JPH0113963B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明はドリルビツトを回転させると同時に軸
方向にも駆動して打撃作用も与える震動ドリルに
関するものである。

［背景技術］ この震動ドリルとしては、特公昭53−46761号
公報に示されたピストンハンマー式のものや、特
開昭48−53383号公報に示されたラチエツト式の
ものがある。前者は第１５図にも示すようにモー
タ２の回転を偏心カム軸２４とコネクテイングロ
ツド３９とによりシリンダー８内のピストン４′
の往復動に変換し、更にピストン４′の動作を空
気室５０の空気ばねを介して出力軸７の打撃用の
フリーハンマー６に伝えるとともに、上記モータ
２の回転運動をギア及びシリンダー８を介して出
力軸７に伝えるものである。このものにおいては
空気ばねが介在することから、振動が作業者に伝
わりにくいという特性を有しているものの、空気
室５０を密閉しておかなくてはピストン４′の運
動エネルギーを効率良くフリーハンマー６に伝え
ることができない。従つてピストン４′及びフリ
ーハンマー６のシール８３が極めて重要な存在な
わけである。そして動作中、殊にフリーハンマー
６が出力軸７を打撃する直前の空気室５０の圧力
は2000Kg／cm²にも達することからこれらシール８
１とシリンダー８内面との接触圧もかなり高くし
ておかなくてはならない。このためにピストン
４′やフリーハンマー６を円滑に駆動するために
は大きな動力が必要となつており、大型で大出力
の、通常400W以上のモータ２を使用する必要が
ある。また摺動部の信頼性や寿命を向上させるた
めに、油潤滑が必要でこれ故にシール機構も複雑
となり、モータ２のこともあつて大型大重量とな
りやすく、使い勝手が悪い。

ラチエツト式のものは第１６図にも示すよう
に、一対のラチエツト板８５，８６を相対させる
とともに、出力軸７に固着された一方のラチエツ
ト板８５をギアを介してモータ２に接続し、他方
のラチエツト板８６を回転不能として本体ハウジ
ング１に固定したものであつて、出力軸７に取り
付けられるドリルビツトを材料に押し付ける際の
圧力と、両ラチエツト板８５，８６の係合とを利
用して回転駆動される出力軸に軸方向の微振動を
与える構造である。しかしこのものにおいても次
のような問題点を有している。すなわち、打撃力
ではなく、微振動を利用することから、その穿孔
能力が上記ピストンハンマー式のものに比して1/
３乃至1/4と小さく、たとえばモルタル等の骨材を
含まない材料であれば孔明けが可能であるもの
の、骨材が入つたコンクリートの場合には能力不
足で孔明けに要する時間が極めて長くなる。また
モータ２を1KW程度の能力のものとするなら骨
材に当たつても孔を明けることができるが、本体
重量が５〜６Kgにもなり、いずれにしろ使い勝手
が非常に悪くなる。更には孔明け時にドリルビツ
トからの微振動の反力が固定されているラチエツ
ト板８６を通じて手に伝わり、手がしびれること
から長時間の作業に耐えることができず、更には
手で本体を押してドリルビツトを材料に押し付け
ることによつて初めて微振動が得られるとともに
この微振動は押し付ける力に比例するのであるか
ら、手に伝わる反力もこれに比例して大きくなる
ものであるとともに、天井への孔明けのように足
場が不安定なところでは非常に使いにくく、実用
には耐えられない。

［発明の目的］ 本発明はこのような点に鑑み為されたものであ
り、その目的とするところは小型で効率良く大き
な打撃力を与えることができるとともに、振動が
手に伝わり難くて疲れにくい震動ドリルを提供す
るにある。

［発明の開示］ しかして本発明は、モータにて回転駆動される
ドリルビツトと、ドリルビツトをその軸方向に打
撃するハンマーと、上記モータにて往復駆動され
る駆動子と、駆動子とハンマーとを連結するとと
もにハンマーをドリルビツト側に向けて付勢する
機械的ばねとを備えていることに特徴を有してい
るものであり、機械的ばねに蓄積されるエネルギ
ーを利用することで効率の高い打撃力を得るとと
もに機械的ばねにより振動の吸収を行なうように
したものである。

以下本発明を図示の実施例に基づいて詳述する
と、本体ハウジング１はその前端にドリルビツト
９が装着されるものであつて、後端はハンドル１
１となつており、このハンドル１１の下方には蓄
電池１３の収納室とされ、前端下部には補助ハン
ドル１２が設けられている。１４はスイツチ、１
５はスイツチハンドルであり、ハンドル１１を握
る手で操作することができるようにされている。
モータ２は本体ハウジング１の中央下部にその軸
方向が上下方向とされた状態でフレーム３に固着
されて収納されており、その出力軸２０にピニオ
ン２１と傘歯車３１とが取り付けられている。ピ
ニオン２１は回転自在に支持されている連結軸２
３一端のギア２２と噛み合つており、傘歯車３１
は軸方向が前後とされている中間軸３３後端に設
けられた傘歯車３２と噛み合つている。そして本
体ハウジング１の前部にはフレーム３に固着され
た円筒状シリンダー８と、このシリンダー８の前
方に回転自在に支持された筒状の出力軸７とが納
められており、中間軸３３と平行なシリンダー８
内には駆動子４とハンマー６及びこの両者をつな
ぐコイルばね５が収納されている。シリンダー８
内の後部に位置する駆動子４は、シリンダー８後
端のエンドプレート８２を軸受２９で軸方向に摺
動自在に支持されて貫通している駆動軸２５の前
端に、駆動軸２５の軸まわりに回転自在となるよ
うに設けられているものであつて、その外周面に
設けられているねじ溝４０にコイルばね５の後端
が第２図に示すように螺合しており、またこのコ
イルばね５の前端が螺合するねじ溝６０を有する
ハンマー６はシリンダー８内面に摺接するように
配されている。上記駆動子４はその後端からロツ
ドリング２６が後方へと延出されており、ロツド
リング２６後端の横長の長孔２７には前記連結軸
２３上端から突設されている偏心ピン２４がベア
リングを介して係合している。モータ２の回転を
受けて駆動子４は軸方向の往復動を行なうわけで
ある。そして上記出力軸７内には中間ハンマー１
８とこれの前方に位置するドリルビツト９とが納
められていることから、駆動子４の往復動をコイ
ルばね５を通じて受けるハンマー６は中間ハンマ
ー１８後端を打撃することにより、ドリルビツト
９に打撃力を伝えるものである。

一方前記傘歯車３１及び傘歯車３２を通じてモ
ータ２の回転が伝えられる中間軸３３はその前端
に備えたピニオン３４を出力軸７に設けられたギ
ア３５と噛み合わせており、出力軸７を回転駆動
することができるようにされている。また出力軸
７へのドリルビツト９の装着は、ドリルビツト９
の基端に設けた軸方向に長い長溝９０を出力軸７
内面に突出するボール１９を係合させることで行
なつており、このために出力軸７とともにドリル
ビツト９が回転するものである。

上述したところから明らかなように、この震動
ドリルにおいてはモータ２を回転させると、ドリ
ルビツト９は中間軸３３からの回転力を受けて回
転するとともに、駆動子４の往復動をコイルばね
５、ハンマー６及び中間ハンマー１８を介して打
撃力として受けてボール１９と長溝９０との係合
範囲内において軸方向に駆動されるものである。
第５図はハンマー６が中間ハンマー１８を打撃し
た時点を示している。ここにおける駆動子４とコ
イルばね５とハンマー６との動作について第６図
に基づいて更に詳しく説明すると、同図ａは駆動
子４が後退を開始した状態を示しており、コイル
ばね５には引張力が作用している。この状態から
同図ｂに示すように更に駆動子４が後退しても、
ハンマー６がその慣性で残るためにコイルばね５
が伸びる。そして駆動子４がその往復動ストロー
クの後端に達するころには同図ｃに示すようにハ
ンマー６が引つ張られて後退を始め、駆動子４が
前進を始めた時には同図ｄに示すように駆動子４
とハンマー６の移動方向が逆となるためにコイル
ばね５が圧縮され、エネルギーが蓄えられる。そ
して駆動子４が更に前進すれば、ハンマー６はコ
イルばね５を介して受ける駆動子４の動きにコイ
ルばね５に蓄えられたエネルギーが加えられた状
態で前進して、前端をドリルビツト９に当接させ
ている中間ハンマー１８の後端面に衝突する。駆
動子４とハンマー６との動きを第７図に示す。横
軸は時間、縦軸は変位量である。駆動子４のサイ
ンカーブで示される動きに対してハンマー６は少
し位相が遅れた略三角波形を描く運動を行なう。
またハンマー６の中間ハンマー１８を打撃するた
めの前進時の動きと後退時の動きとを比べると、
後退時にはコイルばね５を圧縮することから遅
く、前進時にはコイルばね５に蓄えられたエネル
ギーが付加されることから速くなつており、強力
な打撃力が得られるものである。図中Ｔは打撃区
間を示す。

またここにおける打撃力は、コイルばね５とハ
ンマー６とで形成される系の共振を利用すること
で一段と大きいものとなる。この点について説明
すると、今、コイルばね５のばね定数をｋ、ハン
マー６の質量をＭとすると、上記系の固有振動数
f₀（ｃ／ｓ）はf₀＝（1/2π）（ｋ／Ｍ）^1/2となる。ま
たモータ２により往復駆動される駆動子４の振動
数をｆ、ハンマー６の振幅をX₀、駆動子４の振
幅をＸとすると、第８図に実線で示すようにｆ／
f₀の値が共振点である１となるときに、Ｘ／X₀の
値が最大となるわけであり、この共振を利用する
ことで、つまりはｆ／f₀＝１と設定することで打
撃力を最大限に高めることができるものである。
ただしこの震動ドリルにおいては、その電源が蓄
電池１３であつて、電源電圧が第９図に示すよう
に使用するにつれて低下し、これにつれて第１１
図に示すようにモータ２の回転数ＮとトルクＴと
が共に低下することと、ハンマー６及びコイルば
ね５の系におけるハンマー６の質量Ｍは衝突によ
り見掛け上小さくなり、第８図に破線で示すよう
に固有振動数も実際には上記理論値よりも小さく
なる。これらの点を考慮すると、蓄電池１３がフ
ル充電された状態でｆ／f₀≒１としておくのが好
ましい。この場合、蓄電池１３がフル充電されて
いる時には実際上ｆ／f₀＞１となり、蓄電池１３
の電圧が低下してモータ２のパワーが低下するに
従い、つまりは駆動子４の振動数ｆが小さくなる
に従い、実際上のｆ／f₀の値は共振点である１に
近づく。すなわち蓄電池１３がフル充電されてい
てモータ２のパワーが最大の時には共振点より少
しずらせておいてハンマー６の振幅を少し小さく
保ち、蓄電池１３の電圧が低下してモータ２のパ
ワーが低下するに従いハンマー６振幅が大きくな
るようにしておくものである。この結果、蓄電池
１３の電圧低下に関係なく、常にほぼ同じ値の衝
撃力を得ることができるものである。たなみにド
リルビツト９の回転はもちろん破砕にも関与する
が、打撃によつて砕かれたコンクリート等の切粉
を孔外に排出することにも利用される。

ところでハンマー６の往復動のガイドを行なう
シリンダー８であるが、これの下端面には軸方向
に長い空気孔８０を設けてある。この空気孔８０
は、シリンダー８内の空気がハンマー６の動作に
対する抵抗となることを防ぐために設けているも
のである。もつともこの空気孔８０を形成してあ
る位置は、シリンダー８前端のエンドプレート８
１の背面のクツシヨンプレート８３から更に後方
に図中Ｑで示す位置から後方としてある。これは
シリンダー８前端部の空気が空打ち時の衝撃緩和
作用をクツシヨンプレート８３とともに担うよう
にしているためである。孔明け作業を行なつてい
る時には、ハンマー６は必ず中間ハンマー１８の
後端に衝突し、その運動エネルギーが小さくなつ
てからエンドプレート８１に当たる。このために
エンドプレート８１が損傷するというようなこと
はないが、空打ちした時にはハンマー６が直接エ
ンドプレート８１に当たり、ハンマー６の運動エ
ネルギーが大きいだけにエンドプレート８１が破
損するおそれがある。もちろんこの衝撃の緩和の
ためにクツシヨンプレート８３を設けているわけ
であるが、これだけでは十分ではない。このため
に、ハンマー６が前進して中間ハンマー１８に衝
突する寸前の位置からシリンダー８内におけるハ
ンマー６とエンドプレート８１との間の空間の空
気をハンマー６が圧縮するようにして、この空間
の空気が緩衝ばねとして作用するようにしている
ものである。

尚、コイルばね５と駆動子４との連結及びコイ
ルばね５とハンマー６との連結を、前述のように
夫々コイルばね５の形状を利用した螺合連結とす
るとともに、駆動子４を駆動軸２５に対してその
軸まわりに回転自在としているのは次の理由によ
る。すなわち螺合連結とすることによつてこれら
の部材間の連結作業を容易にし、またハンマー６
に中間ハンマー１８を通じて出力軸７の回転が伝
わつてコイルばね５にねじれが生じることを防ぐ
ためである。今、駆動軸２５に駆動子４を固定し
た場合には、コイルばね５に過度のねじれ力が作
用してコイルばね５を折損したり、ねじれ力でコ
イルばね５が拡径してハンマー６や駆動子４との
連結が外れたりシリンダー８内面に接触して摺動
負荷を増大させたりといつた事態を招く。これを
防いでいるわけである。

また図示例のようにハンドル１１及びスイツチ
ハンドル１５をドリルビツト９の軸線上に一直線
に並べたものにおいては、使用者の震動ドリルへ
の荷重点とドリルビツト９からの穿孔時の打撃力
の反力点とが一直線上にくるために、本体ハウジ
ング１の保持に要する力が小さくてすみ、非常に
使い勝手が良くなつているものである。また電源
としてパツク型の蓄電池１３を用いる場合、本体
ハウジング１側の接触ばね６５と蓄電池１３側の
接続端子６６との接触面を、図示例のように振動
方向と一致させておくとよい。これが交差してい
ると蓄電池１３に振動が加わつた時に、接続端子
６６と接触ばね６５との間の接触圧に大きな影響
がでてモータ２の安定した駆動を行なえないが、
上述のように平行であることから、蓄電池１３が
振動しても安定したモータ２の駆動を行なうこと
ができるものである。

第１１図に他の実施例を示す。これはドリルビ
ツト９の軸線上に位置する本体ハウジング１の後
端上部にモータ２を収納するとともに、後端下部
にハンドル１１を配したものであつて、重量物で
あるモータ２をドリルビツト９の軸線上に位置さ
せることで重心を上記軸線に近くし、また蓄電池
１３をハンドル１１よりも空間を介してドリルビ
ツト９側に位置させることにより、穿孔時に大き
な回転モーメントが作用することがないようにし
たものである。そしてドリルビツト９への回転力
の伝達はモータ２の出力軸２０に固着したピニオ
ン２１と噛み合うギア２２を中間軸３３に設ける
とともに、中間軸３３先端のピニオン３４を先端
にチヤツクが設けられている出力軸７にスプライ
ンで結合されたギア３５に噛み合わせることで行
なつており、またドリルビツト９の軸方向駆動の
ための駆動子４の往復動は、モータ２の出力軸２
０に固着した傘歯車３１に偏心ピン２４を有して
いる連結軸２３に設けた傘歯車３２を噛み合わせ
るとともに、ハンマー６で直接出力軸７を打撃す
ることで行なつている。更にここにおけるハンマ
ー６のガイド用のシリンダー８であるが、これは
その前後端を除いて第１２図に示すように複数本
のロツド８１で構成したものとし、放熱特性を向
上させたものとしている。

第１３図に更に他の実施例を示す。これは上記
第１１図及び第１２図で示した実施例のものにお
けるコイルばね５を、非線形ばね定数を有してい
る円錐系のものとしたものである。前述のように
ドリルビツト９に加えられる打撃力はコイルばね
５を介したものとなつており、反力もコイルばね
５を通じたものとなることから、従来のラチエツ
ト式のものに比して振動が伝わりにくく、疲れな
いものとなつているが、前述のように共振を利用
して打撃力を高めている場合には、コイルばね５
による防振効果はさほど期待することができな
い。しかし、コイルばね５として図示例のような
円錐形のものや、線径が一様でないもの等の非線
形ばね定数を有するものとすることで、この相反
する点を解決できるものである。すなわち、防振
効果を得るためには通常ｆ／f₀＞2^1/2とするのが
好ましいと言われているのであるが、共振を利用
して打撃力を高める場合にはこの条件に反するこ
とになる。しかし第１４図にも示すように、変位
量をδ、荷重をＰとした時に、ｋ＝δ／Ｐで示さ
れる線形ばね定数ではなく、ｋ＝δⁿ／Ｐ（ｎ＞１）
で示される非線形ばね定数を有するコイルばね５
を用いた時には、（1/2）kδ²で示されるハンマー
６に加えられるばね蓄積エネルギーは、コイルば
ね５が最も圧縮されてばね定数ｋが最大となる時
のものであるために、きわめて大きなものとな
り、打撃力が大きくなる。そしてハンマー６が中
間ハンマー１８に衝突する時にはコイルばね５が
伸びた、つまりはばね定数ｋの値が小さい状態に
あつて固有振動数f₀も小さくなり、ｆ／f₀の値は
防振効果に有利な値となるものである。大きな打
撃力と防振効果との両者を共に満足することがで
きるものとなるわけである。

［発明の効果］ 以上のように本発明においては機械的ばねを介
して駆動子の往復動を打撃用のハンマーに伝える
ものであり、このために大きな打撃力を得られる
とともに、密閉化を図るような必要もなく、摺動
抵抗も小さくすることができることから、小型で
効率の高いものとすることができるものであり、
また振動の反動にしても機械的ばねで吸収するこ
とができるために疲れにくく使い勝手のよいもの
とすることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の縦断面図、第２図は
同上の破断斜視図、第３図は第１図中のＡ−Ａ線
断面図、第４図は同上のロツドリングと偏心ピン
の平面図、第５図は同上の縦断面図、第６図ａ〜
ｅは同上の動作説明図、第７図は同上の駆動子と
ハンマーとの動作のタイムチヤート、第８図は同
上の振動比と振幅比との特性図、第９図は蓄電池
の電圧特性図、第１０図はモータの特性図、第１
１図は他の実施例の縦断面図、第１２図は第１１
図中のＢ−Ｂ線断面図、第１３図は更に他の実施
例の縦断面図、第１４図は同上のばね定数の特性
図、第１５図及び第１６図は夫々従来例の破断正
面図であつて、１は本体ハウジング、２はモー
タ、４は駆動子、５は機械的ばねとしてのコイル
ばね、６はハンマー、７は出力軸、９はドリルビ
ツトを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ モータにて回転駆動されるドリルビツトと、
   ドリルビツトをその軸方向に打撃するハンマー
   と、上記モータにて往復駆動される駆動子と、駆
   動子とハンマーとを連結するとともにハンマーを
   ドリルビツト側に向けて付勢する機械的ばねとを
   備えていることを特徴とする震動ドリル。 ２ 機械的ばねのばね定数とハンマーの質量とで
   定まるばね系の固有振動数f₀と、駆動子の往復動
   の振動数ｆとの比ｆ／f₀が略１であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の震動ドリル。 ３ 機械的ばねはコイルばねであつて、その両端
   が駆動子とハンマーとに各々設けられたねじ部に
   螺合連結されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の震動ドリル。 ４ 機械的ばねは非線形ばね定数を有するもので
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の震動ドリル。 ５ ハンマーが内面に摺接するシリンダーにシリ
   ンダーの内外空間を連通させる空気孔が設けられ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の震動ドリル。 ６ モータ電源がドリル本体に収納された蓄電池
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の震動ドリル。 ７ モータはドリルビツトの軸方向と交差する位
   置に配設され、モータと平行に設けられたハンド
   ルの下部にはドリル本体に設けられている接触ば
   ねとドリルビツトの軸方向と直交する方向におい
   て接触圧が生じる接続端子を備えた電池が収納さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の震動ドリル。 ８ モータはドリルビツトの軸線上に配されてお
   り、ドリルビツトの軸方向と交差するハンドルに
   空間を介して電池が配設されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の震動ドリル。 ９ 機械的ばねのばね定数とハンマーの質量とで
   定まるばね系の固有振動数f₀と、フル充電時にお
   ける蓄電池電圧が印加されたモータにて駆動され
   る駆動子の往復動の振動数ｆとの比ｆ／f₀が１よ
   り大きく且つ１に近似した値とされていることを
   特徴とする特許請求の範囲第６項記載の震動ドリ
   ル。 １０ 電池はハンドルよりもドリルビツト側に配
   設されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の震動ドリル。