振動工具
【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。
【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。
【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
【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
【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。
【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。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図2】
【図3】
【図4】
【公開番号】特開2008−80432(P2008−80432A)
【公開日】平成20年4月10日(2008.4.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−262426(P2006−262426)
【出願日】平成18年9月27日(2006.9.27)
【出願人】(000137292)株式会社マキタ (1,210)
【出願人】(000006264)三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【出願人】(390004868)日本ダイヤモンド株式会社 (8)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成20年4月10日(2008.4.10)
【国際特許分類】
【出願日】平成18年9月27日(2006.9.27)
【出願人】(000137292)株式会社マキタ (1,210)
【出願人】(000006264)三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【出願人】(390004868)日本ダイヤモンド株式会社 (8)
【Fターム(参考)】
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