JP2014522733A - 電動工具 - Google Patents

Abstract

前方端部（１０ａ）及び後方端部（１０ｂ）を備えたハウジング（１０）と、固定子（１３）に対して回転するよう配置されている回転子（１４）を備えた電気的トルク伝達モーター（１２）と、ハウジング（１０）の前方端部（１０ａ）に配置された出力軸（１６）と、前記モーター（１２）を前記出力軸（１６）に断続的に結合するパルスユニット（１５）とを有し、パルスユニット（１５）は前記モーターの回転子（１４）に接続される慣性駆動部材（１８）を備えている。回転子（１４）及び慣性駆動部材（１８）は一つの一体化された回転可能な構造体を形成するために遊びなしで相互に堅固に組立てられ、回転可能な構造体が単一ユニットとして前記ハウジング（１０）内部に装着されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばネジ切り盤など、電気的トルク伝達衝撃工具に関する。特に、本発明は相互に接続された電気モーター及びトルク衝撃発生パルス（脈動）ユニットを備えた工具に関する。

従来のトルク伝達衝撃工具では、モーター及びトルク衝撃発生パルスユニットは個々の軸受で装着され、そしてモーター及びトルク衝撃発生パルスユニットは例えば六角形または正方形の雄型及び雌型接続部品によって相互に接続され、モーター及びトルク衝撃発生パルスユニットは、必要であればそれらの間に動作の遊び或いは裕取りを有するように相互に接続される。相互に連結した部品間のその裕取りは、部品同士の製造公差に対して、組立上避けることができない。

このような従来の構造における固有の問題点は、例えば六角形の雄型及び雌型接続部品間に形成されるギャップが大きくなることにある。このギャップは、一方でモーターとの共同動作また他方でパルスユニットの部分的な対抗動作に起因して大きくなる。このような手法では、接続は徐々に劣化し遅かれ早かれ一度は交換する必要に迫られる。

さらに、この種の接続はかなりの反発及び弾性を有する。そのために、システム内で発生したトルクパルスの定まらない伝達が起こり、その結果モーター部に蓄えられたエネルギーからのトルクの寄与は最適とは言えない。

従って、モーター及びパルスユニットの商品寿命を長くすることができる改良された新しい接続装置がモーターとパルスユニットとの間に必要である。

本発明の目的は、従来のトルクを伝達する衝撃工具よりも耐久性に優れたより効果的な電気的トルク伝達衝撃工具を提供することにある。本発明の特定の目的は、工具のより高い効率、軽量及び／又は長い寿命を達成するために、モーターとパルスユニットとの間の改良された接続を提供することにある。

本発明は、前方端部及び後方端部を備えたハウジングと、固定子に対して回転するよう配置されている回転子を備えた電気的トルク伝達モーターと、ハウジングの前方端部に配置された出力軸と、前記モーターを前記出力軸に断続的に結合するパルスユニットとを有し、パルスユニットが前記モーターの回転子に接続される慣性駆動部材を備えることを特徴とする電気的トルク伝達衝撃工具に関するものである。回転子及び慣性駆動部材は、前記ハウジング内部に単一ユニットとして装着される一つの一体化した回転可能な構造体を作るために遊びなしで相互に堅固に組立てられる。

本発明による工具では、材料疲労或いは反復行程による摩耗が実際に存在することがないように工具の相互接続部分間の動きの可能性は制限される。

加えて、工具の構造は、先行技術の装置の構造に比較して一層小型になる。このことは、工具をより小さく作ることができ、しかもモーター及びパルスユニットで発生した力をより効率的な仕方で吸収するように工具が配置され得るので有利であり、よって作業者にとって全体としてより快適な操作につながる。

先行技術では、回転子及び慣性駆動部材は典型的に三つ以上の軸受を用いてハウジングに対して個々にジャーナル軸受されている。そのようなシステムは、製造公差及び構造体におけるジャーナル軸受の異なる軸位置に起因して真に同軸になり得ない。外部構造体のハウジング部の整合不良や位置ずれは、回転子と慣性駆動部材との間の角度を狂わす。この狂った角度によって、所望の堅固さと相いれない大きな弾性をシステム内に導入するようにして、回転子及び慣性駆動部材を従来の仕方で接続する六角形のトルク伝達継手の効果的な剛性を低下させることになる。

順応性は、六角形の継手が軸の外側でモーター軸受を組立てることが出来るようにするために必要な小さな半径方向の寸法を有するという事実によって高められる。回転子及び慣性駆動部材は一度に支持構造体に組み込まれるので、六角形の継手は、組立中でも解体中であっても部品を一緒に摺動できるように十分なバックラッシュ（反動）を備えなければならない。そのような六角継手の必要な製造公差、さらに硬化過程中における寸法変更のための許容差が与えられると、角度バックラッシュの初期値は通常数度である。

作動中に六角形の継手を介して前後に移動する反復トルクパルスは、バックラッシュが時間の経過と共に増加する傾向にあるようにして、摩耗や疲労の影響で継手を徐々に悪化させることになる。これは、有効な剛性をさらに低下させる。その他の軸割れ或いは軸破損のような失敗モードは頻繁に発生し、従来システムの寿命を制限している。

他方、本発明の概念は、回転子及び慣性駆動部材が、単一ユニットとして前記ハウジング内部に装着される一つの一体化した回転可能な構造体を形成するように、隙間すなわち遊びなしで相互に堅固に組立てられるべきであることにある。本発明の解決策によれば、回転子及び慣性駆動部材は、相互に個々に動くことのできる先行技術と違って、ハウジングに対して回転子及び慣性駆動部材のあらゆる動きは一様である。

本発明による工具の一つの利点は、特定のトルク出力を従来のものよりも高いことにある。別の利点は、回転子及び慣性駆動部材の一体化した回転可能な構造体によって、一つ以上のジャーナル軸受を排除することが可能であることにある。これによって、システムの寸法、重量及び摩擦を小さくすることになる。固有の摩擦の低いシステムは、固有摩擦の高いシステムよりも発生する熱が少ないので、摩擦は可能な限り低く維持することが重要である。

本発明のさらなる目的及び利点は、以下の説明及び特許請求の範囲から明なになる。

以下の詳細な説明においては、添付図面が参照される。

本発明の第一の実施形態による電気的トルク伝達衝撃工具の断面図。 図１に示す工具の一部を示す詳細図。 本発明の第二の実施形態による電気的トルク伝達衝撃工具の一部を示す詳細図。

図１に概略的に示す電気的トルク伝達衝撃工具は、ハウジング１０及びハンドル１１を有している。ハンドル１１は工具の出力を制御するために、好ましくはトリガーの形態のアクチュエータ（図示していない）を備えてもよい。さらにハンドル１１は、電池或いは電力系統への接続部を備えることができる。工具はまた、固定子１３及び回転子１４を備えるモーター１２と、ソケット（図示していない）に接続するための出力軸１６を備えたトルク衝撃発生パルス（脈動）ユニット１５とを有している。

トルク衝撃発生パルスユニット１５の機能は当業者には周知であり、本明細書では詳細には説明しない。パルスユニットの機能の詳細な説明は、国際特許出願公開ＷＯ９１／１４５４１に記載されている。

本発明の第一の実施形態におけるモーター１２及びパルスユニット１５の詳細図は図２に示されている。本発明の利点は、相互接続した部品間に隙間や遊びがないようにモーター回転子１４とパルスユニット１５とが一つの単一構造体を形成するように緊密に組立てられることにある。これは種々の仕方で達成され得、そのうちの可能な二つの実施形態を図２及び図３にそれぞれ示す。

第一の実施形態すなわち図１及び図２に示す実施形態では、固定子１３は回転子１４の内部に配置されている。通常固定子１３は普通の電気巻線１７を備えている。回転子１４は永久磁石３５を備え、永久磁石３５は回転子１４の内部に配置されている。本発明の図示していない代わりの実施形態では、回転子は外側ではなく固定子の内部に配置される。

図１及び図２に示す実施形態では、回転子１４は雄型及び雌型の接続部２０及び２２をそれぞれ介して、パルスユニット１５の円筒状慣性駆動部材１８に接続される。 図示した実施形態では、雌型接続部２２と雄型接続部２０との接続は、雌型接続部２２の内部と雄型接続部２０の外部との間のスプライン連結２１から成っている。本明細書の背景技術の段落で述べたように、このスプライン結合２１は、従来型の電気的トルク伝達衝撃工具ではパルスユニットとモーターとの間の唯一の接続である。

本発明の構成では、ネジ１９は回転子１４を通って雄型接続２０内に中央配置されている。このような構成によって、円筒慣性駆動部材１８及び回転子１４が相互にしっかりと堅固に組立てられるのを保証して、それらの間に、例えば軸方向、角度方向或いは半径方向の何れの相互移動も認めないようなクランプ力が作られる。代替案として、ネジは雄型部品２０から雌型部品内に配置されてもよく、例えばナットで緊締されてもよい。

このようなネジ取り付けによって、回転子及び慣性駆動部材は、一つの一体化した回転可能な構造体を形成するよう互いに組立てられ、単一ユニットとして上記ハウジング内部に装着される。このことは、回転子１４及び慣性駆動部材１８で形成したユニットが、継手軸受に装着され得、その結果前記ユニットに必要な軸受は全体として二つだけであることを意味している。

ハウジング１０に対し回転子１４及び慣性駆動部材１８の両方を安定させることを保証するために、中央軸受２３例えば玉軸受は雌型部品２２の外側にクランプされている。この中央軸受２３の外側は、支持リング３６を介してハウジング１０の内部に取り付けられている。従って、この中央軸受２３によって、回転子１４及び慣性駆動部材１８の両方は相互にしかもハウジング１０に対して安定化される。

この中央軸受２３とは別に、モーター・パルス複合ユニットを安定化させるための唯一の付加的な軸受がハウジング内部に必要とされる。この付加的な軸受は、回転子におけるハウジング１０の後方端部１０ｂか或いは慣性駆動部材１８におけるハウジングの前方端部１０ａのどちらかに配置することができる。

図示した実施形態では、出力軸１６に、前方軸受２４例えば玉軸受が配置されている。前方軸受２４は、出力軸１６を軸方向及び半径方向の両方方向において安定するように通常の仕方で設けられている。そしてしかも、前方軸受２４は、慣性駆動部材と出力軸１６との間に軸方向の動きが全く生じないように慣性駆動部材１８を軸方向に安定させるのに寄与している。

図３に示す第二の実施形態では、回転子１４と慣性駆動部材１８との間の相互接続は、異なる仕方で構成されている。この第二の実施形態では、回転子１４は固定子１３の外側に配置されている。第一の実施形態との第一の違う点は軸受の位置である。第二の実施形態では、後方軸受２５例えば軸方向軸受は、ハウジング１０の後部でモーター１２の背後に固定子１３と同軸に整列して設けられている。後方軸受２５は中実後方端部２６の内部に配置され、中心バー２７は固定子１３内に挿入されかつ固定子１３にしっかりと接続されている。さらに、中実後方端部２６は、後方板２８と、後方板２８から前方へ伸びるブロックリング２９とを備えている。

後方軸受２５は、中実後方端部２６のブロックリング２９内に配置されている。Ｓ字型軸受接続部３０は、一方の端部を後方軸受２５の内部に配置されまた反対側の端部を回転子１４の内部に取り付けられている。このような配置によって、後方軸受２５はハウジング１０及び固定子１３の両方に対して回転子１４を安定化させる。この二重の安定化効果は、固定子１３とハウジング１０の両方を回転子１４にしっかりと接続する固体後方端部２６によって達成される。回転子１４との接続は、当然ながら後方軸受２５と軸受接続部３０を介して達成される。

第一の実施形態と第二の実施形態との別の相違点は、回転子１４と慣性駆動部材１８との間の接続にある。この第二の実施形態では、回転子１４はスプライン連結３１によって円筒形慣性駆動部材１８に組み込まれている。スプライン連結３１とは別に、回転子１４の前方端部３２は慣性駆動部材１８の後方周辺部３９の鍔３３に当接している。この当接によって、回転子１４が慣性駆動部材１８に対し前方へ動いたり後方へ動いたりしないようにしている。

反対の軸方向すなわち離れる方向に相互に動けないようにするために、固体板状のブロック３４が設けられている。ブロック３４は、回転子１４のスプライン連結部３２が慣性駆動部材１８のスプライン連結部３９から離れる方向へ動くのを制限する。ブロック３４は少なくとも三つのネジ３８によって慣性駆動部材１８の中実部に固定されている。このような構成は、軸方向及び半径方向の両方向において回転子１４と慣性駆動部材１８との間の非常に堅固な接続を提供する。この第二の実施形態では、回転子１４と慣性駆動部材１８との接続の周囲に配置される中央軸受は設けられない。

第二の実施形態では、前方軸受２４は、第一の実施形態と同じく出力軸１６に配置されている。同様に、前方軸受２４は、軸方向及び半径方向の両方に出力軸１６を安定させている。加えて、前方軸受２４は、慣性駆動部材１８と出力軸１６との間の軸方向の動きを許さないように慣性駆動部材１８を軸方向において安定化させる。

本発明の両実施形態は、トルク伝達工具の回転部品の回転運動を検出するレゾルバ磁石３７を備えてもよい。上記検出手段によって、上記回転部品の減速の大きさを算出することができる。このような構成は当業者にはそれ自体公知であり、例えば欧州特許第１３７９３６１Ｂ１号に開示されている。

レゾルバ磁石３７の最適な位置決めは、記載した両実施形態において異なっている。図２に示す第一の実施形態では、レゾルバ磁石３７は中央軸受２３に近い慣性駆動部材１８の後方端部の周囲に配置されている。

図３に示す第二の実施形態では、レゾルバ磁石３７は代わりに前方軸受２３に近い慣性駆動部材１８の前方端部の周囲に配置されている。従って、両実施形態では、レゾルバ磁石３７は軸受の近くに位置している。このことは、レゾルバ磁石３７の回転の乱れが最小限に保たれることを意味している軸受の固定作用のために有利である。

図示していない第三の実施形態では、回転子１４及び慣性駆動部材１８は、金属の単一ブロックを用いてユニットとして形成される。 このような実施形態では、回転子１４と慣性駆動部材１８は、もちろん、それらの間に如何なる変位や中心線を外した動きもなく、絶対的に相互に堅固に組み立てられる。回転子１４における永久磁石３５の磁場がマイナスに影響されないように、慣性駆動部材１８に作用するパルス（脈動）に十分耐えるように硬くしかも同時に磁性のある一体化されたユニット用の材料を選ぶように注意される必要がある。しかし、目的のために望ましい特性をもたらし得る材料を選択することは、当業者には明らかである。好ましくは、そのような一体化した回転子１４及び慣性駆動部材１８は、前方軸受１つと後方軸受１つ、或いは、中央軸受１つと後方或いは前方軸受１つ、この二つの軸受だけの何れかでジャーナル軸受される。

以上例として本発明は、特定の実施形態に関して説明してきた。しかし、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。むしろ本発明は、添付の特許請求の範囲によって限定されるものである。

１０ ハウジング
１１ ハンドル
１２ モーター
１３ 固定子
１４ 回転子
１５ パルス（脈動）ユニット
１７ 電気巻線
１８ 慣性駆動部材
１９ ネジ
２０ 雄型接続部
２１ スプライン連結
２２ 雌型接続部
２３ 中央軸受
２４ 前方軸受
２５ 後方軸受
２６ 中実後方端部
２７ 中心バー
２８ 後方板
２９ ブロックリング
３０ Ｓ字型軸受接続部
３１ スプライン連結
３２ 前方端部
３３ 鍔
３４ ブロック
３５ 永久磁石
３６ 支持リング
３７ レゾルバ磁石
３８ ネジ
３９ スプライン後方周辺部

Claims (13)

1. 前方端部（１０ａ）及び後方端部（１０ｂ）を備えたハウジング（１０）と、
   固定子（１３）に対して回転するよう配置されている回転子（１４）を備えた電気的トルク伝達モーター（１２）と、
   ハウジング（１０）の前方端部（１０ａ）に配置された出力軸（１６）と、前記モーター（１２）を前記出力軸（１６）に断続的に結合するパルスユニット（１５）と
   を有し、
   パルスユニット（１５）が前記モーターの回転子（１４）に接続される慣性駆動部材（１８）を備える電気的トルク伝達衝撃工具において、
   回転子（１４）及び慣性駆動部材（１８）が一つの一体化した回転可能な構造体を形成するように遊びなしで相互に堅固に組立てられ、一体化した回転可能な構造体が単一ユニットとして前記ハウジング（１０）内に装着されることを特徴とする電気的トルク伝達衝撃工具。
2. 一体化した回転可能な構造体が二つの軸受（２３、２４、２５）だけで装着されていることを特徴とする請求項１に記載の工具。
3. 回転子（１４）がネジ留めされたブロック（３４）で所定位置にロックされるスプライン連結（３１）によって慣性駆動部材（１８）に固定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の工具。
4. 回転子（１４）のスプライン前方端部（３２）が前記スプライン連結（３１）を形成するために慣性駆動部材（１８）のスプライン後方端部（３９）の外側に固定され、
   また、回転子（１４）の前方端部（３２）が慣性駆動部材（１８）の外側で鍔（３３）に当接して、ネジ留めブロック（３４）が回転子（１４）及び慣性駆動部材（１８）を前記相互に当接した位置にロックするよう配置されていること
   を特徴とする請求項３に記載の工具。
5. 後方軸受（２５）がモーター（１２）の後部で回転子（１４）に接続されていることを特徴とする請求項４に記載の工具。
6. 軸受（２５）が固定子（１３）と同軸で整列され、中実後方端部（２６）の前方に配置され、後方端部（２６）が固定子（１３）内に挿入されかつ固定子（１３）にしっかり接続される中心バー（２７）と、後方板（２８）と、後方板（２８）から前方へ伸びるブロックリング（２９）とを備え、また後方軸受（２５）が前記ブロックリング（２９）によって支持されていることを特徴とする請求項５に記載の工具。
7. 後方軸受（２５）がブロックリング（２９）内部に配置され、またＳ字型軸受接続部（３０）が一方の端部を軸方向の軸受（２５）の内部に配置し、反対側の端部を回転子（１４）に取り付けていることを特徴とする請求項６に記載の工具。
8. 雄型接続部（２０）及び雌型接続部（２２）の間の接続を介してトルクをこれらの間に伝達するために回転子（１４）が慣性駆動部材（１８）に固定され、
   また接続の雌型及び雄型接続部（２０、２２）の間の軸方向の相互の動きを阻止し且つハウジング（１０）に対し雌型及び雄型接続部（２０、２２）を固定するために、中央軸受（２３）が上記接続部（２０、２２）の外側にクランプされ、ハウジング（１０）に固定接続で配置されていること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の工具。
9. 雌型及び雄型接続部（２０、２２）を相互に固定する軸方向のクランプ力を達成するために雌型及び雄型接続部（２０、２２）の間にネジ１９が中央配置されていることを特徴とする請求項８に記載の工具。
10. 雌型及び雄型接続部（２０、２２）が雄型接続部（２０）の外部を雌型接続部（２２）の内部に接続するスプライン連結（２１）で相互接続されていることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の工具。
11. 回転子（１４）及び慣性駆動部材（１８）が単一金属ブロック製のユニットとして形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の工具。
12. 前方軸受（２４）がハウジング（１０）と出力軸（１６）との間に配置されていることを特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載の工具。
13. トルク伝達工具の回転部品の回転動作を検知するレゾルバ磁石（３７）が慣性駆動部材（１８）の周辺部の周囲に配置されていることを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載の工具。

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