JP2007326215A

JP2007326215A - 手工具装置

Info

Publication number: JP2007326215A
Application number: JP2007151575A
Authority: JP
Inventors: Reinhard Dr Schulz; シュルツラインハルト; Stefan Hammerstingl; ハンマーシュティングルシュテファン; Damir Cehajic; セハジェックダミル
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2006-06-08
Filing date: 2007-06-07
Publication date: 2007-12-20
Also published as: DE102006000279A1; US20080047720A1; EP1864760A2; EP1864760A3

Abstract

【課題】クランク機構伝動による空気式打撃機構を有する手工具装置のための、簡単な構造の能動的な振動減衰装置を得る。
【解決手段】手工具装置を、回転可能に支持した偏心子５のクランクピン４によって駆動し、偏心軸線Ｅに関して不均衡作用点Ｕを有する質量分布にし、不均衡作用点Ｕを、クランク半径Ｋ分だけ離間するクランクピン４から、クランクピンの回転方向に、７０°〜９０°の範囲の不均衡作用角度φ分だけシフトした位置に配置する。好適には、打撃周波数が５Ｈｚ〜２５Ｈｚの帯域では、クランク半径Ｋおよび浮動ピストン質量に作用する不均衡度を０．４〜１．０の範囲とする。偏心子５にクランクプレート９を備え、このクランクプレート９は、偏心平面で見て非回転対称の質量分布を有し、また、クランク半径Ｋに関して非鏡面対称形状に構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、クランク機構伝動による空気ばね式打撃機構を有する手工具装置、特にコンビハンマーまたはチゼルハンマーに関する。

特許文献１には、電動モータによって駆動するクランク機構を有する、既知のこの種の手工具装置が記載されている。クランク機構は、クランク半径に対して鏡面対称形状にして不均衡作用を補償する偏心子を有し、この偏心子により空気ばねを介して打撃ピストンを、往復振動させ、打撃工具に直接衝突させる。
独国特許出願公開第２５１１０８３号明細書

この種の空気ばね式打撃機構では、反作用をほとんど生ずることなく高い打撃エネルギーを発生できるが、振動の一部が手工具装置の外側ハウジングにも伝達するため、ハンドグリップを介して使用者の手−腕系にも伝達するという欠点を有する。

このようなハンドグリップにおける振動を回避するため、手工具装置においては、例えば特許文献２に記載のような、受動的な振動減衰装置または、例えば特許文献３に記載のような、能動的な振動減衰装置を設けることがよくある。
独国特許第１９５０３５２６号明細書欧州特許第１２２１３５９号明細書

力の重ね合わせの原理によると、適切な逆位相を有する反力により、理論上は振動をゼロまで、実際上は一部のみを能動的に相殺できる。通常の非調和的な振動、すなわち、特に時間に関して正弦曲線を描かない振動の場合、種々の振動数、振幅及び位相を有する調和的な対向振動を十分な回数作用させることにより相殺できる。ただし、位相に関しては振動のフーリエ解析に対して適切な逆位相でなければならない。

対向振動を生じるための適切な反力は、例えば対向振動体の加速によって得られる。特許文献４には打撃工具の振動を、回転する偏心子の、逆位相かつそれぞれが調和的に振動する複数個の質量体を逆向きに振動させることによって相殺する手工具装置が記載されている。
英国特許第９６９２１５号明細書

空気ばね式打撃機構における振動の主な要因は、純粋に軸線方向への非調和的な空気ばね力であるため、同様に純粋に軸線方向に振動する質量体によって振動を相殺することが適している。空気ばね力による調和的基本振動は、クランク運動に対して位相シフトする。特許文献５には、打撃ピストンを案内する案内管を、他の偏心子によって駆動ピストンに対して２７０°位相シフトして駆動する、クランク機構伝動による空気ばね式打撃機構を有する手工具装置が記載されている。これにより、振動による軸線方向の調和的基本振動を部分的に相殺できる。
欧州登録特許第１４７５１９０号明細書

さらに特許文献６には、打撃ピストンを案内する案内管を、非円形のクランクプレートによって駆動ピストンに対して逆位相に運動させる、クランク機構伝動によるばね打撃機構を有する手工具装置が記載されている。この非円形のクランクプレートはクランク機構の偏心子に設け、励起ピストンを逆位相で運動させる。
英国特許第４７４９０２号明細書

本発明の課題は、クランク機構伝動による空気式打撃機構を有する手工具装置のための、構造簡単な能動的な振動減衰装置を得ることにある。

この課題は、本発明特許請求の範囲における請求項１に記載の特徴により本質的に解決する。その他の好適な実施例を従属項に記載する。

本発明手工具装置によれば、打撃軸線に沿って往復運動する打撃ピストンによって軸線方向に打撃を生ずるための空気ばね式打撃機構を設け、この空気ばね式打撃機構を、回転可能に支持した偏心子のクランクピンによって駆動する。偏心子の質量分布は偏心軸線に関して不均衡作用点を有し、この不均衡作用点を偏心軸線に直交する偏心平面で見て、クランク半径分だけ離間するクランクピンから、クランクピンの回転方向に７０°〜９０°の範囲の不均衡角度分だけシフトした位置に配置する。

クランクピンに適合するように非対称に設けた不均衡作用点により、空気ばね式打撃機構によって生じる振動による調和的な基本振動を部分的に相殺できる。偏心子はクランク機構において不可欠な部材であるため、原則的には、付加的な構成部材を設ける必要がない。これにより、本発明の能動的な振動減衰装置を、構造簡単かつ経済的に構成できる。

好適には、クランク半径および浮動ピストン質量に作用する不均衡度を、０．３〜１．０の範囲とすることにより、不均衡を適切に設定できる。

好適には、打撃周波数が５Ｈｚ〜２５Ｈｚの帯域において、クランク半径および浮動ピストン質量に作用する不均衡度を０．４〜１．０の範囲とする。

代案として、打撃周波数が５Ｈｚ〜２５Ｈｚの帯域において、クランク半径および浮動ピストン質量に作用する不均衡度を０．４〜１．０の範囲としても好適である。

代案として、打撃周波数が６０Ｈｚ〜１００Ｈｚの帯域において、クランク半径および浮動ピストン質量に作用する不均衡度を０．３〜０．８の範囲としても好適である。

好適には、偏心子に、（円筒体座標系で見て）偏心軸線方向に関してクランクピンに直接隣接させてクランクプレートを設ける。このクランクプレートは偏心平面で見て非回転対称の質量分布を有し、（ベクトル的な）クランク半径に関して非鏡面対称形状にし、これによって生じる不均衡により打撃軸線に近接させて設けた偏心子において、僅かな傾動モーメントしか発生しない。さらに、クランクプレートは、前述の形状を有するため、鋳造または鍛造により容易に製造できる。

代案として、偏心子に、クランクピンに直接隣接させたクランクプレートの他に、円筒体座標系で見て）偏心軸線方向に離間して補助質量体を設ける（ことも好適である。この補助質量体は偏心平面で見て非回転対称の質量分布を有し、また、（ベクトル的な）クランク半径に関して非鏡面対称形状であるため、これによって生じる不均衡により、打撃軸線に近接させて設けた偏心子において僅かな傾動モーメントしか発生しないため、特に打撃軸線から重心が外れている手工具装置に適している。

好適には、偏心子を複数個の部材によって構成し、偏心軸をクランクプレートまたは、さらに好適には偏心リングとして構成した補助質量体に連結することにより、偏心子を、幾何学的構成が簡単な構成部材によって構成できる。

以下、図面につき本発明の好適な実施例を詳細に説明する。

図１には、回転打撃ドリル式の手工具装置１を示す。この手工具装置１は、打撃軸線Ａに沿って往復運動する打撃ピストン２の軸線方向の打撃を打撃工具１２に伝達するための、空気ばね式打撃機構３を有する。伝達の際、外側ハウジング７によって構成したハンドグリップ８において、打撃軸線Ａに対して（おおむね時間周期的に）斜め方向の振動Ｖが僅かに発生する。空気ばね式打撃機構３を励起するよう打撃軸線Ａ方向に往復運動する駆動ピストン１３を、連結ロッド１４によって、偏心軸線Ｅの周りに回転するように軸受１５に支持した偏心子５の、偏心軸線Ｅからクランク半径Ｋ分だけ偏心させたクランクピン４に連結する。この偏心子５を、ピニオン１６を介して電動モータ６によって駆動する。偏心子５は、クランクピン４に偏心軸線Ｅ方向に関してクランクプレート９を直接隣接させ、このクランクプレート９を偏心軸１０に連結する。

図２には、偏心軸線Ｅに直交する方向に指向する偏心平面上で、偏心軸１０に連結したクランクプレート９を示す。図示のように、クランクプレート９は非回転対称形状の輪郭、およびこの形状に対応した質量分布を有し、この質量分布は、クランクピン４に指向する（ベクトル的に）クランク半径Ｋに関して鏡面対称ではない質量分布を有するため、偏心子５において不均衡作用点Ｕを生じる（この不均衡点Ｕは、体積がないものとみなした偏心子５における、クランク半径Ｋの分だけ偏心させた重心と物理的に等価であるものとして示す）。この不均衡作用点Ｕは、クランクピン４に（ベクトル的に）指向するクランク半径Ｋに対して、８０°の不均衡作用角度φだけシフトしている。

図３には、偏心子５′の第２の実施例を示す。この偏心子５′は、歯車１６′および、軸受１５に回転可能に支持した偏心軸１０′を有し、この偏心軸１０′と一体的にクランクプレート９′を設け、このクランクプレート９′にクランク半径Ｋの分だけ偏心させたクランクピン４′を直接隣接して突出させる。それに加えて偏心子５′には、クランクプレート９′から偏心軸線Ｅの方向に離間させた補助質量体１１を設ける。

図４には、偏心リングとして構成した補助質量体１１を示す。この補助質量体１１は、偏心平面で見て、偏心軸１０′に関して非回転対称形状の輪郭、およびこの形状に対応した、クランクピン４に指向する（ベクトル的に）クランク半径Ｋに関して鏡面対称ではない質量分布を有するため、偏心子５′において不均衡作用点Ｕを生じる（体積がないものとみなした偏心子５′における、クランク半径Ｋの分だけ偏心させた重心と物理的に等価であるものとして示す）。この不均衡作用点Ｕは、クランクピン４に（ベクトル的に）指向したクランク半径Ｋに対して、８０°の不均衡作用角度φだけシフトしている。この偏心子５′を、クランクプレート９′および補助質量体１１によって複数個の部材から構成し、溝−ばね嵌合を伴う圧入により偏心軸１０に連結する。

以下の構成にする場合、動作が最適になる。
１）打撃周波数：１４Ｈｚ；浮動ピストン質量：１４００ｇ；
クランク半径：４．７ｃｍ；不均衡作用モーメント：４０００ｇ・ｃｍ
２）打撃周波数：５０Ｈｚ；浮動ピストン質量：１７０ｇ；
クランク半径：１．７ｃｍ；不均衡作用モーメント：１５０ｇ・ｃｍ
３）打撃周波数：７０Ｈｚ；浮動ピストン質量：７０ｇ；
クランク半径：１．１ｃｍ；不均衡作用モーメント：４０ｇ・ｃｍ

本発明の手工具装置の一部断面とする側面図である。偏心子を単独で示した平面図である。第２実施例における偏心子の縦断面図である。第２実施例における偏心子の横断面図である。

符号の説明

１手工具装置
２打撃ピストン
３空気ばね式打撃機構
４クランクピン
４′ クランクピン
５偏心子
５′ 偏心子
６電動モータ
７外側ハウジング
８ハンドグリップ
９クランクプレート
９′ クランクプレート
１０偏心軸
１０′ 偏心軸
１１補助質量体
１２打撃工具
１３駆動ピストン
１４連結ロッド
１５軸受
１６ピニオン
１６′ 歯車
Ａ打撃軸線
Ｅ偏心軸線
Ｋクランク半径
Ｕ不均衡作用点
Ｖ振動
φ 不均衡作用角度

Claims

打撃ピストン（２）の打撃軸線（Ａ）方向の往復運動によって軸線方向に打撃を生ずるための空気ばね式打撃機構（３）を有する手工具装置であって、回転可能に支持した偏心子（５,５′）のクランクピン（４,４′）によって駆動可能であり、前記偏心子（５，５′）の質量分布に偏心軸線（Ｅ）に関して不均衡作用点（Ｕ）を有する手工具装置において、偏心軸線（Ｅ）に直交する偏心平面で見て、不均衡作用点（Ｕ）を、クランク半径（Ｋ）分だけ離間するクランクピン（４,４′）から、前記クランクピン（４,４′）の回転方向に７０°〜９０°の範囲の不均衡作用角度（φ）分だけシフトした位置に配置したことを特徴とする手工具装置。
請求項１記載の装置において、打撃周波数が５Ｈｚ〜２５Ｈｚの帯域では、クランク半径（Ｋ）および浮動ピストン質量に作用する不均衡度（Ｕ）を０．４〜１．０の範囲とした手工具装置。
請求項１または２記載の装置において、打撃周波数が２５Ｈｚ〜６０Ｈｚの帯域では、クランク半径（Ｋ）および浮動ピストン質量に作用する不均衡度（Ｕ）を０．３５〜０．９の範囲とした手工具装置。
請求項１または２記載の装置において、打撃周波数が６０Ｈｚ〜１００Ｈｚの帯域では、クランク半径（Ｋ）および浮動ピストン質量に作用する不均衡度（Ｕ）を０．３〜０．８の範囲とした手工具装置。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置において、偏心子（５）に、クランクピン（４）に対して偏心軸線（Ｅ）方向に直接隣接させてクランクプレート（９）を備え、このクランクプレート（９）は、偏心平面で見て非回転対称の質量分布を有し、また、クランク半径（Ｋ）に関して非鏡面対称形状に構成した手工具装置。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置において、偏心子（５′）に、クランクピン（４）に直接隣接させたクランクプレート（９）の他に、偏心軸線（Ｅ）方向に離間させた補助質量体（１１）を付加的に設け、前記補助質量体（１１）が偏心平面で見て非回転対称の質量分布を有し、また、クランク半径（Ｋ）に関して非鏡面対称に構成した手工具装置。
請求項５または６記載の装置において、偏心子（５,５′）を複数個の部材によって構成し、偏心軸（１０、１０′）をクランクプレート（９，９′）または補助質量体（１１）に固着した手工具装置。