JPS5921753B2 - 電動ドライバ− - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電動ドライバーに関するものであって、一
層詳細には、ねじの最初の締付行程はモータの機械力に
依存し、最終の締上げ行程は人力により達成するよう構
成して、外形寸法を極めて小さくコンパクトに纏め、携
帯に便利ならしめた電動ドライバーに関するものである
。

従来の電動ドライバー（モータを動力源とするもの）は
、２つの型式に大別される。

すなわち、その１つは商用電源（１００Ｖ）直結とする
か、または変圧器で電圧を降下させてドライバーのモー
タに供給する型式である。

これらの型式では、何れにしても電源との接続コードが
不可欠である。

従って、大きな出力は得られるが、携帯使用は不可能で
あり、その使用範囲はコードの延長可能範囲に限定され
る。

このため、この種の電動ドライバーは主として工場等の
組立生産ラインで使用される。

またもう１つの型式は、充電式（電池交換式も含む）の
電動ドライバーである。

これは、出力に制限があるという点で難点はあるが、接
続コードはないので携帯使用が可能という利点がある。

しかし、従来実用化されているこの種の充電式電動ドラ
イバーは、モータ出力を可能な限り大きくする要請があ
るため、ねじの最終線上げまでのすべてを機械力に依存
することを目的として必然的に大容量の充電式蓄電池を
必要とし、このため携行に便利にという観点からの配慮
は殆んど払われていない。

すなわち、ポケットにも収納可能な程の超小型で、かつ
取扱いが容易であり、しかも苛酷な実用に耐える充電式
電動ドライバーは存在しなかったといってよい。

しかし、このような要請が従来よりなかったという訳で
はないが、先に述べたようにねじ締め等の実用に供し得
る出力を得るためには、どうしても電源となる電池を大
量に使用せねばならないので、このために小型化が阻ま
れていたという事情が存在する。

この場合、限られた電池容量でもって、大きな出力を得
るためには、モータに接続する減速機の減速段数を増加
すればよいが、減速度が高すぎると出力軸の回転数が低
くなり、限られた電源容量をもってする仕事の量が激減
し、実際の使用に供し得なくなる。

従って、携帯型の電動ドライバーでは、実際に必要とさ
れる作業力と、それに見合った出力を供給するに足る電
源容量（ひいては電池寸法）との均衡点において全体寸
法及び設計仕様が決定され、一般には前記作業力は相当
大きなものが要求されるため、全体的に大型化し、「携
帯型」と称されるものであってもそれは片手でかろうじ
て持って作業が遂行し得る程度の意味合しかなく、苛酷
な実用に耐えしかも極めて小型軽量の電動ドライバーは
設計自体が困難であった。

そこで、発明者は前述した従来技術に係る充電型の携帯
電動ドライバーに内在している欠点を解消し、極めて小
型かつ軽量でしかも実際の使用に充分供し得る電動ドラ
イバーを開発するべく、基本に立返って問題点の掌握に
務めた結果、次のような解決の端緒を見出した。

すなわち、電動ドライバーによる作業行程を厳密に分析
すれば、ねじの締付対象としての孔部にねじ溝が既に螺
切しである場合は、ねじはその締付行程の略９０優位ま
では殆んど無負荷の状態でねじ込まれ、最終的な締上げ
段階においてのみ瞬間的に強力な締付力が要求されるも
のである。

また、孔部にねじ溝を同時に螺切しながらねじ込みを行
う所謂タッピンねじでもある程度の抵抗に遭遇しながら
これを克服しつつ緩徐にねじ切りを行いつつ推進して行
くものであるけれども、最終の締上げにおいてそれまで
よりも格段に大きい力を必要とする点においては変りが
ない。

即ち、最終線上げ時に要求される強力な締付けのための
仕事量は相対的には僅かなものである。

そして、このように１つのねじ込み作業において２段階
の作業力が要求される場合、その全作業の略９０係を占
める前段のねじ込み作業が好適に達成されるのであるな
らば、残りの１０係程度を占める最終段の締上げ作業は
、必ずしも機械力に頼らなくとも人力で充分間に合うこ
とに発明者は想到した。

実際、先に検討した如く、タッピンねじを使用してねじ
切りを行いつつねじ込む作業に要求される程度の出力な
らば、小型のモータを駆動源とし適宜の減速機に組合わ
せて比較的小容量の充電池で賄うことが充分可能である
が、最終段の締上げも機械力で賄うことにすると、必然
的に機械装置並びに電源が大型化することになる訳であ
る。

そして、従来の携帯型電動ドライバーは倒れも、１つの
装置で前述した２段階に亘る作業の全てを賄うことを前
提としているので、小型化にも自ずから制限があり、真
に小型軽量のポケット型の電動ドライバーとはなし得な
かった。

しかし、先に述べたように視点を変えて全作業の大部分
を占める前段のねじ込み作業（タッピン作業も含む）だ
けを機械力に依存し、最終段における強力な締上げ作業
（これは極めて短時間になされる仕事量である）は人力
により行うようにすれば、相対的に機械寸法並びに電池
容量は小さくて済むことになり、名実共に小型軽量のポ
ケット型電動ドライバーが得られることになる筈である
。

そこで、発明者はこのような発想を起点として更に思索
を重ねた結果、この発想を実現化するに際しては解決を
要する多くの問題がなお残されていることを突き止めた
。

問題点の第１は、前段階のねじ締め作業のみをモータ等
の機械力に頼るとしても、後段階におけるねじの締上げ
作業をそのまま電動ドライバーを把持した手の回動によ
り行う際には、ねじの推進を阻止しようとする強力な反
対抵抗に遭遇するために、ねじに当接したドライバービ
ットと直結している減速装置（及びモータ）が逆転して
しまい、ねじの締上げが全く果たされないことである。

従って、ドライバービットと減速機出力軸との間には、
何等かの逆転阻止機構を介在させることが必要であるこ
とが判った。

更に問題点の第２は、先に述べた前段階におけるねじ締
め作業を如何にして最も適切なタイミングを見計って終
了させるかということである。

仮にこの前段階のねじ締め作業を作業者の勘に頼って手
動によるスイッチのＯＮ、ＯＦＦ操作で行うとすれば、
如何に熟練者でも常に一定のタイミングで作業を終了さ
せることは不可能であり、またこのように作業者の勘や
熟練を必要とするようでは、自動化機器として既に失格
と謂わなければならない。

この場合、ドライバービットに得られる回転出力の最大
の上限を、前段階のねじ締め作業の終期における反対抵
抗の大きさに合致させて、ドライバービットの回転が機
械的に阻止されるのをもって前段のねじ締め作業の終了
とすることもできるが、これは反復作業の都度機械的に
無理な負荷が機器全体に加わるものであるから、苛酷な
使用を前提とする電動ドライバーには到底推奨し得ない
ものであることは勿論である。

従って、前段階におけるねじ締め作業を最も適切なタイ
ミングを見計って終了させるという要請を満足するため
には、所定の締付はトルクに達したならば（このことは
すなわち、所定の反対抵抗に遭遇したことを意味する）
、瞬時にドライバービットの回転を自動的に停止させる
ことが必要となる。

また、締付は対象が鋼材であるか、木材であるか、合成
樹脂材であるか等によって、反対抵抗の大小は様々に変
化するものであるから、最適の締付トルク値で自動停止
するようトルクの可変調節が容易になされるものであれ
ば、そのドライバーの汎用性が増大することは勿論であ
る。

そこで、発明者は、前記の問題点の満足の得られる解決
策を見出すべく鋭意研究試作を重ねた結果、第１の問題
点については、一方向への回転動力の伝達のみを許容し
、反対方向への回転動力の伝達を阻止するラチェット機
構をドライバービットと減速機の出力軸との間に介在さ
せれば好適であることを突き止めた。

そして、このラチェット機構には動力伝達方向の切換え
手段を配設しておけば、電動ドライバーの正転、逆転例
れの場合でもその反対方向への回転動力の伝達を阻止し
得るので極めて便利であることを併せて確認した。

また、第２の問題点については、ラチェットによる停止
可能の位置とモータとの間の動力伝達経路上のいずれか
の位置において、ビット側より所定の反対抵抗力をうけ
たとき自動的に動力伝達を遮断するクラッチ機構を介在
させれば所定の締付はトルク達成時にドライバービット
は常に自動的に瞬停することになり、懸案の第２の問題
点も完全に解決されることが判った。

この場合、クラッチの作動点を可変とし、これを容易に
調整し得るようにしておけば、締付ねじの大小、対象材
質の硬軟に応じて前段階における締付はトルクの設定を
容易になし得ることも併せて確認した。

従って、本発明の一般的な目的は、通常のねじ締付は作
業における実際の使用に充分耐える実用性を備えながら
も、極めて小型で携帯に便利なポケット型の電動ドライ
バーを提供するものであって、例えば動力源からドライ
バービットへの動力伝達において、ラチェット機構は動
力伝達方向の切換えを可能とし、しかもクラッチ機構は
その動作点を可調整とする電動ドライバーを提供するに
ある。

前記目的を達成するため、本発明においては、ドライバ
ービットを着脱自在に装着するチャック軸の一部にラチ
ェット装置を装着すると共にトルク制御機構を設けてな
る電動ドライバーにおいて、インターナルギヤに遊星歯
車を噛合させた前記チャック軸を遊星減速装置を介して
電動モータの出力軸に接続し、前記インターナルギヤの
一部と突合うよう弾力的に支持したクラッチ機構を設け
ることを特徴とする。

そして、このように各機構を有機的に結合したことによ
り、前述した目的が全て好適に達成されることが確認さ
れた。

次に、本発明に係る電動ドライバーにつき、好適な実施
例を挙げて添付図面を参照しながら以下詳細に説明する
。

第１図において参照符号１０は本発明に係る電動ドライ
バーを示し、その外装ケーシング１２は全体としてピス
トル形状をなし、銃把に該当する挟持部１４には充電池
１６が下方から弾倉式に着脱交換自在に収納されている
。

前記充電池１６は外装ケーシング１２の本体部分に収納
したモータ１８に、正逆転切換式起動スイッチ２０を介
して電気的に接続される。

また、商用電源に差込まれた外部充電器（図示せず）か
らの充電プラグにこの充電池１６を接続することにより
、繰返し充電が可能である。

次に外装ケーシング１２の本体部には、前記モータ１８
と整夕１ルて遊星減速装置２２が配設収納される。

この遊星減速装置２２は、第２図に詳細に拡大図示する
ように、リング状部材の内側に噛合歯を刻設したインタ
ーナルギヤ２４と、このインターナルギヤ２４の内側に
噛合して公転しつつ自転する遊星歯車２６とから構成さ
れる。

この遊星歯車２６は、円盤２８に仮想配置した正三角形
の各頂点位置に植設した軸３０に、回転自在に計３個枢
着されている。

また、前記円盤２８の中心には、出力軸３２が固着され
て軸線方向に延在している。

前記３個の遊星歯車２６は、モータ１８の回転軸３４に
固着したピニオンギヤ３６と噛合しており、また前記出
力軸３２は遊星減速装置２２を囲繞する円筒ケーシング
３８の底部中心に嵌入固定したすべり軸受４０に、回転
自在に挿通軸支されている。

従って、前記インターナルギヤ２４が円筒有底ケーシン
グ３８に対して固定されている限り、モータ１８の回転
はピニオンギヤ３６→遊星歯車２６→インターナルギヤ
２４を経て、出力軸３２に伝達される。

すなわち、この場合は減速装置そのものとして好適に作
動する。

しかし、本発明に係る電動ドライバーに組込まれる遊星
減速装置２２では、インターナルギヤ２４の外径寸法は
円筒ケーシング３８の内径よりも若干小さく設定されて
、前記ケーシング３Ｂ内に回転自在に収納されている。

更に、このインターナルギヤ２４を円筒ケーシング３８
に対して固定する目的で、インターナルギヤ２４の外周
に段部４２を凹設すると共にこの段部の一部に一つの突
条４３を設け、前記段部４２と対応する位置において円
筒ケーシング３８に通孔４４を穿設する。

前記通孔４４には所定直径の鋼球４６を着脱自在に収容
し、また第２図に示すように円筒ケーシング３８と平行
に板バネ４８を配設してこの板バネ４８により鋼球４６
を弾力的に押圧し、前記鋼球４６の通孔４４からの脱落
を防止する。

なお、この板バネ４８による鋼球４６に対する押圧力を
加減調節するために、第２図及び第３図に示すようにス
ライダ５０を、板バネ４８の上面と当接的に軸線方向へ
自在に摺動するよう配設しておく（この場合、図示しな
いがスライダ５０は外装ケーシング１２から離脱しない
様、スライド溝等の手段により軸線方向に円滑に案内さ
れるよう構成しておくことは勿論である）。

そして、このスライダ５０を第２図において軸線方向右
側へ摺動させれば板バネ４８は、鋼球４６が突条４３に
よる内方からの圧力を受けて外方に押出されるときこれ
を弾力的に押圧する力を増大し、またスライダ５０を左
方へ摺動させれば前記押圧力は無段階に緩和される。

従って、インターナルギヤ２４に対し円周方向に加わる
力（これは、後述する如くドライバービットから逆伝達
される外来の反対トルクである）が、板バネ４８による
鋼球４６の押圧力を超過すると、鋼球４６は段部４２の
突条４３上に浮上がって、ついにはこれを乗り越え円筒
ケーシング３８に対するインターナルギヤ２４の固定を
解除し、インターナルギヤ２４は円筒ケーシング３８内
で空転するに至る。

これが作用効果の説明部分で後述する動力伝達の中断で
あるっ 次に、減速機出力軸３２に接続されるラチェット機構の
詳細につき説明する。

このラチェット機構の詳細を、第１図及び第１図のＩＶ
−ＩＶ線断面として示される第４図に図示する。

第１図において、出力軸３２には、ドライバービット５
２の迅速な着脱を行うための公知のクイックチャック５
４が取付けられている。

このクイックチャック５４が出力軸３２に挿通されるス
リーブ部分の端部には、第４図に示す如くラチェット歯
車５６が刻設されている。

また、このラチェット歯車５６の半径方向外方には、三
角形状の板片からなるパウル５８が軸６０に揺動自在に
軸支されて前記ラチェット歯車５６を対向的に挟持し、
パウル５８の鋭角端はラチェット歯車５６と係合してい
る。

なお、このように対向的に配設された一対のパウル５８
゜５８にはワイヤスプリング６２，６２を係着して、夫
々のパウルに第４図において矢印Ａ 、Ｂで示す方向へ
の弾性復元力を付与する。

更に、第４図に示すように弧状に湾曲したパウル押圧レ
バー６４を円周方向に所定角度摺動自在に配設し、この
抑圧レバー６４の各先端部がその回動角度の上限におい
て前記一対のパウル５８，５８の伺れかと当接してこれ
を押圧し、このパウル５８を前記ワイヤスプリング６２
により付与された弾力に抗して各矢印ＡまたはＢ方向と
は反対方向に揺動させ得るよう、予め寸法設定しておく
。

なお、前記パウル押圧レバー６４は、第３図に示すポッ
ト型円筒キャップ６６の内部に取付けられ、このキャッ
プ６６は外装ケーシング１２に対して回動自在に配設さ
れ、適宜のクリックストップ機構により、正転、固定及
び逆転の各位置で確実に停止するようになっている。

前述したラチェット機構において、いま抑圧レバー６４
を反時計方向に摺動させれば、抑圧レバー６４の一端部
はパウル５８（第４図において左側）を押圧してこれを
若干反時計方向に揺動させる。

このためパウル５８の鋭角端はラチェット歯車５６との
係合を解除される。

従って、この場合、ラチェット歯車５６を時計方向に回
転させようとすると、第４図で右側に図示した他方のパ
ウル５８は反時計方向に揺動して（ワイヤスプリング６
２により付与された弾力に抗して）回転しようとするが
、その回転は他部材の肉厚部に当接して阻止され、従っ
て、ラチェット歯車５６の時計方向への回転は許容され
ない。

反面、ラチェット歯車５６が反時計方向へ回転しようと
するときは、左方のパウル５８の鋭角端はラチェット歯
車５６との係合を解除されているのでこれに阻止される
ことなく、また右方のパウル５８の鋭角端はラチェット
歯車５６と係合はしているものの、ワイヤスプリング６
２の弾性に抗して矢印Ｂ方向に揺動してその回転を許容
するこさになる。

以上のようにこの状態では、本体（外装ケーシング１２
）を回転させてその回転力をラチェット５６を介してド
ライバービット５２に伝達しようとするとき、反時計方
向への回転のみが伝達され、時計方向への回転は伝達さ
れず空転するので、反時計方向への片送りが達成される
。

また、抑圧レバー６４を時計方向に摺動させると、前述
したところとは逆にラチェット歯車５６は時計方向への
片送りが許容されると共に、反時計方向への回転が阻止
されることになり、更に抑圧レバー６４を中間位置に設
定すれば両方向への回転が阻止されて固定状態になるこ
とが諒解されよう。

次に、このように構成した本発明に係る電動ドライバー
の作用効果につき説明する。

先ずラチェット機構は正転位置に設定し、またスライダ
５０を調節して適宜の鋼球押圧力が得られるよう設定し
ておいて、ねじの締付けを開始する。

ねじの締付けが進行して、前述した前段のねじ締付行程
の終期に近づくと被締付対象における反対抵抗は漸増し
、所定の締付はトルク値に達成する。

このとき、ドライバービット５２を経て逆伝達された前
記反対抵抗に起因する反対負荷は出力軸３２→円盤２８
→遊星歯車２６→インターナルギヤ２４→鋼球４６→円
筒ケーシング３８の順に伝達される。

そして、この反対負荷が板バネ４８によるラジアル方向
への鋼球押圧力を克服すると、鋼球４６はインターナル
ギヤ２４の外周に設けた段部４２の突条４３を強制的に
乗越え、結果的に円筒ケーシング３８に対するインター
ナルギヤ２４の固定を解除するに至る。

このためピニオンギヤ３６からの動力伝達はここで遮断
され出力軸３２は瞬時に回転を停止してクラッチ機能が
発揮される。

従って、予め設定しておいた最適締付はトルク値で電動
ドライバーの出力軸は自動的に瞬停し、熟練や勘を全く
必要とすることがない。

この状態で、モータスイッチを切り、モータを停止させ
た後、最終段の締上げ行程に入るが、この場合は手動で
把持部１４を回動させれば、ドライバービット５２は正
転方向にラチェット接続されているので、そのまま締上
げが達成される。

通常は、この締上げは把持部１４を角度にして３０度程
度回動するだけで足りるが、何度か手首のひねり動作を
反復するときは、ラチェット機構は逆転方向にはフリー
となっているので、ドライバービット５２をねじのすり
割に嵌合させたままで操作しても、外装ケーシング１２
の反転の影響を受けることなく、また、ドライバービッ
ト５２から停止中のモータ１８に至るまでの伝動機構の
中間において前記クラッチ機能を有するインターナルギ
ヤ２４と円筒ケーシング３８の間の固定は解除され遊び
状態が保持されているので停止中のモータよりの影響を
も受けることがないから、ねじを緩ませることなくひね
り動作を把持部に加えることができる。

また、強固に締め上がったねじを緩めるときは、ラチェ
ットを逆転方向に切換えておけば最初は人力により強力
な緩め力を付与することができ、その後の行程はモータ
の機械力に依存することができる。

また、本発明ではこのように構成したため、必然的に充
電池の容量、個数も少なくすることができ、全体寸法を
極めて小さくして携行に便利なハンディなものとして製
品化することが可能となった。

なお、本発明に係る実施例を示す図面では、説明の便宜
上遊星減速機構は減速一段のものさして図示したが、実
際には二段程度に減速することが出力向上の観点から推
奨される。

また、トルク制御機構は、締付対象の材質に硬軟がある
ことを考慮すると装備しておくのが好ましいが、予め所
定のトルク値に固定的に設定しておいて簡略化を図って
もよい。

以上本発明に係る電動ドライバーにつき、好適な実施例
を挙げて説明したが、本発明はこの実施例に限定される
ものではなく、発明の精神の範囲内で多くの改良変更を
なし得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電動ドライバーの概略を示す一部
切欠断面図、第２図は本発明に使用する遊星減速機構の
拡大図、第３図は第１図に示すドライバーの外装ケーシ
ングの一部省略側面図、第４図は第１図のＩＶ−ＩＶ線
断面図である。 １０・・・・・・電動ドライバー、１２・・・・・・外
装ケーシング、１４・・・・・・抑持部、１６・・・・
・・充電池、１８・・・・・・モータ、２０・・・・・
・正逆転切換スイッチ、２２・・・・・・減速装置、２
４・・・・・・インターナルギヤ、２６・・・・・・遊
星歯車、２８・・・・・・円盤、３０・・・・・・軸、
３２・・・・・・出力軸、３４・・・・・・回転軸、３
６・・・・・・ピニオンギヤ、３８・・・・・・円筒ケ
ーシング、４０・・・・・・すべり軸受、４２・・・・
・・段部、４３・・・・・・突条、４４・・・・・・通
孔、４６・・・・・・鋼球、４８・・・・・・板バネ、
５０・・・・・・スライダ、５２・・・・・・ドライバ
ービット、５４・・・・・・クイックチャック、５６・
・・・・・ラチェット歯車、５８・・・・・・バウル、
６０・・・・・・軸、６２・・・・・・ワイヤスプリン
グ、６４・・・・・・押圧レバー、６６・・・−・・円
筒キャップ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ドライバービットを着脱自在に装着するチャック軸
   の一部にラチェット装置を装着すると共にトルク制御機
   構を設けてなる電動ドライバーにおいて、前記チャック
   軸をインターナルギヤに遊星歯車を噛合させた遊星減速
   装置を介して電動モータの出力軸に接続し、前記インタ
   ーナルギヤの一部と突合うよう弾力的に支持したクラッ
   チ機構を設けることを特徴とする電動ドライバー。 ２ ラチェット装置と電動モータの出力軸との間に正転
   方向において略１回転だけ前記ラチェット装置と電動モ
   ータとの接続を解除し得る遊び手段を介在させることか
   らなる特許請求の範囲第１項記載の電動ドライバー。 ３ クラッチ機構は、インターナルギヤの外周部に段部
   を形成し、この段部の一部に突起部を設け、一方円筒ケ
   ーシングに孔部を穿設してこの孔部に鋼球を収納し、さ
   らに前記鋼球を弾力的に支持する可調整な押圧手段を設
   けることにより構成することからなる特許請求の範囲第
   １項記載の電動ドライノぐ−８ ４押圧手段にはその押圧力を調整する摺動部材を設ける
   ことからなる特許請求の範囲第３項記載の電動ドライバ
   ー。