JP2015112682A

JP2015112682A - インパクト回転工具

Info

Publication number: JP2015112682A
Application number: JP2013256207A
Authority: JP
Inventors: 浩幸椿本; Hiroyuki Tsibakimoto
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2015-06-22
Also published as: CN104708574A; EP2883657A2; US20150158155A1; EP2883657A3

Abstract

【課題】インパクト打撃時の騒音並びに振動を抑えることができるインパクト回転工具を提供する。【解決手段】主ハンマの外周面に、前記スピンドルの回転の軸線と平行な複数の第１溝部と、前記副ハンマの円筒部の内周面における前記第１溝部に対応する位置に設けられる第２溝部と、前記第１溝部と前記第２溝部とで形成される孔に挿通されて主ハンマと副ハンマとを回転方向において係合させる係合部７４とを有する。係合部７４は、ピン７４ａの外周を覆う弾性部材としての内側カバー７４ｂを有する。【選択図】図３

Description

本発明は、インパクト回転工具に関するものである。

従来、主ハンマ及び副ハンマによりアンビルの回転方向に打撃を加えてボルトやナットを強固に締め付けるインパクト回転工具が知られている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１のインパクト回転工具では、スピンドルの回転の中心軸線に対して副ハンマの回転の軸線が振れるという、所謂芯ぶれ回転を抑制している。これにより、軸線方向の振動を緩和しつつハンマによる回転打撃力の低下を抑えられている。

ところで、上記のようなインパクト回転工具では、主ハンマ及び副ハンマのそれぞれに溝部を形成し、溝部同士を重ねてなる孔部に例えば針状コロといった係合部材を挿通させている。これによってハンマの回転時には前記係合部材が主ハンマ及び副ハンマの間において回転方向において各溝部に係合することで、一体回転可能となっている。

特許第４４５７１７０号公報

しかしながら、前記ハンマ回転時に前記係合部材と溝部とが前記ハンマの回転方向において当接する際に、騒音や振動が発生する虞がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、インパクト打撃時の騒音並びに振動を抑える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、インパクト回転工具は、駆動部によって回転されるスピンドルと、前記スピンドルの回転の軸線方向の前方に配置されたアンビルと、前記スピンドルの回転の軸線を中心に回転可能かつ前記軸線方向に移動可能な主ハンマと、前記主ハンマが収容されるとともに前記スピンドルが挿通されて前記主ハンマと一体となって回転する副ハンマとを有し、前記主ハンマを前記アンビルに衝撃的に係合させて前記アンビルを軸線周りに回転させるインパクト回転工具において、前記主ハンマの外周面に、前記スピンドルの回転の軸線と平行な複数の第１溝部と、前記副ハンマの円筒部の内周面における前記第１溝部に対応する位置に設けられる第２溝部と、前記第１溝部と前記第２溝部とで形成される孔に挿通されて主ハンマと副ハンマとを回転方向において係合させる係合部とを有し、前記係合部は、芯材の外周を覆う弾性部材を有することを特徴とする。

また上記構成において、前記係合部は、前記弾性部材の外周を径方向に撓む金属製のカバー部で覆うことが好ましい。

本発明のインパクト回転工具によれば、インパクト打撃時の騒音並びに振動を抑えることができる。

実施形態におけるインパクト回転工具の主要部の断面図である。同上におけるインパクト回転工具のハウジングを除く構成部品の分解斜視図である。同上における主ハンマと副ハンマとの間に介在される係合部について説明するための斜視図である。同上における主ハンマと副ハンマとの間に介在される係合部について説明するための断面図である。（ａ）（ｂ）は、同上におけるスピンドルの外周面と主ハンマの内周面を周方向に展開して示した平面図である。（ａ）〜（ｃ）は、同上における主ハンマとアンビルの外周面を周方向に転回して示した模式図である。

以下、インパクト回転工具の一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、インパクト回転工具１０は、例えばインパクトレンチとして使用される工具であり、ハウジング１１内に駆動部２０や動力伝達機構２１等の各種部材が収容される。

ハウジング１１は、インパクト回転工具１０の後部に配置された合成樹脂製の後部ハウジング１２と、インパクト回転工具１０の前部に配置されたアルミニウム製の前部ハウジング１３とから構成される。

後部ハウジング１２は、モータで構成される駆動部２０や駆動部２０の回転駆動力を伝達する動力伝達機構２１を収容する筒状の収容部１２ａと、収容部１２ａから下方に延出する把持部１２ｂとを有して、略Ｔ字状を成すように構成される。把持部１２ｂには使用者による押圧操作が可能な操作スイッチ１２ｃが設けられる。また、把持部１２ｂの下端には前記駆動部２０の電源としてのバッテリ（図示略）が設けられる。

一方、前部ハウジング１３には、円筒状をなし、インパクト回転工具１０の回転打撃機構を構成する前記スピンドル３１と、主ハンマ４１と、副ハンマ５１と、前記アンビル６１などが収納される。前部ハウジング１３は、その先端の開口部から前記アンビル６１の工具装着部６２が突出される。前部ハウジング１３は、後部ハウジング１２と例えば複数本のビス（図示略）により固定される。

図１及び図２に示すように、後部ハウジング１２に収容される動力伝達機構２１は、前記駆動軸２０ａに圧入固定される太陽ギア２２と、この太陽ギア２２に噛合する３個の遊星ギア２３と、遊星ギア２３に噛合するリングギア２４とを有する。

図２に示すように、前記遊星ギア２３は、略柱状のスピンドル３１の後方に形成される張出部３２に回転自在に取り付けた支軸２３ａによって回転可能に支持される。
図１及び図２に示すように、前記リングギア２４は、筒状の前記収容部１２ａの内周面に固定されている。リングギア２４は、その後部２４ａの内周面にスペーサ１４が固定される。

図１に示すように、スペーサ１４は、円盤状であってその中央に径の異なる２種類の貫通孔１４ａ，１４ｂを有する。そして、スペーサ１４は、相対的に後側の貫通孔１４ａに前記駆動部２０の前部２０ｂが嵌入されて前記駆動部２０を支持している。スペーサ１４には、前記相対的に前側の貫通孔１４ｂの内周面には軸受１５が嵌入され、軸受１５内にはスピンドル３１が回転可能に支持される。

上記のように構成された動力伝達機構２１により、前記駆動部２０の回転が太陽ギア２２の歯数と前記リングギア２４の歯数との比に関係して減速されるとともにトルクが増大されてスピンドル３１を低速高トルクで駆動する。

図１に示すように、スピンドル３１は、前記張出部３２よりも後部の後端部３１ａが、前記リングギア２４の内周面に固定されたスペーサ１４の前方側の貫通孔１４ｂの内周に設けられた軸受１５によって軸支される。

スピンドル３１における前記軸受１５よりも前方には、２枚のリング状の鍔を所定の間隔で配設して形成される前記張出部３２を有する。そして前述したように、張出部３２の２枚の鍔の間には、前記支軸２３ａに３個の前記遊星ギア２３を回転可能に支持している。

また、スピンドル３１の前記張出部３２よりも前方には、略円柱状の突起部３３が延出形成される。そして、この突起部３３は、アンビル６１の後部に形成される係合穴６４に嵌入される。

また、スピンドル３１の外周には、略円盤状であって中心部に貫通孔を形成した鋼製の主ハンマ４１が嵌着される。
主ハンマ４１は、その前端部に前記アンビル６１側に向けて突出する一対の爪部４２を有する。主ハンマ４１と前記スピンドル３１との間には、前記スピンドル３１の回転の軸線を中心に回転可能かつ軸線方向に移動可能、前記アンビル６１に回転打撃を与える前記回転打撃機構の主要部を形成している。

前記回転打撃機構は、前記スピンドル３１の外周面に形成した２本の第１カム溝３４と、前記主ハンマ４１の前記貫通孔の内周面に形成した２本の第２カム溝４３と、第１カム溝３４と第２カム溝４３に挟まれるように配置した２個の鋼球７１を備えている。

さらに、前記回転打撃機構は、前記副ハンマ５１と、前記アンビル６１と、前記主ハンマ４１を前記アンビル６１の方向に付勢するばね７２とを備えている。なお、回転打撃機構の動作については、図５及び図６に基づいて後述する。

図１に示すように、前記主ハンマ４１の外周側には、前記主ハンマ４１が収容されるとともに前記スピンドル３１が挿通されて前記主ハンマ４１と一体となって回転する円筒部を有する鋼製の副ハンマ５１を配置している。

副ハンマ５１は、後端側に外径を小さくした小径段部５２を有し、小径段部５２の後端内周を転がり軸受８１の外輪に圧入している。
また、副ハンマ５１の前端側にリング状のカバー５３を固定している。

前記副ハンマ５１と前記主ハンマ４１とが一体となって回転する一体回転機構を両ハンマ４１，５１間に備えている。
図２に示すように、前記主ハンマ４１と前記副ハンマ５１とが一体となって回転する一体回転機構は、主ハンマ４１の外周面に、断面が半円形で前記スピンドル３１の回転の軸線と平行な４つの第１溝部４４が形成される。そして、副ハンマ５１の円筒部の内周面には、前記第１溝部４４に対応する位置に、断面が半円形状の第２溝部５４が４つ形成される。

そして、前記副ハンマ５１の後端側から前記第１溝部４４と前記第２溝部５４とで形成される孔に略円柱状の係合部７４が嵌入される。
図３及び図４に示すように、係合部７４は、芯材としての円柱状のピン７４ａと、このピン７４ａの外周を覆う円筒状の内側カバー７４ｂと、内側カバー７４ｂの外周を覆う外側カバー７４ｃとを有する。前記ピン７４ａは、比較的剛性の高い金属製材料で構成される。前記内側カバー７４ｂは、エラストマー等の弾性部材から構成される。前記外側カバー７４ｃは、金属部材から構成される。外側カバー７４ｃは、前記ピン７４ａの径方向において切った断面形状が略Ｃ字状をなすように構成される。このため、外側カバー７４ｃは径方向において弾性を有することとなる。

また、副ハンマ５１の後端側外周の前記小径段部５２に前記係合部７４の抜け止め機能をもつＣ型止め輪７５が取着される。これによって、インパクト回転工具１０の組立中に係合部７４が不用意に抜けることが抑えられ、組立作業が容易となる。

このように、主ハンマ４１の前記第１溝部４４と副ハンマ５１の前記第２溝部５４とで形成される孔に前記係合部７４を嵌め込むことにより、主ハンマ４１と副ハンマ５１とは、前記スピンドル３１の回転の軸線を中心として一体となって回転可能となっている。

また、主ハンマ４１は、係合部７４をガイドとして前後方向に移動することが可能となっている。ただし、図１には、係合部７４及び溝４４，５４を下方にのみ図示し、上方の図示を省略している。

主ハンマ４１の後部側に形成した環状の凹部４５と、副ハンマ５１の小径段部５２の後端内周を圧入した前記転がり軸受８１の外輪との間に、外輪側には座金７３を介して前記ばね７２を介装し、ばね７２により主ハンマ４１をアンビル６１に向けて付勢している。

各ハンマ４１，５１及びばね７２は、スピンドル３１の軸線を中心として一体となって回転する。ばね７２はつる巻きの外径が同じで、ばね７２の前端、後端及び途中の全体が一体となって回転するようにしている。

したがって、ばね７２の後端を例えばスピンドル３１で受ける場合に必要となる捩じれ防止用の座金やボールが不要となり、回転打撃機構の構成を簡素化している。
図１に示すように、前記アンビル６１は、鋼製であり、鋼製もしくは黄銅製の滑り軸受６５を介して前記前部ハウジング１３に回転自在に支持している。

アンビル６１の先端には、６角ボルトの頭部や６角ナットに装着するソケット体を取り付けるための、断面が四角形状の前記工具装着部６２を設けている。
アンビル６１の後部には、主ハンマ４１の爪部４２に係合する一対の爪部６６を設けている。

図２に示すように、一対の爪部６６は、それぞれ扇形に形成し、その外周面は、副ハンマ５１の円筒部の前端部の内周面に接している。
アンビル６１の一対の爪部６６は、副ハンマ５１が回転する時に回転の中心を保持する機能を備えている。

なお、アンビル６１の爪部６６及び主ハンマ４１の爪部４２は必ずしも一対（２個）である必要はなく、それぞれの爪の数が等しければ、アンビル６１及び主ハンマ４１の円周方向に等間隔に３個以上設けてもよい。

アンビル６１には、一対の爪部６６に接するようにリング状のフランジ６７を形成している。
また、フランジ６７の外周側には、副ハンマ５１の円筒部の前部開放端を覆うようにリング状の前記カバー５３を配設し、カバー５３と前記滑り軸受６５との間にはＯリング５５を配設して、カバー５３と副ハンマ５１の間に隙間が生じないようになっている。

次に、本実施形態のインパクト回転工具１０の作用を説明する。
駆動部２０が回転駆動すると、その回転駆動力が動力伝達機構２１によって減速された後、スピンドル３１に伝達され、スピンドル３１が所定の回転速度で回転する。スピンドル３１の回転力は、スピンドル３１の第１カム溝３４と主ハンマ４１の第２カム溝４３の間に嵌め込まれた鋼球７１を介して主ハンマ４１に伝達される。

図５（ａ）に、ボルトやナットの締め付け開始直後の第１カム溝３４と第２カム溝４３との位置関係を示す。また、図６（ａ）に、同一時点の主ハンマ４１の爪部４２とアンビル６１の爪部６６との係合状態を示す。

図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、駆動部２０（図１参照）の回転によって、主ハンマ４１には回転力Ａが矢印で示す方向に加わる。また、ばね７２によって、主ハンマ４１には直進方向の付勢力Ｂが矢印で示す方向に加わっている。なお、主ハンマ４１とアンビル６１との間に若干の隙間があるが、これは緩衝部材４６によって生じた隙間である。

主ハンマ４１が回転すると、主ハンマ４１の爪部４２とアンビル６１の爪部６６との係合によりアンビル６１が回転し、主ハンマ４１の回転力がアンビル６１に伝達される。
そして、アンビル６１の回転によって、アンビル６１の工具装着部６２に取付けられたソケット体（図示せず）が回転し、ボルトやナットに回転力を与えて初期の締め付けが行われる。

ボルトやナットの締め付けが進むに伴ってアンビル６１に加わる負荷トルクが大きくなると、図５（ａ）に示すように、主ハンマ４１はそのトルクにより、スピンドル３１に対し相対的にＹ方向に回転させられる。

そして、ばね７２の付勢力Ｂに打ち勝って、鋼球７１が第１カム溝３４及び第２カム溝４３の斜面に沿って矢印Ｆで示す方向に移動しながら、主ハンマ４１はＸ方向に移動する。

そして、図５（ｂ）に示すように、鋼球７１が第１カム溝３４及び第２カム溝４３の斜面に沿って移動し、これに対応する形で主ハンマ４１がＸ方向に移動すると、図６（ｂ）に示すように、主ハンマ４１の爪部４２がアンビル６１の爪部６６から外れる。

そして、主ハンマ４１の爪部４２がアンビル６１の爪部６６から外れると、押し縮められたばね７２の付勢力Ｂが開放されることによって、主ハンマ４１は高速で、Ｙとは逆方向に回転しながらＸとは逆方向に前進する。

そして、図６（ｃ）に示すように、主ハンマ４１の爪部４２が、矢印Ｇで示す軌跡で移動してアンビル６１の爪部６６に衝突し、アンビル６１に回転方向の打撃力を付与する。
その後、反動により主ハンマ４１の爪部４２は、軌跡Ｇとは逆方向に移動するが、最終的には、回転力Ａ及び付勢力Ｂが作用して図６（ａ）に示す状態に戻る。

以上の動作が繰り返されることにより、アンビル６１に回転打撃が繰り返し加えられる。
なお、以上はボルトやナットを締め付ける際の動作について説明したが、締め付けられたボルトやナットを緩める際にも、回転打撃機構によって締め付け時とほぼ同様の動作が行われる。この場合、駆動部２０を締め付けの際とは逆方向に回転させることにより、鋼球７１が図６（ａ）に示す第１カム溝３４に沿って右上方に移動し、主ハンマ４１の爪部４２によって、アンビル６１の爪部６６が締め付けの際とは逆方向に打撃される。

次に、回転打撃における副ハンマ５１の作用について、主ハンマしかないインパクト回転工具と比較して説明する。
主ハンマ４１の爪部４２とアンビル６１の爪部６６との係合が外れると、ばね７２が圧縮状態から開放され、ばね７２に蓄積されたエネルギーが主ハンマ４１及び副ハンマ５１の運動エネルギーとして放出される。

主ハンマ４１は、第１カム溝３４、第２カム溝４３及び鋼球７１の作用により、図６（ｃ）の軌跡Ｇに示すように、高速で回転しながら前進する。
そして、主ハンマ４１の爪部４２がアンビル６１の爪部６６に衝突することにより、アンビル６１に回転方向の衝撃が加わる。また主ハンマ４１の前端面がアンビル６１の後端面に衝突することにより、軸線方向に衝撃が加わる。

主ハンマ４１によるアンビル６１の打撃は例えば１秒間に４０回程度行われ、衝撃によってスピンドル３１の軸線に直交する方向及びスピンドル３１の軸線方向に振動が発生する。

これらの振動は作業者に疲労を与え、作業能率が低下したり、手に痺れが生じる原因となるため、できるだけ小さい方がよい。これらの振動のうち、スピンドル３１の軸線方向の振動は、主として主ハンマ４１による軸線方向に加わる衝撃によって発生する。その一方で、主ハンマ４１による軸線方向に加わる衝撃はボルトやナットの締め付けには寄与しない。また、ハンマによる軸線方向の衝撃の強さはハンマの質量に比例し、回転方向の衝撃の強さはハンマの慣性モーメント（物体内の各部分の質量と、その部分から回転軸までの距離の２乗との積の総和）に比例する。

１つのハンマを用いてアンビル６１に回転打撃を加える場合、軸線方向の衝撃を小さくするためにはハンマの質量を減らす必要がある。しかしながら、単純にハンマの質量を減らすと、慣性モーメントが小さくなるために回転方向の衝撃も小さくなり、アンビル６１の回転打撃力が弱くなる。

そこで本実施形態のインパクト回転工具１０は、スピンドル３１に嵌合された主ハンマ４１とは別に、主ハンマ４１と一体となって回転するが、スピンドル３１の軸線方向には移動しない副ハンマ５１を用いることによって、上述した問題の解決を図っている。

すなわち、主ハンマ４１と副ハンマ５１の合計の質量を、１つのハンマを用いた場合の質量とほぼ等しくするとともに、副ハンマ５１の質量を主ハンマ４１の質量より大きくなるように設定している。

このようなハンマ構成においては、ばね７２が圧縮状態から開放されることによってもたらされるアンビル６１の回転方向に加わる衝撃力は、ハンマの慣性モーメント、すなわち主ハンマ４１及び副ハンマ５１の合計の慣性モーメントに比例する。

一方、主ハンマ４１及び副ハンマ５１による軸線方向に加わる衝撃力は、主ハンマ４１だけの質量に比例する。
したがって、回転方向の衝撃力にのみ寄与する副ハンマ５１の質量を主ハンマ４１の質量と比較してできるだけ大きくすることにより、主ハンマ４１による軸線方向に加わる衝撃力を小さくすることができる。

さらに、本実施形態では、慣性モーメントの大きさが回転半径の２乗に比例することを利用して、慣性モーメントの増大を図っている。
すなわち、円筒部を有する副ハンマ５１は質量の大半が半径の大きい部分に集中するため、回転の中心部に質量が集中する円柱型の副ハンマを採用する場合に比べて慣性モーメントが大きくなり、副ハンマによる衝撃力が増大する。

したがって、本実施形態に係るハンマ（主ハンマ４１と副ハンマ５１）を採用することにより、アンビル６１の回転方向に加わる衝撃力が大きく、かつ、スピンドル３１の軸線方向に発生する振動の少ないインパクト回転工具１０を実現することができる。

次に、本実施形態の効果を記載する。
（１）係合部７４の内側カバー７４ｂにピン７４ａよりも弾性を有するゴムで構成することで、溝部４４，５４と係合部７４とが回転方向において当接しても騒音や振動の発生を抑えることができる。

（２）また、外側カバー７４ｃを設けることで、主ハンマ４１の摺動による係合部７４の摩耗等の劣化が抑えられる。このため、係合部７４としての耐久性を向上させることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、係合部７４に外側カバー７４ｃを有する構成としたが、省略する構成を採用してもよい。

・上記実施形態では、外側カバー７４ｃを断面Ｃ字状としたが、径方向において弾性を有する構成であれば、その断面形状は適宜変更してもよい。

１０…インパクト回転工具、２０…駆動部、３１…スピンドル、４１…主ハンマ、４４…第１溝部、５１…副ハンマ、５４…第２溝部、６１…アンビル、７４…係合部、７４ａ…ピン（芯材）、７４ｂ…内側カバー（弾性部材）、７４ｃ…外側カバー（カバー部）。

Claims

駆動部によって回転されるスピンドルと、前記スピンドルの回転の軸線方向の前方に配置されたアンビルと、前記スピンドルの回転の軸線を中心に回転可能かつ前記軸線方向に移動可能な主ハンマと、前記主ハンマが収容されるとともに前記スピンドルが挿通されて前記主ハンマと一体となって回転する副ハンマとを有し、
前記主ハンマを前記アンビルに衝撃的に係合させて前記アンビルを軸線周りに回転させるインパクト回転工具において、
前記主ハンマの外周面に前記スピンドルの回転の軸線と平行な複数の第１溝部と、前記副ハンマの円筒部の内周面における前記第１溝部に対応する位置に設けられる第２溝部と、前記第１溝部と前記第２溝部とで形成される孔に挿通されて主ハンマと副ハンマとを回転方向において係合させる係合部とを有し、
前記係合部は、芯材の外周を覆う弾性部材を有することを特徴とするインパクト回転工具。
請求項１に記載のインパクト回転工具において、
前記係合部は、前記弾性部材の外周を径方向に撓む金属製のカバー部で覆うことを特徴とするインパクト回転工具。