JP2005238389A

JP2005238389A - 回転工具

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Publication number: JP2005238389A
Application number: JP2004051759A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Tozawa; 克美戸沢; Tokuo Hirabayashi; 徳夫平林
Original assignee: Makita Corp
Current assignee: Makita Corp
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2005-09-08

Abstract

【課題】回転工具における伝達トルク設定用のトルク設定手段につき、径方向の配置スペースの縮小化を図りつつ安定的な支持状態を得る上で有効な技術を提供する。
【解決手段】同一軸線上に配置された入力軸１３０および出力軸１２０と、入力軸側に設けられる第１のクラッチ体１５０と、第１のクラッチ体に対向して出力軸側に設けられる第２のクラッチ体１４０と、第１のクラッチ体と第２のクラッチ体が係合するように付勢力を付加し、工具ビットに当該付勢力を超えるトルクが作用したときには、いずれか一方のクラッチ体が他方のクラッチ体から離間する方向に移動することを許容し、これによって第１のクラッチ体と第２のクラッチ体との係合を解除するトルク設定手段１７１と、トルク設定手段の付勢力を調整する設定トルク調整手段１７３と、を備えた回転工具において、トルク設定手段は、相互に弾性定数の異なる複数の弾性領域を有し、それら複数の弾性領域がクラッチ体に付勢力を付加する方向に直列状に設けられる構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、工具ビットに作用するトルクが設定トルクに達したときに、入力側から出力側へのトルク伝達を遮断するトルク感応型クラッチを備えた回転工具に関する。

トルク感応型クラッチを備えた回転工具の１例として、特開平６−７１５７２号公報（特許文献１）には、入力側のトルクを出力側に伝達する機械式クラッチを備えた電動インパクトドライバの構成が開示されている。上記公報では、入力側と出力側との結合状態を得るべくクラッチを係合状態に付勢する付勢手段、換言すれば伝達可能なトルクを設定するトルク設定手段として、バネ定数の異なる２個のコイルスプリングを並列状に配置し、当該コイルスプリングによる付勢力をダイヤルの操作によって調整し、これによってクラッチの係合が解除されるときのトルクを調整する構成を採用している。このようにバネ定数の異なる２個のコイルスプリングを用いる技術によれば、単一のコイルスプリングを用いる場合に比べて、伝達トルクの設定幅を広げることが可能となる。

公報に記載された従来技術の場合、コイルスプリングを並列状に配置する構成のため、バネ定数の小さい（バネ力の弱い）コイルスプリングはバネ定数の大きい（バネ力の強い）スプリングよりも軸方向に長く形成される。このため、軸方向長さが長い方のコイルスプリングについては、両端支持の形態で支持できるものの、軸方向長さの短いコイルスプリングについては、一端が自由状態下に置かれる支持方式とならざるを得ず、安定性に欠けるといった問題がある。また並列配置のため、径方向に関して広い配置スペースが必要になり、結果としてクラッチ全体のコンパクトを妨げる一因ともなる。
特開平６−７１５７２号公報

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、回転工具における伝達トルク設定用のトルク設定手段につき、径方向の配置スペースの縮小化を図りつつ安定的な支持状態を得る上で有効な技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するため、各請求項記載の発明が構成される。
請求項１に記載の発明においては、駆動モータによって回転される入力軸と、入力軸と同一軸線上に配置される出力軸と、出力軸を介して回転駆動される工具ビットと、入力軸側に設けられる第１のクラッチ体と、第１のクラッチ体に対向して出力軸側に設けられる第２のクラッチ体と、第１のクラッチ体と第２のクラッチ体が係合するように付勢力を付加するトルク設定手段と、トルク設定手段の付勢力を調整する設定トルク調整手段と、を備えた回転工具が構成される。
トルク設定手段は、工具ビットに当該付勢力を超えるトルクが作用したときには、いずれか一方のクラッチ体が他方のクラッチ体から離間する方向に移動することを許容し、これによって第１のクラッチ体と第２のクラッチ体との係合を解除する。

上記の構成を備えた回転工具によれば、モータによって回転される入力軸のトルクは、互いに係合する第１のクラッチ体および第２のクラッチ体を介して出力軸に伝達され、更には工具ビットに伝達される。このとき入力軸から出力軸に伝達されるトルクは、第１および第２のクラッチ体を係合させるべく付勢するトルク設定手段の付勢力によって設定される。従って、工具ビットに作用するトルクがトルク設定手段にて設定された設定トルクを超えたときには、第１のクラッチ体または第２のクラッチ体のいずれかがトルク設定手段の付勢力に抗して係合を解除する方向へと移動し、これにより入力軸から出力軸へのトルク伝達が遮断される。このような形式のクラッチ、すなわちトルク感応型クラッチを備えた回転工具としては、典型的には工具ビットに作用するトルクがネジの締付作業の終了付近で急激に変動（増大）するネジ締め機、すなわち電動スクリュードライバや電動インパクトレンチがこれに該当するが、工具ビットに作用するトルクが急変する回転工具であれば広く適用することが可能である。

請求項１に記載の発明におけるトルク設定手段は、相互に弾性定数の異なる複数の弾性領域を有し、それら複数の弾性領域がクラッチ体に付勢力を付加する方向に直列状に設けられている構成とされる。ここで「弾性定数の異なる複数の弾性領域」を構成する態様としては、荷重に対する弾性変形が直線状を呈する複数の弾性領域を含む態様（例えば、ピッチあるいは線径が異なる複数のバネ部材によって構成される態様）、あるいは荷重に対する弾性変形が曲線状を呈する弾性領域を含む態様（例えば、ピッチが不定の、いわゆる不定ピッチコイルバネの如き単一のバネ部材によって構成される態様）のいずれをも好適に包含する。

請求項１に記載の発明においては、トルク設定手段を、弾性定数の異なる複数の弾性領域を有し、それら複数の弾性領域がクラッチ体に付勢力を付加する方向に直列状に設けられている構成としたものである。かかる構成によれば、トルク設定手段を両端支持の態様で支持することが可能となって安定した支持状態を得ることができるとともに、従来の並列配置に比べて軸方向長さを概ね同一に維持しつつ径方向の配置スペースを減少することが可能となり、クラッチ構成体のコンパクト化を図る上で有効となる。
また本発明では、弾性定数の異なる複数の弾性領域を有する構成のため、設定トルク調整手段によってトルク設定手段の付勢力を調整する際の当該付勢力の調整幅を、トルク設定手段を単一の弾性体によって構成する場合に比べて広げることが可能となる。すなわち、クラッチによる伝達トルクの設定幅を広げることができる。

（請求項２に記載の発明）
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の回転工具における弾性定数の異なる複数の弾性領域は、相互にバネ定数の異なる複数のコイルスプリングを直列状に配置することによって構成されている。かかる構成を採用することにより、安定した支持状態と配置スペースの縮小化を合理的に達成し得るトルク設定手段を提供することができる。

（請求項３に記載の発明）
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の回転工具において、直列状に配置されたコイルスプリングは、互いに対向する対向端部が共通の支持部材を介して連接され、当該支持部材は、コイルスプリングの付勢方向に移動可能とされた構成とされる。かかる構成によれば、支持部材の共通化による部品点数の低減が可能となる。

本発明によれば、回転工具における伝達トルク設定用のトルク設定手段につき、径方向の配置スペースの縮小化を図りつつ安定的な支持状態を得る上で有効な技術が提供されることとなった。

以下、本発明の実施の形態に係る回転工具につき、図面を参照しつつ、詳細に説明する。本実施の形態は、トルク感応型クラッチ付き回転工具の１つである電動スクリュードライバの場合を例にして説明する。本実施の形態に係るトルク感応型クラッチ１０５を備えた電動スクリュードライバ１００の全体構成が図１に示される。電動スクリュードライバ１００の本体部１１０は、モータハウジング１１１、ギアハウジング１１２、モータハウジング１１１に一体状に連接するハンドグリップ１１４等からなり、図１ではギアハウジング１１２の内部が断面図として示されている。また電動スクリュードライバ１００の要部が図２〜図８に作業形態と共に断面図として示される。

図１に示すように、電動スクリュードライバ１００は、概括的に見て、本体部１１０、第１スピンドル１３０、第２スピンドル１２０、トルク感応型クラッチ１０５を主体として構成される。また当該トルク感応型クラッチ１０５は、第１クラッチカム１５０、第２クラッチカム１４０、クラッチ係合規制スプリング１６０、第１クラッチカム位置規制手段１７０を主体として構成される。なお第１クラッチカム１５０は、本発明における「第１のクラッチ体」に対応し、第２クラッチカム１４０は本発明における「第２のクラッチ体」に対応する。

電動スクリュードライバ１００の本体部１１０内にはモータ１１３が収容配置されている。モータ１１３の出力軸１１３ａは、減速機構１１５を経由して第１スピンドル１３０に連接されている。なお減速機構１１５には減速ギアを主体とした周知の機構を採用しているため、その詳細な説明は便宜上省略する。

図２に示すように、第２スピンドル１２０は、第１スピンドル１３０と同軸上において本体部１１０の先端側（図２において左端側）に回転可能に設けられる。第１スピンドル１３０は、本発明における「入力軸」に対応し、第２スピンドル１２０は、本発明における「出力軸」に対応する。第２スピンドル１２０は、本体部１１０のスリーブ１１０ａに支持されつつ、第１スピンドル１３０との関係において、第２スピンドル１２０の長軸方向に相対移動可能に構成されている。第２スピンドル１２０の先端側には工具ビット取付用チャック１２１が設けられ、当該工具ビット取付用チャック１２１には工具ビット１２３が取り付けられている。

トルク感応型クラッチ１０５は、第１スピンドル１３０のトルクを第２スピンドル１２０に伝達あるいは遮断するために備えられる。以下、トルク感応型クラッチ１０５につき図２を参照して説明する。
第２クラッチカム１４０は、第２スピンドル１２０の第１スピンドル１３０に向かう側の端部に第２スチールボール１４３を介在して配置される。第２スチールボール１４３は、第２スピンドル１２０上に形成されたリード溝１２０ａ内において、第１スピンドル１３０へ向かう側の端部と、第１スピンドル１３０から離反する側の端部の間で移動可能に構成されている。なお特に図２では示されないものの、リード溝１２０ａは、第２スピンドル１２０の長軸方向に対し傾斜状に形成されている。すなわちリード溝１２０ａの両端部は、第２スピンドル１２０の長軸方向に所定の距離を有して設定されるとともに、その径方向についても所定の距離を有して設定される。そしてこれら両端部間で移動可能とされた第２スチールボール１４３を介し、第２クラッチカム１４０は第２スピンドル１２０に対し当該第２スピンドル１２０の軸方向に相対移動することが許容される。また第２クラッチカム１４０は、第２スチールボール１４３がリード溝１２０ａの両端間で移動する範囲においては第２スピンドル１２０に対し相対的に回転することを許容されるが、第２スチールボール１４３がリード溝１２０ａの第１クラッチカム１５０に近接する側の端部に置かれると、第２スチールボール１４３が当該リード溝１２０ａ端部に当接規制されることにより、第２クラッチカム１４０は第２スピンドル１２０と一体に回転するよう規制される。また第２クラッチカム１４０の第１スピンドル１３０に向かう側の端部（図２において右端側）にはクラッチ歯１４１が設けられている。

第２クラッチカム１４０は、ネジ締付作業時に、工具ビット１２３の先端にネジ１２４を取り付けた状態で被加工材１２５に押し当てながら作業者が電動スクリュードライバ１００に押し込み荷重を付加することにより、第２スピンドル１２０とともに、当該押し込み荷重に対する被加工材側からの反力によって第１スピンドル１３０方向（図中右方向）に移動することになる。これらの動作の詳細については後述する。

第１クラッチカム１５０は、第１スピンドル１３０の第２スピンドル１２０に向かう側の端部（図２において左側端部）に第１スチールボール１５３を介在して配置される。第１クラッチカム１５０の第２スピンドル１２０に向かう側の端部にはクラッチ歯１５１が設けられている。すなわち、第１クラッチカム１５０と第２クラッチカム１４０は、同一軸線上において対向状に配置されており、互いのクラッチ歯１５１，１４１が噛み合い係合することで第１スピンドル１３０のトルクを第２スピンドル１２０に伝達する。第１スチールボール１５３は、第１スピンドル１３０上に設けられたカム溝１３０ａ内において、第２スピンドル１２０方向に向かう端部と、第２スピンドル１２０から離反する方向に向かう端部との間を移動することにより、第１クラッチカム１５０の位置規定部材としての役割を果たす。第１クラッチカム１５０は、この第１スチールボール１５３により、第１スピンドル１３０に対し当該第１スピンドル１３０の軸方向に円滑に相対移動することが許容されるとともに、第１スピンドル１３０と一体に回転するように構成されている。なお第１スチールボール１５３について上記両端部間を軸方向に移動可能とする構成は機能上必ずしも必要ではないものの、第１クラッチカム１５３の第１スピンドル１３０に対する円滑な摺動動作を確保する観点から、本実施の形態では、上記のように両端部間を移動可能に構成している。

第１スピンドル１３０と第２クラッチカム１４０との間には、クラッチ係合規制スプリング１６０が配置される。クラッチ係合規制スプリング１６０は、第１クラッチカム１５０から第２クラッチカム１４０が離反する方向に付勢力を生じる。換言すればクラッチ係合規制スプリング１６０は、その付勢力により、第１クラッチカム１５０側のクラッチ歯１５１と、第２クラッチカム１４０側のクラッチ歯１４１が確実に係合解除するとともに、係合解除後に不用意に接触しないように確実に離間させる役割を果たす。

次に第１クラッチカム位置規制手段１７０の詳細な構造について説明する。
第１クラッチカム位置規制手段１７０は、第１クラッチカム付勢手段１７１、ストッパー１８１、ストッパー作動用ピン１８３、ストッパー係合溝１８５、リングスプリング１８７、ストッパー作動用スプリング１８９を主体として構成される。

このうち第１クラッチカム付勢手段１７１は、第１クラッチカム１５０と付勢スプリング支持ワッシャ１７９との間に装着されて、第１クラッチカム１５０が第２クラッチカム１４０へ向かうように、すなわち両クラッチカム１４０，１５０のクラッチ歯１４１，１５１が係合するように付勢力を付与する。上記の第１クラッチカム付勢手段１７１は、本発明における「トルク設定手段」に対応する。

第１クラッチカム付勢手段１７１は、第１コイルスプリング１７１ａおよび第２コイルスプリング１７１ｂから構成される。これら２個のコイルスプリング１７１ａ，１７１ｂは、圧縮バネとして用いられるものであり、本発明における「弾性体」に対応する。第１および第２コイルスプリング１７１ａ，１７１ｂは、バネ定数が異なっており、バネ定数の小さい（バネ力の弱い）第１コイルスプリング１７１ａが第１クラッチカム１５０側となるように直列状に配置される。バネ定数の大きい（バネ力の強い）第２コイルスプリング１７１ｂの一端は、後述する設定トルク調整リング１７３によって位置調整される付勢スプリング支持ワッシャ１７９によって受けられる。

一方、第１コイルスプリング１７１ａの一端は、第１クラッチカム１５０に形成されたバネ受座部によって受けられる。さらに第１コイルスプリング１７１ａと第２コイルスプリング１７１ｂの他端部である対向側端部は、共通のバネ受リング１７２によって支持される。バネ受リング１７２は、第１スピンドル１３０に遊嵌状に取り付けられ、当該第１スピンドル１３０の長軸方向に相対的に移動可能とされる。このバネ受リング１７２は、本発明における「支持部材」に対応する。なおバネ受リング１７２は、第１クラッチカム１５０の一端部に対して所定の間隙をおいて対向している。この間隙はトルク伝達中において、第１クラッチカム１５０が第２クラッチカム１４０から離間する方向へ移動されたときに詰められる。このことについては後述する。

ストッパー１８１はスチールボールによって構成される。ストッパー作動用ピン１８３は、リングスプリング１８７を介在して第２スピンドル１２０に設けられるとともに、ストッパー作動用スプリング１８９によって第１スピンドル１３０に向かう方向に付勢される。ストッパー作動用ピン１８３の途上にはストッパー係合溝１８５が形成され、このストッパー係合溝１８５にストッパー１８１が嵌着して配置される。

ストッパー係合溝１８５のストッパー１８１への当接面は曲面ないしテーパ面とされており、ストッパー作動用スプリング１８９の付勢力によってストッパー作動用ピン１８３が軸方向に移動することにより、ストッパー１８１は第１スピンドル１３０の周面から出没可能に突出するように構成されている。しかしながら、図２に示す状態では、ストッパー１８１の上方に第１クラッチカム１５０の脚部が位置し、ストッパー１８１はこの第１クラッチカム１５０の脚部に邪魔をされることにより、第１スピンドル１３０の周面から突出することが規制されている。

第１および第２コイルスプリング１７１ａ，１７１ｂの第１クラッチカム１５０に対する付勢力は、設定トルク調整リング１７３、設定トルク調整用ピン１７５、設定トルク調整用スリーブ１７７および付勢スプリング支持ワッシャ１７９の協働によって適宜変更調整することが可能とされている。上記の設定トルク調整リング１７３、設定トルク調整用ピン１７５、設定トルク調整用スリーブ１７７および付勢スプリング支持ワッシャ１７９によって本発明における「設定トルク調整手段」が構成されている。外部からの操作が可能とされる設定トルク調整リング１７３は、本体部１１０の外表面に顕在する態様で当該本体部１１０の長軸回りに回転可能に配置される。また設定トルク調整リング１７３は、内周面に螺旋状のリード溝１７３ａを有しており、このリード溝１７３ａに嵌め込まれた設定トルク調整用ピン１７５を介して設定トルク調整用スリーブ１７７に連結されている。設定トルク調整用ピン１７５は、一端が設定トルク調整用スリーブ１７７に固定状に設けられ、他端が設定トルク調整リング１７３のリード溝１７３ａに相対移動可能に係合されている。このため、設定トルク調整リング１７３が回転操作されると、設定トルク調整用スリーブ１７７は、設定トルク調整用ピン１７５を介して本体部１１０の長軸方向に相対移動する。

設定トルク調整用スリーブ１７７の端部には第２コイルスプリング１７１ｂを受ける付勢スプリング支持ワッシャ１７９が取り付けられている。このため、第１スピンドル１３０上における付勢スプリング支持ワッシャ１７９の配置位置が、第１スピンドル１３０の長軸方向に変化する。これにより付勢スプリング支持ワッシャ１７９と第１クラッチカム１５０間に配置される第１および第２コイルスプリング１７１ａ，１７ｂの軸方向の圧縮長さを適宜変更し、当該第１コイルスプリング１７１ａあるいは第２コイルスプリング１７１ｂの付勢力を変更する。本実施の形態では、第１コイルスプリング１７１ａあるいは第２コイルスプリング１７１ｂの付勢力を調節することにより、後述する設定トルクの調整が可能となる。

次に、本実施の形態に係るトルク感応型クラッチ１０５を備えた電動スクリュードライバ１００の作用および使用方法について図２から図７を参照して説明する。図２から図７には、ネジ１２４の締付作業が段階的に示されており、このうちの図２は、本実施の形態に係る電動スクリュードライバ１００につき、被加工材１２５に対しネジ１２４の締付作業を開始しようとする初期状態を示す。

図２に示す初期状態では、第２クラッチカム１４０は、第１スピンドル１３０との間に介在されたクラッチ係合規制スプリング１６０によって第２スピンドル１２０と共に先端側へ移動されている。すなわち、第１クラッチカム１５０と第２クラッチカム１４０は離間され、クラッチ歯１５１ａ，１４１ａの係合が解除されている。このため、モータ１１３（図１参照）および第１スピンドル１５０の回転は、第２スピンドル１４０に伝達されない。なお第１スピンドル１３０は、モータ１１３側から第２スピンドル１２０方向に見た場合、右回りに回転している。

すなわち図２に示す状態では、第１クラッチカム１５０は付勢スプリング１７１の付勢力によって第２クラッチカム１４０方向へ付勢される一方、未だ作業者は電動スクリュードライバ１００にネジ締付のための押し込み荷重を加えておらず、第２スピンドル１２０および第２クラッチカム１４０が第１クラッチカム１５０方向へ移動せず、両クラッチ歯１４１，１５１は離間した状態、すなわちクラッチ非係合状態が維持される。またこの時、第１クラッチカム１５０は第１コイルスプリング１７１ａによって第２クラッチカム１４０側に付勢され、第１スチールボール１５３がカム溝１３０ａの第２クラッチカム１４０に近接する側の端部に置かれ、第１クラッチカム１５０の位置規制をなす。すなわち、図２に示す状態では、第１スチールボール１５３が、カム溝１３０ａ内において第２スピンドル１２０（ないし第２クラッチカム１４０）に向かう側の溝端部に位置し、第１クラッチカム１５０は第２クラッチカム１４０側へ臨むよう、第１スピンドル１３０上における第１クラッチカム１５０の相対的位置が規定されている。

さらに図２に示す状態では、ストッパー１８１の上部に第１クラッチカム１５０の脚部が位置するため、ストッパー１８１は当該第１クラッチカム１５０の脚部によって抑えられて第１スピンドル１３０の周面から突出するのを規制されている。

図２に示す初期状態からネジ締付作業を開始する場合、ネジ１２４を被加工材１２５へ進入させるべく、作業者は電動スクリュードライバ１００を被加工材１２５方向（図中左方向）へ押し込んでいく。作業者が電動スクリュードライバ１００に押し込み荷重を加えることにより、第２スピンドル１２０および第２クラッチカム１４０は、工具ビット１２３と一体となって、被加工材１２５側からの押し込み荷重に対する反力により第１スピンドル１３０方向（図中右方向）へ押圧され本体部１００側へと相対的に移動していく。この状態が図３に示される。

図３では、押し込み荷重の反力により工具ビット１２３、第２スピンドル１２０および第２クラッチカム１４０が一体となって図中右方向に移動し、第２クラッチカム１４０の端部に設けられたクラッチ歯１４１が、クラッチ係合規制スプリング１６０の付勢力に抗しつつ第１クラッチカム１５０側のクラッチ歯１５１へ接近する。このとき第１クラッチカム１５０には第１コイルスプリング１７１ａの付勢力が付加されており、第１クラッチカム１５０は、第１スチールボール１５３がカム溝１３０ａのうち第２スピンドル１２０に向かう側の端部に位置し、第２クラッチカム１４０に近接した位置、すなわちトルク伝達許容位置に置かれている。かくして第２クラッチカム１４０の図中右方向への移動により、第２クラッチカム１４０と第１クラッチカム１５０との相対距離は縮まっていくことになる。

また図３に示す状態では、ストッパー１８１は第１クラッチカム１５０の脚部によって外方に突出するのを規制されているため、第２スピンドル１２０が図中右方向に移動した場合、ストッパー作動用ピン１８３に形成されたストッパー係合溝１８５がストッパー１８１に当接し、ストッパー作動用ピン１８３の第１スピンドル１３０方向（図中右方向）への移動を規制する。従って、押し込み荷重の反力によって図中右方向に移動していく第２スピンドル１２０と、移動が規制されたストッパー作動用ピン１８３との間に介装されたストッパー作動用スプリング１８９は圧縮されていくことになる。

さて、図３に示す状態から、更に第２スピンドル１２０および第２クラッチカム１４０が、第１クラッチカム１５０方向（図中右方向）へ移動することにより、第２クラッチカム１４０側のクラッチ歯１４１と第１クラッチカム１５０側のクラッチ歯１５１が噛み合い係合することになる。この状態が図４に示される。

なお、第２スチールボール１４３は、リード溝１２０ａ内にて第１スピンドル１３０へ向かう側の端部と、第１スピンドル１３０から離反する側の端部との間を移動可能とされているが、図３および図４の対比から理解されるように、両クラッチ歯１４１，１５１の噛み合い係合に際し、第１スピンドル１３０とともに回転する第１クラッチカム１５０のクラッチ歯１５１が、第２クラッチカム１４０のクラッチ歯１４１に噛み合うことで、第２クラッチカム１４０にトルクが伝えられる。すると第２クラッチカム１４０は、第２スチールボール１４３がリード溝１２０ａの両端部間を移動する範囲において、第２スピンドル１２０に対し相対的に回転しつつ第１クラッチカム１５０側へと軸方向に移動していく。そして第２スチールボール１４３がリード溝１２０ａの第１クラッチ１５０に近接する側の端部に到達することにより、第２クラッチカム１４０は第２スピンドル１２０と一体としてのみ回転が許容されることになる。

図４では、第２クラッチカム１４０が、リード溝１２０ａの軸方向長さ分だけ第２スピンドル１２０上の第１クラッチカム１５０側に移動することにより、第２クラッチカム１４０側のクラッチ歯１４１と第１クラッチカム１５０側のクラッチ歯１５１とが完全に噛み合い係合し、ネジ１２４を被加工材１２５へ締め込んでいく状態が示されている。

本実施の形態では、両クラッチ歯１４１，１５１が噛み合い係合することにより、モータ１１３のトルクは確実に伝達される。具体的には、両クラッチ歯１４１，１５１の噛み合い係合により、モータ１１３の回転トルクが、第１スピンドル１３０、第１スチールボール１５３、第１クラッチカム１５０、第１クラッチカム１５０側のクラッチ歯１５１、第２クラッチカム１４０側のクラッチ歯１４１、第２クラッチカム１４０、第２スチールボール１４３、第２スピンドル１２０、工具ビット取付用チャック１２１、工具ビット１２３を経由して、ネジ１２４に伝達される。

ネジ１２４の被加工材１２５に対する締付作業が進行し、図５に示すように、ネジ１２４の頭部着座面１２４ａが被加工材１２５に着座してネジ１２４の締付作業が最終段階に至った場合、第２スピンドル１２０が作業者の押し込み荷重反力により第１スピンドル方向に押し込まれた状態において、ネジ締付トルク（本発明における「負荷」に対応する）が過大となる。この状態において、モータ１１３の回転トルクを更に伝達しようとする第１クラッチカム１５０側のクラッチ歯１５１が、第２クラッチカム１４０側のクラッチ歯１４１に乗り上げる状態となる。その結果、図５に示すように、第１クラッチカム１５０は、上記トルク伝達許容位置から、第１コイルスプリング１７１ａの付勢力に抗しつつ第２クラッチカム１４０から離反する方向（図中右方向）に移動し始める。図５には第１クラッチカム１５０が第１コイルスプリング１７１ａの付勢力に抗して第２クラッチカム１４０から離反する方向へ移動を開始した、いわゆるクラッチの切れ初め状態が示され、この状態では第１コイルスプリング１７１ａが圧縮されるととともに、第１クラッチカム１５０が両コイルスプリング１７１ａ，１７１ｂ間のバネ受リング１７２との間隙を詰めて当該ばね受けリング１７２に当接した状態が示されている。なお図５に示す状態では、第１スチールボール１５３は、カム溝１３０ａ内において、第２スピンドル１２０（第２クラッチカム１４０）に向かう側の端部から離反移動することにより、第１クラッチカム１５０が円滑に移動するのをアシストする。

図６には第１クラッチカム１５０が更に移動されて第２クラッチカム１４０から完全に離反した状態、すなわち第１クラッチカム１５０と第２クラッチカム１４０との噛み合い係合が解除された状態が示されている。なお図６に示す状態では、バネ受リング１７２に当接した第１クラッチカム１５０が更に移動されて第２コイルスプリング１７１ｂを圧縮した状態が示されており、この状態では、第１スピンドル１３０から第２スピンドル１４０へのトルク伝達が遮断される。

第１クラッチカム１５０がトルク伝達許容位置から図中右方向に移動し始めると、ストッパー１８１の上方に位置していた第１クラッチカム１５０の脚部が図中右方向に退くことになる。一方、ストッパー作動用ピン１８３は、圧縮されたストッパー作動用スプリング１８９の付勢力によって図中右方向に押圧された状態とされている。そのためストッパー１８１は、図７に示すように、ストッパー作動用ピン１８３が右方向へ移動しようとする場合に、曲面状（テーパ状）の当接面を有するストッパー係合溝１８５に押し出される形で、第１スピンドル１３０の周面から外方に突出することになる。

図７では、第２クラッチカム１４０側のクラッチ歯１４１と、第１クラッチカム１５０側のクラッチ歯１５１の噛み合い係合が解除された状態が示されており、作業者による押し込み荷重の反力が第２スピンドル１２０に付加され、第２スピンドル１２０は第１スピンドル１３０側へ最も近接した状態とされている。図６に示すように、第１スピンドル１３０から第２スピンドル１２０へのトルク伝達が遮断されると、第２クラッチカム１５０に作用していたトルクが消去し、それに伴いクラッチ係合規制スプリング１６０の付勢力により第２スチールボール１４３がリード溝１２０ａ内を第１クラッチカム１５０から離反する側の端部へ移動される。これにより、第２クラッチカム１４０は、第２スピンドル１２０上を当該リード溝１２０ａの軸方向長さ分だけ第１クラッチカム１５０から離反する方向に移動し、その結果、第２クラッチカム１４０側のクラッチ歯１４１と第１クラッチカム１５０側のクラッチ歯１５１との間にクリアランスが発生する。

なお第２スチールボール１４３は、第２スピンドル１２０上のリード溝１２０ａ内を、第１スピンドル１３０に向かう側の端部と、離間した側の端部との間で移動可能とされるが、このリード溝１２０ａの両端部間の軸方向距離は、クラッチ歯１４１，１５１の噛み合い解除の際の第２クラッチカム１４０の軸方向移動量を規定するとともに、第２クラッチカム１４０と第１クラッチカム１５０との間の係合解除時のクリアランス量を規定することになる。第２スチールボール１４３がリード溝１２０ａ内を移動し、第１クラッチカム１５０から離反する側へ移動した第２クラッチカム１４０は、第２スチールボール１４３がリード溝１２０ａの第１クラッチカム１５０から離反する側の端部に当接することで、それ以上の移動を規制される。

一方、第１クラッチカム１５０が図中右方向へ移動するとき、上述のように、ストッパー１８１に対する第１クラッチカム１５０脚部による抑えがなくなり、ストッパー１８１は第１スピンドル１３０外方へ突出する。従ってストッパー作動用ピン１８３は、ストッパー作動用スプリング１８９の付勢力により第１スピンドル１３０と対向する方向（図中右方向）へと移動し、ストッパー１８１が第１クラッチカム１５０の内側凹部に入り込んだ状態となる。

この状態では、第１クラッチカム１５０は、第１および第２コイルスプリング１７１ａ，１７１ｂの付勢力が付加されるにも拘わらず、第１スピンドル１３０の周面から突出したストッパー１８１により第２クラッチカム１４０方向へ移動するのを規制される。換言すれば、ネジ１２３の締付トルクが過大となって第２クラッチカム１４０から離反する方向へ移動した場合、第１クラッチカム１５０は、ストッパー１８１によって第２クラッチカム１４０から離反したトルク伝達禁止位置に係止維持されることになる。かくしてクラッチ歯同士の接触による騒音を回避することが可能となる。なおストッパー１８１は、第１クラッチカム１５０の第２クラッチカム１４０から離反する方向（図中右方向）への移動は許容する構成とされている。

なお本実施の形態では、「締付トルクが所定の範囲を超えて過大となった場合」の具体的構成として、ネジ１２４が被加工材１２５に締め込まれることによって締付トルクが所定の設定トルクに到達することで、第２クラッチカム１４０側のクラッチ歯１４１と第１クラッチカム１５０側のクラッチ歯１５１の噛み合い係合が直ちに解除されるよう設定されている。

ネジ１２４の締付作業が終了すると、作業者は電動スクリュードライバ１００に対する押し込み荷重を緩める。すると第２スピンドル１２０は、第２クラッチカム１４０とともに、第１スピンドル１３０から離反し、図２に示す初期状態へ復帰する。なお本実施の形態では、押し込み荷重がクラッチ係合規制スプリング１６０の付勢力以下に減少した場合に第２スピンドル１２０の復帰が許容されることになる。さらにリングスプリング１８７を介して第２スピンドル１２０に取り付けられたストッパー作動用ピン１８３についても、第２スピンドル１２０とともに初期状態に復帰することになる。ストッパー作動用ピン１８３が第２スピンドル１２０とともに先端方向（被加工材１２５方向）へ移動して初期状態に復帰すると、ストッパー係合溝１８５がストッパー１８１の下部に位置することとなる。これによりストッパー１８１は、第１クラッチカム１５０の脚部に押されつつ、第１スピンドル１３０の周面からストッパー係合溝１８５へ収容され、同様に図２に示す初期状態に復帰する。

ストッパー１８１が初期状態に復帰することにより、第１クラッチカム１５０は、当該ストッパー１８１に係止されることなく第１スピンドル１３０の周面を移動可能とされる。そのため、第１クラッチカム１５０は、第１および第２コイルスプリング１７１ａ，１７１ｂにより第２クラッチカム１４０方向へ移動していくことになる。このとき第１スチールボール１５３は、カム溝１３０ａ内において、第２スピンドル１２０（第２クラッチカム１４０）に向かう側の端部へ移動することにより第１クラッチカム１５０の移動動作を許容し、さらに当該端部に当接することにより、第１クラッチカム１５０の第１スピンドル１３０上での位置を規定する。かくして電動スクリュードライバ１００は、第２クラッチカム１４０と第１クラッチカム１５０とが離間した初期状態（図２参照）に復帰することになる。

以上より、設定トルク感応モードで使用される電動スクリュードライバ１００では、ネジ１２４が被加工材１２５に締付けられて締付トルクが過大となり、被加工材１２５側から工具ビット１２３が受ける締付トルクが大きくなって所定の設定トルクに達した場合に、第１および第２コイルスプリング１７１ａ，１７１ｂの付勢力に抗して第２クラッチカム１４０側のクラッチ歯１４１と、第１クラッチカム１５０側のクラッチ歯１５１との係合が解除されるとともに迅速に離間される。このとき、第１クラッチカム１５０は、ストッパー１８１によりトルク伝達禁止位置に係止維持され、第２クラッチカム１４０側のトルク伝達許容位置へ移動するのを阻止される。

従って本実施の形態である電動スクリュードライバ１００は、とりわけネジ締付トルクを管理しつつ作業を遂行するというトルク管理型のネジ締付作業において、クラッチ歯１４１，１５１の噛み合い係合を迅速かつ確実に解除するするとともに、第１クラッチカム１５０をトルク伝達禁止位置に係止して、クラッチが不用意に係合して振動や騒音を生じるのを確実に抑制することが可能である。

なお、本実施の形態におけるストッパー係合溝１８５の溝形状は、ストッパー１８１を第１スピンドル１３０の周面から出没させることができる範囲内にて、テーパ面、曲面など様々な形状から採用可能である。またクラッチ係合規制スプリング１６０は、第２クラッチカム１４０と第１クラッチカム１５０との間に介装する以外に、それぞれのクラッチカム１４０，１５０ごとに別個に設定し、独立して付勢力を付与してもよい。

図８は第１スピンドル１３０から第２スピンドル１２０に伝達するトルクの調整、すなわち設定トルクを調整する状態を示している。設定トルクの調整は、設定トルク調整リング１７３を回転操作することで行なわれる。前述した図２に示す状態では、設定トルク調整用スリーブ１７７が第１クラッチカム１５０から最も離間した位置にある。この状態では、第１および第２コイルスプリング１７３ａ，１７３ｂの軸方向長さが最長状態にあり、従って、設定トルクが最も小さい状態となっている。

かかる状態において、設定トルク調整リング１７３が回転操作されると、設定トルク調整用ピン１７５が設定トルク調整リング１７３のリード溝１７３ａを介して第１クラッチカム１５０に向う側（図８の左側）へ移動される。この設定トルク調整用ピン１７５の移動に伴い設定トルク調整用スリーブ１７７および付勢スプリング支持ワッシャ１７９が同様に移動され、そして付勢スプリング支持ワッシャ１７９の移動により、まずバネ定数の小さい方の第１コイルスプリング１７１ａが圧縮される。すなわち両コイルスプリング１７１ａ，１７１ｂ間のバネ受リング１７２が、バネ定数の大きい第２コイルスプリング１７１ｂの非圧縮状態を介して押動され、第１コイルスプリング１７１ａを圧縮する。図８では、バネ受リング１７２は第１クラッチカム１５０の端面との間に設定された間隙が詰められ、当該第１クラッチカム１５０の端面に当接された状態が示されている。従って、この状態では、バネ定数の大きい第２コイルスプリング１７１ｂに対応する大きさの設定トルクに調整される。更にバネ受リング１７２の回転操作を継続すれば、その後、第２コイルスプリング１７１ｂが圧縮され、設定トルクが更に大きく設定される。

このように、本実施の形態によれば、設定トルク調整リング１７３を適宜回転操作することで第１および第２コイルスプリング１７１ａ，１７１ｂの付勢力を変化させてクラッチ解除の設定トルクを簡単に行うことができるとともに、バネ定数の異なる２個の第１および第２コイルスプリング１７１ａ，１７１ｂを設けたことで、単一のコイルスプリングを設けるものに比べて設定トルクの調整幅（伝達し得る最小トルクから最大トルクまでの幅）を広げることが可能となった。

また本実施の形態では、第１および第２コイルスプリング１７１ａ，１７１を直列に配置する構成としている。このため、２個の第１および第２コイルスプリング１７１ａ，１７１ｂを、両コイルスプリング１７１ａ，１７１ｂの対向端部にバネ受リング１７２を介在することで両コイルスプリング１７１ａ，１７１ｂをそれぞれ両端支持の形態で支持することが可能となり、結果として両コイルスプリング１７１ａ，１７１ｂを安定状態で支持することができる。また第１および第２コイルスプリング１７１ａ，１７１ｂを直列状に配置することで、従来の並列配置に比べて軸方向長さを概ね同一に維持しつつ径方向の配置スペースを減少することが可能となる。その結果、クラッチ構成体のコンパクト化を図り、ひいては電動スクリュードライバ１００のコンパクト化が達成される。
また第１コイルスプリング１７１ａと第２コイルスプリング１７１ｂとの間に共通のバネ受リング１７２を設けたことにより、共通化による部品点数の低減が可能となるとともに、第１クラッチカム１５０と第２クラッチカム１４０との噛み合い係合およびその解除時において、バネ定数の小さい第１コイルスプリング１７１ａとバネ定数の大きい第２コイルスプリング１７１ｂとの弾性変形あるいは復帰動作が円滑に連係される。

なお本実施の形態は、トルク感応型クラッチ１０５付き電動スクリュードライバ１００の場合で説明したが、工具ビットに作用するトルクが作業の進行に伴って変動（増加）する態様の回転工具であれば適用可能である。また本実施の形態では、バネ定数の異なる２個のコイルスプリング１７１ａ，１７１ｂを直列状に配置する構成としたが、２個に限らない。また弾性体はコイルスプリングに限らない。また複数のコイルスプリング１７１ａ，１７１ｂを用いる構成に変え、軸方向においてピッチが変化する単一の不等ピッチコイルスプリングを用いてもよい。

本発明に係る実施の形態である電動スクリュードライバの全体を示す一部断面側面図である。本実施の形態である電動スクリュードライバによるネジ締付作業態様を示す断面図であり、未だネジ締付作業を開始していない初期状態を示す。同じく断面図であり、作業者がネジ締付のための押し込み荷重を付加したことにより、第２スピンドルが第１スピンドル方向に移動し始めた状態を示す。同じく断面図であり、両クラッチ歯が噛み合い係合し、モータのトルクが工具ビット側に伝達されてネジ締付作業を遂行している状態を示す。同じく断面図であり、ネジ締付作業が最終段階に至り、締付トルクが過大となったことにより、第１クラッチカムが後方に移動し始めた状態を示す。同じく断面図であり、第１クラッチカムと第２クラッチカムの両クラッチ歯の噛み合い係合が解除された状態を示す。同じく断面図であり、クラッチ係合規制スプリングにより第２クラッチカムが第１クラッチカムから離反する方向に移動されて両クラッチ歯に間隙が形成されるとともに、ストッパーが突出した状態を示す。同じく断面図であり、設定トルクを高める側に調整した状態を示す。

符号の説明

１００電動スクリュードライバ
１０５トルク感応型クラッチ
１１０本体部
１１０ａスリーブ
１１１モータハウジング
１１２ギアハウジング
１１３モータ
１１４ハンドグリップ
１１５減速機構
１２０第２スピンドル（出力軸）
１２０ａリード溝
１２１工具ビット取付用チャック
１２３工具ビット
１２４ネジ
１２５被加工材
１３０第１スピンドル（入力軸）
１３０ａカム溝
１４０第２クラッチカム（第２のクラッチ体）
１４１クラッチ歯
１４３第２スチールボール
１５０第１クラッチカム（第１のクラッチ体）
１５１クラッチ歯
１５３第１スチールボール
１６０クラッチ係合規制スプリング
１７０第１クラッチカム位置規制手段
１７１第１クラッチカム付勢手段（トルク設定手段）
１７１ａ第１コイルスプリング（弾性体）
１７１ｂ第２コイルスプリング（弾性体）
１７２バネ受リング（支持部材）
１７３設定トルク調整リング（設定トルク調整手段）
１７３ａリード溝
１７５設定トルク調整用ピン（設定トルク調整手段）
１７７設定トルク調整用スリーブ（設定トルク調整手段）
１７９付勢スプリング支持ワッシャ
１８１ストッパー
１８３ストッパー作動用ピン
１８５ストッパー係合溝
１８７リングスプリング
１８９ストッパー作動用スプリング

Claims

駆動モータによって回転される入力軸と、
前記入力軸と同一軸線上に配置される出力軸と、
前記出力軸を介して回転駆動される工具ビットと、
前記入力軸側に設けられる第１のクラッチ体と、
前記第１のクラッチ体に対向して前記出力軸側に設けられる第２のクラッチ体と、
前記第１のクラッチ体と前記第２のクラッチ体が係合するように付勢力を付加し、前記工具ビットに当該付勢力を超えるトルクが作用したときには、いずれか一方のクラッチ体が他方のクラッチ体から離間する方向に移動することを許容し、これによって前記第１のクラッチ体と第２のクラッチ体との係合を解除するトルク設定手段と、
前記トルク設定手段の付勢力を調整する設定トルク調整手段と、を備えた回転工具であって、
前記トルク設定手段は、相互に弾性定数の異なる複数の弾性領域を有し、それら複数の弾性領域が前記クラッチ体に付勢力を付加する方向に直列状に設けられていることを特徴とする回転工具。
請求項１に記載の回転工具であって、
前記弾性定数の異なる複数の弾性領域は、相互にバネ定数の異なる複数のコイルスプリングを直列状に配置することによって構成されていることを特徴とする回転工具。
請求項２に記載の回転工具であって、
前記直列状に配置されたコイルスプリングは、互いに対向する対向端部が共通の支持部材を介して連接され、当該支持部材は、前記コイルスプリングの付勢方向に移動可能とされていることを特徴とする回転工具。