JP2013144336A - インパクト工具 - Google Patents

Abstract

【課題】
構造変更や部品点数を増やすことなく、信頼性の高いインパクト工具を提供すること。
【解決手段】
モータによって回転駆動されるスピンドルに回転打撃機構を装着し、回転打撃機構によって発生する回転打撃力をハンマからアンビル４３を経て先端工具２１に間欠的に伝達することによって先端工具に回転打撃力を与えるインパクト工具において、アンビル４３の先端工具保持部を形成する正六角形穴の頂点４３ｆ近傍に、中心点が六角形の対向する頂点間を結ぶ直線上から外れた位置に存在する円弧形状の切欠き部４３ｂを設け、ネジの締付け時と緩め時に発生する応力が等しくなるようにした。切欠き部４３ｂは頂点４３ｆから回転方向４１と同じ側に形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転打撃力を発生してネジ締め、緩め等の作業を行うためのインパクト工具の信頼性向上に関するものである。

インパクト工具は、モータを駆動源として回転打撃力を発生して先端工具を回転させつつ、これに打撃力を間欠的に与えてネジ締め、緩め等の作業を行うものであるが、反動が小さく締付け能力が高い等の特徴を有しているため、現在広く使われている。ここで、図７、図８に従来から使用されている一般的なインパクト工具を示す。図７は従来のインパクト工具の縦断面図であり、図８は図７のＡ−Ａ部の断面図である。

インパクト工具は、繰り返し充放電可能なバッテリ１を電源とし、モータ２を駆動源として回転打撃機構を駆動し、アンビル３に回転と打撃を間欠的に与える。アンビル３には、特許文献１にて知られるように先端工具２１の断面形状である正六角形よりも僅かに大きな正六角形穴から成る先端工具保持部３ａが設けられており、先端工具保持部３ａに先端工具２１が挿入、保持される構造となっている（図８参照）。回転打撃機構からアンビル３に伝達された回転打撃力は、先端工具保持部３ａと先端工具２１の六角形軸部が回転方向に係合することにより、ネジ２９に回転打撃力を伝達してネジ締め、緩め等の作業を行うものである。

上記モータ２は、ハウジング４の胴体部４ａ内に収容されており、ハウジング４の胴体部４ａから下方に一体に延びるハンドル部４ｂの上部には、バッテリ１からモータ２への給電をＯＮ／ＯＦＦしてモータ２を起動／停止させるとともに、モータの回転方向をネジ２９の締付け方向、緩め方向に選択可能とする制御機能を備えたスイッチ５が設けられている。

而して、ハンマケース６に内蔵された回転打撃機構においては、モータ２の出力軸２ａの回転は遊星ギヤ機構７を経て減速されてスピンドル８に伝達され、スピンドル８が所定の速度で回転駆動される。ここで、スピンドル８とハンマ９とはカム機構によって連結されており、このカム機構は、スピンドル８の外周面に形成されたＶ字状のスピンドルカム溝８ａ及びハンマ９の内周面に形成されたＶ字状のハンマカム溝９ａ及びこれらのカム溝８ａ，９ａに係合するボール１０を含んで構成される。

ハンマ９は、スプリング１１によって常に先端方向（前方）に付勢されており、静止時にはボール１０とカム溝８ａ，９ａとの係合によってアンビル３の端面とは隙間を隔てた位置にある。そして、ハンマ９とアンビル３の相対向する回転平面上の２箇所には不図示の凸部がそれぞれ対称的に形成されている。

而して、前述のようにスピンドル８が回転駆動されると、その回転はカム機構を介してハンマ９に伝達され、ハンマ９が半回転しないうちに、ハンマ９の凸部がアンビル３の凸部に係合してアンビル３を回転させるが、そのときの係合反力によってスピンドル８とハンマ９との間に相対回転が生ずると、ハンマ９はカム機構のスピンドルカム溝８ａに沿ってスプリング１１を圧縮しながらモータ２側へと後退を始める。

そして、ハンマ９の後退動によってハンマ９の凸部がアンビル３の凸部を乗り越えて両者の係合が解除されると、ハンマ９は、スピンドル８の回転力に加え、スプリング１１に蓄積されていた弾性エネルギーとカム機構の作用によって回転方向及び前方に急速に加速されつつ、スプリング１１の付勢力によって前方へ移動し、その凸部がアンビル３の凸部に再び係合して一体に回転し始める。このとき、強力な回転打撃力がアンビル３に加えられるため、アンビル３に装着された先端工具２１を介してネジ２９に回転打撃力が伝達される。以後、同様の動作が繰り返されて先端工具２１からネジ２９に回転打撃力が間欠的に繰り返し伝達され、ネジ２９が木材等の被締結材３０にねじ込まれる。ネジ２９を緩める場合は、回転方向が反対になるだけであり、動作は上述の通りであるため再度の説明は省略する。

ところで、斯かるインパクト工具を用いた作業においては、図８に示すように先端工具２１に回転打撃力を与える際に、先端工具２１の軸方向に垂直な断面が六角形の軸とアンビル３に設けられた先端工具保持部３ａの正六角形穴が相対的に回転し、六角形の頂点付近で接触、接触部に大きな接触荷重を生ずる。この接触荷重により、先端工具保持部３ａを形成する正六角形穴の頂点部には大きな応力が発生し、ネジ締め、緩め作業を行う際は、正六角形の頂点部に繰り返し応力が発生する。特に太径のネジやボルトの締付けには高いトルクが必要とされるため、応力が過大になる。太径のネジやボルトの締付けを連続的に行う過酷な条件での試験においては、過大な応力が繰り返し発生するため、先端工具保持部３ａの正六角形の頂点付近から疲労破損が生じる例があることが確認されている。このため、インパクト工具の製品寿命に係る先端工具保持部３ａの寿命を向上させるべく、同部の応力低減のための対策が種々検討されてきた。

特開２０００−２５４８６９号公報

従来のインパクト工具の問題点を図５、６を用いて説明する。図５はネジ締め時における従来のアンビル３と先端工具２１の係合状態を示す断面図であり、図６は図５のＨ部の拡大図である。図５に示すように、先端工具保持部３ａには先端工具２１の断面形状である正六角形よりも僅かに大きな正六角形穴が形成されており、先端工具２１が挿入、保持される構造となっている。また図６の示すように、ネジ締め、緩め作業時に大きな応力が発生する正六角形穴の頂点部の外側には、応力低減を目的とし、中心点３ｃが六角形の対向する頂点間を結ぶ直線上に位置する円弧形状の切欠き部３ｂが設けられている。ネジ締め作業において先端工具２１に回転打撃力を与える際に、先端工具２１の六角形軸とアンビル３に設けられた先端工具保持部３ａの正六角形穴が相対的に回転し、六角形の頂点付近で接触、接触部３ｄに大きな接触荷重Ｆが生じる。接触荷重Ｆは、六角形の頂点付近全てで周期対称的に生じるため、正六角形穴の頂点部には図６に示す矢印方向（周方向）に応力σ１が生じる。また、接触部３ｄは、局所的に接触荷重Ｆを受けるため、接触部３ｄには局所的に凹む弾性変形が生じ、弾性変形に伴い、接触部３ｄの両脇には応力σ２が発生する。

従って、従来の先端工具保持部３ａに設けた円弧形状の切欠き部３ｂには、応力σ１が発生するが、切欠き部３ｂと接触部３ｄが近接しているため、切欠き部３ｂはσ２の影響を受け、σ１よりも応力が増大する。通常、角度を有する２直線の交点部（特に鋭角となる場合）には、一般的に大きな応力が発生するため、２直線に接する円弧形状を設けることにより応力低減を図る対策は最も一般的である。しかし、インパクト工具のアンビル３に設けられた先端工具保持部３ａの場合、六角形を形成する２直線間に接する円弧形状を形成すると、先端工具２１と干渉し、先端工具２１が挿入できなくなる不具合が生じる。このため図５、６に示すように、先端工具保持部３ａを形成する正六角形穴の外側に、円弧形状の切欠き部３ｂとすることにより応力低減の対策としている。また、円弧形状の半径の大きさＲは、その大きさが増大すると応力低減効果が大きいことが分かっているが、先端工具保持部３ａと先端工具２１の六角形軸が回転方向に係合し、回転打撃力を伝達するためには、先端工具２１との接触部として正六角形穴を形成する直線部が必要となる。このため、円弧形状の半径の大きさＲは自ずと制限される。

図５、６に示す従来のアンビル３においては、ネジ締め、緩め作業時に大きな応力が発生する正六角形穴の頂点部の外側に、中心点３ｃが六角形の対向する頂点間を結ぶ直線上に位置する円弧形状の切欠き部３ｂを設けたことにより、正六角形のみで形成した先端工具保持部３ａと比較し、ネジ締め作業時とネジ緩め作業時に同じ応力低減効果を図ることができる。ここで、被締結材へのネジ締め、緩め作業時に必要なトルクは同一ではなく、緩め作業に対し、ネジ締め作業に必要なトルクが約２０％大きい特性を有することが実験的に判明しており、一般的にも知られるところである。

従来のアンビル３の先端工具保持部３ａは、ネジ締め作業時とネジ緩め作業時で同じ応力低減効果となる対策としているため、前述の必要トルクの特性が考慮されてなく、ネジ締付け時には緩め時に対し約２０％大きな応力が生じる。このため、アンビル３の材料強度に対し、ネジ締付け時の安全率が緩め時に対し低い形状となっており、ネジ締付け時に疲労破損する確率が高い。発明者らは、アンビル３に設けられた先端工具保持部３ａの寿命、ひいてはインパクト工具の信頼性を向上させるには、繰り返しのネジ締め、緩め作業により疲労破損の危険が高い先端工具保持部３ａの設計時に、前述のネジの締付け、緩めに必要なトルクに相違がある特性を考慮したバランス設計をすることが望ましいことを見いだした。

特に近年は、電源であるバッテリ１の高電圧化、駆動源であるモータ２の高出力化に伴い、アンビル３の使用条件は年々厳しくなっている。一方、先端工具２１の六角形軸形状は規格により規定されており、かつ手持ち式工具であるインパクト工具には、小型・軽量化に対する市場からの要求が高いため、安易にアンビル３の軸径を大きくし応力低減を図るような対策ができないのが実情である。従って、小型・軽量を維持しつつ、寿命を向上させたインパクト工具を提供することは重要な課題である。

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、アンビル３に設けられた先端工具保持部の形状を最適化して、疲労破損の危険を一層低減することができるインパクト工具を提供することにある。

上記目的は、アンビルの先端工具保持部を形成する正六角形穴の外側に、中心点が六角形の対向する頂点間を結ぶ直線上から外れた位置に存在する円弧形状の切欠き部を１つ以上設け、ネジの締付け時と緩め時に発生する応力が等しくなるように構成したアンビルを用いたインパクト工具とすることにより達成される。

本発明のインパクト工具によれば、アンビルの先端工具保持部を形成する正六角形穴の外側に、中心点が六角形の対向する頂点間を結ぶ直線上から外れた位置に存在する円弧形状の切欠き部を１つ以上設けることにより、作業に必要なトルクに約２０％の相違があるネジの締付け時、緩めに時に発生する応力のバランスをとることが可能となる。また、ネジの締付け時と緩めに時に発生する応力が等しくなるように設計できるため、バランスのとれた信頼性の高いインパクト工具を実現できる。

本発明の実施例に係るインパクト工具のネジ締め時におけるアンビルと先端工具の係合状態を示す断面図である。 図１のＡ部の拡大図である。 本発明の実施例に係るインパクト工具のネジ緩め時におけるアンビルと先端工具の係合状態を示す断面図である。 図３のＢ部の拡大図である。 ネジ締め時における従来のアンビルと先端工具の係合状態を示す断面図である。 図５のＨ部の拡大図である。 従来のインパクト工具の全体構成を示す縦断面図である。 図７のＡ−Ａ部の断面図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。本実施例に係るインパクト工具は、バッテリを電源とし、モータを駆動源とするコードレスの手持ち式工具であって、その構成はアンビル３（図７，８参照）の正六角形穴の形状がアンビル４３のように変更されたことを除き、図７に示した従来のインパクト工具のそれと同一である。従って、以下の説明では図７に示したものと同一要素には同一符号を付し、それらについての再度の説明は省略する。

本実施例に係るインパクト工具においては、図２、４に示すように、アンビル４３の先端工具保持部４３ａを形成する正六角形穴の外側に、中心点４３ｃが六角形の対向する頂点４３ｆ間を結ぶ直線上から外れた位置に存在する円弧形状の切欠き部４３ｂが設けてあり、ネジ締め時、緩め時に発生する応力低減を図る構造になっている。ネジ締め、緩め作業時に大きな応力が発生する先端工具保持部４３ａを形成する正六角形穴の頂点４３ｆの外側に、応力低減を目的とした円弧形状の切欠き部４３ｂを設けた点は、従来のアンビル４３と同じ思想である。しかしながら本実施例によるアンビル４３では、円弧形状の切欠き部４３ｂの中心点４３ｃを六角形穴の対向する頂点４３ｆ間を結ぶ直線上から外れた位置に配置することにより、作業に必要なトルクが約２０％大きいネジ締め時の応力低減効果を高くし、ネジ締め時と緩め時の発生応力が同じになるようにバランスさせた構造としていることが特徴である。

次にネジ締め作業時と緩め作業時における上記構造の作用を説明する。図１、２にネジ締め作業時におけるアンビル４３と先端工具２１の係合状態を示す。駆動源であるモータ２により駆動された回転打撃機構により、アンビル４３には回転打撃力が伝達され、アンビル４３は図１に示す矢印４１の方向に回転し、回転打撃力を先端工具２１を介してネジまで伝え、ネジ締め作業を行う。図２の拡大図に示すように、先端工具２１に回転打撃力を与える際には、先端工具２１の正六角形軸とアンビル４３の先端工具保持部４３ａを形成する正六角形穴とが相対的に回転し、正六角形の頂点４３ｆ（一点鎖線と点線の交点）付近で接触することにより、ネジに回転打撃力を伝達する動作となる。この時、正六角形の接触部４３ｄには、大きな接触荷重Ｆ１が生じる。

接触荷重Ｆ１は、六角形の頂点４３ｆ付近全てで周期対称的に生じるため、正六角形の頂点部には図２に示す矢印方向（周方向）に応力σ１１が生じる。また、接触部４３ｄは、局所的に接触荷重Ｆ１を受けるため、接触部４３ｄには局所的に凹む弾性変形が生じ、弾性変形に伴い、接触部４３ｄの両脇には応力σ１２が発生する。図６に示した従来のアンビル３のように、円弧上の切欠き部３ｂと接触部３ｄが近接している場合、疲労破壊する危険が高い円弧形状の切欠き部３ｂには、応力σ２の影響を受け、σ１よりも応力が増大する。しかしながら、本実施例によるアンビル４３では、図２に示すように円弧形状の切欠き部４３ｂの中心点４３ｃを六角形の対向する頂点４３ｆ間を結ぶ直線（一点鎖線で図示）上から外れた位置に配置し、切欠き部４３ｂと接触部４３ｄの距離を大きくとる構造としている。この際、中心点４３ｃは、六角形の頂点４３ｆを結ぶ輪郭線上（図中の点線上）に位置するように配置されると好ましい。このように、先端工具保持部４３ａを形成する正六角形穴の直線部が接線となるように円弧形状の切欠き部４３ｂを配置しているため、形状の不連続部に生じる応力集中と称される過大な応力の発生を防止することができる。

上述のように構成された本実施例によるアンビル４３では、円弧形状の切欠き部４３ｂと接触部４３ｄの距離が大きいため、円弧形状の切欠き部４３ｂは、応力σ１２の影響を受けることを避けることができる。従って、ネジ締め作業時において、従来のアンビル４３よりも高い応力低減効果が実現できる。

次に図３、４を用いてネジ緩め作業時におけるアンビル４３と先端工具２１の係合状態を説明する。ネジ緩め作業時は、ネジ締め作業時に対し、図３中の矢印４２の通り回転方向が変わるのみであり、回転打撃力の伝達、応力の発生メカニズムは同じである。本実施例によるアンビル４３では、ネジ緩め作業にアンビル４３から先端工具２１に回転打撃力を伝達するための接触部となる先端工具保持部４３ａを形成する正六角形穴の直線部は、応力低減を目的とした円弧形状の切欠き部４３ｂにその一部を切り取られる。しかし、図示のとおり、切り取られる直線部は従来のアンビル４３の場合と比較しても僅かに多い程度であり、回転打撃力を伝達するためには十分な長さを有している。

ネジ締め作業時と同様に、先端工具２１と先端工具保持部４３ａの接触部４３ｅには大きな接触荷重Ｆ２が生じる。六角形の頂点付近全てで周期対称的に生じる接触荷重Ｆ２により、正六角形穴の頂点４３ｆ部には図４に示す矢印方向（周方向）に応力σ２１が生じる。また、接触部４３ｅは、局所的に接触荷重Ｆ２を受けるため、接触部４３ｅには局所的に凹む弾性変形が生じ、弾性変形に伴い、接触部４３ｅの両脇には応力σ２２が発生する。ネジ締め作業時と比較し、緩め作業時では、円弧上の切欠き部４３ｂと接触部４３ｅが近接しているため、応力σ２２の影響を受けやすい。このためネジ緩め作業時はネジ締め作業時と比べ、円弧形状の切欠き部４３ｂの応力低減効果は小さくなるが、必要なトルクがネジ締め作業時と比較し約２０％低いため、ネジ締め作業時と同等の発生応力にすることが可能となる。

上記の説明のとおり、本発明によるアンビル４３では、繰り返しのネジ締め、緩め作業により疲労破損の危険が高い先端工具保持部４３ａに発生する応力低減を目的として設けた円弧形状の切欠き部４３ｂの配置位置を工夫することにより、ネジ締め時と緩め時に先端工具保持部４３ａを形成する正六角形穴の頂点４３ｆ部に発生する応力が等しくなるようなバランス設計が可能となる。従って、従来のアンビル３に比べてネジ締め作業時の疲労破壊を一層防止できて信頼性の高いアンビルを有する電動工具を実現できる。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施例では、応力低減形状として各頂点４３ｆの近傍に１つの円弧形状の切欠き部４３ｂを設けた例を示したが、複数の円弧形状から形成される切欠き部を設けることによっても、ネジ締め時と緩め時に発生する応力を等しくするバランス設計が可能となる。また、上述の実施例では、バッテリを電源としたコードレスのインパクト工具について記載したが、商用交流電源により駆動するインパクト工具および圧縮空気により駆動するインパクト工具にも本発明は適用可能である。

１ バッテリ
２ モータ
２ａ 出力軸
３ アンビル
３ａ 先端工具保持部
３ｂ （円弧形状の）切欠き部
３ｃ （切欠き部の円弧の）中心点
３ｄ （先端工具と先端工具保持部の）接触部
４ ハウジング
４ａ （ハウジングの）胴体部
４ｂ ハンドル部
５ スイッチ
６ ハンマケース
７ 遊星ギヤ機構
８ スピンドル
８ａ スピンドルカム溝
９ ハンマ
９ａ ハンマカム溝
１０ ボール
１１ スプリング
２１ 先端工具
２９ ネジ
３０ 被締結材
４３ アンビル
４３ａ 先端工具保持部
４３ｂ （円弧形状の）切欠き部
４３ｃ （切欠き部の円弧の）中心点
４３ｄ （先端工具と先端工具保持部の締め付け時の）接触部
４３ｅ （先端工具と先端工具保持部の緩め時の）接触部
４３ｆ （先端工具保持部の略正六角穴の）頂点

Claims (3)

1. モータによって回転駆動されるスピンドルに回転打撃機構を装着し、前記回転打撃機構によって発生する回転打撃力をハンマからアンビルに連続的又は間欠的に伝達し、
   前記アンビルに形成された先端工具保持部に装着される先端工具に回転打撃力を与えるインパクト工具において、
   前記先端工具保持部の軸方向に垂直な断面形状は略正六角形であり、
   前記アンビルの正六角形穴の頂点付近に、中心点が六角形の対向する頂点間を結ぶ直線上から外れた位置に存在する円弧形状の切欠き部を１つ以上設けたことを特徴とするインパクト工具。
2. 前記切欠き部は、６つの頂点から締め付け時の回転方向側にそれぞれ形成されることを特徴とする請求項１に記載のインパクト工具。
3. 前記円弧形状の中心点は、前記六角形の頂点を結ぶ外郭線上に位置するように配置されることを特徴とする請求項２に記載のインパクト工具。

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