冲击旋转工具的制作方法
【专利摘要】冲击旋转工具(10)具备：心轴(31)；砧座(61)，与旋转轴线(Ax)同轴且配置在所述心轴(31)的前方；主锤(41)，直接或间接地连结至所述心轴(31)，能够绕所述旋转轴线(Ax)的周围旋转，并且能够沿轴向移动，卡合于所述砧座(61)并赋予冲击，从而使所述砧座(61)旋转；副锤(51)，容纳所述主锤(41)的至少一部分和所述心轴(31)的至少一部分，与所述主锤(41)一体地旋转；以及无刷马达(20)，使所述心轴(31)旋转。
【专利说明】
冲击旋转工具
技术领域
[0001]本发明涉及冲击旋转工具。【背景技术】
[0002]一直以来，已知除了通过主锤和副锤在砧座(anvil)的旋转方向上击打之外、还将螺栓和螺母牢固地紧固的冲击旋转工具(例如参照日本专利4457170)。在该专利的冲击旋转工具中，通过抑制所谓的偏心旋转，来缓和轴向的振动并抑制锤的旋转击打力的下降， 该偏心旋转指的是，副锤的中心轴相对于心轴的中心轴进行振动而旋转。
[0003]现有的冲击旋转工具具备用于使锤旋转的有刷马达。但是，如果为了实现冲击旋转工具的高输出化而使输入电压成为更高电压，则电弧电流变大，有刷马达的刷部分的磨损变得显著，马达的寿命显著地缩短。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，提供能够实现马达的长寿命化的冲击旋转工具。
[0005]本发明的一个方式的冲击旋转工具，具备:心轴，具有旋转轴线；砧座，与所述旋转轴线同轴且配置在所述心轴的前方；主锤，直接或间接地连结至所述心轴，能够绕所述旋转轴线旋转，并且能够沿轴向移动，卡合于所述砧座并赋予冲击，从而使所述砧座旋转；副锤，容纳所述主锤的至少一部分和所述心轴的至少一部分，与所述主锤一体地旋转；以及无刷马达，使所述心轴旋转。[〇〇〇6]依照本发明的一个方式的冲击旋转工具，能够实现马达的长寿命化。
[0007]其他的形式和优点，通过示出本发明的技术思想的示例的附图和以下的记载而变得清楚。【附图说明】
[0008]图1是实施方式中的冲击旋转工具的部分截面图。
[0009]图2是图1的部分分解立体图。
[0010]图3是用于说明介于图1的主锤与副锤之间的卡合部的立体图。
[0011]图4是用于说明介于图1的主锤与副锤之间的卡合部的截面图。
[0012]图5(a) (b)是将图1的心轴的外周面和主锤的内周面沿周向展开而不出的俯视图。
[0013]图6(a)至(c)是将图1的主锤和砧座的外周面沿周向展开而示出的示意图。
[0014]图7是图1的冲击旋转工具的框图。
[0015]图8是图1的冲击旋转工具的驱动电路的框图。
[0016]图9(a) (b)是用于说明与切换模式相应而供给至各开关元件的信号的图。
[0017]图10是用于说明马达的重叠通电角控制的时序图。【具体实施方式】
[0018]以下，根据【附图说明】冲击旋转工具的一个实施方式。如图1所示，冲击旋转工具10 例如是作为冲击扳手使用的工具，在外壳11内容纳无刷马达20(以下称为马达20)和动力传递机构21。
[0019]外壳11由在冲击旋转工具10的后部配置的合成树脂制的后部外壳12和在冲击旋转工具10的前部配置的铝制的前部外壳13构成。
[0020]后部外壳12包括筒状的容纳部12a、以及从容纳部12a向下方伸出的把持部12b。 在把持部12b，设有可供使用者进行按压操作的触发开关12c。在把持部12b的下端，设有作为马达20的电源的电池(图示略)。
[0021]前部外壳13为圆筒状，收纳有心轴31、主锤41、副锤51和砧座61。前部外壳13 从其前端的开口部突出有砧座61的工具安装部62。前部外壳13例如通过多根螺钉(图示略)与后部外壳12固定。
[0022]如图1和图2所示，容纳于后部外壳12的动力传递机构21具有:太阳齿轮22,压入固定到马达20的驱动轴20a ;三个行星齿轮23,与该太阳齿轮22啮合；以及环形齿轮24， 与行星齿轮23啮合。
[0023]如图2所示，行星齿轮23由支轴23a可旋转地支撑，该支轴23a旋转自如地安装于在大致柱状的心轴31的后方形成的伸出部32。
[0024]如图1和图2所示，环形齿轮24固定至筒状的容纳部12a的内周面。在环形齿轮 24的后部24a的内周面固定有隔离件14。
[0025]如图1所示，隔离件14是具有中央贯通孔的圆盘。该中央贯通孔具有直径不同的后侧开口 14a和前侧开口 14b。隔离件14在后侧开口 14a嵌入马达20的前部20b而支撑马达20。在前侧开口 14b嵌入轴承15。心轴31可旋转地支撑于轴承15内。
[0026]通过动力传递机构21，马达20的旋转与太阳齿轮22的齿数和环形齿轮24的齿数之比相关地减速，并且扭矩增大而以低速高扭矩驱动心轴31。
[0027]如图1所示，心轴31的比伸出部32更靠后部的后端部31a由轴承15轴支撑。
[0028]如图2所示，心轴31的伸出部32由在轴承15的前方以规定间隔配设的两枚环状的凸缘形成。在伸出部32的两枚凸缘之间，配置有由支轴23a可旋转地支撑的三个行星齿轮23。
[0029]另外，在心轴31的比伸出部32更靠前方的部分，伸出形成有大致圆柱状的突起部 33。该突起部33嵌入到形成于砧座61的后部的卡合孔64。
[0030]另外，在心轴31的外周，嵌装着大致圆盘状且在中心部形成贯通孔的钢制的主锤 41〇
[0031]主锤41在其前端部具有朝向砧座61侧突出的一对爪部42。主锤41能够以旋转轴线Ax为中心旋转，并且能够沿轴向移动。
[0032]冲击旋转工具10的旋转击打机构包括心轴31、主锤41、副锤51和砧座61。优选地，旋转击打机构能够还包括:两条第1凸轮槽34,形成于心轴31的外周面；两条第2凸轮槽43,形成于主锤41的贯通孔的内周面；两个钢球71，配置成夹在第1凸轮槽34和第2凸轮槽43之间；以及弹簧72,对主锤41向砧座61的方向施力。关于旋转击打机构的动作， 基于图5和图6在后面叙述。
[0033]如图1所示，副锤51包括在主锤41的外侧配置的圆筒部。副锤51例如为钢制。 副锤51容纳主锤41的一部分或全部。副锤51容纳心轴31的一部分，但是也可以容纳心轴31的全部。副锤51与主锤41 一体地旋转。
[0034]副锤51在后端侧具有外径变小的小径台阶部52。小径台阶部52的后端压入到滚动轴承81的外圈中。在副锤51的前端缘固定有环状的盖53。
[0035]用于使副锤51和主锤41 一体地旋转的一体旋转机构设于副锤51的内表面与主锤41的外表面之间。
[0036]如图2所示，一体旋转机构包括:至少一个(例如四个)第1槽部44,形成于主锤 41的外周面；以及至少一个(例如四个)第2槽部54,形成于副锤51的圆筒部的内周面。 第1槽部44和第2槽部54均为截面半圆形，与心轴31的旋转轴线Ax平行地形成。第1 槽部44和第2槽部54共同形成圆形孔。
[0037]卡合部74从副锤51的后端侧嵌入由第1槽部44和第2槽部54形成的孔。卡合部74为长形部件，例如为大致圆柱状。
[0038]如图3和图4所示，卡合部74具有作为芯材的圆柱状的销74a、覆盖该销74a的外周的圆筒状的内侧罩74b、以及覆盖内侧罩74b的外周的外侧罩74c。销74a由刚性较高的金属制材料构成。内侧罩74b由弹性体等弹性部件构成。外侧罩74c由金属部件构成。外侧罩74c具有大致C形的截面。因此，外侧罩74c在径向上具有弹性。销74a为长形状的刚体芯的一例，内侧罩74b为第1缓冲套筒的一例，外侧罩74c为第2缓冲套筒的一例。
[0039]在副锤51的后端侧外周的小径台阶部52,安装着拥有卡合部74的防脱功能的C 型挡圈75。由此，抑制了在冲击旋转工具10的组装中卡合部74不小心脱出，组装操作变得容易。
[0040]这样，通过将卡合部74嵌入到由主锤41的第1槽部44和副锤51的第2槽部54 形成的孔，主锤41和副锤51能够以旋转轴线Ax为中心而一体地旋转。
[0041]主锤41由卡合部74引导而能够前后移动。但是，在图1中，仅在下方图示了卡合部74和槽部44、54,省略上方的图示。
[0042]在形成于主锤41的后部侧的环状的凹部45和压入了副锤51的小径台阶部52的后端内周的滚动轴承81的外圈之间，在外圈侧经由垫片73而装入弹簧72,由弹簧72对主锤41朝向砧座61施力。
[0043]各锤41、51和弹簧72以旋转轴线Ax为中心而一体地旋转。在弹簧72中，螺旋缠绕的外径相同，弹簧72的前端、后端和途中的整体一体地旋转。
[0044]所以，在例如由心轴31承受弹簧72的后端的情况下所必需的扭转防止用的垫片或球不再需要，简化了旋转击打机构的构成。
[0045]如图1所示，砧座61为钢制，经由钢制或黄铜制的滑动轴承65旋转自如地支撑于前部外壳13。
[0046]在砧座61的前端设置用于安装插口体的、截面为四边形的工具安装部62,该插口体用于固定六角螺栓的头部或六角螺母。
[0047]在砧座61的后部，设有与主锤41的爪部42卡合的一对爪部66。
[0048]如图2所示，一对爪部66分别形成为扇形，其外周面与副锤51的圆筒部的前端部的内周面相接。
[0049]砧座61的一对爪部66具有在副锤51旋转时保持旋转中心的功能。
[0050]砧座61的爪部66和主锤41的爪部42的数量不限于两个。如果两者的爪数相等， 则例如砧座61和主锤41可以分别包括在圆周方向上等间隔地分离的三个以上爪部。
[0051]砧座61包括与一对爪部66相接的环状的凸缘67。
[0052]在凸缘67的外周侧，以覆盖副锤51的圆筒部的前部开放端的方式配设有环状的盖53。在盖53与滑动轴承65之间配设0形垫圈55。优选地，在盖53与副锤51之间没有间隙。
[0053]接着，说明冲击旋转工具10的动作。
[0054]马达20旋转时，其旋转由动力传递机构21减速并传递至心轴31，心轴31以规定的旋转速度旋转。心轴31的旋转力经由在心轴31的第1凸轮槽34与主锤41的第2凸轮槽43之间嵌入的钢球71而传递至主锤41。
[0055]在图5(a)中，示出螺栓和螺母的紧固刚开始后的第1凸轮槽34和第2凸轮槽43 的位置关系。另外，在图6(a)中，不出同一时刻的主锤41的爪部42与站座61的爪部66 的卡合状态。
[0056]如图6(a)至(c)所示，通过马达20(参照图1)的旋转，沿箭头所示的方向对主锤 41施加旋转力A。另外，通过弹簧72,沿箭头所示的方向对主锤41施加直进方向的弹性力 B。此外，在主锤41与砧座61之间存在少许间隙，这是通过缓冲部件46产生的间隙。
[0057]主锤41旋转时，通过主锤41的爪部42与砧座61的爪部66的卡合，砧座61旋转， 主锤41的旋转力传递至砧座61。
[0058]通过砧座61的旋转，安装于砧座61的工具安装部62的插口体(未图示)旋转， 对螺栓和螺母赋予旋转力而进行初期的紧固。
[0059]伴随着螺栓和螺母的紧固的进行，施加于砧座61的负荷扭矩变大，这时如图5(a) 所示，主锤41通过其扭矩，相对于心轴31而相对地沿Y方向旋转。
[0060]钢球71克服弹簧72的弹性力B，沿着第1凸轮槽34和第2凸轮槽43的斜面而在箭头F所示的方向上移动，同时主锤41沿x方向移动。
[0061]如图5 (b)所示，钢球71沿着第1凸轮槽34和第2凸轮槽43的斜面移动，与此对应地主锤41沿x方向移动，这时如图6(b)所示，主锤41的爪部42从砧座61的爪部66脱离。
[0062]主锤41的爪部42从砧座61的爪部66脱离后，压缩的弹簧72的弹性力B释放， 由此，主锤41高速地在与Y相反的方向上旋转，同时在与x相反的方向上前进。
[0063]如图6 (c)所示，主锤41的爪部42按照箭头G所示的轨迹移动而与砧座61的爪部66碰撞，对站座61赋予旋转方向的击打力。
[0064]此后，由于反作用力，主锤41的爪部42在与轨迹G相反的方向上移动，最终，旋转力A和弹性力B起作用而返回至图6 (a)所示的状态。
[0065]通过重复以上的动作，对砧座61重复施加旋转击打。
[0066]此外，虽然以上说明了紧固螺栓和螺母时的动作，但是在松开紧固的螺栓和螺母时，也通过旋转击打机构而进行与紧固时几乎同样的动作。在此情况下，通过使马达20在与紧固时相反的方向上旋转，钢球71沿着图6(a)所示的第1凸轮槽34向右上方移动，通过主锤41的爪部42,砧座61的爪部66在与紧固时相反的方向上被击打。
[0067]接着，对于旋转击打中的副锤51的作用，与只有主锤的冲击旋转工具比较而进行说明。
[0068]主锤41的爪部42与砧座61的爪部66的卡合脱离后，弹簧72从压缩状态释放，蓄积于弹簧72的能量作为主锤41和副锤51的动能而放出。
[0069]主锤41通过第I凸轮槽34、第2凸轮槽43和钢球71的作用，如图6 (c)的轨迹G所示，高速旋转同时前进。
[0070]主锤41的爪部42与砧座61的爪部66碰撞，从而对砧座61施加旋转方向的冲击。另外，主锤41的前端面与砧座61的后端面碰撞，从而在轴向上施加冲击。
[0071]主锤41对砧座61的击打例如在I秒间进行40次左右，通过冲击而在径向和轴向上产生振动。
[0072]这些振动成为给操作者带来疲劳、操作效率下降、手上产生麻木的原因，因而希望尽可能小。这些振动之中，轴向的振动主要由主锤41在轴向的冲击而产生。另一方面，主锤41在轴向的冲击对螺栓和螺母的紧固没有贡献。针对砧座61的轴向的冲击强度与锤的质量成比例，对于砧座61的旋转方向的冲击强度与锤的惯性动量(锤的各微小部分的质量和从该微小部分到旋转轴线Ax的距离的平方之积的总和)成比例。
[0073]在使用一个锤对砧座61施加旋转击打的情况下，为了减小轴向的冲击，需要减小锤的质量。然而，如果单纯地减小锤的质量，则锤的惯性动量变小，因而旋转方向的冲击也变小，砧座61的旋转击打力变弱，冲击旋转工具10的扭矩变小。
[0074]在此，实施方式的冲击旋转工具10具有与嵌合于心轴31的主锤41不同的副锤51。该副锤51与主锤41 一体地旋转，但是不沿轴向移动。
[0075]例如，主锤41和副锤51的合计质量与冲击旋转工具10所期望的最大扭矩相应地决定，副锤51的质量设定为大于主锤41的质量。
[0076]在这样的锤构成中，弹簧72从压缩状态释放而导致的在砧座61的旋转方向上施加的冲击力与主锤41和副锤51的合计惯性动量成比例。
[0077]另一方面，主锤41和副锤51导致的沿轴向施加的冲击力仅与主锤41的质量成比例。
[0078]所以，通过使仅与旋转方向的冲击力有关的副锤51的质量尽量大于主锤41的质量，能够减小主锤41导致的沿轴向施加的冲击力。
[0079]进而，在实施方式中，利用惯性动量的大小与旋转半径的平方成比例这一现象，实现惯性动量的增大。例如，由于副锤51的质量的大半集中于副锤51的圆筒部，因而副锤51的惯性动量与质量集中于中心部的圆柱型的副锤相比更大。
[0080]所以，实施方式的具备锤(主锤41和副锤51)的冲击旋转工具10能够增大沿砧座61的旋转方向施加的冲击力，并且能够降低轴向的振动。
[0081]接着，说明实施方式的冲击旋转工具10的电气构成。
[0082]如图7所示，冲击旋转工具10的控制器(控制电路)100连接有用于选择马达20的旋转方向的正反开关101、触发开关12c、驱动电路102。用于检测无刷马达20的转子位置或角度的旋转位置检测部S与控制器100电连接。旋转位置检测部S优选为霍尔元件。
[0083]如图7和图8所示，驱动电路102使用将与马达20对应的多个(6个)开关元件Swl?Sw6连接而成的公知的PffM转换器。
[0084]如图8所示，驱动电路102并联连接着开关元件Swl、Sw4、开关元件Sw2、Sw5和开关元件Sw3、Sw6这三个串联电路。上段侧的各开关元件Swl?Sw3连接至电池的阳极端子，下段侧的各开关元件Sw4?Sw6连接至电池的阴极端子。各开关元件Swl?Sw6的连接点102u、102v、102w分别连接至马达20的各马达线圈20u、20v、20w。此外，开关元件Swl?Sw6例如可以由FET构成。
[0085]另外，各开关元件Swl?Sw6通过与来自旋转位置检测部S的马达20的旋转位置相应地从控制器100输出的马达控制信号(栅极接通/断开信号)来切换接通断开。响应于该马达控制信号，各开关元件Swl?Sw6适当地变更接通/断开的比率、即占空比，从而将电池的直流电压变换为三相的驱动电力而向马达20供给。
[0086]在此，实施方式的冲击旋转工具10的控制器100，作为在使马达20旋转时分别供给至开关元件Swl?Sw6的马达控制信号，如图9 (a)所示对应于模式A?F而输出。此时，开关元件Swl?Sw6的动作状态如图9 (b)所示那样接通/断开。在驱动马达20的情况下，对于分别连接至由FET构成的开关元件Swl?Sw6的栅极的各端子u+、u-、V+、v-、w+、w-，控制器100以按照各模式供给马达控制信号的方式进行换向控制。通过对马达控制信号进行PffM控制，控制向各马达线圈20u、20v、20w通电的电流而控制马达20的转速。此外，上述模式A?F根据来自旋转位置检测部S的传感器信号而选择。
[0087]接着，说明实施方式的冲击旋转工具10的马达控制例(动作例)。
[0088]实施方式的冲击旋转工具10通过控制器100来控制驱动电路102的各开关元件Swl?Sw6。在此，例如以与感应电压相同的相位将电压施加于马达20时，由于马达线圈20u、20v、20w的电感成分，流经马达线圈20u、20v、20w的线圈电流的相位延迟。为了弥补该延迟，控制器100可以构成为:例如与马达线圈20u、20v、20w的感应电压的相位相应地，使施加电压的相位前移，从而使流经马达线圈20u、20v、20w的线圈电流的相位前移而使感应电压与线圈电流的相位一致。通过该进角控制，马达20的输出提高。
[0089]接下来，记载实施方式的效果。
[0090](I)冲击旋转工具10具备使心轴31旋转的无刷马达20。在无刷马达20中，不产生有刷马达的刷的磨损等，因而能够有助于马达20的长寿命化。
[0091](2)冲击旋转工具10具备检测无刷马达20的旋转位置的旋转位置检测部S。由于能够可靠地检测马达20 (转子)的旋转位置，因而可使马达20稳定地动作。
[0092](3)控制器100进行马达20的进角控制，因而能够使马达20的输出提高。
[0093]实施方式也可如以下那样变更。
[0094].控制器100也可进行马达20的通电角控制(重叠通电角控制)。图10示出分别与多个马达线圈20u、20v、20w对应的三相(u相、V相、w相)的通电时间。在通电期间比120°通电更长的重叠通电角控制中，在换向的前后产生重叠通电期间。换向时的扭矩下降减少，振动和噪音进一步降低。
[0095].卡合部74的外侧罩74c也可以省略。
[0096].外侧罩74c只要是在径向上具有弹性的构成，也可以变更为C形截面以外的截面形状。
[0097]本公开包括以下实施方式。
[0098](实施方式I)
[0099]冲击旋转工具(10)具备:心轴(31)，具有旋转轴线(Ax);站座(61)，与所述旋转轴线(Ax)同轴，并且配置在所述心轴(31)的前方；主锤(41)，直接或间接地连结至所述心轴(31)，能够绕所述旋转轴线(Ax)的周围旋转，并且能够沿轴向移动，卡合于所述砧座
(61)并赋予冲击，从而使所述砧座(61)旋转；副锤(51)，容纳所述主锤(41)的至少一部分和所述心轴(31)的至少一部分，与所述主锤(41) 一体地旋转；以及无刷马达(20)，使所述心轴(31)旋转。
[0100](实施方式2)
[0101]冲击旋转工具(10)能够还具备检测所述无刷马达(20)的旋转位置的旋转位置检测部⑶。
[0102](实施方式3)
[0103]优选地，冲击旋转工具(10)能够还具备控制所述无刷马达(20)的控制器(100)，所述控制器(100)构成为进行所述无刷马达(20)的进角控制。
[0104](实施方式4)
[0105]优选地，冲击旋转工具(10)能够还具备控制所述无刷马达(20)的控制器(100)，所述控制器(100)构成为进行所述无刷马达(20)的通电角控制。
[0106](实施方式5)
[0107]优选地，无刷马达(20)包括至少一个马达线圈(20u, 20v, 20w)，所述进角控制与所述至少一个马达线圈的感应电压的相位，使供给至所述无刷马达(20)的施加电压的相位前移。
[0108](实施方式6)
[0109]优选地，所述无刷马达(20)包括多个马达线圈(20u, 20v, 20w)，所述通电角控制以在换向的前后产生通电重叠期间的方式，延长针对所述多个马达线圈的通电时间。
[0110]实施方式和变更例也可适当地组合。
[0111]本发明在不从技术思想脱离的范围内，可以以其它特有的方式具体化，这对本领域技术人员是显而易见的。例如，也可省略在实施方式(或者一个或多个形式)中说明的零件中的一部分，或组合若干零件。本发明的范围应该参照所附权利要求书，与所附权利要求书赋予权利的均等物的全部范围共同确定。
【主权项】
1.一种冲击旋转工具，具备:心轴，具有旋转轴线；砧座，与所述旋转轴线同轴，且配置在所述心轴的前方；主锤，直接或间接地连结至所述心轴，能够绕所述旋转轴线旋转，并且能够沿轴向移 动，卡合于所述砧座并赋予冲击，从而使所述砧座旋转；副锤，容纳所述主锤的至少一部分和所述心轴的至少一部分，与所述主锤一体地旋转；以及无刷马达，使所述心轴旋转。2.如权利要求1所述的冲击旋转工具，还具备检测所述无刷马达的旋转位置的旋转位置检测部。3.如权利要求1或2所述的冲击旋转工具，还具备控制所述无刷马达的控制器，所述控制器构成为进行所述无刷马达的进角控制。4.如权利要求1或2所述的冲击旋转工具，还具备控制所述无刷马达的控制器，所述控制器构成为进行所述无刷马达的通电角控制。
【文档编号】B25B21/02GK105983937SQ201510096625
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年3月4日
【发明人】椿本浩幸, 宫崎博, 大石陵平
【申请人】松下知识产权经营株式会社