JP5412956B2 - オイルパルス工具 - Google Patents

Description

本発明は、モータにより回転駆動され、油圧によって発生する間欠的な打撃力を利用してボルト等の締結部材を締め付けるオイルパルス工具に関する。

ネジやボルト等の締め付けを行うインパクト工具として、油圧を利用して打撃力を発生させるオイルパルス工具が知られている。オイルパルス工具は、金属同士の衝突がないため、メカニカル方式のインパクト工具に比べて、作動音が低いという特徴を有する。このようなオイルパルス工具は、オイルパルスユニットを駆動する動力としてモータを使用し、モータの出力軸がオイルパルスユニットに直結される。オイルパルス工具を作動させるためのトリガスイッチを引くと、モータが駆動される。

オイルパルス工具においてはライナ回転数の増加による衝撃打撃トルクの増加のため、特許文献１のように主軸とライナのシール部形状を1回転1打撃となるように対応させたり、カム構造によりブレードを1回転に1打撃だけライナ内周に付勢するものもある。

特開２００５―０４０８８１

特許文献１等のオイルパルス工具において、トルク向上のために回転数が増加させると、ブレードを付勢しているスプリングの追従性が悪化し、1回転に1打撃が得られなくなることでライナが空転する問題が発生する。

これに対する最も単純な対策は回転速度を落とすこと、ブレードを付勢するスプリングの荷重を増加することが挙げられるが、前者はトルク低下、後者はライナとブレード摺動部の磨耗や摩擦による温度上昇といった問題が発生する。

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、安定した動作を可能とするオイルパルス工具を提供することにある。

上記の目的は、モータと、モータにより回転される円筒状のライナと、ライナに回転可能に設けられるメインシャフトと、メインシャフトに設けられバネにより離間するように弾性力を与えられるブレードと、前記ライナの内部に封入されるオイルと、を有するオイルパルスユニットと、前記メインシャフトに接続される先端工具保持部と、を有するオイルパルス工具であって、前記ブレードは、凹部と、前記メインシャフトとライナとをシール可能なシール領域と、を有し、前記凹部は前記シール領域を避けて設けられることを特徴とするオイルパルス工具により達成することができる。

本発明によれば、ブレードに凹部を設けることによりブレードを軽量化することができる。このため、ブレードの追従性を向上しパルスの空転を防止することができる。

本発明によれば、シール領域を避けて凹部が設けられるので、シール作用が損なわれることがない。このため、オイルパルス工具の性能の低下させることがなく、ブレードの追従性を向上しパルスの空転を防止することができる。

本発明の実施形態に係るインパクトドライバの全体を示す断面図である。 図１のオイルパルスユニット４の拡大断面図である。 図２のＢ−Ｂ断面であって、オイルパルスユニット４の使用状態における回転の動きを８段階で示した断面図である。 図３のＡ部拡大図である。 図３のＢ部拡大図である 従来の周方向から見たブレード外観図である。 従来の長手方向から見たブレード外観図である。 本発明の実施形態による周方向から見たブレード外観図である。 図８のＣ−Ｃ断面図である。 本発明の他の実施形態による図８のＣ−Ｃ断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。尚、本明細書の説明において上下及び前後の方向は、図１中に示した方向として説明する。図１は本発明の実施形態に係るオイルパルス工具の全体を示す断面図である。

オイルパルス工具１は、充電可能な電池（図示せず）または外部から交流または直流の電源コード２により供給される電力を利用してモータ３を駆動し、モータ３によってオイルパルスユニット４を駆動し、オイルパルスユニット４に連結された出力軸５に回転力と打撃力を与えることによって六角ソケット等の図示しない先端工具に回転打撃力を連続的又は間欠的に伝達してナット締めやボルト締め等の作業を行う。

ハウジングの胴体部６ａ内に内蔵されたオイルパルスユニット４は、後方側のライナプレート２３がモータ３の回転軸に直結され、前方側のメインシャフト２４が出力軸５に直結される。トリガスイッチ８が引かれてモータ３が起動されると、モータ３の回転力はオイルパルスユニット４に伝達される。オイルパルスユニット４の内部にはオイルが充填されていて、出力軸５に負荷のかかっていないとき、又は、負荷が小さい際には、オイルの抵抗のみで出力軸５はモータ３の回転にほぼ同期して回転する。出力軸５に強い負荷がかかると出力軸５及びメインシャフト２４の回転が止まり、オイルパルスユニット４の外周側のライナのみが回転を続け、１回転に１箇所あるオイルを密閉する位置にてオイルの圧力が急激に上昇し衝撃パルスを発生し、尖塔状の強いトルクによりメインシャフト２４を回転させ、出力軸５に大きな締付トルクが伝達される。以後、同様の打撃動作が数回繰り返され、締結対象が設定トルクで締め付けられる。

図２は、図１のオイルパルスユニット４の拡大断面図である。オイルパルスユニット４は、主に、モータ３と同期して回転する駆動部分と、先端工具が取り付けられる出力軸５と同期して回転する出力部分の２つの部分により構成される。モータ３と同期して回転する駆動部分は、モータ３の回転軸に直結されるライナプレート２３と、その外周側で前方に延びるように固定される外径が略円柱形の一体成型のライナ２１を含む。出力軸５と同期して回転する出力部分は、メインシャフト２４と、メインシャフト２４の外周側に１８０度隔てて形成された溝にバネを介して取付けられるブレード２５ａ、２５ｂを含んで構成される。

メインシャフト２４はライナ２１に貫通されて、ライナ２１とライナプレート２３により形成される閉空間内で回転できるように保持され、この閉空間内には、
トルクを発生するためのオイル（作動油）が充填される。ライナ２１とメインシャフト２４の間にはＯリング３０が設けられ、ライナ２１とライナプレート２３の間にはＯリング２９が設けられ、相互間の気密性が確保される。尚、図示していないが、ライナ２１にはオイルの圧力を高圧室から低圧室に逃がすリリーフバルブが設けられ、発生するオイルの最大圧力を制御し、締め付けトルクを調整することができる。

図３は図２のＢ−Ｂ断面であって、オイルパルスユニット４の使用状態における一回転の動きを８段階で示した断面図である。ライナ２１の内部は、図３（１）に示すような４つの領域を形成するような断面を有するライナ室が形成される。メインシャフト２４の外周部には、対向する２個の溝部にバネを介してブレード２５ａ、２５ｂが嵌挿され、ブレード２５ａ、２５ｂがライナ２１の内面に当接するようにバネによって円周方向に付勢される。ブレード２５ａ、２５ｂ間のメインシャフト２４の外周面には軸方向に延びる二本の突条たる凸状シール面２６ａ、２６ｂが設けられる。ライナ２１の内周面には凸状シール面２７ａ、２７ｂと、凸状部２８ａ、２８ｂが形成される。

オイルパルス工具１はボルト締め付け時において締め付けボルトの座面が着座すると、メインシャフト２４に負荷がかかり、メインシャフト２４、ブレード２５ａ、２５ｂはほぼ停止した状態になり、ライナ２１だけが回転し続ける。メインシャフト２４に対してライナ２１が回転することに伴い、１回転に１回の衝撃パルスが発生するが、この衝撃パルス発生時においてオイルパルス工具１内は、ライナ２１の内周面に形成した凸状シール面２７ａとメインシャフト２４の外周面に形成した凸状シール面２６ａが接触する。同時に、凸状シール面２７ｂと凸状シール面２６ｂが接触する。更にスプリング３１によってライナ２１の内周凸状部２８ａ、２８ｂにそれぞれブレード２５ａ，２５ｂが付勢される。

このようにライナ２１の内周面に形成した一対の凸状シール面２７ａ，２７ｂと、メインシャフト２４の外周面に形成した一対の凸状シール面２６ａ，２６ｂ、更にライナ２１の内周面に形成した一対の凸状部２８ａ，２８ｂとスプリング３１によって付勢されたブレード２５ａ，２５ｂがそれぞれ当接することにより、ライナ２１の内部は二つの高圧室と二つの低圧室に仕切られる。

それぞれの高圧室と低圧室との仕切り部は図４、図５に示す。

図４はライナ２１の内周面に形成した一対の凸状シール面２７ａ，２７ｂと、メインシャフト２４の外周面に形成した一対の凸状シール面２６ａ，２６ｂの仕切り部であり、この間にはそれぞれが接触しないように微小な隙間３４を設けている。図５はライナ２１の内周面に形成した一対の凸状部２８とスプリング３１によって付勢されたブレード２５ａ，ｂとの仕切り部であり、付勢されたブレード２５ａ、２５ｂは圧力によって回転方向に傾き、ブレード２５ａ、２５ｂの周方向面とメインシャフト２４の溝部３２の最外周部であるブレード２５ａ，２５ｂとの接触部３３と接触することで高圧部と低圧部を仕切っている。

そして、高圧室と低圧室との圧力差によりブレード２５ａ，２５ｂに対して回転方向に瞬間的な強い力が与えられることでメインシャフト２４に強い打撃力が発生する。

次に、オイルパルスユニット４の動作手順を説明する。まず、トリガ８を引くことによりモータ３が回転し、これに伴いライナ２１も同期して回転する。本実施形態では、モータ３の回転軸にライナプレート２３が直結され、同じ回転数で回転するが、この構成に限定されず、減速機構を介して接続するようにしても良い。

図３の（１）〜（８）は、ライナ２１がメインシャフト２４に対して相対角で１回転する状態を示した図である。前述したように、出力軸５に負荷のかかっていないとき、又は、負荷が小さい時には、オイルの抵抗のみでメインシャフト２４はモータ３の回転にほぼ同期して回転する。出力軸５に強い負荷がかかるとそれに直結されたメインシャフト２４の回転が止まり、外側のライナ２１のみが回転を続ける。

図３の（１）は、メインシャフト２４に衝撃パルスによる打撃力が発生するときの位置関係を示す図である。この（１）に示す位置が、１回転に１箇所ある“オイルを密閉する位置”である。ここでは、凸状シール面２７ａと２６ａが、シール面２７ｂとシール面２６ｂが、ブレード２５ａと凸状部２８ａが、ブレード２５ｂと凸状部２８ｂがそれぞれメインシャフト２４の軸方向全域において当接し、これによりライナ２１の内部空間が２つの高圧室と２つの低圧室の４室に区画される。

ここで高圧、低圧とは、内部に存在するオイルの圧力である。さらにモータ３の回転によってライナ２１が回転すると、高圧室の容積は減少するためオイルは圧縮されて瞬間的に高圧が発生し、この高圧はブレード５を低圧室側に押し出す。
その結果、メインシャフト２４には上下のブレード５ａ、５ｂを介して瞬間的に回転力が作用して強力な回転トルクが発生する。この高圧室が形成されることにより、ブレード２５ａ、２５ｂを図中時計方向に回転させるような強い打撃力が作用する。図３（１）に示す位置を本明細書では「打撃位置」と呼ぶ。

図３の（２）は、打撃位置からライナ２１が４５度回転した状態を示す。（１）に示す打撃位置を過ぎると、凸状シール面２７ａと２６ａ、凸状シール面２７ｂとシール面２６ｂ、ブレード２５ａと凸状部２８ａ、及び、ブレード２５ｂと凸状部２８ｂの当接状態が解除されるため、ライナ２１の内部の４室に区画されていた空間が解除され、相互の空間にオイルが流れるため、回転トルクは発生せず、ライナ２１はモータ３の回転によりさらに回転する。

図３の（３）は、打撃位置からライナ２１が９０度回転した状態を示す。この状態では、ブレード２５ａ、２５ｂが凸状シール面２７ａ、２７ｂに当接してメインシャフト２４から突出しない位置まで半径方向内側まで後退するため、オイルの圧力の影響を受けず回転トルクは発生しないため、ライナ２１はそのまま回転する。

図３の（４）は、打撃位置からライナ２１が１３５度回転した状態を示す。この状態ではライナ２１の内部空間は連通してオイルの圧力変化は生じないため、メインシャフトに回転トルクは発生しない。

図３の（５）は、打撃位置からライナ２１が１８０度回転した状態を示す。この位置では、凸状シール面２７ｂと２６ａ、凸状シール面２７ａとシール面２６ｂが接近するが、当接しない。これは、メインシャフト２４に形成した凸状シール面２６ａと２６ｂが、メインシャフトの軸に対して対称位置にないためである。同様にライナ２１の内周に形成した凸状シール面２７ａと２７ｂもメインシャフトの軸に対して対称位置にはない。従って、この位置ではオイルの影響をほとんど受けないため回転トルクはほとんど発生しない。

本実施形態では凸状シール面２７ｂと２６ａ、２７ａと２６ｂが対称位置にないことでトルクを発生させない構造としているが、位置ではなく形状をそれぞれに対応させることで同様にトルクを発生させない構造としているものもある。

図３の（６）〜（８）の状態は、（２）〜（４）とほぼ同様であり、これらの状態の際は回転トルクが発生しない。（８）の状態からさらに回転すると、図３の（１）の状態に戻り、凸状シール面２７ａと２６ａが、シール面２７ｂとシール面２６ｂが、ブレード２５ａと凸状部２８ａが、ブレード２５ｂと凸状部２８ｂがそれぞれメインシャフト２４の軸方向全域において当接し、これによりライナ２１の内部空間が２つの高圧室と２つの低圧室の４室に区画されるため、メインシャフト２４に強い回転トルクが発生する。

以上が一般的なオイルパルスの打撃発生原理であるが、トルク向上のためにライナ２１の回転速度を増加させた場合や、低温環境によるオイル粘度が増加した場合に、スプリング３１の荷重不足等の要因によりブレード２５の追従性が悪化し、ライナ内部の凸状部２８がブレード２５と接触する前に通過してしまうことがある。

この場合、トルクは発生しないため打撃することができなくなる。
追従性を改善するためには回転速度を落とすこと、ブレード２５を付勢するスプリング３１の荷重を増加することが挙げられるが、前者はトルク低下、後者はライナ２１とブレード２５との摺動部の磨耗や摩擦による温度上昇といった問題が発生する。
そこで本発明ではブレード２５を軽量化することにより追従性を改善した。従来ブレードの単体形状について周方向形状を図６、長手方向形状を図７に示す。

図３（１）の打撃発生時において、ブレード２５ａ，２５ｂはスプリング３１によってライナ内周の凸状部２８ａ，２８ｂに付勢される。このときライナ２１の内周面に形成した一対の凸状シール面２７ａ，２７ｂと、メインシャフト２４の外周面に形成した一対の凸状シール面２６ａ，２６ｂ、更にライナ２１の内周面に形成した一対の凸状部２８ａ，２８ｂとスプリング３１によって付勢されたブレード２５ａ，２５ｂがそれぞれ当接することにより、ライナ２１の内部は二つの高圧室と二つの低圧室に仕切られる。この圧力差によってライナ内周の凸状部２８ａ，２８ｂに付勢されたブレード２５ａ，２５ｂは低圧室側に向かって傾き、メインシャフト溝３２の両側から支持される。このとき図６における溝接触部３３は点線部で示されるブレード２５ａ，２５ｂの溝接触部３４と接触し、これによって高圧室と低圧室が仕切られている。

ブレード２５ａ，２５ｂを付勢するスプリング３１は付勢されるライナ２１の内周部が楕円状であるためその形状に沿って伸縮を繰り返す。このとき図３（７）の位置から（１）に到達する際に、スプリング３１の追従性よりもライナ２１の回転速度が速い場合に（１）でライナ２１の凸状部２８ａ，２８ｂとブレード２５ａ，２５ｂが接触できず圧力が発生しないため打撃を行わずに空転となる。

ブレード２５ａ，２５ｂを付勢するスプリング３１の固有振動数は√(ｋ／ｍ)に比例するので追従性を向上するためにはスプリング３１のばね定数の増加またはブレード２５ａ，２５ｂの質量の低減によって行うことになる。ここでｋはばね定数であり、ｍは質量である。ばね定数の増加は空転を防ぐ効果はあるものの、ブレード２５ａ，２５ｂを付勢する荷重が増加するために摺動による磨耗や摩擦による温度上昇が悪化する。

一方ブレード２５ａ，２５ｂの軽量化は空転に対して有効ではあるが、図６の長手方向の長さ３５を短くするとブレードに加わる面圧は増加し、溝接触部の変形や破損が懸念される。また図５の周方向幅３６を小さくするとブレード２５ａ，２５ｂがライナ２１の凸状部２８ａ，２８ｂと接触しているときに傾きが大きくなり、スプリング３１の応力が増加することによる破壊や、付勢力の低下等が懸念される。
外郭形状を変更することなく軽量化とした形状を図８，９に示す。図８，９はブレード２５ａ，２５ｂの両面に窪み３７を設けることで軽量化を図ったものである。

この窪み３７は片面のみ大きく設けても良いし、図８では剛性を考慮して片面で４箇所に設けているが例えば上半分の３箇所の窪み３７を一つにしても良い。ここで図８の点線部はシャフト２４の溝接触部３４であり、ここに窪み３７を設けると圧力発生時に高圧室と低圧室が通じてしまうのでこの溝接触部３４には窪み３７は設けない。

図８，９は従来形状に窪み３７を設けたものであるが、この窪み３７が図３（７）の位置から（１）に到達する際に抵抗とならないようにするために、図１０のように窪み側面に傾斜を持たせるとブレード質量は大きくなるが抵抗は低下するのでオイルの性質やライナ形状等によって選択することができる。なお、図１０はブレード２５ａ，２５ｂの先端部を先細りにしたものであり、これも追従性改善の効果が期待できる。

以上、本発明を示す実施形態に基づき説明したが、本発明は上述の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、エアモータを駆動源にするものでも同様に適用できる。また、本文ではオイルパルスと出力軸が別部品になっているオイルパルスレンチの例を示しているが、オイルパルスの先端がそのまま出力軸になっているものにも適用でき、さらに製品はオイルパルスドライバでも良い。

１ オイルパルス工具 ２ 電源コード ３ モータ
３ａ モータの固定子 ３ｂ モータの回転子 ４ オイルパルスユニット
５ 出力軸 ６ａ ハウジングの胴体部 ６ｂ ハウジングのハンドル部
８ トリガスイッチ
１７ 冷却ファン ２１ ライナ ２３ ライナプレート ２４ メインシャフト
２５ａ、２５ｂ ブレード ２６ａ、２６ｂ 凸状シール面
２７ａ、２７ｂ 凸状シール面
２８ａ、２８ｂ 凸状部 ２９、３０ Ｏリング ３１ スプリング
３２ メインシャフト溝部 ３３ 溝接触部 ３４ブレードの溝接触部
３５ ブレード長手方向長さ ３６ ブレード周方向幅 ３７ ブレード窪み

Claims (1)

1. モータと、
   モータにより回転される円筒状のライナと、ライナに回転可能に設けられるメインシャフトと、メインシャフトに設けられバネにより離間するように弾性力を与えられるブレードと、前記ライナの内部に封入されるオイルと、を有するオイルパルスユニットと、
   前記メインシャフトに接続される先端工具保持部と、を有するオイルパルス工具であって、
   前記ブレードは、凹部と、前記メインシャフトとライナとの間をシール可能なシール領域と、を有し、
   前記凹部は前記シール領域を避けて設けられることを特徴とするオイルパルス工具。