JP2022182305A - 電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】電動工具の振動を抑制できる技術を提供する。【解決手段】電動工具は、一方向に回転駆動する回転シャフト３２を有するモータと、回転シャフトの一端から延在し、回転シャフトの回転中心軸から径方向にずれた位置において回転中心軸を中心に回転運動する偏心シャフト４０と、偏心シャフトの一周期分の回転運動を、先端工具を一往復させる揺動運動に変換する運動変換機構５０と、回転シャフトの外周に設けられ、回転シャフトとともに回転するバランサ４５と、を備える。回転中心軸に沿って見たときに、バランサの重心は、偏心シャフトの中心軸である偏心軸ＥＸと回転中心軸ＲＸとを通る第１の仮想直線に対して垂直に交わり、回転中心軸を通る仮想垂線を挟んで、偏心軸とは反対側の領域に位置し、回転中心軸とバランサの重心とを通る第２の仮想直線は、回転シャフトの回転方向とは反対方向に、０°より大きく９０°より小さい傾斜角度で傾斜している。【選択図】図２

Description

本開示の技術は、電動工具に関する。

モータによって先端工具を揺動駆動させることにより被加工材を加工する電動工具が知られている。例えば、下記の特許文献１には、モータの出力軸に対して偏心して連結されている偏心軸をモータの出力軸を中心に回転させる偏心回転運動によって先端工具を揺動させる電動工具が開示されている。特許文献１の電動工具では、モータの出力軸に、重心位置を調整するための錘であるバランサを取り付けることにより、偏心軸の偏心回転運動において生じる遠心力の作用により駆動中の電動工具に生じる振動を低減している。

特開２０１５－２２９２２３号公報

しかしながら、特許文献１のようにバランサを用いていても、揺動駆動されている先端工具を被加工材に接触させると、被加工材と先端工具の間に先端工具の揺動を抑制する方向に働く抵抗が生じ、その抵抗の作用により、電動工具の振動が大きくなる場合があることを、本願発明の発明者らは見出した。このように、先端工具を揺動駆動させる電動工具においては、被加工材の加工中に発生する電動工具の振動を抑制することについて、依然として改良の余地がある。

本開示の一態様は、先端工具を揺動駆動させることにより被加工材を加工する電動工具として提供される。この態様の電動工具は、モータと、偏心シャフトと、運動変換機構と、バランサと、を備える。モータは、一方向に回転駆動する回転シャフトを有する。偏心シャフトは、回転シャフトの一端から延在し、回転シャフトの回転により、回転シャフトの回転中心軸から回転中心軸に直交する径方向にずれた位置において、回転中心軸を中心に回転運動するように構成されている。運動変換機構は、先端工具と偏心シャフトとを接続し、偏心シャフトの一周期分の回転運動を、先端工具を一往復させる揺動運動に変換するように構成されている。バランサは、回転シャフトの外周に設けられ、回転シャフトとともに回転するように構成されている。回転中心軸に沿って見たときに、バランサの重心は、偏心シャフトの中心軸である偏心軸と回転中心軸とを通る第１の仮想直線に対して垂直に交わり、回転中心軸を通る仮想垂線を挟んで、偏心軸とは反対側の領域に位置する。回転中心軸に沿って見たときに、回転中心軸とバランサの重心とを通る第２の仮想直線は、第１の仮想直線に対して、回転シャフトの回転方向とは反対方向に、０°より大きく９０°より小さい傾斜角度で傾斜している。

この態様の電動工具によれば、バランサの回転運動に伴って発生する遠心力を、揺動している先端工具と被加工材との接触によって生じる抵抗が大きくなる周期に合わせて、その抵抗を打ち消す方向に生じさせることができる。よって、被加工材の加工中に、先端工具と被加工材との間に生じる抵抗によって電動工具の振動が大きくなることを抑制できる。

回転中心軸ＲＸと駆動軸ＤＸとを通る切断面における電動工具の断面図である。 図１に示す先端領域２を抜き出して示す部分断面図である。 図２に示す３－３切断における電動工具の部分断面図である。 バランサの斜視図である。 回転駆動機構と運動変換機構の連結アームとを示す分解斜視図である。 回転駆動機構と運動変換機構の連結アームとを示す斜視図である。 回転シャフトに取り付けられたバランサを回転中心軸ＲＸに沿って見たときの模式図。 回転シャフトの回転によって先端工具が揺動する様子を示す第１の模式図である。 回転シャフトの回転によって先端工具が揺動する様子を示す第２の模式図である。 回転シャフトの回転によって先端工具が揺動する様子を示す第３の模式図である。 回転シャフトの回転によって先端工具が揺動する様子を示す第４の模式図である。

本開示の１つ又はそれ以上の実施形態において、電動工具のバランサは、回転中心軸に沿って見たときに、第１の仮想直線に対して非対称な形状を有していてよい。この構成の電動工具によれば、第２の仮想直線が第１の仮想直線に対して傾斜するような位置にバランサの重心を設けることが、より一層、容易になる。

本開示の１つ又はそれ以上の実施形態において、電動工具のバランサは、回転シャフトが厚み方向に貫通する基部と、基部の側面から回転中心軸に沿った方向に突出している凸部とを有していてよい。この構成の電動工具によれば、凸部の分だけ、バランサの重量を増加させることができ、先端工具と被加工材との間に生じる抵抗を打ち消すための遠心力をさらに増大させることができる。よって、被加工材の加工中に先端工具と被加工材との間に生じる抵抗によって電動工具の振動が大きくなることを、より効果的に抑制できる。また、この構成の電動工具によれば、凸部を設けることによってバランサの重量を増大させることができるため、バランサの径方向の寸法を増大させなくとも、バランサの重量を増加させることができる。さらに、この構成の電動工具によれば、バランサの基部の側面に面する空間を、凸部の配置領域として有効活用することができ、電動工具内にデッドスペースが生じることを抑制できる。

本開示の技術の１つ又はそれ以上の実施形態において、凸部は、基部のうち、径方向において回転中心軸から最も離れている外縁部、または、径方向において回転中心軸よりも外縁部に寄った位置に設けられてよい。この構成の電動工具によれば、バランサの重心位置を回転中心軸から離すことが容易にできるため、バランサの回転運動によって生じる遠心力を、さらに容易に増大させることができる。よって、被加工材の加工中に電動工具の振動が大きくなることを、より効果的に抑制できる。

本開示の１つ又はそれ以上の実施形態において、第１の仮想直線に対する第２の仮想直線の傾斜角度は、１０°より大きく、６０°より小さくてよい。この構成の電動工具によれば、被加工材の加工中に先端工具と被加工材との間に生じる抵抗が大きくなる周期と、バランサの回転により、その抵抗を打ち消す方向に生じる遠心力が大きくなる周期とを、より近づけることができる。よって、被加工材の加工中に電動工具の振動が大きくなることを、より効果的に抑制することができる。

本開示の１つ又はそれ以上の実施形態において、電動工具は、さらに、ハウジングを備えていてよい。ハウジングは、モータと、偏心シャフトと、運動変換機構と、バランサと、を収容してよい。運動変換機構は、スピンドルと、連結アームと、を有していてよい。スピンドルは、先端工具が装着される工具取付部が端部に設けられ、周方向に往復回動することにより先端工具を揺動させるように構成されていてよい。連結アームは、一端がスピンドルに固定され、他端が偏心シャフトに接続され、偏心シャフトの回転運動によってスピンドルを支点として往復回動するように構成されてよい。スピンドルは、ハウジング内に設けられた第１軸受部と、ハウジング内に設けられ、第１軸受部と工具取付部との間に位置する第２軸受部とによって、周方向に往復回動が可能なように支持されてよい。第１軸受部は、弾性部材を介してハウジングに保持されていてよい。この構成の電動工具によれば、先端工具の揺動によって生じるスピンドルの振動を弾性部材によって吸収できるため、スピンドルを通じてハウジングに振動が伝わることを抑制できる。よって、被加工材の加工中に電動工具の振動が大きくなることを、さらに抑制できる。

本開示の１つ又はそれ以上の実施形態において、第２軸受部は、ボールベアリングによって構成されていてよい。この構成の電動工具によれば、第２軸受部の転動体であるボールを支点としてスピンドルが動きやすくなる。よって、先端工具の揺動により生じるスピンドルの振動を、第１軸受部を保持する弾性部材によって吸収させやすくでき、先端工具の揺動によって生じる振動がハウジングに伝わることを、さらに抑制できる。

本開示の１つ又はそれ以上の実施形態において、モータは、回転中心軸が、先端工具を揺動させる支点となる軸に交差する姿勢で配置されてよい。この構成の電動工具によれば、先端工具の揺動の支点となる軸に対してモータの回転シャフトが横になる姿勢でモータを配置することができる。

以下、図面を参照して、本開示の代表的、かつ、非限定的な実施形態について、具体的に説明する。

図１～図３を参照し、本実施形態の電動工具１０の概略構成を説明する。電動工具１０は、先端工具１００を揺動駆動させることにより、図示しない被加工材を加工する電動式の作業工具の一例である。図１に示すように、電動工具１０は、長尺状の形状を有しており、その長手方向における一端に、先端工具１００が取り付けられている。先端工具１００は、電動工具１０に対して取り外しおよび交換が可能である。図１および図２に示すように、先端工具１００は、後述するスピンドル６０の下端部に取り付けられており、電動工具１０は、図３に示すように、スピンドル６０を支点として先端工具１００を揺動させる。

電動工具１０は、いわゆるマルチツールとも呼ばれる。電動工具１０には、複数の種類の先端工具１００が用意されており、使用者は、被加工材に対して行う加工の種類に応じて、任意の先端工具１００を選択して電動工具１０に取り付けることができる。先端工具１００としては、例えば、ブレードや、スクレーパ、研削パッド、研磨パッド等、先端部や外周縁部を被加工材に接触させて加工する工具や、下面を被加工材に接触させて加工する工具がある。それらの先端工具１００を用いて被加工材に対して行う加工としては、例えば、切断や、剥離、研削、研磨等がある。

図１～図３では、電動工具１０に、主に切削加工を目的として用いられる先端工具１００の一例として、先端部に切削歯が形成されている長尺状のブレードが取り付けられた状態が例示されている。以下の説明において参照される各図においても、先端工具１００の一例としてブレードを図示してあるが、電動工具１０に取り付けられる先端工具１００はブレードに限定されない。

以下、図１～図３に加え、他の図も順次参照しながら、電動工具１０の構成の詳細を説明する。

ここで、説明の便宜上、電動工具１０に関する方向として、互いに直交する三方向である「前後方向」、「上下方向」、および、「左右方向」を、次のように定義する。図１を参照する。電動工具１０の長手方向に沿った方向を「前後方向」と定義する。電動工具１０の前後方向において、先端工具１００が取り付けられている一端側を「前側」と定義し、その反対の他端側を「後側」と定義する。図１および図２を参照する。先端工具１００が取り付けられるスピンドル６０の中心軸ＤＸに沿った方向を「上下方向」と定義する。スピンドル６０において先端工具１００が取り付けられる一端側を「下側」と定義し、その反対の他端側を「上側」と定義する。図３を参照する。前述の前後方向および上下方向に直交する方向を「左右方向」と定義する。前後方向、上下方向、および、左右方向を示す矢印は、以下において参照する各図においても適宜、図１～図３に対応するように図示されている。

図１を参照する。電動工具１０は、ハウジング１１と、電力供給部２０と、回転駆動機構３０と、運動変換機構５０と、を備える。ハウジング１１は、電動工具１０の外郭を構成する。ハウジング１１は、長尺状の中空部材によって構成され、内部に、電力供給部２０や、回転駆動機構３０、運動変換機構５０等の構成要素を収容している。電動工具１０では、ハウジング１１の長手方向における中央部は、使用者が把持する把持部として機能する。ハウジング１１の外側には、工具取付部６２と、操作部２７と、変速操作部２８と、レバー６８とが設けられているが、それらについては追って説明する。

電力供給部２０は、ハウジング１１の後端部に設けられている。電力供給部２０は、電動工具１０の電源部としての機能を有する。本実施形態では、電力供給部２０は、ハウジング１１の後端部から延び出ている電源コード２２に接続されており、電源コード２２を通じて外部電源から取り入れた電力を回転駆動機構３０に供給する。他の実施形態では、電動工具１０は、ハウジング１１に充電式のバッテリが着脱可能に構成され、電力供給部２０は、当該バッテリの電力を回転駆動機構３０に供給するように構成されていてもよい。

電力供給部２０は、回転駆動機構３０に供給される電力を制御するように構成された制御回路２５を備えている。制御回路２５は、電動工具１０の駆動を制御するコントローラとして機能する。制御回路２５は、ハウジング１１の上面に設けられたスライド式の操作部２７の使用者によるオン／オフ操作に従って、回転駆動機構３０への電力の供給開始／供給停止を制御する。また、制御回路２５は、回転駆動機構３０のモータ３１に供給する電力を制御することにより、モータ３１の回転数を制御する。電動工具１０では、ハウジング１１の後端部の下端に、使用者によって操作されるダイヤル式の変速操作部２８が設けられている。制御回路２５は、変速操作部２８の回転角度に応じてモータ３１に供給される電力を変更し、モータ３１の回転数を制御する。電動工具１０では、モータ３１の回転数に応じて、先端工具１００が揺動する速度が変化する。

回転駆動機構３０は、モータ３１と、偏心シャフト４０と、バランサ４５と、を備える。モータ３１は、電動工具１０の駆動力源に相当し、電力供給部２０から供給される電力によって駆動する。本実施形態では、モータ３１として、整流子モータが採用されている。他の実施形態では、モータ３１として、ブラシレス直流モータが採用されてもよい。モータ３１は、回転駆動力を出力する出力シャフトに相当する回転シャフト３２と、回転シャフト３２の周囲に固定されたロータ３３と、ロータ３３の周囲を囲むように配置されたステータ３４と、を備える。

回転シャフト３２は、金属製の円柱状の部材によって構成される。回転シャフト３２は、ハウジング１１内のほぼ中央部において前後方向に沿って配置されている。回転シャフト３２の先端部と後端部とはステータ３４から延び出ている。回転シャフト３２は、電磁力によってステータ３４内でロータ３３とともに回転駆動する。回転シャフト３２の回転中心軸ＲＸは、回転シャフト３２の中心軸と一致する。電動工具１０では、回転シャフト３２は、予め定められた一方向にのみ回転駆動する。回転シャフト３２には、ステータ３４より前方に、回転シャフト３２とともに回転し、放熱のための空気流を発生させるファン３６が設けられている。

回転シャフト３２は、ハウジング１１内の所定の位置に固定された前側軸受部３７と後側軸受部３８とによって回転可能に支持されている。前側軸受部３７と後側軸受部３８は、例えば、ボールベアリングによって構成される。前側軸受部３７は、回転シャフト３２のうち、ステータ３４から前方に延び出ている先端部分を支持する。前側軸受部３７は、ファン３６より前方に設けられている。後側軸受部３８は、回転シャフト３２のうち、ステータ３４から後方に延び出ている後端部分を支持する。

図２、および、図３を参照する。偏心シャフト４０は、回転シャフト３２よりも径が小さい略円柱状の金属製の部材によって構成されている。偏心シャフト４０は、回転シャフト３２に一体的に連結されており、回転中心軸ＲＸから径方向にずれた位置において、回転シャフト３２の一端である先端から前方に向かって延在している。「径方向」とは、回転中心軸ＲＸに直交する方向を意味する。以下では、偏心シャフト４０の中心軸を「偏心軸ＥＸ」とも呼ぶ。偏心軸ＥＸは、回転中心軸ＲＸとほぼ平行である。なお、図３では、回転中心軸ＲＸと偏心軸ＥＸとは上下方向に重なっている。偏心シャフト４０は、モータ３１が駆動したときの回転シャフト３２の回転により、回転中心軸ＲＸから径方向にずれた位置において、回転中心軸ＲＸを中心に回転運動する。後述するように、電動工具１０では、偏心シャフト４０のこの偏心回転運動によって、先端工具１００が揺動される。

バランサ４５は、回転シャフト３２の外周に設けられた錘であり、回転シャフト３２とともに回転する。バランサ４５は、偏心シャフト４０と前側軸受部３７との間において、回転シャフト３２に固定されている。バランサ４５の重心位置は、回転中心軸ＲＸから径方向にずれた位置に設定されている。バランサ４５の重心位置は、モータ３１が駆動したときのバランサ４５の回転により、偏心シャフト４０の偏心回転運動によって生じる遠心力を打ち消す方向に遠心力が生じるように調整されている。また、バランサ４５の重心位置は、モータ３１が駆動したときのバランサ４５の回転により、電動工具１０によって被加工材を加工するときに、先端工具１００と被加工材との間に生じる抵抗を低減する方向に遠心力が生じるように調整されている。バランサ４５の形状や重心位置、その重心位置によって得られる効果についての詳細は後述する。

図２、および、図３を参照する。運動変換機構５０は、先端工具１００と偏心シャフト４０とを接続し、偏心シャフト４０の一周期分の回転運動を、先端工具１００を一往復させる揺動運動に変換するように構成されている。運動変換機構５０は、ベアリング５２と、連結アーム５３と、スピンドル６０と、を備える。

ベアリング５２は、偏心シャフト４０の外周を囲むように取り付けられており、偏心シャフト４０と連結アーム５３との連結を媒介する。ベアリング５２は、例えば、ボールベアリングによって構成される。ベアリング５２の介在によって、偏心シャフト４０が偏心回転運動するときに連結アーム５３との間に生じる摩擦が軽減される。また、本実施形態では、ベアリング５２の外周面は、ベアリング５２の中心軸に沿った方向における中央部位が、その中心軸に直交する径方向外側に向かって隆起するように、球面状に湾曲している。こうした湾曲した外周面を有するベアリングは、スフィアベアリングとも呼ばれる。

図３を参照する。連結アーム５３は、一端がスピンドル６０に固定され、他端が偏心シャフト４０に接続された構成を有し、偏心シャフト４０の回転運動によってスピンドル６０を支点として往復回動するように構成されている。連結アーム５３は、前方の環状部５４と、環状部５４の後方に設けられた一対のアーム部５５と、を有する。連結アーム５３において、環状部５４は、前述の「一端」に相当し、一対のアーム部５５は、前述の「他端」に相当する。図２および図３に示すように、環状部５４の中央の貫通孔には、本体部が円筒状の金属部材によって構成されたスピンドル６０が挿通される。環状部５４はスピンドル６０の上端部における外周に固定される。図３に示すように、一対のアーム部５５は、左右方向に配列されており、それぞれが環状部５４の後端部から後方へ延び出ている。本実施形態では、各アーム部５５は、四角柱形状を有している。連結アーム５３は、一対のアーム部５５が、偏心シャフト４０に取り付けられた上述のベアリング５２を左右方向に挟むことにより、偏心シャフト４０に連結される。一対のアーム部５５は、ベアリング５２の左右の側面に対して、接合等によって固定されず、単に接した状態にされる。連結アーム５３が偏心シャフト４０の回転運動によってスピンドル６０を支点として往復回動する機構については後述する。

図２を参照する。スピンドル６０の下端部は、ハウジング１１から延び出ており、スピンドル６０の下端に設けられた工具取付部６２はハウジング１１の外部に位置する。スピンドル６０は、工具取付部６２において先端工具１００を保持し、先端工具１００の揺動運動の支点として機能する。

スピンドル６０は、電動工具１０の先端部において、その中心軸ＤＸが回転中心軸ＲＸに交差する姿勢で、スピンドル保持機構７０に保持されている。本実施形態では、スピンドル６０の中心軸ＤＸは、回転中心軸ＲＸにほぼ直交する。スピンドル保持機構７０は、スピンドル６０を、中心軸ＤＸを中心に回動可能なように保持する。工具取付部６２に取り付けられた先端工具１００は、スピンドル６０が中心軸ＤＸ周りに往復回動することによって揺動する。スピンドル６０の中心軸ＤＸを「駆動軸ＤＸ」とも呼ぶ。

上記のように、電動工具１０では、回転中心軸ＲＸが、先端工具１００を揺動させる支点となる軸に相当する駆動軸ＤＸに交差する。これによって、モータ３１を、駆動軸ＤＸに対してモータ３１の回転シャフト３２が交差する姿勢で配置することが可能になる。モータ３１を、そうした姿勢で配置すれば、上述した把持部として機能するハウジング１１の中央部の内部空間を、モータ３１の収容部として有効に活用することが可能になる。

スピンドル６０の工具取付部６２には、先端工具１００が次のように取り付けられる。工具取付部６２は、スピンドル６０の下端において開口し、スピンドル６０の内部空間に連通している下端開口６３と、下端開口６３の周囲に設けられ、下方に突出している複数の突起部６５と、を有している。工具取付部６２への先端工具１００の固定には締結シャフト１１０が用いられる。締結シャフト１１０は、工具取付部６２の下端開口６３を通じてスピンドル６０の内部空間に挿入される。締結シャフト１１０は、スピンドル６０内部において、その上端がクランプ部材６６に挟持された状態で、コイルばね６７から上方への付勢力を受けることにより、スピンドル６０に対して固定される。

先端工具１００の基端部には、締結シャフト１１０が挿通される貫通孔１０２と、工具取付部６２の上記の突起部６５に嵌合する篏合穴１０３と、が設けられている。また、締結シャフト１１０の下端には、局所的に拡径されて側方に張り出しているヘッド部１１２が設けられている。締結シャフト１１０が、先端工具１００の貫通孔１０２を介してスピンドル６０の内部に挿通されて固定されると、先端工具１００の貫通孔１０２の周縁部は、締結シャフト１１０のヘッド部１１２と、スピンドル６０の下端面との間に挟まれる。これにより、先端工具１００は、スピンドル６０から下方に脱落することが規制される。

なお、詳細な説明は省略するが、電動工具１０では、図１および図２において示すハウジング１１の先端面に沿って配置されているレバー６８を、前方に引き上げるように回動させることにより、スピンドル６０内のコイルばね６７を収縮させる方向に弾性変形させることができる。これにより、コイルばね６７の付勢力による締結シャフト１１０の固定状態が解除され、スピンドル６０から締結シャフト１１０および先端工具１００を取り外すことが可能になる。なお、スピンドル６０に対する締結シャフト１１０の固定方式としては、例えば、ネジ留め式や、本実施形態とは異なるクランプ方式など、他の任意の固定方式が採用されてもよい。

図３を参照して、偏心シャフト４０の偏心回転運動によって先端工具１００を揺動運動させるメカニズムを説明する。偏心シャフト４０の偏心回転運動では、偏心シャフト４０は、回転中心軸ＲＸに対して左右方向に往復移動する。偏心シャフト４０のこの左右方向への往復移動によって、連結アーム５３の一対のアーム部５５は左右方向に回動し、環状部５４に嵌められているスピンドル６０を駆動軸ＤＸ回りの周方向に往復回動させる。これによって、スピンドル６０の下端の工具取付部６２に固定されている先端工具１００は、駆動軸ＤＸを支点として駆動軸ＤＸ周りに揺動する。先端工具１００が駆動軸ＤＸを支点として揺動する角度は、例えば、１～５°程度である。

図２を参照する。スピンドル保持機構７０は、ハウジング１１の先端部内に設けられており、スピンドル６０を、駆動軸ＤＸを中心として周方向に回動可能な状態で保持する。スピンドル保持機構７０は、第１軸受部７３と、弾性部材７５と、第２軸受部７６と、を備える。

第１軸受部７３は、スピンドル６０の上端部に設けられており、スピンドル６０を周方向に回動可能に支持する。第１軸受部７３は、例えば、ボールベアリングによって構成される。第１軸受部７３の外周には弾性部材７５が配置されており、第１軸受部７３は弾性部材７５を介してハウジング１１に保持されている。弾性部材７５は、例えば、ゴム又は樹脂製のＯリングによって構成される。弾性部材７５によって、電動工具１０の駆動中に先端工具１００の揺動によって生じるスピンドル６０の振動が吸収されるため、スピンドル６０を通じてハウジング１１に、先端工具１００の揺動によって生じる振動が伝わることを抑制できる。

第２軸受部７６は、第１軸受部７３と工具取付部６２との間においてハウジング１１に固定されており、スピンドル６０を周方向に回動可能に支持する。第２軸受部７６は、連結アーム５３より下方に設けられている。第２軸受部７６は、スピンドル６０の上下方向における中央部のあたりを支持している。

本実施形態では、第２軸受部７６は、ボールベアリングによって構成されている。ボールベアリングでは、転動体であるボールは、内輪及び外輪に点接触している。スピンドル６０は、第２軸受部７６の内輪に固定されるため、スピンドル６０は、実質的には、第２軸受部７６において、転動体であるボールに点接触により支持された状態となる。これに対して、第２軸受部７６を、ボールベアリングに代えて、例えば、ニードルベアリング等のローラベアリングで構成した場合、転動体がローラであるため、スピンドル６０は、そのローラに線接触で支持された状態となる。スピンドル６０は、第２軸受部７６の転動体に点接触で支持されていた方が線接触で支持されている状態よりも、第２軸受部７６の転動体を支点としてハウジング１１に対して動きやすくなる。よって、第２軸受部７６をボールベアリングによって構成すれば、先端工具１００の揺動により生じるスピンドル６０の振動を、第１軸受部７３とハウジング１１との間に配置された弾性部材７５によって吸収させやすくできる。よって、先端工具１００の揺動によって生じる振動がハウジング１１に伝わることを、さらに抑制できる。

図４，図５，図６，図７，図８～図１１を参照して、バランサ４５の形状や、重心位置の詳細について説明する。

図４を参照する。バランサ４５は、基部８０を有している。基部８０には、貫通孔である挿通孔８１が形成されており、回転シャフト３２は、挿通孔８１を介して基部８０を貫通する。本実施形態では、バランサ４５は、金属製の板状部材によって構成され、基部８０は、平板状を有している。基部８０は、その厚み方向に沿って見たときに概ね扇形形状を有する。回転シャフト３２は、挿通孔８１を介して基部８０を厚み方向に貫通する。

バランサ４５には、基部８０の側面から回転中心軸ＲＸに沿った方向に突出する凸部８３が設けられている。本明細書において、基部８０の側面とは、基部８０において回転中心軸ＲＸに沿った方向に向く一対の面のうちの少なくとも一方を意味する。本実施形態では、凸部８３は、基部８０の円弧を構成する外縁部８２上に設けられている。凸部８３は、外縁部８２に沿って円弧形状に延在しており、外縁部８２より径方向外側に張り出している部位を有している。また、本実施形態では、凸部８３は、前方に向かって突出している。なお、他の実施形態では、凸部８３は、後方に突出していてもよいし、凸部８３は、前方に突出するものと、後方に突出するものの両方が設けられてもよい。

バランサ４５では、基部８０の扇形形状の２本の直線状の辺に挟まれた角部は、丸められて角丸部８４を構成している。角丸部８４における扇形形状の中心角に相当する角は８０°～１１０°程度である。挿通孔８１は、円弧を構成する外縁部８２よりも角丸部８４に寄った位置に設けられている。挿通孔８１の開口断面は、円形の一部を切り欠いた略Ｄ字型の形状を有しており、挿通孔８１の内周面には平面状の切欠部８５が形成されている。

図５、および、図６を参照する。電動工具１０の組み立ての際には、回転シャフト３２には、前側軸受部３７が取り付けられた後に、バランサ４５が取り付けられる。図５に示すように、回転シャフト３２の先端部には、当該先端部がバランサ４５の挿通孔８１に嵌合するように、円柱側面の一部を平面状に切り欠いた切欠壁面３２ｓが設けられている。挿通孔８１の切欠部８５と回転シャフト３２の切欠壁面３２ｓとの係合により、回転中心軸ＲＸの軸周り方向におけるバランサ４５の取り付け角度が規定され、偏心シャフト４０の偏心軸ＥＸに対するバランサ４５の重心位置が後述する位置に規定される。

バランサ４５が取り付けられた後、バランサ４５の前方に、ワッシャ８６を挟んで、ベアリング５２が、回転シャフト３２の先端に設けられている偏心シャフト４０に取り付けられる。偏心シャフト４０の先端外周には、偏心シャフト４０からのベアリング５２の脱落を規制するためのスナップリング８７が嵌められる。続いて、偏心シャフト４０に取り付けられたベアリング５２の外周側面を、一対のアーム部５５が左右方向に挟むように連結アーム５３が取り付けられる。

図７を参照する。ここで、回転中心軸ＲＸに沿って見たときの状態を想定する。「回転中心軸ＲＸに沿って見たとき」とは、「バランサ４５を前側または後側から見たとき」を意味する。図７は、バランサ４５を前側から見たときの状態を示している。このとき、バランサ４５は、回転中心軸ＲＸよりも、偏心軸ＥＸから回転中心軸ＲＸに向かう方向側の領域ＧＡに重心ＣＧを有している。言い換えると、バランサ４５の重心ＣＧは、偏心軸ＥＸと回転中心軸ＲＸとを通る第１の仮想直線Ｌ１に対して垂直に交わり、回転中心軸ＲＸを通る仮想垂線ＶＬを挟んで、偏心軸ＥＸとは反対側の領域ＧＡに位置する。この領域ＧＡに重心ＣＧを有していることにより、モータ３１を回転駆動させたときに、偏心シャフト４０の偏心回転運動によって生じる遠心力とは反対の方向の成分を有する遠心力を、バランサ４５の回転運動によって生じさせることができる。よって、偏心シャフト４０の回転運動によって生じる遠心力の作用によって電動工具１０に振動が生じることが抑制される。

ここで、回転中心軸ＲＸとバランサ４５の重心ＣＧとを通る第２の仮想直線Ｌ２は、第１の仮想直線Ｌ１に対して傾斜している。第２の仮想直線Ｌ２は、第１の仮想直線Ｌ１に対して、回転シャフト３２の回転方向ＲＤとは反対方向に、０°より大きく９０°より小さい傾斜角度θで傾斜している。これにより、電動工具１０を駆動させて先端工具１００により被加工材を加工しているときに、先端工具１００と被加工材との間に生じる抵抗が大きくなる周期に合わせて、バランサ４５の回転運動によって生じる遠心力を、その抵抗を打ち消す方向に生じさせることができる。

以下に、バランサ４５の回転運動によって生じる遠心力の作用の詳細を説明する。

図８～図１１を参照する。図８～図１１には、回転シャフト３２が一周期分の回転駆動をし、先端工具１００が一往復の揺動をするときの様子が、回転シャフト３２の回転角度９０°ごとに、順に示されている。図８～図１１の各図では、紙面上段に、回転中心軸ＲＸに沿って前側から見たときの回転シャフト３２に取り付けられたバランサ４５が図示されており、紙面下段には、駆動軸ＤＸに沿って上側から見たときの先端工具１００が図示されている。

図８～図１１の紙面上段には、電動工具１０での回転シャフト３２、偏心シャフト４０、および、バランサ４５の配置姿勢に対応させた上下方向および左右方向を示す矢印を図示してある。また、図８～図１１の各図の紙面下段には、電動工具１０の駆動中に先端工具１００が揺動する範囲である揺動範囲ＳＡを二点鎖線で図示してある。なお、図８～図１１では、先端工具１００が揺動している様子を解りやすくするために、先端工具１００が駆動軸ＤＸを支点として揺動する角度を敢えて極端に大きく図示してある。

図８は、回転中心軸ＲＸが偏心軸ＥＸの上に位置し、偏心軸ＥＸがその下に位置して、回転中心軸ＲＸと偏心軸ＥＸとが上下方向に重なり合う位置にあるときの様子を示している。このとき、先端工具１００は、その揺動範囲ＳＡの中央位置に位置する。図８の状態から、回転シャフト３２がモータ３１の回転方向ＲＤに９０°回転すると、図９に示すように、偏心軸ＥＸは、回転中心軸ＲＸを中心に偏心回転して、回転中心軸ＲＸに対して左右方向に並ぶ位置に移動する。図９では、偏心軸ＥＸは、回転中心軸ＲＸの左側に移動している。すると、先端工具１００は、図８に示した揺動範囲ＳＡの中央位置から揺動範囲ＳＡの一方の端、図９では揺動範囲ＳＡの紙面左側の端へと駆動軸ＤＸを中心に回動する。

図９の状態から、回転シャフト３２がモータ３１の回転方向ＲＤに９０°回転すると、図１０に示すように、偏心軸ＥＸは、回転中心軸ＲＸを中心に偏心回転して、回転中心軸ＲＸの上に移動し、回転中心軸ＲＸと上下方向に重なり合う。これに伴って、先端工具１００は、図９に示した位置から揺動範囲ＳＡの中央位置へと回動する。図１０の状態から、回転シャフト３２がモータ３１の回転方向ＲＤに９０°回転すると、図１１に示すように、偏心軸ＥＸは、回転中心軸ＲＸを中心に偏心回転して、回転中心軸ＲＸに対して、左右方向において図９のときとは反対側に並ぶ位置に移動する。図１１では、偏心軸ＥＸは、回転中心軸ＲＸの右側に移動している。先端工具１００は、図１０に示した揺動範囲ＳＡの中央位置から揺動範囲ＳＡの他方の端、図１１では揺動範囲ＳＡの紙面右側の端へと駆動軸ＤＸを中心に回動する。モータ３１が駆動している間、図８～図１１の運動が繰り返される。

図９、および、図１１を参照する。図９、および、図１１の状態のときには、バランサ４５の回転運動による遠心力は、矢印ＣＦに示すように、偏心シャフト４０の偏心回転運動によって生じる遠心力ＥＦを打ち消す方向の成分を有するように生じる。よって、電動工具１０の駆動中に、偏心シャフト４０の偏心回転運動によって生じる遠心力によって振動が大きくなることが、バランサ４５の回転運動によって抑制される。

図８、および、図１０を参照する。電動工具１０による被加工材の加工中に先端工具１００と被加工材との間に生じる抵抗は、矢印ＲＥで示すように、先端工具１００に対しては、その揺動方向ＯＤとは反対の方向に働き、偏心シャフト４０に対しては、矢印ＲＥａで示すように、その偏心回転運動を妨げる方向に働く。当該抵抗は、先端工具１００が揺動範囲ＳＡの中央に位置するときに最も大きくなる。上述したように、本実施形態では、バランサ４５の重心ＣＧは、第１の仮想直線Ｌ１に対して第２の仮想直線Ｌ２が回転シャフト３２の回転方向ＲＤとは反対の方向に、０°より大きく、９０°より小さい傾斜角度θで傾斜する位置に位置する。バランサ４５の重心ＣＧがそのような位置にあれば、図８や図１０に示す周期では、バランサ４５の回転運動による遠心力は、矢印ＣＦに示すように、偏心シャフト４０の偏心回転運動を促進する方向、つまり、偏心シャフト４０に対して働く前述の抵抗を打ち消す方向の成分を有するように生じる。このように、電動工具１０によれば、被加工材を加工しているときに、先端工具１００と被加工材との間に生じる抵抗が大きくなる周期に合わせて、バランサ４５の偏心回転運動によって生じる遠心力を、その抵抗を打ち消す方向に生じさせることができる。よって、被加工材の加工中に、先端工具１００と被加工材との間に生じる抵抗によって電動工具１０の振動が大きくなることが抑制される。

ここで、本実施形態の構成に対する第１の比較例として、バランサ４５の重心ＣＧが、第１の仮想直線Ｌ１に対する第２の仮想直線Ｌ２の傾斜角度θが、０°となる位置にある構成を仮定する。この場合には、バランサ４５によって生じる遠心力は、先端工具１００と被加工材との間に生じる抵抗の影響を打ち消す方向の成分をほとんど有しなくなる。よって、この比較例の構成では、被加工材の加工中に生じる振動はほとんど低減されない。

また、第２の比較例として、バランサ４５の重心ＣＧが、傾斜角度θが、９０°または、２７０°となる位置にある構成を仮定する。この場合には、バランサ４５の重心によって生じる遠心力が、偏心シャフト４０によって生じる遠心力に作用する方向の成分をほとんど有しなくなる。よって、この比較例の構成では、先端工具１００が被加工材に接していないときの振動が大きくなる可能性がある。

第３の比較例として、バランサ４５の重心ＣＧが、傾斜角度θが、９０°より大きく、２７０°より小さくなる位置にある構成を仮定する。この場合には、バランサ４５によって生じる遠心力は、偏心シャフト４０の偏心回転運動によって生じる遠心力の影響を大きくする方向に働く成分を有することになる。よって、この比較例の構成では、先端工具１００が被加工材に接していないときの振動が大きくなる可能性がある。

第４の比較例として、バランサ４５の重心ＣＧが、傾斜角度θが、１８０°より大きく、３６０°より小さくなる位置にある構成を仮定する。この場合には、バランサ４５によって生じる遠心力は、先端工具１００と被加工材との間に生じる抵抗と同じ方向の成分を有することになり、先端工具１００の揺動が阻害され、被加工材の加工性能が低下してしまう可能性がある。

本実施形態のように、バランサ４５の重心ＣＧが、傾斜角度θが、０°より大きく９０°より小さい値となる位置にあれば、図８～図１１で説明したように、先端工具１００が被加工材に接触していないときに生じる振動と、被加工材に接触しているときに生じる振動の両方を低減することができる。ここで、傾斜角度θは、１０°より大きく６０°より小さいことが好ましく、１５°より大きく、５０°より小さいことがより好ましい。これにより、先端工具１００が被加工材に接触していないときの振動抑制効果と、先端工具１００が被加工材に接触しているときの振動抑制効果の両方を、よりバランスよく得ることができる。傾斜角度θは、例えば、２０°より大きく、４５°よりも小さい値としてもよいし、２５°より大きく、４０°より小さい値としてもよい。傾斜角度θは、例えば、バランサ４５の重さや、回転中心軸ＲＸに対する偏心軸ＥＸの位置、モータ３１の回転数の範囲などの諸条件を考慮して、適宜定められればよい。

図７を参照する。本実施形態では、回転中心軸ＲＸに沿って見たときに、バランサ４５は、第１の仮想直線Ｌ１に対して非対称な形状を有している。こうした形状であれば、バランサ４５の重心ＣＧを、第１の仮想直線Ｌ１からずれた位置に位置させることが容易である。よって、バランサ４５の重心ＣＧを、傾斜角度θが、０°より大きく９０°より小さい値となる位置に調整することが容易にできる。また、本実施形態では、バランサ４５は、回転中心軸ＲＸと偏心軸ＥＸとで規定される仮想平面の両側の領域に含まれる部位のそれぞれの体積が異なる形状を有している。これによって、バランサ４５の重心ＣＧを、傾斜角度θが、０°より大きく９０°より小さい値となる位置に調整することが、さらに容易になっている。

図４を参照する。上述したように、本実施形態では、バランサ４５は、基部８０から回転中心軸ＲＸに沿った方向に突出している凸部８３を有している。このバランサ４５によれば、凸部８３を有している分だけ、その重量が増加されているため、回転運動によって生じる遠心力が、凸部８３がない場合よりも大きくなる。よって、被加工材の加工中に先端工具１００と被加工材との間に生じる抵抗を、より効果的に低減することができる。また、凸部８３を設けることによってバランサ４５の重量を増加できているため、バランサ４５の重量増加のために、バランサ４５の径方向の寸法を大きくしなくてもよい。つまり、凸部８３を設けることによって、バランサ４５の径方向の寸法を増大させることなく、バランサ４５の重量を増加させることができるため、バランサ４５の径方向の寸法が増加することを回避できる。

さらに、本実施形態のバランサ４５を用いれば、ハウジング１１内においてバランサ４５の基部８０の側面が面する空間を、凸部８３の配置領域として有効活用できる。本実施形態では、凸部８３は、基部８０の側面から偏心シャフト４０のある方向に向かって突出しており、偏心シャフト４０に取り付けられたベアリング５２の外周の空間が、デッドスペースとなることなく、凸部８３の配置領域として有効活用されている。

図７を参照する。本実施形態では、凸部８３は、回転中心軸ＲＸに直交する径方向において回転中心軸ＲＸから最も離れている外縁部８２に設けられている。本実施形態では、外縁部８２は円弧状の部位である。本実施形態のバランサ４５によれば、凸部８３の重量によって、バランサ４５の重心ＣＧの位置と回転中心軸ＲＸとの間の距離を増大させやすく、バランサ４５の回転によって生じる遠心力を増大させやすい。よって、被加工材の加工中に電動工具１０の振動が大きくなることが、より効果的に抑制される。なお、他の実施形態では、凸部８３は、外縁部８２に設けられていなくてもよく、回転中心軸ＲＸよりも外縁部８２に寄った位置に設けられていてもよい。この構成であっても、凸部８３の重量によって、バランサ４５の重心ＣＧの位置を、回転中心軸ＲＸから離すことが容易にでき、バランサ４５の回転によって生じる遠心力を増大させやすい。

以上のように、本実施形態の電動工具１０によれば、バランサ４５の重心ＣＧが、被加工材の加工中に先端工具１００と被加工材との間に生じる抵抗の影響を打ち消す方向に遠心力を生じさせる位置に規定されている。よって、被加工材の加工中に、先端工具１００と被加工材との間に生じる抵抗によって電動工具１０の振動が大きくなることが抑制される。

［他の実施形態］
本開示の技術は、上記の実施形態の構成および上記実施形態中において他の実施形態として説明された構成に限定されることはない。上記の実施形態の構成は、例えば、以下のように改変することも可能である。以下に説明する実施形態の構成は、上記の実施形態で説明された構成と同様に、本開示の技術を実施するための一形態として位置づけられる。

上記実施形態において、バランサ４５は、回転中心軸ＲＸに沿って見たときに、扇形形状を有していなくてもよく、例えば、正円形状や楕円形状を有していてもよいし、略三画形状を有していてもよい。バランサ４５は、上記実施形態で説明したように、重心ＣＧの位置が第１の仮想直線Ｌ１と第２の仮想直線Ｌ２との間の傾斜角度θが、０°より大きく９０°より小さい値となる位置に調整された構成を有していればよい。また、上記実施形態において、バランサ４５は、例えば、円弧上の外縁部８２に向かってなだらかに厚みが増加するように、全体が球面状に構成されていてもよい。

上記実施形態において、モータ３１は、例えば、回転中心軸ＲＸと駆動軸ＤＸとがほぼ平行になる姿勢で配置されてもよい。この場合には、モータ３１は、スピンドル６０の上方に配置されてもよい。モータ３１は、回転中心軸ＲＸが駆動軸ＤＸからずれた位置に位置するように配置されてもよい。上記実施形態において、モータ３１は、回転中心軸ＲＸが駆動軸ＤＸに対してほぼ直交する姿勢で配置される代わりに、回転中心軸ＲＸが駆動軸ＤＸに対して斜めに交差する姿勢で配置されていてもよい。

１０：電動工具、１１：ハウジング、２０：電力供給部、２２：電源コード、２５：制御回路、２７：操作部、２８：変速操作部、３０：回転駆動機構、３１：モータ、３２：回転シャフト、３２ｓ：切欠壁面、３３：ロータ、３４：ステータ、３６：ファン、３７：前側軸受部、３８：後側軸受部、４０：偏心シャフト、４５：バランサ、５０：運動変換機構、５２：ベアリング、５３：連結アーム、５４：環状部、５５：一対のアーム部、６０：スピンドル、６２：工具取付部、６３：下端開口、６５：突起部、６６：クランプ部材、６７：コイルばね、６８：レバー、７０：スピンドル保持機構、７３：第１軸受部、７５：弾性部材、７６：第２軸受部、８０：基部、８１：挿通孔、８２：外縁部、８３：凸部、８４：角丸部、８５：切欠部、８６：ワッシャ、８７：スナップリング、１００：先端工具、１０２：貫通孔、１０３：嵌合穴、１１０：締結シャフト、１１２：ヘッド部、ＣＦ：遠心力が働く方向を示す矢印、ＣＧ：重心、ＤＸ：駆動軸、ＥＦ：偏心シャフトの遠心力、ＥＸ：偏心軸、ＧＡ：領域、Ｌ１：第１の仮想直線、Ｌ２：第２の仮想直線、ＯＤ：揺動方向、ＲＤ：回転方向、ＲＥ，ＲＥａ：抵抗が働く方向を示す矢印、ＲＸ：回転中心軸、ＳＡ：揺動範囲、ＶＬ：仮想垂線

Claims (8)

1. 先端工具を揺動駆動させることにより被加工材を加工する電動工具であって、
   一方向に回転駆動する回転シャフトを有するモータと、
   前記回転シャフトの一端から延在し、前記回転シャフトの回転により、前記回転シャフトの回転中心軸から前記回転中心軸に直交する径方向にずれた位置において、前記回転中心軸を中心に回転運動するように構成された偏心シャフトと、
   前記先端工具と前記偏心シャフトとを接続し、前記偏心シャフトの一周期分の回転運動を、前記先端工具を一往復させる揺動運動に変換するように構成された運動変換機構と、
   前記回転シャフトの外周に設けられ、前記回転シャフトとともに回転するように構成されているバランサと、
   を備え、
   前記回転中心軸に沿って見たときに、前記バランサの重心は、前記偏心シャフトの中心軸である偏心軸と前記回転中心軸とを通る第１の仮想直線に対して垂直に交わり、前記回転中心軸を通る仮想垂線を挟んで、前記偏心軸とは反対側の領域に位置し、前記回転中心軸と前記バランサの重心とを通る第２の仮想直線は、前記第１の仮想直線に対して、前記回転シャフトの回転方向とは反対方向に、０°より大きく９０°より小さい傾斜角度で傾斜している、電動工具。
2. 請求項１に記載の電動工具であって、
   前記回転中心軸に沿って見たときに、前記バランサは、前記第１の仮想直線に対して非対称な形状を有している、電動工具。
3. 請求項１または請求項２記載の電動工具であって、
   前記バランサは、前記回転シャフトが厚み方向に貫通する基部と、前記基部の側面から前記回転中心軸に沿った方向に突出している凸部とを有している、電動工具。
4. 請求項３記載の電動工具であって、
   前記凸部は、前記基部のうち、前記径方向において前記回転中心軸から最も離れている外縁部、または、前記径方向において前記回転中心軸よりも前記外縁部に寄った位置に設けられている、電動工具。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電動工具であって、
   前記傾斜角度は、１０°より大きく、６０°より小さい、電動工具。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電動工具であって、
   前記モータと、前記偏心シャフトと、前記運動変換機構と、前記バランサと、を収容するハウジングを、さらに備え、
   前記運動変換機構は、
   前記先端工具が装着される工具取付部が端部に設けられ、周方向に往復回動することにより前記先端工具を揺動させるように構成されたスピンドルと、
   一端が前記スピンドルに固定され、他端が前記偏心シャフトに接続され、前記偏心シャフトの回転運動によって前記スピンドルを支点として往復回動するように構成された連結アームと、
   を有し、
   前記スピンドルは、前記ハウジング内に設けられた第１軸受部と、前記ハウジング内に設けられ、前記第１軸受部と前記工具取付部との間に位置する第２軸受部とによって、前記周方向への往復回動が可能なように支持されており、
   前記第１軸受部は、弾性部材を介して前記ハウジングに保持されている、電動工具。
7. 請求項６記載の電動工具であって、
   前記第２軸受部は、ボールベアリングによって構成されている、電動工具。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の電動工具であって、
   前記モータは、前記回転中心軸が、前記先端工具を揺動させる支点となる軸に交差する姿勢で配置されている、電動工具。

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