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【発明の名称】 衝撃式作業工具
【発明者】 【氏名】青木 陽之介

【要約】 【課題】衝撃式作業工具において、打撃動作後のビットの跳ね返りによる衝撃力の低減に資する技術を提供する。

【解決手段】本発明の衝撃式作業工具101は、工具本体103と、打撃動作を行うハンマ作動部材119,145と、ハンマ作動部材119,145に打撃作用を加える打撃子143と、ハンマ作動部材がハンマ作業をする際に、反力伝達位置において、ハンマ作動部材119,145からの反力が伝達されるウェイト163と、伝達された反力によって後方へと移動するウェイト163に押されて弾性変形し、これによって反力を吸収する弾性要素165とを有する。そしてウェイトと弾性要素をバネマス系モデルとみなした場合の共振周波数が打撃子によってハンマ作動部材に加えられる打撃周波数の1/2以上となるように構成されている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
工具本体と、
前記工具本体の先端領域に配置されるとともに、長軸方向に直線運動することで被加工材に対して所定のハンマ作業をするハンマ作動部材と、
前記工具本体の長軸方向に直線運動することで前記ハンマ作動部材に打撃作用を加える打撃子と、
前記ハンマ作動部材が前記被加工材にハンマ作業をする際に、前記ハンマ作動部材と直接に当接した状態に置かれるか、または硬質金属製の介在物を介して前記ハンマ作動部材と当接した状態に置かれるところの反力伝達位置において、前記ハンマ作動部材からの反力が伝達されるウェイトと、伝達された反力によって前記反力伝達位置から後方へと移動する前記ウェイトに押されて弾性変形し、これによって当該ウェイトに伝達された反力を吸収する弾性要素と、を有し、
前記ウェイトと前記弾性要素をバネマス系モデルとみなした場合の共振周波数が前記打撃子によって前記ハンマ作動部材に加えられる打撃周波数の1/2以上となるように構成されていることを特徴とする衝撃式作業工具。
【請求項2】
請求項1に記載の衝撃式作業工具であって、
前記弾性要素は、コイルバネによって構成され、
前記コイルバネのバネ定数kが、円周率をπ、前記ウェイトの質量をm、前記打撃子による前記ハンマ作動部材の打撃周波数をfとしたとき、
k>πmfの式を満たすように設定されていることを特徴とする衝撃式作業工具。
【請求項3】
請求項1または2に記載の衝撃式作業工具であって、
前記ウェイトと前記弾性要素との間には、前記ハンマ作動部材の反力が前記ウェイトに伝達されることで当該ウェイトに生じる応力波を吸収する粘弾性部材が配置されていることを特徴とする衝撃式作業工具。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、被加工材に直線状のハンマ作業を行う衝撃式作業工具において、ハンマ作業の際に被加工材から受ける反力を緩和する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
特開平8−318342号公報(特許文献1)には、ハンマドリルにおいて、打撃動作後のビットの跳ね返りによる衝撃力を緩和する技術が開示されている。特許文献1に記載のハンマドリルでは、本体側部材であるシリンダの軸方向端面と、ビットに打撃を加える中間子としてのインパクトボルトとの間にラバーリング(緩衝部材)が介在されている。そしてビットの打撃動作後、当該被加工材から受ける反力でビットが跳ね返り、インパクトボルトがラバーリングに衝突したとき、当該ラバーリングが撓むことによって衝撃力を緩和する構成である。一方、ラバーリングは、ハンマ作業時における被加工材に対するハンマドリル本体の位置決め部材としても機能する。すなわち、ビットの打撃動作中は、使用者がハンマドリル本体に前方への押圧力を加えることで、ビットの先端を被加工材に押し付けた状態を維持する(ビットを打撃位置に保持する)が、このときのビットの押し付け力を本体側部材であるシリンダがラバーリングを介して受ける構成である。
【0003】
上述したように、従来のラバーリングは、ハンマ作業時において、ビットの跳ね返りによる衝撃力を緩和する機能と、ハンマドリルの位置決め機能とを併有するものである。ビットの跳ね返りを緩衝するには、ラバーリングは柔らかいほうがよい。他方、ハンマドリルの位置決めをよくするにはラバーリングは硬いほうがよい。つまり従来のラバーリング構造では、当該ラバーリングには異なる性質が求められることになり、両機能を満足するような硬度に設定することが困難である、という点でなお改良の余地がある。
【特許文献1】特開平8−318342号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、かかる点に鑑み、衝撃式作業工具において、打撃動作後のビットの跳ね返りによる衝撃力の低減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、本発明に係る衝撃式作業工具の好ましい形態は、工具本体と、工具本体の先端領域に配置されるとともに、長軸方向に直線運動することで被加工材に対して所定のハンマ作業をするハンマ作動部材と、工具本体の長軸方向に直線運動することでハンマ作動部材に打撃作用を加える打撃子とを有する。なお本発明における「所定のハンマ作業」とは、ハンマ作動部材が直線状の打撃動作のみを行うハンマ作業のみならず、直線状の打撃動作と周方向の回転動作とを行うハンマドリル作業を包含する。また本発明における「ハンマ作動部材」とは、典型的には、工具ビットおよび当該工具ビットに当接した状態で打撃力を伝達するインパクトボルトがこれに該当する。
【0006】
本発明の衝撃式作業工具は、ハンマ作動部材が被加工材にハンマ作業をする際に、ハンマ作動部材と直接に当接した状態に置かれるか、または硬質金属製の介在物を介してハンマ作動部材と当接した状態に置かれるところの反力伝達位置において、ハンマ作動部材からの反力が伝達されるウェイトと、伝達された反力によって反力伝達位置から後方へと移動するウェイトに押されて弾性変形し、これによって当該ウェイトに伝達された反力を吸収する弾性要素とを有する構成とされる。そして本発明の好ましい形態によれば、ウェイトと弾性要素をバネマス系モデルとみなした場合の共振周波数が打撃子によってハンマ作動部材に加えられる打撃周波数の1/2以上となるように構成されている。なお本発明における「ウェイト」は、典型的には、筒状部材によって形成されるが、周方向において互いに分離された複数の部材から構成する態様を包含する。また「弾性要素」としては、典型的にはバネがこれに該当するが、ゴムを適用してもよい。
【0007】
ハンマ作業時において、ハンマ作動部材は打撃動作後に被加工材から反力を受けて跳ね返る。本発明によれば、ハンマ作動部材が被加工材から受ける反力につき、ウェイトが当該ハンマ作動部材に直接に当接した状態に置かれるか、または硬質の金属製の介在物を介して当接した状態に置かれるところの反力伝達位置において、ハンマ作動部材からウェイトへと伝達される構成としたものであり、当該反力がほぼ100%伝達されることになる。換言すれば、ハンマ作動部材とウェイトとの間で運動量が交換される形態での反力の伝達であり、この反力の伝達によりウェイトは反力の作用方向である後方へと移動する。そして後方へと移動するウェイトの反力は、当該ウェイトが弾性要素を弾性変形させることで吸収される。すなわち、本発明によれば、ハンマ作動部材に生ずる跳ね返りによる反力を、ウェイトの後方への移動と、当該ウェイトの移動による弾性要素の弾性変形によって吸収することができ、これにより衝撃式作業工具の低振動化が実現される。
【0008】
なお衝撃式作業工具によるハンマ作業は、使用者が工具本体に前方への押圧力を加えてハンマ作動部材の先端を被加工材に押し付けた負荷状態(被加工材に対して衝撃式作業工具を位置決めした状態)で行われる。このとき、ハンマ作動部材は、駆動機構によって駆動される位置、すなわち打撃子がハンマ作動部材を打撃する打撃位置に保持される。本発明における「反力伝達位置」とは、駆動部材によってハンマ作動部材が駆動されたとき、ハンマ作動部材とウェイトが直接に接触しているか、または介在物を介して接触しているかを問わず、当該ハンマ作動部材に発生した被加工材からの反力がハンマ作動部材からウェイトに伝達される位置であり、したがって上記の打撃位置とほぼ同位置である。
【0009】
ハンマ作動部材によるハンマ作業時においては、上述のように、ハンマ作動部材に生ずる跳ね返りによる反力によってウェイトが後方へと移動され、当該ウェイトの移動に伴い弾性要素が弾性変形してウェイトに伝達された反力を吸収する。そしてウェイトは、弾性要素の復元力によりハンマ作動部材から反力が伝達された位置、すなわち反力伝達位置へと戻される。ところが、ウェイトが反力を受けて反力伝達位置から後方へと移動してから元の位置に戻るまでの途中の領域でハンマ作動部材に対する打撃子による次回の打撃動作が行われた場合には、ウェイトおよび弾性要素が正常に機能しないこととなる。
本発明の衝撃式作業工具の好ましい形態によれば、ウェイトと弾性要素をバネマス系モデルとみなした場合の共振周波数が、打撃子によってハンマ作動部材に加えられる打撃周波数の1/2以上となるように構成したことにより、ハンマ作動部材から伝達される反力で後方へと移動されたウェイトを、打撃子による次回の打撃動作が行われる前の時点で元の反力伝達位置まで戻すことができる。このため、打撃子の1打撃ごとにウェイトおよび弾性要素を確実に作動することができることになり、これにより振動低減性能を向上することができる。
【0010】
また本発明の更なる形態によれば、弾性要素は、コイルバネによって構成されており、そしてコイルバネのバネ定数kが、円周率をπ、前記ウェイトの質量をm、前記打撃子による前記ハンマ作動部材の打撃周波数をfとしたとき、k>πmfの式を満たすように設定されている。本発明によれば、コイルバネのバネ定数kにつき、上記の式を満足するように設定することにより、ウェイトと弾性要素をバネマス系モデルとみなした場合の共振周波数が、打撃子によってハンマ作動部材に加えられる打撃周波数の1/2以上とする衝撃吸収機構を提供することができる。
【0011】
また本発明の更なる形態によれば、ウェイトと弾性要素との間には、ハンマ作動部材の反力がウェイトに伝達されることで当該ウェイトに生じる応力波を吸収する粘弾性部材が配置された構成とされる。なお本発明における「粘弾性部材」とは、典型的には、ゴムがこれに該当する。
ハンマ作業時において、ハンマ作動部材に生ずる跳ね返りによる反力がウェイトに伝達されることで、当該ウェイトには応力波が発生する。本発明によれば、上記のように構成したことにより、ウェイトに生じた応力波を粘弾性部材の変形によって吸収することができる。このため、弾性要素がバネによって構成される場合において、応力波がバネに伝達することによって生ずる当該バネのサージングを防止し、保護することができる。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、衝撃式作業工具において、打撃動作後のビットの跳ね返りによる衝撃力の低減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】
【0013】
以下、本発明の実施形態につき、図1〜図9を参照しつつ詳細に説明する。本実施の形態は、衝撃式作業工具の一例として電動式のハンマドリルを用いて説明する。図1は本実施の形態に係る電動式ハンマドリルの全体構成を示す側断面図であり、ハンマビットが被加工材に押し付けられた負荷時を示している。図1に示すように、本実施の形態に係るハンマドリル101は、概括的に見て、ハンマドリル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使用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。本体部103は、本発明における「工具本体」に対応する。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往復動が可能に、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。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。
【0014】
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、駆動機構としての運動変換機構113、打撃要素115および動力伝達機構117を収容したギアハウジング107と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の長軸方向(図1における左右方向)への衝撃力を発生する。また駆動モータ111の回転出力は、動力伝達機構117によって適宜減速された上でハンマビット119に伝達され、当該ハンマビット119が周方向に回転動作される。ハンドグリップ109は、側面視で概ねコの字形に形成されるとともに、下端側が回動軸109aを介してモータハウジング105の後端下部に前後方向に回動可能に連接され、上端側が振動吸収用の弾性バネ109bを介してモータハウジング105の後端上部に連接されている。これによって、本体部103からハンドグリップ109への振動の伝達が低減されている。
【0015】
図2にはハンマドリル101の主要部を拡大した状態が断面図で示される。運動変換機構113は、駆動モータ111により水平面内にて回転駆動される駆動ギア121、当該駆動ギア121に噛み合い係合する被動ギア123、当該被動ギア123と一体に水平面内にて回転するクランク板125、当該クランク板125の回転中心から所定距離偏心した位置に一方の端部が偏心軸126を介して遊嵌状に連接されたクランクアーム127、当該クランクアーム127の他端部に連結軸128を介して取り付けられた駆動子としてのピストン129を主体として構成される。上記のクランク板125、クランクアーム127、ピストン129によってクランク機構が構成される。
【0016】
一方、動力伝達機構117は、駆動モータ111によって駆動される駆動ギア121、当該駆動ギア121に噛み合い係合する伝達ギア131、当該伝達ギア131とともに水平面内にて回転される伝達軸133、当該伝達軸133に設けられた小ベベルギア134、当該小ベベルギア134に噛み合い係合する大ベベルギア135、当該大ベベルギア135とともに鉛直面内にて回転されるツールホルダ137を主体として構成される。なおハンマドリル101は、ハンマビット119に対し長軸方向への打撃力のみを加えて被加工材の加工作業を行う、いわゆるハンマ作業と、長軸方向への打撃力と周方向への回転力とを加えて被加工材の加工作業を行う、いわゆるハンマドリル作業とを適宜切り替えて遂行できるように構成されるが、このことについては、本発明には直接的には関係しないため、その説明を省略する。被加工材については、便宜上その図示を省略する。
【0017】
打撃要素115は、ピストン129とともにシリンダ141のボア内壁に摺動自在に配置された打撃子としてのストライカ143を主体に構成される。ストライカ143は、ピストン129の摺動動作に伴うシリンダ141の空気室141aの空気バネを介して駆動され、ツールホルダ137に摺動自在に配置された中間子としてのインパクトボルト145に衝突(打撃)し、当該インパクトボルト145を介してハンマビット119に打撃力を伝達する。インパクトボルト145およびハンマビット119は、本発明における「ハンマ作動部材」に対応する。なおインパクトボルト145は、軸方向において、ツールホルダ137の筒孔内周面に密接状に嵌合する大径部145aと、ツールホルダ137の筒孔内周面との間に所定大の空間を有する小径部145bと、それら両径部145a,145bの境界領域に形成されたテーパ部145cとからなり、大径部145aが前側、小径部145bが後側となるようにツールホルダ137内に配置される。
【0018】
ハンマドリル101は、使用者が本体部103に前方への押圧力を加えてハンマビット119を被加工材に押し付けた負荷状態において、ハンマビット119とともに後方(ピストン129側)へと押し込まれるインパクトボルト145と当接することによって被加工材に対し本体部103を位置決めする位置決め部材151を有する。位置決め部材151は、リング状に形成されたゴム製のラバーリング153と、当該ラバーリング153の軸方向前面側に接合された硬質の前金属座金155と、ラバーリング153の軸方向後面側に接合された硬質の後金属座金157とからなるユニット部品であり、インパクトボルト145の小径部145bに遊嵌状に嵌合されている。
【0019】
位置決め部材151は、インパクトボルト145が後方へ押し込まれたとき、インパクトボルト145のテーパ部145cが位置決め部材151の前金属座金155に当接し、後金属座金157がシリンダ141の前端部に当接する構成とされる。これにより、位置決め部材151のラバーリング153は、インパクトボルト145をギアハウジング107に固定状に装着されたシリンダ141に弾発状に連結する。なお前金属座金155は、その内径部がテーパ状に形成され、インパクトボルト145が後方へ押し込まれたとき、そのテーパ状内径部が当該インパクトボルト145のテーパ部145cに密接状に当接される。また後金属座金157は、インパクトボルト145の小径部145bと嵌合する所定長さの筒部と、当該筒部から外径方向に張り出すフランジ部とからなる断面略ハット形に形成され、フランジ部の後面がスペーサ159を介してシリンダ141の軸方向前端に当接される。
【0020】
本実施の形態に係るハンマドリル101は、被加工材に対するハンマ作業時において、打撃動作後のハンマビット119の跳ね返りによる衝撃力(反力)を吸収するために、ハンマビット長軸方向において、インパクトボルト145と前金属座金155を介して当接する硬質金属製の筒状ウェイト163と、当該筒状ウェイト163を常時にインパクトボルト145側(前方)に付勢するコイルバネ165とを有する。なお筒状ウェイト163およびコイルバネ165によって構成される衝撃吸収機構は、インパクトダンパーとも呼ばれる。筒状ウェイト163は、本発明における「ウェイト」に対応し、コイルバネ165は、本発明における「弾性要素」に対応し、前金属座金155は、本発明における「介在物」に対応する。また筒状ウェイト163とコイルバネ165との間には、筒状ウェイト163の応力波を吸収するためのゴムリング164が介在されている。ゴムリング164は、本発明における「粘弾性部材」に対応する。
【0021】
筒状ウェイト163は、位置決め部材151の外周面とツールホルダ137の内周面との間の空間に配置されてハンマビット長軸方向に移動可能とされるとともに、当該ツールホルダ137の内周面によって移動を案内される構成とされる。すなわち、筒状ウェイト163は、位置決め部材151に対しハンマビット119の長軸上の同位置において径方向に並列状に配置した構成とされている。筒状ウェイト163は、位置決め部材151の外周領域から更に後方へと延びてシリンダ141の外周前側領域に達しており、その後端部にゴムリング164が配置され、更に当該ゴムリング164とツールホルダ137との間にコイルバネ165が所定の初期荷重が掛けられた状態で弾発状に介在されている。これにより筒状ウェイト163は、前方に付勢されるとともに、常時にはその前端がツールホルダ137に形成された規制手段としての段差状の位置規制用ストッパ169に当接されて打撃位置を越えて前方へ移動しないようにその動きが止められている。すなわち、筒状ウェイト163を前方へと付勢するコイルバネ165の付勢力(弾性力)は、当該筒状ウェイト163の打撃位置を越えて前方に実質的に作用しないように規制されている。なお打撃位置とは、ストライカ143がインパクトボルト145に衝突(打撃)する位置であり、この位置は、インパクトボルト145からの反力が筒状ウェイト163に伝達する位置でもある。この位置が、本発明における「反力伝達位置」に対応する。
【0022】
筒状ウェイト163は、インパクトボルト145がハンマビット119とともに後方へ押し込まれた負荷状態では、その軸方向前端が位置決め部材151における前金属座金155の外周側後面に面接触状態で当接される構成とされる。すなわち、筒状ウェイト163は、前金属座金155を介してインパクトボルト145と当接状態に置かれる。これにより、打撃動作後にハンマビット119およびインパクトボルト145が被加工材から反力を受けて跳ね返ったとき、インパクトボルト145からの反力が、前金属座金155を介在物として当該インパクトボルト145と当接された状態の筒状ウェイト163へと伝達される構成とされる。すなわち、前金属座金155は、反力伝達部材を構成するものであり、ラバーリング153の外径よりも大径に形成されており、当該前金属座金155のラバーリング153外周面よりも外側領域に筒状ウェイト163の軸方向前端が当接されている。筒状ウェイト163とコイルバネ165との間に介在されるゴムリング164は、インパクトボルト145から筒状ウェイト163に伝達された応力波によって弾性変形し(撓み)、これによって応力波を吸収してコイルバネ165への伝達を抑える。すなわち、ゴムリング164は、主として応力波を吸収する部材として備えられている。一方、コイルバネ165は、インパクトボルト145からの反力を受けた筒状ウェイト163が後方へと移動されたとき、ゴムリング164を介して当該筒状ウェイト163に押されて弾性変形し、これによって反力を吸収する。なおコイルバネ165は、軸方向一端が筒状ウェイト163の軸方向後端面に当接され、軸方向他端がツールホルダ137の固定されたバネ受リング167に当接されている。
【0023】
次に上記のように構成されるハンマドリル101の作用について説明する。図1に示す駆動モータ111が通電駆動されると、その回転出力により、駆動ギア121が水平面内にて回動動作する。すると、駆動ギア121に噛み合い係合される被動ギア123を介してクランク板125が水平面内を周回動作し、これによってクランクアーム127を介してピストン129がシリンダ141内を直線状に摺動動作される。ピストン129の摺動動作に伴うシリンダ141内の空気バネの作用により、ストライカ143はシリンダ141内を直線運動してインパクトボルト145に衝突(打撃)することで、その運動エネルギをハンマビット119へと伝達する。これにより、ハンマビット119は長軸方向の打撃動作を行い、被加工材にハンマ作業を遂行する。
【0024】
ハンマドリル101がハンマドリルモードで駆動されるときは、駆動モータ111の回転出力によって回転される駆動ギア121に噛み合い係合する伝達ギア131、伝達軸133および小ベベルギア134が一体状に水平面内にて回転動作する。すると、小ベベルギア134に噛み合い係合する大ベベルギア135が鉛直面内にて回転し、この大ベベルギア135とともにツールホルダ137およびこのツールホルダ137にて保持されるハンマビット119が一体状に回転される。かくして、ハンマドリルモードでの駆動時には、ハンマビット119が長軸方向の打撃動作と周方向の回転動作を行い、被加工材にハンマドリル作業を遂行する。
【0025】
さて、上記作業は、ハンマビット119が被加工材に押し付けられ、ハンマビット119およびツールホルダ137が後方へと押し込まれた状態で行われる。図1〜図3には全てこの状態が示される。ツールホルダ137の後方への押し込みによってインパクトボルト145が後方へ押され、位置決め部材151の前金属座金155に当接されるとともに、後金属座金157がシリンダ141の前端部に当接される。すなわち、ハンマビット119の押し込み力は、本体部103側部材であるシリンダ141によって受けられ、これによって被加工材に対して本体部103が位置決めされ、この状態でハンマ作業あるいはハンマドリル作業が遂行されることになる。このとき、前述したように筒状ウェイト163はその前端面が位置決め部材151の前金属座金155の後面に当接される。
【0026】
そしてハンマビット119の被加工材に対する打撃動作後、当該ハンマビット119には被加工材からの反力によって跳ね返りが生ずる。この跳ね返りによってインパクトボルト145に後方に向う反力が作用する。このとき、筒状ウェイト163が位置決め部材151の前金属座金155を介してインパクトボルト145に当接している。このため、インパクトボルト145の反力は、当該前金属座金155を介しての当接状態において筒状ウェイト163に伝達される。換言すれば、インパクトボルト145と筒状ウェイト163との間で運動量が交換される。このような反力の伝達によりインパクトボルト145は、打撃位置にほぼ静止した状態に置かれ、一方、筒状ウェイト163は、反力の作用方向である後方へと移動する。そして後方へと移動する筒状ウェイト163の反力は、当該筒状ウェイト163がコイルバネ165を弾性変形させることで吸収される。この状態が図4に示される。
【0027】
このとき、インパクトボルト145に対し前金属座金155を介して当接状態に置かれるラバーリング153にも当然のことながらインパクトボルト145の反力が作用する。ところで、力の伝達は、当接状態に置かれる物体のヤング率に対応して伝達率も高くなる。本実施の形態によれば、筒状ウェイト163が硬質の金属製であり、ヤング率が高い(大きい)。一方、ラバーリング153はゴム製であり、ヤング率が低い。このため、インパクトボルト145の反力は、その大部分が金属製のインパクトボルト145に硬質の前金属座金155を介して当接状態に置かれるヤング率の高い筒状ウェイト163に伝達されることになる。かくして、ハンマビット119およびインパクトボルト145に生ずる跳ね返りによる衝撃力は、筒状ウェイト163の後方への移動と、当該筒状ウェイト163の移動によるコイルバネ165の弾性変形によって効率よく吸収することが可能となり、ハンマドリル101の低振動化が実現される。このとき、筒状ウェイト163とコイルバネ165との間に介在されたゴムリング164は、インパクトボルト145から筒状ウェイト163に伝達された応力波を当該ゴムリング164が撓むことによって吸収し、筒状ウェイト163の応力波がコイルバネ165に伝達することを抑える。これによりコイルバネ165のサージングを防止し、保護することができる。
【0028】
このように、本実施の形態によれば、打撃動作後にハンマビット119およびインパクトボルト145が被加工材から受ける反力は、当該インパクトボルト145から筒状ウェイト163にその大部分が伝達されるため、インパクトボルト145は打撃位置から見てほぼ静止状態に置かれる。このため、ラバーリング153に作用する反力は小さいものとなり、当該反力によるラバーリング153の弾性変形量は極僅かとなり、その後の反発力も低減する。またインパクトボルト145の反力を、筒状ウェイト163およびコイルバネ165によって吸収することができる結果、ラバーリング153についてはこれを硬く形成することができる。その結果、当該ラバーリング153を介して行う本体部103の被加工材に対する位置決めの適正化を図ることができる。
【0029】
また本実施の形態においては、ストッパ169によってコイルバネ165の付勢力を規制する構成とし、コイルバネ165の付勢力が打撃位置を越えて前方に実質的に作用しないように規制する構成としている。このため、打撃動作中、本体部103に前方への押圧力を加えてハンマビット119およびインパクトボルト145を打撃位置に保持する際、反力吸収のためのコイルバネ165を備える構成でありながら、当該ハンマビット119およびインパクトボルト145の保持に不用な力が要することを防止できる。したがって、例えば空打ち防止機構のように、打撃動作中、常時にハンマビット119およびインパクトボルト145に前方への弾発力が作用する構成とは異なり、反力の吸収は行うが、反力吸収のための弾性力の悪影響が低減される合理的な機構を実現できる。
【0030】
また本実施の形態によれば、筒状ウェイト163の前方向の位置をストッパ169によって機械的に規制することで、コイルバネ165による付勢力を筒状ウェイト163に作用させた状態とした上で、当該筒状ウェイト163が打撃位置を越えて移動しないように規制できる。このため、コイルバネ165の付勢力の設定、あるいは筒状ウェイト163の重量の設定等、反力吸収のための条件設定が容易となる。
また本実施の形態によれば、被加工材からの反力を、ハンマビット119およびインパクトボルト145を経て筒状ウェイト163に伝達する構成である。このため、被加工材からの反力が、経路途中で分散することなく筒状ウェイト163に集中的に伝達されることになる。これによって、筒状ウェイト163への反力の伝達効率が高くなり、衝撃吸収機能を高めることができる。
【0031】
また本実施の形態においては、筒状ウェイト161と位置決め部材151は、ハンマビット119の長軸上の同位置において径方向に並列状に配置した構成としている。これにより、省スペース化を図る上での合理的な配置構成を実現することができる。また筒状ウェイト163とラバーリング153に対するインパクトボルト145の当接は、共通の硬質金属板である前金属座金155を介して行われる構成としている。したがって、共通の前金属座金155を介してインパクトボルト145の反力を当該インパクトボルト145の一箇所から筒状ウェイト163とラバーリング153との2つの経路に伝達できるとともに、構造の簡素化が可能となる。
【0032】
本発明者は、ハンマドリル101において、筒状ウェイト(以下、単にウェイトという)163およびコイルバネ165を有する構成の場合、ウェイト163の質量が反力吸収効果、すなわち振動低減効果に影響を及ぼすと推量し、ウェイト163の質量と振動低減効果との関係につき、打撃試験によって確認した。なお打撃試験は、試験装置質量:5.85kg、試験装置押さえ力:100N、ストライカ質量140g、ストライカ速度9.65m/s(平均値)、使用工具キリ径:φ20、ローパスフィルタ1kHの条件で行った。またウェイト163については、20g〜560gの範囲で質量が異なる複数のウェイト163を準備し、各質量のウェイト163につき複数回の打撃試験を行った。
試験結果が図5に示される。図5はウェイト163の質量に対する跳ね返り加速度(反力)の変化を示したものであり、横軸にウェイト163の質量がストライカ143との質量比で示され、縦軸に跳ね返りピーク加速度比がウェイト163およびコイルバネ165なしの場合を100(パーセント)として示されている。試験結果によれば、ウェイト163の質量を、ストライカ143に対する質量比で約4割にした場合に、打撃時の跳ね返りの反力によるピーク加速度値が概ね1割ほど低減し、またウェイト163の質量を、ストライカ143に対する質量比で約8割に設定した場合に、打撃時の跳ね返りの反力によるピーク加速度値が概ね5割ほど低減することが分かった。さらにはウェイト163の質量を、ストライカ143の質量の約2倍(ストライカ143に対する質量比で約20割)に設定したときは、打撃時の跳ね返りの反力によるピーク加速度値が概ね6割ほど低減し、より高い振動低減効果が得られることが分かった。なおこの試験では、さらにこのような大きな振動低減効果が得られる値以上においても、それ程ピーク加速度値が変化せず、優れた振動低減効果が持続することが分かった。
【0033】
上記のウェイト163の質量比とピーク加速度値の低減効果を検証するためのより具体的な試験結果が図6〜図9に示される。図6〜図9はウェイト163の質量比ごとの加速度波形を示しており、図6はウェイト163およびコイルバネ165なしの場合、図7はウェイト163の質量が50g(ストライカ143に対する質量比で0.36、すなわち36%)の場合、図8はウェイト163の質量が110g(ストライカ143に対する質量比で0.79、すなわち79%)の場合、図9はウェイト163の質量が280g(ストライカ143に対する質量比で2.0、すなわち200%)の場合を示している。
試験の結果、ウェイト163の質量比が0、すなわちウェイト163およびコイルバネ165なしの場合、図6に示すように、加速度は240(m/s)前後の大きな値を示している。質量比が0.36では、図7に示すように、加速度が170(m/s)前後まで減少することを確認できた。また質量比が0.79では、図8に示すように、加速度が100(m/s)前後まで減少することを確認できた。また質量比が2.0では、図9に示すように、加速度が60(m/s)前後まで減少することが確認できた。
【0034】
以上のことから、ウェイト163の質量を、ストライカ143の質量の約4割を下限値とし、ストライカ143の質量の約2倍を上限値とする範囲内で設定することによって、振動低減機能を発揮させることが可能となる。特にストライカ143の質量の約8割に設定することで振動低減効果をより高めることができ、ストライカ143の質量の約2倍に設定することで振動低減効果を実用上最大限に発揮させることができる。なおこの振動低減効果は、ウェイト163の質量を更に大きくすることでも持続させることができる。しかしながら、ハンマドリル101の全体質量とのバランスの関係で約2倍までにすることが実用上好ましいことも分かった。
【0035】
ところで、ハンマビット119によるハンマ作業時においては、既述のように、インパクトボルト145に生ずる跳ね返りによる反力によってウェイト163が後方へと移動され、当該ウェイト163の移動に伴いコイルバネ165が弾性変形して反力を吸収する。そしてウェイト163は、コイルバネ165の復元力によりインパクトボルト145から反力が伝達された位置へと戻される。ところが、ウェイト163が反力を受けて後方へと移動してから反力が伝達された位置に戻るまでの途中の領域でインパクトボルト145に対するストライカ143による次回の打撃動作が行われた場合には、ウェイト163およびコイルバネ165が正常に機能しないこととなる。
【0036】
そこで本実施の形態においては、ウェイト163とコイルバネ165をバネマス系モデルとみなした場合の共振周波数が、ストライカ143によってインパクトボルト145に加えられる打撃周波数の1/2以上となるように構成した。換言すれば、ウェイト163とコイルバネ165をバネマス系モデルとみなした場合の共振周期がストライカ143によってインパクトボルト145に加えられる打撃周期の1/2以下となるように、コイルバネ165のバネ定数を設定した。これによりウェイト163およびコイルバネ165を正常に機能させることができる。すなわち、ストライカ143の1打撃毎にウェイト163およびコイルバネ165が確実に衝撃を吸収することが可能となる。
【0037】
ウェイト163およびコイルバネ165がストライカ143の1打撃毎に確実に機能するためにコイルバネ165のバネ定数が満たす条件は、計算によって求められる。
ストライカ143の打撃周波数をf[H]、打撃周期をT[s]とすると、
=1/T・・・(1)
となる。またウェイト163とコイルバネ165をバネマス系モデルとみなした場合において、ウェイト163の質量がm[kg]、コイルバネ165のバネ定数をk[N/m]とするバネマス系モデルの共振周期をT[s]とすると、当該バネマス系モデルの共振時の角速度ωは、
ω=√(k/m)=2π/T [rad/s]・・・(2)
となる。またバネマス系モデルの共振周期とストライカ143の打撃周期との関係より、
T/2<T・・・(3)
式(2)よりT=2π√(m/k)を式(3)に代入すると、
π√(m/k)<T・・・(4)
打撃周期T、バネ定数k、質量mは、それぞれ正数なので、式(4)を二乗して、
πm/k<T
k>πm/T=πmf・・・(5)
となる。
ゆえに、バネ定数が満たす条件は
k>πmf・・・(6)
したがって、式(6)を満たすようにコイルバネ165のバネ定数を設定することにより、ウェイト163およびコイルバネ165が正常に機能するように構成することができる。
【0038】
なお本実施の形態においては、筒状ウェイト163およびコイルバネ165の間に、筒状ウェイト163に生ずる応力波を吸収するべく粘弾性部材としてのゴムリング164が介在された構成としている。ゴムリング164の質量は、筒状ウェイト163の質量に比べて極めて小さい。またゴムリング164は筒状ウェイト163に生ずる応力波によって変形するが、そのときの変形量は、コイルバネ165の変形量に比べると極めて小さい。このようなことから、上述したコイルバネ165のバネ定数の設定に関しては、ゴムリング164をウェイト163の一部とみなして差し支えなく、実用上の悪影響は少ない。
【0039】
また本実施の形態に係るハンマドリル101には、便宜上図示を省略するが、本体部103に動吸振器を装着し、ウェイト163およびコイルバネ165によって構成される衝撃吸収機構と併用することが可能である。ハンマドリル101が動吸振器を備える構成としたときは、ハンマ作業時に本体部103に生ずる本体部長軸方向の周期的な振動に対し受動的な制振作用を行い、これにより本体部103の振動を効果的に低減することができる。またクランク機構を収容するクランク室内の圧力は、ハンマドリル101の駆動に伴い変動するため、この変動圧力を動吸振器の内部に導入し、動吸振器の構成部材であるウェイトを積極的に駆動する構成、つまり強制加振方式を採用することも可能である。このような構成を採用したときは、動吸振器はウェイトの強制加振による能動的な制振機構として作用し、ハンマ作業時に本体部103に生ずる振動を更に効果的に抑制することができる。
【0040】
なお上述した実施の形態は、衝撃式作業工具としてハンマドリル101を例にとって説明しているが、ハンマドリル101に限らず、ハンマに適用できることは当然である。また上述した実施の形態は、筒状ウェイト163に対する反力の伝達経路につき、インパクトボルト145から筒状ウェイト163に伝達する方式としたが、ハンマビット119から筒状ウェイト163に伝達する方式に変更してもよい。また筒状ウェイト163は、筒状以外の形状であっても差し支えない。
【0041】
また上述した実施の形態では、ハンマビット119を直線状に駆動するために、駆動モータ111の回転出力を直線運動に変換する運動変換機構113としてクランク機構を用いた場合で説明したが、運動変換機構は、クランク機構に限られるものではなく、例えば軸方向に揺動運動を行うスワッシュプレート(斜板)を利用する運動変換機構を用いることが可能である。また上述した実施の形態では、ストッパ169によって筒状ウェイト163の前方への移動を禁止してコイルバネ165の付勢力を規制する構成とし、当該コイルバネ165の付勢力が打撃位置を越えて前方に実質的に作用しないように規制する構成としたが、ストッパ169による規制に変えて、例えば初期荷重が付与されない自由状態でコイルバネ165を配置する構成に変更してもよい。またゴムリング164は、ハンマ作業の際に被加工材から受ける反力を緩和するという観点では、コイルバネ165とバネ受リング167との間に配置する構成に変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明の実施形態に係る電動式のハンマドリルの全体構成を示す側断面図であり、ハンマビットが被加工材に押し付けられた負荷時を示している。
【図2】ハンマドリルの主要部を示す拡大断面図である。
【図3】ハンマドリルを示す平断面図であり、ハンマビットが被加工材に押し付けられた負荷時を示す。
【図4】ハンマドリルを示す平断面図であり、ウェイトおよびコイルバネの作動時を示す。
【図5】ウェイトの質量に対する跳ね返り加速度(反力)の変化を示す図である。
【図6】加速度波形を示す図であり、ウェイトおよびコイルバネがない場合を示す。
【図7】加速度波形を示す図であり、ウェイト質量が50g(ストライカとの質量比で0.36)の場合を示す。
【図8】加速度波形を示す図であり、ウェイト質量が110g(ストライカとの質量比で0.79)の場合を示す。
【図9】加速度波形を示す図であり、ウェイト質量が280g(ストライカとの質量比で2.0)の場合を示す。
【符号の説明】
【0043】
101 ハンマドリル(衝撃式作業工具)
103 本体部(工具本体)
105 モータハウジング
107 ギアハウジング
109 ハンドグリップ
109a 回動軸
109b 弾性バネ
111 駆動モータ
113 運動変換機構(駆動機構)
115 打撃要素
117 動力伝達機構
119 ハンマビット(ハンマ作動部材)
119a 頭部周縁部
121 駆動ギア
123 被動ギア
125 クランク板
126 偏心軸
127 クランクアーム
128 連結軸
129 ピストン
131 伝達ギア
133 伝達軸
134 小ベベルギア
135 大ベベルギア
137 ツールホルダ
141 シリンダ
141a 空気室
143 ストライカ
145 インパクトボルト(ハンマ作動部材)
145a 大径部
145b 小径部
145c テーパ部
151 位置決め部材
153 ラバーリング
155 前金属座金(介在物)
157 後金属座金
159 スペーサ
163 筒状ウェイト(ウェイト)
164 ゴムリング(粘弾性部材)
165 コイルバネ(弾性要素)
167 バネ受リング
169 ストッパ
【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19年2月6日(2007.2.6)
【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2008−188733(P2008−188733A)
【公開日】 平成20年8月21日(2008.8.21)
【出願番号】 特願2007−27285(P2007−27285)