(57)【要約】【課題】切換時の軸ぶれを防止して安全で且つスムーズに減速比の切換を行える回転電動工具の自動変速装置を提供する。【解決手段】本発明の回転電動工具の自動変速装置は、遊星減速段を備えた減速機構に設けられており、遊星減速段に備えた切換用ギア１８を負荷変動に対応して軸方向移動させることで減速比を切り換える切換部と、磁力吸引により切換用ギア１８を軸方向Ａに付勢する吸引部２４と、を備えている。そして、吸引部２４が磁力吸引により上記切換用ギア１８の回転面の傾きを変えずに軸方向移動を補助すると共に移動後の切換用ギア１８を位置保持する。これにより、切換用ギア１８を軸方向Ａに沿って磁力吸引することができて、切換時の切換用ギア１８の軸ぶれを防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源からの回転駆動を減速する遊星減速段を備えた減速機構に設けられた自動変速装置であり、上記遊星減速段の少なくとも一つのギアが上記減速機構の減速比を変更する切換用ギアであり、上記切換用ギアを負荷変動に対応して軸方向移動させることで上記減速比を切り換える切換部と、磁力吸引により上記切換用ギアを軸方向にのみ付勢する吸引部と、を備えており、上記吸引部は磁力吸引により上記切換用ギアを平行に軸方向移動させると共に上記移動後の位置に上記切換用ギアを保持するものであることを特徴とする回転電動工具の自動変速装置。
【請求項２】
前記吸引部が前記切換用ギアの軸と同芯で環形状に形成された永久磁石からなるものであることを特徴とする請求項１に記載の回転電動工具の自動変速装置。
【請求項３】
前記吸引部が前記切換用ギアの軸と同芯の円周上に等間隔で配置された複数の永久磁石からなるものであることを特徴とする請求項１に記載の回転電動工具の自動変速装置。
【請求項４】
前記吸引部が電磁石からなるものであることを特徴とする請求項１に記載の回転電動工具の自動変速装置。
【請求項５】
前記電磁石が前記切換用ギアの軸と同芯で環形状に形成されたものであることを特徴とする請求項４に記載の回転電動工具の自動変速装置。
【請求項６】
前記電磁石に磁力を発生させる電力供給量が前記駆動源の電流値に応じて変更されるものであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の回転電動工具の自動変速装置。
【請求項７】
前記切換用ギアと前記吸引部の間に上記切換用ギアの切換時の衝撃を吸収する緩衝部材を配置したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転電動工具の自動変速装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電動工具の自動変速装置、殊に回転電動工具における減速比を変更する切換動作を負荷変動に応じて自動的に行う自動変速装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ドリルドライバ、インパクトドライバや、オイルパルスドライバや、回転レンチ等の回転電動工具において、減速機構により駆動源からの回転駆動を減速して出力している。例えば、減速機構が複数段の遊星減速段を有し、初段の遊星減速段が、駆動源の出力軸に取り付けられるギアを太陽ギアとして、インターナルギアと、遊星ギアと、遊星ギアを連結ピンを介して保持しているキャリアと、からなり、該キャリアに次段の太陽ギアが取り付けられている。
【０００３】
また、上記複数段の遊星減速段を有した減速機構に減速比を変更する変速装置を設けて作業中の負荷変動に応じて減速比を切り換えることで、作業効率を向上させたものがある。例えば、回転電動工具を用いた作業とは、孔開口作業や締付作業等であり、低トルク高速回転で作業を開始して作業中に上記変速装置により高トルク低速回転に切り換えることで、作業の進行により増加した負荷に対応させて、作業効率を向上させるものである。
【０００４】
特に、特許文献１のように、遊星減速機構に自動変速装置を設けて、作業中の負荷変動に応じた減速比の変更を自動変速装置で回転駆動中に自動的に行わせて、使用者が回転電動工具の使用を止めて手動操作で切り換える等の使用者の負担を軽減したものがある。詳しくは、複数段の遊星機構の一つのインターナルギアを変速用インターナルギア（切換用ギア）として軸方向移動させて減速比を切り換えるカム装置を備えたものである。上記カム装置は、変速用インターナルギアの駆動源側に位置する他のインターナルギアの所定トルク未満での回転を規制する弾性体と、上記他のインターナルギアの所定トルクに達した際の回転を軸方向の移動に変換するカム部材と、変速用インターナルギアを軸方向に付勢する反転ばねと、からなっている。上記反転ばねは減速比の切換前後で付勢する向きが反転するものであり、付勢する向きの反転により変速用インターナルギアを切換前と切換後の各位置に夫々保持している。そして、変速用インターナルギアの軸方向移動中に反転ばねの付勢する向きが反転されるため、変速用インターナルギアの軸方向移動を補助する補助力となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３０８４１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のものでは反転ばねの付勢する向きを切換動作中に反転させるため、反転ばねを変速用インターナルギアの外周面に設けており、反転ばねの付勢力が軸に対して斜めにかかっている。そのため、切換時に変速用インターナルギアが平行に軸方向移動できずに軸ぶれを生じて、ギア破損等の遊星機構に不具合を招くことがある。
【０００７】
そこで、本発明は上記事情に鑑みて発明したものであり、切換用ギアに対する付勢力を軸方向にのみ付与することで、切換用ギアの軸ぶれを防止して、スムーズで且つ安定した切換を行う回転電動工具の自動変速装置を提供することを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の回転電動工具の自動変速装置は、駆動源からの回転駆動を減速する遊星減速段を備えた減速機構に設けられており、上記遊星減速段の少なくとも一つのギアが上記減速機構の減速比を変更する切換用ギア１８となっている。そして、本発明の特徴として、上記切換用ギア１８を負荷変動に対応して軸方向移動させることで上記減速比を切り換える切換部と、磁力吸引により上記切換用ギア１８を軸方向Ａにのみ付勢する吸引部２４と、を備えている。更に、上記吸引部２４は磁力吸引により上記切換用ギア１８を平行に軸方向移動させると共に上記移動後の位置に上記切換用ギア１８を保持するものである。
【０００９】
このような構成としたことで、負荷の変動に対応して減速比の切換を行うことで、使用者による切換操作が不要となり、回転駆動を中断せずに減速比を変更することができる。そして、吸引部２４による磁力吸引が軸方向Ａにのみ付与されるため、切換用ギア１８の軸方向移動時の軸ぶれを防止すると共に、減速比の変化に伴う負荷変動で切換用ギア１８が軸方向Ａに沿って前後に往復動することを防止できる。
【００１０】
また、吸引部２４に永久磁石や電磁石を用いることが好ましく、特に、永久磁石や電磁石を切換用ギア１８の軸と同芯で環形状に形成するあるいは複数の永久磁石を切換用ギア１８の軸と同芯の円周上に等間隔で配置することで、切換用ギア１８を確実に軸方向Ａのみに付勢できて好ましい。そして、電磁石を用いたものでは、駆動源の電流値に応じて電磁石に供給する電力量を変更させることで、吸引部２４の磁力を変更できて好ましい。
【００１１】
また、切換用ギア１８と記吸引部２４の間に緩衝部材２５を配置して、緩衝部材２５に切換用ギア１８の切換時の衝撃を吸収させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
上記のように、本発明の回転電動工具の自動変速装置は、負荷の変動に対応して減速比の切換を行うことで、使用者による切換操作が不要となり、使用者の負担を軽減して、使い勝手の向上した回転電動工具となっている。そして、吸引部の磁力吸引により減速比が変化する際の切換用ギアの前後のぶれ及び軸ぶれの発生を防止したことで、上記ぶれによる切換用ギアの歯や減速比変更用の係合部の破損等の不具合の発生を防止することができる。そして、不具合の発生を防止したことで、工具寿命を向上すると共に、スムーズに切換用ギアを移動させることができて、回転駆動を中断せずに安定した減速比の切換を行うことができる。
【００１３】
また、吸引部に永久磁石や電磁石を用いたことで、吸引部により磁力吸引される切換用ギアが磁力を発する必要がなくなり、切換用ギアの重量バランスや強度等の調整が不要となり、切換用ギアの構成を単純で簡素なものにすることができる。特に、永久磁石や電磁石の形状や複数の永久磁石の配置を切換用ギアの軸と同芯の環形状としたことで、切換用ギアの回転面の傾きを変えずに確実に軸方向に沿って付勢することができる。
【００１４】
また、切換用ギアと吸引部の間に緩衝部材を配置したことで、磁力吸引により切換用ギアの軸方向移動が加速されて吸引部に接触しても、緩衝部材が接触時の衝撃を吸収することができる。そのため、切換用ギアや吸引部に破損や、切換用ギアの軸ぶれ等の切換用ギアと吸引部との接触による不具合の発生を防止できて、減速比の切換をよりスムーズで且つ安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例の減速機構の断面図であり、（ａ）が低トルク高速回転モードであり、（ｂ）が高トルク低速回転モードである。
【図２】同上の減速機構に設けた自動変速装置の分解斜視図である。
【図３】同上の自動変速装置の切換動作の説明図であり、（ａ）が切換前の高速モードであり、（ｂ）がモードの切換途中であり、（ｃ）が切換後の低速モードである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて本発明の各実施形態について説明する。
【００１７】
本発明の自動変速装置は回転電動工具の駆動源からの回転駆動を減速して出力する減速機構に設けられており、上記減速機構は外装である略円筒形状のギアケース１内に複数段の遊星減速段が円筒の中心軸に沿って並んだものである。
【００１８】
例えば、図１〜３に示すように、三段の遊星減速段からなる減速機構では、初段の遊星減速段が、駆動源の駆動軸に取り付けられるギアを太陽ギア（図面では省略した）として、インターナルギア５と、遊星ギア３と、遊星ギア３を連結ピンを介して保持しているキャリア４と、からなる。そして、太陽ギアとインターナルギア５に遊星ギア３が噛み合っており、且つ軸方向Ａに視て、太陽ギアとインターナルギア５と遊星ギア３が同一平面上に位置している。更に、上記一段目のキャリア４には該キャリア４と同芯で次段である二段目の太陽ギア６が取り付けられている。
【００１９】
また、二段目の遊星減速段はインターナルギア８が回転可能な状態と回転不能な状態の二つの状態を取るものであり、インターナルギア８を回転可能とした状態より回転不能とした状態の減速比が大きいものとなっている。そして、一段目の遊星減速段と略同様に、太陽ギア６とインターナルギア８に遊星ギア２９が常に噛み合っており、該遊星ギア２９が連結ピンを介してキャリア７に保持されている。更に、二段目のキャリア７には該キャリア７と同芯で三段目の太陽ギア９が取り付けられている。
【００２０】
また、三段目である最終段の遊星減速段は、一段目や二段目の遊星減速段と略同様に、太陽ギア９とインターナルギア３１に遊星ギア３０が噛み合っており、該遊星ギア３０が連結ピンを介してキャリア１０に保持されており、上記三段目のキャリア１０に出力軸１１が取り付けられている。
【００２１】
つまり、二段目の遊星減速段が本発明の自動変速装置により減速比を切り換えられる変速段であり、二段目のインターナルギア８が軸方向移動することで減速比を変更する切換用インターナルギア（以下、切換用ギア１８と記載する）となっている。
【００２２】
詳しくは、切換用ギア１８が軸方向移動することにより、駆動源側である後方位置と、出力軸１１側である前方位置と、に切り換わるものである。上記後方位置では切換用ギア１８が一段目のキャリア４の外周に設けた係合部２１に係合して該キャリア４と一体で回転しており、低トルク高速回転モードとなっている。そして、前方位置では切換用ギア１８が一段目のキャリア４との係合を解きギアケース１の内面に設けたケース係合部２２に係合して回転不能でギアケース１に固定保持されており、高トルク低速回転モードとなっている。
【００２３】
上記切換用ギア１８の後方位置から前方位置への軸方向移動は自動変速装置により行われている。上記自動変速装置は、切換用ギア１８の後方には回転電動工具の使用中に生じた負荷増加に応じて切換用ギア１８を軸方向Ａに前進させるカム部材と、前方側に配置された吸引部２４と、を有している。そして、吸引部２４は二段目と三段目の遊星減速段の間でギアケース１に固定されており、軸方向Ａに沿って切換用ギア１８の前端面２０と対向する位置に永久磁石を有している。上記永久磁石は、例えば、切換用ギア１８の内歯径と略同じ寸法の内径で切換用ギア１８の前端面２０の外径と略同じ外径の略環形状の板状のものである。
【００２４】
また、上記カム部材は一段目のインターナルギア５の前方面に設けた複数個のカム突起１６と、カム突起１６に対応する傾斜を有したカム溝１７と、上記カム溝１７を備えたカムリング１５と、上記カムリング１５の回転を規制するスライドガイドと、からなるものである。そして、上記カムリング１５は一段目と二段目のインターナルギア５，８の間に配置されており、スライドガイド３２のガイドにより軸方向Ａに沿って前後動するものである。
【００２５】
詳しくは、一段目のインターナルギア５の外周に複数個の突起１３を備えており、上記突起１３はギアケース１の内周面に突起１３と同数設けられた円周溝３３内に夫々摺動自在で配置されており、突起１３が円周溝３３内に位置する範囲で、一段目のインターナルギア５が回転可能となっている。そして、上記突起１３と円周溝３３の円周方向の向い合う端部の各間には負荷変動により伸縮するトルク設定用のばね１４が夫々配置されており、該ばね１４を介して一段目のインターナルギア５がギアケース１に保持されている。つまり、一段目のインターナルギア５は回転駆動の伝達時にばね１４により回転が規制されており、該インターナルギア５にかかるトルクが上記ばね１４の付勢を抗する値に達すると回転を始めるものである。
【００２６】
このとき、カムリング１５はスライドガイド３２により回転が規制されているため、カム突起１６の回転によりカム溝１７が前方へ押されて、カムリング１５が前進する。つまり、一段目のインターナルギア５の回転力がカム突起１６とカム溝１７を介してカムリング１５を軸方向Ａに沿って押す力に変換されており、上記インターナルギア５の回転によりカムリング１５が前方へ平行に軸方向移動するものである。
【００２７】
そして、上記カムリング１５の軸方向移動により、二段目のインターナルギア８が軸方向Ａに沿って押されて前進して、減速比を切り換えるものである。このとき、カムリング１５に押されて前進した二段目のインターナルギア８は前進途中で前方で対向した吸引部２４の永久磁石に吸引されて、一段目のキャリア４との係合を解き前方位置に移動する。そして、前方位置への移動後、切換用ギア１８はギアケース１に設けたケース係合部２２に回転不能で係合すると共に上記磁力吸引により軸方向Ａに沿って前方に付勢されており、後退及び回転を規制して前方位置に保持される。
【００２８】
また、キャリア４の係合部２１との係合が解かれた直後あるいは解ける直前に吸引部２４が切換用ギア１８を吸引して前方位置に移動させるものとなっており、減速比の変更前後で負荷が振動して不安定になることを防止している。もちろん、切換用ギア１８は磁性体材料で形成したものや磁性体材料または永久磁石を前端面２０あるいは前端面２０近傍に備えたものであり、吸引部２４による磁力に吸引されて前方位置へ軸方向移動可能なものとなっている。特に、吸引部２４が磁力を発するため、切換用ギア１８が自発的に磁力を発することがない磁性体材料で形成することで、永久磁石の埋込等によるギアの重量バランスの不均一化や移動時の応力集中等の発生を抑制して、低コストで且つ簡素な構成にできて好ましい。
【００２９】
このように、自動変速装置は二段目のインターナルギア８を切換用ギア１８とすると共に、一段目のインターナルギア５にかかる負荷の変動に対応して切換用ギア１８を軸方向移動させて、減速比の切換を行っている。そして、移動途中で吸引部２４の磁力吸引を切換用ギア１８に加えて、上記磁力を軸方向移動を補助する補助力として付与すると共に、上記切換用ギア１８を移動後の前方位置に保持している。
【００３０】
そのため、負荷の増加に応じて自動変速装置が回転電動工具の回転駆動を止めずに低トルク高速モードから高トルク低速モードへ自動的に切り換えるものとなっており、使用者による高速モードから低速モードへの切換操作が不要となっている。そして、切換操作が不要で且つ回転駆動を止めずに切換可能であるため、回転電動工具の使用者に対する負担が軽減されて、使い勝手を向上している。
【００３１】
特に、切換途中で吸引部２４による磁力吸引による補助力が軸方向Ａに沿ってのみ切換用ギア１８に付与されるため、切換用ギア１８と係合部２１の係脱等の減速比が変化する際に、減速比の変化に伴う負荷変動で切換用ギア１８が軸方向Ａに前後動する等の軸方向Ａに沿ったぶれ及び軸ぶれの発生を防止している。そのため、上記二種類のぶれによる切換用ギア１８や係合部２１の破損等の不具合の発生を防止できて、工具寿命を向上すると共に、スムーズに前方位置へ切換用ギア１８を移動させることができて、安定した減速比の切換を行うことができる。
【００３２】
そして、吸引部２４が切換用ギア１８の円形状の前端面２０の略全面に対向した略環形状であるため、吸引部２４から切換用ギア１８にかかる磁力の合力が軸方向Ａのみに沿ったものとなり、切換用ギア１８が軸方向Ａに対して傾いて軸方向移動することを確実に防止している。つまり、切換用ギア１８の上記前端面２０の軸に対する平行度を保って磁力吸引による補助力がかかっており、軸方向移動時に切換用ギア１８が軸ぶれを起こすことを防止できて、ギアの破損等の不具合を防止して安全性及び工具寿命をより向上している。更に、前方位置への移動後、切換用ギア１８を吸引部２４が磁力吸引により前方位置に保持するため、高速モードへの変更に伴う負荷の低下によりカムリング１５が後退しても、切換用ギア１８が後退せずにすみ、確実な減速比の切換を行うことができる。
【００３３】
また、吸引部２４の切換用ギア１８の前端面２０に当接する面には衝撃を吸収し緩和する弾性体からなる緩衝部材２５が略環形状で吸引部２４の略全面に取り付けてある。そのため、前方位置に移動した切換用ギア１８の前端面２０は弾性体を介して永久磁石に当接することで、磁力吸引を伴う移動時の衝撃を緩衝部材２５により和らげている。なお、緩衝部材２５は吸引部２４の磁力吸引を阻害しない非磁性で且つ衝撃を吸収できるゴムや軟質樹脂等の弾性体で構成されたものが好ましい。もちろん、緩衝部材２５は永久磁石に略環形状で設けたものに限らず、切換用ギア１８側に設けたものや、蛇腹等の切換用ギア１８の前端面２０と永久磁石の上記当接面の間を伸縮して衝撃を吸収するものであってもよい。
【００３４】
また、切換用ギア１８は外周に沿って略環形状の溝１９を備えており、該溝１９には、外部操作により強制的に切換用ギア１８の位置を切り換える切換ハンドル２６に連動した切換ばね２７と、駆動源の駆動操作を行うトリガースイッチ１２に連動して切換用ギア１８を後方位置に戻すリセットレバー２８と、が配置されている。切換ばね２７は切換ハンドル２６が外部から操作されると、該操作に応じて強制的に切換用ギア１８を前方位置に移動させて、負荷変動に関係なく低速モードに切り換えるものである。
【００３５】
そして、リセットレバー２８は低速モードでトリガースイッチ１２の外部操作が解除されることで、吸引部２４の磁力に抗するばね力を発揮するものとなっている。つまり、低速モードでの動作後にトリガースイッチ１２の外部操作が解かれると、リセットレバー２８に蓄積したばね力により前方位置にある切換用ギア１８を初期位置である後方位置に移動させて、自動変速装置を初期状態に戻すものである。そのため、低速モードや高速モードから低速モードへの切換中等の回転駆動中に、切換用ギア１８を後方位置に戻すことがないものである。
【００３６】
また、カム部材の変形例として、一段目のインターナルギア５の駆動源側に位置するスラスト板２にカム突起１６を設け、一段目のインターナルギア５の後端面に上記カム突起１６に対応したカム溝１７を備えてもよい。このとき、一段目のインターナルギア５がカムリング１５を兼ねたものとなり、カムリング１５の軸方向Ａの寸法を低減できて、減速機構を小型化することができる。
【００３７】
なお、減速比の切換と負荷変動の対応は、負荷変動により伸縮する弾性体を用いたものに限らず、駆動源の電流値から負荷変動を検知して切換用ギア１８の切換を負荷変動に対応させてもよい。例えば、フックや電磁ロック等の係止部で一段目のインターナルギア５の回転を阻止し駆動源の電流値が一定値を越えると、係止が解かれて上記インターナルギア５が回転しカムリング１５を動作させるものがある。もちろん、切換用ギア１８への軸方向移動力の付与はカム部材を用いたものに限らず、磁力や弾性力による付与であってもよい。
【００３８】
また、吸引部２４の他の実施例として、永久磁石を円周に沿って等間隔に間を空けて略環形状に複数個配置して、略環形状に配置した永久磁石の後端面と切換用ギア１８の前端面２０を軸方向Ａに沿って対向させたものがある。永久磁石を等間隔に離して切換用ギア１８と同芯の略環形状に複数個配置したことで、切換用ギア１８の前端面２０の各部位に磁力が略等しくかかり、切換用ギア１８にかかる磁力吸引の合力が軸方向Ａに沿ってのみとなる。
【００３９】
そのため、切換用ギア１８を平行に軸方向移動させることができて移動時の軸ぶれを防止できると共に、吸引部２４の重量を低減することができる。ましてや、吸引部２４をケース係合部２２に一体で設けると共に、切換用ギア１８のケース係合部２２との被係合部２１または被係合部２１近傍に磁性体や永久磁石を設けて、減速機構を小型化してもよい。
【００４０】
また、更に他の実施例として、吸引部２４が永久磁石の代わりに電磁石を用いて、切換用ギア１８に対する磁力吸引のオンオフの切替や付勢力の強度を変更可能としたものもある。特に、負荷変動を検知して電磁石へ供給する電力を負荷変動に対応して調節して吸引部２４の発する磁力強度を制御する磁力制御部（特に図示しない）を回転電動工具の内部回路に設けることが好ましい。
【００４１】
例えば、電磁石を切換用ギア１８と同芯の略環形状で前方位置より前方側に配置して、電磁石の後端面と切換用ギア１８の前端面２０を対向させると共に、磁力制御部が該電磁石へ供給する電力のオンオフを切り換えて吸引部２４の磁力吸引を制御するものがある。
【００４２】
上記磁力制御部は駆動源であるモータ等の電流値を検出すると共に、検出した電流値の変化から該工具に生じた負荷量を算出するものである。そして、自動変速装置による減速比の切換動作を開始する負荷量に達した際に、磁力制御部が電磁石に電力を供給して吸引部２４に磁力を発生させることで、吸引部２４の磁力吸引による補助力が切換用ギア１８に付与されて、切換用ギア１８を前方位置に移動させる。更に、磁力制御部による電磁石への電力供給はトリガースイッチ１２のオン操作が解かれるまで継続するものであり、切換用ギア１８を磁力により前方位置に保持している。
【００４３】
つまり、切換動作時及び切換後の低速モードの間だけ吸引部２４が磁力を発生するものとなっており、高速回転モード及びトリガースイッチがオン操作されていない非使用時に、制御部が電磁石への電力供給を停止している。そのため、鉄粉や金属屑等の磁性体を有する塵芥の吸引部や切換用ギアへの付着が抑制されており、塵芥の付着による切換用ギアに対する磁気吸引力の低下や、切換用ギアと吸引部の当接面やギアの歯の磨耗や破損等の不具合の発生を防止して、使い勝手及び工具寿命をより向上している。
【符号の説明】
【００４４】
１  ギアケース
５  （一段目の）インターナルギア
８  （二段目の）インターナルギア
１５  カムリング
１６  カム突起
１７  カム溝
１８  切換用ギア
２４  吸引部
２５  緩衝部材
【図１】
2011045952.tif 000003
【図２】
2011045952.tif 000004
【図３】
2011045952.tif 000005