JP4270827B2 - 電動工具 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動ハンマー等のように、直線運動する衝撃子の運動エネルギーを打撃によって工具に伝達することで加工作業を行う電動工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の電動工具の一例として、特開平８−２２９８５１号（特許文献１）に電動ハンマーの構成が開示されている。この電動ハンマーは、ハウジング本体部の一つを形成するバレルに収容された衝撃子と、当該バレルに連接されたツールホルダ内に摺動可能に収容された中間子および工具を有する。衝撃子はモータを介して直線運動し、中間子は直線運動する衝撃子の打撃によってツールホルダ内で直線運動する。また工具は、直線運動する中間子の打撃によって所定の加工作業を行うよう構成される。すなわち衝撃子および中間子は工具に対して打撃力を作用させる打撃要素の意義を有する。
【０００３】
ところで上記した従来の電動ハンマーでは、工具に対する衝撃子および中間子の相対的な位置関係を特に制御していないため、中間子が衝撃子の打撃によって直線運動を行う際に、工具は中間子に対し最も近接した位置と最も離間した位置との間の何処に位置するか必ずしも定常的ではない。このため中間子が工具ではなくツールホルダを打撃する場合が生じ得る。この場合、衝撃子から伝達された中間子の運動エネルギーは、中間子がツールホルダに当接した際に当該ツールホルダ側へ打撃力として伝達されることになる。このため、ツールホルダを保持するバレルの保持部に強い応力が生じることとなり、バレルの強度確保が要請される。一方、バレルは、工具へ強い打撃力を付与すべく所定距離だけ直線運動するよう構成された衝撃子を収容する必要があり、相当量の長さ寸法を有する部材であるため、ツールホルダ保持のための強度確保に重点を置くとバレルの重量増大を招来し好ましくない。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−２２９８５１号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、衝撃子の運動エネルギーを打撃によって工具に伝達して加工作業を行う電動工具において、中間子の強い打撃力を確実に受け止めることが可能であるとともに軽量性が確保された合理的なハウジング構造を構築するのに資する技術を提供することを目的とする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記課題を達成するため、各請求項記載の発明が構成される。請求項１に記載の発明によれば、モータを介して直線運動する衝撃子と、衝撃子による打撃によって衝撃子の移動方向に移動する中間子と、中間子による打撃によって所定の加工作業を行う工具とを有する電動工具が構成される。当該電動工具は、中間子の打撃を受承するホルダと、当該ホルダを支持する筒状のハウジング本体部とを有する。ハウジング本体部は、基部領域と、ホルダを支持するべくホルダに当接するホルダ当接領域とが一体状に成形されるとともに、ホルダ当接領域が基部領域と異なる材質で形成されている。例えば基部領域については軽量化が可能な材質を選択し、ホルダ当接領域については、ホルダが中間子の打撃を受承した際の強い打撃力をしっかりと受け止めることができる対衝撃性ないし対磨耗性に富んだ材質を選択する等して、ハウジング本体部に軽量化と強度確保という背反する機能を合理的に併有させることができる。そして、ホルダ当接領域は、その筒状外周部が長軸方向の全長にわたって基部領域の内周に接触されるとともに、打撃方向先端側の端面には基部領域に形成された内径方向に突出する突出部が被さり、これによりホルダ当接領域に作用する衝撃を、基部領域がホルダ当接領域との接触面全体および突出部で分散して受ける構成としている。これにより、基部領域に作用する単位面積当たりの応力を低減し、高強度性を確保し難い基部領域の保護を図ることが可能になる。
【０００７】
本発明における「衝撃子」は、モータを介して直線運動するとともに、当該直線運動による運動エネルギーを打撃によって中間子に伝達する部材であり、ストライカとも称呼される。モータを介して衝撃子を直線運動させる態様としては、シリンダ内の一端側にピストン状の衝撃子を摺動可能に配置するとともに、他端側にはモータ側に連結されて往復動する駆動側ピストンを配置し、モータを介して当該駆動側ピストンを往復動する際のシリンダ内の空気バネの作用により、ピストン状の衝撃子を駆動する態様、シリンダ内の一端側にピストン状の衝撃子を摺動可能に配置するとともに、シリンダの他端側をモータ側に連結して往復動させ、かかるシリンダをモータによって往復動する際のシリンダ内の空気バネの作用により、ピストン状の衝撃子を駆動する態様、モータ側に連結されて往復動するピストンをシリンダ内の一端側に配置するとともに、当該ピストンを収容するシリンダを衝撃子として配置しておき、モータによってピストンを往復動する際の空気バネの作用により、シリンダ状の衝撃子を駆動する態様など、各種の形態が採用可能である。
【０００８】
またモータの回転出力を駆動部材の往復動作に変換するには、例えばクランクシャフトを用いた運動変換機構、斜板を用いた運動変換機構等、各種の機構が採用可能である。
【０００９】
本発明における「中間子」は、工具に対する打撃によって衝撃子の運動エネルギーを当該工具へ伝達するための部材であり、インパクトボルトとも称呼される。また「打撃による所定の加工作業」としては、典型的には被加工材に対するハンマー作業がこれに該当する。なお本発明においては、電動工具が打撃以外による加工作業、例えばドリルによる加工作業を兼務することを妨げない。例えば工具を往復動して加工作業を行うハンマーと、工具を回転して加工作業を行うドリルとを併用したハンマードリル等の構成が可能である。
【００１０】
また本発明における「ホルダ」は、中間子の打撃を受承する部材であれば足り、例えば中間子を保持するツールホルダガイド、工具を保持するツールホルダ、工具と中間子の双方を保持するツールホルダ等を広く包含するものとする。また「ハウジング本体部」は、少なくともホルダを支持する部材であれば足り、例えば衝撃子および中間子の全部または一部を収容し、衝撃子のみの全部または一部を収容し、あるいは中間子のみの全部または一部を収容する部材のいずれも広く包含する。さらにハウジング本体部は、ハウジング本体部に軽量化と強度確保という背反する機能を合理的に併有させる趣旨より、基部領域以外に、ホルダと当接するホルダ当接領域を有すれば足り、さらに他の機能的領域が付加された構造を採用することも可能である。
【００１１】
（請求項２に記載の発明）
請求項２に記載の発明によれば、上記請求項１に記載の電動工具におけるハウジング本体部につき、その基部領域をアルミ合金またはマグネシウム合金によって形成して軽量化を図り、さらにホルダ当接領域については鋼材によって形成し、ホルダが中間子の打撃を受承した際の強い打撃力をしっかりと受け止めるように構成する。これによりハウジング本体部の軽量化と強度確保を一層具体化しつつ実現することが可能となった。
【００１２】
（請求項３に記載の発明）
請求項３に記載の発明によれば、上記請求項２に記載の電動工具につき、インサート成形によって得られたハウジング本体部が採用されている。具体的には、ホルダ当接領域を構成する鋼材に対して基部領域を形成するアルミ合金またはマグネシウム合金をインサート成形で一体状に成形することが好ましい。これにより材質が互いに異なるホルダ当接領域と基部領域とが一体状に成形されたハウジング本体部を簡便かつ安価に得ることが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。本発明の実施の形態では、図１に示すように電動ハンマー１０１を用いて説明する。図１に示すように、本実施の形態に係る電動ハンマー１０１は、概括的に見て、電動ハンマー１０１の外郭を形成するモータハウジング１０３ａ、ギアハウジング１０３ｂおよびハンドグリップ１０３ｃとによってその外郭が形成される。またギアハウジング１０３ｂ内には、以下に述べる電動ハンマー１０１の駆動のための機構を収容する筒状のバレル１０５が配置される。バレル１０５は、本発明における「ハウジング本体部」に対応する要素である。
【００１４】
バレル１０５は、その主体をなす基部領域１０７と、当該基部領域１０７の先端側（図中左側）端部に形成されたツールホルダ当接領域１０９とが一体状に成形されて構成される。ツールホルダ当接領域１０９は、本発明における「ホルダ当接領域」に対応する要素である。本実施の形態では、基部領域１０７はアルミニウム合金で形成され、ツールホルダ当接領域１０９は鋼材によって形成される。本実施の形態では、鋼材で形成されたツールホルダ当接領域１０９を構成する部材を成形金型内にセットした上でアルミ合金を当該成形金型に投入し、いわゆるインサート成形を経て、基部領域１０７とツールホルダ当接領域１０９とが一体状に成形されたバレル１０５を得る。
【００１５】
モータハウジング１０３ａ内にはモータ１１１が設けられ、バレル１０５内には運動変換機構１２０を構成するクランク１２３の一部、エアシリンダ機構１３０、打撃力伝達機構１５０が配置される。さらにバレル１０５のツールホルダ当接領域１０９に嵌合状に固定されたツールホルダ１７５には、先端工具機構１７０が着脱自在に接続される。
【００１６】
モータ１１１は、作業者が特に図示しないスイッチ１１３を投入することによって通電駆動され、モータ出力軸１１１ａに回転駆動力が出力される。運動変換機構１２０は、モータ出力軸１１１ａと噛み合い係合するギア１２１、ギア１２１とともに回転するギアシャフト１２３、ギアシャフト１２３回りに回転するギア１２１の回転中心から所定距離偏心した位置に一方の端部が接続されたクランク１２５、当該クランク１２５の他端側に取り付けられた駆動側ピストン１３１を主体として構成される。
【００１７】
エアシリンダ機構１３０は、駆動側ピストン１３１とストライカ１３３とをボア内に摺動可能に収容するシリンダ１３７と、シリンダ１３７のボア内にて駆動側ピストン１３１とストライカ１３３との間に区画形成されるエアチャンバー１３５を主体として構成される。さらに電動ハンマー１０１の主要部の構成を詳細に示す図２から理解されるように、ストライカ１３３の外周部には当該ストライカ１３３の外周面を周回するようにシール部材１３４が配置され、シリンダ１３７のボア内壁とストライカ１３３との間をシールし、これによってエアチャンバー１３５内のエアが外部に漏出するのを防止している。なお、ストライカ１３３は本発明における「衝撃子」に対応する要素である。
【００１８】
打撃力伝達機構１５０は、図１および図２に示されるように、エアシリンダ機構１３０を介して高速で直線運動するストライカ１３３の打撃を受承して直線運動するインパクトボルト１５１を主体として構成される。インパクトボルト１５１は本発明における「中間子」に対応する要素である。当該インパクトボルト１５１は、その直線運動の方向（図中左右方向）に長軸を有するロッド状部材として構成されるとともに、その中央領域に大径部１５２が形成され、当該大径部１５２の先端側（図中左側）にはテーパー状の肩部１５３が形成される。また大径部１５２の外周面はツールホルダ１７５の内周面に往復動可能に摺接する。
【００１９】
ツールホルダ１７５は、中空筒状に形成され、その内周面に大径部１５２が往復動可能に摺接するのを許容しつつインパクトボルト１５１を収容するとともに、後述する先端工具機構１７０を電動ハンマー１０１側に止着するための部材である。ツールホルダ１７５の内周面にはインパクトボルト１５１に向かう肩部１７６が形成されている。インパクトボルト１５１がその長軸前方（図中左方向）に直線運動し、当該インパクトボルト１５１の大径部１５２の肩部１５３とツールホルダ１７１の肩部１７６が相互に当接した場合、インパクトボルト１５１の長軸方向（図中左方向）への運動エネルギが、肩部１５３，１７６同士の打撃を通じてツールホルダ１７５に伝達されることとなる。なお、ツールホルダ１７５は本発明における「ホルダ」に対応する要素である。
【００２０】
ツールホルダ１７５は、その外周面がツールホルダ当接領域１０９の筒状内壁部に摺接することでバレル１０５に収容される。一方、ツールホルダ当接領域１０９の前方箇所には、環状の弾性体リング１７８、ワッシャ１７９およびサークリップ（止め輪）１８０が順次配列されている。サークリップ１８０はツールホルダ当接領域１０９の前方内壁部に凹状に形成された溝に嵌合状に設置されている。そして、後述するようにインパクトボルト１５１の運動エネルギーがツールホルダ１７５に打撃力として伝達された場合、当該ツールホルダ１７５はバレル１０５のツールホルダ当接領域１０９内を軸方向前方側へ摺動しようとするが、かかるツールホルダ１７５の摺動エネルギーは、上記弾性体リング１７８、ワッシャ１７９、サークリップ１８０を経由し、当該サークリップ１８０を溝で係止するツールホルダ当接領域１０９がしっかりと受承する。
【００２１】
先端工具機構１７０は、ツールホルダ１７５の内周面に往復動可能に保持されて被加工材にハンマー作業を遂行する工具ビット１７１と、ツールホルダ１７５に工具ビット１７１を着脱自在に保持させるための工具ビット止着部１７３を主体として構成される。工具ビット１７１は本発明における「工具」に対応する要素である。
【００２２】
上記のように構成される電動ハンマー１０１の作用および使用方法について以下に説明する。作業者がスイッチを投入すると、図１に示すモータ１１１が通電駆動される。モータ１１１が駆動されると、当該モータ１１１の回転駆動力はモータ出力軸１１１ａを介してギア１２１に伝達され、ギア１２１はギアシャフト１２３とともに回転駆動される。なおモータ出力軸１１１ａに対するギア１２１のギア比を選択することでモータ１１１からギア１２１への変速比が適宜設定される。ギア１２１の回転により、当該ギア１２１の回転中心から所定量シフトして配置されたクランク１２５の一端側がギアシャフト１２３回りに公転運動し、これによりクランク１２５の他端側に遊嵌状に取付けられた駆動側ピストン１３１がシリンダ１３７のボア内で図中左右方向に往復直線運動を行う。駆動側ピストン１３１の往復直線運動に伴い、当該駆動側ピストン１３１とピストン状のストライカ１３３との間のエアチャンバー１３５が適宜圧縮膨張作用を繰り返し、これによってストライカ１３３が図中左右方向に直線運動可能とされる。
【００２３】
例えば駆動側ピストン１３１がシリンダ１３７のボア内において電動ハンマー１０１の先端方向（図中左方向）に直線運動すると、エアチャンバー１３５が圧縮される。これによりストライカ１３３は、いわゆる空気バネの作用によって駆動側ピストン１３１の移動速度よりも高速でインパクトボルト１５１に向かって直線運動する。ストライカ１３３がインパクトボルト１５１に衝突することで、ストライカ１３３の運動エネルギーがインパクトボルト１５１に伝達され、当該インパクトボルト１５１は工具ビット１７１に向かって高速で直線運動する。インパクトボルト１５１が工具ビット１７１に衝突することで、インパクトボルト１５１の運動エネルギーが工具ビット１７１に伝達され、当該工具ビット１７１は前方に高速で直線運動し、これによって特に図示しない被加工材に対するハンマー作業が遂行されることとなる。
【００２４】
なおストライカ１３３の駆動については、特に詳細に図説しないものの、シリンダ１３７に穿設された吸気孔の位置および直径、ストライカ１３３の重量、クランク１２３のギア１２１の回転中心からの偏心量、シリンダ１３７のボア径等といった様々なパラメータを総合して適宜設定可能である。
【００２５】
本実施の形態における電動ハンマー１０１では、ストライカ１３３およびインパクトボルト１５１に対する工具ビット１７１の相対的な位置関係は自動的にコントロールされるものではなく、ストライカ１３３およびインパクトボルト１５１が最適のタイミングで工具ビット１７１を打撃駆動しない場合が生じ得る。例えば図２に示す状態では、工具ビット１７１が電動ハンマー１０１の奥部側（図中右側）に位置することにより、インパクトボルト１５１の大径部１５２（肩部１５３）がツールホルダ１７５の肩部１１７６から十分離間した状態で、インパクトボルト１５１が工具ビット１７１に当接するため、ストライカ１３３の運動エネルギーがインパクトボルト１５１を介して工具ビット１７１に効率よく伝達される。一方、図２に示す状態よりも工具ビット１７１が電動ハンマー１０１先端側（図中左側）に位置する場合には、ストライカ１３３の打撃によって直線運動するインパクトボルト１５１が工具ビット１７１に当接する前に、大径部１５２の肩部１５３がツールホルダ１７５の肩部１７６に当接する可能性がある。
【００２６】
さらに、例えば工具ビット１７１が被加工材に当接しない無負荷の状態で電動ハンマー１０１が駆動される場合がある。この場合、工具ビット１７１は被加工材に当接しないため長軸方向への移動が全く規制されない状態となり、従ってインパクトボルト１５１は、工具ビット１７１に衝突しつつ、さらに工具ビット１７１側（図中左側）へと移動し、大径部１５２の肩部１５３がツールホルダ１７５の肩部１７６を打撃することになる。
【００２７】
このときインパクトボルト１５１のツールホルダ１７５への打撃作用により、当該ツールホルダ１７５は電動ハンマー１０１先端方向へ強く押圧されるため、ツールホルダ１７５が連結されたバレル１０５には電動ハンマー１０１の先端方向への強い引張り力が作用することになる。具体的には、インパクトボルト１５１の打撃作用により、当該インパクトボルト１５１の運動エネルギーがツールホルダ１７５に打撃力として伝達された場合、当該ツールホルダ１７５はバレル１０５のツールホルダ当接領域１０９内を軸方向前方側へ摺動しようとする。
【００２８】
本実施の形態では、かかるツールホルダ１７５の摺動エネルギーは、弾性体リング１７８が緩衝するとともに、当該弾性体リング１７８、ワッシャ１７９、サークリップ１８０を経由し、当該サークリップ１８０を溝で係止するツールホルダ当接領域１０９が受承する。ツールホルダ当接領域１０９は、本実施の形態では、ツールホルダ１７５の後端部（ツールホルダ１７５の図２中右端部）までの軸方向長さ寸法を有しつつ基部領域１０７と一体に成形されており、ツールホルダ１７５へ伝達されたインパクトボルト１５１の打撃力は、かかるツールホルダ当接領域１０９に伝達した後で基部領域１０７との接触面全体に分散し、当該基部領域１０７が受ける単位面積当たりの応力が小さくなるように構成される。かくして、ツールホルダ１７５がインパクトボルト１５１の打撃力を受承する場合であっても、バレル１０５の一部であるツールホルダ当接領域１０９が鋼材という高強度部材で形成されていることにより、かかる打撃力を確実に受け止めるとともに、かかる打撃力を分散して基部領域１０７との接触面全体に分散し、基部領域１０７に作用する単位面積当たりの応力を低減することが可能である。従って、高強度性を確保しにくいアルミニウム合金という材質で形成された基部領域１０７の保護を万全なものとし、バレル１０５の変形や、ツールホルダ１７５のバレル１０５からの離脱を効果的に防止する。
【００２９】
本実施の形態では、ツールホルダ当接領域１０９が、ツールホルダ１７５のバレル１０５への当接箇所と概ね一致する軸方向長さ寸法を有しつつ、ツールホルダ１７５の後端部まで延在することにより、ツールホルダ１７５をツールホルダ当接領域１０９によって軸方向に長く面接触状態で摺動可能に受けることが可能となる。これにより、ツールホルダ１７５の軸心維持機能が確保されることとなる。具体的には、ハンマー作業時にツールホルダ１７５が長軸方向を向かずバレル１０５内でいわゆる「こじれ」を生じるといった不具合を効果的に防止することが可能である。
【００３０】
一方、バレル１０５のうち、ツールホルダ当接領域１０９以外の基部領域１０７については、本実施の形態ではアルミニウム合金で成形されているため、上記のようにツールホルダ当接領域１０９にツールホルダ１７５からの力をしっかりと受け止めさせる一方、バレル１０５全体の軽量性を当該基部領域１０７で確保する。また基部領域１０７とツールホルダ当接領域１０９は、個別に成形した上で接合して構成するのではなく、成形の段階から一体状とされているため、基部領域１０７とツールホルダ当接領域１０９とを事後的に接続するためのネジ溝や接合フランジ等を設ける必要がなく、バレル１０５の構造の簡便性を維持することが可能である。
【００３１】
なおツールホルダ当接領域１０９は、ツールホルダ１７５への当接面積が大きくなる程にツールホルダ１７５の引張り力による単位面積あたりの応力を小さくし、これによって耐衝撃性を向上することができる一方、鋼材で成形されたツールホルダ当接領域１０９をあまり大きくするとバレル１０５の重量増大を招来するため、両者のバランスを総合的に図ることが望ましい。
【００３２】
なお本実施の形態では、バレル１０５全体の軽量性を確保する趣旨に鑑み、当該バレル１０５を構成する基部領域１０７につき、アルミニウム合金でなく、マグネシウム合金で成形してもよい。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、衝撃子の運動エネルギーを打撃によって工具に伝達して加工作業を行う電動工具において、中間子の強い打撃力を確実に受け止めることが可能であるとともに軽量性が確保された合理的なハウジング構造を構築するのに資する技術が提供されることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る電動ハンマーの全体構成を示す平面断面図である。
【図２】本実施の形態に係る電動ハンマーの主要部の構成を示す部分的断面図である。
【符号の説明】
１０１ 電動ハンマー
１０３ａ モータハウジング
１０３ｂ ギアハウジング
１０３ｃ ハンドグリップ
１０５ バレル（ハウジング本体部）
１０７ 基部領域
１０９ ツールホルダ当接領域
１１１ モータ
１２０ 運動変換機構
１２１ ギア
１２３ ギアシャフト
１２５ クランク
１３０ エアシリンダ機構
１３１ 駆動側ピストン
１３３ ストライカ（衝撃子）
１３４ シール部材
１３５ エアチャンバー
１３７ シリンダ
１５０ 打撃力伝達機構
１５１ インパクトボルト（中間子）
１５２ 大径部
１５３ 肩部
１７０ 先端工具機構
１７１ 工具ビット（工具）
１７３ 工具ビット止着部
１７５ ツールホルダ
１７６ 肩部
１７８ 弾性体リング
１７９ ワッシャ
１８０ サークリップ

Claims (3)

1. モータを介して直線運動する衝撃子と、前記衝撃子による打撃によって当該衝撃子の移動方向に移動する中間子と、前記中間子による打撃によって所定の加工作業を行う工具と、前記中間子の打撃を受承するホルダと、前記ホルダを支持する筒状のハウジング本体部とを有する電動工具であって、
   前記ハウジング本体部は、基部領域と、前記ホルダを支持するべく当該ホルダに当接するホルダ当接領域とが一体状に成形されてなるとともに、前記ホルダ当接領域が前記基部領域と異なる材質で形成され、
   前記ホルダ当接領域は、その筒状外周部が長軸方向の全長にわたって前記基部領域の内周に接触されるとともに、打撃方向先端側の端面には前記基部領域に形成された内径方向に突出する突出部が被さり、これにより前記ホルダ当接領域に作用する衝撃を、前記基部領域が前記ホルダ当接領域との接触面全体および前記突出部で分散して受ける構成としたことを特徴とする電動工具。
2. 請求項１に記載の電動工具であって、前記基部領域はアルミ合金またはマグネシウム合金によって形成され、前記ホルダ当接領域は鋼材によって形成されることを特徴とする電動工具。
3. 請求項２に記載の電動工具であって、前記ハウジング本体部は、インサート成形により、前記ホルダ当接領域を構成する鋼材に対して前記基部領域を形成するアルミ合金またはマグネシウム合金が一体化されて成形されることを特徴とする電動工具。

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