沖擊工具的制作方法

沖擊工具的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種沖擊工具，該沖擊工具是設計成以給定的條件與基體連接且提供具有周期性變化的角速度和/或扭矩的旋轉運動的動力工具。此外，齒輪(1、2、3、4)分別具有節圓的半徑r1(Θ)、r2(Θ)、r3(Θ)及r4(Θ)，Θ表示將齒輪(2)和齒輪(3)連接的行星軸(7)的角度位置，當齒輪(1、2、3、4)的半徑在至少0≤Θ≤2π的角度范圍內時，通過以滿足r1(Θ)·r3(Θ)/r2(Θ)·r4(Θ)＞1的不等式的方式構成驅動列，從而在驅動循環的至少某一部分期間使輸出軸的旋轉方向反轉。通過該結構，能夠提供解決了高噪音、高振動、高損耗及高磨耗的以往的問題的沖擊工具。
【專利說明】沖擊工具
[0001]本申請是申請號為201080016096.0、申請日為2011年10月10日、發明名稱為“沖
擊工具”的申請的分案申請。
【技術領域】
[0002]本發明涉及動力工具，具體而言，涉及施加沖擊扭矩的改良型的沖擊工具。
【背景技術】
[0003]對螺母、螺栓、螺釘等緊固件施加扭矩的通常的動力工具使用連續驅動或斷續驅動的機構。與連續驅動相比，通過斷續驅動提供斷續的輸出旋轉的沖擊工具能夠對緊固件施加更高的最大扭矩，與此同時，可適度降低對使用者帶來的扭矩(反作用)。另外，這種沖擊工具具有工具大小緊湊的優點，而且，實現斷續驅動的結構通常在向木材擰入螺釘等用途中起到維持驅動部分(鉆頭)與被驅動部分(螺釘頭)間的卡合的作用。這是因為，在驅動部分(鉆頭)的非驅動期間中驅動部分(鉆頭)與被驅動部分(螺釘頭)再次卡合。
[0004]作為實現斷續驅動的機構，通常使用由錘體10及砧臺11構成的旋轉機構(參照圖16)。錘體10經由凸輪機構與輸入軸連接，并在電動機的作用下旋轉到與將其和緊固對象的緊固件連接的砧臺11碰撞為止。當受到沖擊時，輸出軸根據角運動量的傳遞而旋轉規定量。當錘體10因向砧臺11碰撞而減速時，在凸輪機構的作用下，錘體10從砧臺11分離，由此,錘體10能夠再次加速而重復進行碰撞動作。
[0005]需要說明的是，作為公開了具備上述的錘體10等的以往的沖擊工具的在先技術文獻，例如存在有下述專利文獻I等。
[0006]在先技術文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:日本特開2000-42936號公報
[0009]專利文獻2:美國專利第3424021號說明書
發明概要
[0010]發明要解決的問題
[0011]然而，上述的使用斷續驅動的機構的沖擊工具的問題是所述工具通常伴有高噪音、高振動、高損耗及高磨耗的問題。
[0012]
【發明內容】

[0013]本發明是鑒于上述問題點的存在而完成的，其目的在于，通過使用具備非圓形齒輪的始終嚙合式的齒輪箱而對應處理所述的問題，其中，所述齒輪箱相對于恒定的輸入旋轉運動能夠進行包含斷續運動及正反轉運動的變化的輸出旋轉運動。
[0014]用于解決問題的手段
[0015]以下，說明本發明。需要說明的是，為了便于理解本發明，用括號將附圖的參照符號括起，但并不因此使本發明局限于圖示的形態。[0016]本發明的沖擊工具設計成以給定的條件與基體連接并提供具有周期性變化的角速度和/或扭矩的旋轉運動，其特征在于，包括:輸入軸，其提供所述角速度和/或扭矩在旋轉一周的期間內實質上恒定的旋轉運動；輸出軸，其所述角速度作為所述輸入軸的角度的函數而變化；齒輪箱，其具備作為將所述輸入軸的旋轉運動向所述輸出軸傳遞的驅動列的兩對以上的齒輪(1、2、3、4)，所述兩對以上的齒輪(1、2、3、4)包括與所述輸入軸相關聯的第一齒輪對(1、2)和與所述輸出軸相關聯的第二齒輪對(3、4)，所述齒輪(1、2、3、4)分別具有節圓的半徑及1*4(?)，所述Θ表示連接齒輪⑵和齒輪(3)的行星軸(7)的角度位置，通過以所述齒輪(1、2、3、4)的半徑至少在OS O的角度范圍內時滿足下述不等式即A (Θ).r3(Θ)/r2(Θ).r4(Θ) > I的方式構成所述驅動列,從而在驅動循環的至少某一部分期間使所述輸出軸的旋轉方向反轉。
[0017]在本發明的沖擊工具中，當以ζ作為衰減比、以wn作為包括沖擊工具和沖擊工具與基體的連接在內的系統的旋轉固有振動頻率時，輸出循環振動頻率比由sqrt(2X (1-2 ζ ) )wn定義的計算循環振動頻率大。需要說明的是,上式中的“sqrt”表示平方根(square root)(以下同樣)。
[0018]另外，本發明的沖擊工具設計成以給定的條件與基體連接并提供具有周期性變化的角速度和/或扭矩的旋轉運動，其特征在于，包括:輸入軸，其提供所述角速度和/或扭矩在旋轉一周的期間內實質上恒定的旋轉運動；輸出軸，其所述角速度作為所述輸入軸的角度的函數而變化；齒輪箱，其具備作為將所述輸入軸的旋轉運動向所述輸出軸傳遞的驅動列的兩對以上的齒輪(1、2、3、4)，所述兩對以上的齒輪(1、2、3、4)包括與所述輸入軸相關聯的第一齒輪對(1、2)和與所述輸出軸相關聯的第二齒輪對(3、4)，當以ζ作為衰減比、以wn作為包括沖擊工具和沖擊工具與基體的連接在內的系統的旋轉固有振動頻率時，輸出循環振動頻率比由sqrt(2X (1-2 ζ ))wn定義的計算循環振動頻率大。
[0019]在本發明的沖擊工具中，所述沖擊工具與所述基體的連接由使用者提供，所述輸出循環振動頻率為大于14Hz的振動頻率。
[0020]另外，在本發明的沖擊工具中，該沖擊工具用于緊固螺釘，所述輸出軸的正轉運動(向螺釘的緊固方向的旋轉運動)引起工具部件與所述螺釘的分離，之后的反轉運動引起所述工具部件與所述螺釘的再次卡合。
[0021]而且，在本發明的沖擊工具中，所述沖擊工具構成為使用時循環振動頻率實質上大于系統整體的固有振動頻率。
[0022]進一步而言，在本發明的沖擊工具中，可以為了降低作用于基體(例如，正在把持的使用者)的扭矩，自由設定所述輸出軸旋轉的時間與所述輸出軸停止的時間之比。
[0023]另外，在本發明的沖擊工具中，還可以具備間接地感知輸出扭矩的機構，該機構用于感知輸入側的扭矩并據此使用已知的齒輪比和關于系統的角度位置的信息而計算輸出側的扭矩。
[0024]另外，在本發明的沖擊工具中，該沖擊工具用于緊固螺釘，為了避免在非驅動期間彼此間隔的驅動期間內所述工具部件從所述螺釘分離而使所述輸出軸的旋轉角足夠小。
[0025]另外，在本發明的沖擊工具中，該沖擊工具用于緊固螺釘，所述輸出軸的反轉角度構成為在驅動期間內所述工具部件與所述螺釘稍微分離后使所述工具部件與所述螺釘再次卡合。[0026]進一步而言，在本發明的沖擊工具中，所述齒輪箱所包括的旋轉體(186)可以具備平衡配重部(186a)，該平衡配重部(186a)用于獲取與連接齒輪(2(173))和齒輪(3(172))的行星軸(7(174))的平衡。
[0027]發明效果
[0028]根據本發明，能夠提供解決了高噪音、高振動、高損耗及高磨耗這種以往的問題的沖擊工具。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是用于說明本實施方式的非圓形齒輪箱的結構的示意圖。
[0030]圖2是表示作為輸入的角度&的函數而變化的齒輪比的曲線圖。
[0031]圖3是例示出以行星齒輪箱結構配置了本實施方式的非圓形齒輪的形態的圖。
[0032]圖4是表示通常的螺釘頭和螺釘驅動鉆的端面的圖。
[0033]圖5是例示出本實施方式的沖擊工具的結構的框圖。
[0034]圖6是表示本實施方式的系統整體的固有振動頻率與循環振動頻率之間的關系的曲線圖。
[0035]圖7是表示本發明可采用的其他實施例的圖。
[0036]圖8是表示本發明可采用的另外實施例的圖。
[0037]圖9是表示實現本發明的非圓形行星齒輪/非圓形太陽齒輪對的一例的圖。
[0038]圖10是表示本實施例的沖擊工具的整體結構的縱剖面右側面圖。
[0039]圖11是用于說明本實施例的沖擊工具的要部結構的主要部分分解立體展開圖。
[0040]圖12是表示本實施例的非圓形行星齒輪的圖，圖中的(a)表示后方側面，而圖中的(b)表示剖面。
[0041]圖13是表示本實施例的帶輸出軸的非圓形太陽齒輪的圖，圖中的(a)表示后方側面，而圖中的(b)表示剖面。
[0042]圖14是用于說明噪音測定方法的圖。
[0043]圖15是表不本發明可米用的又一其他實施例的圖。
[0044]圖16是例示出作為實現斷續驅動的機構而通常使用的、由錘體及砧臺構成的旋轉機構的圖。
【具體實施方式】
[0045]以下，利用【專利附圖】

【附圖說明】用于實施本發明的適當的實施方式。需要說明的是，以下的實施方式對各權利要求的發明不構成限制，另外，在實施方式中說明的特征的所有組合不一定都是發明用于解決技術問題所必須的。
[0046]圖5是例示本實施方式的沖擊工具的結構的框圖。為了達成期望的平均扭矩特性及平均速度特性，本實施方式的沖擊工具例如具備通過電動機軸16與以往的齒輪箱25結合的電動機(電磁、空氣壓或使用其他動力的電動機)14。
[0047]設置在齒輪箱25的輸入軸26向包括非圓形齒輪的非圓形齒輪箱18提供驅動力，然后非圓形齒輪箱18驅動輸出軸17。該非圓形齒輪箱18的輸入角速度與輸出角速度之比可以表示為輸入軸26的角度的函數。輸出軸17通常與作為傳遞沖擊扭矩的對象的工具部件22例如螺母或螺釘等機械式緊固件連接成能夠分離。
[0048]圖1是用于說明本實施方式的非圓形齒輪箱18的結構的示意圖。如圖1所示，非圓形齒輪箱18包括輸入齒輪23及輸出齒輪24，所述齒輪23、24分別具有沿著它們整周發生變化的半徑。在此，以如下方式定義齒輪比。
[0049]ω2 = Rq χ
[0050]在上式中，O1是通過設置在以往的齒輪箱25中的輸入軸26提供的輸入角速度，R是齒輪比，ω2是輸出軸17的輸出角速度。在如圖1所示的2齒輪驅動列中，根據對合的兩個齒輪23、24在該時刻的接觸點的半徑比，能夠如以下方式得出齒輪比。
[0051]R = TlZr2
[0052]在上式中，rι是輸入齒輪23的節圓的半徑，r2是輸出齒輪24的節圓的半徑。通過具備作為角度?的函數而使半徑變化的一對非圓形齒輪，能夠達成作為輸入的角度?的函數而變化的齒輪比(參照圖2),因此,將Kr1及r2整體替換為R(?)及1*2(?)。
[0053]在此說明的結構中，恒定速度的輸入提供相對于輸入軸26的角度和時間這雙方發生變化的輸出速度。此外，當以T1作為輸入扭矩、以T2作為輸出扭矩時，通過T2 = T1/R(Θ)提供扭矩，從而根據該變化的齒輪比能夠提供變化的扭矩輸出。
[0054]為了保證向基體21傳遞的扭矩比通過輸出而施加的扭矩低，輸出循環振動頻率設定為比sqrt (2X (1-2 ζ ) )wn (稱為“計算循環振動頻率范圍(Calculated CycleFrequency Range)”)大。在上式中，ζ是衰減比，wn是包含沖擊工具和沖擊工具與基體21的連接在內的系統的旋轉固有振動頻率。對于本實施方式的沖擊工具的使用者而言，該計算循環振動頻率范圍能夠表示為比14Hz大的振動頻率。
[0055]本實施方式的進一步的改良點在于上述的非圓形齒輪23、24以行星齒輪箱結構來配置。如圖3所示，一對圓形齒輪1、2能夠與一對非圓形齒輪3、4組合。需要說明的是，作為變形例，也可以與圖3所示的結構相反，符號1、2所示的一對齒輪為非圓形齒輪，符號
3、4所示的一對齒輪為圓形齒輪。而且，也可以使所有的齒輪為非圓形齒輪。
[0056]輸入軸5與驅動臂6剛性連結，其結果是，當輸入軸5旋轉時，驅動臂6旋轉相同的量。由此，行星軸7以恒定的半徑圍繞輸入軸5的軸轉圈。行星軸7被驅動臂6驅動時，其圍繞自身的軸自由旋轉。被驅動行星齒輪2與行星軸7剛性連結。該行星軸7的角度被稱為?。當被驅動行星齒輪2圍繞靜止太陽齒輪I移動時，被驅動行星齒輪2由此相對于其軸進行旋轉，從而驅動行星軸7旋轉。該旋轉驅動與行星軸7剛性連結的驅動行星齒輪
3。接下來，驅動行星齒輪3使輸出太陽齒輪4旋轉，由此驅動輸出軸27旋轉。
[0057]圖3所示的齒輪配置通過以往技術例如上述的專利文獻2知曉。
[0058]這種系統的齒輪比如下所述。
[0059]R(Θ) = 1-1r1(O).r3(Θ)/r2 (Θ).r4(Θ)
[0060]在上式中，θ為行星軸7的角度。若齒輪1、2、3及4為圓形，則rJO) = F1 =恒定，r2(0) = r2 =恒定，r3(0) = r3 =恒定，r4 (O) = r4 =恒定，因此,齒輪比 R( O) =R=恒定。然而，在如前述那樣一對齒輪形成為非圓形的情況下，R(@)通常作為Θ的函數而變化。另外，在某一時間范圍期間，A(O) =r4(0)&r2(0) =r3(Θ)的情況下，R(O)=0，輸出停止， 另一方面，輸入繼續旋轉。由此能夠獲得斷續的驅動。
[0061]伴隨輸入軸5的慣性在非驅動期間中加速，在驅動期間中減速。因此，輸出軸27的扭矩是例如由電動機提供的驅動扭矩和相對于慣性的減速的反作用的組合。因此，這種結構能夠施加比電動機的直接驅動高的扭矩。
[0062]需要說明的是，還能夠實現具有靜止太陽齒輪1上的內齒輪形式和/或輸出太陽齒輪4上的內齒輪形式的同樣的系統。
[0063]而且，齒輪節圓半徑的依存形式rn(O) (n = 1、2、3、4)對輸出速度的變化率帶來影響。為了避免速度的急劇變化，能夠選擇齒輪節圓半徑的依存形式，使速度十分慢地增大。通過使速度較慢地增大，能夠避免非常高的加速，所以其結果是可降低噪音及振動。
[0064]作為其他可采用的變更形態，還包括以在循環中的O = Omv1到& =Θrev2 (O ≤ ?revl, Orev2≤2π)的某一角度或某一角度范圍內成為r1(O).r3(Θ) >r2(Θ).r4(Θ)，在若干個點上成為;r1 (Θ).r3(Θ) < r2(Θ).r4(Θ)的方式,選擇節圓半徑的情況(即，當在O≤O≤2π的角度范圍時，包括r1(O).r3(Θ)/r2(Θ) r4(O) > 1的情況和 r1(O).r3(Θ)/r2(Θ).r4(0) <1 的情況)。于是，當滿足 Orevl < Θ < Orev2時，能夠始終獲得使旋轉方向反轉的輸出。這可以用于向木材擰入螺釘等用途。在螺釘的擰入過程中，擰入螺釘的連續驅動有時會引起輸出軸.界面(常被稱為“鉆頭”)與被驅動部分(螺釘頭)間的連接相分離的情況，這是在該【技術領域】中稱為“脫離咬合(cam-out)”的公知現象。在本發明中，最初，通過在各個驅動循環中僅前進少量，從而避免了在所給的循環中的鉆頭與螺釘頭的分離。而且，在非驅動中，通過反轉某一角度，使鉆頭與螺釘頭再次卡合，從而限制或防止多個循環中的脫離咬合。這種狀態在圖4中示出。在圖4中，示出了一般的螺釘頭8和螺釘驅動鉆9的端面圖。它們在最初充分對位，在驅動中它們開始分離，在驅動期間后，通過反轉而容易再次卡合。
[0065]電動機14可以考慮能夠利用某種方法例如電磁場或空氣壓向殼體15傳遞扭矩的結構。所述電動機14經由某一連結軸(電動機軸16)來驅動前述類型中的一種類型的非圓形齒輪箱18。該非圓形齒輪箱18以機械方式或其他方式與殼體15及輸出軸17連接，而后與某一工具部件22連接。
[0066]考慮到從某一個驅動期間開始到下一個驅動期間為止所花費的全部時間，能夠達成向基體21傳遞的最大扭矩的輸出軸17的“循環周期”(它的倒數為“循環振動頻率”)的利益。該系統被視作近似于扭簧12及扭轉減振器13的系統，利用例如人的手腕固定在基體21上，在具有某種旋轉慣性的情況下，系統整體的固有振動頻率與循環振動頻率間的關系決定施加在基體21上的最大扭矩。在循環振動頻率無限的極端的殼體中，基體21承受與工具部件22所承受的扭矩相同的最大扭矩。當限制循環振動頻率與系統的固有振動頻率時，基體21承受的最大扭矩進一步增大。然而，當循環振動頻率增大到超過系統整體的固有振動頻率時，基體21承受的扭矩比最大扭矩低。
[0067]圖6表不固有振動頻率14Hz下的該效果，y軸表不定義成輸出的力與輸入的力的比的“傳遞率”，以dB來表示。因此，通過適當選擇齒輪形式，能夠以達成該有利的工作特性的方式選擇循環振動頻率。而且，所傳遞的扭矩的大小由輸出軸17旋轉的時間與輸出軸17停止的時間之比來決定。由于所有沖擊須保存在基體21與工具部件22之間，所以當以短時間向工具部件22施加高扭矩時，能夠使其與經過更長時間地施加到基體21上的非常低的扭矩相平衡。即，為了降低作用于基體的扭矩，本實施方式的沖擊工具通過具備可自如設定輸出軸17旋轉的時間與輸出軸17停止的時間之比的機構，從而能夠控制輸出側的扭矩。[0068]作為上述的實施方式的其他優點，具有在輸入與輸出之間始終達成嚙合的情況。與輸入扭矩和輸出扭矩之間不存在相關關系的以往的沖擊工具不同，根據本實施方式的結構在輸入扭矩與輸出扭矩之間存在相關關系。由此，能夠感知輸入側的扭矩，并據此使用既知的齒輪比與關于系統的角度位置的信息來計算輸出側的扭矩。即，本實施方式的沖擊工具通過進一步具備間接感知輸出扭矩的機構，能夠計算輸出側的扭矩。
[0069]上述的這些機構例如在控制施加到緊固件上的扭矩時是有用的。在使用電磁電動機的情況下，能夠根據關于電流及電壓的信息獲得電動機的扭矩。因此，作為本實施方式的一例，本發明包含電子扭矩傳感檢測。
[0070]上述的本實施方式的一個優點在于，由于去除了沖擊機構且輸出軸更加平緩地加速，所以與既存的沖擊工具相比，能夠降低噪音。同樣，本實施方式能夠降低因裝置產生的振動。而且，將高損耗的碰撞及滑動接觸替換為齒輪的滾動接觸，由此，本實施方式可實現低損耗。這還可以帶來低磨耗的優點，且進而產生使用壽命長的優點。
[0071]作為本領域技術人員可以理解的是，上述的本實施方式的沖擊工具能夠普遍地對包括旋具?鉆具及沖擊?旋具的動力工具帶來益處。而且，在需要旋轉往復動作的情況下，例如對于灌木切割機(修剪機)而言，可以使用這種系統。
[0072]另外，例如，通過使用齒輪?齒條而實現單純的“旋轉-直線”變換，本實施方式還能夠適用于其他裝置，尤其可適用于往復動作鋸裝置。
[0073]而且，本實施方式的其他優點在于，在本實施方式的裝置特性中，對于電動機及齒輪箱的給定組合，能夠實現比旋具.鉆具等以往技術的直接驅動裝置高的輸出扭矩，由此，在扭矩相等的情況下能夠減小裝置的大小。本實施方式的沖擊機構的使用再與旋具.鉆具等的直接驅動裝置相比時，對于給定的輸出扭矩，能夠降低由裝置施加到機械性的“基體(例如使用者)”的扭矩。而且，在(使用鉆頭進行的螺釘的擰入等)可能喪失接觸的用途中，通過反轉可實現鉆頭與螺釘頭之間的再次卡合，由此能夠避免喪失卡合。
[0074]以上，雖然對本發明的優選的實施方式進行了說明，但是，本發明的技術范圍不局限于上述實施方式中記載的范圍。在上述實施方式中，可以實現多種變更或改良。
[0075]例如，圖7示出了如下的特定實施方式，該實施方式適合用于包括作為已知為沖擊.旋具這種類型的動力工具的代替工具而使用的情況的多個用途。輸入軸71驅動旋轉體78，在該旋轉體78中安裝有行星軸74，行星軸74圍繞其本身的軸而自由旋轉。在行星軸74上安裝有圓形行星齒輪73及非圓形行星齒輪72。所述齒輪72、73相互連接，在需要從齒輪箱提供一定程度的扭矩能力的情況下，優選通過一體形成而實現連接。圓形行星齒輪73在與機械裝置.基體連接的圓形太陽齒輪76的作用下旋轉。因此，非圓形行星齒輪
72由圓形行星齒輪73驅動。其結果是，非圓形行星齒輪72驅動非圓形太陽齒輪75。該非圓形太陽齒輪75與輸出軸77連接且驅動輸出軸77。
[0076]圖7所示的實施方式與圖3所示的結構相比具有一定程度的優點。不在機構的輸入軸71端、而在輸出軸77端將圓形太陽齒輪76與基體連接，能夠實現在旋轉體78內的兩端支承行星軸74 。通過在旋轉體78內的兩端支承行星軸74，對于施加到行星軸74上的給定力矩，能夠降低行星軸74兩端的垂直負載，從而能夠形成更高強度的齒輪箱，實現更輕更緊湊的齒輪箱結構。而且，該結構無需在所述齒輪72、73之間收容軸承，能夠使圓形行星齒輪73和非圓形行星齒輪72作為單一部件形成。由于在所述的齒輪72、73之間傳遞一定程度的扭矩，所以利用該結構能夠提高該單元的強度。
[0077]在輸入軸上需要安裝追加的減速齒輪箱的情況下，還存在使系統整體的大小減小的可能性。圖8所示的其他實施方式表示在旋轉體86上直接設置的追加的減速齒輪箱。輸入軸85驅動太陽齒輪81，太陽齒輪81作用于一個或多個行星齒輪82，行星齒輪82在與基體連接的圓形內齒輪84內移動。行星齒輪82的軸83提供旋轉體86圍繞軸的旋轉驅動。另外，可以在旋轉體86上適當地設置軸83。與在圖3所示的結構的輸入部分安裝追加的獨立的減速齒輪箱的情況相比，這種情況可實現一定程度的簡單化且減小大小。
[0078]在利用以往技術的沖擊.旋具將4.5X90mm的螺釘擰入干燥的松木的情況下，可知在抒入的中間點(螺釘的約45mm抒入木材中時),一般利用錘體碰撞I次使螺釘產生90度旋轉。I次碰撞所需的時間為15ms，因此，該脈沖列的振動頻率為67Hz。這比工具/使用者系統的固有振動頻率高很多。另外，傳遞到使用者的扭矩是將施加到螺釘的扭矩時間平均化的值。因此，使用者不會承受施加到螺釘上的高扭矩?脈沖。而且，可以知曉的是，通常的沖擊.旋具的分析是在最差情形下的脫離咬合條件下一般使鉆頭相對于螺釘反轉10度。
[0079]通過選擇適當的非圓形齒輪形式及圓形齒輪大小，對于前述的以往技術的沖擊.旋具的工作特性，使用本發明在齒始終保持卡合的(無碰撞的)齒輪箱內也能夠成為同樣的工作特性。圖9示出了達成上述情況的非圓形行星齒輪91/非圓形太陽齒輪92對的一例。所述的齒輪91、92具有實質上同樣的模塊的14個齒。能夠將所述的齒輪91、92在圖7或圖8所示類型的齒輪箱內與行星:太陽比=0.765的圓形齒輪(例如，節圓直徑13mm的圓形行星齒輪和節圓直徑17mm的圓形太陽齒輪)組合。該結構使輸出軸(圖7的符號77及圖8的符號87)正轉95度，然后使所述輸出軸77、87反轉10度。
[0080]需要說明的是，關于上述的輸出軸77、87的正轉角度和反轉角度，是根據構成本發明的齒輪組的結構條件等而變化的。例如，輸出軸77、87的反轉角度一般為10度左右的情況僅為例示出的代表性的數`值。通過在該發明思想的范圍內對本發明的結構部件進行適當變更，能夠對本發明的沖擊工具的工作特性進行各種設定上的變更。
[0081]在利用圖7所示的結構實施這些形式時，當以1556rpm驅動輸入軸71時，輸出軸77的驅動/反轉循環以34Hz的頻率進行。該結構在不進行以往技術中的裝置的碰撞的情況下進行工作就能夠達成目的，從而在操作中達成了更低的噪音水平。
[0082]或者，也可以使用圖8所示的結構。在圓形太陽齒輪81的節圓直徑為5mm、圓形行星齒輪82的節圓直徑為17.5mm、圓形內齒輪84的節圓直徑為40mm的情況下，輸入軸85與旋轉體86之間達成9: I的減速比。因此，在使輸入軸85以14000rpm(同樣的動力工具所采用的以往技術中電動機的非異常速度)進行旋轉的情況下，驅動/反轉循環以34Hz的頻率進行。
[0083]因此，與旋具.鉆頭相比，能夠達成沖擊.旋具的有益的特性。這些有益的特性包括:同樣的螺釘擰入時間、少產生脫離咬合、施加于螺釘較高的最大扭矩及施加于使用者較低的最大扭矩、以及相對于給定的扭矩輸出減小尺寸。而且，與沖擊.旋具相比，能夠實現大幅度降低噪音、降低振動以及提高效率和降低磨耗。
[0084]需要說明的是，在上述的實施方式中，利用圖4等對限制及防止多個循環中出現的脫離咬合現象的機構進行了說明。即，在本實施方式中，最初，通過在各個驅動循環中僅進行少量的正轉運動，從而避免在給定的循環中鉆頭與螺釘頭分離。而且，即使在驅動中它們開始分離，也能夠在驅動期間之后利用反轉容易地使其再次卡合。另外，說明了所述的動作通過設置在非圓形齒輪箱18內的始終嚙合的2齒輪驅動列等來實現的情況。不過，在上述的實施方式中，能夠增加進一步的適當的改良，例如，為了避免在驅動期間中工具部件從螺釘分離，優選構成為使非驅動期間彼此間隔的輸出軸的旋轉角足夠小。另外，作為其他的改良例，輸出軸的反轉角度優選設定成在驅動期間中工具部件與螺釘稍微分離后使工具部件與螺釘再次卡合。利用這種改良，能夠可靠地防止脫離咬合現象。
[0085]另外，利用圖7及圖8等例示出的結構只是例示了本發明可采用的一形態。本發明在具有上述的基本結構，發揮同樣的作用效果的范圍內，能夠采用各種變形形態。例如，作為圖7所示的實施方式的變形例由圖15示出。在由圖15表示的實施方式中，與圖7的區別在于，非圓形行星齒輪72及非圓形太陽齒輪75配置在輸出軸77側，圓形行星齒輪73及圓形太陽齒輪76配置在輸入軸71側這一點。在圖15所示的實施方式中，在輸入軸71的前端設置有旋轉體78。當輸入軸71驅動旋轉體78時，安裝在旋轉體78上的行星軸74進行行星運動。該行星軸74圍繞其本身的軸而自由地旋轉。另外，在行星軸74上安裝有非圓形行星齒輪72及圓形行星齒輪73。這些齒輪72、73相對于行星軸74相互連接固定。圓形行星齒輪73在與機械裝置.基體連接的圓形太陽齒輪76的作用下旋轉。因此，非圓形行星齒輪72隨著圓形行星齒輪73的旋轉運動而被驅動旋轉。其結果是，非圓形行星齒輪72驅動非圓形太陽齒輪75。由于輸出軸77與該非圓形太陽齒輪75連接，所以輸出軸77隨著非圓形太陽齒輪75的旋轉驅動而被驅動旋轉。需要說明的是，在圖15所示的實施方式中，由于非圓形行星齒輪72以相對于非圓形太陽齒輪75處于對稱位置的方式配置多個，所以具有旋轉運動的平衡好的優點。
[0086]根據權利要求書的記載可以明確的是，進行了這種變更或改良的形態也包含在本發明的技術范圍內。
[0087]接下來，使用圖10?圖13說明將利用圖7及圖8例示出的實施方式具體適用于沖擊工具的實施例。在此，圖10是表示本實施例的沖擊工具的整體結構的縱剖面右側面圖。另外，圖11是用于說明本實施例的沖擊工具的要部結構的主要部分的分解立體展開圖。而且，圖12是表示本實施例的非圓形行星齒輪的圖，圖13是表示本實施例的帶有輸出軸的非圓形太陽齒輪的圖，各圖中的(a)表示后方側面，圖中的(b)表示剖面。
[0088]如圖10及圖11所示，本實施例的沖擊工具100是電池式的沖擊工具100，其具備:收容電動機111等驅動源的外殼110、在外殼110的下端部設置成拆裝自如而對該電動機111進行驅動電力的供給的電池組130。
[0089]外殼110包括:外殼上部體IlOa,其收容電動機111和相當于上述的本實施方式的非圓形齒輪箱18的驅動機構部115 ;外殼中央體110b，其受到使用者的把持；外殼下部體110c，其具備與電池組130連接的連接機構。從外殼下部體IlOc經由外殼中央體IlOb到外殼上部體110a，實施了電力配線，充到電池組130中的驅動電力能夠向電動機111供給。另外，在外殼中央體IlOb的上方前面側設置有操作開關112，把持外殼中央體IlOb的使用者能夠對該操作開關112進行適當的操作。
[0090]設置在電動機111的前方的驅動機構部115具體地實現了利用圖7及圖8說明的本發明的機構。即，本實施例的驅動機構部115具備:與電動機111所具備的電動機軸Illa連接的太陽齒輪181、在該太陽齒輪181的周圍嚙合連接的兩個行星齒輪182、182、包圍兩個行星齒輪182、182的外周的圓形內齒輪184。當通過向電動機111供給電力而使電動機軸Illa旋轉時，電動機軸Illa驅動太陽齒輪181，太陽齒輪181作用于兩個行星齒輪182、182，行星齒輪182、182在與作為機械裝置?基體的外殼上部體IlOa連接的圓形內齒輪184內移動。
[0091]在兩個行星齒輪182、182的前方設置有旋轉體186。行星齒輪182的軸183與該旋轉體186連接，提供旋轉體186的圍繞軸的旋轉驅動。
[0092]在從旋轉體186的旋轉中心偏心的位置設置行星軸174。該行星軸174以收容于旋轉體186的內部的形式設置，行星軸174的雙方的軸端部由設置在旋轉體186內的滾針軸承等軸承174a、174b軸支承。
[0093]另外，在行星軸174上，在前方側的軸端部安裝有圓形行星齒輪173，在后方側的軸端部安裝有非圓形行星齒輪172。所述的齒輪172、173彼此剛性連接，而且，能夠圍繞行星軸174的軸而自由地旋轉。
[0094]圓形行星齒輪173與固定連接于作為機械裝置.基體的外殼上部體IlOa的圓形太陽齒輪176嚙合。即，當旋轉體186利用兩個行星齒輪182、182的旋轉而被驅動旋轉時，行星軸174圍繞圓形太陽齒輪176轉圈，其結果是，圓形行星齒輪173在該固定設置的圓形太陽齒輪176的周圍邊自轉的同時還進行公轉。
[0095]隨著圓形行星齒輪173的上述旋轉驅動，非圓形行星齒輪172也同樣地被驅動旋轉。由于與輸出軸177連接的非圓形太陽齒輪175與該非圓形行星齒輪172嚙合，所以非圓形太陽齒輪175與非圓形行星齒輪172的旋轉驅動對應地被驅動旋轉，作為其結果，輸出軸177被驅動旋轉。需要說明的是，與非圓形太陽齒輪175連接的輸出軸177的旋轉軸中心與旋轉體186的旋轉中心軸重疊。另外，輸出軸177的后方側的軸端部由設置在旋轉體186內的軸承支承，前方側的`軸端部與鉆頭架179連接。因此，設置在鉆頭架179上的旋具等工具與輸出軸177的旋轉驅動對應地旋轉，從而能夠對外部實施作業。
[0096]需要說明的是，如上所述，旋轉體186伴隨行星齒輪182的行星運動而被驅動旋轉，但在其內部設置的行星軸174偏心設置。另外，在行星軸174上設置有非圓形行星齒輪172和圓形行星齒輪173這種重量部件。因此，為了使旋轉體186適當地進行旋轉運動，需要設置用于獲得與行星軸174等重量部件相平衡的平衡配重。因此，在本實施例的旋轉體186中，如圖11所示，采用了將旋轉體的主體中央部分形成為半切割結構，在與行星軸174的設置位置對置的位置設置由半切割結構構成的平衡配重部186a的結構。通過設置該平衡配重部186a，旋轉體186能夠穩定地進行旋轉運動，從而能夠實現具有穩定操作性的沖擊工具100。
[0097]接下來，參照圖10說明本實施例的沖擊工具100的動作。
[0098]在本實施例的沖擊工具100中，利用電動機111的驅動而驅動電動機軸Illa旋轉，該電動機軸Illa的旋轉力使太陽齒輪181旋轉。當太陽齒輪181旋轉時，設置在太陽齒輪181與圓形內齒輪184之間的兩個行星齒輪182、182進行行星運動。由于行星齒輪182所具有的軸183與旋轉體186連接，所以通過兩個行星齒輪182、182進行行星運動而驅動旋轉體186旋轉。
[0099]當旋轉體186被驅動旋轉時，在與外殼上部體IlOa固定連接的圓形太陽齒輪176的作用下，圓形行星齒輪173旋轉，與該圓形行星齒輪173剛性連接的非圓形行星齒輪172也與圓形行星齒輪173同樣進行旋轉驅動。由于非圓形行星齒輪172和圓形行星齒輪173設置在設于旋轉體186的內部的行星軸174上，所以這兩個齒輪172、173在圍繞行星軸174的軸自由地旋轉的同時，圍繞旋轉體186的旋轉中心軸進行轉圈運動。
[0100]在以如上方式進行行星運動的非圓形行星齒輪172上嚙合有非圓形太陽齒輪175，并且在該非圓形太陽齒輪175上連接有輸出軸177。此外，由于非圓形太陽齒輪175對應于非圓形行星齒輪172的行星運動而旋轉，所以其旋轉驅動力能夠傳遞到輸出軸177，從而能夠向外部提供給定的扭矩。
[0101]需要說明的是，如在上述的實施方式中說明的那樣，在本實施例的沖擊工具100中，也是在兩個非圓形齒輪即非圓形行星齒輪172及非圓形太陽齒輪175的作用下，輸出軸177進行正轉并且在規定的循環期間進行反轉動作。通過該動作，可獲得防止脫離咬合等良好的效果。
[0102]而且，本實施例的沖擊工具100與具備錘體10等的以往的沖擊工具不同，由于具備利用多個非圓形齒輪實現作為沖擊工具的機構的結構，所以具有負載使用時低噪音這種良好的優點。該優點能夠根據圖14及表1所示的、使用以往的沖擊工具和本實施例的沖擊工具100產生的噪音的比較測定的分析結果而得到明確。在此，圖14是用于說明噪音測定方法的圖。
[0103]此次實施的噪音測定方法是對由干燥美松(Dry Pine)構成的試驗片190中緊固φ4.5 WOmm的木螺釘時產生的噪音進行測定的方法。噪音的測定位置是在沖擊工具的
后方、左方、上方及下方距離沖擊工具Im的位置。需要說明的是，當測定噪音時，通過附加A特性頻率加權聲壓水平(A weighted sound pressure level)來進行測定。另外,在噪音測定中使用的沖擊工具是利用圖10等說明的本實施例的沖擊工具100和以上述專利文獻I為代表的以往的具備錘體1`0等的沖擊工具。根據以上的條件測定的噪音的測定結果如表1所示。需要說明的是，表1是對有負載時的噪音的測定結果進行比較的表。
[0104][表 I]
[0105]表1負載時的噪音的比較
[0106]
__噪音測定結果(dB (A))__
__整__&7I______f 均
本實施例80.282.181.880.281.1
比較例
C 以往的沖8( 486.08M186.986.1
擊.旋具)
[0107]根據表1可以明確的是，與以往技術的沖擊工具(沖擊?旋具)相比，本實施例的沖擊工具100在所有測定位置均為低噪音水平。另外，即使比較測定到的噪音結果的平均值，也因相差5.0dB(A)而使得本實施例的沖擊工具100實現低噪音，從而確認出本發明的優越性。
[0108]符號說明
[0109]I 靜止太陽齒輪、2 被驅動行星齒輪、3 驅動行星齒輪、4 輸出太陽齒輪、5輸入軸、6驅動臂、7行星軸、8 螺釘頭、9 螺釘驅動鉆、10錘體、11砧臺、12扭簧、13扭轉減振器、14電動機、15殼體、16電動機軸、17輸出軸、18非圓形齒輪箱、21基體、22工具部件、23輸入齒輪、24輸出齒輪、25 (以往的)齒輪箱、26輸入軸、27輸出軸、71輸入軸、72非圓形行星齒輪、73圓形行星齒輪、74行星軸、75非圓形太陽齒輪、76圓形太陽齒輪、77輸出軸、78 旋轉體、81太陽齒輪、82 行星齒輪、83軸、84圓形內齒輪、85輸入軸、86旋轉體、87輸出軸、91非圓形行星齒輪、92非圓形太陽齒輪、100沖擊工具、110外殼、IlOa外殼上部體、IlOb外殼中央體、IlOc外殼下部體、111電動機、11 Ia電動機軸、112操作開關、115驅動機構部、130電池組、172非圓形行星齒輪、173圓形行星齒輪、174行星軸、174a、174b軸承、175非圓形太陽齒輪、176 圓形太陽齒輪、177 輸出軸、179 鉆頭架、181 太陽齒輪、182行星齒輪、183軸、184圓形內齒輪、186旋轉體、186a平衡配重部、190試驗片。
【權利要求】
1.一種沖擊工具，其設計成以給定的條件與基體連接并提供具有周期性變化的角速度和/或扭矩的旋轉運動，其特征在于，包括: 輸入軸，其提供所述角速度和/或扭矩在旋轉一周的期間內實質上恒定的旋轉運動； 輸出軸，其所述角速度作為所述輸入軸的角度的函數而變化； 齒輪箱，其具備作為將所述輸入軸的旋轉運動向所述輸出軸傳遞的驅動列的兩對以上的齒輪(1、2、3、4)，所述兩對以上的齒輪(1、2、3、4)包括與所述輸入軸相關聯的第一齒輪對(1、2)和與所述輸出軸相關聯的第二齒輪對(3、4), 當以?作為衰減比、以wn作為包括沖擊工具和沖擊工具與基體的連接在內的系統的旋轉固有振動頻率時， 輸出循環振動頻率比由sqrt(2X (1-2 ζ ))wn定義的計算循環振動頻率大。
2.根據權利要求1所述的沖擊工具，其特征在于， 所述沖擊工具與所述基體的連接由使用者提供， 所述輸出循環振動頻率為大于14Hz的振動頻率。
3.根據權利要求1所述的沖擊工具，其特征在于， 該沖擊工具用于緊固螺釘， 所述輸出軸的正轉運動引起工具部件與所述螺釘的分離，之后的反轉運動引起所述工具部件與所述螺釘的再次卡合。
4.根據權利要求1所述的沖擊工具，其特征在于， 所述沖擊工具構成為使用時循環振動頻率實質上大于系統整體的固有振動頻率。
5.根據權利要求1所述的沖擊工具，其特征在于， 為了降低作用于基體的扭矩，自由設定所述輸出軸旋轉的時間與所述輸出軸停止的時間之比。
6.根據權利要求1所述的沖擊工具，其特征在于， 還具備間接地感知輸出扭矩的機構，該機構用于感知輸入側的扭矩并據此使用已知的齒輪比和關于系統的角度位置的信息而計算輸出側的扭矩。
7.根據權利要求3所述的沖擊工具，其特征在于， 該沖擊工具用于緊固螺釘， 為了避免在非驅動期間彼此間隔的驅動期間內所述工具部件從所述螺釘分離而使所述輸出軸的旋轉角足夠小。
8.根據權利要求3所述的沖擊工具，其特征在于， 該沖擊工具用于緊固螺釘， 所述輸出軸的反轉角度構成為在驅動期間內所述工具部件與所述螺釘稍微分離后使所述工具部件與所述螺釘再次卡合。
【文檔編號】B25B21/02GK103753469SQ201310724372
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2010年5月12日 優先權日:2009年5月20日
【發明者】愛德溫·斯通, 菲利普·約翰·羅林, 彼得·李·克勞斯利, 田邊晴之, 田頭康范 申請人:利優比株式會社