JP2016101617A - 作業機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、作業状況に応じた制御を実行可能な打撃作業機を提供する。【解決手段】モータのトルクを変速装置を介して作業工具に伝達するドライバ１０であって、作業者により操作されて動作するシフトノブ４１と、シフトノブ４１の動作力が伝達されて動作し、かつ、変速装置の変速比を第１変速比から第２変速比に切り替えるスライドギヤと、変速装置のトルク伝達経路に配置され、受け持つトルクが所定値以下である場合は停止し、かつ、受け持つトルクが基準トルクを超えると回転してシフトノブ４１を動作させる第１リングギヤＲ１と、を備えている。【選択図】図４

Description

本発明は、モータから作業工具に至るトルク伝達経路に変速装置が配置されている作業機に関する。

モータから作業工具に至るトルク伝達経路に変速装置が配置された作業機が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された作業機は、電動ドライバであり、電動モータのトルクが工具保持部材に伝達される。電動モータから工具保持部材に至るトルク伝達経路に変速装置が設けられている。

変速装置は、第１遊星歯車機構〜第２遊星歯車機構を有する。第１遊星歯車機構は、電動モータの回転軸に連結された第１サンギヤと、第１サンギヤと同心状に配置された第１リングギヤと、第１サンギヤ及び第１リングギヤに噛み合う複数の第１ピニオンギヤを自転及び公転可能に支持する第１キャリヤと、を備えている。第１リングギヤは、電動モータの出力軸の軸線を中心として所定角度内で回動可能である。

第２遊星歯車機構は、第１キャリヤと一体回転する第２サンギヤと、第２サンギヤと同心状に配置され、かつ、軸線方向に移動可能な第２リングギヤと、第２サンギヤ及び第２リングギヤに噛み合う複数の第２ピニオンギヤを自転及び公転可能に支持する第２キャリヤと、を備えている。第２リングギヤは、作業者が操作するシフトノブに接続されており、作業者がシフトノブを操作すると第２リングギヤが軸線方向に移動して、第１キャリヤに対して係合または解放される。

第３遊星歯車機構は、第２キャリヤと一体回転する第３サンギヤと、第３サンギヤと同心状に配置された第３リングギヤと、第３サンギヤ及び第３リングギヤに噛み合う複数の第３ピニオンギヤを自転及び公転可能に支持する第３キャリヤと、を備えている。第３キャリヤは、工具保持部材に連結されている。さらに、第３リングギヤの回転を規制する第２ブレーキが設けられている。

また、第１リングギヤ及び第２リングギヤに、第１リングギヤが受けるトルクで、第２リングギヤを軸線に沿った方向に移動させるカム機構が設けられている。さらに、第２リングギヤが第１キャリヤから解放された状態で、第２リングギヤの回転を防止する第１ブレーキが設けられている。さらに、第２リングギヤを第１キャリヤに係合させた状態に保持する弾性体が設けられている。

特許文献１に記載された作業機において、シフトノブが高速側に設定されていると、弾性体の力で、第２リングギヤは第１キャリヤに係合された状態にある。電動モータのトルクが第１サンギヤに伝達されると、第１リングギヤが反力要素となり、第１キャリヤからトルクが出力される。第２リングギヤは、第２ピニオンギヤに常時噛み合い、かつ、第１キャリヤに係合されている。このため、第２遊星歯車機構を構成する３つの回転要素は一体回転し、第２キャリヤからトルクが出力される。

特許文献１に記載された作業機において、作業工具の締め付けに必要なトルクが増加して、第１リングギヤが受け持つ反力トルクが増加すると、第１リングギヤは弾性体の力に抗して所定角度回転し、カム機構の作用で第２リングギヤが軸線方向に動作する。すると、第２リングギヤは第１キャリヤから解放され、かつ、第２ブレーキは第２リングギヤを停止する。

特開２０００−２５４８７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された作業機は、変速装置の変速比を自動的に切り替えるために、専用の部品として弾性体を設けなければならず、部品点数が増加する問題があった。

本発明の目的は、部品点数を増加することなく、変速装置の変速比を自動的に変更することの可能な、作業機を提供することにある。

一実施形態の作業機は、モータのトルクを変速装置を介して作業工具に伝達する作業機であって、作業者により操作されて動作する操作部材と、前記操作部材の動作力が伝達されて動作し、かつ、前記変速装置の変速比を第１変速比から第２変速比に切り替える動作部材と、前記変速装置のトルク伝達経路に配置され、受け持つトルクが基準トルク以下である場合は停止し、かつ、受け持つトルクが基準トルクを超えると回転して前記操作部材を動作させる回転要素と、を備えている。

他の実施形態の作業機は、モータのトルクを変速装置を介して作業工具に伝達する作業機であって、前記変速装置を収容するケーシングと、前記変速装置のトルク伝達経路に配置され、かつ、受け持つトルクが基準トルクより大きくなると回転する回転要素と、作業者により操作されて動作するとともに、前記回転要素と接触する傾斜面を有し、かつ、前記回転要素の回転に連動して動作する操作部材と、を備え、前記傾斜面に作用するトルクによって前記操作部材と前記回転要素とが連動して動作すると前記変速装置の変速比を第１変速比から第２変速比に切り替える。

他の実施形態の作業機は、モータのトルクを変速装置を介して作業工具に伝達する作業機であって、前記変速装置を収容するケーシングと、前記変速装置のトルク伝達経路に配置され、かつ、受け持つトルクが基準トルクより大きくなると回転する回転要素と、作業者により操作されて動作するとともに、前記回転要素の回転に連動して動作する操作部材と、を備えている。

本発明では、変速装置の変速比を自動的に切り替えるために、専用の部品を設けずに済み、部品点数が増加することを抑制できる。

本発明の実施の形態であるドライバの正面断面図である。 図１のドライバに設けられた変速機で第１変速比が設定されている状態を示す正面断面図である。 （Ａ），（Ｂ）は、図２の変速機のスケルトン図である。 図１のドライバの部分的な左側面断面図である。 図１のドライバの部分的な底面図である。 （Ａ），（Ｂ）は、図１のドライバの部分的な正面断面図である。 図２の変速機で第１変速比が設定されている状態を示す共線図である。 図２の変速機で第２変速比が設定されている状態を示す共線図である。 図１のドライバの部分的な左側面断面図である。 図１のドライバの部分的な底面図である。 図１のドライバに設けられた変速機で第２変速比が設定されている状態を示す正面断面図である。 図１のドライバに設けられた変速機の特性を示す線図である。 図１のドライバの部分的な左側面断面図である。 図１のドライバの部分的な底面図である。 図１のドライバに緩衝機構を設けた部分的な左側面断面図である。 図１のドライバに緩衝機構を設けた部分的な左側面断面図である。 図１のドライバに緩衝機構を設けた部分的な底面図である。

以下、本発明の実施の形態であるドライバを図面を参照して詳細に説明する。

図１に示すドライバ１０は、外殻要素１１と、外殻要素１１内に設けられた電動モータ１２と、外殻要素１１の外に配置され、かつ、電動モータ１２のトルクが伝達されるチャック１３と、を備えている。チャック１３に作業工具としてのドライバビットが取り付けられる。外殻要素１１は、ケーシング１４と、ケーシング１４に連続するグリップ１５と、を備えている。グリップ１５におけるケーシング１４とは反対の端部に装着部１６が設けられ、電池パック１７を装着部１６に取り付けまたは取り外し可能である。

電池パック１７は、電池セルを収容したケースである。電池セルは、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、リチウムイオンポリマー電池、ニッケルカドミウム電池等を用いることができる。装着部１６内に制御部１８が設けられており、制御部１８は、電池パック１７から電動モータ１２に印加する電圧、電流の向きを制御する。この制御により、電動モータ１２の回転軸２１の回転方向、回転数、トルクが制御される。

電動モータ１２は、ケーシング１４に固定されたステータ１９と、ケーシング１４内に回転可能に設けられたロータ２０と、を有する。ステータ１９は永久磁石を備え、ロータ２０は、電圧が印加されるコイルを有する。ロータ２０と共に一体回転する回転軸２１が、ケーシング１４内に設けられている。回転軸２１を回転可能に支持する２個の軸受２２，２３がケーシング１４内に設けられている。回転軸２１の回転中心は軸線Ａ１である。

ケーシング１４の開口端１４Ａに取り付けられたクラッチダイヤル２４が設けられている。クラッチダイヤル２４は筒形状であり、チャック１３はクラッチダイヤル２４の外に配置される。ケーシング１４内にフロントケース２５が設けられ、ケーシング１４内からクラッチダイヤル２４内に亘ってリヤケース２６が設けられている。リヤケース２６は、軸線Ａ１に沿った方向で電動モータ１２とフロントケース２５との間に配置されている。ケーシング１４内に隔壁２７が設けられており、隔壁２７は、軸線Ａ１に沿った方向で、電動モータ１２とリヤケース２６との間に配置されている。

フロントケース２５及びリヤケース２６は、ケーシング１４に対して回転しない。フロントケース２５及びリヤケース２６は、共に筒形状であり、フロントケース２５内及びリヤケース２６内に亘って、変速装置２８が配置されている。変速装置２８は、回転軸２１の回転数とチャック１３の回転数との比を変更する動力伝達装置である。

変速装置２８は、図２及び図３のように、第１遊星歯車機構２９〜第３遊星歯車機構３１を有する。第１遊星歯車機構２９〜第３遊星歯車機構３１は、変速装置２８のトルク伝達経路を形成する。第１遊星歯車機構２９は、回転軸２１の外周面に設けた第１サンギヤＳ１と、第１サンギヤＳ１と同心状に配置された第１リングギヤＲ１と、第１サンギヤＳ１及び第１リングギヤＲ１に噛み合う複数の第１ピニオンギヤＰ１を自転、かつ、公転可能に支持する第１キャリヤＣ１と、を備えている。第１リングギヤＲ１は、リヤケース２６の内周面に取り付けられ、かつ、軸線Ａ１を中心として所定角度内で回動可能である。第１リングギヤＲ１を、所定角度内で回動可能とする構造は後述する。

第２遊星歯車機構３０は、第１キャリヤＣ１にトルク伝達可能に接続された第２サンギヤＳ２と、第２サンギヤＳ２と同心状に配置された第２リングギヤＲ２と、第２サンギヤＳ２及び第２リングギヤＲ２に噛み合う複数の第２ピニオンギヤＰ２を自転、かつ、公転可能に支持する第２キャリヤＣ２と、を備えている。第２サンギヤＳ２は、第１キャリヤＣ１と共に一体回転する。リヤケース２６内にスライドリング３４が設けられている。スライドリング３４は、軸線Ａ１に沿った方向に移動可能であり、かつ、軸線Ａ１を中心として回転可能である。第２リングギヤＲ２は、スライドリング３４の内周面に形成されている。

第１キャリヤＣ１にアウターギヤ３２が設けられ、スライドリング３４の外周面にアウターギヤ３５が設けられており、リヤケース２６の内周面にブレーキギヤ３６が設けられている。第２リングギヤＲ２は、軸線Ａ１方向におけるスライドリング３４の位置に関わりなく、第２ピニオンギヤＰ２と常時噛み合う。第２リングギヤＲ２は、スライドリング３４が軸線Ａ１方向に移動すると、アウターギヤ３２に係合または解放される。アウターギヤ３５は、スライドリング３４が軸線Ａ１方向に移動すると、ブレーキギヤ３６に係合または解放される。

具体的に説明すると、第２リングギヤＲ２が、図３（Ａ）のようにアウターギヤ３２に係合すると、アウターギヤ３５は、ブレーキギヤ３６から解放される。これに対して、第２リングギヤＲ２が、図３（Ｂ）のようにアウターギヤ３２から解放されると、アウターギヤ３５は、ブレーキギヤ３６に係合する。

第３遊星歯車機構３１は、第２キャリヤＣ２と一体回転する第３サンギヤＳ３と、第３サンギヤＳ３と同心状に配置された第３リングギヤＲ３と、第３サンギヤＳ３及び第３リングギヤＲ３に噛み合う複数の第３ピニオンギヤＰ３を自転、かつ、公転可能に支持する第３キャリヤＣ３と、を備えている。第３キャリヤＣ３は、スピンドル３３を介してチャック１３にトルク伝達可能に接続されている。フロントケース２５は、大径部２５ａ及び小径部２５ｂを備え、大径部２５ａの外径は小径部２５ｂの外径よりも大きい。第３リングギヤＲ３は、大径部２５ａ内に配置されている。このように、第１遊星歯車機構２９〜第３遊星歯車機構３１は、全てシングルピニオン型の遊星歯車機構である。

図４は、第１リングギヤＲ１を回動可能とする構造を示す。第１リングギヤＲ１の外周面に突起３７，３８が設けられている。突起３７，３８は、第１リングギヤＲ１の外周面から、径方向で外側に向けて突出されている。突起３７は、第１リングギヤＲ１の円周方向に間隔をおいて複数箇所、具体的には、３箇所に設けられている。突起３８は１箇所に設けられ、第１リングギヤＲ１の外周面に対する突起３８の突出量は、第１リングギヤＲ１の外周面に対する突起３７の突出量よりも長い。

リヤケース２６の内周面にガイド溝３９が設けられている。ガイド溝３９は、リヤケース２６の内周面に間隔をおいて３箇所に設けられている。３箇所のガイド溝３９は、リヤケース２６の円周方向に沿って、それぞれ円弧形状に設けられている。３箇所の突起３７は、３箇所のガイド溝３９内へ別々に配置されている。リヤケース２６を径方向に貫通するガイド部４０が設けられている。ガイド部４０は、リヤケース２６の円周方向に沿って円弧形状に設けられている。突起３８は、ガイド部４０内へ配置されている。突起３８の先端は、リヤケース２６の径方向で、リヤケース２６の外周面よりも外側に配置されている。

第１リングギヤＲ１にトルクが加わると、突起３８がガイド部４０内で移動し、かつ、突起３７がガイド溝３９内で移動する。つまり、第１リングギヤＲ１はリヤケース２６に対して回転する。そして、突起３８がガイド部４０の内壁に接触するか、または、突起３７がガイド溝３９の内壁に接触すると、第１リングギヤＲ１は停止する。このように、第１リングギヤＲ１は、リヤケース２６に対して、円周方向に所定角度内で回動可能である。第１リングギヤＲ１が回動可能な所定角度は、リヤケース２６の円周方向におけるガイド溝３９の範囲、または、ガイド部４０の範囲のうち、いずれか短い方の範囲により決定される。なお、ガイド溝３９の範囲、または、ガイド部４０の範囲は、同じでもよい。

一方、ケーシング１４にシフトノブ４１が取り付けられている。シフトノブ４１は合成樹脂製である。シフトノブ４１は、作業者の操作力または第１リングギヤＲ１のトルクで動作する。図５のように、ケーシング１４に一対のガイド溝４２が設けられている。一対のガイド溝４２は互いに平行であり、かつ、軸線Ａ１に沿って配置されている。一対のガイド溝４２に２つの凹部４３，４４がそれぞれ設けられている。凹部４３，４４は、軸線Ａ１に沿った方向で異なる位置に配置されている。

シフトノブ４１は、互いに平行な一対の縁部４５を備え、一対の縁部４５は、一対のガイド溝４２内へ別々に配置されている。また、一対の縁部４５には突起４６がそれぞれ設けられている。軸線Ａ１に対して直角な方向で、一対のガイド溝４２同士の間隔は、一対の突起４６の先端同士の長さよりも短い。軸線Ａ１に対して直角な方向で、一対の縁部４５同士の幅は、一対のガイド溝４２同士の間隔よりも短い。さらに、シフトノブ４１に摘み４７が設けられている。

ケーシング１４に開口部４８が設けられており、開口部４８はケーシング１４の内部と外部とをつなぐ。シフトノブ４１はケーシング１４内に配置され、摘み４７は開口部４８からケーシング１４の外部に露出している。シフトノブ４１に軸線Ａ１方向の外力が加わると、加わった外力と、突起４６とガイド溝４２との接触箇所における摩擦力と、に基づいて、シフトノブ４１が停止または移動する。

さらに、シフトノブ４１において、ケーシング１４内に配置されてる箇所に、ガイド壁４９が設けられている。ガイド壁４９は、シフトノブ４１の表面から第１リングギヤＲ１に向けて突出されており、ガイド壁４９に傾斜面５０が設けられている。傾斜面５０は、第１リングギヤＲ１の円周方向で、ガイド部４０が設けられている範囲内に配置されている。つまり、第１リングギヤＲ１の径方向で、ガイド部４０と開口部４８との間に、傾斜面５０が配置されている。傾斜面５０は、シフトノブ４１の底面視で直線状であり、傾斜面５０は軸線Ａ１に対して所定角度傾斜している。傾斜面５０が軸線Ａ１に対して傾斜する所定角度の技術的意味は後述する。

シフトノブ４１の動作力をスライドリング３４に伝達する機構は、図６（Ａ），（Ｂ）に示されている。ケーシング１４内にレバー５１が設けられており、レバー５１はリヤケース２６に設けた支持軸５２を支点として動作可能である。リヤケース２６に開口部５３が設けられており、レバー５１の第１端部は開口部５３に挿入され、かつ、スライドリング３４の外周面に連結されている。レバー５１の第２端部はシフトノブ４１に連結されている。このため、シフトノブ４１が軸線Ａ１方向に動作すると、シフトノブ４１の動作力は、支持軸５２を支点とする梃子の原理でスライドリング３４に伝達され、スライドリング３４は、軸線Ａ１方向に移動する。なお、シフトノブ４１の動作力をスライドリング３４に伝達する構成としては、支点を設けずに、シフトノブ４１の移動によってスライドリング３４を引っ張る構成や押す構成としてもよい。

さらに、図２に示すように、スピンドル３３の出力トルクを調節する調節機構６６が設けられている。小径部２５ｂの外周面に雄ねじ５４が設けられ、雄ねじ５４に噛み合う雌ねじを有するナット５５が設けられている。クラッチダイヤル２４は、軸線Ａ１を中心としてケーシング１４に対して回転可能に取り付けられている。ナット５５はクラッチダイヤル２４内に配置されている。ナット５５はクラッチダイヤル２４に対して軸線Ａ１に沿った方向に移動可能に、かつ、クラッチダイヤル２４と一体回転するように設けられている。このため、作業者がクラッチダイヤル２４を回転させると、ナット５５は小径部２５ｂの外周面に沿って軸線Ａ１方向に移動する。

クラッチダイヤル２４内にプレート５６が設けられている。プレート５６は環状であり、プレート５６の内径は、小径部２５ｂの外径よりも大きく、かつ、大径部２５ａの外径よりも小さい。プレート５６は、小径部２５ｂの外周に配置されており、ナット５５とプレート５６との間に、弾性部材としての圧縮ばね５７が配置されている。

また、フロントケース２５は、軸線Ａ１を中心とする円周方向に間隔をおいて配置した複数の保持孔５８を備えている。複数の保持孔５８にそれぞれスチールボール５９が配置されている。スチールボール５９は、プレート５６に接触する。さらに、フロントケース２５とリヤケース２６との間に、金属製のプレート６０が介在されている。プレート６０は環状であり、プレート６０は第２キャリヤＣ２の外側に設けられている。プレート６０は軸線Ａ１方向に固定されており、第３リングギヤＲ３は、軸線Ａ１に沿った方向でプレート６０とスチールボール５９との間に配置されている。

調節機構６６は、クラッチダイヤル２４、ナット５５、圧縮ばね５７、スチールボール５９、プレート５６，６０により構成されている。圧縮ばね５７の力は、プレート５６、スチールボール５９を介して第３リングギヤＲ３に伝達され、第３リングギヤＲ３はプレート６０に押し付けられる。つまり、第３リングギヤＲ３は、軸線Ａ１方向において、プレート６０とスチールボール５９とにより挟まれて、第３リングギヤＲ３に制動力が加えられる。第３リングギヤＲ３に加えられる制動力は、軸線Ａ１方向におけるナット５５の位置に応じた値となる。ナット５５が軸線Ａ１方向で第３リングギヤＲ３に近づくほど、第３リングギヤＲ３に加えられる制動力が増加する。

次に、ドライバ１０の使用例を説明する。便宜上、クラッチダイヤル２４を操作して第３リングギヤＲ３に加わる制動力が増加し、第３リングギヤＲ３が固定されているものとする。また、電動モータ１２の回転軸２１の回転方向を、正回転と逆回転とに切り替える切り替えスイッチが、外殻要素１１に設けられている。切り替えスイッチは作業者により操作され、切り替えスイッチの操作信号は制御部１８へ入力される。制御部１８は、電動モータ１２のロータ２０に供給する電流の向きを変更して、回転軸２１の回転方向を切り替える。なお、電動モータ１２がブラシレスモータや誘導モータとした場合、ステータに供給する電流の向きを変更することで回転軸２１の回転方向を切り替える。

さらに、図１のように、グリップ１５にトリガ６１が設けられており、作業者がトリガ６１を操作すると、トリガスイッチ６２がオンまたはオフされ、トリガスイッチ６２から出力された信号は、制御部１８へ入力される。制御部１８は、電動モータ１２のステータに電流を供給する経路を、接続または遮断する制御信号を出力する。

（ドライバ１０の作用１）
まず、作業者が変速装置２８の変速比を第１変速比に設定し、かつ、回転軸２１が正回転してねじ部材を締め付けている場合に、変速装置２８の変速比が自動的に切り替えられる作用を説明する。回転軸２１の正回転は、図４における時計回りである。作業者は手でシフトノブ４１を軸線Ａ１方向に動作させて、変速装置２８の変速比を設定する。作業者が、図２及び図６（Ａ）のように、シフトノブ４１を軸線Ａ１方向で右側に停止させると、突起４６は図４のように凹部４３内に位置する。また、変速装置２８は、図３（Ａ）のように、第２リングギヤＲ２がアウターギヤ３２と係合し、かつ、アウターギヤ３５がブレーキギヤ３６から解放され、スライドリング３４が停止している。

ここで、電動モータ１２の回転軸２１が正回転する場合を、図７を参照して説明する。電動モータ１２のトルクが第１サンギヤＳ１に入力されると、第１リングギヤＲ１が反力トルクを受け持ち、第１キャリヤＣ１からトルクが出力される。第２リングギヤＲ２は、第２ピニオンギヤＰ２に常時噛み合い、かつ、アウターギヤ３２に係合され、アウターギヤ３５はブレーキギヤ３６から解放されている。このため、第２遊星歯車機構３０を構成する第２サンギヤＳ２及び第２キャリヤＣ２及び第２リングギヤＲ２は、同一回転数である。

第２遊星歯車機構３０から出力されたトルクが、第３遊星歯車機構３１の第３サンギヤＳ３に伝達されると、固定されている第３リングギヤＲ３が反力トルクを受け持ち、第３キャリヤＣ３からトルクが出力される。第３キャリヤＣ３のトルクがスピンドル３３を介してチャック１３に伝達され、ねじ部材が締め付けられる。変速装置２８の変速比は、入力要素である第１サンギヤＳ１の回転数と、出力要素である第３キャリヤＣ３の回転数と、から定まる第１変速比である。

ところで、回転軸２１が正回転してねじ部材を締め付けている間、第１遊星歯車機構２９の第１リングギヤＲ１は、図４で反時計回りの反力トルクＴ１を受け持つ。このため、第１リングギヤＲ１が受け持つ反力トルクＴ１に応じて、図５に示すように、突起３８を傾斜面５０に押し付ける力Ｆ１が生じる。シフトノブ４１は、力Ｆ１の分力で軸線Ａ１方向の力Ｆ２を受ける。力Ｆ２が、突起４６と凹部４３との係合力以下であると、シフトノブ４１は図２の位置に停止している。つまり、スライドリング３４は軸線Ａ１方向に移動せず、変速装置２８の変速比は、第１変速比に維持される。

一方、ねじ部材を締め付けるために必要なトルクが増加して、第１リングギヤＲ１が受け持つ反力トルクＴ１が増加すると、突起３８を傾斜面５０に押し付ける力Ｆ１も増加する。そして、シフトノブ４１が受ける力Ｆ２が、突起４６と凹部４３との係合力を超えると、第１リングギヤＲ１が図４で反時計回りに回動し、かつ、シフトノブ４１は図２で左へ向けて移動する。つまり、第１リングギヤＲ１が回動する動作に連動して、シフトノブ４１が移動する。そして、突起３８が、図９のようにガイド部４０の内壁に接触して第１リングギヤＲ１が停止し、かつ、突起４６が、図１０のように凹部４４に没入し、シフトノブ４１が、図１１の位置で停止する。

シフトノブ４１が図２で左方向へ移動する動作力は、レバー５１を経由してスライドリング３４に伝達され、スライドリング３４は図２で右方向に移動し、図１１の位置で停止する。スライドリング３４が図１１の位置で停止した状態では、図３（Ｂ）のように、アウターギヤ３５とブレーキギヤ３６とが係合し、かつ、第２リングギヤＲ２はアウターギヤ３２から解放される。

このように、アウターギヤ３５とブレーキギヤ３６とが係合し、かつ、第２リングギヤＲ２はアウターギヤ３２から解放されると、第２遊星歯車機構３０は、第２リングギヤＲ２が反力要素となり、第２サンギヤＳ２へ入力されたトルクは、第２キャリヤＣ２から出力される。ここで、図８のように、第２キャリヤＣ２の回転数は、第２サンギヤＳ２の回転数よりも低い。また、第３遊星歯車機構３１において、第３サンギヤＳ３の回転数は、第２サンギヤＳ２の回転数と同じであり、第３キャリヤＣ３の回転数は、第３サンギヤＳ３の回転数よりも低い。

変速装置２８の変速比は、第１変速比よりも大きい第２変速比であり、電動モータ１２のトルクに対するねじ部材の締め付けトルクの増幅割合が増加する。なお、第１リングギヤＲ１が受け持つ反力トルクＴ１が増加して、第１リングギヤＲ１が図４で反時計回りに所定角度回動する作用は、便宜上、図７及び図８に示されていない。

このように、ドライバ１０は、回転軸２１が正回転してねじ部材を締め付けている場合に、第１リングギヤＲ１で受け持つ反力トルクＴ１が増加して、第１リングギヤＲ１が図４で反時計回りに回動すると、第１リングギヤＲ１のトルクがレバー５１を介してスライドリング３４に伝達され、スライドリング３４が軸線Ａ１に沿った方向に移動する。その結果、変速装置２８の変速比が、第１変速比から第２変速比へ切り替わる。つまり、作業者がシフトノブ４１を手で操作することなく、また、電動モータ１２を一旦停止させることなく、変速装置２８の変速比を第１変速比から第２変速比へ切り替えることができ、作業性が向上する。

また、変速装置２８で第２変速比が設定されると、第１リングギヤＲ１で受け持つ反力トルクＴ１が変化しても、シフトノブ４１が図１０で右方向に動作することはなく、変速装置２８の第２変速比が維持される。このため、変速装置２８で第２変速比が設定され、かつ、回転軸２１が正回転してねじ部材を締め付けている場合に、ねじ部材を締め付けるために必要なトルクが増加しても、スライドリング３４が図３（Ｂ）の位置から左方向へ移動することを防止できる。

（ドライバ１０の作用２）
次に、作業者が手でシフトノブ４１を軸線Ａ１方向に動作させて、変速装置２８の変速比を切り替える作業を説明する。作業者が、図２及び図６（Ａ）のように、シフトノブ４１を軸線Ａ１方向で右側に停止させると、突起４６は図４のように凹部４３内に位置する。また、変速装置２８は、図３（Ａ）のように、第２リングギヤＲ２がアウターギヤ３２と係合し、かつ、アウターギヤ３５がブレーキギヤ３６から解放される。つまり、変速装置２８の変速比は第１変速比である。

これに対して、作業者がシフトノブ４１を手で操作して、図２の位置から左方向に移動させる。すると、シフトノブ４１の動作力がレバー５１を介してスライドリング３４に伝達され、スライドリング３４は図２で左方向に動作し、スライドリング３４は図１１の位置で停止する。スライドリング３４が図１１の位置で停止すると、図３（Ｂ）のように、アウターギヤ３５とブレーキギヤ３６とが係合し、かつ、第２リングギヤＲ２はアウターギヤ３２から解放される。つまり、変速装置２８の変速比は第２変速比である。

なお、変速装置２８の変速比を第２変速比から第１変速比へ切り替える場合、作業者がシフトノブ４１を手で図１１の右方向へ動作させる。すると、シフトノブ４１の動作力がレバー５１を経由してスライドリング３４に伝達され、スライドリング３４が図１１で左方向へ移動し、図２の位置で停止する。その結果、変速装置２８の変速比が第２変速比から第１変速比へ切り替わる。シフトノブ４１を図１１の位置から図２の位置へと移動させる過程で、傾斜面５０が突起３８に押し付けられる。このため、第１リングギヤＲ１は、シフトノブ４１の動作力に応じて生じる分力で、図９の時計回りに所定角度回動し、図４の位置に戻り停止する。また、突起３８と傾斜面５０との位置関係は、図５に示す状態となる。

本実施形態のドライバ１０は、変速装置２８の変速比を手動で切り替えるために、シフトノブ４１、スライドリング３４、レバー５１を備えている。また、電動モータ１２の負荷、つまり、ねじ部材を締め付けるために必要なトルクに応じて変速装置２８の変速比を切り替える場合、第１リングギヤＲ１の動作力が、シフトノブ４１、レバー５１を経由してスライドリング３４に伝達され、変速装置２８の変速比が第１変速比から第２変速比へ切り替えられる。つまり、既存の部品を用いて変速装置２８の変速比を自動で切り替えることができ、新たに部品を追加する必要もない。したがって、ドライバ１０の製造コストが上昇することを抑制できる。

（変速装置２８の変速時期）
図１２は、電動モータ１２の回転数及びトルクの特性を示す線図である。第１特性線Ｄ１は、第１変速比における電動モータ１２の特性を表し、第２特性線Ｄ２は、第２変速比における電動モータ１２の特性を表す。２つの特性線は、共に回転数が低いほど、高トルクである。回転数Ｎｍであり、かつ、トルクＴｍに、第１特性線Ｄ１と第２特性線Ｄ２との交点Ｑ１がある。回転軸２１のトルクがトルクＴｍ未満における第１特性線Ｄ１の回転数は、第２特性線Ｄ２の回転数よりも高い。これに対して、回転軸２１のトルクがトルクＴｍを超えると、第１特性線Ｄ１の回転数は、第２特性線Ｄ２の回転数よりも低い。

このため、変速装置２８で第１変速比を設定し、かつ、回転軸２１を正回転させてねじ部材を締め付ける場合に、回転軸２１の回転数が低下して、回転軸２１のトルクがトルクＴｍとなった時点で、変速装置２８の変速比が第１変速比から第２変速比に切り替わる。したがって、変速装置２８の変速比の切り替わりに伴うチャック１３の回転数の急変動を抑制でき、作業者が違和感を持つことを回避できる。

ドライバ１０において、変速装置２８の変速比が第１変速比から第２変速比に切り替わる時期は、以下のようにして設計可能である。本実施形態において、第１リングギヤＲ１が受け持つ反力トルクＴ１で第１リングギヤＲ１が回動し、シフトノブ４１が軸線Ａ１方向に動作して変速装置２８の変速比を第１変速比から第２変速比に切り替える場合、シフトノブ４１を動作させるために必要な力Ｆ２は、突起４６と凹部４３との係合力と、力Ｆ１の分力と、に基づいて決定される。突起４６と凹部４３との係合力が大きいほど、必要な力Ｆ２が大きくなる。また、力Ｆ１の分力は、傾斜面５０の角度θ１に応じた値となる。角度θ１は、傾斜面５０と、ガイド溝４２の平行な直線との間における鋭角側の角度であり、この角度θ１が大きいほど、大きい分力が生じる。

したがって、回転軸２１を正回転させてねじ部材を締め付けている場合に、回転軸２１のトルクがトルクＴｍとなった時点で、変速装置２８の変速比が第１変速比から第２変速比に自動的に切り替わるように、突起４６と凹部４３との係合力、傾斜面５０の角度θを、設計すればよい。

（ドライバ１０の作用３）
次に、ドライバ１０を用いてねじ部材を緩める場合の操作及び作用を説明する。まず、作業者は切り替えスイッチを操作して、電動モータ１２の回転軸２１を逆回転に設定する。また、作業者は、シフトノブ４１を図２に示す位置へ操作して、変速装置２８の変速比を第１変速比に設定できる。そして、トリガスイッチ６２がオンされて電動モータ１２の回転軸２１が逆回転すると、第１遊星歯車機構２９の第１サンギヤＳ１及び第１キャリヤＣ１、第２遊星歯車機構３０の回転要素、第３遊星歯車機構３１の第３サンギヤＳ３及び第３キャリヤＣ３は、全て逆回転し、チャック１３は第３キャリヤＣ３のトルクで逆回転し、ねじ部材が緩められる。

図４に示す回転軸２１が、反時計回りに逆回転してねじ部材を緩める場合、第１リングギヤＲ１が受け持つ反力トルクＴ２は時計回りである。つまり、突起３８に対して図５に示すように力Ｆ３が加わる。この力Ｆ３は、力Ｆ１とは逆向きであり、かつ、傾斜面５０から離れる向きである。このため、力Ｆ３が生じても、シフトノブ４１に力Ｆ１が加わることはなく、スライドリング３４は図２の位置に停止している。したがって、変速装置２８の変速比は第１変速比に維持される。

一方、電動モータ１２の回転軸２１を逆回転させる場合は、予め、作業者が手でシフトノブ４１を図１１で示す位置へ操作して、変速装置２８の変速比を第１変速比から第２変速比に切り替えることができる。

また、回転軸２１が図１３において反時計回りに逆回転してねじ部材を緩める場合、変速装置２８の変速比に関わりなく、第１リングギヤＲ１が受け持つ反力トルクＴ２は時計回りである。このため、突起３８に図１４のように力Ｆ４が加わる。力Ｆ４は、力Ｆ１と逆向きであり、かつ、傾斜面５０から離れる向きである。したがって、第１リングギヤＲ１が受け持つ反力トルクＴ２に関わりなく、変速装置２８の変速比は第２変速比に維持される。なお、回転軸２１を逆回転させる場合、作業者は、予め、シフトノブ４１を手で操作して、変速装置２８の変速比を第２変速比から第１変速比に切り替えることができる。

（ドライバ１０の作用４）
調節機構６６は、作業者がクラッチダイヤル２４を操作して、ナット５５をプレート５６に近づける向きで移動させると、第３リングギヤＲ３に加わる制動力が増加する。これに対して、ナット５５をプレート５６から離れる向きで移動させると、第３リングギヤＲ３に加わる制動力が低下する。回転軸２１を逆回転してねじ部材を締め付ける場合に、第３リングギヤＲ３に加わる制動力を調整して、第３リングギヤＲ３が反力トルクで逆回転するようにしてもよい。

回転軸２１の回転数が同じであれば、第３リングギヤＲ３が逆回転する場合における変速装置２８の変速比は、第３リングギヤＲ３が停止している場合における変速装置２８の変速比よりも大きくなる。したがって、ねじ部材を締め付けるトルクを一層増加できる。

（ドライバ１０に緩衝機構を設ける例）
図１５は、ドライバ１０に緩衝機構を設けた例を示す。この緩衝機構は、回転軸２１の回転方向を正回転から逆回転に切り替えた場合に、第１リングギヤＲ１の回動で生じる振動を低減する。変速装置２８で第２変速比が設定され、かつ、電動モータ１２の回転軸２１が正回転した後に停止すると、図９に示す軸線Ａ１を中心とする回転方向で、突起３８はガイド部４０の内壁に接触し、かつ、突起３７はガイド溝３９の内壁に接触している。

そして、変速装置２８で第２変速比が設定されている状態で、切り替えスイッチが操作されて回転軸２１が逆回転、つまり、反時計回りに回転すると、第１サンギヤＳ１の反力トルクを受け持つ第１リングギヤＲ１は、停止している状態から時計回りに所定角度回動して停止する。第１リングギヤＲ１が時計回りに回転した後に突起３８が接触するガイド部４０の内壁に緩衝材６３が取り付けられ、第１リングギヤＲ１が時計回りに回転した後に突起３７が接触するガイド溝３９の内壁に緩衝材６４が取り付けられている。

ここで、回転軸２１が逆回転した場合に突起３８が接触するガイド部４０の内壁は、回転軸２１が停止している場合に突起３８が接触するガイド部４０の内壁に対して、軸線Ａ１を中心とする回転方向で反対に位置する。また、回転軸２１が逆回転した場合に突起３７が接触するガイド溝３９の内壁は、回転軸２１が停止している場合に突起３７が接触するガイド溝３９の内壁に対して、軸線Ａ１を中心とする回転方向で反対に位置する。

このため、図９で第１リングギヤＲ１が時計回りに回転すると、図１５のように、突起３８が緩衝材６３に接触し、かつ、突起３７が緩衝材６３に接触して、第１リングギヤＲ１が停止する。したがって、第１リングギヤＲ１の回動で生じる振動を、緩衝材６３，６４が弾性変形して緩和する。

図１６及び図１７は、ドライバ１０に緩衝機構を設けた例を示す。この緩衝機構は、図１３のように、回転軸２１が正回転し、かつ、変速装置２８で第１変速比が設定されている場合に、ねじ部材の締め付けに必要なトルクが増加して、第１リングギヤＲ１が図１３の反時計回りに回動した場合に生じる振動を低減する。

図１６及び図１７に示すように、傾斜面５０に緩衝材６５が固定されている。このため、第１リングギヤＲ１２が図１２に示す位置から反時計回りに回動すると、突起３８は、図１６及び図１７のように緩衝材６５に接触し、第１リングギヤＲ１が停止する。緩衝材６３，６４，６５としては、バネ、または合成ゴムを用いることができる。

ここで、本実施形態で説明した事項と、本発明の構成との対応関係を説明すると、ドライバ１０が、本発明の作業機に相当し、電動モータ１２が、本発明のモータに相当し、変速装置２８が、本発明の変速装置に相当し、シフトノブ４１が、本発明の操作部材に相当し、スライドリング３４が、本発明の動作部材に相当する。

また、第１遊星歯車機構２９が、本発明の第１遊星歯車機構に相当し、第２遊星歯車機構３０が、本発明の第２遊星歯車機構に相当し、第３遊星歯車機構３１が、本発明の第３遊星歯車機構に相当し、第１リングギヤＲ１が、本発明の回転要素及び反力要素に相当し、第１サンギヤＳ１が、本発明の入力要素に相当し、第１キャリヤＣ１が、本発明の出力要素に相当する。また、第１サンギヤＳ１が、本発明の第１サンギヤに相当し、第１リングギヤＲ１が、本発明の第１リングギヤに相当し、第１キャリヤＣ１が、本発明の第１キャリヤに相当する。

さらに、第２サンギヤＳ２が、本発明の第２サンギヤに相当し、第２リングギヤＲ２が、本発明の第２リングギヤに相当し、第２キャリヤＣ２が、本発明の第２キャリヤに相当する。さらに、第３サンギヤＳ３が、本発明の第３サンギヤに相当し、第３リングギヤＲ３が、本発明の第３リングギヤに相当し、第３キャリヤＣ３が、本発明の第３キャリヤに相当する。さらに、アウターギヤ３２が、本発明のアウターギヤに相当し、ブレーキギヤ３６が、本発明のブレーキギヤに相当する。

さらにまた、調節機構６６が、本発明の調節機構に相当し、ケーシング１４が、本発明のケーシングに相当する。さらに、本発明の動作力決定機構は、凹部４３、突起４６、傾斜面５０を含む。さらに、第１リングギヤＲ１が図４で反時計回りに回転する直前の反力トルクＴ１が、本発明の基準トルクに相当する。なお、本発明における基準トルクは、突起４６と凹部４３との係合力、傾斜面５０の角度θ１に応じて変更できる。さらに、緩衝材６３，６４，６５が、本発明の緩衝材に相当する。第１特性線Ｄ１が、本発明の第１特性線に相当し、第２特性線Ｄ２が、本発明の第２特性線に相当し、交点Ｑ１が、本発明の交点に相当する。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、シフトノブ４１の操作に必要な力を決定する突起及び凹部は、突起をケーシングに設け、凹部をシフトノブ４１に設けてもよい。作業工具にトルクを伝達するモータは、電動モータの他、油圧モータ、空気圧モータ、内燃機関を含む。モータとして電動モータを用いる場合、電動モータに電流を供給する電源は、直流電源または交流電源のいずれでもよい。直流電源は、装着部に着脱される電池パックを含む。交流電源を用いる場合、電動モータと交流電源とを接続する電力ケーブルを、外殻要素に設ける。また、電動モータは、ブラシ付きの整流子モータ、ブラシレスモータ、誘導モータのいずれでもよい。

また、変速機を構成する遊星歯車機構は、シングルピニオン型の遊星歯車機構に代えて、ダブルピニオン型の遊星歯車機構を用いてもよい。緩衝材は、突起３７、または突起３８に取り付けることも可能である。また、緩衝材は、図１６で第１リングギヤＲ１が反時計回りに回転した後に突起３８が接触するガイド部４０の内壁や、第１リングギヤＲ１が反時計回りに回転した後に突起３７が接触するガイド溝３９の内壁に取り付けることも可能である。本発明の作業機は、作業工具が着脱可能である構造、作業工具が取り付けられている構造を含む。

１０…ドライバ、１２…電動モータ、１４…ケーシング、２８…変速装置、２９…第１遊星歯車機構、３０…第２遊星歯車機構、３１…第３遊星歯車機構、３２…アウターギヤ、３４…スライドリング、３６…ブレーキギヤ、４１…シフトノブ、４３…凹部、４６…突起、５０…傾斜面、６３，６４，６５…緩衝材、６６…調節機構、Ｃ１…第１キャリヤ、Ｃ２…第２キャリヤ、Ｃ３…第３キャリヤ、Ｄ１…第１特性線、Ｄ２…第２特性線、Ｑ１…交点、Ｒ１…第１リングギヤ、Ｒ２…第２リングギヤ、Ｒ３…第３リングギヤ、Ｓ１…第１サンギヤ、Ｓ２…第２サンギヤ、Ｓ３…第３サンギヤ。

Claims (14)

1. モータのトルクを変速装置を介して作業工具に伝達する作業機であって、
   作業者により操作されて動作する操作部材と、
   前記操作部材の動作力が伝達されて動作し、かつ、前記変速装置の変速比を第１変速比から第２変速比に切り替える動作部材と、
   前記変速装置のトルク伝達経路に配置され、受け持つトルクが基準トルク以下である場合は停止し、かつ、受け持つトルクが基準トルクを超えると回転して前記操作部材を動作させる回転要素と、
   を備えている、作業機。
2. 前記第２変速比は、前記第１変速比よりも大きい、請求項１に記載の作業機。
3. 前記変速装置は、
   前記モータからトルクが入力される入力要素と、
   前記入力要素に入力されたトルクの反力トルクを受け持つ反力要素と、
   前記入力要素に入力されたトルクを前記作業工具へ伝達する出力要素と、
   を備えた第１遊星歯車機構を含み、
   前記反力要素が、前記回転要素である、請求項１または２に記載の作業機。
4. 前記第１遊星歯車機構は、
   互いに同心状に配置された第１サンギヤ及び第１リングギヤと、
   前記第１サンギヤ及び第１リングギヤに噛み合う第１ピニオンギヤを、自転、かつ、公転可能に支持する第１キャリヤと、
   を備え、
   前記第１サンギヤが、前記入力要素であり、
   前記第１リングギヤが、前記反力要素であり、
   前記第１キャリヤが、前記出力要素である、請求項３に記載の作業機。
5. 前記変速装置を収容したケーシングが設けられ、
   前記変速装置は、第２遊星歯車機構及び第３遊星歯車機構を備え、
   前記第２遊星歯車機構は、
   互いに同心状に配置された第２サンギヤ及び第２リングギヤと、
   前記第２サンギヤ及び第２リングギヤに噛み合う第２ピニオンギヤを、自転、かつ、公転可能に支持する第２キャリヤと、
   を備え、
   前記第３遊星歯車機構は、
   互いに同心状に配置された第３サンギヤ及び第３リングギヤと、
   前記第３サンギヤ及び第３リングギヤに噛み合う第３ピニオンギヤを、自転、かつ、公転可能に支持する第３キャリヤと、
   を備え、
   前記第２サンギヤが、前記第１キャリヤにトルク伝達可能に接続され、
   前記第３キャリヤが、前記作業工具にトルク伝達可能に接続され、
   前記動作部材は、前記モータの回転中心である軸線に沿った方向に動作可能であり、
   前記第１キャリヤに、アウターギヤが設けられ、
   前記第２リングギヤは、前記動作部材に設けられ、
   前記ケーシングに固定されたブレーキギヤが設けられ、
   前記変速装置は、前記動作部材が動作して前記第２リングギヤが前記アウターギヤに係合され、かつ、前記動作部材が前記ブレーキギヤから解放されて第１変速比となり、
   前記変速装置は、前記動作部材が動作して前記第２リングギヤが前記アウターギヤから解放され、かつ、前記動作部材が前記ブレーキギヤに係合して第２変速比となる、請求項４に記載の作業機。
6. 前記第３リングギヤの回転数を調整する調節機構が設けられている、請求項５に記載の作業機。
7. 前記操作部材は、前記ケーシングに動作可能に取り付けられ、
   前記操作部材の操作に必要な動作力を決定する動作力決定機構が設けられている、請求項５または６に記載の作業機。
8. 前記動作力決定機構は、前記操作部材に設けられ、かつ、前記回転要素が接触する傾斜面を含む、請求項７に記載の作業機。
9. 前記動作力決定機構は、前記操作部材及び前記ケーシングに設けられ、かつ、互いに係合する突起及び凹部を含む、請求項７または８に記載の作業機。
10. 停止している前記回転要素が受け持つトルクが基準トルクを超えて回転し、その後に前記回転要素が停止する際の振動を低減する緩衝材が設けられている、請求項７〜９のいずれか１項に記載の作業機。
11. 前記第１変速比から前記第２変速比への切り替えは、前記モータの回転数が、前記第１変速比における前記モータの回転数及びトルクの特性を表す第１特性線と、前記第２変速比における前記モータの回転数及びトルクの特性を表す第２特性線との交点に相当する回転数になると行われる、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の作業機。
12. モータのトルクを変速装置を介して作業工具に伝達する作業機であって、
    前記変速装置を収容するケーシングと、
    前記変速装置のトルク伝達経路に配置され、かつ、受け持つトルクが基準トルクより大きくなると回転する回転要素と、
    作業者により操作されて動作するとともに、前記回転要素と接触する傾斜面を有し、かつ、前記回転要素の回転に連動して動作する操作部材と、
    を備え、
    前記傾斜面に作用するトルクによって前記操作部材と前記回転要素とが連動して動作すると前記変速装置の変速比を第１変速比から第２変速比に切り替える、作業機。
13. モータのトルクを変速装置を介して作業工具に伝達する作業機であって、
    前記変速装置を収容するケーシングと、
    前記変速装置のトルク伝達経路に配置され、かつ、受け持つトルクが基準トルクより大きくなると回転する回転要素と、
    作業者により操作されて動作するとともに、前記回転要素の回転に連動して動作する操作部材と、
    を備えている、作業機。
14. 前記操作部材は、前記回転要素と接触する傾斜面を有し、
    前記回転要素の回転によって前記傾斜面にトルクが作用すると前記操作部材が動作して前記変速装置の変速比を第１変速比から第２変速比に切り替える、請求項１３に記載の作業機。

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