JP5184035B2 - 電動工具の減速機構 - Google Patents

Description

この発明は、例えば携帯用の丸鋸等の電動工具において、駆動源としての電動モータの出力を減速してスピンドルに伝達するための減速機構に関する。

例えば、下記の特許文献１には、上記の携帯丸鋸における減速機構についての技術が開示されている。この従来技術は、駆動源としての電動モータの出力軸と、鋸刃を取り付けたスピンドルとの間に中間軸を介在させ、この中間軸に２つの中間ギヤとしてはす歯ギヤ（ヘリカルギヤ）を介在させて、電動モータの出力を二段階で減速させる構成において、２つの中間ギヤのねじれ方向を同じ方向（右ねじれまたは左ねじれ）に設定することにより、一方の中間ギヤとモータ出力軸の駆動ギヤとの噛み合い、他方の中間ギヤとスピンドル側の出力ギヤとの噛み合いによりそれぞれ発生するスラスト荷重の作用方向を相互に逆方向とすることにより中間軸に付加される２方向のスラスト荷重を相殺し、これにより当該中間軸を回転支持する軸受けに対するスラスト荷重を低減してその耐久性を高める構成となっている。
また、下記の特許文献１には、上記の構成に加えて、２つの中間ギヤについて相互に異なるねじれ角を設定することにより、中間軸に付加されるスラスト荷重を１方向に固定し、これを一方の軸受けで確実に受ける構成とした技術が記載されている。
特開２００７−２１００６３号公報 特開平１１−３３３７６２号公報 実開昭５５−７４２５２号公報

しかしながら、上記従来の減速機構にもさらに改良を加える必要があった。円形の鋸刃を切断材に切り込ませて切断加工を行う丸鋸に特有の現象として、鋸刃の各歯（チップ）が切断材から受ける断続的な切断抵抗によって相互に噛み合う駆動側のはす歯ギヤと従動側のはす歯ギヤが回転方向のバックラッシュの範囲内で振動し（ばたつき）、これが騒音（ギヤ音）の原因となる問題があった。
従来、電動モータの駆動ギヤ（はす歯ギヤ）を、スピンドルの出力ギヤ（はす歯ギヤ）に直接噛み合わせた一段減速機構においては、電動モータの回転子を軸方向にわずかに変位可能に支持して回転子軸（モータ出力軸）の一端側に対して弾性体を当接させておくことにより、上記切断抵抗等により発生する軸方向の振動をこの弾性体で吸収する構成とした技術が例えば上記特許文献１，２に開示されている。
本発明は、はす歯ギヤを用いた二段減速機構において、鋸刃により切断加工を行う場合に特有の振動あるいは騒音を低減するための技術を提供することを目的とする。

上記の課題は、以下の発明により解決される。
第１の発明は、電動モータを駆動源とする電動工具において、電動モータの回転出力を減速して、先端工具を取り付けたスピンドルに伝達する減速機構であって、電動モータの出力軸とスピンドルとの間に中間軸を備え、電動モータの出力軸と中間軸との間、及び中間軸とスピンドルとの間で、それぞれはす歯ギヤの噛み合いを経て電動モータの回転出力を二段階で減速してスピンドルに伝達する構成を備え、中間軸は、その軸方向に変位可能に支持されて、その少なくとも一方の端部に、はす歯ギヤの噛み合いにより発生するスラスト荷重を吸収するための緩衝部材を介在させた減速機構である。
第１の発明によれば、電動モータの回転出力が二段階のはす歯ギヤの噛み合いを経て減速されてスピンドルに伝達される。電動モータの回転出力を二段階で減速して出力する構成により、一段階で減速させる構成に比してスピンドルにより小径のはす歯ギヤを用いることができ、これにより例えば携帯丸鋸においてベースに対するスピンドルの芯高さを小さく設定して鋸刃の切り込み深さの調整範囲を大きく設定できるようになる。
係る二段減速機構において、電動モータの駆動ギヤと中間軸上の一方の中間ギヤとの噛み合い、及び他方の中間ギヤとスピンドルの出力ギヤとの噛み合いにより、切断抵抗の軸方向成分がそれぞれ中間軸に対してスラスト荷重として付加され、このスラスト荷重によって当該中間軸がその軸方向に振動する。しかしながら、第１の発明によれば、緩衝部材によってこの振動が吸収されて従来のような騒音の発生が抑制される。
第２の発明は、第１の発明において、中間軸に加えて、電動モータの回転子軸についてスラスト荷重を吸収するための緩衝部材を介在させた減速機構である。
第２の発明によれば、中間軸の振動のみならず、モータ軸の振動をも吸収することができ、これにより当該電動工具の振動及びこれが原因となる騒音をより一層確実に抑制することができる。
第３の発明は、第１又は第２の発明において、中間軸は軸受けを介してギヤケースに回転可能に支持されており、この軸受けがギヤケースに対して軸方向に変位することにより中間軸がその軸方向に変位可能に支持されて、緩衝部材を軸受けとギヤケースとの間に介在させた減速機構である。
第３の発明によれば、中間軸及びこれを回転支持する軸受けのスラスト荷重による振動を吸収することができ、これにより騒音を抑制するとともに当該軸受けの耐久性を高めることができる。
第４の発明は、第１〜第３の何れか一つの発明において、中間軸の軸方向両端部のうち、先端工具側となる先端側を支持する軸受けとギヤケースとの間に緩衝部材を介在させた減速機構である。
第４の発明によれば、中間軸の軸方向先端側（先端工具側）への振動を緩衝部材により吸収することができ、片側に緩衝部材を入れるだけで振動を抑制することができる。
第５の発明は、第１〜第４の何れか一つの発明において、中間軸には、電動モータの出力軸の１番ギヤに噛み合う２番ギヤと、スピンドルの４番ギヤに噛み合う３番ギヤが支持されており、２番ギヤと３番ギヤのねじれ方向が同じである減速機構である。
第５の発明によれば、中間軸に支持された２番ギヤと３番ギヤのねじれ方向が同じであるので、当該中間軸には、１番ギヤと２番ギヤ、３番ギヤと４番ギヤの組み合わせによるそれぞれのスラスト荷重が打ち消し合う方向に作用して相殺されることから、結果として当該中間軸に付加されるスラスト荷重を軽減することができる。また、この場合において、両方向のスラスト荷重を同一の大きさとはせず、どちらか一方が勝る設定（異なる大きさ）としておくことで結果として一方向のみのスラスト荷重が付加されるので、緩衝部材を当該中間軸のスラスト荷重が付加される側にのみ配置してその振動を効果的に吸収する構成とすることができる。
第５の発明において、モータ出力軸の駆動ギヤが１番ギヤに相当し、スピンドルの出力ギヤが４番ギヤに相当する。２番ギヤと３番ギヤは中間軸上に同軸に固定されて一体で回転する。
第６の発明は、第５の発明において、３番ギヤよりも２番ギヤのねじれ角を大きくして、中間軸に対して先端側への軸力を発生させ、この軸力を中間軸の先端側に介在させた緩衝部材により吸収する構成とした減速機構である。
第６の発明によれば、２番ギヤよりも３番ギヤのねじれ角が大きく設定されることにより、中間軸に軸方向先端側（先端工具側）へのスラスト荷重のみを作用させることができ、従って中間軸の先端部について緩衝部材を配置することにより、当該中間軸に発生する先方への振動を効果的に吸収することができ、ひいてはその反動としての振動を効果的に低減することができる。

次に、本発明の実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る減速機構を備えた切断機１の全体を示している。本実施形態では、切断機の一例として携帯用の丸鋸を例示する。この切断機１は、切断材に載置する平板形状のベース１０の上面側（図１において手前側）に支軸１３を介して切断機本体２０を上下に傾動可能に支持した構成を備えている。
切断機本体２０は、円形の鋸刃２１の上側ほぼ半周の範囲を覆うブレードケース２２を備えている。このブレードケース２２の切断進行方向前端部が上記支軸１３を介して上下に傾動可能に支持されている。このブレードケース２２の背面側（図１において上面側）には、ギヤケース２３が取り付けられている。このギヤケース２３の内部に本実施形態に係る減速機構３０が組み込まれている。ギヤケース２３に電動モータ２５を内装したモータケース２４が結合されている。電動モータ２５の回転出力が以下説明する本実施形態の減速機構３０を経てスピンドル１１に伝達される。このスピンドル１１の先端に鋸刃２１が取り付けられている。鋸刃２１の下側はベース１０の下面から突き出されており、この突き出し部分が切断材に切り込まれて当該切断材が切断される。切断機本体２０を支軸１３を中心にして上下に傾動させると、上記鋸刃２１のベース１０の下面からの突き出し寸法が変化し、これにより切断材に対する切り込み深さを調整することができる。

上記ギヤケース２３に組み込まれた本実施形態に係る減速機構３０の詳細が図２に示されている。電動モータ２５の出力軸２５ａが軸受け２６を介してギヤケース２３に回転可能に支持されている。この出力軸２５ａの回転軸線が図２及び図３において符号Ｃ１で示されている。この出力軸２５ａの先端部にはす歯ギヤ２７が形成されている。このはす歯ギヤ２７が駆動ギヤであり、以下１番ギヤ２７とも言う。この１番ギヤ２７はギヤケース２３内に突き出されている。
ギヤケース２３内には、軸受け３２，３３を介して中間軸３１がその軸回りに回転自在に支持されている。中間軸３１の回転軸線が図２及び図３において符号Ｃ２で示されている。図２に示すように先端側（図２において左側）の軸受け３２にはボールベアリングが用いられ、後端側（図２において右側）の軸受け３３にはニードルベアリングが用いられている。なお、この明細書では、軸方向について鋸刃２１側（先端工具側）を先端側若しくは前側といい、その反端側を後端側若しくは後ろ側という。
中間軸３１には２つのはす歯ギヤ３４，３５が取り付けられている。両はす歯ギヤ３４，３５は中間軸３１に固定されて、当該中間軸３１と一体かつ同軸（回転軸線Ｃ２）で回転する。中間軸３１上の２つのはす歯ギヤ３４，３５のうち、後ろ側のはす歯ギヤ３４が１番ギヤ２７に噛み合わされ、前側のはす歯ギヤ３５がスピンドル１１に固定したはす歯ギヤ３６に噛み合わされている。以下、はす歯ギヤ３４，３５，３６を順に２番ギヤ３４、３番ギヤ３５、４番ギヤ３６とも言う。この２番ギヤ２４及び３番ギヤ３５が特許請求の範囲に記載した中間ギヤに相当する。このように電動モータ２５の回転出力は、１番ギヤ２７と２番ギヤ３４の噛み合い、３番ギヤ３５と４番ギヤ３６との噛み合いを経て二段階で減速されてスピンドル１１に伝達される。
前記したように電動モータ２５の回転出力を二段階で減速してスピンドル１１に伝達する構成であるので、４番ギヤ３６のギヤ径を小さく設定することができ、これにより十分な減速比を確保しつつベース１０の下面（切断材に対する当接面）に対するスピンドル１１の距離（軸線Ｃ３の芯高さ）を小さくすることができ、ひいては鋸刃２１の切り込み深さの調整範囲を大きくすることができる。

次に、２番ギヤ３４と３番ギヤ３５を支持する中間軸３１は軸方向にわずかなストローク（１ｍｍ程度）で移動が許容される状態に支持されている。本実施形態の場合、前側の軸受け３２がギヤケース２３に設けた保持孔２３ａ内で軸方向に移動可能に支持されて、当該中間軸３１が軸方向に移動可能に支持されている。保持孔２３ａの底部と軸受け３２との間に緩衝部材４０が挟み込まれている。この緩衝部材４０には、厚さ約３ｍｍの円環形状のゴムリングが用いられている。この緩衝部材４０によって軸受け３２ひいては中間軸３１に付加されるスラスト荷重が吸収される。また、この緩衝部材４０の素材としての弾性係数（弾性能）についても、想定されるスラスト荷重（軸方向の変位）に対して十分な衝撃吸収能が確保されるよう（潰れ切れないよう）適切に設定されており、またこれにより当該緩衝部材４０の耐久性が確保されるようになっている。
中間軸３１の後ろ側はニードルベアリング（軸受け３３）で受けられているため、当該軸受け３３に対する中間軸３１の軸方向のわずかな移動が許容される。
スピンドル１１は、軸受け３７，３８を介してギヤケース２３にその軸回りに回転自在に支持されている。スピンドル１１の回転軸線が図２及び図３において符号Ｃ３で示されている。図示するように本実施形態では、中間軸３１と同様、前側の軸受け３７にボールベアリングが用いられ、後ろ側の軸受け３８にニードルベアリングが用いられている。スピンドル１１の先端部はギヤケース２３からブレードケース２２内に突き出されており、この突き出し部分に鋸刃２１が取り付けられている。
前側の軸受け３７は、ギヤケース２３の保持孔２３ｂに収容されて、固定ナット２８によって軸方向移動不能に固定されている。この軸受け３７を介して当該スピンドル１１は軸方向へは移動不能に支持されている。このスピンドル１１上において、４番ギヤ３６と前側の軸受け３７との間にディスタンスカラー３９が装着されている。４番ギヤ３６は、スピンドル１１に設けたフランジ部１１ａと、このディスタンスカラー３９との間に挟まれて軸方向へは移動しないように固定されている。

上記のように本実施形態に係る減速機構３０は、１番ギヤ２７と２番ギヤ３４の噛み合い、３番ギヤ３５と４番ギヤ３６の噛み合いを経て電動モータ２５の回転出力を２段階で減速してスピンドル１１に伝達する構成を備えている。１〜４番ギヤ２７，３４，３５，３６にはすべてはす歯ギヤ（ヘリカルギヤ）が用いられている。
四つのはす歯ギヤ２７，３４，３５，３６のねじれ方向及びねじれ角は適切に設定されている。本実施形態では、中間軸３１上の２番ギヤ３４と３番ギヤ３５について相互に同じねじれ方向に設定されている。このため、１番ギヤ２７と２番ギヤ３４の噛み合いにより中間軸３１に付加されるスラスト荷重の作用方向と、３番ギヤ３５と４番ギヤ３６との噛み合いにより中間軸３１に付加されるスラスト荷重の作用方向は相互に反対方向になっている。本実施形態では、前者は前向き方向（図２において左向き）となり、後者は後ろ向き（図２において右向き）に設定されている。このため、前者のスラスト荷重と後者のスラスト荷重は相殺される。
しかも、本実施形態の場合、２つの中間ギヤについて、駆動側の２番ギヤ３４のねじれ角は３番ギヤ３５のねじれ角よりも大きく設定されている。このため、１番ギヤ２７と２番ギヤ３４の噛み合いにより発生する前向きのスラスト荷重の方が、３番ギヤ３５と４番ギヤ３６との噛み合いにより発生する後ろ向きのスラスト荷重よりも大きくなり、その結果両方向のスラスト荷重が相殺されて中間軸３１には前向きのスラスト荷重が作用するように設定されている。この中間軸３１に対するスラスト荷重作用方向は、鋸刃２１の回転方向（電動モータ２５の回転方向）が一定であることから前向きに保持される。前記したように中間軸３１に対するこの前向きのスラスト荷重は、鋸刃２１の各刃先が切断材から受ける断続的（間欠的）な切削抵抗として中間軸３１に付加され、これが前記した緩衝部材４０によって吸収される。
また、中間軸３１に対して前方向のスラスト荷重が作用する結果、電動モータ２５の出力軸２５ａには、１番ギヤ２７と２番ギヤ３４との噛み合いを経て後ろ向きのスラスト荷重が作用する。このモータ出力軸（回転子軸）に対する後ろ向きのスラスト荷重は、図示は省略したが従来と同様当該出力軸２５ａの後部側に介在させた緩衝部材によって吸収される。

以上のように構成した本実施形態の減速機構３０によれば、電動モータ２５の回転出力を二段階で減速する機構において、鋸刃２１が切断材から受ける切断抵抗が中間軸３１に断続的なスラスト荷重（振動）として付加される場合にも、当該中間軸３１の振動（スラスト荷重）が緩衝部材４０で受けられて当該スピンドル１１の軸方向の振動を吸収することができ、これにより従来の騒音を低減することができる。
このように、円形の鋸刃２１を用いて行う切断機であって、電動モータ２５の回転出力をはす歯ギヤの噛み合いにより二段階で減速させてスピンドル１１に出力する切断機に特有の振動若しくはこれが原因で発生する騒音を、緩衝部材４０によって従来よりも大幅に低減することができ、また騒音を小さくすることができる。
本実施形態の場合、鋸刃２１の回転方向は常時一定方向であることから、中間軸３１に対して前向きのスラスト荷重を付加させて、前側（先端工具２１側）にのみ配置した緩衝部材４０でこれを受ける構成とすることができ、これにより前側のみならず後ろ側にも同様の緩衝部材を配置する構成に比してより簡易な構成で上記の作用効果を得ることができる。

以上説明した実施形態には種々変更を加えることができる。例えば、中間軸１３の前側についてのみ緩衝部材４０を介在させた構成を例示したが、前側に加えて後ろ側にも緩衝材を介在させる構成としてもよい。
また、２つの中間ギヤ（２，３番ギヤ３５，３６）のねじれ方向を同じにして、中間軸１３に付加されるスラスト荷重の作用方向を相互に反対方向に設定した構成を例示したが、両中間ギヤのねじれ方向を相互に反対にして、中間軸１３に対してそれぞれ前向きのスラスト荷重を付加させてこれを緩衝部材４０で受ける構成としてもよい。
さらに、軸受け３２を介して中間軸３１に付加されたスラスト荷重を受ける構成を例示したが、緩衝部材を中間軸の前端部に直接当接させてそのスラスト荷重（振動）を吸収する構成としてもよい。従って、軸受け３２にニードルベアリングを用いる構成、あるいは後ろ側の軸受け３３についてもボールベアリングを用いる構成としてもよい。
また、緩衝部材としてゴム製のリングを例示したが、工業用スポンジを素材とする緩衝部材を用いる構成としてもよく、また圧縮コイルばねやリーフスプリング等のばね、あるいはエアダンパ等を用いる構成としてもよい。
さらに、モータ軸２５ａ側の緩衝部材（モータ軸２５ａの後ろ向きのスラスト荷重を受ける緩衝部材）は省略してもよい。

本発明の実施形態に係る減速機構を備えた携帯丸鋸の平面図である。 図１の（２）−（２）線断面矢視図であって、減速機構の縦断面図である。 本実施形態に係る減速機構の概略構成を図２中の矢印（３）方向から見た図である。

符号の説明

１…携帯丸鋸（切断機）
１０…ベース
１１…スピンドル
１３…支軸
２０…切断機本体
２１…鋸刃
２２…ブレードケース
２３…ギヤケース、２３ａ，２３ｂ…保持孔
２４…モータケース
２５…電動モータ、２５ａ…出力軸（回転子軸）
２６…軸受け
２７…１番ギヤ（駆動ギヤ）
２８…固定ナット
３０…減速機構
３１…中間軸
３２，３３…軸受け
３４…２番ギヤ（中間ギヤ）
３５…３番ギヤ（中間ギヤ）
３６…４番ギヤ（出力ギヤ）
３７，３８…軸受け
３９…ディスタンスカラー
４０…緩衝部材（ゴムリング）

Claims (5)

1. 切断材に載置するベースの上面側に、電動モータを駆動源として回転する円形の鋸刃を備えた切断機本体を支持した携帯用切断機において、
   前記電動モータの回転出力を減速して、前記鋸刃を取り付けたスピンドルに伝達する減速機構であって、
   前記電動モータの出力軸と前記スピンドルとの間に中間軸を備え、前記電動モータの出力軸と前記中間軸との間、及び前記中間軸と前記スピンドルとの間で、それぞれはす歯ギヤの噛み合いを経て前記電動モータの回転出力を二段階で減速して前記スピンドルに伝達する構成を備え、
   前記中間軸は、前記電動モータの出力軸と前記スピンドルに対して切断進行方向前側となる位置においてその軸方向に変位可能に支持されて、その少なくとも一方の端部に、前記はす歯ギヤの噛み合いにより発生するスラスト荷重を吸収するための緩衝部材を介在させた減速機構。
2. 請求項１記載の減速機構であって、前記中間軸に加えて、前記電動モータの回転子軸について前記スラスト荷重を吸収するための緩衝部材を介在させた減速機構。
3. 請求項１または２記載の減速機構であって、前記中間軸は軸受けを介してギヤケースに回転可能に支持されており、該軸受けが前記ギヤケースに対して軸方向に変位することにより前記中間軸がその軸方向に変位可能に支持されて、前記緩衝部材を前記軸受けと前記ギヤケースとの間に介在させた減速機構。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の減速機構であって、前記中間軸の軸方向両端部のうち、前記鋸刃側となる先端側を支持する軸受けと前記ギヤケースとの間に緩衝部材を介在させた減速機構。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の減速機構であって、前記中間軸には、前記電動モータの出力軸の１番ギヤに噛み合う２番ギヤと、前記スピンドルの４番ギヤに噛み合う３番ギヤが支持されており、該２番ギヤと該３番ギヤのねじれ方向が同じで、かつ前記３番ギヤよりも前記２番ギヤのねじれ角を大きくして、前記中間軸に対して前記先端側への軸力を発生させ、該軸力を前記中間軸の前記先端側に介在させた緩衝部材により吸収する構成とし、
   前記スピンドルの、前記鋸刃側とは反対側の後ろ側の支持位置を、前記中間軸の後ろ側の支持位置に位置合わせした減速機構。

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