JP2014091177A - 打撃工具 - Google Patents

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Yuki Ebisawa
祐樹 海老沢
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Abstract

【課題】 打撃動作不良を防止し、寿命が長い打撃工具を提供する。
【解決手段】 運動変換部23は、回転可能に配置されたクランクシャフト軸24Aと、クランクシャフト軸24Bを中心としてシリンダ31に対し近接及び離間を繰り返すように回動するクランクピン24Cと、一端がクランクピン24Cに他端がピストン32に接続されたコンロッド25とを有している。クランクシャフト軸24Aは、第1の位置におけるクランクピン24Cとシリンダ31の中心軸C2との距離が、第2の位置におけるクランクピン24Cとシリンダ31の中心軸C2との距離よりも小さくなるように配置されている。
【選択図】 図3(b)

Description

本発明は、電気ハンマやハンマドリル等の打撃工具に関し、特に先端工具に打撃力を付与する打撃工具に関する。
従来より、モータの回転駆動力を運動変換部によりピストンの往復動に変換してピストンをシリンダ内において往復動させ、ピストンの往復動に追従して打撃子を往復動させて中間子に打撃を加え、先端工具により被削材を破砕する打撃工具が提案されている(例えば特許文献1参照)。
特開2012−166304号公報
しかし、従来の打撃工具では、図1に示すように、クランクシャフト軸124Aの回転中心C11は、シリンダ131の中心軸C12と交差する位置にあるため、シリンダ131が空気室134を圧縮する力が最大の時に、コンロッド125のシリンダ131の中心軸C12に対する角度が大きくなる。これにより、ピストン132がシリンダ131の内周面を押す力F21が増大し、シリンダ131からの反力R21が大きくなる。よって、ピストン132が空気室134を圧縮する力F11に対する反力R11及び反力R21の合力R31が、コンロッド125にかかることとなる。
従って、コンロッド125に対し大きな荷重がかかることとなり、コンロッド125を介して運動変換機構123へ大きな荷重がかかっていた。これにより、コンロッド125の破損を招き、運動変換機構123の寿命が低下していた。更に、ピストン132とシリンダ131との間に摩擦が発生し、発熱による温度上昇、及びシリンダ131及びピストン132の摩耗をもたらし、打撃工具の打撃不良及び寿命低下を招いていた。
そこで、本発明は、打撃動作不良を防止し、寿命が長い打撃工具を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、ハウジングと、該ハウジングに収容され出力軸を有する電動モータと、該ハウジングに収容され該出力軸と直交する平面上に中心軸が位置するシリンダと、該シリンダ内周に摺動可能に設けられたピストンと、該出力軸と平行に延び回転可能に配置されたクランクシャフト軸と、該クランクシャフト軸を中心として該シリンダに対し近接及び離間を繰り返すように回動するクランクピンと、一端が該クランクピンに接続され他端が該ピストンに接続されたコンロッドと、を有し、該クランクシャフト軸の回転により、該電動モータの回転駆動力を該ピストンの往復運動に変換する運動変換部と、を備えた打撃工具において、該シリンダの軸心方向において、クランクピンが最も離れる位置を基準として、該クランクピンが該シリンダに近付く方向に90°回転した第1の位置と、該第1の位置から該回転方向に180°回転した第2の位置を有し、該第1の位置におけるクランクピンと該シリンダの軸心との距離が、該第2の位置におけるクランクピンと該シリンダの軸心との距離よりも小さくなるように該クランクシャフトが配置されている打撃工具を提供している。
かかる構成によれば、第1の位置におけるクランクピンとシリンダの軸心との距離が、第2の位置におけるクランクピンとシリンダの軸心との距離よりも小さくなるようにクランクシャフトが配置されているので、ピストンがシリンダの内周面を押す力を低減することができ、ピストンとシリンダとの間に発生する摩擦を小さくすることができ、発熱による温度上昇、及びシリンダ及びピストンの摩耗を軽減することができる。従って、打撃工具の打撃不良を防止でき、及び打撃工具の長寿命化を図ることができる。
ここで、該第1の位置における該クランクピンの軸心は、該シリンダの軸心方向において該シリンダの径寸法内に位置し、該第2の位置における該クランクピンの軸心は、該シリンダの軸心方向において該シリンダの径寸法外に位置することが好ましい。
かかる構成によれば、第1の位置におけるクランクピンの軸心は、シリンダの軸心方向においてシリンダの径寸法内に位置するので、クランクピンが第1の位置に位置する時の、コンロッドのシリンダの中心軸に対する角度を小さくすることができる。よって、ピストンがシリンダの内周面を押す力を低減することができ、コンロッドにかかる荷重を低減することができる。従って、コンロッドを介して運動変換機構にかかる荷重を低減することができ、運動変換機構の長寿命化を図ることができる。また、ピストンとシリンダとの間に発生する摩擦を小さくすることができ、発熱による温度上昇、及びシリンダ及びピストンの摩耗を軽減することができる。従って、打撃工具の打撃不良を防止でき、及び打撃工具の長寿命化を図ることができる。
更に、該第1の位置における該クランクピンの軸心は、該シリンダの軸心上に位置することが好ましい。
また、該ピストン及び該シリンダと共に空気室を形成し、該ピストンの往復動に追従して該シリンダ内を往復動可能に設けられた打撃子を更に備え、該空気室は、該ピストンの往復動に伴い内部の圧力が変化し、該空気室の圧力が最大の時、該コンロッドの中心線と該シリンダの該中心軸とが平行をなすことが好ましい。
また、該クランクシャフト軸の該回転中心と該クランクピンの中心軸とを結んだ直線が該シリンダの該中心軸と垂直になる時、該コンロッドの中心線と該シリンダの該中心軸とが平行をなすことが好ましい。
これらの構成によれば、空気室の圧力が最大の時に、ピストンはシリンダの内周面を押さないので、シリンダからの反力がコンロッドにかかることはなく、ピストンが空気室を圧縮する力に対する反力のみが、コンロッドにかかることとなる。従って、コンロッドにかかる荷重を小さくすることができるので、コンロッドの破損を防止することができる。更に、コンロッドを介して運動変換機構にかかる荷重を低減することができ、運動変換機構の長寿命化を図ることができる。また、ピストンとシリンダとの間に発生する摩擦を小さくすることができ、発熱による温度上昇、及びシリンダ及びピストンの摩耗を軽減することができる。従って、打撃工具の打撃不良を防止でき、及び打撃工具の長寿命化を図ることができる。ことができる。
本発明によれば、打撃動作不良を防止し、寿命が長い打撃工具を提供することができる。
従来の打撃工具のクランクシャフト軸とシリンダとの位置関係を示す図。 本発明の実施の形態による打撃工具を示す断面図。 本発明の実施の形態による打撃工具の運動変換機構、ピストン及び打撃子の動作の説明図であって、クランクウェイト及びクランクピンの角度が0°である状態を示す図。 本発明の実施の形態による打撃工具の運動変換機構、ピストン及び打撃子の動作の説明図であって、クランクウェイト及びクランクピンの角度が90°である状態を示す図。 本発明の実施の形態による打撃工具の運動変換機構、ピストン及び打撃子の動作の説明図であって、クランクウェイト及びクランクピンの角度が158°である状態を示す図。 本発明の実施の形態による打撃工具の運動変換機構、ピストン及び打撃子の動作の説明図であって、クランクウェイト及びクランクピンの角度が180°である状態を示す図。 本発明の実施の形態による打撃工具の運動変換機構、ピストン及び打撃子の動作の説明図であって、クランクウェイト及びクランクピンの角度が270°である状態を示す図。 ピストンが空気室を圧縮する力とクランクウェイト及びクランクピンの角度との関係を示すグラフ。
本発明の実施の形態による打撃工具について、図2〜図4に基づき説明する。図2は代表的な打撃工具である電気ハンマ1の断面図であり、ハンドル部10とモータハウジング20と外枠部材30とによりケーシングが構成される。外枠部材30の反ハンドル部10側には、図示せぬ先端工具を着脱可能に保持する工具保持部40が配置されている。以下の説明において、工具保持部40が設けられた側を前側とし、ハンドル部10側を後側とし、モータハウジング20の延出方向を下側とし、逆を上側として以下説明する。更に、図1において後側から見た時のハンマドリル1の右側を右側と定義し、逆側を左側と定義する。
ハンドル部10には電源ケーブル11が取付けられると共に、使用者により操作可能なトリガ12が取付けられている。電源ケーブル11を外部電源(図示せず)に接続し、トリガ12を操作することにより、電源供給の接続と遮断とが切換えられる。
モータハウジング20は、ハンドル部10の前方に設けられている。ハンドル部10とモータハウジング20は別体構造であるが、プラスチックで一体成型として作ることも可能である。外枠部材30はモータハウジング20の上部かつ前方に位置している。
モータハウジング20内にはモータ21が収納されている。モータ21は、モータピニオン軸22を備え、回転駆動力を出力する。モータピニオン軸22の上端にはピニオン22Aが設けられている。ピニオン22Aの後上側には、運動変換機構23が設けられている。運動変換機構23は、クランクシャフト24、及びコンロッド25を有している。
クランクシャフト24は、クランクシャフト軸24Aと、クランクウェイト24Bと、クランクピン24Cとにより構成されている。クランクシャフト軸24Aは、モータピニオン軸22と平行に延び、その軸心を中心に回転可能に軸受を介してモータハウジング20に支承されている。クランクシャフト軸24Aの下部にはピニオン22Aと噛合するギヤ26が同軸に固定されている。
クランクウェイト24Bは、クランクシャフト軸24Aの上端に固定されている。クランクピン24Cは、クランクウェイト24Bの端部に固定されている。コンロッド25の後端には、クランクピン24Cが挿入されている。
外枠部材30内には、略円筒形状をなすシリンダ31が設けられている。シリンダ31の中心軸は、前後方向に延び、モータピニオン軸22と直交する平面上に位置している。シリンダ31には、呼吸孔31aが形成されている。また、シリンダ31内には、その内周に摺動可能にピストン32が設けられている。ピストン32は、ピストンピン32Aを有し、コンロッド25の先端には、ピストンピン32Aが挿入され、ピストン32とコンロッド25とが、ピストンピン32Aを介して連結されている。ピストン32は、運動変換機構23によって、上死点(最も後側)と下死点(最も前側)との間を往復動するように構成されている。
ピストン32の前側には打撃子33が、シリンダ31の内周に摺動(往復動)可能に設けられている。打撃子33は、摺動移動によって呼吸孔31aを選択的に開閉する。シリンダ31内であってピストン32と打撃子33との間には空気室34が形成されている。
打撃子33の前方には、中間子35が前後方向に往復動可能に配置されている。中間子35の後端部は打撃子33と当接可能であり、打撃子33によって中間子35に打撃力が伝えられる。中間子35の前端部は工具保持部40の保持された図示せぬ先端工具の後部と当接可能であり、中間子35の先端部から図示せぬ先端工具に打撃力が伝達される。
次に、運動変換機構23と、シリンダ31及びピストン32との位置関係について、図3(a)から図3(e)に基づいて説明する。図3(a)から図3(e)において、クランクシャフト軸24Aは反時計回り方向Rに回転するように構成されている。そして、クランクピン24Cがシリンダ31から最も離れた位置を基準にクランクシャフト軸24Aの反時計回り方向を正方向として、図3(a)のクランクウェイト24B及びクランクピン24Cの角度(クランク角度)を0°とし、図3(b)の角度を90°、図3(c)の角度を約158°、図3(d)の角度を180°、図3(e)の角度を270°とする。
なお、クランク角度が90°の時(図3(b))のクランクピン24Cの位置が第1の位置に相当し、クランクピン24Cが第1の位置から180°回転した状態であるクランク角度が270°の時(図3(e))のクランクピン24Cの位置が第2の位置に相当する。そして、クランクシャフト軸24Aは、第1の位置におけるクランクピン24Cとシリンダ31の中心軸C2との距離が、第2の位置におけるクランクピン24Cとシリンダ31の中心軸C2との距離よりも小さくなるように配置されている。本実施の形態において、図3(b)に示すように、第1の位置におけるクランクピン24Cの中心軸C3とシリンダ31の中心軸C2との距離は0であり、クランクピン24Cの中心軸C3は、シリンダ31の中心軸C2上に位置する。
また、図3(b)に示すように、第1の位置におけるクランクピン24Cの中心軸C3は、シリンダ31の軸心方向(前後方向)においてシリンダ31の径寸法内に位置し、図3(e)に示すように、第2の位置におけるクランクピン24Cの中心軸C3は、シリンダ31の軸心方向(前後方向)においてシリンダ31の径寸法外に位置する。
また、図3(a)から図3(e)に示すように、クランクピン24Cは、クランクシャフト軸24Aを中心として、シリンダ31に対し近接及び離間を繰り返すように回動する。そして、図3(a)において、クランクシャフト軸24Aの回転中心C1は、シリンダ31の中心軸C2に対して左側であって、中心軸C2と交わらない箇所に位置している。即ち、クランクシャフト軸24Aの回転中心C1と、シリンダ31の中心軸C2とは、ねじれの位置(立体交差)の関係となるように配置されている。
また、クランクシャフト軸24Aの回転中心C1は、シリンダ31の中心軸C2に対して左側に位置し、図3(d)においてクランクピン24Cは、最もシリンダ31に近接し、この状態においてクランクピン24Cの回動の接線方向は左側である。よって、クランクシャフト軸24Aの回転中心C1は、シリンダ31の中心軸C2に対して、図3(d)に示すクランクピン24Cが最もシリンダ31に近接した時のクランクピン24Cの回動の接線方向側に位置している。
次に、本実施の形態による電気ハンマ1の動作について説明する。電気ハンマ1の無負荷状態において、ハンドル部10を手で把持して、図示せぬ先端工具を図示せぬ被削材に押し当てる。これにより、図2に示すように、先端工具及び中間子35は後端側へ押され、中間子35の後側への移動によって、打撃子33も後側へ移動し、打撃子33により呼吸孔31aは閉じられ、空気室34は密閉空間となる。
そして、トリガ12を引き、電動モータ21に電力を供給し回転駆動させる。この回転駆動力は、ピニオン22A及びギヤ26を介して運動変換機構23に伝達される。運動変換機構23では、ギヤ26によりクランクシャフト軸24Aが回転し、クランクシャフト軸24Aの回転は、クランクウェイト24B、クランクピン24C、及びコンロッド25によって、シリンダ31内におけるピストン32の往復運動に変換される。
ピストン32が往復動すると、空気室34で圧力変動が生じて、空気室34内の空気ばねの作用により、打撃子33がピストン32の往復動に追従して往復動を開始する。打撃子33が往復動することによって、打撃子33が中間子35に衝突し、図示せぬ先端工具に打撃力が伝達される。これにより、被削材が破砕される。
次に、電気ハンマ1の動作時の運動変換機構23、ピストン32、及び打撃子33の動作について詳細に説明する。図2における運動変換機構23、ピストン32、及び打撃子33の位置関係は、図3(d)の運動変換機構23、ピストン32、及び打撃子33の位置関係に対応している。この状態から、クランクシャフト軸24Aが回転すると、図3(e)に示すように、ピストン32は上死点に向かって移動し、打撃子33はピストン32に向かって移動する。そして、図3(a)に示すようにクランク角度が0°の時に、ピストン32は上死点に位置し、打撃子33はピストン32に向かって移動している。
クランクシャフト軸24Aが更に回転し、図3(b)に示すようにクランク角度が90°の時に、ピストン32及び打撃子33が最も近接し、空気室34内の空気が最も圧縮された状態となる。この時、打撃子33はほぼ停止している。そして、図3(b)に示す空気室34内の空気が最も圧縮された時(空気室34の圧力が最大の時)に、コンロッド25の中心線L1とシリンダの中心軸C2とが平行をなしている。本実施の形態では、図3(b)において、コンロッド25の中心線L1とシリンダの中心軸C2とは、同一線上に位置している。
また、図3(b)に示すように、クランクシャフト軸24Aの中心軸C1とクランクピン24Cの中心軸C3とを結んだ直線は、シリンダ31の中心軸C2に対して垂直になる時、コンロッド25の中心線L1とシリンダ31の中心軸C2とは平行をなしている。
クランクシャフト軸24Aが更に回転すると、ピストン32は前方へ移動し、打撃子33は圧縮された空気によって前方へ移動し、図3(c)に示すようにクランク角度が約158°の時に、打撃子33は中間子35に衝突する。
その後、クランクシャフト軸24Aの回転により、図3(d)、(e)、(a)に示すように、ピストン32及び打撃子33は後方へ移動する。このように、ピストン32の往復動に追従して打撃子33が往復動し、打撃子33が中間子35に衝突し、図示せぬ先端工具に打撃力が伝達される。図3(e)に示されるように、コンロッド25とシリンダ31が最も接近するクランク角度が270°付近となるが、コンロッド25とシリンダ31は接触しないよう構成されている。ここで、シリンダ31のクランクシャフト24側の末端の一部に切欠きを設けて、コンロッド25との接触を防止する構成としても良い。
また、ピストン32の往復動により、ピストン32が空気室34を圧縮する力とクランク角度との関係は、図4に示すようになる。図4に示すように、ピストン32が空気室34を圧縮する力は、クランク角度が約45°から約135の間において、約90°をピークとする略山状をなし、他の角度領域では、ピストン32が空気室34を圧縮する力は、ほぼ0である。
上記のように、クランクシャフト軸24Aは、第1の位置におけるクランクピン24Cとシリンダ31の中心軸C2との距離が、第2の位置におけるクランクピン24Cとシリンダ31の中心軸C2との距離よりも小さくなるように配置されている。詳細には、第1の位置におけるクランクピン24Cの中心軸C3は、シリンダ31の軸心方向(前後方向)においてシリンダ31の径寸法内に位置し、図3(e)に示すように、第2の位置におけるクランクピン24Cの中心軸C3は、シリンダ31の軸心方向(前後方向)においてシリンダ31の径寸法外に位置する。また、クランクピン24Cの中心軸C3は、シリンダ31の中心軸C2上に位置する。そして、空気室34内の空気が最も圧縮された時(空気室34の圧力が最大の時)に、コンロッド25の中心線L1とシリンダの中心軸C2とが平行をなしている。また、クランクシャフト軸24Aの中心軸C1とクランクピン24Cの中心軸C3とを結んだ直線は、シリンダ31の中心軸C2に対して垂直になる時、コンロッド25の中心線L1とシリンダ31の中心軸C2とは平行をなしている。
よって、図3(b)に示すように、空気室34の圧力が最大の時に、ピストン32はシリンダ31の内周面を押さないので、シリンダ31からの反力がコンロッド25にかかることはなく、ピストン32が空気室34を圧縮する力F1に対する反力R1のみが、コンロッド25にかかることとなる。従って、コンロッド25にかかる荷重を小さくすることができるので、コンロッド25の破損を防止することができる。更に、コンロッド25を介して運動変換機構23にかかる荷重を低減することができ、運動変換機構23の長寿命化を図ることができる。また、ピストン32とシリンダ31との間に発生する摩擦を小さくすることができ、発熱による温度上昇、及びシリンダ31及びピストン32の摩耗を軽減することができる。従って、電気ハンマ1の打撃不良を防止でき、及び電気ハンマ1の長寿命化を図ることができる。
なお、本発明による打撃工具は上述した実施の形態に限定されず特許請求の範囲に記載された発明の要旨の範囲で種々の変更が可能である。例えば、実施の形態において打撃工具は電気ハンマであったが、ハンマドリルであっても良い。また、上記の実施の形態では、空気室34内の空気が最も圧縮された時に、コンロッド25の中心線L1とシリンダの中心軸C2とが平行をなしていたが、 クランクシャフト軸24Aの回転中心C1が、シリンダ31の中心軸C2に対して、クランクピン24Cが最もシリンダ31に近接した時のクランクピン24Cの移動方向側に位置していれば、コンロッド25の中心線L1とシリンダの中心軸C2とが平行でなくても良い。当該構成によっても、コンロッド25のシリンダ31の中心軸C2に対する角度を小さくすることができるので、ピストン32がシリンダ31の内周面を押す力を低減することができる。よって、コンロッド25にかかる荷重を低減することができ、ピストン32とシリンダ31との間に発生する摩擦を低減することができる。
1:電気ハンマ、 10:ハンドル部、 20:モータハウジング、 21:モータ、 23:運動変換部、 24:クランクシャフト、 24A:クランクシャフト軸、 24B:クランクウェイト、 24C:クランクピン、 25:コンロッド、 30:外枠部材、 31:シリンダ、 32:ピストン、 33:打撃子、 C1:回転中心、 C2、C3:中心軸、 L1:中心線

Claims (5)

  1. ハウジングと、
    該ハウジングに収容され出力軸を有する電動モータと、
    該ハウジングに収容され該出力軸と直交する平面上に中心軸が位置するシリンダと、
    該シリンダ内周に摺動可能に設けられたピストンと、
    該出力軸と平行に延び回転可能に配置されたクランクシャフト軸と、該クランクシャフト軸を中心として該シリンダに対し近接及び離間を繰り返すように回動するクランクピンと、一端が該クランクピンに接続され他端が該ピストンに接続されたコンロッドと、を有し、該クランクシャフト軸の回転により、該電動モータの回転駆動力を該ピストンの往復運動に変換する運動変換部と、を備えた打撃工具において、
    該シリンダの軸心方向において、クランクピンが最も離れる位置を基準として、該クランクピンが該シリンダに近付く方向に90°回転した第1の位置と、該第1の位置から該回転方向に180°回転した第2の位置を有し、
    該第1の位置におけるクランクピンと該シリンダの軸心との距離が、該第2の位置におけるクランクピンと該シリンダの軸心との距離よりも小さくなるように該クランクシャフト軸が配置されていることを特徴とする打撃工具。
  2. 該第1の位置における該クランクピンの軸心は、該シリンダの軸心方向において該シリンダの径寸法内に位置し、
    該第2の位置における該クランクピンの軸心は、該シリンダの軸心方向において該シリンダの径寸法外に位置することを特徴とする請求項1に記載の打撃工具。
  3. 該第1の位置における該クランクピンの軸心は、該シリンダの軸心上に位置することを特徴とする請求項1に記載の打撃工具。
  4. 該ピストン及び該シリンダと共に空気室を形成し、該ピストンの往復動に追従して該シリンダ内を往復動可能に設けられた打撃子を更に備え、
    該空気室は、該ピストンの往復動に伴い内部の圧力が変化し、該空気室の圧力が最大の時、該コンロッドの中心線と該シリンダの該中心軸とが平行をなすことを特徴とする請求項1に記載の打撃工具。
  5. 該クランクシャフト軸の該回転中心と該クランクピンの中心軸とを結んだ直線が該シリンダの該中心軸と垂直になる時、該コンロッドの中心線と該シリンダの該中心軸とが平行をなすことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の打撃工具。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019198961A (ja) * 2015-04-17 2019-11-21 株式会社マキタ 往復動工具

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