WO2011058855A1

WO2011058855A1 - 電動工具

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Publication number: WO2011058855A1
Application number: PCT/JP2010/068485
Authority: WO
Inventors: 陽之介青木
Original assignee: 株式会社マキタ
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2010-10-20
Publication date: 2011-05-19
Also published as: CN102596513A; US20120289377A1; EP2500143B1; JP5534783B2; BR112012011036A2; EP2500143A4; CN102596513B; US8727941B2; EP2500143A1; RU2012123963A; JP2011101920A

Abstract

　駆動側ギア（１３８，２２１）と当該駆動側ギア（１３８，２２１）に噛合い係合する被動側ギア（１３９，２３１）とを有する駆動機構により先端工具（１１９，２１９）を駆動させ、これによって当該先端工具に所定の加工作業を行なわせる電動工具であって、駆動側ギア（１３８，２２１）と被動側ギア（１３９，２３１）の噛合い係合によって生ずる軸方向又は径方向の力を測定して先端工具（１１９，２１９）に作用するトルクの状態を検知するとともに、当該検知されたトルクの状態に応じて駆動機構の駆動制御を行なう電動工具。

Description

電動工具

　本発明は、先端工具が不意にロックした場合等において工具本体に作用する反動トルクを防止することができる電動工具に関する。

　特開２００２－１５６０１０号公報（特許文献１）は、遊星歯車機構を安全クラッチとして利用する構成の手持ち式の電動工具を開示している。ハンマドリルのような電動工具では、ハンマドリル作業時には工具本体側にハンマビット回転方向と逆向きのトルク、すなわち反動トルクが作用する。そして、ハンマドリル作業中にハンマビットが不意にロックした場合、工具本体側に作用する反動トルクが増大し、工具本体が振り回される可能性がある。上記公報の電動工具では、制御手段としてのブレーキシューからなる接触素子によって遊星歯車機構における外輪部材を押圧して保持し、ドリル作業中に先端工具が不意にロックした場合に、接触素子による外輪部材の保持を解除することによって工具本体側に働く反動トルクを消去し、工具本体が振り回されるのを回避している。

　上記公報記載の電動工具は、遊星歯車機構を利用してトルクリミッターを構成したものであるが、遊星歯車機構を利用する関係で構造的に大型化することになり、この点でなお改良の余地がある。

　本発明は、上記の問題に鑑み、加工作業時に先端工具に作用するトルクの状態を簡素な構造で検知できるように改良された電動工具を提供することをその目的とする。

　上記課題を達成するため、本発明の好ましい形態によれば、駆動側ギアと当該駆動側ギアに噛合い係合する被動側ギアとを有する駆動機構により先端工具を駆動させ、これによって当該先端工具に所定の加工作業を行わせる手持式の電動工具が構成される。本発明における「電動工具」とは、典型的には、先端工具が打撃駆動及び回転駆動してハンマドリル作業を行なう電動ハンマドリル、あるいは先端工具が回転駆動して被加工材にドリル作業を行う電動ドリルがこれに該当するが、先端工具が回転駆動することで被加工材に研削あるいは研磨作業を行う電動ディスクグラインダ等の研削・研磨工具、あるいは被加工材の切断作業を行う丸鋸等の回転式切断機、あるいはネジ締め作業を行うネジ締め機等を好適に包含する。

　本発明においては、特徴的構成として、駆動側ギアと被動側ギアの噛合い係合によって生ずる軸方向又は径方向の力を測定することによって先端工具に作用するトルクの状態を検知するとともに、当該検知されたトルクの状態に応じて駆動機構の駆動制御を行なう構成とした。なお、本発明における「トルクの状態を検知する」部材としては、典型的には、歪ゲージを用いた検知器、すなわちロードセルを好適に用いることができる。また、本発明における「トルクの状態に応じて駆動機構の駆動制御を行なう」部材としては、検知部材によって測定された力が予め定めた設定値に達した場合に、駆動機構の動力伝達をクラッチによって遮断する態様、あるいはモータに対する通電を遮断する態様、あるいは駆動機構の回転動作にブレーキを掛ける態様等を好適に包含する。

　本発明によれば、駆動機構において通常備えられている既存のギアの噛合い係合によって生ずる軸方向又は径方向の力を測定する構成としたことにより、簡素な構造で先端工具に作用するトルクの状態を検知することが可能となった。

　本発明の更なる形態によれば、駆動側ギアは傘歯車によって構成されている。傘歯車には構造的に軸方向のスラスト荷重が生ずるという特性がある。本発明はかかる傘歯車の特性を利用し、先端工具に作用するトルクの状態を合理的に検知することができる。

　本発明の更なる形態によれば、駆動側ギアが傘歯車によって構成される場合において、傘歯車は、はす歯傘歯車又は曲がり歯傘歯車である。傘歯車のうち、はす歯傘歯車又は曲がり歯傘歯車は、すぐ歯傘歯車に比べてギアの噛合い係合によって生ずる軸方向のスラスト荷重が大きい。本発明によれば、傘歯車にはす歯傘歯車又は曲がり歯傘歯車を用いることによって、検知部材の検知精度を高めることができる。

　本発明の更なる形態によれば、駆動側ギアを回転自在に支持する転がり軸受を有し、トルクの状態を検知する検知部材は、転がり軸受の非回転部分に作用する軸方向のスラスト荷重を測定する構成とした。なお、本発明における「転がり軸受」としては、転動体に玉を用いた玉軸受、コロを用いたコロ軸受のいずれも適用可能である。本発明によれば、転がり軸受けの非回転部分に作用するスラスト荷重を測定する構成のため、荷重伝達領域での相対移動による摩耗問題を回避することができる。

　本発明の更なる形態によれば、先端工具は、長軸方向の直線動作と長軸方向周りに回転動作することで被加工材にハンマドリル作業を行うハンマビットとして構成されている。そして検知部材は、ハンマビットにトルクを伝達する動力伝達経路の中間領域に配置される中間軸上に設置されている。例えば、ハンマビットにトルクを伝達する最終軸（ツールホルダ）の場合であれば、トルク以外の外力が入力する可能性が高い。それに比べて専らトルク伝達に用いられる中間軸にはトルク以外の外力が作用し難いものであり、このため中間軸に軸方向又は径方向の反力として生ずるスラスト荷重又はラジアル荷重を測定する構成とすることで、安定した測定が可能となる。

　本発明の更なる形態によれば、駆動機構の駆動制御は、先端工具へのトルク伝達を遮断することでなされる。具体的には、駆動機構の駆動制御を行なう部材として、検知されたトルクの状態に応じて駆動機構から先端工具へのトルク伝達を遮断するトルク遮断機構を備えている。本発明によれば、先端工具へのトルク伝達を遮断することで、電動工具に過大な反動トルクが作用することを防止することができる。

　本発明の更なる形態によれば、トルク遮断機構は、駆動側回転部材と、被動側回転部材と、両回転部材を互いに離間させてトルクの伝達を遮断するべく付勢する付勢部材と、通電することで付勢部材の付勢力に抗して両回転部材を互いに接触させてトルクを伝達する電磁コイルとを有する電磁クラッチによって構成されている。すなわち、トルク伝達の遮断は、電磁クラッチの接続を解除することで行う構成とした。本発明によれば、トルク遮断機構として電磁クラッチを利用することによって、クラッチの制御が容易で、かつ小型化を図ることができる。

　本発明によれば、加工作業時に先端工具に作用するトルクの状態を簡素な構造で検知できるように改良された電動工具が提供されることとなった。本発明の他の特質、作用及び効果については、本明細書、特許請求の範囲、添付図面を参照することで直ちに理解可能である。

本発明の第１の実施形態に係るハンマドリルの全体構成を示す側断面図である。図１の一部を拡大して示す断面図である。本発明の第２の実施形態を説明する断面図である。本発明の第３の実施形態に係る電動丸鋸の全体構成を示す側断面図である。図４の一部を拡大して示す断面図である。

　以上および以下の記載に係る構成ないし方法は、本発明に係る「電動工具」の製造および使用、当該「電動工具」の構成要素の使用を実現せしめるべく、他の構成ないし方法と別に、あるいはこれらと組み合わせて用いることができる。本発明の代表的実施形態は、これらの組み合わせも包含し、添付図面を参照しつつ詳細に説明される。以下の詳細な説明は、本発明の好ましい適用例を実施するための詳細情報を当業者に教示するに留まり、本発明の技術的範囲は、当該詳細な説明によって制限されず、特許請求の範囲の記載に基づいて定められる。このため、以下の詳細な説明における構成や方法ステップの組み合わせは、広義の意味において、本発明を実施するのに全て必須であるというものではなく、添付図面の参照番号とともに記載された詳細な説明において、本発明の代表的形態を開示するに留まるものである。
（本発明の第１の実施形態）
　以下、本発明の第１の実施形態につき、図１～図４を参照しつつ詳細に説明する。本実施の形態は、電動工具の一例として電動式のハンマドリルを用いて説明する。図１に示すように、本実施の形態に係るハンマドリル１０１は、概括的に見て、ハンマドリル１０１の外郭を形成する工具本体としての本体部１０３と、当該本体部１０３の先端領域（図示左側）に中空状のツールホルダ１３７を介して着脱自在に取付けられたハンマビット１１９と、本体部１０３のハンマビット１１９の反対側に連接された作業者が握るハンドグリップ１０９とを主体として構成されている。ハンマビット１１９は、ツールホルダ１３７によってその長軸方向への相対的な直線動作可能に保持される。ハンマビット１１９は、本発明における「先端工具」に対応する。なお説明の便宜上、ハンマビット１１９側を前、ハンドグリップ１０９側を後という。

　本体部１０３は、駆動モータ１１１を収容したモータハウジング１０５と、運動変換機構１１３、打撃要素１１５及び動力伝達機構１１７を収容したギアハウジング１０７とによって構成されている。駆動モータ１１１、運動変換機構１１３、打撃要素１１５及び動力伝達機構１１７によって、本発明における「駆動機構」が構成される。駆動モータ１１１は、回転軸線（出力軸１１１ａ）が本体部１０３の長軸方向（ハンマビット１１９の長軸方向）と概ね直交する縦方向（図１において上下方向）となるように配置される。駆動モータ１１１のトルク（回転出力）は、運動変換機構１１３によって直線運動に適宜変換された上で打撃要素１１５に伝達され、当該打撃要素１１５を介してハンマビット１１９の長軸方向（図１における左右方向）への衝撃力を発生する。運動変換機構１１３及び打撃要素１１５によって「打撃駆動機構」が構成される。

　また、駆動モータ１１１のトルクは、動力伝達機構１１７によって回転速度が適宜減速された上でツールホルダ１３７を介してハンマビット１１９に伝達され、当該ハンマビット１１９が周方向に回転動作される。なお駆動モータ１１１は、ハンドグリップ１０９に配置されたトリガ１０９ａの引き操作によって通電駆動される。動力伝達機構１１７によって「回転駆動機構」が構成される。

　図２に示すように、運動変換機構１１３は、駆動モータ１１１の出力軸（回転軸）１１１ａに形成され、水平面内にて回転駆動される第１駆動ギア１２１、当該第１駆動ギア１２１に噛み合い係合する被動ギア１２３、当該被動ギア１２３が固定されたクランク軸１２２、クランク軸１２２とともに水平面内にて回転するクランク板１２５、当該クランク板１２５に偏心軸１２６を介して遊嵌状に連接されたクランクアーム１２７、当該クランクアーム１２７に連結軸１２８を介して取り付けられた駆動子としてのピストン１２９を主体として構成される。駆動モータ１１１の出力軸１１１ａとクランク軸１２２は、互いに平行にかつ横並びに配置される。上記のクランク軸１２２、クランク板１２５、偏心軸１２６、クランクアーム１２７、ピストン１２９によってクランク機構が構成される。ピストン１２９は、シリンダ１４１内に摺動自在に配置されており、駆動モータ１１１が通電駆動されることに伴い当該シリンダ１４１に沿ってハンマビット長軸方向の直線動作を行う。

　打撃要素１１５は、シリンダ１４１のボア内壁に摺動自在に配置された打撃子としてのストライカ１４３と、ツールホルダ１３７に摺動自在に配置されるとともに、ストライカ１４３の運動エネルギをハンマビット１１９に伝達する中間子としてのインパクトボルト１４５とを主体として構成される。シリンダ１４１は、ピストン１２９及びストライカ１４３によって仕切られる空気室１４１ａを有する。ストライカ１４３は、ピストン１２９の摺動動作に伴う空気室１４１ａの圧力変動（空気バネ）を介して駆動され、ツールホルダ１３７に摺動自在に配置されたインパクトボルト１４５に衝突（打撃）し、当該インパクトボルト１４５を介してハンマビット１１９に打撃力を伝達する。すなわち、ハンマビット１１９を打撃駆動する運動変換機構１１３及び打撃要素１１５は、駆動モータ１１１と直結する構造である。

　動力伝達機構１１７は、第２駆動ギア１３１、第１中間ギア１３２、第１中間軸１３３、電磁クラッチ１３４、第２中間ギア１３５、機械式トルクリミッター１４７、第２中間軸１３６、小ベベルギア１３８、大ベベルギア１３９及びツールホルダ１３７を主体として構成され、駆動モータ１１１のトルクをハンマビット１１９に伝達する。第２駆動ギア１３１は、駆動モータ１１１の出力軸１１１ａに固定され、第１駆動ギア１２１と共に水平面内にて回転駆動される。トルク伝達経路において、出力軸１１１ａの下流側に位置する第１中間軸１３３及び第２中間軸１３６は、出力軸１１１ａに対して平行かつ横並びに配置される。第１中間軸１３３は、クラッチ搭載用の軸として備えられており、出力軸１１１ａと第２中間軸１３６との間に配置されるとともに、第２駆動ギア１３１と常時に噛み合い係合する第１中間ギア１３２により電磁クラッチ１３４を経て回転駆動される。なお、第１中間ギア１３２は、第２駆動ギア１３１に対して概ね等速となるよう速度比が設定されている。

　電磁クラッチ１３４は、駆動モータ１１１とハンマビット１１９との間、換言すれば出力軸１１１ａと第２中間軸１３６との間において、トルクを伝達し又はトルクの伝達を遮断するものであり、トルク遮断機構を構成している。すなわち、電磁クラッチ１３４は、ハンマドリル作業中において、ハンマビット１１９が不意にロックすることによって本体部１０３側に作用する反動トルクが異常に増大した場合に、トルク伝達を遮断することで本体部１０３が振り回されることを防止する手段として備えられ、第１中間軸１３３上に設定されている。上記のように、ハンマビット１１９を回転駆動する動力伝達機構１１７は、電磁クラッチ１３４を介して駆動モータ１１１のトルクが伝達又は遮断される構造とされる。なお、電磁クラッチ１３４は、第１中間軸１３３の長軸方向において第１中間ギア１３２の上方に配置されており、ストライカ１４３の動作軸線（打撃軸線）に対して第１中間ギア１３２よりも近接されている。

　電磁クラッチ１３４は、長軸方向において互いに対向する円形カップ状の駆動側回転部材１６１と円盤状の被動側回転部材１６３、当該駆動側回転部材１６１と被動側回転部材１６３との結合（摩擦接触）を解除させる方向へと常時に付勢する付勢部材としてのバネディスク１６７、及び通電することでバネディスク１６７の付勢力に抗して駆動側回転部材１６１を被動側回転部材１６３に結合させる電磁コイル１６５を主体として構成されている。

　駆動側クラッチ部としての駆動側回転部材１６１は、下方に向けて突出する軸部（ボス部）１６１ａを有し、当該軸部１６１ａが第１中間軸１３３に対し長軸方向周りに相対回転可能に取り付けられるとともに、当該軸部１６１ａの外面には第１中間ギア１３２が固定されている。従って、駆動側回転部材１６１と第１中間ギア１３２は一体に回転する構成とされる。一方、被動側クラッチ部としての被動側回転部材１６３は、下方に向けて突出する軸部（ボス部）１６３ａを有し、当該軸部１６３ａが第１中間軸１３３の長軸方向の一端（上端）側に固定されて一体化されている。これにより、被動側回転部材１６３は、駆動側回転部材１６１に対して相対回転自在とされている。そして、被動側回転部材１６３の軸部１６３ａと一体化された第１中間軸１３３を軸部１６３ａの一部として見ると、当該軸部１６３ａと駆動側回転部材１６１の軸部１６１ａとは同軸上において径方向の内外に配置された構成とされる。すなわち、被動側回転部材１６３の軸部１６３ａが径方向内側に配置され、駆動側回転部材１６１の軸部１６１ａが径方向外側に配置されている。駆動側回転部材１６１の軸部１６１ａ、被動側回転部材１６３の軸部１６３ａ及び第１中間軸１３３によってクラッチ軸が構成される。

　また、駆動側回転部材１６１は、径方向において内周領域１６２ａと外周領域１６２ｂとに分割されるとともに、両領域１６２ａ，１６２ｂがバネディスク１６７によって長軸方向への相対移動可能に接合された構成とされており、外周領域１６２ｂが被動側回転部材１６３に対して摩擦接触する可動部材として設定される。上記のように構成される電磁クラッチ１３４は、コントローラ１５７からの指令に基づく電磁コイル１６５の電流の断続によって駆動側回転部材１６１の外周領域１６２ｂが長軸方向に変位し、被動側回転部材１６３に対して結合（摩擦接触）されることでトルクを伝達し、あるいは結合が解除されることでトルクの伝達を遮断する。

　また、第１中間軸１３３の長軸方向の他端（下端）には、第２中間ギア１３５が固定されており、当該第２中間ギア１３５のトルクは、機械式トルクリミッター１４７を介して第２中間軸１３６に伝達されるよう構成されている。機械式トルクリミッター１４７は、ハンマビット１１９にかかる過負荷に対する安全装置として備えられ、ハンマビット１１９に設計値（以下、最大伝達トルク値ともいう）を超える過大なトルクが作用したとき、ハンマビット１１９へのトルク伝達を遮断するものであり、第２中間軸１３６上に同軸で取り付けられている。

　機械式トルクリミッター１４７は、第２中間ギア１３５と噛み合い係合する第３中間ギア１４８ａを有するとともに、第２中間軸１３６に遊嵌状に嵌合された駆動側部材１４８と、第２中間軸１３６に遊嵌状に嵌合されるとともにキー１４９ａによって連結された中空状の被動側部材１４９を有する。そして、詳細については便宜上図示を省略するが、第２中間軸１３６に作用するトルク値（ハンマビット１１９に作用するトルク値に相当する）が、スプリング１４７ａによって予め定めた最大伝達トルク値以下であれば、駆動側部材１４８と被動側部材１４９間でトルク伝達し、第２中間軸１３６に作用するトルク値が最大伝達トルク値を超えたときには、駆動側部材１４８と被動側部材１４９間でのトルク伝達を遮断するように構成されている。なお、駆動側部材１４８の第３中間ギア１４８ａは、第２中間ギア１３５に対して減速されるよう速度比が設定されている。

　第１中間軸１３３から機械式トルクリミッター１４７を経て第２中間軸１３６へと伝達されたトルクは、当該第２中間軸１３６に一体に形成された小ベベルギア１３８から当該小ベベルギア１３８に噛み合い係合して鉛直面内にて回転する大ベベルギア１３９へと回転速度が減速されて伝達され、更には大ベベルギア１３９のトルクが、当該大ベベルギア１３９と結合された最終出力軸としてのツールホルダ１３７を介してハンマビット１１９へと伝達される構成とされる。第２中間軸１３６は、上下の軸受（ボールベアリング）１５１，１５２によって回転自在に支持されており、下部の軸受１５２がギアハウジング１０７に取付けられたカップ状の軸受カバー１５３に収容されている。

　駆動モータ１１１のトルクをハンマビット１１９に伝達する際、小ベベルギア１３８には、その構造上大ベベルギア１３９との噛合い係合によって軸方向及び径方向の力（駆動反力）が生じ、この力は小ベベルギア１３８と一体の第２中間軸１３６にそれぞれスラスト荷重及びラジアル荷重として作用する。本実施の形態では、この荷重のうちのスラスト荷重を、歪ゲージ式荷重センサとしてのロードセル１５５によって検知し、当該検知されたスラスト荷重によってハンマビット１１９に作用するトルク状態を判別する構成とされる。小ベベルギア１３８は、本発明における「駆動側ギア」に対応し、大ベベルギア１３９は、本発明における「被動側ギア」に対応し、ロードセル１５５は、本発明における「検知手段」に対応する。

　小ベベルギア１３８は、大ベベルギア１３９に対し当該大ベベルギア１３９の鉛直面内下部領域において噛合い係合しており、このため、第２中間軸１３６には図２に矢印で示すように、スラスト荷重が下向きに作用する。ギアハウジング１０７の下部領域には、ロードセル１５５が第２中間軸１３６の下部の軸受１５２を収容する軸受カバー１５３の軸方向端面と対向するように固定状に取付けられており、当該ロードセル１５５のゲージ部分が軸受カバー１５３の軸方向端面、すなわち第２中間軸１３６の長軸方向と交差する方向の平面に対して接触した状態に配置される。そして、第２中間軸１３６、下部の軸受１５２及び軸受カバー１５３を経て入力されるスラスト荷重を測定する構成とされる。本実施の形態では、小ベベルギア１３８として、歯すじが回転軸に対して斜めにねじった方向に切ってある曲がり歯傘歯車が用いられている。曲がり歯傘歯車を採用することで歯すじが回転軸に対して平行に切られているすぐ歯傘歯車よりも大きい軸方向のスラスト荷重を得ることができる。

　ロードセル１５５によって測定された測定値は、コントローラ１５７へ出力される。コントローラ１５７は、ロードセル１５５から入力された測定値が予め定めた指定荷重値に達した場合に、電磁クラッチ１３４の電磁コイル１６５に対する通電遮断指令を出力し、当該電磁クラッチ１３４の結合を解除する構成とされる。なお、便宜上図示を省略するが、指定荷重値については、指定荷重値調整手段（例えばダイヤル）の外部操作によって作業者が手動操作で任意に変更可能（調整可能）とされている。また、指定荷重値調整手段により調整される指定荷重値は、機械式トルクリミッター１４７のスプリング１４７ａによって設定される最大伝達トルク値よりも低い範囲内に制限されている。コントローラ１５７は、クラッチ制御装置を構成し、本発明における「制御手段」に対応する。

　上記のように構成されたハンマドリル１０１において、ハンドグリップ１０９を把持した作業者がトリガ１０９ａを引き操作して駆動モータ１１１を通電駆動すると、運動変換機構１１３を介してピストン１２９がシリンダ１４１に沿って直線状に摺動動作されることに伴う当該シリンダ１４１の空気室１４１ａ内の空気の圧力変化、すなわち空気バネの作用により、ストライカ１４３がシリンダ１４１内を直線運動する。ストライカ１４３は、インパクトボルト１４５に衝突することで、その運動エネルギをハンマビット１１９に伝達する。

　一方、駆動モータ１１１のトルクは、動力伝達機構１１７を介してツールホルダ１３７に伝達される。これにより、当該ツールホルダ１３７が鉛直面内にて回転駆動されるとともに、当該ツールホルダ１３７と共にハンマビット１１９が一体に回転される。かくして、ハンマビット１１９が軸方向のハンマ動作と周方向のドリル動作を行い、被加工材（コンクリート）にハンマドリル作業（穴開け作業）を遂行する。

　なお、本実施の形態に係るハンマドリル１０１は、上述したハンマビット１１９にハンマ動作と周方向のドリル動作とを行わせる、ハンマドリルモードでの作業態様のほか、ハンマビット１１９にドリル動作のみを行わせる、ドリルモードでの作業態様、あるいはハンマビット１１９にハンマ動作のみを行わせる、ハンマモードでの作業態様に切替えることが可能とされている。そして、ハンマビット１１９が周方向のドリル動作を行う作業モード（ハンマドリルモード及びドリルモード）に切り替えられた（検出された）ときに、コントローラ１５７が電磁クラッチ１３４の電磁コイル１６５の通電指令を出力するように構成される。モードの切替機構については、本発明に直接関係しないため、その説明については省略する。

　上記のハンマドリル作業中においては、前述したように、小ベベルギア１３８及び第２中間軸１３６に生ずるスラスト荷重値をロードセル１５５が測定してコントローラ１５７に出力する。そして、何らかの原因によってハンマビット１１９が不意にロックし、当該ハンマビット１１９の反動トルクが増大すると、それに伴い小ベベルギア１３８及び第２中間軸１３６に作用するスラスト荷重も増大する。そして、ロードセル１５５からコントローラ１５７に入力されるスラスト荷重の測定値が指定した指定荷重値に達したときに、コントローラ１５７は電磁クラッチ１３４の結合を解除するべく電磁コイル１６５の通電遮断指令を出力する。このため、電磁コイル１６５の通電が遮断し、それに伴い電磁力が消えることで駆動側回転部材１６１の外周領域１６２ｂがバネディスク１６７の付勢力によって被動側回転部材１６３から引き離される。

　すなわち、ハンマビット１１９が不意にロックしたような場合、電磁クラッチ１３４がトルク伝達状態からトルク遮断状態に切り替わり、駆動モータ１１１からハンマビット１１９へのトルク伝達が遮断される。これによりハンマビット１１９がロックしたことに起因して本体部１０３に作用する過大な反動トルクによって当該本体部１０３が振り回されることを防止することができる。コントローラ１５７による電磁クラッチ１３４のトルク伝達状態からトルク遮断状態への切り替え制御は、本発明における「駆動機構の駆動制御」に対応する。

　上記のように、本実施の形態によれば、駆動モータ１１１のトルクをハンマビット１１９へと伝達する際に小ベベルギア１３８と大ベベルギア１３９との噛合い係合によって生ずる軸方向の力を、第２中間軸１３６のスラスト荷重としてロードセル１５５によって測定し、その測定結果に基づいてハンマビット１１９に作用するトルクの状態を検知する構成としている。すなわち、本実施の形態では、駆動モータ１１１のトルクをハンマビット１１９に伝達する動力伝達機構１１７において既存の部材である、小ベベルギア１３８と大ベベルギア１３９の噛合い係合によって生ずるスラスト荷重をロードセル１５５によって測定する構成としたので、簡素な構造でハンマビット１１９に作用するトルクの状態を検知することが可能となった。

　また、本実施の形態では、ベベルギアとして知られている、すぐ歯傘歯車、はす歯傘歯車、曲がり歯傘歯車のうち、トルク伝達の際に最も大きいスラスト荷重が生ずる曲がり歯傘歯車を利用したので、ロードセル１５５の測定精度を高めることができる。
　また、本実施の形態においては、ロードセル１５５が第２中間軸１３６のスラスト荷重を、軸受１５２の非回転部分である外輪１５２ａから軸受カバー１５３を介して受ける構成としている。このため、スラスト荷重のロードセル１５５への伝達が非回転状態で行われることから、摩耗問題が生じない。

　また、本実施の形態では、動力伝達機構１１７における動力伝達経路の中間領域に配置される第２中間軸１３６のスラスト荷重をロードセル１５５によって測定する構成としている。この第２中間軸１３６は、専らトルク伝達に用いられる軸であり、例えば最終軸であるツールホルダ１３７に比べると、外力が殆ど作用しない。このため、第２中間軸１３６のスラスト荷重を測定する構成とすることで、安定した測定が可能となる。また、スラスト荷重を測定する構成の場合には、軸振れの影響を受け難いものとなり、このことからも安定した測定が可能とされる。

　また、本実施の形態では、駆動モータ１１１のハンマビット１１９へのトルク伝達を遮断する手段として電磁クラッチ１３４を用いているため、トルクの遮断制御を容易に行うことができる。

　第２中間軸１３６上に配置されている機械式トルクリミッター１４７において、駆動側部材１４８の第３中間ギア１４８ａは、第２中間ギア１３５に対して大きな速度比で減速されるよう設定されている。このため、機械式トルクリミッター１４７は、大径であり重量物となる。そこで、この実施の形態においては、機械式トルクリミッター１４７の被動側部材１４９を、第２中間軸１３６に対してキー１４９ａを介して連結することによって長軸方向への相対移動を許容する構成としている。これによりロードセル１７１による第２中間軸１３６のスラスト荷重の測定につき、重量物である機械式トルクリミッター１４７の振動あるいは重量の影響を受け難いものとなり、スラスト荷重の安定した検知が可能となる。

（本発明の第２の実施形態）
　次に本発明の第２の実施形態につき、図３を参照しつつ説明する。この実施形態は、第１の実施形態の変更例である。すなわち、ハンマドリル１０１において、駆動モータ１１１のトルクをハンマビット１１９に伝達する際、小ベベルギア１３８と大ベベルギア１３９との噛合い係合によって生ずる軸方向及び径方向のうちの径方向の力を、第２中間軸１３６のラジアル荷重として検知する構成としたものであり、この点以外の構成については、前述した第１の実施形態と同様に構成される。従って、第１の実施形態と同一の構成部材については、その説明を省略又は簡略にする。

　図３に示すように、この実施の形態では、第２中間軸１３６の下部の軸受１５２を収容するカップ状の軸受カバー１５３の外周領域にロードセル１７１を配置し、第２中間軸１３６のラジアル荷重を下部の軸受１５２及び軸受カバー１５３を介して測定する構成とされる。そして測定された測定値は、コントローラ１５７へと出力される。図３には第２中間軸１３６に作用するラジアル荷重が矢印によって示される。

　従って、ハンマドリル作業中において、ハンマビット１１９が不意にロックし、当該ハンマビット１１９のトルクが増大すると、それに伴い小ベベルギア１３８及び第２中間軸１３６に作用するラジアル荷重も増大する。そして、ロードセル１５５からコントローラ１５７に入力されるラジアル荷重の測定値が指定した指定荷重値に達したときに、コントローラ１５７は電磁クラッチ１３４の結合を解除するべく電磁コイル１６５の通電遮断指令を出力する。このため、電磁クラッチ１３４がトルク伝達状態からトルク遮断状態に切り替わり、駆動モータ１１１からハンマビット１１９へのトルク伝達が遮断され、これにより本体部１０３に作用する過大な反動トルクで当該本体部１０３が振り回されることを防止することができる。
　上記のように構成された第２の実施形態によれば、前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

　なお、上述した第１及び第２の実施形態では、ロードセル１５５の測定値が指定荷重値を超えた場合に、電磁クラッチ１３４のトルク伝達を遮断する構成としたが、例えば作業者が指定荷重値を高めに設定した上で、予めハンマビット１１９のロックに備えるような体勢で加工作業を遂行することも想定される。そのため、かかる状態に対応するべく、コントローラ１５７において、ロードセル１５５から出力されるトルクの平均値をモニターし、異常なトルク上昇と判断したとき、あるいは単位時間内におけるトルク値の上昇率によって異常なトルク上昇と判断したときに、電磁クラッチ１３４の第１中間ギア１３２との結合を解除するように構成することができる。このような構成としたときは、ハンマビット１１９が不意にロックしたとき、電磁クラッチ１３４によるトルク伝達の遮断を確実に行うことができる。この場合において、トルクが急激に上昇する際の上昇率を調整するようにしても構わない。

　また、第１及び第２の実施形態においては、トルク遮断機構として電磁クラッチ１３４を用いて説明したが、電磁クラッチ１３４に変えて駆動モータ１１１に対する通電を遮断する通電遮断装置あるいは回転運動を停止・減速させるブレーキ等を用いることも可能である。
　また、第１及び第２の実施形態では、駆動側ギアとしての小ベベルギア１３８が第２中間軸１３６に一体に形成されている場合で説明したが、これを別体構造とし、キーあるいはスプライン嵌合等を用いて軸方向に相対移動可能に連結する構成に変更してもよい。

（本発明の第３の実施形態）
　次に本発明の第３の実施形態につき、図４及び図５を参照して説明する。この実施の形態は、電動丸鋸２０１に適用した例である。電動丸鋸２０１は、円盤状のブレード（のこ刃）２１９による被加工材の切断作業中において当該ブレード２１９に過大なトルクが作用したような場合に、切断方向の後方へ下がりつつ浮き上がる、いわゆるキックバックという現象が生ずる可能性がある。本実施の形態は、このキックバックを防止あるいは軽減することを課題としている。

　本実施の形態に係る電動丸鋸２０１は、図４に示すように、概括的に、被加工材上に載置可能なベース２０２と、当該ベース２０２に連接された工具本体としての丸鋸本体部２０３とを有する。なお被加工材は便宜上図示しない。

　丸鋸本体部２０３は、鉛直面内で回転される円板状のブレード２１９の概ね上半分を覆蓋するブレードケース２０４、駆動モータ２１１を収容するモータハウジング２０５、動力伝達機構２１７を収容するギアハウジング２０７、及び作業者が把持して電動丸鋸２０１を操作するハンドグリップ（ハンドル部）２０９を主体として構成される。ブレード２１９は、本発明における「先端工具」に対応し、駆動モータ２１１及び動力伝達機構２１７によって、本発明における「駆動機構」が構成される。なお、ブレードケース２０４とギアハウジング２０７は互いに接合されて一体化されており、またモータハウジング２０５はギアハウジング２０７にボルト２０６によって接合されている。またハンドグリップ２０９は、モータハウジング２０５の上方に一体状に設けられるとともに、駆動モータ２１１を通電駆動するためのトリガスイッチ（便宜上図示を省略する）を備えている。

　駆動モータ２１１は、回転軸線（出力軸２１１ａ）方向がブレード２１９の回転軸線と平行、従って切断作業時における電動丸鋸２０１の移動方向と直交する方向となるように配置されている。駆動モータ２１１の出力軸２１１ａは、概ね水平状に延在するとともに、軸方向の両端部においてそれぞれ軸受（ボールベアリング）２１３，２１５によって回転自在に支持されている。

　図５に示すように、出力軸２１１ａの一端（先端）部側（ブレード２１９側）には、駆動ギア２２１がスプライン嵌合されて長軸方向への相対移動が許容された状態で一体回動するように取付けられている。駆動ギア２２１のブレード２１９側（駆動モータ２１１の反対側）端部には、歯部よりも小径の軸部２２１ａが形成されており、当該軸部２２１ａが軸受（ボールベアリング）２２３によってギアハウジング２０７に回転自在に支持されている。軸受２２３は、カップ状の軸受カバー２２５によってブレードケース２０４に支持されている。

　図４に示すように、動力伝達機構２１７は、出力軸２１１ａに取付けられた駆動ギア２２１と、当該駆動ギア２２１と噛合い係合する被動ギア２３１と、当該被動ギア２３１が取付けられたブレード軸２３３とを主体として構成されている。ブレード軸２３３は、駆動モータ２１１の出力軸２１１ａと平行に配置され、長軸方向の一端側が軸受（ボールベアリング）２３５によってブレードケース２０４に回転自在に支持され、他端側が軸受（ニードルベアリング）２３７によってギアハウジング２０７に回転自在に支持されている。被動ギア２３１は、ブレード軸２３３に圧入によって結合され、ブレード軸２３３と一体回転するよう取付けられている。なお、ブレード軸２３３の先端には、ブレード２１９が着脱自在に装着される。

　本実施の形態においては、駆動ギア２２１と被動ギア２３１は、共にはす歯歯車（ヘリカルギア）によって構成されている。このため、ブレード２１９の回転駆動時において、互いに噛合い係合する駆動ギア２２１と被動ギア２３１間でのトルク伝達の際に、当該駆動ギア２２１には軸方向及び径方向の力、すなわちスラスト荷重とラジアル荷重が作用する。本実施の形態では、図５に矢印で示すように、駆動ギア２２１に出力軸２１１ａの先端側（ブレード２１９側）に向ってスラスト荷重が生ずる設定とし、当該スラスト荷重を歪ゲージ式荷重センサとしてのロードセル２５５によって検知し、当該検知されたスラスト荷重によってブレード２１９に作用するトルク状態を判別する構成とされる。駆動ギア２２１は、本発明における「駆動側ギア」に対応し、被動ギア２３１は、本発明における「被動側ギア」に対応し、ロードセル２５５は、本発明における「検知手段」に対応する。

　ロードセル２５５は、駆動ギア２２１の先端領域（出力軸２１１ａの先端領域）において、軸受カバー２２５と対向するようにブレードケース２０４に固定状に取付けられており、当該ロードセル２５５のゲージ部分が軸受カバー２２５の軸方向端面、すなわち駆動ギア２２１の軸方向と交差する方向の平面に対して接触するよう配置される。そして、駆動ギア２２１、軸受２２３及び軸受カバー２２５を経て入力されるスラスト荷重を測定する構成とされる。

　ロードセル２５５によって測定された測定値は、駆動モータ２１１を駆動制御するコントローラ（便宜上図示を省略する）へ出力される。コントローラは、ロードセル２５５から入力された測定値が予め定めた指定荷重値に達した場合に、駆動モータ２１１を停止するべく通電遮断指令を出力する構成とされる。コントローラの通電遮断指令による駆動モータ２１１の停止制御は、本発明における「駆動機構の駆動制御」に対応する。なお、指定荷重値については、指定荷重値調整手段（例えばダイヤル）の外部操作によって作業者が手動操作で任意に変更可能（調整可能）に構成することが好ましい。

　上記のように構成された電動丸鋸２０１において、作業者は、電動丸鋸２０１のハンドグリップ２０９を把持し、トリガスイッチの引き絞り操作により駆動モータ２１１を通電駆動してブレード２１９を回転駆動後、切断すべき被加工材上にベース２０２の前端部を載置して前方へ移動させることにより、ブレード２１９による当該被加工材の切断作業を遂行することができる。

　上記の切断作業中において、前述したように、駆動ギア２２１に生ずるスラスト荷重をロードセル２５５が測定してコントローラに出力する。そして、何らかの原因によってブレード２１９に作用するトルクが増大すると、それに伴い駆動ギア２２１に作用するスラスト荷重も増大する。そして、ロードセル２５５からコントローラに入力されるスラスト荷重の測定値が指定した指定荷重値に達したときに、コントローラが駆動モータ２１１に対する通電遮断指令を出力する。これにより当該駆動モータ２１１が停止し、ブレード２１９に過大なトルクが作用した場合の電動丸鋸２０１のキックバックを防止あるいは軽減することができる。

　上記のように、本実施の形態では、駆動モータ２１１のトルクをブレード２１９に伝達する動力伝達機構２１７において既存の部材である、駆動ギア２２１と被動ギア２３１の噛合い係合によって生ずる軸方向のスラスト荷重を測定する構成のため、第１の実施形態の場合と同様、簡素な構造でブレード２１９に作用するトルクの状態を判別することが可能となった。

　また、本実施の形態においては、ロードセル２５５が駆動ギア２２１のスラスト荷重を軸受２２３の非回転部分である外輪２２３ａから軸受カバー２２５を介して受ける構成としている。このため、スラスト荷重のロードセル２５５への伝達が非回転状態で行われることから、摩耗問題が生じない。また、スラスト荷重を測定する構成の場合には、軸振れの影響を受け難いものとなり、このことからも安定した測定が可能とされる。

　なお、便宜上図示を省略するが、上述した第３の実施形態の変形例として、ブレード軸２３３に取付けられる被動ギア２３１のスラスト荷重をロードセル２５５によって測定することによってブレード２１９に作用するトルクの状態を検知する構成とすることも可能である。

　被動ギア２３１が取付けられるブレード軸２３３は、ブレード２１９を経て軸方向及び径方向に外力（振動）が作用する軸である。このため、被動ギア２３１に作用するスラスト荷重をロードセル２５５で検知する構成の場合、ブレード軸２３３に入力する外力がロードセル２５５の検知精度に悪影響を及ぼすことになる。

　そこで、この変形例では、本実施の形態では、被動ギア２３１をブレード軸２３３に対してキーあるいはスプライン嵌合を介して一体回転可能にかつ長軸方向への相対移動可能に連結するとともに、軸受２３７を図示のニードルベアリングから、例えばボールベアリングに変更し、当該ボールベアリングを経て作用する被動ギア２３１のスラスト荷重をロードセル（便宜上図示を省略する）によって検知する構成とし、あるいはボールベアリングを収容する軸受カバーを被動ギア２３１の軸方向一端側と当接するように設け、そして当該ボールベアリング及び軸受カバーを経て作用する被動ギア２３１のスラスト荷重をロードセル（便宜上図示を省略する）によって検知する構成とする。

　すなわち、変形例によれば、上記のように構成したことにより、ブレード軸２３４に作用する外力の影響を受けることなく、当該ブレード軸２３４上の被動ギア２３１に作用するスラスト荷重をロードセルによって安定して測定することが可能となる。そして当該測定された測定値に基づいてブレード２１９に作用するトルクの状態を検知し、ブレード２１９に過大なトルクが作用した場合には、駆動モータ２１１の通電を遮断することによってブレード２１９の回転駆動を停止し、電動丸鋸２０１のキックバックを防止あるいは軽減することができる。

　なお、第３の実施形態及び変形例では、ブレード２１９のトルクの状態が異常であると判断した場合、駆動モータ２１１の通電を遮断してブレード２１９の回転駆動を停止するとしたが、例えば駆動モータ２１１の回転速度を適正速度まで落とすといった速度制御を行う構成に変更することも可能である。

　また、電動工具の一例として電動ハンマドリル１０１と電動丸鋸２０１の場合で説明したが、それら以外の電動工具、例えば研削や研磨作業に用いられる電動ディスクグラインダ、あるいはネジ締め作業を行うネジ締め機等にも適用することが可能である。

　上記発明の趣旨に鑑み、下記のごとき態様が構成可能である。
（態様１）
　「請求項６に記載の電動工具であって、
　前記転がり軸受を収容する軸受カバーを有し、前記ロードセルは、前記軸受カバーの軸方向端面の平面に対して当接した状態で配置されていることを特徴とする電動工具。」

（態様２）
　「請求項６又は態様１に記載の電動工具であって、
　前記先端工具に予め定めた最大伝達トルク値を超えるトルクが作用した場合に当該先端工具へのトルク伝達を遮断するトルクリミッターを有し、前記トルクリミッターは、前記駆動ギアと共に回転する軸に対し一体回転可能にかつ長軸方向には相対移動可能に取付けられていることを特徴とする電動工具。」

（態様３）
　「請求項１～５のいずれか１つに記載の電動工具であって、
　前記駆動側ギアを回転自在に支持する転がり軸受を有し、前記トルクの状態を検知する検知部材は、前記転がり軸受の非回転部分に径方向に作用するラジアル荷重を測定することを特徴とする電動工具。」

（態様４）
　「請求項１に記載の電動工具であって、
　前記先端工具は、軸周りに回転動作することで被加工材の切断作業を行うブレードとして構成されていることを特徴とする電動工具。」

（態様５）
　「態様４に記載の電動工具であって、
　前記駆動側ギアは、前記モータの軸に対し一体回転可能にかつ長軸方向に相対移動可能に取付けられており、前記駆動側ギアを回転自在に支持する転がり軸受を有し、前記トルクの状態を検知する検知部材は、前記転がり軸受の非回転部分に作用する軸方向のスラスト荷重を測定するロードセルによって構成されていることを特徴とする電動工具。」

（態様６）
　「態様４に記載の電動工具であって、
　前記被動側ギアは、前記ブレードの軸に対し一体回転可能にかつ長軸方向に相対移動可能に取付けられており、前記トルクの状態を検知する検知部材は、前記被動側ギアに作用する軸方向のスラスト荷重を測定するロードセルによって構成されていることを特徴とする電動工具。」

１０１　ハンマドリル（電動工具）
１０３　本体部（工具本体）
１０５　モータハウジング
１０７　ギアハウジング
１０９　ハンドグリップ
１０９ａ　トリガ
１１１　駆動モータ（駆動機構）
１１１ａ　出力軸
１１３　運動変換機構（駆動機構）
１１５　打撃要素（駆動機構）
１１７　動力伝達機構（駆動機構）
１１９　ハンマビット（先端工具）
１２１　第１駆動ギア
１２２　クランク軸
１２３　被動ギア
１２５　クランク板
１２６　偏心軸
１２７　クランクアーム
１２８　連結軸
１２９　ピストン
１３１　第２駆動ギア
１３２　第１中間ギア
１３３　第１中間軸
１３４　電磁クラッチ（クラッチ）
１３５　第２中間ギア
１３６　第２中間軸
１３７　ツールホルダ
１３８　小ベベルギア（駆動側ギア）
１３９　大ベベルギア（被動側ギア）
１４１　シリンダ
１４１ａ　空気室
１４３　ストライカ
１４５　インパクトボルト
１４７　機械式トルクリミッター
１４７ａ　スプリング
１４８　駆動側部材
１４８ａ　第３中間ギア
１４９　被動側部材
１４９ａ　キー
１５１　上部の軸受
１５２　下部の軸受
１５２ａ　外輪
１５３　軸受カバー
１５５　ロードセル（検知手段）
１５７　コントローラ（制御手段）
１６１　駆動側回転部材
１６１ａ　軸部
１６２ａ　内周領域
１６２ｂ　外周領域
１６３　被動側回転部材
１６３ａ　軸部
１６５　電磁コイル
１６７　バネディスク
１７１　ロードセル（検知手段）
２０１　電動丸鋸（電動工具）
２０２　ベース
２０３　丸鋸本体部（工具本体）
２０４　ブレードケース
２０５　モータハウジング
２０６　ボルト
２０７　ギアハウジング
２０９　ハンドグリップ
２１１　駆動モータ（駆動機構）
２１１ａ　出力軸
２１３　軸受
２１５　軸受
２１７　動力伝達機構（駆動機構）
２１９　ブレード（先端工具）
２２１　駆動ギア（駆動側ギア）
２２１ａ　軸部
２２３　軸受
２２５　軸受カバー
２３１　被動ギア（被動側ギア）
２３３　ブレード軸
２３５　軸受
２３７　軸受
２５５　ロードセル（検知手段）

Claims

　駆動側ギアと当該駆動側ギアに噛合い係合する被動側ギアとを有する駆動機構により先端工具を駆動させ、これによって当該先端工具に所定の加工作業を行なわせる電動工具であって、
　前記駆動側ギアと前記被動側ギアの噛合い係合によって生ずる軸方向又は径方向の力を測定して前記先端工具に作用するトルクの状態を検知するとともに、当該検知されたトルクの状態に応じて前記駆動機構の駆動制御を行なうことを特徴とする電動工具。
　請求項１に記載の電動工具であって、
　前記トルクの状態を検知する検知部材として、前記駆動ギアの軸方向に作用するスラスト荷重又は径方向に作用するラジアル荷重を測定するロードセルを有することを特徴とする電動工具。
　請求項１に記載の電動工具であって、
　前記駆動機構の駆動制御を行なう部材として、検知されたトルクの状態に応じて前記駆動機構から前記先端工具へのトルク伝達を遮断するトルク遮断機構を有することを特徴とする電動工具。
　請求項１又は２に記載の電動工具であって、
　前記駆動側ギアは傘歯車によって構成されていることを特徴とする電動工具。
　請求項４に記載の電動工具であって、
　前記傘歯車は、はす歯傘歯車又は曲がり歯傘歯車であることを特徴とする電動工具。
　請求項１～５のいずれか１つに記載の電動工具であって、
　前記駆動側ギアを回転自在に支持する転がり軸受を有し、前記トルクの状態を検知する検知部材は、前記転がり軸受の非回転部分に作用する軸方向のスラスト荷重を測定することを特徴とする電動工具。
　請求項１～６のいずれか１つに記載の電動工具であって、
　前記先端工具は、長軸方向の直線動作及び長軸方向周りに回転動作することで被加工材にハンマドリル作業を行うハンマビットとして構成されており、
　前記トルクの状態を検知する検知部材は、前記ハンマビットにトルクを伝達する動力伝達経路の中間領域に配置される中間軸上に設置されていることを特徴とする電動工具。
　請求項３に記載の電動工具であって、
　前記トルク遮断機構は、駆動側回転部材と、被動側回転部材と、両回転部材を互いに離間させてトルクの伝達を遮断するべく付勢する付勢部材と、通電することで前記付勢部材の付勢力に抗して前記両回転部材を互いに接触させてトルクを伝達する電磁コイルとを有する電磁クラッチによって構成されていることを特徴とする電動工具。