JP2013078823A - 動力工具、および動力工具の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボールが円滑に動作するためのボールバランサに関する技術を提供する。
【解決手段】グラインダは、砥石が取り付けられるスピンドル２０２と、そのスピンドル２０２と一体的に回転するボールバランサ４００を備えている。当該ボールバランサ４００は、複数のボール４０２と、ボール４０２をスピンドル２０２周りに回動可能に保持する溝４０５が設けられており、溝４０５には潤滑剤が充填されている。そして、潤滑剤の溝４０５の容積に対する充填率Ｘは、潤滑材の粘度に対応する値μに対して下記数式を満たしている。

【選択図】図２

Description

本発明は、ボールバランサを有する動力工具、および動力工具の製造方法に関する。

特開２００１−３００８４１号には、防振装置を備えたグラインダが記載されている。この防振装置は、複数のバランスボールを有し、駆動軸の外周に配置された砥石受けと一体的に回転するように取り付けられている。砥石を含む回転部分の重心が駆動軸の回転中心と一致しない場合でも、バランスボールが移動して、回転部分の重心と駆動軸の回転中心とが一致するようにバランスボールが移動する。これにより、回転部分が振動することを防止している。

特開２００１−３００８４１号公報

ところで、ボールの移動によって振動を抑制するボールバランサは、ボールの移動は円滑であることが望ましい。そのため、ボールバランサのボールが移動する領域には、潤滑油が必要である。しかしながら、ボールが移動する領域に潤滑油が充満されていると、潤滑油の流体抵抗によりボールの移動を妨げる力が発生し、ボールの円滑な移動が阻害される。それにより、動力工具の振動を低減させるボールバランサの効果を希釈させるおそれがある。そこで、本発明は、上記に鑑み、ボールが円滑に動作するためのボールバランサに関する技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る動力工具の好ましい形態によれば、先端工具が取り付けられる回転軸と、その回転軸と一体的に回転するボールバランサを備えている。当該ボールバランサは、複数のボールと、ボールを回転軸周りに回動可能に保持する所定の容積を有する回動領域が設けられたボール収納部材と、回動領域に充填された潤滑剤を有している。そして、潤滑剤の充填量は、ボールを円滑に回動させることによって、動力工具が駆動したときの当該動力工具に生じる振動値を低減させる充填量であることを特徴とする。

本発明によれば、潤滑剤の充填量は、ボールを円滑に回動させることができる量に設定されているため、ボールバランサを効率よく作動させることができる。これにより、動力工具に生じる振動値を低減させることができる。

本発明に係る動力工具の更なる形態によれば、潤滑剤の充填量は、回動領域の容積に対する充填率Ｘが、当該潤滑剤の粘度に対応する値μに対して、下記数式（１）を満たす充填率に対応する量であることを特徴とする。この「回動領域の容積」とは、回動領域におけるボールが回動可能な容積から、ボールの容積を差し引いた容積である。

本形態によれば、潤滑剤の粘度に応じて、充填率を設定することで、ボールを円滑に動作させることができるボールバランサが提供される。これにより、動力工具が発生する振動を効率よく低減することができる。

本発明に係る動力工具の更なる形態によれば、潤滑剤は、粘度がＶＧ１００以下であり、かつ当該潤滑剤の充填量は、回動領域の容積に対する充填率が２７％以下の量であることを特徴とする。この「回動領域の容積」とは、回動領域におけるボールが回動可能な容積から、ボールの容積を差し引いた容積である。なお、ＶＧとは、ＩＳＯの粘度グレードを表す記号であり、ＶＧに続く数値はその中点動粘度を ｍｍ^２／ｓ の単位で表したものである。

本形態によれば、潤滑剤の粘度と充填量を適切に設定することで、ボールを円滑に動作させることができるボールバランサが提供される。これにより、動力工具が発生する振動を効率よく低減することができる。

本発明に係る動力工具の更なる形態によれば、動力工具は、グラインダであることを特徴とする。

本形態によれば、動力工具としてのグラインダに対して、動力工具が発生する振動を効率よく低減することができる。

本発明に係る動力工具の製造方法の好ましい形態によれば、動力工具は、先端工具が取り付けられる回転軸と、その回転軸と一体的に回転するボールバランサを備えている。当該ボールバランサは、複数のボールと、ボールを回転軸周りに回動可能に保持する所定の容積を有する回動領域が設けられたボール収納部材と、回動領域に充填された潤滑剤を有している。そして、動力工具が駆動したときの当該動力工具に生じる振動値が所定値以下となるように、潤滑剤の充填量を決定し、決定された充填量の潤滑剤を回動領域に充填してボールバランサを形成している。

本発明によれば、振動値が所定値以下となるように、潤滑剤の充填量を決定することができ、潤滑剤の充填量を適切に設定しつつ、動力工具に生じる振動を抑制できるボールバランサを備えた動力工具を製造することができる。

本発明に係る動力工具の製造方法の更なる形態によれば、潤滑剤の充填量は、回動領域の容積に対する充填率Ｘが、当該潤滑剤の粘度に対応する値μに対して、下記数式（２）を満たす量であることを特徴とする。この「回動領域の容積」とは、回動領域におけるボールが回動可能な容積から、ボールの容積を差し引いた容積である。

本形態によれば、潤滑剤の粘度に応じて、充填率を設定することで、ボールを円滑に動作させることができるボールバランサが提供される。これにより、動力工具が発生する振動を効率よく低減することができるボールバランサを備えた動力工具を製造することができる。

本発明に係る動力工具の製造方法の更なる形態によれば、潤滑剤は、粘度がＶＧ１００以下であり、潤滑剤の充填量は、回動領域の容積に対する充填量が２７％以下の量であることを特徴とする。この「回動領域の容積」とは、回動領域におけるボールが回動可能な容積から、ボールの容積を差し引いた容積である。なお、ＶＧとは、ＩＳＯの粘度グレードを表す記号であり、ＶＧに続く数値はその中点動粘度を ｍｍ^２／ｓ の単位で表したものである。

本形態によれば、潤滑剤の粘度と充填量を適切に設定することで、ボールを円滑に動作させることができるボールバランサが提供される。これにより、動力工具が発生する振動を効率よく低減することができるボールバランサを備えた動力工具を製造することができる。

本発明に係る動力工具の製造方法の更なる形態によれば、動力工具に生じる振動値が、手腕振動値で、２．５ｍ／ｓ^２以下となるように、潤滑剤の充填量を決定している。

本形態によれば、動力工具に生じる振動値を手腕振動値で２．５ｍ／ｓ^２以下となるように、潤滑剤の充填量を適切に決定することができる。なお、欧州連合議会が公布した欧州連合人体振動指令２００２／４４／ＥＣによると、それを達成した時に手持ち式振動及び打撃機器、工具及びワークピースの使用者に手腕振動症候群に関係する症状の発現の可能性を低減することになるであろう２．５ｍ／ｓ^２の日振動暴露対策値を規定している。この値は、アメリカ合衆国及び他の国の医療関係者、科学者及び政府機関、研究機関並びに業界で一般的に認められている。

本発明に係る動力工具の製造方法の更なる形態によれば、動力工具は、グラインダであることを特徴とする。

本形態によれば、動力工具としてのグラインダに対して、動力工具が発生する振動を効率よく低減することができる動力工具を製造することができる。

本発明によれば、ボールが円滑に動作するためのボールバランサに関する技術を提供することができる。

本発明の実施形態に係るグラインダの全体構造を示す断面図である。 図１におけるII−II線の断面図である。 ボールバランサの平断面図である。 図３におけるIV−IV線の断面図である。 ボールバランサの潤滑油の充填率を決定するフローチャートである。 潤滑油の充填率とグラインダの振動値の関係を示す図である。

以下、本発明に実施の形態につき、図面を参照しつつ、詳細に説明する。本実施の形態では、動力工具としてグラインダを例に挙げて説明する。このグラインダは、モータにより研削工具や研磨工具などの砥石や切断工具等の先端工具を回転させて、被加工材に対して研削や研磨および切断等を行う動力工具である。

図１、図２に示すように、グラインダ１は、メインハウジング１０とギアハウジング２０とリアカバー３０とホイールカバー４０を主体として構成されている。

メインハウジング１０は、略円筒形状のハウジングであり、モータ１００を収容している。モータ１００の回転軸１０１は、ギアハウジング２０に向かって突出するように配置されている。

ギアハウジング２０は、メインハウジング１０の一方側に設けられ、第１べベルギア２００、第２べベルギア２０１、スピンドル２０２、ベアリング２０３，２０４等を収容している。第１べベルギアは、モータ１００の回転軸１０１に外装されている。第２べベルギア２０１は、第１べベルギア２００と螺合し、第２べベルギア２０１の中心部にスピンドル２０２が配置されており、第２べベルギア２０１とスピンドル２０２は一体になって回転する。これにより、モータ１００の回転出力を回転軸１０１と直交するスピンドル２０２の軸周りの回転力に変換している。このスピンドル２０２は、２つのベアリング２０３，２０４に保持されている。

リアカバー３０は、メインハウジング１０のギアハウジング２０と反対側に設けられ、電源配線部３００を収容している。電源配線部３００には、外部の電源から電流を供給する電源コード３０１と、グラインダ１の駆動のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるスイッチ３０２が設けられている。この電源配線部３００は、モータ１００に電気的に接続されている。

ホイールカバー４０は、ギアハウジング２０の外部に着脱可能に取り付けられた略半円形状の部品である。ギアハウジング２０の外側において、スピンドル２０２にボールバランサ４００が取り付けられている。さらに、スピンドル２０２の先端部において、着脱可能なアウタフランジ４１がスピンドル２０２と螺合している。そして、ボールバランサ４００とアウタフランジ４１よって、砥石２が着脱可能に挟持されている。このスピンドル２０２に取り付けられた砥石２の外側を半周覆うようにホイールカバー４０が構成されている。これにより、ホイールカバー４０は、砥石２によって加工された被加工材の破片の飛散を抑制するとともに、回転する砥石２からユーザを保護している。この砥石２が本発明の「先端工具」に対応する実施構成例である。

次に、図３、図４を参照して、ボールバランサ４００について詳細に説明する。ボールバランサ４００は、バランサボディ４０１、ボール４０２、バランサカバー４０３を主体として構成されている。

バランサボディ４０１は、金属製の略円盤状の部材である。バランサボディ４０１の中心部には、スピンドル２０２が挿通される貫通孔４０４が形成されており、貫通孔４０４の周囲には、バランサボディ４０１の一面に開口した溝４０５が形成されている。ボール４０２は、金属製の球体であり、溝４０５内において８個のボール４０２が、溝４０５内を貫通孔４０４周りに移動可能に保持されている。バランサボディ４０１の一面には、溝４０５の開口を塞ぐようにバランサカバー４０３が配置されている。なお、溝４０５内には、ボール４０２の移動を円滑にするための図示しない潤滑油が封入されている。このバランサボディ４０１とバランサカバー４０３が、本発明の「ボール収納部材」に対応し、溝４０５が、本発明の「回動領域」に対応する実施構成例である。

以上の通り構成されたグラインダ１は、スイッチ３０２が操作されることによって、外部の電源から電気配線部３００を介して、モータ１００に電力が供給される。これにより、モータ１００が回転駆動し、回転軸１０１に取り付けられた第１べベルギア２００が回転する。第１べベルギア２００と第２べベルギア２０１が螺合して回転することで、モータ１００の回転出力をスピンドル２０２周りの回転力に変換して、第２べベルギア２０１と一体となって回転するスピンドル２０２に装着された砥石２を回転させる。回転する砥石２を被加工材に押し当てることで被加工材を加工することができる。

グラインダ１の駆動によってグラインダ１に振動が生じるが、スピンドル２０２と一体となって回転する砥石２等の重心位置とスピンドル２０２の回転軸との離隔距離が大きい時ほどグラインダ１に生じる振動が大きい。このとき、スピンドル２０２に取り付けられたボールバランサ４００が、スピンドル２０２と一体となって回転することで、複数のボール４０２が、スピンドル２０２と一体となって回転する砥石２等の重心位置とスピンドル２０２の回転軸との離隔距離を縮めるように、溝４０５内を回動する。これにより、グラインダ１に生じる振動を低減している。

次にグラインダ１の製造方法について説明する。グラインダ１の製造方法は公知の製造方法であるため、ここでは、ボールバランサ４００の製造方法について説明する。

ボールバランサ４００の溝４０５内には、潤滑油が封入されているが、溝４０５が潤滑油で充満されていると、潤滑油の流体抵抗により、ボール４０２の移動を妨げてしまう。そのため、溝４０５内に封入する潤滑油の量を適切に設定する必要がある。本実施形態の製造方法においては、溝４０５内に潤滑油を充填するにあたり、ボールを円滑に回動させることによって、グラインダが駆動したときの当該グラインダに生じる振動値が所定値以下となるように、潤滑剤の充填量を決定している。そして、決定された充填量の潤滑剤を回動領域に充填してボールバランサを形成している。

この充填量は、潤滑油の粘度と、その粘度における溝４０５においてボール４０２が回動可能な領域の容積からボール４０２の容積を差し引いた容積に対する潤滑剤の充填量である充填率から決定することができる。この充填率について、出願人は、予め行った実験に基づき潤滑油の充填率を設定している。その実験について、図５を参照して説明する。

最初に、ボールバランサ４００の各寸法を設定する（Ｓ１）。図３、図４におけるボールバランサ４００の各寸法は、次の通りである。溝４０５の内径Ｒ１は３６ｍｍで、外径Ｒ２は５５ｍｍであり、深さＤは９．８ｍｍである。また、ボール４０２の直径は８．７３ｍｍである。

次に、溝４０５に充填する潤滑油を設定する（Ｓ２）。ここでは、潤滑油としてシェル（登録商標）テラスオイルを使用している。

そして、粘度の異なる３種類の潤滑油（ＶＧ３２、ＶＧ６８、ＶＧ１００）について、充填量を変えたときのグラインダ１に生じる加速度を測定し、充填率と振動値の関係を測定した（Ｓ３）。なお、ＶＧとは、ＩＳＯの粘度グレードを表す記号であり、ＶＧに続く数値はその中点動粘度を ｍｍ^２／ｓ の単位で表したものである。

加速度の測定は、モータ１００の回転軸１０１が水平方向と一致し、スピンドル２０２が鉛直方向と一致するようにグラインダ１を回転軸１０１の軸方向２点で保持した状態で、３軸加速度ピックアップにより３軸それぞれの加速度を測定した。そして、測定した加速度について、適宜フィルタ処理を施し、３軸方向の加速度を合成した値を振動値として、潤滑油の充填率と振動値の関係を求めた。

以上に基づき、潤滑油の充填率を決定する（Ｓ４）。図６は、Ｓ３における実験結果である潤滑油の充填率と振動値の関係を示すグラフである。このグラフによると、潤滑油は、粘度がＶＧ１００以下であって、振動値２．５ｍ／ｓ^２以下となる充填率である２７％以下であることが好ましい。

また一方で、出願人は、潤滑油の充填率Ｘと振動値Ｙの関係が下記数式（３）の２次関数で近似できることを知見した。

ここで、ａ，ｂは、封入する潤滑油の粘度によって決まる係数でａ＝４．５×１０^−６μ，ｂ＝３０−０．５μとなる。また、ｃは、ボール４０２の真円度や表面粗さによって決まり、一般的な加工である場合には、ｃ＝１．５程度である。ここでは、粘度に対応するμは、ＩＳＯの粘度グレードを表す記号ＶＧの後に続く値を用いた。

振動値Ｙが所定の振動値Ｆよりも小さくなる条件を求めると、下記数式（４）の通りとなる。

ここで、所定の振動値Ｆを２．５であるとすると、下記数式（５）の通りとなる。この振動値は、欧州連合人体振動指令２００２／４４／ＥＣにおいて規定されている日振動暴露対策値２．５ｍ／ｓ^２に対応している。

以上の知見に基づき、所定の振動値Ｆを設定し、数式（４）を満たすように粘度に応じた潤滑油の充填率を決定することができる。一方、所定の振動値Ｆを２．５であるとして、数式（５）を満たすように粘度に応じた潤滑油の充填率を決定してしてもよい。

以上によって決定された充填率に対応する充填量の潤滑油を溝４０５内に充填し、ボールバランサ４００を形成している。その後、ボールバランサ４００をスピンドル２０２に一体的に取り付けることで、グラインダ１を形成している。

以上の各設定値等は、実施構成例であり、本願発明の内容を限定するものではないことは言うまでもない。また、本実施形態では、充填率を、溝４０５においてボール４０２が回動可能な領域の容積からボール４０２の容積を差し引いた容積に対する潤滑剤の充填量と定義しているが、充填率を、溝４０５の容積に対する潤滑剤の充填量と定義して、充填率と振動値の関係を算出して、充填量を決定することも本発明に好適に包含される。

以上の通り、潤滑油の粘度に応じて充填率を設定することで、ボール４０２を円滑に動作させることができる。これにより、ボール４０２が円滑に動作するボールバランサ４００を備えたグラインダ１を形成することができる。その結果、グラインダ１が発生する振動を効率よく低減することができる。さらに、本実施形態においては、溝４０５に潤滑油を充満させる場合に比べて潤滑油の充填量を少なくすることができ、グラインダ１をコストダウンすることができる。

以上においては、潤滑油としてシェル（登録商標）テラスオイルを使用しているが、他の潤滑剤を用いても、上記の通り、その潤滑剤の粘度に応じて充填率を設定することが可能である。

以上においては、所定の振動値Ｆとして、２．５を適用しており、これは欧州連合人体振動指令２００２／４４／ＥＣにおいて規定されている振動値２．５ｍ／ｓ^２に対応しているが、所定の振動値Ｆは要求される性能に応じて、適宜設定することが可能である。なお、振動値Ｆは、振動値に対応する値を用いることもでき、振動値そのものの値を用いてもよく、また、振動値を無次元化した値を用いてもよい。

また、以上においては、粘度に対応する値μとして、ＩＳＯの粘度グレードを表す記号ＶＧの後に続く値を用いているが、粘度そのものの値を用いてもよく、また、粘度を無次元化した値を用いてもよい。

以上においては、動力工具としてグラインダを例に説明したが、これには限られず、モータで駆動するハンマドリルや、エンジンで駆動する芝刈り用の刈払機等に本発明を適用することも可能である。

上記発明の趣旨に鑑み、本発明に係る動力工具は、下記の態様が構成可能である。
（態様１）
「先端工具が取り付けられる回転軸と、
前記回転軸と一体的に回転するとともに、複数のボールと、当該ボールを前記回転軸周りに回動可能に保持する所定の容積を有する回動領域が設けられたボール収納部材と、前記回動領域に充填された潤滑剤と、を有するボールバランサを備えた動力工具であって、
前記潤滑剤の充填量は、前記ボールを円滑に回動させることによって、前記動力工具が駆動したときの当該動力工具に生じる振動値を低減させる充填量であって、前記回動領域の容積に対する充填率Ｘが、前記潤滑剤の粘度によって定まる係数ａおよびｂと、ボールの真円度と表面粗さによって定まる係数ｃと、前記潤滑剤の粘度に対応する値μに対して、振動値が所定の振動値Ｆ以下となる下記数式（６）を満たす充填率に対応する量であることを特徴とする動力工具。」

また、上記発明の趣旨に鑑み、本発明に係る動力工具の製造方法は、下記の態様が構成可能である。
（態様２）
「先端工具が取り付けられる回転軸と、
前記回転軸と一体的に回転するとともに、複数のボールと、当該ボールを前記回転軸周りに回動可能に保持する所定の容積を有する回動領域が設けられたボール収納部材と、前記回動領域に充填された潤滑剤と、を有するボールバランサを備えた動力工具の製造方法であって、
前記ボールを円滑に回動させることによって、前記動力工具が駆動したときの当該動力工具に生じる振動値が所定値以下となるように、前記潤滑剤の充填量を、前記潤滑剤の前記回動領域の容積に対する充填率Ｘが、前記潤滑剤の粘度によって定まる係数ａおよびｂと、ボールの真円度と表面粗さによって定まる係数ｃと、前記潤滑剤の粘度に対応する値μに対して、振動値が所定の振動値Ｆ以下となる下記数式（７）を満たす充填率に対応する量となるように決定し、
決定された前記充填量の前記潤滑剤を前記回動領域に充填して前記ボールバランサを形成することを特徴とする動力工具の製造方法。」

１ グラインダ
２ 砥石
１０ メインハウジング
２０ ギアハウジング
３０ リアカバー
４０ ホイールカバー
４１ アウタフランジ
１００ モータ
１０１ 回転軸
２００ 第１べベルギア
２０１ 第２べベルギア
３００ 電源配線部
３０１ 電源コード
３０２ スイッチ
４００ ボールバランサ
４０１ バランサボディ
４０２ ボール
４０３ バランサカバー
４０４ 貫通孔
４０５ 溝

Claims (9)

1. 先端工具が取り付けられる回転軸と、
   前記回転軸と一体的に回転するとともに、複数のボールと、当該ボールを前記回転軸周りに回動可能に保持する所定の容積を有する回動領域が設けられたボール収納部材と、前記回動領域に充填された潤滑剤と、を有するボールバランサを備えた動力工具であって、
   前記潤滑剤の充填量は、前記ボールを円滑に回動させることによって、前記動力工具が駆動したときの当該動力工具に生じる振動値を低減させる充填量であることを特徴とする動力工具。
2. 請求項１に記載の動力工具であって、
   前記潤滑剤の充填量は、前記回動領域の容積に対する充填率Ｘが、当該潤滑剤の粘度に対応する値μに対して、下記数式（１）を満たす充填率に対応する量であることを特徴とする動力工具。
   

   
3. 請求項１に記載の動力工具であって、
   前記潤滑剤は、粘度がＶＧ１００以下であり、かつ当該潤滑剤の充填量は、前記回動領域の容積に対する充填率が２７％以下となる量であることを特徴とする動力工具。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の動力工具であって、
   前記動力工具は、グラインダであることを特徴とする動力工具。
5. 先端工具が取り付けられる回転軸と、
   前記回転軸と一体的に回転するとともに、複数のボールと、当該ボールを前記回転軸周りに回動可能に保持する所定の容積を有する回動領域が設けられたボール収納部材と、前記回動領域に充填された潤滑剤と、を有するボールバランサを備えた動力工具の製造方法であって、
   前記ボールを円滑に回動させることによって、前記動力工具が駆動したときの当該動力工具に生じる振動値が所定値以下となるように、前記潤滑剤の充填量を決定し、
   決定された前記充填量の前記潤滑剤を前記回動領域に充填して前記ボールバランサを形成することを特徴とする動力工具の製造方法。
6. 請求項５に記載の動力工具の製造方法であって、
   前記充填量は、前記潤滑剤の前記回動領域の容積に対する充填率Ｘが、当該潤滑剤の粘度に対応する値μに対して、下記数式（２）を満たす充填率に対応する量であることを特徴とする動力工具の製造方法。
   

   
7. 請求項５に記載の動力工具の製造方法であって、
   前記潤滑剤は、粘度がＶＧ１００以下であり、
   前記充填量は、前記回動領域の容積に対する充填率が２７％以下となる量であることを特徴とする動力工具の製造方法。
8. 請求項５〜７のいずれか１項に記載の動力工具の製造方法であって、
   前記振動値は、手腕振動値であって、
   前記所定値は、２．５ｍ／ｓ^２であることを特徴とする動力工具の製造方法。
9. 請求項５〜８のいずれか１項に記載の動力工具の製造方法であって、
   前記動力工具は、グラインダであることを特徴とする動力工具の製造方法。

Images