JP3767475B2

JP3767475B2 - インパクト工具

Info

Publication number: JP3767475B2
Application number: JP2001382002A
Authority: JP
Inventors: 琢磨斉藤; 新喜大津; 高橋　　滋; 卓也寺西
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2001-12-14
Filing date: 2001-12-14
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2021-12-14
Also published as: JP2003181774A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気式或いは空気式のモータにより回転駆動され且つ衝撃力を発生するインパクト発生機構部を備えたインパクト工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１及び図５を用いてインパクト工具の全体構成を説明する。インパクト工具は、インパクト機構部であるハンマ１５及びアンビル１７と、減速機構部としてスピンドル１４と遊星歯車８及びハウジング１に固定されているリング状の固定歯車６とピニオン４と、駆動部であるモータ２とを有している。具体的構成として、ハウジング１内に固着されたモータ２、このハウジング１内に回転止めを有し支持した固定歯車支持治具７、固定歯車６、遊星歯車８、スピンドル１４が配置され、ハンマケース１０内にハンマ１５とアンビル１７が配置され、ばね１２はスピンドル１４の遊星歯車８側とハンマ１５間に配置され、またアンビル１７は十字ねじ回しビット２０などの締付先端工具が連結可能となっている。
【０００３】
減速機構はモータ２に付属したピニオン４、固定歯車６、遊星歯車８、遊星歯車８の回転軸でスピンドル１４に支持されたニードルピン９から構成され、遊星歯車８及びニードルピン９はスピンドル１４の一部を構成している。また、スピンドル１４は後端を軸受１１で軸支し、前端を軸受１８で軸支されたアンビル１７の中心穴１７ａで回転自在に軸支されている。
【０００４】
ねじに与えるパルス的なインパクトトルクの発生動作は、電源を供給されるモータ２がスイッチ３を入れると駆動し、モータ２の動力はモータ２の先端に連結されているピニオン４を介して遊星歯車８に伝達される。遊星歯車８は固定歯車６と噛み合うので、ピニオン４の動力はニードルピン９を介してスピンドル１４を回転駆動させ、スピンドル１４のカム溝１４ａとハンマ１５のカム溝１５ａ間に配置されたボール１６を介して、スピンドル１４の回転がハンマ１５に伝達する。また、ハンマ１５は、ハンマ１５とスピンドル１４の遊星歯車８部間に配置されているバネ１２によって前方に付勢されており、カム溝１４ａ，１５ａに沿って前方に押される。その後、バネ力や回転速度及び慣性モーメントによるエネルギーを持つハンマ１５のハンマ爪１５ｂが、アンビル１７のアンビル爪１７ｂを打撃することで、アンビル１７は回転駆動しアンビル１７に連結されたビット２０及びビット先端に連結した十字ねじ（図示せず）にトルクを与え，ねじを木材等に締め付ける。
【０００５】
その後、ハンマ１５の打撃エネルギーが減少してアンビル１７のトルクが減少すると、ハンマ１５はアンビル１７から反発し、ハンマ１５はカム溝１５ａ，１４ａに沿って遊星歯車８方向に移動する。その後、ハンマ１５はバネ１２の圧縮力で再度アンビル１７方向にカム溝１５ａ，１４ａに沿って押し戻され、更にスピンドルのカム溝１４ａとハンマのカム溝１５ａ間に配置されたボール１６を介して、スピンドル１４の回転によりハンマ１５が加速される。ハンマ１５がストッパ２２までの間をカム溝１４ａ，１５ａに沿って往復する間にスピンドル１４は回転を続けているため、ハンマ１５の爪１５ｂはアンビル１７の爪１７ｂを乗り越え、再度ハンマ爪１５ｂがアンビル爪１７ｂを打撃する場合は、ハンマ１５が約１８０゜回転した状態でアンビル１７を打撃する。このようにハンマ１５の軸方向移動と回転によりアンビル１７に打撃を繰り返すことで、パルス的な衝撃トルクが連続的に発生してねじを締め付けていく。
【０００６】
また、カム溝は、ボール１６の移動中心軌跡がＡ１−Ｏ−Ａ２の様にＶ字形状をなしており、Ａ１点はＯ点から水平にα１、垂直にＬ１移動した点で、Ｏ点の水平軸から角度θ１をなしている。なお、ハンマ１５の内径にも同様のカム溝を有しているため、ハンマ１５の軸方向の移動量はボール１６の垂直移動量Ｌ１の２倍となる。また、カム溝は１４ａと１４ａ’の裏表対象に２つ設けられているため、カム端までの水平距離α２は、スピンドル１４の外径（例えばφＳ）から一般的にα２≦（Ｓ×π）／４となっており、ボール１６の直径（例えばφＢ）が決まっていれば、ボール１６の移動可能水平距離α１は、α１＝α２−Ｂ／２と制限される。（実際にはボール１６が動きやすいようにボール１６の直径はφＢより小さい直径のものを用いるがここでは省略する）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したインパクト工具は、ねじが木材等を締め付けた後、ハンマ１５はアンビル１７から反発し、ハンマ１５はカム溝１５ａ，１４ａに沿って遊星歯車8方向に移動するが、硬い木材を締めつけた場合、或いはねじ締め対象が鉄板でボルトを締めつけるような場合は、アンビル１７からの反発が大きく、ハンマ１５はカム溝１５ａ，１４ａに沿って遊星歯車８方向に移動した後、カム最終端１４ｚより相対位置で前方に位置するストッパ２２にハンマ１５が突き当たるか、ストッパ２２を備えていない場合はカム最終端１４ｚにボール１６が衝突することとなる。しかし、スピンドル１４は常に回転しているため、ハンマ１５はスピンドル１４のカム溝１４ａ，１５ａのボール１６を介して急激に加速され、減速機構部に回転衝撃力が発生することとなり、減速機構部が破損したり、減速機構部を支持している治具及びハウジングが破損してしまうという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、上記問題を解消し、インパクト機構部に必要な動力を与えるために加速させる時、減速機構部に発生する負荷が、特にハンマがストッパに当たる場合により大きく発生することに着目し、ハンマがストッパに当たる速度を緩和させることで、耐久性に優れたインパクト工具を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、カム溝は少なくとも２つ以上の角度変化部を有し形成されることにより達成される。即ち、インパクト機構部のカム形状を少なくとも２段階以上に折れ曲がりをもたせることにより達成される。この構成は図２に示すように、通常インパクト機構部のスピンドル１４の外径及びハンマ１５内径に、各々２つのＶ字形状のカム溝（スピンドル１４には１４ａ、１４ａ‘、ハンマ１５には１５ａ、１５ａ’）を有しており、スピンドル１４とハンマ１５のカム溝間にボール１６を配置している。このＶ字形状のカム溝は時は２段以上のカムにすることで、ボール１６の垂直移動距離、或いはボール１６の移動軌跡距離を長くすることが可能となり、ボルト締め時のようにハンマの反発が大きい場合、ストッパ２２或いはカム最終端１４ｚへの負荷を軽減させることが可能となる。また、カムの角度が変化する部分にはＲを設けることで、ボール１６を滑らかに移動するようにできる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本実施例におけるインパクト工具を図１〜図４を用いて説明する。図１は本実施例におけるインパクト工具を示す一部省略縦断側面図、図２は本実施例におけるインパクト機構部の主要部品を示す分解斜視図、図３は本実施例における２段階のカム形状を示す平面展開図、図４は本実施例におけるカム角度変化部にＲを施した２段階のカム形状を示す平面展開図である。
【００１１】
図１及び図２に示すように、インパクト工具は、インパクト機構部であるハンマ１５及びアンビル１７と、減速機構部としてスピンドル１４と遊星歯車８及びハウジング１に固定されているリング状の固定歯車６とピニオン４と、駆動部であるモータ２とを有している。具体的構成として、ハウジング１内に固着されたモータ２、このハウジング１内に回転止めを有し支持した固定歯車支持治具７、固定歯車６、遊星歯車８、スピンドル１４が配置され、ハンマケース１０内にハンマ１５とアンビル１７が配置され、ばね１２はスピンドル１４の遊星歯車８側とハンマ１５間に配置され、またアンビル１７は十字ねじ回しビット２０などの締付先端工具が連結可能となっている。
【００１２】
減速機構はモータ２に付属したピニオン４、固定歯車６、遊星歯車８、遊星歯車８の回転軸でスピンドル１４に支持されたニードルピン９から構成され、遊星歯車８及びニードルピン９はスピンドル１４の一部を構成している。また、スピンドル１４は後端を軸受１１で軸支し、前端を軸受１８で軸支されたアンビル１７の中心穴１７ａで回転自在に軸支されている。
【００１３】
ねじに与えるパルス的なインパクトトルクの発生動作は、電源を供給されるモータ２がスイッチ３を入れると駆動し、モータ２の動力はモータ２の先端に連結されているピニオン４を介して遊星歯車８に伝達される。遊星歯車８は固定歯車６と噛み合うので、ピニオン４の動力はニードルピン９を介してスピンドル１４を回転駆動させ、スピンドル１４のカム溝１４ａとハンマ１５のカム溝１５ａ間に配置されたボール１６を介して、スピンドル１４の回転がハンマ１５に伝達する。また、ハンマ１５は、ハンマ１５とスピンドル１４の遊星歯車８部間に配置されているバネ１２によって前方に付勢されており、カム溝１４ａ，１５ａに沿って前方に押される。その後、バネ力や回転速度及び慣性モーメントによるエネルギーを持つハンマ１５のハンマ爪１５ｂが、アンビル１７のアンビル爪１７ｂを打撃することで、アンビル１７は回転駆動しアンビル１７に連結されたビット２０及びビット先端に連結した十字ねじ（図示せず）にトルクを与え，ねじを木材等に締め付ける。
【００１４】
その後、ハンマ１５の打撃エネルギーが減少してアンビル１７のトルクが減少すると、ハンマ１５はアンビル１７から反発し、ハンマ１５はカム溝１５ａ，１４ａに沿って遊星歯車８方向に移動する。その後、ハンマ１５はバネ１２の圧縮力で再度アンビル１７方向にカム溝１５ａ，１４ａに沿って押し戻され、更にスピンドルのカム溝１４ａとハンマのカム溝１５ａ間に配置されたボール１６を介して、スピンドル１４の回転によりハンマ１５が加速される。ハンマ１５がストッパ２２までの間をカム溝１４ａ，１５ａに沿って往復する間にスピンドル１４は回転を続けているため、ハンマ１５の爪１５ｂはアンビル１７の爪１７ｂを乗り越え、再度ハンマ爪１５ｂがアンビル爪１７ｂを打撃する場合は、ハンマ１５が約１８０゜回転した状態でアンビル１７を打撃する。このようにハンマ１５の軸方向移動と回転によりアンビル１７に打撃を繰り返すことで、パルス的な衝撃トルクが連続的に発生してねじを締め付けていく。
【００１５】
このようなインパクト工具のカム溝は、図３に示すように、ボール１６の移動中心軌跡をＢ２−Ｂ１−０−Ｂ３−Ｂ４の様に全体的にＶ字をなしてながら、カムの片側半分はＢ２−Ｂ１−０のようにＢ２で２段階に折れ曲がった形状となっている。このような２段階に折れ曲がった形状にすることで、しかもハンマが最大に前進している位置（スチールボールがＯにある位置）から後退する場合に、最初のカムリード角θ２よりも連続した次のカムリード角θ３の方が大きいカム形状とすることで、カム片側の水平距離α３を図５に示した従来カム形状の水平距離α１と同じ寸法に確保しながら，ボール１６の垂直移動量Ｌ３を従来のＬ１以上の移動量とすることが可能となる。
【００１７】
先の問題点で指摘したように、木材にビスを締めつけるような場合は、ハンマの反発が少ないため、例えば図３の垂直距離Ｌ２近辺までのボール１６の移動となり、カムリード角θ２は従来のカム形状と同様のカムリード角θ１とすることで、従来とビス締付時のタイミングなどを損ねることはない。また、ボルトを締めつける場合は、ハンマの反発が大きいため、従来のカムではボール１６がカム最上点Ａ１まで到達することとなる。ここで、図２に示したようにハンマ１５はカム溝１５ａ，１４ａに沿って遊星歯車８方向に移動した後、カム最終端１４ｚより相対位置で前方に位置するストッパ２２にハンマ１５が突き当たることで、ストッパ２２の劣化を生じまたストッパ２２を備えていない場合は、カム最終端１４ｚへの衝撃負荷によりカムの破損が生じる。そこで本実施例では、このようなボルト締付によるハンマの大きな反発の時もカムの最上点Ｂ２の垂直距離Ｌ３を従来のＬ１より大きくすることが可能となり、ボール１６がカム最上点Ｂ１へ届くことがなくなるか、或いはボール１６が最上点Ｂ１に届くようになったとしても図２に示すバネ１２の荷重を（Ｌ３−Ｌ１）分確保することができ、ストッパ２２への負荷、或いはカム最終端１４ｚへの負荷を軽減することが可能となる。また、水平距離α２間よりもカム角度が大きい（α３−α２）間の方がバネ１２からの下向きの力が強くなるため、結果的にカム最終端１４ｚまでに減速される。
【００１８】
また図４に示すように、カム角度の変更点にＲを設けることで、ボール１６を滑らかに移動させることも可能である。例えば最下点０の部分にＲκを設け、カムリード角θ４とθ５の間にＲλを設け、カムリード角θ４を従来のカムリード角θ１とし、水平距離α５を従来のα１としながらカムリード角θ５を従来のＬ１と同等以上の距離になるよう適当な角度に調整することで、ビス締め時はほぼ従来のタイミングとボール１６の移動量をＬ４近辺としながらボルト締めでは図５に示すバネ１２の荷重を（Ｌ５−Ｌ１）分確保することができ、また水平距離α４間よりもカム角度が大きい（α５−α４）間の方がバネ１２からの下向きの力が強くなるため、結果的にカム最終端１４ｚまでに減速され、ストッパ２２への負荷，あるいはカム最終端１４ｚへの負荷をより軽減することが可能となる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、ボルト締めのようにハンマの反発が大きい場合は、インパクト機構部のストッパへの負荷、或いはストッパがない場合は、カムの最終端への負荷を軽減することが可能となることで、ストッパ或いはカム最終端への負荷から生じる減速機構部への回転負荷を緩和することが可能となり、減速機構部のギヤ或いはそれらを支持している治具及びハウジングの耐久性が向上し、工具本体の寿命向上を図ることができる。また、それら各部の負荷が軽減されるため、各部の素材を安価な低級材に変更したり、或いはより小型化を図ることができる。更に減速機構部への負荷の軽減により、モータ或いは本体工具への振動が低減され、当インパクト工具を持つ作業者は、長時間使用しても疲労が軽く作業性及び操作性の向上が図れ、振動から発生する騒音をも低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるインパクト工具を示す一部省略縦断側面図である。
【図２】本発明になるインパクト機構部の主要部品を示す分解斜視図である。
【図３】本発明になる２段階のカム形状を示す平面展開図である。
【図４】本発明になるカム角度変化部にＲを施した２段階のカム形状を示す平面展開図である。
【図５】従来におけるカム形状を示す平面展開図である。
【符号の説明】
１はハウジング、２はモータ、９は遊星歯車、１０はハンマーケース、１４はスピンドル、１４ａはスピンドル側カム溝、１５はハンマ、１５ａはハンマ側カム溝、１６はボール、１７はアンビル、２０は十字ねじ回しビット、２２はストッパである。

Claims

駆動源であるモータと、該モータの回転動力を伝達するスピンドルと、該スピンドルの軸上を移動可能なハンマと、該ハンマに設けたハンマ爪と、該ハンマ爪と係合可能なアンビル爪を有するアンビルと、前記スピンドル及び前記ハンマのそれぞれに形成したカム溝と、該カム溝に収容されるボールと、前記ハンマを前記アンビル側に常に付勢するバネとを備えたインパクト工具において、前記カム溝は少なくとも２つ以上の角度変化部を有し形成されており、更に前記ハンマが最大に前進している位置から後退する場合の最初のカムリード角より、前記カムリード角に連続した次のカムリード角の方が大きいカム形状であることを特徴とするインパクト工具。
前記カム溝は少なくとも２段階以上に折れ曲がる形状であることを特徴とする請求項１記載のインパクト工具。
前記角度変化部は曲線Ｒで接続されることを特徴とする請求項１記載のインパクト工具。