ディスクモータ及びそれを備えた電動作業機、並びにディスクモータの製造方法
【課題】相互に接着された少なくとも２枚のコイルディスクを有する構造で、当該２枚のコイルディスクの接着強度を従来と比較して高めることが可能なディスクモータを提供する。
【解決手段】絶縁基板９０の表面において、隣り合う放射状パターン群９２Ｂの間には、コイルパターン９２の存在しない領域がある。この領域に補強用パターン９３が設けられる。補強用パターン９３は、コイルパターン９２と同材質であり、絶縁基板９０からの高さが略同一である。補強用パターン９３は、積層されるコイルディスク間の接着力を高める。
【解決手段】絶縁基板９０の表面において、隣り合う放射状パターン群９２Ｂの間には、コイルパターン９２の存在しない領域がある。この領域に補強用パターン９３が設けられる。補強用パターン９３は、コイルパターン９２と同材質であり、絶縁基板９０からの高さが略同一である。補強用パターン９３は、積層されるコイルディスク間の接着力を高める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２枚のコイルディスクを接着した構造を有するディスクモータ及びそれを備えた電動作業機、並びにディスクモータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１のディスクモータは、出力軸と、出力軸に固定され略円板状であってコイルパターンが印刷されたコイルディスクと、コイルパターンと接続される整流子と、コイルパターンに対向するように配置される磁石と、整流子に電流を供給するためのブラシとから主に構成される。
【０００３】
ディスクモータの回転数は、ブラシから供給される電圧、ディスクモータの電流、コイルディスクのコイルパターン、磁石の磁束、ブラシの数（極数）等により決定される。ブラシから供給される電圧及びディスクモータの電流が一定である場合には、コイルディスクのコイルパターン、磁石の磁束、ブラシの数を変更することによりディスクモータを所望の回転数に設定することが可能となる。
【０００４】
下記特許文献２の積層コイル基板は、コイル用電極と同一面上にダミー電極を形成し、積層コイル基板に積層配置した補強用電極により、コイル用電極とダミー電極との間隔が最も近接する部位を含む領域を、コイル用電極の一部とダミー電極の一部とともに積層方向に挟んだ構造であり、これにより機械的強度向上を図るとしている。なお、積層コイル基板は、セラミックグリーンシートを積層し焼結した焼結基板である。
【０００５】
下記特許文献３の多層基板は、コイルパターンの周りに当該コイルパターンを取り囲む囲みパターンを設けることにより、積層接着時の熱で溶ける接着用プリプレグのエポキシ樹脂が基板の間から流出することを防止するとしている。
【０００６】
下記特許文献４の薄型積層コイルは、複数の両面基板のうち、少なくとも互いに対面する両面基板の上下面にコイルパターンと電気的に接続が断たれたダミーパターンを設けた構造を有する。これによれば、本来層間板体（プリプレグ）が介在すべき部分に形成されたダミーパターンによって、層間板体を薄く形成することができ、該層間板体に含浸される樹脂充填量を少なくできると共に、ダミーパターンが堰き止めとなって層間板体に含浸した樹脂等が周囲に漏洩するのを防止できる等の効果を奏するとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許３６３６７００号公報
【特許文献２】特開２００６−１５７９８５号公報
【特許文献３】特開平９−２３２１６２号公報
【特許文献４】特開平９−４５５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１のディスクモータは、コイルディスク表面における、導体パターンの存在しないパターン非形成部分の面積が大きい。このため、特許文献１のコイルディスクを複数積層する場合には、パターン非形成部分は高さが低くて接着への寄与が小さい（又は寄与がない）ため、実質的な接着寄与面積が小さく、層間の接着強度が低いという問題がある。他方、特許文献２〜４に開示されているダミー電極、囲みパターン又はダミーパターンは、コイルパターンの外側に設けることが必要なため、モータ用のコイルディスクへの適用は径方向の大型化につながり、非現実的である。
【０００９】
本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、相互に接着された少なくとも２枚のコイルディスクを有する構造で、当該２枚のコイルディスクの接着強度を従来よりも高めることが可能なディスクモータ及びそれを備えた電動作業機、並びにディスクモータの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様は、ディスクモータである。このディスクモータは、
出力軸と、
前記出力軸に同軸的に固定され、中心側から半径方向外方に延びる複数の放射状パターン又は放射状パターン群を含むコイルパターンが片面又は両面に形成され、相互に接着された少なくとも２枚のコイルディスクと、
前記コイルパターンに電流を供給する電流供給部と、
前記コイルパターンに対向する磁束発生部とを備え、
少なくとも１枚の前記コイルディスク上の隣り合う放射状パターン又は放射状パターン群の間に補強用パターンが形成され、
前記補強用パターンの形成面が他方の前記コイルディスクとの接着面となっていることを特徴とする。
【００１１】
前記ディスクモータにおいて、前記補強用パターンは、相互に絶縁された小パターンからなるとよい。
【００１２】
各々の小パターンは、前記放射状パターンよりも幅が狭く、かつ前記コイルディスクの径方向と略平行に延びてもよい。
【００１３】
各々の小パターンは、前記放射状パターンよりも幅が狭く、かつ前記コイルディスクの径方向と略垂直に延びてもよい。
【００１４】
前記ディスクモータにおいて、前記補強用パターンは、前記コイルディスクの基板面からの高さが前記コイルパターンと略同一であるとよい。
【００１５】
前記ディスクモータにおいて、前記補強用パターンは、前記コイルパターンと同材質であるとよい。
【００１６】
前記ディスクモータにおいて、前記少なくとも２枚のコイルディスクは、表面略全体を覆うシート状の接着層を介して相互に接着されているとよい。
【００１７】
前記ディスクモータにおいて、前記複数の放射状パターン又は放射状パターン群は、前記コイルディスクの周方向について所定の間隔をもって配置形成されているとよい。
【００１８】
前記ディスクモータにおいて、前記コイルパターンは、前記２枚のコイルディスクの少なくとも相互対向面に存在し、軸方向視において、前記相互対向面の一方の隣り合う放射状パターン又は放射状パターン群の間に、他方の放射状パターン又は放射状パターン群が位置するとよい。
【００１９】
前記ディスクモータにおいて、前記コイルパターンは、前記コイルディスクの両面に設けられて相互に接続されているとよい。
【００２０】
本発明のもう１つの態様は、前記ディスクモータを備えた電動作業機である。
【００２１】
本発明のもう１つの態様は、ディスクモータの製造方法である。この方法は、
出力軸と、
前記出力軸に同軸的に固定され、中心側から半径方向外方に延びる複数の放射状パターン又は放射状パターン群を含むコイルパターンが形成され、相互に接着された少なくとも２枚のコイルディスクと、
前記コイルパターンに電流を供給する電流供給部と、
前記コイルパターンに対向する磁束発生部とを備えるディスクモータの製造方法であって、
少なくとも１枚の前記コイルディスクのコイルパターンを形成するための導体層のエッチング工程において、隣り合う放射状パターン又は放射状パターン群の間に補強用パターンを前記コイルパターンと共に形成し、
前記２枚のコイルディスクを接着する接着工程では、前記補強用パターンの形成面を接着面とし、前記コイルディスクの表面略全体を覆うシート状の接着層を挟んで前記２枚のコイルディスクを相互に接着固定することを特徴とする。
【００２２】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現をシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、少なくとも１枚の前記コイルディスク上の隣り合う放射状パターン又は放射状パターン群の間に補強用パターンを形成するため、当該２枚のコイルディスクの接着強度を従来よりも高めることが可能なディスクモータ及びそれを備えた電動作業機、並びにディスクモータの製造方法を実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係る電動作業機としての刈払機の斜視図。
【図２】図１に示す刈払機の駆動部の正断面図。
【図３】図２に示すステータの模式的平面図。
【図４】図２に示すロータの、左半分を断面とした正面図。
【図５】図４に示す整流子基板の平面図。
【図６】（Ａ）は、図４に示す第１コイルディスクの平面図。（Ｂ）は、同コイルディスクの底面図。
【図７】第１コイルディスクのコイルパターン説明図。
【図８】（Ａ）は、図４に示す第１コイルディスク及び第２コイルディスクの積層断面拡大図。（Ｂ）は、（Ａ）から補強用パターンを取り去った比較例の積層断面拡大図。
【図９】（Ａ）は、図８（Ｂ）に示す比較例に係るコイルディスクの平面図。（Ｂ）は、同比較例に係るコイルディスクの底面図。
【図１０】図６（Ａ）の例と異なる補強用パターン（その１）を有するコイルディスクの平面図。
【図１１】図６（Ａ）の例と異なる補強用パターン（その２）を有するコイルディスクの平面図。
【図１２】図６（Ａ）の例と異なる補強用パターン（その３）を有するコイルディスクの平面図。
【図１３】図６（Ａ）の例と異なる補強用パターン（その４）を有するコイルディスクの平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００２６】
図１は、本発明の実施の形態に係る刈払機１の斜視図である。電動作業機の例示である刈払機１は、電源部３と、パイプ部４と、ハンドル部５と、駆動部６と、刈刃７とを備える。
【００２７】
電源部３は、電源たるバッテリ３０１を着脱可能に有する。パイプ部４は、電源部３と駆動部６とを機械的に接続する（連結する）。また、パイプ部４の内部には、電源部３と駆動部６とを電気的に接続する配線（図示せず）が挿通されている。この配線により、電源部３から駆動部６に電力が供給される。駆動部６は、ヘッドハウジング６１の内部にディスクモータを収容しており、電源部３からの供給電力により刈刃７を回転駆動する。ディスクモータの構成は後述する。
【００２８】
ハンドル部５は、パイプ部４の中間、すなわち電源部３と駆動部６との間に取り付け固定されている。ハンドル部５は、一対のアーム５１の先端にそれぞれグリップ５２を取り付けてなる。一方のグリップ５２には、スロットル５３が設けられている。作業者は、スロットル５３を操作することにより、駆動部６への供給電力を調整可能、すなわち刈刃７の回転数を調整可能である。刈刃７は、略円板状で、その周縁に鋸歯が形成されている。また、刈刃７中心には後述するディスクモータの出力軸に装着される孔（図には現れず）が形成されている。
【００２９】
図２は、図１に示す刈払機１の駆動部６の正断面図である。なお、図２に示すように、出力軸３１の延出方向を上下方向と定義する。駆動部６は、ヘッドハウジング６１の内部にディスクモータ８０を有する。ヘッドハウジング６１は、カバー部６２及びベース部６３を嵌合一体化してなる。ディスクモータ８０は、ステータ８１と、ロータ８２と、一対のブラシ８３とを有する。一対のブラシ８３は、ディスクモータ８０の回転軸（出力軸３１）について対称に設けられ、カバー部６２のブラシホルダ６５に支持される。各ブラシ８３は、下面が後述する整流子基板３５上の銅等の導体の整流子パターンと当接するように、バネ８３Ａによって整流子基板３５側（下側）に付勢される。ブラシ８３は、図１の電源部３に接続されており、ロータ８２の後述するコイルパターンに電流を供給する電流供給部として機能する。
【００３０】
ステータ８１は、磁束発生部としてのマグネット４１と、軟磁性体である上ヨーク４２及び下ヨーク４３とを有する。リング状の上ヨーク４２は、カバー部６２の下面に例えばネジ６２２で固定される。上ヨーク４２と略同径のリング状の下ヨーク４３は、ベース部６３の下面に形成されたリング状溝部６３１内に例えばネジ６３２で固定される。マグネット４１は、ベース部６３の上面に形成された穴部６３３内に嵌め込み固定される。
【００３１】
図３は、図２に示すステータ８１の模式的平面図である。本図に示すように、例えば円板形状のマグネット４１は、例えば１０個、円周上に等角度ピッチで並んで配置される（マグネット４１を収容する図２の穴部６３３も円周上に同数並んで存在する）。円周の中心は、ディスクモータ８０の回転中心と略一致する。隣り合うマグネット４１は、上面の磁極が相互に異なる。マグネット４１としては、ネオジム磁石等の希土類磁石が好ましいが、フェライト磁石等の焼結磁石を用いてもよい。上ヨーク４２及び下ヨーク４３は、後述するロータ８２のコイルパターンに印加される磁束密度を高めるものである。
【００３２】
図２に示すように、ロータ８２は、出力軸３１（ロータシャフト）と、整流子基板３５と、コイル部３６と、フランジ３７とを有する。出力軸３１は、カバー部６２に固定された上側軸受け３１１及びベース部６３に固定された下側軸受け３１２によって回転自在に支持される。出力軸３１の下方側端部には雄ネジ３１Ａが形成されており、図示せぬ留め具によって図１の刈刃７が固定される。整流子基板３５の上面は、ブラシ８３の摺動面である。図１に示す電源部３からブラシ８３及び整流子基板３５を介してコイル部３６に電流が供給される。
【００３３】
図４は、図２に示すロータ８２の、左半分を断面とした正面図である。本図に示すように、出力軸３１に同軸的に固定された例えばアルミ等の金属製のフランジ３７は、略円筒形状の円筒部３７Ａと、略円板形状の円板部３７Ｂとから構成される。円板部３７Ｂは、円筒部３７Ａの側面から出力軸３１と垂直に外側に突出する。軸方向視で円板部３７Ｂと同形状の絶縁板３８，３９が、同じく同形状のシート状の接着層５０２，５０３（絶縁性）によって円板部３７Ｂの上下面に接着固定される。絶縁板３８の上面には、シート状の接着層５０１（絶縁性）を介して整流子基板３５が接着固定される。絶縁板３９の下面には、シート状の接着層５０５（絶縁性）を介してコイル部３６が接着固定される。
【００３４】
コイル部３６は、第１コイルディスク３６１〜第４コイルディスク３６４をシート状の接着層５０７（絶縁性）を挟んで積層してなる。シート状の接着層５０７は、各コイルディスクと軸方向視で同形状であり、各コイルディスクの表面略全体を覆う。第１コイルディスク３６１〜第４コイルディスク３６４は、円板部３７Ｂよりも大径であり、それぞれ両面に後述のコイルパターンが形成されている。整流子基板３５から第４コイルディスク３６４までを貫く導体ピン４０は、整流子基板３５の整流子パターンと、第１コイルディスク３６１〜第４コイルディスク３６４の少なくともいずれかのコイルパターンとを電気的に接続する。円板部３７Ｂの貫通孔（ピン４０の挿通孔）には絶縁パイプ４０１が嵌め込まれ、ピン４０とフランジ３７との絶縁を確保する。
【００３５】
図５は、図４に示す整流子基板３５の平面図である。円板状の整流子基板３５（整流子ディスク）の中心にある貫通孔３５Ａは、図４の円筒部３７Ａを挿通させるものである。ピン挿通孔３５Ｂは、整流子基板３５の中心から等距離に所定数設けられ、図４に示すピン４０が一部のピン挿通孔３５Ｂに選択的に挿通される。整流子基板３５上に形成された整流子パターン３５１は、放射状に４０セグメントに分かれている。間に７つのセグメントを挟んだ２つのセグメント（１番目と９番目、２番目と１０番目等）は、内側に形成された接続パターン３５２と反対面に形成された不図示の接続パターンにより相互に接続されている。
【００３６】
図６（Ａ）は、図４に示す第１コイルディスク３６１の平面図である。図６（Ｂ）は、同コイルディスクの底面図である。なお、他のコイルディスクも第１コイルディスク３６１と同じ構造であり且つ同じコイルパターンを有するので、ここでは第１コイルディスク３６１についてのみ説明する。
【００３７】
第１コイルディスク３６１は、円板状の絶縁基板９０（例えばガラス繊維強化エポキシ樹脂基板等の絶縁樹脂基板）の両面にそれぞれコイルパターン９２と、補強用パターン９３とを有する。絶縁基板９０の中心にある貫通孔９１は、図４の円筒部３７Ａを挿通させるものである。ピン挿通孔９４は、絶縁基板９０の中心からの角度９０°おきに４個ずつ、合計１６個形成される。各ピン挿通孔９４から絶縁基板９０の中心までの距離は相互に等しい。各ピン挿通孔９４は、整流子基板３５に形成されたピン挿通孔３５Ｂのうち１つと連通する。
【００３８】
銅その他の導電材からなるコイルパターン９２は、相互に近接した略同一幅の２列のパターンからなる部分コイルパターン群９２０を片面につき２０個ずつ有する。部分コイルパターン群９２０は、内側連絡パターン群９２Ａと、放射状パターン群９２Ｂと、外側連絡パターン群９２Ｃとを順に接続したものである。両面の内側連絡パターン群９２Ａ同士は、端部近傍に形成されたスルーホール９２１によって相互に電気的に接続される。両面の外側連絡パターン群９２Ｃ同士は、端部近傍に形成されたスルーホール９２２によって相互に電気的に接続される。放射状パターン群９２Ｂは、絶縁基板９０の中心側から半径方向外側に延びて内側連絡パターン群９２Ａと外側連絡パターン群９２Ｃとを渡す。両面の放射状パターン群９２Ｂ同士は、軸方向視で略同一位置に存在する。各コイルディスクの放射状パターン群９２Ｂは、マグネット４１の配列円周（各マグネット４１の中心が配列される円周）の真上に位置する。つまり、各コイルディスクの回転に伴って放射状パターン群９２Ｂはマグネット４１の真上を通過する。放射状パターン群９２Ｂに流れる電流とマグネット４１の発生する磁界との間の電磁力により回転力が得られる。
【００３９】
各々の面の放射状パターン群９２Ｂは、絶縁基板９０の中心から等角度ピッチで存在する。したがって、絶縁基板９０の表面において、隣り合う放射状パターン群９２Ｂの間には、コイルパターン９２の存在しない領域（以下「放射状パターン群間領域」とも表記）がある。この放射状パターン群間領域に補強用パターン９３が設けられている。補強用パターン９３は、コイルパターン９２と同材質であり、絶縁基板９０からの高さがコイルパターン９２と略同一である。補強用パターン９３は、積層されるコイルディスク間の接着力を高める役割がある。これについては後述する。
【００４０】
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、第１コイルディスク３６１のコイルパターン説明図である。なお、これらの図は、振られている符号を除き、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）と同一である。第１コイルディスク３６１のコイルパターン９２は、２つのコイルを含む。一方のコイルの始点をＡ１−１、終点をＡ１−２と図７（Ａ）中に示している。また、他方のコイルの始点をＡ２−１、終点をＡ２−２と同図中に示している。一方のコイルは、始点Ａ１−１から点Ｐ１１、Ｐ１１'、Ｐ１２'、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１３'、・・・Ｐ１９'、Ｐ２０'と繋がる。これで上から見て始点Ａ１−１から時計回りに一周となる。そして、さらに点Ｐ２０'から同様に点Ｐ２０，Ｐ２１，Ｐ２１'、Ｐ２２'、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２３'、・・・、Ｐ２９'、Ｐ３０'と繋がる。これで上から見て始点Ａ１−１から時計回りに二周となる。そして、点Ｐ３０'から点Ｐ３１'、Ｐ３１、Ｐ３２、Ｐ３２'、Ｐ３３'と反時計回りに同様に繋がり、点Ｐ３０'から二周して終点Ａ１−２に至る。他方のコイルも同様に、始点Ａ２−１から終点Ａ２−２まで繋がっている。
【００４１】
そして、このように構成される第１コイルディスク３６１〜第４コイルディスク３６４が、軸方向（積層方向）に４枚積層されてコイル部３６が構成される。異なるコイルディスクのコイル間は、図４で既述のピン４０によって電気的に接続される。４枚のコイルディスクの接続を成すのに必要なピン４０は１２本である。ここで、２枚のコイルディスクに形成されたコイルパターン９２を直列に接続するには、例えば、一方のコイルディスクのスルーホールの一方が、他方のコイルディスクのスルーホールの他方に位置するように位相をズラして積層すればよい。これにより、２枚のコイル基板コイル部３６は、４枚のコイルディスク３６１〜３６４が、軸方向視においてそれぞれに形成されたコイルパターンが一致するように、または、それぞれ予め定められた角度ずつズレるように積層されて構成される。角度ズレがある場合、積層状態では、軸方向視で、各コイルディスクの補強用パターン９３は、次の層のコイルディスクのコイルパターン９２と対面する。
【００４２】
図８（Ａ）は、図４に示す第１コイルディスク３６１及び第２コイルディスク３６２の積層断面拡大図である。なお、他のコイルディスク同士の積層断面も同様なので、ここでは第１コイルディスク３６１及び第２コイルディスク３６２の積層断面についてのみ説明する。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の比較例であり、図８（Ａ）から補強用パターン９３を取り去った場合の積層断面拡大図である。図９（Ａ）は、図８（Ｂ）に示す比較例に係るコイルディスクの平面図である。図９（Ｂ）は、同比較例に係るコイルディスクの底面図である。
【００４３】
図８（Ｂ）に示すように、絶縁基板９０の放射状パターン群間領域９０Ｂに補強用パターン９３が存在しない場合、シート状の接着層５０７は、コイルパターン９２の放射状パターン群９２Ｂには接着するものの、放射状パターン群間領域９０Ｂの表面には届かずに接着しない。あるいは、接着層５０７を十分に厚くし、積層時のプレスにより接着層５０７が放射状パターン群間領域９０Ｂの表面に届いて接着したとしても、接触圧が低いため接着力は弱い。すなわち、放射状パターン群間領域９０Ｂは、接着への寄与がないか、あっても小さい。したがって、積層されるコイルディスク間の接着力も弱く、信頼性の確保が難しい。また、接着層５０７を厚くすることによるコストアップや厚みの増加の問題もある。
【００４４】
一方、絶縁基板９０の放射状パターン群間領域９０Ｂに補強用パターン９３が存在する場合、図８（Ａ）に示すように、コイルパターン９２の放射状パターン群９２Ｂに加え、補強用パターン９３もシート状の接着層５０７に接着する。このため、図８（Ｂ）のように補強用パターン９３が存在しない場合と比較して、接着面積を大きく確保でき、コイルディスク間の接着力を強化して信頼性を高めることが可能となる。また、接着層５０７が薄くても強力な接着力を確保できるため、薄型化とコスト削減にも有利である。
【００４５】
図６（Ａ）等に示すように、補強用パターン９３は、放射状パターン群９２Ｂを成す１本の放射状パターンよりも幅が細い７本の小パターンからなる。各々の小パターンは、絶縁基板９０の中心側から半径方向外側に延びる。コイルディスク間の接着力向上に関しては、補強用パターン９３は上記のように小パターンに分割されていなくても効果がある。しかし、補強用パターン９３が例えば１枚の幅広い導体層であると、絶縁基板９０の回転に伴って補強用パターン９３に生じる渦電流による損失が大きいという問題がある。したがって、効率の観点を考えると補強用パターン９３は上記のように分割されているのが好ましい。
【００４６】
以下、ディスクモータ８０の製造方法について簡単に説明する。
【００４７】
円板状の絶縁基板の両面に銅箔等の導電材を積層したものにマスクを被せてエッチング処理する（エッチング工程）。必要なスルーホール及びピン挿通孔は、エッチング処理の前もしくは後に加工する。これにより、図６（Ａ）等に示すコイルパターン９２及び補強用パターン９３を形成した４枚のコイルディスク３６１〜３６４を得る。また、図５に示す整流子パターン３５１等を形成した整流子基板３５も同様に得る。
【００４８】
図４に示すように、ピン４０を通し、層間にプリプレグ状態のシート状の接着層５０１〜５０３，５０５，５０７（例えば、ガラス布基材にエポキシ樹脂を含浸させ半硬化状態にした薄いシート）を挟んで各部材をフランジ３７に積層し、金型にセットしてホットプレス（加熱した状態で積層方向に加圧）する（接着工程）。なお、ホットプレスに先だって、コイルディスク３６１〜３６４を積層した状態でピン４０と各コイルディスクとをハンダ付けしておく。また、ホットプレス後、整流子基板３５とピン４０とをハンダ付けし、突出したピン４０の不要部分をカットする。こうして得られた図４のロータ８２を、図２に示すようにステータ８１及びブラシ８３と組み合わせ、ディスクモータ８０が完成する。
【００４９】
本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。
【００５０】
(1) 隣り合う放射状パターン群９２Ｂの間に補強用パターン９３が形成されているため、補強用パターン９３が存在しない場合と比較して、積層されたコイルディスク間の接着力を向上させることができる。このため、振動の大きな製品や使い方によっては衝撃が加わりやすい製品においても、高い信頼性を確保できる。
【００５１】
(2) 補強用パターン９３はコイルパターン９２と同材質かつ基板面から同じ高さであるから、両者を一度のエッチング工程で一括的に形成することができ、製造容易かつコスト安である。すなわち、補強用パターン９３の形成のために別途工程が増やす必要がない。
【００５２】
(3) 補強用パターン９３は放射状パターン群９２Ｂを成す１本の放射状パターンよりも幅が細い小パターンとして形成されているため、渦電流損が小さくて効率が良い。すなわち、ディスクモータという製品の特性上、放射状パターン群間領域を貫く磁束は絶えず時間変化するため、例えば放射状パターン群間領域の略全体を覆う大きな導体層を接着力確保のために設けると渦電流による損失が大きいという問題があるところ、本実施の形態ではそうした問題を好適に解決することができる。
【００５３】
(4) 補強用パターン９３は絶縁基板９０の放射状パターン群間領域に形成されるため、補強用パターン９３を設けるために絶縁基板９０の面積を大きくする必要はない。
【００５４】
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。
【００５５】
図１０は、図６（Ａ）の例と異なる補強用パターン（その１）を有するコイルディスクの平面図である。なお、図１０のコイルディスクは、補強用パターンの形状を除き、図６（Ａ）に示すコイルディスクと同一構成である。図１０に示すように、変形例の補強用パターン９３Ａは、放射状パターン群９２Ｂを成す１本の放射状パターンよりも幅が細く、かつコイルディスクの径方向と略垂直に延びる１５本の小パターンからなる。反対側の面の補強用パターンも同様の小パターンからなる（図示省略）。本変形例の補強用パターンを設けた場合も、渦電流損を小さく抑えることができる。またこのように磁石が移動する方向に沿って小パターンを設けることで、例え微小な渦電流が発生したとしても、渦電流の発生し易い方向が磁石が移動する方向、つまり回転方向と直交する方向となるため、ロータの回転に与える影響を更に抑制することができる。
【００５６】
図１１は、図６（Ａ）の例と異なる補強用パターン（その２）を有するコイルディスクの平面図である。なお、図１１のコイルディスクは、補強用パターンの形状を除き、図６（Ａ）に示すコイルディスクと同一構成である。図１１に示すように、変形例の補強用パターン９３Ｂは、多数の小パターンを縦横に配列してなる。小パターンの形状は、端部にあるものを除いて略正方形である。但し、小パターンの形状は円、楕円、三角形その他の多角形であってもよい。反対側の面の補強用パターンも同様に多数の小パターンを縦横に配列してなる（図示省略）。本変形例の補強用パターンを設けた場合も、渦電流損を小さく抑えることができる。
【００５７】
図１２は、図６（Ａ）の例と異なる補強用パターン（その３）を有するコイルディスクの平面図である。図１２のコイルディスクは、補強用パターンの形状を除き、図６（Ａ）に示すコイルディスクと同一構成である。図１２に示すように、変形例の補強用パターン９３Ｃは、連続した小パターンを往復状に形成してなる。連続した小パターンの形状は、図１３に示した補強用パターン（その４）に示すように渦巻状の補強用パターン９３Ｄであってもよい。本変形例の補強用パターンを設けた場合も、渦電流損を小さく抑えることができる。
【００５８】
ディスクモータを成す複数のコイルディスクの補強用パターンは、コイルディスクごとに異なる形状であってもよい。また、同じコイルディスクの一方の面と他方の面で補強用パターンの形状が異なってもよい。また、同じコイルディスクの同じ面上の補強用パターンが、放射状パターン群間領域ごとに異なってもよい。
【００５９】
また、最上層のコイルディスク（図４の第１コイルディスク３６１）の上面と最下層のコイルディスク（図４の第４コイルディスク３６４）の下面は、シート状の接着層と対面しないが、コイルディスクの表面が均一の高さとなることで、プレス時に圧力を均等に加え易くなるという効果を奏することができる。
【００６０】
補強用パターンは、シート状の接着層を挟む２つの面のいずれかのみに設けられてもよい。この場合も、コイルディスク間の接着力を従来より高めることは可能である。
【００６１】
補強用パターンは、実施の形態で示したようにコイルパターンと電気的に絶縁されてもよいが、電流経路とならない限り、あるいは閉回路の一部を成さない限り、コイルパターンと絶縁されていなくてもよい。
【００６２】
補強用パターンは、小パターン化されていなくてもよい。補強用パターンが１枚の大きな導電層であっても、渦電流損の問題はあるものの従来と比較したコイルディスク間の接着力強化は可能である。
【００６３】
コイルディスクは１枚又は全てが片面基板であってもよい。この場合も、補強用パターン９３の形成された面同士でシート状の接着層５０７を挟むとよい。
【００６４】
複数のコイルディスクは、相互に角度ずれなく積層されてもよい。つまり、放射状パターン群９２Ｂ同士（及び補強用パターン９３同士）がシート状の接着層５０７を挟んで対面する積層状態も可能である。
【００６５】
コイルディスク及び整流子基板の形状は、厳密な円板状でなくてもよいが、軸方向視で実質的に円とみなせる範囲であるとよい。
【００６６】
上記に加え、マグネットの個数とその配置角度ピッチ、コイルパターンの周回数（コイルパターンの列数）、コイルディスクの積層数、ピン挿通孔やスルーホールの数、その他のパラメータは、要求される性能やコストに応じて適宜設定可能である。また、コイルパターンの周回数は、コイルディスクごとに異なってもよい。なお、コイルパターンが１列の場合は、実施の形態の説明における「部分コイルパターン群」、「内側連絡パターン群」、「放射状パターン群」、及び「外側連絡パターン群」の各用語を、「群」を除いて読み替える。
【００６７】
電動作業機は、実施の形態で示した刈払機のほか、ディスクモータを搭載したベルトサンダーやロータリバンドソー等、ディスクモータによる回転駆動部を有する種々の電動工具であってもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１ 刈払機
３ 電源部
４ パイプ部
５ ハンドル部
６ 駆動部
７ 刈刃
３０１ バッテリ
３１ 出力軸（ロータシャフト）
３５ 整流子基板
３６ コイル部
３７ フランジ
４１ マグネット
４２ 上ヨーク
４３ 下ヨーク
５１ アーム
５２ グリップ
５３ スロットル
６１ ヘッドハウジング
６２ カバー部
６３ ベース部
６５ ブラシホルダ
８０ ディスクモータ
８１ ステータ
８２ ロータ
８３ ブラシ
９２ コイルパターン
９２Ａ 内側連絡パターン群
９２Ｂ 放射状パターン群
９２Ｃ 外側連絡パターン群
９２０ 部分コイルパターン群
３６１〜３６４ コイルディスク
５０１〜５０３，５０５，５０７ 接着層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２枚のコイルディスクを接着した構造を有するディスクモータ及びそれを備えた電動作業機、並びにディスクモータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１のディスクモータは、出力軸と、出力軸に固定され略円板状であってコイルパターンが印刷されたコイルディスクと、コイルパターンと接続される整流子と、コイルパターンに対向するように配置される磁石と、整流子に電流を供給するためのブラシとから主に構成される。
【０００３】
ディスクモータの回転数は、ブラシから供給される電圧、ディスクモータの電流、コイルディスクのコイルパターン、磁石の磁束、ブラシの数（極数）等により決定される。ブラシから供給される電圧及びディスクモータの電流が一定である場合には、コイルディスクのコイルパターン、磁石の磁束、ブラシの数を変更することによりディスクモータを所望の回転数に設定することが可能となる。
【０００４】
下記特許文献２の積層コイル基板は、コイル用電極と同一面上にダミー電極を形成し、積層コイル基板に積層配置した補強用電極により、コイル用電極とダミー電極との間隔が最も近接する部位を含む領域を、コイル用電極の一部とダミー電極の一部とともに積層方向に挟んだ構造であり、これにより機械的強度向上を図るとしている。なお、積層コイル基板は、セラミックグリーンシートを積層し焼結した焼結基板である。
【０００５】
下記特許文献３の多層基板は、コイルパターンの周りに当該コイルパターンを取り囲む囲みパターンを設けることにより、積層接着時の熱で溶ける接着用プリプレグのエポキシ樹脂が基板の間から流出することを防止するとしている。
【０００６】
下記特許文献４の薄型積層コイルは、複数の両面基板のうち、少なくとも互いに対面する両面基板の上下面にコイルパターンと電気的に接続が断たれたダミーパターンを設けた構造を有する。これによれば、本来層間板体（プリプレグ）が介在すべき部分に形成されたダミーパターンによって、層間板体を薄く形成することができ、該層間板体に含浸される樹脂充填量を少なくできると共に、ダミーパターンが堰き止めとなって層間板体に含浸した樹脂等が周囲に漏洩するのを防止できる等の効果を奏するとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許３６３６７００号公報
【特許文献２】特開２００６−１５７９８５号公報
【特許文献３】特開平９−２３２１６２号公報
【特許文献４】特開平９−４５５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１のディスクモータは、コイルディスク表面における、導体パターンの存在しないパターン非形成部分の面積が大きい。このため、特許文献１のコイルディスクを複数積層する場合には、パターン非形成部分は高さが低くて接着への寄与が小さい（又は寄与がない）ため、実質的な接着寄与面積が小さく、層間の接着強度が低いという問題がある。他方、特許文献２〜４に開示されているダミー電極、囲みパターン又はダミーパターンは、コイルパターンの外側に設けることが必要なため、モータ用のコイルディスクへの適用は径方向の大型化につながり、非現実的である。
【０００９】
本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、相互に接着された少なくとも２枚のコイルディスクを有する構造で、当該２枚のコイルディスクの接着強度を従来よりも高めることが可能なディスクモータ及びそれを備えた電動作業機、並びにディスクモータの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様は、ディスクモータである。このディスクモータは、
出力軸と、
前記出力軸に同軸的に固定され、中心側から半径方向外方に延びる複数の放射状パターン又は放射状パターン群を含むコイルパターンが片面又は両面に形成され、相互に接着された少なくとも２枚のコイルディスクと、
前記コイルパターンに電流を供給する電流供給部と、
前記コイルパターンに対向する磁束発生部とを備え、
少なくとも１枚の前記コイルディスク上の隣り合う放射状パターン又は放射状パターン群の間に補強用パターンが形成され、
前記補強用パターンの形成面が他方の前記コイルディスクとの接着面となっていることを特徴とする。
【００１１】
前記ディスクモータにおいて、前記補強用パターンは、相互に絶縁された小パターンからなるとよい。
【００１２】
各々の小パターンは、前記放射状パターンよりも幅が狭く、かつ前記コイルディスクの径方向と略平行に延びてもよい。
【００１３】
各々の小パターンは、前記放射状パターンよりも幅が狭く、かつ前記コイルディスクの径方向と略垂直に延びてもよい。
【００１４】
前記ディスクモータにおいて、前記補強用パターンは、前記コイルディスクの基板面からの高さが前記コイルパターンと略同一であるとよい。
【００１５】
前記ディスクモータにおいて、前記補強用パターンは、前記コイルパターンと同材質であるとよい。
【００１６】
前記ディスクモータにおいて、前記少なくとも２枚のコイルディスクは、表面略全体を覆うシート状の接着層を介して相互に接着されているとよい。
【００１７】
前記ディスクモータにおいて、前記複数の放射状パターン又は放射状パターン群は、前記コイルディスクの周方向について所定の間隔をもって配置形成されているとよい。
【００１８】
前記ディスクモータにおいて、前記コイルパターンは、前記２枚のコイルディスクの少なくとも相互対向面に存在し、軸方向視において、前記相互対向面の一方の隣り合う放射状パターン又は放射状パターン群の間に、他方の放射状パターン又は放射状パターン群が位置するとよい。
【００１９】
前記ディスクモータにおいて、前記コイルパターンは、前記コイルディスクの両面に設けられて相互に接続されているとよい。
【００２０】
本発明のもう１つの態様は、前記ディスクモータを備えた電動作業機である。
【００２１】
本発明のもう１つの態様は、ディスクモータの製造方法である。この方法は、
出力軸と、
前記出力軸に同軸的に固定され、中心側から半径方向外方に延びる複数の放射状パターン又は放射状パターン群を含むコイルパターンが形成され、相互に接着された少なくとも２枚のコイルディスクと、
前記コイルパターンに電流を供給する電流供給部と、
前記コイルパターンに対向する磁束発生部とを備えるディスクモータの製造方法であって、
少なくとも１枚の前記コイルディスクのコイルパターンを形成するための導体層のエッチング工程において、隣り合う放射状パターン又は放射状パターン群の間に補強用パターンを前記コイルパターンと共に形成し、
前記２枚のコイルディスクを接着する接着工程では、前記補強用パターンの形成面を接着面とし、前記コイルディスクの表面略全体を覆うシート状の接着層を挟んで前記２枚のコイルディスクを相互に接着固定することを特徴とする。
【００２２】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現をシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、少なくとも１枚の前記コイルディスク上の隣り合う放射状パターン又は放射状パターン群の間に補強用パターンを形成するため、当該２枚のコイルディスクの接着強度を従来よりも高めることが可能なディスクモータ及びそれを備えた電動作業機、並びにディスクモータの製造方法を実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係る電動作業機としての刈払機の斜視図。
【図２】図１に示す刈払機の駆動部の正断面図。
【図３】図２に示すステータの模式的平面図。
【図４】図２に示すロータの、左半分を断面とした正面図。
【図５】図４に示す整流子基板の平面図。
【図６】（Ａ）は、図４に示す第１コイルディスクの平面図。（Ｂ）は、同コイルディスクの底面図。
【図７】第１コイルディスクのコイルパターン説明図。
【図８】（Ａ）は、図４に示す第１コイルディスク及び第２コイルディスクの積層断面拡大図。（Ｂ）は、（Ａ）から補強用パターンを取り去った比較例の積層断面拡大図。
【図９】（Ａ）は、図８（Ｂ）に示す比較例に係るコイルディスクの平面図。（Ｂ）は、同比較例に係るコイルディスクの底面図。
【図１０】図６（Ａ）の例と異なる補強用パターン（その１）を有するコイルディスクの平面図。
【図１１】図６（Ａ）の例と異なる補強用パターン（その２）を有するコイルディスクの平面図。
【図１２】図６（Ａ）の例と異なる補強用パターン（その３）を有するコイルディスクの平面図。
【図１３】図６（Ａ）の例と異なる補強用パターン（その４）を有するコイルディスクの平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００２６】
図１は、本発明の実施の形態に係る刈払機１の斜視図である。電動作業機の例示である刈払機１は、電源部３と、パイプ部４と、ハンドル部５と、駆動部６と、刈刃７とを備える。
【００２７】
電源部３は、電源たるバッテリ３０１を着脱可能に有する。パイプ部４は、電源部３と駆動部６とを機械的に接続する（連結する）。また、パイプ部４の内部には、電源部３と駆動部６とを電気的に接続する配線（図示せず）が挿通されている。この配線により、電源部３から駆動部６に電力が供給される。駆動部６は、ヘッドハウジング６１の内部にディスクモータを収容しており、電源部３からの供給電力により刈刃７を回転駆動する。ディスクモータの構成は後述する。
【００２８】
ハンドル部５は、パイプ部４の中間、すなわち電源部３と駆動部６との間に取り付け固定されている。ハンドル部５は、一対のアーム５１の先端にそれぞれグリップ５２を取り付けてなる。一方のグリップ５２には、スロットル５３が設けられている。作業者は、スロットル５３を操作することにより、駆動部６への供給電力を調整可能、すなわち刈刃７の回転数を調整可能である。刈刃７は、略円板状で、その周縁に鋸歯が形成されている。また、刈刃７中心には後述するディスクモータの出力軸に装着される孔（図には現れず）が形成されている。
【００２９】
図２は、図１に示す刈払機１の駆動部６の正断面図である。なお、図２に示すように、出力軸３１の延出方向を上下方向と定義する。駆動部６は、ヘッドハウジング６１の内部にディスクモータ８０を有する。ヘッドハウジング６１は、カバー部６２及びベース部６３を嵌合一体化してなる。ディスクモータ８０は、ステータ８１と、ロータ８２と、一対のブラシ８３とを有する。一対のブラシ８３は、ディスクモータ８０の回転軸（出力軸３１）について対称に設けられ、カバー部６２のブラシホルダ６５に支持される。各ブラシ８３は、下面が後述する整流子基板３５上の銅等の導体の整流子パターンと当接するように、バネ８３Ａによって整流子基板３５側（下側）に付勢される。ブラシ８３は、図１の電源部３に接続されており、ロータ８２の後述するコイルパターンに電流を供給する電流供給部として機能する。
【００３０】
ステータ８１は、磁束発生部としてのマグネット４１と、軟磁性体である上ヨーク４２及び下ヨーク４３とを有する。リング状の上ヨーク４２は、カバー部６２の下面に例えばネジ６２２で固定される。上ヨーク４２と略同径のリング状の下ヨーク４３は、ベース部６３の下面に形成されたリング状溝部６３１内に例えばネジ６３２で固定される。マグネット４１は、ベース部６３の上面に形成された穴部６３３内に嵌め込み固定される。
【００３１】
図３は、図２に示すステータ８１の模式的平面図である。本図に示すように、例えば円板形状のマグネット４１は、例えば１０個、円周上に等角度ピッチで並んで配置される（マグネット４１を収容する図２の穴部６３３も円周上に同数並んで存在する）。円周の中心は、ディスクモータ８０の回転中心と略一致する。隣り合うマグネット４１は、上面の磁極が相互に異なる。マグネット４１としては、ネオジム磁石等の希土類磁石が好ましいが、フェライト磁石等の焼結磁石を用いてもよい。上ヨーク４２及び下ヨーク４３は、後述するロータ８２のコイルパターンに印加される磁束密度を高めるものである。
【００３２】
図２に示すように、ロータ８２は、出力軸３１（ロータシャフト）と、整流子基板３５と、コイル部３６と、フランジ３７とを有する。出力軸３１は、カバー部６２に固定された上側軸受け３１１及びベース部６３に固定された下側軸受け３１２によって回転自在に支持される。出力軸３１の下方側端部には雄ネジ３１Ａが形成されており、図示せぬ留め具によって図１の刈刃７が固定される。整流子基板３５の上面は、ブラシ８３の摺動面である。図１に示す電源部３からブラシ８３及び整流子基板３５を介してコイル部３６に電流が供給される。
【００３３】
図４は、図２に示すロータ８２の、左半分を断面とした正面図である。本図に示すように、出力軸３１に同軸的に固定された例えばアルミ等の金属製のフランジ３７は、略円筒形状の円筒部３７Ａと、略円板形状の円板部３７Ｂとから構成される。円板部３７Ｂは、円筒部３７Ａの側面から出力軸３１と垂直に外側に突出する。軸方向視で円板部３７Ｂと同形状の絶縁板３８，３９が、同じく同形状のシート状の接着層５０２，５０３（絶縁性）によって円板部３７Ｂの上下面に接着固定される。絶縁板３８の上面には、シート状の接着層５０１（絶縁性）を介して整流子基板３５が接着固定される。絶縁板３９の下面には、シート状の接着層５０５（絶縁性）を介してコイル部３６が接着固定される。
【００３４】
コイル部３６は、第１コイルディスク３６１〜第４コイルディスク３６４をシート状の接着層５０７（絶縁性）を挟んで積層してなる。シート状の接着層５０７は、各コイルディスクと軸方向視で同形状であり、各コイルディスクの表面略全体を覆う。第１コイルディスク３６１〜第４コイルディスク３６４は、円板部３７Ｂよりも大径であり、それぞれ両面に後述のコイルパターンが形成されている。整流子基板３５から第４コイルディスク３６４までを貫く導体ピン４０は、整流子基板３５の整流子パターンと、第１コイルディスク３６１〜第４コイルディスク３６４の少なくともいずれかのコイルパターンとを電気的に接続する。円板部３７Ｂの貫通孔（ピン４０の挿通孔）には絶縁パイプ４０１が嵌め込まれ、ピン４０とフランジ３７との絶縁を確保する。
【００３５】
図５は、図４に示す整流子基板３５の平面図である。円板状の整流子基板３５（整流子ディスク）の中心にある貫通孔３５Ａは、図４の円筒部３７Ａを挿通させるものである。ピン挿通孔３５Ｂは、整流子基板３５の中心から等距離に所定数設けられ、図４に示すピン４０が一部のピン挿通孔３５Ｂに選択的に挿通される。整流子基板３５上に形成された整流子パターン３５１は、放射状に４０セグメントに分かれている。間に７つのセグメントを挟んだ２つのセグメント（１番目と９番目、２番目と１０番目等）は、内側に形成された接続パターン３５２と反対面に形成された不図示の接続パターンにより相互に接続されている。
【００３６】
図６（Ａ）は、図４に示す第１コイルディスク３６１の平面図である。図６（Ｂ）は、同コイルディスクの底面図である。なお、他のコイルディスクも第１コイルディスク３６１と同じ構造であり且つ同じコイルパターンを有するので、ここでは第１コイルディスク３６１についてのみ説明する。
【００３７】
第１コイルディスク３６１は、円板状の絶縁基板９０（例えばガラス繊維強化エポキシ樹脂基板等の絶縁樹脂基板）の両面にそれぞれコイルパターン９２と、補強用パターン９３とを有する。絶縁基板９０の中心にある貫通孔９１は、図４の円筒部３７Ａを挿通させるものである。ピン挿通孔９４は、絶縁基板９０の中心からの角度９０°おきに４個ずつ、合計１６個形成される。各ピン挿通孔９４から絶縁基板９０の中心までの距離は相互に等しい。各ピン挿通孔９４は、整流子基板３５に形成されたピン挿通孔３５Ｂのうち１つと連通する。
【００３８】
銅その他の導電材からなるコイルパターン９２は、相互に近接した略同一幅の２列のパターンからなる部分コイルパターン群９２０を片面につき２０個ずつ有する。部分コイルパターン群９２０は、内側連絡パターン群９２Ａと、放射状パターン群９２Ｂと、外側連絡パターン群９２Ｃとを順に接続したものである。両面の内側連絡パターン群９２Ａ同士は、端部近傍に形成されたスルーホール９２１によって相互に電気的に接続される。両面の外側連絡パターン群９２Ｃ同士は、端部近傍に形成されたスルーホール９２２によって相互に電気的に接続される。放射状パターン群９２Ｂは、絶縁基板９０の中心側から半径方向外側に延びて内側連絡パターン群９２Ａと外側連絡パターン群９２Ｃとを渡す。両面の放射状パターン群９２Ｂ同士は、軸方向視で略同一位置に存在する。各コイルディスクの放射状パターン群９２Ｂは、マグネット４１の配列円周（各マグネット４１の中心が配列される円周）の真上に位置する。つまり、各コイルディスクの回転に伴って放射状パターン群９２Ｂはマグネット４１の真上を通過する。放射状パターン群９２Ｂに流れる電流とマグネット４１の発生する磁界との間の電磁力により回転力が得られる。
【００３９】
各々の面の放射状パターン群９２Ｂは、絶縁基板９０の中心から等角度ピッチで存在する。したがって、絶縁基板９０の表面において、隣り合う放射状パターン群９２Ｂの間には、コイルパターン９２の存在しない領域（以下「放射状パターン群間領域」とも表記）がある。この放射状パターン群間領域に補強用パターン９３が設けられている。補強用パターン９３は、コイルパターン９２と同材質であり、絶縁基板９０からの高さがコイルパターン９２と略同一である。補強用パターン９３は、積層されるコイルディスク間の接着力を高める役割がある。これについては後述する。
【００４０】
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、第１コイルディスク３６１のコイルパターン説明図である。なお、これらの図は、振られている符号を除き、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）と同一である。第１コイルディスク３６１のコイルパターン９２は、２つのコイルを含む。一方のコイルの始点をＡ１−１、終点をＡ１−２と図７（Ａ）中に示している。また、他方のコイルの始点をＡ２−１、終点をＡ２−２と同図中に示している。一方のコイルは、始点Ａ１−１から点Ｐ１１、Ｐ１１'、Ｐ１２'、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１３'、・・・Ｐ１９'、Ｐ２０'と繋がる。これで上から見て始点Ａ１−１から時計回りに一周となる。そして、さらに点Ｐ２０'から同様に点Ｐ２０，Ｐ２１，Ｐ２１'、Ｐ２２'、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２３'、・・・、Ｐ２９'、Ｐ３０'と繋がる。これで上から見て始点Ａ１−１から時計回りに二周となる。そして、点Ｐ３０'から点Ｐ３１'、Ｐ３１、Ｐ３２、Ｐ３２'、Ｐ３３'と反時計回りに同様に繋がり、点Ｐ３０'から二周して終点Ａ１−２に至る。他方のコイルも同様に、始点Ａ２−１から終点Ａ２−２まで繋がっている。
【００４１】
そして、このように構成される第１コイルディスク３６１〜第４コイルディスク３６４が、軸方向（積層方向）に４枚積層されてコイル部３６が構成される。異なるコイルディスクのコイル間は、図４で既述のピン４０によって電気的に接続される。４枚のコイルディスクの接続を成すのに必要なピン４０は１２本である。ここで、２枚のコイルディスクに形成されたコイルパターン９２を直列に接続するには、例えば、一方のコイルディスクのスルーホールの一方が、他方のコイルディスクのスルーホールの他方に位置するように位相をズラして積層すればよい。これにより、２枚のコイル基板コイル部３６は、４枚のコイルディスク３６１〜３６４が、軸方向視においてそれぞれに形成されたコイルパターンが一致するように、または、それぞれ予め定められた角度ずつズレるように積層されて構成される。角度ズレがある場合、積層状態では、軸方向視で、各コイルディスクの補強用パターン９３は、次の層のコイルディスクのコイルパターン９２と対面する。
【００４２】
図８（Ａ）は、図４に示す第１コイルディスク３６１及び第２コイルディスク３６２の積層断面拡大図である。なお、他のコイルディスク同士の積層断面も同様なので、ここでは第１コイルディスク３６１及び第２コイルディスク３６２の積層断面についてのみ説明する。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の比較例であり、図８（Ａ）から補強用パターン９３を取り去った場合の積層断面拡大図である。図９（Ａ）は、図８（Ｂ）に示す比較例に係るコイルディスクの平面図である。図９（Ｂ）は、同比較例に係るコイルディスクの底面図である。
【００４３】
図８（Ｂ）に示すように、絶縁基板９０の放射状パターン群間領域９０Ｂに補強用パターン９３が存在しない場合、シート状の接着層５０７は、コイルパターン９２の放射状パターン群９２Ｂには接着するものの、放射状パターン群間領域９０Ｂの表面には届かずに接着しない。あるいは、接着層５０７を十分に厚くし、積層時のプレスにより接着層５０７が放射状パターン群間領域９０Ｂの表面に届いて接着したとしても、接触圧が低いため接着力は弱い。すなわち、放射状パターン群間領域９０Ｂは、接着への寄与がないか、あっても小さい。したがって、積層されるコイルディスク間の接着力も弱く、信頼性の確保が難しい。また、接着層５０７を厚くすることによるコストアップや厚みの増加の問題もある。
【００４４】
一方、絶縁基板９０の放射状パターン群間領域９０Ｂに補強用パターン９３が存在する場合、図８（Ａ）に示すように、コイルパターン９２の放射状パターン群９２Ｂに加え、補強用パターン９３もシート状の接着層５０７に接着する。このため、図８（Ｂ）のように補強用パターン９３が存在しない場合と比較して、接着面積を大きく確保でき、コイルディスク間の接着力を強化して信頼性を高めることが可能となる。また、接着層５０７が薄くても強力な接着力を確保できるため、薄型化とコスト削減にも有利である。
【００４５】
図６（Ａ）等に示すように、補強用パターン９３は、放射状パターン群９２Ｂを成す１本の放射状パターンよりも幅が細い７本の小パターンからなる。各々の小パターンは、絶縁基板９０の中心側から半径方向外側に延びる。コイルディスク間の接着力向上に関しては、補強用パターン９３は上記のように小パターンに分割されていなくても効果がある。しかし、補強用パターン９３が例えば１枚の幅広い導体層であると、絶縁基板９０の回転に伴って補強用パターン９３に生じる渦電流による損失が大きいという問題がある。したがって、効率の観点を考えると補強用パターン９３は上記のように分割されているのが好ましい。
【００４６】
以下、ディスクモータ８０の製造方法について簡単に説明する。
【００４７】
円板状の絶縁基板の両面に銅箔等の導電材を積層したものにマスクを被せてエッチング処理する（エッチング工程）。必要なスルーホール及びピン挿通孔は、エッチング処理の前もしくは後に加工する。これにより、図６（Ａ）等に示すコイルパターン９２及び補強用パターン９３を形成した４枚のコイルディスク３６１〜３６４を得る。また、図５に示す整流子パターン３５１等を形成した整流子基板３５も同様に得る。
【００４８】
図４に示すように、ピン４０を通し、層間にプリプレグ状態のシート状の接着層５０１〜５０３，５０５，５０７（例えば、ガラス布基材にエポキシ樹脂を含浸させ半硬化状態にした薄いシート）を挟んで各部材をフランジ３７に積層し、金型にセットしてホットプレス（加熱した状態で積層方向に加圧）する（接着工程）。なお、ホットプレスに先だって、コイルディスク３６１〜３６４を積層した状態でピン４０と各コイルディスクとをハンダ付けしておく。また、ホットプレス後、整流子基板３５とピン４０とをハンダ付けし、突出したピン４０の不要部分をカットする。こうして得られた図４のロータ８２を、図２に示すようにステータ８１及びブラシ８３と組み合わせ、ディスクモータ８０が完成する。
【００４９】
本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。
【００５０】
(1) 隣り合う放射状パターン群９２Ｂの間に補強用パターン９３が形成されているため、補強用パターン９３が存在しない場合と比較して、積層されたコイルディスク間の接着力を向上させることができる。このため、振動の大きな製品や使い方によっては衝撃が加わりやすい製品においても、高い信頼性を確保できる。
【００５１】
(2) 補強用パターン９３はコイルパターン９２と同材質かつ基板面から同じ高さであるから、両者を一度のエッチング工程で一括的に形成することができ、製造容易かつコスト安である。すなわち、補強用パターン９３の形成のために別途工程が増やす必要がない。
【００５２】
(3) 補強用パターン９３は放射状パターン群９２Ｂを成す１本の放射状パターンよりも幅が細い小パターンとして形成されているため、渦電流損が小さくて効率が良い。すなわち、ディスクモータという製品の特性上、放射状パターン群間領域を貫く磁束は絶えず時間変化するため、例えば放射状パターン群間領域の略全体を覆う大きな導体層を接着力確保のために設けると渦電流による損失が大きいという問題があるところ、本実施の形態ではそうした問題を好適に解決することができる。
【００５３】
(4) 補強用パターン９３は絶縁基板９０の放射状パターン群間領域に形成されるため、補強用パターン９３を設けるために絶縁基板９０の面積を大きくする必要はない。
【００５４】
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。
【００５５】
図１０は、図６（Ａ）の例と異なる補強用パターン（その１）を有するコイルディスクの平面図である。なお、図１０のコイルディスクは、補強用パターンの形状を除き、図６（Ａ）に示すコイルディスクと同一構成である。図１０に示すように、変形例の補強用パターン９３Ａは、放射状パターン群９２Ｂを成す１本の放射状パターンよりも幅が細く、かつコイルディスクの径方向と略垂直に延びる１５本の小パターンからなる。反対側の面の補強用パターンも同様の小パターンからなる（図示省略）。本変形例の補強用パターンを設けた場合も、渦電流損を小さく抑えることができる。またこのように磁石が移動する方向に沿って小パターンを設けることで、例え微小な渦電流が発生したとしても、渦電流の発生し易い方向が磁石が移動する方向、つまり回転方向と直交する方向となるため、ロータの回転に与える影響を更に抑制することができる。
【００５６】
図１１は、図６（Ａ）の例と異なる補強用パターン（その２）を有するコイルディスクの平面図である。なお、図１１のコイルディスクは、補強用パターンの形状を除き、図６（Ａ）に示すコイルディスクと同一構成である。図１１に示すように、変形例の補強用パターン９３Ｂは、多数の小パターンを縦横に配列してなる。小パターンの形状は、端部にあるものを除いて略正方形である。但し、小パターンの形状は円、楕円、三角形その他の多角形であってもよい。反対側の面の補強用パターンも同様に多数の小パターンを縦横に配列してなる（図示省略）。本変形例の補強用パターンを設けた場合も、渦電流損を小さく抑えることができる。
【００５７】
図１２は、図６（Ａ）の例と異なる補強用パターン（その３）を有するコイルディスクの平面図である。図１２のコイルディスクは、補強用パターンの形状を除き、図６（Ａ）に示すコイルディスクと同一構成である。図１２に示すように、変形例の補強用パターン９３Ｃは、連続した小パターンを往復状に形成してなる。連続した小パターンの形状は、図１３に示した補強用パターン（その４）に示すように渦巻状の補強用パターン９３Ｄであってもよい。本変形例の補強用パターンを設けた場合も、渦電流損を小さく抑えることができる。
【００５８】
ディスクモータを成す複数のコイルディスクの補強用パターンは、コイルディスクごとに異なる形状であってもよい。また、同じコイルディスクの一方の面と他方の面で補強用パターンの形状が異なってもよい。また、同じコイルディスクの同じ面上の補強用パターンが、放射状パターン群間領域ごとに異なってもよい。
【００５９】
また、最上層のコイルディスク（図４の第１コイルディスク３６１）の上面と最下層のコイルディスク（図４の第４コイルディスク３６４）の下面は、シート状の接着層と対面しないが、コイルディスクの表面が均一の高さとなることで、プレス時に圧力を均等に加え易くなるという効果を奏することができる。
【００６０】
補強用パターンは、シート状の接着層を挟む２つの面のいずれかのみに設けられてもよい。この場合も、コイルディスク間の接着力を従来より高めることは可能である。
【００６１】
補強用パターンは、実施の形態で示したようにコイルパターンと電気的に絶縁されてもよいが、電流経路とならない限り、あるいは閉回路の一部を成さない限り、コイルパターンと絶縁されていなくてもよい。
【００６２】
補強用パターンは、小パターン化されていなくてもよい。補強用パターンが１枚の大きな導電層であっても、渦電流損の問題はあるものの従来と比較したコイルディスク間の接着力強化は可能である。
【００６３】
コイルディスクは１枚又は全てが片面基板であってもよい。この場合も、補強用パターン９３の形成された面同士でシート状の接着層５０７を挟むとよい。
【００６４】
複数のコイルディスクは、相互に角度ずれなく積層されてもよい。つまり、放射状パターン群９２Ｂ同士（及び補強用パターン９３同士）がシート状の接着層５０７を挟んで対面する積層状態も可能である。
【００６５】
コイルディスク及び整流子基板の形状は、厳密な円板状でなくてもよいが、軸方向視で実質的に円とみなせる範囲であるとよい。
【００６６】
上記に加え、マグネットの個数とその配置角度ピッチ、コイルパターンの周回数（コイルパターンの列数）、コイルディスクの積層数、ピン挿通孔やスルーホールの数、その他のパラメータは、要求される性能やコストに応じて適宜設定可能である。また、コイルパターンの周回数は、コイルディスクごとに異なってもよい。なお、コイルパターンが１列の場合は、実施の形態の説明における「部分コイルパターン群」、「内側連絡パターン群」、「放射状パターン群」、及び「外側連絡パターン群」の各用語を、「群」を除いて読み替える。
【００６７】
電動作業機は、実施の形態で示した刈払機のほか、ディスクモータを搭載したベルトサンダーやロータリバンドソー等、ディスクモータによる回転駆動部を有する種々の電動工具であってもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１ 刈払機
３ 電源部
４ パイプ部
５ ハンドル部
６ 駆動部
７ 刈刃
３０１ バッテリ
３１ 出力軸（ロータシャフト）
３５ 整流子基板
３６ コイル部
３７ フランジ
４１ マグネット
４２ 上ヨーク
４３ 下ヨーク
５１ アーム
５２ グリップ
５３ スロットル
６１ ヘッドハウジング
６２ カバー部
６３ ベース部
６５ ブラシホルダ
８０ ディスクモータ
８１ ステータ
８２ ロータ
８３ ブラシ
９２ コイルパターン
９２Ａ 内側連絡パターン群
９２Ｂ 放射状パターン群
９２Ｃ 外側連絡パターン群
９２０ 部分コイルパターン群
３６１〜３６４ コイルディスク
５０１〜５０３，５０５，５０７ 接着層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力軸と、
前記出力軸に同軸的に固定され、中心側から半径方向外方に延びる複数の放射状パターン又は放射状パターン群を含むコイルパターンが片面又は両面に形成され、相互に接着された少なくとも２枚のコイルディスクと、
前記コイルパターンに電流を供給する電流供給部と、
前記コイルパターンに対向する磁束発生部とを備え、
少なくとも１枚の前記コイルディスク上の隣り合う放射状パターン又は放射状パターン群の間に補強用パターンが形成され、
前記補強用パターンの形成面が他方の前記コイルディスクとの接着面となっていることを特徴とするディスクモータ。
【請求項２】
前記補強用パターンは、相互に絶縁された小パターンからなることを特徴とする請求項１に記載のディスクモータ。
【請求項３】
各々の小パターンは、前記放射状パターンよりも幅が狭く、かつ前記コイルディスクの径方向と略平行に延びることを特徴とする請求項２に記載のディスクモータ。
【請求項４】
各々の小パターンは、前記放射状パターンよりも幅が狭く、かつ前記コイルディスクの径方向と略垂直に延びることを特徴とする請求項２に記載のディスクモータ。
【請求項５】
前記補強用パターンは、前記コイルディスクの基板面からの高さが前記コイルパターンと略同一であることを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか一項に記載のディスクモータ。
【請求項６】
前記補強用パターンは、前記コイルパターンと同材質であることを特徴とする請求項１乃至５のうち何れか一項に記載のディスクモータ。
【請求項７】
前記少なくとも２枚のコイルディスクは、表面略全体を覆うシート状の接着層を介して相互に接着されていることを特徴とする請求項１乃至６のうち何れか一項に記載のディスクモータ。
【請求項８】
前記複数の放射状パターン又は放射状パターン群は、前記コイルディスクの周方向について所定の間隔をもって配置形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のうち何れか一項に記載のディスクモータ。
【請求項９】
前記コイルパターンは、前記２枚のコイルディスクの少なくとも相互対向面に存在し、軸方向視において、前記相互対向面の一方の隣り合う放射状パターン又は放射状パターン群の間に、他方の放射状パターン又は放射状パターン群が位置することを特徴とする請求項１乃至８のうち何れか一項に記載のディスクモータ。
【請求項１０】
前記コイルパターンは、前記コイルディスクの両面に設けられて相互に接続されていることを特徴とする請求項１乃至９のうち何れか一項に記載のディスクモータ。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか一項に記載されたディスクモータを備えた電動作業機。
【請求項１２】
出力軸と、
前記出力軸に同軸的に固定され、中心側から半径方向外方に延びる複数の放射状パターン又は放射状パターン群を含むコイルパターンが形成され、相互に接着された少なくとも２枚のコイルディスクと、
前記コイルパターンに電流を供給する電流供給部と、
前記コイルパターンに対向する磁束発生部とを備えるディスクモータの製造方法であって、
少なくとも１枚の前記コイルディスクのコイルパターンを形成するための導体層のエッチング工程において、隣り合う放射状パターン又は放射状パターン群の間に補強用パターンを前記コイルパターンと共に形成し、
前記２枚のコイルディスクを接着する接着工程では、前記補強用パターンの形成面を接着面とし、前記コイルディスクの表面略全体を覆うシート状の接着層を挟んで前記２枚のコイルディスクを相互に接着固定することを特徴とするディスクモータの製造方法。
【請求項１】
出力軸と、
前記出力軸に同軸的に固定され、中心側から半径方向外方に延びる複数の放射状パターン又は放射状パターン群を含むコイルパターンが片面又は両面に形成され、相互に接着された少なくとも２枚のコイルディスクと、
前記コイルパターンに電流を供給する電流供給部と、
前記コイルパターンに対向する磁束発生部とを備え、
少なくとも１枚の前記コイルディスク上の隣り合う放射状パターン又は放射状パターン群の間に補強用パターンが形成され、
前記補強用パターンの形成面が他方の前記コイルディスクとの接着面となっていることを特徴とするディスクモータ。
【請求項２】
前記補強用パターンは、相互に絶縁された小パターンからなることを特徴とする請求項１に記載のディスクモータ。
【請求項３】
各々の小パターンは、前記放射状パターンよりも幅が狭く、かつ前記コイルディスクの径方向と略平行に延びることを特徴とする請求項２に記載のディスクモータ。
【請求項４】
各々の小パターンは、前記放射状パターンよりも幅が狭く、かつ前記コイルディスクの径方向と略垂直に延びることを特徴とする請求項２に記載のディスクモータ。
【請求項５】
前記補強用パターンは、前記コイルディスクの基板面からの高さが前記コイルパターンと略同一であることを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか一項に記載のディスクモータ。
【請求項６】
前記補強用パターンは、前記コイルパターンと同材質であることを特徴とする請求項１乃至５のうち何れか一項に記載のディスクモータ。
【請求項７】
前記少なくとも２枚のコイルディスクは、表面略全体を覆うシート状の接着層を介して相互に接着されていることを特徴とする請求項１乃至６のうち何れか一項に記載のディスクモータ。
【請求項８】
前記複数の放射状パターン又は放射状パターン群は、前記コイルディスクの周方向について所定の間隔をもって配置形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のうち何れか一項に記載のディスクモータ。
【請求項９】
前記コイルパターンは、前記２枚のコイルディスクの少なくとも相互対向面に存在し、軸方向視において、前記相互対向面の一方の隣り合う放射状パターン又は放射状パターン群の間に、他方の放射状パターン又は放射状パターン群が位置することを特徴とする請求項１乃至８のうち何れか一項に記載のディスクモータ。
【請求項１０】
前記コイルパターンは、前記コイルディスクの両面に設けられて相互に接続されていることを特徴とする請求項１乃至９のうち何れか一項に記載のディスクモータ。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか一項に記載されたディスクモータを備えた電動作業機。
【請求項１２】
出力軸と、
前記出力軸に同軸的に固定され、中心側から半径方向外方に延びる複数の放射状パターン又は放射状パターン群を含むコイルパターンが形成され、相互に接着された少なくとも２枚のコイルディスクと、
前記コイルパターンに電流を供給する電流供給部と、
前記コイルパターンに対向する磁束発生部とを備えるディスクモータの製造方法であって、
少なくとも１枚の前記コイルディスクのコイルパターンを形成するための導体層のエッチング工程において、隣り合う放射状パターン又は放射状パターン群の間に補強用パターンを前記コイルパターンと共に形成し、
前記２枚のコイルディスクを接着する接着工程では、前記補強用パターンの形成面を接着面とし、前記コイルディスクの表面略全体を覆うシート状の接着層を挟んで前記２枚のコイルディスクを相互に接着固定することを特徴とするディスクモータの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１６１１２０（Ｐ２０１２−１６１１２０Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７４１４（Ｐ２０１１−１７４１４）
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００００５０９４）日立工機株式会社 (1,861)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００００５０９４）日立工機株式会社 (1,861)
【Ｆターム（参考）】
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