JPS60201809A

JPS60201809A - 震動ドリル

Info

Publication number: JPS60201809A
Application number: JP5703084A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ando; 裕之安藤; Shinji Ihara; 井原　真次
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1984-03-24
Filing date: 1984-03-24
Publication date: 1985-10-12
Also published as: JPH0113963B2; DE3500397A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［技術分野］本発明はドリルビットを回転させると同時に軸方向にも
駆動して打撃作用も与える震動ドリルに関するものであ
る。

［背景技術］この震動ドリルとしては、特公昭５３−４６７６１号公
報に示されたピストンハンマ一式のものや、特開昭４８
−５３３８３号公報に示されたクチ１フ１式のものがあ
る。前者は第１５図にも示すようにモータ２の回転を偏
心カム軸２４とコネクティングロッド３９とによりシリ
ング−８内のピストン４′の往復動に変換し、更にピス
トン４゛の動作を空気室５０の空気ばねを介して出力軸
７の打撃用の７リーハンマー６に伝えるとともに、上記
モータ２の回転運動をギア及びシリング−８を介して出
力軸７に伝えるものである。このものにおいては空気ば
ねが介在することがら、振動が作業者に伝わりにくいと
いう特性を有しているものの、空気室５０を密閉してお
かなくてはピストン４゛の運動エネルギーを効率良くフ
リーハンマー〇に伝えることができない。従ってピスト
ン４゛及びフリーハンマー６のシール８３が極めて重要
な存在なわけである。そして動作中、殊に７リーハンマ
ー６が出力軸７を打撃する直前の空気室５０の圧力は２
０００　Ｋｇ／　ｃＩ１１２にも達することがらこれら
シール８１とシリング−８内面との接触圧もかなり高く
しておかなくてはならない。このためにピストン４′や
フリーハンマー６を円滑に駆動するためには大きな動力
が必要となっており、大型で大出力の、通常４００Ｗ以
上のモータ２を使用する必要がある。また摺動部の信頼
性や寿命を向上させるために、油潤滑が必要でこれ故に
シール機構も複雑となり、モータ２のこともあって大型
大重量となりやすく、使い勝手が悪い。

ラチェット式のものは第１６図にも示すように、一対の
ラチェツト板８５．８６を相対させるとともに、出力軸
７に固着された一方のラチェツト板８５をギアを介して
モータ２に接続し、他方のラチェツト板８６を回転不能
として本体ハウジング１に固定したものであって、出力
軸７に取り付けられるドリルビットを材料に押し付ける
際の圧力と、両ラチェット板８５．８６の係合とを利用
して回転駆動される出力軸に軸方向の微振動を与える構
造である。しかしこのものにおいても次のような問題点
を有している。すなわち、打撃力ではなく、微振動を利
用することから、その穿孔能力が上記ピストンハンマ一
式のものに比して１／３乃至１／４と小さく、たとえば
モルタル等の骨材を含まない材料であれば孔明けが可能
であるものの、骨材が入ったコンクリートの場合には能
力不足で孔明けに要する時間が極めて長くなる。またモ
ータ２をＩＫＷ程度の能力のものとするなら骨材に当た
っても孔を明けることがでこるが、本体重量が５〜６Ｋ
ｇにもなり、いずれにしろ使い勝手が非常に悪くなる。

更には孔明は時にドリルビットからの微振動の反力が固
定されているラチェツト板８６を通じて手に伝わり、手
がしびれることから長時間の作業に耐えることができず
、更には手で本体を押してドリルビットを材料に押し付
けることによって初めて微振動が得られるとともにこの
微振動は押し付ける力に比例するのであるから、手゛に
伝わる反力もこれに比例して大きくなるものであるとと
もに、天井への孔明けのように足場が不安定なところで
は非常に使いにくく、実用には耐えられない。

［発明の目的］本発明はこのような点に鑑み為されたものであり、その
目的とするところは小型で効率良く大きな打撃力を与え
ることがで与るとともに、振動が手に伝わり難くて疲れ
にくい震動ドリルを提供するにある。

［発明の開示１しかして本発明はモータにて回転駆動される出力部と、
出力部を打撃するハンマーと、上記モータにて往復駆動
される駆動子と、駆動子とハンマーとを連結するととも
にハンマーを出力部側に向けて付勢する機械的ぼねとを
備えていることに特徴を有しているものであり、機械的
ばねに蓄積されるエネルギーを利用することで効率の高
い打撃力を得るとともに機械的ばねにより振動の吸収を
行なうようにしたものである。

以下本発明を図示の実施例に基づいて詳述すると、本体
ハウジング１はその前端にドリルビット９が装着される
ものであって、後端はハンドル１１となっており、この
ハンドル１１の下方には蓄電池１３の収納室とされ、前
端下部には補助ハンドル１２が設けられている。１４は
スイッチ、１．５はスイッチハンドルであり、ハンドル
１１を握る手で繰作することができるようにされている
。

モータ２は本体ハウジング１の中央下部にその軸方向が
上下方向とされた状態でフレーム３に固着されて収納さ
れており、その出力軸２０にピニオン２１と傘歯車３１
とが取り付けられている。ピニオン２１は回転自在に支
持されている連結軸２３一端のギア２２と噛み合ってお
り、傘歯車３１は軸方向が前後とされている中間軸３３
後端に設けられた傘歯車３２と噛み合っている。そして
本体ハウジング１の前部にはフレーム３に固着された円
筒状シリンダー８と、このシリンダー８の前方に回転自
在に支持された筒状の出力軸７とが納められており、中
間軸３３と平行なシリンダー８内には駆動子４とハンマ
ー６及びこの両者をつなぐコイルばね５が収納されてい
る。シリンダー８内の後部に位置する駆動子４は、シリ
ンダー８後端のエンドプレート８２を軸受２９で軸方向
に摺動自在に支持されて貫通している駆動軸２５の前端
に、駆動軸２５の軸まわりに回転自在となるように設け
られているものであって、その外周面に設けられている
ねじ溝４０にフィルばね５の後端が第２図に示すように
螺合しており、またこのコイルばね５の前端が螺合する
ねじ溝６０を有するハンマー６はシリング−８内面に摺
接するように配されている。上記駆動子４はその後端か
らロッドリング２６が後方へと延出されており、ロッド
リング２６後端の横長の長孔２７には前記連結軸２３上
端から突設されている偏心ピン２４がベアリングを介し
て係合している。モータ２の回転を受けて駆動子４は軸
方向の往復動を行なうわけである。そして上記出力軸７
内には中間ハンマー１８とこれの前方に位置するドリル
ビット９とが納められていることから、駆動子４の往復
動をコイルばね５を通じて受けるハンマー６は中間ハン
マー１８後端を打撃することにより、ドリルビット９に
、打撃力を伝えるものである。

一方前記傘歯車３１及び傘歯車３２を通してモータ２の
回転が伝えられる中間軸３３はその前端に備えたピニオ
ン３４を出力軸７に設けられたギア３５と噛み合わせて
おり、出力軸７を回転駆動することができるようにされ
ている。また出力軸７へのドリルビット９の装着は、ド
リルビット９の基端に設けた軸方向に長い長溝９０を出
力軸７内面に突出するボール１９を係合させることで行
なっており、このために出力軸７とともにドリルビット
９が回転するものである。

上述したところから明らかなように、この震動ドリルに
おいてはモータ２を回転させると、ドリルビット９は中
間軸３３からの回転力を受けて回転するとともに、駆動
子４の往復動をコイルばね５、ハンマー６及び中間ハン
マー１８を介して打撃力として受けてボール１９と長溝
９０との係合範囲内において軸方向に駆動されるもので
ある。

第５図はハンマー６が中間ハンマー１８を打撃した時点
を示している。ここにおける駆動子４とフィルばね５と
ハンマー６との動作について第６図に基づいて更に詳し
く説明すると、同図（ａ）は駆動子４が後退を開始した
状態を示しており、コイルばね５には引張力が作用して
いる。この状態から同図（ｂ）に示すように更に駆動子
４が後退しても、ハンマー６がその慣性で残るためにコ
イルばね５が伸びる。そして駆動子４がその往復動スト
ロークの後端に達するころには同図（Ｃ）に示すように
ハンマー６が引っ張られて後退を始め、駆動子４が前進
を始めた時には同図（ｄ）に示すように駆動子４とハン
マー６の移動方向が逆となるためにフィルばね５が圧縮
され、エネルギーが蓄えられる。そして駆動子４が更に
前進すれば、ノ１ンマー６はコイルばね５を介して受け
る駆動子４の動外にコイルばね５に蓄えられたエネルギ
ーが加えられた状態で前進して、前端をドリルビット９
に当接させている中間ハンマー１８の後端面に衝突スル
。駆動子４とハンマー６との動きを第７図に示す。横軸
は時間、縦軸は変位量である。駆動子４のサインカーブ
で示される動きに対してノ１ンマー６は少し位相が遅れ
た略三角波形を描く運動を行なう。またハンマー６の中
間ノ１ンマー１８を打撃するための前進時の動きと後退
時の動きとを比ヘルと、後退時にはコイルばね５を圧縮
することから遅く、前進時にはフィルばね５に蓄えられ
たエネルギーが付加されることから速くなっており、強
力な打撃力が得られるものである。図中Ｔは打撃区間を
示す。

またここにおける打撃力は、フィルばね５とハンマー６
とで形成される系の共振を利用することで一段と大きい
ものとなる。この点について説明すると、今、フィルば
ね５のばね定数をに、ハンマー６の質量をＭとすると、
上記系の固有振動数ｆ、（ｃ／ｓ）は　ｆｏ＝（１／２
１ｒ　）（ｋ／Ｍ）””　となる。またモータ２により
往復駆動される駆動子４の振動数をｒ、ハンマー６の振
幅をＸ。、駆動子４の振幅をＸとすると、第８図に実線
で示すようにｆ／ｆ、の値が共振点である１となるとぎ
に、Ｘ／Ｘ、の値が最大となるわけであり、この共振を
利用することで、つまりはｆ／ｆ、＝１と設定すること
で打撃力を最大限に高めることができるものである。た
だしこの震動ドリルにおいては、その電源が蓄電池１３
であって、電源電圧が第引世に示すように使用するにつ
れて低下し、これにつれて第１１図に示すようにモータ
２の回転、数ＮとトルクＴとが共に低下することと、ハ
ンマー６及びコイルばね５の系におけるハンマー６の質
量Ｍは衝突により見掛は上小さくなり、第８図に破線で
示すように固有振動数も実際には上記理論値よりも小さ
くなる。

これらの点を考慮すると、蓄電池１３がフル充電された
状態でｆ／ｆｏ〜１としておくのが好ましい。

この場合、蓄電池１３がフル充電されている時には実際
上ｆ／ｆｏ＞１となり、蓄電池１３の電圧が低下してモ
ータ２のパワーが低下するに従い、つまりは駆動子４の
振動数ｆが小さくなるに従い、実際上のｆ／ｆ、の値は
共振点である１に近づく。すなわち蓄電池１３がフル充
電されていてモータ２のパワーが最大の時には共振点よ
り少しずらせておいてハンマー６の振幅を少し小さく保
ち、蓄電池１３の電圧が低下してモータ２のパワーが低
下するに従いハンマ−６振幅が太き（なるようにしてお
（ものである。この結果、蓄電池１３の電圧低下に関係
なく、常にほぼ同じ値の衝撃力を得ることがで軽るもの
である。ちなみにドリルビット９の回転はもちろん破砕
にも関与するが、打撃によって砕かれたコンクリート等
の切粉を孔外に排出することにも利用される。

ところでハンマー６の往復動のガイドを行なうシリング
−８であるが、これの下端面には軸方向に長い空気孔８
０を設けである。この空気孔８０は、シリングー８内の
空気がハンマー６の動作に対する抵抗となることを防ぐ
ために設けているものである。もっともこの空気孔８０
を形成しである位置は、シリング−８前端のエンドプレ
ート８１の背面のクッションプレート８３から更に後方
に図中Ｑで示す位置から後方としである。これはシリン
グ−８前端部の空気が空打ち時の衝撃緩和作用をクッシ
ョンプレート８３とともに担うようにしているためであ
る。孔明は作業を行なっている時には、ハンマー６は必
ず中間ハンマー１８の後端に衝突し、その運動エネルギ
ーが小さくなってからエンドプレート８１に当たる。こ
のためにエンドプレー）８１が損傷するというようなこ
とはないが、空打ちした時にはハンマー６が直接エンド
プレート８１に当たり、ハンマー６の運動エネルギーが
大トいだけにエンドプレート８１が破損するおそれがあ
る。もちろんこの衝撃の緩和のためにクッションプレー
ト８３を設けているわけであるが、これだけでは十分で
はない。このために、ハンマー６が前進して中間ハンマ
ー１８に衝突する寸前の位置からシリンダー８内におけ
るハンマー６とエンドプレート８１との間の空間の空気
をハンマー６が圧縮するようにして、この空間の空気が
緩衝ばねとして作用するようにしているものである。

尚、コイルばね５と駆動子４との連結及びコイルばね５
とハンマー６との連結を、前述のように夫々コイルばね
５の形状を利用した螺合連結とするとともに、駆動子４
を駆動軸２５に対してその軸まわりに回転自在としてい
るのは次の理由による。すなわち螺合連結とすることに
よってこれらの部材間の連結作業を容易にし、またハン
マー６に中間ハンマー１８を通じて出力軸７の回転が伝
わってコイルばね５にねじれが生じることを防ぐためで
ある。今、駆動軸２５に駆動子４を固定した場合には、
コイルばね５に過度のねじれカが作用してフィルばね５
を折損したり、ねじれ力でコイルばね５が拡径してハン
マー６や駆動子４との連結が外れたりシリンダ−８内面
に接触して摺動負荷を増大させたりといった事態を招く
。これを防いでいるわけである。

また図示例のようにハンドル１１及びスイッチハンドル
１５をドリルビット９の軸線上に一直線に並べたものに
おいては、使用者の震動ドリルへの荷重点とドリルビッ
ト９がらの穿孔時の打撃力の反力点とが一直線上にくる
ために、本体ハウジング１の保持に要する力が小さくて
すみ、非常に使い勝手が良くなっているものである。ま
た電源としてバック型の蓄電池１３を用いる場合、本体
ハウジング１側の接触ばね６５と蓄電池１３側の接続端
子６６との接触面を、図示例のように振動方向と一致さ
せておくとよい。これが交差していると蓄電池１３に振
動が加わった時に、接続端子６６と接触ぼね６５との間
の接触圧に大きな影響がでてモータ２の安定した駆動を
行なえないが、上述のように平行であることがら、蓄電
池１３が振動しても安定したモータ２の駆動を行なうこ
とができるものである。

第１１図に他の実施例を示す。これはドリルビット９の
軸線上に位置する本体ハウ、ジング１の後端上部にモー
タ２を収納するとともに、後端下部にハンドル１１−を
配したものであって、重量物であるモータ２をドリルビ
ット９の軸線上に位置させることで重心を上記軸線に近
くし、また蓄電池１３をハンドル１１よＩ）も空間を介
してドリルビット９側に位置させるとことにより、穿孔
時に天外な回転モーメントが作用することがないように
したものである。そしてドリルビット９への回転力の伝
達はモータ２の出力軸２０に固着したピニオン２１と噛
み合うギア２２を中間軸３３に設けるとともに、中間軸
３３先端のピニオン３４を先端にチャックが設けられて
いる出力軸７にスプラインで結合されたギア３５に噛み
合わせることで行なっておＩ）、またドリルビット９の
軸方向駆動のための駆動子４の往復動は、モータ２の出
力軸２０じ因第１す・金歯１１１ｔ２１１：’檀八Ｐン
２４か右１イいる連結軸２３に設けた傘歯車３２を噛み
合わせるとともに、ハンマー６で直接出力軸７を打撃す
ることで行なっている。更にここにおけるハンマー６の
ガイド用のシリンダー８であるが、これはその前後端を
除いて第１２図に示すように複数本のロッド８１で構成
したものとし、放熱特性を向上させたものとしている。

第１３図に更に他の実施例を示す。これは上記第１１図
及び第１２図で示した実施例のものにおけるコイルばね
５を、非線形ばね定数を有している円錐系のものとした
ものである。前述のようにドリルビット９に加えられる
打撃力はフィルばね５を介したものとなっており、反力
もフィルばね５を通したものとなることから、従来のラ
チェット式のものに比して振動が伝わりにくく、疲れな
いものとなっているが、前述のように共振を利用して打
撃力を高めている場合には、フィルばね５による防振効
果はさほど期待することができない。

しかし、コイルぼね５として図示例のような円錐形のも
のや、線径が一様でないもの等の非線形ばね定数を有す
るものとすることで、この相反する点を解決できるもの
である。すなわち、防振効果を得るｒこめには通常ｆ／
ｆ、＞２”’とするのが好ましいと言われているのであ
るが、共振を利用して打撃力を高める場合にはこの条件
に反することになる。しかし第１４図にも示すように、
変位量をδ、荷重をＰとした時に、ｋ二δ／Ｐで示され
る線形ばね定数ではなく、ｋ＝δＴ１／Ｐ　（ｎ＞　１
　）　で示される非線形ぼね定数を有するフィルばね５
を用いた時には、（１／２）ｋδ２で示されると共にハ
ンマー６に加えられるばね蓄積エネルギーは、コイルば
ね５が最も圧縮されてばね定数ｋが最大となる時のもの
であるために、ぎわめて大外なものとなり、打撃力が大
きくなる。そしてハンマー６が中間ハンマー１８に衝突
する時にはコイルばね５が伸びた、つまりはばね定数に
の値が小さい状態にあって固有振動数ｆ。も小さくなり
、ｒ／ｒ、の値は防振効果に有利な値となるものである
。天外な打撃力と防振効果との両者を共に満足すること
かでトるものとなるわけである。

［発明の効果１以上のように本発明においては機械的ばねを介して駆動
子の往復動を打撃用のハンマーに伝えるものであり、こ
のために大ぎな打撃力を得られるとともに、密閉化を図
るような必要もなく、摺動抵抗も小さくすることができ
ることから、小型で効率の高いものとすることができる
ものであり、また振動の反動にしても機械的ばねで吸収
することができるために疲れにくく使い勝手のよいもの
とすることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の縦断面図、第２図は同上の破
断斜視図、第３図は第１図中のＡ−Ａ線断面図、第４図
は同上のロンドリングと偏心ピンの平面図、第５図は同
上の縦断面図、第６図（、）〜（ｅ）は同上の動作説明
図、第７図は同上の駆動子とハンマーとの動作のタイム
チャート、第８図は同上の振動比と振幅比との特性図、
第９図は蓄電池の電圧特性図、第１０図はモータの特性
図、第１１図は他の実施例の縦断面図、第１２図は第１
１図中のＢ−Ｂ線断面図、第１３図は更に他の実施例の
縦断面図、第１４図は同上のばね定数の特性図、第１５
図及び第１６図は夫々従来例の破断正面図であって、１
は本体ハウジング、２はモータ、４は駆動子、５は機械
的ばねとしてのコイルばね、６はハンマー、７は出力軸
、９はドリルビットを示す。代理人　弁理士　石　１）長　七第６図第７図第８図第９図第１０図［ｌ■ｑ〒

Claims

【特許請求の範囲】

（１）モータにて回転駆動される出力部と、出力部を打
撃するハンマーと、上記モータにて往復駆動される駆動
子と、駆動子とハンマーとを連結するとともにハンマー
を出力部側に向けて付勢する機械的ばねとを備えている
ことを特徴とする震動ドリル。
（２）機械的ばねのばね定数とハンマーの’ＲＲとで定
まるばね系の固有振動数ｆ、と、駆動子の往復動の振動
数ｆとの比ｆ／ｆ、が略１であることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の震動ドリル。
（３）機械的ばねはコイルばねであって、その両端が駆
動子とハンマーとに各々設けられたねじ部に螺合連結さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
震動ドリル。
（４）機械的ばねは非線形ばね定数を有するものである
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の震動ドリ
ル。
（５）ハンマーが内面に摺接するシリング−にシリング
−の内外空間を連通させる空気孔が設けられていること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の震動ドリル。
（６）モータ電源がドリル本体に収納された蓄電池であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の震動ド
リル。
（７）モータは出力部の軸方向と交差する位置に配設さ
れ、モータと平行に設けられたハンドルの下部にはドリ
ル本体に設けられている接触ばねと出力部の軸方向と直
交する方向において接触圧が生じる接続端子を備えた電
池が収納されていることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の震動ドリル。
（８）モータは出力部の軸線上に配されており、出力部
の軸方向と交差するハンドルに空間を介して電池が配設
されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の震動ドリル。
（９）機械的ばねのばね定数とハンマーの質量とで定ま
るばね系の固有振動数ｆ。と、フル充電時における蓄電
池電圧が印加されたモータにて駆動される駆動子の往復
動の振動数ｆとの比ｆ／ｆｏが１より大きく且つ１に近
似した値とされていることを特徴とする特許請求の範囲
第６項記載の震動ドリル。
（１０）電池はハンドルよりも出力部側に配設されてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の震動ド
リル。