるインパクトブロック５０は、以上のような動作を繰り返すことで、衝撃トルクをビット６０に伝達する。
【００２５】
このように、インパクトブロック５０として、ハンマ５１、アンビル５２を用いるタイプを採用しているが、本発明はこれに限定されることなく、衝撃トルク発生機構として、例えば、磁力や摩擦力を利用するタイプ、ねじ機構を用いるタイプなど様々なタイプの衝撃トルク発生機構を利用することができる。
【００２６】
続いて、図３、図４を用いて、モータ本体１０と冷却ファン３０とからなるモータについて説明をする。図３は、モータ本体１０と冷却ファン３０とからなるモータの全体像を示した斜視図であり、図４は、図３に示す回転軸１１の中心を通過するように切断した縦断面図である。
【００２７】
図３、図４に示すように、モータ本体１０は、いわゆるブラシレスモータであり回転子１５と、固定子１９とを備えている。
【００２８】
回転子１５は、回転軸１１と、回転軸１１に接着または圧入などにより固定された鉄心１２及びこの鉄心１２内に挿入され磁界を発生する永久磁石１３とからなる磁気回路部材１４とを備えている。回転子１５は、回転軸１１の軸受けであるボールベアリング２０Ａ、２０Ｂにより回転軸１１周りに回転自在に保持される。回転子１５近傍には、回転子１５の位置を検出するための図示しないホール素子が設けられている。
【００２９】
固定子１９は、鉄心１６と、鉄心１６にコイル枠１７を介して巻回した複数のコイル１８とを備えている。この鉄心１６と、コイル１８とによって固定子１９には、磁気回路が形成される。
【００３０】
このようなモータ本体１０は、図示しない制御回路によって、図示しないホール素子からの位置検出信号に基づいて、固定子１９のコイル１８への通電をスイッチング制御することにより、回転子１５の回転角度に応じた連続的なトルクを発生するように回転子１５を回転させる。
【００３１】
なお、上述したようにモータ本体１０は、ブラシレスモータであるが、本発明は、このようなモータの種別に限定されるものではない。
【００３２】
続いて、冷却ファン３０について説明をする。図４に示すように冷却ファン３０は、回転子１５の回転軸１１に接着または圧入などにより固定されており、回転子１５とともに回転軸１１周りに回転自在に保持されており、回転子１５に伴って回転することで、回転子１５の磁気回路部材１４や固定子１９を冷却する。
【００３３】
図３、図４に示すように、冷却ファン３０は、主面３１ｓを回転軸１１の回転方向へと向け、回転軸１１と固定されている内周部３１Ｂから回転軸１１を中心に放射状に延びた複数枚の羽３１Ａを有している。図３、図４に示すように、この羽３１Ａは、回転子１５の磁気回路部材１４の外形形状よりも大きくなるように延びている。冷却ファン３０は、樹脂（例えば、ポリアミド（ナイロン）、約１．１ｇ／ｃｍ３）などで形成することができる。
【００３４】
このような形状の複数枚の羽３１Ａを有する冷却ファン３０が回転すると、図５の矢印Ａで示すように空気が流れる。具体的には、冷却ファン３０が回転すると、回転軸１１に沿って磁気回路部材１４を通過するように空気を引き込み、最終的に、冷却ファン３０の外周方向へ向けて吐き出すような空気の流れを引き起こす。このような空気の流れを引き起こすことで、回転子１５の磁気回路部材１４や固定子１９を冷却した空気を、インパクト回転工具１の筐体外へと容易に排出することができる。
【００３５】
次に、回転子１５の磁気回路部材１４について説明をする。モータ本体１０は、いわゆるＩＰＭ（Interior Permanent Magnet：埋込磁石）モータであり、図６（ａ）に示すように、永久磁石１３を回転子１５を構成する磁気回路部材１４の鉄心１２内部に埋め込んだモータである。このようなＩＰＭモータの磁気回路部材１４の鉄心１２は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、磁気回路の一部に磁気抵抗を持たせ、モータのトルク性能を向上させるために、意図的に回転軸１１方向に連通した空隙１２ａを有している。
【００３６】
図６（ａ）に示す例では、この空隙１２ａが、回転子１５の鉄心１２の外周近傍において４つの永久磁石１３の埋め込まれた両端部それぞれに存在し、合計で８箇所存在している。空隙１２ａの数は、これに限定されるものではなく、埋め込まれる永久磁石１３の数や設計などに応じて、回転子１５の鉄心１２に複数箇所設けられることになる。
【００３７】
一般に、慣性モーメントは、質量×半径の２乗で表される。そこで、モータ本体１０の回転子１５の磁気回路部材１４の鉄心１２が有する空隙１２ａを活用し、この空隙１２ａ内に密度の高い非磁性体を入れて固定させることで、回転子１５の体積を一切増やすことなく、且つ僅かな質量の増加で、つまり、モータ本体１０を小型化、軽量化したまま慣性モーメントを容易に増加させることができる。
【００３８】
鉄心１２が有する空隙１２ａに固定させる非磁性体としては、非磁性体の金属や樹脂など、どのような非磁性体材料であってもよい。また、空隙１２ａに非磁性体を入れる手法としては以下に示す２つの手法がある。
【００３９】
まず、１つ目の手法は、図７（ｂ）に示すように、空隙１２ａに挿入可能な形状、例えば棒状などに形成した非磁性体７０を、図７（ａ）に示すように空隙１２ａ内に挿入して、接着、または圧入により固定する。
【００４０】
この手法では、挿入可能な形状に形成した非磁性体７０を挿入するだけであるので、非常に僅かな作業時間で慣性モーメントを向上させた回転子１５を形成することができる。
【００４１】
続いて、２つ目の手法は、図８（ｂ）に示すように、非磁性体を粘性状に溶融された状態で充填装置７１により空隙１２ａに充填し、固化させることで、図８（ａ）に示すように空隙１２ａ内に非磁性体７０を固定する。
【００４２】
この手法では、粘性状に溶融された非磁性体７０を固化させる時間を必要とするが、空隙１２ａ内を隙間なく非磁性体７０で満たすため、慣性モーメントをさらに向上させることができる。
【００４３】
また、上述した例では、鉄心１２が有する空隙１２ａ全てに非磁性体７０を固定するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、鉄心１２に空隙１２ａが複数個存在する場合、要求される慣性モーメントに応じて、非磁性体７０を固定させる空隙１２ａを任意に選択することもできる。
【００４４】
このように、本発明の実施の形態として示すインパクト回転工具１は、小型化、軽量化を実現しながら、非常に簡便な構成にて慣性モーメントを増加させたモータを搭載することができる。したがって、インパクト回転工具１自体も小型化、軽量化されユーザの使用感を高めるとともに、充分な衝撃トルクを与えることができるため、工具としての高い性能を発揮することができる。
【００４５】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態として示すインパクト回転工具について説明するための図である。
【図２】衝撃トルク発生機構について説明するための図である。
【図３】モータ本体、冷却ファンについて説明するための斜視図である。
【図４】モータ本体、冷却ファンについて説明するための縦断面図である。
【図５】冷却ファンの回転による空気の流れを示した図である。
【図６】磁気回路部材の鉄心が有する空隙について説明するための図である。
【図７】空隙に非磁性体を固定させる１つ目の手法について説明するための図である。
【図８】空隙に非磁性体を固定させる２つ目の手法について説明するための図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  インパクト回転工具
１０  モータ本体
１１  回転軸
１２  鉄心
１２ａ  空隙
１３  永久磁石
１４  磁気回路部材
１５  回転子
１６  鉄心
１７  コイル枠
１８  コイル
１９  固定子
３０  冷却ファン
７０  非磁性体
【図１】
2008187760.tif 000003
【図２】
2008187760.tif 000004
【図３】
2008187760.tif 000005
【図４】
2008187760.tif 000006
【図５】
2008187760.tif 000007
【図６】
2008187760.tif 000008
【図７】
2008187760.tif 000009
【図８】
2008187760.tif 000010