(57)【要約】【課題】先端工具を取り付けた出力軸を高速回転させると、従来の振動工具ではこれに伴って振動数も必要以上に大きくなってしまい、その結果当該振動工具の耐久性が損なわれ、また使用感が悪くなる問題があった。本発明では、これら従来の問題を解消する。【解決手段】駆動軸１２と出力軸との間に、回転駆動系と振動付与系の２系統の減速歯車列２０，３０を介在させ、従動ギヤ２２，３２の回転数差に基づいて出力軸１３に軸方向の振動を与える構成とする。【選択図】図１
2008080432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータにより回転する駆動軸と、先端に刃具が装着されており、軸方向に変位可能に支持された出力軸との間に、相互に減速比が異なる回転駆動系と振動付与系の歯車列を介装し、前記回転駆動系の歯車列の従動ギヤを前記出力軸に固定し、前記振動付与系の歯車列の従動ギヤを前記出力軸上に相対回転可能に支持し、該振動付与系の従動ギヤと前記回転駆動系の従動ギヤとの間に、前記異なる減速比により発生する前記両従動ギヤの相対回転に基づいて前記回転駆動系の従動ギヤを前記振動付与系の従動ギヤに対して軸方向に接近離間させて前記出力軸に軸方向の振動を与える振動付与機構を介装した振動工具。
【請求項２】
請求項１記載の振動工具であって、前記振動付与機構は、前記振動付与系の従動ギヤに軸方向に深さが変化するカム溝を設け、該カム溝と前記回転駆動系の従動ギヤとの間に鋼球を挟み込み、前記両従動ギヤの相対回転により前記鋼球を前記カム溝に沿って転動させて前記回転駆動系の従動ギヤを前記振動付与系の従動ギヤに対して接近離間させる構成とした振動工具。
【請求項３】
請求項２記載の振動工具であって、前記カム溝の深さを正弦曲線に基づいて変化させる構成とした振動工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばコンクリート壁やタイル板の孔あけ作業等に用いられる振動工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転するスピンドルの先端にダイヤモンド刃具を装着して、スピンドルを回転させつつその軸方向に振動を与えることにより、硬質のコンクリート壁やタイル板の孔あけ作業を行うようにした振動工具が提供されており、そのうちスピンドルを回転させつつその軸方向に微振動を与える駆動機構について従来より種々機構が提供されている。
例えば、特開２００１−１１３４０５号公報には、相互に一体回転し、かつ軸方向に相対移動可能に設けた駆動側部材と出力側部材との間に複数の鋼球を公転可能に挟み込み、出力側部材の挟み込み面に鋼球が嵌り込む段差部を周方向複数箇所に設けて、駆動側部材の回転により出力側部材を一体回転させつつ、鋼球が公転して段差部に間欠的に嵌り込むことにより出力側部材を軸方向に微振動させる構成となっている。この従来の駆動機構によれば、低回転数であってもダイヤモンド刃具の損傷を防止しつつ微振動を与えて効率のよい孔あけ作業を行うことができた。
【特許文献１】特開２００１−１１３４０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の駆動機構には次のような問題があった。出力側部材の周方向複数箇所に設けた段差部に鋼球を係脱させることにより出力側部材に軸方向の微振動与える構成であるので、駆動側部材の回転数により振動数が固定され、その結果高速回転では必要以上に振動が大きくなって当該駆動機構の耐久性が低下する問題があった。
そこで、本発明は、この種の振動工具において、高速回転であっても軸方向の振動数を低く設定することができる振動工具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】
【０００４】
このため、本発明は、特許請求の範囲の各請求項に記載した振動工具とした。
請求項１記載の振動工具によれば、回転駆動系の減速比と振動付与系の減速比を独立して設定することができるので、出力軸の回転数と振動数を個別に設定することにより当該出力軸を高速回転させつつ低い振動数で動作させることができ、これにより当該駆動系の耐久性を従来よりも高めることができる。
請求項２記載の振動工具によれば、回転駆動系の従動ギヤと振動付与系の従動ギヤの相対回転により当該両従動ギヤ間に挟み込んだ鋼球がカム溝に沿って転動する。鋼球がカム溝に沿って転動することにより当該鋼球が振動付与系の従動ギヤに対して軸方向に変位し、これにより回転駆動系の従動ギヤが振動付与系の従動ギヤに対して軸方向に変位し、従って回転駆動系の従動ギヤが固定された出力軸が軸方向に変位して当該出力軸が軸方向に振動する。従って、回転駆動系の従動ギヤ及び出力軸を高速回転させる状態であっても、振動付与系の減速比を適切に設定して当該振動付与系の従動ギヤの回転数と回転駆動系の従動ギヤの回転数との回転数差を小さくすることにより、出力軸の振動数を極めて低く設定することができる。
請求項３記載の振動工具によれば、鋼球の転動面（カム溝）が滑らかなサインカーブで形成されており、従来の段差形状の凹部とは異なっているため、当該カム溝（カム面）の耐摩耗性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
次に、本発明の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１は、本実施形態の振動工具１の前側（先端工具Ｂ側）の半分を示している。この振動工具１は、本体部２とその前部に装備した出力部１０を備えている。本体部２の本体ケース３には駆動モータ４が内蔵されている。この駆動モータ４の出力軸４ａは、出力部１０側に進入している。
出力部１０のフロントケース１１は本体ケース３の前部に固定されている。フロントケース１１には、駆動軸１２と出力軸１３が相互に平行に配置されている。駆動軸１２は、軸受け１４，１５を介してその軸回りに回転自在に支持されている。この駆動軸１２の後部にはギヤ部１２ａが形成されている。このギヤ部１２ａには、駆動モータ４の出力軸４ａに形成した出力ギヤ部４ｂが噛み合わされている。このため、駆動モータ４が起動すると、この駆動軸１２が一体で回転する。
出力軸１３は、軸受け１６，１７を介してその軸回りに回転自在かつ軸方向に微少な距離だけ変位可能に支持されている。この出力軸１３と上記駆動軸１２との間には、回転駆動系と振動付与系の２系統の減速歯車列２０，３０が介装されている。回転駆動系の減速歯車列２０を経て駆動軸１２の回転動力が出力軸１３に伝達され、振動付与系の減速歯車列３０を経て駆動軸１２の回転動力が出力軸１３の軸方向への微振動に変換される。
【０００６】
回転駆動系の減速歯車列２０は、駆動ギヤ２１とこれに噛み合わされた従動ギヤ２２を備えている。駆動ギヤ２１は駆動軸１２の前部に固定されている。回転駆動系の従動ギヤ２２は出力軸１３に固定されている。この従動ギヤ２２と軸受け１６の内輪（フロントケース１１側）との間には圧縮ばね２３が介装されている。この圧縮ばね２３は出力軸１３と一体で回転しつつ回転駆動系の従動ギヤ２２を後方（振動付与系の従動ギヤ３２に接近する方向、図１において右側）に付勢している。このため、この圧縮ばね２３によって出力軸１３が軸方向後側に付勢されている。
振動付与系の減速歯車列３０は、駆動ギヤ３１とこれに噛み合わされた従動ギヤ３２を備えている。振動付与系の駆動ギヤ３１は駆動軸１２上であって回転駆動系の駆動ギヤ２１の後側（図１において右側）に固定されている。振動付与系の従動ギヤ３２は出力軸１３上であって回転駆動系の従動ギヤ２２の後側（図１において右側）において相対回転可能に配置されている。振動付与系の従動ギヤ３２の後部には支持軸部３２ａが設けられている。この支持軸部３２ａは、軸受け３３，３４を介してフロントケース１１に回転自在に支持されている。この支持軸部３２ａがフロントケース１１側に回転支持されていることにより、当該従動ギヤ３２は、出力軸１３に同軸で相対回転可能に支持されている。この従動ギヤ３２の内周孔３２ｂと出力軸１３との間には適度なクリアランスが設定されている。このため、振動付与系の減速歯車列３０によっては出力軸１３に対して駆動軸１２の回転動力は伝達されない。
本実施形態では、回転駆動系の減速歯車列２０の減速比は、１／１（＝１．０）に設定されている。一方、振動付与系の減速歯車列３０の減速比は、９．５／１０（＝０．９５）に設定されている。このため、駆動軸１２の回転数を２００００ｒｐｍとすると、回転駆動系の従動ギヤ２２の回転数は２００００ｒｐｍとなり、振動付与系の従動ギヤ３２の回転数は１９０００ｒｐｍとなって、両従動ギヤ２２，３２との間に１０００ｒｐｍの回転数差を発生させることができる。
【０００７】
回転駆動系の従動ギヤ２２と振動付与系の従動ギヤ３１との間には、出力軸１３に対して軸方向の変位を与えるための振動付与機構Ｚが介装されている。この振動付与機構Ｚの詳細が図２に示されている。
回転駆動系の従動ギヤ２２と振動付与系の従動ギヤ３２との間には、三つの鋼球４０〜４０が挟み込まれている。この鋼球４０〜４０はリテーナ４１により出力軸１３の軸線Ｊ回りに相互に等間隔（周方向三等分位置）に保持されている。この三つの鋼球４０〜４０は、振動付与系の従動ギヤ３２の前面に設けたカム溝３５に沿って転動される。図３に示すようにカム溝３５は出力軸１３の軸線Ｊを中心とする円周に沿ってほぼ円環形状に形成されている。このカム溝３５の底面は正弦曲線（サインカーブ）をカム曲線として形成されている。このため、図４に示すようにカム溝３５は、周方向に徐々に深さが変化しており、周方向六等分位置で最も深さが深くなっている。本実施形態では、最も深い部位と最も浅い部位との高低差は約０．２ミリメートルに設定されている。
三つの鋼球４０〜４０がリテーナ４１により周方向三等分位置に保持された状態でこのカム溝３５内を転動されることにより、これら三つの鋼球４０〜４０は一体となってカム溝３５を一周する間に合計６回出力軸１３の軸線Ｊ方向へ変位する。各鋼球４０の変位量は、本実施形態では０．２ミリメートルとなる。
このカム溝３５の幅は、鋼球４０〜４０が干渉しないよう適切に設定されている。すなわち、図３に示すように溝深さが深い部位では溝幅は広くなり、溝深さが浅い部位では溝幅はこれよりも狭くなる状態に形成されている。
【０００８】
三つの鋼球４０〜４０は、圧縮ばね２３によって後側に付勢された回転駆動系の従動ギヤ２２の後面に当接されている。回転駆動系の従動ギヤ２２の後面には、案内溝部２２ａが軸線Ｊ回りの全周にわたって設けられている。この案内溝部２２ａの深さはその全周にわたって一定に形成されている。この案内溝部２２ａに上記三つの鋼球４０〜４０がリテーナ４１により相互に三等分位置を保持した状態でそれぞれ転動可能に嵌り込んでいる。
回転駆動系の従動ギヤ２２の案内溝部２２ａと振動付与系の従動ギヤ３２のカム溝部３５との間に挟み込まれ、かつ圧縮ばね２３の付勢力によって各鋼球４０〜４０が両溝部２２ａ，３５に押圧された状態となっており、回転駆動系の従動ギヤ２２と振動付与系の従動ギヤ３２が相互に一定の回転数差をもって同じ方向に回転することことにより、当該三つの鋼球４０〜４０が相互に三等分位置を保持しながらカム溝部３５に沿って転動される。
三つの鋼球４０〜４０がカム溝３５に沿って転動されることにより当該三つの鋼球４０〜４０が軸線ｊ方向に約０．２ミリメートルの僅かなストロークで変位する。この三つの鋼球４０〜４０の軸線Ｊ方向の変位により、回転駆動系の従動ギヤ２２が圧縮ばね２３に抗して図２において左側に変位し、逆に圧縮ばね２３により図２において右側に戻される。従動ギヤ２２の１回転中に当該従動ギヤ２２は軸線Ｊ方向に６往復する（振動数６）。
従動ギヤ２２は出力軸１３に固定されているため、当該従動ギヤ２２が変位すれば、これと一体で出力軸１３が軸線Ｊ方向に約０．２ミリメートルのストロークで往復動し、これにより先端工具６０に対して一定振動数の微振動を与えることができる。以上のことから、従動ギヤ２２の案内溝部２２ａ、従動ギヤ３２のカム溝部３５、鋼球４０〜４０及び圧縮ばね２３等が本実施形態の振動付与機構Ｚを構成している。
【０００９】
次に、図１に示すように出力軸１３の先端側は、フロントケース１１の前面に装着した防塵用のカバー５０を経てさらに前方（図１において左方）へ突き出されている。この出力軸１３の突き出された先端部には、シャンク５５がねじ部５５ａの締め込みにより一体に取り付けられている。このシャンク５５は出力軸１３と同軸に装着されて当該出力軸１３と一体で回転し、かつ軸線Ｊ方向へ一体で変位する。
このシャンク５５は先方へ長く延びており、その先端部に先端刃具６０（ダイヤモンド刃具）が装着されている。シャンク５５が出力軸１３と一体で軸線Ｊ方向に変位することにより当該先端刃具６０に微振動が与えられる。
本実施形態の振動工具１は、先端刃具６０の温度を直接検知できるようになっている。シャンク５５はその中心に小径の挿通孔５５ｂが形成されている。この挿通孔５５ｂは、軸線Ｊに沿って端部間で貫通する状態に設けられている。また、出力軸１３にもその回転軸線Ｊに沿って挿通孔１３ａが形成されている。この挿通孔１３ａは出力軸１３の軸線Ｊに沿って貫通している。この挿通孔１３ａ内には、小径筒体をなすカバー５６が挿通されている。このカバー５６の先端部は、出力軸１３の先端から突き出されている。この突き出し部分には軸受け５７を介してシャンク５５が回転可能に支持されている。
カバー５６の後端部側は、フロントケース１１の後部から本体ケース３内に突き出されている。このカバー５６の後端部はフロントケース１１に固定されている。このカバー５６の中心にも小径の挿通孔５６ａが軸線Ｊに沿って貫通する状態に形成されている。このカバー５６の挿通孔５６ａ及びシャンク５５の挿通孔５５ｂには温度センサとしての１本の熱電対６１が通されている。この熱電対６１及びカバー５６は、出力軸１３及びシャンク５５とは異なって回転しない。
熱電対６１の先端部（測温部６１ａ）は、先端刃具６０の後部に接触しない程度に接近した位置に至っており、当該先端刃具６０の温度がほぼ直接的に測定されるようになっている。一方、この熱電対６１の後端側は、カバー５６の後端から本体ケース３内に引き出されている。この熱電対６１は、本体ケース３内に設けた通常用いられる制御機器に接続されている。
【００１０】
以上のように構成した本実施形態の振動工具１によれば、出力軸の回転数と振動数を個別に任意に設定することができる。このため、出力軸を高速回転させつつ従来よりも低い振動数の微振動を与えることができ、これにより効率のよい孔あけ加工を実現しつつ当該振動工具の耐久性を従来よりも高めることができる。
駆動モータ４の起動により駆動軸１２が２００００ｒｐｍで回転すると、これに固定された回転駆動系の駆動ギヤ２１と振動付与系の駆動ギヤ３１がそれぞれ当該駆動軸１２と一体で回転する。前記したように回転駆動系の減速比は１．０、振動付与系の減速比が０．９５であるから、それぞれの従動ギヤ２２，３２の回転数は２００００ｒｐｍ、１９０００ｒｐｍとなり、両従動ギヤ２２，３２間に１０００ｒｐｍの回転数差が発生する。
回転駆動系の従動ギヤ２２と振動付与系の従動ギヤ３２との回転数差が１０００ｒｐｍであると、鋼球４０〜４０の従動ギヤ３２に対する回転数（公転数）は５００ｒｐｍであることから、各鋼球４０は自転しつつカム溝部３５を５００回転転動（公転）する。カム溝部３５にはその六等分位置に深さが浅い部位と深い部位が交互に配置されていることから、各鋼球４０はカム溝部３５を１周すると、軸線Ｊ方向の６往復動する。これは振動数６に相当する。結局、駆動軸１２が２００００ｒｐｍで回転すると、出力軸１３は１００００ｒｐｍで高速回転しつつ、軸線Ｊ方向に５０ヘルツの低振動数で微振動する。
このように、本実施形態の振動工具１によれば、駆動軸１２と出力軸１３との間に、回転駆動系の減速歯車列２０と振動付与系の減速歯車列３０の２系統が介在され、出力軸１３の回転動作と軸線Ｊ方向の振動動作が別個の減速歯車列によりなされることから、当該出力軸１３の回転数と振動数を別々に設定することができ、これにより出力軸１３を高速回転させて効率のよい孔あけ加工を行いつつ、従来よりも振動数を低くすることにより当該振動工具１の主として駆動系の耐久性を高めることができる。
【００１１】
また、カム溝部３５の底部（カム面）が滑らかなサインカーブに基づいて形成されていることから、鋼球４０〜４０をスムーズ且つ滑らかに変位させることができ、この点でも当該振動付与機構Ｚの耐久性を高めることができる。
また、例示した実施形態によれば、回転駆動系の従動ギヤ２２と振動付与系の従動ギヤ３２の回転数差を小さく設定することにより振動数を小さくできる一方、カム溝部の山（深さが浅い部位）の配置数あるいは鋼球をより多く挟み込むことにより、出力軸の振動数を大きくすることができる。カム溝部の山の配置数あるいは鋼球の数を多くすることにより、振動付与機構Ｚに付加される荷重を分散することができ、これにより当該振動付与機構Ｚを構成する各部及び各部材の耐久性を高めることができる。
さらに、出力軸１３及び先端刃具６０の振動数を小さくすることにより孔あけ加工物への衝撃を和らげることができることから、比較的靭性の低い材料についても孔あけ加工を行うことができるようになり、加工可能な材料の幅が広がる。
また、本実施形態の振動工具１によれば、先端刃具６０の直近位置に熱電対６１の測温部６１ａが配置されていることから、当該先端刃具６０の温度をリアルタイムに精確に測温することができ、この点でも当該振動工具１の耐久性を高めることができる。
【００１２】
以上説明した実施形態には種々変更を加えることができる。例えば、三つの鋼球４０〜４０を用いる構成を例示したが、４つ以上鋼球を挟み込む構成としてもよい。
また、カム溝部３５の底部のカム曲線を正弦曲線（サインカーブ）とする構成を例示したが、その他の曲線に変更することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態を示す図であり、振動工具の主として前部の縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る振動付与機構の縦断面図である。
【図３】図２の(3)-(3)線矢視図である。本図は、振動付与系の従動ギヤの前面図であってカム溝部の平面図を示している。
【図４】図３の(4)-(4)線矢視図である。本図は、カム溝部の一部展開図を示している。
【符号の説明】
【００１４】
１…振動工具（本実施形態）
２…本体部
３…本体ケース
４…駆動モータ、４ａ…出力軸、４ｂ…出力ギヤ部
１０…出力部
１１…フロントケース
１２…駆動軸、１２ａ…ギヤ部
１３…出力軸、１３ａ…挿通孔
１４〜１７…軸受け
２０…回転駆動系の減速歯車列
２１…駆動ギヤ
２２…従動ギヤ、２２ａ…案内溝部
２３…圧縮ばね
３０…振動付与系の減速歯車列
３１…駆動ギヤ
３２…従動ギヤ、３２ａ…支持軸部
３３，３４…軸受け
３５…カム溝部
４０…鋼球
４１…リテーナ
５０…カバー
５５…シャンク、５５ａ…ねじ部、５５ｂ…挿通孔
５６…カバー
５７…軸受け
６０…先端工具
６１…熱電対、６１ａ…測温部
Ｊ…出力軸の回転軸線
Ｚ…振動付与機構
【図１】
2008080432.tif 000003
【図２】
2008080432.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008080432.tif 000006