JP6156785B2

JP6156785B2 - 打撃工具

Info

Publication number: JP6156785B2
Application number: JP2016551941A
Authority: JP
Inventors: 哲也門前; 横山　達郎; 達郎横山
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2015-09-18
Publication date: 2017-07-05
Anticipated expiration: 2035-09-18
Also published as: JPWO2016052264A1; WO2016052264A1

Description

本発明は、モータの回転を回転打撃力に変換して先端工具に伝達する打撃工具に関する。

インパクトドライバやインパクトレンチ等の打撃工具が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。この種の打撃工具は、モータからの回転駆動力により回転するスピンドルと、スピンドルの回転軸方向に移動可能に嵌合するハンマと、先端工具が装着される装着部を有するアンビルとを備える。

ハンマの内周面及びスピンドルの外周面には、それぞれカム溝が設けられ、これらのカム溝の間に挿入されたスチールボールを介して、スピンドルの回転がハンマに伝達される。ハンマは、スピンドルの回転軸方向アンビル側に突設された爪部を有し、スプリングによりアンビル方向に付勢される。アンビルには、スピンドルの径方向に突出する羽根部が設けられる。ハンマは、スピンドルの回転が伝達されると、回転しながら、スプリングの付勢によりアンビル方向へ前進する。そして、ハンマの爪部がアンビルの羽根部に衝突して噛み合い、回転方向に打撃する。これにより、アンビルが先端工具と共に回転し、ビスやボルト等の締付作業が行われる。

ハンマは、アンビルを打撃した後、スプリングの付勢力に抗して回転しながらアンビルから後退する。そして、ハンマの爪部がアンビルの羽根部を乗り越えて、ハンマとアンビルとの噛み合いが解除され、ハンマがアンビルから離脱する。その後、スプリングの付勢により、ハンマが回転しながらアンビル方向に再度前進し、ハンマがアンビルを打撃することとなる。

このような打撃工具において、ハンマ及びアンビルの離脱トルクを大きくすることにより、締付作業の速度を向上させることが考えられている。離脱トルクを大きくする方法としては、例えば、ハンマを付勢するスプリングのバネ定数を大きくすることや、スピンドル及びハンマに設けたカム溝のリード角を小さくすることが挙げられる。

特開２００３−９４３５１号公報

しかしながら、スプリングのバネ定数は従来も大きく設定されており、これ以上大きくするためには、スプリングの大きさが小さいままでも高額な材質、特殊な形状のものを使えばバネ定数をさらに上げることも可能だが、安いスプリング材質で作ろうとするとサイズの大きなスプリングを採用するほかない。この場合、工具本体の全長が長くなってしまい、工具の大型化を招くこととなる。また、カム溝のリード角を小さくするためには、スピンドルの径を大きくしなければならず、やはり工具の大型化を招いてしまうという問題があった。

したがって、工具を大型化することなく締付速度を向上可能な打撃工具が望まれていた。

上記課題を解決するために、本発明に係る打撃工具は、モータと、モータにより回転駆動されるハンマと、先端工具が装着される装着部を有し、ハンマからの打撃によりハンマの回転方向に回転するアンビルと、を有する打撃工具であって、ハンマは、回転方向でアンビルと接触する側において、先端工具側に向かうにつれて回転方向に傾斜する打撃面を有し、アンビルは、回転方向でハンマと接触する側において、先端工具側に向かうにつれて回転方向に傾斜する被打撃面を有することを特徴とする。

かかる構成によれば、ハンマの打撃面及びアンビルの被打撃面間に作用する力が、ハンマからアンビル方向への成分を有するため、ハンマ及びアンビルの離脱トルクが大きくなる。これにより、１回の打撃におけるハンマ及びアンビルの噛み合う時間が長くなるため、ハンマからアンビルへのトルクの伝達量が多くなる。したがって、工具を大型化せずとも、先端工具による締付速度の向上が可能となる。

上記した打撃工具において、ハンマは、ハンマ本体部から先端工具側へ突出し、打撃面を有する爪部を有し、アンビルは、アンビル本体部から径方向へ突出し、被打撃面を有する羽根部を有することが好ましい。

かかる構成によれば、簡易な構成により工具を大型化することなく締付速度の向上が可能となる。

また、打撃面及び被打撃面は、互いに略平行に傾斜することが好ましい。

かかる構成によれば、トルクを有効に伝達可能となるため、締付速度の向上が可能となる。

また、本発明に係る打撃工具は、モータと、ハンマ本体部と、ハンマ本体部から前方へ突出し打撃面を有する爪部と、を有し、モータにより回転駆動されるハンマと、ハンマの前方側に設けられ、前方側に設けられ先端工具が装着される装着部と、後方側に設けられアンビル本体部から径方向へ突出し打撃面と当接する被打撃面を有する羽根部と、を有し、ハンマからの打撃によりハンマの回転方向に回転するアンビルと、を有する打撃工具であって、ハンマ本体部の前側面と打撃面とのなす角度は９０°未満であり、アンビル本体部の前側面と被打撃面とのなす角度は９０°より大きくなるように構成されることを特徴とする。

上記した打撃工具において、打撃面及び被打撃面は、互いに略平行に傾斜することが好ましい。

本発明に係る打撃工具によれば、工具の大型化を招くことなく、ハンマ及びアンビルの離脱トルクを大きくして、締付速度を向上可能となる。

実施の形態に係るインパクトドライバの内部構造を示す中央断面図である。実施の形態に係るインパクトドライバにおけるハンマ及びアンビルの形状を示す部分構成図である。（ａ）はハンマの側面図、（ｂ）はアンビルの側面図であり、（ｃ）はハンマ及びアンビルの噛み合いを示す側面図である。また、（ｄ）は（ｃ）を回転軸方向前側（図中下側）から見た図であり、（ｅ）は（ｃ）における部分拡大図である。実施の形態に係るインパクトドライバにおけるハンマの側面図である。従来のインパクトドライバによる締付動作を説明する図である。実施の形態に係るインパクトドライバによる締付動作を説明する図である。従来のインパクトドライバ及び実施の形態に係るインパクトドライバによる締付動作時における締付トルク及びアンビル角の時間変化を示す図である。（ａ）及び（ｂ）は従来のインパクトドライバに対応する図であり、（ｃ）及び（ｄ）は実施の形態に係るインパクトドライバに対応する図である。従来のインパクトドライバによる締付動作時におけるアンビル角の時間変化を示す図である。実施の形態に係るインパクトドライバによる締付動作時におけるアンビル角の時間変化を示す図である。従来のインパクトドライバ及び実施の形態に係るインパクトドライバによる締付動作の詳細を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。ここでは、本発明をインパクトドライバに適用した場合を例に、説明を行う。

まず、本発明の実施の形態に係るインパクトドライバについて、図１に基づき説明する。図１は、実施の形態に係るインパクトドライバ１の内部構造を示す中央断面図である。インパクトドライバ１は、図１に示されるように、ハウジング２、モータ３、ギヤ機構４、スピンドル５、ハンマ６、アンビル７及びインバータ回路部８を含んで構成される。

ハウジング２は、樹脂製であってインパクトドライバ１の外郭を成しており、略筒状の胴体部２ａと、胴体部２ａから延出されるハンドル部２ｂと、基板収容部２ｃとから構成される。胴体部２ａ内には、図１に示されるように、モータ３が、その軸方向が胴体部２ａの長手方向に一致するように配置されると共に、ギヤ機構４、スピンドル５、ハンマ６及びアンビル７が、モータ３の軸方向一端側に向かって並んで配置されている。

胴体部２ａ内の前側位置には、ハンマ６及びアンビル７が内蔵される金属製のハンマケース９が配置されている。ハンマケース９は、前方に向かうに従って徐々に径が細くなる略漏斗形状を成しており、前端部分には開口９ａが形成され、開口９ａから後述する先端工具装着部７２の先端部分が露出し、その先端に開口部７２ａが形成される。

ハンドル部２ｂは、胴体部２ａの前後方向略中央位置から下側に向けて延出し、下端が基板収容部２ｃに接続されている。ハンドル部２ｂの内部には、スイッチ機構１０が内蔵される。ハンドル部２ｂにおいて、胴体部２ａからの根元部分であって前側位置には、作業者の操作箇所となり電子スイッチであるトリガスイッチ１１が設けられている。このトリガスイッチ１１は、スイッチ機構１０と接続しており、モータ３への駆動電力の供給と遮断とを切り替えるために用いられる。また、ハンドル部２ｂと胴体部２ａとの接続部分であって、トリガスイッチ１１の直上には、モータ３の回転方向を切り替える正逆切替スイッチ１２が設けられている。

基板収容部２ｃは、上部に制御回路部１３を収容し、下部には電池パック装着面が形成されている。基板収容部２ｃは、モータ３からアンビル７へ向かう方向（前方）に突出する形状を成している。この突出する部分の前端部は、先端工具装着部７２よりも前方へ突出しないように、即ち、先端工具装着部７２よりもモータ３側に位置している。また、基板収容部２ｃの左右方向の幅は、胴体部２ａの左右方向の幅と略等しくなるように形成されている。電池パック装着面には、リチウムイオン電池等の複数の電池セルが収容された電池パック１７が着脱可能に装着される。

モータ３は、本実施の形態ではブラシレスモータであり、出力軸及び複数の永久磁石を備えるロータと、当該ロータと対向する位置に配置され複数のコイルを備えるステータとを含んで構成される（不図示）。モータ３の出力軸は、軸方向が前後方向と一致するように胴体部２ａ内に配置される。

ギヤ機構４は、モータ３の前方に配置されている。ギヤ機構４は、複数の歯車を備える遊星歯車機構で構成される減速機構であり、出力軸の回転を減速して、スピンドル５に伝達する。

スピンドル５は、モータ３の出力軸と略同軸に回転可能に配置され、前側周方向の２箇所に、側面視Ｖ字形で断面が半円形のカム溝５ａが形成される。この１対のカム溝５ａには、それぞれ、スチールボール１５が配置される。

ハンマ６は、スピンドル５に外嵌するハンマ本体部６１と、当該ハンマ本体部６１の前端に突設される一対の爪部６２とを備えている。ハンマ６は、スプリング１６により前方に付勢され、当該付勢力に抗して後方に移動することも可能に構成されている。ハンマ本体部６１の内周面には、カム溝６３が形成され、当該カム溝６３とスピンドル５の外周面に形成されたカム溝５ａとの間に、スチールボール１５が配置される。このスチールボール１５を介して、スピンドル５の回転がハンマ６に伝達される。

アンビル７は、ハンマ６の前方に配置されており、アンビル本体部７１と、先端工具装着部７２とを含んで構成される。先端工具装着部７２の先端には、開口部７２ａが形成され、ビット等の先端工具が着脱可能に装着される。

また、アンビル７には、先端工具装着部７２の後方にアンビル本体部７１と一体に構成され、アンビル本体部７１の回転中心に対して対極に配置された一対の羽根部７３が突設される。ハンマ６が回転すると、一方の爪部６２と一方の羽根部７３とが衝突すると同時に、他方の爪部６２と他方の羽根部７３とが衝突して、ハンマ６とアンビル７とが噛み合う。これにより、羽根部７３に打撃が与えられ、ハンマ６の回転力がアンビル７に伝達される。また、爪部６２と羽根部７３との衝突後、ハンマ６はスプリング１６の付勢力に抗して回転しながら後退する。そして、爪部６２が羽根部７３を乗り越えると、ハンマ６とアンビル７との噛み合いが解除され、ハンマ６がアンビル７から離脱する。その後、スプリング１６に蓄えられた弾性エネルギーが解放されて、ハンマ６は前方に移動し、再び、爪部６２と羽根部７３とが衝突することとなる。

インバータ回路部８には、ＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のスイッチング素子（不図示）が設けられる。

次に、本実施の形態に係るハンマ６及びアンビル７の形状について、図２及び図３に基づき詳細に説明する。図２は、実施の形態に係るインパクトドライバ１におけるハンマ６及びアンビル７の形状を示す部分構成図である。図２（ａ）はハンマ６の側面図、図２（ｂ）はアンビル７の側面図であり、図２（ｃ）はハンマ６及びアンビル７の噛み合いを示す側面図である。また、図２（ｄ）は図２（ｃ）を回転軸方向前側（図中下側）から見た図であり、図２（ｅ）は図２（ｃ）における部分拡大図である。図３は、実施の形態に係るインパクトドライバ１におけるハンマ６の側面図である。

ハンマ６は、円筒形のハンマ本体部６１がスピンドル５に外嵌し、スピンドル５の回転軸と略同軸に回転可能且つ回転軸方向に移動可能となっている。ハンマ本体部６１は、図１に示されるように、スプリング１６により前方に付勢される。

また、ハンマ６は、図２（ａ）及び図３に示されるように、ハンマ本体部６１から回転軸方向に突出する一対の爪部６２を有する。爪部６２の両側には、平面状の打撃面６２ａ、６２ｂが形成される。モータ３が正回転を行うと、ハンマ６は、図２（ｄ）に示す矢印Ａ方向（回転軸方向前方から見て反時計回り）に回転する。打撃面６２ａは、この回転、すなわち正回転中に、アンビル７の一方の羽根部７３を打撃する面である。また、モータ３が逆回転を行うと、ハンマ６は、矢印Ａと逆方向（回転軸方向前方から見て時計回り）に回転する。打撃面６２ｂは、この回転、すなわち逆回転中に、アンビル７の他方の羽根部７３を打撃する面である。

アンビル７は、図１及び図２（ｂ）に示されるように、円筒形のアンビル本体部７１がスピンドル５の回転軸と略同軸に回転可能に配置される。アンビル本体部７１の回転軸方向前端には、先端工具装着部７２が、アンビル本体部７１と略同軸に一体回転可能に設けられる。

また、アンビル本体部７１の回転軸方向後方側には、アンビル本体部７１から径方向外側に突出する一対の羽根部７３が設けられる。羽根部７３の両側には、平面状の被打撃面７３ａ、７３ｂが形成される。被打撃面７３ａは、アンビル７が図２（ｄ）に示す矢印Ａ方向に正回転する場合に、ハンマ６の一方の爪部６２の打撃面６２ａにより打撃される面であり、被打撃面７３ｂは、アンビル７が矢印Ａと逆方向に逆回転する場合に、ハンマ６の他方の爪部６２の打撃面６２ｂにより打撃される面である。

ハンマ６及びアンビル７において、打撃面６２ａ、６２ｂ及び被打撃面７３ａ、７３ｂは、それぞれ、回転軸方向に対して傾斜を有する。図２（ｃ）乃至（ｅ）には、正回転中のハンマ６の爪部６２及びアンビル７の羽根部７３の噛み合いを示す。ハンマ６が正回転中にアンビル７を打撃する打撃面６２ａは、回転軸方向前方に向かうにつれて、正回転方向に傾斜する。すなわち、ハンマ６のハンマ本体部６１の前側面６１ａに対する打撃面６２ａの角度θ_ｈ（前側面６１ａと打撃面６２ａとがなす角度）が９０°未満の鋭角に構成されている。ここで、前側面６１ａは、ハンマ本体部６１において回転軸方向前側に位置する面である。同様に、ハンマ６が正回転中にアンビル７が打撃される被打撃面７３ａは、回転軸方向前方に向かうにつれて、正回転方向に傾斜する。すなわち、アンビル７の羽根部７３の前側面７３ｃに対する被打撃面７３ａの角度θ_ａ（前側面７３ｃと被打撃面７３ａとがなす角度）が９０°より大きい鈍角に構成されている。ここで、前側面７３ｃは、アンビル７の羽根部７３において回転軸方向前側に位置する面である。打撃面６２ａ及び当該打撃面６２ａにより打撃される被打撃面７３ａは、図２（ｅ）に示されるように、互いに略平行に傾斜する。これにより、ハンマ６からの打撃力が、アンビル７に有効に伝達される。

一方、ハンマ６が逆回転中にアンビル７を打撃する打撃面６２ｂは、回転軸方向前方に向かうにつれて、逆回転方向に傾斜する。同様に、ハンマ６が逆回転中にアンビル７が打撃される被打撃面７３ｂは、回転軸方向前方に向かうにつれて、逆回転方向に傾斜する。すなわち、正回転側の打撃面６２ａ、被打撃面７３ａと同様、角度θ_ｈは鋭角、角度θ_ａは鈍角に構成されている。打撃面６２ｂ及び当該打撃面６２ｂにより打撃される被打撃面７３ｂは、互いに略平行に傾斜する。

本実施の形態では、打撃面６２ａ、６２ｂ及び被打撃面７３ａ、７３ｂの回転軸方向からの傾斜角は、図３に示されるように、回転方向に対して１５°である。この場合、角度θ _ｈは７５°、角度θ_ａは１０５°になっている。

上記したような傾斜を有することにより、ハンマ６の各爪部６２は、径方向の内外両側面が、ハンマ本体部６１から離れる方向に広がる略台形状に形成されることとなる。同様に、アンビル７の各羽根部７３の径方向の外側面は、アンビル本体部７１から離れる方向に広がる略台形状に形成される。

次に、実施の形態に係るインパクトドライバ１による締付動作の詳細及び従来との差異について、図４乃至９に基づき説明する。まず、従来のインパクトドライバにおけるハンマ１０６及びアンビル１０７の形状について、図４に基づき説明する。図４は、従来のインパクトドライバによる締付動作を説明する図であり、ビスの締付動作時における各部の状態を、（１）から（５）の５段階で示している。図面上側の各図が、ハンマ１０６及びアンビル１０７を含む部分側面図であり、図面下側の各図が、ハンマ１０６及びアンビル１０７を回転軸方向前側から見た図である。

従来のインパクトドライバでは、ハンマ１０６は、円筒形のハンマ本体部１６１から軸方向前方に突出する一対の爪部１６２を有する。爪部１６２の両側には、ハンマ１０６の回転軸方向に略平行な打撃面１６２ａ、１６２ｂが形成される。また、アンビル１０７は、ハンマ１０６の前方に配置され、円筒形のアンビル本体部１７１と、先端工具装着部１７２とを含んでいる。アンビル本体部１７１の後端側には、径方向外側に突出する一対の羽根部１７３が設けられる。羽根部１７３の両側には、アンビル１０７の回転軸方向に略平行な被打撃面１７３ａ、１７３ｂが形成される。先端工具装着部１７２の先端には、先端工具２０を装着するための開口部１７２ａが形成される。

上記したように、従来のインパクトドライバでは、爪部１６２の打撃面１６２ａ、１６２ｂと、羽根部１７３の被打撃面１７３ａ、１７３ｂとは、本実施の形態に係るインパクトドライバ１とは異なり、ハンマ１０６及びアンビル１０７の軸方向に略平行に形成される。すなわち角度θ_ｈ及びθ_ａが共に９０°に形成される。

このように構成された従来のインパクトドライバによる締付動作について、図４及び図６に沿って説明する。図６は、従来のインパクトドライバ及び実施の形態に係るインパクトドライバ１による締付動作時における締付トルク及びアンビル角の時間変化を示す図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）が従来のインパクトドライバに対応する図であり、図６（ｃ）及び図６（ｄ）は実施の形態に係るインパクトドライバ１に対応する図である。ここで、締付トルクとは、ビス３０の締付時にアンビル１０７に加わる負荷トルクを意味し、アンビル角とは、ビス３０の締付作業開始時からの回転角度である。

図４（１）に示されるように、先端工具装着部１７２に先端工具２０を装着し、先端工具２０の先端をビス３０に係合させた状態で、インパクトドライバを作動させると、ハンマ１０６は、モータ及びスピンドル（不図示）の回転に伴い、矢印Ａ方向に回転する。ハンマ１０６は、回転を継続しながら、ハンマ本体部１６１の後方に設けられたスプリング（不図示）からの付勢により、図４（２）に示されるように、アンビル１０７方向へ前進する。

ハンマ１０６が更に前進し、ハンマ１０６の爪部１６２が、図４（３）に示されるように、アンビル１０７の羽根部１７３に噛み合うと、爪部１６２の打撃面１６２ａが羽根部１７３の被打撃面１７３ａに接触する。このとき、ハンマ１０６の打撃面１６２ａが羽根部１７３の被打撃面１７３ａを打撃し、アンビル１０７は先端工具２０と共にハンマ１０６と同一方向に回転する。これにより、インパクトドライバは、先端工具２０が係合するビス３０を締め付ける。

この打撃時、アンビル１０７には、図６（ａ）に示されるように、瞬間的に大きな締付トルクが付与される。この締付トルクの付与により、アンビル１０７及び先端工具２０は、ハンマ１０６と同一方向に回転し、ビス３０が所定角度θ_１の回転を行うこととなる（図４（４）及び図６（ｂ））。

瞬間的に大きな締付トルクが発生した後も、ハンマ１０６及びアンビル１０７は、噛み合い状態を保持したまま回転を継続する。このとき、ハンマ１０６の打撃面１６２ａからアンビル１０７の被打撃面１７３ａには、打撃面１６２ａ及び被打撃面１７３ａに垂直な方向、すなわちハンマ１０６及びアンビル１０７の回転方向に打撃力が加わり、アンビル１０７に締付トルクが付与されることとなる。この締付トルクは、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示されるように、ビス３０の回転が進み、ビス３０の締め付けが深くなるにつれて徐々に大きくなる。

一方、ハンマ１０６の打撃面１６２ａには、アンビル１０７の被打撃面１７３ａから、打撃面１６２ａ及び被打撃面１７３ａに垂直な方向、すなわちハンマ１０６及びアンビル１０７の回転方向と逆方向に、上記した打撃力と同一の大きさの力が加わることとなる。このアンビル１０７からの力をＦ（Ａ）と記す。力Ｆ（Ａ）は、カム機構（カム溝５ａ、カム溝６３、スチールボール１５等）により回転軸方向に向きを変換され、ハンマ１０６には、図４（４）に示されるように、回転軸方向後方への力が加わることとなる。カムにより向きを変換された力を、Ｆ_１（Ａ）と記す。この力Ｆ_１（Ａ）も、締付トルクと同様に、ビス３０の回転が進むにつれて徐々に大きくなる。

ハンマ１０６には、また、スプリングによる付勢力が、アンビル１０７に向かう方向、すなわち回転軸方向前方に加わる。スプリングによる付勢力を、Ｆ（Ｓ）と記す。この付勢力Ｆ（Ｓ）は、ハンマ本体部１６１がアンビル１０７方向へ進むにつれて、すなわちビス３０の回転が進むにつれて徐々に小さくなる。

図４（４）に示される状態において、締付トルクに基づく回転軸方向後方への力Ｆ_１（Ａ）は、スプリングによる回転軸方向前方への力Ｆ（Ｓ）よりも小さいため、ハンマ１０６はアンビル１０７方向に付勢され、爪部１６２及び羽根部１７３は噛み合い状態を保持したまた回転を継続する。ビス３０の回転が進むと、締付トルクに基づく力Ｆ_１（Ａ）は大きくなり、スプリングによる力Ｆ（Ｓ）は小さくなる。そして、力Ｆ_１（Ａ）の大きさが力Ｆ（Ｓ）の大きさに等しくなった（図４（５））後、更にビス３０が回転すると、力Ｆ _１（Ａ）の大きさが力Ｆ（Ｓ）の大きさよりも大きくなり、ハンマ１０６には回転軸方向後方への力が作用することとなる。これにより、ハンマ１０６の爪部１６２はアンビル１０７の羽根部１７３を乗り越え、ハンマ１０６とアンビル１０７との噛み合いは外れることとなる。

ハンマ１０６及びアンビル１０７の噛み合いが外れると、図６（ａ）に示されるように、アンビル１０７の締付トルクは０になり、アンビル１０７、先端工具２０及びビス３０の回転は停止する。ビス３０は、所定角度θ_１の回転後、更に角度θ_２回転した後、回転が停止される。すなわち、１打撃におけるビス３０の回転角、すなわちアンビル角は、θ_３＝θ_１＋θ_２である。

また、１打撃の打撃時間をＴとすると、（３）から（５）に至るまでの時間、すなわちトルクが発生している時間ｔ_１と、（５）から（１）、（２）の状態を経て、再び（３）の状態に至るまで時間、すなわちトルクが発生していない時間ｔ_２との和により、Ｔ＝ｔ_１＋ｔ_２と表すことができる。以下、トルクが発生している時間ｔ_１を有効時間と定義し、トルクが発生していない時間ｔ_２を無効時間と定義する。

ハンマ１０６及びアンビル１０７の噛み合いが外れた後、ハンマ１０６は後退するが、スプリングの付勢により再度前進し、アンビル１０７を打撃する。そして、アンビル１０７に締付トルクが付与され、先端工具２０がビス３０の締め付けを行う。

続いて、本実施の形態に係るインパクトドライバ１による締付動作について、図５及び図６に沿って説明する。

図５（１）に示されるように、先端工具装着部７２に先端工具２０を装着し先端工具２０の先端をビス３０に係合させた状態で、インパクトドライバ１を作動させると、ハンマ６は、モータ３及びスピンドル５の回転に伴い、矢印Ａ方向に回転する。ハンマ６は、回転を継続しながら、スプリング１６からの付勢により、図５（２）に示されるように、アンビル７方向へ前進する。ハンマ６の爪部６２が、図５（３）に示されるように、アンビル７の羽根部７３に噛み合うと、爪部６２の打撃面６２ａが羽根部７３の被打撃面７３ａに接触する。このとき、ハンマ６の打撃面６２ａが羽根部７３の被打撃面７３ａを打撃し、アンビル７は先端工具２０と共にハンマ６と同一方向に回転する。これにより、インパクトドライバ１は、従来と同様に、先端工具２０が係合するビス３０を締め付ける。

この打撃時、アンビル７には、図６（ｃ）に示されるように、瞬間的に大きな締付トルクが付与される点も従来と同様である。この締付トルクの付与により、アンビル７及び先端工具２０は、ハンマ６と同一方向に回転し、ビス３０が所定角度θ_１の回転を行うこととなる（図５（４）及び図６（ｄ））。

瞬間的に大きな締付トルクが発生した後も、ハンマ６及びアンビル７は、噛み合い状態を保持したまま回転を継続する。このとき、ハンマ６の打撃面６２ａからアンビル７の被打撃面７３ａには、打撃面６２ａ及び被打撃面７３ａに垂直な方向に打撃力が加わり、アンビル７には回転方向への締付トルクが付与されることとなる。この締付トルクは、図６（ｃ）及び図６（ｄ）に示されるように、ビス３０の回転が進むにつれて徐々に大きくなる。

一方、ハンマ６の打撃面６２ａには、アンビル７の被打撃面７３ａから、打撃面６２ａ及び被打撃面７３ａに垂直な方向に、上記した打撃力と同一の大きさの力Ｆ（Ａ）が加わることとなる。ここで、本実施の形態のインパクトドライバ１では、従来のインパクトドライバと異なり、打撃面６２ａ及び被打撃面７３ａが回転軸方向と平行ではなく傾斜を有することから、ハンマ６からアンビル７への打撃力の向きは、回転方向と同一ではなく、またアンビル７からハンマ６への力Ｆ（Ａ）の向きは、図５（４）に示されるように、回転方向と逆向きではない。したがって、力Ｆ（Ａ）は、回転方向の力成分のみならず、回転軸方向の力成分をも持つこととなる。

このうち、回転方向の力成分は、従来のインパクトドライバと同様に、カムにより回転軸方向に向きを変換され、軸方向後方への力となる。この軸方向後方への力を、Ｆ_１（Ａ）と記す（図５（４））。また、回転軸方向の力成分は、軸方向前方への力となる。この軸方向前方への力を、Ｆ_２（Ａ）と記す（図５（４））。すなわち、スプリング１６からの付勢力Ｆ（Ｓ）と同じ向きの力がハンマ６に加わることとなり、力Ｆ_２（Ａ）は、スプリング１６からの付勢力Ｆ（Ｓ）を補助する力となる。

締付トルクに基づく力Ｆ_１（Ａ）及びＦ_２（Ａ）は、ビス３０の回転が進むにつれて徐々に大きくなる。これに対し、スプリング１６からの力Ｆ（Ｓ）は、ビス３０の回転が進むにつれて徐々に小さくなる。図５（４）に示される状態において、締付トルクに基づく回転軸方向後方への力Ｆ_１（Ａ）は、スプリング１６による回転軸方向前方への力Ｆ（Ｓ）及び締付トルクに基づく回転軸方向前方への力Ｆ_２（Ａ）の和Ｆ（Ｓ）＋Ｆ_２（Ａ）よりも小さいため、ハンマ６はアンビル７方向に付勢され、爪部６２及び羽根部７３は噛み合い状態を保持したまま回転を継続する。ビス３０の回転が進み、締付トルクに基づく力Ｆ _１（Ａ）の大きさが、スプリング１６による力Ｆ（Ｓ）及び締付トルクに基づく力Ｆ_２（Ａ）の和Ｆ（Ｓ）＋Ｆ_２（Ａ）に等しくなった（図５（５））後、力Ｆ_１（Ａ）が力Ｆ（Ｓ）＋Ｆ_２（Ａ）よりも大きくなると、ハンマ６には回転軸方向後方への力が作用することとなる。これにより、図５（５）に示されるように、ハンマ６の爪部６２はアンビル７の羽根部７３を乗り越え、ハンマ６とアンビル７との噛み合いは外れることとなる。

本実施の形態に係るインパクトドライバ１では、締付トルクに基づく回転軸方向前方への力Ｆ_２（Ａ）がスプリング１６からの付勢力Ｆ（Ｓ）を補助する力となるため、あたかもスプリング１６のバネ定数が大きくなったかのように作用することとなる。これにより、ハンマ６及びアンビル７の離脱トルクは、従来のインパクトドライバと比較して大きくなる。したがって、１打撃において、ハンマ６及びアンビル７の噛み合いが外れるまでの時間、すなわち（３）から（５）までの時間が長くなることとなる。

ハンマ６及びアンビル７の噛み合いが外れると、図６（ｃ）に示されるように、アンビル７の締付トルクは０になり、アンビル７、先端工具２０及びビス３０の回転は停止する。ビス３０は、所定角度θ_１の回転後、更に角度θ_２´回転した後、回転が停止される。すなわち、この１打撃におけるビス３０の回転角、すなわちアンビル角は、θ_３´＝θ_１＋θ_２´である。ここで、θ_２´＞θ_２であるため、θ_３´＞θ_３となる。

１打撃の打撃時間Ｔは、従来のインパクトドライバの場合と略同一の長さである。しかし、（３）から（５）に至るまでの時間、すなわちトルクが発生している有効時間ｔ_１´は、従来のインパクトドライバにおける有効時間ｔ_１に比較して長くなる。これは、締付トルクに基づく力Ｆ（Ａ）が軸方向前方への成分Ｆ_２（Ａ）を有し、スプリング１６の力Ｆ（Ｓ）を補助するためである。したがって、有効時間の差ｔ_１´−ｔ_１により、ハンマ６からアンビル７へのトルクの伝達量が増え、１打撃におけるアンビル角もΔθ_２＝θ_２´−θ_２増えることとなる。

ハンマ６及びアンビル７の噛み合いが外れた後、ハンマ６は後退するが、スプリング１６の付勢により再度前進し、アンビル７を打撃する。そして、アンビル７に締付トルクが付与され、先端工具２０がビス３０の締め付けを行う。

上記のように、本実施の形態のインパクトドライバ１では、１打撃におけるアンビル角が、従来のインパクトドライバに比較して大きくなる。これは、打撃面６２ａ及び被打撃面７３ａに傾斜（角度θ_ｈは鋭角、角度θ_ａは鈍角とし、ハンマ６とアンビル７とが近づくように傾斜）を持たせたことにより、スプリング１６の付勢力を補助する力が生じ、トルクが伝達される有効時間が長くなるためである。

なお、上記説明では、モータ３が正回転中の打撃を例に、説明を行ったが、モータ３が逆回転中の打撃についても同様である。モータ３の正回転中、ハンマ６及びアンビル７は前方視反時計回りに回転し、ハンマ６の一方の爪部６２の打撃面６２ａがアンビル７の一方の羽根部７３の被打撃面７３ａを打撃し、他方の爪部６２の打撃面６２ａが他方の羽根部７３の被打撃面７３ａを打撃する。これに対し、モータ３の逆回転中は、ハンマ６及びアンビル７は前方視時計回りに回転し、ハンマ６の一方の爪部６２の打撃面６２ｂがアンビル７の他方の羽根部７３の被打撃面７３ｂを打撃し、他方の爪部６２の打撃面６２ｂが一方の羽根部７３の被打撃面７３ｂを打撃する。この打撃力の回転軸方向前方への力成分が、スプリング１６による付勢力を補助し、ハンマ６及びアンビル７の噛み合いが外れにくくなる。したがって、トルクが伝達される有効時間が長くなり、１打撃におけるアンビル角が大きくなる。

次に、７５ｍｍの長さを有するビス３０の締付作業を行った場合について、図７及び図８に基づき説明する。図７は、従来のインパクトドライバによる締付動作時におけるアンビル角の時間変化を示す図であり、図８は、実施の形態に係るインパクトドライバ１による締付動作時におけるアンビル角の時間変化を示す図である。

７５ｍｍのビス３０の締付作業を完了するためには、ビスを３０回転させる必要がある。言い換えれば、アンビル角が１０８００°に達するまで打撃を行う必要がある。従来のインパクトドライバにより締付作業を行った場合、１５０回の打撃によりアンビル角が１０８００°に到達した。この締付作業に要した時間は約３秒である。一方、実施の形態に係るインパクトドライバ１により締付作業を行った場合、１２０回の打撃によりアンビル角が１０８００°に到達した。この締付作業に要した時間は約２．５秒である。すなわち、従来のインパクトドライバの方が、ビス１本あたり１．２倍の時間を要することとなる。

図９は、従来のインパクトドライバ及び実施の形態に係るインパクトドライバ１による締付動作の詳細を説明する図である。図９は、従来のインパクトドライバ（従来品）及び実施の形態に係るインパクトドライバ１（発明品）のそれぞれに対し、１打撃当たりの打撃時間（Ｔ）、１秒当たりの打撃回数、締付完了までの総打撃回数、ビス１本当たりの締付時間及び１打撃当たりのビス回転角度（アンビル角）を示している。

従来のインパクトドライバ及び実施の形態に係るインパクトドライバ１の何れに対しても、１打撃当たりの打撃時間Ｔは０．０２秒、１秒当たりの打撃回数は５０回と、それぞれ同一である。しかし、締付完了までの総打撃回数は、従来のインパクトドライバでは１５０回であるのに対し、実施の形態に係るインパクトドライバでは１２５回と少なくなっている。また、ビス１本当たりの締付時間は、上記したように、従来のインパクトドライバでは３秒要するのに対し、実施の形態に係るインパクトドライバ１では２．５秒と短縮されている。このことから、１打撃当たりのビス回転角度は、従来のインパクトドライバではθ_３＝７２°であるのに対し、実施の形態に係るインパクトドライバ１ではθ_３´＝８６．４°と大きくなっていることがわかる。

以上のように、本実施の形態に係るインパクトドライバ１によれば、ハンマ６の爪部６２の打撃面６２ａ、６２ｂと、アンビル７の羽根部７３の被打撃面７３ａ、７３ｂとが、ハンマ６及びアンビル７の回転軸方向に対して傾斜を有するように形成されるので、打撃面及び被打撃面が回転軸方向に平行に形成される場合に比較して、ハンマ６及びアンビル７の離脱トルクが大きくなる。したがって、スプリング１６のバネ定数を大きくした場合と同様の効果を奏し、締付作業の速度が向上される。

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上述の実施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、上述の打撃工具として、インパクトドライバを例に説明を行ったが、インパクトレンチ等、他の打撃工具にも適用可能である。

１…インパクトドライバ、３…モータ、５…スピンドル、６…ハンマ、７…アンビル、６１…ハンマ本体部、６１ａ…前側面、６２…爪部、６２ａ，６２ｂ…打撃面、７１…アンビル本体部、７２…先端工具装着部、７３…羽根部、７３ａ，７３ｂ…被打撃面、７３ｃ…前側面

Claims

モータと、
前記モータにより回転駆動されるハンマと、
先端工具が装着される装着部を有し、前記ハンマからの打撃により該ハンマの回転方向に回転するアンビルと、を有する打撃工具であって、
前記ハンマは、前記回転方向で前記アンビルと接触する側において、前記先端工具側に向かうにつれて前記回転方向に傾斜する打撃面を有し、
前記アンビルは、前記回転方向で前記ハンマと接触する側において、前記先端工具側に向かうにつれて前記回転方向に傾斜する被打撃面を有することを特徴とする打撃工具。
前記ハンマは、ハンマ本体部から前記先端工具側へ突出し、前記打撃面を有する爪部を有し、
前記アンビルは、アンビル本体部から径方向へ突出し、前記被打撃面を有する羽根部を有することを特徴とする請求項１記載の打撃工具。
前記打撃面及び前記被打撃面は、互いに略平行に傾斜することを特徴とする請求項１又は２に記載の打撃工具。
モータと、
ハンマ本体部と、前記ハンマ本体部から前方へ突出し打撃面を有する爪部と、を有し、前記モータにより回転駆動されるハンマと、
前記ハンマの前方側に設けられ、前方側に設けられ先端工具が装着される装着部と、後方側に設けられアンビル本体部から径方向へ突出し前記打撃面と当接する被打撃面を有する羽根部と、を有し、前記ハンマからの打撃により該ハンマの回転方向に回転するアンビルと、を有する打撃工具であって、
前記ハンマ本体部の前側面と前記打撃面とのなす角度は９０°未満であり、前記アンビル本体部の前側面と前記被打撃面とのなす角度は９０°より大きくなるように構成されることを特徴とする打撃工具。
前記打撃面及び前記被打撃面は、互いに略平行に傾斜することを特徴とする請求項４に記載の打撃工具。