JP5312983B2 - 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（双方右ねじれ、又は双方左ねじれ）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反対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打ち消し合わせ、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。
さらに、下記の特許文献２，３には、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開示されている。

特開２００７−２１００６３号公報 特開平１１−３３３７６２号公報 実開昭５５−７４２５２号公報

このように従来、一段減速機構については切断加工時の振動等を抑制し、軸受けの耐久性を高めるための技術が提供されていたが、モータ出力軸とスピンドルとの間に中間軸を介在させて複数段で減速する場合に中間軸についての振動若しくは騒音対策が不十分であった。特に、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）、これが複数段減速機構における騒音（ギヤ音）の原因となる問題があった。
本発明は、はす歯ギヤを用いた複数段の減速機構において、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、以下の格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、少なくとも１組の中間ギヤ部を備え、中間ギヤ部と電動モータとの間、及び中間ギヤ部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複数段階で減速してスピンドルに伝達する構成を備え、中間ギヤ部は、中間軸に駆動側の中間ギヤと従動側の中間ギヤを備えており、中間ギヤ部と中間軸を支持する中間軸支持部との間に、当該中間軸若しくは両中間ギヤに負荷されるラジアル荷重を受け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複数段の中間ギヤ部（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。係る複数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、切断抵抗の中間軸径方向成分がそれぞれ中間軸に対してラジアル荷重として付加され、このラジアル荷重によって中間軸がはす歯ギヤ相互のバックラッシュの範囲内で径方向に共振する。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。
緩衝部材は、中間軸支持部としてのギヤケースと、中間ギヤ部の駆動側若しくは従動側の中間ギヤと間に介在させた構成、あるいはギヤケースと、中間ギヤ部の中間軸を支持する軸受けとの間に介在させた構成とすることができる。
第２の発明は、第１の発明において、中間軸の端部と中間軸支持部との間に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、中間軸支持部として例えばギヤケースの軸受け収容部と、中間軸の端部を支持する当該軸受けとの間に緩衝部材を介在させて中間軸に負荷されるラジアル荷重を簡易な構成で確実に受けることができる。
第３の発明は、第１又は第２の発明において、緩衝部材にラバーピンを用いた減速機構である。
第３の発明によれば、例えばギヤケースの軸受け収容部にラバーピンを差し込むだけの簡易かつ低コストな構成で中間ギヤ部のラジアル荷重を確実に受けることができる。
第４の発明は、第１〜第３の何れか一つの発明において、駆動側の中間ギヤに対する圧力角と、従動側の中間ギヤに対する圧力角との双方に基づくラジアル方向に緩衝部材を配置した減速機構である。
第４の発明によれば、最小限の緩衝部材で効率よくラジアル荷重を受けることができる。
第５の発明は、第１〜第４の何れか一つの発明において、緩衝部材に、中間軸に負荷されるスラスト荷重を受ける部位を併せ持たせた減速機構である。
第５の発明によれば、中間軸に負荷されるラジアル荷重とスラスト荷重の双方を受けることができるので、より確実に当該減速機構の振動若しくは騒音を低減することができる。

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。 本実施形態に係る携帯丸鋸の縦断面図であって、図１中(II)-(II)線断面矢視図である。 本実施形態に係る減速機構の縦断面図であって、図２中(III)-(III)線断面矢視図である。

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及び図２は、本実施形態に係る減速機構３０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。図２では、ブレードケース２２の図示が省略されている。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において上側）には、概ね円筒形をなすギヤケース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の前部には、当該前部を塞ぐ状態でギヤプレート５０が取付けられている。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。このギヤプレート５０によってブレードケース２２の内側とギヤケース２３の内側が区画されている。ギヤプレート５０の前側（図３において左側）がブレードケース２２の内部に相当する。以下の説明では、ギヤプレート５０もギヤケース２３の一部を構成するものとする。
ギヤケース２３の後部には、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は、ギヤプレート５０を経てブレードケース２２内に突き出されている。このスピンドル１１の突き出し側の先端に鋸刃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Ｗ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Ｗに対する切り込み深さを調整することができる。
ギヤケース２３の上部には、使用者が把持するループ形のハンドル部２９が一体に設けられている。このハンドル部２９の内周側に電動モータ２５を起動停止するためのスイッチレバー２９ａが配置されている。

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３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３において符号Ｃ２で示されている。図３において左側（先端側）の軸受け３２にはボールベアリングが用いられ、右側（後端側）の軸受け３３にはニードルベアリングが用いられている。先端側の軸受け３２はギヤプレート５０の保持孔５０ａ内に取付けられている。
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３４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がギヤプレート５０の保持孔５０ａ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５０ａの底部と軸受け３２との間に第１緩衝部材４０が挟み込まれている。この第１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。この第１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、この第１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第１緩衝部材４０の耐久性が確保されるようになっている。
また、保持孔５０ａの内径は、軸受け３２の外輪の外径に対して僅かに大きく設定されている。このため、軸受け３２は、その径方向（中間軸３１のラジアル方向）へ僅かな寸法で変位可能な状態で保持孔５０ａ内に支持されている。保持孔５０ａの側部と軸受け３２との間には第２緩衝部材４１が挟み込まれている。
この第２緩衝部材４１は、第１緩衝部材４０と同じ弾性部材を素材として小径のピン形に形成されたもので、軸受け３２の外周（外輪）の周方向１箇所に対して弾性的に押圧された状態に組み込まれている。この第２緩衝部材４１によって、軸受け３２ひいては中間軸３１に付加されるラジアル方向の振動が吸収される。この第２緩衝部材４１が、特許請求の範囲に記載した緩衝部材の一実施形態に相当する。
軸線Ｃ２回りの位置について第２緩衝部材４１の位置は、中間軸３１が受ける最も大きなラジアル荷重が作用する方向に設定されている。本実施形態では、第２緩衝部材４１は、中間軸３１がモータ出力軸２５ａから受けるラジアル荷重とスピンドル１１から受けるラジアル荷重との合力方向であって、１番ギヤ２７の圧力角と４番ギヤ３６の圧力角の合力方向に設定されている。
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内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。前側の軸受け３７は、ギヤプレート５０の保持孔５０ｂ内に保持されている。
スピンドル１１の先端部はギヤケース２３（ギヤプレート５０）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、ギヤプレート５０の保持孔５０ｂ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のねじれ方向は、相互に反対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、いずれも前向き（図３において左向き）になるように設定されている。このため、中間軸３１は、前向きにのみスラスト荷重を受け、後ろ向きのスラスト荷重は作用しないようになっている。この中間軸３１に対する前向きのスラスト荷重は、鋸刃２１の各刃先が切断材Ｗから受ける断続的（間欠的）な切削抵抗として中間軸３１に付加されもので、これが前記した第１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、その反力として電動モータ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及びラジアル荷重（振動）として付加される場合にも、当該中間軸３１のスラスト方向の振動（スラスト荷重）が第１緩衝部材４０で受けられ、ラジアル方向の振動（ラジアル荷重）が第２緩衝部材４１で受けられることから、当該スピンドル１１の軸方向及び径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４０，４１によって従来よりも確実に低減することができ、ひいては当該減速機構３０の低騒音化を一層図ることができる。
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４０，４１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。
また、本実施形態の場合、緩衝部材４０の軸線Ｃ２回りの位置について、駆動側の中間ギヤ３１の圧力角と従動側の中間ギヤ３５の圧力角の合力方向となる位置に第２緩衝部材４１を配置した構成であることから、１つの第２緩衝部材４１によって効率よくラジアル荷重を受けることができる。

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３１の前側についてのみ緩衝部材４０，４１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同等の機能を有する緩衝部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３４，３５）のねじれ方向を相互に反対方向に設定して、中間軸１３に付加されるスラスト荷重の作用方向を前側のみ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同じ方向に設定して両方向のスラスト荷重が打ち消し合う結果、小さな前向きのスラスト荷重を中間軸１３に付加させて、これを第１緩衝部材４０と第２緩衝部材４１で受ける構成としてもよい。
また、ピン形の第２緩衝部材４１を例示したが、軸受け３２の外輪全周に沿って押圧されるリング形の第２緩衝部材としてもよい。リング形の第２緩衝部材によれば、中間軸に付加される全てのラジアル方向の荷重を受けることができ、これによりはす歯ギヤの共振に伴う中間軸の振動を一層確実に吸収することができる。
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、第１及び第２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及びラジアル荷重（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（ラバー）を素材とする構成を例示したが、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その他の弾性手段を用いる構成としてもよい。
さらに、第１緩衝部材４０と第２緩衝部材４１を中間軸３１の前側に対して配置する構成を例示したが、その一方を前側、他方を後ろ側に配置する構成としてもよい。従って、第１緩衝部材４０を省略して、第２緩衝部材４１のみによって中間軸３１のラジアル方向の振動を吸収する構成としてもよい。
さらに、第１緩衝部材４０と第２緩衝部材４１をそれぞれ別個の部材とする構成を例示したが、スラスト荷重を受ける第１緩衝部とラジアル荷重を受ける第２緩衝部が相互に一体形成された例えば椀型の緩衝部材を中間軸３１の前端部及び／又は後端部、あるいはこれらを支持する軸受け３２，３３に対して配置する構成としてもよい。
また、モータ出力軸とスピンドルとの間を２段階で減速する減速機構について例示したが、３段階以上で減速する減速機構について同様の緩衝部材を適用することができる。
また、電動工具として携帯型の丸鋸を例示したが、卓上丸鋸盤等その他の切断機、あるいは切断機に限らず、孔あけドリルやねじ締め機等その他の作業に用いる電動工具についても同様の構成を採用することにより同等の作用効果を得ることができる。

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
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
４０…第１緩衝部材（ゴムリング）
４１…第２緩衝部材（ラバーピン）
５０…ギヤプレート、５０ａ，５０ｂ…保持孔

Claims (5)

1. 電動モータを駆動源とする電動工具において、前記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、
   前記電動モータの出力軸と前記スピンドルとの間に、少なくとも１組の中間ギヤ部を備え、該中間ギヤ部と前記電動モータとの間、及び該中間ギヤ部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複数段階で減速して前記スピンドルに伝達する構成を備え、
   前記中間ギヤ部は、中間軸に駆動側の中間ギヤと従動側の中間ギヤを備えており、
   前記少なくとも１組の中間ギヤ部のうち、前記電動モータから前記スピンドルに至る前記回転出力の伝達経路に関して前記スピンドルに最も近い最終の中間ギヤ部について、前記中間軸を支持する前記従動側の軸受けの外周面と、該軸受けを保持するギヤケース側の保持孔の内周面との間に、当該中間軸若しくは前記両中間ギヤに負荷されるラジアル荷重を受け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、前記緩衝部材にラバーピンを用いた減速機構。
3. 請求項１又は２に記載した減速機構であって、前記駆動側の中間ギヤに対する圧力角と、前記従動側の中間ギヤに対する圧力角の合力方向となる位置に前記緩衝部材を配置した減速機構。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載した減速機構であって、前記緩衝部材に、前記中間軸に負荷されるスラスト荷重を受ける部位を併せ持たせた減速機構。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載した減速機構を備えた電動切断機。

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