JP2006043877A - 手持ち式工具装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属加工用ドリルを快適に使用可能とする衝撃トルク発生器を具える手持ち式工具装置を提案する。
【解決手段】 手持ち式工具装置（２）は，駆動トルク（ＭＡ）のモータ（６）により負荷可能とする駆動スピンドル（１０）と，工具ビット（１８）を駆動するために回転方向（Ｄ）で駆動スピンドル（１０）と連結可能であり，かつ工具ビット（１８）を把持する工具ホルダ（１６）と一体回転可能に結合される工具スピンドル（１４）と，工具スピンドル（１４）に生ずる抵抗トルク（Ｍｓ）が所定値に達すると，工具スピンドルに衝撃トルクを負荷させる衝撃トルク発生手段（１２）とを具える。制動力発生手段（２０）を工具スピンドル（１４）に配置して，回転方向（Ｄ）とは反対方向に作用する制動力を工具スピンドル（１４）に負荷可能とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は，モータにより駆動トルクが負荷される駆動スピンドルと，工具ビットを駆動するために回転方向で駆動スピンドルと連結可能であり，かつ工具ビットを把持する工具ホルダと一体回転可能に結合される工具スピンドルと，工具スピンドルに生じる抵抗トルクが所定値に達すると工具スピンドルに衝撃トルクを負荷する衝撃トルク発生手段とを具える手持ち式工具装置に関するものである。

上述の構成を有する手持ち式工具装置は，工具スピンドル及び工具ホルダに発生する制動力が閾値に達する抵抗トルクを生じると，作動中でも，連続的な回転運動から間欠的な回転運動に直ちに切り替えることができる。間欠的な回転運動において，工具スピンドルには極めて大きな衝撃トルクが反復的に負荷され，その衝撃トルクにより抵抗トルクが一層容易に克服可能となると共に，作業に進行が顕著に促進可能となる。

ドイツ特許第４３２８５９９号明細書（特許文献１）には，回転衝撃ドライバ等の回転式打撃工具装置が記載されている。この工具装置におけるハンマー素子は，球体を通じて駆動スピンドルに係合する。これらの球体はハンマー素子のみならず駆動スピンドルでも斜向した溝内で案内される。更に，駆動スピンドルから工具スピンドルにトルクを伝達するために，ハンマー素子は回転方向で工具スピンドルの突条に当接可能とする突条を具える。達成すべきねじ結合からねじを通じて工具スピンドルに与えられる抵抗トルクが所定値に達すると，ハンマー素子は直ちに斜向した溝を通じて工具スピンドルから離れるように駆動スピンドルに対して変位する。ハンマー素子の突条は工具スピンドルの突条との係合から解除され，互いに通過して移動する。その際，一方では突条に欠ける抵抗によりハンマー素子の回転速度が上昇する。突条が互いに回転方向で通過すると，ハンマー素子は直ちに作用を受けた引張ばねを通じて工具スピンドル方向に加速される。ハンマー素子は工具スピンドルに軸線方向の押圧力を生じると共に，回転方向で工具スピンドルに衝撃を与える。
ドイツ特許第４３２８５９９号明細書

このような回転式打撃工具装置によれば，大きな抵抗トルクに抗してねじをワークに締結することが可能となる。工具スピンドルの突条に対する打撃に際して極めて大きなトルクが生じるからである。

ドイツ特許第４３４４８４９号明細書（特許文献２）に記載されている工具装置は，ねじ締結のみならず，コア孔の作成においても，所定の抵抗トルク値以上では，比較的低い駆動トルクによる準連続的な回転運動から，比較的高い衝撃トルクの反復する不連続的な回転運動に切り替わる。そのために，工具装置は，回転を通じて工具ホルダと結合した振動する駆動部を具える。
ドイツ特許第４３４４８４９号明細書

既知の手持ち式工具装置は，金属製ワークの穿孔作業に少なくとも快適には使用できないのが不利である。ドリル領域に生じる抵抗トルクが通常の作動では不十分であるため，それぞれ衝撃トルク発生手段を反復的に始動することができない。回転式打撃工具をワークに対して強く押圧しなければ，抵抗トルクの所定値を超えることができない。その結果，金属加工用ドリルの使用においては，使用者が手持ち式工具装置を強く押圧しなければ，ドリル作業を進行させることができない。

本発明の課題は，従来技術における問題点を解消すると共に，金属加工用ドリルを快適に使用可能とする衝撃トルク発生器を具える手持ち式工具装置を提案することにある。

この課題を解決するため，本発明による手持ち式工具装置は，工具スピンドルに制動力の発生手段を配置し，この発生手段を通じて回転方向とは反対方向に作用する制動力を工具スピンドルに負荷させることを特徴とする。その結果，工具スピンドルにおける抵抗トルクを外的な抵抗トルクなしに又はごく低レベルの外的抵抗トルクによってのみ閾値に引き上げることができる。したがって，衝撃トルク発生手段は，工具ビットと加工すべきワークとの間に摩擦抵抗が皆無か，ごく低レベルの場合でも起動可能とする。したがって，特に押圧を強化しない好適な方法により，特に金属の穿孔においてドリルの一層良好な前進が可能となる。

特に好適な実施形態において，工具スピンドルには衝撃トルク発生手段を通じて軸線方向のパワーパルスが付加的に負荷可能となる。制動力の発生手段により，反復するパルス衝撃力又は押圧力が工具スピンドルの軸線方向に自動的に発生可能となる。この衝撃力又は押圧力は衝撃トルクと共に生じる。好適には金属加工用ドリルとして形成された工具ビットに伝達される衝撃トルクは，ワークに分けることに供し，特に大きな軸線方向の押圧力に重畳する。このことから，使用者が装置をワークに押圧することなく，ワークに対するドリルの良好な切削作用が実現される。その際，主として短い金属切削くずが生じる。その切削くずは，いかなる衝撃トルク下でもワークから分離され，比較的迅速に作業領域から搬出されると共に，工具ビットにおける極く僅かな制動力の原因となる。その結果，メタルでは特に良好なドリル推進が可能となる。

制動力の発生手段は選択的にオンオフ可能であるのが特に有利である。この場合，手持ち式工具装置は必要に応じて接線衝撃ドライバ又は金属衝撃ドリルに使用可能である。接線衝撃ドライバには，選択的に接入可能な付加的な作動機能として金属衝撃ドライバを具えることができる。

制動力の発生手段はスリーブ形状の支持体を具え，この支持体から工具スピンドルが突出するのが好適である。制動力は周囲で工具スピンドルに集約可能となるため，比較的大きい均等な制動力が発生することができる。

回転方向における支持体と工具スピンドルとの間には予圧された形状摩擦結合が実現可能とするのが有利である。予圧された形状摩擦結合とは，表面に対する素子の予圧により達成される摩擦結合のことである。この摩擦結合は，素子と表面との間の準形状結合により強化される。しかしながら，この準形状結合は素子と表面とのフォーミングにより一定の保持力までしか作用しない。比較的大きな制動力を工具スピンドルに確実に負荷させると共に，同時に制動力発生手段の磨耗を低減することができる。

形状結合は支持体と工具スピンドルとの間に配置した係止手段により達成可能とするのが好適である。この係止手段は係止部材を半径方向に変位可能として工具スピンドル及び支持体による1個の素子に担持する。係止部材はそれぞれ別の素子に対して予圧され，この素子には係止部材を受けるための少なくとも1個の対応する係止凹所を設入する。制動力の発生手段を低コストで作製しつつ，永続的に一定とする制動力を作用させることができる。

回転方向に対して直角に延在する溝により係止凹所を形成するのが有利である。それにより，係止手段は特に容易かつ安価に製造可能となる。

この代替案として，係止凹所をヘリカル形状の断面とするランプ凹所により形成することもできる。ランプ凹所の深さは係止部材のためのストッパとして機能する付加部材に至るまで回転方向で漸増する。第１係止位置から第２係止位置への変位に際し，係止部材は先ずほぼ完全に横孔に押入され，次の係止位置に至るまで再び徐々に横孔から移動する。この係止部材の移動により，不必要な騒音の形成が回避される。

別の好適な実施形態において，係止凹所は円形の断面とする深部により軸線Ａの回りに形成される。この深部は，回転方向でその全長に亙り一定の深さを有する。係止部材はリブ間の角度領域全体に亙り横孔に対する所定の最大嵌脱位置に位置する。それにより，移行領域におけるラジアルスプリングの押圧力は最小となり，ある係止位置から次の係止位置への変位に際して摩擦損失が著しく低減可能となる。

係止部材を係止凹所の軸線方向高さに配置した制動位置と，係止部材を回転方向で包囲する環状溝の高さに配置した回転位置との間で支持体を変位可能とするのが有利である。係止手段は容易にオンオフ可能である。手持ち式工具装置を接線衝撃ドライバとして使用するか，又は衝撃ドリルとして使用するかに応じて制動力発生手段をオンオフすることができる。

支持体と工具スピンドルとの間には，代替的又は付加的に摩擦結合を達成可能とするのが有利である。それにより，制動力の発生手段は特に低コストで製造可能となり，また，大きな労力なしで制動力が上昇可能となる。

支持体を弾性摩擦リングで構成するのが好適である。制動力発生手段は，特に低コストで製造可能となる。

所定抵抗トルク値は１〜５Ｎｍとするのが有利である。このトルク領域は，特に好適であることが確認された。一方において衝撃トルク発生手段の良好な性能が実証され，前記の制動力発生手段により工具スピンドルで確実に調整可能とするからである。他方において，多くの接線衝撃ドライバの駆動トルク値は確実に凌駕されるため，付加的な衝撃ドリル機能を有する接線衝撃ドライバは従来の接線衝撃ドリルの製造シリーズに基づいて製造可能である。

以下，本発明を図示の好適な実施形態について更に具体的に説明する。

図１に示した接戦衝撃ドライバとする手持ち式工具装置２は，ユニバーサルモータ６を収めたハウジング４を具える。ユニバーサルモータ６は，モータピニオン８を通じて駆動スピンドル１０を，中心軸線Ａを中心とする回転方向Ｄに駆動する。

駆動スピンドル１０は，衝撃トルク発生手段１２を通じて工具スピンドル１４に回転的に連結可能である。工具スピンドル１４は，一体回転可能として工具ホルダ１６と結合し，ドライバービット又は特に金属加工用ドリル等のドリルとする工具ビット１８を前記工具ホルダ１６に把持することができる。

更に，工具スピンドル１４には制動力の発生手段２０を具える。この発生手段２０を通じて，工具スピンドル１４には回転方向Ｄとは反対方向に制動力が負荷可能となる。制動力の発生手段２０はスリーブ形状の支持体２２を具え，この支持体２２から工具スピンドル１４が突出する。

特に，図２に示すように，支持体２２は軸線方向で変位可能とすると共に，一体回転可能としてハウジング４内に配置される。その際，工具スピンドル１４の中心軸線Ａに対して直角に包囲する環状溝２６と，中心軸線Ａに対して平行に向けた係止凹所２８とを支持体２２の内面２４に設入し，係止凹所は環状溝２６に連通する。

図２に示した制動力の発生手段２０の位置において，工具スピンドル１４の横孔３０で半径方向に変位可能とする球状の係止部材３２を環状溝２６に突入する。係止部材２０は，ラジアルスプリング３４により支持体２２の内面２４に対して予圧されると共に，係止凹所２８と環状溝２６とを有する係止手段を形成する。

図２に示すように，衝撃トルク発生手段１２は打撃素子３６を具え，この打撃素子に中心軸線Ａ方向で突出する２個の打撃突条３８を成形する。打撃突条３８は，回転方向Ｄでスピンドル突条４０に当接する。破線で示すように，スピンドル突条は半径方向で工具スピンドル１４から突出する。

打撃素子３６は，駆動スピンドル１０と堅く結合した軸受リング４４に支持する軸線方向ばね４２により工具スピンドル１４の方向で予圧される。軸線方向ばねは，１０3〜１０5Ｎｍのばね剛性を有する。その際，打撃素子３６は球状の連行手段４６を通じて駆動スピンドル１０と係合する。連行手段４６は，一方においてジグザグ形状に配置されて包囲する制御溝４８に案内され，この制御溝は駆動スピンドル１０に設入される。各連行手段４６について，代替的に部分的にのみ包囲する独自の制御溝４８を具えることができる。同時に，連行手段４６は部分的に制御凹所５０に突出し，これらの制御凹所は打撃素子３６の軸線方向孔５２に設入される。

この位置では，ユニバーサルモータ６が接入されると、駆動トルクＭＡが駆動スピンドル１０から連行手段４６に与えられる。この連行手段４６は，軸線方向ばね４２により制御溝４８のみならずそれぞれの制御凹所５０に対しても先ず固定した位置に押圧される。この位置では，先ず駆動スピンドル１０の回転に際して連行手段が停留すると共に，駆動トルクＭＡを打撃素子３６に伝達する。この打撃素子により，駆動トルクＭＡは打撃突条３８及びスピンドル突条４０を通じて工具スピンドル１４及び工具ホルダ１６に伝達される。

係止部材３２は自由に環状溝２６内で移動するため，制動力の発生手段２０によっても大した制動力が工具スピンドル１４に作用しない。図２に示すように，制動力の発生手段２０は回転位置を占める。この位置は，ねじ及びボルト（図示せず）をワークにねじ込むのに特に適している。

このような捻じ込み工程に際して，ねじ又はボルトと係合する工具ビット１８及び工具ホルダ１６を通じて駆動トルクＭＡに抗する抵抗トルクＭｓが工具スピンドル１４に生じる。抵抗トルクＭｓが１〜５Ｎｍの範囲内の所定値に達すると，連行手段４６はもはや固定した位置に保持不能となり，打撃素子３６と共に制御溝４８に沿って工具スピンドル１４から離れるように移動する。打撃素子３６の行程は５〜２０ｍｍである。打撃突条３８はスピンドル突条４０との係合から解除されるため，回転方向Ｄでは互いに通過して移動する。同時に，抵抗トルクＭｓの打撃素子３６に対する作用が中断される。

打撃突条３８がそれまで接触していたそれぞれのスピンドル突条４０を通過すると，残りの打撃素子３６は直ちに軸線方向ばね４２により軸線方向でスピンドル突条４０に対して押圧される。同時に打撃素子３８は制御溝４８に沿って回転方向Ｄに加速されるため，打撃突条３８はそれぞれ別のスピンドル突条４０に対して衝突する。

衝撃トルク発生手段１２により衝撃トルクが反復的に工具スピンドル１４に伝達される。間欠的な５〜３００Ｎｍのトルクを，前記衝撃トルクにより締結すべきねじ又はボルトに負荷する。この手持ち式工具装置により，ねじ又はボルトは抵抗トルクＭＡに抗して締結することができる。

図３に示した手持ち式工具装置は，特にスチール等の金属を穿孔するのに適した衝撃ドリル位置にある。この位置では，支持体２２が軸線方向でハウジング４に対して変位するため，係止部材３２は両方の係止凹所２８の高さで内面２４に対して予圧される。

ユニバーサルモータ６が接入されると，この位置では再び駆動トルクが駆動スピンドル１０から衝撃トルク発生手段１２を通じて工具スピンドル１４に伝達される。図示のように，係止部材３２は一方の係止凹所２８に係合する。図３に示す制動力の発生手段２０は，特に金属の穿孔に適した制動位置にある。

この制動位置において，係止部材３２と当該の係止凹所２８との形状結合による係合は，回転方向Ｄとは反対方向の制動力を発生する。この制動力から１〜５Ｎｍの抵抗トルクＭＢが工具スピンドル１４に生じる。抵抗トルクＭＢが十分に大きいため，工具ビット１８に作用する外力に関係なく衝撃トルク発生手段１２を上述の衝撃状態に移行させることができる。

打撃素子３６は，軸線方向の運動により金属加工用ドリルとして使用される工具ビット１８をそれぞれの加工すべきワークに対して押圧させる。この押圧工程の間に，打撃素子３６の打撃突条３８が回転方向Ｄでスピンドル突条４０に衝突する。図４に示すように，回転方向Ｄでは同時的な約１ｋNの短い押圧力Ｆで間欠的な３００ＮｍのトルクMが実現する。それにより，工具ビット１８は特に良好にワークに設入可能となり，手持ち式工具装置を操作する使用者が押圧力を高める必要は無い。

図５ａ〜５ｃは，係止凹所２８ａ〜２８ｃの３様の実施形態に係る制動力発生手段２０を破断して示す断面図である。係止部材３２は形状結合により当該の係止凹所２８に係合する。このことは，衝撃トルク発生手段１２で生じる衝撃トルクによりのみ克服される。係合部材３２はラジアルスプリング３４に抗して横孔３０内に押入され，形状結合は解除される。係止部材３２は，如何なる衝撃トルクの作動でも回転方向で一方の係止凹所２８から他の係止凹所に跳躍する。

図５ａに示した実施形態において，係止凹所２８ａは内面２４に設入した対向する２本の溝２８ａにより形成され，これらの溝は軸線Ａに対して平行に位置する。これらの溝には，係止部材３２が回転方向Ｄの作動で一体回転可能とする支持体２２との形状結合による係合を実現する。係止部材３２が１本の溝２８ａから他の溝に跳躍する際に，この係止部材は二つの係止位置の間でほぼ完全に横孔３０内に変位する。

図５ｂに示した実施形態において，係止凹所２８は内面２４に設入したヘリカル形状断面とするランプ凹所２８ｂにより形成され，これらのランプ凹所は回転方向Ｄでのみ係止部材３２のストッパとする付加部材５８を形成する。係止位置間での跳躍に際し，係止部材はランプ凹所２８ｂに沿って次第に横孔３０に嵌入した位置から至近の付加部材５８における嵌脱した係合位置に移動する。

図５ｃに示した実施形態において，係止凹所２８は内面２４に設入したアーチ形状断面とする２個の深部２８ｃにより形成される。これらの深部は，回転方向で相互間に２個の当接リブ６０を形成する。これらの当接リブは，係止部材３２のためのストッパとして機能する。この実施形態において，係止部材３２は，一方の当接リブ６０のストッパから他方の当接リブ６０のストッパへの移行に際して，可能な限り僅かな力で支持体２２に対して確実に押圧される。

上述した３通りの実施形態において，支持体２２はリブ５４によりハウジング４と一体回転可能として結合する。リブ５４は，ハウジング４の対応する受け部材５６により把持される。

図６は，別の実施形態による制動力発生手段２０を具える衝撃トルク発生手段１２を示す。この制動力発生手段２０において，支持体２０はゴム又はプラスチック等の弾性摩擦リングにより形成される。この摩擦リングは，上述の支持体２０に対応してハウジング４内に一体回転可能に配置されると共に，工具スピンドル１４の表面における摩擦により，衝撃トルク発生手段１２を始動するのに必要な抵抗トルクＭＢを発生する。

上述した制動力の発生手段２０の他にも，更に別の実施形態が考えられる。工具スピンドル１４とハウジング４との間に，制御した係止部材による形状結合又は制御したクランプ部材による摩擦結合を実現することができる。係止部材又はクランプ部材の制御は電磁的，圧電的，電歪的又は磁歪的に行われる。

本発明の手持ち式工具装置を一部破断して示す側面図である。 図１に示した衝撃トルク発生手段と制動力発生手段を回転位置で示す断面図である。 図２に示した衝撃トルク発生手段と制動力発生手段とを制動位置で示す断面図である。 衝撃トルク発生手段による衝撃トルク及び軸線方向力の推移を示すグラフである。 他の実施形態における制動力発生手段の断面図である。 他の実施形態における制動力発生手段の断面図である。 さらに他の実施形態における制動力発生手段の断面図である。 衝撃トルク発生手段及び制動力発生手段の分解斜視図である。

符号の説明

２ 手持ち式工具装置
４ ハウジング
６ ユニバーサルモータ
８ モータピニオン
１０ 駆動スピンドル
１２ 衝撃トルク発生手段
１４ 工具スピンドル
１６ 工具ホルダ
１８ 工具ビット
２０ 制動力発生装置
２２ 支持体
２４ 内面
２６ 環状溝
２８ 係止凹所
２８ａ 溝
２８ｂ ランプ凹所
２８ｃ 深部
３０ 横孔
３２ 係止部材
３４ ラジアルスプリング
３５ 係止手段
３６ 打撃素子
３８ 打撃突条
４０ スピンドル突条
４２ 軸方向ばね
４４ 軸受リング
４６ 連行手段
４８ 制御溝
５０ 制御凹所
５２ 軸線方向孔
５４ リブ
５６ 受け部材
５８ 付加部材
６０ 係止リブ

Claims (13)

1. モータ（６）により駆動トルク（ＭＡ）が負荷される駆動スピンドル（１０）と，工具ビット（１８）を駆動するために回転方向（Ｄ）で駆動スピンドル（１０）と連結可能であり，かつ，工具ビット（１８）を把持する工具ホルダ（１６）と一体回転可能に結合される工具スピンドル（１４）と，工具スピンドル（１４）に生じる抵抗トルク（Ｍｓ）が所定値に達すると工具スピンドルに衝撃トルクを負荷する衝撃トルク発生手段（１２）とを具える手持ち式工具装置（２）において，工具スピンドル（１４）に制動力の発生手段（２０）を配置し，該発生手段により回転方向（D）とは反対方向に作用する制動力を工具スピンドル（１４）に負荷可能としたことを特徴とする手持ち式工具装置。
2. 請求項１記載の装置において，工具スピンドル（１４）に軸線方向のパワーパルスを負荷するための衝撃トルク発生手段（１２）を具えることを特徴とする手持ち式工具装置。
3. 請求項１又は２に記載の装置において，前記制動力発生手段（２０）を選択的にオンオフ可能としたことを特徴とする手持ち式工具装置。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の装置において，前記制動力発生手段（２０）は一体回転可能な支持体（２２）を具え，該支持体（２２）から前記工具スピンドル（１４）が突出することを特徴とする手持ち式工具装置。
5. 請求項４記載の装置において，前記支持体（２２）と前記工具スピンドル（１４）とが，予圧下で形状摩擦結合可能であることを特徴とする手持ち式工具装置。
6. 請求項５記載の装置において，前記形状摩擦結合が，支持体（２２）と工具スピンドル（１４）との間に配置した係止手段（３５）により達成可能であり，該係止手段（３５）は，係止部材（３２）を半径方向に変位可能として工具スピンドル（１４）及び支持体（２２）の素子に配置し，該係止部材（３２）はそれぞれ別の素子に対して予圧され，前記係止部材（３２）を受けるための少なくとも１個の対応する係止凹所（２８）が前記素子に設けられていることを特徴とする工具装置。
7. 請求項６記載の装置において，前記係止凹所（２８）が，回転方向（Ｄ）に対して略直角に延在する溝（２８ａ）で構成されていることを特徴とする手持ち式工具装置。
8. 請求項６記載の装置において，前記係止凹所（２８）が，ヘリカル形状断面を有するランプ凹所（２８ｂ）により構成されており，ランプ凹所（２８ｂ）の深度が回転方向（Ｄ）で付加部材（５８）に至るまで漸増することを特徴とする手持ち式工具装置。
9. 請求項６記載の装置において，前記係止凹所（２８）が，中心軸線（Ａ）を中心とする弧状断面を有する深部（２８ｃ）で構成され，該深部（２８ｃ）の深さがその全長に亙って略一定であることを特徴とする手持ち式工具装置。
10. 請求項６〜９の何れか一項に記載の装置において，前記支持体（２２）は，前記係止部材（３２）が係止凹所（２８）の軸線方向の高さで配置した制動位置と，係止部材（３２）を回転方向（Ｄ）で包囲する環状溝（２６）の高さで配置した回転位置との間で変位可能であることを特徴とする手持ち式工具装置。
11. 請求項４〜１０の何れか一項に記載の装置において，前記支持体（２２）と，前記工具スピンドル（１４）とが摩擦結合可能であることを特徴とする手持ち式工具装置。
12. 請求項１１記載の装置において，前記支持体（２２）が弾性摩擦リングで構成されていることを特徴とする手持ち式工具装置。
13. 請求項１〜１２の何れか一項に記載の装置において，前記所定トルク値が１〜５Ｎｍであることを特徴とする手持ち式工具装置。

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