JPH0355275B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電動ドライバ、ドリル等の電動工
具の速度切換装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の電動工具の速度切換えは、第１図および
第２図のようにハンドル１の操作で電池切換接点
２を切り換えて電池３，４を切り換え、これによ
つてモータ５に印加される電圧を変化させ、モー
タ５の出力特性を変化させて出力軸速度−トルク
特性を変化させるものであつた。６はオンオフス
イツチ７の可動接点板、８はモータ５の正逆切換
接点、９は電池パツク、１０はトルク設定装置付
減速機構、１１は出力軸、１２はチヤツクであ
る。

しかしながら、この電動工具の速度切換装置
は、その特性が第３図のようになる。すなわち、
図でQ₁は通常のモータ電圧による特性、Q₂は電
圧を下げたときの特性であり、電圧を下げること
により出力軸１１は低速となるが同時に低トルク
となり、高トルクが得られないという欠点があ
る。

これに対し、低速高トルクおよび高速低トルク
が得られるものとして、従来第４図に示すものが
あつた。すなわち歯数の異なる一対の駆動歯車１
３，１４をシヤフト１５に移動自在に設け、原動
歯車１６に対して切換ハンドル１７で切り換えで
きるようにしている。歯数の小さい高速用の駆動
歯車１３を原動歯車１６に噛合した場合、その特
性は第５図のQ₃となり、低速用の駆動歯車１４
の場合、Q₄となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、電動工具のトルク設定を低速時にお
ける最適効率時の出力トルクT₂に設定すると、
高速時でもこのトルクT₂が設定され、高速時の
最大トルクT₁よりも大きいため過負荷となりモ
ータ５を損傷するという欠点がある。一方、低速
時の最大設定トルクを高速時でも耐える範囲（許
容できるトルク）に設定する（たとえば低速時の
最大トルクをT₁に設定する）と、歯車の切り換
えによる低速化は得られるが高トルク化ができな
いという欠点があつた。このことは言い換えれ
ば、従来例ではトルク設定装置と速度切換装置
（第１図では電圧切換装置、第４図では歯車切換
装置）が互いに独立して操作されるため不適合な
組み合わせが生じ、設定トルクの制限が生じる不
都合が生じたのである。

以上を要約すると、電源電圧切換方式（第１
図）の場合、第６図のように高速時特性H₀で最
適出力トルクT_hp、低速時特性L₁で最適出力トル
クT_L1であり、T_hp＞T_L1であるため、最高出力ト
ルクはT_L1より大きく設定できない。またT_hpで
は低速時過負荷となる。

また、歯車切換方式の場合（第４図）、高速時
特性H₀で最適出力トルクT_hp、低速時特性L₂で最
適出力トルクT_L2であり、T_hp＜T_L2であるため設
定トルクはT_hpとなり、T_L2では高速時過負荷と
なる。

さらに、従来たとえば特開昭55−150979号のよ
うに、ねじ締め時に負荷トルクが増大すると高速
低トルクから高速公トルクへ自動的に切り換わる
ようにしたものがあつたが、高速低トルクと低速
高トルクをモータ出力の最適値で個別に設定でき
ず、しかも両者を個別に作動することができない
という欠点があつた。

したがつて、この発明の目的は、高速低トルク
あるいは低速高トルクの出力を相互の影響を受け
ることなくかつそれぞれの速度に応じた最適トル
クに設定することができる電動工具の速度切換装
置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の電動工具の速度切換装置は、モータ
により回転駆動される太陽ギヤと、この太陽ギヤ
に噛合する大径ギヤを有する遊星ギヤと、この遊
星ギヤを軸支する軸支を有する出力部と、前記大
径ギヤおよび前記小径ギヤにそれぞれ噛合すると
ともに互いに独立に回転自在に設けられかつそれ
ぞれの端面に複数の突部を設けた第１のインター
ナルギヤおよび第２のインターナルギヤと、前記
第１のインターナルギヤの前記端面の前記突部の
間に配置して前記第１のインターナルギヤの回転
を規制する第１の押圧部材を有するとともに前記
第１の押圧部材を前記端面に向けて押圧する第１
の弾性体を有しさらに前記第１のインターナルギ
ヤの軸方向に移動可能で前記第１の弾性体を圧縮
する第１のトルク調整体を有する第１のトルク設
定手段と、前記第２のインターナルギヤの前記端
面の前記突部の間に配置して前記第２のインター
ナルギヤの回転を規制する第２の押圧部材を有す
るとともに前記第２の押圧部材を前記端面に向け
て押圧する第２の弾性体を有しさらに前記第２の
インターナルギヤの軸方向に移動可能で前記第２
の弾性体を圧縮する第２のトルク調整体を有する
第２のトルク設定手段と、前記第１のトルク設定
手段および第２のトルク設定手段の前記第１のト
ルク調整体および第２のトルク調整体のうちいず
れか一方のみを前記第１の弾性体および第２の弾
性体を圧縮する方向に移動操作して前記第１の押
圧部材および前記第２の押圧部材のうちいずれか
一方のみを前記端面に押圧可能にする切換手段と
を備えたものである。

〔作用〕

この発明の構成によれば、切換手段を操作して
たとえば第１のトルク調整体を作動した場合、第
１のトルク調整体により第１の弾性体が圧縮され
て第１の押圧部材を第１のインターナルギヤの端
面の突部間に押圧しその回転を規制する。また切
換手段を操作して第２のトルク調整体を作動した
場合、第２のトルク調整体により第２の弾性体が
圧縮されて第２の押圧部材を第２のインターナル
ギヤの端面の突部間に押圧しその回転を規制す
る。切換手段はこのいずれか一方のみを操作する
ことができる。

第１の押圧部材が第１のインターナルギヤに押
圧され第１のインターナルギヤが回転規制されて
いる場合において、モータの動作により太陽ギヤ
が回転し遊星ギヤが回転すると、第１のインター
ナルギヤに噛合する大径ギヤにより遊星ギヤが第
１のインターナルギヤを転動し、出力部より出力
される。したがつて、出力部は第１のインターナ
ルギヤと大径ギヤの噛合による回転数に基づく回
転速度となる。一方、切換手段により、第２の押
圧部材が第２のインターナルギヤに押圧され第２
のインターナルギヤが回転規制された場合、遊星
ギヤの小径ギヤが第２のインターナルギヤを転動
するので、第２のインターナルギヤと小径ギヤの
噛合による回転数に基づく回転速度となる。

また、各回転速度におけるトルクは、第１のト
ルク設定手段の押圧力を調整することによる第１
のトルク値および第２のトルク設定手段の押圧力
を調整することによる第２のトルク値により個別
に設定されるため、低速高トルクおよび高速低ト
ルクをそれぞれモータの出力の最適値で設定する
ことができる。

しかも各トルク値より大きい過負荷があつた場
合には、第１のインターナルギヤまたは第２のイ
ンターナルギヤの端面の突部が第１の押圧部材ま
たは第２の押圧部材を押し上げて第１の弾性体ま
たは第２の弾性体を圧縮することにより、第１の
インターナルギヤまたは第２のインターナルギヤ
が回転することができるので、モータが保護され
る。

〔実施例〕

この発明の一実施例を適用した電動工具の速度
切換装置を第７図ないし第１２図に示す。モータ
２３により回転駆動される太陽ギヤ３２と、この
太陽ギヤ３２に噛合する大径ギヤ３６を有すると
ともに前記大径ギヤ３６に軸方向に一体に並ぶ小
径ギヤ４０を有する遊星ギヤ３７と、この遊星ギ
ヤ３７を軸支する支軸４４を有する出力部と、前
記大径ギヤ３６および前記小径ギヤ４０にそれぞ
れ噛合するとともに互いに独立に回転自在に設け
られかつそれぞれの端面に複数の突部４１，４２
を設けた第１のインターナルギヤ３８および第２
のインターナルギヤ３９と、前記第１のインター
ナルギヤ３８の前記端面の前記突部４１の間に配
置して前記第１のインターナルギヤ３８の回転を
規制する第１の押圧部材６１，６３，６５を有す
るとともに前記第１の押圧部材を前記端面に向け
て押圧する第１の弾性体６８を有しさらに前記第
１のインターナルギヤ３８の軸方向に移動可能で
前記第１の弾性体６８を圧縮する第１のトルク調
整体７０を有する第１のトルク設定手段と、前記
第２のインターナルギヤ３９の前記端面の前記突
部４２の間に配置して前記第２のインターナルギ
ヤ３９の回転を規制する第２の押圧部材６２，６
４，６６を有するとともに前記第２の押圧部材を
前記端面に向けて押圧する第２の弾性体６７を有
しさらに前記第２のインターナルギヤ３９の軸方
向に移動可能で前記第２の弾性体６７を圧縮する
第２のトルク調整体６９を有する第２のトルク設
定手段と、前記第１のトルク設定手段および第２
のトルク設定手段の前記第１のトルク調整体７０
および第２のトルク調整体６９のうちいずれか一
方のみを前記第１の弾性体６８および第２の弾性
体６７を圧縮する方向に移動操作して前記第１の
押圧部材および前記第２の押圧部材のうちいずれ
か一方のみを前記端面に押圧可能にする切換手段
７３とを備えている。

出力部は、主に第８図に示すように、支軸４
４、キヤリヤー４３、伝達用太陽ギヤ４５、スラ
スト板４６、遊星ギヤ４７、出力軸３０により構
成されている。

第１のトルク設定手段は、主に第８図に示すよ
うに、第１のインターナルギヤ３８の端面の突部
４１間に配置するボール６１と押え棒６３と座金
６５とからなる第１の押圧部材、第１の弾性体で
あるコイルスプリング６８、第１のトルク調整体
７０で構成されている。第１のトルク値の設定
は、コイルスプリング６８のばね力、第１のトル
ク調整体７０のカム部７２により第１のインター
ナルギヤ３８の押圧力を調整することにより行わ
れる。

第２のトルク設定手段は、主に第８図に示すよ
うに、第２のインターナルギヤ３９の端面の突部
４２間に配置するボール６２と押え棒６４と座金
６６とからなる第２の押圧部材、第２の弾性体で
あるコイルスプリング６７、第２のトルク調整体
６９で構成されている。第２のトルク値の設定
は、コイルスプリング６７のばね力、第２のトル
ク調整体６９のカム部７１により第２のインター
ナルギヤ３９の押圧力を調整することにより行わ
れる。

切換手段は、主に第９図および第１０図に示す
ように、突起部７６，７７を有する調整筒７３に
より構成されている。

以下詳細に説明する。２０は本体ハウジング、
２１は電池２２の電池パツク、２３はモータ、２
４はオンオフスイツチ２５のハンドル、２６はス
イツチ部でハンドル２４により動作する可動接点
板２７（第１１図）およびモータ２３の正逆回転
を切り換える切換接点（その切換ハンドルは図示
せず）２８を有する。２９は電動工具の速度切換
装置、３０は電動工具の出力軸、３１はその出力
軸３０に連結されたチヤツクである。

電動工具の速度切換装置２９において、第８図
および第９図のように、３２はモータ２３の出力
軸２３ａに固定された原動歯車となる太陽ギヤ、
３３はモータ取付台、３４はそのモータ取付ビ
ス、３５はモータ取付台３３の表面に当接するス
ラスト板、３６はモータ取付台３３およびスラス
ト板３５を貫通した太陽ギヤ３２に噛合する２連
構造の遊星ギヤ３７の大径ギヤ、３８はこの大径
ギヤ３６に噛合する第１のインターナルギヤ（内
歯歯車）、３９は前記遊星ギヤ３７の小径ギヤ４
０に噛合する第２のインターナルギヤである。こ
れらの第１のインターナルギヤ３８および第２の
インターナルギヤ３９は外径が異なつており、そ
れぞれの軸方向の同側の端面に放射状に所定間隔
をおいて多数の突部４１，４２が設けられ、これ
らはそれぞれ断面山形をなしている。４３は前記
遊星ギヤ３７と支軸４４をもち、かつ支軸４４反
対側の回転中心に伝達用太陽ギヤ４５を有する出
力部のキヤリヤー、４６はキヤリヤー４３の前面
に当接されるスラスト板、４７は出力軸３０に一
体となつた出力軸キヤリヤー３０ａに設けられて
前記伝達用太陽ギヤ４５に噛合する遊星ギヤ、４
８はギヤケースで前記要素がこのギヤケース４８
に納められ、第１のインターナルギヤ３８および
第２のインターナルギヤ３９は回転自在に支持さ
れ、ビス４９でモータ取付台３３に取付けられ、
同時に遊星ギヤ４７はギヤケース４８内に一体に
形成された第３のインターナルギヤ５０に噛合す
る。また出力軸３０はボール５１と一対のリング
５２，５３よりなるボール軸受５４およびスラス
ト規制リング５５によつて支持され規制されてい
る。

第１のトルク設定手段および第２のトルク設定
手段について説明する。５６はギヤケース４８の
軸受筒５７の付根部の段面５８に形成された孔
で、第１の孔５９は第１のインターナルギヤ３８
の突部４１のある表面に開口し、第２の孔６０は
第２のインターナルギヤ３９の突部４２のある表
面に開口している。６１は孔５９に嵌め込まれた
第１の押圧部材のボール（剛球）、６２は孔６０
に嵌め込まれた第２の押圧部材のボール（剛球）、
６３，６４はボール６１，６２を押える押え棒、
６５，６６は前記段面５８に当接されて前記押え
棒６３，６４の嵌まつた孔５９，６０の開口を閉
成する座金、６７，６８は軸受筒５７に外嵌して
それぞれ一端で座金６５，６６を押圧するコイル
スプリング、６９はスプリング６７の他端に当接
する第２のトルク調整体、７０はスプリング６８
の他端に当接する第１のトルク調整体で、いずれ
もリング形をなしスプリング側の反対側にカム部
７１，７２が形成されている。また、第２のトル
ク調整体６９は、軸受筒５７に外嵌し、その平面
部５７ａに軸方向に摺動自在に係合する突部（図
示せず）を内周に有して第２のトルク調整体６９
の回転が規制される。また第２のトルク調整体６
９の外周に突条６９ａを有して第１のトルク調整
体７０の内周に形成した溝（図示せず）に軸方向
に摺動自在に係合して第１のトルク調整体７０の
回転が規制される。さらに第１のトルク調整体７
０の外周に形成した突条７０ａは本体ハウジング
２０の前端の開口部２０ａの内側に設けた溝（図
示せず）に軸方向に摺動自在に係合している。７
３は切換手段の調整筒で、外周が本体ハウジング
２０の開口部２０ａに嵌合し、外周面にローレツ
ト７４を有し、表面部に一対の円弧形スリツト７
５を形成し、底面に前記カム部７１，７２に当接
する突起部７６，７７を有する（第９図および第
１０図）。７８は切換手段の調整筒７３の表面に
当接される取付板、７９は取付ねじでスリツト７
５を通して前記軸受筒５７の端面のねじ孔８０に
ねじ止めされ、切換手段の調整筒７３はスリツト
７５の長さの範囲で回転できる。

この電動工具は、電池２２、モータ２３、歯車
群および出力軸３０が同一軸上にあり、速度切換
は歯車切換方式であつて、モータ２３に固定され
た太陽ギヤ３２がモータ２３の作動により回転す
ると、太陽ギヤ３２に噛合つた遊星ギヤ３７は第
１のインターナルギヤ３８および第２のインター
ナルギヤ３９内を自転・公転する。一方、遊星ギ
ヤ３７は出力部のキヤリヤー４３に軸支されてお
り、キヤリヤー４３に一体の伝達用太陽ギヤ４５
にモータ２３の回転が伝えられる。伝達用太陽ギ
ヤ４５には遊星ギヤ４７が噛み合つており、出力
軸キヤリヤー３０ａに軸支されている。また遊星
ギヤ４７はギヤケース４８に一体的に形成されて
いるインターナルギヤ５０に噛み合つているの
で、ギヤケース４８内にてモータ２３の回転速度
が減速されて伝達され出力軸キヤリヤー３０ａに
一体形成された出力軸３０に出力される。

今、切換手段の調整筒７３を回転して「低トル
ク高速側」にセツトしたときは第９図の状態とな
る。このとき第１のトルク調整体７０のカム部７
２の山部７２ａが突起部７６に位置し、第２のト
ルク調整体６９のカム部７１の谷部７１ａが突起
部７７に位置する。このため、スプリング６８が
圧縮され座金６５および押し棒６３を介してボー
ル６１を第１のインターナルギヤ３８の突部４１
のある表面に圧接し、ボール６１が突部４１に係
合することにより第１のインターナルギヤ３８の
回転を阻止し、遊星ギヤ３７は第１のインターナ
ルギヤ３８を公転し、遊星ギヤ３７の回動が出力
軸３０に伝達される。一方、スプリング６７は圧
縮されないので座金６６、押し棒６４に支持され
たボール６２は第２のインターナルギヤ３９の突
部４２に係合せずフリー回転となる。さらに前記
カム部７２の山部７２ａで設定されたトルクを超
えるトルクが生じたときは、スプリング６８によ
る圧接力に打ち勝つて第１のインターナルギヤ３
８の突部４１がボール６１を乗り越えてギヤケー
ス４８内を回転し、モータ出力は伝達されなくな
りトルクリミツトの働きをすることになる。

この低トルク高速の場合、出力軸３０の回転数
N₀はモータ２３の出力回転数Nm、太陽ギヤ３
２の歯数Z₃₂、大径ギヤ３６の歯数Z₃₆、小径ギヤ
４０の歯数Z₄₀、第１のインターナルギヤ３８の
歯数Z₃₈、第２のインターナルギヤ３９の歯数
Z₃₉、伝達用太陽ギヤ４５の歯数Z₄₅、遊星ギヤ４
７の歯数Z₄₇、第３のインターナルギヤ５０の歯
数Z₅₀とすると、 N₀＝１／（１＋Z₃₈／Z₃₂）（１＋Z₅₀／Z₄₅）×Nm となる。また第１のトルク設定手段の第１のイン
ターナルギヤ３８に対する押圧力を調整してその
第１のトルク値を調整することにより、モータ２
３の出力のの最適値で高速低トルクのトルクを任
意に設定することができる。

つぎに「高トルク低速」の場合、切換手段の調
整筒７３を回転して第１０図のように第１のトル
ク調整体７０のカム部７２の谷部７２ｂを突起部
７６に位置決めし、第２のトルク調整体６９のカ
ム部７１の山部７１ｂを突起部７７に位置決めす
る。このため、前記「低トルク高速」の場合と逆
にスプリング６７が圧縮されてスプリング６８は
圧縮されず、したがつて座金６６、押え棒６４を
介してボール６２が第２のインターナルギヤ３９
の突部４２に係合し、第２のインターナルギヤ３
９の回転が阻止され、第１のインターナルギヤ３
８がフリーとなる。そこで遊星ギヤ３７は第２の
インターナルギヤ３９を公転し、出力軸３０に伝
達される。一方、出力軸３０に前記山部７１ｂに
より設定されたトルクを超えるトルクが作動した
とき、スプリング６７による圧接力に打ち勝つ
て、第２のインターナルギヤ３９の突部４２がボ
ール６２を乗り越えてギヤケース４８内を空転
し、モータ出力は出力軸３０に伝達されなくなり
トルクリミツトされる。

この「高トルク低速」の場合の出力軸回転数
N₀′は、 N₀′＝１／（１＋Z₃₉／Z₃₂・Z₃₆／Z₄₀）（１＋Z₅₀／Z
₄₅）×Nm となる。また第２のトルク設定手段の第２のイン
ターナルギヤ３９に対する押圧力を調整してその
第２のトルク値を調整することにより、モータ２
３の出力の最適値で低速高トルクのトルクを任意
に設定することができる。

第１２図はこの電動工具の特性図であり、Ｈは
高速時、Ｌは低速時を示し、それぞれ突起部７
６，７７、カム部７１，７２等で設定される最適
設定トルクT_L，T_Hを個別に設定でき、従来のよ
うに一方に過負荷がかからないことがわかる。

このように、この電動工具の速度切換装置は、
必要トルクの設定を切換手段の調整筒７３により
行うことによつて複数の（この場合２段変速）変
速歯車の切換えを行うとともに、適性トルク−回
転数のセツテイングができ、必要トルクを設定す
ることにより適性回転数（速度）が得られる。ま
たモータ２３の出力最適値で高トルク低速回転お
よび低トルク高速回転が得られる。さらに、遊星
歯車切換方式にすることにより電池２２、モータ
２３、出力軸３０が同一軸上に配置でき、使い勝
手のよい電動工具が提供できる。

〔発明の効果〕

この発明の電動工具の速度切換装置によれば、
切換手段で第１のトルク設定手段および第２のト
ルク設定手段を切り換えて第１のインターナルギ
ヤまたは第２のインターナルギヤの回転を規制す
ることにより、遊星ギヤの公転速度が変わるの
で、切換手段の操作により出力部の回転速度を切
り換えることができる。また第１のトルク設定手
段の第１のトルク値および第２のトルク設定手段
の第２のトルク値を個別に任意に設定することが
できるので、モータの出力の最適値でそれぞれ高
速低トルクおよび低速高トルクの各トルクを設定
することが可能になる。さらに第１のトルク設定
手段による第１のトルク値または第２のトルク設
定手段による第２のトルク値を超える過負荷が加
わつた場合、第１のインターナルギヤまたは第２
のインターナルギヤは回転可能なため、モータの
保護になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を適用した電動工具の一部破断
側面図、第２図はその電気配線図、第３図は回転
数−トルク特性図、第４図は他の従来例を適用し
た電動工具の一部破断側面図、第５図はその回転
数、トルク特性図、第６図は前記両従来例の回転
数−トルク特性図、第７図はこの発明の一実施例
の一部破断側面図、第８図は速度切換装置の分解
斜視図、第９図は高速低トルク状態の断面図、第
１０図は低速高トルク状態の断面図、第１１図は
モータ駆動回路、第１２図は回転数−トルク特性
図である。 ２３……モータ、３２……太陽ギヤ、３６……
大径ギヤ、３７……遊星ギヤ、３８……第１のイ
ンターナルギヤ、３９……第２のインターナルギ
ヤ、４０……小径ギヤ、４１，４２……突部、４
４……支軸、６１……第１の押圧部材のボール、
６２……第２の押圧部材のボール、６７……第２
の弾性体であるコイルスプリング、６８……第１
の弾性体のコイルスプリング、６９……第２のト
ルク調整体、７０……第１のトルク調整体、７３
……切換手段の調整筒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ モータにより回転駆動される太陽ギヤと、こ
   の太陽ギヤに噛合する大径ギヤを有するとともに
   前記大径ギヤに軸方向に一体に並ぶ小径ギヤを有
   する遊星ギヤと、この遊星ギヤを軸支する支軸を
   有する出力部と、前記大径ギヤおよび前記小径ギ
   ヤにそれぞれ噛合するとともに互いに独立に回転
   自在に設けられかつそれぞれの端面に複数の突部
   を設けた第１のインターナルギヤおよび第２のイ
   ンターナルギヤと、前記第１のインターナルギヤ
   の前記端面の前記突部の間に配置して前記第１の
   インターナルギヤの回転を規制する第１の押圧部
   材を有するとともに前記第１の押圧部材を前記端
   面に向けて押圧する第１の弾性体を有しさらに前
   記第１のインターナルギヤの軸方向に移動可能で
   前記第１の弾性体を圧縮する第１のトルク調整体
   を有する第１のトルク設定手段と、前記第２のイ
   ンターナルギヤの前記端面の前記突部の間に配置
   して前記第２のインターナルギヤの回転を規制す
   る第２の押圧部材を有するとともに前記第２の押
   圧部材を前記端面に向けて押圧する第２の弾性体
   を有しさらに前記第２のインターナルギヤの軸方
   向に移動可能で前記第２の弾性体を圧縮する第２
   のトルク調整体を有する第２のトルク設定手段
   と、前記第１のトルク設定手段および第２のトル
   ク設定手段の前記第１のトルク調整体および第２
   のトルク調整体のうちいずれか一方のみを前記第
   １の弾性体および第２の弾性体を圧縮する方向に
   移動操作して前記第１の押圧部材および前記第２
   の押圧部材のうちいずれか一方のみを前記端面に
   押圧可能にする切換手段とを備えた電動工具の速
   度切換装置。