JP7224377B2 - 固定工具 - Google Patents

Description

本発明は、留め具を基板（被打ち込み材）に打ち込むための固定工具に関する。

そのような固定工具は通常、留め具用のホルダを有し、ホルダからホルダ内に保持された留め具を固定軸に沿って基板に搬送する。このため、打ち込み要素は、ドライブによって固定軸に沿って留め具に向かって駆動される。

特許文献１は、打ち込み要素用のドライブを備えた固定工具を開示している。このドライブは、電気コンデンサとコイルとを有する。打ち込み要素を駆動するために、コンデンサはコイルを介して放電され、それによってローレンツ力が打ち込み要素に作用し、その結果、打ち込み要素が釘に向かって移動する。

米国特許第６，８３０，１７３号明細書

本発明の目的は、高効率及び／又は良好な固定品質が保証される、前述のタイプの固定工具を提供することである。

この目的は、留め具を基板に打ち込むための固定工具によって達成され、固定工具は、留め具を保持するために提供されるホルダと、ホルダに保持された留め具を固定軸に沿って基板内に搬送するための打ち込み要素と、打ち込み要素を固定軸に沿って留め具に向かって駆動するためのドライブと、を備え、ドライブは、電流が流れ、打ち込み要素を留め具上に加速する磁場を生成する励起コイルと、準備完了位置で励起コイルから離間されている打ち込み要素が準備完了位置にあるときに、この打ち込み要素を励起コイルに向かう動きに対抗して支持する停止要素と、を備える。この場合、固定工具は、好ましくは、手持ち方式で使用することができる。或いは、固定工具は、静止（固定）又は半静止（半固定）方式で使用することができる。

本発明において、コンデンサは、電荷及び関連するエネルギーを電界に貯蔵する電気構成要素を意味するものとして理解されるべきである。特に、コンデンサは、２つの導電性電極を有し、両電極が異なって帯電すると、その間に電界が形成される。本発明において、留め具とは、例えば、釘、ピン、クランプ、クリップ、スタッド、特にねじ付きボルトなどを意味するものとして理解されるべきである。

本発明の好ましい態様では、打ち込み要素が準備完了位置にあるときに、打ち込み要素と励起コイルとの間にエアギャップが形成される、ことを特徴とする。エアギャップは、好ましくは、０～０．５ｍｍ、特に好ましくは０．０１ｍｍ～０．２ｍｍ、例えば０．０２ｍｍ～０．１ｍｍのギャップ幅を有する。

好ましい態様では、停止要素がホルダに面する停止面を有し、打ち込み要素がホルダとは反対側に面する対向面を有し、打ち込み要素が準備完了位置にあるときに、停止面と対抗面とが互いに対して当接する、ことを特徴とする。停止面及び／又は対向面は、好ましくは、固定軸上、又は固定軸の周りに配置されている。同様に好ましくは、停止面及び／又は対向面は、凸状、特に好ましくは球形である。

好ましい態様では、固定軸の方向での停止要素の突起が、固定軸の方向での励起コイルの突起の内側に半径方向に配置される、ことを特徴とする。停止要素は、好ましくは、固定軸に対して励起コイルの内側に半径方向に配置される。

好ましい態様では、ドライブが、励起コイルが配置された軟磁性フレームを含む、ことを特徴とする。励起コイルは、好ましくは、軟磁性フレームに埋め込まれている。打ち込み要素は、好ましくは、準備完了位置で軟磁性フレームから離間されている。特に好ましくは、打ち込み要素が準備完了位置にあるときに、打ち込み要素と軟磁性フレームとの間に更なるエアギャップが形成される。

好ましい態様では、軟磁性フレームがリング状に形成され、固定軸の方向での停止要素の突起が、固定軸の方向での軟磁性フレームの突起の内側に半径方向に配置される、ことを特徴とする。停止要素は、好ましくは、固定軸に対して軟磁性フレームの内側に半径方向に配置される。

好ましい態様では、停止要素及び／又は打ち込み要素が、停止面又は対向面を有するダンパを含む、ことを特徴とする。ダンパは、好ましくは、打ち込み要素の停止要素に対する衝撃を減衰させる。

好ましい態様では、ドライブが、好ましくは固定軸上又は固定軸の周りに配置され、且つ、励起コイルが放電されるときに磁場を生成するために電流が流れる電気コンデンサを含む、ことを特徴とする。更なる態様では、ドライブが、励起コイルによって生成された磁場が透過する、打ち込み要素上に配置されたかご形回転子を有する、ことを特徴とする。

本発明は、図面中で複数の実施例で示されている。

固定工具の縦断面図である。 固定工具の縦断面図である。

図１は、図示されていない基板（被打ち込み材）に留め具を打ち込むための手持ち固定工具１０を示している。この固定工具１０は、スタッドガイドとして形成されたホルダ２０を有し、ここに、釘として形成された留め具３０が（図１の左側に）固定軸Ａに沿って基板に打ち込まれるために保持されている。留め具をホルダに供給する目的で、固定工具１０は、留め具がストア内に個別に、又は留め具ストリップ５０の形態で保持されて、ホルダ２０に１つずつ搬送されるマガジン４０を備える。この目的のために、マガジン４０は、特に示されていない、バネ仕掛けの供給要素を有する。固定工具１０は、ピストンプレート７０及びピストンロッド８０を含む打ち込み要素６０を有する。打ち込み要素６０は、留め具３０をホルダ２０から固定軸Ａに沿って基板に搬送するために提供される。そのプロセスでは、打ち込み要素６０は、そのピストンプレート７０で、固定軸Ａに沿ってガイドシリンダ９５内で案内される。

打ち込み要素６０は、その一部が、ピストンプレート７０上に配置されたかご形回転子９０、励起コイル１００、軟磁性フレーム１０５、スイッチング回路２００、及び内部抵抗が５ｍΩのコンデンサ３００を備えるドライブによって駆動される。かご形回転子９０は、好ましくはリング状、特に好ましくは円形リング状の、低電気抵抗の、例えば銅製の要素からなり、例えば、ホルダ２０とは反対側を向くピストンプレート７０の側部上のピストンプレート７０に、はんだ付けされ、溶接され、接着接合され、クランプされ、又は形状適合方式で結合されて、締結される。図示されていない実施例では、ピストンプレート自体が、かご形回転子として形成されている。スイッチング回路２００は、事前に充電されたコンデンサ３００の急速放電を引き起こし、それによってフレーム１０５に組み込まれた励起コイル１００を通して流れる放電電流を伝導するために提供される。フレームは、好ましくは、少なくとも１．０Ｔの飽和磁束密度、及び／又は最大１０^６Ｓ／ｍの実効比電気伝導率を有し、その結果、励起コイル１００によって生成される磁場がフレーム１０５によって増強され、フレーム１０５内の渦電流は抑制される。

打ち込み要素６０（図１）の準備完了位置では、打ち込み要素６０は、かご形回転子９０が励起コイル１００から少し離れたところに配置されるように、ピストンプレート７０で、特に示されていないフレーム１０５のリング状の凹部に入る。その結果、励起コイルを流れる電気励起電流の変化によって生成される励起磁場は、かご形回転子９０を通過し、その一部が、かご形回転子９０に、リング状に循環する二次電流を誘導する。増大し、したがって変化するこの二次電流は、次いで励起磁場に対抗する二次磁場を生成し、その結果、かご形回転子９０はローレンツ力を受け、それによって励起コイル１００によって反発されて、打ち込み要素６０をホルダ２０とその中に保持された留め具３０とに向けて駆動する。

固定工具１０は、ドライブが保持されるハウジング１１０と、トリガとして形成された操作要素１３０を備えたハンドル１２０と、充電式バッテリとして形成された電気エネルギー貯蔵器１４０と、制御ユニット１５０と、トリップスイッチ１６０と、接触圧力スイッチ１７０と、フレーム１０５上に配置された温度センサ１８０として形成された励起コイル１００の温度を検出するための手段と、制御ユニット１５０を電気エネルギー貯蔵器１４０、トリップスイッチ１６０、接触圧力スイッチ１７０、温度センサ１８０、スイッチング回路２００、及びコンデンサ３００にそれぞれ接続する電気接続ライン１４１、１６１、１７１、１８１、２０１、３０１と、を更に備える。図示されていない実施例では、固定工具１０は、電気エネルギー貯蔵器１４０の代わりに、又は電気エネルギー貯蔵器１４０に加えて、電力ケーブルによって電気エネルギーを供給される。制御ユニットは、好ましくはプリント回路基板上で相互接続されて１つ以上の電気制御回路、特に１つ以上のマイクロプロセッサを形成する、電子構成要素を備える。

固定工具１０が（図１の左側上に）示されていない基板に対して押し付けられると、特に示されていない接触圧力要素が、接触圧力スイッチ１７０を操作し、その結果、接続ライン１７１によって接触圧力信号を制御ユニット１５０に送信する。これにより、制御ユニット１５０をトリガしてコンデンサ充電プロセスを開始し、ここで、コンデンサ３００を充電するために、電気エネルギーが、接続ライン１４１によって電気エネルギー貯蔵器１４０から制御ユニット１５０に、且つ、接続ライン３０１によって制御ユニット１５０からコンデンサ３００に伝導される。この目的のために、制御ユニット１５０は、電気エネルギー貯蔵器１４０からの電流をコンデンサ３００のための適切な充電電流に変換する、特に示されていないスイッチングコンバータを備える。コンデンサ３００が充電され、打ち込み要素６０が図１に示されるその準備完了位置にあるとき、固定工具１０は準備完了状態にある。コンデンサ３００の充電は、固定工具１０を基板に対して押し付けることによってのみ実施されるので、エリアの人々の安全性を高めるために、設定プロセスは、固定工具１０が基板に対して押し付けられたときのみに実行可能になる。図示されていない実施例では、制御ユニットは、固定工具がオンにされるときに、又は固定工具が基板から持ち上げられるときに、又は先行する打ち込みプロセスが完了するときに、コンデンサ充電プロセスをすでに開始している。

操作要素１３０が、例えば、ハンドル１２０を保持している手の人差し指を使用して引っ張られることで、固定工具１０が準備完了状態で操作されると、操作要素１３０はトリップスイッチ１６０を操作し、その結果、接続ライン１６１によってトリップ信号が制御ユニット１５０に送信される。これにより、制御ユニット１５０をトリガしてコンデンサ放電プロセスを開始し、ここで、コンデンサ３００に貯蔵された電気エネルギーが、コンデンサ３００が放電されることによって、スイッチング回路２００を用いてコンデンサ３００から励起コイル１００に伝導される。

このために、図１に概略的に示されるスイッチング回路２００は、２つの放電ライン２１０、２２０を備え、これらは、コンデンサ３００を励起コイル２００に接続し、これらのうちの少なくとも１つの放電ライン２１０は、通常開である放電スイッチ２３０によって遮断される。スイッチング回路２００は、励起コイル１００及びコンデンサ３００と電気発振回路を形成する。この発振回路の前後の発振、及び／又はコンデンサ３００の負の充電は、ドライブの効率に悪影響を及ぼす可能性があり得るが、フリーホイールダイオード２４０を用いて抑制することができる。放電ライン２１０、２２０は、例えば、はんだ付け、溶接、ねじ込み、クランプ、又は形状適合接続によって、いずれの場合も、ホルダ２０に面するコンデンサ３００の端部側３６０上に配置されたコンデンサ３００の電気接点３７０、３８０によって、コンデンサ３００の１つの電極３１０、３２０に電気的に接続される。放電スイッチ２３０は、好ましくは、高電流強度の放電電流をスイッチングするのに適しており、例えば、サイリスタとして形成される。加えて、放電ライン２１０、２２０は、互いに小さな距離にあるので、それらによって誘導される寄生磁場は可能な限り低くなる。例えば、放電ライン２１０、２２０は、組み合わされてバスバーを形成し、適切な手段、例えば、保持デバイス又はクランプによって一緒に保持される。図示されていない実施例では、フリーホイールダイオードは、放電スイッチと電気的に並列に接続されている。図示されていない更なる実施例では、フリーホイールダイオードは回路内にはない。

コンデンサ放電プロセスを開始する目的で、制御ユニット１５０は、接続ライン２０１によって放電スイッチ２３０を閉じ、その結果、高電流強度のコンデンサ３００の放電電流が、励起コイル１００を流れる。急速に上昇する放電電流は、かご形回転子９０を通過する励起磁場を誘導し、その一部が、かご形回転子９０内に、リング状に循環する二次電流を誘導する。増大するこの二次電流は、次いで励起磁場に対抗する二次磁場を生成し、その結果、かご形回転子９０はローレンツ力を受け、それによって励起コイル１００によって反発されて、打ち込み要素６０をホルダ２０とその中に保持された留め具３０とに向けて駆動する。打ち込み要素６０のピストンロッド８０が留め具３０の、特に示されていないヘッドに接触するとすぐに、留め具３０は、打ち込み要素６０によって基板内に打ち込まれる。打ち込み要素６０の過剰な運動エネルギーは、打ち込み要素６０がピストンプレート７０と共にブレーキ要素８５に対して移動し、それが停止するまでブレーキ要素８５によりブレーキがかけられることによって、ばね弾性及び／又は減衰材料、例えばゴムで作られたブレーキ要素８５によって吸収される。次いで、打ち込み要素６０は、特に示されていないリセット工具によって、準備完了位置にリセットされる。

コンデンサ３００、特にその重心は、固定軸Ａ上の打ち込み要素６０の後ろに配置されるが、ホルダ２０は、打ち込み要素６０の前に配置される。したがって、固定軸Ａに関して、コンデンサ３００は、打ち込み要素６０に対して軸方向にオフセットされた方法で、及び打ち込み要素６０と半径方向にオーバーラップするように配置されている。その結果、一方では、長さが短い放電ライン２１０、２２０を実現することができ、その結果、それらの抵抗を低減することができるため、ドライブの効率を高めることができる。一方、固定工具１０の重心と固定軸Ａとの間に、わずかな距離を実現することができる。その結果、打ち込みプロセス中に固定工具１０が反動した場合の傾斜（角度）モーメントは小さい。図示されていない実施例では、コンデンサは、打ち込み要素の周りに配置されている。

電極３１０、３２０は、例えば、キャリアフィルム３３０のメタライゼーションによって、特に蒸着によって、固定軸Ａと一致する巻線軸の周りに巻かれたキャリアフィルム３３０の両側に配置される。図示されていない実施例では、電極を備えたキャリアフィルムは、巻線軸に沿って通路が残るように巻線軸の周りに巻かれている。特に、この場合、コンデンサは、例えば、固定軸の周りに配置されている。キャリアフィルム３３０は、１５００Ｖのコンデンサ３００の充電電圧で、２．５μｍ～４．８μｍの膜厚を有し、３０００Ｖのコンデンサ３００の充電電圧で、例えば９．６μｍの膜厚を有する。図示されていない実施例では、キャリアフィルムは、その一部が、層として上下に配置された２つ以上の個別のフィルムからなる。電極３１０、３２０は、５０Ω／□のシート抵抗を有する。

コンデンサ３００の表面は、円筒、特に円柱の形状をしており、その円柱軸は、固定軸Ａと一致している。巻線軸方向のこの円柱の高さは、巻軸に垂直に測定して、その直径と実質的に同じサイズである。シリンダの直径に対する高さの比が小さいため、コンデンサ３００の比較的高い静電容量に対する低内部抵抗、及びとりわけ、固定工具１０のコンパクト構造が実現される。コンデンサ３００の低内部抵抗はまた、電極３１０、３２０の大きなライン断面によって、特に電極３１０、３２０の厚い層厚によって実現され、ここでは、自己回復効果、及び／又はコンデンサ３００の耐用年数に対する層厚の影響を考慮に入れるべきである。

コンデンサ３００は、減衰要素３５０によって減衰されるように、固定工具１０の残りの部分に取り付けられている。減衰要素３５０は、固定軸Ａに沿った固定工具１０の残りの部分に対するコンデンサ３００の動きを減衰させる。減衰要素３５０は、コンデンサ３００の端部側３６０に配置され、端部側３６０を完全に覆う。結果として、キャリアフィルム３３０の個々の巻線は、固定工具１０の反動による均一な負荷を受ける。この場合、電気接点３７０、３８０は、端面３６０から突出し、減衰要素３５０を通過する。このために、それぞれの場合の減衰要素３５０は、電気接点３７０、３８０が突出するためのクリアランスを有する。接続ライン３０１はそれぞれ、コンデンサ３００と、固定工具１０の残りの部分との間の相対的な動きを補償するために、詳細には示されていない、ひずみ緩和及び／又は拡張ループを有する。図示されていない実施例では、更なる減衰要素が、コンデンサ上に、例えば、ホルダとは反対側に面するコンデンサの端部側上に配置される。次いで、コンデンサは、好ましくは、２つの減衰要素間にクランプされ、すなわち、減衰要素は、プレストレスでコンデンサを支える。図示されていない更なる実施例では、接続ラインは、コンデンサからの距離が増大するにつれて連続的に減少する剛性を有する。

図２は、留め具を固定軸Ａ’に沿って、図示されていない基板に打ち込むための手持ち固定工具４１０の更なる実施例を示している。図１に示される固定工具１０と同様に、固定工具４１０は、釘として形成された留め具４３０が保持される、スタッドガイドとして形成されたホルダ４２０と、留め具が個別に又は留め具ストリップ４５０の形態でストア内に保持されるマガジン４４０と、ピストンプレート４７０及びピストンロッド４８０を含む打ち込み要素４６０と、ピストンプレート４７０が案内されるガイドシリンダ４９５と、ブレーキ要素４８５と、停止要素５８０と、を備える。

打ち込み要素４６０は、ピストンプレート４７０上に配置されたかご形回転子４９０、励起コイル５００、リング状の軟磁性フレーム５０５、図示されていないスイッチング回路、及び同様に図示されていないコンデンサを備えるドライブによって駆動される。固定工具４１０は、ドライブが保持されるハウジング５１０と、トリガとして形成された操作要素５３０を有するハンドル５２０と、電気エネルギー貯蔵器又は電力ケーブル、制御ユニット、トリップスイッチ、接触圧力スイッチ、並びに制御ユニットを電気エネルギー貯蔵器に、トリップスイッチに、接触圧力スイッチに、スイッチング回路に、コンデンサに、及びリセットデバイスにそれぞれ接続する、電気接続ラインなどの示されていない更なる構成要素と、を備える。

図２に示される打ち込み要素４６０の準備完了位置において、停止要素５８０は、励起コイル５００に向かう動きに対して打ち込み要素４６０を支持する。この場合、打ち込み要素４６０は、励起コイル５００から離間されて、０．０５ｍｍのギャップ幅を有するエアギャップ５９０を形成し、軟磁性フレーム５０５から離間されて、例えば０．５ｍｍギャップ幅を有する更なるエアギャップ５９５を形成する。これにより、励起コイル５００に対する打ち込み要素４６０の衝撃を防止又は軽減する効果を有し、それによって打ち込み要素４６０と励起コイル５００との間のエアクッションを用いて更に減衰することができる。停止要素５８０を用いて、励起コイル５００とかご形回転子４９０との間の小さなギャップ幅、したがって大きな反発力が保証される。停止要素５８０は、ホルダ４２０に面して、固定軸Ａ’上に配置された凸状の停止面５８５を有する。打ち込み要素４６０は、ホルダ４２０とは反対側に面して、同様に固定軸Ａ’上に配置されたフラットな対向面４６５を有する。図示されていない実施例では、停止面の代わりに、又は停止面に加えて、対向面が、凸面、特に球形である。図２に示される打ち込み要素４６０の準備完了位置では、停止面５８５及び対向面４６５は互いに対して当接する。固定軸Ａ’に対して、停止要素５８０は、励起コイル５００の内側に半径方向に配置され、且つ、軟磁性フレーム５０５の内側に半径方向に配置される。停止要素５８０は、停止面５８５を有し、且つ、停止要素５８０に対する打ち込み要素４６０の衝撃を減衰させるダンパ５８１を備える。

固定工具４１０は、図１に示される固定工具１０と実質的に同じ方法で機能する。打ち込み要素６０がリセットデバイスによって準備完了位置に戻されると、対向面４６５は、停止面５８５に対して当接するか、又は衝突するようになる。励起コイル５００及び／又は軟磁性フレーム５０５の機械的応力は、打ち込み要素４６０からの励起コイル５００又は軟磁性フレームのそれぞれの距離に起因して低減される。

ピストンロッド４８０は、好ましくは、ピストンプレート４７０を通過して、対向面４６５を有する。ピストンロッド４８０は、例えば鋼などの耐衝撃性材料からなり、留め具４３０が繰り返し打たれたとき、及び／又は同様に停止要素５８０が繰り返し打たれたときに、ピストンロッド４８０の摩耗を低減する効果を有する。ピストンプレート４７０は、本発明による構成によって衝撃から保護され、低密度材料、例えばアルミニウムからなるため、打ち込み要素４６０の総質量、したがってそれを加速するために必要なエネルギーが低減される。停止要素５８０は、好ましくはロッド状であり、好ましくは、例えば鋼などの耐衝撃性材料からなり、例えばねじ又はナットである、例えば、軟磁性フレーム５０５及び／又は締結要素５０７の補強材５０６によって、直接的又は間接的にハウジング５１０に支持され、特に締結される。

本発明は、図面に示されている一連の実施例、及び図示されていない実施例を使用して説明されてきた。様々な実施例の個別の特徴は、それらが矛盾しないという前提で、個別に、又は互いに任意の所望の組み合わせで、適用可能である。本発明による固定工具はまた、他の用途にも使用できることに留意されたい。

Claims (15)

1. 留め具を基板（被打ち込み材）に打ち込むための固定工具、特に手持ち固定工具であって、留め具を保持するためのホルダと、前記ホルダに保持された留め具を固定軸に沿って前記基板に搬送するための打ち込み要素と、前記打ち込み要素を前記固定軸に沿って前記留め具に向かって駆動するためのドライブと、を備え、前記ドライブが、電流が流れ、前記打ち込み要素を前記留め具に加速する磁場を生成する励起コイルと、準備完了位置で前記励起コイルから離間されている前記打ち込み要素が前記準備完了位置にあるときに、前記打ち込み要素を前記励起コイルに向かう動きに対抗して支持する停止要素と、を備える固定工具。
2. 前記打ち込み要素が準備完了位置にあるときに、前記打ち込み要素と前記励起コイルとの間にエアギャップが形成される、請求項１に記載の固定工具。
3. 前記エアギャップが、０～０．５ｍｍ、特に０．０１ｍｍ～０．２ｍｍ、特に０．０２ｍｍ～０．１ｍｍのギャップ幅を有する、請求項２に記載の固定工具。
4. 前記停止要素が前記ホルダに面する停止面を有し、前記打ち込み要素が前記ホルダとは反対側に面する対向面を有し、前記打ち込み要素が準備完了位置にあるときに、前記停止面と前記対向面とが互いに対して当接する、請求項１～３のいずれか１項に記載の固定工具。
5. 前記停止面及び／又は前記対向面が、前記固定軸上、又は前記固定軸の周りに配置されている、請求項４に記載の固定工具。
6. 前記停止面及び／又は前記対向面が、凸状、特に球形である、請求項４又は５に記載の固定工具。
7. 前記固定軸の方向での前記停止要素の突起が、前記固定軸の前記方向での前記励起コイルの突起の内側に半径方向に配置されている、請求項１～６のいずれか１項に記載の固定工具。
8. 前記停止要素が、前記固定軸に対して前記励起コイルの内側に半径方向に配置されている、請求項７に記載の固定工具。
9. 前記ドライブが、前記励起コイルが配置された軟磁性フレームを含み、前記励起コイルが、特に前記軟磁性フレームに埋め込まれている、請求項１～８のいずれか１項に記載の固定工具。
10. 前記打ち込み要素が、前記準備完了位置で前記軟磁性フレームから離間されている、請求項９に記載の固定工具。
11. 前記打ち込み要素が前記準備完了位置にあるときに、前記打ち込み要素と前記軟磁性フレームとの間に更なるエアギャップが形成される、請求項９又は１０に記載の固定工具。
12. 前記軟磁性フレームがリング形状に形成され、前記固定軸の方向での前記停止要素の突起が、前記固定軸の方向での前記軟磁性フレームの突起の内側に半径方向に配置されている、請求項９～１１のいずれか１項に記載の固定工具。
13. 前記停止要素が、前記固定軸に対して前記軟磁性フレームの内側に半径方向に配置されている、請求項１２に記載の固定工具。
14. 前記停止要素及び／又は前記打ち込み要素が、前記停止面又は前記対向面を有するダンパを含む、請求項４～６のいずれか１項に記載の固定工具。
15. 前記ダンパが、前記打ち込み要素の前記停止要素に対する衝撃を減衰させる、請求項１４に記載の固定工具。

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