JPWO2005105386A1 - 作業工具 - Google Patents

Abstract

【課題】 作業工具における制振性を一層向上するのに資する技術を提供する。【解決手段】 先端工具と、先端工具を直線状に駆動させ、これによって当該先端工具に所定の加工作業を遂行させる第１の作動機構と、先端工具による加工作業時の制振を行う動吸振器１５１と、を有する作業工具。動吸振器は、複数の弾性要素１５７による付勢力が対向状に作用した状態で直線運動可能に構成されるウェイト１５３を有し、当該ウェイトは、複数の弾性要素のうちの少なくとも一方の弾性要素を機械的に加振する第２の作動機構１１６により、当該弾性要素を介して駆動される。【選択図】 図２

Description

本発明は、ハンマやハンマドリル等のように先端工具を直線状に駆動する作業工具における制振技術に関する。

特開昭５２−１０９６７３号では、制振装置が設けられた電動ハンマの構成が開示されている。この従来の電動ハンマでは、本体ハウジングの下方側であってモータハウジングの前方をなす領域に、当該本体ハウジング（およびモータハウジング）と一体状に防振室を形成するとともに、この防振室内に動吸振器を収容する。そしてハンマ駆動の際に生じるハンマ長軸方向への強い振動が当該動吸振器によって吸振されるように構成される。

上記動吸振器は、弾性要素による付勢力が作用した状態で配置されたウェイトが、当該動吸振器に入力される振動量の大きさに応じて駆動されることで制振作用を奏する。すなわち動吸振器は、発生した振動量に応じて制振量が決定されるという受動的な性格を有する。ところで、実際の加工作業においては、作業者が作業工具を被加工材側に強く押圧した状態で作業を行なうといったように、工具ビットに被加工材側からの負荷が相当程度作用するため制振の要請が高いにもかかわらず、動吸振器に入力される振動量が抑制されてしまう場合がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、作業工具における制振性を一層向上するのに資する技術を提供することを目的とする。

上記課題は各請求項に記載の発明によって解決される。
本発明によれば、先端工具と、前記先端工具を直線状に駆動させ、これによって当該先端工具に所定の加工作業を遂行させる第１の作動機構と、弾性要素による付勢力が作用した状態で直線運動するウェイトを介して、前記先端工具による加工作業時の制振を行う動吸振器と、前記弾性要素を機械的に加振し、これによって前記ウェイトを強制的に駆動する第２の作動機構を有することを特徴とする作業工具が構成される。

先端工具は、典型的には、被加工材にハンマ加工作業やハンマドリル加工作業を加えるハンマビット、あるいは被加工材に切断加工作業を加える鋸刃等で定義される。

本発明では、受動的な制振機構である動吸振器につき、そのウェイトを、第２の作動機構によって積極的に駆動させる。従って、作業工具に作用する振動の大小によらず、動吸振器を定常的に作動させることが可能となり。この結果、動吸振器に入力される振動量が小さく、当該動吸振器が十分に作動しないような作業態様においても、十分な制振機能を確保することが可能な作業工具が提供されることとなった。

特に本発明によれば、第２の作動機構が、ウェイトに付勢力を作用する弾性要素を機械的に加振する構成を採用したことにより、加振のタイミングを適宜調整して、ウェイトの直線動作の位相を自由に設定することができる。従って、ウェイトの駆動タイミングを、先端工具による加工作業時における衝撃力の発生タイミングに対応させ、動吸振器による制振を最適化することができる。

なお動吸振器においては、単一の弾性要素がウェイトに付勢力を作用してもよい。また複数の弾性要素がウェイトに付勢力を作用してもよい。後者の場合、少なくとも一つの弾性要素が機械的に加振されれば足りる。

動吸振器については、当該動吸振器の動作が安定するような特定の減衰特性を有する構成としてもよい。具体的には、動吸振器は、第２の作動機構による加振周波数の所定周波数領域においてウェイトの振幅が規定振幅範囲内で変動するとともに、当該所定周波数領域においてウェイトの第２の作動機構との間の位相差が規定位相差範囲内で変動するような減衰特性が付与される。換言すれば、第２の作動機構による加振周波数の所定周波数領域において、ウェイトの振幅及び位相差の変化の度合いが規定範囲内に収まるようにするのが好ましい。そして、加振周波数の所定周波数領域が、往復作動式工具の製造上や使用上のバラツキを考慮した実際の動作周波数領域を包含する場合に、動吸振器による制振が有効となる。このような構成は、特に、動吸振器における弾性要素の弾性係数のバラツキ、ウェイトの質量誤差、動作周波数のバラツキ等といった製造上・使用上の誤差を適切に丸め込むのに有効である。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態につき、図１〜図３を参照しつつ詳細に説明する。本発明の実施の形態では、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は第１の実施形態に係るハンマドリルの全体構成を概略的に示す側断面図である。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、当該本体部１０３の先端領域にツールホルダ１３７を介して着脱自在に取付けられたハンマビット１１９を主体として構成される。ハンマビット１１９は、本発明における「先端工具」に対応する。

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、第１運動変換機構１１３、動力伝達機構１１４および第２運動変換機構１１６を収容したギアハウジング１０７と、ストライカ１４３およびインパクトボルト１４５からなる打撃要素１１５を収容したバレル部１１７と、ハンドグリップ１０９とによって構成されている。駆動モータ１１１の回転出力は、第１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１１４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。更に駆動モータ１１１の回転出力は、第２運動変換機構１１６によって直線運動に変換された上で、後述する動吸振器１５１に対し当該動吸振器１５１を強制加振する駆動力として入力される。上記の第１運動変換機構１１３は、本発明における「第１の作動機構」に対応し、第２運動変換機構１１６は、本発明における「第２の作動機構」に対応する。

第１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、このクランク機構は本発明における「第１の駆動機構部」に対応する。

一方、動力伝達機構１１４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と同軸に配置され、過負荷遮断用の滑りクラッチ１３２を介して伝達ギア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、いわゆるハンマ加工作業と、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。

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ストライカ１４３と、ツールホルダ１３７に摺動自在に配置されるとともに、ストライカ１４３の運動エネルギをハンマビット１１９に伝達するインパクトボルト１４５を主体として構成される。ストライカ１４３は、本発明における「打撃子」に対応する。

本実施の形態に係るハンマドリル１０１には、図２および図３に示すように、本体部１０３に連接された動吸振器１５１が設けられている。図２および図３は、動吸振器１５１と当該動吸振器１５１を強制的に加振する第２運動変換機構１１６を示す平断面図である。動吸振器１５１は、本体部１０３、具体的にはギアハウジング１０７に一体状に形成された筒体１５２と、当該筒体１５２内に配置されたウェイト１５３と、ウェイト１５３の左右に配置された付勢バネ１５７を主体として構成される。付勢バネ１５７は、本発明における「弾性要素」に対応する。付勢バネ１５７は、ウェイト１５３が筒体１５２の長軸方向（ハンマビット１１９の長軸方向）に移動する際にウェイト１５３に対向状の弾発力を付与する。なお筒体１５２内のウェイト１５３の左右両側部に形成される作動室１５６（図２では、左右それぞれの各作動室を１５６ａ，１５６ｂとして示している）は、筒体１５２の壁に設けた開口１５２ａあるいは通気孔１５２ｂを経て動吸振器１５１外に連通される構成とされる。

またウェイト１５３には、大径部１５４および小径部１５５が連接状に形成されており、両者の外形や長軸方向長さ等を選択することにより、ウェイト１５３の設計寸法を適宜調整することが可能であり、全体としてウェイト１５３のコンパクト化を図ることが可能である。さらにウェイト１５３がその移動方向に長尺状に形成されること、および小径部１５５の外周部が付勢バネ１５７の内周に密接状に接することにより、ウェイト１５３がハンマビット１１９の長軸方向に移動動作する際の動作を安定化することが可能とされている。

また動吸振器１５１は、ハンマビット１１９の移動線を跨いで左右両側に配置されている。なお本実施の形態における動吸振器１５１は、その筒体１５２が本体部１０３（ギアハウジング１０７）に一体状に設けられているが、これを本体部１０３から取り外し自在に構成してもよい。

第２運動変換機構１１６は、ウェイト１５３を強制的に加振することにより、動吸振器１５１を積極的に駆動するための手段として備えられる。第２運動変換機構１１６は、図２および図３に示すように、第１運動変換機構１１３における被動ギア１２３（図１参照）に形成された偏心軸部１６１、当該偏心軸部１６１の回転によってハンマビット１１９の長軸方向に直線状に往復移動される連接板１６３、当該連接板１６３とともに直線状に移動して付勢バネ１５７に加振力を入力する摺動子１６７を主体に構成される。上記の偏心軸部１６１および連接板１６３によってクランク機構が構成され、このクランク機構は本発明における「第２の駆動機構部」に対応する。

偏心軸部１６１は、被動ギア１２３の回転中心に対して所定距離偏心した位置を中心とする円形状に形成されている。連接板１６３は、偏心軸部１６１に長円孔１６２を介して係合するとともに、ギアハウジング１０７に設けられた複数本のガイドピン１６５によって直線状に移動するよう案内される。また連接板１６３の移動方向と交差する方向の両側面には、それぞれ側方に突出する連係部１６４が設けられており、各連係部１６４は、動吸振器１５１の筒体１５２の壁に設けた開口１５２ａを通して筒体１５２内に突入されるとともに、当該筒体１５２内に配置された摺動子１６７の係合凹部１６８に係合されている。摺動子１６７は、一方の付勢バネ１５７の一端（筒体側端部）を支持するとともに、筒体１５２の長軸方向に摺動自在に収容されている。

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が同じく水平面内を揺動しつつハンマビット１１９の長軸方向に移動し、当該クランクアーム１２７の先端に取り付けられたピストン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はピストン１２９の直線動作速度よりも高速でシリンダ１４１内を直線運動する。ストライカ１４３は、インパクトボルト１４５に衝突することで、その運動エネルギをハンマビット１１９へと伝達する。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が長軸方向のハンマ動作と周方向のドリル動作を行い、被加工材にハンマドリル加工作業を遂行する。

なおハンマドリル１０１がハンマモードで駆動されるときは、動力伝達系の途中、具体的には、大ベベルギア１３５とツールホルダ１３７間に設けられるクラッチ機構１３６が遮断される。すなわち、ハンマモードでの駆動時には、ハンマビット１１９が長軸方向のハンマ動作のみを行い、被加工材にハンマ加工作業を遂行する。

上記のようにハンマビット１１９が駆動される際に発生する衝撃的かつ周期的な振動に対しては、本体部１０３に設けられた動吸振器１５１が制振機能を奏する。すなわち、ハンマドリル１０１の本体部１０３を、所定の外力（振動）が作用する制振対象体として見立てた場合、当該制振対象体である本体部１０３に対して、動吸振器１５１における制振要素であるウェイト１５３および付勢バネ１５７が協働して受動的な制振を行なう。

本実施の形態では、ハンマドリル１０１の駆動時において、被動ギア１２３の偏心軸部１６１が水平面内にて回転動作を行うことに伴い、当該偏心軸部１６１に係合している連接板１６３がハンマビット１１９の長軸方向に直線状に往復駆動される。そして一方向への移動時（本実施の形態では、ハンマビット１１９に近づく方向への移動時）に、摺動子１６７を移動させて付勢バネ１５７を加圧し、これによってウェイト１５３を当該付勢バネ１５７の加圧方向へと移動させる。すなわち、動吸振器１５１のウェイト１５３を積極的に駆動する。

本実施の形態では、偏心軸部１６１と連接板１６３とによって構成されるクランク機構を介してバネ受部材としての摺動子１６７を駆動し、ウェイト１５３を強制加振する構成としている。このため、ストライカ１４３がインパクトボルト１４５に衝突して衝撃力をハンマビット１１９に作用させるように直線運動する際、動吸振器１５１のウェイト１５３が、実際の設計上においては、ストライカ１４３に対向して反対方向へ直線運動するように、当該ウェイト１５３の駆動タイミング、すなわち、クランクの位相を調整することができる。このため、ハンマドリル１０１に生じる振動を効率的に抑制することができる。

なお本実施の形態では、ピストン１２９がストライカ１４３に向かって移動動作するタイミングに対し、空気バネが作用するのに必要な圧縮時間あるいはストライカ１４３の慣性力等のため、当該ストライカ１４３が実際にインパクトボルト１４５に向かって直線運動を開始するタイミングが若干遅れることとなる。従って、動吸振器１５１のウェイト１５３を強制加振するべく、摺動子１６７によって付勢バネ１５７を加圧するタイミング、すなわちウェイト１５３に対し加振力を入力する時期については、上記のような遅れを十分に考慮した上で設定することが好ましい。

また本実施の形態では、作動室１５６が定常的に外部と連通し空気が自由に流出入できる構成のため、ウェイト１５３がストライカ１４３と対向するように直線運動するに際し、当該ウェイト１５３の直線運動が妨げられることがない。

本実施の形態によれば、振動を受動的に抑制する機構である動吸振器１５１につき、当該ウェイト１５３を、第２運動変換機構１１６によってストライカ１４３の直線運動と対向するように積極的に直線運動させる。従って、ハンマドリル１０１に作用する振動の大小によらず、動吸振器１５１を定常的に作動させることが可能となる。換言すれば、動吸振器１５１のウェイト１５３につき、あたかも運動変換機構によって能動的に駆動動作されるカウンタウェイトのように用いることが可能とされる。

特に、ウェイト１５３に付勢力を作用する付勢バネ１５７を、第２運動変換機構１１６によって機械的に加振する構成のため、ウェイト１５３の駆動タイミングの設定、すなわち位相設定を自由に行うことができる。このため、ハンマビット１１９によるハンマ加工作業あるいはハンマドリル加工作業時における衝撃力の発生タイミングに対向してウェイト１５３を直線状に移動させ、これにより、ウェイト１５３による制振作用を最適な形態で遂行することが可能となる。

動吸振器１５１において、ウェイト１５３に付勢力を作用させる付勢バネ１５７を直線状に駆動される摺動子１６７によって強制加振する場合、摺動子１６７の強制加振周波数が、〔１／（２π）・（２ｋ／ｍ）^１／２〕（Ｈｚ）付近であれば、偏心軸部１６１の偏心量に対してウェイト１５３の移動量が非常に大きくなる。ここで（ｋ）は付勢バネ１５７のバネ定数、（ｍ）はウェイト１５３の質量である。この性質を利用して、ハンマビット１１９を駆動するストライカ１４３に対向してウェイト１５３が移動するように偏心軸部１６１の位相を調整し、また付勢バネ１５７のバネ定数、ウェイト１５３の質量、偏心軸部１６１の偏心量を調整することによって、少ない偏心量でウェイト１５３を大きく動かし、最適な振動低減を行うことができる。また付勢バネ１５７に加振力を入力するべく直線状に駆動される摺動子１６７の移動量を小さくできるため、当該摺動子１６７を駆動する第２運動変換機構１１６の配置スペースが少なくて済み、ハンマドリル１０１のコンパクト化を図る上で有効となる。

動吸振器１５１をハンマビット１１９の移動線の片側に配置した場合、当該動吸振器１５１のウェイト１５３の駆動に伴いハンマビット１１９の移動線に直交する鉛直方向の軸線回りにモーメントが発生することになる。本実施の形態によれば、動吸振器１５１をハンマビット１１９の移動線を跨いで同一水平面内の両側に配置したので、ウェイト１５３が移動することによって発生する、ハンマビット１１９の移動線に直交する鉛直方向の軸線回りのモーメントが、互いに打ち消し合うように作用する。この結果、動吸振器１５１の設置に伴いモーメントが無用に発生することが抑えられる。

（動吸振器における減衰特性について）
動吸振器１５１の筒体１５２の構成に関し、通気孔１５２ｂは、ウェイト１５３の往復動作時に、第２作動室１５６ｂにおいて加圧された加圧空気の流出を規制することによって、ウェイト１５３に対し減衰力を強制的に付与する構成を有する。ここで、図４を参照しながら、本実施の形態の動吸振器１５１の構成に対応した、「減衰のある強制加振のモデル」を説明する。

図４に示すモデルは、本実施の形態の動吸振器１５１の構成を模式的に示すものであり、減衰要素（通気孔１５２ｂ）、付勢バネ１５７、ウェイト１５３、付勢バネ１５７、第２運動変換機構１１６（摺動子１６７）を用いたものである。この構成において、いま図中右側の付勢バネ１５７に、第２運動変換機構１１６（摺動子１６７）から加振力Ｆ_０・ｃｏｓ（ωｔ＋Δ）が入力されたとする。このときの力学に関する式は、図４中の（１）〜（４）式によって示され、ウェイト１５３の応答に関しては、（５）〜（７）式を得る。とりわけ式（５）から、本モデルにおけるウェイト１５３の動作に関しては、第２運動変換機構１１６の加振に対し、理論上、振幅がρ倍され、第２運動変換機構１１６との間の位相差がθであることが判る。

一方、動吸振器１５１を実際に使用する場合、例えば付勢バネ１５７のバネ定数のバラツキ、ウェイト１５３の質量誤差、ハンマドリル１０１使用時の動作周波数のバラツキ等が発生する場合がある。このような場合には、最適な振動低減を行うべくハンマドリル１０１使用時の動作周波数に対応させて第２運動変換機構１１６の加振周波数を設定したとしても、上記バラツキによって、振幅や位相差に変動が生じるため、実際の制振性を確実なものとするのに限界がある。そこで、本発明では、特にウェイト１５３の減衰特性を調節することによって、広い加振周波数領域に対応して振幅及び位相差のいずれも安定化させ、これによって動吸振器１５１の動作を安定化させている。

ここで、広い加振周波数領域に対応して振幅や位相差を安定化させるのに有効な、ウェイト１５３の減衰特性を得る具体的なステップを説明する。

（第１のステップ）
第１のステップとして、図４中の式（１）〜（７）に基づいて、第２運動変換機構１１６の加振周波数ｆ（Ｈｚ）に対するウェイト１５３の振幅に係る係数ρ（−）の関係、及び加振周波数ｆ（Ｈｚ）に対するウェイト１５３の加振入力との間の位相差θ（°）の関係を導出する。更に、この第１のステップでは、減衰係数ｃのみを変化させた場合の、係数ρ及び位相差θについて検討し、係数ρ及び位相差θが安定化する場合の所望の減衰係数ｃを導出する。

上記第１のステップの具体例を、図５及び図６を参照しながら説明する。ここで、図５は、加振周波数ｆ（Ｈｚ）に対するウェイト１５３の振幅に係る係数ρ（−）の関係、及び加振周波数ｆ（Ｈｚ）に対するウェイト１５３の加振入力との間の位相差θ（°）の関係を示す「実施例」のグラフであり、図６は、図５の「実施例」に対する「比較例」のグラフである。

図６に示す「比較例」では、加振周波数ｆに対しρ及びθのいずれもが安定化する領域、すなわち図中においてρ及びθが同時に水平となる領域が殆ど見られず、製造上や使用上におけるバラツキが発生した場合には、理論上の設定に対する実際の制振性が異なることとなる。なお、このときの具体的な設定に関しては、ウェイト１５３の質量ｍを６４（ｇ）、付勢バネ１５７（２本分）のバネ定数ｋを７．５（Ｎ／ｍｍ）、減衰係数ｃを０．１（Ｎ／ｍ）としている。

そこで、本実施の形態では、ウェイト１５３の減衰特性を規定する係数、すなわち図４中の（１）式における減衰係数ｃを好適に設定することによって、図５に示す「実施例」のように、加振周波数ｆに対しρ及びθのいずれもが安定化する領域を作り出すようにしている。具体的には、ウェイト１５３の質量ｍ及び付勢バネ１５７（２本分）のバネ定数ｋは、図６に示す「比較例」と同じ値を用い、減衰係数ｃのみを０．１（Ｎ／ｍ）から１（Ｎ／ｍ）に変更している。これにより、加振周波数ｆに対しρ及びθのいずれもが安定化する周波数帯Ａや周波数帯Ｂが得られることとなる。このとき、加振周波数ｆの所定周波数領域である周波数帯Ａや周波数帯Ｂが、ハンマドリル１０１の製造上や使用上のバラツキを考慮した実際の動作周波数領域を包含する場合に、動吸振器１５１による制振が有効となる。

なお、本実施の形態では、ρ及びθが安定化しているか否かの判定に際しては、加振周波数ｆの所定変化に対し、振幅に係る係数ρが規定係数範囲（例えば、図５中のΔρ（Ａ）やΔρ（Ｂ））内で変動する場合にρ及びθが安定化していると判定することができる。本実施の形態では、図５中の周波数帯Ａや周波数帯Ｂにおいては、加振周波数ｆの所定周波数変化に対し、振幅に係る係数ρが規定係数範囲（例えば、図５中の規定係数範囲Δρ（Ａ）及びΔρ（Ｂ））内で変動し、ウェイト１５３の加振入力との間の位相差θが規定位相差範囲（例えば、図５中の規定位相差範囲Δθ（Ａ）及びΔθ（Ｂ））内で変動していることから、ρ及びθが安定化していると判定する。なお、このときのウェイト１５３の振幅に係る係数ρの規定係数範囲Δρ（Ａ）及びΔρ（Ｂ）や、ウェイト１５３の加振入力との間の位相差θの規定位相差範囲Δθ（Ａ）及びΔθ（Ｂ）は、ハンマドリル１０１の仕様等、必要に応じて適宜設定することができる。ここでいう周波数帯Ａや周波数帯Ｂが、本発明における「所定周波数領域」に相当し、規定係数範囲Δρ（Ａ）及びΔρ（Ｂ）に対応した振幅範囲（式（５）中の（ρ・Ｆ_０））が、本発明における「規定振幅範囲」に相当し、規定位相差範囲Δθ（Ａ）及びΔθ（Ｂ）が、本発明における「規定位相差範囲」に相当する。また、このときの周波数帯Ａや周波数帯Ｂは、製造上や使用上におけるバラツキ（典型的には５％程度のバラツキ）を勘案したうえで、当該バラツキの範囲を包含することが可能な幅を有するように設定されるのが好ましい。かくして、第１のステップによって、ρ及びθが安定化する所望の減衰係数ｃが得られることとなる。

（第２のステップ）
次に、第２のステップでは、上記第１のステップによって決定された減衰係数ｃに対応して、ハンマドリル１０１の実際の設計を行う。具体的には、動吸振器１５１の筒体１５２に設ける通気孔１５２ｂの通気径、すなわち通気孔１５２ｂにおける単位時間当たりの通気量を、第１のステップによって決定された所望の減衰係数ｃが得られるように設定する。典型的には、この通気孔１５２ｂの通気径を１．０（ｍｍ）程度とする。

本実施の形態では、これら第１のステップ及び第２のステップによって得られた設計条件が、ハンマドリル１０１における通気孔１５２ｂの構成に反映されている。本実施の形態のハンマドリル１０１によれば、広い加振周波数領域に対応してρ及びθのいずれも安定化させることができ、製造上や使用上におけるバラツキが発生した場合であっても、動吸振器１５１の動作を安定化させ、これによってハンマドリル１０１における制振性を確実なものとすることができる。また、本実施の形態では、所望の減衰係数ｃに対応して通気孔１５２ｂの通気径を設定するため、ハンマドリル１０１の構成及び設計ステップを簡素化するのに有効である。

（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態につき、図７〜図１２を参照して説明する。図７は第２の実施形態に係るハンマドリルの全体構成を概略的に示す側断面図である。図７に示すように、この実施の形態に係るハンマドリル２０１は、概括的に見て、ハンマドリル２０１の外郭を形成する本体部２０３、当該本体部２０３の先端領域にツールホルダ２３７を介して着脱自在に取付けられたハンマビット２１９を主体として構成される。ハンマビット２１９は、本発明における「先端工具」に対応する。

本体部２０３は、駆動モータ２１１を収容したモータハウジング２０５と、第１運動変換機構２１３、動力伝達機構２１４および第２運動変換機構２１６（図８〜図１２参照）を収容したギアハウジング２０７と、打撃要素２１５を収容したバレル部２１７と、ハンドグリップ２０９とによって構成されている。駆動モータ２１１の回転出力は、第１運動変換機構２１３によって直線運動に適宜変換された上で打撃要素２１５に伝達され、当該打撃要素２１５を介してハンマビット２１９の長軸方向（図７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２１１の回転出力は、動力伝達機構２１４によって適宜減速された上でハンマビット２１９に伝達され、当該ハンマビット２１９が周方向に回転動作される。更に駆動モータ２１１の回転出力は、第２運動変換機構２１６によって直線運動に変換された上で、後述する動吸振器２５１に対し当該動吸振器２５１を強制加振する駆動力として入力される。上記の第１運動変換機構２１３は、本発明における「第１の作動機構」に対応し、第２運動変換機構２１６は、本発明における「第２の作動機構」に対応する。

第１運動変換機構２１３は、駆動モータ２１１により鉛直面内にて回転駆動される駆動ギア２２１、当該駆動ギア２２１に噛み合い係合する被動ギア２２３、当該被動ギア２２３と被動軸２２５を介して一体回転する回転体２２７、回転体２２７の回転によってハンマビット２１９の長軸方向に揺動される揺動リング２２９、揺動リング２２９の揺動によって直線状に往復移動するシリンダ２４１を主体として構成される。被動軸２２５はハンマビット２１９の長軸方向に平行（水平）に配置され、当該被動軸２２５に取り付けられた回転体２２７の外周面が被動軸２２５の軸線に対し所定の傾斜角度で傾斜状に形成されている。揺動リング２２９は、回転体２２７の傾斜外周面に軸受２２６を介して相対回転可能に取り付けられ、当該回転体２２７の回転動作に伴ってハンマビット２１９の長軸方向に揺動される。また揺動リング２２９は、上方（放射方向）に一体に突設された揺動ロッド２２８を有し、当該揺動ロッド２２８がシリンダ２４１の後端部に設けた係合部材２２４に遊嵌状に係合されている。上記の回転体２２７、揺動リング２２９、シリンダ２４１によって揺動機構が構成され、この揺動機構が本発明における「第１の駆動機構部」に対応する。

動力伝達機構２１４は、駆動モータ２１１から駆動ギア２２１および被動軸２２５を介して鉛直面内にて回転駆動される第１伝達ギア２３１、当該第１伝達ギア２３１に噛み合い係合する第２伝達ギア２３３、当該第２伝達ギア２３３とともに回転されるスリーブ２３５、当該スリーブ２３５とともに鉛直面内にて回転されるツールホルダ２３７を主体として構成される。なお第２の実施形態に係るハンマドリル２０１は、ハンマビット２１９に対し常時に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ハンマドリル作業を行う構成である。

打撃要素２１５は、シリンダ２４１のボア内壁に摺動自在に配置されたストライカ２４３と、ツールホルダ２３７に摺動自在に配置されるとともに、ストライカ２４３の運動エネルギをハンマビット２１９に伝達するインパクトボルト２４５を主体として構成される。ストライカ２４３は、本発明における「打撃子」に対応する。

図８〜図１２には、動吸振器２５１と当該動吸振器２５１を強制加振する第２運動変更機構２１６が示されている。動吸振器２５１は、ハンマビット２１９の移動線を跨いで左右両側に配置される（図１１参照）。図８〜図１０に示すように、動吸振器２５１は、本体部２０３（図７参照）、具体的にはギアハウジング２０７に一体状に形成された筒体２５２と、当該筒体２５２内に配置されたウェイト２５３と、ウェイト２５３の両側に配置された付勢バネ２５７を主体として構成される。付勢バネ２５７は、本発明における「弾性要素」に対応する。付勢バネ２５７は、ウェイト２５３が筒体２５２の長軸方向（ハンマビット２１９の長軸方向）に移動する際にウェイト２５３に対向状の弾発力を付与する。

なお本実施の形態における動吸振器２５１は、その筒体２５２が本体部２０３（ギアハウジング２０７）に一体状に設けられているが、これを本体部２０３から取り外し自在に構成してもよい。

第２運動変換機構２１６は、動吸振器２５１のウェイト２５３を積極的に駆動させて強制加振するための加振力の入力手段として備えられる。第２運動変換機構２１６は、第１運動変換機構２１３における揺動リング２２９の揺動ロッド２２８、当該揺動ロッド２２８とともに揺動する揺動部材２６１、揺動部材２６１に設けられた作動片２６３、当該作動片２６３によって直線状に移動して動吸振器２５１の一方の付勢バネ２５７を機械的に加振する摺動子２６７を主体に構成される。上記の揺動リング２２９、揺動部材２６１および作動片２６３によって揺動機構が構成され、この揺動機構が本発明における「第２の駆動機構部」に対応する。

揺動部材２６１は、図９に示すように概ね半円弧状に形成され、揺動リング２２９の上面側を跨ぐように配置されるとともに、周方向の中央部２６１ｂが揺動ロッド２２８に対し当該揺動ロッド２２８の軸線回りに相対回動可能に嵌合されている。また揺動部材２６１の各端部には、円形の軸部２６１ａが形成されており、この軸部２６１ａが被動軸２２５の軸線と直交する水平軸線を中心として回動可能にホルダー２６５によって支持されている。従って、揺動リング２２９が揺動されるとき、揺動部材２６１は、軸部２６１ａを中心にしてハンマビット２１９の長軸方向に揺動される。

動吸振器２５１の摺動子２６７は、筒体２５２内に当該筒体２５２の長軸方向（ハンマビット２１９の長軸方向）に摺動自在に嵌合され、一方の付勢バネ２５７の一端を支持している。揺動部材２６１の各端部は、各摺動子２６７に対向する位置にそれぞれ配置されており、当該各端部にはそれぞれ作動片２６３が設けられている。各作動片２６３は、先端が摺動子２６７のバネ支持面の背面に当接され、揺動部材２６１とともに揺動することで付勢バネ２５７を加圧する方向に摺動子２６７を移動させる構成とされる。

なお動吸振器２５１における筒体２５２内のウェイト２５３の左右両側部に形成される作動室２５６は、筒体２５２の壁に設けた通気孔２５２ａあるいは摺動子２６７に設けた通気孔２６７ａを経て動吸振器２５１外に連通される構成とされる。すなわち、作動室２５６が定常的に外部と連通し空気が自由に出入できる構成のため、ウェイト２５３がストライカ２４３と対向するように直線運動するに際し、当該ウェイト２５３の直線運動が妨げられることがない。

また摺動子２６７は、移動方向の一端が塞がれた筒状に形成されるとともに、移動方向に長尺状に形成されている。このため、筒体２５２の長軸方向の長さ寸法を増大することなく摺動子２６７の摺接面積を広く取ることができ、当該摺動子２６７が長軸方向に移動動作するときの安定化を図ることができる。

上記のように構成される第２の実施形態に係るハンマドリル２０１の作用について説明する。図７に示す駆動モータ２１１が通電駆動されると、その回転出力により、駆動ギア２２１が鉛直面内にて回動動作する。すると、駆動ギア２２１に噛み合い係合される被動ギア２２３、被動軸２２５を介して回転体２２７が鉛直面内にて回転動作される。そして揺動リング２２９および揺動ロッド２２８がハンマビット２１９の長軸方向に揺動する。揺動ロッド２２８の揺動によってシリンダ２４１が直線状に摺動動作され、それに伴うシリンダ２４１内の空気バネの作用により、ストライカ２４３はシリンダ２４１の直線動作速度よりも高速でシリンダ２４１内を直線運動する。ストライカ２４３は、インパクトボルト２４５に衝突することで、その運動エネルギをハンマビット２１９へと伝達する。
一方、被動軸２２５とともに第１伝達ギア２３１が回転されると、第１伝達ギア２３１に噛み合い係合される第２伝達ギア２３３を介してスリーブ２３５が鉛直面内にて回転され、更にスリーブ２３５とともにツールホルダ２３７およびこのツールホルダ２３７にて保持されるハンマビット２１９が一体状に回転される。かくして、ハンマビット２１９が長軸方向のハンマ動作と周方向のドリル動作を行い、被加工材にハンマドリル加工作業を遂行する。

上記のようにハンマビット２１９が駆動される際に発生する衝撃的かつ周期的な振動に対しては、本体部２０３に設けられた動吸振器２５１が制振機能を奏する。ハンマドリル２０１の駆動時において、揺動リング２２９の揺動に伴って、揺動部材２６１がハンマビット２１９の長軸方向に揺動する。そして揺動部材２６１に設けた作動片２６３が上下方向に揺動し、一方向への揺動時（本実施の形態では、下方への揺動時）に、動吸振器２５１の摺動子２６７を直線状に移動させて付勢バネ２５７を加圧し、これによってウェイト２５３を当該付勢バネ２５７の加圧方向へと移動させる。すなわちウェイト２５３を積極的に駆動して強制加振することができる。このため、前述した第１の実施の形態と同様、ハンマドリル２０１に作用する振動の大小によらず、動吸振器２５１を定常的に作動させることが可能となる。

また第２運動変換機構２１６によって、付勢バネ２５７を機械的に加振する構成のため、第１の実施形態と同様、ウェイト２５３の駆動タイミングの設定、すなわち位相設定を自由に行うことができ、これにより、ウェイト２５３による制振作用を最適な形態で遂行することが可能となる。

なお第１の実施例における、通気孔１５２ｂを用いた減衰機構の構成および設計技術は、第２の実施形態においてもそのまま適用することができる。

第１および第２の実施の形態では、作業工具としてハンマドリル１０１，２０１を例にとって説明しているが、ハンマドリル１０１，２０１に限らず、ハンマにも適用可能である。さらに先端工具を直線状に動作させて被加工材の加工作業を遂行する作業工具に対し適用可能である。例えば、鋸刃を直線状に往復動作させて被加工材の切断作業を行うジグソーあるいはレシプロソー等に好適に用いることができる。

（弾性要素に関する変更例）
上記した第１および第２の実施形態では、ウェイト１５３，２５３の左右に付勢バネ１５７，２５７が配置される構成とされている。この点、図１３および図１４に示すように、各実施形態につき、ウェイト１５３，２５３の右側に形成される作動室１５６ａ，２５６ａに付勢バネ１５７ａ，２５７ａを配置し、右側に形成される作動室１５６ｂ，２５６ｂには付勢バネを配置しない構成としてもよい。この場合、ウェイト１５３，２５３が安定して摺動可能なように、ウェイト１５３，２５３が筒体１５２，２５２の内周面に面接触するように構成するのが好ましい。このような変更例によれば、動吸振器の構成１５１，２５１を一層簡素化することが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る電動式のハンマドリルの全体構成を概略的に示す側断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る動吸振器と当該動吸振器を強制加振する第２運動変換機構を示す平断面図であり、付勢バネの加圧状態を示す。 同じく動吸振器と当該動吸振器を強制加振する第２運動変換機構を示す平断面図であり、付勢バネの加圧解除状態を示す。 減衰要素のある強制加振のモデルを説明する図である。 加振周波数ｆ（Ｈｚ）に対するウェイト１５３の振幅に係る係数ρ（−）の関係、及び加振周波数ｆ（Ｈｚ）に対するウェイト１５３の加振入力との間の位相差θ（°）の関係を示す「実施例」のグラフである。 図５の「実施例」に対する「比較例」のグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る電動式のハンマドリルの全体構成を概略的に示す側断面図である。 同じく第２の実施形態に係る動吸振器と当該動吸振器を強制加振する第２運動変換機構を示す図であり、付勢バネの最大加圧状態を示す。 同じく第２の実施形態に係る動吸振器と当該動吸振器を強制加振する第２運動変換機構を示す図であり、付勢バネの中間加圧状態を示す。 同じく第２の実施形態に係る動吸振器と当該動吸振器を強制加振する第２運動変換機構を示す図であり、付勢バネの非加圧状態を示す。 図９のIIX−IIX線断面図である。 図９のIX−IX線断面図である。 上記第１の実施形態の変更例の構成を示す模式図である。 上記第２の実施形態の変更例の構成を示す模式図である。

符号の説明

１０１ ハンマドリル（作業工具）
１０３ 本体部
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
１１１ 駆動モータ
１１３ 第１運動変換機構（第１の作動機構）
１１４ 動力伝達機構
１１５ 打撃要素
１１６ 第２運動変換機構（第２の作動機構）
１１７ バレル部
１１９ ハンマビット（先端工具）
１２１ 駆動ギア
１２３ 被動ギア
１２５ クランク板
１２６ 偏心軸（第１の駆動機構部）
１２８ クランクアーム（第１の駆動機構部）
１２８ 連結軸
１２９ ピストン（第１の駆動機構部）
１３１ 伝達ギア
１３２ 滑りクラッチ
１３３ 伝達軸
１３４ 小ベベルギア
１３５ 大ベベルギア
１３６ クラッチ機構
１３７ ツールホルダ
１４１ シリンダ
１４３ ストライカ
１４５ インパクトボルト
１５１ 動吸振器
１５２ 筒体
１５３ ウェイト
１５４ 大径部
１５５ 小径部
１５６ 作動室
１５７ 付勢バネ（弾性要素）
１６１ 偏心軸部（第２の駆動機構部）
１６２ 長円孔
１６３ 連接板（第２の駆動機構部）
１６４ 連係部
１６５ ガイドピン
１６７ バネ受部材
１６８ 係合凹部

Claims (13)

1. 先端工具と、
   前記先端工具を直線状に駆動させ、これによって当該先端工具に所定の加工作業を遂行させる第１の作動機構と、
   弾性要素による付勢力が作用した状態で直線運動するウェイトを介して、前記先端工具による加工作業時の制振を行う動吸振器と、
   前記弾性要素を機械的に加振し、これによって前記ウェイトを強制的に駆動する第２の作動機構を有することを特徴とする作業工具。
2. 前記弾性要素は、前記ウェイトを作業工具本体に接続する複数の弾性要素として定義され、前記第２の作動機構は、当該複数の弾性要素の少なくとも一つを機械的に加振するように構成されていることを特徴とする作業工具。
3. 請求項１または２に記載の作業工具であって、さらに駆動モータを有し、
   前記先端工具は、被加工材に対し直線状の衝撃力を作用させて作業を行うハンマビットとして構成され、
   前記第１の作動機構は、前記駆動モータの回転出力を前記先端工具の長軸方向への直線運動に変換する第１の駆動機構部と、当該第１の駆動機構部によって直線運動し、これによって前記先端工具を駆動する打撃子と、を有し、
   前記第２の作動機構は、前記駆動モータの回転出力を前記先端工具の長軸方向への直線運動に変換する第２の駆動機構部と、当該第２の駆動機構部によって直線往復運動され、これによって前記弾性要素を加振する摺動子と、を有することを特徴とする作業工具。
4. 請求項１または２に記載の作業工具であって、さらに駆動モータを有し、
   前記先端工具は、直線往復運動を行うことによって被加工材を切断作業する鋸刃として構成され、
   前記第１の作動機構は、前記駆動モータの回転出力を前記先端工具の長軸方向への直線運動に変換する第１の駆動機構部と、前記鋸刃に連携するとともに前記第１の駆動機構部によって直線往復運動され、これによって前記鋸刃を直線状に往復動作させるスライダーと、を有し、
   前記第２の作動機構は、前記駆動モータの回転出力を直線運動に変換する第２の駆動機構部と、当該第２の駆動機構部によって直線往復運動され、これによって前記弾性要素を加振する摺動子と、を有することを特徴とする作業工具。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の作業工具であって、
   前記動吸振器は、前記先端工具の移動線を挟んで両側に配置されていることを特徴とする作業工具。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載に作業工具であって、
   前記動吸振器は、前記第２の作動機構によって前記弾性要素を加振する場合に、加振周波数の所定周波数領域において前記ウェイトの振幅が規定振幅範囲内で変動し、且つ当該所定周波数領域において前記ウェイトと前記第２の作動機構との間の位相差が規定位相差範囲内で変動するような減衰特性を有する構成であり、これによって前記動吸振器の動作が安定化することを特徴とする作業工具。
7. 請求項６に記載の作業工具であって、
   前記動吸振器は、前記ウェイトを摺動自在に収容するハウジングと、前記ハウジングに形成され、当該ハウジングの内部領域と外部領域とを連通することでこれら両領域間における空気の移動を許容する通気部を備え、前記通気部における単位時間当たりの通気量が、前記減衰特性に対応して設定されていることを特徴とする作業工具。
8. 先端工具と、
   前記先端工具を往復直線状に駆動させることで当該先端工具に所定の加工作業を遂行させる第１の作動機構と、
   弾性要素および当該弾性要素による付勢力が作用した状態で直線運動可能なウェイトを有する動吸振器と、
   前記ウェイトを強制加振して駆動する第２の作動機構を備える作業工具であって、
   前記動吸振器は、前記第２の作動機構による加振周波数の所定周波数領域において前記ウェイトの振幅が規定振幅範囲内で変動するとともに、当該所定周波数領域において前記ウェイトの前記第２の作動機構との間の位相差が規定位相差範囲内で変動するような減衰特性を有し、これによって前記動吸振器の動作が安定化することを特徴とする作業工具。
9. 請求項８に記載の作業工具であって、
   前記動吸振器は、前記ウェイトを摺動自在に収容するハウジングと、前記ハウジングに形成され、当該ハウジングの内部領域と外部領域とを連通することでこれら両領域間における空気の移動を許容する通気部を備え、前記通気部における単位時間当たりの通気量が、前記減衰特性に対応して設定されていることを特徴とする作業工具。
10. 請求項１から９のいずれか記載の作業工具であって、
    前記動吸振器における弾性要素の弾性定数をｋとし、ウェイトの質量をｍとした場合に、前記加振周波数を、実質的に１／（２π）・（２ｋ／ｍ）^１／２ヘルツとし、これによって前記ウェイトの直線運動量が増大するように設定されていることを特徴とする作業工具。
11. 請求項１から１０のいずれか記載の作業工具であって、さらに駆動モータを有し、
    前記第２の作動機構は、前記駆動モータの回転出力を前記先端工具の長軸方向への直線運動に変換するクランク機構部を有することを特徴とする作業工具。
12. 請求項１から１０のいずれか記載の作業工具であって、さらに駆動モータを有し、
    前記第１の作動機構は、前記駆動モータの回転出力を直線運動に変換するべく前記先端工具の長軸方向に揺動する揺動機構部を有し、
    前記第２の作動機構は、前記揺動機構部の揺動動作のうち前記先端工具の長軸方向への動作成分によって前記弾性要素を機械的に加振するべく、前記揺動機構部と前記弾性要素の双方に連接される作動片を有することを特徴とする作業工具。
13. 請求項１２に記載の作業工具であって、
    前記作動片は、前記揺動機構部の揺動動作のうち前記先端工具の長軸方向への動作成分を弾性要素に伝達するカム要素として機能することを特徴とする作業工具。

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