JP2003326475A - 空圧式打撃機構 - Google Patents
空圧式打撃機構Info
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- B25D17/06—Hammer pistons; Anvils ; Guide-sleeves for pistons
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25D—PERCUSSIVE TOOLS
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- B25D2217/0011—Details of anvils, guide-sleeves or pistons
- B25D2217/0019—Guide-sleeves
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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- B25D2217/0011—Details of anvils, guide-sleeves or pistons
- B25D2217/0023—Pistons
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- B25D2250/00—General details of portable percussive tools; Components used in portable percussive tools
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- B25D2250/221—Sensors
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Percussive Tools And Related Accessories (AREA)
- Actuator (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 フリーピストンの運動を少なくとも個別的に
検出可能とした空圧打撃機構を提案し，更に，フリーピ
ストンの運動測定に基づいて最適制御可能とした工具装
置を実現する。 【解決手段】 本発明による空圧式打撃機構は，打撃力
の作用下で軸線方向に往復移動するフリーピストン
（２）と，該フリーピストン（２）に対して半径方向に
非接触配置した磁界センサ（３）とを具える。フリーピ
ストン（２）は，少なくとも外周部分が強磁性材料より
なり，更に，透磁率の異なる領域として，互いに軸線方
向に離間した複数の領域（４）を有する。
検出可能とした空圧打撃機構を提案し，更に，フリーピ
ストンの運動測定に基づいて最適制御可能とした工具装
置を実現する。 【解決手段】 本発明による空圧式打撃機構は，打撃力
の作用下で軸線方向に往復移動するフリーピストン
（２）と，該フリーピストン（２）に対して半径方向に
非接触配置した磁界センサ（３）とを具える。フリーピ
ストン（２）は，少なくとも外周部分が強磁性材料より
なり，更に，透磁率の異なる領域として，互いに軸線方
向に離間した複数の領域（４）を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，ハンマードリル，
チゼル工具等の，少なくとも部分的な打撃運動を行う工
作機械のためのフリーピストンを具える空圧式の打撃機
構に関するものである。
チゼル工具等の，少なくとも部分的な打撃運動を行う工
作機械のためのフリーピストンを具える空圧式の打撃機
構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】空圧式打撃機構を具え，少なくとも部分
的に打撃する汎用の工具装置においては，ヘッダ部材又
は工具の端面に打撃するフリーピストンが，部分的に回
動可能なガイド管内で空圧ばねを介して往復移動する。
一方では駆動ピストンを介した空圧ばねの励起により，
他方では工具と加工材料との間の相互作用により，フリ
ーピストンは完全な振動運動に支配され，その振動状態
は境界条件に依存するのが特徴的である。通常，フリー
ピストン及びその可動部分の振動運動は，シミュレーシ
ョン計算及び実験により最適に設定する。
的に打撃する汎用の工具装置においては，ヘッダ部材又
は工具の端面に打撃するフリーピストンが，部分的に回
動可能なガイド管内で空圧ばねを介して往復移動する。
一方では駆動ピストンを介した空圧ばねの励起により，
他方では工具と加工材料との間の相互作用により，フリ
ーピストンは完全な振動運動に支配され，その振動状態
は境界条件に依存するのが特徴的である。通常，フリー
ピストン及びその可動部分の振動運動は，シミュレーシ
ョン計算及び実験により最適に設定する。
【０００３】米国特許第３４６４５０３号明細書（特許
文献１）は，工具に対する打撃装置による打撃を検出
し，電子式評価ユニットと連携して打撃条件を加工材料
に対して適応制御する圧電センサを開示している。この
ような衝撃パルス測定では，フリーピストンの振動状態
について包括的に判断することはできない。
文献１）は，工具に対する打撃装置による打撃を検出
し，電子式評価ユニットと連携して打撃条件を加工材料
に対して適応制御する圧電センサを開示している。この
ような衝撃パルス測定では，フリーピストンの振動状態
について包括的に判断することはできない。
【０００４】ドイツ特許出願公開第１９９５６３１３号
公報（特許文献２）は，永久磁石を配置した流体シリン
ダ内のピストンの位置を，ガイド管の外側に配置したセ
ンサにより磁気的に検出する作動シリンダを開示してい
る。このような永久磁石の配置は，もっぱら，打撃力が
負荷されない低速のピストンに適している。
公報（特許文献２）は，永久磁石を配置した流体シリン
ダ内のピストンの位置を，ガイド管の外側に配置したセ
ンサにより磁気的に検出する作動シリンダを開示してい
る。このような永久磁石の配置は，もっぱら，打撃力が
負荷されない低速のピストンに適している。
【０００５】ドイツ特許出願公開第３２１０７１６号公
報（特許文献３），透磁率の異なる複数個の軸線方向に
間隔した環状領域を具えるピストンの高速度を磁気的に
検出するために，ピストンの半径方向外側に非接触に配
置され，半径方向外方からピストンの運動による磁束変
化を検出する磁気抵抗センサを開示している。
報（特許文献３），透磁率の異なる複数個の軸線方向に
間隔した環状領域を具えるピストンの高速度を磁気的に
検出するために，ピストンの半径方向外側に非接触に配
置され，半径方向外方からピストンの運動による磁束変
化を検出する磁気抵抗センサを開示している。
【０００６】
【特許文献１】 米国特許第３４６４５０３号明細書
【特許文献２】 ドイツ特許出願公開第１９９５６３１
３号公報
３号公報
【特許文献３】 ドイツ特許出願公開第３２１０７１６
号公報
号公報
【０００７】
【発明の課題】本発明の課題は，フリーピストンの運動
を少なくとも個別的に検出可能とした空圧打撃機構を提
案し，更に，フリーピストンの運動測定に基づいて最適
制御可能とした工具装置を実現することにある。
を少なくとも個別的に検出可能とした空圧打撃機構を提
案し，更に，フリーピストンの運動測定に基づいて最適
制御可能とした工具装置を実現することにある。
【０００８】
【課題の解決手段】上記の課題を解決するため，本発明
による空圧式打撃機構は，請求項１記載の事項を特徴と
するものである。また，本発明の好適な実施形態は，従
属請求項に記載したとおりである。
による空圧式打撃機構は，請求項１記載の事項を特徴と
するものである。また，本発明の好適な実施形態は，従
属請求項に記載したとおりである。
【０００９】すなわち，本発明による打撃機構は，打撃
力の作用下で軸線方向に往復移動するフリーピストン
と，該フリーピストンに対して半径方向に非接触配置し
た磁界センサとを具え，前記フリーピストンは，少なく
とも外周部分が強磁性材料よりなり，更に，透磁率の異
なる領域として，互いに軸線方向に離間した複数の領域
を有することを特徴とする。
力の作用下で軸線方向に往復移動するフリーピストン
と，該フリーピストンに対して半径方向に非接触配置し
た磁界センサとを具え，前記フリーピストンは，少なく
とも外周部分が強磁性材料よりなり，更に，透磁率の異
なる領域として，互いに軸線方向に離間した複数の領域
を有することを特徴とする。
【００１０】本発明によれば，好適には磁束を発生させ
るための永久磁石を具える磁界センサを非接触で配置し
たことにより，打撃力の作用下で往復移動するフリーピ
ストンの運動が測定可能である。フリーピストンにおけ
る透磁率が異なる領域は，ほぼ正弦波状の信号を磁界セ
ンサの出力に発生する。この信号の振幅は，センサから
フリーピストンまでの距離に依存する。
るための永久磁石を具える磁界センサを非接触で配置し
たことにより，打撃力の作用下で往復移動するフリーピ
ストンの運動が測定可能である。フリーピストンにおけ
る透磁率が異なる領域は，ほぼ正弦波状の信号を磁界セ
ンサの出力に発生する。この信号の振幅は，センサから
フリーピストンまでの距離に依存する。
【００１１】磁気感知センサは，ホールセンサ，ＡＭＲ
センサ（異方性磁気抵抗センサ），ＧＭＲセンサ（巨大
磁気抵抗センサ），ＭＲセンサ（磁気抵抗センサ），Ｍ
Ｉセンサ（磁気インピーダンスセンサ）等の，好適には
差動接続された半導体磁界センサ，又は標準部品として
入手可能なコイル及び磁束ガイドを含む誘導センサとし
て形成するのが有利である。差動接続された磁界センサ
は，フリーピストンの半径方向の遊びに対して不感性で
あり，隣接した２位置間における磁束変化のみを測定す
る。
センサ（異方性磁気抵抗センサ），ＧＭＲセンサ（巨大
磁気抵抗センサ），ＭＲセンサ（磁気抵抗センサ），Ｍ
Ｉセンサ（磁気インピーダンスセンサ）等の，好適には
差動接続された半導体磁界センサ，又は標準部品として
入手可能なコイル及び磁束ガイドを含む誘導センサとし
て形成するのが有利である。差動接続された磁界センサ
は，フリーピストンの半径方向の遊びに対して不感性で
あり，隣接した２位置間における磁束変化のみを測定す
る。
【００１２】透磁率が異なる領域の幾何学的配置は，空
隙と差動接続された磁界センサとの距離に依存し，これ
ら領域の軸線方向寸法は，少なくとも空隙（センサ前端
部とフリーピストンの間隔）に相当することが有利であ
る。信号振幅を拡大するために，前記領域の構造幅を僅
かに大きく設定するのが有利である。フリーピストンの
運動状態を測定するため，ピストン上にはなるべく多数
の領域を設けるのが有利である。
隙と差動接続された磁界センサとの距離に依存し，これ
ら領域の軸線方向寸法は，少なくとも空隙（センサ前端
部とフリーピストンの間隔）に相当することが有利であ
る。信号振幅を拡大するために，前記領域の構造幅を僅
かに大きく設定するのが有利である。フリーピストンの
運動状態を測定するため，ピストン上にはなるべく多数
の領域を設けるのが有利である。
【００１３】例えば，零点交差だけを評価する場合に
は，領域の周期毎に２つの速度情報が得られる。センサ
を差動接続する場合，両センサ間の軸線方向間隔Ｔが既
知であれば（例：Ｔsens＝０．８ｍｍ又は２．０ｍ
ｍ），領域の周期は前記の距離に対応する。領域の最適
な周期は，センサ間隔の２倍（ＴBereich＝１．６ｍｍ
〜４ｍｍ）に相当する。更に，センサを位相シフトさせ
てセンサ間隔が（２ｎ＋１）／２*ＴBereich（但し，ｎ
＝０，１，２，…）となるように配置するのが有利であ
る。
は，領域の周期毎に２つの速度情報が得られる。センサ
を差動接続する場合，両センサ間の軸線方向間隔Ｔが既
知であれば（例：Ｔsens＝０．８ｍｍ又は２．０ｍ
ｍ），領域の周期は前記の距離に対応する。領域の最適
な周期は，センサ間隔の２倍（ＴBereich＝１．６ｍｍ
〜４ｍｍ）に相当する。更に，センサを位相シフトさせ
てセンサ間隔が（２ｎ＋１）／２*ＴBereich（但し，ｎ
＝０，１，２，…）となるように配置するのが有利であ
る。
【００１４】透磁率の異なる領域を，軸線方向に間隔し
た複数の周方向溝で形成し，各溝内に空気を満たすのが
有利である。このような周方向溝は，技術的に容易に加
工可能である。
た複数の周方向溝で形成し，各溝内に空気を満たすのが
有利である。このような周方向溝は，技術的に容易に加
工可能である。
【００１５】周方向溝は，深さを０．１〜１．５ｍｍ，
好適には０．８ｍｍとし，幅を０．５〜５．０ｍｍ，好
適には３．２ｍｍとし，更に，周方向溝の相互間に幅が
０．１〜３．０ｍｍ，好適には１．６ｍｍの軸線方向中
間ウェブを配置するのが有利である。この場合には，周
方向溝がセンサ近傍を移動する際に大きな透磁率変化を
生じさせることが可能である。
好適には０．８ｍｍとし，幅を０．５〜５．０ｍｍ，好
適には３．２ｍｍとし，更に，周方向溝の相互間に幅が
０．１〜３．０ｍｍ，好適には１．６ｍｍの軸線方向中
間ウェブを配置するのが有利である。この場合には，周
方向溝がセンサ近傍を移動する際に大きな透磁率変化を
生じさせることが可能である。
【００１６】センサを，フリーピストンのための回動可
能なガイド管の半径方向外側に非接触で配置するのが有
利であり，これによりフリーピストンがガイド管を貫通
する際の測定が可能となる。
能なガイド管の半径方向外側に非接触で配置するのが有
利であり，これによりフリーピストンがガイド管を貫通
する際の測定が可能となる。
【００１７】ガイド管は軸線方向の測点領域で，半径方
向の肉厚を０．１〜２．０ｍｍ，好適には０．２ｍｍと
するのが有利である。この場合，ガイド管十分な撓み剛
性を有する限度で，センサからフリーピストンまでの距
離を減少させることが可能である。
向の肉厚を０．１〜２．０ｍｍ，好適には０．２ｍｍと
するのが有利である。この場合，ガイド管十分な撓み剛
性を有する限度で，センサからフリーピストンまでの距
離を減少させることが可能である。
【００１８】ガイド管を非強磁性材料で形成するのが有
利であり，この場合にはフリーピストンを半径方向外方
に貫通する測定磁界に対してガイド管が僅かな影響しか
及ぼさない。
利であり，この場合にはフリーピストンを半径方向外方
に貫通する測定磁界に対してガイド管が僅かな影響しか
及ぼさない。
【００１９】センサを演算ユニットに接続し，この演算
ユニットによりセンサ信号の経時変化からフリーピスト
ンの位置及び／又は速度を算出するのが有利である。セ
ンサ信号は，透磁率の異なる領域が通過する際にセンサ
で検出される透磁率変化に対応する。その結果，フリー
ピストンの振動状態を帰納的に推論することが可能であ
る。そのために，演算ユニットは下記のような汎用の信
号処理方式を用いる： − 最大値及び最小値での零点交差 − カーブフッティング（コサイン‐フィッティング，
非線形最小二乗法フィッティング） − 復調 − フーリエ変換，パワースペクトル − フィルタリング（スペクトル評価に用いる自己回帰
型フィルタ） − 周波数評価方式（時間‐周波数分析）
ユニットによりセンサ信号の経時変化からフリーピスト
ンの位置及び／又は速度を算出するのが有利である。セ
ンサ信号は，透磁率の異なる領域が通過する際にセンサ
で検出される透磁率変化に対応する。その結果，フリー
ピストンの振動状態を帰納的に推論することが可能であ
る。そのために，演算ユニットは下記のような汎用の信
号処理方式を用いる： − 最大値及び最小値での零点交差 − カーブフッティング（コサイン‐フィッティング，
非線形最小二乗法フィッティング） − 復調 − フーリエ変換，パワースペクトル − フィルタリング（スペクトル評価に用いる自己回帰
型フィルタ） − 周波数評価方式（時間‐周波数分析）
【００２０】演算ユニットは，フリーピストンの運動に
関連して選択的に起動可能とした周波数フィルタ等の判
別手段を具えるのが有利である。それにより，工具がコ
ンクリートに埋設された鉄筋等に衝突するような場合，
異なる打撃状態の検出及び判別が可能である。
関連して選択的に起動可能とした周波数フィルタ等の判
別手段を具えるのが有利である。それにより，工具がコ
ンクリートに埋設された鉄筋等に衝突するような場合，
異なる打撃状態の検出及び判別が可能である。
【００２１】打撃力の作用下で軸線方向に往復移動する
フリーピストンを含む空圧式打撃機構を具える本発明の
工具装置は，フリーピストンの運動を少なくとも個別的
に直接測定可能とした測定手段を具えるのが有利であ
る。
フリーピストンを含む空圧式打撃機構を具える本発明の
工具装置は，フリーピストンの運動を少なくとも個別的
に直接測定可能とした測定手段を具えるのが有利であ
る。
【００２２】演算ユニットは，フリーピストンの種々の
打撃状態を，起動した判別手段により判別して，対応す
る制御手段を制御する。例えば，モータ回転速度及び／
又は工具回転速度の低下及び／又は打撃駆動部の停止又
は制御を行うものである。
打撃状態を，起動した判別手段により判別して，対応す
る制御手段を制御する。例えば，モータ回転速度及び／
又は工具回転速度の低下及び／又は打撃駆動部の停止又
は制御を行うものである。
【００２３】演算ユニットは，フリーピストンの最適な
運動及び打撃エネルギ，衝突係数，回転数等の選択的な
更なる境界条件のための目標値メモリに接続するのが有
利である。目標値メモリは，多次元アレイとして構成す
るのが有利である。その結果，工具装置は，フリーピス
トンの最適な運動及び最適な性能に対して自動的に適応
制御可能となる。
運動及び打撃エネルギ，衝突係数，回転数等の選択的な
更なる境界条件のための目標値メモリに接続するのが有
利である。目標値メモリは，多次元アレイとして構成す
るのが有利である。その結果，工具装置は，フリーピス
トンの最適な運動及び最適な性能に対して自動的に適応
制御可能となる。
【００２４】フリーピストンの空隙位置を演算ユニット
によりセンサ信号から算出し，電動モータ等の対応する
制御手段により打撃機構を停止可能とするのが有利であ
る。それにより，大きな設置スペースを要し，工具装置
の短縮化を困難とするフリーピストン用の付加的検出手
段を省略することができる。
によりセンサ信号から算出し，電動モータ等の対応する
制御手段により打撃機構を停止可能とするのが有利であ
る。それにより，大きな設置スペースを要し，工具装置
の短縮化を困難とするフリーピストン用の付加的検出手
段を省略することができる。
【００２５】打撃機構の温度を演算ユニットによりセン
サ信号から算出し，電動モータ等の対応する制御手段に
より打撃機構を停止可能とするのが有利である。この場
合には，工具装置の耐用寿命を向上することが可能とな
る。
サ信号から算出し，電動モータ等の対応する制御手段に
より打撃機構を停止可能とするのが有利である。この場
合には，工具装置の耐用寿命を向上することが可能とな
る。
【００２６】
【好適な実施形態】以下，図示の好適な実施形態につい
て本発明を更に具体的に説明する。
て本発明を更に具体的に説明する。
【００２７】図１に示すように，本発明による空圧式打
撃機構は，軸線方向に往復移動しつつヘッダ部材１を打
撃するフリーピストン２と，フリーピストン２に対して
半径方向に非接触配置した磁界センサ３とを具える。フ
リーピストン２は，少なくとも外周部分，本実施形態で
は全体が鋼等の強磁性材料から形成され，透磁率の異な
る領域として軸線方向に離間した４本の周方向溝４を有
する。磁界センサ３は，内部で差動接続された半導体セ
ンサである。磁界センサ３が測定磁界（Ｈ）を発生する
と，その磁束はフリーピストン２の半径方向縁部領域を
貫通する。フリーピストン２における周方向溝４は，深
さが０．８ｍｍ，幅が３．２ｍｍである。周方向溝４の
相互間には，幅が１．６ｍｍの軸線方向中間ウェブ７が
配置されている。センサ３は，非強磁性クロム鋼からな
る回動可能なガイド管５の外側で，軸線方向の測点領域
Ｘ内に非接触として堅固に配置する。測点領域Ｘにおけ
るガイド管５の肉厚は，０．２ｍｍである。磁界センサ
３はマイクロプロセッサ等よりなる演算ユニット６に接
続し，演算ユニット６は電動モータのコントローラ（図
示せず）に接続する。
撃機構は，軸線方向に往復移動しつつヘッダ部材１を打
撃するフリーピストン２と，フリーピストン２に対して
半径方向に非接触配置した磁界センサ３とを具える。フ
リーピストン２は，少なくとも外周部分，本実施形態で
は全体が鋼等の強磁性材料から形成され，透磁率の異な
る領域として軸線方向に離間した４本の周方向溝４を有
する。磁界センサ３は，内部で差動接続された半導体セ
ンサである。磁界センサ３が測定磁界（Ｈ）を発生する
と，その磁束はフリーピストン２の半径方向縁部領域を
貫通する。フリーピストン２における周方向溝４は，深
さが０．８ｍｍ，幅が３．２ｍｍである。周方向溝４の
相互間には，幅が１．６ｍｍの軸線方向中間ウェブ７が
配置されている。センサ３は，非強磁性クロム鋼からな
る回動可能なガイド管５の外側で，軸線方向の測点領域
Ｘ内に非接触として堅固に配置する。測点領域Ｘにおけ
るガイド管５の肉厚は，０．２ｍｍである。磁界センサ
３はマイクロプロセッサ等よりなる演算ユニット６に接
続し，演算ユニット６は電動モータのコントローラ（図
示せず）に接続する。
【００２８】図２は，振動作動時におけるフリーピスト
ンの衝突に際してのセンサ信号を示す。このセンサ信号
の基本的な特徴は，当初の大きな振幅であり，これはフ
リーピストン自体がセンサ領域に到達したことに起因す
る。この振幅は，フリーピストン自体の質量による磁束
変化が周方向溝４により発生する磁束変化よりも大きい
ため，常に残りの振幅よりも大である。この特徴的な振
幅は，データ検出のためのトリガー信号Ｔとして利用さ
れる。センサ信号は，左側から右側に向けて下記の区間
Ａ〜Ｅに区分され，これらの信号区間を演算ユニットが
選択して適切に評価する。
ンの衝突に際してのセンサ信号を示す。このセンサ信号
の基本的な特徴は，当初の大きな振幅であり，これはフ
リーピストン自体がセンサ領域に到達したことに起因す
る。この振幅は，フリーピストン自体の質量による磁束
変化が周方向溝４により発生する磁束変化よりも大きい
ため，常に残りの振幅よりも大である。この特徴的な振
幅は，データ検出のためのトリガー信号Ｔとして利用さ
れる。センサ信号は，左側から右側に向けて下記の区間
Ａ〜Ｅに区分され，これらの信号区間を演算ユニットが
選択して適切に評価する。
【００２９】区間Ａ：フリーピストンのガイド径部分が
センサ直下を通過するため，トリガー信号Ｔとして利用
される最初の下向きの振れが発生する。 区間Ｂ：フリーピストンにおける４本の周方向溝がセン
サ直下を順次に通過するため，４つの均等な振幅が検出
される。 区間Ｃ：フリーピストンがヘッダ部材を打撃することに
より，振動が中断されたことが検出される。 区間Ｄ：フリーピストンが更に比較的低速で後退するた
め，周波数の低い４つの均等な振幅が検出される。 区間Ｅ：フリーピストンのガイド径部分が後退してセン
サ直下を後退方向に通過するため，最後の上向きの振れ
が発生する。
センサ直下を通過するため，トリガー信号Ｔとして利用
される最初の下向きの振れが発生する。 区間Ｂ：フリーピストンにおける４本の周方向溝がセン
サ直下を順次に通過するため，４つの均等な振幅が検出
される。 区間Ｃ：フリーピストンがヘッダ部材を打撃することに
より，振動が中断されたことが検出される。 区間Ｄ：フリーピストンが更に比較的低速で後退するた
め，周波数の低い４つの均等な振幅が検出される。 区間Ｅ：フリーピストンのガイド径部分が後退してセン
サ直下を後退方向に通過するため，最後の上向きの振れ
が発生する。
【００３０】本発明に係る打撃機構によれば，ハンマー
ドリル等において特に有用な下記の効果を達成すること
が可能である。
ドリル等において特に有用な下記の効果を達成すること
が可能である。
【００３１】１．基盤認識：フリーピストンは，ヘッダ
部材又は工具端面に衝突すると，基盤に応じて異なる速
度で後退変位する。フリーピストンの後退変位により，
所望の信号処理方式（例えば，基盤に固有の打撃エネル
ギ及び衝突係数の算出及び判別）に基づき，モデル認識
及びファジー論理又はニューラルネットにより，検出し
たセンサ信号から加工途上の基盤の種類を特定すること
ができる。
部材又は工具端面に衝突すると，基盤に応じて異なる速
度で後退変位する。フリーピストンの後退変位により，
所望の信号処理方式（例えば，基盤に固有の打撃エネル
ギ及び衝突係数の算出及び判別）に基づき，モデル認識
及びファジー論理又はニューラルネットにより，検出し
たセンサ信号から加工途上の基盤の種類を特定すること
ができる。
【００３２】２．装置の打撃力，作動状態及び作動性能
の計測：ヘッダ部材に衝突する前のフリーピストン速度
と後退速度との比が衝突係数である。衝突係数は作動性
能の尺度となる。コンクリート等の特定の基盤を加工す
る場合，このパラメータによりハンマードリル／工具の
質及び状態をチェックすることができる。
の計測：ヘッダ部材に衝突する前のフリーピストン速度
と後退速度との比が衝突係数である。衝突係数は作動性
能の尺度となる。コンクリート等の特定の基盤を加工す
る場合，このパラメータによりハンマードリル／工具の
質及び状態をチェックすることができる。
【００３３】３．打撃エネルギの計測・制御：衝突前の
フリーピストン速度に基づき，通常，演算ユニットは打
撃エネルギ及び打撃力を算出することができる。これ
は，ハンマードリルの出力についての制御に係る尺度と
して必要である。演算ユニットにより電動モータの回転
数等を調整し，打撃エネルギを無段階的に制御すること
ができる。更に，ドリル作業中には打撃エネルギの制御
と連携した基盤認識により，インテリジェント型のハン
マードリルを実現することが可能である。このハンマー
ドリルは，例えばタイル等に穿孔する場合，それが壊れ
易いセラミックであることを自動的に検出して「ソフト
‐モード」に切り替えるため，打撃エネルギは例えば，
１．０ジュール以下に制限される。タイルの穿孔が終了
し，基盤の物性が変化したことは，直ちに演算ユニット
によって検出されるので，ハンマードリルの打撃エネル
ギは最大打撃出力まで上昇する。このような自動制御に
より，使用者が操作する必要なし，平滑な縁部を有する
孔を加工することが可能となる。
フリーピストン速度に基づき，通常，演算ユニットは打
撃エネルギ及び打撃力を算出することができる。これ
は，ハンマードリルの出力についての制御に係る尺度と
して必要である。演算ユニットにより電動モータの回転
数等を調整し，打撃エネルギを無段階的に制御すること
ができる。更に，ドリル作業中には打撃エネルギの制御
と連携した基盤認識により，インテリジェント型のハン
マードリルを実現することが可能である。このハンマー
ドリルは，例えばタイル等に穿孔する場合，それが壊れ
易いセラミックであることを自動的に検出して「ソフト
‐モード」に切り替えるため，打撃エネルギは例えば，
１．０ジュール以下に制限される。タイルの穿孔が終了
し，基盤の物性が変化したことは，直ちに演算ユニット
によって検出されるので，ハンマードリルの打撃エネル
ギは最大打撃出力まで上昇する。このような自動制御に
より，使用者が操作する必要なし，平滑な縁部を有する
孔を加工することが可能となる。
【００３４】４．再打撃の防止：演算ユニットにより，
センサ信号からフリーピストンの位置を検出することが
できる。フリーピストンが打撃位置を越えて前方に突出
すると，再打撃を防ぐために，直ちに電動モータを演算
ユニットから遮断又は切断すると共に，特にＳＲモータ
（スイッチト・リラクタンス・モータ）ではアクティブ
制動が可能となる。
センサ信号からフリーピストンの位置を検出することが
できる。フリーピストンが打撃位置を越えて前方に突出
すると，再打撃を防ぐために，直ちに電動モータを演算
ユニットから遮断又は切断すると共に，特にＳＲモータ
（スイッチト・リラクタンス・モータ）ではアクティブ
制動が可能となる。
【００３５】５．打撃機構の温度測定：打撃機構におけ
る磁界センサにより，温度測定が可能である。打撃機構
の温度は，打撃機構の潤滑状態及び実際の摩耗状態を示
す指標である。多くの強磁性材料においては，温度上昇
に伴って透磁率が低下する。キュリー点における透磁率
はμ＝１である。フリーピストン速度の測定に際し，振
幅が温度上昇につれて現象するため，演算ユニットによ
りセンサ信号から透磁率の低下を検出することができ
る。Ｔ＝−１０℃〜Ｔ＝１００℃の温度範囲内では，低
下率が最高３０％にまで達する。この振幅の減少に基づ
き，演算ユニットにより打撃機構の温度を算出すること
が可能であり，必要に応じて電動モータの回転数を低下
させる等の緊急措置を講ずることができる。
る磁界センサにより，温度測定が可能である。打撃機構
の温度は，打撃機構の潤滑状態及び実際の摩耗状態を示
す指標である。多くの強磁性材料においては，温度上昇
に伴って透磁率が低下する。キュリー点における透磁率
はμ＝１である。フリーピストン速度の測定に際し，振
幅が温度上昇につれて現象するため，演算ユニットによ
りセンサ信号から透磁率の低下を検出することができ
る。Ｔ＝−１０℃〜Ｔ＝１００℃の温度範囲内では，低
下率が最高３０％にまで達する。この振幅の減少に基づ
き，演算ユニットにより打撃機構の温度を算出すること
が可能であり，必要に応じて電動モータの回転数を低下
させる等の緊急措置を講ずることができる。
【図１】 本発明による空圧打撃機構の要部を示す説明
図である。
図である。
【図２】 本発明におけるセンサ信号の経時変化を示す
グラフである。
グラフである。
１ ヘッダ部材
２ フリーピストン
３ センサ
４ 周方向溝
５ ガイド管
６ 演算ユニット
７ 中間ウェブ
フロントページの続き
(72)発明者 ハンスペーター シャート
スイス国 9472 グラーブス ヴィーゼン
シュトラーセ ５
(72)発明者 ハンス ベーニ
スイス国 9470 ブックス／エスゲー ア
ム・ローグナー ９
(72)発明者 アルベルト ビンダー
スイス国 9470 ブックス テヒニクムシ
ュトラーセ ９
Ｆターム(参考） 2D058 AA14 CA03 CB04 DA00
Claims (15)
- 【請求項１】 打撃力の作用下で軸線方向に往復移動す
るフリーピストン（２）と，該フリーピストン（２）に
対して半径方向に非接触配置した磁界センサ（３）とを
具え，前記フリーピストン（２）は，少なくとも外周部
分が強磁性材料よりなり，更に，透磁率の異なる領域と
して，互いに軸線方向に離間した複数の領域（４）を有
することを特徴とする空圧式打撃機構。 - 【請求項２】 請求項１記載の打撃機構において，前記
磁界センサ（３）が，内部で作動接続された半導体磁気
センサ又は誘導センサよりなることを特徴とする打撃機
構。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載の打撃機構におい
て，透磁率の異なる前記領域（４）の軸線方向寸法が，
少なくとも測定磁界（Ｈ）の実効空隙長に相当すること
を特徴とする打撃機構。 - 【請求項４】 請求項１〜３の何れか一項に記載の打撃
機構において，透磁率の異なる前記領域（４）が，軸線
方向に離間した複数の，空気で満たされた周方向溝より
なることを特徴とする打撃機構。 - 【請求項５】 請求項４記載の打撃機構において，前記
周方向溝（４）は深さが０．１〜１．５ｍｍ，幅が０．
５〜５．０ｍｍであり，これら周方向溝（４）の相互間
に幅が０．１〜３．０ｍｍの軸線方向中間ウェブ（７）
が配置されていることを特徴とする打撃機構。 - 【請求項６】 請求項１〜５の何れか一項に記載の打撃
機構において，前記磁界センサ（３）が，フリーピスト
ン（２）のための回動可能なガイド管（５）の半径方向
外側に非接触で配置されていることを特徴とする打撃機
構。 - 【請求項７】 請求項６記載の打撃機構において，前記
ガイド管（５）は，軸線方向の測定領域（Ｘ）で，０．
１〜２．０ｍｍの半径方向の肉厚を有することを特徴と
する打撃機構。 - 【請求項８】 請求項６又は７に記載の打撃機構におい
て，前記ガイド管（５）が，少なくとも軸線方向の測定
領域（Ｘ）内では非強磁性材料からなることを特徴とす
る打撃機構。 - 【請求項９】 請求項１〜８の何れか一項に記載の打撃
機構において，前記磁界センサ（３）が，センサ信号の
経時変化からフリーピストン（２）の位置及び／又は速
度を算出する演算ユニット（６）に接続されていること
を特徴とする打撃機構。 - 【請求項１０】 請求項９記載の打撃機構において，前
記演算ユニット（６）は，フリーピストン（２）の運動
状態に関連して選択的に起動可能な判別手段を具えるこ
とを特徴とする打撃機構。 - 【請求項１１】 打撃力の作用下で軸線方向に往復移動
するフリーピストン（２）を具える空圧式打撃機構を具
える工具装置であって，請求項１〜１０の何れか一項に
記載の打撃機構により，フリーピストン（２）の運動状
態を測定することを特徴とする工具装置。 - 【請求項１２】 請求項１１記載の工具装置において，
前記演算ユニット（６）が制御手段に接続され，該制御
手段は判別手段を選択的に起動させて所望の制御を行う
ことを特徴とする工具装置。 - 【請求項１３】 請求項１１又は１２に記載の工具装置
において，前記演算ユニット（６）が目標値メモリに接
続され，該目標値メモリは，フリーピストン（２）の最
適な運動条件及び加工すべき各種材料に対する更なる選
択的な境界条件に係るデータを蓄積したものであること
を特徴とする工具装置。 - 【請求項１４】 請求項１１〜１３の何れか一項に記載
の工具装置において，フリーピストン（２）の空撃位置
が，演算ユニット（６）によりセンサ信号から検出可能
であり，対応する制御手段により打撃機構を停止可能と
したことことを特徴とする工具装置。 - 【請求項１５】 請求項１１〜１３の何れか一項に記載
の工具装置において，打撃機構の温度が，演算ユニット
（６）によりセンサ信号から検出可能であり，対応する
制御手段により打撃機構を停止可能としたことを特徴と
する工具装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10219950A DE10219950C1 (de) | 2002-05-03 | 2002-05-03 | Pneumatisches Schlagwerk mit magnetfeldempfindlichen Sensor |
| DE10219950:7 | 2002-05-03 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003326475A true JP2003326475A (ja) | 2003-11-18 |
Family
ID=28685335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003128130A Pending JP2003326475A (ja) | 2002-05-03 | 2003-05-06 | 空圧式打撃機構 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6799644B2 (ja) |
| EP (1) | EP1375077B1 (ja) |
| JP (1) | JP2003326475A (ja) |
| DE (2) | DE10219950C1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2010173065A (ja) * | 2009-01-30 | 2010-08-12 | Hilti Ag | 空気圧式打撃機構 |
| JP2014237217A (ja) * | 2013-06-07 | 2014-12-18 | サンドビック．マイニング．アンド．コンストラクション．オイ | 岩石破砕の装置及び方法 |
| JP2015517412A (ja) * | 2012-05-25 | 2015-06-22 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングＲｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈ Ｇｍｂｈ | 打撃機構ユニット |
| KR20180006283A (ko) * | 2016-07-07 | 2018-01-17 | 산드빅 마이닝 앤드 컨스트럭션 오와이 | 암석 파쇄 시스템용의 부품 |
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- 2003-04-23 DE DE50301651T patent/DE50301651D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2003-04-23 EP EP03405286A patent/EP1375077B1/de not_active Expired - Lifetime
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