JP2002254334A

JP2002254334A - 電動工具

Info

Publication number: JP2002254334A
Application number: JP2001058627A
Authority: JP
Inventors: Tomomasa Nishikawa; 智雅西河; Shinki Otsu; 新喜大津; Takuma Saito; 琢磨斉藤
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2002-09-10

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、モータの出力やハンマの慣性力を
増加させることなく、先端工具を効率のよい状態に保つ
ことで、更に高い締め付け力を得られる電動工具を提供
することである。【解決手段】ハンマ２がアンビル３に衝撃トルクを与
えるまでに、先端工具保持具２９とナットやボルトの保
持具との間に一定の間隙４１を確保する間隙発生機構３
３を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インパクトドライ
バやオイルパルスドライバなどの電動工具に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来の電動工具は、特開昭５９−８８２
６４号に開示されているように、ハンマなどの回転慣性
体を打撃することにより衝撃トルクを発生させる機構を
有している。このような電動工具の内部構成を図１１を
用いて説明する。電動工具は、略Ｔ字形状を成してお
り、コードレス工具本体を形成する二つ割ハウジング
（以下ハウジングと称す）によって形成される本体胴体
部には駆動源であるモータ１２や減速機構部９などを収
容し、且つ本体胴体部から垂下するハンドル部７（グリ
ップ部）にはモータ１２に電力を供給するためのトリガ
スイッチ８や蓄電池５の接続端子と電気的に接続される
接点などが収容されている。また、上記ハンドル部７の
端部は開口端部となっており、この開口端部から蓄電池
５が挿入される。

【０００３】上述した本体胴体部には、モータ１２や減
速機構部９以外の機構として、ドライバビット或いはレ
ンチ等の先端工具に衝撃力を付与するための衝撃トルク
発生機構が設けられている。この衝撃トルク発生機構
は、モータ１２の回転動力を伝達する減速機構部９から
の出力によって回転する回転軸１に鋼球（スチールボー
ル）４を介して回転可能且つ回転軸軸方向に移動可能な
ハンマ２０と、このハンマ２に設けた複数の爪部２０に
打撃され回転する羽根部を有するアンビル３とから構成
されている。

【０００４】また、モータ１２の回転軸１０端にはギヤ
歯が設けられてあり、インナーカバ１５に軸受１６を介
して後端が支持されたスピンドル１には、モータ１２の
回転軸１０端のギヤ歯と噛合う減速機構部９（以下遊星
ギヤと称す）が取りつけられている。これら遊星ギヤ９
はインナーカバ１５及びハンマケース１１に固着された
リングギヤ１７にも噛み合っている。また、アンビル３
は、ハンマケース１１に固着された軸受１９により支持
され、着脱自在の先端工具２９を保持する。また、スピ
ンドル１は先端をアンビル中心に設けた穴部と結合して
支持し、後端は遊星ギヤ保持部と一体化され軸受１６に
より支持されており、スピンドル１はこれら回転軸１０
と遊星ギヤ９及びリングギヤ１７で構成される遊星機構
の減速出力によって回転する。

【０００５】上記ハンマ２は、スピンドル１を囲むリン
グ域、スピンドル１に対して軸方向にスライド自在とさ
れていると共に、ばね１３によって軸方向前方へと付勢
されている。ハンマ２内の内周面には、逆Ｖ字型の溝１
８が設けられており、ハンマ２の先端面にはアンビル３
と係合して回転動力をアンビル３に伝えると共に衝撃ト
ルクをアンビル３に付与する打撃部２０が突設されてい
る。一方、スピンドル１の外周面には軸方向に、Ｖ字型
のカム溝１４が設けられており、このカム溝１４とハン
マ２内の溝１８間に挿入された鋼球４を介してハンマ２
を回転する。この時、被締付け物を回転させるための負
荷トルクよりもハンマ２の回転トルクの方が小さいとハ
ンマ２は、カム溝１４に沿ってバネ１３を圧縮しつつ後
退し、打撃部２０がアンビル３との結合から離れた時点
から、ハンマ２はアンビル３を乗り越え、更にハンマ２
はバネ１３による付勢とカム溝１４によるガイドを受け
て、回転しつつ前進し、打撃部２０で回転前方のアンビ
ル３に衝撃トルクを与える。この衝撃トルクは先端工具
２９へ伝わり、先端工具２９から締結部材に衝撃トルク
が伝わり締め付け等を行っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した電動工具は、
先端工具に六角ソケット等を使用しており、ボルト等の
締め付けを行った場合、例えばＭ１２のボルトでは１０
００ｋｇｆ・ｃｍ前後の締め付けトルクとなり、ボルト
に発生する軸力は２８００ｋｇｆ前後となる。しかしな
がら、２．４Ｔ系列のボルトにおいては最大軸力が６０
００ｋｇｆ前後であるため締め付け力を増加させること
ができる。

【０００７】このため、更に締付け力を増加させるに
は、モータの出力を増加させてハンマの慣性力を増やす
ことにより、アンビルに与える衝撃トルクを増やす方法
が考えられるが、機構全体が大きくなり電動工具自体が
大型化してしまうという問題があった。

【０００８】本発明の目的は、上記問題を解消し、高い
締め付け力を必要とされる回転締め付け工具において、
モータの出力やハンマの慣性力を増加させることなく、
先端工具を効率のよい状態に保つことで、更に高い締め
付け力を得られる電動工具を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、駆動源であ
るモータと、モータによって回転される回転軸と、回転
軸に形成したカム溝に挿入された鋼球を介して回転可能
且つ回転軸軸方向に移動可能なハンマと、ハンマに設け
た複数のハンマ爪により打撃され回転するアンビル爪を
有するアンビルと、アンビルに着脱自在な先端工具保持
具と、先端工具保持具に係合する保持具とを備えた電動
工具において、ハンマがアンビルに衝撃トルクを与える
までに、先端工具保持具と保持具との間に一定の間隙を
確保する間隙発生機構を設けることにより達成される。

【００１０】

【発明の実施の形態】本実施例におけるインパクトレン
チの打撃機構部を図１〜図１０を用いて説明する。図１
から図３には本実施例におけるインパクトレンチに装着
される先端工具保持部である六角ソケットが示されてお
り、このソケットの内側の形状は、ナットやボルトなど
の締結部材と回転方向の隙間を大きくするための隙間大
部４１と、ナットやボルトなどの締結部材と半径方向の
隙間を小さくするための隙間小部４２が設けられてい
る。ソケット内部の２面幅Ｃと締結部材の２面幅Ｄを同
程度の寸法としており、これにより六角の角部の磨耗防
止とソケットと締結部材の捻り剛性を上げている。ま
た、ソケットの端部近傍に鋼球３５を挿入する穴部を設
けている。この穴には六角の対角を挟むように４個以上
の鋼球３５が配されており、且つ穴の直径は鋼球を移動
自在とする径となっており、更にソケットの内側部を鋼
球３５の直径より小径として鋼球が内部に落ちない寸法
形状になっている。鋼球の外周には、鋼球を締結部材に
押し付けるためのばね性を有するＣリング３４が配され
ている。ソケットの穴のある前端部には、Ｃリング３４
を収納する溝３６と、Ｃリング３４が回転することを防
止するストッパ３７が設けられている。

【００１１】このような構成にすることで、六角ソケッ
トが回転すると、図７に示すように六角ソケットにより
保持されているナットに隙間４１分、六角ソケットが移
動し、衝撃トルクを与える。この衝撃トルクを与えるま
でには、六角ソケットの回転に伴い鋼球３５が外径方
向、即ちＣリング３４を押し上げる方向に移動する。１
回目の衝撃トルクが与えられると次の衝撃トルクが与え
られるまでの間に、先に述べた鋼球３５がＣリング３４
の弾性力により内径方向に押し下げられ、回転方向にお
けるナットと六角ソケットとの間に衝撃用の間隙を形成
する。即ち、上述した部材から構成される間隙発生機構
により、ナットを初期位置に戻すようにしている。この
繰り返しにより締結作業を行っていく。なお、緩め方向
の場合には、締め付け時に動作する鋼球ではなく他の鋼
球が動作するものだが、基本的な動作は上記同様であ
る。

【００１２】よって、締結部材を締め付ける時または緩
める時、一打撃終了毎に、ソケットと締結部材の回転方
向の隙間が一定に確保され、強い衝撃トルクを得ること
ができる。また、半径方向の隙間が小さいので半径方向
の振動は小さく維持される。更にソケットと締結部材の
２面幅を同程度にすることにより、ソケットと締結部材
間の捻り剛性が高くなり、強い衝撃トルクを得ることが
できる。

【００１３】図４は他の実施例を示しており、ソケット
が締結部材に近い六角リング３０と先端工具母体３１と
に２分割されている。六角リング３０と先端工具母体３
１との内側には、それぞれ六角形状が施されており、六
角リング３０の六角形状に対して先端工具母体３１の六
角形状が回転方向にある角度ずれた位置関係となるよう
に、六角リング３０或いは先端工具母体３１に形成され
るそれぞれの突出部間に挟持して配されるバネ３２で位
置決めされている。このバネ３２の弾性力は、ソケット
の正転時或いは逆転時に六角リング３０及び先端工具母
体３１に作用する。よって、本構成による締め付け時に
は、先端工具母体３１の回転に伴いバネ３２を圧縮する
ため、衝撃トルクを与えた後は、上記バネ３２の弾性力
により、六角リング３０と先端工具母体３１との関係を
初期位置に戻すようにしている。この繰り返しにより締
結作業を行っていく。また、緩め方向の場合には、先端
工具母体３１の回転に伴いバネ３２を伸ばすため、衝撃
トルクを与えた後は、バネ３２の弾性力により、六角リ
ング３０と先端工具母体３１との関係を初期位置に戻す
ようにしている。

【００１４】よって、ハンマ２による衝撃トルクと衝撃
トルクの間で回転側の先端工具母体３１の回転方向隙間
を常に確保でき、強い衝撃トルクを得ることができる。

【００１５】なお、バネ３２の端面を六角リング３０と
先端工具母体３１のどちらの突出部で支持するかによっ
て締め付け時或いは緩め時におけるバネ３２の動きが異
なるものの作業状の問題はない。また、本構成では六角
リング３０と先端工具母体３１との内側には、それぞれ
六角形状を施しているが、図１で示すように先端工具母
体３１の内側を１２角形状としても良い。

【００１６】図５及び図６は回転衝撃工具の更に他の実
施例を示している。遊星ギヤ９に付随する形でギヤ２１
を回転させ、スピンドル１に軸を取りつけたギヤ２２に
噛み合わせており、スピンドル１には回転軸の中心に穴
をあけ、その穴によりシャフト２４を支持させている。
シャフト２４の後端には、ギヤ２３が固着されてありギ
ヤ２２と噛み合っている。シャフト２４は、ギヤ２１、
ギヤ２２、ギヤ２３の機構によりスピンドルの回転方向
と逆の方向に回転すると共に、シャフト２４の先端には
ブレーキ機構２５が付随されている。図６はブレーキ機
構２５を示しており、シャフト２４はキャリパー２７と
繋がっている。キャリパー２７にはバネ２８を介してブ
レーキパッド２６が付随している。ブレーキパッドは常
にアンビル３を押し付けており、シャフト２４の回転ト
ルクを摩擦によりアンビル３に伝える。これにより、ス
ピンドル２の回転方向と逆方向の回転トルクを摩擦力を
介して常にアンビル３に伝えることができるため、ハン
マ２による打撃と打撃の間で先端工具の回転方向隙間を
常に確保することができる。

【００１７】次に図７から図１０を用いて締め付け時の
締め付け波形図、及び締め付けメカニズムのモデル図を
説明する。図７は回転衝撃工具の先端工具である六角ソ
ケットを用いて鋼鈑等をボルトとナットで締結する場合
の六角ソケットとナットの関係を示すグラフであり、Ａ
は六角ソケット２９とナット４０との回転方向の隙間４
１がある状態を示しており、Ｂは六角ソケット２９とナ
ット４０との回転方向の隙間がない状態を示している。
ハンマ２とアンビル３が衝突する直前の状態を、Ａ及び
Ｂとした時の追い締めトルクと軸力の測定結果を以下表
１に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】表1よりＡの状態の締め付けトルクが従来
の隙間管理しない場合よりも高く、Ｂの状態が最も締め
付けトルクが低い結果となっており、六角ソケットとナ
ット間に回転方向の隙間を設けることにより、締め付け
トルクが高くなることが判明した。よって、衝撃トルク
発生直前の六角ソケットとナットとの隙間関係を常にＡ
の状態に保つようにする。

【００２０】次に、前記Ａの状態とＢの状態で締め付け
ている時のボルトと六角ソケットのひずみを測定し、軸
力やねじりトルクに換算した。図８及び図９はボルトに
発生する軸力とボルトの捻りトルク及び六角ソケットの
捻りトルクの測定波形の時間軸を拡大したものである。
また、図１０はナット締め付けの状態を模式的に説明し
た図である。図８は本発明のＡの状態で衝撃トルクが発
生した時の波形で、図８の（ａ）〜（ｄ）は図９の
（ａ）〜（ｄ）の状態に対応している。図８及び図１０
において、（ａ）はハンマとアンビルが衝突した時点で
ハンマとアンビル間の軸は捻れていない状態であり、
（ｂ）はアンビルは回転するがソケットは慣性があって
追従できず、アンビルとソケット間の軸が捻れている状
態であり、（ｃ）は前記軸の捻りエネルギーが開放され
てソケットの軸トルクが低下し、捻りエネルギーがソケ
ットの運動エネルギーに変換されてソケットの速度が増
加し、更に前記高速回転するソケットがナットに衝突し
た状態である。なお、衝突後のソケットとナット間の剛
性は高いので、ボルトに発生するトルクはパルス状に大
きくなり、前記パルス状のトルクによりナットが回転
し、ボルトの軸力が増加する。（ｄ）はハンマーの余剰
エネルギーによりアンビルを更に回転し、ソケットの軸
が捻られた状態であるが、ボルトは回転せず軸力も増加
しない。よって、（ｄ）の余剰エネルギーを少なくする
ように、ハンマの衝突速度と、ソケットの回転慣性モー
メントと、アンビルとソケット先端部間の捻りばね定数
と、ソケットとナット間の回転方向隙間を考慮すると、
高効率とすることができる。即ちソケットのトルク波形
において、ソケットとナットが衝突する（ｃ）時のソケ
ットのトルクが０近傍で、前記（ｃ）がソケットのトル
クの終了時点近傍にあるようにすれば良い。

【００２１】図９は図７のＡの状態で衝撃トルクが発生
した時の波形で、（ｅ）から（ｆ）にかけて徐々にソケ
ットのトルクとボルトのトルクが増加しており、ボルト
に発生するトルクが図８に比較して低く、ボルトの軸力
も小さい。従来の回転衝撃工具やソケットでは打撃時の
ソケットとナットの隙間の関係は、Ａの状態からＢの状
態まで分布しており、安定した締め付けトルクが得られ
ず、また締め付け効率も悪く、締め付ける速度も遅い。

【００２２】よって、アンビルとソケットの捻り剛性が
低く、ソケットとナット間の捻り剛性が高いことに着目
し、ソケットとナット間に回転方向の隙間を確保するこ
とにより、ハンマがソケットに衝突してからソケットと
ナットが衝突するまでの自由飛行時間を発生させ、自由
飛行時間にソケットに回転運動エネルギーを与え、ソケ
ットの回転運動エネルギーとソケットとナット間の高捻
り剛性により、高い衝撃トルクを得ることができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、ハンマがアンビルに衝
撃トルクを与えるまでに、先端工具保持具と保持具との
間に一定の間隙を確保する間隙発生機構を設けること
で、高い締め付け力を必要とされる回転締め付け工具に
おいて、モータの出力やハンマの慣性力を増加させるこ
となく、先端工具を効率のよい状態に保つことで、更に
高い締め付け力を得られる電動工具を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電動工具の先端工具を示す部分
断面図である。

【図２】本発明による電動工具の先端工具を示すの斜
視図である。

【図３】本発明による電動工具の先端工具を示す部分
断面図である。

【図４】本発明による電動工具の先端工具を示す部分
断面図である。

【図５】本発明による回転衝撃工具を示す部分断面図
である。

【図６】本発明による回転衝撃工具を示す部分断面図
である。

【図７】回転衝撃工具によるボルト締めの先端工具と
ボルトの状態を示すグラフである。

【図８】回転衝撃工具による締め付け時の締め付け波
形を示すグラフである。

【図９】回転衝撃工具による締め付け時の締め付け波
形を示すグラフである。

【図１０】回転衝撃工具による締め付けメカニズムを
示す状態図である。

【図１１】従来の回転衝撃工具を示す部分断面図であ
る。

【符号の説明】

１は回転軸、２はハンマ、３はアンビル、４は鋼球、５
は蓄電池、６はハウジング、７はハンドル部、８はトリ
ガスイッチ、９は減速機構部、１０は回転軸、１１はハ
ンマケース、１２はモータ、１３はスプリング、１４は
カム溝、１５はインナーカバ、１６は軸受、１７はリン
グギヤ、１８は溝、１９は軸受、２０は打撃部、２１は
ギヤ、２２はギヤ、２３はギヤ、２４はシャフト、２５
ブレーキ機構、２６はブレーキパット、２７はキャリパ
ー、２８はばね、２９は先端工具保持具、３０は六角リ
ング、３１は先端工具母体、３２はバネ、３３は間隙発
生機構、３４はＣリング、３５は鋼球、３６は溝、３７
はストッパ、４０４１は隙間大部、４２は隙間小部であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動源であるモータと、該モータによっ
て回転される回転軸と、該回転軸に形成したカム溝に挿
入された鋼球を介して回転可能且つ回転軸軸方向に移動
可能なハンマと、該ハンマに設けた複数のハンマ爪によ
り打撃され回転するアンビル爪を有するアンビルと、該
アンビルに着脱自在な先端工具保持具と、該先端工具保
持具に係合する保持具とを備えた電動工具において、前
記ハンマが前記アンビルに衝撃トルクを与えるまでに、
前記先端工具保持具と前記保持具との間に一定の間隙を
確保する間隙発生機構を設けることを特徴とする電動工
具。
【請求項２】前記間隙発生機構は、前記保持具を収容
するための挿入穴の形成された前記先端工具保持具の円
周方向に形成した複数の貫通穴と、該貫通穴に挿入され
且つ前記保持具に係合する鋼球と、該鋼球が前記穴から
前記保持具側に抜け出ることを規制する止め部と、前記
保持具の回転により前記先端工具保持具の外径側に移動
可能に支持し且つ前記貫通穴の外周に配される弾性リン
グとから構成されることを特徴とする請求項１記載の電
動工具。
【請求項３】前記ハンマが前記アンビルに衝撃トルク
を与えるまでに、前記弾性リングによって、前記鋼球を
前記保持具側に押圧し、前記鋼球により前記保持具を間
隙を有する初期位置まで移動させることを特徴とする請
求項１又は請求項２の何れかに記載の電動工具。
【請求項４】前記間隙発生機構は、２部品から成り且
つそれぞれの部品が回転可能に設けられている前記先端
工具保持具と、各分割保持具の外周にそれぞれ設けた突
出部と、該突出部間に配したバネとから構成されること
を特徴とする請求項１記載の電動工具。
【請求項５】前記ハンマが前記アンビルに衝撃トルク
を与えるまでに、それぞれの分割部品の回転により前記
突出部間の前記バネを伸縮させて、前記保持具を間隙を
有する初期位置まで移動させることを特徴とする請求項
１又は請求項４の何れかに記載の電動工具。
【請求項６】前記間隙発生機構は、前記アンビルの内
部で回転接触するブレーキ機構を有しており、該ブレー
キ機構の回転方向が前記先端工具保持具の回転方向と逆
方向であることを特徴とする請求項１記載の電動工具。