往复运动式电动工具.pdf

本发明提供一种有用的技术，用于减小往复运动式电动工具中的振动并且实现平衡锤的轻量化。一种往复运动式电动工具，其具有：电动机；往复运动而对被加工材料进行规定的加工作业的工具(111)；为驱动上述工具而往复运动的滑动器(107)；将上述电动机的旋转输出变换为上述滑动器的往复动作的运动变换机构(121)，其构成为：运动变换机构(121)具有通过与滑动器(107)的往复运动对向地往复运动来抑制振动的平衡锤(139)，同时，通过使运动变换机构(121)中的曲柄圆板(131)的重心从旋转中心(131a)向平衡锤(139)的动作方向侧移动，使该曲柄圆板(131)担负该平衡锤(139)的一部分减振功能。

1.  一种往复运动式电动工具，具有：
电动机；
往复运动而对被加工材料进行规定的加工作业的工具；
为驱动上述工具而往复运动的滑动器；
运动变换部，将上述电动机的旋转输出变换为上述滑动器的往复动作，
其特征在于，
上述运动变换部具有平衡锤，该平衡锤通过与上述滑动器的往复动作对向地往复运动，抑制伴随该滑动器的往复动作的振动，
其构成为，在构成上述运动变换部的部件之中、使具有向与上述滑动器的往复动作方向平行的方向的动作成分的部件且不同于上述平衡锤的至少一个构成部件，担负平衡锤的部分抑制振动功能。

2.  根据权利要求1所述的往复运动式电动工具，其特征在于，上述一个构成部件在构成上述运动变换部的多个部件之中配置在最接近上述滑动器的位置上，同时具有与该滑动器的往复动作对向地往复运动的动作成分的部件。

3.  根据权利要求1或2所述的往复运动式电动工具，其特征在于，上述一个构成部件是通过上述滑动器和曲柄销连接起来的曲柄；
上述曲柄的重心在上述平衡锤与上述工具分离的状态下，设定在从该曲柄的旋转中心向该平衡锤侧移动了的位置上。

往复运动式电动工具
技术领域
本发明涉及往复式锯等往复运动式电动工具，涉及将被加工材料切断作业时的减振技术。
背景技术
作为一例往复运动式电动工具，特开2001-9632号公报(专利文献1)上公开有往复式锯的构成。与该先有技术相关的往复式锯具有运动变换机构，该运动变换机构用于通过电动机的旋转动作使前端安装了工具的滑动器往复动作，同时，具有在该运动变换结构上设定平衡锤的结构。平衡锤构成为：伴随滑动器的往复动作和该滑动器的往复动作方向相反地、即在相对于滑动器的往复动作的相位移位180度相位的状态下往复运动，从而，极力减小滑动器往复运动时的振动，尝试着抑制电动工具的振动。
相关的平衡锤以和滑动器的往复动作相反的相位往复运动，因此，对于在滑动器的长轴方向上，在滑动器和平衡锤之间，可进行以惯性力为主体的运动量的减少，可实现合理的制振。但是，能得到优越的减振功能的另一面，由于在运动变换机构中附加地设定平衡锤的关系，电动工具本身的重量就会增加相当于该平衡锤重量的部分，在这一点上有进一步改进的余地。
[专利文献1]日本专利特开2001-9632号公报
发明内容
本发明是鉴于相关问题而成的，其目的是提供一种有用的技术，用于减小往复运动式电动工具的振动并实现平衡锤的轻量化。
为了解决上述课题，构成各技术方案所记载的发明。
根据技术方案1所记载的发明，构成具有电动机、往复运动而对被加工材料进行规定的加工作业的工具、为驱动上述工具往复运动的滑动器、将上述电动机的旋转输出变换为上述滑动器的往复动作的运动变换部的往复运动式电动工具。作为本发明的“往复运动式电动工具”，包含在所谓木匠、铁匠、石匠等的对各种被加工材料的加工作业中被使用的电动工具，进而广泛包含往复式锯、电动曲线锯等各种工具。“运动变换部”广泛包含能将电动机的旋转输出切换为适当的滑动器的往复动作的普通运动变换机构。
上述运动变换部具有平衡锤，该平衡锤通过与滑动器的往复动作对向地往复运动，抑制伴随该滑动器的往复动作的振动。所谓“与滑动器的往复动作对向地往复运动”是，典型的是指以相反相位正对且往复运动的样式，具体地说，相当于如下样式：平衡锤以相对于滑动器的往复动作的相位移动180度、至大致180度的相位往复运动的样式，但也包含如下样式：对于滑动器往复动作和平衡锤往复动作的相位差，设定成滑动器到达往复动作的上死点的时间和平衡锤到达往复动作的下死点的时间是不同的。并且平衡锤也称为“平衡器”。
此外运动变换部的构成如下：在构成该运动变换部的部件之中、使具有向滑动器的往复动作方向平行的方向的动作成分地部件且不同于平衡锤的至少一个构成部件担负平衡锤的部分抑制振动功能。作为所谓的“不同于平衡锤的至少一个构成部件”相当于：例如，通过电动机被旋转驱动的旋转体，或者和该旋转体一体或连动旋转的同时将该旋转运动变换为直线运动而使滑动器往复运动的所谓的运动变换部件等现有部件。
当电动机被驱动、通过运动变换部滑动器和工具往复运动时，通过平衡锤和滑动器的往复动作对向地往复运动，减小与该滑动器和工具往复运动时的移动方向有关的振动。即，在滑动器往复动作中，通过对平衡锤产生相对该滑动器及工具的惯性力大小相同、方向相反的惯性力而实现“力”的平衡，能够有效地抑制振动。在此情况下，在本发明中的往复运动式电动工具中，构成为：运动变换部的至少一个构成部件担负平衡锤的部分抑制振动功能，换言之，在运动变换部的现有构成部件中产生担负平衡锤的部分惯性力的力。由此，可减轻决定平衡锤惯性力的重量，作为其结果，能够实现电动工具本身的轻量化。
(技术方案2中记载的发明)
在技术方案2中记载的发明中，技术方案1中记载的往复运动式电动工具中的一个构成部件的构成如下：配置在构成运动变换部的多个部件中、最接近滑动器的位置上，同时具有与该滑动器的往复运动对向地往复运动的动作成分的部件。当工具和滑动器往复运动时，在电动工具上，大小与工具和滑动器中产生的惯性力对应的旋转力矩作用于该电动工具的重心周围。在技术方案2的发明中，因为在构成运动变换部的多个构成部件之中、最接近旋转力矩的发生源的滑动器的部件担负平衡锤的减振功能即作为平衡器的功能，所以能合理地减少上述旋转力矩量。
(技术方案3中记载的发明)
在技术方案3中记载的发明中，技术方案1或2中记载的往复运动式电动工具中的一个构成部件是通过滑动器和曲柄销连接的曲柄来构成的。这样，在平衡锤与工具分离的状态下，曲柄的重心设定在从该曲柄的旋转中心向该平衡锤侧移动的位置上。根据相关构成，在驱动电动工具时，伴随曲柄的旋转动作，在该曲柄上在重心移动的侧产生和滑动器的动作方向相反的离心力，能够由该离心力助推平衡锤的惯性力。即，将平衡锤的惯性力和曲柄的离心力相加后的“复合力”与滑动器及工具的惯性力对向而达到“力”的平衡，由此能得到合理的减振功能。尤其在本发明中，因为是移动曲柄重心位置的结构，所以能在不增加部件个数而简化结构，并且得到合理的减振功能。
附图说明
图1是表示与本实施方式相关的往复式锯的整体结构的图。
图2是表示与本实施方式相关的往复式锯的主要部分的结构的部分剖面图。
图3是表示运动变换机构和滑动器的关系的俯视图。
图4是表示运动变换机构及平衡锤的俯视图。
图5是曲柄圆板的俯视图。
图6是图5中的A-A线剖面图。
图7是从上面看曲柄圆板的立体图。
图8是从下面看曲柄圆板的立体图。
其中，附图标记说明如下：
101    往复式锯(往复式电动工具)
103    本体部               129   偏心销
105    电池                 131   曲柄圆板(曲柄、一个构成部件)
107    滑动器(可动部)       131a  旋转中心
107a   轴承                 131b  曲柄销安装孔
109    夹头                     131c  偏心销安装孔
110    可动部                   132   平衡锤驱动部
111    刀片                     132a  中心
113    电动机                   133   曲柄销
115    触发开关                 133a  中心
117    电动机输出轴             135   轴承
121    运动变换机构             137   滑动块
123    锥齿轮                   137a  导向槽
125    旋转轴                   139   平衡锤
127    轴承                     139a  接合孔
具体实施方式
以下，参考附图详细说明本发明的实施方式。
在本发明的实施方式中，用图1所示的往复式锯101说明往复式电动工具的一个例子。如图1所示，与本实施方式相关的往复式锯101大致看来以本体部103、可自由拆卸地安装在本体部103上的电池105、安装在从本体部103突出的滑动器107前端的夹头109上并切断作业被加工材料(为了方便未在图中示出)的刀片111为主体而构成。刀片111对应于本发明中的“工具”。本体部103将电动机外壳103a、齿轮外壳103b、手柄103c作为一体来构成。
在构成本体部103的电动机外壳103a内配设有电动机113，作业者通过将触发开关115接通工作来驱动该电动机113，从而，刀片111和滑动器107及夹头109一起在图中左右方向往复运动，构成为可切断被加工材料。可动部110由滑动器107、夹头109和刀片111构成。
与本实施方式相关的往复式锯101的主要部分的正面截面构成如图2所示。并且在图2中，为了方便，省略了电动机外壳103a和手柄103c内的结构的图示。如图2所示，在前端设置夹头109的滑动器107在长轴方向(图中左右方向)上可往复运动地由轴承107a所支持，同时，通过设置在本体部103中的齿轮外壳103b内的运动变换机构121和电动机输出轴117连接。运动变换机构121对应于本发明中的“运动变换部”。
运动变换机构121是将电动机输出轴117的旋转运动变换为向滑动器107的沿长轴方向(图2中左右方向)的往复直线运动的机构，并以锥齿轮123、偏心销129、曲柄圆板131、曲柄销133和平衡锤139为主体而构成。曲柄圆板131对应于本发明中的“曲柄”。曲柄圆板131是通过电动机113的旋转输出分别使滑动器107和平衡锤139往复运动的运动变换部件，不过从滑动器107的往复运动的相位和平衡锤139的往复运动的相位是相差180度的相反相位的状态来看，设定成为平衡锤139的往复运动的相位的一方延迟。对于这一点在后面说明。
锥齿轮123是由电动机113旋转驱动的旋转体，且由轴承127轴支承的同时，可和旋转轴125一体旋转地安装在向图中上下方向延伸的该旋转轴125的上端。在锥齿轮123上啮合接合电动机输出轴117。偏心销129，其一端侧(图中下端侧)在距锥齿轮123的旋转中心规定距离的位置上螺纹结合到该锥齿轮123上。此外，在偏心销129的另一端上设定有该偏心销129的大径头部和垫圈，在该偏心销129的大径头部及垫圈和锥齿轮123之间，夹入曲柄圆板131，通过偏心销129和锥齿轮123一体化。
因此，当锥齿轮123在旋转轴125的周围自转的情况下，曲柄圆板131和伴随锥齿轮123的旋转在旋转轴125周围公转动作的偏心销129一起一体地旋转。即，曲柄圆板131实质上和锥齿轮123一体地旋转，其旋转中心和旋转轴125的中心是相同的。以下，给曲柄圆板131的旋转中心付与符号131a而说明。
在曲柄圆板131上，在距其旋转中心131a规定距离的位置安装有曲柄销133。曲柄销133，图中下端压入形成在曲柄圆板131上的销安装孔131b(参考图5和图6)而安装成固定状，图中上端通过轴承135相对于形成在滑动器107上的滑动块137嵌装。因此，曲柄销133可相对于滑动器107相对旋转。
如图2和图3所示，滑动块137具有和滑动器107的长轴方向交叉的方向上延伸的导向槽137a，通过嵌装在该导向槽137a中的轴承135，使得曲柄销133可相对移动。因此，对于旋转轴125(参考图2)周围的曲柄销133的公转运动之中、在水平面内和滑动器107的长轴方向交叉的方向的动作成分，被逃逸到导向槽137a上，仅向滑动器107长轴方向的动作成分传递到该滑动器107上。即，滑动器107构成为仅容许在长轴方向上往复运动。
如图2和图4所示，在曲柄圆板131上，在夹着旋转中心131a的曲柄销133相反侧且距旋转中心131a规定距离的位置上设定有平衡锤驱动部132。平衡锤驱动部132作为形成在嵌装偏心销129的偏心安装孔131c(参考图5和图6)周边的凸轮状要素来构成，外形以成圆形的方式形成。
平衡锤139游嵌状地安装在平衡锤驱动部132上。如图4所示，在平衡锤139上形成有长孔状的接合孔139a，所述接合孔139a在和滑动器107的长轴方向交叉的方向上延伸，嵌装在接合孔139a上的平衡锤驱动部132可相对地移动。因此，当曲柄圆板131旋转时，对于在旋转中心131a周围公转的平衡锤驱动部132的公转运动之中、在水平面内和滑动器107的长轴方向交叉的方向的动作成分，被逃逸到该长孔状的接合孔139a上，仅向滑动器107的长轴方向的动作成分传递给平衡锤139。即，平衡锤139构成为仅容许在滑动器107的长轴方向(图2中的左右方向)上往复运动。
并且，尽管为了方便没有特别地图示，但平衡锤139构成为可滑动地保持在安装在本体部103侧的保持板的滑动器导向部上，确保可靠的往复动作。
如图3和图4所示，曲柄圆板131以旋转中心131a为中心在R箭头方向(逆时针方向)和旋转轴125(参考图2)一起被旋转驱动，但连接旋转中心131a和曲柄销133的中心133a的直线P在曲柄圆板131的旋转方向上相对于连接旋转中心131a和平衡锤驱动部132的中心132a的直线Q仅倾斜有角度α。其结果是，平衡锤驱动部132的旋转相位相对于曲柄销133的旋转相位仅延迟相当于该角度α那么大的量。
图5～图8中曲柄圆板131作为部件图被示出。在本实施方式中，如图5所示，曲柄圆板131的重心G设定在平衡锤驱动部132侧距旋转中心131a规定距离的位置上。即，在平衡锤139离开刀片111的状态下，曲柄圆板131的重心G构成为从旋转中心131a向平衡锤129偏移。图5中以平面视图示出了曲柄圆板131，图6示出了图5中沿A-A线剖开的截面图。曲柄圆板131在外形形成为圆形状的同时，在夹着其旋转中心131a的一侧上，形成用于安装曲柄销133的曲柄销安装孔131b，在另一侧上，形成用于安装偏心销129的偏心安装孔131c和平衡锤驱动部132。
这样，如图7和图8所示，曲柄圆板131的重心G的位置是以在曲柄销安装孔131b上安装了曲柄销133和轴承135的状态、即增加了曲柄销133和轴承135的重量的状态为基准设定的。并且，重心G的位置设定是在考虑载荷作用的两个安装孔131b、131c的孔周边部的强度的基础上，关于曲柄圆板131的圆周方向或直径方向，通过将板厚阶梯状地变化，或者将孔周边部形成为壁厚来调整。即，曲柄圆板131的构成如下，在外形形成为圆形状的同时，在圆板部上面或下面的圆周方向或直径方向上形成阶梯状的阶梯部131d，进而在曲柄销安装孔131b和偏心安装孔131c的周边部上，形成在板厚方向上比其它部位厚的壁厚部131e。
曲柄圆板131是进行旋转运动的部件，因此，当在如上所述将外形形成为圆形状的基础上，制成调制重心位置的结构时，例如和形成为长方形的情况相比，能够得到易于得到旋转运动的平衡的效果。
这样，在本实施方式中构成如下，将构成运动变换机构121的现有构成部件中的、位于最接近滑动器107的位置上的曲柄圆板131的重心G的位置，从旋转中心131a向平衡锤驱动部132侧移动(偏移)。由此，在曲柄圆板131的旋转当中，在曲柄圆板131上的对应于重心G的位置上产生比其它部位大的离心力。上述曲柄圆板131对应于本发明中的“1个构成部件”。
与本实施方式相关的往复式锯101如上构成。下面，说明该往复式锯101的作用和使用方法。当作业者接通如图1所示的往复式锯101的手柄103c上设置的触发开关115时，通过来自电池105的驱动电流通电驱动电动机113。由此，旋转驱动图2所示的电动机输出轴117。通过电动机输出轴117的旋转，在水平面内在旋转轴125周围旋转驱动啮合接合到该电动机输出轴117上的锥齿轮123。通过锥齿轮123的旋转，偏移旋转轴125配置的偏心销129在旋转轴125周围公转。其结果是，曲柄圆板131以旋转中心131a为中心在水平面内旋转。
伴随曲柄圆板131的旋转，曲柄销133在旋转中心131a周围公转。曲柄销133通过轴承135游嵌到滑动块137上，通过曲柄销133的公转，滑动器107在长轴方向(图2中的左右方向)上在上死点和下死点之间直线地往复运动。由此，设置在滑动器107前端的夹头109上安装的刀片111(参考图2)在滑动器107的长轴方向上往复运动，由此能够切断被加工材料。
这样，滑动器107往复运动的一方面，力求减少由该滑动器107的往复运动的运动能量(运动量)而实现往复式锯101的减振，通过曲柄圆板131的平衡锤驱动部132，平衡锤139在上死点和下死点之间往复运动。由滑动器107、夹头109和刀片111构成的可动部110例如在图2中向右侧移动时，在该可动部110上产生图2中用箭头所示的右方向的惯性力A。这时，通过图2中向左侧移动，在平衡锤139上产生箭头所示的左方向的惯性力B。从而，如果在上述彼此相反方向上作用的惯性力A、B的大小相同，则力平衡，由可动部110的往复运动的往复运动方向(前后方向)的运动能量(运动量)由于平衡锤139的往复运动而被减少，合理地实现往复式锯101的减振。
但是，根据本实施方式，在助推上述平衡锤139中产生的惯性力B的样式下，在曲柄圆板131上产生离心力C。即，通过将曲柄圆板131的重心G从旋转中心131a向平衡锤139的运动方向侧移动，如果平衡锤139向左侧移动，则在该曲柄圆板131上产生图2箭头所示的左方向的离心力C，具体地说是平衡锤139动作方向成分。这样，将平衡锤139上产生的惯性力B和曲柄圆板131上产生的离心力C相加而得到的“复合力”以对向状作用于可动部110上产生的惯性力A，由此抑制可动部110的往复动作引起的往复动作方向的振动。
这样地，在本实施方式中构成如下，将平衡锤139的部分减振功能由构成运动变换机构121的现有部件的曲柄圆板131担负，即，使曲柄圆板131作为“平衡器”起作用。从而，在减小可动部110的惯性力A的基础上，通过曲柄圆板131的离心力C助推所必须的平衡锤139的惯性力B，能够使作为平衡锤139的惯性力B的决定要素的重量减少相当于在曲柄圆板131上产生的离心力C的量来形成。其结果是，实现往复式锯101自身的轻量化。
而且，当滑动器107往复运动时，在该往复式锯101的重心周围、大小对应于可动部110上产生的惯性力A的、向图2中的上下方向的旋转力矩作用于往复式锯101。在图2中，例如成为，当可动部110向右侧移动时，前端侧(刀片111侧)向下那样的旋转力矩作用，当向左侧移动时，前端侧向上那样的旋转力矩作用。在本实施方式中，能够基于作为最接近滑动器107的构成部件存在的曲柄圆板131的离心力C，产生与上述旋转力矩对向的方式的旋转力矩，因此，能够和基于平衡锤139的惯性力B的旋转力矩共同，通过可动部110减小旋转力矩。即，能够提高往复式锯101中产生的上下方向的振动抑制功能。
并且，由于曲柄圆板131的离心力C也作用于往复式锯101的左右方向，左右方向的振动值有变大的倾向。但是，在与本实施方式相关的往复式锯101的情况下，由上述上下方向的旋转力矩量的减小带来的影响比由左右方向的力的不平衡增加带来的影响大，从而，能够减小3轴合成振动值，即将前后方向的振动值、上下方向的振动值和左右方向的振动值合成后的值。
然而，在通过往复式锯101对被加工材料实际进行切断作业的状态，即伴随被加工材料切断负荷作用的有负荷驱动状态下，除了由于滑动器107、夹头109和刀片111一体地往复运动产生的可动部110的惯性力A，还需要考虑被加工材料和刀片111之间产生的由切断时的阻力带来的影响。这是因为，由于相关的被加工材料带来的切断阻力，存在由平衡锤139带来的减少的时间上产生偏差。
具体地说，惯性力A向可动部110的行进方向作用，与此相对，切断阻力作用于和这些可动部110的行进方向相反的方向。此外，惯性力A基于可动部110的加速度被规定，与此相对，切断阻力基于这些可动部110的速度被规定，在两者之间存在90度的相位差。从而，相位不同的力(切断阻力)作为以速度为变量的函数值加到可动部110带来的惯性力A上，因此，为了合理地进行有负荷驱动时的往复式锯101的振动抑制，考察诸要素，不仅要考虑上述惯性力A，还要考虑被加工材料所受的切断阻力。
上述切断阻力基于上述各要素的速度而被规定，但实际作业中的可动部110的速度通过刀片111的向被加工材料的按压力等的参数在相应范围内变动。由此，逐一对应切断阻力的变动而应对往复式锯101的振动抑制，存在导致机构的复杂化可能性，尤其对于批量机种等也存在不合理的情况。
由上述，在本实施方式中，在不使往复式锯101的结构复杂化的情况下谋求尽可能地抑制振动的对策、假定频繁显现的切断阻力值的基础上，根据作为形成在上述曲柄圆板131上的滑动器驱动部的曲柄销133和平衡锤驱动部132的相对的旋转位置关系，设定为固定状，如图3和图4所示，使得平衡锤驱动部132侧相对曲柄销133侧仅产生规定角度α的相位延迟，构成为滑动器107的往复动作和平衡锤139的往复动作的相位差为定常状态来对应。该规定角度α对应于上述假定的切断阻力值的角度而成，在本实施方式中，大致设定为15度左右。
其结果是，与曲柄销133和平衡锤驱动部132串联的状态(在图3和图4所示的直线Q上耦合的状态)相比，在本实施方式中，平衡锤139的往复动作的相位相对于滑动器107的往复动作的相位仅相对延迟对应于角度α的量。换言之，通过将平衡锤驱动部132固定在相对于曲柄销133相对延迟的状态下来旋转，驱动成平衡锤139到达下死点的时间比滑动器107到达上死点的时间晚。
根据上述本实施方式，曲柄销133和平衡锤驱动部132间的相对的位置关系是刀片111附加从被加工材料所受的恒定切断阻力值而被设定为固定状，其结果是，滑动器107的往复动作和平衡锤139的往复动作的相位差设置成到达两个部件的上死点和下死点的时间不同。从而，在实际的切断作业中，附加最频繁显现的切断阻力，并且固定设置为实用上最可能获得减振效果的相位差，可以在不使往复式锯101的结构复杂化的情况下谋求尽可能合理的减振对策。
并且，在本实施方式中构成如下，在构成运动变换机构121的构成部件中，在作为最接近滑动器107的部件存在的曲柄圆板131上，附加担负平衡锤139的一部分减振功能的所谓平衡器功能，但是，如果由作用在曲柄圆板131上的离心力引起的左右方向的振动值的影响是在切断作业上不会成为多大问题的程度，也可以是替代曲柄圆板131而在锥齿轮123上附加平衡器功能的构成。如果需要，可以在曲柄圆板131和锥齿轮123双方都附加平衡器功能。曲柄圆板131在实施方式中形成为圆形，但不局限于圆形。
此外，在本实施方式中，作为往复运动式电动工具的一个例子说明了往复式锯101，但可以广泛适用于工具往复运动并对被加工材料进行加工作业的便携、例如电动曲线锯等中。
鉴于上述发明的主旨，可以构成以下样式。
(样式1)
“一种往复运动式电动工具，是根据技术方案3记载的往复运动式电动工具，其特征在于，上述曲柄由外形形成为圆形状的圆板构成，在圆板上在圆周方向或直径方向形成阶梯状的阶梯部，在贯通圆板的孔的周边部上形成在板厚方向比其它部位厚的壁厚部。”夹头是进行旋转运动的部件，由此，如样式1那样，用圆板形成夹头，通过调整圆周方向或直径方向的板厚设定重心位置的构成时，例如和形成为长方形的情况相比有所谓的易于得到旋转运动的平衡的效果。
根据本发明，可以提供一种有用的技术，用于减小往复运动式电动工具中的振动并且实现平衡锤的轻量化。