JP6845935B2 - 手持ち打撃工具の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、手持ち打撃工具、特に、手持ち空気式ハンマードリル及び手持ち空気式電気ノミの制御方法に関する。

ハンマードリルの打撃機構は、作動中、運動する部品の摩擦及び空気バネにおける熱損失に起因して加熱される。典型的には、８０℃〜１５０℃の作動温度が生じる。打撃機構の潤滑、シール、寸法及び公差は、典型的な作動温度を考慮して設計される。しかしながら、作動開始時には、打撃機構は、特に氷点下の寒冷な作動環境では、冷たくなっている。この条件は打撃機構にとって最適ではなく、打撃機構の確実な始動を阻害する可能性がある。

本発明による手持ち打撃工具の制御方法は、操作ボタンのスイッチング状態を検出するステップと、温度センサを用いて温度を検出するステップと、操作ボタンの操作に応答して電空式打撃機構を始動させるステップとを有し、電空式打撃機構のエキサイタが作動軸に沿って反復率Ｒで前進及び後退し、それによって、空気室を介してエキサイタに結合された打撃器が共に移動する。温度が限界温度より高い場合、反復率は、静止状態から目標値まで連続的に高められる。目標値に到達するまでの時間は、１０サイクルより短い。温度が限界温度より低い場合、目標値に到達するまでの時間は、２００サイクルより長い。

１つの構成では、温度が限界温度より高い場合、反復率は、第１加速度で連続的に高められる。そうではなく、温度が限界温度より低い場合、第１段階では中間値が目標とされ、その際、少なくとも部分的に反復率は第１加速度で高められ、第２段階では、反復率は第２加速度で目標値まで連続的に高められる。第２加速度は、第１加速度の１／１０未満であり得る。

ハンマードリルを示している。 制御図を示している。 ハンマードリルのスイッチオン後の反復率を示している。 ハンマードリルのスイッチオン後の反復率を示している。 制御図を示している。 ハンマードリルのスイッチオン後の反復率を示している。 ハンマードリルのスイッチオン後の反復率を示している。

以下の説明は、例示的な実施形態及び図面に基づいて、本発明を説明している。

別段の記載がない限り、同一又は機能的に同一の要素は、図面において同一の参照符号によって示される。

図１は、手持ち打撃工具の一例として、ハンマードリル１を示している。ハンマードリル１は工具ホルダ２を備え、当該工具ホルダ２内には、作動軸３と同軸に、ドリル、ノミ又は他の打撃用の工具４が挿入されロックされ得る。ハンマードリル１は、工具４に対して打撃方向６に周期的に打撃を加えることができる空気式の打撃機構５を備える。回転駆動装置７は、工具ホルダ２を作動軸３の周りに連続的に回転させることができる。空気式の打撃機構５及び回転駆動装置７は、バッテリ９又は電力線から電流の供給を受ける電動モータ８によって駆動される。

打撃機構５及び回転駆動装置７は、１つの機械ハウジング１０内に配置されている。ハンドル１１は、典型的には、機械ハウジング１０のうち工具ホルダ２から離れた側に配置されている。ユーザは、ハンドル１１を用いて、ハンマードリル１を作動状態に保つと共に誘導することができる。追加の補助ハンドルを工具ホルダ２の近くに取り付けてもよい。ハンドル１１に又はその近傍に操作ボタン１２が配置されており、ユーザは当該操作ボタン１２を、好ましくは、保持している手で操作することができる。電動モータ８は、操作ボタン１２の操作により、スイッチオンされる。典型的には、電動モータ８は、操作ボタン１２が押された状態で保持される限り、回転する。

空気式の打撃機構５は、打撃方向６に沿って、エキサイタ１３、打撃器１４、及び任意選択でアンビル（Dopper）１５を備える。エキサイタ１３は、電動モータ８によって、作動軸３に沿った周期的な移動を強いられる。打撃器１４は、空気バネを介して、エキサイタ１３の移動に結合されている。空気バネは、エキサイタ１３と打撃器１４の間に封じ込められた空気室１６によって形成されている。打撃器１４は、アンビル１５に衝突するまで、打撃方向６に移動する。アンビル１５は、打撃方向６に工具４と接触し、打撃を工具４に伝達する。

例示的な打撃機構５は、ピストン状のエキサイタ１３及びピストン状の打撃器１４を備え、これらは、ガイドチューブ１７の内部を作動軸３に沿って案内される。エキサイタ１３及び打撃器１４は、それらの側面が、ガイドチューブ１７の内面に接触している。空気室１６は、エキサイタ１３及び打撃器１４により作動軸３に沿って、ガイドチューブ１７により径方向において、それぞれ閉鎖されている。エキサイタ１３及び打撃器１４の側面のシールリングによって、空気室１６の気密な閉鎖が向上され得る。

エキサイタ１３は、伝動要素を介して電動モータ８と接続されている。伝動要素は、電動モータ８の回転運動を、作動軸３に沿った周期的な並進運動に変換する。例示的な伝動要素は、電動モータ８と接続された偏芯ホイール１８をベースとしている。連接棒１９が、偏芯ホイール１８をエキサイタ１３と接続している。エキサイタ１３は、電動モータ８と同期して運動する。電動モータ８は、典型的には、操作ボタン１２の操作に応答して回転し、ユーザが操作ボタン１２を作動状態に保持する限り回転する。エキサイタ１３の周期的な前進及び後退は、操作ボタン１２の操作又は解除によって、同様に開始及び終了する。そのような伝動要素の別の例は、揺動駆動機構（Taumelantrieb）である。

エキサイタ１３は、電動モータ８の回転数に比例する反復率Ｒで移動する。電動モータ８とエキサイタ１３との間の伝達要素は、典型的には、一定の減速比で作用する。反復率Ｒは、例えば３０サイクル／秒（Ｈｚ）〜１５０Ｈｚの範囲にある。打撃器１４は、作動中、空気室１６を介してエキサイタ１３と結合されており、エキサイタ１３と同一の反復率で移動する。打撃器１４のエキサイタ１３との結合は、専ら空気バネを介して行われる。空気バネは、空気室１６内の圧力と周囲の圧力との間の圧力差に基づく。強制的に移動されるエキサイタ１３は、その周期的な軸方向の移動によって空気室１６内の圧力を増減させる。打撃器１４は、圧力差によって、打撃方向６に、又は、打撃方向６とは反対の方向に加速される。

ハンマードリル１は、エキサイタ１３の反復率Ｒを設定する装置コントローラ２０を備える。装置コントローラ２０は、電動モータ８を制御する。例えば、電動モータ８は回転数調整器を含み、当該回転数調整器には、装置コントローラ２０によって回転数の目標値が設定される。回転数調整器はまた、装置コントローラ２０内において、モータ軸上の回転数センサ及び負の帰還ループに基づいて実現され得る。代替的に、装置コントローラ２０は、反復率を設定するために、打撃機構５の動力消費又は電動モータ８の電力消費を制限してもよい。

装置コントローラ２０は、操作ボタン１２の位置を検出する。操作ボタン１２はオフ位置を備えており、このオフ位置に応答して、装置コントローラ２０は、ゼロの反復率を設定する、即ち打撃機構５をオフにする。操作ボタン１２はオン位置を有しており、このオン位置に応答して、装置コントローラ２０は、打撃機構５を始動させる。電動モータ８は、エキサイタ１３の設定された目標反復率２１を得るために、定格値まで加速される。好ましくは、操作ボタン１２は、作動状態に保持されなければ、自動的にオン位置からオフ位置に戻る。

操作ボタン１２をオフ位置からオン位置へ切り替える際の反復率Ｒの増大は、ハンマードリル１の温度Ｔに依存して行われる。機械ハウジング１０内の温度センサ２２が、現在の作動温度Ｔを測定する。温度センサ２２は、打撃機構５上に、又は、装置コントローラ２０の他の電子機器と共に、回路基板上に配置され得る。

図２は、装置コントローラ２０の例示的な制御方式を示している。図３は、異なる温度に対する反復率Ｒの挙動を示している。反復率は縦軸に、時間は横軸に、それぞれプロットされている。ユーザは、操作ボタン１２を押す。操作ボタン１２は、オフ位置からオン位置又は複数のオン位置のうちの１つに切り替わる。装置コントローラ２０は、時刻ｔ２において押された位置を検出する（Ｓ１）。ここで、打撃機構５が始動される。

装置コントローラ２０は、温度センサ２２によって温度Ｔを検出し、当該温度Ｔを限界温度Ｔｃと比較する（Ｓ２）。限界温度Ｔｃは、例えば１０℃未満、例えば１０℃、５℃、０℃、−５℃、−１０℃である。限界温度Ｔｃは、特に、打撃機構５内で使用される潤滑油に応じて設定され得る。

温度Ｔが限界温度Ｔｃより高いと仮定すると、エキサイタ１３は前進及び後退を開始する。エキサイタ１３は、この例では電動モータ８によって間接的に加速される（Ｓ３）。反復率Ｒは目標反復率２１まで上昇する。目標反復率２１に到達すると、ハンマードリル１は完全に作動準備が整い、スイッチオンプロセスが完了する。目標反復率Ｒは、打撃機構５に対して予め定められており、典型的には、打撃機構５の効率又は打撃力は、反復率Ｒにおいて最も高い。手持ちハンマードリルの典型的な目標反復率は、より大きな打撃機構に対する３０サイクル／秒（Ｈｚ）と、より小さな打撃機構に対する１５０Ｈｚとの間の範囲にある。ハンマードリル１の更なる挙動は、用途及びユーザによる使用に依存する（Ｓ５）。反復率Ｒの推移は、図３中に破線で示されている。

目標反復率Ｒは、好ましくは、可能な限り迅速に到達される。打撃機構５の動力消費Ｐ、この例では駆動電動モータ８の電力消費は、好ましくは、制御又は調整によって制限されない。エキサイタ１３及び電動モータ８は、ハンマードリル１の最大固有値Ｐｍａｘで加速する。目標反復率Ｒは、例えば、好ましくは１秒未満、例えば０.５秒未満、０.２秒未満の時間ｔ１で到達される。打撃機構５は、２０サイクル未満、例えば５サイクルを超え１０サイクル未満で、完全に使用可能となる。

温度Ｔが限界温度Ｔｃより低いと仮定すると、スイッチオンプロセスは２つの段階に細分される。第１段階の間、エキサイタ１３は、温度に依存する中間値ＲＴｃの反復率まで加速される。中間値ＲＴｃは、目標反復率２１の２０％より大きく、例えば４０％、６０％より大きく、８０％未満、例えば７０％未満である。中間値ＲＴｃは、想定される温度Ｔに伴って下降し得る。例えば、−１０℃に対する中間値ＲＴｃ２は、−５℃に対する中間値ＲＴ１ｃより小さい。中間値ＲＴｃは、最小反復率より大きく、当該最小反復率から、少なくとも室温（２０℃）において、打撃器１４はエキサイタ１３の移動に追従することができる。打撃器１４は、既にエキサイタ１３の移動に追従し始める。低い反復率Ｒのために、打撃器１４の変位は依然として小さく、したがって打撃エネルギーは小さい。中間値ＲＴｃは、好ましくは、可能な限り迅速に到達される。打撃機構５の動力消費Ｐ、この例では駆動電動モータ８の電力消費は、好ましくは、制御又は調整によって制限されない。エキサイタ１３及び電動モータ８は、ハンマードリル１の最大固有値Ｐｍａｘで加速する（Ｓ６）。中間値ＲＴｃは、例えば、好ましくは１秒未満、例えば０.５秒未満、０.２秒未満の時間で到達される。

中間値ＲＴｃに到達した後（Ｓ７）、第２段階が開始される。第２段階の間、打撃機構５の動力消費Ｐは、より低い値ＰＴｃに低減される（Ｓ８）。エキサイタ１３の加速度は、第２段階においては、第１段階と比較して著しく低い。加速度は、１０分の１より低くすることができる。エキサイタ１３は、目標反復率２１が到達されるまで、５秒より長く、例えば１０秒より長い時間を要する可能性がある。例えば、エキサイタ１３は、２００サイクル後に初めて、例えば５００サイクル後に、目標反復率２１に到達する。ユーザは、スイッチオンプロセスの変化を明確に知覚する。反復率Ｒの推移は、図３において、２つの異なる温度について実線で示されている。

目標反復率Ｒに到達すると（Ｓ９）、スイッチオンプロセスが完了し、作動が開始される（Ｓ５）。

スイッチオンプロセスの変形例が、図４に示されている。経過は、実質的に、図２に関して説明したとおりである。ハンマードリル１は、振動センサ２３を備えている。ゆっくりとした加速の間、即ち制限された動力消費ＰＴｃの間、装置コントローラ２０は、振動値が振動限界値を超えるかどうかをチェックする。振動値が振動限界値を超えない限り、制御方法は図２と異ならない。例えば時刻ｔ３において、振動限界値を超えると、エキサイタ１３の加速度が増大する。エキサイタ１３は、最大の加速度で、即ち無制限の動力消費Ｐｍａｘで、目標反復率２１まで加速され得る。これにより、スイッチオンプロセスを短くすることができる。

図５は、装置コントローラ２０の例示的な制御方式を示している。図６は、異なる温度に対する反復率Ｒの挙動を示している。反復率は縦軸に、時間は横軸に、それぞれプロットされている。ユーザは、操作ボタン１２を押す。操作ボタン１２は、オフ位置からオン位置又は複数のオン位置のうちの１つに切り替わる。装置コントローラ２０は、時刻ｔ２において押された位置を検出する（Ｓ１）。ここで、打撃機構５が始動される。

装置コントローラ２０は、温度センサ２２によって温度Ｔを検出し、当該温度Ｔを限界温度Ｔｃと比較する（Ｓ２）。限界温度Ｔｃは、例えば１０℃未満、例えば１０℃、５℃、０℃、−５℃、−１０℃である。限界温度Ｔｃは、特に、打撃機構５内で使用される潤滑油に応じて設定され得る。

温度Ｔが限界温度Ｔｃより高いと仮定すると、挙動は、上述した方法と同様である。エキサイタ１３は、目標反復率Ｒまで可能な限り迅速に加速される（Ｓ３）。目標反復率２１に到達すると（Ｓ４）、ハンマードリル１は完全に作動準備が整い、スイッチオンプロセスが完了する。ハンマードリル１の更なる挙動は、用途及びユーザによる使用に依存する（Ｓ５）。反復率Ｒの推移は、図６中に破線で示されている。

温度Ｔが限界温度Ｔｃより低いと仮定すると、スイッチオンプロセスは２つの段階に細分される。

第１段階の間、エキサイタ１３は最大に加速される（Ｓ１０）。打撃機構５の動力消費Ｐは制限されない。エキサイタ１３は、規定値Ｒｏに到達するまで加速される。規定値Ｒｏは、目標反復率２１の８０％〜１５０％の範囲にある。規定値Ｒｏは、温度に依存しない。最大の加速度ゆえに、規定値Ｒｏは、例えば、好ましくは１秒未満、例えば０.５秒未満、０.２秒未満の時間で到達される。エキサイタ１３は移動されるが、打撃器１４の移動は想定されていない。続いて、エキサイタ１３は、所定の保持時間だけ規定値Ｒｏで移動される（Ｓ１２）。例えば、スイッチオン後、時刻ｔｗを過ぎるまでである。保持時間は、２秒〜２０秒であり得る。保持時間は、好ましくは温度に依存する。保持時間は、温度Ｔが上昇するにつれて減少する。図６は、−５℃（点線）及び−１０℃（実線）の温度における挙動を示す。

保持時間に引き続き、反復率Ｒは低減される。反復率Ｒは、温度に依存する中間値ＲＴｃまで低減される。例えば、動力消費Ｐをゼロに設定することができ（Ｓ１３）、これにより、打撃機構５が徐々に静止し急速に減速される。代替的に、動力消費Ｐは、それがもはや摩擦損失及び熱損失を補償しない限り、低減され得る。更に、打撃機構５を能動的に制動することもできる。反復率Ｒの低減は、中間値ＲＴｃに到達したときに終了する。中間値ＲＴｃは、上述した例と同様の方法で選択することができる。

第１段階の後に、上述した例と同様に推移する第２段階が続く。例えば、動力消費Ｐは、温度に依存する値ＰＴｃまで増大される（Ｓ８）。エキサイタ１３は、目標反復率２１に到達するまで、連続的に加速される（Ｓ９）。その後、スイッチオンプロセスが完了する。

ハンマードリル１は、振動センサ２３を備えることができる。図５の方法の変形例では、装置コントローラ２０は、反復率Ｒの低減中に（Ｓ１３／Ｓ１４）、振動が振動限界値を超えるかどうかをチェックする。振動限界を超えない限り、方法は図５に示されているように推移する。図７は、この挙動を実線で示している。振動限界値を超えると、温度に存する中間値ＲＴｃに到達する前に、反復率Ｒの低減が早めに終了する。エキサイタ１３は、第２段階、即ち、ステップＳ８及びＳ９に従って、目標反復率２１まで直ちに加速される。

Claims (10)

1. 手持ち打撃工具（１）の制御方法であって、
   操作ボタン（１２）のスイッチング状態を検出するステップと、
   温度センサ（２２）を用いて温度（Ｔ）を検出するステップと、
   前記操作ボタン（１２）の操作に応答して電空式打撃機構（５）を始動させるステップと、を有し、
   前記電空式打撃機構（５）のエキサイタ（１３）が作動軸（３）に沿って反復率（Ｒ）で前進及び後退し、それによって、空気室（１６）を介して前記エキサイタ（１３）に結合された打撃器（１４）が共に移動し、
   前記温度（Ｔ）が限界温度（Ｔｃ）より高い場合、前記反復率（Ｒ）は静止状態から目標値（２１）まで連続的に高められ、前記目標値（２１）に到達するまでの時間（ｔ１）は、１０サイクルより短く、
   前記温度（Ｔ）が前記限界温度（Ｔｃ）より低い場合、前記目標値（２１）に到達するまでの時間（ｔ４）は、２００サイクルより長い、方法。
2. 前記温度（Ｔ）が前記限界温度（Ｔｃ）より高い場合、前記反復率（Ｒ）は、第１加速度で連続的に高められ、
   前記温度（Ｔ）が前記限界温度（Ｔｃ）より低い場合、第１段階では中間値（ＲＴｃ）が目標とされ、その際、少なくとも部分的に前記反復率（Ｒ）は前記第１加速度で高められ、第２段階では、前記反復率（Ｒ）は第２加速度で前記目標値（２１）まで連続的に高められる、請求項１に記載の制御方法。
3. 前記第２加速度は、前記第１加速度の１／１０未満である、請求項２に記載の制御方法。
4. 前記第１段階において、前記反復率（Ｒ）は静止状態から前記第１加速度で前記中間値（ＲＴｃ）まで連続的に高められ、次いで、前記第２段階において、前記反復率（Ｒ）は前記第２加速度で前記目標値（２１）まで連続的に高められることを特徴とする、請求項２又は３に記載の制御方法。
5. 前記第１段階において、前記反復率（Ｒ）は静止状態から前記第１加速度で規定値（Ｒｏ）まで連続的に高められ、前記反復率（Ｒ）は前記規定値（Ｒｏ）から前記中間値（ＲＴｃ）まで下降され、
   次いで、前記第２段階において、前記反復率（Ｒ）は前記第２加速度で前記目標値（２１）まで連続的に高められることを特徴とする、請求項２又は３に記載の制御方法。
6. 前記規定値（Ｒｏ）は、前記目標値（２１）の８０％〜１５０％であることを特徴とする、請求項５に記載の制御方法。
7. 前記中間値（ＲＴｃ）は、前記温度（Ｔ）に依存して設定されることを特徴とする、請求項２〜６のいずれか１項に記載の制御方法。
8. 前記第１加速度に対して、前記打撃機構（５）は最大の動力消費（Ｐｍａｘ）で加速されることを特徴とする、請求項２〜７のいずれか１項に記載の制御方法。
9. 温度に依存する前記中間値（ＲＴｃ）は、前記目標値（２１）の２０％〜８０％であることを特徴とする、請求項２〜８のいずれか１項に記載の制御方法。
10. 前記目標値（２１）は、毎秒３０サイクル〜毎秒１５０サイクルであることを特徴とする請求項２〜９のいずれか１項に記載の制御方法。

Images