WO2010103863A1

WO2010103863A1 - 回転打撃工具

Info

Publication number: WO2010103863A1
Application number: PCT/JP2010/050314
Authority: WO
Inventors: 松永　隆; 山本　浩克; 克名林; 佳孝市川
Original assignee: 株式会社マキタ
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2010-01-14
Publication date: 2010-09-16
Also published as: US20110315417A1; EP2407274A4; CN102348536B; JP2010207951A; RU2011140854A; RU2510324C2; JP5405157B2; EP2407274A1; CN102348536A; US8678106B2; EP2407274B1

Abstract

　本発明は、ネジ等を高速で回転させることが必要な場合であっても、打撃力を小さく、打撃間隔を比較的長くできるようにし、ネジの頭飛び等の防止を目的とする。　本発明に係る回転打撃工具は、モータにより回転するハンマーと、アンビルと、先端工具とを備え、アンビルに対して外部から所定値以上のトルクが加わると、ハンマーがアンビルから外れて空転し、所定角度空転した後、アンビルを回転方向に打撃する構成の回転打撃工具であって、打撃の開始を検出する打撃検出手段と、モータの回転速度を切替える速度切替え手段とを有しており、アンビルが締付け方向に回転しているときに、打撃検出手段が打撃を検出すると、速度切替え手段がモータの回転速度を通常速度から低速に切替える。　

Description

回転打撃工具

　本発明は、モータの回転力を受けて回転するハンマーと、そのハンマーの回転力を受けて回転するアンビルと、そのアンビルに装着されている先端工具とを備え、前記アンビルに対して外部から所定値以上のトルクが加わると、前記ハンマーが前記アンビルから外れて空転し、所定角度空転した後、前記アンビルを回転方向に打撃する構成の回転打撃工具に関する。

　これに関連する従来の回転打撃工具が特許文献１に記載されている。
　特許文献１の回転打撃工具はインパクトドライバであり、多数のネジ等を等しいトルクで締付けられるように、アンビルに対するハンマーの打撃回数を設定できるように構成されている。即ち、前記インパクトドライバは、アンビルに対するハンマーの打撃音を検出する圧電ブザーと、打撃回数を設定する設定ダイヤルと、モータ制御部とを備えている。そして、ネジの締付け中に設定回数だけ打撃が行われた段階で、モータ制御部がモータを停止させるように構成されている。これにより、多数のネジ等を等しいトルクで締付けることが可能になる。

特開２００１－２６００４２号公報（特許3670189号）

　しかし、ネジの種類や前記ネジが固定される板材の材質、及び厚み寸法等が異なる場合には、締付けトルクを変更する必要があるため、その都度、打撃回数を設定し直す必要がある。
　また、図５に示すように、ネジの先端部がドリルキリの形状となっているテクスネジ（登録商標）３を使用する場合、そのテクスネジ３により板材４，５に孔を空ける必要からインパクトドライバの先端工具を高速で回転させる必要がある。これにより、前記テクスネジ３が着座した後の打撃間隔が極めて短くなる。このため、適正な打撃回数を設定するのが難しく、さらに、ハンマーの回転が高速になることから打撃力も大きくなる。このため、テクスネジ３の頭がねじ切られる頭飛び等が発生することがある。
　また、打撃回数に係らず作業者の判断で締付け完了タイミング（モータを停止タイミング）を決める場合に、打撃間隔が極めて短いと締付け完了タイミングを決めるのが難しく、意に反して打撃を行なうことでネジの頭飛び等が発生し易くなる。

　本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、ネジ等を高速で回転させることが必要な場合であっても、打撃力を小さく、打撃間隔を比較的長くできるようにして、ネジの頭飛び等が生じないようにすることである。

　上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。
　請求項１の発明は、モータの回転力を受けて回転するハンマーと、そのハンマーの回転力を受けて回転するアンビルと、そのアンビルに装着されている先端工具とを備え、前記アンビルに対して外部から所定値以上のトルクが加わると、前記ハンマーが前記アンビルから外れて空転し、所定角度空転した後、前記アンビルを回転方向に打撃する構成の回転打撃工具であって、前記打撃を検出する打撃検出手段と、前記モータの回転速度を切替える速度切替え手段とを有しており、前記アンビルが締付け方向に回転しているときに、前記打撃検出手段が打撃の開始を検出すると、前記速度切替え手段が前記モータの回転速度を通常速度から低速に切替えることを特徴とする。

　本発明によると、例えば、通常速度（高速）でネジ等を締付けている場合でも、一旦、打撃の開始が検出されると、モータの回転速度が低速に切替えられる。これにより、アンビルに対するハンマーの打撃力が小さくなるとともに、打撃間隔も比較的長くなる。
　即ち、高速でネジ等を締付けている場合でも、打撃力を比較的小さく、さらに打撃間隔を比較的長くできるようになる。このため、作業者の判断で締付け完了タイミング決めるのが容易になり、意に反して打撃を行ない過ぎるようなことがなく、ネジの頭飛び等のトラブルを防止できる。
　さらに、高速でネジ等を締付けることが可能なため、作業効率の低下も防止できる。

　請求項２の発明によると、通常速度と低速との速度差を０から所定値の間で調整できる速度調整機構を備えていることを特徴とする。
　このため、ネジのサイズや種類、及びそのネジが固定される板材の材質等によって、通常速度と低速との速度差を適正な値に設定できるようになる。

　請求項３の発明によると、トリガの引き量に応じてモータの回転速度を調整するための主スイッチを備えており、前記モータが通常速度に切替えられた場合、あるいは低速に切替えられた場合のいずれにおいても、主スイッチのトリガの引き量に応じてモータの回転速度を調整できるように構成されている。
　即ち、モータが低速に切替えられた場合でも、主スイッチのトリガの引き量に応じてモータの回転速度を調整できるため、打撃間隔を調整し易くなる。

　請求項４の発明によると、打撃検出手段は、圧電センサ、あるいは加速度センサにより衝撃を検出可能に構成されている。
　請求項５の発明によると、アンビルが締付け方向と逆方向に回転しているときは、打撃検出手段が打撃を検出しても速度切替え手段が前記モータの回転速度を切替えないように構成されている。
　このため、速やかにネジ等を緩められるようになる。

　本発明によると、高速でネジ等を締付けている場合でも、打撃力を小さく、打撃間隔を比較的長くできるため、意に反して打撃を行ない過ぎるようなことがなく、ネジの頭飛び等のトラブルを防止できる。

本発明の実施形態１に係る回転打撃工具の全体縦断面図である。前記回転打撃工具のモータ駆動回路の構成を表す模式図である。前記回転打撃工具の速度切替え状態を表すグラフである。前記回転打撃工具の動作を表すフローチャートである。テクスネジを利用した板材固定方法を表す模式側面図である。

［実施形態１］
　以下、図１から図５に基づいて、本発明の実施形態１に係る回転打撃工具の説明を行なう。本実施形態に係る回転打撃工具は、ＤＣブラシレスモータを駆動源とするインパクトドライバ（以下、回転打撃工具という）である。
　ここで、図中の前後左右及び上下は、回転打撃工具の前後左右及び上下に対応している。

＜回転打撃工具の概要について＞
　本実施形態に係る回転打撃工具１０のハウジング１１は、図１に示すように、筒状のハウジング本体１２と、そのハウジング本体１２の側部（図１では下部）から突出するように形成されたグリップ部１５とから構成されている。
　ハウジング本体１２には、後側から順番にＤＣブラシレスモータ２０、遊星歯車機構２４、スピンドル２５、打撃力発生機構２６、及びアンビル２７が同軸に収納されている。ＤＣブラシレスモータ２０は、回転打撃工具１０の駆動源であり、そのＤＣブラシレスモータ２０の回転が遊星歯車機構２４によって減速された後、スピンドル２５に伝達される。そして、スピンドル２５の回転力がハンマー２６ｈや圧縮バネ２６ｂ等を備える打撃力発生機構２６によって後記するように回転打撃力に変換され、アンビル２７に伝えられる。アンビル２７は、回転打撃力を受けて軸回りに回転する部分であり、ハウジング本体１２の先端に設けられた軸受１２ｊによって、軸回りに回転自在、かつ軸方向に変位不能に支持されている。
　アンビル２７の先端部には、ドライバビットやソケットビット等（図示省略）を装着するためのチャック部２７ｔが設けられている。
　即ち、前記ドライバビット、ソケットビット等が本発明の先端工具に相当する。

　ハウジング１１のグリップ部１５は、作業者が回転打撃工具１０を使用する際に把持する部分であり、握り部位１５ｈと、その握り部位１５ｈよりも突出端（下端）側に位置する下端部位１５ｐとから構成されている。握り部位１５ｈは、作業者が握り易いように比較的小径に形成されており、その握り部位１５ｈの基端部にトリガ形式の主スイッチ１８が設けられている。主スイッチ１８は、作業者が指先で引き操作するトリガ１８ｔと、トリガ１８ｔの引き操作により接点がオンオフするとともに、トリガ１８ｔの引き量に応じて抵抗値が変化するように構成されたスイッチ本体部１８ｓとを備えている。
　また、主スイッチ１８の上側には、ＤＣブラシレスモータ２０の回転方向を切替えるための正逆切替えスイッチ１７が設けられている。
　グリップ部１５の下端部位１５ｐは、握り部位１５ｈから主に下側前方向に拡開するように構成されており、その下端部位１５ｐの下側に電池パック１９が連結される電池パック連結部１６が設けられている。電池パック連結部１６は、断面逆Ｕ字形の逆溝状に形成されており、その電池パック連結部１６に対して電池パック１９の嵌合部（図示省略）が前方から後方にスライドしながら嵌め込まれるように構成されている。

＜打撃力発生機構２６について＞
　打撃力発生機構２６のハンマー２６ｈは、図１に示すように、Ｖ字カム溝２５ｖ、Ｖ字ガイド溝２６ｚ及び鋼球２５ｒを介してスピンドル２５と連結されている。
　即ち、スピンドル２５の外周面前部には、断面半円形のＶ字カム溝２５ｖがＶ字の開方向を後方に向けた状態で、そのスピンドル２５の周方向に二箇所形成されている。また、前記ハンマー２６ｈの内周面には、スピンドル２５のＶ字カム溝２５ｖと対向する位置に、断面半円形のＶ字ガイド溝２６ｚがＶ字の開方向を前方に向けた状態で形成されている。そして、相互に対向するＶ字カム溝２５ｖとＶ字ガイド溝２６ｚとの間に鋼球２５ｒが嵌め込まれている。これにより、ハンマー２６ｈはスピンドル２５に対して基準位置から一定角度だけ相対回転可能、かつ一定距離だけ軸方向に相対移動可能な状態で連結されている。また、スピンドル２５の周囲には、そのスピンドル２５に対してハンマー２６ｈを前方（基準位置方向）に押圧するように付勢された圧縮バネ２６ｂが装着されている。

　前記ハンマー２６ｈの前端面には、アンビル打撃用の打撃突部２６ｗが周方向に180°の間隔をおいて二箇所に形成されている。また、アンビル２７には、ハンマー２６ｈの打撃突部２６ｗが当接可能に構成された打撃アーム２７ｄが周方向に180°の間隔をおいて二箇所に形成されている。そして、ハンマー２６ｈが圧縮バネ２６ｂのバネ力でスピンドル２５の前端位置に保持された状態で、そのハンマー２６ｈの各々の打撃突部２６ｗはアンビル２７の打撃アーム２７ｄに当接するようになる。この状態で、ＤＣブラシレスモータ２０の回転力によりスピンドル２５が回転すると、ハンマー２６ｈがスピンドル２５と共に回転し、そのハンマー２６ｈの回転力が打撃突部２６ｗと打撃アーム２７ｄとを介してアンビル２７に伝えられる。そして、アンビル２７に装着されたドライバビット等によって、例えば、ネジが締付けられる。

　そして、前記ネジが所定位置まで締付けられて、アンビル２７に対して外部から所定値以上のトルクが加わると、そのアンビル２７に対するハンマー２６ｈの回転力（トルク）も所定値以上になる。これにより、ハンマー２６ｈが圧縮バネ２６ｂのバネ力に抗してスピンドル２５に対して後方に変位し、そのハンマー２６ｂの打撃突部２６ｗがアンビル２７の打撃アーム２７ｄを乗り超えるようになる。即ち、ハンマー２６ｂの打撃突部２６ｗがアンビル２７の打撃アーム２７ｄから外れて空転する。ハンマー２６ｂの打撃突部２６ｗがアンビル２７の打撃アーム２７ｄを乗り超えると、ハンマー２６ｂは圧縮バネ２６ｂのバネ力で前進し、所定角度空転した後、そのハンマー２６ｂの打撃突部２６ｗがアンビル２７の打撃アーム２７ｄを回転方向に打撃する。これにより、前記ネジが高トルクで締付けられる。そして、前記ハンマー２６ｂの空転と、アンビル２７に対するハンマー２６ｂの打撃とが繰り返し行われる。

　即ち、アンビル２７に対して所定値以上（打撃開始トルク以上）のトルクが加わるとそのアンビル２７に対してハンマー２６ｈによる打撃が繰り替えし行われ、高トルクでネジが締付けられる。
　ここで、ハウジング１１内には、図１に示すように、主スイッチ１８の上側で正逆切替えスイッチ１７の前方の位置に、アンビル２７に対するハンマー２６ｈの打撃を検出するための衝撃センサ２９が取付けられている。衝撃センサ２９としては圧電式衝撃センサ、あるいは加速度センサが使用される。

＜ＤＣブラシレスモータ２０及びモータ駆動回路４０ついて＞
　ＤＣブラシレスモータ２０は、図２等に示すように、永久磁石を備える回転子２２と、駆動コイル２３ｃを備える固定子２３と、前記回転子２２の磁極の位置を検出するための三個の磁気センサ３２とから構成されている。
　モータ駆動回路４０は、ＤＣブラシレスモータ２０を駆動させるための電気回路であり、図２に示すように、６台のスイッチング素子４４（ＦＥＴ１～６）から構成された三相ブリッジ回路部４５と、主スイッチ１８の信号に基づいて前記三相ブリッジ回路部４５のスイッチング素子４４を制御する制御回路４６とを備えている。
　三相ブリッジ回路部４５は、三本（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の出力線４１を備えており、それらの出力線４１がＤＣブラシレスモータ２０の対応する駆動コイル２３ｃ（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に接続されている。
　制御回路４６は、主スイッチ１８のトリガ１８ｔがオン操作されると、各々の磁気センサ３２からの信号に基づいてスイッチング素子４４（ＦＥＴ１～６）を動作させ、各々の駆動コイル２３ｃに順番に電流を流すことで、前記回転子２２を回転させる。

　また、制御回路４６は、主スイッチ１８のトリガ１８ｔの引き量に応じてスイッチ本体部１８ｓの抵抗値が変化すると、その抵抗値変化に基づいてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各駆動コイル２３ｃに供給する電力をＰＷＭ制御により調整できるように構成されている。具体的には、三相ブリッジ回路部４５のＦＥＴ２、ＦＥＴ４、ＦＥＴ６を所定のキャリア周波数でデューティ比調節することにより各駆動コイル２３ｃに供給する電力をＰＷＭ制御する。これにより、図３に示すように、主スイッチ１８のトリガ１８ｔの引き量に応じてＤＣブラシレスモータ２０の回転速度が上昇するようになる。
　また、制御回路４６には、図２に示すように、スイッチやダイヤル等の速度調整機構４８が接続されており、この速度調整機構４８からの信号に基づいて前記制御回路４６はＤＣブラシレスモータ２０の速度設定が可能なように構成されている。そして、衝撃センサ２９がアンビル２７に対するハンマー２６ｈの打撃を検出したときに、制御回路４６は衝撃センサ２９からの信号に基づいてＤＣブラシレスモータ２０の回転速度を通常速度（高速）から低速Ｉ、あるいは低速ＩＩに切替える。ここで、低速ＩにおけるＤＣブラシレスモータ２０の回転速度は、例えば、通常速度の約65パーセントになるように設定されている。また、低速ＩＩにおけるＤＣブラシレスモータ２０の回転速度は、例えば、通常速度の約35パーセントになるように設定されている。
　即ち、前記衝撃センサ２９が本発明の打撃検出手段に相当し、前記制御回路４６が本発明の速度切替え手段に相当する。

＜本実施形態に係る回転打撃工具１０の動作について＞
　次に、本実施形態に係る回転打撃工具１０の動作について、図４のフローチャートに基づいて説明する。
　図５に示すように、テクスネジ３を使用して板材４，５を連結する場合は、テクスネジ３を締付け方向に回転（正転）させるため、図４のステップＳ１０１の判断はＹＥＳとなる。テクスネジ３により板材４，５に孔を空ける段階では打撃は検出されないため（ステップＳ１０２　ＮＯ）、ＤＣブラシレスモータ２０は通常速度（高速）で回転するようになる（ステップＳ１０４）。即ち、図３の通常速度の特性に基づき主スイッチ１８のトリガ１８ｔの引き量に応じてＤＣブラシレスモータ２０が回転するようになる。
　そして、図４のステップＳ１０６（Ｎ０）、ステップＳ１０１、ステップＳ１０２、ステップＳ１０４、及びステップＳ１０６（Ｎ０）が繰り返し実行されることで、ＤＣブラシレスモータ２０が通常速度（高速）の状態で板材４，５の孔空け、及びテクスネジ３のねじ込みが行われる。

　そして、テクスネジ３の頭部３ｈが板材４の表面に当接（着座）する等してアンビル２７に対して所定値以上（打撃開始トルク以上）のトルクが加わると、そのアンビル２７に対してハンマー２６ｈによる打撃が行われる。そして、前記打撃の開始が衝撃センサ２９により検出されると（ステップＳ１０２　ＹＥＳ）、ＤＣブラシレスモータ２０の回転速度は低速Ｉ、あるいは低速ＩＩに切替えられる（ステップＳ１０３）。即ち、図３の低速Ｉ、あるいは低速ＩＩの特性に基づき主スイッチ１８のトリガ１８ｔの引き量に応じてＤＣブラシレスモータ２０が回転するようになる。このように、一旦、打撃が検出されると、ＤＣブラシレスモータ２０の回転速度が低速に切替えられるため、打撃力が小さくなるとともに、打撃間隔も長くなる。

　そして、作業者がテクスネジ３のネジ締めを完了したと判断した時点で（ステップＳ１０６　ＹＥＳ）、トリガ１８ｔの引き量をゼロにしてネジ締め作業を終了する。
　ここで、ＤＣブラシレスモータ２０の回転速度を低速Ｉ、あるいは低速ＩＩのいずれに切替えるかは、テクスネジ３のサイズや材質等に基づいて予め設定されている。
　また、板材４，５にねじ込まれたテクスネジ３を抜き取る場合には、ＤＣブラシレスモータ２０を逆転方向に回転させる（ステップＳ１０１　ＮＯ）。これにより、ＤＣブラシレスモータ２０は通常速度（高速）で回転してテクスネジ３が緩められる。このとき、仮に、打撃が行われたとしても、ＤＣブラシレスモータ２０の回転速度は通常速度（高速）に保持される。

＜本実施形態に係る回転打撃工具１０の長所について＞
　本実施形態に係る回転打撃工具１０によると、通常速度（高速）で孔空け、及びテクスネジ３の締付けを行っている場合でも、一旦、打撃が検出されると、ＤＣブラシレスモータ２０の回転速度が低速に切替えられる。このため、アンビル２７に対するハンマー２６ｈの打撃力が小さくなるとともに、打撃間隔も比較的長くなる。
　即ち、高速で孔空け、及びテクスネジ３の締付けを行っている場合でも、打撃力を小さく、打撃間隔を比較的長くできるようになる。このため、作業者の判断で締付け完了タイミングを決めるのが容易になり、意に反して打撃を行ない過ぎるようなことがない。したがって、ネジの頭を飛ばす等のトラブルを防止できる。
　さらに、高速で孔空け、及び締付けを行うことが可能なため、作業効率の低下も防止できる。

　また、制御回路４６は通常速度（高速）と低速との速度差を複数段階で調整できるように構成されているため、ネジのサイズや種類、及びそのネジが固定される板材の材質等によって、通常速度と低速との速度差を適正な値に設定できる。
　また、ＤＣブラシレスモータ２０が通常速度に切替えられた場合、あるいは低速に切替えられた場合のいずれにおいても、主スイッチ１８のトリガ１８ｔの引き量に応じてモータの回転速度を調整できるように構成されている。このため、ＤＣブラシレスモータ２０が低速に切替えられた状態で、さらに打撃間隔を調整し易くなる。
　また、アンビル２７（ＤＣブラシレスモータ２０）が締付け方向と逆方向に回転しているときは、衝撃センサ２９が打撃を検出しても制御回路４６がＤＣブラシレスモータ２０の回転速度を切替えないように構成されているため、速やかにネジ等を緩めることができる。

＜変更例＞
　ここで、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本実施形態では、アンビル２７に対するハンマー２６ｈの打撃を衝撃センサ２９（圧電センサ、加速度センサ）によって検出する例を示したが、衝撃センサ２９の代わりに打撃音を検出する圧電ブザーやマイクロフォンを使用することも可能である。また、ＤＣブラシレスモータ２０の電流値の変化から打撃を検出することも可能であるし、一台の磁気センサ３２がオンしてから隣の磁気センサ３２がオンするまでの時間に基づいてＤＣブラシレスモータ２０の回転速度を演算し、回転速度の変化から打撃を検出することも可能である。
　また、ＤＣブラシレスモータ２０の回転速度を通常速度から低速Ｉ、あるいは低速ＩＩに切替える例を示したが、低速の種類を増やすことも可能である。さらに、ネジ等のサイズや材質によっては、打撃を検出した場合でもＤＣブラシレスモータ２０の回転速度を通常速度から変化させないようにすることも可能である。
　また、低速Ｉを通常速度の約65パーセント、低速ＩＩを通常速度の約35パーセントに設定する例を示したが、この値は適宜変更可能である。
　また、本実施形態では、テクスネジ３を使用する場合を例示したが、テクスネジ３以外のネジを使用する場合にも本発明を適用することは可能である。

１０・・・・回転打撃工具
１１・・・・ハウジング
１８ｔ・・・トリガ
１８・・・・主スイッチ
２０・・・・ＤＣブラシレスモータ
２６ｈ・・・ハンマー
２７・・・・アンビル
２９・・・・衝撃センサ（打撃検出手段）
４６・・・・制御回路（速度切替え手段）

Claims

モータの回転力を受けて回転するハンマーと、そのハンマーの回転力を受けて回転するアンビルと、そのアンビルに装着されている先端工具とを備え、前記アンビルに対して外部から所定値以上のトルクが加わると、前記ハンマーが前記アンビルから外れて空転し、所定角度空転した後、前記アンビルを回転方向に打撃する構成の回転打撃工具であって、
　前記打撃を検出する打撃検出手段と、
　前記モータの回転速度を切替える速度切替え手段とを有しており、
　前記アンビルが締付け方向に回転しているときに、前記打撃検出手段が打撃の開始を検出すると、前記速度切替え手段が前記モータの回転速度を通常速度から低速に切替えることを特徴とする回転打撃工具。
請求項１に記載された回転打撃工具であって、
　前記通常速度と低速との速度差を０から所定値の間で調整できる速度調整機構を備えていることを特徴とする回転打撃工具。
請求項１又は請求項２のいずれかに記載された回転打撃工具であって、
　トリガの引き量に応じてモータの回転速度を調整するための主スイッチを備えており、
　前記モータが通常速度に切替えられた場合、あるいは低速に切替えられた場合のいずれにおいても、前記主スイッチのトリガの引き量に応じてモータの回転速度を調整できるように構成されていることを特徴とする回転打撃工具。
請求項１から請求項３のいずれかに記載された回転打撃工具であって、
　打撃検出手段は、圧電センサ、あるいは加速度センサにより衝撃を検出可能に構成されていることを特徴とする回転打撃工具。
請求項１から請求項４のいずれかに記載された回転打撃工具であって、
　前記アンビルが締付け方向と逆方向に回転しているときは、前記打撃検出手段が打撃を検出しても前記速度切替え手段が前記モータの回転速度を切替えないように構成されていることを特徴とする回転打撃工具。