JP2006150518A - 電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】シフトノブに要求されるスライド操作力と保持力とを小さなスペースで、且つ、単純な構成で容易に確保することができる電動工具を提供すること。
【解決手段】ハウジング２に設けられたガイド２ａに沿って軸方向に移動可能に保持された速度切替用の外部操作子であるシフトノブ５にクリックアーム５ｂを設け、該クリックアーム５ｂに突設された凸部５ｃをハウジング２側に形成された複数の凹部２ｂ，２ｃに選択的に係合させることによって速度を切り替える電動工具において、弾性を有する直線状の線材で構成されたシフトスプリング２５を前記シフトノブ５のクリックアーム５ｂの軸方向に沿って配置するとともに、その少なくとも２点を支点５ｆによって支持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、外部操作子であるシフトノブのスライド操作によって速度を切り換えることができる電動工具に関するものである。

例えば、電動ドライバ等の電動工具には、変速機付減速装置を備え、外部操作子としてのシフトノブをスライド操作することによって速度を切り替えることができるものがある。図７及び図８に従来のシフトノブの一例を示す。

即ち、図７は従来の電動工具のハウジングを内側から見た図、図８は図７のＣ−Ｃ線断面図であり、ハウジング１０２には溝状の一対のガイド１０２ａが互いに平行に形成されており、これらのガイド１０２ａにはシフトノブ１０５の左右（図７の上下）の端縁に互いに平行に形成されたフランジ状のクリックアーム１０５ｂが摺動可能に嵌合している。従って、シフトノブ１０５は、ハウジング１０２のガイド１０２ａに沿って前後方向（図７の左右方向）にスライド可能に保持されている。

ところで、ハウジング１０２の各ガイド１０２ａの奥側の相対向する前後方向（シフトノブ１０５のスライド方向）の２箇所には矩形溝状の凹部１０２ｂ，１０２ｃがそれぞれ形成されており、シフトノブ１０５の前記クリックアーム１０５ｂの各外端面の一部には、ハウジング１０２側の前記凹部１０２ｂ，１０２ｃに選択的に係合する凸部１０５ｃがそれぞれ形成されている。尚、スライドノブ１０５の各クリックアーム１０５ｂには前後方向に長い細い溝１０５ｄがそれぞれ形成されており、この溝１０５ｄによって各クリックアーム１０５ｂの撓み変形が促進されて凸部１０５ｃの凹部１０２ｂ，１０２ｃに対する係脱が許容される。

又、シフトノブ１０５の内面には溝１０５ａが形成されており、この溝１０５ａには不図示のシフトアームが係止されている。そして、このシフトアームは、例えば遊星減速ギヤ機構のインターナルギヤ（不図示）に連結されている。

而して、シフトノブ１０５を前後方向にスライドさせ、その凸部１０５ｃをハウジング１０２側の凹部１０２ｂ，１０２ｃに選択的に係合させれば、該シフトノブ１０５にシフトアームを介して連結された不図示の遊星減速ギヤ機構のインターナルギヤが同方向にスライドし、これによって工具の回転速度が切り替えられる。このとき、シフトノブ１０５の凸部１０５ｃがハウジング１０２側の凹部１０２ｂ，１０２ｃに係合することによって、シフトノブ１０５のスライド操作に適度なクリック感が付与されるとともに、インターナルギヤが所定の速度切替位置に保持される。

尚、特許文献１には、シフトアームにシフトノブのクリックアームを内側から押圧する突起を設け、このシフトアームをシフトノブに配置する構成が開示されている。

特許第３３９１８４５号公報

上述のような速度切替手段を備える電動工具においては、シフトノブ１０５をスライド操作したときの操作力やインターナルギヤの保持力が、一般的には樹脂で構成されたシフトノブ１０５と一体に形成されたクリックアーム１０５ｂの強度に大きく依存するため、操作力や保持力を大きくする場合、クリックアーム１０５ｂの断面積を大きくするか、クリックアーム１０５ｂの材料として強度の高い樹脂を使用する必要があった。

しかし、ハウジング１０２とギヤケースの形状に規制されるスペースの中で、シフトアーム１０５のクリックアーム１０５ｂの断面積を大きくすることは困難であり、クリックアーム１０５ｂの材料として強度の高い材料を使用した場合、シフトノブ１０５が高価な部品になってしまうとともに、操作時のクリックアーム１０５ｂの変形に伴う割れが懸念される。更に、繰返し操作による永久変形や温度変化による操作力及び保持力の低下も考慮する必要があった。

又、シフトアームと一体でクリックアームを内側から押圧するようにした前記特許文献１に開示された構成の場合、シフトアームは、外枠を形成するハウジングやギヤケースと干渉することなくインターナルギヤと係合され、且つ、シフトノブ操作時の適度な操作力とインターナルギヤの軸方向への移動を保持する保持力を確保することができる形状に成形される必要があるため、その形状が非常に複雑になってしまい、生産性の低下を招く要因となる。更に、シフトアームを１つの線材で構成し、これにシフトノブの操作力と保持力及びインターナルギヤとの係合及び移動等の全ての要求を満足させることは非常に困難である。

尚、シフトアームを２つの線材で構成し、シフトノブの操作力と保持力を担う部分と、インターナルギヤとの係合及び移動を担う部分とに分離することによって、シフトアームの形状を単純化することも考えられる。しかし、シフトノブの操作力と保持力を担う部分は、依然として複雑な曲線で構成されており、スプリングが撓んだときにスプリングに接触してその撓みを規制するものが存在しない。このため、スプリングは複雑に変形し、変形に際しての弾性力の算出が困難である。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、シフトノブに要求されるスライド操作力と保持力とを小さなスペースで、且つ、単純な構成で容易に確保することができる電動工具を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、ハウジングに設けられたガイドに沿って軸方向に移動可能に保持された速度切替用の外部操作子であるシフトノブにクリックアームを設け、該クリックアームに突設された凸部をハウジング側に形成された複数の凹部に選択的に係合させることによって速度を切り替える電動工具において、弾性を有する直線状の線材で構成されたシフトスプリングを前記シフトノブのクリックアームの軸方向に沿って配置するとともに、その少なくとも２点を支点によって支持したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記シフトノブを対称形状に成形するとともに、前記シフトスプリングを１本の線材を折り曲げて形成してシフトノブの両側に配置したことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、樹脂に比べて弾性力の大きな直線形状の線材を用いたシフトスプリングをシフトノブのクリックアームに配置したため、シフトノブの操作時にシフトスプリングがクリックアームと同様に弾性変形し、シフトノブのクリックアームの断面積を大きくしなくても、該クリックフームの弾性力がシフトスプリングの弾性力で補われ、シフトノブに要求されるスライド操作力と保持力とを小さなスペースで、且つ、単純な構成で容易に確保することができる。

又、シフトスプリングは、その少なくとも２点が支点によって支持されるため、変形に際しての弾性力を容易に算出することができ、支点間の距離を調整することによってシフトノブのスライド操作力と保持力を容易に調整することができる。

請求項２記載の発明によれば、シフトスプリングを１本の線材を折り曲げて形成し、これを対称形状のシフトノブの両側に配置したため、クリックアームとシフトスプリングの機能を確保しながら部品点数を削減することができるとともに、該シフトスプリングのシフトノブとの係合又は固定位置に自由度が増えるため、組立性の向上とシフトノブの形状の簡素化を図ることができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

先ず、本発明に係る電動工具の全体構成と速度切替機構の構成を図４〜図６に基づいて説明する。

図４は電動工具の外観斜視図、図５は同手電動工具の速度切替機構部分のハウジングを断面にして示す側面図、図６は同速度切替機構部分の側断面図である。

図４に示す電動工具１は、変速機付減速装置を備えた電動ドリルであって、そのハウジング２から下方に一体に延びるハンドル部２ａの下端には電池パック３が着脱可能に装着されており、ハンドル部２ａの上部にはスイッチ４が設けられている。又、ハウジング２の上部には、速度切替用の外部操作子であるシフトノブ５が前後方向にスライド可能に設けられており、ハウジング２の先端部には、不図示の工具（ドリル）を着脱可能に装着するための先端工具保持部であるチャック６が回転可能に設けられている。

上記ハウジング２内には、図５及び図６に示すように、駆動源としてのモータ７が内蔵されており、このモータ７の回転は変速機付減速装置としての遊星減速ギヤ機構Ｇによって減速されて前記チャック６に伝達され、該チャック６に装着された不図示の工具（ドリル）が所定の速度で回転駆動されて所要の穴あけ作業に供される。

ここで、上記遊星減速ギヤ機構Ｇの構成の詳細について説明する。

遊星減速ギヤ機構Ｇは、図６に示すように、第１減速部Ｇ１と第２減速部Ｇ２及び第３減速部Ｇ３で構成され、第１減速部Ｇ１は、モータ７の出力軸（モータ軸）８に結着された太陽ギヤ９と、ギヤケース１０の内周部に固定されたインターナルギヤ１１及び該インターナルギヤ１１と前記太陽ギヤ９に噛合する複数の遊星ギヤ１２で構成されており、各遊星ギヤ１２は、キャリア１３に回転可能に軸支されている。

又、第２減速部Ｇ２は、前記キャリア１３に一体に形成された太陽ギヤ１４と、その周囲に配された複数の遊星ギヤ１５及び該遊星ギヤ１５に噛合するインターナルギヤ１６で構成されており、各遊星ギヤ１５は、キャリア１７に回転可能に軸支されている。ここで、インターナルギヤ１６は、ギヤケース１０の内周に沿って前後方向（軸方向）にスライド可能であって、その一端外周部には複数の係合溝１６ａが形成され、ギヤケース１０にはインターナルギヤ１６の前記係合溝１６ａが係脱するための複数（係合溝１６ａと同数）の係合突起１０ａが形成されている。又、前記キャリア１３の外周には、インターナルギヤ１６が選択的に係合するための係合歯１３ａが形成されている。

更に、第３減速部Ｇ３は、前記キャリア１７に一体に形成された太陽ギヤ１８と、その周囲に配された複数の遊星ギヤ１９及び該遊星ギヤ１９に噛合するインターナルギヤ２０で構成されており、各遊星ギヤ１９は、キャリア２１に回転可能に軸支されている。そして、キャリア２１は、モータ７の出力軸（モータ軸）８と同軸に配された駆動軸２２の一端結着されており、駆動軸２２の他端には前記チャック６がボルト２３によって取り付けられている。

又、前述のようにハウジング２には速度切替用のシフトノブ５が前後方向（軸方向）にスライド可能に設けられており、図５に示すように、該シフトノブ５の内面に形成された溝５ａには、弾性を有する線材で構成されたシフトアーム２４が係止されている。そして、このシフトアーム２４は、ギヤケース１０の一部に形成された前後方向に長い矩形状の長孔１０ｂを貫通してギヤケース１０内に臨み、その端部は、前記インターナルギヤ１６の外周に形成された環状溝１６ｂ（図６参照）に係合されている。従って、シフトノブ５は、シフトアーム２４を介してインターナルギヤ１６に連結されており、該シフトノブ５を前後にスライドさせると、インターナルギヤ１６も同方向にスライドする。

ここで、シフトノブ５の構成の詳細を図１及び図２に基づいて説明する。

図１はハウジングを内側から見た図（図５の矢視Ｂ−Ｂ線方向の図）、図２は図１のＡ−Ａ線断面図であり、ハウジング２には溝状の一対のガイド２ａが互いに平行に形成されており、これらのガイド２ａには樹脂にて一体成形されたシフトノブ５の左右（図１の上下）の端縁に互いに平行に形成されたフランジ状の弾性変形可能なクリックアーム５ｂが摺動可能に嵌合している。従って、シフトノブ５は、ハウジング２のガイド２ａに沿って前後方向（図１の左右方向）にスライド可能に保持されている。

ところで、ハウジング２の各ガイド２ａの奥側の相対向する前後方向（シフトノブ５のスライド方向）の２箇所には矩形溝状の凹部２ｂ，２ｃが形成されており、シフトノブ５の前記クリックアーム５ｂの各外端面の一部には、前記凹部２ｂ，２ｃに選択的に係合する凸部５ｃがそれぞれ形成されている。尚、スライドノブ５の各クリックアーム５ｂには前後方向に長い細い溝５ｄがそれぞれ形成されており、この溝５ｂによって各クリックアーム５ｂの撓み変形が促進されて凸部５ｃの凹部２ｂ，２ｃに対する係脱が許容される。

而して、スライドノブ５の各クリックアーム５ｂの内面には前後方向に沿う段部５ｅがそれぞれ形成されており、各段部５ｅには弾性を有する直線状の線材から成るシフトスプリング２５がそれぞれ配置され、このシフトスプリング２５はその前後の２点が凸状の支点５ｆによって支持されている。

次に、以上の構成を有する電動工具１の速度切替動作について説明する。

シフトノブ５を後方（図１の左方）にスライドさせて図１に示すように凸部５ｃがハウジング２側の凹部２ｂに係合している状態では、該シフトノブ５とシフトアーム２４を介して連結されたインターナルギヤ１６が後方にスライドし、該インターナルギヤ１６が図６に示すようにキャリア１３の係合歯１３ａに係合するため、キャリア１３とインターナルギヤ１６とが一体化される。

このとき、図４に示すスイッチ４をＯＮ操作してモータ７を駆動すれば、その出力軸（モータ軸）８の回転は遊星減速ギヤ機構Ｇの第１減速部Ｇ１によって１段減速されてキャリア１３に伝達される。即ち、第１減速部Ｇ１においては、モータ７の出力軸（モータ軸）８と共に太陽ギヤ９が回転すれば、該太陽ギヤ９とインターナルギヤ１１に噛合する複数の遊星ギヤ１２が自転しながら太陽ギヤ９の周りを公転し、これらの遊星ギヤ１２の公転によってキャリア１３が１段減速された速度で回転する。

ところで、この場合、前述のようにキャリア１３と第２減速部Ｇ２のインターナルギヤ１６とは一体化しているため、第２減速部Ｇ２は減速機能を果たさず、キャリア１３の回転はそのままキャリア１７に伝達され、該キャリア１７に一体に形成された第３減速部Ｇ３の太陽ギヤ１８がキャリア１７と同速度（１段減速された速度）で回転する。

そして、第３減速部Ｇ３において、キャリア１７に形成された太陽ギヤ１８が回転すれば、該太陽ギヤ１８とインターナルギヤ２０に噛合する複数の遊星ギヤ１９が自転しながら太陽ギヤ１８の周りを公転し、これらの遊星ギヤ１９の公転によってキャリア２１が２段減速された速度で回転する。そして、キャリア２１の回転は駆動軸２２に伝達され、該駆動軸２２とこれに取り付けられたチャック６及び該チャック６に装着された不図示の工具（ドリル）が回転駆動される。

以上のように、スライドノブ５の凸部５ｃがハウジング２側の凹部２ｂに係合した状態では、モータ７の出力軸（モータ軸）８の回転は遊星減速ギヤ機構Ｇによって２段減速されてチャック６に伝達されるため、該チャック６及びこれに装着された工具が高速で回転駆動される。

次に、シフトノブ５を前方へスライドさせ、その凸部５ｃをハウジング２側の他方（前方）の凹部２ｃに係合させると、図６に示すインターナルギヤ１６が前方にスライドし、該インターナルギヤ１６はキャリア１３の係合歯１３ａから離脱し、その係合溝１６ａがギヤケース１０の係合突起１０ａに係合するため、該インターナルギヤ１６がギヤケース１０に固定され、遊星減速ギヤ機構Ｇの第２減速部Ｇ２が減速機能を果たす。従って、この状態では、モータ７の出力軸（モータ軸）８の回転は、遊星減速ギヤ機構Ｇの第１、第２及び第３減速部Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３によって３段減速されてチャック６及び工具に伝達され、これらの速度が低速側に切り替えられる。

即ち、遊星減速ギヤ機構Ｇの第１減速部Ｇ１において、モータ７の出力軸（モータ軸）８と共に太陽ギヤ９が回転すれば、該太陽ギヤ９とインターナルギヤ１１に噛合する複数の遊星ギヤ１２が自転しながら太陽ギヤ９の周りを公転し、これらの遊星ギヤ１２の公転によってキャリア１３が１段減速された回転数で回転する。そして、第２減速部Ｇ２において、キャリア１３に一体に形成された太陽ギヤ１４が１段減速された速度が回転すれば、遊星ギヤ１５が太陽ギヤ１４の周りを公転し、これらの遊星ギヤ１５を軸支するキャリア１７が２段減速された速度で回転する。

第３減速部Ｇ３においては、太陽ギヤ１８がキャリア１７と共に回転すれば、該太陽ギヤ１８とインターナルギヤ２０に噛合する複数の遊星ギヤ１９が太陽ギヤ１８の周りを公転し、これらの遊星ギヤ１９の公転によってキャリア２１が３段減速された速度で回転する。そして、キャリア２１の回転は駆動軸２２に伝達され、該駆動軸２２とこれら取り付けられたチャック６及び該チャック６に装着された不図示の工具（ドリル）が回転駆動される。

以上のように、スライドノブ５の凸部５ｃがハウジング２側の凹部２ｃに係合した状態では、モータ７の出力軸（モータ軸）８の回転は、遊星減速ギヤ機構Ｇによって３段減速されてチャック６に伝達されるため、該チャック６及びこれに装着された工具が低速で回転駆動される。

ところで、シフトノブ５を速度切替位置に保持する力及びスライド操作するときの操作力は、該シフトノブ５の各クリックアーム５ｂが弾性変形する際の弾性力に大きく依存する。シフトノブ５は弾性力の小さな樹脂で構成されるのが一般的であるが、本実施の形態では、樹脂に比べて弾性力の大きな直線形状の線材を用いたシフトスプリング２５を前述のようにシフトノブ５に配置したため、シフトノブ５の操作時にシフトスプリング２５がクリックアーム５ｂと同様に弾性変形する。

この結果、シフトノブ５のクリックアーム５ｂの断面積を大きくしなくても、該クリックフーム５ｂの弾性力をシフトスプリング２５の弾性力で補うことができ、シフトノブ５に要求されるスライド操作力と保持力とを小さなスペースで、且つ、単純な構成で容易に確保することができる。又、シフトスプリング２５は、シフトノブ５に形成された２つの支点５ｆによって２点支持されており、変形に際しての弾性力を容易に算出することができる。即ち、材料力学によれば、シフトスプリング２５の弾性力は、該シフトスプリング２５を直線状の梁、シフトスプリング２５の凸部５ｃに対向する部分の力を作用点、この作用点の両側にあってシフトスプリング２５の変形を規制する２つの支点５ｆを支点とする両持ち梁の力学的モデルに基づいて算出することができる。

例えば、シフトノブ５の保持力やスライド操作時の操作力を高めたい場合には、シフトスプリング２５の線径を大きくするか、又は２つの支点５ｆ間の距離を狭くすれば良い。又、シフトノブ５が対称形状であれば、シフトスプリング２５を片側或は両側に配置することによって、シフトノブ５の保持力やスライド操作時の操作力を調整することが可能である。尚、シフトスプリング２５が凸部５ｃの両側にある２つの支点５ｆで支持されることによって、該シフトスプリング２５の線径が小さくても、高い保持力と操作力を確保することができる。又、支点５ｆを何れか１つだけにすると、保持力及び操作力は片持ち梁の力学的モデルに基づいて容易に算出することができるが、保持力及び操作力は支点５ｆが２つある場合と比べると低くなる。

而して、本実施の形態では、シフトスプリング２５は、ハウジング２のガイド２ａによって挟まれたスペースに配置されるため、スライド方向の位置決めをシフトノブ５により行うことによって、シフトスプリング２５の位置を保持することができる。或は、組立性を向上させるため、シフトノブ５にシフトスプリング２５の両端を係合する係合部を設けるか、溶着等で固定することが望ましい。この場合、シフトノブ５の支点５ｆ間が直線形状であれば、シフトスプリング２５をシフトノブ５に係合又は固定するためにその端部を折り曲げても良い。

又、図３に示すように、シフトノブ５が対称形状に成形され、その両側にシフトスプリング２５’を配置する場合は、該シフトスプリング２５’を１本の線材を折り曲げてコの字状に成形すれば、クリックアーム５ｂとシフトスプリング２５’の機能を確保しながら部品点数を削減することができるとともに、該シフトスプリング２５’のシフトノブ５との係合又は固定位置に自由度が増えるため、組立性の向上とシフトノブ５の形状の簡素化を図ることができる。

本発明は、電動ドリルの他、シフトノブのスライド操作によって速度を切り換えることができる任意の電動工具に対して適用可能である。

本発明に係る電動工具のハウジングを内側から見た図（図５の矢視Ｂ−Ｂ線方向の図）である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の他の形態を示す図１と同様の図である。 本発明に係る電動工具の外観斜視図である。 本発明の電動工具の速度切替機構部分のハウジングを断面にして示す側面図である。 本発明の電動工具の速度切替機構部分の側断面図である。 従来の電動工具のハウジングを内側から見た図である。 図７のＣ−Ｃ線断面図である。

符号の説明

１ 電動工具
２ ハウジング
２ａ ガイド
２ｂ，２ｃ 凹部
３ 電池パック
４ スイッチ
５ シフトノブ
５ａ 溝
５ｂ クリックアーム
５ｃ 凸部
５ｄ 溝
５ｅ 段部
５ｆ 支点
６ チャック
７ モータ
８ 出力軸（モータ軸）
９ 太陽ギヤ
１０ ギヤケース
１１ インターナルギヤ
１２ 遊星ギヤ
１３ キャリア
１４ 太陽ギヤ
１５ 遊星ギヤ
１６ インターナルギヤ
１７ キャリア
１８ 太陽ギヤ
１９ 遊星ギヤ
２０ インターナルギヤ
２１ キャリア
２２ 駆動軸
２４ シフトアーム
２５ シフトスプリング
Ｇ 遊星減速ギヤ機構
Ｇ１ 第１減速部
Ｇ２ 第２減速部
Ｇ３ 第３減速部

Claims (2)

1. ハウジングに設けられたガイドに沿って軸方向に移動可能に保持された速度切替用の外部操作子であるシフトノブにクリックアームを設け、該クリックアームに突設された凸部をハウジング側に形成された複数の凹部に選択的に係合させることによって速度を切り替える電動工具において、
   弾性を有する直線状の線材で構成されたシフトスプリングを前記シフトノブのクリックアームの軸方向に沿って配置するとともに、その少なくとも２点を支点によって支持したことを特徴とする電動工具。
2. 前記シフトノブを対称形状に成形するとともに、前記シフトスプリングを１本の線材を折り曲げて形成してシフトノブの両側に配置したことを特徴とする請求項１記載の電動工具。

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