JP2004223707A - 電動手工具装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大きなハウジング振動が後方のグリップに伝達されずに高エネルギ衝撃力をツールに発生することができる電動手工具装置を得る。
【解決手段】少なくとも部分的に打撃軸線Ａに沿ってツール１を打撃駆動するため、前方に配置したツール１に衝撃力を発生する打撃手段３を有する打撃機構２と、この打撃機構２を包囲し、またグリップ６を固定したハウジング５とを設けた電動手工具装置において、前記打撃手段３を、電圧パルス発生ユニット７に接続した高エネルギ圧電アクチュエータとし、この圧電アクチュエータの後方側をハウジング５により固定する。好適には、グリップ６を、ハウジング５の長手方向振動結節点に固定し、更に、グリップ６は、振動を最適に減衰する減衰手段９を介してハウジング５に連結すし、またグリップ６は、把手構成として、後方主グリップ領域８ａと側方副グリップ領域８ｂにより構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも部分的に打撃を生ずる電動手工具装置、特に、チゼルハンマー又は鋲打ちハンマーに関するものである。

通常は、後方にグリップを有する打撃電動手工具装置の打撃機構は、案内シリンダに沿って少なくとも部分的に自由に飛翔するピストンを有する空気式打撃機構により構成し、このピストンはガスばねによって励起され、このガスばねは電動モータ駆動の励起手段によって発生する。ツール、又はツールとピストンとの間に存在する打撃体の先端部に衝撃力を発生する打撃手段を駆動するため多数の機械的な移動コンポーネントが存在することによって、電動手工具装置の質量を増大する。

打撃機構を軸線方向に共振する棒状振動体により構成し、この棒状振動体を振動結節点の中央に配置し、交流電流を給電される圧電素子により例えば、１６ｋＨｚで励起する電動手工具装置がある（例えば、特許文献１参照）。このような構成自体は、電動手工具装置には好ましくない超音波帯域の刺激が長手方向のある位置に発生する。
米国特許第１９６６４４６号明細書

ハウジング及びツールを含む全体を軸線方向に共振する棒状振動体として構成し、交流電流を給電される圧電素子を２０ｋＨｚで振動を励起するた超音波ドリル電動手工具装置がある（例えば、特許文献２参照）。この装置では、リング状の圧電素子をツールに固定し、このツールを圧電素子とは反対側に指向する方向に延在させて振動させる。ハウジング、圧電素子、及びツールのそれぞれ交互に入り組んだ同軸状の構成により、電動手工具装置の全体長さを短くしている。ユーザーが手で加工材に超音波ドリル装置を押し付ける際に、ツールの尖端が超音波振動によって加工材に対して断続的に押し上げられる。しかし、特に、コンクリート又は組積体のようなもろい材料に対して作業するチゼルの場合、必要とする高エネルギの衝撃力は、超音波振動では得られない。
米国特許第３６８１６２７号明細書

圧力で押圧変位した圧電アクチュエータを全体として励起する超音波支援打撃電動手工具がある（例えば、特許文献３参照）。この装置の場合、ユーザーが加工材に押し付けた電動手工具装置によって、全体的に約５０Ｈｚの低周波共振基本振動を発生し、この低周波共振基本振動は、電動手工具装置の質量及びユーザーの手‐腕系の有効ばね定数から決まる。この基本振動周期の約１／３の期間中に、加工材に対して圧電アクチュエータにより励起される超音波励起運動の頂点を約１０ｋＨｚで重畳させる。しかし、特に、コンクリート又は組積体のようなもろい材料に対して作業するチゼルの場合、必要とする高エネルギの衝撃力は、超音波振動では得られない。
米国特許第３６８３４７０号明細書

同時に振動センサとしても機能する高エネルギの軸線方向超音波振動体を励起する圧力予負荷圧電アクチュエータがある（例えば、特許文献４参照）。
欧州特許第１０６０７９８号明細書

高エネルギ圧電素子によって土中に掘削装置を打ち込む打撃及び回転パルス機構がある（例えば、特許文献５参照）。この圧電素子は、亀裂部分のある範囲にわたり１秒の何分の幾つかの期間、電圧パルスを加えることによって膨張する。この急激な膨張は、一方で金床に対する衝撃として利用し、他方ではハウジングに対して予負荷したばねに抗して飛翔ピストンを後方に加速するのに使用する。飛翔ピストンは運動エネルギを持ち、この運動エネルギはばねに蓄えられ、またその後再び飛翔ピストンに対して放出される。このとき、飛翔ピストンは圧電素子により金床に対して衝撃力を加える。この衝撃力は圧電素子に電気的に検出され、次の圧電素子の電気的作動を呼び起こし、これにより、パルス的打撃機構が自己励起する。飛翔ピストンのためにハウジングに対して予負荷を加えるばねによれば、大きなハウジング振動が不可避であり、これにより、電動手工具装置に設けなければならない後方のグリップにも振動が伝達する。
欧州特許第１０６０７９８号明細書

従って、本発明の目的は、大きなハウジング振動が後方のグリップに伝達されずに高エネルギ衝撃力をツールに発生することができる電動手工具装置を得るにある。

この目的を達成するため、本発明は、少なくとも部分的に打撃軸線に沿ってツールを打撃駆動するため、前方に配置したツールに衝撃力を発生する打撃手段を有する打撃機構と、この打撃機構を包囲し、またグリップを固定したハウジングとを設けた電動手工具装置において、前記打撃手段を、電圧パルス発生ユニットに接続した高エネルギ圧電アクチュエータとし、この圧電アクチュエータの後方側をハウジングにより固定したことを特徴とする。

本発明電動手工具装置によれば、打撃機構の半径方向外側を前方に向かって包囲し、かつ圧電アクチュエータを後方で固定するハウジングは、内部の同軸状の圧電アクチュエータとともに、共通の後方端部で振動が結合される縦波共振体を構成し、棒状共振体に関して半分の長さとなる。

本発明の好適な実施例においては、グリップを、ハウジングの長手方向振動結節点に固定し、この構成によれば、ほとんど振動がない重心のような振動中心点の近傍にグリップを配置することができる。

好適には、グリップは、振動を最適に減衰する減衰手段を介してハウジングに連結し、この構成によれば、残存する振動も減衰することができる。

好適には、グリップは、把手構成として、後方の主グリップ領域と側方の副グリップ領域により構成し、この構成によれば、一層負担が軽く、しかも振動のない両手案内が可能となる。

好適には、圧電アクチュエータを、ばね手段によって打撃軸線に沿って衝撃変形に対向する方向に予負荷を加え、少なくとも２個の異なるばね定数を有するばね手段によりばね移動行程に沿って予負荷を加え、この構成によれば、初期変形領域では、圧電アクチュエータが僅かに作用するだけで予負荷に対向することができ、最終変形領域では大きな作用力で大きい変形が得られ、これにより、危険な変形を回避することができる。

好適には、振動が伝達する圧電アクチュエータ‐ハウジング系、特に、ツール収容部を含む電動手工具装置のハウジングの十分大きい質量配分に関して、対応する構造上のハウジング剛性を最適にするため、圧電アクチュエータの第１長手方向固有振動を調整する。この構成によれば、双方の部分が互いに背反し合って振動し、圧電アクチュエータによって励起される衝撃力で発生する圧電アクチュエータの後向きの圧縮成分が、ハウジングの引張成分と補償し合う。

本発明の好適な実施例においては、電圧パルス発生ユニットに制御入力部を設け、この制御入力部を、好適には、圧電アクチュエータ自体で構成した変形センサに接続し、この構成によれば、パルス発生時点が圧電アクチュエータ‐ハウジング系の固有振動でトリガされ、打撃機構の自己励起が可能になる。

好適には、電圧パルス発生ユニットに、パルス発生を制御するカウンタを設け、この構成によれば、固有振動の予め選択した整数倍のパルス発生を生じ、平均的な打撃出力を制御することができる。

好適には、電圧パルス発生ユニットに、検出した振動パラメータ、例えば、周波数、位相、減衰及び振幅に基づく打撃制御関数で計算することができる計算ユニットを設ける。この構成によれば、例えば、振動パラメータの下に計算ユニットによって決定される加工材に基づいて最適な打撃制御を行い、例えば、加工材としてコンクリート内に埋設された補強鉄筋を検出した際にはスイッチオフにする。

次に、図面につき本発明の好適な実施例を説明する。

図１に示すように、打撃軸線Ａに沿って打撃を行う電動手工具装置は、前方側のツール１と、打撃手段３を有する打撃機構２と、ツール１と打撃手段３との間で軸線方向に自由に案内されて移動する打撃体４とを設ける。打撃機構２を包囲するハウジング５にグリップ６を固定する。打撃手段３は、電圧パルス発生ユニット７に接続した高エネルギ圧電アクチュエータとし、この圧電素子の後方側をハウジング５によってしっかりと固定し、前方側で打撃体４を自由に打撃できるようにする。把手部分として、後方の主グリップ領域８ａ及び側方の副グリップ領域８ｂにより構成したグリップ６は、重心Ｓの領域で、ハウジング５の縦波振動結節点に、例えば、ゴム製緩衝材で構成した減衰手段９によりハウジング５に連結する。電圧パルス発生ユニット７には、時点ｔにおける振動状態を把握するための変形センサ１１に接続した制御入力部１０を設け、この変形センサ１１は圧電アクチュエータの１個のディスク状の圧電素子自体により構成することができる。このため、電圧パルス発生ユニット７には、検出した固有振動数ｎのカウンタ１２と、電圧パルスＵ＝Ｕ(ｔ,ｎ,ｆ,φ,ｄ,Ａ）の打撃制御関数を計算することができる計算ユニット１３とを設け、電圧パルスＵは、変形センサ１１及び電圧パルス発生ユニット７によって検出した振動パラメータ、例えば、周波数ｆ、位相φ、減衰量ｄ、振幅Ａに依存する。

振幅Ａ及び位相φが大きく変動して共振条件からの逸脱により振動が強制的に減衰する場合、これらパラメータからその時点での周波数ｆを再調整して通常の共振状態に戻すことができる。このような共振状態狂いの際に算出する減衰は、ツールから加工材に加わるエネルギ量を最適化し、これにより、加工対象の測定規準を変更可能にし、例えば、コンクリートに対しては減衰が大きい測定規準、又はコンクリート内の鉄筋補強に対しては減衰がほとんどない測定規準を導き出し、並びに、打撃出力のための制御パラメータを導き出すことができ、例えば、コンクリート内の補強鉄筋に突き当たったとき、打撃出力を減少させる。

図２に示すチゼルハンマーの実施例では、圧電アクチュエータに、ばね移動行程Ｘに沿って異なるばね定数のばね負荷を生ずる皿ばね及び硬質ゴムの形式の２個のばね手段１４ａ，１４ｂを打撃軸線Ａに沿う衝撃変形に対向する方向に予めばね負荷を加える。振動を伝達する圧電アクチュエータ‐ハウジング系を含むツール収容部１５は、延長ゾーン１６で構成される最適なハウジング剛性によって、圧電アクチュエータの長手方向の第１固有振動を調整することができる。

本発明による手工具装置における第１実施例の一部断面とする線図的側面図である。 本発明による手工具装置の第２の実施例としてのチゼルハンマーの一部の断面図である。

符号の説明

１ ツール
２ 打撃機構
３ 打撃手段
４ 打撃体
５ ハウジング
６ グリップ
７ 電圧パルス発生ユニット
８ａ 主グリップ領域
８ｂ 副グリップ領域
９ 減衰手段
１０ 制御入力部
１１ 変形センサ
１２ カウンタ
１３ 計算ユニット
１４ ばね手段
１５ ツール収容部
１６ 延長ゾーン

Claims (9)

1. 少なくとも部分的に打撃軸線（Ａ）に沿ってツール（１）を打撃駆動するため、前方に配置したツール（１）に衝撃力を発生する打撃手段（３）を有する打撃機構（２）と、この打撃機構（２）を包囲し、またグリップ（６）を固定したハウジング（５）とを設けた電動手工具装置において、前記打撃手段（３）を、電圧パルス発生ユニット（７）に接続した高エネルギ圧電アクチュエータとし、この圧電アクチュエータの後方側をハウジング（５）により固定したことを特徴とする電動手工具装置。
2. グリップ（６）を、ハウジング（５）の長手方向振動結節点に固定した請求項１記載の電動手工具装置。
3. グリップ（６）は、振動を最適に減衰する減衰手段（９）を介してハウジング（５）に連結した請求項１又は２記載の電動手工具装置。
4. グリップ（６）は、把手構成として、後方の主グリップ領域（８ａ）と側方の副グリップ領域（８ｂ）により構成した請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の電動手工具装置。
5. 圧電アクチュエータを、ばね手段（１４ａ，１４ｂ）によって打撃軸線（Ａ）に沿って衝撃変形に対向する方向に予負荷を加え、少なくとも２個の異なるばね定数を有するばね手段によりばね移動行程（Ｘ）に沿って予負荷を加えた請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の電動手工具装置。
6. 振動が結合する圧電アクチュエータ‐ハウジング系を、前記圧電アクチュエータの第１長手方向固有振動に適合させた請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の電動手工具装置。
7. 電圧パルス発生ユニット（７）に制御入力部（１０）を設け、この制御入力部（１０）を、好適には圧電アクチュエータ自体で構成した変形センサ（１１）に接続した請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の電動手工具装置。
8. 電圧パルス発生ユニット（７）に、パルス発生を制御するカウンタ（１２）を設けた請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の電動手工具装置。
9. 電圧パルス発生ユニット（７）に、検出した振動パラメータに基づく打撃制御関数で計算することができる計算ユニット（１３）を設けた請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の電動手工具装置。

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