JP2002079476A - インパクト型の電動工具装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用者の介入によりインパクト工具装置の衝
撃力を、駆動部の回転数に係わらず常に制御可能とす
る。 【解決手段】 電動インパクト工具装置（８）は、グリ
ップ（１１）と、ハウジング（１０）内に配置した遊星
歯車機構（５）とを具える。遊星歯車機構（５）は、駆
動軸（１）の回転運動（ω）を揺動運動（υ）に変換す
る。衝撃発生手段（２）が生じる往復運動の衝撃振幅
は、遊星歯車機構（５）における太陽歯車（６）の調整
（α）により制御可能である。この衝撃振幅は、工具装
置（８）のグリップ（１１）に使用者が及ぼす軸線方向
力（Ｆ）に応じて制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空圧式衝撃機構を
具えるインパクト型の電動工具装置、例えばハンマドリ
ル、チゼルハンマ等に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インパクト型の電動工具装置の場合、電
動モータの回転運動は適当な変換機構により揺動及び衝
撃振動の並進運動に変換される。通常、駆動軸に対して
平行の振動軸線に対する揺動部材と、垂直の振動軸線を
有する偏心部材とを使用する。多くの場合、空圧式衝撃
機構における揺動運動は、駆動ピストンを介してガス封
入スプリング及びフリーピストンに伝達され、最後に軸
線方向で工具に伝達される。ハンマドリルの場合、更
に、工具スピンドルの回転運動が駆動軸から適切な変速
歯車を介して伝達される。それにより、工具の振動数及
び衝撃数は、工具スピンドルの回転数に対して常に固定
された、段階的に選択切替可能な関係にある。

【０００３】インパクト型の工具装置に関して、ヨーロ
ッパ特許第７５９３４１号明細書には自動的な空撃ち防
止機構が記載されている。この防止機構は、工具に対し
て軸線方向の押圧力が及ぼされていない場合、軸線方向
に変位可能な開閉スリーブにより空圧式衝撃機構のバル
ブを開口させて衝撃を中断させる。

【０００４】特開平４−２２４３４３号公報は、工具ス
ピンドルの回転数を段階的に切り換えるために遊星歯車
機構を記載している。しかし、工具スピンドルの回転数
に対して衝撃数を連続的に調節することは不可能であ
る。

【０００５】ドイツ特許第３５０５５４４号明細書は、
偏心部材の軸線方向位置を調節することにより揺動振幅
を連続的に調整可能としたハンマドリルを記載してい
る。この場合、偏心部材を傾斜させて配置することによ
り、偏心度を連続的に可変とすることが可能である。

【０００６】ヨーロッパ特許第０６３７２５号明細書
は、偏心タップの駆動に使用される遊星歯車機構を記載
している。この遊星歯車機構は、単一の遊星歯車と、そ
の遊星歯車を内接させた内歯の太陽歯車との寸法を適切
に決定することにより、遊星歯車のピッチ円上の各ポイ
ントが直線的な軌道曲線を辿る。太陽歯車を９０°回動
すると、ピストン工程は、太陽歯車のピッチ円直径に一
致する全行程から殆どゼロまで可変となる。太陽歯車
は、揺動振幅を絶えず調整するために、自己制動型のウ
ォーム歯車装置又は半径方向に延在する固定可能な調節
グリップにより、それぞれの角度位置に固定される。

【０００７】電動工具装置の場合、通常、電源部に配置
した位相制御による駆動力を介して、グリップ内に位置
する指で操作する圧力スイッチボタンにより、回転数を
押込深度に応じて絶えず制御する。それにより、例えば
工具装置の緩やかな始動を可能とし、使用者の介入によ
って回転数を調節することができる。

【０００８】ドイツ特許第１９５０３５２６号明細書
は、工具軸線に対して垂直に配置されると共に、この工
具軸線にオフセットして回転可能とした工具グリップを
記載している。それによって生じる限定的な運動自由度
を、工具軸線に沿って、グリップの振動抑制に利用す
る。

【０００９】

【発明の課題】本発明の課題は、使用者の介入によりイ
ンパクト工具装置の衝撃力を、駆動部の回転数に係わら
ず常に制御可能とすることにある。

【００１０】

【課題の解決手段】この課題を解決するため、本発明
は、請求項１に記載された特徴を有している。また、本
発明の有利な実施形態は、従属請求項に記載されたとお
りである。

【００１１】本発明においては、遊星歯車機構をクラン
ク機構として使用する。単一の遊星歯車と、その遊星歯
車に内接する内歯太陽歯車との寸法を適切に決定するこ
とにより、遊星歯車のピッチ円上の各ポイントは直線的
な軌道曲線を辿る。遊星歯車の偏心タップは、連接棒を
介し、工具軸線と平行な往復運動を行う駆動ピストン等
の衝撃発生手段に結合する。太陽歯車の調整可能な取り
付け角度は、工具軸線に沿ってグリップに及ぼされる力
に応じて調整可能である。

【００１２】偏心タップの直線的な往復運動のアングル
は、一体回転して調整可能とする太陽歯車を介して、常
に可変とする。したがって、特定の回転数について、衝
撃エネルギは揺動振幅を介して常に調整可能である。太
陽歯車の調整値をほぼゼロとする場合には空衝ちが防止
され、これも本発明による解決方法に包括される。

【００１３】太陽歯車の調整αは、グリップと機械的、
空圧的又は電気的に接続された調整機構により行われ
る。この調整機構は、振動の反力が主としてグリップで
はなく、ハウジング全体に作用するよう、必然的に自己
制動するものとする。その際、衝撃力を制御するグリッ
プの変位領域は、太陽歯車の角度変化△αをπ／２まで
として、調整手段を介した３ｃｍ以下の領域に表現され
る。

【００１４】ウォームピニオンは、太陽歯車の対応する
外歯に自己制動可能な状態で係合させるのが有利であ
る。ウォームピニオンを駆動する歯車装置は、サーボ制
御手段を介し、電動工具装置の有効エネルギによって駆
動するのが有利である。太陽歯車の調整αに要するエネ
ルギとして、制御可能な調整クラッチを介して生ずる運
動駆動エネルギ、制御可能なバルブを介して生ずる空気
圧縮エネルギ、及び／又は制御可能なサーボモータによ
る電気エネルギを使用する。

【００１５】制御可能なサーボモータを使用する場合、
使用者又はマイクロプロセッサにより、所望の作動条件
に応じて衝撃力を調整することが可能である。実際に工
具に与えられる衝撃力は、ストロークセンサ、圧力セン
サ又は加速度センサと、適切な電子測定回路により間接
的に測定可能である。

【００１６】衝撃振幅に基づく目標衝撃力の制御は、圧
力スイッチボタンの操作による駆動力の制御に依存せ
ず、工具装置のグリップに及ぼされる軸線方向力に応じ
て行うのが有利である。この軸線方向力は、使用者の直
感的な意思に直接的に合致するからである。更に、グリ
ップは、軸線方向反力に抗して軸線方向で限定的に可動
とするのが有利であり、グリップが工具又は母材の方向
に押圧され、太陽歯車の調整αに作用することにより衝
撃エネルギを増大することが可能である。

【００１７】グリップは、工具軸線に対して半径方向に
オフセットして配置され、同軸線に対し垂直に延在する
回転継手を介して装置本体と結合するのが有利である。
この軸線方向力は、変位を介して間接的に測定される
か、又は圧電センサにより直接的に測定され、その測定
データは目標値としてマイクロプロセッサに出力され
る。マイクロプロセッサは、動作データ特性域を読み出
して太陽歯車の調整値αを算定する。これは、軸線方向
力の適切な非線形写像又は必要な衝撃力の実現に不可欠
な太陽歯車の調整値αへの変位として実行され、この調
整はサーボモータ等により行う。

【００１８】マイクロプロセッサによる算定のため、回
転数、トルク、消費電流、加速度、選択的な工具の種類
・サイズ等の更なる固有パラメータを決定するのが有利
であり、最適かつ確実な作動のために、マイクロプロセ
ッサにより読出可能な動作データ特性域に対応して前記
固有パラメータを考慮する。

【００１９】工具装置のグリップにおける軸線方向力を
介して衝撃力の目標値を決定する際、作動方向、質量及
び重力加速度を通じて、その自重は歪曲して作用する。
この好ましくない影響を低減するため、傾斜センサによ
って作動方向を決定可能とすると共に、既知の自重にお
いては、使用者が所望する衝撃力の真の目標値をマイク
ロプロセッサによって算定可能とする。そのために、傾
斜センサをマイクロプロセッサに接続する。マイクロプ
ロセッサは、グリップで実測した軸線方向力を係止力に
ついて修正する。係止力は、電動工具装置の作動方向の
重力加速度に対する方向余弦を乗じた工具装置の自重に
相当する。

【００２０】

【好適な実施形態】以下、本発明を図示の好適な実施形
態について更に具体的に説明する。

【００２１】図１に示すように、駆動軸１の回転運動ω
を、これに対して垂直の揺動運動υに変換するために、
駆動軸１の一平面に延在する工具軸線Ａに対して平行と
する空圧式衝撃機構の駆動ピストン等で構成される衝撃
発生手段２を、一般的なサイクロイド軌跡の特殊ケース
とする調整αによって決定した直線上に配置されたサイ
クロイド遊星歯車機構５のタップ４と結合する。従っ
て、タップ４における平面に対して垂直に推移する往復
運動に基き、α＝〔０，π／２〕とする遊星歯車機構５
の調整値αにより、衝撃発生手段２の往復運動の振幅は
殆どゼロ（最終的な連接棒の長さで三角法により決定さ
れた残存運動を除く）から、遊星歯車機構５の軌道直径
の最大値に至る範囲内で、常に単調に連続変化させるこ
とが可能となり、その振幅は調整値αの正弦に対してほ
ぼ比例する。特定の回転数に関しては、調整αによって
振動υの振幅が調整可能であり、従って、衝撃エネルギ
も常に調整可能である。振幅をほぼゼロとする空衝ち防
止状態は、本発明の解決手段に包括されるものである。

【００２２】図２に示す遊星歯車機構５において、一体
回転して調整可能な太陽歯車６は直径２ｒの内歯歯車と
して形成され、この内歯歯車には直径がｒの外歯の遊星
歯車７が内接する。遊星歯車７の回転軸が駆動軸１によ
り駆動されると、遊星歯車７の外縁部に取り付けたタッ
プ４は、一般的なサイクロイド軌跡の特殊ケースとし
て、直線的な往復運動を行う。太陽歯車６の調整αによ
り、往復運動の方向は絶えず可変となる。

【００２３】図３に示す遊星歯車機構５の太陽歯車６の
外周部に、自己制動型のウォームピニオン９を配置す
る。一体回転して調整可能な太陽歯車６を調整αするた
めに、軸線方向力Ｆを電動工具装置８のハウジング１０
に固定した圧電センサ１２により測定すると共に、その
測定データをマイクロプロセッサ１３に目標値として出
力する。マイクロプロセッサ１３は、軸線方向力Ｆの適
切な非線形写像を介し、不可欠な衝撃力の実現に必要と
される遊星歯車機構５の調整値αを算定すると共に、ウ
ォームピニオン９と結合したサーボモータ１４を介し
て、ハウジング１０に対する遊星歯車機構５を調整値α
に調整する。マイクロプロセッサ１３に接続した傾斜セ
ンサ１５の出力データに基づいて、既知の自重に対する
軸線方向力Ｆの目標値を修正するために電動工具装置８
の作動方向Ａを決定する。動作データセンサ１６は、駆
動軸１の回転数及びトルクを決定し、マイクロプロセッ
サ１３において読出可能とした動作データ特性域を介し
て、最適な衝撃振幅値と、軸線方向力Ｆに対応する衝撃
振幅値とを決定可能とする。その際、算定に際して更に
別の動作パラメータを参照することも可能である。

【００２４】動作データセンサ１６の出力信号に基づく
第１段階では、電動工具装置８の現実の動作データを検
出すると共に、その動作データをマイクロプロセッサ１
３に出力する。第２段階では、現実の動作データを考慮
しつつ、手動で設定された衝撃力の目標値、又は好適に
は傾斜センサ１５の出力データに基づいてマイクロプロ
セッサ１３で修正した衝撃力の目標値から、設定衝撃力
又は最適衝撃力を、動作データ特性域内で少なくとも支
持個所で読出可能として残された写像を介し、衝撃振幅
を通じて衝撃力を実現するのに必要な調整値αにマイク
ロプロセッサ１３で換算する。第３段階では、マイクロ
プロセッサ１３により、遊星歯車機構５における調整値
αをサーボモータ１４により変更する。最終段階では、
マイクロプロセッサ１３を使用し、センサで検出した別
の特性値から実際の衝撃力を算定して目標値と比較し、
比較値に対応して遊星歯車機構５における調整値αを逆
に調節する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の作動原理を説明するための略図であ
る。

【図２】 本発明において適用可能な遊星歯車機構の略
図である。

【図３】 本発明において適用可能な制御システムの説
明図である。

【符号の説明】

１ 駆動軸 ２ 衝撃発生手段 ３ 連接棒 ４ タップ ５ 遊星歯車機構 ６ 太陽歯車 ７ 遊星歯車 ８ 電動工具装置 ９ ウォームピニオン １１ グリップ １０ ハウジング １２ 圧電力センサ １３ マイクロプロセッサ １４ サーボモータ １５ 傾斜センサ １６ 動作データセンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 コンラッド アルトマン ドイツ国 82237 ヴェルトゼー クック ックシュトラーセ ２ Ｆターム(参考） 2D058 AA14 CA03 CB06 CB12 CB14

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 グリップ（１１）と、ハウジング（１
   ０）内に配置した遊星歯車機構（５）とを具え、該遊星
   歯車機構（５）により駆動軸（１）の回転運動（ω）を
   揺動運動（υ）に変換し、遊星歯車機構（５）の太陽歯
   車（６）を所定の調整範囲（α）内で調整することによ
   り、衝撃発生手段（２）の発生する往復衝撃運動の振幅
   を調整可能としたインパクト型の電動工具装置（８）に
   おいて、前記往復衝撃運動の振幅を、工具装置（８）の
   グリップ（１１）に使用者が作用させる軸線方向力
   （Ｆ）に基づいて制御することを特徴とする電動工具装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の装置において、太陽歯車
   （６）の調範囲整（α）内における調整値（α）＝
   〔０，π／２〕では、前記往復衝撃運動の振幅を単調に
   増減可能としたことを特徴とする電動工具装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の装置において、
   調整値（α）＝０において前記往復衝撃運動の振幅をほ
   ぼゼロとして空撃を防止することを特徴とする電動工具
   装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３の何れか一項に記載の装置
   において、前記衝撃発生手段（２）を、空圧式打撃機構
   の駆動ピストンにより構成したことを特徴とする電動工
   具装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４の何れか一項に記載の装置
   において、前記往復衝撃運動の振幅を調整するため、ハ
   ウジング（１０）に対する太陽歯車（６）の一体的に回
   転可能な支持角度を、自己制動型のウォームピニオン
   （９）により調整可能としたことを特徴とする電動工具
   装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５の何れか一項に記載の装置
   において、前記往復衝撃運動の振幅を調整するため、ハ
   ウジング（１０）に対する太陽歯車（６）の支持角度
   を、サーボモータ等の制御手段（１４）により制御可能
   としたことを特徴とする電動工具装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載の装置において、前記制御
   手段（１４）をマイクロプロセッサ（１３）により制御
   することにより、動作データセンサ（１６）と読出可能
   な動作データ特性域とを任意的に使用しつつ衝撃力を最
   適制御することを特徴とする電動工具装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載の装置において、前記マイ
   クロプロセッサ（１３）に傾斜センサ（１５）の出力を
   供給して電動工具装置（８）の作動方向を決定し、これ
   により、グリップ（１１）に及ぼされる軸線方向力
   （Ｆ）に基づいて、衝撃力に係る重力加速度の真の目標
   値をマイクロプロセッサ（１３）で算定することを特徴
   とする電動工具装置。
9. 【請求項９】 請求項１〜８の何れか一項に記載の装置
   において、前記グリップ（１１）を工具軸線Ａに関して
   限定的に回動可能に担持すると共に、軸線方向圧力で付
   勢することによりグリップ（１１）を、軸線方向力
   （Ｆ）を作用させたときに限定的に軸線方向に可動とし
   たことを特徴とする電動工具装置。