JP2006088305A

JP2006088305A - 電動工具

Info

Publication number: JP2006088305A
Application number: JP2004280402A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Nakayama; 敏中山; Takeshi Shinagawa; 壮品川; Fumiaki Sekino; 文昭関野; Minoru Yamada; 穣山田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2006-04-06

Abstract

【課題】電動工具のギア音による騒音発生を防止するとともに、エネルギ効率の高い減速比に自在に変更させることで高い作業効率を確保する。
【解決手段】駆動部１と、駆動部１の回転駆動力を伝達する減速装置２と、減速装置２により駆動される工具機構３とを具備する電動工具において、上記減速装置２を、同一回転軸Ａを中心として回転自在に配されるとともに互いの対向面外周縁部に断面円弧状の転動面８，９を形成してある入力ディスク５及び出力ディスク６と、両ディスク５，６の転動面８，９と接して回転することで入力ディスク５の回転駆動力を出力ディスク６に伝達するパワーローラ７と、該パワーローラ７を変速軸Ｄ回りに回転させて姿勢を変更させることで入力ディスク５と出力ディスク６との間の減速比を変更させる変速制御手段とを具備して成る無段変速装置とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、インパクト工具等の電動工具に関するものである。

図７には、電動工具の構造として、例えば携帯型のインパクト工具の構造を模式的に示している。図示のインパクト工具は、本体ハウジング３０の筒状部内に、モータである駆動部１と、駆動部１の回転駆動力を減速させたうえで伝達する減速装置２と、減速装置２により駆動される工具機構３とを具備したものである。図示例における工具機構３はインパクト動作によりねじ締めを行うインパクト機構であって、減速装置２により回転駆動される駆動軸３１と、駆動軸３１にスライド自在に嵌合して共に回転運動を行なうハンマ３２と、ハンマ３２と噛合して共に回転運動を行なうアンビル３３と、ハンマ３２をアンビル３３側に付勢する付勢ばね３４と、アンビル３３側に或る一定以上の荷重が生じた場合に駆動軸３１の回転運動をハンマ３２の後退運動に変換する為のカム機構（図示せず）とを備え、ハンマ３２の後退により該ハンマ３２とアンビル３３の噛合が外れた後に、ハンマ３２が再び打撃を伴ってアンビル３３と噛合し、該打撃の繰返しによりねじ締めを行うように設けている。

上記減速装置２は、図８に示すようなインボリュート歯型を用いた遊星減速装置であり、駆動部１の出力軸４に嵌合されたピニオンギア４０と、該ピニオンギア４０の外周面に互いに等間隔を隔てて噛合うように配された３枚のプラネットギア４１と、各プラネットギア４１の外周面と噛合うように形成された断面リング状の内歯ギア４２と、各プラネットギア４１の中心に回転自在に取付けられたプラネタリ軸４３と、各プラネタリ軸４３を固定して回転自在に配されるキャリア４４とを具備し、駆動部１の出力軸４の回転駆動力をピニオンギア４０、プラネットギア４１、内歯ギア４２の噛合いによりキャリア４４にまで減速させて伝達する構造になっている。このような減速装置２を備えることで、駆動部３のトルク不足を補うことが可能となる。

しかし、従来の電動工具においては上記構成の減速装置２を用いていた為、各ギア４０，４１，４２同士の当りによるギア音が騒音発生の原因になるといった問題があった。特に図示例のインパクト工具においては打撃時のインパクトにより各ギア４０，４１，４２間のバックラッシュで往復衝突を生じることとなり、特に静粛な作業が要求される環境下では騒音の発生防止が大きな課題となっている。また、上記構成の減速装置２では２段変速程度の機能しか有さないことが一般的であり、したがってエネルギ効率が悪い状態での作業を強いられることが多く、特に充電式の電動工具においては電池の充電回数が増加して作業効率が低下するという問題があった。

これに対して、インボリュート歯型を用いずに摩擦力により動力を伝達する構造の減速装置を用いた電動工具も提案されているが（特許文献１参照）、この電動工具にあっても減速比は自在に変更することができず、したがってエネルギ効率が悪い状態での作業により作業効率が低下するという問題は解消不能なものであった。
特開昭５９−６４５６号公報

本発明は上記問題点に鑑みて発明したものであって、ギア音による騒音発生を防止するとともに、エネルギ効率の高い減速比に自在に変更させることで高い作業効率を確保することのできる電動工具を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明を、駆動部１と、駆動部１の回転駆動力を伝達する減速装置２と、減速装置２により駆動される工具機構３とを具備する電動工具において、上記減速装置２が、同一回転軸Ａを中心として回転自在に配されるとともに互いの対向面外周縁部に断面円弧状の転動面８，９を形成してある入力ディスク５及び出力ディスク６と、両ディスク５，６の転動面８，９と接して回転することで入力ディスク５の回転駆動力を出力ディスク６に伝達するパワーローラ７と、該パワーローラ７を変速軸Ｄ回りに回転させて姿勢を変更させることで入力ディスク５と出力ディスク６との間の減速比を変更させる変速制御手段とを具備して成る無段変速装置であることを特徴としたものとする。

上記構成の減速装置２を具備する電動工具とすることで、駆動時にギア音が発生することがなく騒音発生を防止することができるとともに、減速比が無段階に調整可能であることから減速比をエネルギ効率が高くなるように自在に変更させて無駄なエネルギ消費を防止することができる。そして、充電式の電動工具にあっては一度の充電で行える作業が増加し、作業効率が向上するものである。

また、上記変速制御手段として、駆動部１の負荷トルクを検出する負荷検出手段と、負荷検出手段により得られた負荷値を予め設定してある負荷値とエネルギ効率との関係と照らしてエネルギ効率が最大となる減速比を算出する算出手段と、上記算出手段により得られた減速比となるようにパワーローラ７の姿勢を変更させるアクチュエータ２０とを具備することも好適である。このようにすることで、エネルギ効率が最大となるように自動的に減速比が変更されるので、初心者であっても容易且つ確実に減速比を制御して高い作業効率を確保することが可能となるものである。

本発明は、ギア音による騒音発生を防止するとともに、エネルギ効率の高い減速比に自在に変更させることで高い作業効率を確保することができるという効果を奏するものである。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。図１には、本発明の実施の形態における一例の電動工具の特徴部分を示している。本例の電動工具は、従来例で示した構成と同様の携帯型のインパクト工具であり、減速装置２の構成以外は構成が一致するものであることから、一致する構成については説明を省略して本例の特徴的構成についてのみ以下に詳述する。

本例の電動工具の減速装置２は無段変速装置であって、駆動部１の出力軸４に固定されて一体に回転駆動される入力ディスク５と、入力軸５と同一回転軸Ａを中心として回転自在に配される出力ディスク６と、軸方向に対向配置される両ディスク５，６間に挟持される一対のパワーローラ７とで主体を構成している。入力ディスク５と出力ディスク６の互いの対向面の外周縁部には、互いに接近する側の位置となる程に回転軸Ａとの距離が短くなるような円弧状の断面形状を有する転動面８，９を、全周に亘って凹設している。また、パワーローラ７は両ディスク５，６との接触部分に略同一中心且つ同一半径の球面１０を有しており、両ディスク５，６の回転軸Ａとの直交軸Ｂから（図示例においては図中反時計回りに）傾倒角度αだけ傾倒させた回転軸Ｃを中心に回動自在となっている。上記傾倒角度αは、回転軸Ａ及び直交軸Ｂを含む面と直交する変速軸Ｄを中心に首を振るパワーローラ７の姿勢により決定される。

出力ディスク６は、出力軸４と同軸上にある出力軸３１に回転自在且つ軸方向にスライド自在に嵌合されるとともに、皿ばね（図示せず）により入力ディスク５側に向けて初期荷重を持って圧接されるものである。両ディスク５，６の転動面８，９は、両者の半径が略同一となるような断面円弧状の凹曲面であり、両転動面８，９にパワーローラ７の球面１０を圧接させた状態において、両ディスク５，６の転動面８，９の中心及び半径と、パワーローラ７の球面１０の中心及び半径とが略一致するように設けている。

図２（ａ）、（ｂ）には、パワーローラ７の球面１０と各転動面８，９との接触点Ｐ_ｉ，Ｐ_ｅと、パワーローラ７の傾倒角度αとの関係を示しているが、図示のように、回転軸Ｃの傾倒角度α＝α_２の場合よりも、傾倒角度α＝α_１（＞α_２）の場合の方が減速比ｒ_ｅ／ｒ_ｉの値が大きくなる。ここで、ｒ_ｉは入力ディスク５側の接触点Ｐ_ｉと回転軸Ａとの距離であり、ｒ_ｅは出力ディスク６側の接触点Ｐ_ｅと回転軸Ａとの距離であり、変速軸Ｄを中心にパワーローラ７が図中の矢印方向に回転して姿勢を変える程に減速比ｒ_ｅ／ｒ_ｉが大きくなるように設定している。

出力ディスク６の転動面９を形成してある側（つまり入力ディスク５との対向側）と反対側の面には、回転軸Ａを中心とした放物線状に交互に谷及び山を形成したカム面１１を形成している（図４参照）。図中の符号１２は、出力ディスク６のカム面１１と対向する面に該カム面１１と同様の谷及び山を有するカム面１３を形成してあるカムディスクであり、上記カムディスク１２を出力軸３１に嵌合固定させている。出力ディスク６のカム面１１とカムディスク１２のカム面１３との間には、駆動軸３１に回転自在且つ軸方向にスライド自在に嵌合されるディスク状のローラ台１４に複数のローラ１５を回転自在に設けて成るカムローラ部１６（図３参照）を配しており、両カム面１１，１３の山と谷が突き合わせられた状態で両カム面１１，１３の対向する傾斜面間に各ローラ１５を挟持させている。各ローラ１５は、隣接するローラ１５と円周方向に等間隔を隔てて配されており、またローラ台１４の円周方向に回転自在に軸支されている。

しかして、上記構成を具備する本例の電動工具の駆動部１の出力軸４を回転駆動させると、入力ディスク５が出力軸４と一体となって回転軸Ａ中心に回転駆動され、これに伴いパワーローラ７が回転軸Ｃ中心に回転して入力ディスク５の回転駆動力を出力ディスク６にまで伝達する。出力ディスク６の回転駆動力はカムローラ部１６及びカムディスク１２を介して駆動軸３１にまで伝達され、駆動軸３１に連結されるインパクト機構を駆動させるものである。

ここで、パワーローラ７には、捻りばね（図示せず）によって図中の矢印方向と逆方向への回転付勢力を予め付与しているが、既述のように出力ディスク６を入力ディスク５側に移動させるような初期荷重を与えていることで、初期状態においては、回転軸Ｃを矢印方向に少し傾けて減速比ｒ_ｅ／ｒ_Ｉ＞１とした姿勢が初期姿勢となるように、力の釣合いが保持されている。そして、駆動軸３１側に回転方向の負荷が生じれば出力ディスク６とカムディスク１２の間に挟持される各ローラ１５は出力ディスク６のカム面１１に対して該出力ディスク６を入力ディスク５側に押し付ける軸方向の力Ｆを加えることとなり、この力Ｆによりパワーローラ７を図中の矢印方向に回転させる力の釣合いが生じ、パワーローラ７はその回転軸Ｃの傾斜角度αを増して減速比ｒ_ｅ／ｒ_ｉを増加させるものである。なお、一対のパワーローラ７は回転軸Ａを挟む線対称な構成であり、その傾斜角度αつまり姿勢制御は常時一致するようになっている。

つまり、本例の電動工具においては、上記のカム面１１やカムローラ部１６やカムディスク１２から成るカム機構が、負荷に応じて生じる力Ｆによりパワーローラ７を変速軸Ｄ回りに回転させて該パワーローラ７の姿勢を変更させることで、入力ディスク５と出力ディスク６との間の減速比ｒ_ｅ／ｒ_ｉを無段階に変更させる変速制御手段となっており、負荷の増大に伴って自動的に減速比ｒ_ｅ／ｒ_ｉを増大させ、出力側の回転数を下げるとともにトルクを増大させるものである。また、負荷が減少すれば減速比ｒ_ｅ／ｒ_ｉは自動的に低下させるものであり、このように減速比ｒ_ｅ／ｒ_ｉが無段階に自動変更されることで、高い作業効率を確保することが可能となっている。加えて、本例のような減速装置２においてはギア音が発生しないので静粛な作業が要求される環境下であっても騒音発生が問題とならないものである。

次に、本発明の実施の形態における他例の電動工具について説明する。なお、本例の基本的構成は既述した一例と略同様あることから一致する構成については詳しい説明を省略する。本例の電動工具は、一例のようなカム機構を具備する代わりに、パワーローラ７の姿勢を変更させるアクチュエータ２０を具備し、制御部２５によりアクチュエータ２０を駆動させてエネルギ効率が最大となる減速比となるようにパワーローラ７を変速軸Ｄ回りに回転駆動させるものである。

上記アクチュエータ２０は、各パワーローラ７に固定した平歯車２１と、制御モータ２２と、制御モータ２２から両側に突出した出力軸２３にそれぞれ固定されて平歯車２１に噛合うように配される歯車２４とを具備して成り、制御部２５から制御モータ２２用ドライバ２６に与えられるパルス指令値により制御モータ２２を駆動させて減速比ｒ_ｅ／ｒ_ｉを変更するようになっている。

また、モータである駆動部１の電流値及び回転数はセンサ（図示せず）により検出されて制御部２５に送られ、該制御部２５にて負荷トルクとＮ−Ｔ特性を算出する。制御部２５には、負荷とエネルギ効率の関係が予め記憶させてあり、上記関係を照らし合わせることでＮ−Ｔ特性中の最大効率点を得て該最大効率点に近付くように制御モータ２２用ドライバ２５にパルス司令値を与えてパワーローラ７の姿勢（即ち減速比ｒ_ｅ／ｒ_ｉ）を制御させるものである。これを極めて短い時間間隔（１ミリセカンド以下）で繰返し行うことで、負荷変動に応じて常にエネルギ効率を最大に近付けることができる。即ち本例においては、制御部２５が、駆動部１の負荷トルクを検出する負荷検出手段であるとともに、負荷検出手段により得られた負荷値を予め設定してある負荷値とエネルギ効率との関係と照らしてエネルギ効率が最大となる減速比ｒ_ｅ／ｒ_ｉを算出する算出手段であり、上記算出手段により得られた減速比ｒ_ｅ／ｒ_ｉとなるようにアクチュエータ２０に指令を与え続けることで、高いエネルギ効率での作業を可能とするものである。

なお、パワーローラ７を回転駆動させる変速制御手段は一例や他例の構成にだけ限定されるものではなく、パワーローラ７の姿勢制御により減速比ｒ_ｅ／ｒ_ｉを無段階に変更できるものであれば他の構成であっても構わない。また、一例や他例と同様の減速装置２をインパクト工具以外の他の電動工具に用いた場合にも同様の効果が得られることは勿論である。

本発明の実施の形態における一例の電動工具の特徴部分を示す側面図である。図１中のパワーローラ周辺の拡大図であり、(ａ)は傾倒角度が大の場合、（ｂ）は傾倒角度が小の場合を示している。同上の電動工具のカムローラ部の正面図である。同上のカム機構の説明図であり、(ａ)は出力ディスクのカム面、（ｂ）はカムディスクのカム面を示している。本発明の実施の形態における他例の電動工具の特徴部分を示す側断面図である。同上の電動工具の変速制御手段を示す説明図である。従来の電動工具の基本構成を示す説明図である。同上の電動工具の減速装置を示しており、(ａ)は正断面図、（ｂ）は側断面図である。

符号の説明

１駆動部
２減速装置
３工具機構
５入力ディスク
６出力ディスク
７パワーローラ
８転動面
９転動面
２０アクチュエータ
２５制御部
Ａ回転軸

Claims

駆動部と、駆動部の回転駆動力を伝達する減速装置と、減速装置により駆動される工具機構とを具備する電動工具において、上記減速装置が、同一回転軸を中心として回転自在に配されるとともに互いの対向面外周縁部に断面円弧状の転動面を形成してある入力ディスク及び出力ディスクと、両ディスクの転動面と接して回転することで入力ディスクの回転駆動力を出力ディスクに伝達するパワーローラと、該パワーローラを変速軸回りに回転させて姿勢を変更させることで入力ディスクと出力ディスクとの間の減速比を変更させる変速制御手段とを具備して成る無段変速装置であることを特徴とする電動工具。
上記変速制御手段として、駆動部の負荷トルクを検出する負荷検出手段と、負荷検出手段により得られた負荷値を予め設定してある負荷値とエネルギ効率との関係と照らしてエネルギ効率が最大となる減速比を算出する算出手段と、上記算出手段により得られた減速比となるようにパワーローラの姿勢を変更させるアクチュエータとを具備することを特徴とする請求項１に記載の電動工具。