JP2002137179A - 電動工具 - Google Patents

電動工具

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JP2002137179A
JP2002137179A JP2001225895A JP2001225895A JP2002137179A JP 2002137179 A JP2002137179 A JP 2002137179A JP 2001225895 A JP2001225895 A JP 2001225895A JP 2001225895 A JP2001225895 A JP 2001225895A JP 2002137179 A JP2002137179 A JP 2002137179A
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gear
key
plastic
shaft
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Withdrawn
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JP2001225895A
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Junichi Kamimura
淳一 上村
Mitsuo Ogura
光雄 小倉
Mitsusachi Ishikawa
光幸 石川
Yoshimitsu Kawasaki
佳光 川崎
Juro Kobayashi
十郎 小林
Naoya Eto
直哉 衛藤
Hiroto Inagawa
裕人 稲川
Takahiro Murakami
卓宏 村上
Itsuo Sato
五夫 佐藤
Jinichi Yokoyama
仁一 横山
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Koki Holdings Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Koki Co Ltd
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    • Y10T74/19893—Sectional
    • Y10T74/19907—Sound deadening

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ギヤの衝突を緩和することで騒音
を低減し、更に高トルクに耐えうる歯車機構を有する電
動工具を提供することである。 【解決手段】 出力軸３と歯車４との間に高強度プラス
チックから成る動力伝達キー７を設け、更に動力伝達キ
ー７と接触する出力軸３及び歯車４に平面或いはＶ溝を
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、騒音を低減する歯
車機構及び耐トルク機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の電動工具は、交流電源による加振
力、歯車のピッチ誤差及び偏心等により回転変動が起
き、駆動軸側の歯車と出力側の歯車がそれぞれの歯面で
衝突、振動を繰り返す。この時、歯面と歯面の衝突によ
り音が発生し、また歯面と歯面の衝突力が加振力となる
ため、歯車機構部以外からも騒音が発生していた。特に
起動時には駆動軸側のトルクが大きいため、衝撃力も大
きく、これにより大きな騒音が発生していた。そこで上
記騒音を低減するため、歯車精度を向上させたり、或い
は歯車歯面の形状を変更して対応していた。また、機構
的にギヤ音を低減するため、動力伝達軸と歯車を結合す
るための歯車内径にある鋼材キーのがたを利用してい
た。なお、鋼材キーを用いた構成は、剪断荷重によって
トルクを伝達している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】歯車精度を向上させる
ためには、歯車の歯切りを２回以上行う、或いはカッタ
の代わりに研削砥石による歯面の研磨を行うこと等があ
げられる。しかし、加工工数の増加による生産性の低
下、それに伴いコスト高になってしまうという問題があ
った。
【０００４】また、仮に歯車精度を向上させたとしても
他部品の組立精度により歯車同士の噛み合いが悪化し、
結果的に騒音が発生してしまうという問題があった。
【０００５】また、鋼材キーとキー溝の隙間を利用する
構成では、起動時にキー及び歯車キー溝部に加わる衝撃
応力が、歯車と軸とを圧入にて結合させたものに比べ著
しく高く、強度面で使用できる範囲が限定されてしまう
という問題があった。
【０００６】本発明の目的は、上記問題を解消し、ギヤ
の衝突を緩和することで騒音を低減し、更に高トルクに
耐えうる歯車機構を有する電動工具を提供することであ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的は、駆動装置
と、該駆動装置の回転動力を伝達する出力軸と、出力軸
上に間隙を持って配される歯車とを備えた電動工具にお
いて、出力軸と歯車との間に弾性体から成る動力伝達キ
ーを設け、更に動力伝達キーと接触する出力軸及び歯車
に平面或いはＶ溝を形成することにより達成される。
【０００８】上記目的は、駆動装置と、駆動装置の回転
動力を伝達する出力軸と、出力軸上に間隙を持って配さ
れる歯車とを備えた電動工具において、軸芯に平行な少
なくとも１つの平面またはＶ溝を有する軸と、平面また
はＶ溝の側面に当接する面を有するプラスチックから成
るキーと、キーの他の面と当接する溝を軸穴部に有する
歯車とで動力を伝達し、且つ高負荷時に該歯車の軸穴部
或いは金属から成る部材と軸が接触することにより達成
される。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１〜図１２に示すまがりば傘歯
車を用いたディスクグラインダを例にとり第１実施例を
説明する。ディスクグラインダの回転は、図１に示すよ
うに駆動装置の回転子１に取付けられた小歯車２と出力
軸３側に取付けられた大歯車４により減速される。出力
軸３側には研削用砥石５が取付けられており、回転子１
からのトルクを砥石５に伝えることで鋼材等の研削が行
えるよう構成されている。図２〜図６は第１実施例の特
徴部を示す幾つかの例であり、出力軸３と大歯車４の嵌
合部に回転方向に動けるようにと周方向に０．００５ｍ
ｍ〜０.１ｍｍ程度の間隙６を設け、且つ高強度プラス
チックキー７と出力軸との間に０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ
程度の隙間を設け、更に出力軸３及び大歯車４に軸芯に
平行な少なくとも１つの平面またはＶ溝を持たせ、これ
ら平面またはＶ溝に当接する面を有する弾性率の小さい
動力伝達キーであるプラスチックキー７を設けている。
なお、上述した隙間以上にすると軸と歯車との芯間がず
れ動力伝達を正常な噛み合いにより行うことが難しくな
る可能性がある。また、プラスチックキー７のヤング率
は、３,０００ＭＰａ〜３０,０００ＭＰａであり、好ま
しくは３,０００ＭＰａ〜１７,０００ＭＰａであり、更
に好ましくは５,０００ＭＰａ〜１７,０００ＭＰａとな
っている。
【００１０】これにより回転子１に取り付けられた小歯
車２からの出力は、大歯車４、プラスチックキー７を介
して出力軸３に伝達することができる。このように鋼材
キーではなくプラスチックキー７を用いることで、入力
時に発生する衝撃的トルクを弾性変形により吸収するこ
とができるため衝撃を緩和できる。また、プラスチック
キー７は、必要な伝達トルクの大きさに応じてその個数
などを適宜選択でき、しかも鋼材キーに比べて減衰能が
優れているため、振動を吸収し騒音を低減することがで
きる。また、高強度プラスチック材には、熱可塑性及び
熱硬化性樹脂のうち、それらにガラス、カーボン繊維を
混入させ、強度を向上させたものが望ましい。なお、熱
可塑性プラスチックは熱依存性が高いため、高温下で使
用されることが多い電動工具用機構部品に用いる場合に
は、常温時の特性を維持できない場合があるので、高温
下（約１５０℃以上）で使用される部品の場合には注意
が必要である。また、熱硬化性プラスチックは、一般的
に熱可塑性プラスチックに比べて曲げ弾性率が高く、減
衰特性が約１／３程度であるため、騒音低減効果が得に
くい場合がある。これらのことを踏まえた上で、使用条
件を満足できる強度を有する材料を選定する必要があ
る。
【００１１】次にキー形状を図７〜図９を用いて説明す
る。大歯車４を出力軸３に対して円周方向に回転する構
造としたため、図７に示すようにプラスチックキー７の
出力軸３との接触面７aを平坦な形状とした場合、出力
軸３の当接面縁部３aと接触するプラスチックキー７の
接触面７aの当接部分には、他部に比べて大きな圧縮応
力が生じ大きな変形を伴う。このことから、図８及び図
９に示すようにプラスチックキー７の接触面７aに曲率
あるいは勾配を持たせることで、大歯車４からの荷重を
出力軸３面に連続的且つ均一に加わるように構成してあ
る。これによりプラスチックキー７の耐久性を向上させ
ることができる。
【００１２】次に図１０に出力軸３、大歯車４及びプラ
スチックキー７を図２のように配し、大歯車４を固定
し、出力軸３を回転させてプラスチックキー７の変形量
を比較した結果を示す。雰囲気温度は３０℃で、プラス
チック材にはポリアミド樹脂単体及びガラス繊維を添加
したものを用いる。また、出力軸３と接するプラスチッ
クキー７の接触面７aは平坦とする。横軸はプラスチッ
クキー７の変形量、縦軸に出力軸３に加えたトルクを示
す。常温時の曲げ弾性率３０００ＭＰａのプラスチック
キーは、トルク約２０Ｎ・ｍで０．９ｍｍの変形量を示
し、その後、出力軸３の回転角度を増やしてもトルクは
上昇せず、プラスチックキー７は出力軸３の軸方向へ塑
性変形し回復しなかった。本来、衝撃負荷を緩和する目
的からは、曲げ弾性率の小さい方が望ましいが、負荷に
十分対応可能な強度を有する材料を選定する必要があ
る。
【００１３】次に図１１に出力軸３にある回数のトルク
を加えそのトルクを加えた時の各プラスチックキー７の
変形量を示す。雰囲気温度は８０℃とした。また負荷条
件は、実際に加わるトルクを累積したものであり、条件
１は２０Ｎ・ｍを２０００００回繰り返し負荷したもの
で、条件２は条件１に更に１８Ｎ・ｍを１２００００回
負荷したもの、条件３は条件２に１５Ｎ・ｍを３０００
００回負荷したもの、条件４は条件３に１２Ｎ・ｍを１
４００００回負荷したものである。電動工具の種類によ
って異なるが、工具が高速回転するディスクグラインダ
等の場合、変形量が大きくなるにつれ工具の円周方向の
がたが増加し、騒音も増加する傾向を示す。従ってプラ
スチックキー７の変形量はなるべく少ないことが望まし
い。測定結果から何れの条件においてもプラスチックキ
ー７の接触面７aが平坦なものにおいては、曲げ弾性率
が１２０００ＭＰaと大きいものが最も変形量が少ない
ことがわかる。これに対して出力軸３と接するプラスチ
ックキー７面の形状を図８に示すように曲率を有するも
のとしたもので同様に試験を行った。その結果、変形量
はプラスチックキー７の接触面７aを平坦としたものに
比べて約１／３となった。これはプラスチックキー７の
接触面７aを平坦にした場合、出力軸３にある回転角度
が生じることで、出力軸３の当接面縁部３aとプラスチ
ックキー７との接触部に局部的に大きな圧縮応力が発生
することにより，その部分が塑性変形してしまうためで
ある。これに対して接触面７aに曲率を有するプラスチ
ックキー７は、出力軸３が回転した際に出力軸３面に均
一に接触することで、面圧が低減されるため変形量が少
なくなる。このことから出力軸３の形状に合わせて曲率
あるいは勾配を設定することでプラスチックキーの耐久
性を向上させることができる。
【００１４】次に図１２にプラスチックキーにポリアミ
ド１２０００ＭＰa、曲率有のものを搭載した電動工具
の騒音測定結果を示す。ここで出力軸３に大歯車４を圧
入したものについて結果も合わせて説明する。なお、こ
の結果はモータ音を含んだ歯車音であり、入力時の起動
音及びある回転数での定常音とした。圧入歯車を搭載し
た電動工具に対して本実施例における電動工具は、起動
音で５ｄＢ、定常音で２ｄＢとそれぞれ低減されてい
る。ここで騒音低減は、歯車の歯面の衝突により発生す
る大歯車４からの衝撃トルクを出力軸３に伝達する際、
配設されたプラスチックキー７が、圧縮変形されると同
時にプラスチックキー７の変形中の減衰効果により騒音
を抑制したことにより達成されたものである。
【００１５】次に図１３〜図１７を用いて第２実施例を
説明する。図１３〜図１７は第２実施例の特徴部を示す
幾つかの例であり、構成としては何れも少なくとも１つ
の平面またはＶ溝を有する軸３と、それに当接するプラ
スチックキー７を有するものであり、必要な伝達トルク
の大きさに応じてその個数などを適宜選択できる。但
し、大歯車４に衝撃的に高いトルクが加わった際には、
プラスチックキー７にせん断応力が発生し、プラスチッ
クキー７が破損してしまう可能性があるため、大歯車４
の軸穴部に図に示すようにプラスチックキー７と出力軸
３との接触面７aと平行な形状８，８aを設ける。大歯車
４と一体構造とするには、鍛造，焼結，ワイヤカット等
での加工，或いはプラスチックキー７の強度を超える材
質の金属部材を挿入する方法で成形可能である。更にこ
の形状の高さはプラスチックキー７の高さよりも低く設
定する必要がある。
【００１６】次に図１８〜図２０に示すようにプラスチ
ックのみで動力を伝達させた一例とあわせて説明する。
大歯車４からプラスチックキー７、そして出力軸３にト
ルクを伝達する機構によりトルクが加わることで、大歯
車４の回転方向に対して出力軸３は相対的に逆回転方向
に回転しようとする力が働くことによりプラスチックキ
ー７は圧縮される。低いトルクの場合には、圧縮変形の
みでトルクが解放されるとプラスチックキー７も回復す
る。しかし更に特に衝撃的に高いトルクが加わると弾性
変形範囲を超えて、プラスチックキーのみでは図１８に
示すようにせん断応力により亀裂９を生じる。このこと
から電動工具のような小型歯車に搭載できる大きさのプ
ラスチック材では、高強度で且つ耐熱性の高いものでも
キーとして使用する範囲が限られてしまう。そこで図１
９に示す定常回転または起動時には、大歯車４が回転す
ることで出力軸３がプラスチックキー７とのみ接触し動
力伝達されるよう構成し、図２０に示すように更に高い
トルクが加わった際にはプラスチックキー７が出力軸３
により押しつぶされ、出力軸３は大歯車４の段差部８a
と接触し、それ以上のトルクが加わったとしても大歯車
４からの荷重のほとんどは図１３〜図１７に示すように
他金属部材８を介して出力軸３に伝えられ、また図２１
〜図２５に示すように大歯車４に荷重受け部が一体成形
されている場合には、上記荷重受け部を経て出力軸３に
伝えられるように構成されている。
【００１７】なお、常時衝撃トルクが加わることはない
ため、時間経過と共にトルクが低減することで、プラス
チックキー７の変形は回復しトルク伝達は再びプラスチ
ックキー７を介すようになる。また、本構成では、トル
クによりロック時に出力軸３が大歯車４の軸穴段付き部
に接触する位置、またプラスチックキーとの段差量を適
切に設定する必要がある。また、本構成において高負荷
時に軸と接触する部材をプラスチックキー７を越える強
度を有する材質としてあるのは上述したようにプラスチ
ックキー７のみでは、出力軸３との接触により高い剪断
応力が発生しプラスチックキー７が破損してしまうため
であり、材質としては、特に鉄系材料が望ましく、更に
高負荷の頻度が高い機種のものには鉄系材料に熱処理を
施し、耐剪断強度及び摩耗性を向上させることが望まし
い。
【００１８】よって、上述した第２実施例のように構成
すれば、駆動側歯面と出力側歯面の衝突力を緩和し、こ
れに起因し発生する騒音を低減することが可能となると
共に、キーに一定以上の荷重がかからなくすることでプ
ラスチックキーの破損を防止しプラスチックキーの重負
荷機種への適用が可能となる。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、歯車機構部における歯
面と歯面の衝突力を緩和することで、低騒音化が図れる
と共に、高トルクに耐えうる歯車機構を有する電動工具
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明になるディスクグラインダの動力伝達
部を示す一部省略縦断側面図である。
【図２】 本発明になる出力軸と大歯車とから成る動力
伝達部の第１実施例を示しており、そのうちの一例を示
す断面図である。
【図３】 本発明になる出力軸と大歯車とから成る動力
伝達部の第１実施例を示しており、そのうちの一例を示
す断面図である。
【図４】 本発明になる出力軸と大歯車とから成る動力
伝達部の第１実施例を示しており、そのうちの一例を示
す断面図である。
【図５】 本発明になる出力軸と大歯車とから成る動力
伝達部の第１実施例を示しており、そのうちの一例を示
す断面図である。
【図６】 本発明になる出力軸と大歯車とから成る動力
伝達部の第１実施例を示しており、そのうちの一例を示
す断面図である。
【図７】 出力軸とプラスチックキーとの接触面を示す
断面図である。
【図８】 本発明になる出力軸とプラスチックキーとの
接触面に曲面を設けた状態を示す断面図である。
【図９】 本発明になる出力軸とプラスチックキーとの
接触面に勾配を設けた状態を示す断面図である。
【図１０】 本発明になるプラスチックキーの変形量を
示すグラフである。
【図１１】 本発明になるプラスチックキーの累積負荷
時の変形量を示すグラフである。
【図１２】 本発明になる歯車機構を備えた電動工具に
よる騒音レベルを示すグラフである。
【図１３】 本発明になる出力軸と大歯車とから成る動
力伝達部の第２実施例を示しており、そのうちの一例を
示す断面図である。
【図１４】 本発明になる出力軸と大歯車とから成る動
力伝達部の第２実施例を示しており、そのうちの一例を
示す断面図である。
【図１５】 本発明になる出力軸と大歯車とから成る動
力伝達部の第２実施例を示しており、そのうちの一例を
示す断面図である。
【図１６】 本発明になる出力軸と大歯車とから成る動
力伝達部の第２実施例を示しており、そのうちの一例を
示す断面図である。
【図１７】 本発明になる出力軸と大歯車とから成る動
力伝達部の第２実施例を示しており、そのうちの一例を
示す断面図である。
【図１８】 出力軸とプラスチックキーとの接触面を示
す断面図である。
【図１９】 本発明になる動力伝達部の定常状態或いは
起動状態を示す断面図である。
【図２０】 本発明になる動力伝達部のロック状態を示
す断面図である。
【図２１】 第２実施例の変形例を示しており、大歯車
自体に受け部を直接設けた一例を示す断面図である。
【図２２】 第２実施例の変形例を示しており、大歯車
自体に受け部を直接設けた一例を示す断面図である。
【図２３】 第２実施例の変形例を示しており、大歯車
自体に受け部を直接設けた一例を示す断面図である。
【図２４】 第２実施例の変形例を示しており、大歯車
自体に受け部を直接設けた一例を示す断面図である。
【図２５】 第２実施例の変形例を示しており、大歯車
自体に受け部を直接設けた一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１は回転子，２は小歯車，３は出力軸，３ａは出力軸当
接面縁部，４は大歯車，５は研削用砥石，６は出力軸３
と大歯車４との隙間，７は高強度プラスチック，７aは
プラスチックキーの出力軸３との接触面、８はロック時
の大歯車４と出力軸３との接触部，８aはロック時の大
歯車４と出力軸３との接触部で他金属部材である。
フロントページの続き (72)発明者 川崎 佳光 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 (72)発明者 小林 十郎 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 (72)発明者 衛藤 直哉 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 (72)発明者 稲川 裕人 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 (72)発明者 村上 卓宏 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 (72)発明者 佐藤 五夫 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 (72)発明者 横山 仁一 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 駆動装置と、該駆動装置の回転動力を伝
    達する出力軸と、該出力軸上に間隙を持って配される歯
    車とを備えた電動工具において、前記出力軸と前記歯車
    との間に弾性体から成る動力伝達キーを設け、更に該動
    力伝達キーと接触する前記出力軸及び前記歯車に平面或
    いはＶ溝を形成することを特徴とした電動工具。
  2. 【請求項２】 前記動力伝達キーは、高強度プラスチッ
    クであることを特徴とした請求項１記載の電動工具。
  3. 【請求項３】 前記出力軸と前記動力伝達キーとの当接
    面に曲率或いは勾配を設けることを特徴とした請求項１
    記載の電動工具。
  4. 【請求項４】 駆動装置と、該駆動装置の回転動力を伝
    達する出力軸と、該出力軸上に間隙を持って配される歯
    車とを備えた電動工具において、軸芯に平行な少なくと
    も１つの平面またはＶ溝を有する軸と、該平面または該
    Ｖ溝の側面に当接する面を有するプラスチックから成る
    キーと、該キーの他の面と当接する溝を軸穴部に有する
    歯車とで動力を伝達し、且つ高負荷時に該歯車の軸穴部
    或いは金属から成る部材と軸が接触することを特徴とし
    た電動工具。
  5. 【請求項５】 高負荷時に前記軸と接触する部材は、前
    記プラスチックキーを越える強度を有する材質であるこ
    とを特徴とする請求項４記載の電動工具。
  6. 【請求項６】 前記金属から成る部材は、前記軸穴部に
    挿入されることを特徴とする請求項４または請求項５の
    何れか記載の電動工具。
  7. 【請求項７】 前記金属から成る部材は、前記歯車によ
    り一体成形されることを特徴とする請求項４または請求
    項５の何れか記載の電動工具。
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