JP2013208678A - インパクト工具 - Google Patents

Abstract

【課題】 構造変更や部品点数を増やすことなく、信頼性の高いインパクト工具を提供すること。
【解決手段】 モータによって回転駆動されるスピンドルに回転打撃機構を装着し、該回転打撃機構によって発生する回転打撃力をハンマからアンビルを経て先端工具に間欠的に伝達することによって該先端工具に回転打撃力を与えるインパクト工具において、アンビルの先端工具保持部を形成する正六角形穴の各頂点角に、先端工具挿入口側の前端を最大円弧寸法とし、該前端からモータ側へ向かって徐々に円弧寸法を小さくした円弧形状の切欠きを必要箇所のみに効果的に設ける設計をすることにより達成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、回転打撃力を発生してネジ締め、緩め等の作業を行うためのインパクト工具の信頼性向上に関するものである。

インパクト工具は、モータを駆動源として回転打撃力を発生して先端工具を回転させつつ、これに打撃力を間欠的に与えてネジ締め、緩め等の作業を行うものであるが、反動が小さく締付け能力が高い等の特徴を有しているため、現在広く使われている。

ここで、図９、図１０、図１１に従来から使用されている一般的なインパクト工具を示す。

図９は従来のインパクト工具の側断面図であり、図１０は図９のＢＢ断面図である。また、図１１はアンビル３付近の拡大図である。
図示のインパクト工具は、繰り返し充放電可能なバッテリ１を電源とし、モータ２を駆動源として回転打撃機構を駆動し、アンビル３に回転と打撃を間欠的に与える。
ここで、アンビル３には、先端工具１２の断面形状である正六角形よりも僅かに大きな正六角形穴から成る先端工具保持部３ａが設けられており、該先端工具保持部３ａに該先端工具１２が挿入、保持される構造となっている。

前述の通り、回転打撃機構からアンビル３に伝達された回転打撃力は、前記先端工具保持部３ａと先端工具１２の六角形軸部が回転方向に係合することにより、ネジ１３に回転打撃力を伝達してネジ締め、緩め等の作業を行うものである。

上記モータ２は、ハウジング４の胴体部４ａ内に収容されており、ハウジング４の胴体部４ａから下方に一体に延びるハンドル部４ｂの上部には、前記バッテリ１からモータ２への給電をＯＮ／ＯＦＦしてモータ２を起動／停止させるとともに、前記モータ２の回転方向をネジ１３の締付け方向、緩め方向に選択可能とする制御機能を備えたスイッチ５が設けられている。

而して、ハンマケース６に内蔵された回転打撃機構においては、モータ２の出力軸２ａの回転は遊星ギヤ機構７を経て減速されてスピンドル８に伝達され、該スピンドル８が所定の速度で回転駆動される。ここで、スピンドル８とハンマ９とはカム機構によって連結されており、このカム機構は、スピンドル８の外周面に形成されたＶ字状のスピンドルカム溝８ａ及びハンマ９の内周面に形成されたＶ字状のハンマカム溝９ａ及びこれらのカム溝８ａ，９ａに係合するボール１０で構成されている。

又、ハンマ９は、スプリング１１によって常に、前方向（図９の右方）に付勢されており、制止時にはボール１０とカム溝８ａ，９ａとの係合によってアンビル３の端面とは隙間を隔てた位置にある。そして、ハンマ９とアンビル３の相対向する回転平面上の２箇所には不図示の凸部がそれぞれ対称的に形成されている。

而して、前述のようにスピンドル８が回転駆動されると、その回転は前記カム機構を介してハンマ９に伝達され、ハンマ９が半回転しないうちに、該ハンマ９の凸部がアンビル３の凸部に係合してアンビル３を回転させるが、そのときの係合反力によってスピンドル８とハンマ９との間に相対回転が生ずると、ハンマ９はカム機構のスピンドルカム溝８ａに沿ってスプリング１１を圧縮しながらモータ２側へと後退を始める。
そして、ハンマ９の後退動によって該ハンマ９の凸部がアンビル３の凸部を乗り越えて両者の係合が解除されると、ハンマ９は、スピンドル８の回転力に加え、スプリング１１に蓄積されていた弾性エネルギーとカム機構の作用によって回転方向及び前方に急速に加速されつつ、スプリング１１の付勢力によって前方へ移動し、その凸部がアンビル３の凸部に再び係合して一体に回転し始める。このとき、強力な回転打撃力がアンビル３に加えられるため、該アンビル３に装着された先端工具１２を介してネジ１３に回転打撃力が伝達される。
以後、同様の動作が繰り返されて先端工具１２からネジ１３に回転打撃力が間欠的に繰り返し伝達され、該ネジ１３が木材等の被締結材３００にねじ込まれる。
ネジ１３を緩める場合は、回転方向が反対になるだけであり、動作は上述の通りであるため再度の説明は省略する。

ところで、斯かるインパクト工具を用いた作業においては、先端工具１２に回転打撃力を与える際に、前記先端工具１２の六角形軸とアンビル３に設けられた先端工具保持部３ａの正六角形穴が相対的に回転し、正六角形の頂点角３ｂ付近で接触、該接触部に大きな接触荷重を生ずる。また、前記接触荷重は、先端工具挿入口側の前端部３ｃにおいて、最大接触荷重となる。よって、先端工具保持部３ａを形成する正六角形頂点角３ｂの前端部３ｃに大きな応力が発生し、ネジ締め、緩め作業を行う際は、前記正六角形頂点角３ｂの前端部３ｃに繰り返し応力が発生する。
太径のネジやボルトの締付けには高いトルクが必要とされるため、前記応力が過大になる。太径のネジやボルトの締付けを連続的に行う過酷な条件での試験においては、過大な応力が繰り返し発生するため、前記先端工具保持部３ａの正六角形頂点角３ｂの前端部３ｃから疲労破損が生じる例があることが確認されている。
このため、インパクト工具の製品寿命に係る前記先端工具保持部３ａの寿命を向上させるべく、同部の応力低減のための対策が種々検討されてきた。

特開２０１０−２５３５７７号公報

従来のインパクト工具の問題点について、図７、８を用いて説明する。
図７はネジ締め時における従来のアンビル３と先端工具１２の係合状態を示す断面図、図８は図７のＥ部拡大図である。
図７に示すように、先端工具保持部３ａには先端工具１２の断面形状である正六角形よりも僅かに大きな正六角形穴が形成されており、先端工具１２が挿入、保持される構造となっている。
ネジ締め作業時、先端工具１２に回転打撃力を与える際に、前記先端工具１２の六角形軸とアンビル３に設けられた先端工具保持部３ａの六角形穴が相対的に回転し、六角形頂点角３ｂ近傍の３ｄで接触、該接触部３ｄに大きな接触荷重Ｆが生じる。
前記接触により、アンビル３にねじり変形が生じ、前記正六角形頂点角３ｂには図８に示す矢印方向(周方向)に応力σ１が生じる。また、前記接触部３ｄは、局所的に接触荷重Ｆを受けるため、該接触部３ｄには局所的な圧縮の変形が生じ、該圧縮の変形に伴い接触部３ｄの直近に応力σ２が発生する。また、前記接触荷重Ｆは、先端工具挿入口側の前端部３ｃ（図１１参照）で最大荷重となる。よって、先端工具保持部３ａの正六角形頂点角３ｂの前端部３ｃにおいて、前記応力σ１と前記応力σ２が足し合わされ過大な応力σ３が生じる。
角度を有する２直線の交点部(特に鋭角となる場合)には、一般的に大きな応力が発生するため、前記２直線に接する円弧形状を設けることにより応力低減を図る対策は最も一般的である。
応力低減を図るために、先端工具保持部３ａへ施す一般的な応力低減対策形状について図５、６を用いて説明する。
図５は一般的な応力低減対策を施したアンビル３と先端工具１２のネジ締め時における係合状態を示す断面図、図６は図５のＤ部拡大図である。
ネジ締め、緩め作業時に大きな応力が発生する前記正六角形穴の頂点部の外側には、応力低減を目的とした円弧形状の切欠き３ｅを設ける。ここで、インパクト工具のアンビル３に設けられた先端工具保持部３ａの場合、六角形を形成する２直線間に接する円弧形状を形成すると、先端工具１２と干渉し、先端工具１２が挿入できなくなる不具合が生じる。このため図６に示すように、先端工具保持部３ａを形成する正六角形穴の外側に、円弧形状の切欠き３ｅを設ける。
図５、６に示す一般的な応力低減対策を施したアンビル３においては、ネジ締め、緩め作業時に大きな応力が発生する前記正六角形穴の頂点部の外側に、円弧形状の切欠き３eを、前記先端工具挿入口側の前端部３ｃからモータ側の後端部３ｆまで一様に設けることにより（図１１参照）、従来の正六角形の頂点角３ｂ（図７参照）の形状を有する先端工具保持部３ａと比較し、ネジ締め緩め作業時の応力低減を図ることができる。
しかし、正六角形穴の頂点部の外側に円弧形状の切欠き３ｅを前記先端工具挿入口側の前端部３ｃからモータ側の後端部３ｆまで一様に設けた先端工具保持部３ａは、従来の正六角形の頂点角３ｂの形状を有する先端工具保持部３ａと比較し、アンビル３と先端工具１２との隙間量が増大することとなり、先端工具の保持性が弱くなる。このため、アンビル３と先端工具１２との衝撃接触時の振動や騒音が増大し、また、回転打撃力の伝達ロスが生じる問題がある。

特に近年は、電源であるバッテリ１の高電圧化、駆動源であるモータ２の高出力化に伴い、アンビル３の使用条件が厳しくなっている。一方、先端工具１２の六角形軸形状は規格により規定されており、かつ手持ち式工具であるインパクト工具には、小型・軽量化に対する市場からの要求が高いため、安易にアンビル３の軸径を大きくし応力低減を図るような対策ができない。また、作業環境の快適性を考慮した低振動・低騒音の向上や省エネルギーを考慮した高効率打撃の向上も市場において求められている。従って、低振動・低騒音・高効率打撃を維持しつつ、寿命を向上させたインパクト工具を提供することは重要な課題である。

上記目的は、アンビルの先端工具保持部を形成する正六角形穴の各頂点角に、先端工具挿入口側の前端を最大円弧寸法とし、該前端からモータ側へ向かって徐々に円弧寸法を小さくした円弧形状の切欠きを必要箇所のみに効果的に設ける設計をすることにより達成される。

本発明のインパクト工具によれば、アンビルの先端工具保持部を形成する正六角形穴の各頂点角に、先端工具挿入口側の前端を最大円弧寸法とし、該前端からモータ側へ向かって徐々に円弧寸法を小さくした円弧形状の切欠きを必要箇所のみに効果的に設けることにより、先端工具の保持性を弱めることが無く、アンビルと先端工具との衝撃接触時の振動や騒音の増大および回転打撃力の伝達ロスを防ぎ、かつ、応力低減が得られ、アンビル寿命を向上させることが可能となる。
更に、前記円弧形状の切欠きは先端工具挿入口側の前端からモータ側へ向かって勾配をもつこととなり、アンビルの製造時の鍛造型に対する摩擦抵抗が減り、鍛造型寿命を向上させることが可能となる。
従って、低振動・低騒音・高効率打撃の維持と信頼性向上が両立でき、更に製造コストにおいて安価なインパクト工具を提供することが可能となる。

本発明に係るインパクト工具のアンビルと先端工具の正面図 図１のＡＡ断面図 ネジ締め時における本発明を施したアンビルと先端工具の係合状態を示す断面図 図３のＣ部拡大図 ネジ締め時における一般的な応力低減対策を施したアンビルと先端工具の係合状態を示す断面図 図５のＤ部拡大図 ネジ締め時における従来のアンビルと先端工具の係合状態を示す断面図 図７のＥ部拡大図 従来のインパクト工具の側断面図 図９のＢＢ断面図 図９のアンビル付近拡大図

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係るアンビル３の正面図、図２は図１のＡＡ断面図、図３は本発明を施したアンビル３と先端工具１２のネジ締め時における係合状態を示す断面図、図４は図３のＣ部拡大図である。
本実施の形態に係るインパクト工具は、バッテリ１を電源とし、モータ２を駆動源とするコードレスの手持ち式工具であって、その構成は一部を除き図９に示した従来のインパクト工具のそれと同じである。従って、以下の説明では図９に示したものと同一要素には同一符号を付し、それらについての再度の説明は省略する。

本実施の形態に係るインパクト工具は、アンビル３の先端工具保持部３ａを形成する正六角形穴の各頂点角に、先端工具挿入口側の前端３ｃを最大円弧寸法とし、該前端からモータ側へ向かって徐々に円弧寸法を小さくし、該前端からモータ側へ離れた位置となる３ｈで最小円弧寸法の円弧形状（最小円弧寸法の切欠き形状は従来の先端工具保持部の六角形頂点角３ｂと同形状）となる切欠き３ｇを設け、かつ、前記円弧状の切欠き３ｇの最小円弧寸法となる位置３ｈからモータ側に向かって後端部３ｆまでは、従来のアンビル３の先端工具保持部の六角形頂点角３ｂと同形状となるように構成されている。本構成とすることにより、アンビルと先端工具との隙間量が増大せずに、かつ、応力低減が得られる構造としていることが特徴である。
以上の構造を有するインパクト工具の作用について説明する。

駆動源であるモータ２により駆動された回転打撃機構により、アンビル３には回転打撃力が伝達され、前記回転打撃力を先端工具１２を介してネジまで伝え、ネジ締め作業を行う。
先端工具１２の正六角形軸とアンビル３の先端工具保持部３ａを形成する正六角形穴とが相対的に回転し、前記正六角形の頂点付近で接触することにより、ネジに前記回転打撃力を伝達する動作となる。

この時、先端工具挿入口側の前端を最大円弧寸法となるように設けた円弧状の切欠き３ｇの前端付近の係合状態は、図３、４に示すような状態になる。アンビル３と先端工具１２の接触により、アンビル３にねじり変形が生じ、正六角形頂点角３ｇには図４に示す矢印方向(周方向)に応力σ１が生じる。また、前記接触部３ｄは、局所的に接触荷重Ｆを受けるため、該接触部３ｄには局所的な圧縮の変形が生じ、該圧縮の変形に伴い接触部３ｄの直近に応力σ２が発生する。前記応力σ１と前記応力σ２が足し合わされ過大な応力σ３が生じるが、円弧形状の切欠き３ｇが設けられているため、応力集中による過大な応力発生が抑制される。
また、前記円弧状の切欠き３ｇが最小円弧寸法となる位置３ｈからモータ側に向かって後端部３ｆまでの円弧状の切欠きは、形状が従来の先端工具保持部の六角形頂点角３ｂと同形状となり、係合状態は従来のインパクト工具と同様に図７、８に示すような状態になる。アンビル３と先端工具１２の接触により、アンビル３にねじり変形が生じ、正六角形頂点角３ｂには図８に示す矢印方向(周方向)に応力σ１が生じる。また、前記接触部３ｄは、局所的に接触荷重Ｆを受けるため、該接触部３ｄには局所的な圧縮の変形が生じ、該圧縮の変形に伴い接触部３ｄの直近に応力σ２が発生する。このとき、最大接触荷重となる先端工具挿入口側の前端部から離れていることより、接触荷重Ｆは抑制され、応力σ２は抑制される。よって、前記応力σ１と前記応力σ２が足し合わされ応力σ３が生じるが、接触荷重Ｆが小さいため過大な応力発生が抑制される。
また、前記円弧状の切欠き３ｇが最小円弧寸法となる位置３ｈからモータ側に向かって後端部３ｆまでの間におけるアンビル３と先端工具１２との隙間量は、従来のアンビル３と先端工具１２との隙間量と同じであるため、先端工具の保持性を弱めることが無い。
また、前記円弧状の切欠き３ｇが先端工具挿入口側の前端からモータ側に向かって勾配をもつこととなり、アンビルの製造時の鍛造型に対して摩擦抵抗が減るため、鍛造型の磨滅が減り、鍛造型の寿命を向上させる。

上記の説明のとおり、本発明によるアンビル３では、繰り返しのネジ締め、緩め作業により先端工具保持部３ａに発生する応力低減を目的として設けた円弧形状の切欠き部３ｇを必要箇所のみに効果的に設けることにより、アンビルと先端工具との隙間量が増大せずに、かつ、応力低減が得られる設計が可能となり、更に、アンビルの製造時の鍛造型寿命が向上する。従って、先端工具の保持性を弱めることが無く、アンビルと先端工具との衝撃接触時の振動や騒音の増大および回転打撃力の伝達ロスを防ぎ、かつ、応力低減が得られ、アンビル寿命を向上させることができ、更に鍛造型寿命が向上し安価なアンビルの提供ができる。本発明によるアンビル３では、低振動・低騒音・高効率打撃の維持と信頼性向上が両立でき、更に製造コストにおいて安価なインパクト工具を提供することが可能となる。
なお、本実施の形態では、バッテリを電源としたコードレスのインパクト工具について記載したが、商用交流電源により駆動するインパクト工具および圧縮空気により駆動するインパクト工具にも本発明は適用可能である。

１：バッテリ ２：モータ ２ａ：モータ出力軸
３：アンビル ３ａ：先端工具保持部 ３ｂ：従来の正六角形の頂点角
３ｃ：先端工具保持の前端部 ３ｄ：先端工具と先端工具保持部の接触部
３ｅ：円弧形状の切欠き ３ｆ：先端工具保持の後端部
３ｇ：本発明に係る円弧形状の切欠き ３ｈ：最小円弧寸法となる位置
４：ハウジング ４ａ：ハウジングの胴体部 ４ｂ：ハンドル部
５：スイッチ ６：ハンマケース ７：遊星ギヤ機構 ８：スピンドル
８ａ：スピンドルカム溝 ９：ハンマ ９ａ：ハンマカム溝
１０：ボール １１：スプリング １２：先端工具 １３：ネジ

Claims (1)

1. モータによって回転駆動されるスピンドルに回転打撃機構を装着し、該回転打撃機構によって発生する回転打撃力をハンマからアンビルを経て、先端工具に間欠的に伝達することによって、該先端工具に回転打撃力を与えるインパクト工具において、
   前記アンビルの先端工具保持部を形成する正六角形穴の各頂点角に、先端工具挿入口側の前端を最大円弧寸法とし、該前端から前記モータ側へ向かって徐々に円弧寸法を小さくした円弧形状の切欠きを設けたことを特徴とするインパクト工具。