JP5354336B2

JP5354336B2 - 電動工具

Info

Publication number: JP5354336B2
Application number: JP2008296175A
Authority: JP
Inventors: 智雅西河; 昇一平井; 義一駒崎
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2008-11-19
Filing date: 2008-11-19
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2028-11-19
Also published as: JP2010120121A

Description

本発明は、モータにより回転駆動される電動工具に関し、特に、モータの冷却機構を改良することにより耐久性及び操作性を向上させた電動工具に関する。

ネジやボルト等の締め付けを行う電動工具として、油圧を利用して打撃力を発生させるオイルパルス工具が知られている。オイルパルス工具は、金属同士の衝突がないため、メカニカル方式のインパクト工具に比べて、作動音が低いという特徴を有する。このようなオイルパルス工具として、例えば特許文献１の技術があり、オイルパルスユニットを駆動する動力としてモータを使用し、モータの出力軸がオイルパルスユニットに直結される。オイルパルスユニットは、使用と共に温度が上昇するため、モータとオイルパルスユニットの間（モータの前端側）にはファンを設け、ファンによってモータが冷却される。オイルパルス工具を稼働させるためのトリガスイッチを引くと、モータに駆動電流が供給される。特許文献１ではモータの回転軸と出力軸の間には減速機が設けられ、小型のモータを高回転で駆動させることで必要な出力トルクを確保し、製品の小型化を図っている。

特開２００５−４０８８１号公報

オイルパルス工具は打撃力を発生させるために油圧を用い、回転力をある角度において急激に出力軸に取り付けた先端工具に打撃力を与える。打撃時においては、先端工具側からの反力を受けることになり、この反力は減速機の支持部に加わるために、オイルパルス工具において減速機を設けた場合、反力が大きくなり、打撃時の振動が増大する。そのため、打撃時の振動を小さくするために、モータの回転軸とオイルパルス機構の間に減速機を設けないダイレクトドライブ機構とすることが提案されている。

しかし、ダイレクトドライブ機構とするためには、モータを低速高トルク型にする必要があり、一般的な減速機を使用する高速低トルク型と比べ大型化してしまう。さらに低速高トルク型のモータを使用した場合、ロータを支持するベアリング部の強度を十分確保する必要がある。さらに、工具を使用する際に本来の使用目的とは異なる状況（落下等）が発生した際にロータ支持部の強度が不足すると、ロータの慣性力により工具が破損してしまう可能性があるので、ロータの支持部を十分な強度とすることが重要となる。

オイルパルス機構における打撃後には、先端工具側からの反力の作用によりオイルパルユニット回転数が低くなるが、ダイレクトドライブ機構のブラシレスモータにおいては、減速機がないためモータ回転数も低くなる。ブラシレス直流モータを用いた場合、反力によってモータの回転数が低くなると、駆動回路に大きな電流が発生してスイッチング素子が異常に温度上昇する場合があり得る。

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的はモータ及びオイルパルスユニット等の動力伝達機構の冷却効率を高めて耐久性を向上させた電動工具を提供することにある。

本発明の別の目的は、回転軸を支持するベアリング部の強度を向上させると共に、小型化を実現した電動工具を提供することにある。

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、モータと、モータにより回転駆動されモータの回転力を伝達する動力伝達機構と、モータ及び動力伝達機構を収容するハウジングを有し、動力伝達機構に取り付けられる先端工具により締結部材を締め付ける電動工具において、ハウジングの内部にモータと動力伝達機構を収容し、動力伝達機構とモータの間に、モータの回転軸用の一つのベアリングを保持し、ベアリングをハウジングに固定するためのベアリング保持部材を設け、このベアリング保持部材に動力伝達機構側とモータ側との間を通風させる複数の通風口を設けた。また、複数の通風口の間を仕切る支柱を設け、この支柱がモータの巻線間の隙間の位置に配置されるようにした。ハウジングのモータを収容する部分と動力伝達機構を収容する部分には、空気取入口と空気排出口が形成され、ファンによって空気取入口から取り入れられた外気が、通風口を通るように流れ、空気排出口よりハウジングの外部に排出されるように構成した。つまり、ベアリング保持部材の通風口によって、動力伝達機構側とモータ側との間の空気の移動が可能になる。

本発明の別の特徴によれば、ファンは、モータの後方に設けられた電動ファンであり、電動ファンは軸方向に吸引して円周方向の一方向に排出させる遠心ファンである。ベアリング保持部材は、中心部にベアリングを収容する円形の貫通穴が形成された金属製の部材であり、貫通穴に保持されたベアリングの内周側において、モータの回転軸と動力伝達機構の入力軸が連結される。ベアリング保持部材の貫通穴近傍に、ベアリングの外輪が軸方向に抜けないようにするための保持手段が設けられる。

本発明のさらに別の特徴によれば、通風穴は、円周方向に複数形成され、通風口の数はモータのスロット数の約数（但し２以上）とすると好ましい。ここで、約数には、スロット数と同数（１で割れる数）も含む。空気取入口は動力伝達機構の外周側のハウジング部分に形成され、空気排出口はモータの後方のハウジング部分に形成される。さらに通風口の内周側の径位置は、モータのロータの外周側の径位置よりも外側に位置するように形成すると好ましい。

請求項１の発明によれば、動力伝達機構とモータの間に、モータの回転軸用の一つのベアリングを保持し、ベアリングをハウジングに固定するためのベアリング保持部材を設け、ベアリング保持部材にモータ側と動力伝達機構側との間を通風させる通風口を設けたので、動力伝達機構側からモータ側へ、或いは逆方向に冷却用の空気を通過させることができ冷却効果を高めることができる。また、支柱の位置がモータの巻線間の隙間の位置と一致するようにしたので、通風口はモータの巻線と対向する位置に配置されることになり、通風口を介してオイルパルスユニット側からモータ側に流れる空気は、かならず巻線に当たることになり冷却効果が一層高まる。さらに、ベアリング保持部材によってベアリングを保持するので、ロータの支持部に強度を持たせることが可能となり耐久性を向上させることが可能となる。

請求項２の発明によれば、ハウジングに空気取入口と空気排出口が形成され、ファンによって空気取入口から取り入れられた外気が、通風口を通るように流れ、空気排出口よりハウジングの外部に排出されるので、発熱しやすいモータと動力伝達機構の両方を効果的に冷却することができる。

請求項３の発明によれば、ファンは、モータの後方に設けられた電動ファンであり、モータとは独立に制御することが可能であるので任意の風量を実現できる。また電動ファンは軸方向に吸引して円周方向の一方向に排出させる遠心ファンであるので、小さいファンで高い送風効率を実現できる。

請求項４の発明によれば、ベアリング保持部材は、中心部にベアリングを収容する円形の貫通穴が形成された金属製の部材であるので剛性を高くすることができる。また、貫通穴に保持されたベアリングの内周側において、モータの回転軸と動力伝達機構の入力軸が連結されるので、落下等の衝撃が加わってもベアリング保持部材によって衝撃力が分散して伝わるので壊れにくく、耐久性を高めることが可能となる。

請求項５の発明によれば、ベアリング保持部材の貫通穴近傍に、ベアリングの外輪が軸方向に抜けないようにするための保持手段を設けたので、落下等の衝撃によって軸方向の力が加わってもベアリングがずれることを防止できる。

請求項６の発明によれば、通風穴は、円周方向に複数形成されるので、通風効率を良くすることができる。

請求項７の発明によれば、通風口の数はモータのスロット数の約数（但し２以上）であるので、モータの巻線の位置に効果的に冷却風を導く事ができる。

請求項８の発明によれば、空気取入口は動力伝達機構の外周側のハウジング部分に形成され、空気排出口はモータの後方のハウジング部分に形成されるので、動力伝達機構としてオイルパルスユニット等の発熱の多い機構を用いた場合であっても効果的に冷却することができる。

請求項９の発明によれば、通風口の内周側の径位置は、モータのロータの外周側の径位置よりも外側に位置するので、より発熱の多い固定子の巻線の外周側に多くの冷却風を導入することができ、冷却効果を更に高めることができる。

請求項１０の発明によれば、ベアリング保持部材の通風口によって、動力伝達機構側とモータ側との間の空気の移動が可能になるので、通風口の形状を設定することによって所望の箇所に冷却風を導くことが可能になる。

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。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。尚、本明細書の説明においては電動工具の例としてオイルパルス工具を用いて説明し、その上下及び前後の方向は、図１中に示した方向として説明する。

図１は本発明の実施形態に係るオイルパルス工具の全体を示す断面図である。オイルパルス工具１は、外部から電源コード２により供給される電力を利用し、モータ３を駆動源とし、モータ３によって動力伝達機構であるオイルパルスユニット４を駆動し、オイルパルスユニット４に連結された出力軸５に回転力と打撃力を与えることによってソケットビット等の図示しない先端工具に回転打撃力を連続的又は間欠的に伝達させてネジ締めやボルト締め等の作業を行う。

電源コード２により供給される電源は、直流電源又はＡＣ１００Ｖ等の交流電源であり、交流の場合はオイルパルス工具１内に図示しない整流器を設けて直流に変換した後に、モータの駆動用回路に送られる。モータ３は、内周側に永久磁石を有する回転子３ｂを有し、外周側に鉄心３ａに巻かれた巻線３ｃを有する固定子を有するブラシレス直流モータであって、２つのベアリング１０ａ、１０ｂによってその回転軸１１が回転可能なように支持される。前方のベアリング１０ｂは大きな径のベアリングであり、インナプレート３２を介してハウジング６の筒状の胴体部６ａ内に固定される。後方のベアリング１０ａは、前方のベアリング１０ｂに比べて小さい径のベアリングであり、胴体部６ａと一体に形成されたベアリングホルダ１５に固定される。ハウジング６はプラスチック等の成型により胴体部６ａとハンドル部６ｂが一体的に製造される。

モータ３の後方には、モータ３を駆動するための駆動回路基板７が配設され、この回路基板上にはＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄｅｆｆｅｃｔｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのスイッチング素子７ａにより構成されるインバータ回路及び回転子３ｂの回転位置を検出するためのホールＩＣなどの位置検出素子が搭載される。胴体部６ａの内側後端付近には、冷却用の冷却ファンユニット１７が設けられる。冷却ファンユニット１７は、モータ３とは独立して回転する電動式であり、前方の軸付近から吸引して円周方向の一方向に排出させる遠心ファンを用いることができ、小型の直流モータにより駆動される。

ハウジング６は、胴体部６ａから略直角に下方向に延びるハンドル部６ｂを有し、ハンドル部６ｂの取り付け部付近にはトリガスイッチ８が配設される。ハンドル部６ｂの内部にはスイッチ回路基板１４が設けられ、トリガスイッチ８を引いた量に比例する信号がモータ制御基板９ａに伝達される。ハンドル部６ｂの下側には、複数の回路基板９が配置され、これにはモータ制御基板９ａ及び冷却ファン用の電源回路基板９ｂが含まれる。

胴体部６ａ内の前方側に収容されるオイルパルスユニット４は、入力軸であるライナプレート２３がモータ３の回転軸１１に直結され、モータ３の回転が減速されずに直接伝達される。そのため、ベアリング１０ｂの内側において、ライナプレート２３の連結部２３ａが回転軸１１の先端に形成された六角穴１１ｆに嵌合する。このようにライナプレート２３と回転軸１１の連結部分が、インナプレート３２と軸方向の同位置に配置されることにより、連結部分の剛性を高めることが可能になる。

トリガスイッチ８が引かれてモータ３が起動されると、モータ３の回転はオイルパルスユニット４に伝達される。オイルパルスユニット４の内部にはオイルが充填されていて、出力軸５に負荷がかかっていないとき、又は、負荷が小さい際には、オイルの抵抗のみでモータ３の回転にほぼ同期して出力軸５が回転する。出力軸５に強い負荷がかかると出力軸５の回転が止まり、オイルパルスユニット４の外周側のライナのみが回転を続け、１回転に１箇所、オイルの圧力が急激に上昇し、出力軸５に大きな締付トルク（打撃力）が作用し、出力軸５を大きな力で回転させる。以後、同様の衝撃動作が数回繰り返され、締結対象が設定トルクで締め付けられるまで打撃力が間欠的に繰り返し伝達される。

図２（１）は、図１のオイルパルスユニット４の断面図であり、図３は図２のＣ−Ｃ断面であって、オイルパルスユニット４の使用状態における一回転の動きを８段階で示した断面図である。オイルパルスユニット４は、主に、モータ３と同期して回転する駆動部分と、先端工具が取り付けられる出力軸５と同期して回転する出力部分の２つの部分により構成される。モータ３と同期して回転する駆動部分は、モータ３の回転軸に直結されるライナプレート２３と、その外周側で前方に延びるように固定される外径が略円柱形のライナ２１と、ライナ２１の前方内周側に固定されるローワプレート２６を含んで構成される。出力軸５と同期して回転する出力部分は、メインシャフト２４と、メインシャフト２４にバネを介して取付けられるブレード２５ａ、２５ｂ（図３）を含んで構成される。

メインシャフト２４はローワプレート２６を貫通し、ライナ２１内で回転できるように保持され、ライナ２１とメインシャフト２４の間には、トルクを発生するための作動油（オイル）を充填してライナ２１の両端に取り付けたライナプレート２３とローワプレート２６によってオイルは密封される。ローワプレート２６とメインシャフト２４、及び、ライナ２１とライナプレート２３の間には、相互間の気密性を確保するためのＯリング２７、２８が設けられる。なお、ライナ２１にはオイルの圧力を高圧室から低圧室に逃がすリリーフバルブ２２があり、発生するオイルの最大圧力を制御し、締め付けトルクを調整することができる。

ライナ２１の内部は図３に示すような略４つの領域を形成するような断面を有するライナ室が形成される。メインシャフト２４の外周部には、対向する２個の溝部にバネを介してブレード２５ａ、２５ｂが嵌挿され、ブレード２５ａ、２５ｂがライナ２１の内面に当接するようにバネによって円周方向に付勢される。ブレード２５ａ、２５ｂ間のメインシャフト２４の外周面には軸方向に延びる二本の突条たる凸状シール面２６ａ、２６ｂが設けられる。ライナ２１の内周面には山形状に盛り上げて成る凸状シール面２７ａ、２７ｂと、凸状部２８ａ、２８ｂが形成される。

オイルパルス工具１はボルト締め付け時において締め付けボルトの座面が着座すると、メインシャフト２４に負荷がかかり、メインシャフト２４、ブレード２５ａ、２５ｂはほぼ停止した状態になり、ライナ２１だけ回転し続ける。モータ３の回転によるライナ２１の回転に伴い、１回転に１回の衝撃パルスが発生するが、この衝撃パルス発生時においてオイルパルス工具１内は、ライナ２１の内周面に形成した凸状シール面２７ａとメインシャフト２４の外周面に形成した凸状シール面２６ａが接触する。同時に、ライナ２１の内周面に形成した凸状シール面２７ｂとメインシャフト２４の外周面に形成した凸状シール面２６ｂと接触する。このようにライナ２１の内周面に形成した一対の凸状シール面と、メインシャフト２４の外周面に形成した一対の凸状シール面がそれぞれ当接することにより、ライナ２１の内部は二つの高圧室Ｈと２つの低圧室Ｌに仕切られる。そして、前記高圧室Ｈと低圧室Ｌとの圧力差によりメインシャフト２４が締め付けボルトを締め付けるべく回転する。

次に、オイルパルスユニット４の動作手順を説明する。まず、トリガ８を引くことによりモータ３が回転され、これに伴いライナ２１も同期して回転する。図３の（１）〜（８）は、ライナ２１がメインシャフト２４に対して相対角で１回転する状態を示した図である。前述したように、出力軸５に負荷のかかっていないとき、又は、負荷が小さい時には、オイルの抵抗のみでメインシャフト２４はモータ３の回転にほぼ同期して回転する。出力軸５に強い負荷がかかるとそれに直結されたメインシャフト２４の回転が止まり、外側のライナ２１のみが回転を続ける。

図３の（１）は、メインシャフト２４に衝撃パルスによる打撃力が発生するときの位置関係を示す図である。この（１）に示す位置が、１回転に１箇所あるオイルを密閉する位置である。ここでは、凸状シール面２７ａと２６ａが、シール面２７ｂとシール面２６ｂが、ブレード２５ａと凸状部２８ａが、ブレード２５ｂと凸状部２８ｂがそれぞれメインシャフト２４の軸方向全域において当接し、これによりライナ２１の内部空間が２つの高圧室と２つの低圧室の４室に区画される。

ここで高圧、低圧とは、内部に存在するオイルの圧力である。さらにモータ３の回転によってライナ２１が回転すると、高圧室の容積は減少するためオイルは圧縮されて瞬間的に高圧が発生し、この高圧はブレード２５ａ、２５ｂを低圧室側に押しやる。その結果、メインシャフト２４には上下のブレード２５ａ、２５ｂを介して瞬間的に力が作用して強力なトルクが発生する。この高圧室が形成されることにより、ブレード２５ａ、２５ｂを図中時計方向に回転させるような強い打撃力が作用する。図３（１）に示す位置を本明細書では「打撃位置」と呼ぶ。

図３の（２）は、打撃位置からライナ２１が４５度回転した状態を示す。（１）に示す打撃位置を過ぎると、凸状シール面２７ａと２６ａ、凸状シール面２７ｂとシール面２６ｂ、ブレード２５ａと凸状部２８ａ、及び、ブレード２５ｂと凸状部２８ｂの当接状態が解除されるため、ライナ２１の内部の４室に区画されていた空間が解除され、相互の空間にオイルが流れるため、トルクは発生せず、ライナ２１はモータ３の回転によりさらに回転する。

図３の（３）は、打撃位置からライナ２１が９０度回転した状態を示す。この状態では、ブレード２５ａ、２５ｂが凸状シール面２７ａ、２７ｂに当接してメインシャフト２４から突出しない位置、半径方向内側まで後退するため、オイルの圧力の影響を受けずトルクは発生しないため、ライナ２１はそのまま回転する。図３の（４）は、打撃位置からライナ２１が１３５度回転した状態を示す。この状態ではライナ２１の内部空間は連通してオイルの圧力変化は生じないため、メインシャフトに回転トルクは発生しない。

図３の（５）は、打撃位置からライナ２１が１８０度回転した状態を示す。この位置では、凸状シール面２７ｂと２６ａ、凸状シール面２７ｂとシール面２６ｂが接近するが、当接しない。これは、メインシャフト２４に形成した凸状シール面２６ａと２６ｂが、メインシャフトの軸に対して対称位置にないためである。同様にライナ２１の内周に形成した凸状シール面２７ａと２７ｂもメインシャフトの軸に対して対称位置にはない。従って、この位置ではオイルの影響をほとんど受けないためトルクはほとんど発生しない。尚、発生するトルクがゼロではないのは、内部に充填されるオイルには粘性があり、凸状シール面２７ｂと２６ａ、又は、凸状シール面２７ａと２６ｂが対面した際に、ほんの僅かながら高圧室が形成されるため、（２）〜（４）、（６）〜（８）と違って若干の回転トルクを生じさせる。

図３の（６）〜（８）の状態は、（２）〜（４）とほぼ同様であり、これらの状態の際はトルクが発生しない。（８）の状態からさらに回転すると、図３の（１）の状態に戻り、凸状シール面２７ａと２６ａが、シール面２７ｂとシール面２６ｂが、ブレード２５ａと凸状部２８ａが、ブレード２５ｂと凸状部２８ｂがそれぞれメインシャフト２４の軸方向全域において当接し、これによりライナ２１の内部空間が２つの高圧室と２つの低圧室の４室に区画されるため、メインシャフト２４に強い回転トルクが発生する。

上記のように締付作業時には粘性のあるオイルに対し加圧、減圧を繰り返すためオイルが発熱する。また、モータ３も打撃時には回転が制御され、場合によっては回転が停止（ロック）したり、わずかながら逆転してしまうため、モータ３のインバータ回路や固定子巻線には過多な電流が流れ巻線３ｃ及びスイッチング素子７ａが発熱する。この発熱対策として、図１に示すように冷却ファンユニット１７が設けられる。

図１に戻り、冷却ファンユニット１７及びモータ３、オイルパルスユニット４はハウジング６の胴体部６ａ内に収められており、メインシャフト５の回転軸方向と略平行にオイルパルスユニット４、モータ３、冷却ファンユニット１７の順番で設置される。厳密に言えば、オイルパルスユニット４とモータ３は同軸上に配置するのが好ましいが、冷却ファンユニット１７は、これらと完全に同軸上でなくてもよく、その中心軸がややずれても良いし、冷却ファンユニットの回転軸をモータ３の回転軸１１と角度を隔てて配置しても良い。

オイルパルスユニット４内のオイルは、熱による特性変化が大きく最も冷却する必要があるため、導入された外気をこの順番にて冷却すると効率がよい。従って、本実施形態においては、胴体部６ａのオイルパルスユニット４が設けられる部分の側方に複数の空気取入口３１を形成し、冷却ファンユニット１７を駆動させることで、空気取入口３１を経由して外部から大気が吸引されるようにした。図１では一本しか図示していないが、空気取入口３１は、胴体部６ａの右側に４本、左側に４本の計８本のスリット状の空気取入口３１として、その長手方向が出力軸５と略並行になるように形成される。尚、空気取入口３１の形状は比較的自由度が高く、スリットの向きを胴体部６ａの円周方向としても良いし、その他任意の形状であっても良い。

空気取入口３１から導入された外気は、オイルパルスユニット４を冷却した後にインナプレート３２の通風口３２ｄを通過し、モータ３側に流れる。モータ３においては、回転子３ｄ、鉄心３ａ、巻線３ｃの間の空間を流れて後方に流れ、モータ３の後方に軸方向と鉛直に設けられた駆動回路基板７の搭載電子素子を冷却する。その後、冷却ファンユニット１７内の軸付近から吸引され、ファンによって吐出口１７ａから円周方向に排出され、胴体部６ａに形成された後述する空気排出口を通過しハウジング６の外部へ排出される。

本実施形態においてはダイレクトドライブ機構のブラシレスモータとしたことで、打撃時のモータ３の回転数が低くなるため、巻線３ｃに大きな電流が流れるためスイッチング素子７ａの温度が上昇しやすい。従って、駆動回路基板７を冷却ファンユニット１７の近傍、即ちモータ３の後ろ側に設けることで、冷却風のスイッチング素子７ａ近傍の量が増加し、冷却効率を向上することが可能となり、電動工具の耐久性が向上する。

冷却ファンユニット１７はモータ３の駆動とは別体に駆動される。これによりモータ３の回転が停止した場合においても発熱したオイルパルスユニット４及びモータ３を冷却することが可能となる。冷却ファンユニット１７はハウジング６の胴体部６a内に弾性体３０を介して設置される。これにより、打撃時にパルスユニット部４が引き起こす振動が冷却ファンユニット１７へ伝わることを抑制し、冷却ファンユニット１７の破損を防止する。さらに冷却ファンユニット１７の駆動時においては回転振動に伴う騒音が発生するが、冷却ファンユニット１７はハウジング６の胴体部６a内に弾性体３０を介して設置されるため、振動音を抑制することが可能となる。弾性体３０は発泡材とすることで、制震効果を高くしつつ軽量化が可能となる。

モータの回転子３ｂは回転軸１１に設けられる。図２（２）は図１の回転軸１１を拡大表示したもので、回転軸１１はオイルパルスユニット４と結合される側でベアリング１０ｂにより支持される。ベアリング１０ｂは、ベアリング１０ａよりも大径のものが用いられ、ベアリング１０ａが取り付けられる部分は、その径が軸径部１１ｂよりやや細くなっている細径部１１ａであり、ベアリング１０ｂが取り付けられる部分は、その径が軸径部１１ｂよりやや太くなっている太径部１１ｃである。太径部１１ｃの一部には、その径が半径方向外側に延びるフランジ１１ｄが形成され、ベアリング１０ｂは、回転軸１１の前側軸端部から太径部１１ｃに挿入され、その内輪の後端がフランジ１１ｄと当接するよう位置づけられる。そして、トメワ３５が円環溝１１ｅに装着されることにより、ベアリング１０ｂを回転軸１１に対して固定する。

ベアリング１０ｂの外輪側にはインナプレート３２が装着され、外輪の前側の端部がフランジ３２ｃに当接するように位置づけられ、プレート３３をネジ３４で螺合させることにより、ベアリング１０ｂをインナプレート３２に固定する。インナプレート３２は、ベアリング１０ｂとほぼ同じ厚さを有するプレート状の部材であり、例えばアルミニウム合金やステンレス合金などの金属製で構成すると好ましい。また、ベアリング１０ｂの内輪と外輪の両方側において、ベアリング１０ｂがインナプレート３２に対して軸方向（前後方向）に移動しないように抜け止めを設ける。このようにベアリング１０ｂに比較的大径のものを用いてしっかり保持することにより、落下等の工具を使用する際に本来の状況とは異なる条件下において、工具本体後方或いは前方から工具の回転軸側に急激な荷重が生じた場合でも、オイルパルスユニット４とロータ３ｂの慣性力による荷重は、主にベアリング１０ｂが受けることとなるので、ベアリング１０ａの固定部の強度は回転動作中にかかる荷重にのみ耐えうれば良くなる。そのため、ベアリング１０ａの支持部（ベアリングホルダ１５）の肉厚等を小さくする事が可能となり、工具を小型化する事が可能となる。さらに、ベアリング１０ａやベアリングホルダ１５を小型にできるため、モータ３の後端部を流れる冷却風の通過面積を多く取る事が可能となり、冷却風量が増加することができ、冷却性能が向上する。

図４は冷却ファンユニット１７と弾性体３０を示す斜視図である。冷却ファンユニット１７は軸方向に空気を吸引するための吸引口１７ｃが設けられ、回転するファンを収容すると共に吸引及び排出する空気を所望の方向に導くためのファンハウジング１７ｂ、空気を一方向に排出するための吐出口１７ａを有した汎用ブロワファンである。弾性体３０は冷却ファンユニット１７に接着剤や両面テープ等で貼り付けられ、これらは冷却ファンユニット１７をハウジング６の内壁に固定するための接着機能と共に、冷却ファンユニット１７に伝わる振動を低減させる制震機能を果たす。さらに、弾性体３０ａは、吐出口１７ａを吸入口１７ｃ側の空間と遮断するためのシール機能を果たす。

図５は図１のＡ−Ａ部の断面図であり、冷却ファンユニット１７をハウジング６の胴体部６の内部に設置した際の状況を示す。冷却ファンユニット１７は、その吐出口１７ａがハウジング６の胴体部６ａに形成された空気排出口３７に対向するように固定される。冷却ファンユニット１７には、取り付け用の取付穴１７ｄを有するが、冷却ファンユニット１７はハウジング６の後端部の囲まれた空間内に配置されるので、ネジによって強固に固定せずに両面テープ等のシール材を用いて固定するので十分である。但し、ネジを併用して固定するようにしても良いのは言うまでもない。

吐出口１７ａと空気排出口３７の間にはバッファ領域３３が設けられる。これにより、吐出口１７ａよりも空気排出口３７の断面積を大きくする事が可能となり、空気排出口３７に複数のリブ等を設け異物流入の防止を行った場合でも、空気排出口３７における流出損失を低減させる事が可能となる。さらに、吐出口１７ａとファンハウジング１７ｂの一部を囲うようにシール状の弾性体３０ａを設けることで、弾性体３０ａによる冷却ファンユニット１７の保持と同時に、吐出口１７ａからバッファ領域３３へ流入した冷却風がモータ３側へ逆流することができる。

図６は、冷却ファンユニット１７が取り付けられるハウジング６の胴体部６ａの後端部右側の内部形状を示す部分斜視図である。ここで、ハウジング６は軸方向を通る上下に延びる面で２分割でき、右側とは作業者が右手でオイルパルス工具を把持した際に、作業者からみて右側に位置する側を示す。胴体部６ａの後端部には、ベアリング１０ａを保持する固定部となるベアリングホルダ１５が一体で成型され、その後方には冷却ファンユニット１７を固定すると共に、冷却ファンユニット１７の吐出口１７側の空間（バッファ領域３３）と分離するためのリブ１６が形成される。リブの後方には４本の上下方向に延びるスリット状の空気排出口３７が形成される。ベアリングホルダ１５の上下側には、左側のハウジング６とネジ止めするための２つのネジ穴１３が形成される。図示していないが、胴体部６ａの後端部左側の内部形状は、リブ１６及び空気排出口３７は形成されず、ネジ穴１３とベアリングホルダ１５が形成されることになる。

尚、図６において、ハウジング６の後端面には開口が存在しないことが理解できるであろう。これは、冷却ファンユニット１７として吐出側が後方でなく、側方になるブロワファンを用いたためであり、別のタイプの冷却ファンを用いるならばハウジング６の後端面に空気排出口を設けるようにしても良い。

次に図７〜９を用いて、インナプレート３２の形状と、それを通過する冷却風の流れについて説明する。図７は図１におけるＣ−Ｃ断面図である。インナプレート３２は円環状の内周輪３２ａ及び外周輪３２ｂの間を接続する複数の支柱３２ｃにより構成され、これらによって冷却風を通過させる複数の通風口３２ｄが形成される。ここで、図から理解できるように支柱３２ｃの円周方向の数及びその位置は、モータ３の巻線３ｃ間の隙間の位置と一致するようにした。従って、通風口３２ｄはモータ３の巻線３ｃと対向する位置に配置されるので、通風口３２ｄを介してオイルパルスユニット４側からモータ３側に流れる空気は、かならず巻線３ｃに当たることになる。さらに、径方向において、インナプレートの内周輪３２ａと外周輪３２ｂの位置は、モータ３の巻線３ｃの内周側及び外周側位置とそれぞれほぼ一致するように設定している。

図８は図１のＢ−Ｂ部におけるモータ３の固定子部分の断面図であり、モータ３の固定子３ｂ部の断面図である。固定子は鉄心３aに巻線３ｃを巻きつけており、巻線３ｃ間にはスロット（巻線隙間）３ｄが設けられる。この図から理解できるように、本実施形態では、モータ３の巻線は外周部において密に巻かれており、内周部の巻数が少なくなるようにされている。

図９は図７のＤ−Ｄ部の断面図であり、インナプレート３２とブラシレスモータ固定子部の位置関係を示し、インナプレート３２から固定子へ流入する空気の流れを示した部分断面図である。本図からインナプレート３２の支柱３２ｃとスロット３ｄの位置関係がよく理解できるであろう。図９に示すように、空気取入口３１から取り入れられた冷却風は通風口３２ｄを通過し、胴体部６ａのモータ３が配置される空間に流入し、モータ３の巻線３ｃの前方部を通過してスロット３ｄへと流れていく。モータ３としてブラシレスモータを用いる場合は、巻線３ｃの発熱が大きいため、冷却風を巻線３ｃの前方部を通過させることで、効率良く冷却することが可能となる。

図１０は、図７及び８で示した実施形態の変形例である。本変形例では、インナプレート４２に形成される支柱４２ｃの数を３つにし、６つのスロット３ｄに対して半分にした。このようにモータ３のスロット３ｄの数とインナプレート３２の通風口３２ｄの数を一致させずとも、冷却効率を向上させることが可能となる。しかし、図７に示すようにモータ３のスロット３ｄの数とインナプレート３２の通風口３２ｄの数を一致させた場合が、最も冷却効率を向上させることが可能となる。また、図１０においては、インナプレート４２の通風口４２ｄの内径、つまり内周輪４２ａを回転子３ｂの外径よりも僅かながら大きく設定している。これにより、通風口４２ｄを通過する冷却風は回転子３ｂの巻線３ｃの外周側にあたりやすくなっており、さらなる冷却効率の向上が可能となる。

図１１は、本実施形態におけるオイルパルスユニット４とハンドル部の配置関係を説明するための図である。オイルパルス機構は低騒音な打撃機構であり、打撃時の振動は小さいものの、打撃時の反力（変位）は大きくなってしまう。反動は打撃源を中心に円弧運動となるため、打撃源から遠くなるほど反動が大きくなる。本発明において、オイルパルスユニット４とハンドル部６ａを前後方向に近接させることで、把持部が打撃源に近くなり、把持位置での反動が小さくなる。具体的には、オイルパルスユニット４の前端部がハウジング６の胴体部６ａの前端部と隣接するオイルパルス工具において、ハウジング６のハンドル部６ｂはオイルパルスユニット４の略真下に設けられる。従って、ハンドル部６ｂの長手方向中心線５２を延長した線と、出力軸５の中心軸と交差する交差点５３は、出力軸５の軸方向（前後方向）に見て、オイルパルスユニット４の配置位置５１内に存在するようにした。また、オイルパルスユニット４の後端位置と、ハンドル部前側の最も後退した位置を比較すると、矢印の範囲５４で示すようにオイルパルスユニット４の後端位置の方が後ろになるように配置した。このように構成すれば、出力軸５にソケット等の先端工具を取り付けた場合においては工具全体の重心位置がハンドル近傍となるため、作業時のバランスが良く、操作性がよくなるといった利点が得られる。

以上説明したように、本実施形態による電動工具では、安価な汎用の冷却ファンを用いて高効率にモータ及び動力伝達機構（オイルパルスユニット）を冷却することが可能となるので耐久性を向上させることができる。また、モータの回転とは非同期にファンを駆動させることによって、モータのスイッチング素子部の冷却効率をも向上させることができる。さらに、ロータを支持するベアリング部の強度を向上させることができる電動工具を実現できる。

以上、本発明を示す実施形態に基づき説明したが、本発明は上述の形態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、本実施形態では電動工具の例として、ブラシレス直流モータを用いたオイルパルス工具の例で説明したがこれに限られるものではなく、電動ドリル、電動グライダ等、任意の電動工具においても同様に適用できる。また、使用するモータの種類も、ブラシレス直流モータだけでなく、ブラシ付きのＤＣモータでも、交流モータでも良い。

本発明の実施形態に係るオイルパルス工具の全体を示す断面図である。（１）は図１のオイルパルスユニット４の拡大断面図であり、（２）は図１の回転軸１１の拡大断面図である。オイルパルスユニット４の軸方向と鉛直面での断面図であって、オイルパルスユニット４の使用状態における一回転の動きを８段階で示した図である。図１の冷却ファンユニット１７の前方から見た斜視図である。図１の図１のＡ−Ａ部の断面図であり、冷却ファンユニット１７を後方から見た背面図である。ハウジング６の胴体部６ａの後端部右側の内部形状を示す部分斜視図である。図１のＣ−Ｃ部の断面図であって、インナプレート３２とモータ３の巻線３ｃとの位置関係を示す図である。図１のＢ−Ｂ部におけるモータ３の固定子部分の断面図である。図７のＤ−Ｄ部の断面図であって、インナプレート３２とモータ３の巻線３ｃとの位置関係、及び、インナプレート３２から巻線３ｃ方向へ流入する空気の流れを示す図である。本発明の第２の実施形態に係るインナプレート４２を示す図で、図１のＣ−Ｃ部の断面における形状を示す図である。本発明の実施形態に係るオイルパルス工具のオイルパルスユニット４とハンドル部の配置関係を説明するための図である。

符号の説明

１オイルパルス工具２電源コード３モータ
３ａ鉄心３ｂ（モータの）回転子３ｃ巻線
４オイルパルスユニット５出力軸６ハウジング
６ａ（ハウジングの）胴体部６ｂ（ハウジングの）ハンドル部
７駆動回路基板７ａスイッチング素子８トリガスイッチ
９回路基板９ａモータ制御基板９ｂ電源回路基板
１０ａ、１０ｂ、１０ｃベアリング
１１（モータの）回転軸１１ａ細径部
１１ｂ軸径部１１ｃ太径部１１ｄフランジ
１１ｅ円環溝１１ｆ六角穴
１３ネジ穴１４スイッチ回路基板
１５ベアリングホルダ１６リブ
１７冷却ファンユニット１７ａ吐出口１７ｂファンハウジング
１７ｃ吸引口１７ｄ取付穴
２１ライナ２２リリーフバルブ２３ライナプレート
２４メインシャフト２５ａ、２５ｂブレード２７、２８Ｏリング
３１空気取入口３２、４２インナプレート
３２ａ、４２ａ（インナプレートの）内周輪
３２ｂ、４２ｂ（インナプレートの）外周輪
３２ｃ、４２ｃ（インナプレートの）支柱
３２ｄ、４２ｄ（インナプレートの）通風口
３３プレート３４ネジ３５トメワ３７空気排出口

Claims

モータと、該モータにより回転駆動され前記モータの回転力を伝達する動力伝達機構と、前記モータ及び前記動力伝達機構を収容するハウジングを有し、前記動力伝達機構に取り付けられる先端工具により締結部材を締め付ける電動工具において、
前記ハウジングの内部に前記モータと前記動力伝達機構を収容し、
前記動力伝達機構と前記モータの間に、前記モータの回転軸用の一つのベアリングを保持し、該ベアリングを前記ハウジングに固定するためのベアリング保持部材を設け、
前記ベアリング保持部材は、前記動力伝達機構側と前記モータ側との間を通風させる複数の通風口と、前記複数の通風口の間を仕切る支柱を有し、前記支柱は前記モータの巻線間の隙間の位置に配置されていることを特徴とする電動工具。
前記ハウジングの前記モータを収容する部分と前記動力伝達機構を収容する部分には、空気取入口と空気排出口が形成され、
前記ハウジング内には空気流を起こすためのファンが設けられ、該ファンによって前記空気取入口から取り入れられた外気が、前記通風口を通るように流れ、前記空気排出口より前記ハウジングの外部に排出されることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
前記ファンは、前記モータの後方に設けられた電動ファンであり、該電動ファンは軸方向に吸引して円周方向の一方向に排出させる遠心ファンであることを特徴とする請求項２に記載の電動工具。
前記ベアリング保持部材は、中心部に前記ベアリングを収容する円形の貫通穴が形成された金属製の部材であり、前記貫通穴に保持されたベアリングの内周側において、前記モータの回転軸と前記動力伝達機構の入力軸が連結されることを特徴とする請求項２又は３に記載の電動工具。
前記ベアリング保持部材の貫通穴近傍に、前記ベアリングの外輪が軸方向に抜けないようにするための保持手段を設けたことを特徴とする請求項４に記載の電動工具。
前記通風穴は、円周方向に複数形成されることを特徴とする請求項４又は５に記載の電動工具。
前記通風口の数は前記モータのスロット数の約数（但し２以上）であることを特徴とする請求項６に記載の電動工具。
前記空気取入口は前記動力伝達機構の外周側のハウジング部分に形成され、前記空気排出口は前記モータの後方のハウジング部分に形成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の電動工具。
前記通風口の内周側の径位置は、前記モータのロータの外周側の径位置よりも外側に位置するように形成されることを特徴とする請求項８に記載の電動工具。
前記ベアリング保持部材の前記通風口によって、前記動力伝達機構側と前記モータ側との間の空気の移動を可能にしたことを特徴とする請求項１に記載の電動工具。