(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モーターを動力とする駆動軸と回転出力部であるアンビル打撃用のハンマーとの間にカム機構を設けて、駆動軸とハンマーとアンビルで打撃機構部を構成し、ハンマーとアンビルとの係合を衝撃的に繰り返すインパクト回転工具において、ハンマーのアンビルへのインパクト打撃に同期してモーターへの電力供給のオンオフを行う制御回路を有していることを特徴とするインパクト回転工具。
【請求項２】
駆動軸とハンマーとがカム機構を介して互いに相対回転可能且つ前進後退可能に連結されており、カム機構はハンマーの駆動軸に対する相対回転の遅れに伴ってハンマーを駆動軸に対して後退させるものであって、ハンマーの後退によって圧縮されてハンマーを前進させるバネ力を蓄積するハンマーバネを備え、ハンマーバネに蓄積されたバネ力によってハンマーを前進させるとともにカム機構によってハンマーを回転させてハンマーをアンビルに衝撃的に係合させ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。
【請求項３】
電池を電源として作動するものであるとともに、電池電源電圧を昇圧してモータへの電力供給時に電池電源電圧よりも高い電圧を印加する昇圧回路を備えており、前記制御回路はハンマーがアンビルを打撃している間に昇圧回路を起動させてコンデンサーに電池電源電圧以上の電荷を充電し且つハンマーが打撃力を蓄えるタイミングに合わせてモーターに上記コンデンサーから電力を供給するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のインパクト回転工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボルト、ナット、あるいはネジの締め付け作業に使用するインパクト回転工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のインパクト回転工具において、より高いインパクト打撃力を得るためには、より重いハンマーと、バネ定数の高いバネと、大出力のモーターが必要となる。したがって、インパクト打撃力を確保するためには大きな電力を常時印加しなければならず、衝撃トルクが不要な場合でも、回転を維持する電力のロスが発生する。また、インパクト打撃力を増大させると、前記の電力のロスも増加してしまうという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、インパクトの回転を維持するための無駄な電力をカットし、尚且つ高いインパクト打撃力を有するインパクト回転工具を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るインパクト回転工具は、モーター２を動力とする駆動軸１４と回転出力部５であるアンビル１９打撃用のハンマー１８との間にカム機構２１を設けて、駆動軸１４とハンマー１８とアンビル１９で打撃機構部４を構成し、ハンマー１８とアンビル１９との係合を衝撃的に繰り返すインパクト回転工具において、ハンマー１８のアンビル１９へのインパクト打撃に同期してモーター２への電力供給のオンオフを行う制御回路２３を有していること特徴とするものである。
【０００５】
また本発明の請求項２に係るインパクト回転工具は、請求項１の構成に加えて、駆動軸１４とハンマー１８とがカム機構２１を介して互いに相対回転可能且つ前進後退可能に連結されており、カム機構２１はハンマー１８の駆動軸１４に対する相対回転の遅れに伴ってハンマー１８を駆動軸１４に対して後退させるものであって、ハンマー１８の後退によって圧縮されてハンマー１８を前進させるバネ力を蓄積するハンマーバネ１７を備え、ハンマーバネ１７に蓄積されたバネ力によってハンマー１８を前進させるとともにカム機構２１によってハンマー１８を回転させてハンマー１８をアンビル１９に衝撃的に係合させることを特徴とするものである。
【０００６】
また本発明の請求項３に係るインパクト回転工具は、請求項１又は２の構成に加えて、電池３６を電源として作動するものであるとともに、電池電源電圧を昇圧してモータ２への電力供給時に電池電源電圧よりも高い電圧を印加する昇圧回路２４を備えており、前記制御回路２３はハンマー１８がアンビル１９を打撃している間に昇圧回路２４を起動させてコンデンサー３５に電池電源電圧以上の電荷を充電し且つハンマー１８が打撃力を蓄えるタイミングに合わせてモーター２に上記コンデンサー３５から電力を供給するものであることを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１乃至図８に基づいて説明する。
【０００８】
本発明の実施の形態の一例を図１乃至図４に示す。このインパクト回転工具は本体１と本体１に着脱自在の電池パック２５とから構成される。本体１は主要部１ａと把持部１ｂとからなる。主要部１ａはモーター２、減速機部３、打撃機構部４、回転出力部５で構成される。また把持部１ｂには制御回路２３等が内蔵され、電源用スイッチ３８が設けられている。
【０００９】
以下、本体１の主要部１ａの構成を後側から順に説明する。主要部１ａの最後部にはモーター２が配置されるが、この例では、主要部１ａの後部壁とモーター２との間に隙間を設け、この後部壁内側に後述するスイッチング素子２６を配設する。
【００１０】
モーター２の前側には減速機部３が配置され、減速機ケース２２はモーター２の前面にネジ２７にて固定される。減速機ケース２２の前側内周壁２２ａにはリングギヤ９が設けてあり、減速機ケース２２内に遊星歯車機構６が構成される。すなわち、モーター２の回転軸２ａの先端部が太陽ギヤ７となっており、太陽ギヤ７の周囲には複数の遊星ギヤ８が配置され、太陽ギヤ７と遊星ギヤ８、及び遊星ギヤ８とリングギヤ９が夫々噛み合った状態になっている。そして、複数の遊星ギヤ８はキャリヤ１１に挿通させた固定軸１０によって夫々の中心が固定される。キャリヤ１１の前側には軸１３が連続して形成してあり、軸１３とキャリヤ１１からなる一体部品（以下駆動軸１４と呼ぶ）となり、遊星歯車機構６の出力軸として駆動する。尚、駆動軸１４は、後側端部が減速機ケース２２内に保持されたベアリング２８にて保持され、前側端部がアンビル１９の後部穴１９ｂにて保持されることで、その中心軸が本体１の主要部１ａの中心軸と同軸上に位置するように保持される。
【００１１】
打撃機構部４の説明をする。駆動軸１４に対して、図１で右側からスペーサー２９、バネ受け用プレート１５、ハンマーバネ１７、バネ受け用プレート１６を順次嵌めた後、駆動軸１４を中空凸形のハンマー１８の穴１８ｂに挿通させて、ハンマーバネ１７をバネ受け用プレート１５，１６を介して固定軸１０の前側端面、及びハンマー１８の後側端面にて挟み込み、ハンマー１８をバネ付勢する。
【００１２】
図１に示すようにハンマー１８の前側内周には鋼球２０の半球分が入り込める大きさのリード１８ｃが上下に２条設けられ、ハンマーカム１８ｄを形成している。そして、これに対応して駆動軸１４の前側外周にはＶ字（前方をＶの字の閉じた側とする）に鋼球２０の半球分が入り込めるリード１４ｃが上下に２条設けられ、駆動軸カム１４ｄを形成し、ハンマーカム１８ｄと駆動軸カム１４ｄが重なって形成される空間で鋼球２０を介してハンマー１８と駆動軸１４が連結され、カム機構２１が構成される。そして、インパクト回転工具を使用しない時は、ハンマー１８がバネ付勢されているので、ハンマー１８が駆動軸１４に対して最大限前進できる位置まで移動し、これに伴って、鋼球２０は駆動軸１４に設けたＶ字の駆動軸カム１４ｄの先端部に移動する。
【００１３】
ハンマー１８の前側端部には放射状にハンマー爪１８ａが複数形成され、これと対向するように回転出力部５であるアンビル１９の後部は鍔状になっていて、アンビル１９の後側端部には放射状にハンマー係合部１９ａが複数形成されている。
【００１４】
アンビル１９の後部にはハンマー１８の前側端面から突出する駆動軸１４の先端軸部１４ａが挿通するための後部穴１９ｂが設けてあるとともに、ビット（図示せず）を装着するためのビット装着穴１９ｃが前側端面よりアンビル１９の中程まで設けてある。そして、アンビル１９は軸受メタル３０を介して本体１に保持され、軸部１９ｄが本体１の前側端面より突出している。
【００１５】
軸部１９ｄの突出部外周にはチャック３１がスライド結合できるようになっている。そして、軸部１９ｄの突出部外周にはビットを押圧固定するための鋼球３２が嵌る穴１９ｅが設けてあり、ビット装着の際には、まずビットをビット装着穴１９ｃに嵌入してから、チャック３１を軸部１９ｄの突出部外周にスライド結合させると、チャック３１の内周面に設けた凸部が鋼球３２を軸部１９ｄ内へ押し込んで、鋼球３２がビットの側面を押圧するため、ビットをアンビル１９の軸部１９ｄに固定することができる。
【００１６】
次にこのインパクト回転工具の動作説明をする。
【００１７】
モーター２の回転は、減速機部３にて減速され、駆動軸１４に出力される。駆動軸１４の回転は鋼球２０を介してハンマー１８に伝達される。そして、ハンマー１８の前側端部に形成されたハンマー爪１８ａがアンビル１９の後側端部に形成されたハンマー係合部１９ａと係合すると、ハンマー１８の回転はアンビル１９に伝達される。
【００１８】
ここで、アンビル１９に大きな負荷がかかった場合を考える。この時、アンビル１９の回転はハンマー１８に対して相対的に遅くなる。これに伴い、ハンマー１８の回転速度も鈍化する。すると、ハンマー１８は駆動軸１４の回転に同期できないため、前述の鋼球２０が初期位置である駆動軸カム１４ｄのＶ字の先端部からリード１４ｃに沿ってＲ方向に後退していき、これに伴って、ハンマー１８が駆動軸１４に対してＲ方向に後退し、ハンマーバネ１７を圧縮する。そして、ハンマー１８の駆動軸１４に対する後退がある位置まで進むと、ハンマー１８のハンマー爪１８ａがアンビル１９のハンマー係合部１９ａから外れ、ハンマー爪１８ａがハンマー係合部１９ａを乗り越える。この時、ハンマーバネ１７の復元力によってハンマー１８は、鋼球２０が駆動軸カム１４ｄのＶ字のリード１４ｃに沿ってＦ方向に前進するのに伴い、駆動軸１４に対してＦ方向に前進し、ハンマー１８のハンマー爪１８ａとアンビル１９のハンマー係合部１９ａが再び衝撃的に係合しアンビル１９に回転力を与えるようになる。
【００１９】
ところで、本体１内にはハンマー１８のブッシュ部１８ｅの上方内壁にハンマー１８の軸方向の移動を検出するためのセンサー３３として近接センサー３４を配設している。そして、ハンマー１８が最も後退した位置で近接センサー３４の出力信号が最大となるようにしている(図２)。
【００２０】
モーター２はＭＯＳ-ＦＥＴなどのスイッチング素子２６と電源３６（電池パック２５）と直列に配線する。そして、スイッチング素子２６は制御回路２３によってモーター２への電力供給のオンオフを行う。
【００２１】
一連のインパクト運動において、モーター２は初めはスイッチング素子２６がオン状態となっているため、通電された状態となっている。そして、アンビル１９に負荷が加わると、これに応じてハンマー１８がＲ方向に後退し、ハンマーバネ１７を圧縮していく。ハンマー１８のＲ方向への後退が進み、ハンマー爪１８ａとハンマー係合部１９ａの係合が外れる位置まで後退した時、これを前記近接センサー３３が検出し、制御回路２３によってスイッチング素子２６をオフ状態にし、モーター２を通電遮断状態にする。尚、ハンマー爪１８ａとハンマー係合部１９ａの係合が外れて、ハンマー爪１８ａがハンマー係合部１９ａを乗り越える瞬間から、ハンマー爪１８ａがハンマー係合部１９ａと衝撃的に係合（打撃）するまでの間にモーター２に必要な駆動力は、ハンマーバネ１７を圧縮した状態で駆動する場合に比べて十分小さくてもよいので、上記の間はモーター２への通電を遮断しても構わない。
【００２２】
また、ハンマー１８の前進を検知するためにさらに別途近接センサーを設けてもよいが、ハンマー爪１８ａとハンマー係合部１９ａの係合が外れて、ハンマー爪１８ａがハンマー係合部１９ａを乗り越える瞬間から、ハンマー爪１８ａがハンマー係合部１９ａと衝撃的に係合するまでの時間は、ハンマーバネ１７のバネ定数、及びハンマー１８の重量による固有振動数でほぼ決まるため、センサーによる検知はせずに、通電遮断時間を一定時間とする。尚、通電遮断時間は制御回路２３にて予め設定しておく。この場合、ハンマー爪１８ａがハンマー係合部１９ａと衝撃的に係合する時、もしくは係合する直前に設定された通電遮断時間が過ぎ、再び通電開始となり、インパクト回転工具が駆動される。尚、図３はこのインパクト回転工具の回路図を示すものである。
【００２３】
図４と図５は、本例のインパクト回転工具と従来例のインパクト回転工具の動作時のモーター電流値、モーター回転数、及びアンビル１９に発生するトルク値を時系列で表したグラフである。両者を比較してわかるように、本例の方は、ハンマー爪１８ａがハンマー係合部１９ａを乗り越える瞬間から、ハンマー爪１８ａがハンマー係合部１９ａと衝撃的に係合するまでの間、モーターへの通電を遮断するように制御しているため、この間の電力を節電することができる。そして、これによりモーター２の発熱も抑えることができる。
【００２４】
本発明の実施の形態の他の例を図６乃至図８に示す。本例では電気回路を除く機械的構成については上記例と同じであるので説明を省略する。本例のインパクト回転工具の回路図を図６に示す。この回路は前記制御回路２３にコンデンサー３５とつながった昇圧回路２４を付加したもので、昇圧回路２４用のスイッチング素子３７が前記スイッチング素子２６とは別に設けられている。この例の動作説明をすると、ハンマー爪１８ａがハンマー係合部１９ａを乗り越えてから、ハンマー爪１８ａがハンマー係合部１９ａと衝撃的に係合するまでの間は、昇圧回路２４を起動させ、コンデンサー３５に電源電圧以上の電荷を充電し、ハンマー１８に負荷がかかり、ハンマーバネ１７を圧縮し、ハンマー爪１８ａとハンマー係合部１９ａの係合が外れるまでの間は、コンデンサー３５に蓄えられた電源電圧以上の電荷をモーター２に印加する。これにより、ハンマー１８を後退させる駆動力を大きくすることができるため、ハンマーバネ１７の圧縮力を大きくすることができる。
【００２５】
図７はハンマー１８及びハンマーバネ１７が同じ仕様の、図６の回路構成のインパクト回転工具（Ａ）と図３の回路構成のインパクト回転工具（Ｂ）について、動作時のモーター電流値、モーター電圧、モーター回転数、及びアンビル１９に発生するトルク値を時系列で比較したグラフである。図７からわかるように図６の回路構成のインパクト回転工具（Ａ）ではハンマーバネ１７の圧縮時に電池電圧よりも高い電圧を印加することで高い駆動力を得ることができるため、ハンマーバネ１７の圧縮にかかる時間が短時間で済み、インパクト動作のスピードアップを図ることができる。
【００２６】
図８は同じ図６の回路構成を有するインパクト回転工具において、重量の重いハンマー１８とバネ定数の高いハンマーバネ１７を使用した場合（Ｃ）と、標準の重量のハンマー１８と標準のバネ定数を有するハンマーバネ１７を使用した場合（Ｄ）について、動作時のモーター電流値、モーター電圧、モーター回転数、及びアンビル１９に発生するトルク値を時系列で比較したグラフである。この場合も前記同様、ハンマーバネ１７の圧縮時に電池電圧よりも高い電圧を印加することで高い駆動力を得ることができるため、重量の重いハンマー１８とバネ定数の高いハンマーバネ１７でもハンマーバネ１７を容易に圧縮することができ、ハンマーバネ１７の解放によって、アンビル１９に高いインパクト打撃力を発生させることができる。
【００２７】
また本構成を用いれば、従来と同じ出力のものを軽量のハンマー１８及びバネ定数の低いハンマーバネ１７で実現できるため、小型軽量化を図ることもできる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の請求項１記載の発明にあっては、通電時間を短くすることができるので、電力が節約され、モーターの発熱も抑えることができる。
【００２９】
また本発明の請求項２記載の発明にあっては、請求項１記載の発明の効果に加えて、請求項１の構成を簡単な構造で実現できる。
【００３０】
また本発明の請求項３記載の発明にあっては、請求項１又は２に記載の効果に加えて、ハンマーを後退させる駆動力を大きくすることができるため、作業時間を短縮化できる。また従来のものより、重量のハンマー及びバネ定数の高いバネを使用すれば、高出力を実現できる。また従来と同じ出力のものを軽量のハンマー及びバネ定数の低いハンマーバネで実現できるため、小型軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すものであり、インパクト回転工具の縦断面図である。
【図２】同上のインパクト回転工具の一部の縦断面図である。
【図３】同上のインパクト回転工具の回路図である。
【図４】同上のインパクト回転工具の動作時のモーター電流値、モーター回転数、及びアンビルに発生するトルク値を時系列で表したグラフである。
【図５】従来例のインパクト回転工具の動作時のモーター電流値、モーター回転数、及びアンビルに発生するトルク値を時系列で表したグラフである。
【図６】本発明の実施の形態の他の例を示すものであり、インパクト回転工具の回路図である。
【図７】図３の回路構成のインパクト回転工具と図６の回路構成のインパクト回転工具について、動作時のモーター電流値、モーター電圧、モーター回転数、及びアンビルに発生するトルク値を時系列で比較したグラフである。
【図８】図６の回路構成を有するインパクト回転工具において、ハンマーの重量とハンマーバネのバネ定数が異なる場合での動作時のモーター電流値、モーター電圧、モーター回転数、及びアンビルに発生するトルク値を時系列で比較したグラフである。
【符号の説明】
２  モーター
４  打撃機構部
５  回転出力部
１４  駆動軸
１７  ハンマーバネ
１８  ハンマー
１９  アンビル
２１  カム機構
２３  制御回路
２４  昇圧回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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