JP5493272B2 - 回転衝撃工具 - Google Patents

Description

本発明はボルトやナット、あるいはねじの締め付け作業に使用するインパクトレンチやインパクトドライバーのような回転衝撃工具に関するものである。

インパクトレンチやインパクトドライバーといったインパクト回転工具は、回転駆動される駆動軸にカムを介して結合したハンマーを出力軸に設けたアンビル側に向けてばねで付勢し、上記カムとばねとによってハンマーにアンビルを衝撃的に結合させることで回転力を生み出すものである。インパクト回転工具は、ボルトやナット、ねじ類を締め付けする時に作業者の手に加わる反力が少なくて済むことから高い作業性を備えたものとなっている。

しかし、間欠的な衝撃回転力であるために、金属に穴あけする場合（ドリルとして使用する場合）にはドリルビットが欠けたり、回転数が落ちて穴あけすることができない。

このために、ハンマーの軸方向の移動を制限してインパクト動作を得ることができない
状態に、つまりはハンマーがアンビルから離れないようにしてしまうことが必要である。

ここにおいて、特許第３９１１９０５号公報に開示されたものがあった。この打撃停止機構は、駆動軸に対して相対回転可能に支持されいるアンビルを相対回転不能な状態とする切換手段を備えたインパクト回転工具であって、駆動軸とこの駆動軸に対して相対回転可能に支持されているアンビルの双方にそれぞれ異形断面柱の連結部材と係合する係合部を駆動軸とアンビルにそれぞれ設けて、外部からの操作入力用の操作部の操作に連動する連結部材を切換手段として、操作部を操作すれば、連結部材が駆動軸とアンビルとの相対回転に関する状態を変更してインパクト動作とドリル動作とを切り換えるものであった。

従来例を図５と図６を用いて説明する。

図５はインパクト動作の場合である。駆動軸４とアンビル６の間を連結する六角柱の連結部材３６を駆動軸側に移動させることにより、ハンマー５が打撃運動をする状態を示す。この場合、回転力は初段の遊星減速機構３、駆動キャリア２４、連結結合部７１、伝達キャリア７０、駆動軸４、鋼球５７、ハンマー５を経てアンビル６へ伝達する。この場合、減速比は設定された一つのみである。従って、回転打撃力も一種類のみである。

図６はクラッチ動作の場合である。駆動軸４とアンビル６の間を連結するに六角柱の連結部材３６を移動させ、駆動軸４とアンビル６が一体となって回転する状態を示す。この場合、回転力は初段の遊星減速機構３、駆動キャリア２４、２段目の遊星減速機構３ａ、伝達キャリア７０、連結結合部７１、駆動軸４、連結部材３６を経てアンビル６へ伝達する。負荷が大きい場合はトルククラッチ７が動作し２段目の遊星減速機構のリングギヤ２８が空転し回転力を遮断する。機能としては一般的なクラッチ付きの電動ドライバーである。

特許第３９１１９０５号公報

最近、インパクトドライバーにおいて、１００Ｎ−ｍ以上の大きな衝撃回転力だけでなく、小さな衝撃回転力をも同じ工具で出すことが求められてきた。これはモータの回転数を変える変速機能を持つスイッチで実施可能であるが、回転数の再現性が劣るので機械的に減速機を用いて実施することが求められている。

しかしながら、特許第３９１１９０５号公報に示された構造ではインパクト動作時とドリル動作時の回転数がそれぞれ決められていて、衝撃回転力を調整する場合には可変速機能をもつスイッチを利用して手加減しながら作業する必要があった。この作業は上記したように回転数の再現性に劣る。

本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その主たる目的とするところは、インパクト動作において機械的に高速回転と低速回転の二段変速機構を提供して２種類の回転打撃力を提供することである。さらに電動ドライバーなどで一般的になったクラッチ機構をインパクト動作時に機能する構造にして、衝撃回転力を規制できる回転工具を提供することにある。

本発明は、駆動軸とアンビルを連結する連結部材と２段目の減速機構をそれぞれ別個に移動できるして、従来どおりの高速のインパクト動作と低速のインパクト動作を可能にした。これにより、弱い回転打撃力をアンビルから得ることができる。また低速のインパクト動作時にクラッチ機構を機能させることができるので、弱い回転打撃力をさらに何種類かの小さな回転打撃力に調整できる。これにより通常のインパクトドライバーでは軸を回転切断するような細いねじでも締めることができるようになった。また変速スイッチをでモータの回転数を低下させてもこの作業はなすことが可能であるが、前記の方法が使い易さやで優れている。

本発明によれば、インパクト動作において高速回転と低速回転の２種類の回転数のいずれかを選んで、回転打撃力をアンビルに伝達できるので、締付けるねじ類の種類が増え工具の使い勝手が向上した。

さらにインパクト動作中にクラッチ機構を動作させることができので、回転打撃力を細かく設定でき、従来の連続締付けモードと打撃締付けモードの中間の回転力でねじ類の締付けが可能になった。

また、インパクト動作と非インパクト動作との切換えと、高速回転と低速回転の切換えの操作部材を分離、独立させたことにより、駆動軸の回転数の選択ができ、能率の良い作業ができる。

以下、本発明の一実施形態による回転工具について図１〜図４を参照して説明する。

図１において、本体はモータ２の出力を遊星減速機構３によって減速して駆動軸４に伝え、駆動軸４に装着したハンマー５によって出力軸６０と一体のアンビル６を打撃することでインパクト出力を取り出すことができるようにした電池駆動の携帯型のもので、電源としての電池４５はハウジング１から延設したグリップ部１０の下端に装着されるものとなっており、グリップ部１０の根本部にはスイッチ１１が配設されている。図中１２はトリガスイッチハンドルである。

駆動軸４とハンマー５とアンビル６、ハンマー５をアンビル６側に付勢するばね５５、そしてばね受け５６で構成されたインパクト機構は従来のものと同じで、駆動軸４外周に設けた溝状のカム４１とハンマー５内周面に設けた溝状のカム５１とに鋼球５７を係合させている。駆動軸４が回転する時、駆動軸４と共に回転しかつばね５５による付勢で突部５２をアンビル６に係合させているハンマー５がアンビル６および出力軸６０を回転させるが、負荷側のトルクが大きくなれば、ハンマー５が駆動軸４に対して相対回転し、カムのリードに従ってばね５５に抗して後退する。そして突部５２がアンビル６を乗り越えると、ばね５５による付勢でハンマー５はカムのリードに従って前進し、突部５２でアンビル６に回転方向の打撃衝撃を加える。
モータ２と上記駆動軸４との間には上述のように遊星減速機構３からなる減速機を配しているが、この遊星減速機構３は、モータ２の出力軸に固着したサンギヤ２０とモータ取り付け台１９に固定したリングギヤ２１とに噛み合う遊星ギヤ２２が軸方向前後の２つのキャリア２３，２４によって支持されたものとなっており、特に軸方向前方向側（出力軸６０側）の駆動キャリヤ２４は、軸方向にスライド自在に配設されているとともに、上記駆動軸４後端部にスプラインやセレーションのようなキー結合で軸方向摺動自在な係合部２５を備えたものとなっている。モータ２の回転は遊星減速機構３によって減速され、駆動キャリア２４を介して駆動軸４に伝達される。

一方、上記駆動軸４と駆動キャリア２４の中心部には切換えピン３５がスライド可能に配設されており、駆動軸４の先端部には凹所として係合部４２が設けられて該係合部４２内に駆動軸４と出力軸６０との直結用の連結部材３６が配設されている。後端は円板４７に圧入等で固定されている切換えピン３５は、その先端の小径となった部分に上記連結部材３６と係合部４２とは正六角形断面を有して回転について一体となるように、また軸方向スライドが自在となるようにされている。

そして、出力軸６の後端面には、駆動軸４の先端部が遊転自在に嵌り込む保持部６３と、連結部材３６と係合自在となっている係合部６４とを備えている。この係合部６４も正六角形断面を有して連結部材３６に対して軸方向スライドが自在かつ回転は一体となる。

ハウジング１の外面には操作部材１５を前後方向にスライド自在に配設してある。この操作部材１５は、その内面側にピアノ線で作った弾性体１７が固定され、上記駆動キャリア２４外周面に設けた環状の溝２６に係合させている。同様に操作部材１５ａは操作部材１５から位相がほぼ９０°回転した位置に前後方向にスライド自在に配設され、その内面側にピアノ線で作られた弾性体１７ａが固定され、前記円板４７の外周面に設けた環状の溝２６ａに係合されている。（図４参照）
今、図１に示すように、操作部１５、１５ａを後退させている時は、駆動キャリア２４と円板４７が後退した状態にあり、円板４７に切換えピン３５でつながっている連結部材３６は駆動軸４の係合部４２内に位置している。この状態でモータ２を駆動すれば、モータ２の回転は遊星減速機構３によって減速されて駆動軸４からハンマー５とアンビル６とを経由して出力軸６０に出力される。出力軸６０に一定以上の負荷がかかるとインパクト機構によるハンマー５とアンビル６との間欠的な衝撃的結合によりインパクト動作がなされる。この時、可動バー１６、１６ａに対して駆動キャリア２４と円板４７は回転自在であるために、回転負荷がかかることはない。

一方、図３、図４に示すように操作部材１５、１５ａを前方にスライドさせれば、弾性体１７、１７ａを介して駆動キャリア２４と円板４７が前進し、このとき連結部材３６は駆動軸４の係合部４２と出力軸６０の係合部６４の双方に係合する状態となって、駆動軸４の回転は連結部材３６を介して出力軸６０に伝達される。駆動軸４とアンビル６（出力軸６０）とが相対回転不能の直結された状態となるわけである。このように、駆動軸４およびアンビル６（出力軸６０）の内部に位置させる連結部材３６を外部から操作部材１５、１５ａで操作することで、駆動軸４とアンビル６との連結状態を切り換えるために、外部操作によって容易にインパクトとドリルの切換えを行なうことができる。

駆動軸４と出力軸６とを直結使用する際に締付けトルクの調整機能を働くようにするために以下のようにした。トルククラッチ７を付加し、該トルククラッチ７は、遊星減速機構３ａと駆動軸４との間に配設してある。すなわち、ギヤケース１８の先端部内に伝達キャリア７０で保持した遊星ギヤ２９と、遊転自在なリングギヤ２８とを配置して、駆動キャリア２４に設けたサンギヤ２７とリングギヤ２８とに遊星ギヤ２９を噛合わせている。

また、ギヤケース１８の先端部外周面には雄ねじを形成してアジャストねじ７７を螺合させてあり、インパクト機構の外部を覆っているとともにハウジング１に対して軸周りの回転が自在とされた駆動部カバー１３の内面に設けた溝１３０にアジャストねじ７７の一部をスライド自在に係合させている。

さらにギヤケース１８には軸方向に貫通する穴を設けて、この穴に鋼球７４を配置し、鋼球７４と上記アジャストねじ７７との間にスラスト板７５とクラッチばね７６を介在させている。そして、上記リングギヤ２８の先端面には、鋼球７４と係合することに突部７３を設けてある。図中７２はリングギヤ２８の軸方向移動を阻止するピンである。

上記伝達キャリア７０は駆動軸４の後端部との連結結合部７１を備えており、また、駆動キャリア２４におけるサンギヤ２７と遊星ギヤ２９とは軸方向スライド自在となっている。

このものにおいて、インパクト動作を得たい場合には、図１に示すように操作部材１５ａの操作で円板４７および連結部材３６を後退させて駆動軸４と出力軸６０とを非直結状態とするとともに、駆動キャリア２４を後退させて駆動キャリア２４と伝達キャリア７０とを直結用ギヤ８０および係合部８１の係合で直結状態として、駆動軸４を回転させる。すると、モータ２の回転は、遊星減速機構を通じて駆動軸４に伝達され、ハンマー５とアンビル６の衝撃的な係合によるインパクト出力が出力軸６０に加えられる。

この時、駆動キャリアのサンギヤ２７は伝達キャリア７０で支持されている遊星ギヤ２９に噛合っていないのでトルククラッチ７は作動しない。

締付けトルクの管理を伴ったドライバーとして使用したい場合には、図３に示すように操作部材１５、１５ａを操作して円板４７と駆動キャリア２４を前進させ、駆動キャリア２４に設けた直結用ギヤ８０を伝達キャリア７０との係合部８１から外すとともに駆動キャリア２４に設けたサンギヤ２７を遊星ギヤ２９に噛合わせ、さらに連結部材３６で駆動軸４と出力軸６０とを直結させる。このために、モータ２の回転は遊星減速機構３による減速の後、駆動キャリア２４に設けたサンギヤ２７とリングギヤ２８と遊星ギヤ２９および伝達キャリア７０でさらに減速されて駆動軸４に伝えられ、駆動軸４に連結部材３６で直結されている出力軸６０に伝えられる。そして負荷トルクが増大すればリングギヤ２８が空転を始めるために回転伝達が遮断され、締付けトルクが制限される。

この時のトルクはアジャストねじ７７によるクラッチばね７６の圧縮量に応じたものとなるために、駆動部カバー１３を回転させることによるアジャストねじ７７の位置調整によって、締め付けトルクを管理することができる。なお、駆動カバー１３の左端付近に設けたフランジにはハウジング１の端面の間に取り付けたクリックばね７９が係合してクリックを発生する凹凸部を設けることで、締付けトルクの管理を容易にしてある。図中９５は駆動カバー１３を回転自在にハウジング１に取付ける押さえリング９５である。

電動ドリルとして使用したい場合には、トルククラッチ７を図２において駆動部カバー１３を回転させて、アジャストねじ７７を後退させた状態で操作部材１５、１５ａを前進させればよい。駆動キャリア２４と切換ピン３５を介して連結部材３６が前進し、連結部材３６が駆動軸４と出力軸６０を直結してインパクト機構がキャンセルされた状態となる。

図２は回転数を２段減速してトルククラッチを働かせてインパクト動作をさせる場合を示す。前述した図３のドライバーで使用する状態から、操作部材１５ａ（図４参照）を後退させて、円板４７とそれに付随した切換えピン３５、連結部材３６が移動すると出力軸６０はインパクト動作が可能になる。出力軸６０の負荷トルクが増大するとハンマー５とアンビル６の衝撃的な係合によるインパクト出力が出力軸６０に加えられる。この場合、ハンマー５の回転が低くて、さらにトルククラッチが働くのでインパクト出力を規制することが可能となる。

なお、モータ２、スイッチ１１と電池４５を結線するリード線は図示しなかった。

本発明の実施形態に係る回転衝撃工具のインパクト動作時の縦断面図である。 同上のインパクト動作時にクラッチ動作した時の縦断面図である 同上のクラッチ動作時の縦断面図である。 図１の断面図である。 従来例のインパクト動作時の縦断面図である。 従来例のクラッチ動作時の縦断面図である。

符号の説明

１・・ハウジング ２・・モータ ３、３ａ・・遊星減速機構 ４・・駆動軸 ５・・ハンマー ６・・アンビル ７・・トルククラッチ １０・・グリップ部 １１・・スイッチ １２・・トリガハンドル １３・・駆動部カバー １５、１５ａ・・ 操作部材 １７、１７ａ・・弾性体 １８・・ギヤケース １９・・モータ取付け部 ２０・・サンギヤ ２１・・リングギヤ ２２・・遊星ギヤ ２３・・キャリア ２４・・駆動キャリア ２５・・係合部 ２６、２６ａ・・溝 ２７・・サンギヤ ２８・・リングギヤ ２９・・遊星ギヤ ３５・・切換えピン ３６・・連結部材 ４１・・カム ４２・・係合部 ４５・・電池 ４７・・円板 ５１・・カム ５２・・突部 ５５・・ばね ５６・・ばね受け ５７・・鋼球 ６０・・出力軸 ６３・・保持部 ６４・・係合部 ７０・・伝達キャリア ７１・・連結結合部 ７２・・ピン ７３・・突部 ７４・・鋼球 ７５・・スライド板 ７６・・クラッチばね ７７・・アジャストねじ ７９・・クリックばね ８０・・直結用ギヤ ８１・・係合部 ９５・・押さえリング １３０・・溝

Claims (1)

1. 駆動軸にカム結合させたハンマーを出力軸に設けたアンビル側に付勢するばねを備えて、上記カムとばねによってハンマーにアンビルを衝撃的に係合させることで回転力を生み出すインパクト機構を具備するとともに、モータの回転数を減速して駆動軸に伝える遊星減速機構を備え、該遊星減速機構のリングギヤが一定の回転負荷で回転するように設けたトルククラッチ機構を有する回転衝撃工具において、
   インパクト機構とトルククラッチ機構が同時に動作可能であり、前記トルククラッチ機構を働かせて前記インパクト機構を動作させる場合、前記ハンマーの回転が低く且つインパクトの出力を規制するように構成したことを特徴とする回転衝撃工具。

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