JP4600562B2 - インパクト回転工具 - Google Patents

Description

本発明は、インパクト回転工具、殊に駆動軸とハンマーとの間の回転伝達を両者に設けたカム溝に係合させたボールで行っているインパクト回転工具に関するものである。

従来からインパクト回転工具として、電気モータや空気モータによって回転駆動される駆動軸の外周面にカム溝を設けるとともに、駆動軸の外周に遊嵌したハンマーの内周面にカム溝を設けて、両カム溝にボールを係合させることで、駆動軸の回転がボールを介してハンマーに伝達されるようにするとともに、ハンマーが駆動軸に対して上記カム溝とボールとで誘導されて前進且つ回転する時に、出力ビットを備えたアンビルに回転打撃を与えるようにしたものがある。

図３に一例を示す。これは特開２００６−１７５５５３号公報に示されたもので、回転動力源であるモータの出力軸１には遊星機構からなる減速機構２を介して駆動軸３に接続されている。

上記駆動軸３の外周にはスプリング９によって前方へと付勢されているハンマー５が遊嵌されている。そして駆動軸３の外周面には斜めに走るＶ字形のカム溝３ａ，３ａが形成されており、ハンマー５の内周面には軸方向において直線状のカム溝５ａ，５ａが形成されていて、カム溝３ａとカム溝５ａとの両者に係合するボール４が配設されている。各カム溝３ａにおける一方の斜めに走る部分は正転時用、逆方向に走る部分は逆転時用である。駆動軸３の回転はこのボール４を介してハンマー５に伝達される。このハンマー５は前方に向けて突出する係止爪６，６を備えている。

ギアケース７先端に軸受７０によって軸支されたアンビル８は、その先端に出力ビット装着用のチャックを備えるとともに、後端側にハンマー５の係止爪６，６と回転係合するアーム部８ａ，８ａを備えている。図中１８はハウジングであり、駆動軸３の先端はアンビル８後端の軸受孔部によって回転自在に支持されている。

軽負荷時時はハンマー５の係止爪６，６とアンビル８のアーム部８ａ，８ａとの係合により、駆動軸３の回転がハンマー５を介してアンビル８に伝達される。そして作業負荷が大となった時には、係止爪６，６とアーム部８ａ，８ａとの係合当接面の角度の関係でハンマー５がスプリング９に抗して後退し、アーム部８ａを乗り越えた時点でスプリング９のばね力によってハンマー５が前進するとともに、カム溝３ａの傾斜によって駆動軸３よりも早い速度で回転してアンビル８を打撃する。スプリング９のばね力や回転速度及び慣性モーメントによるエネルギーを持つハンマー５がアンビル８を打撃することで、大きいトルクをアンビル８に加える。ハンマー５がカム溝５ａに沿って駆動軸３上を往復する間に、駆動軸３は回転を続けているために、ハンマー５の係止爪６はアンビル８のアーム部８ａを乗り越え、再度ハンマー５の係止爪５ａがアンビル８のアーム部８ａを打撃する場合、ハンマー５はアンビル８に対して約１８０°回転した状態でアンビル８を打撃する。

ここにおいて、上記ハンマー５がアンビル８を打撃する差異の回転方向の速度が速い方が、ハンマー５のアンビル８に対する打撃力をより大きくすることができる。すなわち、ハンマー５の回転方向の速度は、運動エネルギー保存の法則から、下記の式で求めることができる。

ハンマー５の後退によるスプリング９のばねエネルギー＝ハンマー回転時のエネルギーの総和＝軸方向の運動エネルギー＋回転方向の運動エネルギー＋ばねエネルギー
ここで、ばね定数をＫ、ハンマー５の後退量をＺｍａｘ、ハンマー５の質量をＭ、軸方向のハンマー５の速度Ｚｖ、回転方向のハンマー５の速度Ｚｒ、ばね撓み量をＺ、ハンマーの慣性モーメントをＪとすると、
ＫＺｍａｘ²／２＝ＭＺｖ²／２＋ＪＺｒ²／２＋ＫＺ²／２
そしてハンマー５がアンビル８に対して与える回転方向の打撃衝撃については、右辺の第２項の回転エネルギーの項による影響が大きく、従って、打撃時の回転方向の速度Ｚｒを大きくする必要がある。

上記速度Ｚｒは、ハンマー５の軌跡のリード角をθとする時、
Ｚｒ＝Ｚ・cosθ
で与えられることから、上記回転方向の速度Ｚｒを上げるためには、カム溝５ａのリード角θを緩く設定することになる。

しかし、従来はハンマー５の回転軌道の展開図が直線で変化するようにしていたために次の制限があった。つまり、ハンマー５及び駆動軸３の両者に円周上において２箇所のカム溝３ａ，３ａ及びカム溝５ａ，５ａを形成する必要があり、これらが相互に干渉しないような範囲でリード角をそれぞれ緩くすると、ハンマー５の軸方向移動量を十分に確保することができなくなる。これはハンマー５の後退で圧縮されるスプリング９に蓄えられるエネルギーが小さくなることを意味し、結果的にハンマー５の回転方向の速度が小さくなってしまう。
特開２００６−１７５５５３号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、カム溝に与えられた制限の中で打撃力を最大限に向上させることができるインパクト工具を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明に係るインパクト工具は、回転動力源によって回転駆動される駆動軸と、上記駆動軸の外周に配されたハンマーと、駆動軸の外周面に形成されたカム溝とハンマーの内周面に形成されたカム溝の両者に係合するボールと、ハンマーと回転方向において係合自在なアンビルと、ハンマーをアンビル側に向けて付勢するスプリングとを備えたインパクト回転工具において、駆動軸とハンマーとに設けられた上記カム溝によって決定されるハンマーの回転方向の軌跡の展開図を、角度変化に応じて軌跡のリード角が連続的に変化する曲線で与えていることに特徴を有している。

この時、ハンマーと駆動軸の各カム溝をその展開図において一方を直線、他方を曲線で与えて、ハンマーの軌跡を角度変化に応じてリード角が連続的に変化する曲線としても、ハンマーと駆動軸の各カム溝をその展開図において共に曲線で与えて、ハンマーの軌跡を角度変化に応じてリード角が連続的に変化する曲線としてもよい。

本発明によれば、ハンマーの回転軌跡を最適化して打撃時のハンマーの回転方向の速度を上げることができるものであり、ハンマーの質量を増やしたりモータの回転数を上げたりしなくても、アンビルに与えるインパクトを大きくすることができて、性能を高めることができる。また、性能向上分をハンマーの軽量化にまわせば、取り扱いしやすい軽量なものとすることができる。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明すると、構造的な点は上記従来例で示したものと同じで、駆動軸３に設けたＶ字形のカム溝３ａ，３ａと、スプリング９によって前方へと付勢されたハンマー５の内周面に設けたカム溝５ａ，５ａとにボール４を係合させることで、駆動軸３とハンマー５とを連結している。

そして駆動軸３に設けたカム溝３ａの中心軌跡を直線Ｌではなく、図１に示すようにサイクロイド曲線Ｃで与え、カム溝５ａは直線で形成することにより、ハンマー５がアンビル８を打撃してその打撃衝撃を与える際のハンマー５の回転方向の軌跡の展開図を角度変化に応じて軌跡のリード角が連続的に変化するサイクロイド曲線を描くようにしている。

ここで、図中イはハンマー５が最も後退した時点、ロはハンマー５がアンビル８を打撃する時点であり、打撃時点でのリード角θが緩やかになるサイクロイド曲線Ｃとしているために、図３に示すように、直線軌跡Ｌとした場合に比して、ハンマー５が前進を始めた時の回転方向の速度は遅くなるものの、アンビル８を打撃する時点では直線軌跡Ｌとした場合よりも速くなり、結果的にアンビル８に与える打撃衝撃が大きくなっている。

なお、ハンマー５が最も後退した時点では、リード角θがきつくなっているために、カム溝３ａがもう一方のカム溝３ａと干渉してしまうようなことはない。また、図示例ではカム溝５ａがサイクロイド曲線Ｃを描くものとしているが、打撃時の軌跡のリード角（傾斜角）θを緩やかにすることは、高次の曲線の一部や放物線などでも与えることができる。

また、カム溝３ａは直線で、カム溝５ａが曲線となるようにしても同様の結果を得ることができる。この場合、図示例のように、正転時と逆転時で共に打撃を与えることができるようにしているものにおいては、カム溝５ａはその溝幅が軸方向位置に応じて緩やかに変化するものとして与えればよい。もちろん、カム溝３ａとカム溝５ａの両者を共に緩やかに変化する曲線とすることでも、ハンマー５の回転方向の軌跡の展開図をリード角θが変化するとともに打撃時のリード角θが緩やかになるものとすることができる。

本発明の実施の形態の一例のカム溝の説明図である。 同上の回転方向速度の説明図である。 同上の機構部分の断面図である。

符号の説明

３ 駆動軸
３ａ カム溝
４ ボール
５ ハンマー
５ａ カム溝
８ アンビル

Claims (3)

1. 回転動力源によって回転駆動される駆動軸と、上記駆動軸の外周に配されたハンマーと、駆動軸の外周面に形成されたカム溝とハンマーの内周面に形成されたカム溝の両者に係合するボールと、ハンマーと回転方向において係合自在なアンビルと、ハンマーをアンビル側に向けて付勢するスプリングとを備えたインパクト回転工具において、駆動軸とハンマーとに設けられた上記カム溝によって決定されるハンマーの回転方向の軌跡の展開図を、角度変化に応じて軌跡のリード角が連続的に変化する曲線で与えていることを特徴とするインパクト回転工具。
2. ハンマーと駆動軸の各カム溝をその展開図において一方を直線、他方を曲線で与えて、ハンマーの軌跡を角度変化に応じてリード角が連続的に変化する曲線としていることを特徴とする請求項１記載のインパクト回転工具。
3. ハンマーと駆動軸の各カム溝をその展開図において共に曲線で与えて、ハンマーの軌跡を角度変化に応じてリード角が連続的に変化する曲線としていることを特徴とする請求項１記載のインパクト回転工具。

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