(57)【要約】【課題】  ローリングハンマーの動作を利用したローリングハンマードリルを提供すること。【解決手段】  ハンマードリルが、動シャフトとウェーブレースとの間に軸方向の力を伝達するために接触面で転がり接触する。ローラーベアリングを利用することによって、線接触が得られる。それによって、歯状面を利用した結合システムにおける接触領域における比較的大きい領域とは対照的に、接触領域がゼロに近づくようになる。点または線接触の利用は発熱を減少させ、摩擦によるエネルギーの損失を減少させる。【選択図】図１
2006021317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローリングハンマードリルにおいて、
ハウジングと；
前記ハウジング内にハウジングに関して回転するように、ベアリングを介して支持され、軸を有した駆動シャフトと；
前記ハウジング内で支持され且つハウジングに関して移動自在に固定され、前記駆動シャフトの軸と垂直な平面に配設される一セットの回転ベアリング要素と；
ウェーブレースを組み込み、前記ハウジングに対して軸方向移動及び回転移動ができるように前記ハウジング内で支持されたハンマー組立体とを備え、前記駆動シャフトをハンマー組立体に接続させ、前記ハンマー組立体と前記駆動シャフトとの間で軸方動移動を行うようにし；
更に前記ハウジング内で互いに向かい合った、前記駆動シャフトと前記ハンマー組立体が軸方向荷重により互いに回転し、前記ハンマー組立体に対してハンマー動作を与える一セットの回転ベアリング要素及びウェーブレースを備えて；構成されることを特徴とするローリングハンマードリル。
【請求項２】
回転ベアリング要素が、ローラーベアリングであることを特徴とする請求項１に記載のローリングハンマードリル。
【請求項３】
ウェーブレースが、シノサイド形状に従うベアリング面からなることを特徴ととする請求項１に記載のローリングハンマードリル。
【請求項４】
ウェーブレースが、滑らかな波形のベアリング面からなることを特徴とする請求項１に記載のローリングハンマードリル。
【請求項５】
滑らかな波形のベアリング面が、同一な間隔で配設される山と谷から構成されることを特徴とする請求項４に記載のローリングハンマードリル。
【請求項６】
力（軸力）が、駆動シャフトから回転ベアリング要素とウェーブレースとの間の接触部だけを経由して、ウェーブレースに伝達されることを特特徴とする請求項１に記載のローリングハンマードリル。
【請求項７】
駆動シャフトが、動力工具の駆動シャフトであることを特徴とする請求項１に記載のローリングハンマードリル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ローリングハンマードリルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハンマードリルとしてよく知られたものには、互いに対向している歯面を回転させて打撃動作を行うハンマードリルがある。また米国特許第3,149,681号と第3,133,602号に開示された歯とボールの結合による回転式衝撃ハンマーは、一方向回転だけで打撃作動を行う。歯とボールの結合は歯の間の凹溝を摩耗させ、この現象によりボールと歯との間に広い接触面積が形成される。このような広い接触面積により歯表面は動くことができない不動状態になって、機構の摩擦力及び工具の発熱を増加させる。もう一つのハンマードリルが米国特許第6,684,964号に開示されている。このハンマードリルにおける打撃動作は、互いに対面しているベアリングのセットの衝撃によってもたらされる。このような設計はベアリングの互いに対する衝撃により摩耗と摩擦損失を増加させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明はローリングハンマーの動作を利用したハンマードリルに関するものである。このローリングハンマーはジャーナルベアリングの支持原理に基づいており、ハンマードリルリングに必要な往復作用が高い衝撃荷重と振動を引き起こす。実質的な転がり接触、または持続的な流体力学的潤滑膜が維持できないと、摩耗が加速される。特に、このような現像はランプ（ramp）が各ストロークの最後に分離することによって接触が遮断される時、スライディングランプまたはラチェット設計にとって本質的な問題である。ピストンが各ストロークの開始及び終了時に方向に逆転する時、類似の状況がピストンの内部でも発生する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題は本発明によるローリングハンマードリルによって解決できる。本発明によるローリングハンマードリルは、ハウジングと；前記ハウジング内にハウジングに関して回転するように、ベアリングを介して支持され、軸を有した駆動シャフトと；前記ハウジング内で支持され且つハウジングに関して移動自在に固定され、前記駆動シャフトの軸と垂直な平面に配設される一セットの回転ベアリング要素と；ウェーブレースを組み込み、前記ハウジングに対して軸方向移動及び回転移動ができるように前記ハウジング内で支持されたハンマー組立体とを備え、前記駆動シャフトをハンマー組立体に接続させ、前記ハンマー組立体と前記駆動シャフトとの間で軸方動移動を行うようにし；更に前記ハウジング内で互いに向かい合った、前記駆動シャフトと前記ハンマー組立体が軸方向荷重により互いに回転し、前記ハンマー組立体に対してハンマー動作を与える一セットの回転ベアリング要素及びウェーブレースを備えて；構成される。
【０００５】
本発明によるローリングハンマー機構によって行われる本来の転がり接触は、ジャーナルと実質的なローリング支持機能の両方に、充分な流体潤滑作用を提供する利点を持っている。そのような流体潤滑作用は、摩擦と摩耗を減らして同等な製品よりも長い有効寿命、（作動温度に悪影響を及ぼす）加温熱の分配及び分散、許容可能な速度とジャーナル及び本来のローリング機能を提供する。
【０００６】
ローリングハンマードリルは簡単で、かつ特異であり、容易に製造できる機構である。このローリングハンマードリルはより速い除去効率を生じさせる精密な衝撃周波数で強力な単一衝撃エネルギーを発生させ、大きさに関係なくドリルビットの寿命を増大させる。但し小さな設計変更を行うだけでローリングハンマードリル機構のモデルは、広い範囲の応用のためにいろいろな大きさのストロークと衝撃周波数を有するように製造できる。特に滑らかな回転曲線は孔を穿孔するために、より一層優れて、かつより一層低い振動や良い形状の衝撃パルスを発生させる。それは人体工学的に、より一層快適で、穿孔ストローク中にコンクリートの制御不可能な破損を減少させることは、もう一つの長所である。このローリングハンマードリル機構は、メンテナンスが不要であり、産業用、商業用及び住居生活用の用途に適合した低い製造コストと効率及び長い寿命を有する。
【０００７】
したがって、本発明の一形態によるローリングハンマードリルは、駆動シャフトとウェーブレースとの間で軸方向力の伝達のために接触面で転がり接触する。ローラーベアリングを利用するので、線接触が得られる。従ってその接触領域は、歯状面を利用した結合システムにおける比較的大きな接触領域とは逆に、ゼロに近づくようになる。点または線接触の利用により、発熱が減少し、摩擦によるエネルギーの損失が減少する。
【０００８】
幾つの従来技術の製品において、リリースクラッチは圧力が臨界値以上に増加する時、トルクを開放して結合部が剪断されないようにする。転がり接触部を備えたハンマードリルの場合、比較的低いトルクの発電機が利用でき、この場合のトルクは剪断応力を超過しない。本発明のハンマードリルはローリング摩擦によってその機能を提供できるので、開放クラッチを必要としない。トルクが増加する時、駆動組立体の一部として静止ローラーハブ内に設けられたローラーベアリングによりウェーブシャフトがハンマー組立体内に押込まれるようになる。それによって、ハンマー組立体は駆動組立体から分離されてトルクを解放する。また、このような繰り返し作動によりハンマー効果（hammering effect）が引き起こされるようになる。回転ベアリング要素とウェーブシャフトとの間の接触点は、工具軸に対して0°と90°との間にあるようになる。このような偏差は、反作用力の剪断成分を生じさせ、ローラーハブにおいてそれらの空洞内にあるローラーベアリングを回転させ、その軸方向の成分が、ウェーブシャフトを回転ベアリング要素にわたって上昇させる。この回転ベアリング要素はローラーハブに対して軸方向の移動が阻止されているが、ローラーハブの空洞内では自由に回転できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の様々な実施例を下記の発明の詳細な説明に記述し、特許請求の範囲に示す。
【実施例】
【００１０】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に記述すれば次の通りである。
本明細書で、単語「成る（comprising）」は、その意味を制限しないように使われ、文章中でその単語の後の項目を含み、特にあげられていない項目を含まない。請求範囲で要素（構成要素）前に冠詞「一つ（a）」の使用は要素のうち一つが特定されていることを意味するが、本文でこの要素のうちの一つであるか、唯一の要素であることを明確にしない限り、現存する要素の他の要素を除外することはない。
【００１１】
図１をすると、ローラードリルアダプターが示されている。このローラーハンマードリルアダプターはハウジング１２内に設けられた二つのサブ組立体を備える。駆動組立体１４はドリルまたは電力工具のチャック（図示せず）に直結されていて、ドリルからのトルクをハンマードリル１６に伝達する。ハンマー組立体１６は伝達されたトルクを、トルクと軸方向ストロークの動作力に変換させる。駆動組立体１４は電力工具と一体に構成することができる。
【００１２】
駆動組立体１４の一端部は、従来電力工具のチャックとの連結のための六角形の断面を有する駆動シャフト１８を備える。駆動シャフト１８の他端部には三つのトルク伝達ローラー４５を受容するように、等間隔で距離を置いて離隔して形成される三つのローラースライド空洞４３を有するポケットが形成される。トルク伝達ローラー４５は、図１で示していないが図３ａ及び図３ｃに示したように、ローラー滑走凹溝４３と結合し、ローラー滑走凹溝がウェーブレース４２を駆動シャフト１８に回転可能に配設させる。駆動シャフト１８の中間セクションは断面が円形で、ベアリングハウジング２２内に固設されており、前記ベアリングハウジングはハウジング１２内でハウジング１２に関して回転するように駆動シャフト１８を支持する。ベアリングハウジング２２はショルダー２０によって駆動シャフト１８上の適所に支持されている。例えば、ボールベアリングを用いることができる。
【００１３】
ハウジング１２は円筒状になっており、ローラーハブ組立体３２をねじ込むために円形のネジ開口を有している。スナップリング３４は駆動シャフト１８に形成された凹溝３６に嵌合して、ローラーハブ組立体３２を適所に固定させると共に、駆動シャフト１８に対して軸方向に固定させる。それと共に、ローラーハブ組立体３２はハウジング１２に対して回転可能に配設される。
【００１４】
ローラーハブ組立体３２はベアリングハウジングの開口内に取り付けられ、図２に示すように、12個のローラーベアリング３８が適所位置に固設される、円状に配設される12個の空洞を形成する。更に、ローラーハブ組立体３２にもベアリングハウジング２２を固設させるための開口が形成されている。
【００１５】
図３ａ及び図３ｂに示すように、ハンマー組立体１６はウェーブレース３２を形成するようになされた外観を有する。ハンマー組立体１４の整合空洞４３と駆動シャフト１８のローラー４５は、ハンマー組立体１４と駆動シャフト１８を共に回転させると同時に、それらの間に相対的な軸方向移動が行われるようにする。ハンマー組立体１６の作動端５０には1/2-20UN規格の螺旋が形成される。
【００１６】
図２に示すように、ローラーハブ組立体２２は12個のローラー３８を配置させる12個の円形に配設された空洞を備える。ハウジング１２はハンマー組立体１６に関してハウジング１２の相対的な回転移動を可能にするニードルベアリング５４によって、ハンマー組立体１６上に支持される。
【００１７】
駆動シャフト１８は動力源（携帯可能なドリルまたは電動モーター）からのトルクを受けて、ローラー４５を介してハンマー組立体１６に伝達する。ローラーハブ組立体３２はハウジング１２に対してネジで連結されるので、安定した状態で支持される。ローラー３８はローラーハブ組立体３２内の空洞内で自由に回転される。ローラーハブ組立体３２はスナップリング３４によって駆動シャフト１８上で軸方向移動に抗して保持される。
【００１８】
駆動シャフト１８が回転する時、ハンマー組立体１６は駆動シャフトと共に回転する。ハウジング１２は手動で固定でき、それはハウジング１２にベアリングハウジング３２をネジで結合することによって、ベアリングハウジング３２の回転に対応するように保持する。この時、ローラー３８はウェーブレース４２に関して回転する。駆動シャフト１８とハンマー組立体１６に対して軸方向に押圧すること、ウェーブレース４２上の波形部は最初にローラー３８間のギャップ内に位置する。ウェーブレース４２が回転すると、ローラー３８はウェーブレース４２の波形部に沿って上下に昇降するようになる。それによって、駆動シャフト１８に関するハンマー組立体１６の軸方向移動を引き起こす。軸方向変位はローラーの大きさとレースウェーブの振幅に関する関数である。
【００１９】
貫通孔８２を通じて潤滑油が供給され得るハンマー組立体１６の内部で、ウェーブレース４２と駆動シャフト１８との間の潤滑油が空洞８０を通して与えられる。図３ｂに示すように、貫通孔８２はハンマー組立体１６の中心軸と垂直方向にウェーブレース４２に形成される。この貫通孔８２はリザーバ８４から外部に連通するように形成される。駆動シャフト１８に対するハンマー組立体１６の往復作動は真空効果を引き起こす。真空により、貫通孔８２を経由した潤滑油はリザーバ８４から空洞８０内に吸い込まれ、その後、潤滑油は駆動シャフト１８に沿ってウェーブレース４２とベアリング３８まで吸い込まれる。
【００２０】
図３ａを参照すると、この図はハンマー組立体１６の詳細斜視図として、ウェーブレース４２の周縁部を形成する溝付きのレースウェイ４１が示されている。波状のレースウェイ４１は、図３ｂにも示されている。この溝付きのレースウェイ４１は振幅が0.120"で、12個の同一なシヌソイド波サイクル（cycle）を360°に構成している。
【００２１】
図４ａにはローリングハンマー機構を明瞭に表現するために一部を分解したハンマー組立体１１と共に詳細に示されている。図４ａをすると、12個のローラー３８は回転ウェーブレース４２がハンマードリル動作を引き起こす状態で、静止ローラーハブ組立体３２に独立的なジャーナルとして設けられる。継続的で、かつ妨害を受けないローラーの回転と共に、一致した支持形状によって、各ローラーの空洞内には持続的な潤滑膜が保持される。
【００２２】
図４ｂを参照すれば、ウェーブレース４２は示したように回転を行う。その結果は機構に左右され、この機構において各ローラーの一側面はウェーブレースと本質的に転がり接触し、ローラーの他側面はジャーナルベアリング支持部のしっかりした流体力学的な潤滑膜によって支持される。ウェーブレースからの力は符号Ｗで示されている。ローラー３８の回転方向は符号Ｎで示される。ジャーナルベアリングが回転を開始する時、接触点ｈ０でジャーナルとポケットとの間に非常に少ない潤滑油があって、摩擦が発生する。したがって、流体力学的ジャーナルベアリングを作動させる時、発生する相当な摩擦を克服しなければならない。このベアリングが十分な速度に達する時、潤滑油はウェーブレースとローラーハブ組立体の上に太い黒線で示した接触領域内に挿入され始める。静止ローラーハブ組立体３２のローラー３８は、そのジャーナルによって完全に取り囲まれてはいない。分裂した潤滑膜は、ジャーナルの損失成部分と非常に類似して部分的に弧形になるウェーブレース４２によって、全体的な元の状態に回復する。流体力学的揚力は潤滑油の連続的な膜内で達成されて保持される。従って前記ローリングハンマードリル機構は、大規模なメンテナンスを自由にできる。
【００２３】
ローラーベアリングの結合を用いるので、発熱によりエネルギー損失を引き起こす摩擦が減少する。摩擦によって発生するエネルギーを算出する公式は次の式の通りである。
Ｅ＝Ｋ×Ｆ×Ａ
ここで、Ｆ＝作用力、Ａ＝接触領域、Ｋ＝摩擦係数、Ｅ＝エネルギーである。
上で与えられた式１から分かるように、与えられた全ての成分は最小エネルギーを得るために最小にならなければならない。作用力は穿孔した開口の表面上に位置する工具を通じてオペレーターが加えた押圧力の結果値であるため、最小になることができない。摩擦係数は材質、表面等級と作動特性（ドラッギングまたは回転）の関数である。ボールベアリングまたはローラーベアリングを結合した場合、摩擦係数は最小になる。その理由は、
ａ）ローラーが、歯と歯を結合の際にそれらの歯よりも一層滑らかな表面を有し、
ｂ）ローラーベアリングの結合は、歯と歯の結合の際にドラッギングに対向するように回転作用を提供するからである。
【００２４】
この摩擦係数は歯と歯の結合の際に得られる値よりも、ローラーベアリング結合部で得られる方が顕著に小さくなる。
【００２５】
図５ａを参照すると、この図には12個のローラーを用いるローリングハンマーの一回転に関して例示されている。図５ｂはローラーがウェーブレースにおいて、波形部と結合した各ポイントごとに発生するローリングハンマー機構の衝撃パルスの形の詳細図である。図５ｂにおいて、
Ａは衝撃の開始時、滑らか曲線で、
Ｂはピーク振幅への滑らかな推移部分で、
Ｃは滑らかな推移部分からその次の周期につながる所定ポイントまで維持される振幅で、
Ｄは周期の滑らかな終了部分で、
Ｅは用いたローラーの数とウェーブレースの形状によって、パルスの振幅と形状が左右されることを表している。相異なった応用のためには広範囲で、かつ多様な設計が可能である。
【００２６】
周期的に現れる波形部全体に渡る滑らかな衝撃曲線によって、穿孔作業の速度を一層速く、孔の形状を改善し、減少したオペレーターの疲労度の減少及び、ドリルビットの寿命を長くする。
【００２７】
この技術の当業者ならば、本発明の範囲内で本特許明細書に記述した発明を実質的に多少変形することができよう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明によるローリングハンマードリルの断面図。
【図２】ローラーハブ組立体の詳細斜視図。
【図３ａ】ウェーブレースの詳細斜視図。
【図３ｂ】ウェーブレースの詳細斜視図。
【図３ｃ】ウェーブレースの詳細斜視図。
【図４】４ａはローラーハブ組立体と結合するウェーブレース一部を示す詳細斜視図。４ｂはローラーベアリングとウェーブレースが結合し、ローラーベアリング及びウェーブレースと潤滑膜の相互作用を示す詳細図。
【図５】５ａはローリングハンマードリル機構の一回転を示す略線図。５ｂはローリングハンマードリル機構の衝撃周波数の例示図。
【符号の説明】
【００２９】
１２  ハウジング
１４  駆動組立体
１６  ハンマー組立体
１８  駆動シャフト
２２  ベアリングハウジング
３２  ローラーハブ組立体
３４  スナップリング
３８  ローラー
４２  ウェーブレース
４１  レースウェイ
４３  ローラースライド空洞
４５  トルク伝達ローラー
８０  空洞
８２  貫通孔
８４  リザーバ
【図１】
2006021317.tif 000003
【図２】
2006021317.tif 000004
【図３ａ】
2006021317.tif 000005
【図３ｂ】
2006021317.tif 000006
【図３ｃ】
2006021317.tif 000007
【図４】
2006021317.tif 000008
【図５】
2006021317.tif 000009
【外国語明細書】
2006021317.tif 000010
2006021317.tif 000011
2006021317.tif 000012
2006021317.tif 000013
2006021317.tif 000014
2006021317.tif 000015
2006021317.tif 000016
2006021317.tif 000017
2006021317.tif 000018
2006021317.tif 000019
2006021317.tif 000020
2006021317.tif 000021
2006021317.tif 000022
2006021317.tif 000023