JP2014055640A - ロック機構及びこれを備えた回転工具 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成でロック不良の発生を抑制することのできるロック機構及びこれを備えた回転工具を提供する。
【解決手段】ロック機構１６は、第３キャリア２４ｃ及び出力軸６と同軸上に配置される円環状のリング体５１を備える。第３キャリア２４ｃには、リング体５１の内側に挿入される複数の入力側突起５２が周方向に間隔を空けて設けられる。出力軸６には、入力側突起５２と周方向において対向する複数の出力側突起が設けられるとともに、各出力側突起の周方向両側にはくさび状空間５６を形成するくさび面５３ａがそれぞれ設けられる。各くさび状空間５６には、遊動位置とロック位置との間で移動可能な円柱状のロックピン５７が挿入され、ロックピン５７は、第３キャリア２４ｃ又はスラスト板５８に接触することで軸方向移動が規制される。そして、ロックピン５７の両側の軸端部には、その軸方向に突出した凸部６１がそれぞれ形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ロック機構及びこれを備えた回転工具に関する。

従来、同軸上に配置された入力側回転部材と出力側回転部材との間に設けられ、出力側回転部材の回転をロック（拘束）可能なロック機構がある。こうしたロック機構は、例えば電動モータ等を駆動源とする回転工具に用いられており、該回転工具を手回し式の工具としても使用できるようにしている（例えば、特許文献１）。

図７に示すように、特許文献１のロック機構７１は、モータ７２の回転を減速する減速機構７３のキャリア７４（入力側回転部材）、及び出力軸７５（出力側回転部材）と同軸上に配置されるようにケース７６に固定された円環状のリング体７７を備えている。キャリア７４は円板状に形成されるとともに、キャリア７４には軸方向に突出してリング体７７内に挿入される複数の入力側突起７８が周方向に間隔を空けて形成されている。一方、図８（ａ）に示すように、出力軸７５の後端部には径方向外側に突出して入力側突起７８と周方向において対向する複数の出力側突起７９が形成されている。また、各出力側突起７９の周方向両側には、それぞれ出力側突起７９側が出力軸７５の中心に近接するように傾斜したくさび面７５ａが設けられている。これにより、出力側突起７９の周方向両側には、該突起７９から離間するにつれてリング体７７の内周面７７ａとくさび面７５ａとの間の隙間が狭くなるくさび状空間８０がそれぞれ形成されている。

各くさび状空間８０には、円柱状のロックピン８１が挿入されている。また、図７に示すように、ケース７６内には、その底部に隣接するように円環状のスラスト板８２が設けられている。これにより、各ロックピン８１は、キャリア７４又はスラスト板８２に接触することでその軸方向移動が規制され、くさび状空間８０から離脱しないようになっている。そして、図８（ａ）に示すように、モータ駆動によりキャリア７４が回転した場合には、くさび状空間８０内においてロックピン８１が内周面７７ａ及びくさび面７５ａのいずれか一方に接触する遊動位置に留まることで出力軸７５の回転が許容される。一方、図８（ｂ）に示すように、使用者がケース７６を回転した場合には、リング体７７と出力軸７５との相対回転に伴って、ロックピン８１が内周面７７ａとくさび面７５ａとの間に噛み込まれるロック位置に移動することで出力軸７５の回転がロックされる。

ところで、減速機構７３には、一般に潤滑油等のオイル（図示略）が塗布（充填）されているため、このオイルが上記くさび状空間８０に漏れ出してロックピン８１に付着することがある。ここで、オイルは比較的高い粘性を有するため、ロックピン８１に付着すると、ケース７６を回転させた際等にロックピン８１が適切に遊動位置からロック位置に移動せず、出力軸７５をロックできないロック不良が発生する虞がある。そこで、特許文献１には、ロックピン８１を周方向に付勢する弾性体を出力側突起７９に設けることで、ロックピン８１をロック位置に移動し易くしてロック不良の発生を抑制することが提案されている（同文献、第１１〜第１３図参照）。

特開平３−２５１３７４号公報

しかしながら、出力側突起７９に弾性体を設ける構成では、部品点数が増加してロック機構７１の構造が複雑化するため、例えば製造コストが増大するという問題があった。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、簡易な構成でロック不良の発生を抑制することのできるロック機構及びこれを備えた回転工具を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のロック機構は、同軸上に配置された入力側回転部材と出力側回転部材との間に設けられ、該出力側回転部材の回転をロック可能なロック機構において、前記各回転部材と同軸上に配置される円環状のリング体を備え、前記入力側回転部材には、軸方向に突出して前記リング体の内側に挿入される複数の入力側突起が周方向に間隔を空けて設けられ、前記出力側回転部材には、前記入力側突起と周方向において対向する複数の出力側突起が設けられるとともに、各出力側突起の周方向両側には、前記リング体の内周面との間の隙間が該出力側突起から離間するにつれて小さくなるくさび状空間を該各出力側突起の周方向両側に形成するくさび面がそれぞれ設けられ、前記各くさび状空間には、前記内周面及び前記くさび面のいずれか一方に接触する遊動位置と、記内周面と前記くさび面との間に噛み込まれるロック位置との間で移動可能な柱状のロックピンが挿入され、前記ロックピンは、前記くさび状空間を軸方向両側から覆う被覆部材に接触することで軸方向移動が規制されるものであって、前記ロックピンの両側の軸端部の少なくとも一方には、該ロックピンの軸方向に突出した凸部が形成されたことを特徴とする。

また上記構成において、前記凸部の外表面は、凸曲面状に形成されることが好ましい。
また本発明の回転工具は、上記いずれかの構成のロック機構を備えることを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構成でロック不良の発生を抑制することができる。

一実施形態の回転工具の一部を破断して内部の概略構成を示す一部断面図。 一実施形態の動力伝達部における軸方向に沿った断面図。 一実施形態のロック機構における軸方向と直交する断面図（図２のＡ−Ａ断面図）。 （ａ）はロックピンが遊動位置にある状態のロック機構の断面図、（ｂ）はロックピンがロック位置にある状態でのロック機構の断面図。 （ａ）は第３キャリアに接触したロックピンが傾倒する状態を示す模式図、（ｂ）はスラスト板に接触したロックピンが傾倒する状態を示す模式図。 （ａ），（ｂ）は別例のロックピンを示す側面図。 従来の回転工具における軸方向に沿った部分断面図。 （ａ）はロックピンが遊動位置にある状態のロック機構の断面図（図７のＢ−Ｂ断面図）、（ｂ）はロックピンがロック位置にある状態のロック機構の断面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示す回転工具１は、例えば手持ち式のドリルドライバーとして使用されるものである。同図に示すように、回転工具１は、円筒状の胴部２ａと、胴部２ａの長手方向途中から下方に延出形成された把持部２ｂとを有するＴ字状の本体ケース２を備えている。把持部２ｂの下端には、電池パック装着部２ｃが形成され、この電池パック装着部２ｃには電池パック３が着脱可能に装着されている。また、把持部２ｂには、回転工具１のオンオフを切り換えるトリガスイッチ４が設けられている。なお、以下の説明では、胴部２ａの長手方向を前後方向とする。

胴部２ａ内には、その後方側（図１における右側）の位置に電動モータ５が収容され、その前方側（図１における左側）の位置に電動モータ５の回転を減速して出力軸６に伝達する動力伝達部７が収容されている。なお、胴部２ａの前端部には、出力軸６と一体回転可能に連結されるチャック８が設けられており、このチャック８はドライバ用先端工具（図示略）が着脱可能に構成されている。

図１及び図２に示すように、動力伝達部７は、胴部２ａ内に固定されるギアケース１１と、ギアケース１１内に収容される減速機構１２と、減速機構１２を介して出力軸６に伝達される電動モータ５のトルクを調整するクラッチ機構１３とを有している。図２に示すように、ギアケース１１は、後方側が開口した有底円筒状に形成されており、その底部１１ａには前方側に突出する筒状の支持筒部１１ｂが形成されている。そして、出力軸６は、支持筒部１１ｂ内に設けられたラジアル軸受１４及びスラスト軸受１５を介して回転可能に支持されている。また、ギアケース１１内には、出力軸６をギアケース１１に対してロック（拘束）可能なロック機構１６が収容されている。なお、本実施形態のギアケース１１は樹脂材料からなり、筒部の中央付近で軸方向に２分割されている。

減速機構１２は、３段（電動モータ５（後方側）側から順に１，２，３段）の減速機構１２ａ，１２ｂ，１２ｃを有する遊星歯車機構にて構成されている。なお、減速機構１２には、図示しない潤滑油や防錆油等のオイルが塗布（充填）されている。電動モータ５の回転軸５ａには、１段目の第１減速機構１２ａの第１太陽ギア２１ａが一体回転可能に設けられている。第１減速機構１２ａは、第１太陽ギア２１ａの周囲に配置されて噛合される複数の第１遊星ギア２２ａと、第１遊星ギア２２ａと噛合される第１リングギア２３ａと、第１遊星ギア２２ａを回転可能に支持する第１キャリア２４ａとを有している。第１リングギア２３ａは、ギアケース１１に対して回転軸５ａの軸線回りに回転不能に固定されている。第１遊星ギア２２ａは、第１連結ピン２５ａを介して第１キャリア２４ａに回転可能に支持されており、回転軸５ａの回転に伴って第１連結ピン２５ａの軸線周りに自転しつつ、第１太陽ギア２１ａの周囲を公転（周回）する。

第１キャリア２４ａの前面には、２段目の第２減速機構１２ｂの第２太陽ギア２１ｂが一体的に設けられている。第２減速機構１２ｂは、第２太陽ギア２１ｂの周囲に配置されて噛合される複数の第２遊星ギア２２ｂと、第２遊星ギア２２ｂと噛合される第２リングギア２３ｂと、第２遊星ギア２２ｂを回転可能に支持する第２キャリア２４ｂとを有している。第２遊星ギア２２ｂは、第２連結ピン２５ｂを介して第２キャリア２４ｂに回転可能に支持されている。第２リングギア２３ｂは、軸方向に所定範囲内で移動可能となるようにギアケース１１に対して保持されており、連結部材２６を介して本体ケース２に前後方向にスライド可能に設けられた変速スイッチ２７（図１参照）に連結されている。なお、本実施形態の連結部材２６は、周方向に延びる円弧状の線バネにより構成されており、第２リングギア２３ｂの外周面に形成された環状溝２８に連結されている。また、ギアケース１１内には、第２リングギア２３ｂの外周に設けられた歯部が係合可能な係合部２９が形成されている。

第２キャリア２４ｂの前面には、３段目の第３減速機構１２ｃの第３太陽ギア２１ｃが一体的に設けられている。第３減速機構１２ｃは、第３太陽ギア２１ｃの周囲に配置されて噛合される複数の第３遊星ギア２２ｃと、第３遊星ギア２２ｃと噛合される第３リングギア２３ｃと、第３遊星ギア２２ｃを回転可能に支持する第３キャリア２４ｃとを有している。第３遊星ギア２２ｃは、第３連結ピン２５ｃを介して第３キャリア２４ｃに回転可能に支持されている。第３リングギア２３ｃは、ギアケース１１内に遊転自在に設けられている。そして、第３キャリア２４ｃは、ロック機構１６を介して出力軸６と駆動連結されている。なお、回転軸５ａ、出力軸６、及び第１〜第３キャリア２４ａ〜２４ｃは、同軸上に配置されている。

このように構成された減速機構１２では、第２リングギア２３ｂが前方側に移動し、係合部２９と係合し回転不能になることで、電動モータ５の回転が第１〜第３減速機構１２ａ〜１２ｃにて減速されて出力軸６側に伝達される。一方、第２リングギア２３ｂが後方側に移動し、係合部２９との係合が解除されて回転可能になるとともに第１キャリア２４ａの外周に設けられた歯部と噛合することで、電動モータ５の回転が第１及び第３減速機構１２ａ，１２ｃのみで減速されて出力軸６側に伝達される。

クラッチ機構１３は、第３リングギア２３ｃに加わる負荷トルクが所定トルク以下の場合にはその回転を規制し、所定トルクを超える場合には第３リングギア２３ｃを空転させるように構成されている。詳しくは、第３リングギア２３ｃの前面には、軸方向に突出する複数の係合部４１が周方向に等角度間隔で形成されており、ギアケース１１の底部１１ａに形成された挿入孔４２（図３参照）には、係合部４１に係合するボール４３（図３参照）が挿入されている。また、クラッチ機構１３は、クラッチ板４４を介してボール４３を第３リングギア２３ｃ側に付勢するクラッチバネ４５と、ギアケース１１の支持筒部１１ｂに螺着されてクラッチバネ４５の圧縮量を調整可能な調整部材４６とを有している。したがって、第３リングギア２３ｃにかかる負荷トルクがクラッチバネ４５にて付勢されるボール４３と係合部４１との間の係合力よりも低い状態では、クラッチ機構１３によって第３リングギア２３ｃの回転が規制される。これにより、第３キャリア２４ｃが回転し、減速機構１２の出力が出力軸６側に伝達される。これに対し、第３リングギア２３ｃに加わる負荷トルクがクラッチバネ４５にて付勢されるボール４３と係合部４１との間の係合力よりも高くなると、第３リングギア２３ｃがボール４３を押し戻して空転する。これにより、第３キャリア２４ｃが回転せず、減速機構１２の出力が出力軸６側に伝達されなくなる。

次に、本実施形態のロック機構の構成について説明する。
図２及び図３に示すように、ロック機構１６は、第３キャリア２４ｃ及び出力軸６と同軸上に配置されるとともに、第３キャリア２４ｃ及び出力軸６の軸線周りに回転不能にギアケース１１に固定された円環状のリング体５１を備えている。つまり、本実施形態では、第３キャリア２４ｃが入力側回転部材に相当し、出力軸６が出力側回転部材に相当する。第３キャリア２４ｃは円板状に形成されている。リング体５１の内周面５１ａは、第３キャリア２４ｃ及び出力軸６と同軸上に配置される円筒状に形成されている。また、第３キャリア２４ｃには、軸方向に突出してリング体５１内に挿入される複数の入力側突起５２が周方向に間隔を空けて形成されている。なお、各入力側突起５２は、扇形状に形成されている。

一方、出力軸６は、その後端部がリング体５１内に挿入されるように形成されている。出力軸６の後端部には、円環状のロック体５３がスナップリング等の抜け止め部材５４により一体回転可能に連結されている。ロック体５３には、径方向外側に突出して入力側突起５２と周方向において対向する複数の出力側突起５５が形成されている。なお、出力側突起５５は、四角形状に形成されている。また、ロック体５３の各出力側突起５５の周方向両側には、それぞれ出力側突起５５側が該ロック体５３の中心に近接するように傾斜したくさび面５３ａが設けられている。これにより、出力側突起５５の周方向両側には、該突起５５から離間するにつれてくさび面５３ａとリング体５１の内周面５１ａとの間の隙間が狭くなるくさび状空間５６がそれぞれ形成されている。

各くさび状空間５６には、円柱状のロックピン５７が挿入されている。各ロックピン５７の直径は、くさび状空間５６における出力側突起５５に近接した位置（ロック位置）での内周面５１ａとくさび面５３ａとの隙間よりも大きく、出力側突起５５から離間した位置での同隙間よりも小さく設定されている。これにより、各ロックピン５７は、出力側突起５５に近接して内周面５１ａ及びくさび面５３ａのいずれか一方に接触する遊動位置と、出力側突起５５から離間して内周面５１ａとくさび面５３ａとの間に噛み込まれるロック位置との間で移動可能になっている。

また、図２に示すように、ギアケース１１内には、円環状のスラスト板５８がその底部１１ａに隣接するように設けられている。なお、スラスト板５８は、金属材料により構成されている。そして、くさび状空間５６の軸方向両側は、第３キャリア２４ｃ及びスラスト板５８によってそれぞれ覆われている。これにより、各ロックピン５７は、第３キャリア２４ｃ又はスラスト板５８に接触することで、その軸方向移動が規制され、くさび状空間５６から離脱しないようになっている。つまり、本実施形態では、第３キャリア２４ｃ及びスラスト板５８がそれぞれ被覆部材に相当する。そして、リング体５１とロック体５３との間（くさび状空間５６）には、ロックピン５７及び入力側突起５２のみが配置されており、弾性体や第３連結ピン２５ｃは配置されない構成となっている。

本実施形態では、各ロックピン５７の両側の軸端部には、それぞれ軸方向に突出する凸部６１が形成されている。そして、凸部６１の外表面６１ａは、凸曲面状となるように形成されている。なお、外表面６１ａの任意の位置での曲率が一定となる形状（半球状）であっても、曲率が一定とならない形状であってもよい。

次に、回転工具（ロック機構）の作用について説明する。
図４（ａ）に示すように、モータ駆動により第３キャリア２４ｃが回転すると、入力側突起５２が出力側突起５５の回転方向と反対側に配置されたロックピン５７を介して出力側突起５５を押圧することにより、出力軸６に回転が伝達される。このとき、出力側突起５５は、回転方向側に配置されたロックピン５７を押圧するため、出力側突起５５の両側に配置されたロックピン５７は、それぞれ遊動位置に留まることになり、出力軸６の回転が許容される。これにより、回転工具１の先端に装着される先端工具によってネジ等が締め付けられる。

これに対し、図４（ｂ）に示すように、本体ケース２（ギアケース１１）を回転させると、リング体５１と出力軸６との間に相対回転が生じる。そして、出力側突起５５の回転方向側に配置されたロックピン５７は、この相対回転に伴って転動し、出力側突起５５から離間してロック位置に移動する。これにより、出力軸６（先端工具）の回転がロックされるため、回転工具１を手回し式のドライバとして用いることが可能になる。なお、外部から出力軸６を回転させた場合にも、同様にロックピン５７は遊動位置からロック位置に移動する。

ここで、上記のように減速機構１２には、オイルが塗布されているため、このオイルが上記くさび状空間５６に漏れ出してロックピン５７に付着することがある。一方、回転工具１を出力軸６（先端工具）が上向き又は下向きになる姿勢で使用すると、ロックピン５７は自重で下方に移動して第３キャリア２４ｃ又はスラスト板５８との間にオイルを介在させて接触することがある。そして、オイルは比較的高い粘性を有するため、ロックピン５７に付着すると、ギアケース１１を回転させた際等に、ロックピン５７が第３キャリア２４ｃ又はスラスト板５８と連れ回りすることで遊動位置からロック位置に移動し難くなる。

この点、本実施形態では、各ロックピン５７の両側の軸端部には、凸部６１がそれぞれ形成されているため、軸端部をその軸方向と直交する平坦な形状とする場合に比べ、ロックピン５７の第３キャリア２４ｃ又はスラスト板５８に対する接触面積が小さくなる。これにより、ロックピン５７と第３キャリア２４ｃ又はスラスト板５８との間に作用する係合力（摩擦力）が小さくなり、連れ回りすることが抑制されている。

さらに、凸部６１の外表面６１ａは、凸曲面状に形成されているため、ロックピン５７の第３キャリア２４ｃ又はスラスト板５８に対して点接触する。そのため、ロックピン５７が第３キャリア２４ｃに接触した場合には、図５（ａ）に示すように、ロックピン５７がくさび状空間５６内で傾倒し易くなる。また、ロックピン５７がスラスト板５８に接触した場合には、図５（ｂ）に示すように、ロックピン５７がくさび状空間５６内で傾倒し易くなる。なお、図５では、説明の便宜上、手前側の２個のロックピン５７が傾倒する態様を二点鎖線で示している。そして、ロックピン５７が傾倒することで、第３キャリア２４ｃ又はスラスト板５８と接触している軸端部と反対側の軸端部が、リング体５１の内周面５１ａとくさび面５３ａとの間に噛み込まれる。これにより、ロックピン５７が遊動位置からロック位置に完全に移動しなくても、出力軸６の回転がロックされる。

次に、本実施形態の効果について記載する。
（１）ロックピン５７の両側の軸端部に凸部６１をそれぞれ形成することでその接触面が小さくなって、ロックピン５７の第３キャリア２４ｃ又はスラスト板５８との連れ回りが抑制されるため、ロック不良が発生することを抑制できる。つまり、弾性体等を用いることなく、ロックピン５７の軸端部に凸部６１を形成するのみの簡易な構成で、ロックピン５７の第３キャリア２４ｃ又はスラスト板５８との連れ回りに起因するロック不良の発生を抑制できる。これにより、ロックに関する信頼性の高い回転工具１を低コストで提供することができる。

（２）凸部６１の外表面６１ａを凸曲面状に形成することで、ロックピン５７がくさび状空間５６内で傾倒し易くした。これにより、ロックピン５７が遊動位置からロック位置に完全に移動しなくても、上記のようにくさび状空間５６内で傾倒することで、出力軸６の回転がロックされるため、より確実にロック不良が発生することを抑制できる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、第３キャリア２４ｃに入力側突起５２を一体的に形成したが、入力側突起となる部材を第３キャリア２４ｃに別途固定してもよい。また、出力軸６に出力側突起５５を有するロック体５３を固定したが、出力軸６に出力側突起５５及びくさび面５３ａを一体的に形成してもよい。

・上記実施形態では、各ロックピン５７がスラスト板５８に接触することでその軸方向一方側（前方側）への移動を規制するようにしたが、スラスト板５８を設けず、ギアケース１１の底部１１ａに接触することで軸方向一方側への移動を規制するようにしてもよい。同様に、各ロックピン５７が第３キャリア２４ｃ以外の部材に接触することでその軸方向他方側（後方側）への移動を規制するようにしてもよい。

・上記実施形態では、ロックピン５７を円柱状に形成したが、これに限らず、六角柱状等の多角柱状や楕円柱状に形成してもよい。
・上記実施形態では、凸部６１を第３キャリア２４ｃ又はスラスト板５８に対して点接触する凸曲面状に形成した。しかし、これに限らず、例えば図６（ａ）に示すように、凸部６１を円柱状としたり、図６（ｂ）に示すように、凸部６１を円環状としてたりしてもよい。このように構成しても、ロックピン５７の軸端部を軸方向と直交する平坦な形状とする場合に比べ、ロックピン５７の第３キャリア２４ｃ又はスラスト板５８に対する接触面積が小さくなるため、上記実施形態の（１）と同様の効果を奏することができる。

・上記実施形態では、各ロックピン５７の両側の軸端部に凸部６１をそれぞれ形成したが、いずれか一方の軸端部にのみ凸部６１を形成してもよい。
・上記実施形態では、本発明を電動モータ５を駆動源とする回転工具１に適用したが、これに限らず、例えば油圧式や空圧式のモータ等を駆動源する回転工具に適用してもよい。また、本実施形態のロック機構１６を回転工具１以外の装置に適用してもよい。

１…回転工具、２…本体ケース、６…出力軸、７…動力伝達部、１１…ギアケース、１２…減速機構、１３…クラッチ機構、１６…ロック機構、５１…リング体、５１ａ…内周面、５２…入力側突起、５３…ロック体、５３ａ…くさび面、５５…出力側突起、５６…くさび状空間、５７…ロックピン、５８…スラスト板、６１…凸部、６１ａ…外表面。

Claims (3)

1. 同軸上に配置された入力側回転部材と出力側回転部材との間に設けられ、該出力側回転部材の回転をロック可能なロック機構において、
   前記各回転部材と同軸上に配置される円環状のリング体を備え、
   前記入力側回転部材には、軸方向に突出して前記リング体の内側に挿入される複数の入力側突起が周方向に間隔を空けて設けられ、
   前記出力側回転部材には、前記入力側突起と周方向において対向する複数の出力側突起が設けられるとともに、各出力側突起の周方向両側には、前記リング体の内周面との間の隙間が該出力側突起から離間するにつれて小さくなるくさび状空間を該各出力側突起の周方向両側に形成するくさび面がそれぞれ設けられ、
   前記各くさび状空間には、前記内周面及び前記くさび面のいずれか一方に接触する遊動位置と、記内周面と前記くさび面との間に噛み込まれるロック位置との間で移動可能な柱状のロックピンが挿入され、
   前記ロックピンは、前記くさび状空間を軸方向両側から覆う被覆部材に接触することで軸方向移動が規制されるものであって、
   前記ロックピンの両側の軸端部の少なくとも一方には、該ロックピンの軸方向に突出した凸部が形成されたことを特徴とするロック機構。
2. 請求項１に記載のロック機構において、
   前記凸部の外表面は、凸曲面状に形成されたことを特徴とするロック機構。
3. 請求項１又は２に記載のロック機構を備えたことを特徴とする回転工具。