JP4448049B2 - 電動ドライバ - Google Patents

Description

本発明は、ネジ締めやナット締め作業に用いられ、所定のトルクで出力軸へのトルク伝達を遮断できるトルクリミッタを備えた電動ドライバに関する。

電動ドライバは、モータを内蔵したハウジングに、モータ駆動で回転する出力軸を軸支させて前方へ突出させ、出力軸に装着したドライバビット等の先端工具によってネジやナットの締付作業を行う。また、モータと出力軸との間には、出力軸の所定のトルクで出力軸へのトルク伝達を遮断できるトルクリミッタが設けられて、ネジ等の締付が設定した一定のトルクで行えるようになっている。このトルクリミッタとしては、モータと出力軸との間に設けられる遊星歯車減速機構の１つのインターナルギヤを回転自在に設けると共に、インターナルギヤと対向するカム面が回転方向で係合する押圧部材を設けて、押圧部材をコイルバネ等の付勢手段によってインターナルギヤ側へ押圧し、所定のトルクに達すると、インターナルギヤが押圧部材との係合を解除して空転することでトルク伝達を遮断する機構が良く用いられている。また、例えば特許文献１に開示の如く、モータ側と先端工具側との回転伝達部に、互いの対向面に回転方向で係合するクラッチ爪を備えたトルクリミッタ用のクラッチを夫々設け、一方のクラッチを他方側へ付勢手段で押圧することで、同様に所定トルクでトルク伝達を遮断する機構も知られている。

実公昭５０−３３７５９号公報

このようなトルクリミッタ付の電動ドライバを用いてネジ締め等を行う場合、電動ドライバのハウジングには、出力軸の回転方向と反対方向への反力が働くため、作業者は、ハウジングが当該方向へ回転しないようにこの反力に抗してハウジングを支持することになる。しかし、この状態でトルクリミッタが働くとハウジングへの反力も失われるため、それまで支持していたハウジングごと手が反動で回転してしまい、作業者に不快感を与えたり、先端工具がネジから外れて被加工材を傷付けたりするおそれがある。

そこで、本発明は、トルクリミッタ付のものにおいて、トルクリミッタ動作時の反力維持が実現でき、使用感や使い勝手に優れる電動ドライバを提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、筒状部と出力軸との間に、出力軸の正回転時には出力軸の回転を許容し、トルクリミッタの作動に伴う出力軸の筒状部に対する相対的な逆回転時には出力軸の回転を規制するワンウェイクラッチを設けると共に、そのワンウェイクラッチに、出力軸の逆回転時の回転規制を任意に解除可能な解除手段を設けたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１の目的に加えて、モータの逆回転時には解除手段を確実に動作させるために、解除手段を、モータの逆回転への切替操作に連動して動作させる構成としたものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の目的に加えて、モータの正逆回転の切替操作が、モータの駆動回路に設けられた正逆切替スイッチのスライド操作によるものにおいて、解除手段の連動を簡単な構成で行うために、正逆切替スイッチと解除手段とを連結部材で連結して、正逆切替スイッチのスライド操作に解除手段が連動可能としたものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかの目的に加えて、ワンウェイクラッチ及び解除手段を簡単且つ合理的に形成するために、ワンウェイクラッチを、筒状部側と出力軸との間に介装され、軸方向のスリットを所定間隔で周方向に複数形成した筒状のクラッチリテーナと、各スリット内に収容され、出力軸の半径方向で筒状部側の内周面と出力軸の外周面との間隔より僅かに大きい直径を有する転動体と、筒状部側の内周面でスリットに対応して設けられ、転動体の進入時には転動体が出力軸の外周面と非接触となる逃げ凹部と、クラッチリテーナに設けられ、各転動体を出力軸の逆回転方向で逃げ凹部から離れる方向へ付勢する弾性部材とからなるものとし、解除手段を、クラッチリテーナを、出力軸の停止時に各転動体を逃げ凹部の外へ移動させるクラッチセット位置から、出力軸の停止時に各転動体を逃げ凹部内へ移動させるクラッチ解除位置へ回転可能としたものである。
なお、ここでいう「筒状部側」は、筒状部自体は勿論、筒状部の内側へ一体に装着される別体のスリーブも含む趣旨である。

請求項１に記載の発明によれば、出力軸の正回転による通常のネジ締め等の作業時には、トルクリミッタが作動してもワンウェイクラッチの働きによって反力が突然失われることがなく、作業者への不快感の発生や被加工材の損傷等を効果的に防止可能となる一方、ワンウェイクラッチを利かせることなく出力軸を逆回転させてネジの取り外し等を行うこともできる。よって、使用感や使い勝手に優れたものとなる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、モータの逆回転時には解除手段を確実に動作させて出力軸を逆回転させることができる。
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加えて、解除手段の連動が簡単な構成で実現可能となる。
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の何れかの効果に加えて、ワンウェイクラッチ及び解除手段を簡単且つ合理的に形成可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、電動ドライバの一例を示す縦断面図で、電動ドライバ１は、下方にハンドル３を延設した本体ハウジング２の後方（図１の左側）に、正逆回転可能なモータ４を収容し、本体ハウジング２の前方に、前端の筒状部７で出力軸８を軸支する先端ハウジング６を組み付けてなる。９はモータ４の駆動回路に設けられるスイッチ、１０は押し込み操作によってスイッチ９をＯＮさせるスイッチレバーで、スイッチ９の上方には、モータ４の回転方向を切替可能な正逆切替スイッチ１１が設けられている。この正逆切替スイッチ１１を左右方向へスライド操作することにより、モータ軸５の回転を正回転（前方に向かって右回転）と逆回転（同左回転）とに選択可能としている。ここでは、正逆切替レバー１１の右側へのスライド位置で正回転、左側へのスライド位置で逆回転となる。

モータ４の前方には、後方に遊星ギヤ１４，１４を支持するキャリア１３を軸方向へ二段配設してなる遊星歯車減速機構１２が収容されて、モータ軸５の回転を減速して出力可能としている。最終段のキャリア１３には、出力盤１５が一体回転可能に嵌着されて、先端ハウジング６内に設けられるスピンドル１６の後端を同軸で軸支している。このスピンドル１６は、前端軸心に設けた角孔１７に、出力軸８の後端に延設した角ロッド１８が嵌入することで、出力軸８と回転方向で一体に連結されるもので、スピンドル１６の後方部には、出力盤１５と略同径の連結盤１９が、スピンドル１６の外周面と連結盤１９の内周面とに夫々軸方向に凹設された連結溝２０，２１に跨って嵌合するスチールボール２２によって一体回転可能且つ軸方向へ移動可能に外装されている。

また、スピンドル１６の前方部には、ネジ部２３が形成され、そのネジ部２３に、円盤状のネジ送り盤２４が直交状に螺合すると共に、ネジ送り盤２４の後方に、略同径の円盤状のバネ受盤２５が軸方向へ移動可能に遊嵌されて、バネ受盤２５と後方の連結盤１９との間に設けられたコイルバネ２６の付勢により、バネ受盤２５はネジ送り盤２４へ、連結盤１９は出力盤１５へ夫々押圧されている。バネ受板２５の前面側には、先端ハウジング６の上方に穿設された窓２７を通してドライバの先端を差込可能な差込溝２８が形成される一方、ネジ送り盤２４の後面外周には、差込溝２８に差し込まれたドライバと噛合可能な放射状の歯２９，２９・・が等間隔で形成されている。よって、差込溝２８にドライバを差し込んで回転させることで、歯２９を介してネジ送り盤２４を回転させて軸方向へネジ送りさせ、コイルバネ２６の圧縮量、すなわち押圧力を調整することができる。

一方、連結盤１９と出力盤１５との間には、互いの対向面に凹設した凹部３０，３１間に跨る格好で複数のスチールボール３２，３２・・が周方向に所定間隔で設けられて、コイルバネ２６の押圧力と相俟って連結盤１９を出力盤１５へ回転方向で一体化するトルクリミッタを構成している。よって、出力盤１５の回転は、スチールボール３２を介して連結盤１９に伝わり、連結盤１９と回転一体のスピンドル１６を回転させ、その前方で出力軸８を一体回転させることになる。出力軸８の前端には、ドライバビット等の先端工具の挿入孔３３と、その挿入孔３３に挿入された先端工具をボール３５，３５によって抜け止めして出力軸８と一体化させるチャックスリーブ３４が外装されている。

そして、先端ハウジング６の筒状部７内には、出力軸８を軸支するボールベアリング３６，３７が前後に配置され、ボールベアリング３６，３７の間には、ワンウェイクラッチ３８が設けられている。このワンウェイクラッチ３８は、図２に示すように、筒状部７内に同軸で内挿され、外周へ軸方向に設けた一対の突条４０，４０と、筒状部７の内周に設けた同方向の凹溝４１，４１との嵌合によって回転不能に保持され、後述する逃げ凹部４８を内周面に形成した固定スリーブ３９と、その固定スリーブ３９と出力軸８との間で回転可能且つボールベアリング３６，３７間で軸方向への移動を規制されて設けられ、軸方向のスリット４３，４３・・を周方向へ等間隔に形成した筒状のクラッチリテーナ４２と、出力軸８と固定スリーブ３９との間でクラッチリテーナ４２の各スリット４３内に収容される転動体としての円柱状のニードル４４，４４・・と、クラッチリテーナ４２において各スリット４３と隣接する軸方向の仕切部４６，４６・・に設けられる弾性部材としての横断面コ字状の板バネ４５，４５・・とからなる。

固定スリーブ３９は、前端がボールベアリング３６に、後端が、クラッチリテーナ４２の後端外周面で周方向に突設された突条４７に当接して軸方向への移動を規制され、内周面には、円周方向の断面が円弧状となる軸方向の逃げ凹部４８，４８・・が、ニードル４４と同じ数だけ固定スリーブ３９の周方向へ等間隔に凹設されている。ニードル４４は、出力軸８の半径方向で逃げ凹部４８の最深部と出力軸８の外周面との間隔よりも直径が小さくなるように、且つ逃げ凹部４８を除く固定スリーブ３９の内周面と出力軸８の外周面との間隔よりも直径が僅かに大きくなるように形成されている。

また、各板バネ４５は、コ字状の一端を、各仕切部４６の外周面側で軸方向に形成された係止溝４９に挿入することで仕切部４６に保持され、隣接するスリット４３内へ傾斜状に突出させた他端を、出力軸８側からニードル４４に当接させて、各ニードル４４を、出力軸８の逆回転方向（図２（Ａ）の矢印と逆方向）で隣接する仕切部４６及び固定スリーブ３９側に付勢している。よって、各ニードル４４と逃げ凹部４８とが周方向で一致した場合には、ニードル４４は逃げ凹部４８の最深部に進入して出力軸８から離れることになる。なお、各仕切部４６におけるニードル４４側のスリット形成面には、出力軸８側へ行くに従ってニードル４４と出力軸８との間へ突出する突出部５０が形成されて、ニードル４４の逃げ凹部４８側へのスムーズな移動を可能としている。

一方、筒状部７には、切替スリーブ５１が回転可能に外装されている。この切替スリーブ５１は、先端ハウジング６の下方で後方へ延び、正逆切替スイッチ１１と連結されるリンクレバー５２と二本のネジ５３，５３によって連結されるもので、リンクレバー５２と共に切替スリーブ５１にネジ止めされる連結板５４が、切替スリーブ５１及び筒状部７を半径方向で遊挿して、先端をクラッチリテーナ４２と連結されている。すなわち、リンクレバー５２及び切替スリーブ５１、連結板５４が本発明の解除手段を構成する連結部材となる。なお、筒状部７における連結板５４の遊挿孔は、周方向に長い長孔となっている。

リンクレバー５２の後端は、図３に示すように、左右方向に長い矩形状の切替操作部５５となって、スイッチ９の上方位置で本体ハウジング２へ前方から挿入されて、左右端を本体ハウジング２の左右へ突出させている。切替操作部５５の下面には、左右方向へ長い矩形状の係合凹部５６が凹設されて、スイッチ９上面の正逆切替スイッチ１１に係合している。５７は、スイッチ９の上方に突設され、係合凹部５６に嵌合して切替操作部５５の位置決めとスライドの案内とを行うガイド突起である。
よって、リンクレバー５２は、切替操作部５５の左右端を押し込み操作することで、正逆切替スイッチ１１をスライドさせて切替操作できると共に、この押し込み操作に追従した左右への揺動により、切替スリーブ５１及びクラッチリテーナ４２を回転させることができる。

ここでは、リンクレバー５２が、図３の右に示す正面図において実線で表される切替操作部５５の押込み位置では、モータ４は正回転となり、リンクレバー５２と連動した切替スリーブ５１の回転位置では、クラッチリテーナ４２は図２（Ａ）のクラッチセット位置にあって、各板バネ４５を逃げ凹部４８寄りに位置させる。よって、各板バネ４５で付勢される各ニードル４４は、逃げ凹部４８の外で周方向にずれた固定スリーブ３９の内周面と出力軸８の外周面との間に押圧される。一方、リンクレバー５２が図３の正面図において点線で表される切替操作部５５の押込み位置では、モータ４は逆回転となり、リンクレバー５２と連動した切替スリーブ５１の回転位置では、クラッチリテーナ４２は図２（Ｂ）のクラッチ解除位置にあって、仕切部４６を出力軸８の正回転方向で逃げ凹部４８寄りに位置させる。よって、各板バネ４５で付勢される各ニードル４４は、仕切部４６の突出部５０に乗り上がる格好で逃げ凹部４８内の最深部に押圧されて、出力軸８から離れる。

以上の如く構成された電動ドライバ１においては、切替操作部５５の押し込み操作によってモータ４の正回転とクラッチリテーナ４２のクラッチセット位置とを選択してスイッチレバー１０を押し込むと、スイッチ９がＯＮしてモータ４を駆動させ、正回転するモータ軸５のトルクを、遊星歯車減速機構１２を介してスピンドル１６に伝達し、出力軸８を右回転させる。すると、図２（Ａ）の位置で出力軸８と当接している各ニードル４４が同図で右回転し、板バネ４５の付勢に抗して逃げ凹部４８側へ転動するため、出力軸８の回転を妨げない。よって、チャックスリーブ３４によって出力軸８に装着したドライバビットでネジ締めが可能となる。このネジ締め時には、本体ハウジング２や先端ハウジング６に、締め方向と逆回転方向への反力が働くため、ハンドル３を把持する作業者は、この反力に抗してハンドル３を支持することになる。

ネジ締めが進んで出力軸８への負荷が高まり、トルクリミッタにおいて、出力盤１５と係合する連結盤１９へのコイルバネ２６の押圧力を超えると、連結盤１９がコイルバネ２６の付勢に抗して前進してスチールボール３２，３２・・から外れ、出力盤１５からの回転伝達を遮断するため、スピンドル１６と出力軸８との回転は停止する。
この停止と同時に、本体ハウジング２や先端ハウジング６への反力が失われ、反力に抗してハンドル３を支持する力により、本体ハウジング２及び先端ハウジング６が出力軸８の正回転方向へ回転しようとする。すなわち、停止する出力軸８が相対的に逆回転しようとすることになる。しかし、ワンウェイクラッチ３８においては、板バネ４５の付勢によって各ニードル４４が逃げ凹部４８の外へ出て再び図２（Ａ）のように固定スリーブ３９と出力軸８との間へ押し込まれるため、出力軸８に対する固定スリーブ３９の回転が阻止されると共に、固定スリーブ３９と一体の先端ハウジング６及び本体ハウジング２の回転も阻止される。よって、本体ハウジング２等への反力が失われてもそのままの姿勢で支持でき、ハンドル３を把持する手が不意に回転したりすることがなくなる。

そして、ネジの取り外し等のために出力軸８を逆回転させる場合、まず、切替操作部５５の押し込み操作によって正逆切替スイッチ１１の逆回転位置とクラッチリテーナ４２のクラッチ解除位置とを選択してスイッチレバー１０を押し込むと、モータ軸５が逆回転してスピンドル１６及び出力軸８を逆回転させることになるが、ワンウェイクラッチ３８においては、図２（Ｂ）のようにクラッチリテーナ４２の回転によって各ニードル４４が逃げ凹部４８内の最深部へ移動して出力軸８と非接触となっているため、ワンウェイクラッチ３８が働くことがなく、出力軸８の逆回転に影響を与えない。

このように、上記形態の電動ドライバ１によれば、筒状部７と出力軸８との間に、出力軸８の正回転時には出力軸８の回転を許容し、トルクリミッタの作動に伴う出力軸８の筒状部７に対する相対的な逆回転時には出力軸８の回転を規制するワンウェイクラッチ３８を設けると共に、そのワンウェイクラッチ３８に、出力軸８の逆回転時の回転規制を任意に解除可能な解除手段（クラッチリテーナ４２のクラッチ解除位置の選択）を設けたことで、出力軸８の正回転による通常のネジ締め等の作業時には、トルクリミッタが作動してもワンウェイクラッチ３８の働きによって反力が突然失われることがなく、作業者への不快感の発生や被加工材の損傷等を効果的に防止可能となる一方、ワンウェイクラッチ３８を利かせることなく出力軸８を逆回転させてネジの取り外し等を行うこともできる。よって、使用感や使い勝手に優れたものとなる。

また、クラッチリテーナ４２を、正逆切替スイッチ１１によるモータ４の逆回転への切替操作に連動して回転させるようにしたことで、モータ４の逆回転時には解除手段を確実に動作させて出力軸８を逆回転させることができる。
さらに、正逆切替スイッチ１１とクラッチリテーナ４２とを連結部材（リンクレバー５２、切替スリーブ５１、連結板５４）で連結して、正逆切替スイッチ１１のスライド操作にクラッチリテーナ４２が連動して回転可能としたことで、正逆切替スイッチ１１とクラッチリテーナ４２との連動を簡単な構成で実現することができる。

そして、ワンウェイクラッチ３８を、クラッチリテーナ４２と、クラッチリテーナ４２の各スリット４３内に収容されたニードル４４と、固定スリーブ３９に形成された逃げ凹部４８と、クラッチリテーナ４２に設けられ、各ニードル４４を出力軸８の逆回転方向で逃げ凹部４８から離れる方向へ付勢する板バネ４５とから形成し、解除手段を、クラッチリテーナ４２を、出力軸８の停止時に各ニードル４４を逃げ凹部４８の外へ移動させるクラッチセット位置から、出力軸８の停止時に各ニードル４４を逃げ凹部４８内へ移動させるクラッチ解除位置へ回転可能とする構成としたことで、ワンウェイクラッチ３８及びその解除手段が簡単且つ合理的に形成可能となる。

なお、ワンウェイクラッチは、上記形態に限らず適宜変更可能で、例えば上記形態のワンウェイクラッチでは逃げ凹部を固定スリーブに形成しているが、固定スリーブをなくして先端ハウジングの筒状部に直接逃げ凹部を設けることもできるし、転動体もニードルに代えてボールやローラが使用できる。よって、弾性部材もコ字状に限らず、転動体の形態に合わせてコイルバネ等も使用可能である。
また、解除手段を構成する連結部材も、上記形態のリンクレバーや切替スリーブに限らず、部材の数や形状、具体的な連結構造等は適宜変更可能である。

一方、上記形態では、正逆切替スイッチとクラッチリテーナとをリンクレバー等の連結部材で連結してクラッチリテーナの連動を得ているが、このような連結部材による連動に限らず、例えば正逆切替スイッチ等の切替部材の逆回転への切替動作をマイクロスイッチや近接センサ等で検出し、別途設けた回転駆動機構でクラッチリテーナを回転させてワンウェイクラッチを解除するようにしても良い。
逆に、このように解除手段をモータの正逆切替操作に連動させる構成に限らず、解除手段を単独で動作させる構成とすることもできる。例えば上記形態では、正逆切替スイッチと連結するリンクレバーをなくして、切替スリーブを直接回転操作することでクラッチリテーナをクラッチ解除位置へ回転させる構造となる。
そして、解除手段は、上記形態ではクラッチリテーナをクラッチセット位置からクラッチ解除位置へ回転させることで実現しているが、この構造に限らず、例えば上記形態の固定スリーブのように筒状部と別体のスリーブを有するものにあっては、このスリーブを回転可能として逃げ凹部を移動させることでクラッチ解除を可能としても良い。

その他、トルクリミッタも、上記形態の出力盤と連結盤との間のスチールボールに代えて、両者の対向面に突設されて周方向に傾斜面を有するカム突起としたり、遊星歯車減速機構の１つのインターナルギヤを回転可能としてこれに押圧される押圧部材とをスチールボールやカム突起で回転方向で係合させたりする等、適宜設計変更して差し支えない。

電動ドライバの一部縦断面図である。 ワンウェイクラッチ部分の拡大説明図で、（Ａ）がクラッチセット状態、（Ｂ）がクラッチ解除状態を夫々示す。 正逆切替スイッチと切替スリーブとの連結構造の説明図で、上が平面、下が側面、右が正面を夫々示す。

符号の説明

１・・電動ドライバ、２・・本体ハウジング、３・・ハンドル、４・・モータ、６・・先端ハウジング、７・・筒状部、８・・出力軸、９・・スイッチ、１１・・正逆切替スイッチ、１２・・遊星歯車減速機構、１５・・出力盤、１６・・スピンドル、１９・・連結盤、２６・・コイルバネ、３８・・ワンウェイクラッチ、３９・・固定スリーブ、４２・・クラッチリテーナ、４３・・スリット、４４・・ニードル、４５・・板バネ、４６・・仕切部、４８・・逃げ凹部、５１・・切替スリーブ、５２・・リンクレバー、５５・・切替操作部。

Claims (4)

1. ハウジング内に、切替操作によって正逆回転可能なモータを内蔵すると共に、前記モータの駆動で正逆回転する出力軸を前記ハウジングの先端に設けた筒状部で軸支して前方に突出させ、前記モータと出力軸との間に、前記出力軸の所定トルクで前記モータからの回転伝達を遮断するトルクリミッタを設けた電動ドライバであって、
   前記筒状部と出力軸との間に、前記出力軸の正回転時には前記出力軸の回転を許容し、前記トルクリミッタの作動に伴う前記出力軸の前記筒状部に対する相対的な逆回転時には前記出力軸の回転を規制するワンウェイクラッチを設けると共に、そのワンウェイクラッチに、前記出力軸の逆回転時の回転規制を任意に解除可能な解除手段を設けたことを特徴とする電動ドライバ。
2. 解除手段を、モータの逆回転への切替操作に連動して動作させるものとした請求項１に記載の電動ドライバ。
3. モータの正逆回転の切替操作が、前記モータの駆動回路に設けられた正逆切替スイッチのスライド操作によるものにあっては、前記正逆切替スイッチと解除手段とを連結部材で連結して、前記正逆切替スイッチのスライド操作に前記解除手段が連動可能とした請求項１又は２に記載の電動ドライバ。
4. ワンウェイクラッチが、筒状部側と出力軸との間に介装され、軸方向のスリットを所定間隔で周方向に複数形成した筒状のクラッチリテーナと、前記各スリット内に収容され、前記出力軸の半径方向で前記筒状部側の内周面と出力軸の外周面との間隔より僅かに大きい直径を有する転動体と、前記筒状部側の内周面で前記スリットに対応して設けられ、前記転動体の進入時には前記転動体が前記出力軸の外周面と非接触となる逃げ凹部と、前記クラッチリテーナに設けられ、前記各転動体を前記出力軸の逆回転方向で前記逃げ凹部から離れる方向へ付勢する弾性部材とからなり、解除手段が、前記クラッチリテーナを、前記出力軸の停止時に前記各転動体を前記逃げ凹部の外へ移動させるクラッチセット位置から、前記出力軸の停止時に前記各転動体を前記逃げ凹部内へ移動させるクラッチ解除位置へ回転可能としたものである請求項１乃至３の何れかに記載の電動ドライバ。

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