JP6335296B2 - フライホイールを備えた動力工具及び該フライホイールを加速するギア - Google Patents

Description

本発明は、継手を緊締するためにトルクを供給する手持ち式動力工具に関する。具体的には、本発明は、工具を保持する操縦者によって感知された反作用の力を低減するよう適合され且つ電力工具モータを用いて加速することもできるフライホイールを備えた手持ち式動力工具に関する。

手持ち式動力工具は、例えば継手にトルクを供給する種々の用途で使用されている。これらの用途の多くでは、特定の高いトルクを送達でき、しかも電動工具を保持する操縦者にとって人間工学的な方法で前記トルクを送達できることが望ましい。具体的には、工具に作用する反作用の力を、操縦者が操作全般に亘って工具を扱うことができるよう十分に低減させなければならない。高度な電動工具の緊締戦略は、反作用の力を最小にするよう構成されている。

他の動力工具では、フライホイールは、トルクを継手に供給するか或いは緊締動作の間操縦者によって経験される反力を減らすかの何れかに適用されている。これらの従来の電動ツールの多くは、緊締動作が実行される前にフライホイールを加速させる。通常フライホイールは、工具ハウジングの内部又は外部の特定の専用モータによって加速される。

米国特許第７，３１１，０２７号では、一つのモータが出力軸を駆動するように配置され、第二のモータがフライホイールを駆動するように構成されている。動作中、継手に生じる力に対して反力を生成するように且つ試験者によって経験される反力を低減するように、フライホイールを遅らせることになる。

米国特許第５，１５８，３５４号では、フライホイールは動力工具のモータによって加速され、よって運動エネルギーが操縦者によって相殺される必要がある任意の反力を作り出すことなく、衝撃としてフライホイールから出力軸に伝達される。

共にこれらの配置は、操縦者によって打ち消される必要がある反作用の力を減少させるものの比較的複雑な配置を示している。従って、単純でしかも依然として操縦者によって相殺される必要がある反力を最小限に抑えるためにフライホイールの使用を許容する配置を見つける必要性がある。

本発明の目的は、操縦者に供給される反作用の力をできるだけ低く維持される動力工具を提供することにある。この目的は請求項１に記載の発明によって達成される。

本発明は、継手にトルクを供給するための手持ち式動力工具に関するものであり、かかる電動工具は、ハウジングと、モータと、出力軸と、ハウジングに対して軸受内に配置されるフライホイールとで構成されている。締付動作の前にフライホイールが回転するよう設定することができ、しかも出力軸を駆動させるために及び／又は動力工具に作用する反力を減少させるためにフライホイールの回転を使用することもできるように、出力軸又はフライホイールのいずれかを選択的にモータに接続するよう選択ギアは配置されている。

本発明の特定の実施形態では、選択ギアは、出力軸にモータを接続する位置（第一の位置）とフライホイールにモータを接続する位置（第二の位置）との間を軸方向に移動可能であるギアピンである。

本発明の別の実施形態では、ソレノイドは、選択ギアの位置を制御するために配置されている。

本発明のさらに別の実施形態では、選択ギアは３つの異なる位置に配置されてもよい、第三の位置とは、モータが出力軸またはフライホイールの何れにも接続されていない位置である。

本発明の特定の実施形態では、ソレノイドは、２つの端位置即ちモータを出力軸に接続する第一の端位置とモータをフライホイールに接続する第二の対向する位置との間で、選択ギアの位置を制御するように配置されていて、そこでモータ出力軸またはフライホイールの何れにも接続されていない二つの端位置の間にある第三の位置に、選択ギアをブロックするブロック構造が配置されている。

ブロック構造は、選択ギアから伸びる放射状のピンを備えてもよい、そこでは選択ギアを周囲する表面に円周トラックが設けられ、選択ギアが回転する際に拡張する遠心力によって放射状のピンがトラック内に押されることになり、そこで放射状のピンとトラックとの間の相互作用によって、第三の位置に選択ギアを保持することになる。

さらに、放射状のピンの外端は丸みを帯びた部分を有することができ、そこで放射状ピンの丸い部分がトラックと相互作用し、さらに選択ギアに作用する軸方向の力の結果として放射状のピンをトラックの外に引き出すことができるように、トラックは放射状ピンの丸みを帯びた部分だけを許容するように浅くなっている。

本発明の特定の実施形態では、フライホイールは、出力軸の回転を少なくとも部分的に駆動する或いは上記出力軸に作用する反力を低減するように、前記出力軸に接続可能である。

特定の実施形態及び本発明の他の利点は、詳細な説明から明らかになるであろう。

以下の詳細な説明において、添付図面を参照する。

本発明の特定の実施形態を示す。 図１の部分ＩＩをフライホイール加速モードで示す。 図１の部分ＩＩを中間モードで示す。 図１の部分ＩＩを動作モードで示す。 図３を部分的に拡大して示す。

本発明による動力工具１０の特定の実施形態は、図１に示されている。動力工具１０は、前ハウジング部１５ａと内ハウジング部１５ｂを備えたハウジング１５を有する。モータ１１は、前ハウジング部１５ｂの外に伸びる出力軸１２を駆動するために前記ハウジング１５の内側に配置されている。動力工具１０はさらに、内ハウジング部１５ｂに対して軸受２８内に配置されているフライホイールと、選択ギア１７とを備えている。選択ギア１７は、モータ１１を出力軸１２またはフライホイール１６の何れかに接続するよう構成される。

図１に示された進歩性のある実施形態では、選択ギア１７は、第一の端部でモータ軸２４によって駆動され、反対側の端部で遊星ギア１４に接続され、軸方向に移動可能なギアピンである。モータ軸２４は、モータ１１の回転子に接続されまた回転子によって駆動される。選択ギア１７の前端部は、遊星ギア１４を介して出力軸１２に接続可能な入力軸１３によって構成されている。

図１で例示されるように、遊星ギア１４に接続される際に、入力軸１３は遊星ギア１４の太陽ギアを構成する。太陽ギアは、遊星ギアキャリア３２によって相互接続される遊星ギア３１を駆動する。遊星ギアキャリア３２は、出力軸１２に接続されている。従って、太陽ギアが時計周りに回転駆動されると遊星ギア３１は自身の軸の周りを反時計回りに回転し、よって遊星ギアキャリア３２は太陽ギアよりも低速で時計回りに回転する。

示された実施形態では、外ギアリム３３は、前ハウジング部１５ａの内部に回転自在に配置されているカムブロック１８に接続されている。カムブロック１８は、前ハウジング部１５ａの内側のカムプロファイル１９と相互作用するために配置されるピンの形態の少なくとも一つのカムフォロワー２３を有する。時計回りの緊締動作中、ギアリム３３及びカムブロック１８は、緊締され且つ出力軸１２に作用する継手に生じる反力の結果として、反時計周りに回転し始める。カムブロック１８の回転は、カムブロック１８がフライホイール１６と接触するように、カムプロファイル１９に従ってカムブロック１８を軸方向後方に寄せることになる。示された実施形態の発想は、フライホイール１６によって反作用の力を取り込んで、そこで接触が成される際にフライホイール１６がカムブロック１８に運動エネルギーを伝える、という点にある。これにより、カムブロック１８が時計周りに回転することになって、カムフォロア２３とカムプロファイル１９との間で相互に作用する。このように機能するためには、緊締動作が実行される前に、フライホイール１６を回転させるよう設定する必要がある。

本発明の別の実施形態では、フライホイール１６は、出力軸１２に接続可能であり、必要に応じて即ちモータ１１によって伝達されたトルクが十分でない場合、出力軸に運動エネルギーを提供するために配置されている。かかる発想は、モータ１１及びフライホイール１６が共同で十分なトルクを提供することにある。低トルクで継手を緊締することが可能な場合には、実質的な反力を生じることなく、モータ１１だけで十分なトルクを達成できる。トルクの増加が必要な場合には、フライホイール１６によって補助トルクを出力軸１２に供給できる。

動作の第一ステップでは、フライホイール１６は、出力軸１２が回転すると同方向に回転するように設定されている。従って、従来の継手が締め付けられる時に、フライホイール１６が時計回りに回転するように設定される。出力軸１２に作用する反力が特定のトルク閾値T _Thresholdを下回っている間は、ギアリム３３及びカムブロック１８は回転しない。

本発明は、特に、フライホイール及び出力軸の駆動／加速のそれぞれに関わる。本発明の実施形態の作用は、図１の工具１０の前方部分の詳細図が３つの異なるモードで示された図２〜４を参照して以下に説明される。

図２では、工具はフライホイールの加速モードで示され、図３では、工具は中間モードで示され、さらに図４では、工具は動作モードで示されている。異なるモードでは、選択ギア１７は異なる位置に配置されている。従って、それぞれのモードは一つの特定の位置に対応する。

図２に示されたフライホイールの加速モードでは、選択ギア１７はフライホイール１６にモータ軸２４を接続する第一の位置に位置決めされている。フライホイールの加速モードは、継手が締め付けられる前にフライホイール１６が回転していることを確実にするために、緊締作業の最初のステップとして使用される。モータ軸２４は、選択ギア１７が工具ハウジング１５に対し軸方向に移動することを可能にするスプライン結合２５を介して、選択ギア１７に接続されている。選択ギア１７は、フライホイール１６の内側部分２７にスプライン２６を介して接続されている。フライホイール１６は、ハウジングの内側部分１５ｂに対し軸受２８で支持されている。入力軸１３を形成する選択ギア１７の前部分は、遊星ギア１４に係合していない。

選択ギア１７は、そのように配置されているので、軸方向に移動できまたその位置をソレノイド３４によって制御することができる。示された実施形態では、ソレノイド３４は、２つの位置の間で調節可能な種類のものである。しかしながら、それは３つの位置の間で調節可能な種類のソレノイドであってもよい。ソレノイドに代わって別の種類のギア制御機構、例えばバネ装置を含む機構を使用してもよい。

フライホイール１６がモータ１１によって所望の回転速度まで加速されると、選択ギアは図３に示された中間モードまで軸方向に移動する。中間モードでは、選択ギア１７はフライホイール１６の内側部分２７又は遊星ギア１４の何れともギア接触をしていない。選択ギア１７をそのスプライン結合２６から外してフライホイール１６まで移動させるために、遊星ギア１４と接触状態にあるその第二の端部位置に向けて選択ギア１７を移動するように、ソレノイド３４は再度位置決めされる。しかしながら、選択ギア１７が前記端部位置に到達する前に、選択ギア１７は第三の中間位置で停止する。

即ち、選択ギア１７は選択ギア１７が完全に移動することを遮るブロック構造２９、３０を備えている。ブロック構造は、放射状ピン２９を備え、かかる放射状ピン２９は、選択ギア１７が特定の回転速度を上回る回転速度で回転すると選択ギア１７の表面から放射状に伸びる。選択ギア１７がフライホイール１６との相互作用から軸方向に移動すると、フライホイール１６と同じ速度で回転し、放射状ピン２９は選択ギア１７にあるそれぞれの孔から外に伸びてフライホイール１６の内側部分２７の周囲面と接触するようになる。選択ギア１７がフライホイール１６との相互作用から軸方向に移動すると、放射状ピン２９はフライホイール１６の内側部分２７の表面に沿った円周トラック３０内に伸びることになる。放射状ピン２９とトラック３０との間の相互作用により、選択ギア１７の回転速度が閾値速度未満に到達するまで、選択ギア１７が軸方向に移動することが遮られることになる。選択ギヤ１７の回転速度が閾値未満の速度に達する時に、選択ギア１７を中間モードに対応する位置から、位置を変えることができるように放射状ピン２９を選択ギア１７内に引き込んでトラック３０から離すことになる。

中間モードでは、選択ギア１７は第三の位置に位置決めされ、フライホイール１６又は出力軸１２の何れにも係合していないが、ハウジング１５に対して自由に回転できる。しかしながら、依然として選択ギア１７はモータ１１に接続されているので、制動電流をモータに加えることによって非常に迅速に遅らせることができる。選択ギア１７が出力軸１２とギア接触状態に再度位置決めされる際には、選択ギア１７は回転していてはならない。

図３の詳細図である図５に示されるように、選択ギア１７が中間モードにある時は、選択ギア１７の外スプライン２６ａはフライホイール１６の内側部分２７の内部に対応する内スプライン２６ｂと接触していない。

上記説明の通り、選択ギア１７を囲む面即ちフライホイール１６の内側部分２７の内面である円周トラック３０内にのびる放射状ピン２９を備えるブロック構造によって、選択ギア１７は中間モードに対応する第三の位置に維持される。放射状ピン２９は、選択ギア１７の回転中に、遠心力でこのトラック３０内に押される。放射状ピン２９と円周トラック３０との間の相互作用は、選択ギア１７が特定の閾値速度を超える回転速度で回転する限り、この第三の位置に選択ギア１７を維持することになる。

放射状ピン２９の外端は丸みを帯びた部分３５を有しており、放射状ピン２９の丸い部分３５がトラック３０と相互作用し、さらに選択ギア１７に作用する軸方向の力の結果として放射状ピンをトラック３０から外に引き出すことができるように、トラック３０は丸みを帯びた部分３５の一部だけを許容するように浅くなっている。これは、放射状ピン２９とトラック３０との間の相互作用が、選択ギア１７の回転速度に依存することを意味する。回転速度が閾値速度を下回ると直ぐに、ソレノイドの働きが放射状ピン２９とトラック３０との間の相互作用を開放させ、選択ギア１７を動作モードに向かわせるのに十分なものになる。

動作モードでは、出力軸１２がモータ１１によって加速することができるように、選択ギア１７は遊星ギア１４を介してモータ１１を出力軸１２に接続している。図４では、選択ギア１７は、動作モードで示されている。このモードでは、入力軸１３は遊星ギア１４の太陽ギアとして作用する。従って、入力軸１３は複数の遊星ギア３１を回転駆動することになる。実際には、１つの遊星ギアだけが必要とされるが、好ましくは少なくとも３つの遊星ギアが使用される。遊星ギア３１は、遊星ギアキャリア３２によって相互に接続され、次いで出力軸１２に接続されている。ギアリム３３は、上記ギアの外側で遊星ギア３１とギア接続するよう配置されている。

太陽ギア即ち入力軸１３が時計回りに回転するので、遊星ギア３１はそれら自身の周りを反時計回りに回転するよう設定されることになる。よって、遊星ギアキャリア３２は、入力軸１３の回転速度より約３〜５倍低い回転速度で時計回りに回転するよう設定されることになる。遊星ギアキャリア３２が出力軸１２に接続されているという事実によって、出力軸１２は遊星ギアキャリア３２と同じ回転速度で回転するようになる。

ギアリム３３は、カムブロック１８に接続されている。実質的に力を加えることなく出力軸１２を駆動できる間は、ギアリム３３及びカムブロック１８は回転しない。出力軸１２に作用する反力が特定の閾値を超えると直ぐに、例えば締め付けられている継手にクランプ力が生成された時に、ギアリム３３及びカムブロック１８は反時計回りに回転するように設定されている。カムプロファイル１９に追従する少なくとも１つのカムフォロワー２３の相互作用により、フライホイール１６に向けて軸方向後方にカムブロック１８が押し付けられ、カムブロック１８に時計回りに作用する力を与えることになる。

示された実施形態は、そこであらゆる瞬間に必要な多くのエネルギーがフライホイール１６からカムブロック１８及び相互に連結したギアリム３３に与えられるという釣り合いがとられ得ることを暗示する働きをもつ。

本発明は、回転するよう設定できるフライホイールを備えた動力工具のために意図されている。しかしながら、フライホイールの正確な配置及び機能は、多くの異なる方法で設定することができる。上記のように、本発明は、特定の実施形態を参照して説明してきた。しかしながら、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。当業者は、特定の実施形態の異なる特徴に本発明の範囲内にある種々の選択肢を見つけることができる。本発明は、特許請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (8)

1. 継手にトルクを供給するための手持ち式動力工具であって、
   かかる動力工具が、
   −ハウジング（１５）と、
   −モータ（１１）と、
   −出力軸（１２）と、
   −ハウジング（１５）に対して軸受（２８）内で配置されるフライホイール（１６）とを備えた手持ち式動力工具において、
   選択ギア（１７）が、出力軸（１２）又はフライホイール（１６）の何れかにモータを選択的に接続するよう配置されていることを特徴とする動力工具。
2. 選択ギア（１７）が、出力軸（１２）にモータ（１１）を接続する位置と、フライホイール（１７）にモータ（１１）を接続する位置との間を軸方向に移動可能なギアピンであることを特徴とする請求項１に記載の動力工具。
3. ソレノイド（３４）が、選択ギア（１７）の位置を制御するために配置されていることを特徴とする請求項２に記載の動力工具。
4. 選択ギア（１７）を３つの異なる位置に位置決めすることができ、第三の位置ではモータ（１１）が出力軸（１２）又はフライホイール（１６）の何れにも接続されていないことを特徴とする請求項２または３に記載の動力工具。
5. ソレノイド（３４）が、二つの端位置即ち出力軸（１２）にモータ（１１）を接続する第一の端部位置と、フライホイール（１６）にモータ（１１）を接続する第二の対向する位置との間で選択ギア（１７）の位置を制御するために配置され、且つモータが出力軸（１２）又はフライホイール（１６）の何れにも接続されていない二つの端位置の間にある第三の位置で、選択ギア（１７）をブロックするためのブロック構造（２９、３０）を設けたことを特徴とする請求項３に記載の動力工具。
6. ブロック構造（２９、３０）が、選択ギア（１７）の外にのびる放射状ピン（２９）を備え、且つ選択ギア（１７）を囲む表面に円周トラック（３０）を設け、選択ギア（１７）が回転する時に遠心力によって放射状ピン（２９）が前記トラック（３０）の中に押し込まれ、さらに放射状ピン（２９）とトラック（３０）との間の相互作用によって第三の位置に選択ギア（１７）を維持することを特徴とする請求項５に記載の動力工具。
7. 放射状ピン（２９）の外端は丸みを帯びた部分（３５）を有して、放射状ピン（２９）の丸い部分（３５）がトラック（３０）と相互作用し、且つ選択ギア（１７）に作用する軸方向の力の結果として放射状ピンをトラック（３０）から外に引き出すことができるように、トラック（３０）は丸みを帯びた部分（３５）だけを許容するように浅くなっていることを特徴とする請求項６に記載の動力工具。
8. フライホイール（１６）が、出力軸（１２）の回転を少なくとも部分的に駆動するように及び／又は上記出力軸（１２）に作用する反力を低減するように、前記出力軸（１２）に接続可能であることを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の動力工具。

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