JP2010076022A - インパクト回転工具 - Google Patents

Abstract

【課題】インパクト回転工具自体の構造が複雑とならずに、過酷使用での過度の温度上昇を未然に防ぐことができるとともにモータの故障を防ぐことができるインパクト回転工具を提供する。
【解決手段】ハンマー３０における後退方向側であって、且つスプリング３２と同軸上に形状記憶合金製の形状記憶バネ５０が配設されている。インパクト回転工具１が過酷使用状態に近づいてくると、形状記憶バネ５０の温度が上昇するとともに形状記憶バネ５０における変態点を超えると、急激に横弾性係数が高くなり、ハンマー３０の後退を妨げるコイルバネとして機能する。後退を妨げられたハンマー３０によってモータ１７の負荷が高められるとともに、モータ１７に過電流が流れ、この過電流が過電流保護閾値となったことを条件に、制御回路４１がモータ１７を停止させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータへ流れる過電流が、所定量以上流れることを条件にモータを停止させるモータ停止手段を有するインパクト回転工具に関する。

一般に、インパクト回転工具としては、例えば、特許文献１に開示されているものがある。このようなインパクト回転工具は、一定の締付トルクに達するとハンマーが後退し、アンビルとハンマーの爪部との噛み合いが外れ、ハンマーの後退とともに蓄えられる回転エネルギーがスプリングの復元力によってアンビルを打撃して、締付部品を締付もしくは緩めを行うものである。
特開平５−２２８８４９号公報

ところで、このようなインパクト回転工具には、過酷使用での過度な温度上昇によるモータの故障を防ぐために、モータに流れる電流がある一定の閾値を超えたところで、モータ本体を停止させる過電流保護の機能を有する制御回路を備えているものがある。モータの温度とモータに流れる電流の量とは高い相関を有しており、制御回路がモータの温度を検出するとともに、この検出された温度がある一定の閾値を超えていた場合、モータに流れる電流の量がある一定の閾値を超えていると判断し、制御回路は、モータ本体を停止させる。

モータの温度を検出するためには、モータの近傍に温度センサを配置することでモータの温度を検出することが考えられる。しかしながら、モータの近傍に温度センサを配置すると、温度センサと蓄電池とを電気的に接続するための配線が、モータの近傍から蓄電池を収納する電池パック内に向かって延びるように配設されることとなる。すなわち、配線の配置位置が複雑化してしまうといった問題が生じてしまい、インパクト回転工具自体の構造が複雑化してしまう虞があった。

本発明の目的は、インパクト回転工具自体の構造が複雑とならずに、過酷使用での過度の温度上昇を未然に防ぐことができるとともにモータの故障を防ぐことができるインパクト回転工具を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、鋼球を介してハンマーの回転運動を軸方向の後退運動に変換するカム溝が駆動軸に形成されるとともに、前記駆動軸はモータからの回転出力により回転し、一定の締付トルクに達すると前記ハンマーが後退するとともに、アンビルに形成された係止部と前記ハンマーの係止部との係止が外れ、前記ハンマーの後退とともに蓄えられる回転エネルギーがスプリングの復元力によって前記アンビルを打撃して、締付部品を締付もしくは緩めを行うとともに、さらに、前記モータへの負荷が高まると前記モータに過電流が流れるとともに、該過電流が所定量以上流れることを条件に前記モータを停止させるモータ停止手段を有するインパクト回転工具であって、変態点を超えることにより前記ハンマーの後退を規制する形状記憶合金製の弾性補助部材を設けたことを要旨とする。

インパクト回転工具の使用状態が、過酷使用状態に近づいていくと、モータだけでなく、スプリング周辺の温度も上昇する。すると、弾性補助部材の温度が上昇するとともに、弾性補助部材の温度上昇に伴ってバネ定数が増加し、弾性補助部材は軸方向に伸びるように変形する。よって、一定の締付トルクに達するとハンマーが後退しようとするが、軸方向に伸びるように変形した弾性補助部材によって、ハンマーの後退が妨げられる。ハンマーの後退が妨げられると、ハンマーは、アンビルに形成された係止部とハンマーの係止部との係止が外れずに、モータの回転出力に伴ってアンビルを無理に回転させようとする。すると、モータへの負荷が高まるとともにモータに過電流が流れ、この過電流が所定量以上流れることを条件にモータ停止手段がモータを停止させる。よって、インパクト回転工具が過酷使用状態で使用されることを抑制することができるとともに、インパクト回転工具自体の構造が複雑とならずに、弾性補助部材を設けるだけで、過酷使用での過度の温度上昇を未然に防ぐことができるとともにモータの故障を防ぐことができる。ここで、「過酷使用状態」とは、使用者が使用しているインパクト回転工具において、当該インパクト回転工具におけるトルクの許容範囲を超えた状態で締付部品を締付もしくは緩めを連続的に行っている状態のことをいう。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記弾性補助部材は、前記スプリングと同軸上に配設されていることを要旨とする。
この発明によれば、弾性補助部材がスプリングと同軸上に配設されていることにより、弾性補助部材が変態点を超えて軸方向に伸びるように変形した際に、ハンマーの後面と当接し易いため、より効果的にハンマーの後退を妨げることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記弾性補助部材は、前記ハンマーにおける後退方向側に配設されていることを要旨とする。
この発明によれば、弾性補助部材がハンマーにおける後退方向側に配設されていることにより、インパクト回転工具において、駆動軸の径方向側への大型化を招くことがない。すなわち、弾性補助部材における配置スペースをあまりとることなく、コンパクトに弾性補助部材を配設することができる。

本発明によれば、インパクト回転工具自体の構造が複雑とならずに、過酷使用での過度の温度上昇を未然に防ぐことができるとともにモータの故障を防ぐことができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。なお、以下の説明において、インパクト回転工具１の前後方向は、使用者がインパクト回転工具１を使用する使用形態における前後方向とし、図１に示すように、矢印Ｘに示す方向を前後方向とする。

図１に示すように、インパクト回転工具１は、本体１０におけるハンドル部１１に使用者により把握されるグリップ部１２、操作スイッチ１３及び切替レバー１４が設けられているとともに、ハンドル部１１の下端には、電池パック１５が設けられている。

本体１０内には、モータ取付台１６を介してモータ１７が配設されているとともに、モータ１７の出力軸にはピニオン１８が圧入固定されている。このピニオン１８には、駆動軸１９が後端部のキャリア部２０に取付けられた複数の遊星ギヤ２１が噛合している。駆動軸１９は、後端が軸受２２によって支持されるとともに、前端がアンビル２３によって支持されている。遊星ギヤ２１は、モータ取付台１６に一体に形成されたインターナルギヤ２４にも噛合しているとともに、モータ１７が回転する時に、ピニオン１８、遊星ギヤ２１、インターナルギヤ２４及びキャリア部２０で構成される遊星機構による減速を受けて減速回転する。

駆動軸１９の外周には環状のハンマー３０が軸方向及び回転方向に移動自在に配設されている。ハンマー３０の前面には係止部としての爪部３０ａが形成されるとともに、この爪部３０ａは、アンビル２３の後端面に形成される係止部としての爪部２３ａと噛合するようになっている。ハンマー３０の内周部には、軸方向に沿うように溝３０ｂが形成されている。また、駆動軸１９の外周には略Ｖ字状のカム溝１９ａが形成されるとともに、このカム溝１９ａと係合する鋼球３１を介して駆動軸１９と一体にハンマー３０が回転可能となっている。

ハンマー３０の後面には、コイル状のスプリング３２の一端がスラスト板３３を介して接しているとともに、他端がスプリング３２の受座となるスラスト板３４を介して遊星ギヤ２１の歯車軸２１ａに支持されており、このスプリング３２によってハンマー３０を前方に突出付勢している。アンビル２３は、軸受３５によって回転自在に支持されるとともに、アンビル２３の前端にはビットホルダー２が備えられている。

また、電池パック１５内には、電源である蓄電池４０が収容されるとともに、グリップ部１２における下部には、操作スイッチ１３及び切替レバー１４の操作状態に基づいて、モータ１７の作動を制御するための制御回路４１が収容されている。さらに、本体１０内には、制御回路４１に制御されることによりモータ１７に対する駆動電力の生成及び供給を実行する駆動回路４２が収容されている。

図２に示すように、本実施形態では、モータ１７には、ブラシレスモータが採用されている。そして、これに合わせ、駆動回路４２にも、複数のスイッチング素子（ＦＥＴ）４３を接続してなる周知のＰＷＭインバータが用いられている。

具体的には、本実施形態の駆動回路４２は、ＦＥＴ４３ａ，４３ｄ、ＦＥＴ４３ｂ，４３ｅ、及びＦＥＴ４３ｃ，４３ｆの各直列回路（アーム）を並列接続してなっている。これら各アームを構成する上段側の各ＦＥＴ４３ａ，４３ｂ，４３ｃは、蓄電池４０のプラス端子に接続されるとともに、下段側の各ＦＥＴ４３ｄ，４３ｅ，４３ｆは接地されている。そして、各アームにおける上下段ＦＥＴの接続点４４ｕ，４４ｖ，４４ｗは、それぞれモータ１７の各モータコイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗに接続されている。

また、各ＦＥＴ４３ａ〜４３ｆのゲート端子は制御回路４１に接続されているとともに、制御回路４１は、これらの各ゲート端子に対して、上記操作スイッチ１３及び切替レバー１４の操作状態に基づきモータ１７の作動を制御するためのモータ制御信号（ゲートオン／オフ信号）を出力する。そして、そのモータ制御信号に応答して各ＦＥＴ４３ａ〜４３ｆがオン／オフすることにより、蓄電池４０の直流電圧が、三相の駆動電力に変換されてモータ１７へと供給されるようになっている。また、ＦＥＴ４３と蓄電池４０との間には、電流検出抵抗４５が設けられているとともに、制御回路４１は、電流検出抵抗４５における電圧差を検出することで、モータ１７に供給されている電流の量を検出するようになっている。なお、制御回路４１内には、電流検出抵抗４５の電圧を増幅させるための増幅回路（図示せず）が設けられている。

図１に示すように、ハンマー３０の後面（ハンマー３０における後退方向側の面）であって、且つスプリング３２の内周側には、弾性補助部材としての形状記憶バネ５０がスプリング３２とともに並設されている。形状記憶バネ５０は、スプリング３２と同軸上に配設されている。形状記憶バネ５０の一端は、ハンマー３０の後面であって、且つハンマー３０における内周側寄りの端面３０ｃに接しているとともに、他端がスラスト板３４を介して遊星ギヤ２１の歯車軸２１ａに支持されている。

形状記憶バネ５０は、形状記憶合金製であるとともにスプリング３２と同様の形状をしている。すなわち、一定の温度では一定のバネ定数を有するコイルバネとして機能するが、温度変化に応じてバネ定数が変化して変形する。

インパクト回転工具１における使用許容領域においては、モータ１７によって回転駆動される駆動軸１９は、その回転力を鋼球３１を介してハンマー３０に伝達させる。ハンマー３０は、スプリング３２の付勢力でアンビル２３と噛合した状態であるため、ハンマー３０の回転はアンビル２３を通じてビットホルダー２に装備されたドライバービットに伝達される。また、ドライバービットによる締付部品としてのネジ・ボルト等の締付もしくは緩めの作業を行っている際に、負荷が大きくなってくると、ハンマー３０とアンビル２３との噛合部においてハンマー３０を後退させる分力が発生する。よって、ハンマー３０は、駆動軸１９のカム溝１９ａに沿うようにして駆動軸１９に対して回転しながら後退する。そして、ハンマー３０とアンビル２３との噛合が外れると、モータ１７からの回転エネルギーとスプリング３２との反力とによって、ハンマー３０は、アンビル２３を回転方向に沿う方向へ打撃する。この打撃によるアンビル２３に対しての回転方向の衝撃がドライバービットに加えられるとともに、ネジ・ボルト等を締付もしくは緩めを行う。スプリング３２の反力による軸方向の衝撃は、軸受３５とアンビル２３との間に設けられたスラストリング３６によって受けられる。

次に、形状記憶バネ５０の作用について説明する。
図３に示すように、本実施形態の形状記憶バネ５０は、温度上昇に伴ってバネ定数が増加するように構成されている。すなわち、形状記憶バネ５０は温度上昇に伴って軸方向に伸びるように変形する。よって、使用許容領域で作業している際には、横弾性係数が低いために、形状記憶バネ５０はコイルバネとしてはほとんど機能しない。しかし、過酷使用状態に近づいてくると、モータ１７の温度だけでなくスプリング３２周辺の温度も過剰に上昇するため、形状記憶バネ５０の温度が上昇するとともに、形状記憶バネ５０における変態点を超えると、急激に横弾性係数が高くなり、ハンマー３０の後退を妨げるコイルバネとして機能する。ここで、「過酷使用状態」とは、使用者が使用しているインパクト回転工具１において、当該インパクト回転工具１におけるトルクの許容範囲を超えた状態でネジ・ボルト等を締付もしくは緩めを連続的に行っている状態のことをいう。よって、一定の締付トルクに達するとハンマー３０が後退しようとするが、軸方向に伸びるように変形した形状記憶バネ５０によって、ハンマー３０の後退が妨げられる。

ハンマー３０の後退が妨げられると、ハンマー３０は、アンビル２３の爪部２３ａとハンマー３０の爪部３０ａとの噛み合いが外れずに、モータ１７の回転出力に伴ってアンビル２３を無理に回転させようとする。すると、図４に示すように、モータ１７における回転数が下がるとともにトルクが上昇し、また、トルクが上昇するとモータ１７に対する駆動電力の生成及び電流の供給が増加する。すなわち、モータ１７への負荷が高まるとともにモータ１７に過電流が流れ、この過電流が、図４に示すような予め決められた過電流保護閾値となったことを条件に、制御回路４１は、駆動回路４２におけるＦＥＴ４３全てをオフ状態にするとともに、モータ１７を停止させる。すなわち、制御回路４１は、過電流が過電流保護閾値となったことを条件にモータ１７を停止させるモータ停止手段として機能する。ここで、「過電流保護閾値」とは、図４に示すように、この閾値を超えるとインパクト回転工具１が過酷使用状態になると判断される電流の所定量である。よって、インパクト回転工具１が過酷使用状態で使用されることを抑制することができるとともに、インパクト回転工具１自体の構造が複雑とならずに、形状記憶バネ５０を設けるだけで、過酷使用での過度の温度上昇を未然に防ぐことができるとともにモータの故障を防ぐことができる。

また、過電流保護閾値を超えてモータ１７が停止された後、インパクト回転工具１を使用せずに所定の時間が経過すると、形状記憶バネ５０は冷却されて変態点を下回る。すると、形状記憶バネ５０は、横弾性係数が低くなり、コイルバネとしてはほとんど機能しなくなる。よって、使用者はまた通常の作業に復帰することができる。

上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）ハンマー３０の後面（ハンマー３０における後退方向側の面）であって、且つスプリング３２の内周側には、形状記憶バネ５０がスプリング３２とともに並設されている。よって、形状記憶バネ５０における変態点を超えると、急激に横弾性係数が高くなり、ハンマー３０の後退を妨げるコイルバネとして機能する。後退を妨げられたハンマー３０によってモータ１７の負荷が高められるとともに、モータ１７に過電流が流れ、この過電流が過電流保護閾値となったことを条件に、制御回路４１が駆動回路４２におけるＦＥＴ４３全てをオフ状態にするとともに、モータ１７を停止させる。したがって、インパクト回転工具１が過酷使用状態で使用されることを抑制することができるとともに、例えば、モータ１７の温度を検出する温度センサを配設する必要なく、形状記憶バネ５０を設けるだけで、過酷使用での過度の温度上昇を未然に防ぐことができるとともにモータの故障を防ぐことができる。

（２）形状記憶バネ５０は、一度温度が上昇したとしても、インパクト回転工具１を使用せずに所定の時間経過させることによって冷却され、変態点を下回ると横弾性係数が低くなり、コイルバネとしてはほとんど機能しなくなる。よって、使用者はまた通常の作業に復帰することができる。

（３）形状記憶バネ５０を設けるだけで過酷使用での過度の温度上昇を未然に防ぐことができるとともにモータの故障を防ぐことができるので、制御回路４１における過電流保護のための制御プログラムを簡略化することができる。

（４）形状記憶バネ５０がスプリング３２と同軸上に配設されていることにより、形状記憶バネ５０が変態点を超えて軸方向に伸びるように変形した際に、ハンマー３０の後面と当接し易いため、より効果的にハンマー３０の後退を妨げることができる。

（５）形状記憶バネ５０がハンマー３０における後退方向側に配設されていることにより、インパクト回転工具１において、駆動軸１９の径方向側への大型化を招くことがない。すなわち、形状記憶バネ５０における配置スペースをあまりとることなく、コンパクトに形状記憶バネ５０を配設することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態において、弾性補助部材は、スプリング３２のようなコイル状をしているものに限らず、例えば、蛇腹状のバネであってもよい。

○ 実施形態において、制御回路４１は、過電流が過電流保護閾値を超えてから所定の時間内に、駆動回路４２におけるＦＥＴ４３全てをオフ状態にするとともに、モータ１７を停止させるようにしてもよい。

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）前記弾性補助部材は、コイル状のバネである請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のインパクト回転工具。

（２）前記弾性補助部材は、蛇腹状のバネである請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のインパクト回転工具。

実施形態におけるインパクト回転工具の縦断面図。 インパクト回転工具における電気的構成を示すブロック図。 形状記憶バネにおける温度と形状記憶バネのバネ定数との関係を示すグラフ。 モータの回転数とトルクとの関係を示すグラフであり、トルクとモータに供給される電流の量との関係を示すグラフ。

符号の説明

１…インパクト回転工具、１７…モータ、１９…駆動軸、１９ａ…カム溝、２３…アンビル、２３ａ…係止部としての爪部、３０…ハンマー、３０ａ…係止部としての爪部、３１…鋼球、３２…スプリング、４１…モータ停止手段として機能する制御回路、５０…弾性補助部材としての形状記憶バネ。

Claims (3)

1. 鋼球を介してハンマーの回転運動を軸方向の後退運動に変換するカム溝が駆動軸に形成されるとともに、前記駆動軸はモータからの回転出力により回転し、一定の締付トルクに達すると前記ハンマーが後退するとともに、アンビルに形成された係止部と前記ハンマーの係止部との係止が外れ、前記ハンマーの後退とともに蓄えられる回転エネルギーがスプリングの復元力によって前記アンビルを打撃して、締付部品を締付もしくは緩めを行うとともに、さらに、前記モータへの負荷が高まると前記モータに過電流が流れるとともに、該過電流が所定量以上流れることを条件に前記モータを停止させるモータ停止手段を有するインパクト回転工具であって、
   変態点を超えることにより前記ハンマーの後退を規制する形状記憶合金製の弾性補助部材を設けたことを特徴とするインパクト回転工具。
2. 前記弾性補助部材は、前記スプリングと同軸上に配設されている請求項１に記載のインパクト回転工具。
3. 前記弾性補助部材は、前記ハンマーにおける後退方向側に配設されている請求項１又は請求項２に記載のインパクト回転工具。

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