JP3982509B2 - 携帯用工具 - Google Patents

Description

本発明は、間欠的に衝撃トルクを発生させる携帯用工具において、減速機構部にかかる衝撃トルクを緩衝する技術に関するものである。

従来、衝撃トルクを発生させるインパクト工具において減速機構部にかかる衝撃トルクを緩衝する技術として、特許文献１に記載されたような技術があった。特許文献１には、固定歯車に突起を設け、固定歯車支持治具に該突起が挿入される穴部を設け、該突起と該穴部との間にゴム等からなる衝撃緩衝材を設けることが記載されている。

製品でも、この技術を利用したものがあった。従来は、比較的高出力のインパクト工具にこのような衝撃緩衝技術を採用しており、減速機構部の寿命を向上させることに重点が置かれていた。

このため従来の製品は、固定歯車の破損防止のため、固定歯車は燒結合金等の金属からなるものであった。

また、従来の製品は、大きな緩衝能力を得るため、衝撃緩衝材はゴムからなるものであった。

最近では出力や寿命もさることながら、市場からは軽量化と低価格化の要望が強まっている。このような要望に応えようとすると、従来の減速機構部の衝撃緩衝技術では不都合な点があった。

特開２００２−２５４３３６号公報

従来の技術では、次のような問題があった。

固定歯車を燒結合金で形成していたので、重くて高価であった。

ゴム製の衝撃緩衝材の繰り返し変形に伴う発熱により、衝撃緩衝材が早期に永久変形してしまい、得ることのできる弾性変形量が小さくなり、初期性能を維持させるのが困難であるという問題があった。

また、永久変形を抑えるために耐熱性の高いゴムを採用しており、材料費が高くなるという問題があった。

また、固定歯車と固定歯車支持治具とを組合わせる前に、衝撃緩衝材を固定歯車支持治具の穴部に挿入しておく必要があり、組み立て難いという問題があった。

本発明の目的は、軽量で、減速機構部への高い衝撃緩和能力を長く維持できると共に、組立性がよい携帯用工具を安価に提供することにある。

外郭を形成する外枠部と、該外枠部に収容され駆動源となるモータと、該モータの回転力を伝達する減速機構部と、該減速機構部から伝達される回転力を間欠的に発生する衝撃トルクに変換するインパクト機構部と、を有する携帯用工具であって、該減速機構部は、該モータの回転軸の先端に設けられるピニオンと、該モータの回転軸と同軸に回転可能に設けられるスピンドルと、該スピンドルに回転可能に設けられ、該ピニオンと噛合う複数の遊星歯車と、該遊星歯車に外接して該遊星歯車と噛合うように設けられ、一端に突起部が設けられる固定歯車と、該突起部と係合する凹部が設けられ、該固定歯車の回転を規制する固定歯車支持治具と、を有する携帯用工具において、該固定歯車を樹脂等の弾性体で形成し、該固定歯車の該突起部の内部に空間部を設けることによって、突起部を弾性変形しやすくすることができる。

この際、該インパクト機構部は、該スピンドルの軸部に軸方向とは所定の角度をもって凹設される第１のカム溝と、該スピンドルの軸部に回動可能且つ軸方向移動可能に設けられ、一端に複数の突起部からなる第１の爪部が形成される略円筒形状のハンマと、該ハンマの内周に軸方向とは所定の角度をもって凹設される第２のカム溝と、該第１及び第２のカム溝に係合するように設けられるボールと、該スピンドルと同軸に回転可能に設けられ、一端に該第１の突起部と係合可能な第２の爪部が形成され、他端に先端工具が挿入可能な保持穴部が形成される略軸形状のアンビルと、該スピンドル及び該ハンマの間に設けられ、該ハンマを該アンビル方向へ押圧するスプリングと、を有するものが考えられる。

より好ましくは、該固定歯車の該突起部の根元を表面から凹となる略円弧状の曲線で形成することで、突起部が負荷を受けたときの根元への応力集中を抑えることができると共に、突起部がより弾性変形しやすくなる。

請求項１及び２記載の構成によれば、固定歯車を樹脂等の弾性体で形成し、固定歯車の突起部の内部に空間部を設けることによって、突起部が弾性変形しやすくなるので十分な衝撃緩和能力を得ることができる。また、ゴムと比べて永久変形しにくいので、初期性能を長く維持することができる。これに伴い、高価な材質を使用することがなくなり材料費を低減することができる。また、衝撃緩衝材を別部品にする必要がなくなり、組立性が向上する。

請求項３記載の構成によれば、突起部の根元が表面から凹となる略円弧状の曲線で形成されるので、突起部が負荷を受けたときの根元への応力集中を抑えることができ、十分な強度を得ることができるとともに、突起部がより弾性変形しやすくなる。

本発明による携帯用工具として、インパクト工具を例にして、図１〜図８を用いて説明する。図１は、本発明による実施の形態に係る固定歯車を示す正面図及び側面図、図２は本発明による実施の形態に係る固定歯車を示す断面図、図３は本発明による固定歯車の他の実施例を示す正面図及び側面図、図４は本発明による固定歯車の他の実施例を示す正面図及び側面図、図５は本発明による固定歯車の他の実施例を示す正面図及び側面図、図６は本発明による実施の形態に係る固定歯車支持治具の正面図及び側面図、図７は本発明による実施の形態に係る固定歯車支持治具の背面図、図８は本発明による実施の形態に係るインパクト工具の全体構造断面図である。

図８により、インパクト工具の全体構成を説明する。以下、図８の右方を工具の前方、図８の上方を工具の上方として説明する。

以下、外枠とその内部について説明する。外郭をなす外枠部は、樹脂製のハウジング１及びハウジング１に図示せぬねじで連設されるアルミ合金製のハンマケース１０からなる。

ハウジング１内には、駆動源となるモータ２と、モータ２への電力供給を外部から制御可能な図示せぬスイッチが収容されている。ハウジング１の下方から図示せぬ電池パックが着脱可能に設けられており、図示せぬスイッチに電力を供給する。このような構成により、図示せぬスイッチを外部から操作することによりモータ２が回転あるいは停止する。

以下、減速機構部について説明する。ハウジング１内のモータ２の前方には、モータ２の回転力を減速してさらに前方に伝達する減速機構部が収容される。減速機構部は遊星歯車機構で構成され、ピニオン４、スピンドル１４、遊星歯車８、固定歯車５及び固定歯車支持治具６とからなる。

モータ２の回転軸は、固定歯車支持治具６に図示せぬ軸受を介して回転可能に支持される。ピニオン４は、モータ２の回転軸の先端に固着され遊星歯車機構の太陽歯車として作用する。

スピンドル１４は、その後部が軸受１１を介して固定歯車支持治具６に支持され、モータ２と同軸に回転可能に支持される。スピンドル１４の軸受１１前方はフランジ状に形成され、遊星歯車８がピニオン４と噛合するようにニードルローラ９で回転可能に支持されている。

固定歯車５は、遊星歯車８に外接して噛合して固定歯車支持治具６に支持される。固定歯車５は後述のように固定歯車支持治具６に対して回転不能に規制されており、微小な角度でのみ回動可能に設けられている。そして固定歯車支持治具６はハウジング１に対して回動不能且つ軸方向移動不能に固定される。

このような構成により、モータ２が回転するとピニオン４が回転し、固定歯車５は回転不能であるので、ピニオン４と固定歯車５の両者に噛合する遊星歯車８は自転しながら公転し、遊星歯車８を支持するスピンドル１４が回転する。従って、モータ２の回転は、ピニオン４と固定歯車５との歯数の比率に応じて減速され、スピンドル１４に伝達される。

以下、固定歯車５及び固定歯車支持治具６の構成を図１、図２及び図６により説明する。固定歯車５はガラス繊維を混入して成形された強化プラスチック等の樹脂製であり、図１及び図２示すように、略円環形状で内歯車を形成する。固定歯車５の一端には平面部５ｄが形成され、平面部５ｄから軸方向に突出するように突起部５ａが形成される。

突起部５ａは固定歯車５の中心に対して対称に２ヶ所形成される。突起部５ａの形状は、固定歯車５の外周及び内周と、固定歯車５中心と突起部５ａの中央を結ぶ線と平行な２辺とによって形成される。

突起部５ａ内には、略四角形状の空間部５ｂがそれぞれ２個ずつ、合計４個凹設される。このため突起部５ａの肉厚は薄く、空間部５ｂが形成されない場合と比べて弾性変形しやすい。

突起部５ａが平面部５ｃと交わる根元部は、突起部５ａ表面から凹となる略円弧状の曲線に形成される。根元部では肉厚がさらに薄くなるため、突起部５ａを曲げようとする外力が加わったときに、根元部から曲がりやすく、弾性変形しやすい。また、根元部が略円弧状の曲線で形成されるため、根元部から大きく曲がっても応力が集中し難く、破損し難い。

固定歯車支持治具６は樹脂製であり、図６に示すように、複数の薄肉の略円筒形状が組合わされた形状をなしている。最も内径の大きい部分６ｂには固定歯車５が挿入され、２番目に内径の大きい部分にはスピンドル１４の軸受１１が挿入され、３番目に内径の大きい部分６ｄにはモータ２の軸受が挿入される。最も内径の大きい部分６ａと２番目に内径の大きい部分６ｃの間には平面部６ｅが形成され、平面部６ｅには凹部６ａが形成される。

凹部６ａは、固定歯車支持治具６の中心に対して対象に２ヵ所設けられ、凹部６ａの形状は突起部５ａよりもわずかに大きい形状である。凹部６ａに突起部５ａが挿入されることにより、固定歯車５は固定歯車支持治具６に対して回動不能となる。

凹部６ａに対応して、回転止め６ｆが固定歯車支持治具６の後部から突設される。ハウジング１には回転止め６ｆが挿入可能な図示せぬ凹部が凹設される。図示せぬ凹部に回転止めｆが挿入されることにより、固定歯車支持治具６はハウジング１に対して回動不能となる。

このような構成により、固定歯車５は微小角度のみ回動可能に支持される。

以下、インパクト機構部について説明する。インパクト機構部は、スピンドル１４、ハンマ１５、スチールボール１６、アンビル１７、スプリング１２からなる。

スピンドル１４のフランジ状に形成された部分から前方は軸状に形成され、軸状の部分の中程には第１のカム溝であるカム溝１４ａが凹設される。カム溝１４ａの断面は、スチールボール１６の外径よりわずかに曲率の大きい半円形状であり、スピンドル１４の軸方向とは所定の角度をもってＶ字形状に延びる。

ハンマ１５は略円筒形状であり、スピンドル１４に対して軸方向に摺動移動可能且つ回転可能に設けられる。ハンマ１５とスピンドル１４が摺動する部分には、カム溝１４ａに対応して第２のカム溝であるカム溝１５ａが凹設される。カム溝１５ａの断面は、スチールボール１６の外径よりわずかに曲率の大きい円弧形状であり、スピンドル１４の軸方向とはカム溝１４ａの逆方向に所定の角度をもって、Ｖ字形状に延びる。

スピンドル１４とハンマ１５の間には、カム溝１４ａとカム溝１５ａの両方に係合するように、スチールボール１６が挿入される。

このような構成により、ハンマ１５をスピンドル１４に対して回動させると、カム溝１４ａ及び１５ａはスチールボール１６を介してＶ字形状に沿って相対的に移動し、ハンマ１５はスピンドル１４に対して軸方向にも移動するようになる。

さらに、スピンドル１４とハンマ１５の間には、ハンマ１５を前方を押圧するようにスプリング１２が設けられる。

このような構成により、ハンマ１５はスピンドル１４に対して常に前方に押圧されるが、前述のカム溝１４ａ及び１５ａとスチールボール１６による規制作用によって、カム溝１４ａ及び１５ａのＶ字形状の頂点同士が一致する位置で安定して静止する。そして、ハンマ１５とスピンドル１４とを相対的に回動するようにトルクをかけると、トルクがスプリング１２の押圧力に打ち勝つまではハンマ１５とスピンドル１４は相対的に回動せず、トルクがスプリング１２の押圧力に打ち勝つと、ハンマ１５はスピンドル１４に対して回動しながら後退する。トルクをかけるのを止めれば、スプリング１２の押圧力によってハンマ１５はただちに元の位置に戻る。

ハンマ１５の前端には第１の爪部である爪部１５ｂが突設される。爪部１５ｂはハンマ１５の中心に対して対象に２ヵ所設けられる。

スピンドル１４の前方には、アンビル１７がハンマケース１０に対してメタル軸受１８を介して回転可能に設けられる。アンビル１４は、略Ｔ字形状であり、先端には先端工具１９が着脱可能に取り付けられ、後端には爪部１５ｂと係合可能な第２の爪部である爪部１７ｂが中心に対して対称に突設される。

スピンドル１４の前端には径が小さい軸部１４ｂが突設されると共に、アンビル１４の後端には軸部１４ｂよりわずかに径が大きい穴部１７ａが凹設される。軸部１４ｂが穴部１７ａに挿入され、スピンドル１４はアンビル１７に対して回動可能に軸支される。

メタル軸受１８の位置は、スピンドル１４及びアンビル１７がハンマケース１０内でごくわずかに軸方向に移動できるように配される。従って、スピンドル１４とアンビル１７の関係については、回転方向で直接係合することはなく、軸方向にはハンマケース１０内でほとんど軸方向に移動できないように規制される。そして、ハンマ１５とアンビル１４の関係については、爪部１５ｂと爪部１４ｂとが回転方向に所定の遊び角をもって係合する。

以下、インパクト機構部の動作を説明する。アンビル１４とスピンドル１４とを相対的に回転するようにトルクをかけると、爪部１５ｂ及び１４ｂが係合するまでほとんど抵抗なく相対的に回動し、爪部１５ｂ及び１４ｂが係合すると、前述のスプリング１２とカム溝１４ａ及び１５ａの作用に従ってハンマ１５が動作する。すなわち、トルクがスプリング１２の押圧力に打ち勝つまではハンマ１５とスピンドル１４は相対的に回動せず、トルクがスプリング１２の押圧力に打ち勝つと、ハンマ１５はスピンドル１４に対して回動しながら後退する。

ハンマ１５が所定の位置よりも後退すると、爪部１５ｂ及び１４ｂの係合は解かれ、ハンマ１５はスプリング１２の押圧力によってただちに元の位置に戻ろうとする。一方で、ハンマ１５とアンビル１４とは相対的に回転している。従って、爪部１５ｂは先程とは違うもう一方の爪部１４ｂに衝突して、両者の間に衝撃トルクが発生する。

そして、アンビル１４とスピンドル１４とを相対的に回転させるトルクが大きいままであれば、上記の打撃動作が反復して行われ、アンビル１４には間欠的な衝撃トルクが連続して発生する。

以下、このように構成されたインパクト工具の動作を説明する。まず、先端工具を図示せぬ被締め付け材に係合させる。次に、スイッチ３を操作するとモータ２が回転を初め、回転力は減速機構部によって減速されてインパクト機構部に伝達される。ハンマ１５及びスピンドル１４は、爪部１５ｂ及び１４ｂが係合するまでほとんど抵抗なく回動する。

被締め付け材の抵抗トルクが所定値よりも小さければ、アンビル１４とスピンドル１４とを相対的に回転させるトルクは小さく、爪部１５ｂ及び１４ｂが係合したまま、スピンドル１４、ハンマ１５、アンビル１４及び被締め付け材が一緒に回転して、締め付け作業が行われる。

被締め付け材の抵抗トルクが所定値よりも大きくなれば、アンビル１４とスピンドル１４とを相対的に回転させるトルクが大きくなり、前述のようにハンマ１５がアンビル１４を反復して打撃し、アンビル１４に発生する衝撃トルクにより締め付け作業が行われる。

以下、締め付け作業時に減速機構部にかかる衝撃トルクについて説明する。ハンマ１５が後退するとき、スピンドル１４には回転を止める方向のトルクがかかるが、モータ２はスピンドル１４を回転させる方向にトルクをかけるので、減速機構部にもトルクがかかる。

被締め付け材のばね定数が小さい作業条件の下では、打撃時にハンマ１５が大きく反発する現象が起こり、ハンマ１５の後退量はスピンドル１４との関係で決まる最大限の後退量に達し、スピンドル１４に衝突する。

このとき、スピンドル１４とモータ２との間には衝撃トルクが発生し、この衝撃トルクは減速機構部にかかる。この衝撃トルクによって各歯車と固定歯車支持治具６には大きな衝撃力が加わり、損傷の大きな原因となる。

以下、突起部５ａの緩衝作用について説明する。減速機構部に衝撃トルクがかかるとき、固定歯車５の突起部５ａと固定歯車支持治具６の凹部６ａとの間に衝撃トルクがかかるが、前述のように突起部５ａが変形しやすいように形成されているため、突起部５ａが弾性変形して衝撃トルクを緩衝する。従って、各歯車と固定歯車支持治具にかかる衝撃力が緩衝され、損傷を防ぐことができる。

また、突起部５ａ自体が変形しやすいため、衝撃緩衝の機能を有しており、別部品で衝撃緩衝材を設ける必要がない。従って、安価にできると共に、組み立て易くにすることができる。また、別部品を収容するスペースを確保する必要がないので、工具が大形化することもない。また、突起部５ａに空間部５ｂを設けたことで、部品が軽量になる。また、突起部５ａは樹脂製であるので、ゴムのように永久変形することがなく、初期性能を長く持続できる。

衝撃緩衝手段を設けることで、各部品の強度を向上させることなく、所望の工具寿命を得ることができ、工具の小型・軽量化とコスト低減に効果がある。また、作業者の手に伝わる衝撃トルクも小さくなるので、長時間使用しても疲れにくくなる。

なお、突起５ａは図示したように２個とは限らず、少なくとも１個以上あれば衝撃緩衝の機能を果たすことができる。

以下、固定歯車５の他の実施例について図３乃至図５により説明する。図３は、固定歯車１０５の突起部１０５ａをＮ形のリブとし、突起部１０５ａ内に空間部１０５ｂを設けたものである。図４は、固定歯車１０５の突起部１０５ａ内の空間部１０５ｂを突起部１０５ａに対し、４５°傾け空間部１０５ｂをひとつにしたものである。図３及び４の実施例はいずれも、突起部１０５ａ、２０５ａの肉厚が薄く、空間部１０５ｂ、２０５ｂが形成されない場合と比べて弾性変形しやすい。突起部１０５ａ、２０５ａが平面部１０５ｄ、２０５ｄと交わる根元部は、突起部１０５ａ、２０５ａ表面から凹となる略円弧状の曲線１０５ｃ、２０５ｃによって形成される。根元部では肉厚がさらに薄くなるため、突起部１０５ａ、２０５ａを曲げようとする外力が加わったときに、根元部から曲がりやすく、弾性変形しやすい。根元部が略円弧状の曲線で形成されるため、根元部から大きく曲がっても応力が集中し難く、破損し難い。

図５では、固定歯車３０５の外周に突起部３０５ａを突設し、突起部３０５ａに空間部３０５ｂを凹設し、突起部３０５ａが外周部３０５ｄと交わる根元部は、突起部３０５ａ表面から凹となる略円弧状の曲線３０５ｃで形成される。突起部３０５ａの肉厚が薄く、空間部３０５ｂが形成されない場合と比べて弾性変形しやすい。根元部では肉厚がさらに薄くなるため、突起部３０５ａを曲げようとする外力が加わったときに、根元部から曲がりやすく、弾性変形しやすい。根元部が略円弧状の曲線３０５ｃで形成されるため、根元部から大きく曲がっても応力が集中し難く、破損し難い。固定歯車３０５の外周で衝撃トルクを受けるため、ハウジング１外径を大きくする必要があるものの、回転軸からの距離が大きいため突起部３０５ａにかかる衝撃力は小さくなり、突起部３０５ａがより破損し難くなる。

本発明による実施の形態に係る固定歯車を示す正面図及び側面図。 本発明による実施の形態に係る固定歯車を示す断面図。 本発明による固定歯車の他の実施例を示す正面図及び側面図。 本発明による固定歯車の他の実施例を示す正面図及び側面図。 本発明による固定歯車の他の実施例を示す正面図。 本発明による実施の形態に係る固定歯車支持治具の正面図及び側面図。 本発明による実施の形態に係る固定歯車支持治具の背面図。 本発明による実施の形態に係るインパクト工具の全体構造断面図。

符号の説明

１はハウジング、２はモータ、５、１０５、２０５、３０５は固定歯車、５a、１０５a、２０５a、３０５aは突起部、５ｂ、１０５ｂ、２０５ｂ、３０５ｂは空間部、５ｃ、１０５ｃ、２０５ｃ、３０５ｃは略円弧状部、５ｄ、１０５ｄ、２０５ｄは平面部、３０５ｃは外周部、６は固定歯車支持治具、６ａは凹部、６ｆは回転止め、８は遊星歯車、１０はハンマケース、１３はストッパ、１４はスピンドル、１５はハンマ、１７はアンビル、１９は先端工具である。

Claims (3)

1. 外郭を形成する外枠部と、該外枠部に収容され駆動源となるモータと、該モータの回転力を伝達する減速機構部と、該減速機構部から伝達される回転力を間欠的に発生する衝撃トルクに変換するインパクト機構部と、を有する携帯用工具であって、
   該減速機構部は、該モータの回転軸の先端に設けられるピニオンと、該モータの回転軸と同軸に回転可能に設けられるスピンドルと、該スピンドルに回転可能に設けられ、該ピニオンと噛合う複数の遊星歯車と、該遊星歯車に外接して該遊星歯車と噛合うように設けられ、一端に突起部が設けられる固定歯車と、該突起部と係合する凹部が設けられ、該固定歯車の回転を規制する固定歯車支持治具と、を有する携帯用工具において、
   該固定歯車を樹脂等の弾性体で形成し、該固定歯車の該突起部の内部に空間部を設けることを特徴とする携帯用工具。
2. 該インパクト機構部は、該スピンドルの軸部に軸方向とは所定の角度をもって凹設される第１のカム溝と、該スピンドルの軸部に回動可能且つ軸方向移動可能に設けられ、一端に複数の突起部からなる第１の爪部が形成される略円筒形状のハンマと、該ハンマの内周に軸方向とは所定の角度をもって凹設される第２のカム溝と、該第１及び第２のカム溝に係合するように設けられるボールと、該スピンドルと同軸に回転可能に設けられ、一端に該第１の突起部と係合可能な第２の爪部が形成され、他端に先端工具が挿入可能な保持穴が形成される略軸形状のアンビルと、該スピンドル及び該ハンマの間に設けられ、該ハンマを該アンビル方向へ押圧するスプリングと、を有することを特徴とする請求項１記載の携帯用工具。
3. 該固定歯車の該突起部の根元を表面から凹となる略円弧状の曲線で形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の携帯用工具。