JP5056584B2 - 駆動工具 - Google Patents

Description

本発明は、駆動工具に関し、より詳細には、中間子による衝撃力をビットに伝達することによってビットに衝撃力を付与することが可能な駆動工具に関する。

今日、一般的に用いられているハンマードリルは、工具先端に設置されたビットを回転駆動させると共に、回転駆動するビットに対して打撃を加える構成となっており、この打撃力により、十分な穿孔能力を実現させる構造となっている（例えば、特許文献１参照）。

一般的なハンマードリルでは、モータの出力軸における回転力を第１ギヤを介して中間軸に伝達して中間軸を回転させ、さらに中間軸に噛合された第２ギヤを介してビットが固定されるシリンダの回転を行う構造となっている。

また、中間軸には、中間軸に対して遊嵌されたボスと、軸線を傾けた状態でボスの外周に形成される溝部に沿って回転可能に取り付けられる連結アームと、中間軸とボスとを係合させることにより中間軸の回転に応じてボスを回転させるためのクラッチとが設けられている。クラッチをつないだ状態で中間軸を回転させると、中間軸の回転に対応してボスが回転し、ボスの外周に設けられる連結アームは、ボスの回転に応じて連結アームのロッド部の傾動方向を変化させ、このロッド部の傾動変化に伴ってロッド部の先端部がシリンダの延設方向に沿った進退運動を行う。なお、このような連結アーム、ボスなどの動きに基づいて回転運動を進退運動に変換させる機構をレシプロ機構という。

このように、中間軸の回転運動が連結アームを介して進退運動に変換され、この進退運動に対応してピストンが駆動されることによって、衝撃力をビットに付与することが可能となっている。
特開２００４―１６７６３８号明細書

一方で今日では、作業速度の迅速化や、穿孔作業における作業性向上を目的として、ハンマードリルにおける打撃力向上を求める要求が高まっている。このような要求に応えるため、ピストンの駆動に応じて圧縮される空気室の圧力を高めて、打撃子の衝撃エネルギーを向上させる方法が考えられているが、空気室の圧力上昇により、ピストン、連結アームおよびボスなどのレシプロ機構の部品に対して多大な負荷が生じて、連結アームの破損等が発生するおそれがあるという問題があった。

このため、強力な打撃力を必要とする駆動工具では、レシプロ機構ではなくクランク構造を用いて打撃力を発生させるものが多いが、クランク構造を用いた駆動工具は、その構造により装置の大型化および重量増加を招く傾向があり、工具の取り扱い性を損なうおそれがあった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、レシプロ機構を採用しつつ打撃力に伴う耐久性を向上させることが可能な駆動工具を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る駆動工具は、モータの回転に伴って回転駆動される中間軸と、該中間軸に伴って回転可能に設置される共に、外周面において前記中間軸の軸線方向に対して所定角度だけ傾斜された状態で第１溝部が形成される環状回転部材と、前記環状回転部材が貫通される円形開口部が形成され、該円形開口部の内壁に対して前記第１溝部に充填されるベアリングを案内させるための第２溝部が形成される連結アーム本体部と、該連結アーム本体部の外周面において立設されるロッド部とを有する連結アームと、前記ロッド部の先端に接続されて前記中間軸の回転に伴って進退動されるピストンシリンダと、該ピストンシリンダの進退動に応じて工具先端に設置されたビットに衝撃力を付加する衝撃付加手段とを備える駆動工具であって、前記連結アーム本体部とロッド部との連結部分の厚みが、リング開口から外周部に向けて厚くなるように補強されていることを特徴とする。

本発明に係る駆動工具では、連結アーム本体部とロッド部との連結部分の厚みが、円形開口部の内側から外周部に向けて厚くなるように補強されている。このため、中間軸の回転運動がロッド部の先端において進退運動に変換される場合に、連結アーム本体部とロッド部との連結位置に加えられる負荷に耐えることが可能な耐久性を確保することが可能となる。従って、中間軸の回転速度を高めたり、衝撃付加手段に用いられる打撃子の質量を重くしたりして衝撃力を向上させる場合であっても、連結アーム本体部とロッド部との連結位置に加えられる負荷により、連結位置に金属疲労が生じて亀裂や破損が生じてしまうことを防止することが可能となる。

また、上記駆動工具において、前記補強は、前記連結アーム本体部とロッド部との連結部分だけに施されているものであることが好ましい。

このように、補強を連結アーム本体部とロッド部との連結部分だけに施すことによって、連結アーム自体の重量増加を最低限に抑えつつ、連結アームにおける効果的な補強を行うことが可能となる。
さらに、上記駆動工具において、前記連結アームおよび前記環状回転部材が浸炭材によって形成されているものであってもよい。

このように、連結アームおよび環状回転部材を浸炭材によって形成することによって、中間軸の回転が環状回転部材から連結アームに伝達される際に、ベアリングを介して環状回転部材の第１溝部と連結アーム本体部の第２溝部とに加えられる負荷を、環状回転部材と連結アーム本体部とにおいて十分に支えることが可能となる。従って、環状回転部材の第１溝部や連結アーム本体部の第２溝部が負荷により摩耗してしまうことを抑制することができ、ベアリングの円滑な回動を維持することが可能となる。

本発明に係る駆動工具によれば、連結アーム本体部とロッド部との連結部分の厚みが、円形開口部の内側から外周部に向けて厚くなるように補強されている。このため、中間軸の回転運動がロッド部の先端において進退運動に変換される場合に、連結アーム本体部とロッド部との連結位置に加えられる負荷に耐えることが可能な耐久性を確保することが可能となる。従って、中間軸の回転速度を高めたり、衝撃付加手段に用いられる打撃子の質量を重くしたりして衝撃力を向上させる場合であっても、連結アーム本体部とロッド部との連結位置に加えられる負荷により、連結位置に金属疲労が生じて亀裂や破損が生じてしまうことを防止することが可能となる。

以下、本発明に係る駆動工具について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係る駆動工具の一例であるハンマードリルを示した側方断面図である。

ハンマードリル１には、本体ハウジング２の後内部（図１の右側）にモータ３が収納されている。モータ３の出力軸４は、本体ハウジング２内に組み付けられたインナーハウジング６に対してボールベアリング７を介して回転可能に軸支されている。

また、インナーハウジング６の前側には、ボールベアリング８、９を介して軸支された中間軸１１が設けられており、中間軸１１は、出力軸４に対して平行になるようにして設置されている。中間軸１１の後端部には、第１ギヤ１３が歯合されており、さらにこの第１ギヤ１３には、出力軸４の先端部が歯合されている。このため、モータ３の出力軸４が回転する場合に、この出力軸４の回転が第１ギヤ１３を介して中間軸１１に伝達され、中間軸１１が回転する構造となっている。

また、本体ハウジング２におけるインナーハウジング６の前方側には、ブッシュ１５を介して本体ハウジング２に設けられたボールベアリング１４と、インナーハウジング６に設けられたすべり軸受１６とにより、本体ハウジング２において進退動を許容された状態で回転可能に支持されたシリンダ１８が設けられている。シリンダ１８の前部には、ビット２０を挿着することが可能となっている。

シリンダ１８には、中間軸１１の前方に設けられた第２ギヤ２１が噛合されている。このため、中間軸１１が回転すると、第２ギヤ２１を介して中間軸１１の回転がシリンダ１８に伝達され、シリンダ１８の回転に伴ってビット２０を回転駆動させることが可能となっている。

一方で、中間軸１１には、ボス（環状回転部材）２２が中間軸１１に対して回動可能に遊嵌されており、また、このボス２２の前側には、中間軸１１に対してスプライン結合されて一体に回転することが可能であり、さらに軸方向へスライドすること可能なクラッチ２６が設けられている。クラッチ２６は、複数のクラッチ爪を備えており、このクラッチ爪による係合により、中間軸１１およびボス２２に係合することが可能となっている。

クラッチ爪を用いてクラッチ２６がボス２２および中間軸１１と係合する場合には、中間軸１１の回転がクラッチ２６を介してボス２２に伝達され、ボス２２が回転駆動される。

一方で、クラッチ２６がクラッチ爪を解放してボス２２および中間軸１１との係合を解除した場合には、中間軸１１の回転がボス２２に伝達されなくなり、ボス２２は中間軸１１の回転状態にかかわらず、回転を停止した状態となる。

図２（ａ）は、ボス２２を示した外観斜視図であり、図２（ｂ）は、ボス２２を示した側方外観図であり、図２（ｃ）は、ボス２２を示した側方断面図である。

ボス２２は、ボス本体部２２ａと係合部２２ｂとが一体に形成されている。係合部２２ｂは、クラッチ２６との係合が行われる部分であり、図２（ｃ）に示すように、中間軸１１が貫通される貫通孔２２ｃの孔軸方向Ａに沿って多数の係止溝２２ｄが形成されている。クラッチ２６のクラッチ爪をこの係止溝２２ｄに係止させることによって、中間軸１１の回転に伴うボス２２の回転駆動を実現させることが可能となっている。

ボス本体部２２ａは、外周方向に対して緩やかに突出した略半球状断面を備えた環状構造（ドーナツ形状）を呈している。この環状構造部の略半球状断面の外表面には、貫通孔２２ｃの孔軸方向Ａに対して角度αだけ傾斜させた状態で半球状凹溝（第１溝部）２２ｅが形成されている。この半球状凹溝２２ｅには、スチールボール（ベアリング）２８を充填することが可能となっている。また、半球状凹溝２２ｅには、スチールボール２８を利用して半球状凹溝２２ｅの延溝方向に沿って回転移動することが可能な連結アーム２３が取り付けられている。

図３（ａ）は連結アーム２３の斜視図、図３（ｂ）は連結アーム２３の垂直断面図、図３（ｃ）は図３（ｂ）に示すａ部分を拡大した部分拡大断面図である。

連結アーム２３は、リング形状を呈する連結アーム本体部２４と、この連結アーム本体部２４の外周面に立設されるロッド部２５とが一体に形成されている。連結アーム本体部２４は、リング形状を呈しており、その内面にはスチールボール２８を内設させるための溝部（第２溝部）２４ｂが形成されている。また、ロッド部２５は連結アーム本体部２４の外周面より立設されており、その中心軸は、図３（ｂ）に示すように、連結アーム本体部２４に形成されたリング開口（円形開口部）２４ａの中心Ｐを通るように角度が規定されている。

連結アーム２３は、連結アーム本体部２４のリング開口２４ａにボス２２を貫通させ、さらにボス本体部２２ａの半球状凹溝２２ｅと連結アーム本体部２４の溝部２４ｂとの間にスチールボール２８を充填させることによって、ボス２２に対して円滑に回転駆動させることが可能となっている。

ここで、ボス本体部２２ａの半球状凹溝２２ｅは、貫通孔２２ｃの孔軸方向Ａに対して角度αだけ傾斜させた状態で形成されているため、中間軸１１の回転に伴ってボス２２が回転駆動される場合には、半球状凹溝２２ｅの傾斜角度に対応して連結アーム２３の傾斜角度が変更されることになる。

例えば、図４（ａ）は、半球状凹溝２２ｅが貫通孔２２ｃの孔軸方向Ａに対して角度＋αだけ傾斜した状態を示しており、この場合には、上面側に位置するロッド部２５が前側に傾動されるため、ロッド部２５の先端２５ａが前側に移動する。一方で、図４（ｂ）は、半球状凹溝２２ｅが貫通孔２２ｃの孔軸方向Ａに対して角度−αだけ傾斜した状態を示しており、この場合には、上面側に位置するロッド部２５が後側に傾動されるため、ロッド部２５の先端２５ａが後側に移動する。

このように、中間軸１１の回転に応じて連結アーム２３の傾斜角度が変更され、この連結アーム２３の傾斜角度の変更に伴ってロッド部２５の先端２５ａが前後方向に進退動することになる。このため、後述するように、ロッド部２５の先端２５ａに対して中間軸１１と平行に設置されて進退動可能なピストンシリンダ１８ａ（図１および図５参照）を連結させることによって、中間軸１１の回転運動をボス２２および連結アーム２３を介して進退運動に変換することが可能となる。このようにして連結アーム２３の傾動運動を介して回転運動を進退運動に変換する機構をレシプロ機構という。

連結アーム本体部２４のリング開口２４ａは、図３（ｂ）に示すように、貫通孔２２ｃの中心から等距離を保つように開口が形成されている。一方で、連結アーム本体部２４におけるリング開口２４ａから外周部までの厚みは、リング開口２４ａの中心Ｐを基準として連結アーム本体部２４のロッド部２５取り付け位置より±約３０度程度の範囲を除く部分において、一定に維持されている。

一方で、上述したロッド部２５の取り付け位置を基準として±約３０度程度の範囲では、リング開口２４ａから外周部までの厚みが他の部分よりも厚くなるように厚み補強が成されている。このため、連結アーム本体部２４におけるロッド部２５の立設位置、より具体的には、連結アーム本体部２４とロッド部２５との連結位置Ｂの境界部分に対して重点的な厚み補充が施されており、連結アーム本体部２４の傾動によって中間軸１１の回転運動がロッド部２５の先端において進退運動に変換され、連結アーム本体部２４とロッド部２５との連結位置Ｂに負荷が加えられた場合であっても、この負荷により連結位置Ｂにおける亀裂などの金属疲労に伴う破損が早期に生じてしまうことを防止することが可能となる。

また、この補強により、中間軸１１の回転運動がロッド部２５の先端２５ａにおいて進退運動に変換される際に、連結アーム本体部２４とロッド部２５との連結位置Ｂに加えられる負荷に耐え得るだけの強度を確保することが可能となる。このため、中間軸１１の回転速度を高めたり、後述する打撃子２７（図１参照）の質量を重くしたりして衝撃力を向上させる場合であっても、連結アーム本体部２４とロッド部２５との連結位置Ｂに加えられる負荷を十分に支えることができ、十分な耐久性を備えることが可能となる。

さらに、図３（ｃ）に示すように、厚み補強が、ロッド部２５の取り付け位置を基準として±約３０度程度の範囲のみに施されており、±約３０度以降の範囲では厚み補強が成されていない。このため、連結アーム２３自体の重量増加を最低限に抑えつつ、連結アーム２３における効果的な補強を行うことが可能となる。

また、本実施の形態に係るハンマードリル１では、連結アーム２３およびボス２２の材質を、従来より使用されていた調質材からより硬度の高い浸炭材に変更し、連結アーム２３およびボス２２の成型時の熱処理を、材質変更に応じて調質から浸炭に変更して表面硬度の向上を図っている。このため、連結アーム２３の連結位置Ｂの強度向上だけでなく、連結アーム２３自体およびボス２２自体の強度向上を図ることが可能になる。従って、中間軸１１の回転がボス２２から連結アーム２３に伝達される際に、スチールボール２８を介してボス本体部２２ａの半球状凹溝２２ｅと連結アーム本体部２４の溝部２４ｂとに加えられる負荷を、ボス本体部２２ａと連結アーム本体部２４とにおいて十分に支えることができ、十分な耐久性を確保することが可能となる。

連結アーム２３のロッド部２５の先端２５ａは、図１に示すように、シリンダ１８に設けられるピストンシリンダ１８ａの後端に軸着されている。ピストンシリンダ１８ａ内には、空気室３０を介して打撃子２７がスライド可能に収納されおり、さらに、この打撃子２７の前方であってシリンダ１８の前端内部には、打撃子２７との衝突に伴ってビット２０に対して衝撃力を付加する中間子２９が収納されている。この空気室３０、打撃子２７および中間子２９は、本発明に係る衝撃付加手段を構成する。

連結アーム２３のロッド部２５の先端２５ａが進退動を開始すると、このロッド部２５の先端２５ａの進退動に伴ってピストンシリンダ１８ａの駆動が開始されて打撃子２７のスライド運動が開始される。打撃子２７がピストンシリンダ１８ａの駆動に伴う空気室３０の圧力状態変化によりシリンダ１８前方側へとスライド移動されると、打撃子２７が中間子２９に衝突し、打撃子２７との衝突により前方へとはじかれた中間子２９では、その打撃力がビット２０に伝達されて、穿孔作業における穿孔性能の向上を実現することが可能となる。

以上説明したように、本実施の形態に係るハンマードリル１では、レシプロ機構において、連結アーム２３における連結アーム本体部２４とロッド部２５との連結位置Ｂの厚みが、リング開口２４ａの内側から外周部に向けて厚くなるように補強されている。このため、連結アーム本体部２４の傾動によって、中間軸１１の回転運動がロッド部２５の先端２５ａにおいて進退運動に変換される際の負荷が、連結アーム本体部２４とロッド部２５との連結位置Ｂに加えられた場合であっても、この負荷により金属疲労に伴う破損や亀裂などが連結位置Ｂにおいて早期に生じてしまうことを防止することができる。

また、この補強により、連結アーム本体部２４とロッド部２５との連結位置Ｂに加えられる負荷に対応して耐久性を向上させることが可能となる。このため、中間軸１１の回転速度を高めたり、衝撃付加手段に用いられる打撃子２７の質量を重くしたりして衝撃力を向上させる場合であっても、連結アーム本体部２４とロッド部２５との連結位置Ｂに加えられる負荷に十分に耐えることが可能となる。

特に、厚み補強が、ロッド部２５の取り付け位置を基準として±約３０度程度の範囲のみに施されており、±３０度以外の範囲では厚み補強が成されていない。このため、連結アーム２３自体の重量増加を最低限に抑えつつ、連結アーム２３における効果的な補強を行うことが可能となる。

さらに、連結アーム２３およびボス２２の材質が、従来より使用されている調質材からより硬度の高い浸炭材に変更され、材質変更に応じて熱処理が調質から浸炭に変更されて表面硬度の向上が図られている。このため、中間軸１１の回転がボス２２から連結アーム２３に伝達される際に、スチールボール２８を介してボス本体部２２ａの半球状凹溝２２ｅと連結アーム本体部２４の溝部２４ｂとに加えられる負荷に耐えることが可能な耐久性が確保されている。従って、ボス本体部２２ａの半球状凹溝２２ｅや連結アーム本体部２４の溝部２４ｂが負荷により摩耗してしまうことを抑制することができ、スチールボール２８の円滑な回動を維持することが可能となる。

以上、本発明に係る駆動工具について図面を用いて詳細に説明を行ったが、本発明に係る駆動工具は、上述した実施の形態に示すハンマードリル１のみに限定されるものではない、ビット２０に対して回転力および衝撃力を付加する機能を備える駆動工具であって、レシプロ機構を用いて回転力を衝撃力に変換させる機構を備えた工具であれば、本発明に係る構成を採用することができる。また、本発明に係る構成を駆動工具に対して採用することによって、実施の形態に示す効果と同様の効果を得ることが可能となる。

本実施の形態に係るハンマードリルを示す側方断面図である。 （ａ）は、ボスを示した外観斜視図であり、（ｂ）は側方外観図であり、（ｃ）は側方断面図である。 連結アームを示した斜視図、（ｂ）は垂直断面図、（ｃ）は（ｂ）に示すａ部分の部分拡大断面図である。 （ａ）は、連結アームがボスに対して角度＋αだけ傾斜した状態における側方断面図を示しており、（ｂ）は、角度−αだけ傾斜した状態における側方断面図を示している。 ボスと連結アームとピストンシリンダとの接続関係を示した図であって、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は側面図である。

符号の説明

１ …ハンマードリル（駆動工具）
２ …本体ハウジング
３ …モータ
４ …（モータの）出力軸
６ …インナーハウジング
７，８，９，１４ …ボールベアリング
１１ …中間軸
１３ …第１ギヤ
１５ …ブッシュ
１６ …すべり軸受
１８ …シリンダ
１８ａ …ピストンシリンダ
２０ …ビット
２１ …第２ギヤ
２２ …ボス（環状回転部材）
２２ａ …ボス本体部
２２ｂ …係合部
２２ｃ …貫通孔
２２ｄ …係止溝
２２ｅ …半球状凹溝（第１溝部）
２３ …連結アーム
２４ …連結アーム本体部
２４ａ …リング開口（円形開口部）
２４ｂ …溝部（第２溝部）
２５ …ロッド部
２５ａ …先端
２６ …クラッチ
２７ …打撃子（衝撃付加手段）
２８ …スチールボール（ベアリング）
２９ …中間子（衝撃付加手段）
３０ …空気室（衝撃付加手段）
Ａ …孔軸方向
Ｂ …連結位置
Ｐ …リング開口の中心

Claims (3)

1. モータの回転に伴って回転駆動される中間軸と、
   該中間軸に伴って回転可能に設置される共に、外周面において前記中間軸の軸線方向に対して所定角度だけ傾斜された状態で第１溝部が形成される環状回転部材と、
   前記環状回転部材が貫通される円形開口部が形成され、該円形開口部の内壁に対して前記第１溝部に充填されるベアリングを案内させるための第２溝部が形成される連結アーム本体部と、該連結アーム本体部の外周面において立設されるロッド部とを有する連結アームと、
   前記ロッド部の先端に接続されて前記中間軸の回転に伴って進退動されるピストンシリンダと、
   該ピストンシリンダの進退動に応じて工具先端に設置されたビットに衝撃力を付加する衝撃付加手段と
   を備える駆動工具であって、
   前記円形開口部の開口を臨む方向から見た前記ロッド部の取り付け位置を基準として±３０度の範囲で、前記連結アーム本体部と前記ロッド部との連結部分の厚みが、前記円形開口部から外周部に向けて厚くなるように補強されていること
   を特徴とする駆動工具。
2. 前記補強は、前記連結アーム本体部と前記ロッド部との連結部分だけに施されていることを特徴とする請求項１に記載の駆動工具。
3. 前記連結アームおよび前記環状回転部材が浸炭材によって形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の駆動工具。

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