JPH09254046A - 電動ドライバー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】クラッチ機構をマグネットクラッチにすること
で、マグネットクラッチの良さを活かしながら、磁石の
吸引力が小さくても出力に大きいトルクを得ることがで
き、しかして、磁石を小さくし、マグネットクラッチを
小型化する。 【解決手段】駆動用のモータ１と出力軸１８との間に減
速機２０を備えるとともに、設定トルクになると動力を
遮断するクラッチ機構１９を備えた電動ドライバーであ
って、クラッチ機構１９をマグネットクラッチ６にする
とともにマグネットクラッチ６をモータ１と減速機２０
との間に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、駆動用のモータと
出力軸との間に減速機を備えるとともに、設定トルクに
なると駆動力を遮断するクラッチ機構を備えた電動ドラ
イバーに関し、詳しくは、クラッチ機構をマグネットク
ラッチにすることで、マグネットクラッチの良さを活か
しながら、マグネットクラッチの配置位置を合理的に設
定することで、マグネットクラッチにおける磁石の吸引
力が小さくても出力に大きいトルクを得ることができ、
しかして、磁石を小さくし、マグネットクラッチを小型
化し、電動ドライバーを小型化しようとする技術に係る
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、駆動用のモータと出力軸との間に
減速機を備え、設定トルクに達すると駆動力を遮断する
クラッチ機構を備えた電動ドライバーにおいて、モータ
と出力軸との間に、ネジ、もしくはネジ締め対象部材の
破壊防止や、モータの過負荷防止などを目的として、駆
動力の伝達を遮断するクラッチ機構を有する電動ドライ
バーがある。

【０００３】このような電動ドライバーには、出力軸と
減速機の間に、付勢バネと付勢バネにより付勢される鋼
球と、鋼球により相対回転が拘束されるカム山を有し、
出力軸にかかる負荷が設定トルク以上に増大すると、付
勢バネによって付勢される鋼球がカム山を乗り上げて回
転力を伝達しなくなるような、カム乗り上げ方式のクラ
ッチ機構を設けるものがある。

【０００４】また、カム乗り上げ方式といった機械的に
相対回転を拘束し、相対回転を許容し、駆動力の遮断を
行う機構でなく、永久磁石や電磁石により磁気的に相対
回転を拘束し、出力軸の負荷がある設定トルクに達する
と磁気による吸引力が相対回転拘束を維持しきれなくな
り、駆動力を出力軸に伝達しなくなるトルクリミッタク
ラッチ方式のものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来例の
カム乗り上げ方式のクラッチ機構は、鋼球がカム山を乗
り上げる際に衝突による音を発し、またカム山との衝突
による磨耗などの問題が起こり、クラッチの寿命を低下
させ、またクラッチトルクが初期の設定トルクとは変化
していくといったことになる。

【０００６】そして、トルクリミッタクラッチ方式は、
磁気の吸引力によって回転を伝達するもので、カム乗り
上げ方式に比べ、大きな駆動力を伝達するのが困難であ
った。本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、クラッチ機構をマグネ
ットクラッチにすることで、衝撃による磨耗や振動及び
騒音がなく、マグネットクラッチの良さを活かしなが
ら、マグネットクラッチの配置位置を合理的に設定する
ことで、マグネットクラッチにおける磁石の吸引力が小
さくても出力に大きいトルクを得ることができ、しかし
て、磁石を小さくし、マグネットクラッチを小型化し、
全体を小型化することができる電動ドライバーを提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１においては、駆
動用のモータ１と出力軸１８との間に減速機２０を備え
るとともに、設定トルクになると駆動力を遮断するクラ
ッチ機構１９を備えた電動ドライバーであって、クラッ
チ機構１９をマグネットクラッチ６にするとともにマグ
ネットクラッチ６をモータ１と減速機２０との間に配置
してあることを特徴とするものである。

【０００８】請求項２においては、マグネットクラッチ
６は、原動側軸３１と出力側軸３２とに各々原動側クラ
ッチ板３３と出力側クラッチ板３４とを設け、両クラッ
チ板３３，３４を小間隙ｄをあけて対向させ、少なくと
も一方のクラッチ板３３に磁力手段を設けて、所定の伝
達トルク以下で両クラッチ板３３，３４を磁気吸引結合
させるものであることを特徴とするものである。

【０００９】請求項３にあっては、各クラッチ板３３，
３４に極性の異なる磁石６ｂ，６ｃを設けて成ることを
特徴とするものである。請求項４にあっては、一方のク
ラッチ板３３に極性の異なる磁石を交互に配置して成る
ことを特徴とするものである。請求項５にあっては、減
速機２０を内接式遊星減速機とすることを特徴とするも
のである。

【００１０】請求項６にあっては、マグネットクラッチ
６における設定トルクを調節可能としてあることを特徴
とするものである。請求項７においては、マグネットク
ラッチ６のクラッチ作動不能状態（直結状態）を可能に
して成ることを特徴とするものである。請求項８におい
ては、マグネットクラッチ６のクラッチ滑りを検知して
駆動力を停止する制御回路２９を備えていることを特徴
とするものである。

【００１１】請求項１に係る発明においては、従来のカ
ム山を乗り上げる方式のクラッチ機構をマグネットクラ
ッチ６にすることにより、部品点数を少なくでき、また
接触による磨耗がないため長寿命化を図ることができ、
また、カム山を乗り越える音を回避できて、静かにでき
ながら、特に請求項１に係る発明においては、マグネッ
トクラッチ６を減速機構２０とモータ１との間に配置す
ることで、マグネットクラッチ６を減速機構２０と出力
軸１８との間に配置する場合よりもマグネットクラッチ
６におよぶ伝達トルクは小さいため、出力に大トルクを
得ようとした時でも、磁石の吸引力が弱いものであるこ
とを可能とすることができ、磁石を小さくすることがで
き、また磁束密度の小さい安価な磁石であることを可能
にし、マグネットクラッチ６の小型化を図り、結果とし
て、電動ドライバーの小型化を図ることができる。

【００１２】また、マグネットクラッチ６は、原動側軸
３１と出力側軸３２とに各々原動側クラッチ板３３と出
力側クラッチ板３４とを設け、両クラッチ板３３，３４
を小間隙ｄをあけて対向させ、少なくとも一方のクラッ
チ板３３に磁力手段を設けて、所定の伝達トルク以下で
両クラッチ板３３，３４を磁気吸引結合させるものであ
ることも好ましく、また、各クラッチ板３３，３４に極
性の異なる磁石６ｂ，６ｃを設けることも好ましく、ま
た、一方のクラッチ板３３に極性の異なる磁石６ｂ，６
ｃを交互に配置しても好ましいものである。

【００１３】請求項５に係る発明においては、内接式減
速機構は偏心軸を有するため、モータ軸心から出力軸心
まで、遊星歯車減速機構より軸心誤差の精度が要求され
るのであるが、マグネットクラッチ６は非接触であるた
めに軸心精度が要求されることがなく、組立性、量産性
の向上を図ることができ、また、内接式減速機構は遊星
減速機に比べ省スペースで高減速比をとることを可能と
し、電動ドライバーを小型化する。

【００１４】請求項６に係る発明にあっては、マグネッ
トクラッチ６のトルク調整を可能とし、電動ドライバー
を使用する作業者の要求するクラッチトルクを実現でき
る。請求項７に係る発明においては、クラッチ機能を無
くし、直結することができ、作業の自由度を高めること
ができる。請求項８においては、作業完了時などでクラ
ッチが滑った場合の通電を断ち、省電力化を図ることが
できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の一形態を図面
に基づいて詳述する。 （実施例１）図１に示したものは、請求項１に係る発明
における動作原理を示す概略断面図である。

【００１６】動力源としてのモータ１とギアケース３と
が取付台２によって結合され、モータ１の出力軸であっ
て、原動側軸３１となっているギアケース３内の伝動部
の入力軸１ａであるピンがマグネットクラッチ６に圧入
嵌合されて固定されている。マグネットクラッチ６は、
上記入力軸１ａと嵌合固定している磁石取付板６ａと、
図２に示すような原動側クラッチ板３３及び出力側クラ
ッチ板３４を構成する円盤の面方向で交互に異極となる
ように着磁された磁石６ｂ、６ｃと、磁石取付板６ｄと
で構成されている。磁石取付板６ａと磁石６ｂ、磁石６
ｃと磁石取付板６ｄは剥離不能に接着されている。両磁
石６ｂ、６ｃ間には隙間ｄを設けてあり、非接触となる
ように配置されている。磁石取付板６ｄと、出力側軸３
２としての回転軸７と、サンギア８とは一体に回転する
ように圧入嵌合されて固定され、軸受５によって保持さ
れている。回転軸７と出力軸１８との間に、サンギア
８、プラネットギア９、リングギア１０、ピン１１、キ
ャリア１２、サンギア１３、プラネットギア１４、リン
グギア１５、ピン１６、キャリア１７とで２段の周知の
遊星歯車機構を構成しており、しかして、回転軸７から
の回転が大きく減速され、出力軸１８に取り出される。
出力軸１８には周知のチャック（図示せず）が取付けら
れ、チャックに周知のネジ締め具が取付けられて電動ド
ライバーが構成されている。

【００１７】ネジ締め等の作業をする際、出力軸１８に
低負荷のトルクがかかる時は、モータ１により伝達され
た回転力が磁石取付板６ａを介して磁石６ｂに伝わり、
両磁石６ｂ、６ｃ間の吸引力によって磁石取付板６ｄに
回転力が伝わり、上記遊星歯車機構にて減速された回転
力が出力軸１８に伝達される。このようなネジ締めを行
っていて、例えば、ネジの頭部が締め付け面に着座し、
出力軸１８に高負荷のトルクがかかると、両磁石６ｂ、
６ｃの吸引力では高トルクを伝達できず、入力側の磁石
取付板６ａ及び磁石６ｂだけが空転を始め、モータ１に
大きな負荷をかけずにすむことになる。

【００１８】マグネットクラッチ６は、非接触式に代え
て接触式でもよい。即ち、一方のクラッチ板（磁石６ｂ
又は６ｃ）を軸（入力軸１ａ又は回転軸７）に回転不能
かつ摺動自在に取付け、設定トルク以上になると一方の
クラッチ板が軸に対して摺動して逃げ、両クラッチ板は
摺接して滑り、クラッチが切れる構成のものでもよい。

【００１９】このような実施例１においては、従来例の
カム山乗り上げ方式を磁石によるマグネットクラッチ６
にすることにより部品点数を少なくすることを可能と
し、また接触による磨耗がないため長寿命化を図ること
を可能にするのである。特に、マグネットクラッチ６を
減速機構２０とモータ１との間に配置することで、減速
機構２０と出力軸１８との間に配置するよりも伝達トル
クが小さいため、出力に大トルクを得ようとした時で
も、磁石の吸引力が弱いものであることを可能とする。
即ち、磁石を小さくすることができ、また磁束密度の小
さい、安価な磁石であることを可能にするものである。
図１において、符号３５は軸受、３６は水密材である。

【００２０】（実施例２）図３及び図４に示したものは
請求項５に係る発明における動作原理図である。実施例
１の減速機２０としての遊星歯車減速機構の代わりに、
内接式減速機構を採用したものである。即ち、偏心軸２
１と回転軸７は圧入嵌合して一体化され、一体となって
回転するよう構成されている。偏心軸２１の中心２１ｐ
は回転軸７の中心７ｐとはずれており、遊星板２２の中
心軸と偏心軸２１の中心軸とは同一軸心上に配置してお
り、偏心軸２１と遊星板２２とは滑らかに摺動可能で、
遊星板２２と、回転軸７の同一軸心上に中心軸を持つと
ともに内周にギアが形成されたリングギア２３とは常に
内接するよう偏心量を設けている。遊星板２２はリング
ギア２３と噛合しながら滑り無く回転接触を行うように
歯形を設けている。遊星板２２には遊星板２２の中心２
１ｐをセンターとする同心円上に中心を持つ開口孔２４
を少なくとも二つ以上設けており、出力軸１８と一体の
キャリア１７に圧入嵌合されて固定されているピン１６
と常に接するよう配置されている。

【００２１】図４（ａ）（ｂ）に示すように、マグネッ
トクラッチ６にて伝えられた回転力が、回転軸７を介し
て偏心軸２１に矢印Ａ方向に伝わる際、遊星板２２はリ
ングギア２３に接しながら転がるため遊星板２２の中心
軸周りに矢印Ｂ方向に回転する。遊星板２２の回転に伴
い開口孔２４が、ピン１６に図４（ｂ）の矢印Ｂ方向に
回転力を伝え出力軸１８に減速された回転力を伝える。

【００２２】このような実施例２の構成においては、そ
の内接式減速機構は偏心軸２１を有するのであり、モー
タ１の軸心から出力軸１８の軸心まで、遊星歯車減速機
構より軸心誤差の精度が要求されるが、マグネットクラ
ッチ６は非接触であるために軸心精度が要求されなく、
組立性、量産性の向上を図ることを可能にし、また、内
接式減速機構は遊星減速機に比べ省スペースで高減速を
とることを可能とし、電動ドライバーを小型化すること
ができる。つまり、ペンシル型の電動ドライバーを構成
することができるものである。

【００２３】（実施例３）図５に示したものは、請求項
６及び請求項７に係る発明における動作原理図である。
ギアケース３に調節ハンドル２５を相対回転のみ自在に
設け、調節ハンドル２５と軸受保持台４とをネジにて噛
合したものである。しかして、調節ハンドル２５を回転
操作させることで、軸受保持台４を軸方向に移動させ、
マグネットクラッチ６の磁石６ｂ，６ｃ間の隙間ｄを調
整自在にしている。

【００２４】更に、マグネットクラッチ６の磁石取付台
６ａ，６ｄには、互いに係止噛合することができる凹凸
部３７，３７を形成してあり、調節ハンドル２５を磁石
６ｂ，６ｃ間の隙間ｄが狭くなる方に回転させ、やがて
凹凸部３７，３７が噛合して、磁石取付台６ａ，６ｄ同
士が結合されて、マグネットクラッチ６のクラッチ動作
を作動不能にして、マグネットクラッチ６の入力及び出
力を同一にして、直結状態を可能となるように構成して
いる。

【００２５】このような実施例３においては、マグネッ
トクラッチ６のトルク調節を可能とし、電動ドライバー
を使用する作業車の要求するクラッチトルクを実現可能
とし、また、クラッチ機能を不能にして直結でき、作業
の自由度を高めることができる。 （実施例４）図６に示したものは、請求項８に係る発明
における動作原理図である。

【００２６】マグネットクラッチ６の磁石６ｂ，６ｃの
外周に対向するようマグネットクラッチ６の中心軸に平
行な線上にホール素子２６、２７を配置し、磁石６ｂ及
び６ｃの回転を検知することを可能にし、マグネットク
ラッチ６が滑ることなく回転伝達をおこなっているとき
はホール素子２６，２７より検知する信号は同一信号で
あり、そして、ネジ締め作業の完了時にマグネットクラ
ッチ６が働く場合、即ち、入力側の磁石取付板６ａ及び
磁石６ｂが回転し、磁石６ｃ及び磁石取付板６ｄが停止
する場合、ホール素子２６，２７より検知する信号は異
なる信号を検出する。このようなホール素子２６，２７
より検知する信号を比較回路等により比較検出し、比較
検出された信号をリレー等のモータ動作制御回路の入力
信号として入力することで、ネジ締め完了時の動力停止
を可能とする電動ドライバーを構成している。

【００２７】このような実施例においては、マグネット
クラッチ６が働くときモータ１を停止することを可能に
し、電動ドライバーの省電力化を図ることができるので
ある。 （実施例５）図７，図８に示したものは、動作原理図で
ある。

【００２８】マグネットクラッチ６の磁石６ｂ（または
磁石６ｃ）の外周にホール素子２６′を配置しており、
マグネットクラッチ６の磁石６ｂ（または磁石６ｃ）が
回転する際の磁束変化をホール素子２６′が検出するこ
とができるようにしている。マグネットクラッチ６の磁
石６ｂ（または磁石６ｃ）が回転する際の磁束変化はマ
グネットクラッチ６の磁石６ｂ（または磁石６ｃ）の回
転数の変化に応じている。従ってホール素子２６′によ
りマグネットクラッチ６の磁石６ｂ（または磁石６ｃ）
が回転する際の磁束変化を検出し、この検出結果にて、
モータ１の回転数を検知することが可能となる。

【００２９】図８は動力源であるモータ１と、モータ１
に電力を供給する電力源２８とモータ１に供給する電力
の調整を制御する制御回路２９とにより構成される電源
回路のブロック図である。しかして、ホール素子２６′
により検出された回転信号Ｎが制御回路２９に入力さ
れ、制御回路２９が、目標回転数信号ホール素子２６′
により検出された回転信号と一致するようモータ１へ電
力源２８より供給する電力を調整することで、モータ１
の回転数を制御することが可能となる。

【００３０】即ち、この実施例５においては、マグネッ
トクラッチ６の磁石６ｂ（または磁石６ｃ）を利用し、
これの回転数を検知して、電動ドライバーの出力回転を
調節することを可能にし、低速回転が必要な作業、例え
ばネジ締めや孔あけなどを開始する作業などが可能とな
る。このように、回転数検知にマグネットクラッチ６の
磁石６ｂ（または磁石６ｃ）を利用しているため、回転
数検知のための構成を簡素化できるものである。

【００３１】

【発明の効果】請求項１に係る発明においては、駆動用
のモータと出力軸との間に減速機を備えるとともに、設
定トルクになると駆動力を遮断するクラッチ機構を備え
た電動ドライバーであって、クラッチ機構をマグネット
クラッチにするとともにマグネットクラッチをモータと
減速機との間に配置してあるから、従来のカム山を乗り
上げる方式のクラッチ機構をマグネットクラッチにする
ことにより、部品点数を少なくでき、また接触による磨
耗がないため長寿命化を図ることができ、また、カム山
を乗り越える音を回避できて、静かにできながら、特に
請求項１に係る発明においては、マグネットクラッチを
減速機構とモータとの間に配置することで、マグネット
クラッチを減速機構と出力軸との間に配置する場合より
もマグネットクラッチにおよぶ伝達トルクは小さいた
め、出力に大トルクを得ようとした時でも、磁石の吸引
力が弱いものであることを可能とすることでき、磁石を
小さくすることができ、また磁束密度の小さい、安価な
磁石であることを可能にし、マグネットクラッチの小型
化を図り、結果として、電動ドライバーの小型化を図る
ことができるという利点がある。

【００３２】また、マグネットクラッチは、原動側軸と
出力側軸とに各々原動側クラッチ板と出力側クラッチ板
とを設け、両クラッチ板を小さい間隙をあけて対向さ
せ、少なくとも一方のクラッチ板に磁力手段を設けて、
所定の伝達トルク以下で両クラッチ板を磁気吸引結合さ
せるものであることも好ましく、また、各クラッチ板に
極性の異なる磁石を設けることも好ましく、また、一方
のクラッチ板に極性の異なる磁石を交互に配置しても好
ましいものである。

【００３３】請求項５に係る発明においては、減速機を
内接式遊星減速機とするから、この内接式減速機構にお
いては偏心軸を有するため、モータ軸心から出力軸心ま
で、遊星歯車減速機構より軸心誤差の精度が要求される
のであるが、マグネットクラッチは非接触であるために
軸心精度が要求されなく、組立性、量産性の向上を図る
ことができ、また、内接式減速機構は遊星減速機に比べ
省スペースで高減速比をとることを可能とし、電動ドラ
イバーを一層、小型化することができる。

【００３４】請求項６に係る発明にあっては、マグネッ
トクラッチにおける設定トルクを調節可能としてあるか
ら、マグネットクラッチのトルク調整を可能とし、電動
ドライバーを使用する作業者の要求するクラッチトルク
を実現できるという利点がある。請求項７に係る発明に
おいては、マグネットクラッチのクラッチ作動不能状態
（直結状態）を可能にしてあるから、クラッチ機能を無
くし、直結することができ、作業の自由度を高めること
ができるという利点がある。

【００３５】請求項８においては、マグネットクラッチ
のクラッチ滑りを検知して駆動力を停止する制御回路を
備えているから、クラッチが滑った場合の通電を断ち、
省電力化を図ることができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示し、請求項１乃至４
に係る発明のものの動作原理を示す概略断面図である。

【図２】同上の請求項１乃至４に係る発明のものの部分
斜視図である。

【図３】同上の請求項５に係る発明のものの動作原理を
示す概略断面図である。

【図４】（ａ）（ｂ）は同上の請求項５に係る発明のも
のの動作原理を示す概略断面図である。

【図５】同上の請求項６及び請求項７に係る発明のもの
の動作原理を示す概略断面図である。

【図６】同上の請求項８に係る発明のものの動作原理を
示す概略断面図である。

【図７】同上の実施例５のものの動作原理を示す概略断
面図である。

【図８】同上のブロック回路図である。

【符号の説明】

１ モータ ６ マグネットクラッチ １８ 出力軸 １９ クラッチ機構 ２０ 減速機

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動用のモータと出力軸との間に減速機
   を備えるとともに、設定トルクになると駆動力を遮断す
   るクラッチ機構を備えた電動ドライバーであって、クラ
   ッチ機構をマグネットクラッチにするとともにマグネッ
   トクラッチをモータと減速機との間に配置してあること
   を特徴とする電動ドライバー。
2. 【請求項２】 マグネットクラッチは、原動側軸と出力
   側軸とに各々原動側クラッチ板と出力側クラッチ板とを
   設け、両クラッチ板を小さい間隙をあけて対向させ、少
   なくとも一方のクラッチ板に磁力手段を設けて、所定の
   伝達トルク以下で両クラッチ板を磁気吸引結合させるも
   のであることを特徴とする請求項１記載の電動ドライバ
   ー。
3. 【請求項３】 各クラッチ板に極性の異なる磁石を設け
   て成ることを特徴とする請求項２記載の電動ドライバ
   ー。
4. 【請求項４】 一方のクラッチ板に極性の異なる磁石を
   交互に配置して成ることを特徴とする請求項３記載の電
   動ドライバー。
5. 【請求項５】 減速機を内接式遊星減速機とすることを
   特徴とする請求項１記載の電動ドライバー。
6. 【請求項６】 マグネットクラッチにおける設定トルク
   を調節可能としてあることを特徴とする請求項１記載の
   電動ドライバー。
7. 【請求項７】 マグネットクラッチのクラッチ作動不能
   状態（直結状態）を可能にしてあることを特徴とする請
   求項１記載の電動ドライバー。
8. 【請求項８】 マグネットクラッチのクラッチ滑りを検
   知して駆動力を停止する制御回路を備えていることを特
   徴とする請求項１記載の電動ドライバー。