JP2008264963A - 電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】クラッチ機構によって電動モータから出力軸への回転伝達を遮断する負荷トルクの設定値を適正に調整することができる電動工具を提供すること。
【解決手段】ハウジング２内に収納された電動モータ３の回転を遊星ギヤ機構（減速機構）１１によって減速して出力軸１２に伝達し、該出力軸１２及びその先端に装着された先端工具を回転駆動して所要の作業を行うドライバドリル（電動工具）１において、互いに発光色が異なる複数のＬＥＤ（発光部）８と、前記電動モータ３の負荷トルクに応じて前記ＬＥＤ８の発光状態を変化させる制御手段を設ける。具体的には、例えば電動モータ３への供給電流に応じて複数のＬＥＤ８の点灯／消灯を切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動モータのトルクに応じて発光部の発光状態を変化させるようにした電動工具に関するものである。

例えば、ドライバドリル等の電動工具は、ハウジング内に収納された電動モータの回転を減速機構によって減速して出力軸に伝達し、該出力軸及びその先端に装着されたドライバビット等の先端工具を回転駆動してねじ締め等の所要の作業を行うものである。

ところで、斯かる電動工具には、過負荷に電動モータから出力軸への回転伝達を遮断して電動モータや減速機構を保護するクラッチ機構を備えたものがある。このクラッチ機構は、設定値以上の負荷トルクが出力軸に作用した際に例えば減速機構の回転に滑りを発生させて電動モータから出力軸への回転伝達を遮断するものである。

そして、上記クラッチ機構を備えた電動工具には、クラッチ機構によって電動モータから出力軸への回転伝達を遮断する負荷トルクの設定値（電動モータから出力軸に伝達し得る最大トルク）を調整するためのトルク調整機構を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２０５５６９号公報

しかしながら、トルク調整機構を備えた従来の電動工具には負荷トルクを表示する手段が設けられていなかったため、作業者は、クラッチ機構によって電動モータから出力軸への回転伝達を遮断する負荷トルクの設定値を適正に調整することができないという問題があった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、クラッチ機構によって電動モータから出力軸への回転伝達を遮断する負荷トルクの設定値を適正に調整することができる電動工具を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、ハウジング内に収納された電動モータの回転を減速機構によって減速して出力軸に伝達し、該出力軸及びその先端に装着された先端工具を回転駆動して所要の作業を行う電動工具において、発光部と、前記電動モータの負荷トルクに応じて前記発光部の発光状態を変化させる制御手段を設けたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記発光部を互いに発光色が異なる複数のＬＥＤで構成したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、制御手段は、前記電動モータへの供給電流に応じて前記複数のＬＥＤの点灯／消灯を切り替えることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記電動モータから前記出力軸に伝達することができる最大トルクを調整するためのトルク調整機構を備えたことを特徴とする。

請求項１及び４記載の発明によれば、発光部の発光状態によって電動モータの負荷トルクを目視によって認識することができるため、それに基づいてクラッチ機構によって電動モータから出力軸への回転伝達を遮断する負荷トルクの設定値を適正に設定することができる。

請求項２及び３記載の発明によれば、ＬＥＤの発光色によって電動モータの負荷トルクを目視によって正確に認識することができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１及び図２は本発明に係る電動工具の一形態としてのドライバドリルの側断面図、図３は同ドライバドリルの破断正面図、図４は同ドライバドリル要部（動力伝達機構部）の拡大詳細図である。

本実施の形態に係るドライバドリル１は、側面視Ｔ字状を成す樹脂製のハウジング２を備え、該ハウジング２の胴体部２Ａ内には駆動源である電動モータ３が横置きに収容されている。又、ハウジング２の胴体部２Ａから下方へ一体に延びるハンドル部２Ｂの下端部にはバッテリ４が着脱可能に装着されており、ハンドル部２Ｂの上部には、バッテリ４から電動モータ３への給電をＯＮ／ＯＦＦして電動モータ３を起動／停止させるスイッチ５が設けられている。

更に、ハウジング２のハンドル部２Ｂ内の下部に形成された空間には、前記バッテリ４に接続された基板６が水平に配置されており、該基板６から延びるリード線７は、スイッチ５を介して電動モータ３に接続されている。又、ハンドル部２Ｂの下部の後面には発光部としてのＬＥＤ８が組み込まれており、このＬＥＤ８はリード線９を介して前記基板６に接続されている。尚、ＬＥＤ８は、電動モータ３の負荷トルク（供給電流）に応じて発光状態が変化するものであって、その発光状態は基板６に組み込まれた制御回路によって制御されるが、その詳細については後述する。又、バッテリ４は、内部に３本のリチウムイオン電池１０を収納して構成されている。

他方、ハウジング２の胴体部２Ａに収容された前記電動モータ３の出力軸３ａの回転は、３段減速機構を構成する遊星ギヤ機構１１で減速されて出力軸１２に伝達され、該出力軸１２とその先端部（図１及び図２の左方を前方とする）の先端工具保持部１２ａが所定の速度及びトルクで回転駆動される。

ところで、本実施の形態に係るドライバドリル１には、トルク調整機構１３が設けられており、このトルク調整機構１３は、ハウジング２の胴体部２Ａの先端に回動可能に装着された円筒状のキャップ１４によって覆われており、このキャップ１４を回動操作することによって、電動モータ３から出力軸１２に伝達することができる最大トルクが調整される。

ここで、前記遊星ギヤ機構１１及びトルク調整機構１３を含む動力伝達機構部の構成の詳細を図４に基づいて説明する。

前記遊星ギヤ機構１１は、円筒状のギヤケース１５内に収容されており、この遊星ギヤ機構１１においては、前記電動モータ３の出力軸３ａに形成されたピニオン１６とギヤケース１５の内周部に固定されたリングギヤ１７に噛合する複数の遊星ギヤ１８が設けられており、これらの遊星ギヤ１８には軸１９によってキャリア２０が連結されている。尚、各遊星ギヤ１８は、軸１９を中心として自転しながらピニオン１６の周りを公転し、この公転によってキャリア２０が回転する。

上記キャリア２０にはサンギヤ２１が一体に形成されており、このサンギヤ２１とギヤケース１５の内周部に固定されたリングギヤ２２には複数の遊星ギヤ２３が噛合しており、これらの遊星ギヤ２３には軸２４によってキャリア２５が連結されている。尚、各遊星ギヤ２３は、軸２４を中心として自転しながらサンギヤ２１の周りを公転し、この公転によってキャリア２５が回転する。

そして、上記キャリア２５にはサンギヤ２６が一体に形成されており、このサンギヤ２６とギヤケース１５の内周部に回転可能に保持されたリングギヤ２７には複数の遊星ギヤ２８が噛合しており、これらの遊星ギヤ２８には軸２９によって前記出力軸１２が連結されている。尚、各遊星ギヤ２８は、軸２９を中心として自転し、リングギヤ２７が固定されている場合にはサンギヤ２６の周りを公転して出力軸１２に回転を伝達し、リングギヤ２７の固定が解除された場合には軸２９を中心として回転するのみで公転せず、出力軸１２に回転を伝達しない。

次に、トルク調整機構１３の構成について説明する。

前記ギヤケース１５の前端部には小径の筒状部１５ａが一体に形成されており、この筒状部１５ａの外周には押圧部材３０が軸方向に移動可能に螺合している。ここで、押圧部材３１は、キャップ１４の内周部にスプライン嵌合しており、キャップ１４と一体に回転しつつ、軸方向にはキャップ１４に対して移動することができる。尚、ギヤケース１５の筒状部１５ａには、出力軸１２を回転可能に支承する軸受３１が保持されている。

ところで、前記リングギヤ２７の前端面には軸方向に延びる複数の係合爪２７ａが形成されており、この係合爪２７ａにはボール３２が当接している。

又、ギヤケース１５にはスペーサ３３が軸方向に移動可能に嵌挿されており、該スペーサ３３の一端面（後端面）は前記ボール３２に当接しており、スペーサ３３の他端面（前端面）にはリング状のクラッチプレート３４が当接している。そして、クラッチプレート３４と前記押圧部材３０との間にはコイルスプリング３５が縮装されている。従って、ボール３２は、コイルスプリング３５によってリングギヤ２７の前端面に押圧されている。

ところで、本実施の形態では、キャップ１４を透明又は半透明の樹脂で構成するとともに、ＬＥＤ３６とプリズム３７をキャップ１４の内部に配置している。

上記プリズム３７は、ＬＥＤ３６から出射される光を全周に散乱させるものであって、図１及び図２に示すように、このプリズムの後端面の下部にＬＥＤ３６が対向配置されている。そして、図１及び図２に示すように、ＬＥＤ３６から延びるリード線３８は前記基板６に接続されており、ＬＥＤ３６は、バッテリ４からの電流の供給を受けて高輝度の光を発光する。すると、その光は、プリズム３７によって周囲に拡散してキャップ１４全体を均一に発光させる。

以上のように構成されたドライバドリル１を用いてねじ締め作業を行う場合、出力軸１２の工具保持部１２ａには不図示のドライバビットが装着されており、作業者がスイッチ５をＯＮ操作すると、バッテリ４から電動モータ３に給電されて該電動モータ３が起動される。すると、この電動モータ３の回転は遊星ギヤ機構１１によって３段減速されるが、出力軸１２に掛かる負荷トルクが設定値未満である場合には、遊星ギヤ機構１１のリングギヤ２７はボール３２による押圧力によって固定されて回転しないため、３段減速された電動モータ３の回転は出力軸１２に伝達され、先端工具保持部１２ａに装着された不図示のドライバビットが所定の速度で回転し、このドライバビットによって不図示のねじが被締結材にねじ込まれる。

ところで、出力軸１２に設定値以上の過大に負荷トルクが作用した場合には、遊星ギヤ機構１１のリングギヤ２７の固定が解除され、係合爪２７ａがボール３２を乗り越えてリングギヤ２７が回転するため、遊星ギヤ２８が軸２９を中心として自転するのみで公転しないため、電動モータ３の回転が出力軸１２に伝達されず、遊星ギヤ機構１１及び電動モータ３に過大な負荷が作用せず、これらの損傷が防がれる。

而して、キャップ１４を回して押圧部材３０をギヤケース１５の筒状部１５ａに沿って軸方向に移動させれば、コイルスプリング３５の長さが調整されてボール３２によるリングギヤ２７の押圧力が調整されるため、電動モータ３から出力軸１２に伝達することができる最大トルクが調整される。例えば、図２に示すように、押圧部材３０を後方へ移動させてコイルスプリング３５を押し縮めれば、該コイルスプリング３５の圧縮反力が大きくなってボール３２によるリングギヤ２７への押圧力も大きくなるため、電動モータ３から出力軸１２に伝達することができる最大トルクが高く設定される。

ところで、本実施の形態では、前述のようにＬＥＤランプ８の発光状態は電動モータ３の負荷トルクに応じて変化するが、これは図５〜図７に示す制御回路によってなされる。

図５に示す制御回路は、互いに発光色が異なる３つのＬＥＤ（図５には「ＬＥＤ１」，「ＬＥＤ２」，「ＬＥＤ３」と表示）を電動モータ３への供給電流Ｉに応じてＬＥＤ（ＬＥＤ１〜ＬＥＤ３）の点灯（ＯＮ）／消灯（ＯＦＦ）を表１のように４段階に切り替えるようにしたものである。

即ち、電動モータ３への供給電流Ｉとして３つの値Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３（Ｉ１＜Ｉ２＜Ｉ３）を設定し、供給電流ＩがＩ１以下（Ｉ≦Ｉ１）である場合（トルク極小）には全てのＬＥＤ１〜ＬＥＤ３をＯＦＦし、供給電流ＩがＩ１〜Ｉ２である場合（トルク小）には全てのＬＥＤ１のみをＯＮし、供給電流ＩがＩ２〜Ｉ３である場合（トルク中）には全てのＬＥＤ１とＬＥＤ２をＯＮし、供給電流ＩがＩ３以上（Ｉ≧Ｉ３）である場合（トルク大）には全てのＬＥＤ１〜ＬＥＤ３をＯＮするようにしている。

図５に示す制御回路においては、ねじ締め作業に際して２接点式のスイッチ５をＯＮ操作すると、バッテリ４から電動モータ３に給電されて該電動モータ３が起動されるとともに、基準電圧（基準電流）がシャントレギュレータ３９によって規定され、この基準電圧（基準電流）は抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３によって設定電圧（設定電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３）にそれぞれ設定されてコンパレータ４０−１，４０−２，４０−３にそれぞれ入力される一方、抵抗Ｒ４とオペアンプ４１を通過した電動モータ３の現在の電圧（電流Ｉ）が抵抗Ｒ５，Ｒ６によって分圧され、この分圧された電圧（電流Ｉ）がコンパレータ４０−１，４０−２，４０−３にそれぞれ入力される。

コンパレータ４０−１においては、電動モータ３の現在の電圧（電流Ｉ）と設定電圧（設定電流Ｉ１）が比較され、電流Ｉが設定電流Ｉ１以下（Ｉ≦Ｉ１）である場合にはＬＥＤ１がＯＦＦされ、電流Ｉが設定電流１１より大きい（Ｉ＞Ｉ１）場合にはＬＥＤ１がＯＮされる。

コンパレータ４０−２においては、電動モータ３の現在の電圧（電流Ｉ）と設定電圧（設定電流１２）が比較され、電流Ｉが設定電流Ｉ２未満（Ｉ＜Ｉ２）である場合にはＬＥＤ２がＯＦＦされ、電流Ｉが設定電流Ｉ２以上（Ｉ≧Ｉ２）である場合にはＬＥＤ２がＯＮされる。

コンパレータ４０−３においては、電動モータ３の現在の電圧（電流Ｉ）と設定電圧（設定電流Ｉ３）が比較され、電流Ｉが設定電流Ｉ３未満（Ｉ＜Ｉ３）である場合にはＬＥＤ３がＯＦＦされ、電流Ｉが設定電流Ｉ３以上（Ｉ≧Ｉ３）である場合にはＬＥＤ３がＯＮされる。

図６に示す制御回路は、発光色が赤（ＲＥＤ）と緑（ＧＲＥＥＮ）の２つのＬＥＤ（図６には「Ｒ」，「Ｇ」と表示）を電動モータ３への供給電流Ｉに応じてＬＥＤ（「Ｒ」，「Ｇ」）の点灯（ＯＮ）／消灯（ＯＦＦ）を表２のように３段階に切り替えるようにしたものである。

即ち、電動モータ３への供給電流Ｉとして２つの値Ｉ１，Ｉ２（Ｉ１＜Ｉ２）を設定し、供給電流ＩがＩ１以下（Ｉ≦Ｉ１）である場合（トルク小）には赤のＬＥＤ（Ｒ）のみをＯＮし、供給電流ＩがＩ１〜Ｉ２である場合（トルク中）には緑のＬＥＤ（Ｇ）のみをＯＮし、供給電流ＩがＩ２以上（Ｉ≧Ｉ２）である場合（トルク大）には赤のＬＥＤ（Ｒ）と緑のＬＥＤ（Ｇ）を共にＯＮするようにしている。

図６に示す制御回路においては、ねじ締め作業に際して２接点式のスイッチ５をＯＮ操作すると、バッテリ４から電動モータ３に給電されて該電動モータ３が起動されるとともに、基準電圧（基準電流）がシャントレギュレータ３９によって規定され、この基準電圧（基準電流）は抵抗Ｒ１，Ｒ２によって設定電圧（設定電流Ｉ１，Ｉ２）にそれぞれ設定されてコンパレータ４０−１，４０−２にそれぞれ入力される一方、抵抗Ｒ４とオペアンプ４１を通過した電動モータ３の現在の電圧（電流Ｉ）が抵抗Ｒ５，Ｒ６によって分圧され、この分圧された電圧（電流Ｉ）がコンパレータ４０−１，４０−２にそれぞれ入力される。

コンパレータ４０−１においては、電動モータ３の現在の電圧（電流Ｉ）と設定電圧（設定電流Ｉ１）が比較され、電流Ｉが設定電流Ｉ１以下（Ｉ≦Ｉ１）である場合には緑のＬＥＤ（Ｇ）がＯＦＦされ、そのＯＦＦ信号はＮＯＲ回路４２に入力される。又、コンパレータ４０−２においては、電流Ｉは設定電流Ｉ２未満（Ｉ＜Ｉ２）であるため、ＯＦＦ信号がＮＯＲ回路４２に入力される。従って、ＮＯＲ回路４２は赤のＬＥＤ（Ｒ）に通電してこれをＯＮする。

電流ＩがＩ１〜Ｉ２の範囲にある場合には、コンパレータ４０−１によって緑のＬＥＤ（Ｇ）がＯＮされるとともに、ＯＮ信号がＮＯＲ回路４２に入力され、コンパレータ４０−２からはＯＦＦ信号がＮＯＲ回路４２に入力されるため、赤のＬＥＤ（Ｒ）への通電が遮断されて該ＬＥＤ（Ｒ）がＯＦＦされる。

そして、電流Ｉが設定電流Ｉ２以下（Ｉ≧Ｉ２）である場合にはコンパレータ４０−１によって緑のＬＥＤ（Ｇ）がＯＮされるとともに、ＯＮ信号がＮＯＲ回路４２に入力され、コンパレータ４０−２からはＯＮ信号がＮＯＲ回路４２に入力されるため、赤のＬＥＤ（Ｒ）に通電されて該ＬＥＤ（Ｒ）がＯＮされる。

図７に示す制御回路は、発光色が赤（ＲＥＤ）と緑（ＧＲＥＥＮ）の２つのＬＥＤ（図７には「Ｒ」，「Ｇ」と表示）を電動モータ３への供給電流Ｉに応じてＬＥＤ（「Ｒ」，「Ｇ」）の点灯（ＯＮ）／消灯（ＯＦＦ）を表３のように３段階に切り替えるようにしたものである。

即ち、電動モータ３への供給電流Ｉとして２つの値Ｉ１，Ｉ２（Ｉ１＜Ｉ２）を設定し、供給電流ＩがＩ１以下（Ｉ≦Ｉ１）である場合（トルク小）には緑のＬＥＤ（Ｇ）のみをＯＮし、供給電流ＩがＩ１〜Ｉ２である場合（トルク中）には赤のＬＥＤ（Ｒ）と緑のＬＥＤ（Ｇ）を共にＯＮし、供給電流ＩがＩ２以上（Ｉ≧Ｉ２）である場合（トルク大）にもＬＥＤ（Ｒ）と緑のＬＥＤ（Ｇ）を共にＯＮするが、この場合は赤のＬＥＤ（Ｒ）を点滅（Ｆｌａｓｈ）するようにしている。

図７に示す制御回路においては、ねじ締め作業に際して２接点式のスイッチ５をＯＮ操作すると、バッテリ４から電動モータ３に給電されて該電動モータ３が起動されるとともに、バッテリ４の電圧がレギュレータ４３によってマイコン４４の電源電圧まで下げられてマイコン４４に供給され、これによってマイコン４４が動作する。尚、図７において、４５は平滑機能を有するコンデンサ、４６はマイコン４４の誤動作を防ぐためのリセットＩＣである。

又、抵抗Ｒ４とオペアンプ４１を通過した電動モータ３の現在の電圧（電流Ｉ）がマイコン４４に入力される。すると、マイコン４４は、電流Ｉと設定電流Ｉ１，Ｉ２とを比較し、前述のように供給電流ＩがＩ１以下（Ｉ≦Ｉ１）である場合（トルク小）には緑のＬＥＤ（Ｇ）のみをＯＮし、供給電流ＩがＩ１〜Ｉ２である場合（トルク中）には赤のＬＥＤ（Ｒ）と緑のＬＥＤ（Ｇ）を共にＯＮし、供給電流ＩがＩ２以上（Ｉ≧Ｉ２）である場合（トルク大）にもＬＥＤ（Ｒ）と緑のＬＥＤ（Ｇ）を共にＯＮするとともに、赤のＬＥＤ（Ｒ）を点滅（Ｆｌａｓｈ）させる。

以上のように、本実施の形態では、ＬＥＤ８の発光状態によって電動モータ３の負荷トルクを目視によって認識することができるため、それに基づいてクラッチ機構によって電動モータ３から出力軸１２への回転伝達を遮断する負荷トルクの設定値を適正に設定することができる。

尚、以上は本発明を特にドライバドリルに対して適用した形態について説明したが、本発明は、インパクトドライバ、その他任意の手持ち式電動工具に対しても同様に適用して前記と同様の効果を得ることができる。

本発明に係るドライバドリルの側断面図である。 本発明に係るドライバドリルの側断面図である。 本発明に係るドライバドリルの破断正面図である。 本発明に係るドライバドリル要部（動力伝達機構部）の拡大詳細図である。 制御回路の構成図である。 制御回路の構成図である。 制御回路の構成図である。

符号の説明

１ ドライバドリル（電動工具）
２ ハウジング
２Ａ ハウジングの胴体部
２Ｂ ハウジングのハンドル部
３ 電動モータ
３ａ 電動モータの出力軸
４ バッテリ
５ スイッチ
６ 基板
７ リード線
８ ＬＥＤ（発光部）
９ リード線
１０ リチウムイオン電池
１１ 遊星ギヤ機構
１２ 出力軸
１２ａ 出力軸の先端工具保持部
１３ トルク調整機構
１４ キャップ
１５ ギヤケース
１５ａ ギヤケースの筒状部
１６ ピニオン
１７ リングギヤ
１８ 遊星ギヤ
１９ 軸
２０ キャリア
２１ サンギヤ
２２ リングギヤ
２３ 遊星ギヤ
２４ 軸
２５ キャリア
２６ サンギヤ
２７ リングギヤ
２７ａ リングギヤの係合爪
２８ 遊星ギヤ
２９ 軸
３０ 押圧部材
３１ 軸受
３２ ボール
３３ スペーサ
３４ クラッチプレート
３５ コイルスプリング
３６ ＬＥＤ
３７ プリズム
３８ リード線
３９ シャントレギュレータ
４０−１〜４０−３ コンパレータ
４１ オペアンプ
４２ ＮＯＲ回路
４３ レギュレータ
４４ マイコン
４５ コンデンサ
４６ リセットＩＣ

Claims (4)

1. ハウジング内に収納された電動モータの回転を減速機構によって減速して出力軸に伝達し、該出力軸及びその先端に装着された先端工具を回転駆動して所要の作業を行う電動工具において、
   発光部と、前記電動モータの負荷トルクに応じて前記発光部の発光状態を変化させる制御手段を設けたことを特徴とする電動工具。
2. 前記発光部を互いに発光色が異なる複数のＬＥＤランプで構成したことを特徴とする請求項１記載の電動工具。
3. 制御手段は、前記電動モータへの供給電流に応じて前記複数のＬＥＤランプの点灯／消灯を切り替えることを特徴とする請求項２記載の電動工具。
4. 前記電動モータから前記出力軸に伝達することができる最大トルクを調整するためのトルク調整機構を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の電動工具。
   

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