JP7195967B2 - 動力工具 - Google Patents

Description

本発明は、モータを駆動源とし、先端工具が着脱可能に取り付けられるようにされた動力工具に関する。

モータを駆動源としてドリル刃や環状カッターなどの先端工具を回転させることにより被加工物に対して種々の加工を行うようにした動力工具が知られている。例えば特許文献１には、ハウジング内に内蔵するモータによって切削工具を回転駆動することにより被加工物を穿孔加工するドリルが開示されている。このドリルは、複数のギヤを介してモータに駆動連結されているスピンドルを有し、切削工具はスピンドルに着脱可能に装着されるようになっている。切削工具をスピンドルに装着する際には、切削工具をスピンドルの孔内に挿入した状態でスピンドルに対して回転させて、スピンドルに取り付けられたピンを切削工具の溝に係合させる。これにより、切削工具がスピンドルに対して固定されるようになっている。また、切削工具をスピンドルから取り外す際には、切削工具を工具取付軸に対して装着時とは逆向きに回転させてピンと溝との係合を解除するようにする。すなわち、このドリルにおいては、切削工具をスピンドルに対して回転させることにより、切削工具の着脱が行われるようになっている。特許文献２に示す穿孔装置においては、環状カッターを筒状の工具取付軸内に挿入すると、工具取付軸に保持された施錠部材が環状カッターの係止凹部に係止して、環状カッターを保持するようになっている。これにより、工具取付軸に対する環状カッターの装着は完了する。工具取付軸の先端には施錠部材を係止凹部に係止した状態に保持するためのスリーブが設けられており、環状カッターを取り外す際には、このスリーブを工具取付軸に対して回転させることにより施錠部材による係止を解除してから、環状カッターを工具取付軸から引き抜くようにする。

特開２００３－２６６２２１号公報 特開平７－９２１１号公報

特許文献１の動力工具においては、切削工具をスピンドルに対して回転させることにより切削工具を着脱するようになっている。また特許文献２の動力工具においては、スリーブを工具取付軸に対して回転させることにより環状カッターを工具取付軸から取り外せる状態とするようになっている。すなわち、上述の動力工具においては、先端工具の着脱の際に先端工具またはスリーブを回転させることによって工具取付軸に回転方向でのトルクが作用することになる。通常、先端工具の着脱時にはモータには電力が供給されておらずロータが容易に回転できる状態になっているため、工具取付軸に作用する回転トルクがある程度以上に大きくなると、工具取付軸がギヤやモータのロータと共に回転してしまう。そのような場合には、工具取付軸を手で押さえながら先端工具やスリーブを回転させる必要があり、先端工具の着脱操作が煩雑になる。

そこで本発明は、先端工具の装着時又は取外し時に工具取付軸が回転することを防止して、工具取付軸に対する回転操作を伴う先端工具の着脱操作を容易に行えるようにした動力工具を提供することを目的とする。

すなわち本発明は、
ロータ及びステータを有し、該ロータと該ステータとのうちの一方が有する永久磁石の磁力を利用して該ロータを回転させるようにされた永久磁石モータと、
該永久磁石モータの回転出力軸に駆動連結された減速機構と、
先端工具が挿入される挿入孔を有し、該減速機構を介して該永久磁石モータの該回転出力軸に駆動連結された工具取付軸と、
該工具取付軸に該工具取付軸の径方向で変位可能に保持され、該挿入孔内に突出して該挿入孔に挿入された先端工具を係止する係止位置と、該係止位置から径方向外側に変位して該先端工具に対する係止を解除する係止解除位置との間で変位可能とされた施錠子と、
該工具取付軸の外周面上において該工具取付軸の長手軸線の周りで回転可能に配置され、該施錠子を該係止位置に保持する連結位置と、該施錠子が該係止解除位置に変位することを許容する連結解除位置との間で回転可能とされたスリーブと、を備え、
該永久磁石モータのディテントトルクＴｄと、先端工具の装着時又は取外し時に該スリーブを該連結位置と該連結解除位置との間で回転させるのに要する操作トルクＴｍと、該減速機構の減速比Ｒとの関係が、
Ｔｄ×Ｒ＞Ｔｍ
となるようにされた、動力工具を提供する。

当該動力工具においては、永久磁石モータのディテントトルクＴｄと、スリーブを回転させるのに要する操作トルクＴｍと、減速機構の減速比Ｒとの関係が、Ｔｄ×Ｒ＞Ｔｍとなるようになっている。ディテントトルクＴｄは減速機構を介してＲ倍に増幅されるため、減速機構を介して永久磁石モータのロータに駆動連結されている工具取付軸を回転させるためには最低でもＴｄ×Ｒのトルクが必要になる。すなわち当該動力工具においては、工具取付軸を回転させるのに要する最小トルク（Ｔｄ×Ｒ）がスリーブの操作トルクＴｍよりも大きくなっているため、スリーブを回転操作したときに工具取付軸が一緒に回転することが防止される。そのため、先端工具の着脱操作を容易に行うことが可能となる。

また、該工具取付軸と該スリーブとの間に設定されて該スリーブを該連結位置に向かって付勢するスプリングを更に備え、該操作トルクＴｍが該スリーブを該連結位置から該連結解除位置にまで該スリーブの付勢力に抗して回転させるのに要するトルクであるようにすることができる。

また本発明は、
ロータ及びステータを有し、該ロータと該ステータとのうちの一方が有する永久磁石の磁力を利用して該ロータを回転させるようにされた永久磁石モータと、
該永久磁石モータの回転出力軸に駆動連結された減速機構と、
先端工具が挿入される挿入孔を有し、該減速機構を介して該永久磁石モータの該回転出力軸に駆動連結された工具取付軸と、
を備え、
先端工具を該挿入孔内に挿入した状態で該工具取付軸に対して該工具取付軸の長手軸線の周りで回転させることで、該先端工具が該工具取付軸に対して連結及び連結解除されるようにされており、
該永久磁石モータのディテントトルクＴｄと、先端工具の装着時又は取外し時に該先端工具を該工具取付軸に対して回転させるのに要する操作トルクＴｎと、該減速機構の減速比Ｒとの関係が、
Ｔｄ×Ｒ＞Ｔｎ
となるようにされた、動力工具を提供する。

当該動力工具においても同様に、工具取付軸を回転させるのに要する最小トルク（Ｔｄ×Ｒ）が先端工具を装着時又は取外し時に工具取付軸に対して回転させるのに要する操作トルクＴｎよりも大きくなっているため、先端工具を回転させたときに工具取付軸が一緒に回転することが防止される。そのため、先端工具の着脱操作を容易に行うことが可能となる。

以下、本発明に係る動力工具の実施形態を添付図面に基づき説明する。

本発明の一実施形態に係る動力工具の側面図である。 図１の動力工具の断面図である。ただし、本体カバー及びバッテリー等は省略してある。 図２の状態から環状カッターを下降させたときの動力工具の断面図である。 環状カッターを装着した状態での工具取付軸の拡大断面図である。 図４のＶ－Ｖ線における断面図である。 環状カッターと取外した状態での工具取付軸の拡大断面図である。 図６のVII－VII線における断面図である。

本発明の一実施形態に係る動力工具１は、図１に示すように、工具本体１０と、工具本体１０の下側に取り付けられた固定部１２と、工具本体１０の後方に着脱可能に取り付けられたバッテリー１４と、環状カッター１６（先端工具）を上下動させるためのレバー１８とを備えた穿孔工具である。固定部１２は、電磁石を内蔵した電磁石部２０と、電磁石部２０から後方に延びるスタビライザー２２とからなる。固定部１２の電磁石部２０により鉄などの磁性体に磁気吸着して工具本体１０を被削材に対して固定し、スタビライザー２２により穿孔加工中に環状カッター１６が受ける反力により固定部１２が浮き上がるのを防止して工具本体１０の姿勢をより安定させるようになっている。

工具本体１０の本体カバー２４の内側には、図２に示すように、永久磁石モータ２６と、減速機構２８と、減速機構２８を介して永久磁石モータ２６の回転出力軸３０に駆動連結された工具取付軸３２とが設けられている。永久磁石モータ２６は、ロータ３４が永久磁石を有し、ステータ３６がコイルを有するブラシレスＤＣモータである。バッテリー１４（図１）の電力をステータ３６のコイルに供給することによりステータ３６の周囲に磁界が生じ、ロータ３４は永久磁石とステータ３６のコイルとの間に生じる磁力によって回転する。減速機構２８は、永久磁石モータ２６の回転出力軸３０と工具取付軸３２との間に配置されている。具体的には、減速機構２８には、永久磁石モータ２６の回転出力軸３０に固定された第１ベベルギヤ２８ａから順に、第２ベベルギヤ２８ｂ、サンギヤ２８ｃ、プラネタリーギヤ２８ｄ、インターナルギヤ２８ｅ、第１スパーギヤ２８ｆ、第２スパーギヤ２８ｇ、及び第３スパーギヤ２８ｈが配置されている。これらのギヤを介して、永久磁石モータ２６の回転出力を減速して工具取付軸３２に伝達するようになっている。工具取付軸３２は、減速機構２８の第３スパーギヤ２８ｈが固定された第１軸３８と、第１軸３８の外側に同軸状に配置された筒状の第２軸４０と、第２軸４０の外側に同軸状に配置された第３軸４２とからなる。第３軸４２の先端には環状カッター１６を取り付けるための工具取付部４４が設けられている。第２軸４０は、第１軸３８に対して回転方向では固定され、長手軸線Ｌの方向では摺動可能となっている。同様に第３軸４２は、第２軸４０に対して回転方向では固定され、長手軸線Ｌの方向では摺動可能となっている。よって、減速機構２８を介して第１軸３８に加わる回転力は、第２軸４０を介して第３軸４２にまで伝わる。本体カバー２４の内側にはさらに、レバー１８（図１）に固定されたピニオンギヤ４６と、ピニオンギヤ４６に噛み合うラックギヤ４８とが設けられている。レバー１８を回転操作することにより、ピニオンギヤ４６及びラックギヤ４８を介して工具取付軸３２の第３軸４２が図２の上端位置と図３の下端位置との間で移動するようになっている。これに伴い、工具取付軸３２の第３軸４２に取り付けられた環状カッター１６が被削材に対して上下動する。

図４及び図５に示すように、工具取付軸３２の第３軸４２の工具取付部４４は、環状カッター１６が挿入される挿入孔５０を有する筒状部５２と、筒状部５２に形成された施錠子保持孔５４内に保持された球状の施錠子５６と、筒状部５２の外周面５２ａ上において長手軸線Ｌの周りで回転可能に取り付けられたスリーブ５８と、第３軸４２の内側で長手軸線Ｌの方向に変位可能に配置されたスライド部材６０及び弁体６１とを有する。環状カッター１６が装着された状態では、施錠子５６は、挿入孔５０内に突出して環状カッター１６に設けられた係止凹部６２に係合することにより環状カッター１６を係止した係止位置となっている。また、スリーブ５８は、その内周面５８ａが施錠子５６に径方向外側から係合して、施錠子５６を係止位置に保持する連結位置となっている。図５に示すように、施錠子５６は周方向で等間隔に３つ設けられており、環状カッター１６の係止凹部６２も同様に３つ設けられている。球状の施錠子５６が円錐状の係止凹部６２に係合することにより、環状カッター１６は工具取付軸３２に対して回転方向及び長手軸線Ｌの方向で係止されている。図４に示すように、スライド部材６０は、外周に取り付けられて第３軸４２の内周面４２ａと密封係合する摺動シール部材６４と、下面に取り付けられた端面シール部材６６とを有している。スライド部材６０は、弁体６１を介してスプリング６８によって環状カッター１６の上端面１６ａに押し付けられており、これにより端面シール部材６６が環状カッター１６の上端面１６ａに密封係合している。工具取付軸３２の内側には第１軸３８の上部の給油口３８ａから切削油が供給される。環状カッター１６を下降させてセンターピン６９が被削材にあたり環状カッター１６に対して相対的に上方に変位すると、弁体６１が上方に押されて、弁体６１とスライド部材６０との間の密封係合が解除される。そうすると、切削油が弁体６１とスライド部材６０との隙間から環状カッター１６の側に流れ、さらにセンターピン６９に沿って流れて環状カッター１６の先端にまで至る。スライド部材６０に設けられた摺動シール部材６４及び端面シール部材６６により、切削油が環状カッター１６と第３軸４２との間から漏れないようになっている。第３軸４２の筒状部５２とスリーブ５８との間にはスプリング７０が配置されており、スリーブ５８を連結位置に向かって図５で見て反時計回りに付勢している。

環状カッター１６を取り外す際には、スリーブ５８をスプリング７０の付勢力に抗して図５で見て時計回りに回転させて図７の連結解除位置とする。そうするとスリーブ５８の内周面５８ａに形成された３つの収容凹部７２が周方向で施錠子５６と整合した位置となり、各施錠子５６が径方向外側に変位可能な状態となる。この状態で環状カッター１６を工具取付軸３２の挿入孔５０から引き抜くようにすると、施錠子５６は係止位置から径方向外側に変位して環状カッター１６に対する係止が解除される係止解除位置となる。環状カッター１６が挿入孔５０から引き抜かれると、図６に示すように、スライド部材６０がスプリング６８の付勢力によって施錠子５６に径方向内側から係合する位置にまで変位して、施錠子５６を径方向内側から支持して係止解除位置に保持する。またスリーブ５８は、係止解除位置に保持された施錠子５６に対して収容凹部７２が周方向で係合して、連結解除位置に保持される。

環状カッター１６を装着する際には、環状カッター１６を工具取付軸３２の挿入孔５０内に挿入する。そうすると、スライド部材６０が環状カッター１６の上端面１６ａに押されて上方に変位する。環状カッター１６の係止凹部６２が長手軸線Ｌの方向で施錠子５６に整合する位置になると、施錠子５６は、スプリング７０によって周方向に付勢されているスリーブ５８によって径方向内側に押圧されて係止凹部６２に係合した係止位置となる。それと同時にスリーブ５８はスプリング７０の付勢力によって回転されて連結位置となる。これにより図４及び図５の装着状態となる。

上述のように当該動力工具１においては、環状カッター１６の取り外し時にスリーブ５８を連結位置から連結解除位置にまで変位させる際に、スプリング７０の付勢力に抗してスリーブ５８を回転させる必要がある。また、環状カッター１６には重力及びスプリング６８の付勢力により下方への力が作用しているため、施錠子５６は係止凹部６２によって径方向外側に押圧されてスリーブ５８の収容凹部７２に押し付けられた状態となっている。そのため、スリーブ５８と施錠子５６との間には摩擦力が生じている。したがって、スリーブ５８を連結位置から連結解除位置にまで回転させる際には、スプリング７０の付勢力や施錠子５６などとの間の摩擦力を超える大きさの操作トルクＴｍをスリーブ５８に加える必要がある。

永久磁石モータ２６は、電力を供給していない状態においても、ロータ３４の永久磁石とステータ３６との間には磁力が作用していて、ロータ３４はステータ３６に対してある程度の大きさの力で回転方向で保持されている。このときに磁力による保持力に抗してロータ３４を回転させるのに必要なトルクをディテントトルクＴｄという。ここで、工具取付軸３２を減速機構２８及び永久磁石モータ２６のロータ３４とともに回転させるのに要するトルクが、スリーブ５８を回転させるのに要するトルクよりも小さい場合には、スリーブ５８を回転させたときに工具取付軸３２も一緒に回転してしまうことになる。そうするとスリーブ５８を工具取付軸３２に対して連結解除位置にまで回転させることができなくなってしまう。

ここで当該動力工具１においては、ディテントトルクＴｄと、操作トルクＴｍと、減速機構２８の減速比Ｒとの関係が、Ｔｄ×Ｒ＞Ｔｍとなるように設計されている。永久磁石モータ２６のディテントトルクＴｄは、減速比Ｒの減速機構２８を介して工具取付軸３２にはＲ倍となって伝達されることになり、その大きさはＴｄ×Ｒと表せる。すなわち、永久磁石モータ２６に電力が供給されていない状態で工具取付軸３２を永久磁石モータ２６のロータ３４とともに回転させるのに最低限必要なトルクはＴｄ×Ｒとなる。そして、その最小トルク（Ｔｄ×Ｒ）が操作トルクＴｍよりも大きくなっていることにより、スリーブ５８を連結位置から連結解除位置に回転させる際に、工具取付軸３２が減速機構２８を介して永久磁石モータ２６により十分な力で保持されて回転しないようになる。これにより、環状カッター１６の取り外し時におけるスリーブ５８の操作を容易に行うことが可能となる。なお、実際には、減速機構２８などの可動部分における摩擦があるため、工具取付軸３２を回転させるのに要するトルクは最小トルク（Ｔｄ×Ｒ）よりも通常は大きくなる。そのため、スリーブ５８の操作トルクＴｍがＴｄ×Ｒよりも若干大きくても工具取付軸３２が回転しない場合もある。しかしながら、摩擦の大きさは使用状態や使用期間などによって変化して安定しないため、当該動力工具１では、スリーブ５８の操作によって工具取付軸３２が回転することをより確実に防止するために、Ｔｄ×Ｒ＞Ｔｍとなるように設計されている。

以上に本発明の実施形態について説明をしたが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。例えば、永久磁石モータとして、ブラシレスＤＣモータ以外の、ステッピングモータなどの他の形態のモータを利用してもよいし、ステータが永久磁石を有するようなＤＣモータとしてもよい。工具取付軸に取り付けられるのは、環状カッター以外の例えばドリル刃などの他の先端工具としてもよい。したがって、穿孔工具以外の例えばドリル工具などの他の動力工具とすることができる。また、上記実施形態においては、環状カッター（先端工具）の取り外し時にスリーブを回転させるようになっているが、装着時にスリーブを回転操作するような構成とすることもできる。または、スリーブを使用しない着脱形態とすることもできる。そのようなものとして例えば、先端工具を工具取付軸の挿入孔に挿入した状態で、先端工具を工具取付軸に対して回転させることで先端工具が工具取付軸に対して装着及び取外しがされるようになっているものが考えられる。そのような場合には、先端工具の装着時や取り外し時に先端工具を工具取付軸に対して回転させるのに要する操作トルクＴｎが工具取付軸に作用することになる。そのため、永久磁石モータのディテントトルクＴｄと、操作トルクＴｎと、減速機構の減速比Ｒとの関係をＴｎ×Ｒ＞Ｔｄとすることにより、上記実施形態と同様に、先端工具の装着時や取外し時に工具取付軸が先端工具と共に回転してしまうことが防止することが可能となる。減速機構として複数のギヤを用いた機構ではなくベルトやチェーンを利用して減速するような他の形態の減速機構を用いることもできる。

１ 動力工具
１０ 工具本体
１２ 固定部
１４ バッテリー
１６ 環状カッター（先端工具）
１６ａ 上端面
１８ レバー
２０ 電磁石部
２２ スタビライザー
２４ 本体カバー
２６ 永久磁石モータ
２８ 減速機構
２８ａ 第１ベベルギヤ
２８ｂ 第２ベベルギヤ
２８ｃ サンギヤ
２８ｄ プラネタリーギヤ
２８ｅ インターナルギヤ
２８ｆ 第１スパーギヤ
２８ｇ 第２スパーギヤ
２８ｈ 第３スパーギヤ
３０ 回転出力軸
３２ 工具取付軸
３４ ロータ
３６ ステータ
３８ 第１軸
３８ａ 給油口
４０ 第２軸
４２ 第３軸
４２ａ 内周面
４４ 工具取付部
４６ ピニオンギヤ
４８ ラックギヤ
５０ 挿入孔
５２ 筒状部
５２ａ 外周面
５４ 施錠子保持孔
５６ 施錠子
５８ スリーブ
５８ａ 内周面
６０ スライド部材
６１ 弁体
６２ 係止凹部
６４ 摺動シール部材
６６ 端面シール部材
６８ スプリング
６９ センターピン
７０ スプリング
７２ 収容凹部
Ｌ 長手軸線

Claims (3)

1. ロータ及びステータを有し、該ロータと該ステータとのうちの一方が有する永久磁石の磁力を利用して該ロータを回転させるようにされた永久磁石モータと、
   該永久磁石モータの回転出力軸に駆動連結された減速機構と、
   先端工具が挿入される挿入孔を有し、該減速機構を介して該永久磁石モータの該回転出力軸に駆動連結された工具取付軸と、
   該工具取付軸に該工具取付軸の径方向で変位可能に保持され、該挿入孔内に突出して該挿入孔に挿入された先端工具を係止する係止位置と、該係止位置から径方向外側に変位して該先端工具に対する係止を解除する係止解除位置との間で変位可能とされた施錠子と、
   該工具取付軸の外周面上において該工具取付軸の長手軸線の周りで回転可能に配置され、該施錠子を該係止位置に保持する連結位置と、該施錠子が該係止解除位置に変位することを許容する連結解除位置との間で回転可能とされたスリーブと、を備え、
   該永久磁石モータのディテントトルクＴｄと、先端工具の装着時又は取外し時に該スリーブを該連結位置と該連結解除位置との間で回転させるのに要する操作トルクＴｍと、該減速機構の減速比Ｒとの関係が、
   Ｔｄ×Ｒ＞Ｔｍ
   となるようにされた、動力工具。
2. 該工具取付軸と該スリーブとの間に設定されて該スリーブを該連結位置に向かって付勢するスプリングを更に備え、該操作トルクＴｍが該スリーブを該連結位置から該連結解除位置にまで該スリーブの付勢力に抗して回転させるのに要するトルクである、請求項１に記載の動力工具。
3. ロータ及びステータを有し、該ロータと該ステータとのうちの一方が有する永久磁石の磁力を利用して該ロータを回転させるようにされた永久磁石モータと、
   該永久磁石モータの回転出力軸に駆動連結された減速機構と、
   先端工具が挿入される挿入孔を有し、該減速機構を介して該永久磁石モータの該回転出力軸に駆動連結された工具取付軸と、
   を備え、
   先端工具を該挿入孔内に挿入した状態で該工具取付軸に対して該工具取付軸の長手軸線の周りで回転させることで、該先端工具が該工具取付軸に対して連結及び連結解除されるようにされており、
   該永久磁石モータのディテントトルクＴｄと、先端工具の装着時又は取外し時に該先端工具を該工具取付軸に対して回転させるのに要する操作トルクＴｎと、該減速機構の減速比Ｒとの関係が、
   Ｔｄ×Ｒ＞Ｔｎ
   となるようにされた、動力工具。
   

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