WO2019208038A1

WO2019208038A1 - 電動工具

Info

Publication number: WO2019208038A1
Application number: PCT/JP2019/011788
Authority: WO
Inventors: 光政水野; 格無類井; 中村　敦
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2018-04-25
Filing date: 2019-03-20
Publication date: 2019-10-31
Also published as: JP2019188539A; CN112020409B; EP3785857B1; CN112020409A; US20210229256A1; EP3785857A4; JP6941776B2; EP3785857A1

Abstract

トルク伝達機構（５）は、モータ（２）により回転駆動される駆動軸（４）側に連結される駆動マグネット部材と、先端工具を装着可能な出力軸（６）側に連結される従動マグネット部材（２２）とを含むマグネットカップリング（２０）を有する。クラッチ機構（８）は、モータ（２）とトルク伝達機構（５）の間に設けられる。従動マグネット部材（２２）側の慣性モーメントは、駆動マグネット部材側の慣性モーメントよりも大きい。

Description

電動工具

　本発明は、駆動軸の回転により生じるトルクを出力軸に伝達して先端工具を回転させる電動工具に関する。

　特許文献１は、モータの回転軸に減速機構である遊星ギア機構が連結され、負荷トルクの増大に伴って遊星ギア機構におけるリングギアを空転させることで出力軸に至る動力伝達を遮断するトルククラッチ機構を備えた締め付け工具を開示する。また特許文献２は、駆動軸にカム機構を介してハンマが取り付けられ、出力軸に所定値以上の負荷がかかったときにハンマがアンビルに回転方向の打撃衝撃を与えて出力軸を回転させるインパクト回転工具を開示する。

特開２０１５－１１３９４４号公報特開２００５－１１８９１０号公報

　従来の電動工具は、モータの回転トルクを機械的に出力軸に伝達する構造を採用するため、使用時に騒音が発生する。特にメカニカル方式のインパクト回転工具では、ハンマがアンビルを打撃することでインパクトトルクを発生させるため、衝撃音は非常に大きなものとなる。そのため従来より、インパクトトルクを維持しつつ、静音性に優れた電動工具の開発が望まれている。

　本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、伝達トルクを維持しつつ、静音性に優れた電動工具を提供することにある。

　上記課題を解決するために、本発明のある態様の電動工具は、モータにより回転駆動される駆動軸と、先端工具を装着可能な出力軸と、駆動軸側に連結される駆動マグネット部材と出力軸側に連結される従動マグネット部材とを含むマグネットカップリングを有するトルク伝達機構であって、駆動マグネット部材側の慣性モーメントよりも従動マグネット部材側の慣性モーメントが大きいトルク伝達機構と、モータとトルク伝達機構の間に設けられるクラッチ機構とを備える。

実施形態に係る電動工具の構成の一例を示す図である。マグネットカップリングの内部構造の一例を示す図である。マグネットカップリングの状態遷移を説明するための図である。クラッチ機構の例を示す図である。シミュレーション結果の一例を示す図である。シミュレーション結果の別の例を示す図である。シミュレーション結果のさらに別の例を示す図である。

　図１は、本発明の実施形態に係る電動工具１の構成の一例を示す。電動工具１は、モータ２を駆動源とする回転工具であって、モータ２により回転駆動される駆動軸４と、先端工具を装着可能な出力軸６と、駆動軸４の回転により生じるトルクを出力軸６に伝達するトルク伝達機構５と、モータ２とトルク伝達機構５の間に設けられるクラッチ機構８とを備える。クラッチ機構８は、駆動軸４の回転により生じるトルクを連結軸９を介してトルク伝達機構５に伝達する一方で、連結軸９がトルク伝達機構５から受けるトルクを駆動軸４に伝達しない機械要素として構成されてよい。クラッチ機構８の作用については、後述する。

　電動工具１において、電力はバッテリパックに内蔵されたバッテリ１３により供給される。モータ２はモータ駆動部１１により駆動され、モータ２の回転軸の回転は、減速機３によって減速されて駆動軸４に伝達される。クラッチ機構８は、駆動軸４の回転トルクを連結軸９を介してトルク伝達機構５に伝達する。

　実施形態のトルク伝達機構５は、非接触のトルク伝達を可能とするマグネットカップリング２０を有する。
　図２は、マグネットカップリング２０の内部構造の一例を示す図である。図２は、インナーロータおよびアウターロータを有するシリンダータイプのマグネットカップリング２０の一部を切り欠いた斜視断面を示している。インナーロータの円筒外周面およびアウターロータの円筒内周面には、それぞれＳ極およびＮ極が周方向に交互に隣接して配置される。マグネットカップリング２０は、駆動軸４の回転により生じるトルクを磁力により出力軸６に伝達することで、トルク伝達における優れた静音性を実現する。図２には８極タイプのマグネットカップリング２０を示すが、この極数に限定されるものではない。

　マグネットカップリング２０は、駆動軸４側に連結される駆動マグネット部材２１と、出力軸６側に連結される従動マグネット部材２２と、駆動マグネット部材２１および従動マグネット部材２２の間に配置される隔壁２３とを有する。実施形態のマグネットカップリング２０では、駆動マグネット部材２１がインナーロータであり、従動マグネット部材２２がアウターロータであり、駆動マグネット部材２１側の慣性モーメントよりも、従動マグネット部材２２側の慣性モーメントが大きくなるように形成される。

　インナーロータである駆動マグネット部材２１の外周面は、Ｓ極磁石２１ａおよびＮ極磁石２１ｂを交互に配置した磁石面２１ｃを構成する。またアウターロータである従動マグネット部材２２の内周面は、Ｓ極磁石２２ａおよびＮ極磁石２２ｂを交互に配置した磁石面２２ｃを構成する。磁石面２１ｃおよび磁石面２２ｃにおいて、磁極の配置ピッチ角度は等しく設定される。磁石面２１ｃおよび磁石面２２ｃにおいて、Ｓ極磁石およびＮ極磁石は、交互に隙間無く配置されることが好ましい。

　駆動マグネット部材２１および従動マグネット部材２２は、磁石面２１ｃおよび磁石面２２ｃを対向させて同軸に配置される。対向方向においてＳ極磁石２１ａとＮ極磁石２２ｂ、Ｎ極磁石２１ｂとＳ極磁石２２ａの吸引力が作用することで、駆動マグネット部材２１および従動マグネット部材２２の相対的な位置関係が定められる。

　制御部１０は、モータ２の回転を制御する機能を有する。操作スイッチ１２はユーザにより操作されるトリガスイッチであって、制御部１０は、操作スイッチ１２の操作によりモータ２のオンオフを制御するとともに、操作スイッチ１２の操作量に応じた駆動指示をモータ駆動部１１に供給する。モータ駆動部１１は、制御部１０から供給される駆動指示によりモータ２の印加電圧を制御して、モータ回転数を調整する。

　電動工具１は、マグネットカップリング２０を採用することで、非接触のトルク伝達を行えるとともに、工具としての静音性を向上できる。また磁石面２１ｃにおいてＳ極およびＮ極を交互に隣接して配置し、磁石面２２ｃにおいてＳ極およびＮ極を交互に隣接して配置することで、Ｓ極およびＮ極を離間して配置する場合と比較すると、マグネットカップリング２０は大きなトルクを伝達可能となる。

　以下、電動工具１をインパクト回転工具として構成する場合について説明する。
　インパクト回転工具は、締付対象であるボルト等のねじ部材に、回転方向の衝撃力を間欠的に付加する機能をもつ。そこで実施形態では、トルク伝達機構５を構成するマグネットカップリング２０に、締付対象に間欠的な回転衝撃力を付加する機能をもたせる。マグネットカップリング２０は、駆動マグネット部材２１の磁石面２１ｃと従動マグネット部材２２の磁石面２２ｃとの間に作用する磁力を変化させることで、出力軸６に装着された先端工具を介して、締付対象であるねじ部材に間欠的な回転衝撃力を付加する。

　マグネットカップリング２０では、伝達可能な最大トルク以上の負荷トルクが作用しなければ、駆動マグネット部材２１と従動マグネット部材２２は、回転方向の相対位置を実質的に維持して同期回転する。しかしながら、ねじ部材の締付が進み、マグネットカップリング２０の伝達可能な最大トルクを超える負荷トルクが出力軸６側に作用すると、従動マグネット部材２２が駆動マグネット部材２１に追従できなくなる。この駆動マグネット部材２１と従動マグネット部材２２とが同期していない状態のことを「脱調」と呼ぶ。

　図３は、マグネットカップリング２０の状態遷移を説明するための図である。ここでは、出力軸６に装着した先端工具によりボルトの締付作業を行うときの状態遷移を示す。
　図３には、６極タイプのマグネットカップリング２０における駆動マグネット部材２１と従動マグネット部材２２の回転方向の位置関係が示されている。磁石Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、磁石Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３は、駆動マグネット部材２１におけるＳ極磁石２１ａ、Ｎ極磁石２１ｂであり、磁石Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、磁石Ｎ４、Ｎ５、Ｎ６は、従動マグネット部材２２におけるＳ極磁石２２ａ、Ｎ極磁石２２ｂである。

　状態ＳＴ１は、駆動マグネット部材２１がモータ２により回転駆動されて、駆動マグネット部材２１と従動マグネット部材２２とが相対的な同期位置を維持して、一緒に回転している状態を示す。同期回転中、従動マグネット部材２２は、駆動マグネット部材２１の回転に追従して回転するため、従動マグネット部材２２の位相は、駆動マグネット部材２１の位相に対して僅かに遅れるが、状態ＳＴ１では、両者の位相関係を同位相として示す。なお両者の位相関係を分かりやすくするために、状態ＳＴ１で同位相の位置にある磁石Ｎ６の基準位置２２ｄと磁石Ｓ１の基準位置２１ｄとを定義する。

　状態ＳＴ２は、従動マグネット部材２２が駆動マグネット部材２１に追従できなくなる直前の状態を示す。ボルトの締付作業中、マグネットカップリング２０の伝達可能な最大トルクを超える負荷トルクが出力軸６にかかると、出力軸６側に連結された従動マグネット部材２２の回転が停止し、駆動マグネット部材２１が従動マグネット部材２２に対して空転し始める。

　状態ＳＴ３は、脱調状態にあって、駆動マグネット部材２１と従動マグネット部材２２の間に作用する反発磁力が最大となった状態を示す。状態ＳＴ２から状態ＳＴ３までの間、駆動マグネット部材２１は駆動軸４により回転される。

　状態ＳＴ４は、脱調状態にあって、駆動マグネット部材２１と従動マグネット部材２２とが、互いの磁石による反発力の影響を受けて、互いに逆向きとなる回転方向に動かされる状態を示す。ここではインナーロータである駆動マグネット部材２１が、モータ２が駆動軸４を回転する速度よりも高速に回転するように加速され、一方で、従動マグネット部材２２は、停止位置から逆方向に回転する。なお従動マグネット部材２２は、出力軸６側に連結されているため、従動マグネット部材２２の逆方向の回転は、締付対象であるボルトを緩める方向の回転となる。そのため状態ＳＴ４で、従動マグネット部材２２の逆方向の最大回転角度は、先端工具の回転遊び角度よりも小さく制限されることが好ましい。なお先端工具の回転遊び角度は、先端工具と締付対象であるボルトとの間の遊び角度に、先端工具と出力軸６の間の遊び角度を加えた角度として定義されてよい。

　このように状態ＳＴ３で脱調が開始すると、状態ＳＴ４で、駆動マグネット部材２１および従動マグネット部材２２が、互いに逆向きとなる回転方向に動く。
　駆動マグネット部材２１の動作について、磁石Ｓ１に注目すると、状態ＳＴ３で、磁石Ｓ１と磁石Ｓ４との間には、最大の反発磁力が作用している。状態ＳＴ３から、駆動マグネット部材２１がさらに回転すると、磁石Ｓ１は、磁石Ｓ４の反発磁力により磁石Ｓ４から回転方向に押し出されるとともに、磁石Ｎ４の吸引磁力により回転方向に引き込まれる。駆動マグネット部材２１における他の磁石Ｓ２～Ｓ３、磁石Ｎ１～Ｎ３も、磁石Ｓ１と同じように従動マグネット部材２２から磁力を受ける。そのため状態ＳＴ４では、モータ２が駆動軸４を回転する速度よりも高速に回転する。

　従動マグネット部材２２の動作について、磁石Ｓ４に注目すると、状態ＳＴ３で、磁石Ｓ４と磁石Ｓ１との間には、最大の反発磁力が作用している。状態ＳＴ３から、駆動マグネット部材２１がさらに回転すると、磁石Ｓ４は、磁石Ｓ１の反発磁力により磁石Ｓ１から逆回転方向に押し出されるとともに、磁石Ｎ３の吸引磁力により逆回転方向に引き込まれる。従動マグネット部材２２における他の磁石Ｓ５～Ｓ６、磁石Ｎ４～Ｎ６も、磁石Ｓ４と同じように駆動マグネット部材２１から磁力を受ける。そのため状態ＳＴ４では、従動マグネット部材２２が、駆動マグネット部材２１の回転方向とは逆方向に回転する。

　状態ＳＴ５は、状態ＳＴ４で逆回転した従動マグネット部材２２が、正方向、つまりは先端工具がボルトを締め付ける方向に回転する状態を示す。電動工具１において、駆動マグネット部材２１はクラッチ機構８により逆回転せず、常に正回転する。従動マグネット部材２２は、状態ＳＴ４で逆回転した後、正回転している駆動マグネット部材２１の吸引磁力により、元の停止位置（ボルトの締付位置）に向けて正方向に回転する。

　状態ＳＴ６は、従動マグネット部材２２が、状態ＳＴ１に示す元の停止位置まで正回転してボルトに回転衝撃力が伝達された状態を示す。マグネットカップリング２０は、状態ＳＴ２から状態ＳＴ６までの状態遷移を繰り返すことで、ボルトに間欠的な回転衝撃力を付加する。

　以上のように実施形態のトルク伝達機構５は、マグネットカップリング２０における脱調を利用することで、間欠的な回転衝撃力を発生させる。なお上記したように、状態ＳＴ４では、モータ２が駆動軸４を回転する速度よりも高速に駆動マグネット部材２１が回転する。そのため仮に駆動マグネット部材２１と駆動軸４とが自由度なしに連結されていると、駆動軸４が駆動マグネット部材２１と一体回転することで、モータ２が発電機として動作し、結果として駆動マグネット部材２１の回転を制動する、つまり回転速度を遅くするブレーキとして作用することになる。

　そこで実施形態では、モータ２とトルク伝達機構５との間にクラッチ機構８を設けて、状態ＳＴ４で、駆動マグネット部材２１がモータ２による回転速度よりも高速回転する際に、駆動軸４と駆動マグネット部材２１との間のトルク伝達を遮断させるようにしている。

　実施形態のクラッチ機構８は、駆動軸４の回転により生じるトルクを連結軸９を介して駆動マグネット部材２１に伝達する一方で、駆動マグネット部材２１が従動マグネット部材２２から受けるトルク、つまり吸引磁力による進行方向の回転トルクを駆動軸４に伝達しない。クラッチ機構８は、入力側に与えられたトルクは出力側に伝達するが、出力側に与えられたトルク（逆入力トルク）は入力側に伝達しない機械要素であってよい。

　クラッチ機構８は、ワンウェイクラッチを有してよい。ここでワンウェイクラッチは、モータ２が駆動軸４を正回転する速度よりも、駆動マグネット部材２１が高速に正回転する際に、駆動マグネット部材２１と駆動軸４との間のトルク伝達を遮断するように、モータ２とトルク伝達機構５の間に配置される。

　図４（ａ）および（ｂ）は、トルク伝達方向が互いに逆向きの一対のワンウェイクラッチを有して構成されるクラッチ機構８の例を示す。クラッチ機構８は、一対の第１ワンウェイクラッチ８ａ、第２ワンウェイクラッチ８ｂを有し、たとえば第１ワンウェイクラッチ８ａはモータ２の正転方向のトルク伝達を行い、第２ワンウェイクラッチ８ｂはモータ２の逆転方向のトルク伝達を行う。切替機構８ｃは、一対の第１ワンウェイクラッチ８ａまたは第２ワンウェイクラッチ８ｂのいずれか一方を、モータ２とトルク伝達機構５の間に配置する。

　図４（ａ）は、切替機構８ｃにより第１ワンウェイクラッチ８ａが駆動軸４に連結された状態を示す。ユーザは、ボルトの締付作業時、切替機構８ｃを操作して、第１ワンウェイクラッチ８ａを駆動軸４に連結させる。
　図４（ｂ）は、切替機構８ｃにより第２ワンウェイクラッチ８ｂが駆動軸４に連結された状態を示す。ユーザは、ボルトの緩め作業時、切替機構８ｃを操作して、第２ワンウェイクラッチ８ｂを駆動軸４に連結させる。

　このようにクラッチ機構８が、トルク伝達方向が互いに逆向きの一対のワンウェイクラッチを切替可能に有することで、ユーザは、電動工具１を、ねじ部材の締付作業および緩め作業の双方に利用できる。なおクラッチ機構８は、トルク伝達方向を切替可能なツーウェイクラッチを有して構成されてもよい。

　なおクラッチ機構８は、駆動マグネット部材２１が従動マグネット部材２２から受けるトルクを駆動軸４に伝達しない逆入力遮断クラッチを有して構成されてもよい。逆入力遮断クラッチは、入力側に与えられたトルクは出力側に伝達するが、出力側に与えられたトルク（逆入力トルク）は回転方向によらず入力側に伝達しないように形成される。そのためクラッチ機構８が逆入力遮断クラッチを有することで、ユーザによるクラッチの切替操作なしに、電動工具１をねじ部材の締付作業および緩め作業の双方に利用できるようになる。

　図３に戻り、電動工具１では、状態ＳＴ４で、従動マグネット部材２２が、逆回転し、その後、状態ＳＴ５で、従動マグネット部材２２が、正回転する駆動マグネット部材２１により加速されて、状態ＳＴ６で、回転衝撃力を発生する。本発明者は、マグネットカップリング２０の慣性モーメントに注目し、大きな回転衝撃力を発生させるための出力側慣性モーメントと入力側慣性モーメントの適切な比をシミュレーションによって解析した。

　以下、シミュレーションによる解析結果を示す。図５～図７に示すシミュレーション結果では、出力側である従動マグネット部材２２側の慣性モーメントと、入力側である駆動マグネット部材２１側の慣性モーメントの比を異ならせて、回転衝撃力としてボルトに付加されるトルク値を演算している。なおシミュレーション条件として、締付対象であるボルトは固定とし、出力軸には一定の弾性をもたせている。以下、駆動マグネット部材２１側の慣性モーメントを「入力側慣性モーメント」、従動マグネット部材２２側の慣性モーメントを「出力側慣性モーメント」と呼ぶ。なお出力側慣性モーメントは、出力軸６に装着される先端工具も含めて導出されてよい。

　図５は、出力側慣性モーメントと入力側慣性モーメントとを等しくしたときのシミュレーション結果を示す。図５（ａ）は、モータ２の回転角度と駆動マグネット部材２１の回転角度を示し、図５（ｂ）は、従動マグネット部材２２の回転角度を示し、図５（ｃ）は、締付対象であるボルトに付与されるトルク値を示す。

　時間t1まで、駆動マグネット部材２１は、モータ２と一体に回転している。時間t1で、マグネットカップリング２０は状態ＳＴ３（図３参照）となり、脱調を開始する。時間t1の後、駆動マグネット部材２１と従動マグネット部材２２は、互いの磁石による反発力により、互いに逆向きとなる回転方向に加速される。図５（ａ）には、駆動マグネット部材２１の回転が加速され、モータ２よりも回転角度が大きくなる様子が示され、図５（ｂ）には、従動マグネット部材２２が逆方向に回転する様子が示される。駆動マグネット部材２１は、磁石の反発力により加速された後、再び、時間t3までモータ２と一体に回転する。

　図５（ｂ）に示す例では、脱調開始後、従動マグネット部材２２は約３５度、逆方向に回転し、その後、正回転する駆動マグネット部材２１により吸引されて、時間t2で逆回転前の角度に戻り（状態ＳＴ６）、先端工具がボルトに締付トルクを付与する。図５（ｃ）は、時間t2で、１０Ｎｍ未満の締付トルクが発生したことを示す。

　マグネットカップリング２０の脱調開始時、駆動マグネット部材２１と従動マグネット部材２２は、同一の大きさのトルクを、互いに逆向きに受ける。この逆向きのトルクにより、駆動マグネット部材２１は正回転方向に、従動マグネット部材２２は逆回転方向にそれぞれ回転する。理論上、相対的な回転角度がピッチ角度（６０度）に略等しくなるまで、駆動マグネット部材２１と従動マグネット部材２２は、互いに逆向きに回転する。

　シミュレーション条件において、入力側慣性モーメントの大きさと、出力側慣性モーメントの大きさが等しく設定されていれば、駆動マグネット部材２１と従動マグネット部材２２は、互いに逆方向に同じ角度だけ回転する。そのため駆動マグネット部材２１は約３０度正回転し、従動マグネット部材２２は約３０度逆回転する。なお、実際のシミュレーションでは、出力軸に一定の弾性をもたせていることで、従動マグネット部材２２は、約３５度、逆回転する挙動を示している（図５（ｂ））。

　そのため従動マグネット部材２２が、時間t2で逆回転前の元の角度に戻ったときには、駆動マグネット部材２１の回転に既に同期した状態となる。そのため時間t2で、従動マグネット部材２２は、駆動マグネット部材２１とともに、モータ回転速度で回転している状態となっており、ボルトに付与される締付トルクは大きくならない。

　図６は、出力側慣性モーメントが入力側慣性モーメントの１０倍であるときのシミュレーション結果を示す。図６（ａ）は、モータ２の回転角度と駆動マグネット部材２１の回転角度を示し、図６（ｂ）は、従動マグネット部材２２の回転角度を示し、図６（ｃ）は、締付対象であるボルトに付与されるトルク値を示す。

　時間t11まで、駆動マグネット部材２１は、モータ２と一体に回転している。時間t11で、マグネットカップリング２０は状態ＳＴ３（図３参照）となり、脱調を開始する。時間t11の後、駆動マグネット部材２１と従動マグネット部材２２は、互いの磁石による反発力により、互いに逆向きとなる回転方向に加速される。図６（ａ）には、駆動マグネット部材２１の回転が加速され、モータ２よりも回転角度が大きくなる様子が示され、図６（ｂ）には、従動マグネット部材２２が逆方向に回転する様子が示される。駆動マグネット部材２１は、磁石の反発力により加速された後、再び、時間t13までモータ２と一体に回転する。

　図６（ｂ）に示す例では、脱調開始後、従動マグネット部材２２は約１２度、逆方向に回転し、その後、正回転する駆動マグネット部材２１により吸引されて、時間t12で逆回転前の角度に戻り（状態ＳＴ６）、先端工具がボルトに締付トルクを付与する。図６（ｃ）は、時間t12で、４０Ｎｍを超える締付トルクが発生したことを示す。図５（ｃ）に示される締付トルクと比較して、出力側慣性モーメントを入力側慣性モーメントよりも大きくしたことで、締付トルクは増加している。

　図６におけるシミュレーション条件では、入力側慣性モーメントよりも出力側慣性モーメントを大きくしたことで、脱調時に従動マグネット部材２２が逆回転する角度を、駆動マグネット部材２１が正回転する角度よりも小さくできる。逆回転した従動マグネット部材２２は、その後、駆動マグネット部材２１の磁石に吸引されて、正転方向に加速されるが、駆動マグネット部材２１に同期する前、つまり正転加速中に、逆回転前の元の角度に戻ることで、大きな締付トルクを発生できる。このシミュレーション結果により、入力側慣性モーメントよりも出力側慣性モーメントを大きくすることで、マグネットカップリング２０が、大きな締付トルクをボルトに伝達できることが示される。

　図７は、出力側慣性モーメントが入力側慣性モーメントの１００倍であるときのシミュレーション結果を示す。図６におけるシミュレーション条件よりも、出力側慣性モーメントと入力側慣性モーメントの比をさらに大きくしている。図７（ａ）は、モータ２の回転角度と駆動マグネット部材２１の回転角度を示し、図７（ｂ）は、従動マグネット部材２２の回転角度を示し、図７（ｃ）は、締付対象であるボルトに付与されるトルク値を示す。

　時間t21まで、駆動マグネット部材２１は、モータ２と一体に回転している。時間t21で、マグネットカップリング２０は状態ＳＴ３（図３参照）となり、脱調を開始する。時間t21の後、駆動マグネット部材２１と従動マグネット部材２２は、互いの磁石による反発力により、互いに逆向きとなる回転方向に加速される。図７（ａ）には、駆動マグネット部材２１の回転が加速され、モータ２よりも回転角度が大きくなる様子が示され、図７（ｂ）には、従動マグネット部材２２が逆方向に回転する様子が示される。駆動マグネット部材２１は、磁石の反発力により加速された後、再び、時間t23までモータ２と一体に回転する。

　図７（ｂ）に示す例では、脱調開始後、従動マグネット部材２２は約１．７５度、逆方向に回転し、その後、正回転する駆動マグネット部材２１により吸引されて、時間t22で逆回転前の角度に戻り（状態ＳＴ６）、先端工具がボルトに締付トルクを付与する。図７（ｃ）は、時間t22で、２０Ｎｍ未満の締付トルクが発生したことを示す。図５（ｃ）に示される締付トルクと比較すると、出力側慣性モーメントを入力側慣性モーメントよりも大きくしたことで、締付トルクは増加している。これにより、入力側慣性モーメントよりも出力側慣性モーメントを大きく設定することで、締付トルクを大きくできることが証明される。

　次に図７（ｃ）と図６（ｃ）に示される締付トルクを比較すると、慣性モーメント比（＝出力側慣性モーメント／入力側慣性モーメント）が１０であるときの方が、慣性モーメント比が１００であるときよりも、締付トルクは高いことが示される。本発明者は、この要因を考察し、慣性モーメント比が大きくなるほど脱調時の従動マグネット部材２２の逆回転角度が小さくなる点に注目した。脱調時の逆回転角度が小さいと、従動マグネット部材２２が、逆回転前の元の角度に戻るまでのストロークが短いために、元の角度に戻ったときに、駆動マグネット部材２１の吸引磁石により十分に加速されていない。そこで本発明者は、慣性モーメント比が１であるときよりは、締付トルクは高くなるが、慣性モーメント比が大きくなりすぎると、従動マグネット部材２２が十分に加速できないことで、締付トルクが十分に大きくならないという知見を得た。

　図５～図７に示すシミュレーション結果により、本発明者は、慣性モーメント比を１よりも大きくすることで、慣性モーメント比が１である場合と比較して、より大きな締付トルクを得られることを確認した。さらに本発明者は、慣性モーメント比を１００未満、つまり従動マグネット部材２２側の慣性モーメントを、駆動マグネット部材２１側の慣性モーメントの１００倍未満と設定することで、高い締付トルクを実現できることを確認した。

　なお実施形態では、マグネットカップリング２０において、駆動マグネット部材２１をインナーロータ、従動マグネット部材２２をアウターロータとしている。従動マグネット部材２２をインナーロータとする場合と比較すると、従動マグネット部材２２をアウターロータとすることで、１よりも大きい慣性モーメント比をもつマグネットカップリング２０の軽量化を実現できる。

　以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

　本発明の態様の概要は、次の通りである。
　本発明のある態様の電動工具（１）は、モータ（２）により回転駆動される駆動軸（４）と、先端工具を装着可能な出力軸（６）と、駆動軸側に連結される駆動マグネット部材（２１）と、出力軸側に連結される従動マグネット部材（２２）とを有するマグネットカップリング（２０）を有するトルク伝達機構（５）であって、駆動マグネット部材側の慣性モーメントよりも、従動マグネット部材側の慣性モーメントが大きいトルク伝達機構（５）と、モータ（２）とトルク伝達機構（５）の間に設けられるクラッチ機構（８）と、を備える。

　従動マグネット部材側の慣性モーメントは、駆動マグネット部材側の慣性モーメントの１００倍未満であることが好ましい。駆動マグネット部材（２１）はインナーロータ、前記従動マグネット部材（２２）はアウターロータであることが好ましい。

１・・・電動工具、２・・・モータ、４・・・駆動軸、５・・・トルク伝達機構、６・・・出力軸、８・・・クラッチ機構、１０・・・制御部、２０・・・マグネットカップリング、２１・・・駆動マグネット部材、２２・・・従動マグネット部材。

　本発明は、電動工具の分野に利用できる。

Claims

　モータにより回転駆動される駆動軸と、
　先端工具を装着可能な出力軸と、
　前記駆動軸側に連結される駆動マグネット部材と、前記出力軸側に連結される従動マグネット部材とを含むマグネットカップリングを有するトルク伝達機構であって、前記駆動マグネット部材側の慣性モーメントよりも、前記従動マグネット部材側の慣性モーメントが大きいトルク伝達機構と、
　前記モータと前記トルク伝達機構の間に設けられるクラッチ機構と、
　を備えることを特徴とする電動工具。
　前記従動マグネット部材側の慣性モーメントは、前記駆動マグネット部材側の慣性モーメントの１００倍未満である、
　ことを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
　前記駆動マグネット部材はインナーロータ、前記従動マグネット部材はアウターロータである、
　ことを特徴とする請求項１または２に記載の電動工具。