Tool-free collet fastener

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明の概ね電動工具の分野に関する。 特に本発明は、ドリルビット等の交換可能な工具の付属物を把持し且つダスト処理システムを含む無工具コレット組立体に関する。

【０００２】

【従来の技術】種々のタイプの器具においてユーザは、
ドリル又はルータビット（えぐり器具の先端部）等の工具付属物を選択的に取付けることが必要である。 特定のプロジェクト又は仕事（ワーク）の期間を過ぎると、このような種々の付属物を使用し、磨耗又は破壊された付属物を交換することが必要である。 従って、簡単に交換用工具付属物を取外し交換できることが望ましい。 交換可能な付属物を把持するために一般的に使用される２つの機構はチャックとコレットである。 コレットタイプの機構は、通常、高回転速度の工具に適している。

【０００３】コレットタイプのホルダー内において、工具付属物のシャンクはコレットのボアに挿入される。 コレットは、概ね長手方向のボアを有する筒状要素である。 コレットは、コレットの周囲に等角に配置され且つ複数の長手方向に延びるカットにより離間された、複数の長手方向に延びる弓形のジョーを備えた少なくとも１
つの端部を有する。 コレットは、シャフト、スピンドル、アーバー等の工具の出力要素の端部に加工されても良く、又は別個の筒形等の要素であっても良い。

【０００４】コレットの上にはコレットナット又はコレットリングが取付けられる。 コレットナットは工具シャフト又はスピンドルの端部にねじ結合される。 スピンドルにコレットナットをねじ込むことにより、ナット及び／又はシャフトの内部表面は工具付属物のシャンクの周りにコレットのジョーを押圧する。 このようにして工具付属物は電動工具のシャフト／スピンドルに固定される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】工具付属物を変更するときに、ナットはコレットを拡張させ工具付属物上のグリップを外すことができるように緩められなければならない。 コレットナットの締め付けと緩めとは、部分的に手で実行されるが、コレットナットのサイズと形状によっては、手の力だけでコレットナットを適当に締め付け、緩めることが困難及び／又は不十分である。 従って、コレットナットに十分なトルクを付与するようにハンドレンチ又は同様の工具を使用することが必要である。

【０００６】回転式すなわち電動工具の場合、コレットナットを締め付け又は緩めるときには、シャフト及び／
又はスピンドルが回転しないようにしなければならず、
そのようにしなければナットと回転可能なスピンドルとの間の相対的運動が困難となる。

【０００７】慣習的に緩める工程と締め付ける工程では、オペレータが２つ別個のハンドルレンチ又はこれと同様の物を用いてシャフト／スピンドルとナットとの両者を同時に把持することが必要である。 次に、トルクがナットに付与され、シャフトが定位置に把持される。 これは不便な工程であり、工具の重量を支持する必要がよりいっそう高まる。

【０００８】近年、工具は、工具のハウジングに対してシャフト／スピンドルをロックするロッキング機構を組み込むように形成される。 このように、シャフトの回転は組込式のシャフトロックを使用することにより簡易に回避可能である。 このような電動工具にとって、片手用ハンドレンチだけでコレットナットを緩める又は締め付けることができる。 例えば、米国特許第５、４９６，１
３９号及び同第５，８１３，８０５号に開示されている。

【０００９】しかしながら、工具付属物を変更するために手持工具を１つ使用することが必要であり、依然不便である。 例えば、ビット交換が必要なときに工具のオペレータはレンチを探すために作業停止しなければならない。 これによる作業の遅延は、高生産率を有することが不可欠な乾式壁の主要構築又は再構築プロジェクト中の取付作業等の仕事の上で大きな欠陥となる。

【００１０】本発明に組み込まれる多数の工具は、作業中に生じる埃や破片の中で使用されるので、このような工具に追加される特徴が埃による汚染に対抗するように形成されることであることが好ましい。

【００１１】

【課題を解決するための手段】従って、本発明の１つの目的はユーザが手動工具を使用せずに付属物を便利に取付け又は取外し可能なコレット組立体を備える工具を提供することである。

【００１２】ユーザが手動工具を使用する必要なくコレットナットを締め付け又は緩めるための十分なトルクを作用させることができる機構的利点を付与する露出され且つ把持可能なコレットグリップを備える作動部材を提供することである。

【００１３】本発明のこの目的と他の目的とは、一体化したコレットレンチを備える無工具の工具組立体により達成される。 コレットレンチは、コレットを締め付け又は緩め付けるようにコレットナットを回転するために工具に回転可能な状態で装着される。 またコレットレンチは、コレットラッチがコレットナットを回転可能な係合位置とコレットレンチがコレットナットを制限せず且つ工具の作動時にコレットナットの通常回転と相互作用しない非係合位置との間で移動可能である。 係合位置と非係合位置との間のコレットレンチの移動は、軸方向運動、半径方向運動、回転運動又はこれらの組合せが可能である。

【００１４】コレットレンチは、非係合位置に付勢されても良い。 これは、ばね又は付勢力を作用させる他の手段によりなされることができる。

【００１５】作動部材は、コレットレンチを工具に結合しても良い。 作動部材は、係合位置と非係合位置との間での移動のためにコレットレンチを支持する。 また作動部材は、運動をコレットレンチに分与するために工具に移動できるように装着される。 作動部材は、外部に拡張され且つ手で把持可能なコレットグリップを含む。 コレットグリップによって、オペレータはコレットレンチを回転方向及び／又は軸線方向に移動させることができる。

【００１６】またコレットレンチのボタンは、係合位置と非係合位置との間でコレットレンチを移動するために設けられる。

【００１７】コレットレンチは、いくつかのタイプを有する。 開端部又は閉端部（ボックスレンチ）タイプ設計のコレットレンチでも良い。 あるいは複雑な内部形状のコレットレンチでも良い。 このような形状は２つの部分を有しても良い。 第一部分は、非係合位置に一致し、第一部分の内部においてコレットナットは工具の通常作動中に自由回転する。 第二部分は、係合位置に一致し、第二部分の表面はコレットナットを接触し且つ回転させるように形成される。

【００１８】ねじ溝を付けられたコレットナット及び／
又はスピンドルは、コレットを緩めるために必要なトルクを減ずるようにノンスティック材料（the non-stick
material）で部分的にコーティングされても良い。 ノンスティック材料は、登録商標Ｔｅｆｌｏｎでできる。

【００１９】コレットナットの内部表面とスピンドルとは、実質的に同一の外形及び寸法を有する一方、種々の寸法及び外形のシャンクを備える付属物を把持するための異なるボアを有する交換可能なコレットと共に協働しても良い。

【００２０】本発明の他の特徴は、改良されたスピンドルロック設計である。 改良された設計は、コレットレンチの設計に類似し、開放型レンチ又は本明細書に記載されるように複雑な形状の１つのいずれかを組み込むことができる。

【００２１】ドライウォール（乾式壁）のカッティング等の切抜き及びえぐり工具を使用する一定の作業は、工具の内部に溜まり且つボタン及び作業部材の作業の邪魔をするダストを生成する。 従って、本発明のさらに他の目的は、埃っぽい又は汚染された環境において汚染されない無工具のコレット組立体を提供することである。 この目的は、ダストが入らないようにし、機構に入ったダストを排出させるように作動し、工具の作動と相互作用するレベルまでダストを蓄積させない、設計にすることにより達成される。 このデザインは、以下のようなダスト処理システムを創造するようないくつかの基本的な特徴又は技術を組み込む。 互いに相対的に移動する部分の間の緩み誤差を使用すること、ダストが非常にゆっくりとしか排出されない内部デッドエンド又はポケットを回避し又は最小化すること、移動部分の動作は、ダストを一般流れに沿って目的出口点方向に移動又は押出させる役割を付随的に有すること、付属の組立体の間の水平又は垂直方向の境界は、ダストを移動させるように通過孔が設けられること、内部部品は、ダストが内部部品周りで移動できるように内部周囲全体の周りで外部シース又はハウジングに密着しないこと。

【００２２】このダスト処理デザイン方法は、消極的な方法である。 すなわち、ダスト排除をさせるための特別な手段は設けられない。 むしろ、ダストを捕獲させず、
オペレータが使用し無作為に種々の位置及び方向に移動させることによる工具の移動により発生するダスト流を期待する。 移動部分の運動とモータファンにより生成された冷却空気流とにより、運動力がダストに付与される。 最終的に、ダストの蓄積を防止する同一の特徴は、
必要な場合に圧縮空気とともに噴出すこと等により工具を容易に掃除させることがである。 本発明の追加の目的と利点とは、以下、添付図面を参照しつつ好ましい実施形態を詳細に説明することにより明白になろう。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明は、工具用の無工具コレット組立体を提供する。 種々の回転式切抜き工具の実施形態の図面で示されるが、当業者は本発明がここで示される範囲に限定されないことが理解されよう。 これについて、本発明の教示により工具付属物を把持するためにコレット組立体を組み込む工具において容易に使用できることが理解されよう。

【００２４】同一又は同様の要素が類似の参照番号で示された図面、特に図１と２とを概ね参照すれば、電動工具は参照番号１０で示されている。 示された特定の電動工具は、例えば、ハウジング１２を含む回転式切抜き又はえぐり工具１０である。 ハウジング１２内部には冷却ファン１５を備えるモータ１４を有する。 図示された実施形態では、モータ１４はスイッチ１８を介して電導コード１６に結合される。 出力部材は、モータ１４に連結される。 この場合、モータシャフト２０はスピンドル２
２に直結され、その結果、図示しない工具の付属物は、
モータ速度で回転する。 あるいは、モータ速度と異なる速度で工具付属物を回転させるために、従来から良く知られた歯車装置をモータ出力に位置することも可能である。

【００２５】図２と３とは、コレットレンチ機構２３及びその付随構造の拡大図を示している。 ここには、モータシャフト２０は前方ハウジングシュラウド（ハウジング囲い板）１３の中に装着されるベアリングプレートの中でベアリング２６により支持されることが示されている。 モータシャフト２０の前方端部にスピンドル２２が結合される。 また、前方ハウジングシュラウド１３に位置させるものは、図示しない付属物を取付け又は取外すときに回転しないようにスピンドル／シャフトをロックするスピンドルロック機構２４である。 前方ハウジングシュラウド１３内のスピンドルロックボタン３０は、スピンドルロックプレート３２に結合される。 スピンドルロックプレート３２は、スピンドル３２が通過する切抜き３４を有する。 スピンドルロックプレート３２内の切抜き３４は、２つの部分を有する。 第一部分３６は、電動工具１０の通常作動中には第一部分の中でスピンドル２２が自由回転できるように寸法付けされる。 第二部分３８は、スピンドル２２を接触し、スピンドル２２が回転しないように形成される。 このように、スピンドルロックプレート３２は、切抜き３４の２つの部分３６、３
８に対応するロック位置と非ロック位置とを有する。 ばね４０は、スピンドルロックプレート２２とボタン３０
とを半径方向上方に非ロック位置に付勢する。

【００２６】スピンドル２２は、前方ハウジングシュラウド１３の開口１７を通って延びる。 スピンドルの前方端部はボア４２を有する。 スピンドルのボア４２は、軸線方向前方及び半径方向外側にテーパを付けた部分４４
を形成する。 スピンドル２２の前方外部表面４６はねじ山が付けられている。

【００２７】コレットナット５０は、スピンドル２２のねじ山４６にねじ付けされる。 図４（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）に示すように、コレットナット５０は、従来方法のレンチ又はこれに類似する物により把持されるための多面外部表面５１を有する。 コレットナット５０は、２
つの部分を有する長手方向のボア５２を有する。 後方部分５４は、外部ねじ山をスピンドル２２の前方外部表面４６に機構的に係合するように寸法付け及びねじ付けされる。 ボア５２の前方部分５６は、コレットナット５０
の前面の開口５８に向かって軸線方向前方及び半径方向内側に先細りする。

【００２８】コレット６０は、スピンドルボア４２の前方端部とコレットナット５０との内部でその間に捕獲されるように適当に寸法付けされ且つ形成される。 図５に示すように、コレット６０は、コレットの端部に向かって半径方向内側に先細りする軸線方向ボア６１と円錐端部６２との形状をした略管状である。 そのうえ、コレット６０は、複数の前方片持ジョー６４と複数の後方片持ジョー６６とになるように軸線方向に分裂する。

【００２９】コレット６０がスピンドル２２とコレットナット５０との間でその内部に取付けられたときに、テーパが付けられた外部表面はスピンドルボア４２内のテーパが付けられた表面４４とコレットナット５０内のテーパが付けられた表面５６とに接触する。 コレットナット５０がスピンドル２２に締め付けられるように、コレットナット５０のテーパが付けられた表面５６は、スピンドルボア４２のテーパが付けられた表面４４とは、コレット６０の円錐状のテーパが付けられた表面６２に対して圧縮力を作用させる。 この力は、コレット６０の片持ジョー６４、６６を図示しない工具付属物のシャンクを把持するように半径方向内側に圧縮する。 逆に、コレットナット５０がスピンドル２２を後退させたときには、片持ジョー６４、６６上にテーパが付けられた表面４４、５６により作用される圧縮力は減少され、これらのジョーは図示しない付属物のシャンクを解放するように拡張する。

【００３０】一般に利用し得る３．１７５ｍｍ（１／８
インチ）及び６．３５ｍｍ（１／４インチ）の直径サイズ等の種々寸法のシャンクを備える工具付属物と適合させるために、適当な内径のボア６１を備えるコレット６
０は互いに置換可能である。 交換可能なコレット６０
は、上述のように普通のコレットナット５０とスピンドル２２と効果的に協働し、交換可能なコレットはコレットの部分６２、６４、６６について実質的に同一の構造と寸法とを有する。

【００３１】図２と３とを再び参照すれば、コレット６
０とコレットナット５０とは作動部材７０の内部に部分的に囲まれる。 作動部材７０は、前方ハウジングシュラウド１３に回転できるように装着される略円筒構造であり、通常の工具作業中にシャフト２０とスピンドル２２
と共に回転しない。 作動部材７０は、十分な直径を有し、コレットナット５０が締め付けられ又は緩められるために十分なトルクを作用させた状態にオペレータを補助するような十分な把持を確保させる織目模様表面のコレットグリップ７１を備えている。

【００３２】作動部材７０内に半径方向に摺動可能にコレットレンチボタン７２が取付けられる。 コレットレンチボタン７２の半径方向内側にはコレットレンチプレート７４が取付けられる。 本発明の一つの実施例では、コレットレンチプレート７４はコレットレンチプレート７
４を通る開口７５を有し、この開口７５はコレットナット５０を囲う。 コレットレンチプレート７４の開口７５
は二つの部分を有する。 第一部分７６は非係合部分に対応すると共に、電動工具１０の通常作動中にコレットナット５０が第一部分７６内で自由に回転できるような大きさである。 第二部分７８は係合部分に対応すると共に、コレットナット５０の外部表面と接触するような大きさおよび形状である。 コレットレンチばね８０はコレットレンチボタン７２とコレットレンチプレート７４とを半径方向外側に向かって非係合位置へと付勢する。

【００３３】付属物（図示せず）のシャンク周りにコレット６０を締め付けるためまたは緩めるために、オペレータはまずスピンドルロックボタン３０を押し下げて保持することによってスピンドル２２を回転しないようにロックする。 このことにより、ばね４０が圧縮させられ、スピンドルロックプレート３２の切抜き３４の第二部分３８がスピンドル２２と接触させられる。

【００３４】そして、オペレータは他方の手でコレットレンチボタン７２を押し下げてコレットグリップ７１を把持する。 コレットレンチボタン７２を押し下げることにより、コレットレンチばね８０が圧縮されると共にコレットレンチプレート７４が係合位置へと半径方向内側へ移動させられる。 係合位置では、コレットレンチプレート７４の第二部分７８はコレットナット５０の外部表面５１と接触する。

【００３５】こうして、オペレータは、コレットナット５０を締め付けるためまたは緩めるためにおよびコレット６０を圧縮するためまたは解放するために、作動部材７０を回転させることができる。 コレットナット５０は開口７７を通って作動部材７０の前方端部７３を越えて部分的に延びてもよい。 コレットナット５０の露出された端部は、コレットレンチ機構２３に大きなトルクを加えてビットを挿入または取外しする前または後に好都合に指で締め付けられたりまたは緩められたりすることができる。 工具付属物のシャンクを堅固に保持するのに必要とされるトルクを小さくするために、コレットナット５０および／またはコレットナット５０がねじ込まれるスピンドル２２はテフロン（Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標））のようなノンスティック材料でコーティングされてもよい。

【００３６】あるいは、図６（Ａ）および６（Ｂ）に示したように、コレットレンチ９０は、従来の端部の開いたレンチと同様に端部が開いていてもよい。 この実施例では、コレットレンチ９０はコレットナット５０の外部表面を把持するための二つのアーム９２と開いた部分に対面する内部表面９４とを有する。 工具の通常作動中にコレットナット５０が自由に回転することができるように、少なくとも一つのばね９６がコレットレンチ９０を係合しないように付勢する。

【００３７】更なる別の実施例では、図７に示したように、コレットレンチ１００がコレットナット５０と係合するように軸線方向に移動する。 このような実施例では、回転方向と同様に軸線方向にも移動するように作動部材１０２が配置される。 ばね１０４がコレットレンチ１００と作動部材１０２とを軸線方向に非係合位置へと付勢する。 この実施例では、コレットレンチ１００はボックスレンチのような端部の閉じたレンチで形成されてもよい。

【００３８】図７の実施例では、付属物（図示せず）のシャンク周りにコレット６０を締め付けるためまたは緩めるために、オペレータはまずスピンドルロックボタン３０を押し下げて保持することによってスピンドル２２
を回転しないようにロックする。 このことにより、ばね４０が圧縮させられ、スピンドルロックプレート３２の切抜き３４の第二部分３８がスピンドル２２と接触させられる。

【００３９】そして、オペレータは他方の手でコレットグリップ１０３を把持して軸線方向後方へと引く。 コレットグリップ１０３を引くことにより、作動部材１０２
が後方へ移動してばね１０４が圧縮され、コレットレンチ１００が軸線方向後方に係合位置へと移動させられる。 係合位置では、コレットレンチ１００はコレットナット５０の外部表面５１と接触する。 そして、オペレータはコレットナット５０を締め付けるためまたは緩めるために、およびコレット６０を圧縮するためまたは解放するために作動部材１０２を回転させることができる。
コレットグリップ１０３を開放すると、ばね１０４は作動部材１０２を軸線方向前方へ押し、コレットレンチ１
００を非係合位置へと戻す。

【００４０】最初に説明したコレットレンチ機構２３の実施例について再考し、且つ図２、８および９を参照すると、工具によって生成されたダストの流れを処理するために、ダスト処理システムを形成するように様々な協働特性が行われる。 例えば、作動要素７０はダストが移動することができるように複数の開口６９で形成されている。 ダストを開口６９を通して後方へ移動させることで、ダストは作動要素７０と前方ハウジングシュラウド１３との間のジョイント７９を通って排出される。 ジョイント７９はダストの排出を促すようににおよびジョイントに必然的に侵入してしまうダストの存在を許容するように故意に大きな公差で共に取付けられる。

【００４１】あるいはまたは加えて、ダストはプレート７３の開口７７を通って延びるコレットナット５０周りで前方へ移動することによって作動要素の内部に排出される。 このとき、開口７７の大きさはコレットナット５
０周りに周囲隙間８１を提供するような大きさである。

【００４２】作動要素７０内のダスト用の別の排出路はコレットレンチボタン７２周りである。 表面６８、コレットレンチボタン７２が備わる開口を形成する表面６８
の大きさは、コレットレンチボタン７２の周囲に緩んだ状態で固着させるような大きさである。

【００４３】加えて、前方ハウジングシュラウド１３には回転方向に応じて作動要素７０の開口６９に通じる開口１１が形成されてもよい。 ベアリングプレート２７はベアリングプレート２７と前方ハウジングシュラウド１
３の内部表面との間に間隙２８ができるような大きさであり、そのように取付けられてもよい。 ダストが前方ハウジングシュラウド１３の前方領域から間隙２８を介して排出されると、ダストは排気孔２９に入ってモータファン１５によって駆動された冷却空気流によって排気孔２９から吹き出される。

【００４４】本発明の三つの好適な実施例について説明したが、特許請求の範囲またはその正当な趣旨を逸脱することなく本発明を修正、変更、改変することができることは明らかである。 例えば、本発明について教示が工具付属物を保持するためにコレットを用いる別の工具にも直接利用可能であることは理解されよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従った無工具コレット組立体を組み入れた電動工具の断面図である。

【図２】図１の電動工具の部分拡大図である。

【図３】図１のコレットを備える電動工具の組立分解図である。

【図４】（Ａ）は、図１のコレットナットの斜視図を、
（Ｂ）は、（Ａ）のコレットナットの側面図を、（Ｃ）
は、（Ａ）のコレットナットの断面図を示している。

【図５】図１のコレットの斜視図である。

【図６】本発明に従ったコレットレンチの代替の実施形態の正面図である。

【図７】本発明に従ったコレット組立体の代替の実施形態の組立分解図である。

【図８】作動部材の内部図である。

【図９】前方ハウジングシュラウドの内部図である。

【符号の説明】

１０…回転式切抜き又はえぐり工具 １２…ハウジング １３…前方ハウジングシュラウド １４…モータ １５…冷却ファン １６…電導コード １７…開口 １８…スイッチ ２０…モータシャフト ２２…スピンドル ２３…コレットレンチ機構 ２４…スピンドルロック機構 ２６…ベアリング ２７…ベアリングプレート ２９…排出孔 ３０…スピンドルロックボタン ３４…切抜き ３６…第一部分 ３８…第二部分 ４０…ばね ４６…前方外部表面 ５０…コレットナット ５１…多面外部表面 ６０…コレット ６４…前方片持ジョー ６６…後方片持ジョー ７０…作動部材 ７１…コレットグリップ ７２…コレットレンチボタン ７３…前方端部 ７４…コレットレンチプレート ７６…第一部分 ７８…第二部分 ８０…コレットレンチばね ９０…コレットレンチ １００…コレットレンチ １０２…作動部材 １０３…コレットグリップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート アラン ベリー アメリカ合衆国，メリーランド 21771, マウント エアリー，ハーディ ロード 17010 (72)発明者 マイケル イー． ビッツエル アメリカ合衆国，メリーランド 21136, レイスターズタウン，ウィンターベリー コート 3431 (72)発明者 アレン ケー． ブレルスフォード アメリカ合衆国，メリーランド 21013, バルドウィン，ムーレス ロード 3003 (72)発明者 ジョン エル． マックキベン アメリカ合衆国，ペンシルバニア 17313, ダラスタウン，ブラサム ヒル レーン 660 Ｆターム(参考） 3C032 BB12 JJ11