WO2010140268A1 - インパクトレンチ - Google Patents

Abstract

　ハンマによる回転打撃力を弱めることなく、軸線方向の振動を緩和することができるインパクトレンチを提供する。ハンマを、スピンドル（５）の外周に嵌合された主ハンマ（６）と、この主ハンマ（６）を覆うように配設され、かつ主ハンマ（６）と一体となって回転する円筒型の副ハンマ（７）とで構成する。さらに副ハンマ（7）を、芯ぶれ運動が起こらないように、芯保持手段によって、回転の軸線がスピンドル（５）の軸線と一致する状態で保持する。本発明のハンマ構成を採用すれば、副ハンマ（７）に比較して主ハンマ（６）の質量を減らし、回転打撃力を維持したまま、軸線方向の振動を緩和することができる。

Description

インパクトレンチ

　本発明は、回転方向に打撃を与えてボルトやナットを強固に締め付けるインパクトレンチに関する。

　インパクトレンチは、回転駆動されるハンマによる衝撃力を出力軸であるアンビルに加えることでボルトやナットの締め付けを行うものである。インパクトレンチは、主要な構成部材として、モータ、スピンドル、ハンマおよびアンビルを備えている。以下、その動作を簡単に説明する。

　モータによってスピンドルが所定の回転数で回転し、当該スピンドルの回転力がハンマに伝達され、当該ハンマの回転によって、ハンマに設けられた爪がアンビルに設けられた係合爪を打撃する。そしてこの打撃によって、アンビルの先端に取り付けられたソケット体に所定のトルクが付与され、ボルトやナットの締め付けが行われる。

　上述したインパクトレンチは、回転打撃を付与する機構の違いにより、いくつかの種類に分類される。代表的なものとして、回転打撃機構が、スピンドルおよびハンマに形成されたカム溝と、その間に挟まれる鋼球、およびハンマをアンビルの方向に付勢するバネによって構成されるものがある（例えば、特許文献１参照）。

　特許文献１に記載のインパクトレンチにおいて、ハンマは原理上、回転すると共にスピンドルの軸線方向に移動し、ボルトやナットを回転させる衝撃以外に軸線方向にも衝撃が加わり、これらの衝撃によってスピンドルの軸線に直行する方向およびスピンドルの軸線方向に振動が発生する。これらの振動は作業者の疲労の原因となり、作業能率が低下するとともに手に痺れが生じるため、振動の緩和が求められている。

　これらの振動を実測したところ、スピンドルの軸線方向の振動は、スピンドルの軸線に直行する方向の振動に比べて３倍程度の大きさがあるため、スピンドルの軸線方向の振動を減少させることは、振動を緩和する上で有効である。

　インパクトレンチの軸線方向の振動を緩和する手段として、主ハンマとは別に、回転方向の衝撃の伝達のみに寄与する副ハンマを設けることにより、軸線方向の振動の発生源である主ハンマの質量を小さくすることが考えられるが、具体案が提案されるには至っていない。

　軸線方向の振動の緩和とは目的が異なるが、ハンマの回転打撃力を調整するため、回転方向の衝撃の伝達のみに寄与する副ハンマを設け、必要に応じて副ハンマを主ハンマに係合または離脱させることが提案されている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。

特開２００７－１５２４４８号公報 特開平６－１９０７４１号公報

　しかし、これらの特許文献で提案された構造は、そのままでは、軸線方向の振動を緩和する手段として用いることができない。以下にその理由を説明する。

　第１は、質量の小さい主ハンマを用いることができないことである。主ハンマによる軸線方向の振動を小さくするためには、軸線方向の衝撃力を小さくする必要がある。そして軸線方向の衝撃力の大きさは、主ハンマの質量に比例する。従って、軸線方向の衝撃力を小さくするためには、副ハンマに比べて主ハンマの質量をできるだけ小さくする必要がある。

　しかし、特許文献に開示の主ハンマ（特許文献１ではハンマー４、特許文献２ではハンマー２）は、単独でもボルトやナットの締め付けを行うことができるように、十分な大きさの回転方向の衝撃力を確保する必要がある。そして回転方向の衝撃力の大きさは、主ハンマの慣性モーメントに比例する。なお、慣性モーメントは、物体内の各部分の質量と、その部分から回転軸までの距離の２乗との積を、物体全体にわたって積分したものである。

　特許文献に開示の主ハンマは、係脱可能な副ハンマが主ハンマを囲むように配置されているため、主ハンマの各部分の回転軸までの距離を大きくすることができない。そのため、十分な大きさの慣性モーメントを得るためには、回転軸の近くで主ハンマの質量を大きくせざるを得ない。結果として主ハンマの質量が大きくなるため、軸線方向の振動はそれほど小さくはならない。

　第２は、副ハンマの回転の軸線を保持する手段が設けられていないことである。主ハンマの外周面と副ハンマの内周面にスプライン加工が施されており、相互の歯が噛み合うことにより主ハンマと副ハンマが一体となって回転する。しかし特許文献に開示された構造は、副ハンマ（特許文献１では付加ハンマー８、特許文献２では付加ハンマー６）を、手動操作により離脱位置から主ハンマとの係合位置に円滑に移動させることができるように、副ハンマと主ハンマとの間に大きな隙間（遊び）が設けられている。そのため副ハンマは、主ハンマによっては回転の軸線が保持されない。

　また、特許文献に開示された構造では、副ハンマの回転の軸線を保持するためのその他の手段も設けられていない。結果として、副ハンマが主ハンマに係合された状態において、スピンドルの回転に伴って主ハンマが軸線方向に移動するときに、スピンドルの回転の軸線に対して副ハンマの回転の軸線が振れて、いわゆる「芯ぶれ回転」が発生する。芯ぶれ回転の発生は、主ハンマの軸線方向への円滑な移動を妨げ、ハンマによる回転打撃力を弱める原因となる。

　本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、ハンマによる回転打撃力を弱めることなく、軸線方向の振動を緩和することができるインパクトレンチを提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため、本発明にかかるインパクトレンチは、
　モータによって回転される円柱状のスピンドルと、
　前記スピンドルの回転の軸線方向の前方に配置され、かつ前記スピンドルの軸線と回転の軸線が一致し、前部に締付用のソケット体が装着される角軸部もしくはドライバービットが挿入される穴を有し、後部に第１の爪が設けられたアンビルと、
　前記スピンドルの外周に嵌合され、かつ前部に前記第１の爪と係合する第２の爪が設けられ、前記スピンドルの回転の軸線を中心に回転可能かつ前記軸線方向に移動可能な主ハンマと、
　前記主ハンマと一体となって回転する円筒部を有し、この円筒部の内部空間に前記スピンドルが挿通されると共に前記主ハンマが収容される副ハンマと、
　前記スピンドルと前記主ハンマとの間に介在し、前記スピンドルと前記主ハンマとの間に所定の値を超えるトルクが作用すると、前記主ハンマを回転させると共に前記アンビルの方向に前進させ、前記第２の爪を前記第１の爪に衝撃的に係合させることにより前記第１の爪を打撃し、前記アンビルを軸線回りに回転させる回転打撃機構と、
　前記副ハンマの回転の軸線を前記スピンドルの回転の軸線と一致する状態で保持する芯保持手段と、を備えることを特徴とする。

　ここで、前記副ハンマとして、前記円筒部の後端部に底部が形成された有底円筒型の副ハンマを用い、かつ前記底部の中心に形成された前記スピンドルを挿入する孔の内径を前記スピンドルの外径とほぼ等しくすることで、前記副ハンマの底部を芯保持手段として機能させてもよい。

　また前記スピンドルおよび前記副ハンマを、それぞれの軸線が一致する状態で、かつ前記スピンドルについては第１の軸受を介して、前記副ハンマについては第２の軸受を介してケースに回転自在に支持することで、前記ケースを芯保持手段として機能させてもよい。前記第１の軸受と前記第２の軸受は、円筒型のブッシュの内周面に取り付けられ、かつこのブッシュは前記ケースに固定されていることが好ましい。

　また前記副ハンマの円筒部の内周面を、前記アンビルに設けられた少なくとも２個の第１の爪の外周面によって回転自在に支持することで、前記アンビルの少なくとも２個の第１の爪を前記芯保持手段として機能させてもよい。

　また前記副ハンマの円筒部の内周面を、前記アンビルの後部に設けられたリング状のフランジにより直接、もしくは軸受を介して回転自在に支持することで、前記フランジを前記芯保持手段として機能させてもよい。

　本発明にかかるインパクトレンチにおいて、前記主ハンマの外周面に、断面が半円形で前記スピンドルの軸線と平行な複数の第１の溝が形成され、前記副ハンマの円筒部の内周面のうち前記第１の溝に対応する位置に、断面が半円形で前記スピンドルの軸線と平行な複数の第２の溝が形成され、かつ前記第１の溝と前記第２の溝に円柱部材が嵌め込まれることが好ましい。

　なお、前記副ハンマの底部、前記アンビルの後部に形成されたリング状のフランジ、および前記副ハンマの円筒部の前部開放端と前記フランジとの間に配設されたリング状のカバーにより、前記副ハンマの円筒部の内部空間が密閉されるように構成されていてもよい。

　また前記副ハンマの底部と前記主ハンマとの間に、前記主ハンマを前記アンビルの方向に付勢するバネが配設されていることが好ましい。

　また前記副ハンマの後端部に、前記副ハンマを前記ケースに対して回転自在に支持する複数のボールと、これらのボールを案内するリング状のボールガイドとが配設され、かつ前記副ハンマと前記ボールガイドとの間に、衝撃を吸収するリング状の第１の緩衝部材が配設されていることが好ましい。

　また、前記スピンドルの前部に形成された段部と前記アンビルの後端部との間に衝撃を吸収するリング状の第２の緩衝部材が配設されていることが好ましい。

　本発明では、円筒型の副ハンマを用い、この副ハンマを主ハンマと一体となって回転させ、かつその副ハンマの円筒部の内部空間に主ハンマを収容することにより、副ハンマの軸線方向の長さを長くすることができ、主ハンマに比べて副ハンマの質量を大きくできるように構成している。更に、芯保持手段によって、副ハンマの回転の軸線をスピンドルの軸線と一致させることにより、芯ぶれ回転の発生を防止している。

　結果として、副ハンマに比較して主ハンマの質量を小さくし、回転打撃力を維持したままスピンドルの軸線方向の振動を緩和できるため、作業者の疲労を軽減して、作業能率の低下や痺れの発生を防止できる。また、円筒型の副ハンマを用いることで慣性モーメントを大きくすることができ、強い回転打撃力を得ることができる。

本発明の実施の形態１にかかるインパクトレンチの主要部を、スピンドルの軸線を含む縦方向の面で切断した要部正面図である。 実施の形態１にかかるインパクトレンチのケース部分を除く構成部品を展開して示した斜視図である。 図１のインパクトレンチにおいて、スピンドルの外周面と主ハンマの内周面を円周方向に展開して平面にした状態（円周の半分）を示す図である。 図１のインパクトレンチにおいて、主ハンマとアンビルの外周面を円周方向に展開して平面にした状態を示す模式図である。 本発明の実施の形態２にかかるインパクトレンチの主要部を、スピンドルの軸線を含む縦方向の面で切断した要部正面図である。 ドライバービット挿入穴のあるアンビルを用いた本発明の実施の形態３にかかるインパクトレンチの前部の断面図である。

　以下、本発明の実施の形態にかかるインパクトレンチについて、図面を参照して説明する。

　（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１にかかるインパクトレンチの主要部を、スピンドルの軸線を含む縦方向の面で切断した要部正面図である。また図２は、図１のインパクトレンチのケース部分を除く構成部品を展開して示した斜視図である。

　＜インパクトレンチの構成＞
　インパクトレンチ１は、ケース２、電動モータ３、回転伝達機構４、スピンドル５、主ハンマ６、副ハンマ７、バネ８、およびアンビル９を備えている。以下、それぞれの構成部品の構造と機能を説明する。

　最初にケース２について説明する。ケース２は、インパクトレンチ１の後部に配置された樹脂製のハウジング２１と、前部に配置されたアルミニウム製のクラッチケース２２で構成され、クラッチケース２２は、図示しないビスによってハウジング２１に固定されている。以降、アンビル９が配置された側を前方とし、電動モータ３が配置された側を後方として説明を行う。

　ハウジング２１には、電動モータ３や回転伝達機構４、バッテリ等が収容されている。ハウジング２１の下方には、電動モータ３のスイッチであるレバー２３、および図示しないが、操作者用のグリップや電動モータ３の電源であるバッテリを収容するバッテリ収納部が設けられている。

　一方、クラッチケース２２には、インパクトレンチ１の主要構成部品である主ハンマ６、副ハンマ７、アンビル９等が収容され、また前部に設けられた孔からアンビル９の角軸部９１が突出している。

　次に回転伝達機構４について説明する。電動モータ３の回転軸３１の回転は、回転伝達機構４を介して鋼製のスピンドル５に伝達される。回転伝達機構４は、電動モータ３の回転軸３１に固定された太陽歯車４１と、この太陽歯車４１に噛み合う２個の遊星歯車４２と、遊星歯車４２に噛み合う内歯車４３とで構成されている。遊星歯車４２は、図２に示すように、スピンドル５の後方に形成された張出部５１に回転自在に取り付けられた支軸４４によって支持されている。

　回転伝達機構４の前方には、円筒の内周側にリング状のフランジが形成されたブッシュ２４が配設され、内歯車４３はこのブッシュ２４によりハウジング２１に固定されている。

　次にスピンドル５について説明する。図１に示すように、円柱状のスピンドル５は、後端部に配された玉軸受２７を介してハウジング２１に回転自在に取り付けられている。また玉軸受２７の前部には、２枚のリング状の鍔が所定の間隔を隔てて配された張出部５１が形成されている。前述したように張出部５１の２枚の鍔の間には、支軸４４に支持された２個の遊星歯車４２が回転可能な状態で配設されている。

　また図２に示すように、スピンドル５の先端には、スピンドル５の本体部分（張出部５１と後述するカム溝５３のある円柱部）と同軸に円柱状の小径の突起部５２が形成され、突起部５２は、アンビル９の後部に形成された円柱状の内部空間を有する穴９２に回転可能な状態で嵌め込まれている。なお、穴９２はアンビル９の後述する角軸部９１の後ろにある円柱部分と同軸に加工されている。

　次に主ハンマ６について説明する。スピンドル５の外周には、中心部に貫通孔が形成された鋼製の主ハンマ６が嵌合されている。図２に示すように、主ハンマ６の前端面には、アンビル９側に向けて突出する一対の爪６３が設けられている。

　主ハンマ６とスピンドル５との間には、アンビル９に回転打撃を与える機構（以降、「回転打撃機構」という）が設けられている。具体的に説明すると、回転打撃機構は、スピンドル５の外周面に形成された２本のカム溝５３、主ハンマ６の貫通孔の内周面に形成された２本のカム溝６１、カム溝５３とカム溝６１に挟まれるように配置された２個の鋼球１１、および主ハンマ６をアンビル９の方向に付勢するバネ８で構成されている。図３に、スピンドル５の外周面と主ハンマ６の貫通孔の内周面を円周方向に展開して平面にした状態のうち円周の半分（１８０°）を示す。

　図３から分かるように、スピンドル５のカム溝５３はＶ字形に形成され、また主ハンマ６のカム溝６１は端部が逆Ｖ字形に形成されている。鋼球１１はカム溝５３およびカム溝６１に沿って移動することができる。鋼球１１がカム溝５３およびカム溝６１に沿って移動することにより、主ハンマ６は、スピンドル５の外周面上をスピンドル５の回転の軸線（以降、「スピンドル５の軸線」と略す）Ｏに沿って前方または後方に移動しながら回転する。回転打撃機構の動作については、後に図３を用いて詳述する。

　次に副ハンマ７について説明する。図１に示すように、主ハンマ６の外周側には、有底円筒型の鋼製の副ハンマ７が配置されている。副ハンマ７は、円筒部７１と、円筒部７１の後端部に設けられた底部７２とで構成され、底部７２の中心にはスピンドル５が通る孔７３が形成されている。

　図２に示すように、主ハンマ６の外周面の４箇所には、軸線Ｏと平行に、断面が半円形の溝６２が形成されている。同様に、副ハンマ７の円筒部７１の内周面の４箇所にも、軸線Ｏと平行に、断面が半円形の溝７４が形成されている。そして溝６２および溝７４に円柱部材である針状コロ１２が嵌め込まれている。

　副ハンマ７の回転の軸線を保持する手段がないときは、主ハンマ６と副ハンマ７の回転の軸線はそれぞれが軸線Ｏと一致するとは限らないが、針状コロ１２が嵌め込まれた状態では、或る共通の回転の軸線を中心として一体となって回転する。そして、主ハンマ６は、針状コロ１２をガイドとして前後方向に移動できる。なお図１では、断面の形状を分かり易く説明するため、下部にのみ針状コロ１２と、溝６２および７４が描かれ、上部の針状コロ１２と溝６２、７４は省略されている。

　副ハンマ７の底部７２の外周側には段部７４が形成され、ブッシュ２４と段部７４の間には、リング状のワッシャ－１３、複数の鋼製のボール１４およびフランジ付のボールガイド１５が配設されている。ボール１４の働きにより、副ハンマ７はブッシュ２４に対し自由に回転できる。一方、副ハンマ７の円筒部７１の前部開放端はリング状のカバー２５で覆われている。

　主ハンマ６の後部と副ハンマ７の底部７２との間にバネ８が介装されている。バネ８は一般にコイルスプリングと呼ばれる圧縮バネであり、主ハンマ６をアンビル９に向けて付勢する。主ハンマ６と副ハンマ７、およびバネ８は、軸線Ｏを中心として一体となって回転する。このようにバネ８の後方の端を副ハンマ７の底部７２で受けることで、バネ８をハウジング２１で直接受ける場合に必要となる捻り防止用の座金とボールが不要となるため、回転打撃機構の構成が簡素化される。

　次にアンビル９について説明する。図１に示すように、鋼製のアンビル９は、鋼製もしくは黄銅製のすべり軸受２６を介してクラッチケース２２に回転自在に支持されている。アンビル９の先端には、６角ボルトの頭部や６角ナットに装着するソケット体を取り付けるための、断面が四角形状の角軸部９１が設けられている。角軸部９１は、クラッチケース２２に設けられた孔から突出している。

　アンビル９の後部には、主ハンマ６の爪６３に係合する一対の爪９３が設けられている。一対の爪９３はそれぞれ扇形に形成され（図２参照）、その外周面は、副ハンマ７の円筒部７１の前端部の内周面に接している。一対の爪９３は、副ハンマ７が回転する時に回転の中心を保持する機能を果たしている。なお、アンビル９の爪９３および主ハンマ６の爪６３は必ずしも一対（２個）である必要はなく、それぞれの爪の数が等しければ、アンビル９および主ハンマ６の円周方向に等間隔に３個以上設けてもよい。

　アンビル９には、一対の爪９３に接するようにリング状のフランジ９４が形成されている。またフランジ９４の外周側には、副ハンマ７の円筒部７１の前部開放端を覆うようにリング状のカバー２５が配設されている。またカバー２５とすべり軸受２６との間にはＯリング１９が配設され、カバー２５と副ハンマ７の間に隙間が生じないように、カバー２５を副ハンマ７に対して付勢している。

　＜回転の軸線の一致＞
　ここで、スピンドル５、主ハンマ６、副ハンマ７およびアンビル９の各回転の軸線が一致することについて説明する。前述したように、スピンドル５は玉軸受２７を介してハウジング２１に回転自在に支持され、またアンビル９はすべり軸受２６を介してクラッチケース２２に回転自在に支持されている。更に、スピンドル５の先端に形成された円柱状の突起部５２が、アンビル９の後部に形成された穴９２に回転可能な状態で嵌め込まれている。

　スピンドル５の後部およびアンビル９全体は、それぞれの回転の中心が一致する状態でハウジング２１およびクラッチケース２２に取り付けられている。そしてスピンドル５の先端にある突起部５２がアンビル９の穴９２に回転可能に嵌め込まれることによって、スピンドル５とアンビル９は回転の軸線が一致し、かつ相互に自由に回転できる状態で結合されている。このように構成することによって、アンビル９の回転の軸線とスピンドル５の軸線Ｏが常に一致した状態で保持される。

　一方、副ハンマ７の前部は、円筒部７１の前端部の内周面とアンビル９の一対の爪９３の外周面が摺動することにより、アンビル９に回転自在に支持されている。また、副ハンマ７の後部は、底部７２に形成された孔７３の内周面がスピンドル５の外周面と摺動することにより、スピンドル５に回転自在に支持されている。このように構成することによって、副ハンマ７の回転の軸線とスピンドル５の軸線Ｏが常に一致した状態で保持される。

　また主ハンマ６は、副ハンマ７に針状コロ１２が嵌め込まれた状態では、副ハンマ７と共通の回転の軸線周りに回転する。このとき、副ハンマ７の回転の軸線がスピンドル５の軸線Ｏと常に一致しているため、主ハンマ６もスピンドル５の軸線Ｏ周りに回転する。

　次に緩衝部材１６、１７および１８について説明する。図１に示すように、副ハンマ７の底部７２の外周側に形成された段部７４とボールガイド１５との間には、主として振動を吸収することを目的として、低反発のウレタンゴムで形成されたリング状の緩衝部材１６が配設されている。

　同様の目的で、副ハンマ７の底部７２に形成された張出部７５の端面、およびスピンドル５の段部５４（図２参照）とアンビル９の後端面との間にも、低反発のウレタンゴムで形成された緩衝部材１７および１８が配設されている。これらの緩衝部材を配設することによって、軸線Ｏ方向の振動を更に緩和できる。

　なお、緩衝部材１６、１７および１８の材質としては、上述した低反発のウレタンゴムを含めて低反発ゴムを用いることが好ましく、それ以外には、低反発特性を備えた熱可塑性エラストマー、樹脂、繊維、皮革等を用いることができる。

　＜インパクトレンチの動作＞
　次に、前述の図１と図３、さらに図４を参照してインパクトレンチ１の動作を説明する。図４に、主ハンマ６とアンビル９の外周面を円周方向に展開して平面にした模式的な状態を示す。図４は、主ハンマ６の爪６３とアンビル９の爪９３との係合状態を説明する際に用いる。

　電動モータ３が回転すると、その回転が回転伝達機構４によって減速された後スピンドル５に伝達され、スピンドル５が所定の回転数で回転する。スピンドル５の回転力は、スピンドル５のカム溝５３と主ハンマ６のカム溝６１の間に嵌め込まれた鋼球１１を介して主ハンマ６に伝達される。

　図３（ａ）に、ボルトやナットの締め付け開始直後のカム溝５３とカム溝６１との位置関係を示す。また図４（ａ）に、同一時点の主ハンマ６の爪６３とアンビル９の爪９３との係合状態を示す。図４（ａ）に示すように、電動モータ３の回転によって、主ハンマ６には回転力Ａが矢印で示す方向に加わる。またバネ８によって、主ハンマ６には直進方向の付勢力Ｂが矢印で示す方向に加わっている。なお主ハンマ６とアンビル９との間に若干の隙間があるが、これは緩衝部材１８によって生じた隙間である。

　主ハンマ６が回転すると、主ハンマ６の爪６３とアンビル９の爪９３との係合によりアンビル９が回転し、主ハンマ６の回転力がアンビル９に伝達される。アンビル９の回転によって、アンビル９の角軸部９１に取り付けられたソケット体（図示せず）が回転し、ボルトやナットに回転力を与えて初期の締め付けが行われる。

　ボルトやナットの締め付けが進むに伴ってアンビル９に加わる負荷トルクが大きくなると、図３（ａ）に示すように、主ハンマ６はそのトルクにより、スピンドル５に対し相対的にＹ方向に回転させられる。そしてバネ８の付勢力Ｂに打ち勝って、鋼球１１がカム溝５３およびカム溝６１の斜面に沿って矢印Ｆで示す方向に移動しながら、主ハンマ６はＸ方向に移動する。

　そして、図３（ｂ）に示すように、鋼球１１がカム溝５３およびカム溝６１の斜面に沿って移動し、これに対応する形で主ハンマ６がＸ方向に移動すると、図４（ｂ）に示すように、主ハンマ６の爪６３がアンビル９の爪９３から外れる。

　主ハンマ６の爪６３がアンビル９の爪９３から外れると、押し縮められたバネ８の付勢力Ｂが開放されることによって、主ハンマ６は高速で、Ｙとは逆方向に回転しながらＸとは逆方向に前進する。そして図４（ｃ）に示すように、主ハンマ６の爪６３が、矢印Ｇで示す軌跡で移動してアンビル９の爪９３に衝突し、アンビル９に回転方向の打撃力が付与される。その後、反動により主ハンマ６の爪６３は、軌跡Ｇとは逆方向に移動するが、最終的には、回転力Ａおよび付勢力Ｂが作用して図４（ａ）に示す状態に戻る。以上の動作が繰り返されることにより、アンビル９に回転打撃が繰り返し加えられる。

　なお、以上はボルトやナットを締め付ける際の動作について説明したが、締め付けられたボルトやナットを緩める際にも、回転打撃機構によって締め付け時とほぼ同様の動作が行われる。ただしこの場合には、電動モータ３を締め付けの際とは逆方向に回転させることにより、鋼球１１が図３（ａ）に示すＶ字状の溝５３に沿って右上方に移動し、主ハンマ６の爪６３によって、アンビル９の爪９３が締め付けの際とは逆方向に打撃される。

　＜副ハンマの作用＞
　次に、回転打撃における副ハンマ７の作用について、ハンマが１つしかない従来のインパクトレンチと比較して説明する。

　主ハンマ６の爪６３とアンビル９の爪９３との係合が外れると、バネ８が圧縮状態から開放され、バネ８に蓄積されたエネルギーが主ハンマ６および副ハンマ７の運動エネルギーとして放出される。主ハンマ６は、カム溝５３および６１と鋼球１１との作用により、図４（ｃ）の軌跡Ｇに示すように、高速で回転しながら前進する。そして、主ハンマ６の爪６３がアンビル９の爪９３に衝突することにより、アンビル９に回転方向の衝撃が加わる。また主ハンマ６の前端面がアンビル９の後端面に衝突することにより、軸線Ｏ方向に衝撃が加わる。

　主ハンマ６によるアンビル９の打撃は１秒間に１０回程度行われ、衝撃によってスピンドル５の軸線に直行する方向およびスピンドル５の軸線方向に振動が発生する。これらの振動は作業者に疲労を与え、作業能率が低下したり、手に痺れが生じる原因となるため、できるだけ小さい方がよい。

　これらの振動のうち、スピンドルの軸線方向の振動は、主としてアンビル９による軸線方向に加わる衝撃によって発生する。その一方で、アンビル９による軸線方向に加わる衝撃はボルトやナットの締め付けには寄与しない。

　前述したように、ハンマによる軸線Ｏ方向の衝撃の強さはハンマの質量に比例し、回転方向の衝撃の強さはハンマの慣性モーメント（物体内の各部分の質量と、その部分から回転軸までの距離の２乗との積の総和）に比例する。１つのハンマを用いてアンビル９に回転打撃を加える場合、軸線Ｏ方向の衝撃を小さくするためにはハンマの質量を減らす必要があるが、単純にハンマの質量を減らすと、慣性モーメントが小さくなるために回転方向の衝撃も小さくなり、アンビル９の回転打撃力が弱くなる。

　本発明では、スピンドル５に嵌合された主ハンマ６とは別に、主ハンマ６と一体となって回転するが、スピンドル５の軸線方向には移動しない副ハンマ７を用いることによって、上述した問題の解決を図っている。すなわち、主ハンマ６と副ハンマ７の合計の質量は、１つのハンマを用いた場合の質量とほぼ等しくすると共に、副ハンマ７の質量が主ハンマ６の質量より大きくなるように設定している。

　このようなハンマ構成においては、バネ８が圧縮状態から開放されることによってもたらされるアンビル９の回転方向に加わる衝撃力は、ハンマの慣性モーメント、すなわち主ハンマ６および副ハンマ７の合計の慣性モーメントに比例する。一方、アンビル９による軸線方向に加わる衝撃力は、主ハンマ６だけの質量に比例する。従って、回転方向の衝撃力にのみ寄与する副ハンマ７の質量を、主ハンマ６の質量と比較してできるだけ大きくすることにより、アンビル９による軸線方向に加わる衝撃力を小さくすることができる。

　さらに本発明では、慣性モーメントの大きさが回転半径の２乗に比例することを利用して、慣性モーメントの増大を図っている。すなわち、本発明に用いた円筒型の副ハンマは質量の大半が半径の大きい部分に集中するため、円筒型の副ハンマを採用することにより、回転の中心部に質量が集中する円柱型の副ハンマを採用する場合に比べて慣性モーメントが大きくなり、副ハンマによる衝撃力が増大する。

　従って、本実施の形態にかかるハンマ（主ハンマ６と副ハンマ７）を採用することにより、アンビル９の回転方向に加わる衝撃力が大きく、かつスピンドル５の軸線Ｏ方向に発生する振動の少ないインパクトレンチ１を実現できる。

　＜芯ぶれ回転の問題点＞
　上述した効果を発揮するためには、主ハンマ６と副ハンマ７が一体となって回転し、その一方で、主ハンマ６が軸線Ｏ方向に滑らかに移動できる必要がある。本実施の形態では、主ハンマ６と副ハンマ７との間に針状コロ１２を配置（図２参照）することによって、主ハンマ６と副ハンマ７の一体回転と、主ハンマ６の軸線Ｏ方向への滑らかな移動を実現している。

　しかし、副ハンマ７の回転の軸線がスピンドル５の軸線Ｏと一致せず、芯ぶれ回転をする場合には、主ハンマ６の軸線Ｏ方向への円滑な移動が妨げられ、所期の効果を発揮できない。以下に、芯ぶれ回転の問題点を説明する。

　第１に、ボルトやナットの締め付け力が弱くなる。主ハンマ６は副ハンマ７の内周面に設けられたガイド（針状コロ１２）上を摺動して前後に移動する。前述の図４（ｃ）で説明したように、主ハンマ６の爪６３とアンビル９の爪９３との係合が外れると、バネ８が圧縮状態から開放され、バネ８に蓄積されたエネルギーが主ハンマ６の運動エネルギー（および一部は副ハンマ７の回転エネルギー）として放出される。そして主ハンマ６は、カム溝５３および６１と鋼球１１との作用により、高速で前進しながら回転する。

　その際、副ハンマ７が芯ぶれ回転していると、主ハンマ６にとって前進運動および回転運動を行う上での抵抗となり、前進速度と回転速度が遅くなる。同時に副ハンマ７の回転速度も遅くなる。そして回転速度の遅れに伴って角加速度も小さくなる。そのため角加速度に比例する衝撃トルク、つまり回転打撃力が小さくなってボルトやナットの締め付け力が弱くなる。

　第２に、爪の磨耗が著しくなる。図４（ｃ）の軌跡Ｇに示すように、正常な状態では、主ハンマ６の爪６３がアンビル９の爪９３と深く係合した状態でアンビル９を打撃する。しかし芯ぶれ回転が生じると、スピンドル５自体の回転速度が加わった主ハンマ６の回転に比べて軸線方向の移動が相対的に遅れてしまう。結果として、主ハンマ６の爪６３の先端のみでアンビル９の爪９３を打撃することとなり、単位面積当りに加わる力が過大になって両方の爪の磨耗が著しくなる。

　本実施の形態では、副ハンマ７の回転の軸線をスピンドル５の軸線Ｏと一致する状態で保持する芯保持手段を設けることで、芯ぶれ回転の発生を防止している。具体的には、副ハンマ７の底部７２の中心に形成された孔７３の内径を、スピンドル５のカム溝５３のある円柱部の外径とほぼ同じ大きさに設定すると共に、円筒部７１の前端部の内径を、アンビル９の爪９３の外径とほぼ同じ大きさに設定している。

　このような構成とすることで、常に副ハンマ７の回転の軸線をスピンドル５の軸線Ｏと一致させることができ、主ハンマ６の軸線Ｏ方向への円滑な移動を実現できる。なお、本実施の形態では、副ハンマ７の孔７３の内周面および円筒部７１の前端部の内周面にグリースを塗ることにより、摩擦によって円滑な回転が妨げられるのを防止している。

　＜騒音の抑制＞
　本実施の形態では、副ハンマ７は、主ハンマ６の爪６３とアンビル９の爪９３との打撃によって発生する騒音を抑制する機能も果たしている。図１に示すように、打撃音の発生部である主ハンマ６の爪６３とアンビル９の爪９３は、副ハンマ７の円筒部７１の内部空間に収容されている。すなわち、打撃音の発生部は副ハンマ７の円筒部７１で覆われている。またアンビル９の後部にはリング状のフランジ９４が形成され、さらに副ハンマ７の円筒部７１の前部開放端を覆うようにリング状のカバー２５が配設されている。

　従って、打撃音の発生部は、スピンドル５、副ハンマ７の円筒部７１および底部７２、アンビル９のフランジ９４ならびにカバー２５で覆われ、打撃音が外部に漏れるのが抑制される。

　なお、本実施の形態では、主ハンマ６を副ハンマ７の軸線方向に移動させる際のガイドとして針状コロ１２を用いたが、それに限定されるものではなく、棒状コロや円筒コロを用いてもよい。またこれらのコロ軸受用コロ以外でも、円柱状の部材であれば、何ら問題はない。更には、主ハンマ６の外周面および副ハンマ７の内周面にスプライン加工を施し、それらを係合させることによって主ハンマ６を副ハンマ７の軸線方向に移動させるようにしてもよい。

　また本実施の形態では、アンビル９にフランジ９４を設け、このフランジ９４とカバー２５によって副ハンマ７の円筒部７１の前部開放端を覆うようにしたが、アンビル９にフランジを設けず、アンビル９の角軸部９１の後ろにある円柱部分の外径とほぼ同じ内径の中心孔を有するカバー２５を用いて円筒部７１の前部開放端を覆うようにしてもよい。

　また本実施の形態では、副ハンマの材質に鋼を用いたが、銅等の鋼よりも比重の大きい金属またはその合金を用いて副ハンマを作製すると、回転打撃力を更に増加させることができる。

　（実施の形態２）
　図５は、本発明の実施の形態２にかかるインパクトレンチの主要部を、スピンドルの軸線を含む縦方向の面で切断した要部正面図である。実施の形態２にかかるインパクトレンチ１ａは、実施の形態１にかかるインパクトレンチ１と、副ハンマの回転の軸線をスピンドルの軸線と一致する状態で保持する芯保持手段の構成が異なっている。これに伴い、実施の形態１のスピンドル５、副ハンマ７およびアンビル９が、スピンドル５ａ、副ハンマ７ａおよびアンビル９ａに置き換わっている。

　以降、芯保持手段の構成を中心にして、インパクトレンチ１ａの構成と動作を説明する。なお、図５において、図１のインパクトレンチ１と同一機能を有する構成部品には同一の符号を付すとともに、説明を省略する。

　実施の形態１では、副ハンマ７の底部７２に形成された孔７３とアンビル９の爪９３とによって、副ハンマ７の回転の軸線をスピンドル５の軸線Ｏと一致させている。一方、本実施の形態では、ハウジング２１に固定されたブッシュ２４ａおよびアンビル９ａの後部に設けられたフランジ９４ａによって副ハンマ７ａの回転の軸線をスピンドル５ａの軸線Ｏと一致させている。

　具体的には、円筒型のブッシュ２４ａを介してハウジング２１に取り付けられた玉軸受２８によって、副ハンマ７ａの後端部をハウジング２１に回転可能な状態で支持している。また副ハンマ７ａの円筒部７１の前端部の内周面を、玉軸受２９を介してアンビル９ａの後部に設けられたフランジ９４ａに取り付けることにより、副ハンマ７ａの円筒部７１の前端部をアンビル９ａに対して回転可能な状態で支持している。

　これに伴い、スピンドル５ａの形状とアンビル９ａの形状を若干変更している。スピンドル５ａについては、肉厚の張出部５１ａを後端部に形成し、かつその外周面に玉軸受２７を配置している。そしてその玉軸受２７を、前述した円筒型のブッシュ２４ａによって副ハンマ７ａ用の玉軸受２８と一体で支持する構造を採用している。

　このようにスピンドル５ａ用の玉軸受２７と副ハンマ７ａ用の玉軸受２８を１つの円筒型のブッシュ２４ａで支持することにより、副ハンマ７ａの後部の回転の中心をスピンドル５ａの軸線Ｏと一致させることができる。

　一方、アンビル９ａのフランジ９４ａは、実施の形態１のアンビル９のフランジ９４より肉厚に形成され、かつフランジ９４ａの外周面に玉軸受２９が嵌め込まれている。また実施の形態１と同様に、アンビル９ａはすべり軸受２６を介してクラッチケース２２に回転自在に支持され、かつアンビル９ａの回転の軸線はスピンドル５ａの軸線Ｏと一致している。

　実施の形態１では、アンビル９の一対の爪９３の外周面で副ハンマ７の円筒部７１の内周面を支持していたが、本実施の形態では、フランジ９４ａの外周面の全周を用いて副ハンマ７ａの円筒部７１の内周面を支持しているため、副ハンマ７ａの前部の回転の中心をスピンドル５ａの軸線Ｏと一致させる上でより効果的である。

　以上の結果として、副ハンマ７ａは、その回転の軸線がスピンドル５ａの軸線Ｏと一致する状態で、玉軸受２８を介してブッシュ２４ａに取り付けられ、また玉軸受２９を介してアンビル９ａに取り付けられている。

　なお、スピンドル５ａの張出部５１ａの付根部分にはリング状の溝が形成され、この溝と副ハンマ７ａの底部７２との間に複数の鋼製のボール１４が配設されている。副ハンマ７ａは、ボール１４が回転することにより、スピンドル５ａに対し自由に回転することができる。

　なお本実施の形態において、アンビル９ａのフランジ９４ａにより玉軸受２９を介して副ハンマ７ａの円筒部７１の内周面を支持したが、必ずしも玉軸受２９を介する必要はなく、十分な滑り性を確保できれば、フランジ９４ａの外周面で直接、副ハンマ７ａの円筒部７１の内周面を支持してもよい。

　また本実施の形態において、アンビル９ａのフランジ９４ａは、実施の形態１のフランジ９４およびカバー２５と同様に、副ハンマ７ａの円筒部７１の前部開放端を密閉しているため、打撃音が外部に漏れるのを抑制することができる。ただし、玉軸受２９を介して副ハンマ７ａを支持する場合は、玉軸受２９に隙間があるため、完全には密閉できない。防音抑制効果は、玉軸受２９を設けず、フランジ９４ａの外周面で直接、副ハンマ７ａの円筒部７１の内周面を支持する場合の方が優れている。

　また、本実施の形態では、３つの遊星歯車４２を採用した回転伝達機構４ａによって電動モータ３の回転をスピンドル５ａに伝達しており、２つの遊星歯車４２を採用した実施の形態１の回転伝達機構４と相違している。しかし遊星歯車４２の数は、歯の強度等によって適宜変更されるものであり、本質的な違いではない。

　（実施の形態３）
　上述した実施の形態１および２では、ボルトやナットの締付用アンビル９および９ａを用いたインパクトレンチ１について説明したが、先端部にドライバービットである６角ビットを挿入する穴を設けたアンビルを用いることにより、すりわり付きや十字穴付き等の小ねじの締付用インパクトレンチとして使用することもできる。図６に、図１に示したインパクトレンチ１のアンビル９の代わりに、６角ビット挿入用の穴が形成されたアンビル９ｂを用いた、本発明の実施の形態３にかかるインパクトレンチ１ｂの前部の断面を示す。

　アンビル９ｂの前部には、６角ビットを着脱可能に装着するためのビット挿入穴９５が、軸線Ｏに沿って形成されている。またアンビル９ｂの外周面に形成された孔９６には、６角ビットに設けられた溝と係合する鋼球９７が挿入されている。

　ビット挿入穴９５に６角ビットを挿入する際には、アンビル９ｂの外周側に嵌め込まれた円筒状の鋼球おさえ９８をバネ９９の力に抗して前方に移動させ、鋼球９７を径の外方向に移動できるようにする。

　ビット挿入穴９５への６角ビットの挿入が完了した段階で、鋼球おさえ９８を元の位置に戻すと、鋼球９７が径の中心方向に移動して６角ビットの溝に係合され、６角ビットがビット挿入穴９５から抜け落ちるのを阻止する。

　実施の形態１および２で説明したハンマ構成（主ハンマ６、副ハンマ７、７ａ）を、アンビル９ｂを取り付けた本実施の形態にかかるインパクトレンチ１ｂに採用することにより、小ねじ等を締め付ける際に発生する軸線Ｏ方向の振動を軽減できる。

　以上説明したように本発明にかかるインパクトレンチは、ハンマをスピンドルの外周に嵌合された主ハンマと、この主ハンマを覆うように配設され、かつ主ハンマと一体となって回転する円筒型の副ハンマとで構成するものである。さらに副ハンマを、芯ぶれ運動が起こらないように、芯保持手段によって、回転の軸線がスピンドルの軸線と一致する状態で保持するものである。本発明のハンマ構成を採用すれば、副ハンマに比較して主ハンマの質量を減らし、回転打撃力を維持したまま、スピンドルの軸線方向に生じる振動を緩和することができる。結果として、作業者の疲労を軽減し、作業能率の低下や痺れの発生を防止できる。

　なお、上述した各実施の形態では、芯保持手段として、副ハンマの底部の中心に形成された孔、アンビルに形成された爪やフランジ、さらにハウジングに固定されたブッシュ等を用いたが、これらに限定されないことは云うまでもない。例えば、アンビルの後部に設けられた爪を覆うように円筒型の張出部をアンビルのフランジに設け、この張出部の内周面を副ハンマの円筒部の外周面と係合させることによって副ハンマの芯ぶれ回転を防止するようにしてもよい。

　また上述した各実施の形態では、スピンドルを回転させるモータとして電動モータを用いる場合について説明したが、エアモータを用いても同様の効果が得られることは云うまでもない。

　また上述した実施の形態２では、副ハンマを回転支持する軸受として玉軸受を用いたが、必ずしもこれに限定されない。コロ軸受やすべり軸受の使用を含め、要求される仕様に応じて適宜変更が可能である。

　本発明にかかるインパクトレンチは、締め付け作業時の軸線方向の振動を緩和して、作業者の疲労を軽減できるため、大きな締め付け力を必要とする大型のレンチや連続して締め付け作業を行う用途のレンチに採用すると、特に有効である。

　　１、１ａ、１ｂ　インパクトレンチ
　　２　ケース
　　３　電動モータ
　　４、４ａ　回転伝達機構
　　５　スピンドル
　　６　主ハンマ
　　７、７ａ　副ハンマ
　　８、９９　バネ
　　９、９ａ、９ｂ　アンビル
　１１、９７　鋼球
　１２　針状コロ
　１３　ワッシャー
　１４　ボール
　１５　ボールガイド
　１６、１７、１８　緩衝部材
　２１　ハウジング
　２２　クラッチケース
　２４、２４ａ　ブッシュ
　２５　カバー
　２６　すべり軸受
　２７、２８、２９　玉軸受
　３１　回転軸
　５１、５１ａ　張出部
　５３、６１　カム溝
　６３、９３　爪
　７１　円筒部
　７２　底部
　９１　角軸部
　９４、９４ａ　フランジ
　９５　ビット挿入穴
　９８　鋼球おさえ

Claims (11)

1. 　モータによって回転される円柱状のスピンドルと、
   　前記スピンドルの回転の軸線方向の前方に配置され、かつ前記スピンドルの軸線と回転の軸線が一致し、前部に締付用のソケット体が装着される角軸部もしくはドライバービットが挿入される穴を有し、後部に第１の爪が設けられたアンビルと、
   　前記スピンドルの外周に嵌合され、かつ前部に前記第１の爪と係合する第２の爪が設けられ、前記スピンドルの回転の軸線を中心に回転可能かつ前記軸線方向に移動可能な主ハンマと、
   　前記主ハンマと一体となって回転する円筒部を有し、この円筒部の内部空間に前記スピンドルが挿通されると共に前記主ハンマが収容される副ハンマと、
   　前記スピンドルと前記主ハンマとの間に介在し、前記スピンドルと前記主ハンマとの間に所定の値を超えるトルクが作用すると、前記主ハンマを回転させると共に前記アンビルの方向に前進させ、前記第２の爪を前記第１の爪に衝撃的に係合させることにより前記第１の爪を打撃し、前記アンビルを軸線回りに回転させる回転打撃機構と、
   　前記副ハンマの回転の軸線を前記スピンドルの回転の軸線と一致する状態で保持する芯保持手段と、を備えることを特徴とするインパクトレンチ。
2. 　前記副ハンマとして、前記円筒部の後端部に底部が形成された有底円筒型の副ハンマを用い、
   　かつ前記底部の中心に形成された前記スピンドルを挿入する孔の内径を前記スピンドルの外径とほぼ等しくすることで、前記副ハンマの底部を芯保持手段として機能させることを特徴とする、請求項１に記載のインパクトレンチ。
3. 　前記スピンドルおよび前記副ハンマを、それぞれの軸線が一致する状態で、かつ前記スピンドルについては第１の軸受を介して、前記副ハンマについては第２の軸受を介してケースに回転自在に支持することで、前記ケースを芯保持手段として機能させることを特徴とする、請求項１または２に記載のインパクトレンチ。
4. 　前記第１の軸受と前記第２の軸受は、円筒型のブッシュの内周面に取り付けられ、かつこのブッシュは前記ケースに固定されていることを特徴とする、請求項３に記載のインパクトレンチ。
5. 　前記副ハンマの円筒部の内周面を、前記アンビルに設けられた少なくとも２個の第１の爪の外周面によって回転自在に支持することで、前記アンビルの少なくとも２個の第１の爪を前記芯保持手段として機能させることを特徴とする、請求項１または２に記載のインパクトレンチ。
6. 　前記副ハンマの円筒部の内周面を、前記アンビルの後部に設けられたリング状のフランジにより直接、もしくは軸受を介して回転自在に支持することで、前記フランジを前記芯保持手段として機能させることを特徴とする、請求項１または２に記載のインパクトレンチ。
7. 　前記主ハンマの外周面に、断面が半円形で前記スピンドルの軸線と平行な複数の第１の溝が形成され、
   　前記副ハンマの円筒部の内周面のうち前記第１の溝に対応する位置に、断面が半円形で前記スピンドルの軸線と平行な複数の第２の溝が形成され、
   　かつ前記第１の溝と前記第２の溝に円柱部材が嵌め込まれることを特徴とする、請求項１または２に記載のインパクトレンチ。
8. 　前記副ハンマの底部、前記アンビルの後部に形成されたリング状のフランジ、および前記副ハンマの円筒部の前部開放端と前記フランジとの間に配設されたリング状のカバーにより、前記副ハンマの円筒部の内部空間が密閉されるように構成したことを特徴とする、請求項２に記載のインパクトレンチ。
9. 　前記副ハンマの底部と前記主ハンマとの間に、前記主ハンマを前記アンビルの方向に付勢するバネが配設されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のインパクトレンチ。
10. 　前記副ハンマの後端部に、前記副ハンマを前記ケースに対して回転自在に支持する複数のボールと、これらのボールを案内するリング状のボールガイドとが配設され、かつ前記副ハンマと前記ボールガイドとの間に、衝撃を吸収するリング状の第１の緩衝部材が配設されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のインパクトレンチ。
11. 　前記スピンドルの前部に形成された段部と前記アンビルの後端部との間に衝撃を吸収するリング状の第２の緩衝部材が配設されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のインパクトレンチ。

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