(57)【要約】【課題】  組立て作業が容易で、センサ磁石をモータの回転軸に対して精度良く、安定して固定できるようにした電動工具を実現する。【解決手段】  モータによって先端工具を駆動するための動力伝達機構と、モータの回転位置を検出することによりモータの回転を制御する制御手段を有する電動工具であって、ロータはロータコア４を有し、ロータコアには永久磁石５を挿入するための複数のスロット４ａ〜４ｄが形成され、ロータコアの軸方向の一方側に、軸方向に突出する複数の凸部１６ａ〜１６ｄを有する円筒形のセンサ磁石１６を設けた。ここで凸部をスロットの後方側の凹部に嵌合させるようにしてセンサ磁石をロータコアに押し当てた後に、ゴムリング３５を介在させてスリーブ３６によりセンサ磁石を固定する。【選択図】  図５
2016022555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータコアを有するモータと、前記モータによって先端工具を駆動するための動力伝達機構と、前記モータの回転位置を検出することにより前記モータの回転を制御する制御手段を有する電動工具であって、
前記ロータコアの軸方向の一方側に、センサ磁石を設けると共に前記センサ磁石を固定する固定部材を設け、
前記センサ磁石と前記ロータコアの間、又は、前記センサ磁石と前記固定部材との間に弾性体を設けたことを特徴とする電動工具。
【請求項２】
前記センサ磁石と前記弾性体を前記ロータコアと前記固定部材で挟むことを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
【請求項３】
前記固定部材は円筒状のスリーブであって、前記スリーブは前記モータの回転軸に固定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動工具。
【請求項４】
前記回転軸の軸方向にみて、前記ロータコア、前記センサ磁石、前記弾性体、前記スリーブが直列に配置されることを特徴とする請求項３に記載の電動工具。
【請求項５】
前記ロータコアには永久磁石を挿入するために前記モータの回転軸と平行方向に延びる複数のスロットが形成され、
前記センサ磁石は、軸方向に突出する複数の凸部を有し、
前記センサ磁石の凸部を、前記スロットによる凹部に嵌合させることによって前記センサ磁石の前記ロータコアに対する回転方向の位置決めをしたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電動工具。
【請求項６】
前記センサ磁石は、前記モータの回転軸を貫通する円筒形であって、円周方向に等間隔で交互にＮ極とＳ極を配置したことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電動工具。
【請求項７】
前記ロータコアと前記スリーブは、前記回転軸に圧入されることを特徴とする請求項３又は４に記載の電動工具。
【請求項８】
モータと、前記モータによって先端工具を駆動するための動力伝達機構と、前記モータの回転位置を検出することにより前記モータの回転を制御する制御手段を有する電動工具であって、
前記モータはロータコアを有し、前記ロータコアには永久磁石を挿入するために前記モータの回転軸と平行方向に延びる複数のスロットが形成され、
前記ロータコアの軸方向の一方側に、軸方向に突出する複数の凸部を有するセンサ磁石を設け、
前記センサ磁石の凸部を、前記スロットによる凹部に嵌合させることによって前記センサ磁石の前記ロータコアに対する回転方向の位置決めをしたことを特徴とする電動工具。
【請求項９】
前記センサ磁石を前記ロータコアに隣接するように押し当てた後に、弾性体を介在させて固定部材にて固定することを特徴とする請求項８に記載の電動工具。
【請求項１０】
前記弾性体はゴム製のＯリングであって、前記回転軸に装着されることを特徴とする請求項９に記載の電動工具。
【請求項１１】
前記固定部材は円筒状のスリーブであって、前記スリーブは前記ロータコア及び前記センサ磁石に接触しないようにして前記回転軸に固定されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の電動工具。
【請求項１２】
前記回転軸の軸方向にみて、前記ロータコア、前記センサ磁石、前記弾性体、前記スリーブが直列に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の電動工具。
【請求項１３】
前記センサ磁石は、前記回転軸を貫通する円筒形であって、円周方向に等間隔で交互にＮ極とＳ極を配置したことを特徴とする請求項１２に記載の電動工具。
【請求項１４】
前記センサ磁石はボンド磁石であって、前記Ｎ極と前記Ｓ極の領域に一つずつ前記凸部が形成されることを特徴とする請求項１３に記載の電動工具。
【請求項１５】
前記ロータコアと前記スリーブは、前記回転軸に圧入されることを特徴とする請求項１２から１４のいずれか一項に記載の電動工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータを駆動源とする電動工具に関し、特に、ロータの回転位置を検出するためのセンサ磁石の固定方法を改良したものである。
【背景技術】
【０００２】
手持ち式の電動工具において、駆動源としてモータの回転部分の回転位置を磁気センサを用いた検出装置で検出しながら、制御手段によって精度良くモータの回転制御を行うようにした電動工具が用いられている。そのような電動工具の例としてブラシレスＤＣモータを用いた電動工具がある。ブラシレスＤＣモータは、ブラシ（整流用刷子）の無いＤＣ（直流）モータであり、複数のコイルを固定子側に、永久磁石を回転子側に用い、インバータで駆動された電力を所定のコイルへ順次通電することによりロータを回転させる。ブラシレスモータはブラシ付きモータに比べて高効率、高出力であり、インバータ回路を電子的に制御して回転駆動するので、マイコンを有する制御手段によって高度なモータの回転制御が可能となる。
【０００３】
制御手段はホールＩＣ等の位置検出素子によるロータの位置検出結果に基づいてインバータ回路を制御することにより、所定の相のコイルを所定の期間だけ通電させることにより、ステータコアに回転磁界を生じさせる。ここで、ホールＩＣ等の磁気検出素子に対して作用する磁界発生源として、専用のセンサ磁石をモータの回転軸と連動して回転する位置に設けることが行われている。例えば、特許文献１では、ロータコアに回り止め用の専用の凹状孔を設け、専用のセンサ磁石に凸状の突起を設け、これらの凹凸部を嵌合させるようにしてロータコアの軸方向にセンサ磁石を隣接して設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３２７２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１による従来の固定方法では、ロータコアに磁石の固定用の専用の凹状の穴を設ける必要があり、ロータの製造原価が上昇し、ロータの強度が低下する恐れがあった。また、固定用ボスによってセンサ磁石をロータコア側に押しつけながら凹部と凸部を固定させることになるので、固定用ボスによるセンサ磁石のロータコア側への押しつけの際に、磁石の強度が弱いために磁石が部分的に又は全体的に割れてしまう恐れがあった。さらに、組立て製造時に磁石の割れが生じなくても、電動工具自体がハンマドリル等の振動工具である場合は、長年の使用によってセンサ磁石が割れてしまう恐れがあった。
【０００６】
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、センサ磁石がモータの回転軸と同期して回転する電動工具において、センサ磁石の組立て作業が容易で、センサ磁石をモータの回転軸に対して精度良く、安定して固定できるようにした電動工具を実現することにある。
本発明の別の目的は、使用時の振動によるセンサ磁石に加わる衝撃を低減させて製品寿命を向上させた電動工具を提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、ロータコア側に特別な機械加工を施さないようにしてモータの製造コストを低減させた電動工具を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願において開示される発明のうち代表的なものの特徴を説明すれば次の通りである。
本発明の一つの特徴によれば、コイルの巻かれたステータとロータを有するモータと、モータによって先端工具を駆動するための動力伝達機構と、モータの回転位置を検出することによりモータの回転を制御する制御手段を有する電動工具であって、ロータはロータコアを有し、ロータコアには永久磁石を挿入するためにモータの回転軸と平行方向に延びる複数のスロットが形成される。ロータコアの軸方向の一方側には、軸方向に突出する複数の凸部を有する円筒形のセンサ磁石を設けられ、センサ磁石の凸部をスロットによる凹部に嵌合させることによってセンサ磁石のロータコアに対する回転方向の位置決めして固定するようにした。このように固定することによって、ロータコア側にセンサ磁石を固定するための専用の穴を空ける必要が無いので、従来のロータコアの形状を何ら変更すること無く本発明を実施できる。
【０００８】
本発明の他の特徴によれば、センサ磁石をロータコアに隣接するように押し当てた後に、弾性体を介在させて固定部材にて固定するように構成した。この弾性体は、ゴム製のＯリング、ワッシャ等であって、センサ磁石とロータコアの間、又は、センサ磁石と固定部材との間において回転軸に装着される。また、固定部材は円筒状のスリーブであって、例えばロータコア及びセンサ磁石に接触しないようにして回転軸に固定される。この取り付けの結果、モータの回転軸の軸方向にみて、ロータコア、センサ磁石、弾性体、スリーブが直列方向に、又は、ロータコア、弾性体、センサ磁石、スリーブが直列方向に並んで配置されることになる。このようにセンサ磁石を弾性体と固定部材で固定するので、固定時にセンサ磁石の割れを防止できる。
【０００９】
本発明のさらに他の特徴によれば、センサ磁石は、回転軸を貫通する円筒形であって、円周方向に等間隔で交互にＮ極とＳ極を配置した。センサ磁石は例えばボンド磁石であって、Ｎ極とＳ極の領域に一つずつの凸部が形成される。この凸部は、ロータコア側のスロットにより形成される凹部と相似形状である。ロータコアは、例えば回転軸に圧入されるが、スリーブも同様にして圧入により回転軸に固定できる。このように圧入によってスリーブを固定するので、接着剤等を用いること無くセンサ磁石を安定して固定させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ロータコアの強度低下を防止でき、また、形状変更に伴うロータコアの製造原価の上昇を抑制することができる。また、センサ磁石の破損を抑制することができる。本発明の上記及び他の目的ならびに新規な特徴は、以下の明細書の記載及び図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例に係る電動工具１の全体構造を示す縦断面図である。
【図２】本発明の実施例に係る電動工具１の外観を示す側面図である。
【図３】図１のモータ３の断面図である。
【図４】図３のロータコア４とセンサ磁石１６の外観を示す斜視図である。
【図５】図３のロータコア４とセンサ磁石１６の組み立て構造を示す分解斜視図である。
【図６】図３のロータコア４とセンサ磁石１６の組み立て構造を示す分解斜視図であって、図５とは軸方向の反対側から見た図である。
【図７】図６においてロータコア４にセンサ磁石１６を組み立てた状態を示す斜視図である。
【図８】図７の状態からさらにゴムリング３５を装着した状態を示す斜視図である。
【図９】図８の状態から更にスリーブ３６を装着した状態を示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施例に係る電動工具の駆動制御系の回路構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施例の変形例に係るモータの断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施例に係るモータの断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施例に係るロータコアとセンサ磁石の組立構造を示す分解斜視図である。
【図１４】本発明の第３の実施例に係るモータの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１２】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。尚、以下の説明において、上下、前後の方向は、図中に示した方向として説明する。図１は本発明に係る電動工具１の内部構造を示す縦断面図である。本実施例においては、電動工具１の例として、インパクト工具を用いて説明する。
【００１３】
電動工具１は、電源コード４６によって供給される商用電源を電源とし、商用電源を整流して直流にして、インバータ回路を用いて駆動源たるモータ３を回転させる。モータ３の出力は、減速機構２０によって所定の減速比で減速させてインパクト機構２１を駆動し、出力軸であるアンビル２６に回転力と打撃力を与える。アンビル２６の取付穴２６ａには、ドライバビット等の図示しない先端工具をワンタッチで装着又は取り外しするための装着機構２８が設けられる。モータ３はブラシレスＤＣモータであり、内周側に回転軸１０と共に回転するロータ（回転子）が配置され、外周側にコイル（電機子巻線）９を有して回転磁界を形成するためのステータ（固定子）が配置される。モータ３は側面視で略Ｔ字状の形状を成す本体ハウジング２の筒状の胴体部の内部に収容される。モータ３の回転軸１０は、本体ハウジング２の胴体部２ａの中央部付近に設けられるベアリング１８ａと後端付近に設けられるベアリング１８ｂによって回転可能に軸支される。
【００１４】
本体ハウジング２の胴体部２ａから略直角に下方向に延びるハンドル部２ｂ内の上部にはトリガスイッチ３１が配設され、トリガスイッチ３１にはハンドル部２ｂから前方側に露出するように延びるトリガ３１ａが設けられる。トリガ３１ａの上方には、モータ３の回転方向を切り替えるための正逆切替レバー３２が設けられる。ハンドル部２ｂ内の下部にはハンドル部２ｂの外径よりも、前方及び左右両方向に突出した基板収容部２ｃが形成される。電源コード４６は、本体ハウジング２の基板収容部２ｃの下面から下方に延在するように配置される。本実施例の電動工具は、外部から供給される商用電源を整流して用いられるので、基板収容部２ｃの空間及びハンドル部２ｂの下側の空間内に整流を行うための電子素子や回路基板が収容される。また、基板収容部２ｃの内部にはトリガ３１ａの引き動作によってインバータ回路を駆動する事によりモータの回転制御を行うための制御回路を搭載する制御回路基板４０が収容される。制御回路基板４０には、マイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と称する）を有する制御回路が搭載される。制御回路基板４０の下方には、ダイオードブリッジ等の整流回路４１が搭載され、制御回路基板４０の上方には、雑防、平滑用のコイル４２や、電流の平滑用のコンデンサ４３等が配置される。ここでは、コイル４２やコンデンサ４３は、専用のケースに含めた形で搭載しても良い。入出力部４５は、作業者からの設定情報の入力のためのソフトタッチスイッチと、設定された状態を示すためのＬＥＤ等の表示装置を含んで構成される入出力手段である。図示していないが、例えば、ソフトタッチスイッチを押すことにより締め付けトルク（モータの回転数に対応）を設定することができる。
【００１５】
モータ３の前方側であってベアリング１８ａの後方側には、冷却ファン１１が設けられる。冷却ファン１１は回転軸１０に取り付けられてモータ３と同期して回転し、例えばプラスチックのモールドにより一体成形される。冷却ファン１１が回転すると、胴体部２ａの後方の風窓１９ａ（図２にて後述）から外気を吸引し、吸引された空気は、インバータ回路基板１２の搭載部品を冷やした後に、インバータ回路基板１２の外側及び内側の貫通穴１２ａを通ってモータ３側に流れる。モータ３においては、ロータコア４の外周側、又は、ロータコア４とステータコア７の間を通過するように前方側に流れ、冷却ファン１１に到達し、冷却ファン１１によって吸引されて冷却ファン１１の径方向外側に流れ、冷却ファン１１の周囲のハウジング部分に形成された風窓１９ｂ（図２にて後述）から外部に排出される。ここでは、冷却ファン１１の形式は遠心ファンとすると良い。
【００１６】
ロータコア４は、永久磁石５によって形成される磁路を形成するものであって、薄板状の鉄板からプレス加工によって所定の形状に形成したものを、軸方向に多数枚積層した積層構造とすると良い。ロータコア４の後方側には、ホールＩＣ等の磁気検出素子に影響させる磁界を発生させるセンサ磁石１６が設けられる。センサ磁石１６は、例えばフェライト磁石などの磁石粉をゴムやプラスチック樹脂（エポキシ系樹脂）と混合して成形固化したボンド磁石、又は、粉砕された磁石合金を磁場中でプレス成形し、さらに高温で焼き固めることにより磁化容易軸を揃えるようにした焼結磁石にて形成できるが、センサ磁石１６の材質自体は任意であり、ボンド磁石等のその他の材質、その他の製造方法の磁石でも良い。センサ磁石１６は回転軸１０を貫通させるために略円筒形又は略円環状に形成され、回転軸１０の後方側からゴムリング３５を介在させた上で円筒形のスリーブ３６によって固定される。
【００１７】
モータ３のコイル９の所定の相には、電子的に制御された駆動電流が順次通電されることによって、ステータに回転磁界を発生させることにより、ロータが回転する。この回転磁界を発生させる三相交流を生成するのが、６つのスイッチング素子１４を有して構成されるインバータ回路（後述）である。スイッチング素子１４を搭載するために、略円形のインバータ回路基板１２がモータ３の後方側に配置される。インバータ回路基板１２はモータ３の外形とほぼ同形の略円形の両面基板であり、その面が回転軸１０に対して直交するように配置される。インバータ回路基板１２の内周側には回転軸１０を貫通させるための略円形の貫通穴１２ａが形成され、６つのスイッチング素子１４がインバータ回路基板１２の後面側に配置され、後述する３つのホールＩＣ１３がインバータ回路基板１２の前面側（モータと対向側）に搭載される。
【００１８】
モータ３の回転駆動力は、遊星歯車減速機構を用いた減速機構２０を介してインパクト機構２１に伝達される。ここでは減速機構２０とインパクト機構２１が、モータ３によって先端工具を駆動するための動力伝達機構を構成する。インパクト機構２１はスピンドル２２とハンマ２４を備え、スピンドル２２の後端がベアリング１７ｂ、前方側がメタル１７ａにより回転可能に保持される。トリガスイッチ３１が引かれてモータ３が起動されると、正逆切替レバー３２で設定された方向にモータ３が回転を始め、その回転力は減速機構２０によって減速されてスピンドル２２に伝達され、スピンドル２２が所定の速度で回転する。スピンドル２２とハンマ２４とはカム機構によって連結される。カム機構は、スピンドル２２の外周面に形成されたＶ字状のスピンドルカム溝２２ｂと、ハンマ２４の内周面に形成されたハンマカム溝２４ａと、これらに係合するボール２５によって構成される。ハンマ２４は、スプリング２３によって常に前方に付勢されており、静止時にはボール２５とスピンドルカム溝２２ｂ、２４ａとの係合によってアンビル２６の端面とは隙間を隔てた位置にある。そして、ハンマ２４とアンビル２６の対向する回転平面上の２箇所には図示しない凸部（ハンマ爪）２４ｂと凸部（アンビル爪）２６ｂがそれぞれ形成される。
【００１９】
スピンドル２２が回転駆動されると、その回転はカム機構を介してハンマ２４に伝達され、ハンマ２４が半回転しないうちにハンマ２４の凸部２４ｂがアンビル２６の凸部２６ｂに係合してアンビル２６を回転させるが、そのときの係合反力によってスピンドル２２とハンマ２４との間に相対回転が生ずると、ハンマ２４はカム機構のスピンドルカム溝２２ｂに沿ってスプリング２３を圧縮しながらモータ３側へと後退を始める。そして、ハンマ２４の後退動によってハンマ２４の凸部２４ｂがアンビル２６の凸部２６ｂを乗り越えて両者の係合が解除されると、ハンマ２４は、スピンドル２２の回転力に加え、スプリング２３に蓄積されていた弾性エネルギーとカム機構の作用によって回転方向及び前方に急速に加速されつつ、スプリング２３の付勢力によって前方へ移動し、その凸部２４ｂがアンビル２６の凸部２６ｂに再び係合して一体に回転し始める。このとき、強力な回転打撃力がアンビル２６に加えられるため、アンビル２６の取付穴２６ａに装着される図示しない先端工具を介して図示しないねじやボルト等に回転打撃力として伝達される。以後、同様の動作が繰り返されて先端工具からねじやボルト等に回転打撃力が間欠的に繰り返し伝達される。
【００２０】
図２は、本発明の実施例に係る電動工具１の外観を示す側面図である。電動工具１の広義のハウジング（筐体）は、プラスチック等の高分子樹脂によって左右２分割にて成形される本体ハウジング２と、その前方側に接続される略カップ状の金属製のハンマケース１５によって構成される。ハンマケース１５は、内部に減速機構２０とインパクト機構２１を収容するものであって、カップ状の底部にあたる前方部分にはアンビル２６を貫通させるための貫通穴が形成される。ハンマケース１５の貫通穴から前方側に突出するように装着機構２８が設けられる。本体ハウジング２の胴体部２ａの後方側であって、スイッチング素子１４（図１参照）の近傍には、外気を吸引するための風窓１９ａが形成され、冷却ファン１１の外周にあたる部分には、本体ハウジング２の内部に吸引された空気を排出するための風窓１９ｂが形成される。
【００２１】
図３は図１のモータ３の断面図である。本実施例では、いわゆる４極６スロットのモータである。ロータは、ＳＮ極を有する永久磁石５と、永久磁石５を収容する４つのスロットを有するロータコア４により形成される。永久磁石５は、一番大きい平面が回転軸１０の軸方向に対して平行方向に延びるように配置される板状の磁石である。この図からわかるように、後方側においては、永久磁石５の後端面が、ロータコア４の後端面よりも前方に位置するように形成した。一方、ロータコア４の前端位置と永久磁石５の前側位置は一致するように配置される。つまり、永久磁石５の前後方向の長さは、ロータコア４の前後方向の長さよりも若干短くなるように構成される。ステータは、円周方向に６つのスロット（図示せず）を有するステータコア７と、各スロットに複数回巻かれた銅線からなるコイル９によって形成される。本実施例ではコイル９はプラスチック製のインシュレータ８ａ、８ｂを介して巻かれるものであって、スター結線となるように配線される。後方側のインシュレータ８ｂはインバータ回路基板１２の取り付け基台を兼ねており、インシュレータ８ｂによってインバータ回路基板１２がステータコア７の後方側に固定される。この際、インバータ回路基板１２の面は、ステータコア７と所定の間隔を有し、回転軸１０の軸方向に対して直角となるように固定される。インバータ回路基板１２は、内周側に貫通穴１２ａが形成され、貫通穴１２ａの内側に回転軸１０が配置される。
【００２２】
センサ磁石１６はロータコア４の後方に配置されるもので、その円環状の平らな後側面を有し、その後端面がインバータ回路基板１２と所定の距離を隔てて平行になるように配置される。センサ磁石１６の役割は、インバータ回路基板１２の前方側に配置されるホールＩＣ（後述）によって磁界の変化を検出させるためであるので、ロータの回転時にセンサ磁石１６がホールＩＣ（後述）に磁界変化を及ぼす程度の磁力を有すれば良い。また、センサ磁石１６の直径は、配置されるホールＩＣの位置に対応するように決定すれば良いが、ロータコア４と同じ直径またはそれ以下とすると、外周側に配置されるインシュレータ８ｂと干渉しないので好ましい。センサ磁石１６が軸方向に移動しないように固定するための固定部材となるスリーブ３６の外径は、軸方向に動かないようにある程度の長さが必要であるが、径方向の厚さは軸方向長さに対しては十分小さくて良い。また、インバータ回路基板１２の貫通穴１２ａの内側に配置できるように、直径が貫通穴１２ａの直径よりも小さくすることが重要である。スリーブ３６の外径と貫通穴１２ａの間隔は、小さくする方がその間を軸方向の後方から前方に流れる空気流の流速が向上するため、スイッチング素子１４の冷却効果が向上する。
【００２３】
回転軸１０は金属の削り出し加工を用いて製造されるが、軸方向前方側にはベアリング１８ａに固定されるための細径部１０ａ、冷却ファン１１を固定するための中径部１０ｂと太径部１０ｃが形成され、軸方向前方側にはベアリング１８ｂに固定されるための極細径部１０ｅが形成される。ロータコア４、センサ磁石１６、ゴムリング３５、スリーブ３６は、主軸部１０ｄに保持される。本実施例では回転軸１０にキー溝等の回り止め機構が設けられていないが、キー溝を併用して製造しても良い。その場合であってもセンサ磁石１６にキー溝に対応するキー部（凸部）を付けるかは、どちらでも良い。
【００２４】
図４は、図３のロータの外観形状を示す斜視図である。ここでは回転軸１０の前端及び後端部分の図示を省略している。ロータは、ロータコア４と、ロータコア４において回転軸１０と略平行になるように配置された永久磁石５（５ａ、５ｂ）によって構成される。永久磁石５は配置した時に、径方向の外側半分がＳ極で内側半分がＮ極となる外側Ｓ極磁石５ａと、径方向の外側半分がＮ極で内側半分がＳ極となる外側Ｎ極磁石５ｂが用いられる。永久磁石５を配置するために、ロータコア４には軸方向断面で見た際に、回転軸１０の回りに隣接する磁石の長手方向それぞれ直交するようになるスロット４ａ〜４ｄが形成される。このスロット４ａ〜４ｄに、平板状の永久磁石５を挿入することで、ロータコア４の回転角９０度毎にＳ極とＮ極が交互に変わるような４極のロータが構成できる。ここでロータコア４の軸方向長さをＬとすると、内部に配置される永久磁石５の軸方向長さは、Ｌよりもやや短く形成される。この軸方向の長さの差のために、ロータコア４の後方側端部において、スロット４ａ〜４ｄの部分が凹状に形成されるようにした。本実施例では、このスロット４ａ〜４ｄによって形成される凹部を、センサ磁石１６の位置合わせと回り止めのために用いるものである。センサ磁石１６は、ロータコア４に対して軸方向の一方側、ここでは後方側に配置され、その外径はロータコア４と同じ直径となるように形成される。
【００２５】
図５は、図３のロータコア４とセンサ磁石１６の組み立て構造を示す分解斜視図である。センサ磁石１６は軸方向の長さが短い円筒形、又は、円環状ともいえる基本形状であって、中央に回転軸１０を貫通させるための貫通穴１６ｅが形成される。貫通穴１６ｅの大きさは、回転軸１０に圧入とまでは行かなくても、隙間を最小限にすると、電動工具１の回転時にがたつきが発生せずに好ましい。センサ磁石１６の前方側、つまりロータコア４と対面する側の面には、軸方向前方に突出する４つの凸部１６ａ〜１６ｄが形成される。凸部１６ａ〜１６ｄはセンサ磁石１６の全体と一体成形にて形成すると良い。凸部１６ａ〜１６ｄの径方向の幅ｄと、長手方向の長さ（長辺部の長さ）ｈは、ロータコア４に形成されたスロット４ａ〜４ｄに形状にほぼ等しく形成され、凸部１６ａ〜１６ｄをスロット４ａ〜４ｄに嵌合させた際にがたつきが無いように良好に接するような形状とすると好ましい。尚、センサ磁石１６は、ロータコア４に磁力により吸着されるので、接着等をしなくても良好に固定できるが、ロータの回転時、停止時にがたつきが生じないように、ロータコア４側の凹部とセンサ磁石１６側の凸部の隙間はできるだけ小さいように構成すると良い。センサ磁石１６の軸方向後方側への移動を阻止するために、ストッパ装置として円筒状のスリーブ３６を回転軸１０に対して後方から前方側へ圧入される。スリーブ３６は、金属又は合成樹脂の一体成形により構成すると好ましいが、スリーブ３６を直接センサ磁石１６に接触させると、スリーブ３６の前方端部と接触するセンサ磁石１６の特定箇所に強い応力が作用する恐れがある。そこで本実施例では、スリーブ３６とセンサ磁石１６の間に弾性体であるゴムリング３５を介在させるようにした。ここではゴムリング３５として、断面形状が円形のゴム製のＯリングを用いたが、弾性体の材料や、その断面形状等は任意であり、長期にわたって安定して弾性力を発揮できる材料であればその他の弾性体であっても良い。
【００２６】
図６は、図３のロータコア４とセンサ磁石１６の組み立て構造を示す分解斜視図であって、図５に対して軸方向の反対側から見た斜視図である。本実施例の場合は、ロータの極数に併せて点線にてその極性が示されるように、センサ磁石１６には回転角にして９０度毎にＮ極とＳ極が交互に等間隔に配置される。センサ磁石１６の後方側の面は、３つのホールＩＣ１３が対面する関係から、ホールＩＣ１３と対向する部分は平面になるように形成され、後方側のＮ極とＳ極の領域には一つずつの凸部１６ａ〜１６ｄが形成される。ホールＩＣ１３を回転中心から径方向のどの付近に配置するかは任意であるが、ホールＩＣ１３をできるだけ径方向外側に配置する方が精度良く回転位置を検出できる。ゴムリング３５は、組立て後にその外径がセンサ磁石１６の貫通穴よりもある程度大きく、かつ、スリーブ３６の外周部よりも僅かに大きくなるようなサイズとする良い。スリーブ３６の軸方向の長さＬ１は比較的任意に設定しても良いが、回転軸への２つの圧入部材（ロータコア４とスリーブ３６）にて挟持してセンサ磁石１６を固定するという目的からすると、圧入によって軸方向にスリーブ３６のずれが生じないよう固定できるのに十分な長さとすれば良い。
【００２７】
次に、図７〜図９を用いて、ロータコア４にセンサ磁石１６を固定するための組み立て手順を説明する。最初にロータコア４を回転軸１０の後方側から圧入された組立体に対して、センサ磁石１６を矢印４７ａのように軸方向後方側から前方方向に挿入する。センサ磁石１６の貫通穴１６ｅは、回転軸１０の外径に対してほんの僅かに大きく形成されるので、容易に矢印４７ａの方向に移動させることができる。矢印４７ａの移動の途中に、センサ磁石１６を矢印４７ｂのように回転させて、ロータコア４とセンサ磁石１６の回転方向の位置合わせをすることによって、センサ磁石１６の凸部（凸部１６ａ〜１６ｄ）をロータコア４の凹部（スロット４ａ〜４ｃ）に嵌合させながら、ロータコア４とセンサ磁石１６を密着させる。この際、ロータコア４とセンサ磁石１６の回転方向の位置合わせをし易くするために、ロータコア４とセンサ磁石１６の外周面に位置合わせ用のマークを設けておいても良い。
【００２８】
次に、図７の状態から回転軸１０の後方から前方に向けてゴムリング３５を装着する。この状態を示すのが図８の斜視図であり、ゴムリング３５を矢印４８の方向に挿入した後の状態を示している。ゴムリング３５の内径は、回転軸１０の外径よりも僅かに小さいかほぼ同じように構成し、ゴムリング３５を矢印４８のように装着する。そしてゴムリング３５がセンサ磁石１６の後面であって貫通穴１６ｅ付近に良好に接するように位置づける。次に、図８の状態からスリーブ３６を、回転軸１０の後方から前方挿入する。この挿入後の状態を示したのが図９である。ここでは、スリーブ３６に対して矢印４９の方向に強い力を均等に加えることによってスリーブ３６を所定の位置まで移動させる、いわゆる圧入を行う。圧入後にスリーブ３６が回転軸１０に対して相対移動しないように、スリーブ３６の内径や軸方向長さ、厚さや材質などが適切に選択される。ここでは、スリーブ３６は金属製の一体構成品とするが、合成樹脂にて製造しても良い。このようにして本実施例では、回転軸１０の軸方向にみて、ロータコア４、センサ磁石１６、ゴムリング３５、スリーブ３６が一列に（直列に）並ぶようにして、接着剤を用いることなくセンサ磁石１６を固定したので、組立てコストの低減を図った上で長期間にわたりこれらを安定して固定することができる。また、センサ磁石１６のがたつきを防止できるので、高寿命の電動工具を実現できた。尚、ロータコア４、センサ磁石１６、ゴムリング３５、スリーブ３６の固定において、接着剤を併用して固定しても良い。但し、接着剤を併用する場合であっても、センサ磁石１６とスリーブ３６が直接接触させるのでは無くて、弾性体（ここではゴムリング３５）を介在させて連結することが重要である。
【００２９】
本発明は４極６スロットのモータだけに限られずに、他の極数、他のスロット数のモータであっても同様に適用できる。その場合は、ロータコアに形成されるスロットの数や配置が変わることになるが、その場合は、スロット等によるロータコアの凹部の形状に合わせたセンサ磁石を製造する。通常、センサ磁石をボンド磁石にて製造する場合には、形状の変更が比較的容易であり、形状変更に伴うコストアップも僅かですむので、僅かな製造コストの上昇で高耐久性、高信頼性を実現した電動工具を実現できる。
【００３０】
次に、モータ３の駆動制御系の構成と作用を図１０に基づいて説明する。図１０はモータ３の駆動制御系の構成を示すブロック図である。モータ３のステータは、スター結線された３相の固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗから成るコイル９を有し、センサ磁石１６の回転位置を検出するために周方向に所定の間隔毎、例えば角度６０°毎に配置された３つの回転位置検出素子（ホールＩＣ）１３が設けられる。これら回転位置検出素子１３からの位置検出信号に基づいて固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗへの通電方向と時間が制御され、モータ３が回転する。
【００３１】
インバータ回路基板１２上に搭載される電子素子には、３相ブリッジ形式に接続された６個のスイッチング素子１４（Ｑ１〜Ｑ６）を含む。これらの制御は、制御回路基板４０に搭載される制御手段のうち、演算部５１が制御信号出力回路５２を制御することにより行われる。制御信号出力回路５２は、演算部５１からの出力に基づいてスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のＰＷＭ信号を供給する。ＰＷＭ信号のパルス幅の制御によって各コイルＵ、Ｖ、Ｗへ供給する電力を調整して設定した回転方向へのモータ３の回転数を制御することができる。演算部５１は、図示されていないが、処理プログラムとデータに基づいて駆動信号を出力するためのＣＰＵと、後述するフローチャートに相当するプログラムや制御データを記憶するためのＲＯＭと、データを一時記憶するためのＲＡＭと、タイマ等を内蔵するマイコンを含んで構成される。回転方向設定回路５８は正逆切替レバー３２の変化を検出し、モータの回転方向を指示する制御信号を演算部５１に出力する。スイッチ操作検出回路５６は、トリガ３１ａが少しでも操作されたらＯＮ信号を演算部５１に出力する。印加電圧設定回路５７は、トリガ３１ａの操作量（ストローク）に比例した検出信号を演算部５１に出力する。演算部５１は、トリガ３１ａの操作量に基づいてＰＷＭ信号のパルス幅（デューティ比）を設定することにより、モータ３の起動／停止と回転速度を制御する。
【００３２】
回転子位置検出回路５３は、３つのホールＩＣ１３の出力信号を合成して位置検出パルスを生成して演算部５１に出力する。回転数検出回路５４は、単位時間内にカウントされる回転子位置検出回路５３からの検出信号の数に基づいてモータの回転数を検出する回路である。電流検出回路５５はシャント抵抗４４の両端電圧を測定することによりモータ３に流れる電流を検出する電圧検出手段であって、その検出値は演算部５１に入力される。制御回路基板４０の近くに設けられる入出力部４５は演算部５１に接続され、入出力部４５のソフトタッチスイッチ（図示せず）による入力信号が演算部５１に出力され、演算部５１からの出力信号に応じて入出力部４５のＬＥＤ（図示せず）にて情報が表示される。
【００３３】
以上説明したように、モータ３の駆動制御においては、３つのホールＩＣ１３による位置検出信号がモータ３の回転制御において重要な役割を果たしている。そのホールＩＣ１３に作用する界磁手段を専用のセンサ磁石１６として回転軸１０と同軸上に設けたので、演算部５１は精度の良い位置検出信号を安定的に受信することができる。また、センサ磁石１６をゴムリング３５とスリーブ３６を介して固定するようにしたので、組み立て工程においてセンサ磁石１６に必要以上の締めつけ力、押圧力を加えてしまうことによるセンサ磁石１６の破損の発生を効果的に防止することができる。センサ磁石１６には、ロータコア４に形成された永久磁石を挿入するための凹部に対応する凸部が形成され、その凸部にロータコア４の凹部に嵌合させるようにして固定されるので、ロータコア４とセンサ磁石１６の回転方向の位置決めが容易にできる上に、電動工具１の動作中にこれらが相対回転してしまうことを防止できる。さらに、センサ磁石１６が外れないように固定するスリーブ３６とセンサ磁石１６との間にはゴムリング等の弾性体が介在されるので、電動工具の長年の使用においてもがたつきが発生しにくく、長寿命の電動工具を実現できる。
【００３４】
次に、本実施例の変形例について説明する。図１１は弾性体としてのゴムリング３５に代えて皿ばね６０とした構成であり、その他の構成は同じであるので同じ符号番号を付して繰り返しの説明を省略する。ここでは回転軸１０の軸方向の前方側からみて、ロータコア４、センサ磁石１６、皿バネ６０、スリーブ３６が直列に配置される。このようにセンサ磁石１６とスリーブ３６との間に皿ばね６０を介在させる構成であって、ゴムリング３５を用いるのと同様の効果を得ることができる。本構成でも、スリーブ３６を回転軸１０に圧入した際にセンサ磁石１６に加わる応力を効果的に分散できる。尚、弾性体は皿バネ６０以外の弾性体であって、スリーブ３６を回転軸１０に圧入した際にセンサ磁石１６に加わる応力を分散できる部材であればワッシャ等の他の部材であって良い。
【実施例２】
【００３５】
次に、第二の実施例について説明する。図１２は弾性体の位置を第一の実施例とは異なる位置に変更したものであり、ゴムリング６５をセンサ磁石６６とロータコア４との間に配置するようにした。この結果、回転軸１０に接する部分を軸方向の前方からみて、ロータコア４、ゴムリング６５、センサ磁石６６、スリーブ３６が一列に（直列に）並ぶようにした。このような配置であっても第一の実施例と同様の効果を得ることができる。なお、ゴムリング６５は、第一の実施例で用いたゴムリング３５と同じものを用いることができるが、それだけに限られずに、介在される弾性体はゴムリング以外の皿ばねやワッシャ等であってもよい。また、センサ磁石６６とスリーブ３６の間に更にゴムリング３５を介在させるように構成しても良い。
【実施例３】
【００３６】
次に、第三の実施例について説明する。第三の実施例では第一、第二の実施例のようにロータコア４にスロットを形成して板状の永久磁石５（５ａ、５ｂ）を設けるのでは無く、円筒形のロータコア７４の外周側に円筒状の永久磁石を配置するようにしたものである。ロータは、ロータコア７４と、ロータコア７４の外周部に位置する円筒状の永久磁石７５によって構成される。円筒形のロータコア７４は、回転角にして９０度ごろにＳ極とＮ極を交互に配置する。ここでロータコア７４の軸方向長さをＬとすると、永久磁石７５の軸方向長さは略Ｌとなる。センサ磁石７６は軸方向の長さが短い円筒形、又は、円環状ともいえる基本形状であって、中央に回転軸７０を貫通させるための貫通穴７６ａが形成される。貫通穴７６ａの大きさは、回転軸７０に圧入とまでは行かなくても、隙間を最小限にすると、モータの回転時にがたつきが発生せずに好ましい。センサ磁石７６の前方側、つまりロータコア７４と対面する側の面は略平坦になっている。なお、永久磁石７５の軸方向長さをロータコア７４の軸方向長さよりもやや短く形成してもよい。この場合。この軸方向の長さの差によってロータコア７４の後方側端部において、ロータコア７４に対して段部が形成される。一方、センサ磁石７６には軸方向前方に突出し段部に嵌合する凸部を設ければ、ロータコア７４に対して永久磁石７５を径方向に位置決めすることができ、永久磁石７５とセンサ磁石７６に目印を設ければ周方向の位置決めも可能となる。
【００３７】
センサ磁石７６の軸方向後方側への移動を阻止するために、ストッパ装置として円筒状のスリーブ７８を回転軸７０に対して後方から前方側へ圧入される。スリーブ７８は、金属又は合成樹脂の一体成形により構成すると好ましいが、スリーブ７８を直接センサ磁石７６に接触させると、スリーブ７８の前方端部と接触するセンサ磁石７６の特定箇所に強い応力が作用する。そこで本実施例では、スリーブ７８とセンサ磁石７６の間に弾性体であるゴムリング７７を介在させるようにした。ここではゴムリング７７として、断面形状が円形のＯリングを用いたが、第一の実施例と同様、皿ばねやワッシャ等であっても良い。また、センサ磁石７６とロータコア７４との間に弾性部材を配置しても良い。
【００３８】
以上、本発明を第一から第三の実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施例では外部商用電源で駆動されるインパクト工具の例を用いて説明したが、本発明はバッテリを電源とするコードレスタイプの電動工具でも良いし、ロータの回転位置の検出用にセンサ磁石を用いる電動工具であればインパクトドライバだけで無く、その他の電動工具にも同様に用いることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１  電動工具                          ２  本体ハウジング
２ａ  胴体部                          ２ｂ  ハンドル部
２ｃ  基板収容部                      ３  モータ
４  ロータコア                        ４ａ〜４ｃ  スロット
５  永久磁石                          ５ａ  外側Ｓ極磁石
５ｂ  外側Ｎ極磁石                    ７  ステータコア
８ａ、８ｂ  インシュレータ            ９  コイル
１０  回転軸                          １０ａ  （回転軸の）細径部
１０ｂ  （回転軸の）中径部            １０ｃ  （回転軸の）太径部
１０ｄ  （回転軸の）主軸部            １０ｅ  （回転軸の）極細径部
１１  冷却ファン                      １２  インバータ回路基板
１２ａ  貫通穴                        １３  回転位置検出素子（ホールＩＣ）
１４  スイッチング素子                １５  ハンマケース
１６  センサ磁石                      １６ａ  凸部
１６ｅ  貫通穴                        １７ａ  メタル
１７ｂ、１８ａ、１８ｂ  ベアリング    １９ａ、１９ｂ  風窓
２０  減速機構                        ２１  インパクト機構
２２  スピンドル                      ２２ｂ  スピンドルカム溝
２３  スプリング                      ２４  ハンマ
２４ａ  ハンマカム溝                  ２４ｂ  凸部
２５  ボール                          ２６  アンビル
２６ａ  取付穴                        ２６ｂ  凸部
２８  装着機構                        ３１  トリガスイッチ
３１ａ  トリガ                        ３２  正逆切替レバー
３５  ゴムリング                      ３６  スリーブ
４０  制御回路基板                    ４１  整流回路
４２  コイル                          ４３  コンデンサ
４４  シャント抵抗                    ４５  入出力部
４６  電源コード                      ４７  商用電源
５１  演算部                          ５２  制御信号出力回路
５３  回転子位置検出回路              ５４  回転数検出回路
５５  電流検出回路                    ５６  スイッチ操作検出回路
５７  印加電圧設定回路                ５８  回転方向設定回路
６０  皿バネ                          ６５  ゴムリング
６６  センサ磁石                      ７０  回転軸
７４  ロータコア                      ７５  永久磁石
７６  センサ磁石                      ７６ａ  貫通穴
７７  ゴムリング                      ７８  スリーブ
【図１】
2016022555.tif 000003
【図２】
2016022555.tif 000004
【図３】
2016022555.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2016022555.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2016022555.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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