JP4380845B2 - 手持ち式ドリル装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【技術分野】
本発明は、軸線方向の打撃力を発生させる打撃機構を具える手持ち式のドリル装置に関するものである。
【0002】
【背景技術】
固定技術分野及び建設・解体技術分野においては、ドリル工具を回転させるための回転駆動機構と、工具に衝撃的な打撃力を作用させる打撃機構とを具える手持ち式のドリル装置が普及している。この場合、軸線方向の打撃力は、例えば、コンクリート、岩石、レンガ壁等の破壊しにくい基材にドリル加工を施す際に、ドリル工具による分解作用をバックアップする。コンクリートや岩石等の、極めて堅くて緻密な基材を加工する場合、電動空圧式の打撃機構を具える手持ち式ドリル装置が非常に好適である。この種の手持ち式ドリル装置は既知であり、例えば、本出願人により製造販売されている。このようなドリル工具における電動空圧式の打撃機構は、例えば約45Hz〜約80Hzの比較的低い打撃周波数において、例えば、約2J〜約8Jの比較的高い打撃エネルギを有する軸線方向の打撃力を生じる設計とされている。軸線方向の打撃力の打撃エネルギが大きいため、手持ち式ドリル装置は中空レンガ壁の加工には必ずしも適当ではない。
【0003】
電動空圧式の打撃機構を有する手持ち式ドリル装置以外に、機械的な打撃機構を有する手持ち式ドリル装置も既知である。そのようなドリル装置として、主に家庭用のラチェットドリル装置や、業務用又は準業務用のばね・ハンガー式又はばね・カム式の打撃機構を具える手持ち式ドリル機を挙げることができる。これら既知の手持ち式ドリル装置における打撃機構は、例えば、約0.03J〜約0.3Jの比較的低い打撃エネルギと、例えば、約700Hz以下の比較的高い打撃周波数とを有する軸線方向の打撃力を発生する。この種の手持ち式ドリル装置は、打撃エネルギが小さいため、中空レンガ壁を打撃力の作用下で加工するために適用可能であり、その際に中空レンガを破壊することはない。他方、例えばコンクリートや岩石等の硬質基材を加工するために、機械的な打撃機構を具える手持ち式ドリル装置を使用することは稀である。その理由は、機械的な打撃機構により発生される軸線方向の打撃力の打撃エネルギが低いため、使用者は手持ち式ドリル装置を基材に対して比較的強く押圧する必要があり、その場合でも達成可能なドリル性能が業務用として通常は不充分だからである。
【0004】
コンクリート、中空レンガ壁等の各種基材を加工するためには、軸線方向の打撃力を作用させる2種以上の手持ち式ドリル装置が必要となる。これらのドリル装置により発生される軸線方向の打撃力は、基材を損傷せずに充分なドリル性能をもって加工可能とするため、それぞれの基材に適した打撃エネルギ及び打撃周波数に設定されている。建造物は、通常、完全に均質な建材から構成されるものではない。例えば、建造物の基礎構造体はコンクリートから、その間の部分はレンガ壁、特に、中空レンガ壁から構築される場合がある。したがって、使用者は、これらの異なる基材にドリル孔や開口部等を形成する際に、多様な所要打撃エネルギに対応する打撃機構を具える手持ち式ドリル装置を少なくとも2種以上用意する必要がある。しかし、2種以上の手持ち式ドリル装置を常時携帯することは期待すべくもない。したがって、それぞれの基材に適合するドリル装置を調達するために不所望の作業遅延が生じる。
【0005】
【発明の課題】
本発明の課題は、従来技術における上述した問題点を解消するため、単一の手持ち式ドリル装置を使用するにも拘らず、その都度の作業対象に応じて最適条件下で基材を加工することができ、異なる仕様のドリル装置の調達に必要とされる作業遅延を解消することである。
【0006】
【課題の解決手段】
この課題を解決するため、本発明による手持ち式ドリル装置は、請求項1に記載された事項を特徴とするものである。すなわち、本発明によるドリル装置は、ハウジング内に軸線方向の打撃力を発生するための第1の打撃機構を配置し、その打撃力を、工具ホルダで把持した回転可能なドリル又はチゼル工具に伝達可能とした基本的構成を有している。本発明においては、そのハウジング内に、第1の打撃機構による打撃力に対して打撃エネルギ及び/又は打撃周波数において少なくとも部分的に相違する軸線方向の打撃力を発生するための第2の打撃機構を配置する。そして、工具ホルダで把持したドリル又はチゼル工具に対し、第1の打撃機構及び第2の打撃機構の少なくとも一方による打撃力を選択的に負荷可能とし、さらに、所要に応じてドリル又はチゼル工具を、軸線方向の打撃力を負荷しない条件下でも回転駆動可能としたものである。
【0007】
本発明による手持ち式ドリル装置は、打撃エネルギ及び/又は打撃周波数において少なくとも部分的に相違する軸線方向の打撃力を発生するための複数の打撃機構を単一の手持ち式ドリル装置に統合したものである。その結果、高い打撃エネルギ及び低い打撃周波数を有する軸線方向の打撃力を発生するための第1の打撃機構単独か、低い打撃エネルギ及び高い打撃周波数を有する軸線方向の打撃力を発生するための第2の打撃機構単独か、あるいは両打撃機構を同時に、それぞれ選択的に作動可能であるため、多様な物性を有する基材に対して打撃力及び打撃周波数を極めて容易に適合させることができる。様々な打撃エネルギ及び打撃周波数を有する軸線方向の打撃力を発生させるために、従来のように仕様の異なる複数種のドリル装置を準備することは不要となる。ドリル装置における打撃機構が発生する打撃力の各パラメータは、作業現場において各種基材に容易に適合させることができる。本発明によるドリル装置は、軸線方向の打撃力を負荷しない条件下でも作動可能であり、この場合には両打撃機構は不作動状態に維持する。この作動モードは、例えば、木材や金属に対して、軸線方向の打撃力を及ぼさず、もっぱら工具の高速回転によりドリル加工を施すのに好適である。
【0008】
硬度の異なる多様な基材に対して本発明による手持ち式ドリル装置を使用可能とするため、第1の打撃機構及び第2の打撃機構が発生する軸線方向の打撃力は、打撃エネルギ比を約6:1〜約250:1とし、打撃周波数比を約1:11〜約1:15とするのが好適である。この場合,打撃エネルギ比を約10:1〜約40:1とするのが特に好適である。
【0009】
第1の打撃機構を、ガイドシリンダ内に配置した駆動ピストン及びフリーピストンと、ガイドシリンダの軸線方向延長線上に配置したドリル又はチゼル工具に衝突する打撃部材とを具える電動空圧式の打撃機構として構成し、第2の打撃機構は前記打撃部材と協働する機械的な打撃機構として構成するのが好適である。この場合には、基材に応じて最適の打撃エネルギ及び打撃周波数が、例えば、電動空圧式の打撃機構と機械的な打撃機構との完全に異なる打撃力発生メカニズムによって容易に実現されるものである。
【0010】
機械的な打撃機構は、簡単なラチェット式又はばね・ハンガー式の打撃機構として構成することが可能であるが、低い打撃力にも拘わらず充分なドリル性能を実現できる構造上の利点に鑑み、ばね・カム式の打撃機構として構成するのが有利である。
【0011】
本発明によるドリル装置を硬度の異なる各種基材に対しても広範囲に使用可能とするため、電動空圧式の打撃機構により約2J〜約8Jの打撃エネルギ及び約45Hz〜約80Hzの打撃周波数を有する軸線方向の打撃力を発生可能とし、ばね・カム式の打撃機構により約0.03J〜約0.3Jの打撃エネルギ及び約50Hz〜約700Hzの打撃周波数を有する軸線方向の打撃力を発生可能とするのが好適である。
【0012】
可能な限り省スペースの構造を実現するため、ばね・カム式の打撃機構は、前記打撃部材が軸線方向に貫通するよう、電動空圧式の打撃機構のガイドシリンダに対して同軸的に配置するのが有利である。その際、ばね・カム式の打撃機構は、ハウジング内に回転不能に配置されたカムリングと、カムリングに対して回転可能に配置されたばね負荷型の打撃ピストンとで構成し、該打撃ピストンに、前記カムリングにおけるカムと協働して軸線方向の打撃力を発生するカムを設けた構成とするのが好適である。
【0013】
好適には打撃ピストンを、電動空圧式打撃機構のためのガイドシリンダを形成するスピンドルに回転結合されたスリーブと協働させ、そのスリーブの回転運動をトルク伝達素子を介して打撃ピストンに伝達可能とする。さらに、打撃ピストンに設けられたカムをカムリングのカムに乗り上げさせる際に打撃ピストンを、打撃部材を貫通させたばねの復元力に抗して、カムリングのカムから離間する方向に変位可能とし、カムが乗り上げた後、カムリングに接触するよう打撃部材に設けられている環状フランジに当接させる。これにより、軸線方向の打撃力がカムリングを介してハウジングに伝達されるのを阻止することが可能である。
【0014】
本発明による手持ち式ドリル装置の打撃機構は、選択的にオン・オフ切り換えを可能とする。そのために、例えば電動空圧式の打撃機構のオン・オフ制御に加えて、機械的な打撃機構にスイッチ素子を設け、このスイッチ素子により打撃ピストンのカムをカムリングのカムか離脱させる構成とすることができる。特に好適な実施形態においては、第1及び第2の打撃機構の両者を、好適には装置の作動中に、所定の判断基準に従って自動的にオン・オフ制御可能とする。
【0015】
【好適な実施形態】
以下、本発明を図示の好適な実施形態について更に具体的に説明する。
【0016】
図1は、本発明による手持ち式ドリル装置1を示す略図である。ドリル装置1のハウジング2にグリップ3を設け、このグリップ3にはドリル装置1を起動するためのメインスイッチ4を配置する。ハウジング2内に配置した電気部品には、電源ケーブル5を介して電力を供給する。図1に示すように、グリップ3から離れた側で、ハウジング2は、ドリル又はチゼル工具7を把持するための工具ホルダ6を具えている。ハウジング2内に電動式の駆動モータ8を配置し、駆動モータ8の出力軸9は二系統の出力軸を有するギア機構10と結合する。ギア機構10における第1の出力軸11は、工具ホルダ6で把持したドリル工具7を回転駆動するものである。そのために、第1の出力軸11上に設けたベベルギア12を、スピンドル14の外周面上に設けたベベルギア部分13に噛合わせ、そのスピンドル14を工具ホルダ6に対して一体回転可能に結合する。ギア機構10における第2の出力軸15は、スピンドル14に内蔵した電動空圧式の打撃機構16を駆動するものである。この打撃機構16により発生される軸線方向の打撃力は、工具ホルダ6で把持したドリル工具7に伝達可能とされている。上述したドリル装置1の構成は、例えば、本出願人の製造販売に係る従来型のハンマドリル装置におけるものと同様である。
【0017】
従来型のハンマドリル装置とは異なり、本発明によるドリル装置1は、上述した電動空圧式の打撃機構16(「第1の打撃機構」と称する。)に加えて、第2の打撃機構20を具える。第2の打撃機構20で発生され、工具ホルダ6で把持したドリル工具7に対して伝達可能な軸線方向の打撃力は、第1の打撃機構16が発生する軸線方向の打撃力とは、打撃エネルギ及び打撃周波数において少なくとも部分的に相違する。第2の打撃機構10は、例えばラチェット式、ばね・ハンガー式又はばね・カム式の機械的な打撃機構で構成するのが好適である。
【0018】
図2は、第1及び第2の打撃機構16,20を示す縦断面図である。以下の説明は、本発明の理解に必要とされる範囲に限定する。ギア機構10における第2の出力軸15は、これに対して偏心的に配置された第1の打撃機構16の駆動ピストン17を駆動するものである。駆動ピストン17はガイドシリンダとしてのスピンドル14内で案内され、スピンドル14は、第1の出力軸11で駆動されるベベルギア12と噛合ったベベルギア部分13を介して、その中心軸線Aの周りで回転可能とされている。駆動ピストン17が偏心的に配置されている結果、出力軸15の回転運動はガイドシリンダ14内での駆動ピストン17の往復並進運動に変換される。図2は、工具ホルダ6を軸線方向に前進移動する直前の、後死点における駆動ピストン17を示す。駆動ピストン17の軸線方向運動は、ガイドシリンダ14内のエアクッションを介してフリーピストン18に伝達される。したがって、フリーピストン18は、軸線方向に周期的に往復運動するものである。工具ホルダ6に向けてのフリーピストン18の前進運動は、打撃部材19により制限される。その結果、打撃部材19は、フリーピストン18から伝達される軸線方向の打撃力を、工具ホルダ6で把持したドリル又はチゼル工具7に伝達する。フリーピストン18と駆動ピストン17との間に存在するエアクッションにより、打撃部材19により反発されたフリーピストン18の、駆動ピストン17に対する衝突が阻止される。このような構成を有する電動空圧式の打撃機構は既知であり、本出願人の製造販売に係るハンマドリル装置の要部でもある。上述した基本原理から逸脱せずに、電動空圧式の打撃機構16に種々の変更を施すことが可能であることは勿論である。なお、好適には、電動空圧式の打撃機構16により発生させる軸線方向の打撃力は、約2J〜約8Jの打撃エネルギ及び約45Hz〜約80Hzの打撃周波数を有するものとする。
【0019】
第2の打撃機構20は、第1の打撃機構16に対して同軸的に配置する。第2の打撃機構20は所謂「ばね・カム式」の打撃機構、すなわち、ハウジング2内に回転不能に保持されたカムリング21と、カムリング21に対して相対回転可能であると共にばね23の復元力に抗して軸線方向に変位可能な打撃ピストン22とを具える打撃機構として形成する。カムリング21及び打撃ピストン22には、打撃部材19を軸線方向に貫通させる。ばね23を打撃ピストン22とスリーブ24との間に配置し、スリーブ24は第1の打撃機構16におけるガイドシリンダとしてのスピンドル14に回転結合する。電動モータ8で回転駆動されるスピンドル14のトルクは、一方では、工具ホルダ6で把持したドリル又はチゼル工具7に打撃部材19を介して伝達される。他方、トルクは、スリーブ24及びトルク伝達素子25を介して打撃ピストン22にも伝達される。スリーブ24及び打撃ピストン22の間に配置されたトルク伝達素子25は、軸線方向溝26内に保持されたトルク伝達ボールで構成するのが好適である。なお、ばね・カム式とした第2の打撃機構20は、必要に応じてスイッチ素子31で不作動位置に維持可能とする。
【0020】
図3は、図2に示した第2の打撃機構20の拡大図である。カムリング21及び打撃ピストン22には、打撃部材19が軸線方向に貫通している。カムリング21はハウジング2に対して相対回転不能に結合し、例えばねじ32で固定する。カムリング21に設けられているカム27は、第2の打撃機構20の作動中に、カムリング21と対向する打撃ピストン22の側に設けたカム28と係合する。スピンドル14のトルクは、スピンドル14に一体回転可能に連結したスリーブ24とトルク伝達素子25とを介して、打撃ピストン22に伝達する。打撃ピストン22がカムリング21に対して相対回転する間に、カム27,28は相対的に摺動して打撃ピストン22の回転運動を並進運動に変換する。その際、打撃ピストン22は打撃ピストン22及びスリーブ24の間に配置されたばね23の復元力に抗して後退移動するため、予圧されたばね23はカム27,28の高さに相当するストロークだけ更に圧縮される。打撃ピストン22がカムリング21に対して更に相対回転すると最大ストロークを超過するので、カム27,28のエッジが相互に乗越え、打撃ピストン22の並進的な前進運動が再開される。すなわち、予圧されたばね23が打撃ピストン22を、その環状カラー29が打撃部材19の環状カラーに当接するまで、カムディスク21に向けて軸線方向前方に加速する。その際、環状カラー30とカムリング21の相対的位置関係を適切に定めることにより、打撃ピストン22の軸線方向における打撃エネルギがもっぱら打撃部材19に伝達され、カムリング21には伝達されない構成とする。かくして打撃部材19は、ばね・カム式とした第2の打撃機構20が発生した軸線方向の打撃力を、工具ホルダ6で把持したドリル・チゼル工具7に伝達する。
【0021】
ばね・カム式とした第2の打撃機構20が発生する軸線方向の打撃力の打撃エネルギは、ばね23の予圧力と、ストロークを決定するカム27,28の高さに依存する。第2の打撃機構20は、約0.03J〜約0.3Jの打撃エネルギを有する軸線方向打撃力を発生する設計とするのが好適である。また、軸線方向の打撃力の周波数は、カムディスク21及び打撃ピストン22の外周領域で互いに協働するカム27,28の凹凸数に依存する。軸線方向の打撃力は、約50Hz〜約700Hzの周波数をもって発生させるのが好適である。
【0022】
図3に示すように、ばね・カム式の打撃機構20を所要に応じて不作動状態に維持するため、カム27,28はスイッチ素子31により係合解除可能とする。図3には、スイッチ素子31として、ハウジング2外部から手動調整可能としたねじを示している。スイッチ素子31は、所定の判断基準に基づいてカム27,28間で自動的に係合・離脱可能とした調整部材とすることも可能である。電動空圧式の打撃機構を具える既知のハンマドリル装置の場合、この種の調整部材は通常はオン・オフ制御可能とされている。本発明による手持ち式ドリル装置は、オン・オフ制御が可能なばね・カム式の打撃機構20を追加したことにより、使用時における優れた汎用性を達成することが可能である。第1の使用モードにおいて、ドリル装置は、軸線方向の打撃力を負荷しない条件下で作動可能である。このことは、例えば、鋼又は木材に対するドリル加工に際して必要であり、その場合にドリル孔は、ドリル又はチゼル工具に軸線方向の打撃力を作用させない条件下で、もっぱら工具の高速回転により形成される。その他の使用モードは、第1の打撃機構及び/又は第2の打撃機構を選択的に作動させて達成する。すなわち、例えばコンクリート基材を加工する場合には第1の打撃機構のみを作動させ、高い打撃エネルギと低い打撃周波数を有する軸線方向の打撃力を工具に負荷する。また、第2の打撃機構のみを作動させ、低い打撃エネルギと高い打撃周波数を有する軸線方向の打撃力を工具に負荷する場合には、中空レンガにその破壊を伴わずにドリル加工を施すことが可能である。さらに、特殊な用途に対して、両打撃機構を同時に作動させることも可能である。
【0023】
以上においては本発明を、電動空圧式とした第1の打撃機構と、ばね・カム式とした第2の打撃機構とを具える手持ち式ドリル装置に適用した実施形態について説明したが、本発明の範囲内において他の形式の打撃機構を適宜に組合わせることが可能である。例えば、電動空圧式の打撃機構と、ラチェット式又はばね・ハンガー式の打撃機構との組合わせが可能であり、打撃エネルギ及び打撃周波数において相違する2個の機械的な打撃機構を組合わせても良い。更に、いずれも電動空圧式とされ、打撃エネルギ及び打撃周波数において互いに相違する2個の打撃機構を組合わせることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による手持ち式ドリル装置を示す略図である。
【図2】 本発明によるドリル装置の第1及び第2打撃機構を示す断面図である。
【図3】 本発明によるドリル装置の第2打撃機構を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
1 ドリル装置
2 ハウジング
3 グリップ
4 メインスイッチ
5 電源ケーブル
6 工具ホルダ
7 ドリル又はチゼル工具
8 駆動モータ
10 ギア機構
11 第1の出力軸
12 ベベルギア
13 べベルギア部分
14 スピンドル
15 第2の出力軸
16 第1の打撃機構
17 駆動ピストン
18 フリーピストン
19 打撃部材
20 第2の打撃機構
21 カムリング
22 打撃ピストン
23 ばね
24 スリーブ
25 トルク伝達素子
26 溝
27,28 カム
29,30 環状カラー
31 スイッチ素子

Claims (9)

  1. ハウジング(2)内に軸線方向の打撃力を発生するための第1の打撃機構(16)を配置し、その打撃力を、工具ホルダ(6)で把持した回転可能なドリル又はチゼル工具(7)に伝達可能とした手持ち式ドリル装置(1)において、前記ハウジング(2)内に、第1の打撃機構(16)による打撃力に対して打撃エネルギ及び/又は打撃周波数において少なくとも部分的に相違する軸線方向の打撃力を発生するための第2の打撃機構(20)を配置し、前記ドリル又はチゼル工具(7)に対し、第1の打撃機構(16)及び第2の打撃機構(20)の少なくとも一方による打撃力を選択的に負荷可能とし、さらに、前記ドリル又はチゼル工具(7)を、軸線方向の打撃力を負荷しない状態でも回転駆動可能としたことを特徴とするドリル装置。
  2. 請求項1記載のドリル装置において、第1の打撃機構(16)及び第2の打撃機構(20)が発生する軸線方向の打撃力は、打撃エネルギ比を約6:1〜約250:1とし、打撃周波数比を約1:11〜約1:15としたことを特徴とするドリル装置。
  3. 請求項1又は2に記載のドリル装置において、第1の打撃機構(16)を、ガイドシリンダ(14)内に配置した駆動ピストン(17)及びフリーピストン(18)と、ガイドシリンダ(14)の軸線方向延長線上に配置したドリル又はチゼル工具(7)に衝突する打撃部材(19)とを具える電動空圧式の打撃機構として構成し、第2の打撃機構(20)は前記打撃部材(19)と協働する機械的な打撃機構として構成したことを特徴とするドリル装置。
  4. 請求項3記載のドリル装置において、前記機械的打撃機構(20)を、ばね・カム式の打撃機構として構成したことを特徴とするドリル装置。
  5. 請求項4記載のドリル装置において、前記電動空圧式の打撃機構(16)により約2J〜約8Jの打撃エネルギ及び約45Hz〜約80Hzの打撃周波数を有する軸線方向の打撃力を発生可能とし、前記ばね・カム式の打撃機構(20)により約0.03J〜約0.3Jの打撃エネルギ及び約50Hz〜約700Hzの打撃周波数を有する軸線方向の打撃力を発生可能としたことを特徴とするドリル装置。
  6. 請求項4又は5に記載のドリル装置において、前記ばね・カム式の打撃機構(20)は、前記打撃部材(19)が軸線方向に貫通するよう、前記電動空圧式の打撃機構(16)のガイドシリンダ(14)に対して同軸的に配置したことを特徴とするドリル装置。
  7. 請求項6記載のドリル装置において、前記ばね・カム式の打撃機構(20)を、前記ハウジング(2)内に回転不能に配置されたカムリング(21)と、カムリング(21)に対して回転可能に配置されたばね負荷型の打撃ピストン(22)とで構成し、該打撃ピストン(22)に、前記カムリング(21)におけるカム(27)と協働して軸線方向の打撃力を発生するカム(28)を設けたことを特徴とするドリル装置。
  8. 請求項7記載のドリル装置において、前記打撃ピストン(22)を、電動空圧式打撃機構(16)のためのガイドシリンダ(14)を形成するスピンドル(14)に回転結合されたスリーブ(24)と協働させ、該スリーブ(24)の回転運動をトルク伝達素子(25)を介して打撃ピストン(22)に伝達可能とし、さらに、打撃ピストン(22)に設けられたカム(28)をカムリング(21)のカム(27)に乗り上げさせる際に打撃ピストン(22)を、打撃部材(19)を貫通させたばね(23)の復元力に抗して、カムリング(21)のカム(27)から離間する方向に変位可能とし、カム(27,28)が乗り上げた後、カムリング(21)に接触するよう打撃部材(19)に設けられている環状フランジ(30)に当接させることを特徴とするドリル装置。
  9. 請求項7又は8に記載のドリル装置において、前記第2の打撃機構(20)を作動状態及び不作動状態に選択的に維持可能とするスイッチ素子(31)を設けたことを特徴とするドリル装置。
JP21065699A 1998-07-25 1999-07-26 手持ち式ドリル装置 Expired - Fee Related JP4380845B2 (ja)

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