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打撃工具 - 特開2008−161944 | j-tokkyo
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【発明の名称】 打撃工具
【発明者】 【氏名】生田 洋規

【要約】 【課題】打撃工具において、駆動子と打撃子との衝突回避に資する技術を提供する。

【解決手段】工具ビット119と、工具ビット119を打撃する打撃部143aおよび当該打撃部143aと一体に形成された筒部143bを有する打撃子143と、筒部143b内に摺動自在に挿入された駆動子129と、打撃子143と駆動子129によって囲まれた内部空間143cと、駆動子129の先端が当該先端と対面する内部空間143cの壁面に当接した状態で残される剰余空間Cと、を有し、駆動子129が摺動することで内部空間143c内の圧縮空気を介して打撃子143を移動させて工具ビット119を打撃する打撃工具において、駆動子129の摺動による内部空間143cの圧縮作業につき、当該圧縮作業を等温変化として算出した場合の剰余空間Cの最大圧力が、加工作業時に内部空間143cに生ずる最大圧力よりも高くなるように構成した。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
加工作業を行う工具ビットと、
前記工具ビットの長軸方向に直線状に動作して当該工具ビットを打撃する打撃部、および当該打撃部の前記工具ビットと反対側において、前記打撃部と一体に形成されて前記工具ビットの長軸方向に延在する筒部を有する打撃子と、
前記筒部内に摺動自在に挿入された駆動子と、
前記打撃子と前記駆動子によって囲まれた空間によって定義される内部空間と、
前記駆動子の先端が当該先端と対面する前記筒部の内壁面に当接した状態で残される剰余空間と、を有し、
前記駆動子が前記内部空間を縮小する前方向に摺動し、これにより圧縮される前記内部空間内の空気を介して前記打撃子を前記工具ビットに向かって直線状に駆動する打撃工具であって、
前記駆動子の摺動による前記内部空間の圧縮作業につき、当該圧縮作業を等温変化として算出した場合の前記剰余空間の最大圧力が、加工作業時に前記内部空間に生ずる最大圧力よりも高くなるように構成されていることを特徴とする打撃工具。
【請求項2】
請求項1に記載の打撃工具であって、
前記駆動子の外周面と前記筒部の内周面間の隙間をシールする弾性変形可能なシール部材を有し、
前記シール部材は、前記駆動子に装着される基部と、前記基部の外径側に一体に設けられ、前記内部空間の圧力を受けて外径方向に弾性変形して前記筒部の内周面に対する押圧力を付加する軸方向延在部を有する構成としたことを特徴とする打撃工具。
【請求項3】
加工作業を行う工具ビットと、
前記工具ビットの長軸方向に直線状に動作して当該工具ビットを打撃する打撃部、および当該打撃部の前記工具ビットと反対側において、前記打撃部と一体に形成されて前記工具ビットの長軸方向に延在する筒部を有する打撃子と、
前記筒部内に摺動自在に挿入された駆動子と、
前記打撃子と前記駆動子によって囲まれた空間によって定義される内部空間と、
前記駆動子の先端が当該先端と対面する前記筒部の内壁面に当接した状態で残される剰余空間と、を有し、
前記駆動子が前記内部空間を縮小する前方向に摺動し、これにより圧縮される前記内部空間内の空気を介して前記打撃子を前記工具ビットに向かって直線状に駆動する打撃工具につき、
前記内部空間の圧縮作業を等温変化として前記剰余空間の最大圧力を、前記駆動子が圧縮作業を開始したときの前記内部空間の圧力と容積の積を、前記剰余空間の容積で除することによって算出し、当該算出された前記剰余空間の最大圧力が、加工作業時に前記内部空間に生ずる最大圧力よりも高くなるように前記剰余空間の容積を決定することを特徴とする打撃工具の製造方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、空気の圧力変化を利用して駆動される打撃子により工具ビットを打撃して被加工材に所定の加工作業を行う打撃工具に関する。
【背景技術】
【0002】
空気の圧力を利用して打撃子を駆動する電動ハンマは、駆動機構として複数種類の方式がある。その方式の1つは、打撃子に一体に設けた筒部内を駆動子としてのピストンが摺動する形式であり、ピストンが摺動して打撃子とピストンで囲まれる内部空間(空気室)の空気を圧縮することにより、当該圧縮された空気を介して打撃子がハンマビットに向かって直線状に駆動するように構成される。以下、説明の便宜上この形式をハンマ方式という。このようなハンマ方式は、例えば特開平8−52668号公報(特許文献1)に開示されている。ハンマ方式の電動ハンマは、上記公報の図1に記載されているように、内部空間に臨むピストンの先端部が小径に形成されている。このため、ピストンの先端が筒部のボア底面に当接した状態では、ピストンの先端外周面とボア内壁面間に円筒状の隙間が剰余空間として残される。
【0003】
ハンマ方式の電動ハンマでは、筒部のボア内壁面に周方向2ヶ所の窪みが設けられ、打撃子とピストンがある特定の相対位置関係に置かれたときに、この窪みを介して内部空間と外部が連通し、当該内部空間に対する空気の出し入れが行われるように構成される。そしてピストンが上記特定の相対位置を越えて内部空間を縮小する前方向に移動したときには、ピストンの外周面で窪みが塞がれて内部空間と外部の連通が遮断される。すなわち、ピストンの摺動による内部空間の空気の圧縮作業が行われ、そして当該圧縮作業時における空気の外部への漏出を防止するべくピストン外周面とボア内壁面間には、シール部材を配置している。
ところが、現実には、電動ハンマが、例えば電源電圧が安定しない、あるいは定常的でない電圧で駆動されたような場合、とりわけ設定電圧よりも高い電圧で使用した場合にピストンの先端が筒部のボア底面に衝突する現象が発生することがある。この現象は、内部空間の空気が上記の剰余空間としての隙間に逃げ込むことに原因して生ずるものと考えられる。そしてこのようなピストンと打撃子の衝突による衝撃力の影響は、ピストンを駆動する駆動機構の構成部品のうちの強度的に最も弱い部位を損傷させるといった形で出現することになる。
【特許文献1】特開平8−52668号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
そこで本発明は、上述の問題に鑑み、打撃工具において、駆動子と打撃子との衝突回避に資する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を達成するため、各請求項記載の発明が構成される。
請求項1に記載の発明の打撃工具は、加工作業を行う工具ビットと、打撃子と、駆動子とを有する。打撃子は、工具ビットの長軸方向に直線状に動作して当該工具ビットを打撃する打撃部、および当該打撃部の工具ビットと反対側において、打撃部と一体に形成されて工具ビットの長軸方向に延在する筒部を有する。なお本発明における「筒部」は、周方向壁面の軸方向一端側が閉鎖端部とされ、周方向壁面の軸方向他端側が開口された円筒状に形成される。駆動子は、筒部内に摺動自在に挿入される。また打撃工具は、打撃子と駆動子によって囲まれた空間によって定義される内部空間と、駆動子の先端が当該先端と対面する筒部の内壁面に当接した状態で残される剰余空間と、を有する。そして駆動子が内部空間を縮小する前方向に摺動し、これにより圧縮される内部空間内の空気を介して打撃子を工具ビットに向かって直線状に駆動する構成とされる。なお本発明における「打撃工具」は、典型的には、工具ビットが直線状に打撃動作することで被加工材にハンマ作業を行うハンマがこれに該当するが、工具ビットが直線状の打撃動作に加えて打撃方向回りに回転動作を行うハンマドリルを好適に包含する。また本発明における「当該先端と対面する筒部の内壁面」とは、上述した「筒部の閉鎖端部」がこれに該当する。また本発明でいう「当接された状態」とは、あくまでも剰余空間を定義するべく用いた表現であり、圧縮作業時において駆動子の先端が筒部の内壁面に当接するという意味ではない。また本発明における「剰余空間」は、典型的には、駆動子の圧縮移動方向の先端側の外周面と筒部の内壁面との間に形成される筒状の隙間がこれに該当する。
【0006】
本発明は、駆動子の摺動による内部空間の圧縮作業につき、当該圧縮作業を等温変化として算出した場合の剰余空間の最大圧力が、加工作業時に内部空間に生ずる最大圧力よりも高くなるように構成されていることを特徴としている。なお本発明における「構成されている」とは、換言すれば、剰余空間の容積を定めるという意味である。したがって、剰余空間が、例えば駆動子の先端側の外周面と筒部の内壁面との間に形成される筒状の隙間の場合であれば、当該隙間の容積については、駆動子の先端部分の外側形状、あるいは打撃子の筒部の内側形状の設定により適宜に調整される。
駆動子による圧縮作業時の内部空間の圧力は、空気が外部との熱のやり取りをしないで状態を変える断熱変化の方程式、あるいは空気の状態変化が一定温度で行われる等温変化の方程式を用いて見積もることができる。そして断熱変化として算出される最大圧力は、等温変化として算出される最大圧力よりも高い。実際の圧縮作業では、駆動子で圧縮された内部空間の空気は、圧縮により発生した熱を駆動子あるいは打撃子によって奪われて圧力を下げる。つまり圧縮作業時に発生する内部空間の最大圧力は、断熱変化として算出される最大圧力よりは低く、等温変化として算出される最大圧力よりは高くなる。
【0007】
そこで本発明においては、加工作業時に発生する当該駆動子と打撃子の衝突は、駆動子で圧縮された内部空間の空気が剰余空間に逃げ込むことに原因して発生すると考え、当該剰余空間の圧力および容積につき検討を加えた。そして圧縮作業を等温変化として算出した場合の剰余空間、つまり駆動子の先端が当該先端と対面する筒部の移動方向の内壁面に当接した状態(実際に当接するわけではない)で残される剰余空間の最大圧力が、実際の圧縮作業時、すなわち加工作業時に内部空間に生ずる最大圧力よりも高くなるように設定し、これにより加工作業時に内部空間内の空気の剰余空間への逃げ込みを抑制して駆動子と打撃子の衝突を回避するようにしたものである。この場合、「剰余空間の最大圧力」は、駆動子の圧縮方向先端が筒部の内壁面(ボア底面)に当接した状態で算出されるが、実際の圧縮作業時において当接することを想定したものではない。
このように、本発明によれば、空気の状態変化を等温変化として算出した場合の剰余空間の最大圧力が、加工作業時に内部空間に生ずる最大圧力よりも高く設定したことにより、実際の加工作業時において、内部空間に発生する最大圧力が剰余空間の最大圧力を超えない限り、内部空間内の空気の剰余空間への逃げ込みが抑えられる。その結果、当該内部空間における駆動子の先端と、当該先端と対向する筒部の内壁面との間には常に空気が存在することになり、駆動子と打撃子の衝突を回避することができる。このため、打撃工具が、例えば電源電圧が安定しない、あるいは定常的でない電圧で駆動される場合、とりわけ設定電圧よりも高い電圧で使用した場合にあっても、好適に対応する。なお空気の状態変化を等温変化として算出する場合の剰余空間の最大圧力は、駆動子が圧縮作業を開始したときの内部空間の圧力と容積の積を、剰余空間の容積で除することによって求められる。
【0008】
(請求項2に記載の発明)
請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の打撃工具において、駆動子の外周面と筒部の内周面間の隙間をシールする弾性変形可能なシール部材を有し、シール部材は、駆動子に装着される基部と、基部の外径側に一体に設けられ、内部空間の圧力を受けて外径方向に弾性変形して筒部の内周面に対する押圧力が付加される軸方向延在部を有する構成とした。なお本発明における「シール部材」としては、典型的には、断面形状が概ねY形に形成されたYリンが用いられるが、断面形状が概ねX形をなすXリングを好適に包含する。
本発明によれば、駆動子による圧縮作業時において、シール部材の軸方向延在部が内部空間内の圧力によって筒部の内周面に対する押圧力が付加される。このため、シール部材それ自体の弾性変形を利用してシールする方式に比べて、より高いシール性を得ることが可能となる。
【0009】
(請求項3に記載の発明)
請求項3に記載の発明によれば、加工作業を行う工具ビットと、工具ビットの長軸方向に直線状に動作して当該工具ビットを打撃する打撃部、および当該打撃部の工具ビットと反対側において、打撃部と一体に形成されて工具ビットの長軸方向に延在する筒部を有する打撃子と、筒部内に摺動自在に挿入された駆動子と、打撃子と駆動子によって囲まれた空間によって定義される内部空間と、駆動子の先端が当該先端と対面する筒部の内壁面に当接した状態で残される剰余空間と、を有し、駆動子が内部空間を縮小する前方向に摺動し、これにより圧縮される内部空間内の空気を介して打撃子を工具ビットに向かって直線状に駆動する打撃工具につき、内部空間の圧縮作業を等温変化として剰余空間の最大圧力を、駆動子が圧縮作業を開始したときの内部空間の圧力と容積の積を、剰余空間の容積で除することによって算出し、そして当該算出された剰余空間の最大圧力が、加工作業時に内部空間に生ずる最大圧力よりも高くなるように剰余空間の容積を決定する打撃工具の製造方法が構成される。これにより、加工作業時において、内部空間に発生する最大圧力が等温変化として算出される剰余空間の最大圧力を超えない限り、内部空間には空気が存在し、駆動子が打撃子に衝突することが回避された打撃工具を製造することができる。なお本発明における「圧縮作業が開始したとき」とは、具体的には、内部空間を圧縮する方向に移動する駆動子が当該内部空間と外部との連通を遮断する位置に置かれたときがこれに該当する。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、打撃工具において、駆動子と打撃子との衝突回避に資する技術が提供されることとなった。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
以下、本発明の実施形態につき、図1〜図7を参照しつつ詳細に説明する。本実施の形態は、打撃工具の一例として電動ハンマを用いて説明する。図1は本実施の形態に係る電動ハンマの全体構成を示す断面図である。図1に示すように、電動ハンマ101は、概括的に見て、電動ハンマ101の外郭を形成する本体部103と、当該本体部103の先端領域(図示左側)に中空状のツールホルダ137を介して着脱自在に取付けられたハンマビット119と、本体部103のハンマビット119の反対側に連接された作業者が握るハンドグリップ109とを主体として構成されている。ハンマビット119は、ツールホルダ137によってその長軸方向への相対的な直線動作が可能に、かつその周方向への相対的な回動が規制された状態で保持される。このハンマビット119は、本発明における「工具ビット」に対応する。なお説明の便宜上、ハンマビット119側を前、ハンドグリップ109側を後という。
【0012】
本体部103は、駆動モータ111を収容したモータハウジング105と、運動変換機構113を収容したギアハウジング107と、打撃要素115を収容したバレルハウジング108によって構成されている。駆動モータ111の回転出力は、運動変換機構113によって直線運動に適宜変換された上で打撃要素115に伝達され、当該打撃要素115を介してハンマビット119に対する長軸方向(図1における左右方向)の衝撃力を発生する。ハンドグリップ109には、駆動モータ111に対する通電駆動用の電源スイッチ109bをオン・オフ動作するトリガ109aが設けられている。
【0013】
運動変換機構113は、駆動モータ111によって水平面内にて回転駆動される駆動ギア121、駆動ギア121から中間ギア122を介して回転駆動される被動ギア123、被動ギア123とともに回転するクランク軸124、クランク軸124に一体に形成されたクランク板125、クランク板125にクランクピン126を介して相対回転可能に連結されたクランクアーム127、およびクランクアーム127に連接ピン128を介して相対回転可能に連結されたピストン129を主体として構成されている。クランク軸124、クランク板125、クランクアーム127およびピストン129によってクランク機構が構成されている。ピストン129は、本発明における「駆動子」に対応する。
【0014】
打撃要素115は、バレルハウジング108のボア内壁に摺動自在に配置された筒状のストライカ143を主体として構成されている。ストライカ143は、本発明における「打撃子」に対応する。ストライカ143は、先端側(前側)に形成された打撃部143aと、当該打撃部143aの後側から後方に向ってハンマビット119の長軸方向に所定長さで延在する打撃部143aと一体の筒部143bを有する。筒部143bは、周方向壁面の軸方向一端側が閉鎖端部とされ、周方向壁面の軸方向他端側が開口された円筒状に形成される。そして当該筒部143b内にピストン129が摺動自在に配置されている。ピストン129は、駆動モータ111が通電駆動されることに伴い筒部143bに沿って直線動作を行う。これにより、ストライカ143は、ピストン129の摺動動作に伴う空気室143cの圧力作用で駆動され、ハンマビット119に向ってバレルハウジング108内を直線運動し、その打撃部143aがハンマビット119の後端部に衝突(打撃)する。かくして、ハンマビット119が長軸方向の打撃動作を行い、被加工材(コンクリート)にハンマ作業を遂行する。空気室143cは、ストライカ143とピストン129により囲まれる空間であり、本発明における「内部空間」に対応する。
【0015】
図2にはバレルハウジング108に収容されたストライカ143およびピストン129の構成が示され、図3には図2のA部が拡大して示され、図4にはピストン129の先端が筒部143bの閉鎖端部、すなわちボア底面143eに当接された状態が示される。また図5および図6にはストライカ143の構成がそれぞれ断面図として示され、図7にはピストン129の構成が半断面図として示される。上記のように、ストライカ143の筒部143b内をピストン129が摺動して空気室143cの空気を圧縮することにより、当該圧縮された空気を介してストライカ143を直線状に駆動する電動ハンマ101において、ピストン129の先端側(空気室143cを縮小する方向、つまり圧縮方向の前側)には、先端小径部129aが形成されている。これにより先端小径部129aの外周面と筒部143bの周方向壁面、すなわちボア内壁面143dとの間には、円筒状の隙間空間Cが形成されている(図3、図4参照)。また筒部143bのボア底面143e、および当該ボア底面143eに対向するピストン129の圧縮方向先端面129bは、それぞれ移動方向と直交する概ね平坦面で形成されている。したがって、ピストン129が圧縮方向に移動した際、図4に示すように、当該ピストン129の先端面129bが筒部143bのボア底面143eに当接した状態を想定したとき、上記の隙間空間Cは、ピストン129の先端外周面と筒部143bのボア内壁面143dとの間に円筒状の空間として残される。この隙間空間Cは、本発明における「剰余空間」に対応する。
【0016】
またストライカ143の筒部143bのボア内壁面143dには、周方向の180度の位相差を置いた2ヶ所に凹状の窪み151が形成されている(図5、図6参照)。窪み151は、ピストン129とストライカ143の相対移動行程において、当該ピストン129とストライカ143が、図2に示す所定の相対位置関係となったときに、空気室143cの隙間空間Cとピストン129に設けた通気孔(「呼吸孔」とも称呼する)153を連通する。すなわち、窪み151は、ピストン129がストライカ143に対して所定位置に置かれたときに、隙間Cと通気孔153とを跨ぐように位置することにより隙間空間Cと通気孔153を連通する構成とされ、以下の説明では、このときのピストン129の位置を通気位置という。通気孔153は、ピストン129の周方向における180度の位相差を置いた2ヶ所において、ピストン129の径方向に延在されており、外径側端部が筒部143bのボア内壁面143dに臨むように開口され、内径側端部がピストン129の後部側に形成されたクランクアーム取付用としてのくりぬき孔129cに臨むように開口されている(図4、図7参照)。そして2つの通気孔153の外径側の開口は、ピストン129の外側に形成された周方向の円周溝155によって互いに連通される。
【0017】
上記のように、窪み151は、ピストン129が通気位置にあるとき、隙間空間Cと通気孔153を連通する。すなわち、空気室143cと、室外空間としてのクランク機構を収容した機構収容室107a(図1参照)が互いに連通し、空気室143cと機構収容室107aとの間で圧力差による空気の出し入れが起こる構成とされる。窪み151および通気孔153によって「通気路」が構成される。機構収容室107aは、本発明における「外部」に対応する。
【0018】
ピストン129の先端小径部129aには、当該ピストン129の外周面と筒部143bのボア内壁面143dとの間の微少隙間をシールするためのYリング157が装着されている(図3、図4参照)。Yリング157は、本発明における「シール部材」に対応する。Yリング157は、先端小径部129aの外周に形成された断面略Y形のリング取付溝129d(図7参照)に嵌め込まれて装着されるリング状の基部157aと、当該基部157aの外径側に一体状に形成されたリップ部157bを有する。リップ部157bは、軸方向に延在するとともに筒部143bのボア内壁面143dに接触して摺動する。そしてピストン129が通気位置を越えて空気室143cを縮小する方向に移動する圧縮作業時において、空気室143c内の圧力を受けて当該ボア内壁面143dに対する押圧力が付与される。このため、シール部材それ自体の弾性変形を利用してシールする方式、例えばOリングに比べて、より高いシール性を得ることが可能となる。
またYリング157は、小径に形成されたピストン129の先端小径部129aを利用して取り付けることができる。このため、リング取付溝129dに対する取付作業を楽に行うことができる。なおリップ部157bの軸方向長さは、窪み151の直径よりも短い。このため、ピストン129が通気位置にあるとき、窪み151は、リップ部157bによって塞がれることなく、隙間空間Cと通気孔153とを連通する。リップ部157bは、本発明における「軸方向延在部」に対応する。
【0019】
上記のように構成された電動ハンマ101は、作業者によるトリガ109aの引き操作によって駆動モータ111が通電駆動されると、クランク機構を介してピストン129がストライカ143の筒部143b内を直線状に摺動動作されて空気室143c内の空気を圧縮する。ストライカ143は空気室143c内に生ずる圧力でハンマビット119に向ってバレルハウジング108内を直線運動し、その打撃部143aがハンマビット119の端部に衝突(打撃)する。かくして、ハンマビット119が長軸方向の打撃動作を行い、被加工材(コンクリート)にハンマ作業を遂行する。
【0020】
電動ハンマ101による加工作業時において、ピストン129が空気室143cを圧縮する方向に移動するとき、当該空気室143cは常に空気が存在するということを期待しているが、現実には、電動ハンマ101が、例えば電源電圧が安定しない、あるいは定常的でない電圧で駆動されたような場合、とりわけ設定電圧よりも高い電圧で使用した場合にピストン129の先端面129bがストライカ143のボア底面143eに衝突し易くなる。そして衝突時の衝撃力で運動変換機構113の構成部材のうちの強度的に最も弱い部分に負担がかかり、当該部位に破損を生ずる可能性がある。このようなピストン129とストライカ143の衝突は、ピストン129による圧縮時に空気室143cの空気がピストン129の先端外周領域とボア内壁面143dとの間の隙間Cに逃げ込むことに原因すると考えられる。
【0021】
そこで本実施の形態においては、ピストン129の先端外周部と筒部143bのボア内壁面143dとの間に形成される隙間空間Cの容積を減らす設定とする。
【0022】
隙間空間Cの容積は、下記のような条件で設定される。
ストライカ143の筒部143bに設定される窪み151は、例えば電動ハンマ101が最も能力を発揮するように、その大きさや位置や数などが決められている。上記したように、ピストン129が空気室143cを圧縮する方向に移動して窪み151の位置にYリング157がさしかかると、円周溝155および通気孔153を介して空気室143cと機構収容室107aが連通し、当該空気室143cと機構収容室107a間の圧力差で空気の出し入れが起こる。このとき、空気の出し入れ量は、図3の拡大図に示すような窪み151と円周溝155とのつなぎ目の最小流量断面積(S部)の大きさにより大きな影響を受ける。そのため、ピストン129の先端小径部129aの外径を筒部143bのボア内径に近づけるような設定とすると、隙間空間Cの窪み151とのつなぎ目の流路断面積(S1部)が最小流路断面積(S部)よりも小さくなってしまう。これは電動ハンマ101の能力を最も発揮する設定ではなくなってしまう。
それならば、隙間空間Cの流路断面積(S1部)が最小流路断面積以上の大きさであれば問題ないかと言えば必ずしもそうではない。それは窪み151がボア内壁面143dの全周にあるわけではなく周方向の一部にあり、一方、円筒状の隙間空間Cはボア内壁面143dの全周にあるため、窪み151と隙間空間Cのつなぎ目における流路にギャップがあり、空気の流れの抵抗となってしまうからである。したがって、円筒状の隙間空間Cの断面積については、最小流路断面積(S部)とのつなぎ目において抵抗とならない十分な大きさが必要となる。このような理由から隙間空間Cの断面積の最小値が制限される。
【0023】
一方、隙間空間Cの最大値も制限がある。
ピストン129のシール部、すなわちYリング157と、ストライカ143の窪み151が図2に示す位置関係になると、空気室143cと機構収容室107aの圧力は、概ね同じになる(実際には空気の流れ速度と、図示のような位置関係となる時期は限られているため、同じにはならないが、同じになるような作用は働く)。機構収容室107aは、空気室143cに比べると、非常に大きな容積であるため、電動ハンマ101の組み立て時に封入した空気の圧力で常にほぼ0.1MPa「メガパスカル」(絶対圧)となっている。そしてこの状態から空気室143cを圧縮していく。このとき、空気室143c内に発生する最大圧力については、単純化して考えると、空気が外部との熱のやり取りをしないで状態を変える断熱変化の方程式[PV1.4=一定](Pは圧力、Vは容積)を用いて、あるいは等温変化の方程式[PV=一定]を用いて見積もることができる。因みに、等温変化で算出された空気室143cの最大圧力は、断熱変化で算出される最大圧力よりも低く、かつ実際の圧縮作業で空気室143cの発生する最大圧力よりも低い。
【0024】
ピストン129が通気位置に置かれて空気室143cと機構収容室107aとの間で空気の出し入れが行なわれる状態のときの空気室143cの容積をV1、そのときの圧力をP1(0.1MPa)とし、ピストン129の先端面129bが筒部143bのボア底面143eに当接した状態での空気室143cの容積、すなわち隙間空間Cの容積をV2とすると、そのときの当該隙間空間Cの最大圧力P2は、断熱変化の方程式では、[P2=P1×V11.4/V21.4]となる。つまり断熱変化では、圧縮作業によって発生する空気室143cの最大圧力P0がピストン129の先端面129bが筒部143bのボア底面143eに当接した状態での隙間空間Cの最大圧力P2に達しない限りピストン129とストライカ143の衝突が生じないと言える。実際にはピストン129による圧縮作業によって高温となった空気室143c内の空気は、その熱をストライカ143やピストン129により奪われて圧力を下げるため、断熱変化の方程式で算出される最大圧力P2に達することはない。
【0025】
一方、空気の状態変化が一定温度で行われる等温変化の方程式[PV=一定]を用いてピストン129の先端面129bが筒部143bのボア底面143eに当接した状態での空気室143cの最大圧力、すなわち隙間空間Cの最大圧力P2を見積もると、当該最大圧力P2は、[P2=P1×V1/V2]となる。上述したように、等温変化で算出された空気室143cの最大圧力P2は、断熱変化で算出される最大圧力P2よりも低い。つまりピストン129の先端面129bが筒部143bのボア底面143eに当接した状態での等温変化で算出される隙間空間Cの最大圧力P2が、圧縮作業時に空気室143cに発生する最大圧力P0よりも高ければ、ピストン129とストライカ143の衝突が生じないと言える。
すなわち、等温変化の方程式で算出された隙間空間Cの最大圧力P2が、電動ハンマ101の使用時に空気室143cに発生する最大圧力P0と等しくなるときの、隙間空間Cの容積が最大側の制限値である。換言すれば、電動ハンマ101の使用で起こり得る最大圧力P0でもピストン129とストライカ143が衝突しない隙間空間Cの容積が最大側の制限値である。
【0026】
以上のことを勘案して、本実施の形態においては、隙間空間Cの容積につき、上述した最小側の制限値と最大側の制限値との間となるように設定した。つまり隙間空間Cの流路断面積(S1部)を最小流路断面積(S部)とのつなぎ目において抵抗とならない十分な大きさに定めつつ、等温変化の方程式を用いて算出した隙間空間Cの最大圧力が、圧縮作業時に空気室143cに生ずる最大圧力よりも高くなるように設定する構成とした。本実施の形態によれば、このような設定とすることにより、電動ハンマ101としての能力を最大限に発揮しつつ、実際の加工作業時において、空気室143cに発生する最大圧力が等温変化として算出される最大圧力を超えない限り、空気室143cのピストン129の先端面129bとボア底面143eとの間に空気を存在させることが可能となり、ピストン129とストライカ143の衝突を回避することができる。その結果、電動ハンマ101が、例えば電源電圧が安定しない、あるいは定常的でない電圧で駆動される場合においても、好適に対応することができる。
【0027】
[本発明の他の実施形態]
次に本発明の他の実施形態につき、図8および図9を参照しつつ説明する。前述した実施形態では、ピストン129の先端小径部129aの外径を変える(現状よりも大径にする)設定とすることにより隙間空間Cの容積を減少する構成としたが、他の実施形態は、ピストン129の先端小径部129aの外径を変更する代わりにストライカ143の筒部143bのボア形状を変えることによって隙間空間Cの容積を減少する構成としたものである。
【0028】
図8に示す他の実施形態では、ボア底面143eに円形状の凹部143fを設け、この円形状の凹部143fにピストン129の先端小径部129aの一部、つまり先端部が嵌り込む構成としている。なお凹部143fの内径は、先端小径部129aの先端部が凹部143fに嵌り込んだ状態では、凹部143fの内周面と先端小径部129aの外周面間に微小隙間が存在するように設定される。このような構成とすることにより、ピストン129が圧縮方向へと移動して先端小径部129aの先端部が凹部143fの底面に当接した状態を想定すると、その状態では、先端小径部129aの軸方向長さが実質的に短縮された形となり、その分、隙間空間Cの容積を減少することができる。これにより、前述した実施の形態と同様に、電動ハンマ101としての能力を最大限に発揮しつつ、実際の加工作業時において、空気室143cに発生する最大圧力が等温変化として算出される隙間空間Cの最大圧力を超えない限り、空気室143cのピストン129の先端面129bとボア底面143eとの間には空気を存在させてピストン129がストライカ143に衝突することを回避することができる。
【0029】
図9に示す他の実施形態では、空気室143c内に円環状のリング143gを挿入配置し、このリング143gに圧縮方向へと移動したピストン129の先端小径部129aの先端部が嵌り込む構成としている。リング143gは、ボア底面143eに当接され状態でボア内壁面143dに適宜止着手段で固定される。このように構成とすることにより、ピストン129が圧縮方向へと移動して先端小径部129aの先端部がリング143gの内径に入り込んだときの先端小径部129aの軸方向長さが、図8に示す他の実施形態の場合と同様に実質的に短縮することになり、その分、隙間空間Cの容積を減少することができる。すなわち、図9に示す他の実施形態によっても前述した実施の形態と同様に、電動ハンマ101としての能力を最大限に発揮しつつ、実際の加工作業時において、空気室143cに発生する最大圧力が等温変化として算出される隙間空間Cの最大圧力を超えない限り、空気室143cのピストン129の先端面129bとボア底面143eとの間には空気を存在させてピストン129がストライカ143に衝突することを回避することができる。
なお図8および図9に示した他の実施形態によれば、上述した最小側の制限値に関する設定については、従来と同様とすることができ、設定の容易化が図れる。
【0030】
なお本実施の形態は、打撃工具の一例として、電動ハンマ101を用いて説明したが、ハンマビット119が打撃動作のみによるハンマ作業に加え、ハンマビット119が打撃動作しつつ回転動作してハンマドリル作業を行う電動ハンマドリルに適用してもよい。
【0031】
なお本発明の趣旨に鑑み、以下の態様を構成することが可能である。
(態様1)
「請求項2に記載の打撃工具であって、
前記駆動子は、圧縮作業時の移動方向先端側に、前記筒部の内周面に所定の隙間を置いて対向する先端小径部を有し、前記先端小径部に前記シール部材が装着されていることを特徴とする打撃工具。」
態様1に記載の発明によれば、駆動子にシール部材を取り付ける際、外径の小さい先端小径部を利用して取り付けることができるため、当該取り付けを楽に行うことができる。
【0032】
(態様2)
「態様1に記載の打撃工具であって、
前記先端小径部の外周面と前記筒部の内周面との間に形成された環状の隙間が前記剰余空間とされ、
前記剰余空間を介して前記内部空間と外部とを連通または遮断する通気路を有し、
前記剰余空間の断面積は、当該剰余空間の前記通気路とつながる領域の空気流れの抵抗が、前記通気路の前記外部とつながる流路中に形成された最小流路断面積部分の空気流れの抵抗よりも小さくなるような大きさに設定されていることを特徴とする打撃工具。」
駆動子が筒部内の所定領域に置かれ、剰余空間と外部が通気路を介して連通された状態のとき、内部空間と外部との間で空気の出し入れが起こる。このときの空気の出し入れ量は、通気路における最小流路断面積の大きさにより大きな影響を受ける。このことから、通気路の最小流路断面積については、打撃工具が最も能力を発揮するように、その大きさや形状等が設定される。本発明においては、剰余空間の断面積につき、当該剰余空間の通気路とつながる領域(つまり剰余空間と通気路のつなぎ目)の空気流れの抵抗が、通気路の外部とつながる流路中に形成された最小流路断面積部分の空気流れの抵抗よりも小さくなるような大きさに設定することにより、打撃工具に予定された能力を支障なく発揮させることが可能となる。
【0033】
(態様3)
「態様2に記載の打撃工具であって、
前記通気路は、前記筒部の内周面に形成された窪みと、前記駆動子に形成されて一端が外部と常時に連通する第1の開口とされ、他端が前記筒部の内周面に臨む第2の開口とされた通気孔とを有し、
前記窪みは、前記駆動子が前記打撃子に対して所定位置にあるときに、前記第2の開口と前記剰余空間とを跨ぐように位置することで前記通気孔と前記剰余空間とを相互に連通し、前記駆動子が前記所定位置以外の位置にあるときに、前記第2の開口と前記剰余空間のいずれか一方または双方から離間して前記通気孔と前記剰余空間の連通を遮断するように構成されていることを特徴とする打撃工具。」
態様3に記載の発明によれば、打撃工具が最も能力を発揮するように、窪みの大きさや位置あるいは数等が設定される。なお本発明における「窪み」は、典型的には、凹球面で、周方向に単一あるいは複数形成されるが、当該形状に限定されるものではない。
【0034】
(態様4)
「態様2または3に記載の打撃工具であって、
前記通気路は、前記駆動子の外壁面における前記第2の開口を含む領域に周方向に延在する円周溝を有し、当該円周溝を介して前記通気孔が前記窪みと連通可能とされ、
前記窪みと前記円周溝が連通する領域が前記通気路の最小流路断面積とされ、前記剰余空間の断面積は、前記窪みとつながる領域の空気流れの抵抗が、前記最小流路断面積部分の空気流れの抵抗よりも小さくなるような大きさに設定されていることを特徴とする打撃工具。」
態様4に記載の発明によれば、駆動子が筒部に対して摺動方向回りに相対移動(相対回動)しても、窪みと第2の開口との連通および遮断機能を好適に維持できるとともに、打撃工具に予定された能力を支障なく発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】本実施の形態に係る電動ハンマの全体構成を示す断面図である。
【図2】バレルハウジングに収容されたストライカおよびピストンを示す断面図である。
【図3】図2のA部の拡大図である。
【図4】ピストンの先端が筒部のボア底面に当接された状態を示す断面図である。
【図5】ストライカを示す断面図である。
【図6】図5のB−B線断面図である。
【図7】ピストンを示す半断面図である
【図8】他の実施形態を説明する断面図である。
【図9】更に他の実施形態を説明する断面図である。
【符号の説明】
【0036】
101 電動ハンマ(打撃工具)
103 本体部
105 モータハウジング
107 ギアハウジング
107a 機構収容室
108 バレルハウジング
109 グリップ
109a トリガ
109b 電源スイッチ
111 駆動モータ
113 運動変換機構
115 打撃要素
119 ハンマビット(工具ビット)
121 駆動ギア
122 中間ギア
123 被動ギア
124 クランク軸
125 クランク板
126 クランクピン
127 クランクアーム
128 連接ピン
129 ピストン(駆動子)
129a 先端小径部
129b 先端面
129c くりぬき孔
129d リング取付溝
137 ツールホルダ
143 ストライカ
143a 打撃部
143b 筒部
143c 空気室
143d ボア内壁面
143e ボア底面
143f 凹部
143g リング
151 窪み
153 通気孔
155 円周溝
157 Yリング(シール部材)
157a 基部
157b リップ部
【出願人】 【識別番号】000137292
【氏名又は名称】株式会社マキタ
【出願日】 平成18年12月26日(2006.12.26)
【代理人】 【識別番号】100105120
【弁理士】
【氏名又は名称】岩田 哲幸

【識別番号】100106725
【弁理士】
【氏名又は名称】池田 敏行


【公開番号】 特開2008−161944(P2008−161944A)
【公開日】 平成20年7月17日(2008.7.17)
【出願番号】 特願2006−350479(P2006−350479)