JP5214484B2

JP5214484B2 - 電動工具

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Publication number: JP5214484B2
Application number: JP2009027409A
Authority: JP
Inventors: 文年沼田
Original assignee: Makita Corp
Current assignee: Makita Corp
Priority date: 2009-02-09
Filing date: 2009-02-09
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2029-02-09
Also published as: US20110297410A1; CN102307707A; JP2010179436A; RU2500519C2; WO2010090057A1; RU2011137132A; EP2394796A1; US9073196B2; CN102307707B; EP2394796A4; BRPI1008812A2; EP2394796B1

Description

本発明は、例えば、電動ディスクグラインダ、電動スクリュードライバ、電動ドリル等の電動工具に係り、詳しくは電動モータのトルクを先端工具に伝達するためのトルク伝達技術に関する。

従来、電動工具においては、電動モータのトルクは、ギヤ機構を介して被駆動物である先端工具に伝達されている。このような電動工具の場合、電動モータを起動したとき、起動ショックと呼ばれる衝撃が発生する。そこで、起動ショックを解消するために、電動工具において、トルク伝達系における二つの回転部材間に、径方向に弾性変形可能なＣ形のトルク伝達部材を介装したものがある（例えば、特許文献１参照）。そのトルク伝達部材は、一方の回転部材の回転を他方の回転部材に伝達するときに、被駆動側の負荷に応じて径方向外方いわゆる拡径方向に弾性変形することにより、起動ショックを緩和し、電動工具の耐久性及び使用感を向上する。

特開２００２−２６４０３１号公報

前記従来の電動工具では、トルク伝達部材の端部とその端部が当接する回転部材の当接面とが面接触状に当接されていた。このため、トルク伝達部材が拡径方向に弾性変形しづらく、起動ショックを安定的に緩衝することが困難であるという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、起動ショックを安定的に緩衝することのできる電動工具を提供することにある。

前記課題は、特許請求の範囲の各請求項に記載された構成を要旨とする電動工具により解決することができる。
すなわち、請求項１に記載された電動工具において、電動モータの起動時において、二つの回転部材間でＣ形のトルク伝達部材が弾性変形することで起動ショックを緩衝し、電動工具の耐久性及び使用感を向上することができる。ところで、トルク伝達部材の端部と回転部材の当接面とが当接した際、当接面が傾斜面になっているので、トルク伝達部材の端部が当接面上を径方向に摺動されることにより、トルク伝達部材が弾性変形されやすい。このため、起動ショックを安定的に緩衝することができる。

また、請求項２に記載された電動工具によると、無負荷状態における前記トルク伝達部材の弾性変形方向側の周面と、その周面に対向する前記回転部材の周面との間の径方向の隙間が、回転部材の周面の径の１〜５％に設定されている。したがって、トルク伝達部材による起動ショックの緩衝効果を損なうことなく、過大な弾性変形によるトルク伝達部材の耐久性の低下を防止することができる。

また、請求項３に記載された電動工具によると、トルク伝達部材の弾性変形方向側の周面と反対側の周面と、その周面に対向する回転部材の周面との間に設けた案内部材により、トルク伝達部材の位置を安定化させることができる。また、案内部材が低摩擦性の合成樹脂材からなるものであるから、案内部材に対するトルク伝達部材の摺接による滑りを良くすることができる。

本発明の一実施例に係る電動ディスクグラインダを一部破断して示す側面図である。動力伝達装置を示す上面図である。図２のIII−III線矢視断面図である。図３のIV−IV線矢視断面図である。緩衝機構の構成部品を一部破断して示す分解断面図である。案内スリーブを一部破断して示す上面図である。ジョイントスリーブを示す下面図である。緩衝機構の無負荷状態を示す平断面図である。緩衝機構の過負荷状態を示す平断面図である。バネ部材の出力端に対するジョイントスリーブの当接面の作用を示す説明図である。バネ部材の出力端を示す上面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。

本発明の一実施例を説明する。本実施例では、被駆動物である先端工具が回転する電動工具として、金属、コンクリート、石材等の被加工材の研削作業あるいは研磨作業に用いられる手持ち式の電動ディスクグラインダを例示する。また、説明の都合上、電動ディスクグラインダの概要を説明した後で要部の緩衝機構について説明する。図１は電動ディスクグラインダを一部破断して示す側面図である。図１に示すように、電動ディスクグラインダ１０の本体１２は、その主体をなすモータハウジング１３と、モータハウジング１３の前端部（図１において左端部）に設けられたギヤハウジング１４とを備えている。モータハウジング１３内には、電動モータ１６が内蔵されている。また、モータハウジング１３の下側には、スイッチレバー１７が設けられている。スイッチレバー１７を上側へ押動することにより電動モータ１６が起動し、そのスイッチレバー１７を開放することにより電動モータ１６が停止するとともに、スイッチレバー１７が戻しバネ（図示しない）により原状位置に戻されるようになっている。また、電動モータ１６は、前方（図１において左方）に突出する出力軸１６ａを有している。なお、電動モータ１６の出力軸１６ａの回転方向は、一方向に定められている。

前記ギヤハウジング１４は、モータハウジング１３の前方開口部に連通しかつ下方に開口する収容空間を形成している。ギヤハウジング１４には、その下方開口を塞ぐように動力伝達装置２０が装着されている。動力伝達装置２０は、前記電動モータ１６のトルクを先端工具としての砥石２２に伝達するものである。電動モータ１６と動力伝達装置２０との間には、ギヤ機構が設けられている。ギヤ機構は、電動モータ１６の出力軸１６ａに取付けられた駆動側のスパイラルベベルギヤ（以下、「駆動ギヤ」という）駆動ギヤ２５と、駆動ギヤ２５に噛み合う従動側のスパイラルベベルギヤ（以下、「従動ギヤ」という）２６とにより構成されている。なお、図２は動力伝達装置を示す上面図、図３は図２のIII−III線矢視断面図、図４は図３のIV−IV線矢視断面図である。また、駆動ギヤ２５の回転より従動ギヤ２６が平面視において右回り方向（図２において矢印Ｙ方向）に回転されるものとする。

図３に示すように、前記動力伝達装置２０は、前記従動ギヤ２６とベアリングボックス２８、スピンドル３０等を備えている。ベアリングボックス２８は、例えば金属製（アルミニウム合金製）で、縦型円筒状に形成されている。また、スピンドル３０は、例えば金属製（鉄製）で、ベアリングボックス２８内に軸受３２を介して回転可能に支持されている。また、ベアリングボックス２８内には、軸受３２を挟持するリング状の上側端板３３及び下側端板３４が装着されている。上側端板３３の中空孔より上方に突出したスピンドル３０の突出軸部に、前記従動ギヤ２６が回転可能に設けられている。従動ギヤ２６は、その主体をなすギヤ本体３６と、そのギヤ本体３６に一体化されたカップリング３７とにより構成されている。ギヤ本体３６は、例えば金属製（鉄製）で、リング状に形成され、その上面側にスパイラルベベルギヤ歯３６ａが形成されている。また、カップリング３７は、例えば金属製（鉄製）で、上半部を大径筒部３７ａとしかつ下半部を小径筒部３７ｂとする段付円筒状に形成されている。大径筒部３７ａがギヤ本体３６の中空孔内にその下方から圧入されることにより、ギヤ本体３６とカップリング３７とが一体化されている。また、小径筒部３７ｂは、スピンドル３０に回転可能に支持されている。また、小径筒部３７ｂは、上側端板３３の中空孔内に遊挿されており、軸受３２の内輪の上端面上に摺動可能に当接されている。また、従動ギヤ２６（詳しくはカップリング３７）とスピンドル３０との間には、トルク伝達可能でかつ起動ショックを緩衝する緩衝機構４０（後述する）が設けられている。

前記動力伝達装置２０は、図１に示すように、前記ギヤハウジング１４にベアリングボックス２８をその下方から接続することによって組付けられている。このとき、従動ギヤ２６（詳しくは、ギヤ本体３６のスパイラルベベルギヤ歯３６ａ）が前記駆動ギヤ２５（詳しくは、スパイラルベベルギヤ歯２５ａ）に噛み合わされる。また、スピンドル３０の上端部は、ギヤハウジング１４の天井部に軸受３８を介して回転可能に支持される。また、前記上側端板３３の中空孔より下方に突出するスピンドル３０の突出軸部には、砥石２２が周知の取付構造（図示しない）によって着脱可能に取付けられる。なお、駆動ギヤ２５、従動ギヤ２６、スピンドル３０、緩衝機構４０等により、本明細書でいう「トルク伝達系」が構成されている。

前記電動ディスクグラインダ１０の作動を説明する。スイッチレバー１７の操作により電動モータ１６が起動（駆動）されると、出力軸１６ａが回転することにより、駆動ギヤ２５、従動ギヤ２６、緩衝機構４０を介してスピンドル３０及び砥石２２が回転される。ところで、電動モータ１６の起動時に発生する起動ショックは、緩衝機構４０によって緩衝することにより吸収又は軽減することができる。

前記緩衝機構４０を説明する。
図３に示すように、緩衝機構４０は、前記カップリング３７と、前記スピンドル３０に設けられたジョイントスリーブ４２と、カップリング３７の大径筒部３７ａとジョイントスリーブ４２との間に配置されるＣ形のバネ部材４４と、ジョイントスリーブ４２とバネ部材４４との間に配置される案内スリーブ４６とを備えて構成されている。図５は緩衝機構の構成部品を一部破断して示す分解断面図である。なお、従動ギヤ２６及びスピンドル３０は本明細書でいう「回転部材」にそれぞれ相当する。

図２に示すように、前記カップリング３７の大径筒部３７ａの内周面には、径方向内方へ突出する駆動凸部４８が形成されている（図５参照）。また、図５に示すように、ジョイントスリーブ４２は、例えば金属製で、円筒状に形成されている。ジョイントスリーブ４２は、前記スピンドル３０に相対的に圧入されることにより一体化されている（図２〜図４参照）。このため、ジョイントスリーブ４２は、スピンドル３０の一部をなしている。また、ジョイントスリーブ４２は、カップリング３７の大径筒部３７ａ内に相対回転可能に収容されている。このジョイントスリーブ４２の外周面には、径方向外方へ突出する従動凸部５０が形成されている。従動凸部５０の回転方向（図２中、矢印Ｙ参照）側に前記駆動凸部４８が隣接している。また、前記バネ部材４４は、例えば金属製で、径方向に弾性変形可能いわゆる撓み変形可能なＣ形筒状に形成されている（図４参照）。バネ部材４４は、カップリング３７の大径筒部３７ａ内に遊嵌状に配置されている。また、バネ部材４４の開口部すなわち周方向の両端面の間に、駆動凸部４８及び従動凸部５０が遊嵌状に配置されている（図２及び図４参照）。なお、バネ部材４４は本明細書でいう「トルク伝達部材」に相当する。

前記案内スリーブ４６は、例えば合成樹脂製で、Ｃ形筒状に形成されている。図６は案内スリーブを一部破断して示す上面図である。案内スリーブ４６は、バネ部材４４の内周面と、その内周面に対向するジョイントスリーブ４２の外周面との間に介装されている（図４参照）。これとともに、案内スリーブ４６の開口部すなわち周方向の両端面の間に、駆動凸部４８及び従動凸部５０が遊嵌状に配置されている。また、案内スリーブ４６の上端部には、径方向外方に張り出す抜止フランジ５２が形成されている（図５参照）。抜止フランジ５２は、バネ部材４４上に位置しており、バネ部材４４を抜け止めしている。

図５に示すように、前記案内スリーブ４６の下端部には、径方向内方に張り出す係止フランジ５３が形成されている。一方、ジョイントスリーブ４２の下端部には、係止フランジ５３に対応する半円弧状の係止溝５５が形成されている。図７はジョイントスリーブを示す下面図である。係止フランジ５３上に係止溝５５が係合することにより、案内スリーブ４６が抜け止めされている（図３参照）。したがって、スピンドル３０を支持したベアリングボックス２８に、従動ギヤ２６、バネ部材４４、案内スリーブ４６を順に配置した状態で、スピンドル３０にジョイントスリーブ４２を圧入することにより、特別な部品を要することなく、ベアリングボックス２８に従動ギヤ２６、バネ部材４４及び案内スリーブ４６を容易に組付けることができる。また、係止フランジ５３が形成されている角度範囲θ１（図６参照）は、係止溝５５が形成されている角度範囲θ２（図７参照）よりも小さく設定されている。例えば、角度範囲θ１は１２０°であり、また、角度範囲θ２は１８０°である。これにより、ジョイントスリーブ４２と案内スリーブ４６とは相対回転可能となっている。また、係止フランジ５３は、案内スリーブ４６の径方向に延びかつ開口部の中心を通る直線４６Ｌに対して線対称状に形成されている（図６参照）。また、係止溝５５は、ジョイントスリーブ４２の径方向に延びかつ従動凸部５０の中心を通る直線４２Ｌに対して線対称状に形成されている（図７参照）。また、案内スリーブ４６は、バネ部材４４の内周面及びジョイントスリーブ４２の外周面に摺接することから、低摩擦性の合成樹脂材、例えば含油樹脂材により形成されている。なお、案内スリーブ４６は本明細書でいう「案内部材」に相当する。

前記緩衝機構４０において、電動モータ１６の起動により駆動ギヤ２５を介して従動ギヤ２６が平面視において右回り方向（図４中、矢印Ｙ参照）へ回転されると、カップリング３７の駆動凸部４８によりバネ部材４４の一端が押動され、そのバネ部材４４の他端がジョイントスリーブ４２の従動凸部５０に押し付けられた状態で、スピンドル３０にトルクが伝達される。このとき、バネ部材４４は、被駆動側の負荷（砥石２２、スピンドル３０、ジョイントスリーブ４２等の回転抵抗）によって、拡径方向へ撓み、従動ギヤ２６とスピンドル３０とは回転方向に関して相対的なずれをともなう。このときのバネ部材４４の弾性変形量（撓み量）は、被駆動側の負荷の大きさに対応する。そして、バネ部材４４の弾性変形によって、トルク伝達系に生ずる起動ショックが緩衝される。これにより、電動ディスクグラインダ１０の耐久性及び使用感を向上することができる。なお、説明の都合上、駆動凸部４８が当接するバネ部材４４の端部を「入力端」といい、従動凸部５０に当接するバネ部材４４の端部を「出力端」という。

図８は緩衝機構の無負荷状態を示す平断面図、図９は同じく過負荷状態を示す平断面図である。図９に示すように、前記バネ部材４４の弾性変形時において、バネ部材４４の外周面がカップリング３７の大径筒部３７ａの内周面に面接触することによって最大弾性変形量が規定される。また、図８に示すように、無負荷状態におけるバネ部材４４の外周面と、その外周面に対向するカップリング３７の大径筒部３７ａの内周面との間の径方向の隙間Ｃ１が、大径筒部３７ａの内径の１〜５％に設定されている。なお、バネ部材４４の外周面は本明細書でいう「弾性変形方向側の周面」に相当する。

図１０はバネ部材の出力端に対するジョイントスリーブの当接面の作用を示す説明図である。図１０に示すように、前記ジョイントスリーブ４２の従動凸部５０におけるバネ部材４４の出力端に対する当接面５０ａは、バネ部材４４の出力端を径方向外方へ摺動させる傾斜面に形成されている。すなわち、当接面５０ａは、ジョイントスリーブ４２の径方向に延びかつ従動凸部５０の中心を通る直線４２Ｌに対して従動凸部５０の基端側から先端（図１０において右端）に向かって次第に近付く勾配をもって形成されている。また、従動凸部５０における駆動凸部４８に対する当接面５０ｂ（図８参照）は、直線４２Ｌに対して線対称状をなす傾斜面に形成されている（図７参照）。

図１０に示すように、前記ジョイントスリーブ４２の当接面５０ａを傾斜面に形成したことにより、その当接面５０ａに対してバネ部材４４の出力端における周方向の端面（符号、４４ａを付す）ではなく、端面４４ａと内周面とのなす隅角部が当接する。このため、その隅角部にＲ面取りを施すことによりＲ面５７が形成されている。図１１はバネ部材の出力端を示す上面図である。また、出力端における端面４４ａと軸方向の両端面（上端面及び下端面）とのなす隅角部には、Ｃ面取りを施すことによりＣ面５８が形成されている（図５参照）。また、バネ部材４４は、径方向に延びかつ開口部の中心を通る直線４４Ｌ（図８参照）に対して線対称状に形成されており、入力端にも出力端と同様のＲ面５７及びＣ面５８が形成されている。したがって、バネ部材４４を上下どちら向きでもカップリング３７の大径筒部３７ａ内に組付けることができる。また、バネ部材４４の周方向の両端面４４ａは、円周線に直交する平面に形成されている。また、図８に示すように、従動凸部５０の当接面５０ｂに対応する駆動凸部４８の当接面４８ａは、当接面５０ａに面接触状に当接可能な傾斜面に形成されている。また、バネ部材４４の入力端に対する駆動凸部４８の当接面４８ｂは、カップリング３７の大径筒部３７ａの径方向に延びかつ駆動凸部４８を通る直線３７Ｌに対して平行をなす面に形成されている。

前記バネ部材４４の出力端に対するジョイントスリーブの当接面の作用を説明する。前記電動モータ１６の起動時において、前に述べたように、駆動凸部４８と従動凸部５０との間でバネ部材４４が拡径方向に弾性変形するが、バネ部材４４の出力端のＲ面５７が従動凸部５０の当接面５０ａに当接した際（図１０における実線参照）、当接面５０ａが傾斜面になっているので、バネ部材４４の出力端のＲ面５７が当接面５０ａ上を径方向外方（図１０において右方）に摺動される（図１０における二点鎖線参照）。これにより、バネ部材４４が拡径方向へ弾性変形されやすくなっている。また、従動凸部５０の当接面５０ａにバネ部材４４のＲ面５７が当接するため、当接面５０ａにバネ部材４４の隅角部（周方向の端面４４ａと内周面とのなす隅角部）が鋭く当接することを回避し、両者間の摺動による摩耗を防止することができる。

前記した電動ディスクグラインダ１０によると、バネ部材４４の出力端とスピンドル３０のジョイントスリーブ４２の従動凸部５０の当接面５０ａとが当接した際、当接面５０ａが傾斜面になっているので、前に述べたように、バネ部材４４の出力端が当接面５０ａ上を径方向外方に摺動されることにより、バネ部材４４が拡径方向に弾性変形されやすい（図１０参照）。このため、起動ショックを安定的に緩衝することができる。

また、無負荷状態におけるバネ部材４４の外周面と、その外周面に対向する従動ギヤ２６のカップリング３７の大径筒部３７ａの内周面との間の径方向の隙間Ｃ１（図１０参照）が、従動ギヤ２６のカップリング３７の大径筒部３７ａの内径の１〜５％に設定されている。したがって、バネ部材４４による起動ショックの緩衝効果を損なうことなく、過大な弾性変形によるバネ部材４４の耐久性の低下を防止することができる。ちなみに、隙間Ｃ１が大径筒部３７ａの内径の１％未満であると、バネ部材４４による緩衝効果が損なわれる。また、隙間Ｃ１が大径筒部３７ａの内径の５％を超えると、バネ部材４４が過大に変形することによって耐久性が損なわれる。このため、隙間Ｃ１を大径筒部３７ａの内径の１〜５％に設定すると、バネ部材４４による起動ショックの緩衝効果を損なうことなく、過大な弾性変形によるバネ部材４４の耐久性の低下を防止することができる。

また、バネ部材４４の内周面と、その内周面に対向するジョイントスリーブ４２の外周面との間に設けた案内スリーブ４６により、バネ部材４４の位置を安定化させることができる（図８及び図９参照）。また、案内スリーブ４６が低摩擦性の合成樹脂材からなるものであるから、案内スリーブ４６に対するバネ部材４４の摺接による滑りを良くすることができる。

本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本発明は、電動ディスクグラインダ１０に限らず、電動スクリュードライバ、電動ドリル等のように、先端工具が回転する形式の電動工具に適用することが可能である。また、前記実施例では、一方向についてトルクを伝達するトルク伝達部材（Ｃ形のバネ部材４４）を例示したが、正転及び逆転の両方向についてトルクを伝達するトルク伝達部材でもよい。また、トルク伝達部材のＣ形とは、Ｃ字形状の他、円弧形状、弓形状を含むものであり、弧の長さや曲率等について制約を受けるものではない。また、前記実施例では、バネ部材４４が拡径方向に弾性変形するものであるため、従動凸部５０の当接面５０ａがバネ部材４４の出力端を径方向外方に摺動させる傾斜面に形成されているが、また、バネ部材４４が縮径方向に弾性するものであれば、従動凸部５０の当接面５０ａがバネ部材４４の出力端を径方向内方に摺動させる傾斜面に形成されてもよい。また、カップリング３７の駆動凸部４８の当接面４８ｂについても、バネ部材４４が拡径方向に弾性変形するものであれば、バネ部材４４の入力端を径方向外方に摺動させる傾斜面に形成し、また、バネ部材４４が縮径方向に弾性するものであれば、バネ部材４４の入力端を径方向内方に摺動させる傾斜面に形成すればよい。また、従動ギヤ２６は、ギヤ本体３６に相当するギヤ本体部とカップリング３７に相当するカップリング部とを有する一体成形品としてもよい。また、バネ部材４４は、金属製に限らず、合成樹脂製でもよい。また、バネ部材４４の組付部位は、従動ギヤ２６とスピンドル３０との間に限定されるものではなく、トルク伝達系における二つの回転部材の間であればよい。

１０…電動ディスクグラインダ（電動工具）
１６…電動モータ
２０…動力伝達装置
２５…スピンドル（回転部材）
２６…従動ギヤ（回転部材）
４２…ジョイントスリーブ
４４…バネ部材（トルク伝達部材）
４６…案内スリーブ（案内部材）
４８…駆動凸部
４８ｂ…当接面
５０…従動凸部
５０ａ…当接面

Claims

電動モータのトルクを被駆動物に伝達する動力伝達装置を備え、前記動力伝達装置は、トルク伝達系における二つの回転部材の間に介装される径方向に弾性変形可能なＣ形のトルク伝達部材を有しており、前記トルク伝達部材は、回転方向に関して、その一端が一方の回転部材に形成された当接面に当接され、他端が他方の回転部材に形成された当接面に当接された状態でトルクを伝達する構成とされた電動工具であって、
前記少なくとも一方の回転部材の当接面を、その当接面に当接する前記トルク伝達部材の端部を径方向に摺動させる傾斜面に形成したことを特徴とする電動工具。
請求項１に記載の電動工具であって、
無負荷状態における前記トルク伝達部材の弾性変形方向側の周面と、その周面に対向する前記回転部材の周面との間の径方向の隙間は、回転部材の周面の径の１〜５％に設定されていることを特徴とする電動工具。
請求項１又は２に記載の電動工具であって、
前記トルク伝達部材の弾性変形方向側の周面と反対側の周面と、その周面に対向する前記回転部材の周面との間に、それぞれの周面に摺接する低摩擦性の合成樹脂材からなる案内部材を設けたことを特徴とする電動工具。