JP2000024944A - 変速機付回転工具 - Google Patents
変速機付回転工具Info
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- JP2000024944A JP2000024944A JP19839798A JP19839798A JP2000024944A JP 2000024944 A JP2000024944 A JP 2000024944A JP 19839798 A JP19839798 A JP 19839798A JP 19839798 A JP19839798 A JP 19839798A JP 2000024944 A JP2000024944 A JP 2000024944A
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Abstract
換え寿命を長く延ばす。 【解決手段】 電動機の出力に遊星機構を設け、遊星機
構における回転可能とされたインターナルギアAをギア
ケース6内に軸方向に移動可能に配置し、該インターナ
ルギアAに設けた係合部99と係合する被係合部を隣合
う固定部材BとキャリアCとにそれぞれ設け、インター
ナルギアAを移動させてインターナルギアAを固定部材
Bに固定するか、キャリアCに一体化するかを切り換え
て変速を行うようにした変速機付回転工具である。キャ
リアCにおける少なくとも被係合部51を合成樹脂で形
成すると共に少なくともトルク伝達に関わる太陽ギア4
0及び遊星ギア軸36aを金属で形成する。該弾性率の
異なる材料で複合形成されたキャリアCの被係合部51
に係合するインターナルギアAの係合部99を合成樹脂
で形成する。
Description
星機構を利用したドリル、ドライバー等の変速機付回転
工具に関するものである。
における遊転自在のインターナルギアを固定するか、遊
星ギアを支持するキャリアと連結してキャリアと一体に
回転するかによって変速を行うようにしたものが知られ
ている。このようなものではインターナルギアを固定す
ると、通常の遊星機構としての減速を行うが、インター
ナルギアをキャリアと連結した時には太陽ギアとキャリ
アとを直結したこととなり、減速を行わないものとする
ことができるという特徴を有している。
ではインターナルギアそのものを軸方向に摺動させて、
ギアケース側に設けられた固定部材に噛み合わせること
でインターナルギアの固定を行い、そして同じくインタ
ーナルギアを逆方向に摺動させてキャリアの係合歯に噛
み合わせることでキャリアとの連結を行っている。
リミット機構を動作させたとき、あるいは外部操作子に
よる変速切り換えを行ったとき、以下の問題がある。つ
まり、インターナルギアの材質は、例えばプラスチック
PA66等の合成樹脂製であり、一方、キャリアの材質
は例えば鉄系焼結合金等の金属製であり、トルクリミッ
ター動作時(クラッチ動作時)及び動作中の変速切り換
え時に、インターナルギアとキャリアとの係合歯部が磨
耗したり、また変速切り換え時における係合側歯面の衝
突による面潰れが発生するという問題があった。
あり、その目的とするところは、トルクリミッター動作
及び動作中の変速切り換え寿命を長く延ばすことがで
き、さらに動作中の変速が良好に行え、変速時の騒音も
少なく、確実な変速切り換えができて安定した変速機付
回転工具を提供するにある。
め、本発明は、電動機の出力に遊星機構を設け、遊星機
構における回転可能とされたインターナルギアAをギア
ケース6内に軸方向に移動可能に配置し、該インターナ
ルギアAに設けた係合部99と係合する被係合部を隣合
う固定部材BとキャリアCとにそれぞれ設け、インター
ナルギアAを移動させてインターナルギアAを固定部材
Bに固定するか、キャリアCに一体化するかを切り換え
て変速を行うようにしたものであって、ギアケース6に
対して軸方向に移動自在な外部操作用の外部操作子58
を設け、外部操作子58をインターナルギアAに係合さ
せた変速機付回転工具において、キャリアCにおける少
なくとも被係合部51を合成樹脂で形成すると共に少な
くともトルク伝達に関わる太陽ギア40及び遊星ギア軸
36aを金属で形成し、該弾性率の異なる材料で複合形
成されたキャリアCの被係合部51に係合するインター
ナルギアAの係合部99を合成樹脂で形成したことを特
徴としており、このように構成することで、振動等によ
る係合部99の面磨耗の発生を未然に防止でき、トルク
リミッター動作寿命及び動作中の変速切り換え寿命を長
く延ばすことができると共に、キャリアCによるトルク
伝達が損失なく行われ、従って、変速時の変速音を低減
でき、動作中の良好な変速ができるようになる。
ターナルギアAの係合部99とを形成する合成樹脂材料
を同じ弾性率の材料とするのが好ましく、この場合、変
速時の互いの衝突力が吸収され、回転中でも騒音なく、
良好な変速ができるようになる。
るインターナルギアAとの係合側歯面全周に任意のテー
パー面が設けられているのが好ましく、この場合、回転
時の変速中に、インターナルギアAにはその軸方向に推
進力が生じて、変速が一層しやすくなる。
施形態に基づいて詳述する。図示例は電動ドリルドライ
バーの動力系アセンブリにおける減速部3に組み込まれ
たもので、このアセンブリは図1乃至図4に示すよう
に、モータ2、ギアケース6並びに締め付けトルク調整
用のクラッチハンドル78とチャック8とから構成され
ている。そしてギアケース6内には、変速機能を備えた
減速部3と、ロック手段を備えたトルク調整用クラッチ
部4とが配設されている。
チ部4について説明する。まず、ギアケース6は、円筒
状のケース61と、このケース61の後端に取り付けら
れるモータ取付台60とから形成されている。またケー
ス61には軸方向に長い一対の長孔63が設けられ、ケ
ース61には軸方向に貫通する複数個の孔が設けられて
いるとともに、前端より雄ねじ形状の突起部66が一体
に突設されている。
されている減速部3は、例えば三段の遊星機構によって
構成されたもので、一段目の遊星機構はモータ2の出力
軸20に固着された太陽ギア31と、ケース61内面に
固着された固定部材B、この両者に噛み合う複数個の遊
星ギア32、そして各遊星ギア32を支持する軸を備え
たキャリアDとからなり、二段目の遊星機構はキャリア
Dに一体に形成された太陽ギア35、軸方向に移動自在
なインターナルギアA、複数個の遊星ギア36、そして
各遊星ギア36を支持するキャリアCによって構成され
ている。三段目の遊星機構は、ケース61内に配設さ
れ、上記キャリアCに一体に形成されている太陽ギア4
0、インターナルギア42、この両者に噛み合う複数個
の遊星ギア41、各遊星ギア41を支持するキャリア4
3とで構成されている。
うにケース61に固着されているのに対して、インター
ナルギアAはその軸方向に摺動自在且つ軸まわりに回転
自在とされており、そして外周面中央部には環状溝52
が形成されているとともに、外周面一端側には複数個の
係合歯54(図1)が周方向において等間隔に設けられ
ており、インターナルギアAの内周には係合部を構成す
る歯溝99が設けられている。
ーナルギアAの外周面に形成されている環状溝52に両
端部を係合させているレバー55によってなされるもの
であり、該レバー55はハウジング100に対してスラ
イド移動自在に取り付けた外部操作子58に取り付けて
ある。
10に示すように、ハウジング100のガイド100a
に沿ってスライド移動自在に取り付けてあり、この外部
操作子58の両側にはクリック突起58aを有するクリ
ックアーム58bが設けてあり、また、該外部操作子5
8の下面部には凹部58cが設けてあり、外部操作子5
8の下面部の凹部58cのスライド方向の両端部にはそ
れぞれ係止部58d、58eが設けてあり、また、上記
クリック突起58aは該凹部58cの両側に位置してい
る。一方、レバー55は線材により構成してあって弾性
を有しており、主体部55bが線材を折り返して2条の
線材部分が略平行になった部分により構成してあり、こ
の2条の線材部分よりなる主体部55bの略中間部にお
いて2条の線材部分からそれぞれ側方に向けて突部55
cが突曲してあり、また、主体部55bの折り返し基部
部分を両側に突曲して被係止部55dを設けてあり、更
に、主体部55bを構成する2条の平行な線材部分の先
端からそれぞれ略L状に脚部55eが連出してあり、こ
の脚部55eの連出基部が被係止部55fとなってい
る。そして、レバー55の主体部55bを外部操作子5
8の下面部の凹部58cに位置させ、係止部58d、5
8eを被係止部55d、55fに係止し、更に、突部5
5cをクリック突起58aの背部のはめ込み凹所58f
にはめ込む。このようにしてレバー55の主体部55b
が外部操作子58の下面部に取り付けられ、外部操作子
58をガイド100aに沿ってスライド移動すること
で、レバー55も外部操作子58と同じ方向に移動する
ことになる。ここで、ハウジング100のガイド100
aの両側面にはクリック突起58aが弾性的に係止自在
な突部又は凹部(図示せず)が形成してある。そして、
突部55cをクリック突起58aの背部のはめ込み凹所
58fにはめ込んでクリック突起58aを内側から押圧
するように設定してあるので、クリック突起58aは弾
性を有する線材よりなるレバー55の弾性力によりクリ
ック性が付与されることになる。また、このように突部
55cをクリック突起58aの背部のはめ込み凹所58
fにはめ込んで弾接していることで主体部55bが凹部
58cから抜けないようになっている。レバー55の両
側の略L状をした脚部55e先端部はケース61に形成
された長孔63,63(図9)を通じてインターナルギ
アAの環状溝52と係合しているものである。
部55e先端部を屈曲してインターナルギアAの外周面
の環状溝52と安定接触係合するための係合部55g
(図10)が設けてある。環状溝52と安定接触係合す
るための係合部55gの形状は、例えば環状溝52の溝
底の円弧に沿うような円弧状となっている。なお、円弧
状としたものの場合、図10に示すように両側の係合部
55gがそれぞれ環状溝52の外周の略1/4の長さと
し、両係合部55gを環状溝52の略半周にわたって係
合するようにするのが好ましい。このように脚部55e
の先端部を屈曲して環状溝52と安定接触係合するため
の係合部55gを形成することで、外部操作子58でイ
ンターナルギアAを動かす接合部が点接触でなく、環状
溝52に沿って延長された係合部55gによる接触によ
り行われることになって、軸方向への傾きなくインター
ナルギアAを移動することができることになる。
けられ(図1の実施形態においてはギアケース6に固定
した第1段目の遊星機構における固定部材Bの端面に係
合歯53が設けられ)、第2段目の遊星機構におけるキ
ャリアCには被係合部を構成する係合歯51が設けられ
ている。そして、インターナルギアAが軸方向の前方に
摺動した時、インターナルギアAの内周面の歯溝99と
キャリアCの係合歯51とが係合し、インターナルギア
Aが軸方向の後方に摺動した時、インターナルギアAの
端面の係合歯54とギアケース6側に設けた係合歯53
とが係合するようになっている。そして、レバー55を
前進させることによって、インターナルギアAを前進さ
せて、インターナルギアAの内周の歯溝99と2段目の
キャリアCに設けられた係合歯51と係合させた時に
は、インターナルギアAとキャリアCに一体に設けた太
陽ギア40とを結合させるものである。逆にレバー55
を後退させることにより、インターナルギアAを後退さ
せて、図1に示すように固定部材Bに設けた係合歯53
とインターナルギアAの係合突起54とが係合すること
で、インターナルギアAはその回転が阻止される。後者
の場合には、二段目の遊星機構においても減速が有効に
行なわれることから、大減速比となり、前者の場合には
遊星ギア36がその軸まわりの回転(自転)を行なうこ
とがなく、太陽ギア35とキャリアCとが直結された形
となるために、第1段目の遊星機構の減速のみが有効と
なり、従って減速比が小さくなる。尚、いずれの場合
も、インターナルギアAと遊星ギア36との噛み合いは
保たれている。
うに、弾性率の異なる複合材料、例えば金属と合成樹脂
とで構成されている。例えば少なくともトルク伝達に関
わる太陽ギア40は高トルク伝達のため鉄系焼結合金で
形成されており、さらに遊星ギア回転支持用の遊星ギア
軸36aも鉄系焼結合金で形成されている。なお、遊星
ギア軸36aは、燒結合金に限らず、例えば金属ピンで
構成し、この金属ピンを太陽ギア40に圧入により固定
するものであってもよい。また、キャリアCにおける少
なくともインターナルギアAの歯溝99に係合する係合
歯51は、ポリアミド樹脂のような合成樹脂で構成され
ている。一方、インターナルギアAの歯溝99も合成樹
脂で形成されている。この実施形態では、図6に示すよ
うに、キャリアCの係合歯51におけるインターナルギ
アAとの係合側歯面全周にテーパー面51a,51bが
設けられており、これにより、回転時の変速中に、イン
ターナルギアAにはその軸方向に推進力を生じさせるこ
とができ、回転時の変速が良好に行われるようになって
いる。ここで、キャリアCは、太陽ギア40を焼結成形
後、インジェクション金型で合成樹脂と同時成形して製
造することができ、このとき金型の抜き方向にインター
ナルギアAとの係合側歯面全周に任意のテーパーが形成
できるものである。図5(b)中のP.Lは金型パーテ
ィングライン、Fは金型抜き方向を示している。
及びキャリアCの係合歯51を合成樹脂で形成したか
ら、キャリアCの係合歯51に係合するインターナルギ
アAの歯溝99の磨耗を防止できると共に、動作中の変
速切り換えが良好にできるようになる。つまり、クラッ
チ動作時(トルクリミッター動作時)の繰り返し振動に
より、キャリアCとインターナルギアAとの係合側歯面
には衝撃振動が加わるが、これはキャリアC自身が高ト
ルク伝達手段として鉄系焼結合金が使用されているため
であり、本発明においては、高速回転しているインター
ナルギアAとこのインターナルギアAの歯溝99に係合
するキャリアCの係合歯51を同じ材質(合成樹脂)で
構成してあるので、振動による面圧不足による面磨耗の
発生を未然に防止でき、トルクリミッター動作寿命及び
動作中の変速切り換え寿命を長く延ばすことができる。
そのうえ、インターナルギアAとキャリアCとの係合部
の反発係数が小さいために、変速時の互いの衝突力が吸
収され、回転中でも騒音なく、良好な変速ができるよう
になる。
陽ギア40及び遊星ギア軸36aは、キャリアCの係合
歯51とは弾性率の異なる材料、例えば鉄系焼結合金の
ような金属材料で形成されているので、損失なくトルク
伝達ができるようになる。このとき、回転中の変速で生
じるインターナルギアAとキャリアCとの衝突等による
歯溝99の面潰れを考慮して、キャリアCの係合歯51
を軽量且つ弾性率が高い同種材料、例えばプラスチック
材料のガラス強化材を使用するのが好ましく、この場
合、クラッチ動作時の振動摺動による歯面磨耗や回転中
の変速切り換え時の衝撃による歯溝99の面潰れ等を防
止することができる。このことにより、変速時の変速音
も低減でき、またインターナルギアAとキャリアC等の
相互部品の反発が少なくて済むので、動作中の良好な変
速ができるようになり、結果として確実でしかも安定し
た変速切り換えが可能となる。
ターナルギアAとの係合側歯面全周には、回転時の変速
中にインターナルギアAにはその軸方向に推進力が生じ
て、変速がしやすくするためのテーパー面51a,51
bが設けられているので、インターナルギアAとキャリ
アCの係合が離れるときに、テーパー面51a,51b
によってインターナルギアAが離れる方向に押されてス
ムーズに離れることができ、且つ、インターナルギアA
とキャリアCとが係合するときにもテーパー面51a,
51bによって係合がスムーズになり、結果として回転
時の変速が一層良好なものとなる。
て説明する。このクラッチ部4は上記減速部3と同様に
遊星機構を利用したものであるとともに、トルク調整手
段のほかに、出力軸7の両方向の回転を阻止するロック
手段も組み込まれている。
めた時に出力軸5をギアケース6に対して自動的にロッ
クしてしまい、モータ2を回転させればこのロックを自
動的に解除する機能をもつものであるが、この点につい
ては従来から公知の機構であるので、説明を省略する。
の前端外周部に周方向において等間隔に突設された複数
個の係止突起48と、ケース61に形成された前記複数
個の孔内に配設された鋼球74、クラッチ板77、クリ
ック板75、クラッチばね76、アジャストねじ79及
び前記クラッチ外部操作子78で構成されており、クラ
ッチ板75を介して鋼球74がインターナルギア42に
形成されている係止突起48と係合するようになってお
り、負荷トルクが所定値以上になった時に出力軸5と太
陽ギア40とを切離してしまうトルクリミッターが構成
してある。そして、クラッチ外部操作子78を回転して
クラッチばね76による鋼球74への押圧力を調整する
ことで、トルク調整を行うようになっている。
ち、クラッチ動作時は、インターナルギアの係止突起4
8に鋼球74が衝突することで衝撃振動が発生する。こ
のときの衝撃エネルギーは、トルクリミッター動作時の
動作トルクと振動周波数に比例すると考えられる。また
同じ動作トルクでも、回転数の高い高速モードでの動作
時の方が衝撃エネルギーが高いと考えられる。
的にもトルクリミッターとしては、例えば1.5Nm程
度でほとんどの作業がカバーできるようになる。なお表
1中の振動周波数は、本体回転数が高速モードで770
/min、低速モードで270/minとしたとき、本
体回転数(/min)×6(クラッチ数)×60(se
c)により求められる数値である。
遊星機構におけるインターナルギアAを1段目の遊星機
構におけるキャリアDに係合(1段目と2段目とを直
結)して、1段目と3段目の遊星機構を使用する状態を
いい、また、低速モードとは、例えば2段目の遊星機構
におけるインターナルギアAをギアケース側に設けた固
定部材Bに係合して回転を止め、1段目と2段目と3段
目の各遊星機構をすべて使用する状態をいう。
(3段の遊星機構をすべて使用)時の本体回転数とトル
ク曲線との関係を示し、ラインL2は高速モード(2段
の遊星機構を使用)時の本体回転数とトルク曲線との関
係を示している。グラフ中の2.8倍の数値は、同一ト
ルクでの高速、低速の回転比を表している。つまり、ト
ルクリミッター動作時(例えば1.5Nm)の回転比は
2.8倍であり、この回転比がトルクリミッター動作に
よる高速、低速の衝撃振動数比となる。
の発明は、電動機の出力に遊星機構を設け、遊星機構に
おける回転可能とされたインターナルギアをギアケース
内に軸方向に移動可能に配置し、該インターナルギアに
設けた係合部と係合する被係合部を隣合う固定部材とキ
ャリアとにそれぞれ設け、インターナルギアを移動させ
てインターナルギアを固定部材に固定するか、キャリア
に一体化するかを切り換えて変速を行うようにしたもの
であって、ギアケースに対して軸方向に移動自在な外部
操作用の外部操作子を設け、外部操作子をインターナル
ギアに係合させた変速機付回転工具において、キャリア
における少なくとも被係合部を合成樹脂で形成すると共
に少なくともトルク伝達に関わる太陽ギア及び遊星ギア
軸を金属で形成し、該弾性率の異なる材料で複合形成さ
れたキャリアの被係合部に係合するインターナルギアの
係合部を合成樹脂で形成したから、振動等による係合部
の面磨耗の発生を未然に防止でき、トルクリミッター動
作寿命及び動作中の変速切り換え寿命を長く延ばすこと
ができると共に、キャリアによるトルク伝達が損失なく
行われ、従って、変速時の変速音を低減でき、動作中の
良好な変速ができるようになり、結果として確実でしか
も安定した変速切り換えが可能となる。
の効果に加えて、キャリアの被係合部とインターナルギ
アの係合部とを形成する合成樹脂材料を同じ弾性率の材
料としたから、変速時の互いの衝突力が吸収され、回転
中でも騒音なく、良好な変速ができるようになる。
の効果に加えて、キャリアの被係合部におけるインター
ナルギアとの係合側歯面全周に任意のテーパー面が設け
られているから、回転時の変速中に、インターナルギア
にはその軸方向に推進力が生じて、変速がしやすくな
り、回転時の変速が一層良好となる。
る。
ャックを取付けた状態の正面図である。
ャリアの正面図及び側面断面図である。
(b)は(a)の矢印方向bからみた矢視図である。
グラフである。
下面図である。
作子とレバーとを示す分解斜視図である。
した部分を示す断面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 電動機の出力に遊星機構を設け、遊星機
構における回転可能とされたインターナルギアをギアケ
ース内に軸方向に移動可能に配置し、該インターナルギ
アに設けた係合部と係合する被係合部を隣合う固定部材
とキャリアとにそれぞれ設け、インターナルギアを移動
させてインターナルギアを固定部材に固定するか、キャ
リアに一体化するかを切り換えて変速を行うようにした
ものであって、ギアケースに対して軸方向に移動自在な
外部操作用の外部操作子を設け、外部操作子をインター
ナルギアに係合させた変速機付回転工具において、キャ
リアにおける少なくとも被係合部を合成樹脂で形成する
と共に少なくともトルク伝達に関わる太陽ギア及び遊星
ギア軸を金属で形成し、該弾性率の異なる材料で複合形
成されたキャリアの被係合部に係合するインターナルギ
アの係合部を合成樹脂で形成したことを特徴とする変速
機付回転工具。 - 【請求項2】 キャリアの被係合部とインターナルギア
の係合部とを形成する合成樹脂材料を同じ弾性率の材料
としたことを特徴とする請求項1記載の変速機付回転工
具。 - 【請求項3】 キャリアの被係合部におけるインターナ
ルギアとの係合側歯面全周に任意のテーパー面が設けら
れていることを特徴とする請求項1記載の変速機付回転
工具。
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