JP2004174635A - 回転打撃工具 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、ネジ締め作業時に発生するアンビル、スピンドル間の摩擦トルクを軽減し、これによりモータ消費電流の低減、ネジ締めスピードの向上、さらに、充電式電池一充電あたりの作業量を増加させるものである。
【解決手段】スピンドルの嵌合軸とアンビルの嵌合穴の間にスチールボールを入れ、スピンドルとアンビルの突き当て部の接触部の平均半径Ｒを小さくし、摩擦トルクを軽減する。
【選択図】図１

Description

【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インパクトレンチなどの回転打撃工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハウジング４の内部には、モータ３と、遊星歯車で構成されている減速歯車５と、前記モータ３の回転力により回転するスピンドル６と、該スピンドル６に形成したカム溝６ｃとハンマ７に形成したカム溝７ｃとの間に配置されたスチールボール（Ａ）８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７とハンマ７に設けた複数のハンマ爪部７ｂにより、打撃回転するアンビル爪１１ｂを有するアンビル１１とアンビル１１のアンビル六角穴１１ｃに着脱自在な図示されていない先端工具（例えばネジに回転を与えるためのドライバビットや、ナットやボルトに回転を与えるためのソケット）と、前記ハンマ７を前記アンビル１１側に常に押付けるスプリング９とが収納されている。
【０００３】
減速歯車５を介して伝達されるモータ３の回転により、スピンドル６が回転することにより、カム溝６ｃとカム溝７ｃとの間に配置した鋼球８を介してハンマ７を回転させ、ハンマ７と減速歯車５との間に配置されたスプリング９によって、ハンマ７はアンビル１１方向に押付けられていて、前記ハンマ７の先端に設けられているハンマ爪部７ｂによって、アンビル爪部１１ｂに伝達されアンビル１１先端に取付けられている先端工具に回転を伝える。
【０００４】
前記先端工具を介してアンビル１１に回転を妨げる力が生じると、スピンドル６とアンビル１１には回転差が生じ、アンビル爪部１１ｂとハンマ爪部７ｂによって係合しているハンマ７も、スピンドル６との間に回転差を生じる。この回転差により、鋼球８はカム溝６ｃに沿ってモータ３の方向へ移動（後退）する。これによりカム溝７ｃを介してハンマ７はスプリング９を圧縮しながら後退する。
【０００５】
更にハンマ７の後退が進むと、アンビル爪部１１ｂとハンマ爪部７ｂの係合が外れ、ハンマ７は圧縮したスプリング９の圧縮荷重によりカム溝６ｃに沿って押し戻され、さらにカム溝６ｃとカム溝７ｃとの間に配置された鋼球８を介して、スピンドル６の回転によりハンマ７が回転しながらアンビル１１の方向に移動し、ハンマ爪部７ｂがアンビル爪部１１ｂを打撃する。このようにハンマ７の軸方向の移動と回転によりアンビル１１への打撃を繰返すことで、連続的に衝撃トルクを与えながらネジやナットなどを締付けている。このような構成のインパクトレンチは、例えば特許文献１や特許文献２に開示されている。
【特許文献１】
特開２００２−２５４３３６ 図１
【特許文献２】
特開２００２−２７３６６６ 図１
図７は上記した回転打撃工具におけるアンビル１１とスピンドル６の係合部を拡大したものである。スピンドル先端の嵌合軸６ａは、アンビルに設けられた嵌合穴１１ａに数１０ミクロンの隙間ではめあっている。このアンビルの嵌合穴１１ａの深さＬはスピンドルの嵌合軸６ａの長さＳよりも長いように設定してあり（Ｌ＞Ｓ）、スピンドルの回転軸に対して交わる側面Ａ１３（以後、スピンドルの側面Ａ１３）が、アンビルの回転軸に対して交わる側面Ｂ１４（以後、アンビルの側面Ｂ１４）に突き当たる関係にある。
【０００６】
ここで、回転打撃工具を使用したネジ締め作業においては、回転打撃工具のアンビル１１の先端に設けられたアンビルの六角穴１１ｃに装着されたドライバビットと、ねじ頭部に設けられた十字穴などの嵌合部（以後、十字穴）との嵌合を保ちながら回転打撃工具からの回転をネジに伝達することにより、ねじを締めることができるが、ドライバビットとネジ頭部の十字穴との嵌合を維持するために作業者は、５ｋｇ程度の押付け荷重（Ｆ）で回転打撃工具本体をＸ方向に押付ける必要がある。このため、前記スピンドルのφ１３ｍｍ程（半径Ｒ＝６．５ｍｍ）の側面Ａ１３はアンビルの側面Ｂ１４に接触してしまう。スピンドル６とアンビル１１が等速で回転している時は、スピンドル６の側面Ａ１３とアンビルの側面Ｂ１４の接触部分には摩擦による抵抗は発生しないが、ネジがねじ込まれて行くにつれ、アンビル１１はハンマ７の回転打撃を受けながら間欠的な回転になるので、スピンドル６とアンビル１１には回転差が生じる。
【０００７】
このスピンドル６とアンビル１１の回転差により、スピンドル６の側面Ａ１３とアンビルの側面Ｂ１４の接触部分には摩擦による抵抗が生じる。
この摩擦抵抗によりスピンドル６には回転ロス等の原因となる摩擦トルクＴｍが発生してしまう。ここで摩擦トルクＴｍは下記の式により求めることができる。Ｔｍ＝μ×Ｆ×Ｒｍ（μは摩擦係数、Ｒｍは平均半径）
このスピンドル６の回転ロス等の原因となる摩擦トルクＴｍは、モータ消費電流の増加や、ねじ締めスピードの低下（スピンドル回転速度の低下や、ハンマの回転打撃力の低下、ハンマの単位時間あたりの打撃回数の低下）、ひいては充電式の電池で動くコードレス工具に至っては、一充電あたりのねじ締め本数の低下にもつながる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ここで本発明が解決しようとする課題は、押付け荷重Ｆで押付けられるスピンドル６とアンビル１１の間で、スピンドルの回転数Ｎｓ（約１５００ｒｐｍ）に対して、ハンマ７で打撃されながら、間欠的に回転するアンビル１１の回転数Ｎａ（約１００ｒｐｍ）との相対的回転（Ｎｓ−Ｎａ）により発生するによる摩擦ロスとなる摩擦トルクＴｍを軽減し、これによりモータの消費電流を低減し、ねじ締めスピードを上げ、また、充電式の電池一充電あたりの作業量を増加せしめることにある。また、スピンドルの回転ロス等を軽減する手段は、本体を大型化せぬよう小型で、安価である必要もある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、前式Ｔｍ＝μ×Ｆ×ＲｍのμまたはＲｍを小さくすることにより、摩擦トルク（Ｔｍ）を小さく抑えることができる。そこで、Ｒｍを小さくする方法として、スピンドルの側面Ａ１３とアンビル側面Ｂ１４が接触しないようスピンドルの嵌合軸６ａとアンビルの嵌合穴１１ａの間に突き当て部材（例えば球形部材や、端面を凸状にした部材）を回転軸近傍に配置し、スピンドル６とアンビル１１の接触部の平均半径Ｒｍを小さくすることにより、回転打撃工具本体に押付け荷重Ｆが加わってもスピンドルの回転ロスとなる摩擦トルクＴｍ（μ×Ｆ×Ｒｍ）は小さく抑えることができる。
【００１０】
また、他の方法として摩擦係数（μ）を低減させるよう、スピンドル６とアンビル１１との間にベアリングや低摩擦係数部材の作成された軸受を配置することによっても同様な効果が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明を充電式電池で動くコードレスのインパクトドライバに適用した一実施例を図１及び図２を使用して説明する。
図２において、電池１と、駆動源となるモータ３と、該モータ３に電池１からの電力供給を制御するためのスイッチ２、モータ回転を減速するための減速歯車５は、ハウジング４の中に収納されている。
【００１２】
モータ３の回転出力は減速歯車５からスピンドル６に伝達される。
スピンドル６の軸上にはＶ字型のカム溝６ｃが刻設され、これに摺動可能に嵌合するハンマ７内周にも同様のＶ字型のカム溝７ｃがあり、鋼球８で係合されている。スピンドル６の先端には細径の嵌合軸６ａが形成され、スピンドルの嵌合軸６ａの先端には保持穴６ｅが設けてあり直径５ｍｍ程度の球形部材１０がスピンドル嵌合軸６ａ端面から１ｍｍ程度突出するよう回転軸近傍に配置されている。この球形部材１０は硬度がＨｒＣ６０程度に硬く、耐摩耗性に優れている材質で有れば鋼材でも良いし、セラミックのようなものでも良い。
【００１３】
アンビル１１には嵌合穴１１ａが設けてあり、嵌合穴１１の底部は平面でありスピンドル６とアンビル１１が嵌合した状態で球形部材１０とアンビルの嵌合穴１１ａの平面な底部とが突き当たり、スピンドルの側面Ａ１３とアンビルの側面Ｂ１４との間には０．５ｍｍ程度の隙間がき、接触しないような寸法関係にある。
また、アンビルの先端には六角の穴１１ｃがあり、この穴に先端が十字のドライバビット（図示せず）が挿入される。
【００１４】
次にこのインパクトドライバの動作について説明する。
スイッチ２を入れると、電池１からモータ３に通電され、モータ３は約１２０００ｒｐｍで高速回転する。モータ３の回転は、減速歯車５で約１／８に減速され、スピンドル６は約１５００ｒｐｍで回転し、スピンドル６のカム溝６ｃと、このスピンドル６の外周部に配置されたハンマ７のカム溝７ｃは、二つをつなぐ鋼球８の作用で、ハンマ７は回転するとともにスピンドル６のスラスト方向に移動し、スプリング９を圧縮する。
【００１５】
ハンマ７の爪部７ｂとアンビルの爪部１１ｂの噛み合いが外れるまでスプリング９を圧縮した後に両爪部が外れ、ハンマ７は圧縮したスプリング９の圧縮荷重によりカム溝６ｃに沿って押し戻され、さらにカム溝６ｃとカム溝７ｃとの間に配置された鋼球８を介して、スピンドル６の回転によりハンマ７が回転しながらアンビル１１の方向に移動し、ハンマの爪部７ｂがアンビルの爪部１１ｂに噛み合った瞬間強力にねじを締める方向に打撃し、ネジが締付けられる。
【００１６】
このとき、ねじの十字穴とドライバビットが外れないように、操作者は回転打撃工具本体を押付けるが、この押付け荷重Ｆはスピンドル６の保持穴６ｅに配置した球形部材１０とアンビルの嵌合穴１１ａの平面な底部とで、点接触により支えられるため、たとえ押付け荷重Ｆが大きくとも、接触部の平均半径Ｒは１ｍｍに満たない非常に小さなものである。
このためスピンドルの回転ロスとなる摩擦トルクＴｍは、従来のスピンドルの側面Ａ１３とアンビルの端面Ｂ１４で接触した場合の１／５以下に小さくできる。これによりモータ３の消費する電流も１０％程度下げることができ、スピードも増し、モータの消費電流が減れば、電池一充電で締められるねじの本数を増すこともできる。
また、本発明の球形部材１０は鋼材で製作されており、且つ硬く焼入れされているので、押付け荷重Ｆが小さな接触部に集中しても摩耗が早期に進行することを防げる。
【００１７】
また、アンビルの嵌合穴１１ａの中にグリースなどの潤滑剤を充填しておけば球状部材１０の摺動部は摩耗しにくく、また、摩擦抵抗はさらに低減され、スピンドルの嵌合軸６ａで蓋されるので潤滑剤は漏れにくく、潤滑効果が持続する。
【００１８】
また、機構部の組立作業において、球形部材１０は転がりやすく、もし万が一、組立て途中に球形部材１０がギヤボックス内に転がり落ち、これに気がつかないまま組立てしまい、回転打撃工具本体を動作させてしまうと球形部材１０が本体内部で転がりまわり、回転打撃工具の破損につながる可能性がある。そこで、球形部材１０はスピンドルの嵌合軸６ａの先端の挿入部穴に圧入することにより、スピンドル６やハンマ７をギヤボックスに組み込む際に、球形部材１０は転がり落ちるとこがなく、上記した組立不良による故障の心配がなく回転打撃工具の信頼性が増す。
【００１９】
また、スピンドル６の保持穴６ｅの穴径が球形部材１０の直径より大きくても、保持穴６ｅの入り口付近の直径のみを球形部材１０の直径より僅かに小さくすることによっても、球形部材１０の落下が防げる同様な効果が得られる。
図３、図４、図５は別の実施例を説明する。
図３は、図１の変形例であり、スピンドル側に嵌合穴６ｄを設け、アンビル側の嵌合穴１１ａとの間に両端面が球状面を持つ円柱形部材１２（例えばニードルローラなど）が、スピンドル側の嵌合穴６ｄ及びアンビルの嵌合穴１１ａに対し、数１０ミクロンの隙間ではめあうよう回転軸近傍で配置されている。
【００２０】
また、円柱形部材１２は、スピンドル６またはアンビル１１のどちらか一方に圧入されても良く、その場合は円柱形部材１２の圧入されない側の端面のみが球状面を有していれば良く、この方式でも図１の実施例同様にスピンドルの回転ロス等の原因となる摩擦トルクを小さくすることができる。さらに、球状の端面形状を持つ円柱形部材１２を用いることで、球形部材１０を用いる場合よりも球面の曲率を大きくすることができ、耐磨耗性がアップし寿命向上につながることが可能である。
【００２１】
図４はスピンドルの嵌合軸６ａの端面にスピンドルの突起部６ｆを回転軸近傍に配置し、相対するアンビルの嵌合穴１１ａの底部を平面にし、アンビルの嵌合穴１１ａの深さをスピンドルの嵌合軸６ａの長さよりも０．５ｍｍ程度短くし、スピンドルの突起部６ｆがアンビルの嵌合穴１１ａの底部に突き当たった状態で、スピンドルの側面Ａ１３とアンビルの側面Ｂ１４に、０．５ｍｍ程度隙間が空くように構成したものである。
この実施例も図１記載の実施例同様、ねじ締め時に押付け荷重が加わっても、スピンドル６とアンビル１１とが点接触となるため接触部の平均半径が小さくなりスピンドルの回転ロス等の原因となる摩擦トルクは小さくできる。
【００２２】
また、スピンドルの嵌合軸６ａの端面に一体に突起部設けられているので、球形部材１０が不要なため経済的であるばかりか、球形部材１０が組立て中に本体内部に転がり落ちることがなくなり、組立て時の信頼性が向上するとともに、製品の信頼性も向上する。なお、スピンドルの突起部６ｆは球面にすることが望ましく、また球面の曲率の大きさは自由であり、また、突起部形状は球面以外の円錐状や円錐台状などでも良く、接触部の平均半径が小さくなるものであれば、同様な効果が得られることは言うまでもない。
【００２３】
図５は、図４の変形例であり、スピンドル６側に嵌合穴６ｄを設け、アンビル１１側に嵌合軸１１ｄを設けたものである。もちろんアンビル側の嵌合軸１１ｄの端面はアンビルの突起部１１ｅが設けられている。この方式でも前記記載の実施例同様、スピンドルの回転ロス等の原因となる摩擦トルクの発生を小さくできるのは言うまでもないが、さらに次に上げる効果が得られる。
【００２４】
図１〜図３の実施例では、アンビル１１にドライバビットを挿入する六角の穴１１ｃと、スピンドル６の嵌合軸６ａまたは円柱形部材１２が挿入されるアンビルの嵌合穴１１ａとが両端面から開けられているために、アンビル１１の全長を長くする必要がある。
【００２５】
しかし、図５の実施例によればアンビル１１にはアンビルの嵌合穴１１ａの代わりに、アンビルの嵌合軸１１ｄを設けているので、アンビル１１に空ける穴はアンビルの六角穴１１ｃのみであり、アンビル１１のＬ２寸法を短くできるメリットがある。また、スピンドル６にスピンドルの嵌合穴１１ｄを設けても、元々嵌合穴を設けるスペースは十分あるのでスピンドル自体の全長を変える必要がなく、スピンドル６とアンビル１１を組み合わせた時の全長は短くなるので、回転打撃工具の小型化が図れる。さらにスピンドル６のスピンドルの嵌合穴６ｄの入り口に６０度程度の面取りを施せば、スピンドル６を加工する際のセンター穴として活用できるので、スピンドル６の軸の研磨など加工が行いやすく経済的である。
【００２６】
また、アンビルの突起部１１ｅの変わりに、アンビルの嵌合軸１１ｄに穴を設け、その穴に球形部材１０を回転軸近傍に設けても良い。
また、上記してきた種種の突接部材や突起部は、複数個設けてあっても良い。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、スピンドルとアンビルのスラスト方向の接触を、点接触に近い状態になるよう構成したので、接触部の平均半径が小さく、接触部の平均半径と押付け荷重できまるスピンドルの回転ロス等の原因になるの摩擦トルクが小さくでき、モータの消費電流が小さくなり、スピンドルの回転速度があがるとともに、充電式電池一充電あたりの作業量が増すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す回転打撃工具の部分断面図
【図２】本発明の一実施例を示す回転打撃工具の断面図
【図３】本発明の別の実施例を示す回転打撃工具の部分断面図
【図４】本発明の別の実施例を示す回転打撃工具の部分断面図
【図５】本発明の別の実施例を示す回転打撃工具の部分断面図
【図６】従来技術による回転打撃工具の断面図
【図７】従来技術による回転打撃工具の部分拡大断面図
【符号の説明】
１は電池、２はスイッチ、３はモータ、４はハウジング、５は減速歯車、６はスピンドル、６ａはスピンドルの嵌合軸、６ｃはカム溝、６ｄはスピンドルの嵌合穴、６ｅは保持穴、６ｆはスピンドルの突起部、７はハンマ、７ｂはハンマの爪部、７ｃはカム溝、８は鋼球、９はスプリング、１０は球形部材、１１はアンビル、１１ａはアンビルの嵌合穴、１１ｂはアンビルの爪部、１１ｃはアンビルの六角穴、１１ｄは嵌合軸、１１ｅはアンビルの突起部、１２はニードルローラ、１３はスピンドル側面Ａ、１４はアンビルの側面Ｂ、Ｌはアンビルの嵌合穴の深さ、Ｓはスピンドルの嵌合軸の長さ、である。

Claims (6)

1. 駆動源であるモータと、該モータによって回転するスピンドルと、該スピンドルに設けられたカム溝と、該カム溝に配置された球体部材によって回転及び、前記スピンドルの軸方向に移動するよう配置されたハンマと、該ハンマの打撃により回転するアンビルを備えた回転打撃工具において、
   前記スピンドルとアンビルの間に突き当て部材を設け、前記スピンドルと前記アンビルの回転軸に対して交わる端面との間に隙間を設けたことを特徴とする回転打撃工具。
2. 前記突き当て部材が球体部材であることを特徴とする請求項１記載の回転打撃工具。
3. 前記突き当て部材は円柱形状であり、その端面が球状を有していることを特徴とする請求項１記載の回転打撃工具。
4. 前記突き当て部材を前記スピンドルに一体に設けたことを特徴とする請求項１記載の回転打撃工具。
5. 前記突き当て部材を前期アンビルに一体に、設けたことを特徴とする請求項１記載の回転打撃工具。
6. 前記突き当て部材を１個以上設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項５記載の回転打撃工具。

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