JP2014000670A

JP2014000670A - 機械工具

Info

Publication number: JP2014000670A
Application number: JP2013125096A
Authority: JP
Inventors: Binder Albert; ビンダーアルバート; Christoph Hakenholt; ハーケンホルトクリストフ; Kuntner Jochen; クントナーヨッヘン
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2013-06-13
Publication date: 2014-01-09
Also published as: DE102012210104A1; US20130333911A1; CN103507040A; EP2674254A1; US10792799B2; CN103507040B; EP2674254B1

Abstract

【課題】ストライカの衝撃力を強める
【解決手段】機械工具は、動作軸３に沿って移動可能にチゼル工具７を装填する工具ホルダー６を有している。磁力圧縮による打撃機構２は、動作軸３の周りに配置される１次ドライブ２２を備え、その１次ドライブ２２は打撃方向５に順に、第１磁気コイル４６と永久的で径方向に磁化された環状磁石４２と、第２磁気コイル４７を有する。その打撃機構２は、磁気コイル４６、４７内の動作軸にストライカ４とアンビル１３を順に打撃方向５に沿って備える。空気バネ２３が打撃方向５に沿ってストライカ４に作用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、チゼル工具を打ち込むことができる機械工具に関する。ストライカが磁気コイルによって直接加速され、工具に衝撃を与える。この種類の機械工具は例えば特許文献１に開示されている。

米国特許出願公開第２０１０／０２０６５９３号明細書

本発明の機械工具は、動作軸に沿って移動可能にチゼル工具を装填する工具ホルダーを有している。磁力圧縮による打撃機構は、動作軸の周りに配置される１次ドライブを備え、その１次ドライブは打撃方向に順に、第１磁気コイルと環状磁石と、第２磁気コイルを有する。その打撃機構は、磁気コイル内の動作軸にストライカとアンビルを順に打撃方向に沿って備える。空気バネが打撃方向に沿ってストライカに作用する。この空気バネは、例えば全体的に又は部分的に第１磁気コイル側に配置される。環状磁石は、永久的で動作軸に対して径方向に磁化されている。環状磁石は、例えば、いくつかの永久磁石で構成され、その全ての磁石は同一の磁極、例えば北極（Ｎ）を動作軸に向けており、一方で他の磁極、例えば南極（Ｓ）を動作軸と反対方向に向けている。

これらの永久磁石は、本質的に径方向を向いており、第１磁気コイルと第２磁気コイルの内部で、反対の方向に走る磁場を生成する。この非対称は、２つの磁気コイル内の磁場強度を高い値と低い値で、逆の位相に設定するために利用される。この磁場強度の勾配が、磁気抵抗力に基づいてストライカを動かす。

本発明の一態様では、第１磁気コイルの電流と第２磁気コイルの電流が、動作軸周りの同じ回転方向へ流れる。第１磁気コイルと第２磁気コイルによって生成される磁場は、打撃方向に対して両方とも同じ方向を向いているか、あるいは互いに反対の方向を向いている。

本発明の一態様では、制御部が磁気コイルを、交替する期間で起動させる。第１磁気コイル内で第１磁気コイルによって生成される第１磁場が環状磁石の磁場と、第１の期間で強め合うように重なり合い、第２の期間で打ち消し合うように重なり合う。一方、第２磁気コイル内で第２磁気コイルによって生成される第２磁場は環状磁石の磁場と、第１の期間で打ち消し合うように重なり合い、第２の期間で強め合うように重なり合う。

ストライカは軟質磁性材料で製造され得る。ストライカ自体は磁場を生成しない。ストライカのどんな残留磁化もすぐに収まるか、あるいはその磁場強度が磁気コイル又は環状磁石の磁場強度よりも、少なくとも（その強度の）一桁程度、小さい。ストライカは磁場の抵抗力を基に駆動される。アンビルは同様に軟質磁性材料で製造されることが好ましい。

本発明の一態様では、アンビルが第２磁気コイル又は第２磁気コイルに隣接しているヨークに、打撃方向へ見えるように突き出る。磁化可能なアンビルは、磁場を誘導する。第２磁気コイルによって生成された磁場は、アンビルに存在し、原則的には打撃方向と同方向を向いている。すなわち、その磁場は、原則的にはアンビルの後部端面に対して垂直に走っている。環状磁石によって生成される磁場も同様にアンビル内へ、原則的にはその後部端面に対して垂直に入る。それにより、後部端面の近くに高い磁場強度が与えられている。

本発明の一態様では、空気バネが、固定されたクロージャによって、打撃方向と反対方向に閉じられている。固定されたクロージャは、磁気コイルや工具ホルダーなどに対して、動かない。通気口を除いて、空気バネの気圧室は、外部の影響に依存しない。通気口は、第１磁気コイルの環状磁石に対向している端部の軸方向の高さに配置される。

本発明の一態様では、どの位置においても、ストライカが少なくとも１つの磁気コイル側と環状磁石側に部分的に重なる。ストライカは、どの位置においてもその一端部が第１磁気コイル側に突き出ることができ、その他端部が第２磁気コイル側に突き出ることできることが好ましい。

本発明の一態様では、第１磁気コイルの第１の長さが、第２磁気コイルの第２の長さよりも短く、特に第１の長さに対する第２の長さの比率は、１．７５と２．２５との間の範囲にある。この非対称性が、高い衝突エネルギーに有利であることが判明した。

本発明の一態様では、第１磁気コイルと環状磁石と第２磁気コイルが、動作軸と同軸で同方向のガイドチューブの周りに配置され、空気バネとストライカとアンビルがガイドチューブ内に配置される。

以下、実施例と図面に基づき本発明を説明する。図面は以下の内容を示す。

電動ハツリ機（ブレーカー）の図である。電動ハツリ機（ブレーカー）の打撃機構の図である。ストライカとアンビルの動作を示す図である。打撃機構の平面ＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。打撃機構の電気回路の略図である。制御図である。

別途示した場合を除いて、類似すなわち機能的に類似な要素は、図面中で同一の符号によって示される。

図１は、ハツリ機械工具の一例としての手持ち式電動ハツリ機（ブレーカー）１を示す図である。磁力圧縮による打撃機構２は、動作軸３に案内されたストライカ４によって、打撃方向５に周期的または非周期的な打撃を与える。工具ホルダー６は、打撃機構２に隣接するチゼル工具７を動作軸３に保持する。このチゼル工具７は工具ホルダー６内で動作軸３に沿って移動可能に案内され、打撃によって打ち込まれ、打撃方向５に基体などへ貫入することができる。ロック機構８は、工具ホルダー６内のチゼル工具７の軸方向の動きを制限する。このロック機構８は、例えば旋回可能なブラケットで、チゼル工具７を交換可能とするため、補助具なしに手動でロック解除できることが好ましい。

打撃機構２は、機械ハウジング（筐体）９内に配置される。ハンドグリップ１０が、機械ハウジング９に取付けられており、それにより操作者は、電動ハツリ機１を持つことができ、操作中に動力工具１をガイドすることができる。システムスイッチ１１により、操作者は打撃機構２を開始することができ、それはハンドグリップ１０に取り付けられているのが好ましい。このシステムスイッチ１１は、例えば打撃機構２の制御部１２を起動させる。

図２は、磁力圧縮による打撃機構２の縦の断面図である。打撃機構２は２つの可動式要素のみを備える。すなわちストライカ４とアンビル１３である。ストライカ４とアンビル１３は、共通の動作軸３にある。すなわち、アンビル１３は打撃方向５へストライカ４に従って進行する。ストライカ４は、打撃点１４と上部反転位置１５の間を動作軸３に沿って往復する。

ストライカ４は打撃点１４でアンビル１３に衝突する。動作軸３に沿った打撃点１４の位置は、アンビル１３によって予め定められる。アンビル１３は、その基本位置１６に停止することが好ましく、そこから、各衝突の後に、ストライカ４が次にアンビル１３に衝突する前に、その基本位置１６に戻ることが好ましい。この好ましい動作は以下の説明の前提となる。しかしながら、従来の圧縮による打撃機構２に対して、この磁力圧縮による打撃機構２は、アンビル１３の実際の位置に関して、許容範囲を持つ。このアンビルは、基本位置１６に関しても、衝突によって、打撃方向５に遊離すらされ得る。この基本位置１６とは、従って、ストライカ４がアンビル１３に衝突し得る、打撃方向５に沿った最初の位置を表している。

ストライカ４のアンビル１３への距離１７は、上部反転位置１５で最大となる。すなわち、ストライカ４の動作範囲とされるその距離は、以降では行程１８と呼ぶ。図３は、時間軸１９における３回の連続した衝突を、ストライカ４とアンビル１３の動きで模式的に説明している。

ストライカ４はアンビル１３の停止位置で、アンビル１３に接する。衝突により、ストライカ４は打撃方向５と反対の方向へ後退し、上部反転位置１５に到着した後、打撃方向５へ加速される。ストライカ４は、一連の動作の最後に打撃方向５の打撃点１４においてアンビル１３に衝突する。アンビル１３は、ストライカ４から運動エネルギーの半分以上のかなりの部分を受け取って、打撃方向５に撓動する。アンビル１３は、その前面に接するチゼル工具７を基体へ打撃方向５に押しつける。操作者は打撃機構２を基体へ打撃方向５に押しつけ、それにより、アンビル１３が、むしろ間接的にチゼル工具７によって、その基本位置１６へ後退するように押される。その基本位置では、アンビル１３は、打撃方向５に沿ってハウジングに固定されているブロック２０と接する。このブロック２０は、例えば制動要素を含んでいてもよい。例として示したアンビル１３は、ブロック２０と接触できる径方向に突き出た側部２１を有する。

ストライカ４は磁力による１次ドライブ２２によって非接触で駆動される。この１次ドライブ２２はストライカ４を打撃方向５とは反対方向に引き上げる。後述するように、１次ドライブ２２は、ストライカ４を上部反転位置１５まで引き上げる間の限られた期間だけ動作することが好ましい。ストライカ４が上部反転位置１５を超えた後は、１次ドライブ２２はストライカ４を加速させ、打撃点１４に到着するようにする。１次ドライブ２２は、ストライカ４が上部反転位置１５を超えるとほぼ同時に起動されうる。１次ドライブ２２は、衝突まで動作状態のままであることが好ましい。空気バネ２３は、打撃方向５に沿ってストライカ４が、上部反転位置１５から打撃点１４の直前まで移動する間、１次ドライブ２２を補助する。空気バネ２３は、打撃方向５におけるストライカ４の手前（上部）側の動作軸３に備えられ、ストライカ４に作用する。

ストライカ４は主に円筒型の本体を備え、その外側面２４は動作軸３に対して平行である。前部端面２５は打撃方向５を向いている。その前部端面２５は平坦で、ストライカ４の断面の全体を覆っている。後部端面２６は同様に平坦であるのが好ましい。ストライカ４はガイドチューブ２７に挿入される。このガイドチューブ２７は動作軸３と同軸で、円筒型の内壁２８を有する。ストライカ４の外側面２４は、内壁２８に接している。ストライカ４は、強制的に動作軸３に沿ってガイドチューブ２７内で案内される。ストライカ４の断面とガイドチューブ２７の中空断面は、少ない隙間で密接して嵌め合うように調整される。ストライカ４はガイドチューブ２７の中空を浮くシールシャフトになり、中空を閉じる。ゴムのシールリング２９は、外側面２４の製造上の誤差を補償することができる。

ガイドチューブ２７は、打撃方向５の前部端面で閉じられる。実施例では、クロージャ（封止）３０がガイドチューブ２７に挿入されており、クロージャの断面は、ガイドチューブ２７の中空の断面に対応している。内部に面するクロージャの表面３１は、平坦で、動作軸３に対して垂直面であることが好ましい。クロージャ３０は、基本位置にあるアンビル１３に対して固定された距離３２に設置されている。基本位置のアンビル１３とクロージャ３０との間の中空室は、ストライカ４に対するガイドチューブ２７の有効領域であり、ストライカ４はその領域内で動くことができる。最大行程１８は、基本的には距離３２からストライカ４の長さ３３を引いた距離である。

片側が閉じたガイドチューブ２７とストライカ４とは気圧室３４を塞いでいる。気圧室３４の体積は、クロージャ３０の表面３１とストライカ４の後部端面２６との間の距離３５に比例する。気圧室３４の体積は、ストライカ４が動作軸３に沿って動くため変動する。空気バネ２３の機能は、気圧室３４の変動によって、圧縮され又は減圧される空気から生じる。気圧室３４は、打撃点１４で、すなわちストライカ４がアンビル１３に衝突するときに最大の体積を占める。気圧室３４の気圧は、従って、最も低くなり、周囲の気圧と同じになると都合がよい。空気バネ２３の位置エネルギーは定義上、打撃点１４でゼロである。気圧室３４は、ストライカ４が上部反転位置１５にあるときに最小の体積となる。そして、その気圧は、１６バール辺りまで上昇することができる。ストライカ４のストロークは、制御方法で制限され、気圧室３４の体積と気圧を上部反転位置１５で目標値となるように設定される。空気バネ２３の位置エネルギーは、上部反転位置１５の狭い範囲の値をとり、外部の影響に依存しない。特に、これにより、打撃機構２は衝突に際してのアンビル１３の位置に関して強固になる、が、その一方では、アンビル１３の位置はストライカ４が上部反転位置１５まで移動する時間に関しては大きな影響を与える。

空気バネ２３は、空気バネ２３の空気の量の損失を補うために、１つ以上の通気口３６を備えている。通気口３６は、ストライカ４によって空気バネ２３が圧縮されている間は閉じている。ストライカ４は、打撃点１４の直前で、空気バネ２３の圧力が周囲の圧力の５０％未満になったときに通気口３６を開口させることが好ましい。実施例では、ストライカ４は、打撃点から行程１８の５％以上動いたときに、１つの通気口３６を通過する。

１次ドライブ２２は抵抗力に基づいていて、それがストライカ４に作用する。ストライカ４の本体は、軟質磁性鋼製である。永久磁石と対照的に、ストライカ４は、４，０００Ａ／ｍ未満、好ましくは２，５００Ａ／ｍ未満の低保磁力で特徴付けられる。このような低磁場強度の外部磁場でも、ストライカ４の分極の極性を反転させ得る。外部から印加された磁場は、磁化可能なストライカ４を、その極性とは無関係に、最も強い磁場の領域に引っぱる。

１次ドライブ２２は、動作軸３に沿って中空室を有し、その中にガイドチューブ２７が挿入されている。１次ドライブ２２は、永久磁場３７と２つの部分を切替え可能な磁場３８を、中空室とガイドチューブ２７内で生成する。磁場３７、３８は、中空室とガイドチューブ２７の有効領域を動作軸３に沿って上部３９と中央部４０と下部４１とに分ける。磁場３７、３８の上部３９と下部４１の磁力線は、実質的に動作軸３と平行に走り、中央部４０の磁力線は動作軸３と交差する方向に走る。磁場３７、３８は、その磁力線が打撃方向５に対して平行か反平行であるかで変化する。例として一部が示されている永久磁場３７の磁力線（一点鎖線）は、ガイドチューブ２７の上部３９で打撃方向５に対して実質的に反平行に走り、ガイドチューブ２７の下部４１では打撃方向５に対して実質的に平行に走る。上部３９における永久磁場３７の磁力線の走る向きが下部４１における磁力線の走る向きに対して異なることは、打撃機構２の機能にとって不可欠なことである。切替え可能な磁場３８の磁力線は、ある期間（点線で示す）では、ガイドチューブ２７の上部３９と下部４１において実質的に打撃方向５に走り、他の期間（図示せず）では、上部３９と下部４１の両方において実質的に打撃方向５と反平行に走る。永久磁場３７と切替え可能な磁場３８は、従って、２つの部分のうち一方の上部３９では打ち消し合うように、もう一方の下部４１では強め合うように重ね合わされる。上部３９における磁場３７、３８は、制御部１２の電流の切替え周期に依存して強め合うように重ね合わされる。ストライカ４は磁場の建設的な重ね合わせによって、上部３９と下部４１の各々に引っ張られる。切替え可能な磁場３８の極性の交互な変化は、ストライカ４の往復運動を引き起こす。

永久磁場３７は、複数の永久磁石４３から構成される径方向に磁化された環状磁石４２によって生成される。図４は、平面ＩＶ−ＩＶに沿って切断した環状磁石４２を示す。この永久磁石４３は例えば棒状の磁石であるのが好ましい。永久磁石４３は径方向に向けられている。その磁場軸４４は、その南極（Ｓ極）から北極（Ｎ極）まで、動作軸３と直角をなす。永久磁石４３は全て同じ方向に置かれており、示した実施例では北極（Ｎ極）が動作軸３の方向に向いており、南極（Ｓ極）は動作軸３から離れる方向に向いている。エアギャップまたは非磁化性の材料４５、例えばプラスチック、は、永久磁石４３間の周方向に配置可能である。環状磁石４２は、クロージャの表面３１とアンビル１３との間に動作軸３に沿って、配置される。環状磁石４２は、（上下）非対称的に配置され、特にアンビル１３よりもクロージャの表面３１に近い位置に配置されることが好ましい。環状磁石４２の位置が、ガイドチューブ２７を動作軸３に沿って上部３９と下部４１に分けている。上部３９では打撃方向５に沿って環状磁石４２の上向きの磁力線があり、下部４１では打撃方向５に沿って環状磁石４２の下向きの磁力線がある。下部４１の磁力線と比較すると、上部３９の磁力線は実質的に反対方向を走る。永久磁石４３は、ネオジムでできている合金を含むのが好ましい。永久磁石４３の磁極での磁場強度は、１テスラを上回り、例えば最高で２テスラであることが好ましい。

切替え可能な磁場３８は、上部の磁気コイル４６と下部の磁気コイル４７によって生成される。上部の磁気コイル４６は、打撃方向５に沿って環状磁石４２の上部に配置され、環状磁石４２に直接接するように配置されることが好ましい。上部の磁気コイル４６は、ガイドチューブ２７の上部３９を取り囲む。下部の磁気コイル４７は、打撃方向５に沿って環状磁石４２の下部に配置され、同様に環状磁石４２に直接接してガイドチューブ２７の下部４１を取り囲むことが好ましい。２つの磁気コイル４６、４７には、動作軸３周りの同じ周方向の電流４８が流されている。上部の磁気コイル４６によって生成された上部の磁場４９と、下部の磁気コイル４７によって生成された下部の磁場５０は、実質的に動作軸３と平行であり、両方とも動作軸３に沿って同じ方向を向いている。すなわち、磁場４９と５０の両方の磁力線は、ガイドチューブ２７内で、打撃方向５又は打撃方向５と反対方向に走っている。制御可能な電源５１によって、磁気コイル４６、４７に電流４８が供給される。２つの磁気コイル４６、４７と電源５１は、直列につながれる（図５）ことが好ましい。

長さ５２、すなわち下部の磁気コイル４７の動作軸３に沿った長さは、上部磁気コイル４６の長さ５３よりも長いのが好ましく、その長さの比率は、１．７５：１と２．２５：１との間の範囲にある。ガイドチューブ２７内上部の磁場４９の磁場強度又は下部の磁場５０の磁場強度に対する磁気コイル４６、４７の量は、同一であることが好ましい。上部の磁気コイル４６の巻数と下部の磁気コイル４７の巻数の比率は、長さ比に対応させることができる。径方向の長さ５４と、電流面密度は、２つの磁気コイル４６、４７で同一であることが好ましい（打撃機構２の他の構成要素を含まないで）。

磁気ヨーク５５が、ガイドチューブ２７の外側に磁場３７、３８を誘導させることができる。このヨーク５５は、例えば中空シリンダーまたは動作軸３に沿った複数のリブからなるケージを備え、それらは、２つの磁気コイル４６、４７と永久磁石４３からなる環状磁石４２を取り囲む。ヨーク５５の環状の上部端面５６は、打撃方向５と反対側の上部磁気コイル４６を覆っている。環状の下部端面５７は、ガイドチューブ２７におけるアンビル１３の高さで境を接する。環状の下部端面５７は、打撃方向５の下部磁気コイル４７を覆っている。磁場３７、３８は、上部３９と下部４０において、動作軸３に対して平行又は反平行に誘導される。ヨーク５５の磁場３７、３８は、特に環状の端面５６、５７では、径方向に供給される。径方向のフィードバックは、下部４１で、実質上はアンビル１３内で起こる。磁力線は、従って、アンビル１３の衝突面５８とストライカ４の後部端面２６に対して、実質的に直角をなすことが好ましい。上部３９における径方向のフィードバックは、ガイドされていない場所で起こる。すなわちヨーク５６の上部の空間で起こる。

磁気ヨーク５５は、磁化可能な材料、磁気鋼のシートからなることが好ましい。ガイドチューブ２７は磁化可能ではない。ガイドチューブ２７に適した材料は、クロミウム鋼、あるいはアルミニウムまたはプラスチックを含む。ガイドチューブ２７のクロージャ３０は、非磁化可能な材料であることが好ましい。

ストライカ４は、２つの磁気コイル４６、４７の位置のそれぞれにおいて重なり合うことが好ましい。特に、後部端面２６は、ストライカ４がアンビル１３と接するときに、上部磁気コイル４６に又は、少なくとも環状磁石４２のところまで到達する。後部端面２６は、少なくとも環状磁石４２の軸方向中央より上に突き出る。気圧室３４の通気口３６は、上部磁気コイル４６の環状磁石４２に対向している端部の軸方向の高さに配置される。環状磁石４２までの距離は、好ましくは１ｃｍ未満である。

打撃機構２の制御部１２は、電源５１を制御する。電源５１は、そこから出力される電流４８を、制御信号５９によって制御部１２であらかじめ設定されている目標値６０になるまで調整する。電源５１は制御回路６１を有することが望ましく、それにより目標値６０となるように出力電流４８を安定化させる。タップは実際の電流６２を測定する。差動増幅器６３（差動アンプ６３）は、実際の電流６２と目標値６０から制御変数６４を定式化（規定）する。そして、その制御変数６４は電流の供給を制御するために電源５１に提供される。電源５１の電力は、電力供給部６５、例えば、本線接続またはバッテリーパック、によって供給される。

制御部１２は、ストライカ４の往復運動中に、目標値６０を、そして間接的に電流４８を切り替える。図６は、時間軸１９における反復するスイッチング・パターンの例を示す。スイッチング・パターンは、基本的に３つの異なる期間に分けられる。１サイクルは、活性回復期６６から始まる。活性回復期６６の間、ストライカ４は、衝突位置から打撃方向５と反対方向に加速される。活性回復期６６は、空気バネ２３が予め定められた位置エネルギーに到達したときに終了する。静止期６７は、活性回復期６６のすぐ後に続き、そしてストライカ４が上部反転位置１５に到着したときに終了する。加速期６８は、ストライカ４が上部反転位置１５を通過したとき、あるいは、通過後に始まる。加速期６８の間、ストライカ４は打撃方向５に加速され、ストライカ４はアンビル１３に衝突するまで連続的に加速されることが好ましい。所望の衝突頻度に応じて、次の活性回復期６６が始まる前に、ブレーク６９が加速期６８に続き得る。

制御部１２は、活性回復期６６に新たな衝突を開始する。制御部１２は、制御電源５１に目標値６０として、第１の値７０を設定する。第１の値７０の正負符号は、磁気コイル４７内の電流４８の流れを決定し、それにより上部磁気コイル４６の磁場４９とガイドチューブ２７の上部３９における永久磁場３７が強め合う。ストライカ４は、従って、打撃方向５と反対方向に、そして空気バネ２３の力と反対方向に、上部３９へ加速される。ストライカ４の運動エネルギーは、連続的に増加する。ストライカ４の逆方向への動きによって、空気バネ２３は同時に圧縮され、その中で蓄えられる位置エネルギーは作用された量に基づいて増加する。

電流４８は、２つの磁気コイル４６、４７中を流れることが好ましい。磁場３７、３８は、下部４１で打ち消し合うように重なり合うことが好ましい。第１の値７０の大きさは、下部磁気コイル４７によって生成された磁場５０と永久磁石４３によって生成された永久磁場３７が打ち消し合うように選定することができる。下部４１の磁場強度は、ゼロまたは上部３９の磁場強度の１０％未満まで下げられることが好ましい。電源５１と磁気コイル４６、４７は、第１の値７０の電流強度をもつ電流になるように構成される。第１の値７０は、活性回復期６６の間、一定値に維持され得る。

制御部１２は、上部反転位置１５における空気バネ２３の位置エネルギーについての予測に基づいて、活性回復期６６を終了させる。１次ドライブ２２は、例えば位置エネルギーが１次ドライブ２２からの更なる補助なしで目標値に達するとき、作動しなくなる。これと関連して、１次ドライブ２２のスイッチを切った時７１に、その位置エネルギーは目標値の一部に既に到達しているが、上部反転位置１５まで進行する間のストライカ４の運動エネルギーは、（位置エネルギーの）目標値に達していない部分に変換されると考えられる。この変換の間の損失は、制御部１２に格納されたテーブル７２によっても考慮され得る。目標値は、ストライカ４の衝突エネルギーの２５％と４０％との間の範囲にあり、例えば少なくとも３０％で、大きくても３７％である。

予測手段７３は、打撃機構２の動作状況を絶えず比較する。例として示した予測は圧力測定に基づく。予測手段７３は、圧力センサ７４から信号を入力する。測定される圧力は閾値と比較される。圧力が閾値を超える場合、予測手段７３は制御部１２に制御信号５９を出力する。制御信号５９は、１次ドライブ２２のスイッチが直ちに切られたときに、位置エネルギーが目標値に達したことを示している。そして、制御部１２は、活性回復期６６を終了させる。

予測手段７３は、記憶格納されている参照テーブル７２から閾値を読み込むことが好ましい。参照テーブル７２は、完全に１つの閾値を含み得る。しかしながら、異なる作動状態に対していくつかの予め定められた閾値が格納されていることが好ましい。例えば、それらの閾値は気圧室３４の異なる温度毎に格納され得る。予測手段７３は、圧力センサ７４からの信号に加えて、温度センサ７５からの信号も記録する。閾値は、例えば温度センサ７５からの信号の関数として選択される。

更に、予測手段７３は、圧力変化からストライカ４の速度を推定することができる。参照テーブル７２は、異なる速度に対応した圧力に対して異なる閾値を含み得る。より速度の速いストライカ４がより強く空気バネ２３を圧縮する傾向にあるので、閾値は遅い速度よりも早い速度の方が低くなる。速度又は圧力変化の関数としての閾値の選択は、目標値の再現率を高めることができる。

活性回復期６６の終了は、同時に静止期６７の始まりである。制御部１２は電流４８の目標値６０をゼロに設定する。切替え可能な磁場３８はスイッチが切られ、１次ドライブ２２は作動しなくなる。永久磁場３７は、ストライカ４に作用し続ける。しかしながら、永久磁場３７は、基本的に動作軸３に沿って一定の磁場強度を有するため、ストライカ４に微小の力を及ぼすか又は全く力を及ぼさない。

電流４８をゼロに下げる代わりに、電流４８は、静止期６７で目標値６０に対して負の値で設定され得る。このように、ストライカ４の残留磁気は下げられる。電流４８の値は、目標値６０に比べて低く、例えば１０％未満であり、ストライカ４の逆方向に戻る動きを妨げないようにする。

静止期６７の間、ストライカ４は空気バネ２３によって、停止するまでブレーキがかけられる。空気バネ２３の位置エネルギーは、その結果、ストライカ４が停止位置に到達する前、すなわち上部反転位置１５に到達する前に、ストライカ４の運動エネルギーの一部によって増加する。

活性回復期６６と静止期６７の工程は、打撃機構としてテストされた構造に関しては、特に活性回復期６６の終わりに電流４８のスイッチを切ってゼロにすることで、エネルギー効率が高まることが分かる。１次ドライブ２２の効率は、上部反転位置１５とストライカ４の間の距離３５の減少に伴って減少する。１次ドライブ２２が効率的に作動する限り、ストライカ４は速い速度で加速される。予測が、１次ドライブ２２なしでストライカ４が期待される上部反転位置１５に到達し得ることを示すならば、徐々に作動しなくなり、非効率的になった１次ドライブ２２は、作動を停止する。代案では、電流４が連続的に又はいくつかの段階にわたってゼロに低減される。これにより、効率を犠牲にしてストライカ４の軌道を修正して上部反転位置１５に到達させることができる。この代案においても、静止期６７が、ストライカ４が上部反転位置１５に到達する前に始まることが好ましい。

活性回復期６６の期間は、予測に起因する。その期間は異なる長さであり得、動作に依存して、あるいはさらに衝突のたびに、異なった期間を取り得る。例えば、衝突の前にアンビル１３が基本位置１６に到達していない場合は、ストライカ４は次の衝突でさらに長い距離を進行する必要があることを意味する。固定された活性回復期６６の期間では、期待される上部反転位置１５に到達するためには、空気バネ２３の力に対してストライカ４に吸収される運動エネルギーは十分ではない。

制御部１２は、ストライカ４が上部反転位置１５へ到達したことにより、静止期６７を終了させる。この静止期６７が終わると、加速期６８が始まる。制御部１２は、ストライカ４が逆方向に運動することに基づき、加速期６８を開始させる。位置または運動センサは、ストライカ４の逆方向への運動を直接感知し得る。逆方向への運動の感知は、気圧室３４の圧力変化に間接的に基づくことが好ましい。

圧力センサ７４は気圧室３４と連通している。この圧力センサ７４は、例えばピエゾ抵抗圧力センサ７４である。圧力センサ７４は気圧室３４内に設置されるか又は空気路を介して気圧室３４に連通され得る。圧力センサ７４はクロージャ３０に又はその内に設置されることが好ましい。評価装置７６が圧力センサ７４に付随している。この評価装置７６は気圧室３４の圧力変化を監視する。圧力変化が負の値、すなわち圧力が低下するとすぐに、評価装置７６は制御部１２に、ストライカ４が上部反転位置１５へ到達したことを示す制御信号７７を出力する。

圧力変化の評価は、その方法がゆえに、ストライカ４が上部反転位置１５への到達、より正確には上部反転位置１５を超えたことが検知されるまでに、わずかな遅延を生ずる。圧力はその絶対値が検出されて閾値と比較されてもよい。圧力が閾値に達すると、制御信号７７が出力される。気圧室３４の圧力は上部反転位置１５で測定され、評価装置７６のテーブルに閾値として記憶格納され得る。閾値は、様々な動作状態の関数として、特に気圧室３４の温度の関数として格納され得る。評価装置７６は、例えば温度センサを検索し、そしてテーブルから関連した閾値を読み取り、現在の運転状態を検知する。この２つの方法が重複して組み合わされ、互いに独立に制御信号を出力することができる。

制御部１２は制御信号７７を受信すると、加速期６８を開始する。制御部１２は、電流４８の目標値６０を第２の値７８に設定する。第２の値７８の正負符号は、ガイドチューブ２７内で、下部の磁気コイル４７による下部の磁場５０が永久磁場３７と強め合うように選択される。従って、ガイドチューブ２７の下部４１に強い磁場が発生する。電流４８は加速期６８の間、下部の磁気コイル４７に、そして上部磁気コイル４６にも供給されることが好ましい。上部３９の永久磁場３７は、ガイドチューブ内で、上部磁気コイル４６の磁場３８によって弱められるか又は完全に打ち消されることが好ましい。ストライカ４は、下部４１のより強い磁場に引っ張られる。ストライカ４は、加速期６８の間、打撃方向５へ絶えず加速される。衝突点１４に到達するまでの運動エネルギーは、ほぼストライカ４の衝突エネルギーである。

代わりの又はそれに加えての、上部反転位置１５への到達の測定は、ストライカ４の移動によって上部磁気コイル４６に誘起される電圧の変化に基づく。ストライカ４は、上部反転位置１５への到達前に、上部ヨーク・リング５６（ヨーク５５の環状の上部端面５６）の位置に重なり得る。環状磁石４２の磁場４９は、ストライカ４を介して上部ヨーク・リング５６にエアギャップなしで実質的に閉じられている上部３９に流れる。環状磁石４２の磁場５０は、下部ヨーク・リング５７に大きなエアギャップを介して下部４１に流れる。ストライカ４が上部反転位置１５に到達するまで移動する間、下部４１のエアギャップは更に広がり、それによって、上部の磁気の流れが比例して増加する。ストライカ４が上部反転位置１５を超えるとすぐに、上部３９の磁気流れの割合は減少する。磁気流れの変化は、上部磁気コイル４６に電圧を誘起する。誘起電圧の符号の変化は上部反転位置１５の特徴である。電源５１は、上部反転位置１５に到達前に電流４８をゼロに制御することが好ましく、それにより静止期６７が保たれる。制御ループは、目標値６４を絶えず適合させて、誘起電圧に対して電流４８をゼロに保つ。誘起電圧の符号の変化に際して、制御ループ６２はかなり大きな目標値６４で応答する。制御信号７７は、このように、例えば閾値を超える目標値６４によって、引き起こされ得る。

第２の値７８の量は、上部磁場４９が永久磁場３７と完全に打ち消し合うように、又はその磁場強度を少なくても１０％まで減少させるように、決定されることが好ましい。磁気コイル４６、４７の電流４８は、加速期６８の開始時に目標値６０まで増加する。立ち上がり波形は、例えば、磁気コイル４６、４７のインダクタンスとストライカ４の反応に起因する時定数により予め決まっている。制御部１２は、加速期６８の間、目標値６０を第２の値７８に保つことが好ましい。

空気バネ２３は、ストライカ４の加速を打撃方向５へ補う。それによって、空気バネ２３に蓄えられた位置エネルギーは、実質的にストライカ４の運動エネルギーに変換される。衝突点１４で、空気バネ２３は、完全に解放されることが好ましい。衝突点１４に近づくと、ストライカ４によって通気口３６は開口される。通気口３６は、空気バネ２３がストライカ４に与える影響をゼロに減らさないようにして、空気バネ２３を弱める。しかしながら、空気バネ２３は、この時点では既に、明らかにその位置エネルギーの９０％以上のエネルギーをストライカ４の運動エネルギーに変換している。

制御部１２は、下部の磁気コイル４７の電流４８の増加７９または電源５１で供給される電流４８の増加７９に基づいて加速期６８を終了させる。ストライカ４が移動する間、電流４８が流れる下部磁気コイル４７の電磁誘導によって電圧降下が起きる。この電圧降下に対して電源５１が電流４８を供給する。打撃点でストライカ４が停止すると、電圧降下は急になくなる。電流４８は短時間で増加し、制御電源５１は再度、電流４８を目標値６０になるように調整する。

電流センサ８０は、下部の磁気コイル４７を循環する電流４８を検出することができる。付随する弁別器８１が、測定された電流４８を閾値と比較して、閾値を超えると終了信号８２を出力する。終了信号８２は、ストライカ４がアンビル１３に衝突したことを制御部１２に知らせる。閾値は例えば第２の値７８の関数として選択され、すなわち加速期６８の目標値６０である。閾値は、第２の値７８よりも５％から１０％大きくなり得る。電流４８の絶対値の検出の代わりに又はそれに加えて、電流４８の変化率が電流センサ８０を用いて検出され、弁別器８１を用いて変化率に対応した閾値と比較される。

電源５１は、回路８３の電流４８の増加７９を、電源制御回路６１を用いて相殺する。それによって、目標値６４は変わる。電流４８の変化の代わりに又はそれに加えて、目標値６４も監視され得る。目標値６４の絶対値または、目標値６４の変化率は閾値と比較され、そして終了信号８２がそれに応じて出力され得ることが好ましい。

終了信号８２を受けると、制御部１２は加速期６８を終える。目標値６０はゼロに設定される。電源５１からの出力電流は、それに対応して、（電流４８の値が）ゼロに減少する。ストライカ４は、もはや打撃方向５へ加速されない。

制御部１２は、加速期６８又はそれに続く休止期間の直後に、次の活性回復期６６を開始することができる。

Claims

チゼル工具（７）を動作軸（３）に沿って移動可能に装填する工具ホルダー（６）と、磁力圧縮による打撃機構（２）とを備え、
前記打撃機構（２）は、
前記動作軸（３）の周りに配置され、打撃方向（５）に沿って順に、第１磁気コイル（４６）と環状磁石（４２）と、第２磁気コイル（４７）を有する１次ドライブ（２２）と、
打撃方向（５）に沿って順に、前記磁気コイル（４６、４７）内の前記動作軸（３）に配置されるストライカ（４）と、アンビル（１３）と、
打撃方向（５）に沿って前記ストライカ（４）に作用する空気バネ（２３）と、を備え、
前記環状磁石（４２）は、永久的で前記動作軸（３）に対して径方向に磁化されている
機械工具。
請求項１に記載の機械工具（１）であって、前記環状磁石（４２）は、いくつかの永久磁石（４３）で構成され、その全ての磁石が同一の磁極（Ｎ）を前記動作軸（３）に向けている、ことを特徴とする機械工具。
請求項１又は２に記載の機械工具（１）であって、前記第１磁気コイル（４６）の電流（４８）と前記第２磁気コイル（４７）の電流（４８）が、前記動作軸（３）周りの同じ回転方向へ流れる、ことを特徴とする機械工具。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の機械工具（１）であって、前記磁気コイル（４６、４７）が制御部（１２）によって交替する期間で起動され、前記第１磁気コイル（４６）内で前記第１磁気コイル（４６）によって生成される第１磁場（４９）が前記環状磁石（４２）の磁場（３７）と、第１の期間（６８）で強め合うように重なり合い、第２の期間（６６）で打ち消し合うように重なり合い、前記第２磁気コイル（４７）内で前記第２磁気コイル（４７）によって生成される第２磁場（５０）は前記環状磁石（４２）の前記磁場（３７）と、第１の期間（６８）で打ち消し合うように重なり合い、第２の期間（６６）で強め合うように重なり合う、ことを特徴とする機械工具。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の機械工具（１）であって、前記ストライカは軟質磁性材料で製造される、ことを特徴とする機械工具。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の機械工具（１）であって、前記空気バネ（２３）が、固定されたクロージャ（３０）によって、打撃方向（５）と反対方向に閉じられている、ことを特徴とする機械工具。
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の機械工具（１）であって、打撃方向（５）から見て前記アンビル（１３）が前記第２磁気コイル（４７）又は前記第２磁気コイル（４７）に隣接しているヨーク（５７）に突き出る、ことを特徴とする機械工具。
請求項７に記載の機械工具（１）であって、前記アンビル（１３）は軟質磁性材料で製造される、ことを特徴とする機械工具。
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の機械工具（１）であって、どの位置においても、前記ストライカ（４）が少なくとも１つの前記磁気コイル（４６、４７）と前記環状磁石（４２）に部分的に重なる、ことを特徴とする機械工具。
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の機械工具（１）であって、前記第１磁気コイル（４６）の第１の長さ（５２）が、前記第２磁気コイル（４７）の第二の長さ（５３）よりも短く、特に第１の長さ（５２）に対する第２の長さ（５３）の比率は、１．７５と２．２５との間の範囲にある、ことを特徴とする機械工具。
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の機械工具（１）であって、前記第一磁気コイル（４６）と前記環状磁石（４２）と前記第二磁気コイル（４７）が、前記動作軸（３）と同軸で同方向のガイドチューブ（２７）の周りに配置され、前記空気バネ（２３）と前記ストライカ（４）が前記ガイドチューブ（２７）内に配置される、ことを特徴とする機械工具。