JP2000515438A - ハンマードリルの衝撃機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ハンマードリル（１０）には、回転可能なアーマチァ軸（３０）が設けられており、アーマチァ軸は、中間軸（６４）上に設けられた軸方向移動可能な中間ギヤ（６２）を駆動し、そして中間軸は、軸方向に移動可能な出力軸（４４）の中間部に固定された出力ギヤ（４２）を駆動する。中間ギヤは、往復運動を発生させるための第１カム機構（７０）を有する入力面（６６）を有しており、また、出力ギヤの衝撃面（８２）と当接可能な出力面（６８）を有しており、これらの間で軸方向の移動が伝達される。第２カム機構（８０）が、第１カム機構に対して軸方向に離間してハウジングに取付けられている。第１カム機構及び第２カム機構は、往復運動を発生させる形状をなし、中間ギヤを軸方向に往復運動させる。

Description

【発明の詳細な説明】 ハンマードリルの衝撃機構 技術分野 本発明はハンマードリルに関するものであり、特にハンマードリルの衝撃機構 に関する。 背景技術 岩や石等の硬い物の表面に穴を空けるのを容易にするために、ドリルビットを 往復運動させることがしばしば必要となる。ドリルビットの打撃運動により、物 体の粉砕が容易となり、ドリルビットの回転により、粉砕された物質をドリルで 削孔された穴部から取除く。 従来のハンマードリルでは、ハウジング内にモータが設けられており、モータ は、アーマチァ軸を有し、その先端部にはピニオンが設けられていた。一段減速 ドリルでは、ピニオンは、ハンマードリルの出力軸に固定された出力ギヤを駆動 するように構成されており、二段減速ドリルでは、ピニオンは中間軸を介して、 出力軸を駆動するように構成されている。ドリルビットを支持するためのドリル チャックが、出力軸上に設けられている。打撃運動を付与する衝撃機構は、出力 ギヤの表面に関連して設けられる。出力ギヤの表面上に形成されたラチェット面 又はこれに類似の機構は、ドリルのハウジングに固定された協働機構と当接する 。 よって出力軸が回転すると、ドリルビットが往復運動する。 また、ドリルの回転運動のみ行う従来のドリルモードと、打撃運動と共にドリ ルの回転運動を行うハンマードリルモードとの切換が可能な、ハンマードリルは 公知である。このハンマードリルは２つのモードの切 換が可能であるため、どちらか１つのモードのみの従来のドリルを２体用意する ことは不要となった。従来のドリルモードと、ハンマードリルモードとの切換を 行う調節機構の一例は、本発明と同一の出願人による米国特許第５，４４７，２ ０５号公報に開示されており、その開示内容は、本件明細書の開示事項となるべ きものである。 従来のハンマードリルの衝撃機構では、能率良くハンマードリル掘削が行われ るようにするために、一分あたりの打撃数（ＢＰＭ）を高い値にすることが要求 されていたが、これを達成するためには、好ましくない高い出力速度が必要とさ れるという問題があった。ＢＰＭを高い値とするためには、衝撃機構の斜面（ra mp）の数を多くすることによっても達成できる。しかし、衝撃斜面の数を多くす ると、各々の斜面と接触する表面の面積が小さくなるため、スキッピング現象(s kipping effect)が生じ、能率が低下する。 発明の開示 本発明は、好ましくない高い出力速度が必要されることなく、一分あたりの打 撃数（ＢＰＭ）を高い値とするハンマードリルを提供することを目的とする。 また、本発明の別の目的は、往復運動を発生させる複数の斜面の数を少なくで き、斜面が相互に当接する面積を広くできる、中間ギヤに衝撃機構が設けられた ハンマードリルを提供することである。 以上の本発明の目的や特徴を達成するために、ハンマードリル及びハンマード リルのための衝撃機構が提供された。ハンマードリルには、ハウジング内にモー タが設けられており、モータは、回転可能なアーマチァ軸を有し、その一端には アーマチァピニオンを備えている。軸方向に移動可能な出力軸が、第１端、第２ 端、両端の中間部及び回転軸を備え る。出力軸の第１端はドリルチャックを保持している。出力軸の中間部には、出 力軸と共に同軸的に回転する出力ギヤが固定されている。 軸方向に移動可能な中間ギヤが、中間軸上に固定されており、アーマチァピニ オンによって駆動される。中間ギヤには、入力面及び出力面が形成されている。 入力面は、往復運動を発生させるために、第１カム機構と関係づけられて構成さ れている。出力面は、出力ギヤの衝撃面に当接可能に構成されている。出力面と 入力面との当接によって、中間ギヤと出力ギヤとの間の軸方向の移動の伝達が行 われる。 中間ピニオンが、中間ギヤと共に回転するように中間軸上に設けられている。 中間ピニオンは、出力ギヤを駆動し、中間軸と出力軸との間にギヤによる減速を 生じさせる。 第２カム機構が、ハウジングに設けられており、第１カム機構に対して軸方向 に離間して配設されている。第１及び第２のカム機構が相互に隣接しているとき に、中間ギヤ出力面に出力ギヤ衝撃面が当接するように出力軸を軸方向に十分に 移動させることにより、第１及び第２カム機構は当接可能である。第１及び第２ のカム機構は、往復運動を発生するように構成されており、第１カム機構が第２ カム機構に対して回転しているときに、中間ギヤを軸方向に往復運動させる。中 間ギヤの出力面は、出力ギヤの衝撃面に往復運動を伝達し、出力軸が回転してい るときに出力軸を軸方向に往復運動させる。 本発明による有利点は多い。例えば、本発明は、好ましくない高い出力速度が 必要とされることなく、またコストが高くつく２段階速度ギヤトレインが必要と されることなく、効果的なハンマードリル動作を行うための一分あたりの打撃数 （ＢＰＭ）を高い値とするハンマードリルを提供する。中間段階における高い回 転数によって、ハンマー動作を発生させる軸方向の動きを制御する斜面の数を減 じることができる。このこ とにより、１回転する際に当接する斜面の表面積を増加させ、「スキッピング」 現象や高速ハンマードリルで生じていた効率のロスを減じることができる。 本発明の上記目的及び他の目的、特徴及び利点は、添付の図面を参照して本発 明を実施するための最良の形態を詳細に説明する以下の記述により、当業者によ って容易に理解される。 図面の簡単な説明 図１は、本発明によるハンマードリルを示す部分断面側面図。 図２は、本発明による従来のドリルモードの衝撃機構を示す拡大側面図。 図３は、本発明によるハンマードリルモードの衝撃機構を示す拡大側面図。 図４は、中間ギヤの入力側を示す正面図。 図５は、他の実施の形態によるハンマードリルの衝撃機構を示す斜視図。 発明を実施するための最良の形態 図１は、ハンマードリル１０の概要を示す。ハンマードリル１０は、ピストル グリップハンドル１４を備えたハウジング１２を有する。ハウジング１２の下端 部からは、電気コード１６が延びている。電気コード１６は、モータ１８に電力 を供給するための適当な電源に接続される。ハウジング１２のハンドル１４には 、トリガースイッチ２０が設けられ、コード１６と共に回路を構成している。な お本発明は、バッテリーによって電力が供給されるコードレスのハンマードリル にも適用される。トリガースイッチ２０は、選択的にモータ１８に電力を供給す る。必要に 応じて、トリガースイッチ２０の接続されている回路には、モータ速度を制御す る図示せぬ速度制御手段が接続されるようにしてもよい。 図１〜図４に示されるように、ハウジング１２は、前部若しくは前方部２２及 び後部若しくは後方部２４を有する。前方部、後方部で言及してゆくと、前方部 とは、被削孔物に衝接するドリルの後端部に、他の部分よりもより近い部分のこ とである。モータ１８は、回転可能なアーマチァ軸３０の後端部に接続されてい る。アーマチァ軸３０の前方部は、ボールベアリング３２によって支持されてい る。ボールベアリング３２は、ハウジング１２に固着されたベアリングプレート ３６の所定位置に固定されている。アーマチァ軸３０の前方端には、アーマチァ ピニオン３８が設けられている。 中間ギヤ群４０は、主軸又は出力軸４４を回転するために、アーマチァピニオ ン３８の回転を出力ギヤ４２に伝達接続している。出力軸４４は、第１端４６、 第２端４８を有しており、これらの端部間に中間部５０を有している。出力ギヤ ４２と出力軸４４とが、回転軸５２に同軸的に回転するように、出力ギヤ４２は 出力軸４４の中間部５０に固着されている。 出力軸４４の第１端４６は、ハウジング１２から突出しており、従来と同様の ドリルチャック５４が接続されている。ドリルチャック５４は、様々な被削孔物 を削孔するツールビットを保持するように構成されている。 図２乃至図４には、ハンマードリル１０の衝撃機構６０が示されている。軸方 向に移動可能な中間ギヤ６２が、中間軸６４上に設けられ、アーマチァピニオン ３８によって駆動される。中間ギヤ６２は、入力面６６及び出力面６８を有して いる。出力軸４４に往復運動を発生させるために、入力面６６は第１カム機構７ ０に関連しており、第１カム機構は、 ある角度で円が区切られた複数の衝撃斜面１０６（図４）を備える。中間軸６４ 上には中間ピニオン７２が設けられ、中間ピニオン７２は中間ギヤ６２とともに 、中間軸６４の軸心を中心として回転するように構成されている。中間ピニオン ７２は出力ギヤ４２を駆動し、中間軸６４と出力軸４４との間で減速を生じさせ る。 中間ギヤ６２は、アーマチァピニオン３８と噛合し回転するように図示されて いるが、多段のギヤによる減速を生じさせるために、中間ギヤ６２とアーマチァ ピニオン３８との間に、他の中間ギヤ及びピニオンを設けたり、又は、幾つかの ギヤ及びピニオンを介してもよい。更に、中間ピニオン７２は出力ギヤ４２と噛 合し回転するように図示されているが、中間ピニオン７２と出力ギヤ４２との間 に他の単一又は複数のギヤを介在させてもよい。 引続き図２乃至図４を参照してゆくと、円をある角度で区切って複数配置され た衝撃斜面１０８によって構成される第２カム機構８０が、ベアリングプレート ３６を介してハウジング１２に支持されている。第２カム機構８０は、第１カム 機構７０から軸方向に離間して設けられている。出力軸４４の十分な軸方向の移 動により、出力ギヤ衝撃面８２が中間ギヤ出力面６８に当接して、第１及び第２ カム機構７０、８０は、互いに係合可能に構成されている。出力軸４４が更に移 動すると、中間ギヤ６２が移動し、第１カム機構７０と第２カム機構８０とが互 いに当接する。 どのように中間ギヤ４０が配置されていても、ギヤの表面の当接によって、往 復運動が伝達される。ギヤ表面の当接については、様々な例が考えられ、例えば 、出力ギヤ中間部５０に、ディスクを固定配置して、ディスクを中間ギヤ出力面 ６８に当接させることにより、出力ギヤ衝撃面８２と同様の機能を果たすことが できる。 第１及び第２カム機構７０、８０は、往復運動を発生するために相互に関係し ており、第１カム機構７０が第２カム機構８０に対して回転すると、中間ギヤ６ ２を軸方向に往復運動させる。この運動を達成する１つの方法が、衝撃斜面１０ ６と１０８とが関連して動作することである。中間ギヤ６２の出力面６８は、出 力ギヤ４２の出力ギヤ衝撃面８２に往復運動を伝達する。第２カム機構は、スプ リング座１００を画成している。中間軸６４に作用する棒状の調整ロッド８８に よって、カム機構７０及び８０が互いに当接また当接が解除される。適当な付勢 手段又はスプリング１０２、例えば皿ワッシャ、波型ワッシャのようなものかこ れに類するものがスプリング座１００に配設され、第１及び第２カム機構７０、 ８０が互いに離間するように付勢する。これらのカム機構は、スプリング１０２ の付勢力に抗して中間ギヤ６２を移動させることによって当接できる。 第１及び第２カム機構７０、８０は、それぞれ図示されるように、円をある角 度で区切る複数の衝撃斜面１０６、１０８によって構成するのが好ましい。しか し、望ましい往復運動を発生させるための第１及び第２カム機構については、そ の他の構成を採ることができる。第１及び第２カム機構７０、８０が互いに当接 しているときに、第２カム機構８０に対して第１カム機構７０が往復運動を発生 しさえすればよいのであって、例えば、第２カム機構８０をハウジング１２に固 定してもよいし、また第２カム機構８０をギヤトレインの中のある構成部分とと もに回転するように構成してもよい。第１カム機構７０は、中間ギヤ６２に一体 に設けても良い。 第１カム機構７０と第２カム機構８０とは、相互に噛合する形状であるのが好 ましい。このことにより、ハンマードリルモードのときに、斜面１０６と１０８ との接触面積を最大にすることができる。 引続き図２乃至図４を参照しながら、調整ロッド８８の回転により、従来のド リル動作とハンマードリル動作とを切換える調整機構８６について説明する。調 整機構８６は、米国特許第５，４４７，２０５号公報に記載された調節機構と同 様であり、調節機構自体の構造及び動作は、同公報の記載を本件に適用されたい 。ベアリングプレート３６は、穴部９０において、出力軸４４の第２端部４８を 支持する。出力軸４４の第２端部４８は、針状ころ軸受又はボールベアリング９ ２を介して支持される。ベアリングプレート３６には、穴部又はピボット穴部９ ４が形成されており、穴部９０と連通しており、よって、出力軸４４の第２端部 ４８とも連通している。調整ロッド８８は、穴部９４に回転可能に支持されてお り、出力軸４４の第２端部４８付近にまで延びている。 調整ロッド８８は、第１及び第２カム機構７０、８０が相互に当接することを 許可し、又は阻止している。ピボット穴部９４は、図示されているように出力軸 の軸心５２と直交する方向に延び、調整ロッド８８を内部に支持している。調整 ロッド８８はピボット穴部９４中で回転可能な隙間が確保された状態で、ピボッ ト穴部に装着されている。 特定の軸方向位置に出力軸４４を選択的に付勢するために、調整ロッド８８に は、ドリルカム９６及び衝撃カム９８が形成されている。 図２に示されるように、調整ロッド８８を回転して、ドリルカム９６が出力軸 ４４の第２端部４８付近にある場合には、第１及び第２カム機構７０、８０が相 互に当接するのを阻止できる形状にドリルカム９６は形成されている。また図３ に示されるように、調整ロッド８８を回転して、衝撃カム９８が出力軸４４の第 ２端部４８付近にある場合には、第１及び第２カム機構７０、８０が当接できる ように、衝撃カム９８にはドリルカム９６よりも深い凹部が形成されている。 出力軸４４の第２端部４８には、スラストベアリング１０４が還着さ れているのが好ましい。スラストベアリング１０４により、出力軸４４が回転し 易くなる。 本発明による実施の形態におけるハンマードリルモードでは、モータ１８の回 転数は約２６，０００ｒｐｍであることが好ましい。中間ギヤ６２は約３９個の 歯を有し、アーマチァピニオン３８は約７枚の歯を有する。よって、中間ギヤ６ ２とアーマチァピニオン３８とのギヤ比は、約５．５対１となる。この結果、中 間軸６４は約４７００ｒｐｍで回転する。また、出力ギヤ４２は３９又は４０個 の歯を有するが、中間ピニオン７２は９又１０個の歯を有する。よって、出力ギ ヤ４２と中間ピニオン７２とのギヤ比は、約４対１となる。このようなギヤ比と モータ速度により、出力軸４４は約１０００乃至１２００ｒｐｍで回転する。 第１カム機構７０は中間軸６４と共に回転し、１１乃至１３個の衝撃斜面が設 けられていることが好ましい。そのことにより、出力軸を低速で維持した状態で も、６０，０００ＢＰＭ（１分間の打撃回数）を発生させる。 図５には、他の実施の形態による衝撃機構１２０が示されている。図１乃至図 ４に図示された第１の実施の形態では、第１及び第２カム機構を互いに離間する 方向に付勢する付勢機構として、スプリングを用いたが、これに代えて、衝撃機 構１２０には、第１のハンマードリルの例と類似する中間軸１２４及び出力軸１ ２６に作用する調整ロッド１２２が用いられている。調整ロッド１２２には、出 力軸１２５の端部に交互に作用する第１ドリルカム１２８と第１衝撃カム１３０ が形成されている。調整ロッド１２２には、更に、第２ドリルカム１３２及び第 ２衝撃カム１３４が設けられており、これらは、中間軸１２４の端部に作用する 。調整ロッドが衝撃位置に回転したとき、衝撃機構１２０は、図２乃至図３に示 された第１の実施の形態の衝撃機構と同様に動作する。調整ロッ ド１２２がドリル位置に回転したときには、第１カム機構１３６と第２カム機構 １３８とが係合しない程度に、第２ドリルカム１３２が中間軸１２４を軸心方向 に付勢する。第２衝撃機構１２０は、第１の実施例の衝撃機構よりも製造上多少 コスト高ではあるが、スプリングの付勢力が低下してきたときに生ずる様々な問 題を解消することができる。 本発明は、望ましくない高い出力速度が要求されず又コスト高である２段階速 度のギヤトレインを不要として、一分あたりの打撃数（ＢＰＭ）を好ましい高い 値とすることができ、効率的なハンマードリル性能が得られる。これは、衝撃機 構を、出力ギヤではなく中間ギヤに組合わせたことによるものである。この中間 段階のギヤを出力ギヤに当接させ、ハンマー動作を出力軸及び出力チャックに伝 達させることにより、ハンマー動作が実行されるのである。中間段階で、より高 い回転数が得られるため、中間ギヤの軸方向の動作を制御しハンマー動作を発生 させる斜面の数を減らすことができる。従って、１回転する際に係合する個々の 斜面の表面積を増加することができ、スキッピング現象を減らすことができる。 本発明の別の長所としては、アーマチァベアリング３２と第１段ギヤとの距離 を短くできることが挙げられる。これは、中間ギヤから出力ギヤに往復運動が伝 達される構成であるからである。歯車減速機構を用いた従来のハンマードリルで は、出力ギヤがカム機構を有していたので、より大きいギヤの後方にピニオンが 位置するように、中間ギヤが配置されていた。ピニオンを中間段階のギヤよりも 前方に配置したことによって、曲げモーメントを減らすことができ、アーマチァ ピニオン及びそれと噛合するギヤの磨耗を減らすことができ、ベアリングにかか る負荷を減ずることができる。本発明は、多段歯車減速ハンマードリルに適用す ることが可能である。また、出力ギヤ又は出力ギヤと接触する介装ギヤ 又はそれと同等の動作伝達部材を、衝撃機構を備えた中間ギヤに当接させること により、一分あたりの打撃数（ＢＰＭ）を高い値にすることができる。 本発明を実施する最良の形態について詳細に説明したが、当業者であれば、以 下の特許請求の範囲に定義された範囲で、本発明を実施するにあたり様々な設計 や変更が想到できるはずである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ハンマードリルの衝撃機構であって、該ハンマードリルはハウジングを有 し、該ハウジング内にはモータが設けられ、該モータには一端にアーマチァピニ オンが設けられた回転可能なアーマチァ軸が設けられ、 該衝撃機構は、出力軸と、出力ギヤと、中間軸と、中間ギヤと、中間ピニオン と、第１カム機構と、第２カム機構とを有し、 該出力軸は軸方向に移動可能であり、第１端、第２端、該第１端と該第２端と の間の中間部を備えて回転軸を規定し、該第１端はドリルチャックを保持可能に 構成され、 該出力ギヤは、該出力軸と同軸回転可能に該出力軸の該中間部に固着されると 共に、衝撃面が形成され、 該中間軸は中心軸を規定し、 該中間ギヤは軸方向に移動可能であり、該中間軸に設けられて、該アーマチァ ピニオンによって駆動され、該中間ギヤは入力面及び出力面を有し、該入力面は 往復運動を発生する該第１カム機構と関連するように構成され、該出力面は該出 力ギヤに軸方向の移動を伝達するために、該出力ギヤの該衝撃面に当接可能に設 けられ、該出力ギヤが軸方向に沿って該中間ギヤの方向に移動したときに、該出 力面は該衝撃面と当接し、 該中間ピニオンは該中間軸に設けられて、該中間ギヤと共に回転し、また該出 力ギヤを駆動して、該中間軸と該出力軸との間に減速を生じさせ、 該第２カム機構は該ハウジングに取付けられて、該第１カム機構に対して軸方 向に離間して設けられ、該出力軸を軸方向に充分に移動させ、該出力ギヤ衝撃面 が該中間ギヤ出力面に当接し該中間ギヤが軸方向に移動することにより、該第２ カム機構と該第１カム機構とは相互に当接し するように構成され、 該第１カム機構及び該第２カム機構は、該第１カム機構が該第２カム機構と当 接している状態で、該第１カム機構が該第２カム機構に対して回転しているとき に往復運動を発生して、該中間ギヤを軸方向に往復運動させる形状をなし、該出 力ギヤの回転中に該中間ギヤ出力面から該出力ギヤの該衝撃面に軸方向の往復運 度を伝達することを特徴とするハンマードリルの衝撃機構。 ２．該第１カム機構と該第２カム機構とが相互に離間するように、該中間ギヤ に作用する付勢機構を備えたことを特徴とする請求項１記載の衝撃機構。 ３．ベアリングプレートと、調整ロッドが更に設けられ、 該ベアリングプレートは該ハウジングに固着され、また該出力軸の該第２端を 支承すると共に、該ベアリングプレートには該出力軸の該第２端と連通する穴部 が形成され、 該調整ロッドは、回転可能であり、該穴部によって支承され、該出力軸の該第 ２端に至るまで延び、また該出力軸を軸方向の選択された２位置に交互に付勢す るための第１ドリルカムと第１衝撃カムとを有し、 該調整ロッドを回転させて、該第１ドリルカムが該出力軸の該第２端付近に位 置したときに、該第１ドリルカムは、該出力軸を所定位置に位置せしめて該第１ カム機構と該第２カム機構との係合を妨げるような形状をなし、 該調整ロッドを回転させて、該第１衝撃カムが該出力軸の該第２端付近に位置 したときに、該第１衝撃カムは、該出力軸を他の所定位置に位置せしめて該第１ カム機構と該第２カム機構とを係合させる形状をなしていることを特徴とする請 求項２記載の衝撃機構。 ４．該付勢機構はスプリングを備え、該スプリングは、該第１カム機 構と該第２カム機構とが相互に離間するように該中間ギヤに作用し、該中間ギヤ が該スプリングの付勢力に打勝ちつつ軸方向に付勢されたときには、該第１カム 機構と該第２カム機構とが相互に係合できる程度に圧縮可能であることを特徴と する請求項３記載の衝撃機構。 ５．該付勢機構は、回転可能な該調整ロッドに形成された第２ドリルカムと、 回転可能な該調整ロッドに形成された第２衝撃カムとを有して該中間軸を軸方向 の２位置に交互に付勢し、該第２ドリルカムは、該第１カム機構と該第２カム機 構とが互いに離間するように該中間軸を位置させ、該第２衝撃カムは、該第１カ ム機構と該第２カム機構とが互いに係合するように該中間軸を位置させることを 特徴とする請求項３記載の衝撃機構。 ６．該第１カム機構は、該中間ギヤの該入力面側に設けられ円を所定の角度で 区切る複数の斜面を有することを特徴とする請求項１記載の衝撃機構。 ７．該第１カム機構は、該中間ギヤの該入力面側に設けられ円を所定の角度で 区切る複数の斜面を有しており、該第２カム機構は、該ハウジングに固定され、 該第１カム機構に噛合するように円を所定の角度で区切る複数の斜面を有してい ることを特徴とする請求項１記載の衝撃機構。 ８．該アーマチァピニオンは該中間ギヤに回転噛合し、該中間ピニオンは、該 出力ギヤに回転噛合することを特徴とするクレーム１記載の衝撃機構。