JP5482157B2 - 往復運動工具 - Google Patents

Description

本発明は、モータの回転運動を先端工具の往復運動に変換し、切削等の作業を行う往復運動工具に関するものである。

従来の往復運動工具について図６から図９を用いて説明する。

図６に示すように往復運動工具であるジグソーは、ハウジング１に電動機であるモータ２を内蔵しており、ハウジング１の上方にはハンドル３が設けられており、ハンドル３にはスイッチ４を有している。また、ハウジング１にはモータ２の回転力を図示上下方向の往復動に変換するための往復運動機構５が内蔵されており、往復運動機構５には刃物６を保持するプランジャ７が取り付けられている。往復運動機構５は、モータ２の回転を減速するため減速部５ａと、減速部５ａから伝達された回転をプランジャ７の往復動に変換する変換部５ｂから構成されており、ホルダ８によってハウジング１に支持されている。更に、ハウジング１の下方には切断作業時の案内部材となるベース９が取り付けられている。

上記のような構成のジグソーを駆動するには、作業者がハンドル３を把持しスイッチ４をオンにすると、モータ２が回転し、この回転が往復運動機構５を構成する減速部５ａと変換部５ｂによってハウジング１の上下方向の往復動に変換され、刃物６を保持するプランジャ７が運動変換部５ｂによって往復運動され、プランジャ７と共に刃物６が往復運動する。ハウジング１あるいはホルダ４に被切削材と接触するベース９が取り付けられており、刃物６を往復動させた状態で被切削材上をベース９が摺動することによって、切断作業ができるようになっている。

ここで、往復変換機構部５には上下バランスウェイト１０がプランジャ７の近傍であって図示前後方向にずれて位置するように取り付けられている。ホルダ８には２つのピン部８ａが固定されており、このピン部８ａが上下バランスウェイト１０に設けられた長穴部１０ａに挿入されている。モータ２が回転すると、上下バランスウェイト１０はプランジャ７と１８０度ずれた位相（逆位相）で往復運動を行い、プランジャ７の往復運動により発生する上下方向の慣性力を緩和し、往復運動工具本体の振動を低減するように構成されている。

特開２００６−１７５５２４号

上記した往復運動工具（ジグソー）においては、刃物６を保持するプランジャ７と、プランジャ７の慣性力を緩和するバランスウェイト１０の上下往復運動は同一軸上でない位置、すなわち、図８及び図９に示すように、バランスウェイト１０はプランジャ７に対して前後方向（図示の左右方向）にずれて配置されている。従って、図８のように、プランジャ７が上死点側、バランスウェイト１０が下死点側に移動すると、プランジャ７には矢印Ａの慣性力、バランスウェイト１０には矢印Ｂの慣性力が発生し、結果として矢印Ｃの回転力が生じる。逆に、図９に示すように、プランジャ７が下死点側、バランスウェイト１０が上死点側に移動すると、プランジャ７には矢印Ａ’の慣性力、バランスウェイト１０には矢印Ｂ’の慣性力が発生し、結果として矢印Ｃ’の回転力が生じる。

従って、プランジャ７とバランスウェイト１０が上死点側、下死点側に移動したときには回転力が発生するため、この回転力が往復運動工具本体に振動を発生させる原因となっている。

本発明の目的は、上記した慣性力（回転力）を緩和し本体の振動を低減した往復運動工具を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、電動機と、前記電動機を内蔵するハウジングと、該ハウジング内に内蔵され、前記電動機の回転運動を往復運動に変換する往復運動機構と、該往復運動機構によって伝達され上下に摺動するプランジャと、該プランジャの先端に脱着可能で、上下方向に往復動し切削材を切断する刃物とを有する往復運動工具において、前記プランジャ位置の後方に、前記プランジャの上下の往復方向に対して、垂直方向に運動するバランスウェイトと、前記バランスウェイトを前後に動作させる前後駆動部とを有する第二の往復運動機構を備えた往復運動工具とすることによって達成できる。このような構成にすることによって、前記プランジャの各死点付近において、本体の重心と前記プランジャの重心位置の離間によって発生する回転モーメントを、前後往復運動するバランスウェイトによって低減可能となるので、操作性のよい工具を提供できる。

また、前記プランジャに対して前後方向にずれて配置されると共に、逆位相で上死点及び下死点間の上下方向に往復動する上下バランスウェイトと、該上下バランスウェイトを上下に動作させる上下駆動部と、を有する第三の往復運動機構を備える構成としてもよい。このような構成にすることによって、上下方向に対する低振動化が可能となり、工具全体における低振動化の向上が可能となる。このような構成にすることによって、前記プランジャ内の各場所において、的確な振動低減を部分的に施すことが可能となる。

また、前記バランスウェイトは、前記プランジャが各死点側に達した際に生じる前後の振動を、相殺する方向へ前後移動するような構成としてもよい。このような構成にすることによって前記第二の往復運動機構は、各製品の内部形状や機構によって自由に設置場所を設定可能となり、且つ前記ハウジング内の任意の箇所で発生する振動を低減する防振機構を提供可能となる。

また、前記第二の往復運動機構は、前記プランジャと前記上下バランスウェイトが、各死点側に達した際に生じる回転モーメントの中心位置を基準として、その上側後方若しくは下側後方に配設され、前記バランスウェイトは、その回転モーメントの回転を相殺する方向へ前後移動する構成としてもよい。このような構成にすることによって前記第二の往復運動機構は、各製品の内部形状や機構によって自由に設置場所を設定可能となり、且つ前記ハウジング内の任意の箇所で発生する振動を低減する防振機構を提供可能となる。

また、前記第二の往復運動機構は、前記プランジャが上死点に達した際の前記プランジャの重心位置より後方上側に備える構成としてもよい。このような構成にすることによって、例えば前記プランジャと前記上下バランスウェイトが、各死点側に達した際に生じる回転モーメントの中心位置から離れた位置に、前記第二の往復運動機構の重心位置を設定できるため、更に振動低減の向上を図ることが可能となる。

また、前記第二の往復運動機構は、前記ハウジング内の任意の箇所に、少なくとも１つ以上備えられている構成としてもよい。このような構成にすることによって、前記ハウジングの任意の各箇所に適切な個数の前記第二の往復運動機構部を装着可能となるため、設計の自由度を大きくとることが可能となる。

また、前記第二の往復運動機構は、前記ハウジング内の任意の箇所に設けた回動点を中心として、前記バランスウェイトが、前後の振動を相殺する方向に揺動運動する手段を有する構成としてもよい。このような構成にすることによって、例えば前記プランジャと前記上下バランスウェイトが、各死点側に達した際に生じる回転モーメントを相殺する方向に、前記第二の往復運動機構は円弧の軌道を描いて揺動運動するので、より理想的な振動の低減が可能となる。

また、前記揺動運動する手段は、レシプロベアリングで形成されている構成としてもよい。このような構成にすることによって、少ない部品点数で、前記バランスウェイトを揺動させることが可能となり、低コスト化の向上を図ることが可能となる。

本発明によれば、前記バランスウェイトを前後に移動可能に配設したことによって、前記プランジャの上下摺動時の各死点付近で発生する本体の重心を中心とした回転モーメントの前後成分の振動を低減可能となるため、大幅な振動低減が可能となる。また、前記プランジャと前記上下バランスウェイトにおける重心位置の離間によって生じる回転モーメントを相殺する方向に前記バランスウェイトを任意に移動させることが可能となるため、工具本体の回転力を緩和することができ、振動の少ない往復運動工具を提供することが可能となる。

本発明の往復運動工具をジグソーに適用した実施形態の一部を破断して示す一部断面図。 本発明の往復運動工具をジグソーに適用した実施形態に発生するモーメントの説明図。 本発明の往復運動工具をジグソーに適用した実施形態の一部を破断して示す断面図。 本発明の往復運動工具をジグソーに適用した第二の実施形態に発生するモーメントの説明図。 本発明の往復運動工具をジグソーに適用した第二の実施形態の一部を破断して示す断面図。 従来の往復運動工具のプランジャが上死点にある場合の一部断面図である。 従来の往復運動工具のプランジャが下死点にある場合の一部断面図である。 従来の往復運動工具のプランジャが上死点に移動した際の慣性力を示す要部断面図である。 従来の往復運動工具のプランジャが下死点に移動した際の慣性力を示す要部断面図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。
本発明の往復運動工具をジグソー１Ａに適用したものを図１及び図２を用いて説明する。
以下、前後方向とは、切断方向に対して作業者側を後、その反対側を前とし、上下方向とは刃物６の往復運動の方向に対して、往復運動時にベース９に向かって刃物６が向かう方向を下、その反対側を上とする。図１は本発明の往復運動工具を適用したジグソー１Ａの一部を破断して示す一部断面図である。電動機２（モータ）と、電動機２を内蔵するハウジング１と、ハウジング１内に内蔵され電動機の回転運動を往復運動に変換する往復運動機構５と、往復運動機構５によって伝達され上下に摺動するプランジャ７と、プランジャの先端に脱着可能で上下方向に往復動し切削材を切断する刃物６とを有する。

プランジャ７の後方に、前後方向に運動するバランスウェイト２２と、バランスウェイト２２を前後に動作させる前後駆動部３１ａとを有する第二の往復運動機構３１を備え、回転駆動源であるモータ２がハウジング１内に収納され、モータ２の出力軸２ａにはピニオン３０が設けられている。ギアホルダ１６には出力軸２ａと平行なスピンドル１５が回転可能に支持されており、スピンドル１５にはギア１４が固定され、ギア１４はピニオン３０と噛合している。さらに、ギア１４のハウジング前方側（図中右側）には、偏心部１４ａが設けられている。第三の往復運動機構３２として、上下バランスウェイト１０は楕円穴部を有し、楕円穴部とギヤ偏心部１４ａが嵌合するように配置され、ハウジング上下方向（図中上下方向）に往復運動可能に支持されている。スピンドル１５からギヤ偏心部１４ａの偏心量が上下バランスウェイト１０の往復移動量となる。
ギア１４のハウジング前方側には、上下バランスウェイト１０を保持するためのウェイトホルダ８がボルト１９により固定され、ウェイトホルダ８のハウジング１前方側且つスピンドル１５に対してギヤ偏心部１４ａとは反対の位置にニードルローラ１７が圧入されている。ニードルローラ１７の外周にはスリーブ１１が回転可能に支持されている。
ハウジング１前方側には、プランジャ７がハウジング１の上下方向に往復運動可能に支持されている。プランジャ７にはコの字状断面を有するコネクタ１３が固着され、コネクタ１３にはスリーブ１１が摺動可能に係合している。プランジャ７の下端には刃物である刃物６が着脱自在に装着されており、刃物６はハウジング１の下部に被切断材（不図示）と水平に取り付けられたベース９の開口部９ａを貫通してベース９下方へと略垂直に延出している。スピンドル１５からニードルローラ１７の偏心量がプランジャ７の往復移動量となる。
往復運動変換機構５は、上述のピニオン３０、ギア１４、ウェイトホルダ８、ニードルローラ１７、スリーブ１１、コネクタ１３よって構成され、後述のように、モータ２の回転運動をプランジャ７及び刃物６の往復運動に変換する。第二の往復運動機構３１は、前後駆動部３１ａ とバランスウェイト２２で構成され、第三の往復運動機構は、上下駆動部３２ａと上下バランスウェイト１０で構成されている。
また、ギアホルダ１６のハウジング１の後方側（図中左側）にはベアリングホルダ２１が設けられ、スピンドル１５のハウジングの後方側にはスピンドル１５の回転運動を往復運動に変換するための第二の往復運動変換機構３１の実施例としてレシプロベアリング２０が取り付けられている。レシプロベアリング２０にはバランスウェイト２２が備えられ、ハウジング前後方向に往復運動可能に支持されている。
また、ハウジング１上方にはジグソー１Ａを把持するためのハンドル部３が設けられ、ハンドル部３にはスイッチ機構４が設けられている。

次に、本発明を適用したジグソー１Ａの動作について説明する。作業者が電源コード１８を外部電源（不図示）に接続した後、ハンドル部３を把持し、スイッチ機構４を操作することによりモータ２に給電され、モータ２が回転する。モータ２の回転はピニオン３０を介して減速してギア１４に伝達され、ギア１４はスピンドル１５を中心に回転する。ニードルローラ１７及びスリーブ１１がスピンドル１５からの偏心量を径としてコネクタ１３に沿って摺動しながら回転することで、プランジャ７が往復運動し、刃物６によって被切断材（不図示）を切断する。また、ギヤ偏心部１４ａがバランスウェイトの楕円穴内で摺動しながら回転することにより上下バランスウェイト１０が往復運動する。尚、上下バランスウェイト１０は、後述のようにプランジャ７と逆位相で往復運動するように設計されており、これによりプランジャ７及び刃物６の往復運動による振動を相殺するよう機能する。さらに、スピンドル１５と同時にレシプロベアリング２０が回転することにより、バランスウェイト２２が上下バランスウェイト１０及びプランジャ７と同周期でハウジング前後方向に往復運動する。これにより、バランスウェイト２２は後述のようにハウジング１に発生するモーメントによる回転方向の振動を相殺するように機能する。

図２はハウジング１に発生するモーメントの説明図である。プランジャ７と上下バランスウェイト１０は同周期で逆位相の往復運動するため、上下バランスウェイト１０の質量ｍｗ１と往復移動量ｄｗ１、プランジャ７の質量ｍｐと往復移動量ｄｐの関係は次式（１）を概ね満足するよう設計することで、往復運動による振動を低減可能となる。
（１）ｍｗ１×ｄｗ１＝ｍｐ×ｄｐ
また、プランジャ７と上下バランスウェイト１０は同周期で逆位相の往復運動するが、ジグソー重心１ａからプランジャ重心７ａの距離ｌｐとジグソー重心１ａからバランスウェイト重心１０ａの距離ｌｗ１が異なるため、ハウジング１に次式（２）に示すようなモーメントＭが発生する。（図中α及びβの矢印における関連式）
（２）Ｍ＝（ｍｐ×ｄｐ×ｌｐ）−（ｍｗ１×ｄｗ１×ｌｗ１）
本発明においては、バランスウェイト２２はハウジング前後方向に往復運動可能に設けられているが、式（１）を概ね満足し、距離ｌｐ＞距離ｌｗ１であることから、プランジャ７により生じるモーメントを相殺する方向、即ち、プランジャ７がハウジング上方に移動する際にバランスウェイト２２がハウジング前方に移動するよう往復運動させる。尚、バランスウェイト２２の質量ｍｗ２及び移動量ｄｗ２は次式（３）を概ね満足するよう設計する。（図中α、β、γの矢印における関連式）
（３）（ｍｐ×ｄｐ×ｌｐ）−（ｍｗ１×ｄｗ１×ｌｗ１）−（ｍｗ２×ｄｗ２×ｌｗ２）＝０
これにより、ハウジング１に生じるモーメントを相殺することができ、回転方向の振動を低減することが可能となる。また、距離ｌｗ２の調整により移動量ｄｗ２及び質量ｍｗ２を小さくすることでバランスウェイト２２の往復運動による振動は低減可能である。

図３は、第二の往復運動機構３１部分の拡大図である。

ギアホルダ１６内にスピンドル１５が貫入され、そのスピンドル１５の回転運動をレシプロベアリング２０によってバランスウェイト２２の往復運動に変換している。また、プランジャ７が各死点側に達したタイミングに合わせて、バランスウェイト２２が前後に運動する仕様となっている。

次に、本発明の往復運動工具をジグソー１Ａに適用した第二の実施の形態を、図４及び図５に基づき説明する。

図４は第二の実施形態においてハウジング１に発生するモーメントの説明図である。図５は図４の第二の往復運動機構３１の要部拡大図である。本実施形態においては、レシプロベアリング２０の対向する位置にバランスウェイト２２と第二バランスウェイト２３を配置し、バランスウェイト２２と第二バランスウェイト２３を逆位相で往復運動させる。従って、バランスウェイト２２と第二バランスウェイト２３の往復により発生するハウジング前後方向の振動を相殺することができる。また、プランジャ７及び上下バランスウェイト１０の往復により生じるモーメントは、バランスウェイト２２の質量ｍｗ２及び移動量ｄｗ２と第二バランスウェイト２３の質量ｍｗ３及び移動量ｄｗ３を次式（４）を概ね満足するよう設計することで低減可能である。（図中α、β、γ、δの矢印における関連式）
（４）{（ｍｐ×ｄｐ×ｌｐ）−（ｍｗ１×ｄｗ１×ｌｗ１）}−｛（ｍｗ２×ｄｗ２×ｌｗ２）−（ｍｗ３×ｄｗ３×ｌｗ３）｝＝０
以上、本発明により、プランジャ７の往復によるハウジング上下方向の振動を低減するだけでなく、プランジャ７及び上下バランスウェイト１０の往復により発生するモーメントによる回転方向の振動も低減することができ、ハウジング１の大幅な低振動化が可能となる。

次に、第二の往復運動機構３１は、プランジャ７と上下バランスウェイト１０が、各死点側に達した際に生じる回転モーメントの中心位置を基準として、その上側後方若しくは下側後方に配設され、バランスウェイト１０は、その回転モーメントの回転を相殺する方向へ前後移動するようにした構成について、具体的な動作を説明する。

プランジャ７が下死点側に達した際、プランジャ７と上下バランスウェイト１０の離間が原因となって発生する回転モーメントの回転中心より下方向に第二の往復運動機構３１を設置した場合は、バランスウェイト２２は、前方向に移動するように構成し、回転モーメントの回転中心より上方向に、第二の往復運動機構３１を設置した場合は、後方向に移動するように構成する。逆に、プランジャ７が上死点側に達した際、ジグソーにおける回転モーメントの回転中心より下方向に第二の往復運動機構３１を設置した場合は、バランスウェイト２２は、後方向に移動するように構成し、回転モーメントの回転中心より上方向に、第二の往復運動機構３１を設置した場合は、前方向に移動するように構成する。このような構成にすることによって、各製品の内部形状や機構によって自由に設置場所を設定可能となり、且つ前記ハウジング内の任意の箇所で発生する振動を低減する防振機構を提供可能となる。

また、第二の往復運動機構３１は、前記ハウジング１内の任意の箇所に、少なくとも１つ以上備えられているような構成となってもよい。例えば、電動機２によって、第二の往復運動機構３１を駆動させ、設置場所として、ハウジング１内の出力軸２ａを挟んで、上下に配置するような構成としてもよい。こうすることによって、バランスウェイト２２の個数を増やすことが可能となり、より前後の低振動化の向上を望むことができる。

また、上記実施例としてレシプロベアリング２０を用いて本発明の構成を説明したが、スピンドル１５に達した回転を利用してバランスウェイト２２を前後往復運動させる装置であればよい。同様に、レシプロベアリング２０を用いて前後に揺動運動する手段を説明したが、スピンドル１５の回転を利用してバランスウェイト２２を前後に往復揺動運動させる装置であればよい。

例えば、バランスウェイト２２をプランジャ７の上下方向に直行する方向（電動機２の軸方向）に移動可能且つバネなどの付勢手段によりプランジャ７側に付勢した構成とし、プランジャ７が上死点以外に位置する際には、バランスウェイト２２を付勢手段に抗して反プランジャ側に移動させ、プランジャ７が上死点に到達する際に、付勢手段の付勢力によりプランジャ側に移動させる構成としてもよい。ジグソー１Ａのようにハウジング１の下方に木材上面と接するベース９を有する構成の場合には、ベース９と木材（不図示）とが接触していることでプランジャが下死点に移動した際に発生するモーメントに起因して本体が回転しにくいため、プランジャが上死点に到達した際のモーメントを小さくするだけの構造であっても効果的に本体に発生する振動を低減することができるものである。

また、バランスウェイト２２、及び上下バランスウェイト１０の材質として、比重の大きい金属材料、樹脂、プラスチックなどで形成してもよく、その材料は限定されない。バランスウェイト２２の形状についても、円形、楕円形、角状、湾曲状など、種々の形状でよく、設計上の都合に合わせて任意に選択可能としてもよい。

尚、本発明の実施の形態について、ジグソーを例に説明したがセーバーソー等の他の往復運動工具に適用することも可能である。

１はハウジング、１ａはハウジングの重心、２はモータ、２ａは出力軸、３はハンドル部、４はスイッチ機構、５は往復運動機構、６は刃物、７はプランジャ、７ａはプランジャの重心、８はウェイトホルダ、９はベース、９ａは開口部、１０は上下バランスウェイト、１０ａは上下バランスウェイトの重心、１１はスリーブ、１３はコネクタ、１４はギヤ、１４ａは偏心部、１５はスピンドル、１６はギヤホルダ、１７はニードルローラ、１８は電源コード、１９はボルト、２０はレシプロベアリング、２１はベアリングホルダ、２２はバランスウェイト、２２ａはバランスウェイトの重心、２３は第二バランスウェイト、２３ａは第二バランスウェイトの重心、３０はピニオン、３１は第二の往復運動機構、３２は第三の往復運動機構

Claims (5)

1. 電動機と、
   前記電動機を内蔵するハウジングと、
   該ハウジング内に内蔵され、前記電動機の回転運動を往復運動に変換する往復運動機構と、
   該往復運動機構によって伝達され上下に摺動するプランジャと、
   該プランジャの先端に脱着可能で、上下方向に往復動し切削材を切断する刃物と、
   を有する往復運動工具において、
   前記プランジャ位置の後方に、前後方向に運動するバランスウェイトと、前記バランスウェイトを前後に動作させる前後駆動部とを有する第二の往復運動機構を備え、
   前記第二の往復運動機構は、前記ハウジング内の任意の箇所に設けた回動点を中心として、前記バランスウェイトが、前後の振動を相殺する方向に揺動運動する手段を有することを特徴とする往復運動工具。
2. 前記プランジャに対して前後方向にずれて配置されると共に、前記プランジャに対して逆位相で上死点及び下死点間の上下方向に往復動する上下バランスウェイトと、該上下バランスウェイトを上下に動作させる上下駆動部と、を有する第三の往復運動機構を備えたことを特徴とする請求項１に記載の往復運動工具。
3. 前記第二の往復運動機構は、前記プランジャが上死点に達した際の前記プランジャの重心位置より後方上側に備えたことを特徴とする請求項１から２のいずれかに記載の往復運動工具。
4. 前記第二の往復運動機構は、前記ハウジング内の任意の箇所に、少なくとも１つ以上備えられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の往復運動工具。
5. 前記揺動運動する手段は、任意の数の前記バランスウェイトを備えたレシプロベアリングで形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の往復運動工具。