CN1081514C - 带有变速机构的旋转工具 - Google Patents

Abstract

为延长变速扭矩限制器动作及延长动作中的变速切换寿命，本发明带有变速机构的旋转工具系在电动机输出处装设行星机构，移动内齿轮A将内齿轮A固定于固定构件B或切换成与托架C一体化进行变速。托架C中至少被卡合部51用合成树脂形成且至少有关传递扭矩的恒星齿轮40及行星齿轮36a用金属形成。与用该弹性率相异材料复合形成的托架C的被卡合部51卡合的内齿轮A的卡合部99用合成树脂形成。

Description

带有变速机构的旋转工具

本发明涉及变速装置，尤其涉及利用行星机构的钻机、螺丝起子等带有变速机构的旋转工具。

变速装置系通过在行星机构的构成构件中固定游转自如的内齿轮，或与支持行星齿轮的托架连接而与托架一体旋转进行变速。这种情况下，如固定内齿轮时，虽然会进行作为通常行星机构的减速，但是，将内齿轮与托架连接时将变成具有恒星齿轮与托架直接连接而具有可不进行减速的特点。

然而，在现有技术中，系将内齿轮本身沿轴向滑动，并通过与设在齿轮箱侧的固定构件啮合来固定内齿轮，并且同样将内齿轮向逆向滑动而与托架的卡合齿啮合进行与托架的连接。

这种变速机构中，当使属于本体机能的扭矩限制机构动作时，或进行由外部操作件的变速切换时，存在下列问题。亦即，内齿轮的材质系例如采用塑胶PA66等合成树脂制成，而托架的材质系例如采用铁系烧结合金等金属制成，扭矩限制器动作时(离合器动作时)及动作中进行变速切换时，存在因内齿轮与托架的卡合齿部产生摩损，或变速切换时卡合侧齿轮冲击所产生的面压坏的问题。

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种可延长扭矩限制器动作及动作中的变速切换寿命、可良好地进行动作中变速、变速时噪音少、可进行可靠的变速切换并带有稳定的变速机构的旋转工具。

为了解决上述问题，本发明带有变速机构的旋转工具系在电动机输出处装设行星机构，将行星机构中的可旋转内齿轮A在齿轮箱6内配置成可沿轴向移动，与设于该内齿轮A的卡合部99卡合的被卡合部分别装设相邻的固定构件B与托架C，移动内齿轮A将内齿轮A固定于固定构件B，或切换成与托架C一体化进行变速，装设对于齿轮箱6可沿轴向移动自如的外部操作用的外部操作件58，将外部操作件58卡合于内齿轮A，其特征为；托架C的至少被卡合部51由合成树脂形成，并且至少与传递扭矩有关的恒星齿轮40及行星齿轮36a由金属形成，卡合于以该弹性率相异材料复合形成的托架C的被卡合部51的内齿轮A的卡合部99由合成树脂形成，由于这种结构，可防范由振动等引起卡合部88面摩损，不仅可延长扭矩限制器动作寿命及动作中的变速切换寿命，并且，由托架C的扭矩传递可无损失地进行，故可减低变速时的噪音，可良好地进行动作中的变速。

又，较佳为将形成上述托架C的被卡合部51与内齿轮A的卡合部99的合成材料采用相同弹性率的材料，此时，可吸收变速时的互相冲击，即使在旋转中也没有噪音，可进行良好的变速。

又，较佳为在上述托架C的被卡合部51的内齿轮A的卡合侧齿面全周设有任意的圆锥面，此时，在旋转时的变速中，在内齿轮A系在其轴向发生推进力，而可更方便地进行变速。

附图简单说明

图1系表示本发明的实施形态一例的剖面图。

图2系表示本发明的实施形态一例的齿轮箱的局部正面图。

图3系表示在本发明的实施形态一例的在上述齿轮箱上安装离合器外部操作件及夹具状态的正面图。

图4系表示本发明实施形态一例之分解立体图。

图5(a)(b)系本发明的实施形态一例的由复合材料所形成托架的正面图及侧剖面图。

图6(a)系从图5(b)的箭头a方向的向视图，(b)系从(a)的箭头方向b方向的向视图。

图7系表示同上的本体转速与扭矩曲线关系的图表。

图8系表示同上的外部操作件与杠杆安装的视图。

图9系表示同上齿轮箱与内齿轮与外部操作件与杠杆的分解立体图。

图10系表示在同上的环状沟卡合杠杆前端的卡合部的局部剖面图。

以下根据附图详述本发明的实施形态。图示例为装于电钻，螺丝起子的动力组件的减速部3，此组件如图1至图4所示，由马达2，齿轮箱6及栓紧扭矩调整用的离合器手柄78与夹具8构成。在齿轮箱6内并配设有具有变速机能的减速部3与具有锁紧装置的扭力调整用离合器部4。

以下根据图4说明这些减速部3与离合器部4。首先，齿轮箱6系由圆筒状的机箱61及安装于此机箱61後端的马达安装座60形成。又，在机箱61设有一对轴向长孔63，在机箱61不仅设有多个轴向贯通孔，并且，从前端一体地突设有阳螺纹形状的突起部66。

配置于齿轮箱6的机箱61内的减速部3由例如三段行星机构构成，第一段行星机构包括固定于马达2的输出轴20的恒星齿轮31、固定于机箱61内面的固定构件B、啮合于此两者的多个行星齿轮32、以及支持各行星齿轮32的轴的托架D，第二段行星机构包括一体地形成于托架D的恒星齿轮35、轴向移动自如的内齿轮A、多个行星齿轮36、支持各行星齿轮36的托架C。第三段行星机构系配设于机箱61内，包括一体地形成于上述托架C的恒星齿轮40、内齿轮42、与该两者啮合的多个行星齿轮41，支持各行星齿轮41的托架43。

上述固定构件B系如上所述固定于机箱61，内齿轮A系沿轴向滑动自如并且在轴周围旋转自如，不仅在外周面中央部形成有环状沟52，而且在外周面一端侧具有多个卡合齿54(图1)并在周向设成等间隔，另外在内齿轮A内周设有构成卡合部的齿沟99。

内齿轮A的轴向移动系通过卡合形成于内齿轮A外周面的环状沟52两端部的杠杆55进行，该杠杆55系安装在对于机壳100安装成滑动自如的外部操作件58上。

即，如图8至图10所示，外部操作件58沿机壳100的导向件100a安装成滑动自如，在此外部操作件58两侧设有备有掣子突起58a的掣子臂杆58b，又，在该外部操作件58下面部设有凹部58c，在外部操作件58下面部的凹部58c的滑动方向两端部分别设有卡止部58d、58e，又，上述掣子突起58a系位于该凹部58c的两侧。另一方面，杠杆55系由线材构成而具有弹性，主体部55b为折返线材而2条线材部分为大致平行的部分所构成，在由此2条线材部分构成的主体部55b的大致中间部从2条线材部分分别向侧面形成突部55c，又，将主体部55b的折返基部部分在两侧弯折并设有被卡止部55d，并且，从构成主体部55b的2条平行线材部分的前端分别略呈L状连出有脚部55e，此脚部55e的连出基部即为被卡止部55f。并且，将杠杆55的主体部位于外部操作件58下面部的凹部58c，将卡止部58d、58e卡止于被卡止部55d、58f，并且，将突部55c嵌套于掣子突起58a背部的嵌入凹处58f。将杠杆55的主体部55b在外部操作件58的下面部安装成通过将外部操作件58沿导向件100a滑动移动，而杠杆55也与外部操作件58同向移动。掣子突起58a在机壳100a的两侧面形成弹性地卡止自如的突部或凹部(未图示)。并且，因设定为将突部55c嵌套于掣子突起58a背部的嵌入凹处58f而从内侧推压掣子突起58a，所以，掣子突起58a因具有弹性线材制成的杠杆55的弹力而获得夹持性能。又，像这样因将突部55c嵌套于掣子突起58a背部的嵌入凹处58f加以接合，所以主体部55b不会从凹部58c脱落。杠杆55两侧大致呈L状的脚部55e前端部系通过形成于机箱61的长孔63、63(图9)与内齿轮A的环状沟52卡合。

在此，将杠杆55两侧略呈L状的脚部55e的前端部加以弯曲而形成与内齿轮A外周面的环状沟52与稳定接触卡合所用卡合部55g(图10)。为与环状沟52稳定接触卡合所需卡合部55g的形状为例如沿环状沟52沟底圆孤的圆孤状。另外，若成为圆孤状时，较佳为如图10所示两侧卡合部55g为分别具有环状沟52外周的约1/4长度，将两卡合部55g及至环状沟52的约半周卡合。这样，因将脚部55e前端部弯曲形成与环状沟52稳定接触卡合所用的卡合部55g，在外部操作件58转动内齿轮A的接合部并非点接触，而通过沿环状沟52延长的卡合部55g的接触进行，轴向不倾斜就可移动内齿轮A。

另一方面，在齿轮箱6侧设有卡合齿53(图1的实施形态固定于齿轮箱6的第一段行星机构的固定构件B端面设有卡合齿53)，第2段行星机构的托架C设有构成被卡合部的卡合齿51。并且，内齿轮A沿轴向前方滑动时，内齿轮A内周面的齿沟99与托架C的卡合齿51卡合，当内齿轮A沿轴向后方滑动时，内齿轮A端面的卡合齿54与设在齿轮箱6侧的卡合齿53即卡合。并且，通过杠杆55前进而使内齿轮A前进，内齿轮A内周的齿沟99与设于第2段托架C的卡合齿51卡合时，内齿轮A即与托架C一体地装设的恒星齿轮40结合。相反地，通过手柄55后退，就使内齿轮A后退，如图1所示因设于固定构件B的卡合齿53与内齿轮A的卡合突起54卡合，所以内齿轮A的回转将被阻止。后者情况下，即使在第二段行星机构也有效地进行减速，故成为大减速比，前者情况下，行星齿轮36不会在其轴周围进行回转(自转)，由于恒星齿轮35与托架C为直接连接形态，故只有第一段行星机构为有效，从而使减速比变小。另外，任何情况都可保持内齿轮A与行星齿轮36的啮合。

如图5所示，上述托架C由弹性率相异的复合材料例如由金属与合成树脂构成。例如至少有关扭矩传递的恒星齿轮40因传递高扭矩而由铁系烧结合金形成，并且，行星齿轮回转支持用行星齿轮轴36a也由铁系烧结合金形成。另外，行星齿轮轴36a并不限于烧结合金而由金属销构成，也可通过将此金属销压入恒星齿轮40而加以固定。又，与托架C的至少内齿轮A的齿沟99卡合之卡合齿51系由如聚胺树脂这样的合成树脂构成。另一方面，内齿轮A的齿沟99也由合成树脂形成。如图6所示，在此实施形态中，在与托架C的卡合齿51的内齿轮A的卡合侧齿轮面全周设有圆锥面51a，51b，藉以在回转过程中变速时，可在内齿轮A沿轴向产生推进力，使回转时的变速顺利进行。托架C系将恒星齿轮40烧结成形后，使用注塑模而可与合成树脂同时成形制造，此时在模具的拔模方向与内齿轮A的卡合侧齿轮面全周可形成任意锥度。图5(b)中的P.L表示模具离模线(parting line)，F表示拔模方向。

然而，由于内齿轮A的齿沟99及托架C的卡合齿51由合成树脂形成，所以不仅可防止卡合于托架C的卡合齿51的内齿轮A的齿沟99摩损，并且动作中的变速切换可良好地进行。亦即，由于离合器动作时(扭矩限制器动作时)的反复振动，在托架C与内齿轮A的卡合侧齿面虽然会施加冲击振动，但是，此系由于托架C本身作为高扭矩传递装置而采用铁系烧结合金所致，在本发明中，高速回转的内齿轮A与卡合于该内齿轮A的齿沟99中的托架C的卡合齿51由相同材质(合成树脂)构成，故可防范由振动的面压不足引起面摩损，可延长扭矩限制器动作寿命及动作中的变速切换寿命。此外，因内齿轮A与托架C的卡合部的抗冲系数很小，能吸收变速时的互相冲击力，即使在回转中也没有噪音，可进行良好的变速。

又，成为托架C的扭矩传递部的恒星齿轮40及行星齿轮36a系由与托架C的卡合齿51弹性率相异材料例如铁系烧结合金的金属材料形成，故可无损失地传递扭矩。此时，考虑回转中变速发生的内齿轮A与托架C的冲击等引起齿沟99的面压坏，故托架C的卡合齿51较佳为采用轻量且弹性率高的同种材料如塑胶材料的玻璃强化材料，可防止因离合器动作时的振动滑动引起的齿面摩损或因回转中变速切换时的冲击引起的齿沟99的面压坏等现象。由此也可减低变速时的变速声音，另外由于内齿轮A与托架C等互相零件的抗冲少即可，故可进行动作中的良好变速，从而可进行可靠而稳定的变速切换。

并且，托架C的卡合齿51，系在与内齿轮A卡合侧齿面全周设有为易于变速的圆锥面面51a，51b，在回转时变速中内齿轮A在其轴向产生推进力，故内齿轮A与托架C的卡合分开时，内齿轮A由于圆锥面51a，51b而被推压沿分离方向而平稳分离，并且，内齿轮A与托架C卡合时也由于圆锥面51a，51b平稳地卡合，故回转时的变速更为良好。

现对扭矩调整用的离合器部4说明如下。该离合器部4不仅与上述减速部3同样采用行星机构，并且除扭矩调整装置外还装设有阻止输出轴7两方向回转的锁紧装置。

另外，锁紧装置可在马达2回转停止时将输出轴5对于齿轮箱6自动地锁紧，并具有当马达回转2时就使该锁紧自动解除的功能，因系现有公知机构，故其说明从略。

扭矩调整装置系由在内齿轮42前端外周部周向等间隔突设的多个卡止突起48、配设于形成在机箱61的上述多个孔内的钢珠74、离合器板77、掣子板75、离合器弹簧76、调整螺丝79及上述离合器外部操作件78构成，钢珠74经掣子板75可卡合于形成在内齿轮42的卡止突部48，而构成为当负荷扭矩超过预定值时输出轴5即与恒星齿轮40分开的扭矩限制器。并且，回转离合器外部操作件78通过调整离合器弹簧76对于钢珠74的推压力来调整扭矩。

在此，扭矩限制器动作，亦即离合器动作时，因钢珠74与内齿轮的卡止突起48冲击而发生冲击振动。此时的冲击能量为扭矩限制器动作时的动作扭矩与振动频率成比例。又，即使是相同的动作扭矩，转速高的高速模式动作时的冲击能量为高。

表1

	扭矩限制器的动作扭矩	振动频率	比率
				高速模式	1.5Nm	2.8×105	2.9
低速模式	1.5Nm	9.7×104	1

采用时高速模式能在螺栓旋紧作业中作为扭矩限制器，例如1.5Nm程度可涵盖大部分作业。另外，表1中的振动频率为本体转速以高速模式为770转/分，在低速模式时为270转/分时，为由本体转速(转/分)×6(离合器数)×60(秒)求得的数值。

在此，高速模式系指将例如第2段行星机构中的内齿轮A卡合于第1段行星机构的托架D(直接连接第1段与第2段)而使用第1段与第3段行星机构的状态，又，所谓低速模式系指将例如第2段行星机构中的内齿轮A卡合于设在齿轮箱侧的固定构件B而停止回转而使用第1段、第2段与第3段的所有各行星机构的状态。

又，图7中的线L1系表示低速模式(使用所有3段行星机构)时本体转速与扭矩曲线的关系，线L2系表示高速模式(使用2段行星机构)时本体转速与扭矩曲线的关系。图表中的2.8倍数值系表示同一扭矩时的高速与低速回转比。亦即，扭矩限制器动作时(例如1.5Nm)的回转比为2.8倍，此回转比为扭矩限制器动作的高速与低速的冲击振动数比。

上述本发明中，技术方案1的带有变速机构的旋转工具系在电动机的输出处设置行星机构、将行星机构中的可回转内齿轮在齿轮箱内配置成可沿轴向移动、将与设在该内齿轮卡合部卡合被卡合部分别设于相邻的固定构件与托架、移动内齿轮将内齿轮固定于固定构件或切换到与托架一体化而进行变速、装设对于齿轮箱向轴向移动自如的外部操作用的外部操作件、并将外部操作件卡合于内齿轮，由于托架中的至少被卡合部由合成树脂形成并且至少有关扭矩传递的恒星齿轮及行星齿轮轴由金属形成，由该弹性率相异的材料复合形成的托架的被卡合部所卡合的内齿轮卡合部由合成树脂形成，故可防止由振动等引起卡合部的面摩损，不仅可延长扭矩限制器动作寿命及动作中的变速切换寿命，且无损失地由托架进行扭矩传递，故可减低变速时的变速音，在动作中可进行良好的变速，从而可进行可靠且稳定的变速切换。

又，技术方案2除技术方案1的效果外，形成托架的被卡合部与内齿轮的卡合部的合成树脂材料为相同弹性率的材料，故可吸收变速时的互相冲击力，即使在回转中也没有噪音，可进行良好的变速。

又，技术方案3除技术方案1的效果外，在托架的被卡合部内齿轮的卡合侧齿面全周设有任意圆锥面，故在回转时的变速中，内齿轮在其轴向产生推进力，从而易于变速，回转时变速更为良好。

Claims (3)

1.一种带有变速机构的旋转工具，系在电动机输出处装设行星机构，将所述行星机构中的回转内齿轮在齿轮箱内配置成可沿轴向移动，与装设在该内齿轮的卡合部卡合的被卡合部分别设于固定构件与托架，移动内齿轮将内齿轮固定于所述固定构件，或切换成与托架一体化进行变速，装设对于内齿轮向轴向移动自如的外部操作用的外部操作件，将所述外部操作件卡合于内齿轮，其特征在于，所述托架的至少被卡合部由合成树脂形成，并且，至少有关扭矩传递的恒星齿轮及行星齿轮由金属形成，卡合于由该弹性率相异材料复合形成的托架的被卡合部中的所述内齿轮的卡合部由合成材料形成。

2.如权利要求1所述的带有变速机构的旋转工具，其特征在于，形成所述托架的被卡合部与所述内齿轮的卡合部的合成材料使用相同弹性率的材料。

3.如权利要求1所述的带有变速机构的旋转工具，其特征在于，在所述托架的被卡合部的内齿轮的卡合侧齿面全周设有任意圆锥面。

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