JP2002264033A - 電動工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ねじ締めを行うスクリュウドライバにおい
て、減速装置として遊星歯車装置を用い、ねじ締めが設
定トルクに達した時点で動力を遮断し、また電動モータ
への電源供給を遮断するクラッチ機構を備えた電動工具
において、設定トルク到達後クラッチが空転してねじ締
めトルクがばらつく問題があった。本発明では安定した
トルクでねじを締め付けることができるスクリュウドラ
イバを提供する。 【解決手段】 遊星歯車装置３０のインターナルギヤ３
４を出力側に用いるインターナルギア出力方式を採用
し、設定トルク時にキャリア３３を空転させる構成とす
る。キャリア３３の空転速度は低いのでキャリア出力方
式のインターナルギヤよりも少ない空転角度で停止させ
ることができ、これにより締め過ぎをなくすことができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば電気ドリ
ルや電動ねじ締め機（スクリュウドライバ）等の電動工
具であって、電動モータの出力を遊星歯車装置により減
速して出力軸に伝達する電動工具に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば上記スクリュウドライバは、電動
モータを駆動源とし、その出力を遊星歯車装置を介して
減速して出力軸に伝達し、該出力軸の先端に装着したド
ライバビットの回転によりねじ締めを行う構成となって
いる。また、この種の電動工具は、出力軸に付加される
外部トルク（ねじ締めトルク）を検知して設定トルクに
達した時点（ねじ締め完了時点）で動力を遮断するため
のクラッチ機構を内蔵している。さらに、このクラッチ
機構の作動を検知して電動モータへの電源の供給を遮断
する構成を備えたものも提供されている。

【０００３】このような遊星歯車装置およびクラッチ機
構を内蔵した電動工具において、従来、クラッチ機構
は、遊星歯車装置のキャリアに出力軸を固定し、インタ
ーナルギヤ（内歯歯車）をねじ締め途中では固定させ、
出力軸に付加される外部トルクが設定トルクに達した時
点で、このインターナルギヤを回転（空転）させること
により動力を遮断する構成となっていた。すなわち、従
来のクラッチ機構は、インターナルギヤに対してばね付
勢した鋼球を押し付けるとともに、該インターナルギヤ
に設けた係合突部に該鋼球を係合させてインターナルギ
ヤの空転を阻止する一方、キャリア側が停止することに
よりインターナルギヤに付加される回転力が鋼球のばね
付勢力に勝ると、インターナルギヤは鋼球をばね付勢力
に抗して押し下げつつ回転し、これにより動力を遮断す
る構成となっていた。このことから、クラッチ機構の設
定トルク（ねじ締めトルク）は、鋼球のばね付勢力を変
化させて、鋼球の係合突部に対する乗り越え易さを変化
させることにより予め任意に設定できるようになってい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来は、
遊星歯車装置のキャリア側を出力側に用いる構成となっ
ていたためインターナルギヤの回転数（空転角度）が比
較的大きく、そのため電動モータへの電源供給が遮断さ
れた後においても、該電動モータの惰性により回転する
角度が大きく、場合によってはインターナルギヤが空転
する間に一旦係合突部から外れた鋼球が別の係合突部に
再び係合してしまう現象が発生していた。この場合に
は、鋼球が係合突部に係合した段階でインターナルギヤ
の空転が再びロックされ、これにより瞬間的にキャリア
を経て出力軸に再びねじ締め力が付加され、その結果ね
じの締め付けトルクにバラツキを生ずる問題があった。
本発明は、上記従来の問題に鑑みなされたもので、設定
トルク到達後の応答性に優れたクラッチ機構を備えた電
動工具を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このため、本発明は、前
記各請求項に記載した構成の電動工具とした。請求項１
記載の電動工具によれば、出力軸に設定トルク（ねじ締
め抵抗等）が付加されると（設定トルク到達時）、キャ
リアが空転してインターナルギヤの回転動作が停止し、
これにより出力軸への動力が遮断される。ここで、上記
のように設定トルク到達時にキャリアを空転させて動力
を遮断する構成（インターナルギヤ出力）の場合と、従
来のようにインターナルギヤを空転させて動力を遮断す
る構成（キャリア出力）を比較すると、出力軸の回転数
（従来構成におけるキャリアの回転数と、請求項１記載
の構成におけるインターナルギヤの回転数）が同じであ
れば、遊星歯車装置の特性よりキャリアの回転数の方が
インターナルギヤの回転数よりも小さいから、クラッチ
作動時におけるキャリアの空転角度はインターナルギヤ
の空転角度よりも小さい。このことから、請求項１記載
の構成（インターナル出力）によれば、動力遮断後、鋼
球がキャリアに設けた係合突部に再び係合する頻度を低
下させることができ、これによりクラッチ機構の応答性
を高めることができる。クラッチ機構の応答性が高まれ
ば、例えばスクリュウドライバにおいて、締め付けトル
クのバラツキを少なくして、安定した締め付けトルクで
ねじ締めを行うことができるようになる。

【０００６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図１〜
図６に基づいて説明する。本実施形態では、電動工具の
一例としてスクリュウドライバ１を例示する。図１は、
このスクリュウドライバ１を示している。このスクリュ
ウドライバ１は、本体ハウジング２の後部に駆動源とし
ての電動モータ３を内蔵している。この電動モータ３
は、ハンドル部の基部に配置したトリガ形式のスイッチ
９を引き操作することにより起動させることができる。
この電動モータ３の出力は、３列の遊星歯車装置１０，
２０，３０を経て減速され、出力軸４に伝達される。第
１段遊星歯車装置１０のサンギヤ１１が電動モータ３の
出力軸に取り付けられている。サンギヤ１１は、４個の
遊星歯車１２〜１２に噛み合わされている。この遊星歯
車１２〜１２は、それぞれキャリア１３に回転可能に支
持されて、インターナルギヤ１４に噛み合わされてい
る。インターナルギヤ１４は、本体ハウジング２に固定
した保持スリーブ８の内周側に固定されている。

【０００７】第１段遊星歯車装置１０のキャリア１３の
中心には第２段遊星歯車装置２０のサンギヤ２１が一体
に設けられている。このサンギヤ２１は、４個の遊星歯
車２２〜２２に噛み合わされている。この４個の遊星歯
車２２〜２２は、それぞれキャリア２３に回転可能に支
持されて、インターナルギヤ２４に噛み合わされてい
る。このインターナルギヤ２４も上記保持スリーブ８の
内周側に固定されている。本例の場合、第１段遊星歯車
装置１０のインターナルギヤ１４と第２段遊星歯車装置
２０のインターナルギヤ２４は一体に形成されており、
一体として保持スリーブ８の内周側に固定されている。
第２段遊星歯車装置２０のキャリア２３の中心には、第
３段遊星歯車装置３０のサンギヤ３１が一体に形成され
ている。このサンギヤ３１は、４個の遊星歯車３２〜３
２に噛み合わされている。この４個の遊星歯車３２〜３
２は、キャリア３３にそれぞれ回転可能に支持されてい
る。このキャリア３３は、本体ハウジング２の前部に配
置したギヤケース５の内周側に回転可能に支持されてい
る。このキャリア３３と前記保持スリーブ８の端部との
間には、受けプレート６と３個の鋼球７〜７が挟み込ま
れており、これにより当該キャリア３３が回転可能に支
持されている。ギヤケース５は、本体ハウジング２に対
して固定されている。

【０００８】第３段遊星歯車装置３０の遊星歯車３２〜
３２は、インターナルギヤ３４に噛み合わされている。
インターナルギヤ３４は、軸受け３５を介してギヤケー
ス５の内周側に回転可能に支持されている。このインタ
ーナルギヤ３４の前面に出力軸４が同軸に取り付けられ
ている。この出力軸４も、上記軸受け３５および軸受け
３６を介してギヤケース５に回転可能に支持されてい
る。この出力軸４は、本体ハウジング２の前面から突き
出されており、この突き出し部分にはドライバビット
（図示省略）を装着するためのビット取り付け装置３７
が設けられている。このビット取り付け装置３７につい
ては、従来構成に比して特に変更を要しないので説明を
省略する。以上のように構成した第１段〜第３段遊星歯
車装置１０，２０，３０を経て電動モータ３の出力が減
速されて出力軸４に伝達される。第３段遊星歯車装置３
０には、出力軸４に一定の外部トルクが付加された時点
で動力を遮断するクラッチ機構４０が付設されている。
このクラッチ機構４０は、第３段遊星歯車装置３０のキ
ャリア３３に対向して配置されたクラッチリング４１
と、該クラッチリング４１とキャリア３３との間に挟み
込まれた３個の鋼球４２〜４２と、作動プレート４３と
軸方向に移動可能に設けた調整リング４４と、該調整リ
ング４４と作動プレート４３との間に介装した圧縮ばね
４５を備えている。

【０００９】図２に示すようにキャリア３３の前面周縁
には、係合突部３３ａ〜３３ａが周方向三等分の位置に
設けられている。図３に示すように各係合突部３３ａ
は、クラッチリング４１側に突き出す状態に形成されて
いる。一方、図４に示すようにクラッチリング４１の後
面には、上記３個の鋼球４２〜４２を収容する凹部４１
ａ〜４１ａが周方向３等分の位置に形成されている。各
凹部４１ａ内に１個の鋼球４２が転動可能に収容されて
いる。図５に示すように各凹部４１ａの片側には傾斜面
が形成されている。この傾斜面上を転動することによ
り、鋼球４２が当該凹部４１ａからはみ出る方向に変位
できるようになっている。鋼球４２が各凹部４１ａから
はみ出る方向に変位することにより、クラッチリング４
１がキャリア３３から遠ざかる方向に平行移動する。こ
の様子が図６に示されているが、これについては後述す
る。

【００１０】クラッチリング４１の前面には、作動脚部
４１ｂ〜４１ｂが周方向三等分の位置に前方（図１にお
い左方）へ突き出すように設けられている。各作動脚部
４１ｂはギヤケース５の挿通孔を経て該ギヤケース５か
ら前方へ突き出されている。これによりクラッチリング
４１は、ギヤケース５に対して機長方向（図１において
左右方向）に平行移動可能かつ軸回りには回転不能に支
持されている。ギヤケース５から突き出された各作動脚
部４１ｂは、ギヤケース５のボス部５ａに機長方向に平
行移動可能に設けた作動プレート４３に突き当てられて
いる。作動プレート４３の平行移動は圧縮ばね４５に抗
してなされる。作動プレート４３には、作動アーム４３
ａが一体に設けられている。作動アーム４３の前面側
（図１において左側）には小型のスイッチ４６が配置さ
れている。作動プレート４３が図１において左方へ平行
移動することにより作動アーム４３ａが同方向に移動す
ると、このスイッチ４６のボタン４６ａが押されて当該
スイッチ４６がオフになる。このスイッチ４６は、電動
モータ３に電源を供給するための電源回路に組み込まれ
ている。従って、このスイッチ４６がオフすると、電源
回路が遮断されて電動モータ３が停止する。

【００１１】ギヤケース５の前側にはねじ軸部５ｂが設
けられている。このねじ軸部５ｂの内周側に出力軸４が
軸受け３５，３６を介して回転可能に支持されている。
このねじ軸部５ｂには、前記調整リング４４が噛み合わ
されている。この調整リング４４の前面には脚部４４ａ
〜４４ａが設けられており、各脚部４４ａは、本体ハウ
ジング２の前面に回転可能に取り付けたフロントカバー
２ａに挿通されている。このため、使用者はフロントカ
バー２ａを回転させることによりこの調整リング４４を
回転させることができる。上記したように調整リング４
４は、ギヤケース５のねじ軸部５ｂに噛み合わされてい
るので、回転させると機長方向へ平行移動する。調整リ
ング４４を機長方向へ移動させることにより、圧縮ばね
４５の付勢力を変化させることができ、これによりクラ
ッチ機構４０を作動させて動力を遮断するための設定ト
ルクを調整することができる。クラッチ機構４０の作動
状態については後述する。

【００１２】以上のように構成した本実施形態のスクリ
ュウドライバ１によれば、トリガ形式のスイッチ９を引
き操作して電動モータ３を起動させると、その出力が第
１段遊星歯車装置１０および第２段遊星歯車装置２０を
経て第３段遊星歯車装置３０に伝達される。第３段遊星
歯車装置３０のキャリア３３は、出力軸４に付加される
外部トルク（ねじ締め抵抗）が設定トルクに達しないね
じ締め初期段階では回転しない。すなわち、キャリア３
３には、圧縮ばね４５で付勢されたクラッチリング４１
が押し付けられている。クラッチリング４１の後面には
３箇所の凹部４１ａ〜４１ａが設けられており、これら
には鋼球４２が１個ずつ嵌り込んでいる。従って、３個
の鋼球４２〜４２は、圧縮ばね４５の付勢力によりキャ
リア３３との間に挟み込まれている。一方、キャリア３
３の前面には３箇所の係合突部３３ａ〜３３ａが形成さ
れている。この各係合突部３３ａに鋼球４２が１個ずつ
係合することによりキャリア３３の空転が阻止されてい
る。キャリア３３が空転するためには、各係合突部３３
ａが鋼球４２を圧縮ばね４５に抗して図１において左方
へ押し下げて乗り越える（鋼球４２に対する係合が外れ
る）必要がある。従って、キャリア３３に付加される回
転方向の外力が、圧縮ばね４５に抗して鋼球４２〜４２
を押し下げるに足る力であるときに該キャリア３３は空
転する。

【００１３】上記したようにねじ締め抵抗が小さいねじ
締め初期段階では、キャリア３３が空転しないのでイン
ターナルギヤ３４が回転し、従って出力軸４が回転して
ねじ締めが続行される。この段階におけるクラッチ機構
４０の様子が図６（Ａ）に示されている。この状態で
は、各係合突部３３ａが鋼球４２を乗り越えることがで
きないので、圧縮ばね４５の付勢力によりキャリア３３
とクラッチリング４１との間の間隔が最も小さい状態に
保持されている。このことは、鋼球４２が凹部４１ａの
最も深い部位に位置していることからも明確に理解され
る。出力軸４に付加されるねじ締め抵抗（外部トルク）
は、インターナルギヤ３４を経て常時キャリア３３に付
加される。従って、ねじ締めの進行によりねじ締め抵抗
が設定トルクに達すると、これがキャリア３３を回転さ
せるための力（回転力）として作用し、この回転力によ
りキャリア３３は、各鋼球４２を図において下側へ押し
下げつつ係合突部３３ａが該各鋼球４２を乗り越えるこ
とにより空転を開始する。遊星歯車機構の特性より、キ
ャリア３３が空転するとインターナルギヤ３４が停止
し、従って出力軸４が停止してねじ締めが停止する。

【００１４】図６（Ｂ）〜（Ｅ）には、各係合突部３３
ａが鋼球４２を乗り越える様子が示されている。図６
（Ｂ）に示すように係合突部３３ａが鋼球４２を乗り越
える際には、鋼球４２が凹部４１ａの傾斜面を上る方向
に移動する。図６（Ｃ）、図６（Ｄ）に示す状態を経て
図６（Ｅ）に示す状態となる。この間、鋼球４２〜４２
は、凹部４１ａの傾斜面を転動しながら該凹部４１ａの
口元付近まで上る。図６（Ｅ）に示す状態では、鋼球４
２〜４２が凹部４１ａの口元付近（傾斜面の上端付近）
に至り、係合突部３３ａの先端が鋼球４２に乗り上がる
に至った状態となっている。このため、クラッチリング
４１は、キャリア３３に対して最も遠ざかった状態すな
わち図１において最も左方（当該スクリュウドライバ１
の前側）に変位した状態となっている。クラッチリング
４１が前側に変位すると、作動アーム４３ａによりスイ
ッチ４６のボタン４６ａが押し込まれ、これにより該ス
イッチ４６がオフして、電源回路が遮断され、その結果
電動モータ３への電源供給が停止して、間もなく電動モ
ータが停止する。

【００１５】また、各係合突部３３ａが鋼球４２を乗り
越える段階では、図６（Ｄ）（Ｅ）に示すように鋼球４
２の凹部４１ａに対する接触点と係合突部３３ａに対す
る接触点との位置関係より、圧縮ばね４５の付勢力が鋼
球４２〜４２を各凹部４１ａ内に戻すための力として作
用する。このため、各係合突部３３ａが鋼球４２を乗り
越えた段階で、各鋼球４２は凹部４１ａから離脱するこ
となく、その内部に収容される。各鋼球４２が凹部４１
ａ内に収容された状態（図６（Ａ）に示す状態）に戻さ
れると、クラッチリング４１が圧縮ばね４５により再び
キャリア３３に最も接近した状態となる。キャリア３３
の各係合突部３３ａが、図６（Ｅ）に示す状態を経て鋼
球４２を乗り越えると、該キャリア３３は約１２０゜の
範囲で空転を規制されない状態となる。この空転時の様
子が図６（Ｆ）に示されている。キャリア３３はこの状
態で空転する。しかしながら、上記したようにこの段階
では電動モータ３への電源供給が停止しているため、キ
ャリア３３の空転は電動モータ３が電源供給遮断後惰性
により回転し、またキャリア３３自身の慣性が作用する
間だけなされる。図６（Ｆ）に示すように各係合突部３
３ａが鋼球４２を乗り越えた後、キャリア３３が約１２
０゜空転する前（係合突部３３ａが次の鋼球４２に係合
される前）に、空転を停止することによりねじの締め付
けトルクが設定トルクに安定する。これに対して、仮に
キャリア３３が約１２０゜空転して、各係合突部３３ａ
が次の鋼球４２に対して係合されると（空転のオーバー
ラン）、瞬間的にキャリア３３の回転が停止し、この時
の衝撃によりインターナルギヤ３４ひいては出力軸４に
ねじ締め方向の回転力が付加され、その結果ねじが再び
締め付けられて、ねじ締めトルクが設定トルクよりも大
きくなってしまう（ねじ締め付けトルクのバラツキ）。

【００１６】本実施形態では、第３段遊星歯車装置３０
において、インターナルギヤ３４を回転させて動力を出
力するインターナルギヤ出力方式を採用しているので、
出力軸４の回転数を同じ回転数に設定した場合には、従
来のようにキャリアを出力回転として用いるキャリア出
力方式の場合よりもクラッチ作動時におけるキャリア３
３の回転数（空転速度）を従来のインターナルギヤより
も大幅に低くすることができる。ここで、出願人が行っ
た試験によると、従来のキャリア出力方式により、回転
数が１４９００r.p.mの電動モータを駆動源として出力
軸を毎分３００回転させた場合において、クラッチ作動
時のインターナルギヤの回転数は毎分２１０回転であっ
たのに対して、以上説明したインターナルギヤ出力方式
により、同じく１４９００r.p.mの電動モータを駆動源
として出力軸を毎分２９０回転させた場合において、ク
ラッチ作動時のキャリア３３の回転数は毎分１００回転
であった。この試験によっても、インターナルギヤ出力
方式のクラッチ作動時におけるキャリア３３の回転が低
速化され、その結果空転のオーバーランがほとんど発生
しないことが実証されている。

【００１７】以上説明したように、本実施形態のスクリ
ュウドライバ１によれば、キャリア３３の空転速度が大
幅に低速化されるので、クラッチ作動時（各係合突部３
３ａが鋼球４２を乗り越えてキャリア３３が空転する
時）における該キャリア３３の慣性を弱くすることがで
き、これにより該キャリア３３の空転角度を小さくする
ことができる。キャリア３３の空転角度を従来のキャリ
ア出力方式におけるインターナルギヤよりも小さくする
ことができるので、空転後係合突部３３ａが次の鋼球４
２に係合される頻度を大幅に低下させることができ、こ
れにより予め設定した締め付けトルク（設定トルク）に
より安定したねじ締め作業を行うことができる。

【００１８】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、減速装置として第１段〜第３
段遊星歯車装置１０，２０，３０を用いる構成を例示し
たが、第３段遊星歯車装置３０のみを減速装置として用
いる場合にも、同様に適用することができる。また、電
動工具の一例としてスクリュウドライバ１を例示した
が、例えば、充電式ドライバドリル等の電動工具にも広
く適用することができる。また、例示した実施形態で
は、クラッチ機構４０をいわば設定トルク検知機構とし
て用いる構成を例示したが、同様のクラッチ機構をトル
クリミッタとしての機能に注目することにより上記した
電動ドリル等の他、丸鋸盤、レシプロソー等の往復動切
断工具にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す図であり、スクリュウ
ドライバの側面図である。本図では、本体ハウジングが
一部破断されて内部構造が示されている。

【図２】図１の（２）−（２）線矢視図であり、キャリ
アの前面図である。

【図３】図２の（３）−（３）線断面矢視図であり、係
合突部の縦断面図である。

【図４】図１の（４）−（４）線矢視図であり、クラッ
チリングの後面図である。

【図５】図４の（５）−（５）線断面矢視図であり、凹
部の縦断面図である。

【図６】係合突部の鋼球に対する係合状態を示すキャリ
アおよびクラッチリングの一部縦断面図である。本図に
おいて、キャリアは図中矢印で示すように係合突起を下
側へ変位させる方向に空転する。図６（Ａ）は係合突部
が鋼球に対して完全に係合した状態を示し、図６（Ｂ）
は鋼球が転動を開始して、係合突部が該鋼球を乗り越え
始めた状態を示し、図６（Ｃ）は係合突部の鋼球に対す
る乗り越え動作が図６（Ｂ）に示す状態よりもさらに進
んだ状態を示している。また、図６（Ｄ）は係合突部の
鋼球に対する乗り越え動作が図６（Ｃ）に示す状態より
もさらに進んだ状態を示し、図６（Ｅ）は係合突部の鋼
球に対する乗り越え動作が最も進んだ状態を示してい
る。キャリアとクラッチリングとの間隔は、図６（Ｅ）
に示す段階が最も大きくなる。さらに、図６（Ｆ）は、
係合突部が鋼球を乗り越えてキャリアが空転している段
階を示している。

【符号の説明】

１…スクリュウドライバ（電動工具） ３…電動モータ ５…ギヤケース、５ｂ…ねじ軸部 １０…第１段遊星歯車装置 ２０…第２段遊星歯車装置 ３０…第３段遊星歯車装置 ３３…キャリア、３３ａ…係合突部 ３４…インターナルギヤ ４０…クラッチ機構 ４１…クラッチリング、４１ａ…凹部、４１ｂ…作動脚
部 ４２…鋼球 ４３…作動プレート、４３ａ…作動アーム ４４…調整リング ４５…圧縮ばね ４６…スイッチ、４６ａ…ボタン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｈ 1/28 Ｆ１６Ｈ 1/28

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動モータの出力を遊星歯車装置により
   減速して出力軸に伝達する電動工具であって、 前記遊星歯車装置のキャリアを当該電動工具の本体ハウ
   ジングに空転可能に設ける一方、インターナルギヤに前
   記出力軸を取り付けて前記本体ハウジングに回転可能に
   支持し、前記キャリアに空転を阻止する付勢力を作用さ
   せ、前記出力軸に付加される外部トルクが設定トルクに
   達すると、前記キャリアを前記付勢力に抗して空転させ
   て前記インターナルギヤの回転停止により動力を遮断す
   るとともに、前記電動モータの電源供給を遮断する構成
   とした電動工具。