(57)【要約】【課題】ＤＣブラシレスモータを駆動源とするインパクトドライバ等の電動工具において、ＤＣブラシレスモータの回転子を大型化することなくその回転バランスをとることができるようにする。【解決手段】回転子５０の回転子鉄心５１にバランス修正孔５４〜５４を貫通して設け、このバランス修正孔５４内に適量のバランス修正部材５５を取り付けて、回転子５０の回転バランスをとる構成とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄鋼板の積層構造を有する回転子鉄心にバランス修正孔を回転軸方向に沿って設け、該バランス修正孔内にバランス修正部材を配置して回転子の回転バランスをとる構成としたＤＣブラシレスモータ。
【請求項２】
請求項１記載のＤＣブラシレスモータであって、前記バランス修正孔は、前記回転軸回りの位置について磁極の中央に配置したＤＣブラシレスモータ。
【請求項３】
請求項１記載のＤＣブラシレスモータであって、前記回転子鉄心の回転軸方向端面側の鋼板を回転方向にずらして、若しくは前記回転子鉄心の端面に前記バランス修正孔を形成するための孔を有しない薄鋼板を重ね合わせて前記バランス修正孔の少なくとも一方を塞いだＤＣブラシレスモータ。
【請求項４】
請求項１記載のＤＣブラシレスモータであって、前記バランス修正部材を圧入したＤＣブラシレスモータ。
【請求項５】
請求項１記載のＤＣブラシレスモータであって、前記バランス修正孔は前記回転子鉄心の両端面間に貫通して設け、該バランス修正孔の両側に抜け止め材を充填して塞いだＤＣブラシレスモータ。
【請求項６】
請求項１〜６のいずれか１項に記載したＤＣブラシレスモータを駆動源とする電動工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばインパクトドライバ等の電動工具の駆動源として好適なＤＣブラシレスモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、主として手持ち式の電動工具において、例えば機長のコンパクト化を図りあるいはそのメンテナンス性を向上させるために駆動源としてＤＣブラシレスモータを用いたものが提供されている。
このＤＣブラシレスモータは、マグネット（永久磁石）を有する回転子と、駆動コイルを有する固定子と、回転子の磁極の位置を検出する磁気センサを有するセンサ基板と、このセンサ基板により検出される回転子の磁極の位置を検出し、これに基づいて固定子の各駆動コイルに順次電流を流して回転子を回転させる電気回路基板を備えたもので、ブラシと整流子を必要としないことから機器のコンパクト化及びメンテナンスフリー化を図ることができる。
このＤＣブラシレスモータではその振動及び騒音を抑制するために回転子について回転バランスをとる（回転中心に対する当該回転子の重心の偏位を修正する）必要があり、従来よりそのための工夫が種々なされている。例えば、特開２００５−１６０１９６号公報には、回転子鉄心の両端面に切除可能な金属製のバランス修正部材を取り付け、このバランス修正部材を部分的に切除することにより回転バランスを修正する技術が提供されている。この技術によれば、回転子鉄心を切除する必要がないため、モータ性能を低下させることなくその回転バランスをとることができる。
【特許文献１】特開２００５−１６０１９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の技術によれば回転子鉄心の両端面にバランス修正部材を取り付ける必要があるため、部品点数が増えるばかりかその軸方向の長さが長くなって当該ＤＣブラシレスモータが大型化し、結果的にこれを駆動源とする電動工具の機長が長くなる問題があった。
本発明は上記従来の問題に鑑みてなされたもので、回転子の回転軸方向の長さを従来よりも小さくして電動工具等の機長のコンパクト化を図ることができるＤＣブラシレスモータ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】
【０００４】
このため、本発明は、特許請求の範囲の各請求項に記載した構成のＤＣブラシレスモータとした。
請求項１記載のＤＣブラシレスモータによれば、バランス修正部材が回転子鉄心に設けたバランス修正孔内に配置されるので、従来のように回転子鉄心の両端部にバランス修正部材を取り付けた構成に比して、回転子の回転軸方向の長さを大きくすることなく、回転バランスをとることができ、これにより電動工具の電動源として用いた場合に当該電動工具の機長をコンパクト化することができる。
請求項２記載のＤＣブラシレスモータによれば、モータ性能の低下を招くことなく、上記の作用効果を得ることができる。
請求項３記載のＤＣブラシレスモータによれば、バランス修正部材のバランス修正孔内からの脱落を防止することができる。
請求項４記載のＤＣブラシレスモータによれば、バランス修正部材のバランス修正孔内での位置ずれを防止することができる。
請求項５記載のＤＣブラシレスモータによれば、バランス修正部材のバランス修正孔内からの脱落及び位置ずれを防止することができる。
請求項６記載の電動工具によれば、回転子鉄心の両端部にバランス修正部材を取り付ける必要がないので、その回転軸方向の長さを短くして当該ＤＣブラシレスモータを小型化することができ、これにより電動工具の機長のコンパクト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
次に、本発明の実施形態を図１〜図９に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係るＤＣブラシレスモータＭを駆動源とする電動工具１を示している。本例では、この電動工具１の一例として、いわゆるインパクト式のねじ締め機（インパクトドライバ）が示されている。以下の説明において、電動工具１の前後方向については、図１において右側が前側であり、左側が後側として説明する。
この電動工具１は、工具本体１０と、工具本体１０の側部から突き出す状態に設けられたグリップ部１５を備えている。工具本体１０は、概ね円筒形の本体ケース１１を備えている。本体ケース１１の後部は、後部ケース１２により閉塞されている。
グリップ部１５は、使用者が当該電動工具１を使用する際に把持する部分であり、その基部（図１において上部）には使用者が指先で引き操作するトリガ形式のスイッチレバー１６が設けられている。このスイッチレバー１６を引き操作するとグリップ部１５内に収容したメインスイッチ１８がオンして駆動源としてのＤＣブラシレスモータＭが起動する。
グリップ部１５の下部には、当該電動工具１の電源としてのバッテリパックＰを装着するためのバッテリ取り付け部１７が設けられている。このバッテリ取り付け部１７は、主として前方（図１において右側）へ張り出す状態に設けられている。このバッテリ取り付け部１７の下面側にバッテリパックＰが装着される。
【０００６】
本体ケース１１内には、その後側から順番にＤＣブラシレスモータＭ、遊星歯車機構２０、スピンドル２１、回転打撃機構２２、及びアンビル２７が同軸に収納されている。ＤＣブラシレスモータＭの回転出力が遊星歯車機構２０及び回転打撃機構２２を経てアンビル２７に伝達される。
回転打撃機構２２は、スピンドル２１の回転をアンビル２７に対する回転打撃動作に変換する機能を有するもので、スピンドル２１に対して同軸で回転可能かつ軸方向移動可能に支持されたハンマー２３と、このハンマー２３を先端側に付勢する圧縮ばね２４と、ハンマー２３の軸方向移動と回転動作を規制する鋼球２５，２５を備えている。
アンビル２７は、スピンドル２１の先端に同軸で相対回転可能に支持されている。このアンビル２７は、本体ケース１１の先端部に装着した円筒形の軸受け２６を介してその軸回りに回転自在、かつ軸方向への変位不能に支持されている。
ねじ締め開始後、ねじ締め抵抗が小さい段階では、アンビル２７は回転打撃機構２２を介してスピンドル２１と一体でねじ締め方向へ回転する。ねじ締めが進行してねじ締め抵抗がスピンドル２１に伝達される回転力に勝ると、ハンマー２３が圧縮バネ２４に抗して軸方向に後退し、その後圧縮ばね２４により前進しつつ回転してアンビル２７をねじ締め方向に打撃する。
アンビル２７の先端部には、ドライバビットやソケットビット等の先端工具（図示省略）を装着するためのチャック部２８が設けられている。
【０００７】
駆動源としてのＤＣブラシレスモータＭは、４極構造のモータであり、図１に示すように、マグネット（永久磁石）を備える回転子（ロータ）５０と、本体ケース１１の内側に固定されて回転子５０の周囲に位置する固定子（ステータ）６０と、回転子５０の磁極の位置を検出するためのセンサ基板７０と、駆動回路を有する電気制御基板８０を備えている。図２には、ＤＣブラシレスモータＭが単体で示されている。但し、電気制御基板８０は省略されている。また、回転子５０の詳細が図６及び図７に示されている。この回転子５０は、円形の薄鋼板５１ａ〜５１ａを多数枚積層した積層構造の回転子鉄心５１を備えている。この回転子鉄心５１の周囲には、４枚のマグネット５２〜５２が周方向にＮ極とＳ極を交互に位置させた状態に固定されている。このため、図７において破線で示すように回転子鉄心５１には、周方向に隣接するマグネット５２，５２間に跨った磁束線Ｂが発生している。
回転子鉄心５１の中心には貫通孔５１ｂが形成されている。この貫通孔５１ｂに回転軸５３が固定されている。この回転軸５３の周囲四等分位置には、バランス修正孔５４〜５４がそれぞれ回転軸５３の回転軸線Ｊに沿って相互に平行に設けられている。この四カ所のバランス修正孔５４〜５４は、本実施形態の場合すべて同一の円周上に沿って配置されている。
この四カ所のバランス修正孔５４〜５４は、それぞれ磁束線Ｂの影響を受けない位置（モータ性能に悪影響を与えない位置）であって、各マグネット５２の周方向ほぼ中央となる位置（磁極の中央）に配置されている。また、四カ所のバランス修正孔５４〜５４は、相互に同じ径で回転子鉄心５１の両端面間に貫通して設けられている。このため、本実施形態ではすべての薄鋼板５１ａ〜５１ａについて、それぞれバランス修正孔５４〜５４を形成するための四つの孔が同じ円周上の四等分位置に形成されている。
【０００８】
この四カ所のバランス修正孔５４〜５４のすべて若しくは一部について、バランス修正部材５５が圧入されている。圧入するバランス修正部材５５の重量、あるいはバランス修正部材５５をいずれのバランス修正孔５４に圧入するかについては、回転子５０の製作過程において、回転軸線Ｊに対する当該回転子５０の重心の偏位（回転方向のアンバランス）を測定し、このアンバランスが修正されるよう適切に設定されている。また、バランス修正部材５５を圧入する深さ（バランス修正孔５４内の軸線Ｊ方向の位置）についても、当該回転子５０の回転方向のアンバランスを修正するように適切に設定されている。本実施形態において、バランス修正部材５５には黄銅（真鍮）を素材とする一定径の丸棒材（真鍮棒）が用いられている。
回転軸５３は回転子鉄心５１の両側から突き出されている。図１に示すように回転軸５３の前側は前側軸受け５６を介して、後側は後側軸受け５７を介してそれぞれ回転自在に支持されている。前側軸受け５６は、本体ケース１１内に設けた中間区画壁１３の後面に保持されている。この中間区画壁１３によって当該本体ケース１１内がＤＣブラシレスモータＭ側と回転打撃機構２２側に区画されている。
この前側軸受け５６と回転子鉄心５１との間において回転軸５３には冷却ファン５８が固定されている。この冷却ファン５８のボス部５８ａを軸受け５６と回転子鉄心５１で両側から挟み込むことによりこれら相互の軸方向に位置が固定されている。
後側軸受け５７は、後部ケース１２の中央に設けた軸受け保持部１２ａ内に保持されている。後側軸受け５７と回転子鉄心５１の後面との間において回転軸５３にはスリーブ５９が介装されている。前後の軸受け５６，５７間に、冷却ファン５８のボス部５８ａ、回転子５０の回転子鉄心５１及びスリーブ５９を挟み込むことによりこれらが軸方向へ変位不能、かつ回転軸５３と回転について一体化されている。
後部ケース１２は、図８及び図９に示すように２本のビス１４，１４により本体ケース１１の後部に固定されている。２本のビス１４，１４は、本体ケース１１の後面に設けたねじ孔１１ａ，１１ａに締め込まれている。この二つのねじ孔１１ａ，１１ａは、それぞれ本体ケース１１の後部に設けたボス部１１ｂに設けられている。この二つのボス部１１ｂ，１１ｂは、ＤＣブラシレスモータＭの回転軸線Ｊに対して周方向二等分位置に設けられている。両ボス部１１ｂ，１１ｂは本体ケース１１の内周側に張り出す状態に設けられている。
【０００９】
次に、図２に示すように固定子６０は、多数枚の薄鋼板を積層した積層鋼板構造を有する固定子鉄心（ステタコア）６１と、これを電気的に絶縁するいわゆるインシュレータと呼ばれる電気絶縁部材６２を備えている。図５には固定子鉄心６１が単体で示されている。この固定子鉄心６１は、円筒形状を有する円筒部６１ａと、この円筒部６１ａの内周側からそれぞれ放射方向内側に突き出す６本の歯部６１ｂ〜６１ｂを有している。この６本の歯部６１ｂ〜６１ｂが回転子５０の周囲に等間隔で配置されている。
円筒部６１ａの外周面であってその周方向二等分位置には、円弧形に凹む形状のボス逃がし部６１ｄ，６１ｄが形成されている。両ボス逃がし部６１ｄ，６１ｄは、図示するように周方向の位置について歯部６１ｂと同じ位置（歯部６１ｂの基部）に設けられて、当該固定子鉄心６１の強度が確保されている。両ボス逃がし部６１ｄ，６１ｄは、当該固定子鉄心６１の前後両端面間に貫通して設けられている。
この両ボス逃がし部６１ｄ，６１ｄ内には、上記本体ケース１１のボス部１１ｂ，１１ｂが進入している。ＤＣブラシレスモータＭの固定子６０側にボス逃がし部６１ｄ，６１ｄを設けて、このボス逃がし部６１ｄ，６１ｄ内に、本体ケース１１側のボス部１１ｂ，１１ｂを進入させる（逃がす）ことにより、その分本体ケース１１を径方向にコンパクトに構成することができる。
この固定子鉄心６１は、円筒部６１ａの外周面と各歯部６１ｂの先端面６１ｃを除く範囲が電気絶縁部材６２で覆われている。電気絶縁部材６２で覆われない各歯部６１ｂの先端面６１ｃが、回転子５０の周面との間に一定の隙間をおいた状態で位置している。
各歯部６１ｂの、電気絶縁部材６２で覆われた部分に駆動コイル６３がそれぞれ巻装されている。
電気絶縁部材６２の後面にセンサ基板７０が取り付けられている。電気絶縁部材６２の後面側には、その全周にわたるほぼ円形の段差部６２ｂが設けられている。この段差部６２ｂ内にセンサ基板７０が収容された状態で取り付けられている。
センサ基板７０は、概ね円形なし、その中心には逃がし孔７０ａが設けられている。この逃がし孔７０ａ内に、前記後側軸受け５７が位置している。センサ基板７０の逃がし孔７０ａ内に後側軸受け５７が位置することにより、当該後側軸受け５７が電気絶縁部材６２の後端面ひいては固定子６０の後端面からはみ出さない状態に保持されている。すなわち、後側軸受け５７が電気絶縁部材６２の内周側に位置するように、後部カバー１２の軸受け保持部１２ａの高さ寸法（本体ケース１２側への張り出し寸法）が電気絶縁部材６２の後端面の位置に対して適切に設定されている。
後側軸受け５７が電気絶縁部材６２の内周側に収容されることにより、当該ＤＣブラシレスモータＭの機長方向（図１及び図２において左右方向）の寸法がコンパクトになっている。駆動源としてのＤＣブラシレスモータＭを機長方向に短くできる結果、電動工具１の工具本体１０の機長をコンパクトにすることができ、これにより当該電動工具１の操作性を高めることができる。
【００１０】
図３に示すようにセンサ基板７０の下部には、配線接続用の端子板部７０ｂが放射方向へ張り出す状態に設けられている。この端子板部７０ｂは、上記段差部６２ｂの一部を切り欠いた切り欠き部６２ｃを経て電気絶縁部材６２の外周側（図３において下方）に張り出されている。
センサ基板７０に取り付けた三つの磁気センサ７１〜７１は、回転子５０の磁極の位置が固定子６０のいずれの歯部６１ｂに対向する位置にあるのかを検出するためのセンサであり、本例ではホール素子が用いられている。このセンサ基板７０が電気絶縁部材６２の後面に３本のねじ７２〜７２でねじ止めされており、これにより三つの磁気センサ７１〜７１が、周方向に隣り合う３本の歯部６１ｂ〜６１ｂに対して相互に位相を合わされた状態で配置されている。この三つの磁気センサ７１〜７１で回転子５０の磁極の位置を検出しながら、電気制御基板８０から駆動コイル６３〜６３に対して順番に電流を流すことで回転子５０が回転する。これらセンサ基板７０及び電気制御基板８０の機能については一般的なＤＣブラシレスモータの基本的構成であり、本実施形態において特に変更を要しない。
上記３本のねじ７２〜７２を締め付ける三カ所のねじ孔６２ａ〜６２ａは、図４に示すように周方向三等分位置であって、固定子鉄心６１の隣接する歯部６１ｂ，６１ｂ間に配置されている。各ねじ孔６２ａが隣接する歯部６１ｂ，６１ｂ間に位置することにより、当該ねじ孔６２ａを有する円筒体形状のボス部が邪魔になることなく、歯部６１ｂの全長にわたって十分な長さの巻き線を施すことができ、これによりコンパクトかつ効率のよい駆動コイル６３を設けることができる。
駆動回路を有する電気制御基板８０は、バッテリパックＰを装着するためのバッテリ取り付け部１７の下面側に沿って取り付けられている。この電気制御基板８０の上面側には、電源平滑用コンデンサ８１、電源線８２、動力線８３〜８３等が上方へ立ち上がる状態に結合されており、これらは図示するようにグリップ部１５の内部の空間部を利用して配置されている。
【００１１】
以上のように構成したＤＣブラシレスモータＭによれば、回転子５０の回転子鉄心５１に設けたバランス修正孔５４内にバランス修正部材５５を装着することにより、当該回転子５０の回転バランスを修正することができるので、従来のように回転子鉄心の両端面にバランス修正部材を取り付ける構成に比して部品点数を増やすことなく回転子５０ひいてはＤＣブラシレスモータＭの機長をコンパクトにすることができる。ＤＣブラシレスモータＭを機長方向にコンパクトにすることができるので、これを駆動源として収容する電動工具１をその機長方向に小型化することができ、これにより当該電動工具１の操作性を向上させることができる。
また、各バランス修正孔５４は、モータ性能に悪影響を及ぼさない磁極の中央に配置されていることから、ＤＣブラシレスモータＭの高出力を維持しつつ、その振動及び騒音を低減することができる。
さらに、バランス修正孔５４を回転子鉄心５１の両端面間に貫通して設けることにより、当該回転子鉄心５１の軽量化を図ることができる。
また、例示したＤＣブラシレスモータＭによれば、回転子鉄心５１に設けたバランス修正孔５４内にバランス修正部材５５を適宜追加（プラス修正）して当該回転子５０の回転方向のバランスをとることができるので、従来のようにバランス修正部材の適宜箇所を適宜分量だげ欠落してバランスをとる構成に比してバランス修正作業を容易かつ確実に行うことができる。
【００１２】
以上説明した実施形態には種々変更を加えることができる。例えば、バランス修正孔５４を周方向４カ所に設ける構成を例示したが、周方向等分位置であれば２カ所以上に設ける構成としてもよい。
また、同一円周上にすべてのバランス修正孔５４〜５４を位置させた構成を例示したが、異なる円周上に沿って一部のバランス修正孔を配置する構成としてもよい。
また、バランス修正孔５４内にバランス修正部材５５（真鍮棒）を圧入して固定する構成を例示したが、圧入に代えてバランス修正部材をバランス修正孔内に接着して一定の位置に固定する構成としてもよい。
また、バランス修正部材をバランス修正孔内に挿入し、さらにバランス修正孔の両側若しくは一方にバランサ抜け止め部材を挿入する構成としてもよい。
さらに、バランス修正孔の両側からバランサ抜け止め用の樹脂を充填しておく構成としてもよい。これらバランス修正部材のバランス修正孔内からの抜け止め手段により、回転子のバランスを長期間にわたって良好な状態に維持することができる。
また、回転子鉄心５１の端面側を構成する一枚若しくは複数枚の薄鋼板５１ａを他の薄鋼板５１ａに対して回転方向にずらすことによりバランス修正孔の一方若しくは双方の開口を塞ぐことができ、これによってもバランス修正部材のバランス修正孔内からの脱落を防止することができる。
さらに、回転子鉄心の端面にバランス修正孔を形成するための孔を有しない薄鋼板を重ね合わせてバランス修正孔の一方若しくは双方の開口を塞ぐ構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係るＤＣブラシレスモータを駆動源とするインパクトねじ締め機の縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るＤＣブラシレスモータの縦断面図である。
【図３】ＤＣブラシレスモータの後面図である。本図は、ＤＣブラシレスモータを、図２中矢印(3)方向から見た図である。
【図４】固定子を図２中(4)-(4)線断面図である。
【図５】固定子鉄心単独の後面図である。
【図６】回転子の縦断面図である。
【図７】回転子を図６中矢印(7)方向から見た図である。
【図８】電動工具を図１中矢印(8)方向から見た後面図である。
【図９】図８中(9)-(9)線断面図であって、ＤＣブラシレスモータの横断面図である。
【符号の説明】
【００１４】
Ｍ…ＤＣブラシレスモータ
１…電動工具（インパクトねじ締め機）
１０…工具本体
１１…本体ケース、１１ａ…ねじ孔、１１ｂ…ボス部
１２…後部ケース、１２ａ…軸受け保持部
１３…中間区画壁
１４…ビス
１５…グリップ部
１６…スイッチレバー
１７…バッテリ取り付け部
１８…メインスイッチ
２０…遊星歯車機構
２１…スピンドル
２２…回転打撃機構
２３…ハンマー
２４…圧縮ばね
２５…鋼球
２６…軸受け
２７…アンビル
２８…チャック部
５０…回転子（ロータ）
５１…回転子鉄心、５１ａ…薄鋼板、５１ｂ…貫通孔
Ｂ…磁束線
５２…マグネット（永久磁石）
５３…回転軸
Ｊ…回転軸線
５４…バランス修正孔
５５…バランス修正部材
５６…前側軸受け
５７…後側軸受け
５８…冷却ファン、５８ａ…ボス部
５９…スリーブ
６０…固定子（ステータ）
６１…固定子鉄心
６１ａ…円筒部、６１ｂ…歯部、６１ｃ…先端面、６１ｄ…ボス逃がし部
６２…電気絶縁部材、６２ａ…ねじ孔、６２ｂ…段差部、６２ｃ…切り欠き部
６３…駆動コイル
７０…センサ基板、７０ａ…逃がし孔、７０ｂ…端子板部
７１…磁気センサ（ホール素子）
７２…ねじ
８０…電気制御基板
８１…電源平滑用コンデンサ
８２…電源線
８３…動力線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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