JP7485335B2 - 打撃装置 - Google Patents

Description

本発明は、可搬型の打撃装置に関し、特に、ソレノイドによって駆動する打撃装置に関する。

ソレノイドによって駆動する打撃装置においては、打撃具をより加速して撃力を向上させるために、様々な構成のものが発明されている。図１０は、従来技術に係る打撃装置の断面図である。図１０において、１００は打撃装置、１１０は可動磁極、１１１はシャフト、１１２は連結部、１１３はピン、１１４は前進用コイル、１１５は後退用コイル、１１６は円筒状本体、１１７及び１１８は側板、１１９はコッター、１２０は打撃座である。また、図１１は、従来例の打撃装置の通電手順を示すタイムチャートである。

図１０は、特開平７－１６４３５０公報で開示されている打撃装置である。図１０に示すように、打撃装置１００は、円筒状本体１１６、並びに、側板１１７及び１１８によって構成されているケースの内部に、前進用コイル１１４及び後退用コイル１１５を設けている。さらに、前進用コイル１１４及び後退用コイル１１５の中空部の内部に、前進用コイル１１４及び後退用コイル１１５の中心軸に沿って移動可能な可動磁極１１０を備えている。また、打撃装置１００は、円筒状本体１１６の側板１１８側に被打撃物であるコッター１１９との連結部１１２を備えており、さらにコッター１１９との連結部１１２とはピン１１３によって連結されている。また、円筒状本体１１６の側板１１７側には、可動磁極１１０の打撃座１２０をそれぞれ備えている。可動磁極１１０は、シャフト１１１が摺動可能な状態で挿通されており、前進用コイル１１４又は後退用コイル１１５にパルス電流を印加することによって前進又は後退する。

打撃装置１００によってコッター１１９を打ち込む場合には、前進用コイル１１４及び後退用コイル１１５は、１サイクル（１打撃）でそれぞれ１回だけ励磁させる。すなわち、図１１に示すように、後退用コイル１１５にｔ１の間パルス電流を印加し、可動磁極１１０を打撃開始位置となる後退用コイル１１５内に位置させておく。所定時間長のインターバルの後、前進用コイル１１４にｔ３の間パルス電流を印加し、可動磁極１１０をコッター１１９側に加速させ、連結部１１２の可動磁極２１０側の端部を打撃する。次に、後退用コイル１１５にｔ１と同じ時間長だけパルス電流を印加し、可動磁極１１０を打撃開始位置に復帰させる。コッター１１９が所要の位置に打ち込まれるまで、上述の打撃手順を繰り返す。

ところで、上述のような手順によって打撃を加える場合、消費電力が非常に大きくなると言う課題が発生する。すなわち、ｔ１とｔ３のインターバルにおいて前進用コイル１１４には電流が流れていないので、コッター１１９は当然静止している。したがって、コッター１１９を打ち込むのに必要な打撃力を得るためには、ｔ３という短時間の間に可動磁極１１０を一気に加速する必要がある。短時間で加速するためには、印加するパルス電流が非常に大きくなるので、消費電力も非常に大きくなる。さらに、コイルの径や長さも大きくなる。

消費電力を小さくするために、相対的に小さいパルス電流を印すると共に、コッター１１９の打ち込みを完了するまでの前進用コイル１１４及び後退用コイル１１５への通電回数を増やすことは可能である。しかし、コッター１１９の打ち込みに要する時間が長くなる上に、ｔ３の間に可動磁極１１０を一気に加速することには変わりがないので消費電力も劇的に小さくなることもないので、十分な解決手段とは言い難い。

特開平７－１６４３５０公報

本発明は、上述の課題を解決するために、ソレノイドによって駆動する打撃装置において、消費電力を大幅に低減できる打撃装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、磁性材から形成されたケースと、一部又は全部が前記ケースの内部に配置されたベースと、前記ケースの内部に配置されたコイルと、前記コイルに通電したときに前記ベースに吸引されて摺動するように設けられたプランジャを備えている可動部材と、前記プランジャが前記ベースに吸引される方向とは逆方向に前記可動部材を付勢するように設けられた吊り下げ用スプリングと、前記可動部材の先端部の近傍に配置されると共に、前記可動部材の前記先端部に当接可能に設けられた打撃具と、前記可動部材の摺動時における位置を検出する位置センサと、前記位置センサからの信号を受信するように設けられた信号受信部と、前記コイルに電流を供給可能に設けられたソレノイド駆動部と、前記ソレノイド駆動部から前記コイルに所定時間電流を供給して停止している前記プランジャを摺動させた後、前記信号受信部が受信した信号に基づいて前記可動部材が共振するような時間間隔で前記ソレノイド駆動部から前記コイルに電流を繰り返し供給して、前記可動部材の振幅が次第に大きくなるように制御する制御部を有していることを特徴とする打撃装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記打撃具は、前記可動部材の前記先端部に当接可能な状態と当接不可能な状態との２つの状態に切り換え可能に設けられ、前記制御部は、前記可動部材の前記振幅が所定の大きさ以上になったと判断したときに、前記打撃具を前記可動部材の前記先端部に当接可能な状態になるように制御することを特徴とする打撃装置である。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、さらに、前記ケースの内部に配置されると共に、前記打撃具を回動又は転倒させ、かつ、前記打撃具を回動又は転倒した状態から復帰させる突回避用ソレノイドをさらに有し、前記打撃具は、回動又は転倒したときに前記可動部材の前記先端部に当接不可能な状態となり、回動又は転倒した状態から復帰したときに前記可動部材の前記先端部に当接可能な状態となり、前記ソレノイド駆動部は、前記衝突回避用ソレノイドに電流を供給可能に設けられ、前記制御部は、前記コイルに１回目の電流を供給した後に前記ソレノイド駆動部から前記衝突回避用ソレノイドに電流を供給して前記打撃具を回動又は転倒させ、前記信号受信部が受信した信号に基づいて摺動している前記プランジャの中心軸の方向における位置を推定し、前記プランジャが前記中心軸の方向において前記ベースに最も接近したと推定されるときに、前記打撃具を回動又は転倒した状態から復帰させるように制御することを特徴とする打撃装置である。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記可動部材は、シャフトをさらに備えると共に、該シャフトが前記プランジャの前記中心軸に沿って形成された貫通孔に挿通され、前記打撃具は、前記シャフトの先端部の近傍に配置され、前記位置センサは、前記シャフトの基端部の近傍に配置されていることを特徴とする打撃装置である。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記制御部は、前記信号受信部が受信した信号に基づいて摺動している前記プランジャの前記中心軸の方向における位置及び摺動方向を推定し、前記プランジャが前記中心軸の方向において前記ベースに最も接近したときの位置と最も離隔したときの位置との中間位置及びその近傍にあり、かつ、前記プランジャが前記ベースに接近しつつあると推定されるときに前記ソレノイド駆動部から前記コイルに電流を供給するように動作することを特徴とする打撃装置である。

請求項６に記載の発明は、請求項４又は請求項５に記載の発明において、前記ケースは、略円筒状に形成され、前記ベースは、前記ケースの先端側に圧入されると共に、中央に貫通孔が形成され、前記ベースの前記貫通孔の内部に配置された軸受をさらに有し、前記シャフトは、前記軸受によって摺動可能に支持されていることを特徴とする打撃装置である。

請求項１に記載の発明によれば、可動部材の振幅が十分に大きくなったときに、打撃具に可動部材の先端部を当接させ、円板状打撃具によって対象物に打撃を加えることが可能になるので、従来技術に係る打撃装置よりも使用電力を大幅に削減できる。

請求項２に記載の発明によれば、可動部材の振幅が十部に大きくなったときのみに打撃を加える構成にしたので、常に適切な大きさの打撃力を加えることができる。

請求項３に記載の発明によれば、ロータリソレノイドによって打撃具を回動又は転倒させるので、打撃具が可動部材の先端部を当接しないところまで水平方向に移動させたり、下方に移動したりする構成に比べて、打撃具を配置するのに必要な空間を大幅に小さくすることができる。

請求項４に記載の発明によれば、蓋部材とエンドキャップとの間隙に位置センサを設けることによって、打撃時に発生する塵埃が位置センサに付着することを防止でき、位置センサとして光学センサを採用することが容易になる。

請求項５に記載の発明によれば、往復動している可動部材を最も加速しやすいタイミングで加速するので、可動部材を静止状態から打撃を与えるのに必要なところまで相対的に短時間のうちに加速することができる。

請求項６に記載の発明によれば、ベースの貫通孔の内部に配置された軸受によってシャフトを支持するので、可動部材を高速で安定的に摺動させることができると共に、繰り返し摺動させたときに発生する摩擦熱を低減することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る打撃装置の非通電状態における断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る打撃装置の通電状態における断面図（１）である。 本発明の第１の実施の形態に係る打撃装置の通電状態における断面図（２）である。 本発明の第１の実施の形態に係る打撃装置において可動部材が最大限に下降した状態を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る打撃装置の非通電状態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は底面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る打撃装置の円板状打撃具及びその周辺部材を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）乃至（ｆ）は動作時における断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る打撃装置のブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る打撃装置における共振状態を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態に係る打撃装置の円板状打撃具及びその周辺部材を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）乃至（ｆ）は動作時における断面図である。 従来技術に係る打撃装置の断面図である。 従来例の打撃装置の通電手順を示すタイムチャートである。

まず、本発明の第１の実施の形態に係る打撃装置について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る打撃装置の非通電状態における正面図である。図１において、１０はソレノイド、２０は可動部材、２１はプランジャ、２１ａは中空部、２１ｂは基端側端面、２１ｃは先端側端面、２２はシャフト、２３は先端側大径部、２４は基端側小径部、２５は基端部、２６は係止用貫通孔、２７は先端面、２８は段差面、３０はケース、３１は中間部、３２は基端側肉薄部、３３は基端部、３４は先端側肉薄部、３５は先端部、３６ａは基端側段差面、３６ｂは基端部段差面、３６ｃは先端側段差面、３６ｄは先端部段差面、３７は非磁性円筒部材、３８はベース、３８ａは段差面、３９は補助磁極、４０は位置センサ、４１はコイル、４２はコイルボビン、４３は巻胴部、４４ａは基端側フランジ部、４４ｂは先端側フランジ部、４５は吊り下げ用スプリング、４６ａは基端側係止部、４６ｂは先端側係止部、４７は中間部軸受、４８はストッパ、４９は基端部軸受、５０はエンドキャップ、５１は天板部、５２は側板部、５３はフランジ部、５４は係止用開口部、５５は押し付け用スプリング、５６は基端側蓋部材、５７はフランジ部、５８は円筒状部、５９はスリーブ、６０は先端側蓋部材、６１は開口部、６２は円板状打撃具、６３は凹陥部、６４は回転軸、６５は回転軸受、７２はロータリソレノイドである。さらに、図５は、本発明の第１の実施の形態に係る打撃装置の非通電状態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は底面図である。図５において、６８は第１の支柱、７１は第２の支柱であり、その他の符号は図１と同じものを示す。くわえて、図７は、本発明の第１の実施の形態に係る打撃装置のブロック図である。図７において、１５は打撃装置、７５は制御ユニット、７６は信号受信部、７７は制御部、７８はメモリ、７９はソレノイド駆動部であり、その他の符号は図１と同じものを示す。

なお、以下の本発明の第１及び第２の実施の形態に係る打撃装置の説明において、「先端側」及び「先端部」と記載した場合には、打撃具を配置した側（図１乃至図４において下側）、及び、打撃具を配置した側の端部を指すものとする。また、「基端側」及び「基端部」と記載した場合には、位置センサを配置した側（図１乃至図４において上側）、及び、位置センサを配置した側の端部を指すものとする。なお、特許請求の範囲における「先端側」及び「先端部」、並びに、「基端側」及び「基端部」も同様とする。さらに、以下の第１及び第２の実施の形態に係る打撃装置の説明において、「中心軸」はプランジャ２１の中心軸を指すものとする。なお、プランジャ２１の中心軸と、シャフト２２及びケース３０の中心軸は一致している。なお、特許請求の範囲における「中心軸」も同様とする。

まず、本発明の第１の実施の形態に係る打撃装置１５の概要について説明する。打撃装置１５は、可搬型で、かつ、直動型のソレノイドを共振させながら直動することによって、構造物等に打撃を与えることを用途とする。すなわち、打撃装置１５は、図１及び図６に示すように、直動型のソレノイド１０と、ソレノイド１０の動作を制御する制御ユニット７５を備えている。円板状打撃具６２は、可動部材２０から分離されており、さらに、可動部材２０の往復動から独立して回動するように構成されている。制御ユニット７５は、ソレノイド１０を連続的に動作させず間欠的に動作させて、振幅の大きさ、つまりストローク長を次第に伸ばしてゆく。そして、図８に示すように、例えばコンクリート構造物や、鉄骨構造物、地盤等の対象物の上方にソレノイド１０をあらかじめ設置しておく。そして、可動部材２０の振幅の大きさが所定長以上になったときに、対象物に対して円板状打撃具６２によって打撃を与える。そして、制御ユニット７５が円板状打撃具６２による次の打撃に向けてソレノイド１０を制御するという手順を繰り返す。したがって、打撃装置１５は、打撃具を高速で往復動させて連続的に打撃を与えるという用途以外であれば、様々な用途に適用できる。

さらに、打撃装置１５が備えているソレノイド１０の構成について詳しく説明する。ソレノイド１０は、図５に示すように、略円筒状に形成されたケース３０の先端側から円板状打撃具６２が突出可能に構成されており、構成部材の大部分がケース３０の内部に収納されている。ケース３０の径及び長さは、用途によって異なるが、例えば片手で持てる程度の細さから、径２００ｍｍあるいはこれ以上にすることも可能である。図１は、ソレノイド１０の非通電状態、つまり、円板状打撃具６２が動作していない状態を示すものである。ソレノイド１０の可動部材２０は、プランジャ２１とシャフト２２とを備えており、シャフト２２が円板状打撃具６２に衝突し、円板状打撃具６２が対象物に対して打撃を与える構成になっている。円板状打撃具６２は、後述するように、制御ユニット７５の制御によって可動部材２０の振幅の大きさが所定長に満たないときにはシャフト２２に接することはなく、可動部材２０の振幅の大きさが所定長以上になったときにシャフト２２に接する状態になる。なお、打撃装置１５の用途によっては、シャフト２２を設けず、打撃具等をプランジャ２１に直接接続する、つまり可動部材２０をプランジャ２１のみで構成してもよい。

可動部材２０は、図１に示すように、プランジャ２１とシャフト２２とを備えている。プランジャ２１は、略円筒状に形成されており、コイル４１に通電することによって、スリーブ５９の内部を摺動する。また、プランジャ２１は、略円筒状に形成されており、中空部２１ａにシャフト２２の基端側小径部２４が挿通されている。また、プランジャ２１は、中空部２１ａに対して基端側小径部２４が圧入されているのではなく、両者の間にわずかな間隙がある。しかし、中空部２１ａの径は、シャフト２２の先端側大径部２３の径よりも小さいので、プランジャ２１が先端側に向かって摺動すると、プランジャ２１の先端側端面２１ｃがシャフト２２の段差面２８に当接した状態で一体的に摺動することになる。また、後述するように、可動部材２０は、吊り下げ用スプリング４５によって吊り下げられた状態になっている。よって、コイル４１に通電していないときには、吊り下げ用スプリング４５の引張力と、押し付け用スプリング５５の弾発力、及び、可動部材２０の自重とが釣り合うところ、つまり図１の状態で静止している。押し付け用スプリング５５は、プランジャ２１を先端側に向かって付勢している。

シャフト２２は、先端側大径部２３と基端側小径部２４との段差面２８がプランジャ２１によって押圧されることによって先端側に摺動し、先端面２７が円板状打撃具６２に衝突する。また、先端側大径部２３は中間部軸受４７に挿通され、基端側小径部２４は基端部軸受４９に挿通されている。よって、可動部材２０は、中間部軸受４７及び基端部軸受４９によって摺動可能に支持されている。前述のように、基端側小径部２４と中空部２１ａにとの間にわずかな間隙があるので、プランジャ２１の振幅が次第に大きくなって非磁性円筒部材３７に衝突すると、シャフト２２はプランジャ２１から放出されて単独で摺動する。つまり、シャフト２２は、プランジャ２１から独立して摺動することが可能である。また、基端側小径部２４は、ストッパ４８にも挿通されている。シャフト２２の基端部２５は、エンドキャップ５０の内部に突出している。また、基端部２５の近傍には、位置センサ４０が設けられており、基端部２５の中心軸の方向における位置を検出する。さらに、基端側小径部２４の基端部２５の近傍には、係止用貫通孔２６が形成されている。係止用貫通孔２６は、吊り下げ用スプリング４５の先端側係止部４６ｂを係止するにために形成されたものである。

ケース３０は、ソレノイドを構成する部品を収納する役割に加えて、コイル４１に通電したときに、補助磁極３９、プランジャ２１及びベース３８と共に磁気回路を構成する。また、ケース３０は、図５に示すように、円筒状の外形を有している。さらに、図１に示すように、中間部３１が最も肉厚に形成されており、中間部３１の基端側が肉薄の基端側肉薄部３２として形成され、中間部３１の先端側も肉薄の先端側肉薄部３４として形成されている。中間部３１と基端側肉薄部３２との基端側段差面３６ａは補助磁極３９の圧入深さを規定し、中間部３１と先端側肉薄部３４との先端側段差面３６ｃはベース３８の圧入深さを規定する役割を持つ。くわえて、基端側肉薄部３２の基端側には最も肉薄な基端部３３が形成され、先端側肉薄部３４の先端側にも最も肉薄な先端部３５が形成されている。基端側肉薄部３２と基端部３３との基端部段差面３６ｂは基端側蓋部材５６の圧入深さを規定し、先端側肉薄部３４と先端部３５の先端部段差面３６ｄは先端側蓋部材６０の圧入深さを規定する役割を持つ。

ベース３８は、ケース３０の先端側肉薄部３４に圧入されている。また、ベース３８の段差面３８ａは、非磁性円筒部材３７の圧入深さを規定する役割を持つ。非磁性円筒部材３７は、中空部に中間部軸受４７が圧入されると共に、プランジャ２１の摺動を規制する役割を持つ。エンドキャップ５０は、位置センサ４０及び吊り下げ用スプリング４５を収納する空間を構成している。すなわち、エンドキャップ５０の天板部５１及び側板部５２は、天板部５１及び側板部５２が有底円筒状の空間を構成すると共に、吊り下げ用スプリング４５が可動部材２０の往復動によって中心軸に沿って長く伸びることを考慮した長さに形成されている。くわえて、天板部５１の中央には、吊り下げ用スプリング４５の基端側係止部４６ａを係止するために係止用開口部５４が形成されている。また、フランジ部５３は、ケース３０の基端部３３に対して、基端側蓋部材５６のフランジ部５７に上から重なるように圧入されている。また、天板部５１及び側板部５２が構成する空間が比較的大きいので、この空間の内部に制御ユニット７５を収納することが望ましい。中間部軸受４７と基端部軸受４９とは、プランジャ２１の先端側と基端側に配置され、シャフト２２の先端側大径部２３と基端側小径部２４とを支持している。なお、中間部軸受４７及び基端部軸受４９は、ドライブッシュとするが好ましいが、他種の軸受であってもよい。

スリーブ５９は、プランジャ２１の摺動を案内する役割を持つ。すなわち、スリーブ５９は、コイルボビン４２の巻胴部４３及び補助磁極３９の中空部に挿入されており、さらに先端部が非磁性円筒部材３７に当接し、基端部は基端側蓋部材５６に接している。基端側蓋部材５６は、先端側に延びる円筒状部５８と、円筒状部５８の基端側に設けられたフランジ部５７を備えている。円筒状部５５は、内周面５８ａ側に基端部軸受４９が圧入され、外周側は押し付け用スプリング４６の基端側に挿入されている。また、円筒状部５８の先端側端面にはストッパ４８が貼り付けられている。フランジ部５７は、ケース３０の基端部３３に圧入されている。ストッパ４８は、プランジャ２１の基端側への摺動を規制する役割を有しており、略円筒状に形成されている。また、ストッパ４８は、押し付け用スプリング４６に挿通された状態で設けられると共に、その中空部にシャフト２２の基端側小径部２４が挿通されている。なお、ストッパ４８は、ストッパ４８の中心軸の方向における長さが短い場合には、プランジャ２１の基端側端面２１ｂに貼り付けてもよい。

また、位置センサ４０は、シャフト２２の基端部２５が所定距離だけ摺動したことを検出するものである。すなわち、シャフト２２の基端部２５はエンドキャップ５０の内部に突出した状態で設けられているので、位置センサ４０において、この突出状態を常時検出し、シャフト２２が基端側又は先端側に所定距離を摺動したことを示す信号を発信するように構成されている。なお、位置センサ４０は、小型で、かつ、簡便なことから光学センサが好ましいが、シャフト２２が基端側に所定距離を摺動したことを検出することが可能で、かつ、エンドキャップ５０の内部に収納可能なものであれば他種のセンサであってもよい。なお、位置センサ４０が信号を発するシャフト２２の基端側への摺動距離を自由に調整できるように、エンドキャップ５０を貫通するネジ部材を設け、位置センサ４０がこのネジ部材と中心軸方向に一体的に移動するような構成してもよい。吊り下げ用スプリング４５は、コイル４１への通電を停止した後、可動部材２０をコイル４１への通電前の位置に復帰させると共に、後述するように、共振運動を生成する役割も持つ。コイル４１は、コイルボビン４２の巻胴部４３にコイルワイヤを巻回することによって形成されている。また、コイルボビン４２は、所定位置に保持されるように、基端側フランジ部４４ａと先端側フランジ部４４ｂを補助磁極３９とベース３８とによって軽く挟持されている。

また、打撃装置１５は、図７に示すように、それノイド１０と共に制御ユニット７５を備えている。制御ユニット７５は、信号受信部７６、制御部７７、メモリ７８及びソレノイド駆動部７９を備えている。そして、制御部７７は、最初にソレノイド駆動部７９からコイル４１に後述する所定時間電流を供給し、ケース３０、補助磁極３９、プランジャ２１、ベース３８を巡り、ケースに３０に戻る磁気回路を生成する。この磁気回路によって、プランジャ２１がベース３８に吸引されて摺動し、可動部材２０が往復動し始める。次に、信号受信部７６が位置センサ４０から受信した信号に基づいてプランジャ２１の位置を推定すると共にベース３７に接近する方向に摺動しているか判断し、可動部材２０が共振するような時間間隔でソレノイド駆動部７９からコイル４１に電流を繰り返し供給して、可動部材２０の往復動の振幅が次第に大きくなるように制御する。次に、制御部７７は、可動部材２０の振幅の大きさが所定長以上になったと判断したときに、ソレノイド駆動部７９からロータリソレノイド７２に電流を供給し、後述するように、円板状打撃具６２を回動させてシャフト２２の先端側大径部２３が円板状打撃具６２に衝突させる。先端側大径部２３が円板状打撃具６２に衝突した後は、ソレノイド駆動部７９からロータリソレノイド７２に電流を供給し、ロータリソレノイド７２を逆方向に回動させる。また、メモリ７８は、円板状打撃具６２に加えて、他の多数の打撃具を選択できるようにした場合、可動部材２０の振幅の大きさが所定長以上になったと判断した時点と、ロータリソレノイド７２を回動させる時間差等を記憶させるために設けている。

続けて、図６に基づいて説明する。図６は、本発明の第１の実施の形態に係る打撃装置の円板状打撃具及びその周辺部材を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）乃至（ｆ）は動作時における断面図である。図６において、６６は第１のカバー部材、６７ａは第１の開口部、６７ｂは第２の開口部、６９は第１の支持用スプリング、７０は第２のカバー部材、７３は回転軸、７４は滑り止めカバーであり、その他の符号は図１と同じものを示す。

図６（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、円板状打撃具６２は、シャフト２２の先端側大径部２３には接続されず、かつ、シャフト２２の先端面２７に接近した状態に設けられている。すなわち、円板状打撃具６２は、略円板状に形成されると共に、上方に開口し、かつ、中心側に深く切れ込んだ凹陥部６３が形成されている。凹陥部６３は、シャフト２２が下限まで摺動した場合においても、先端側大径部２３の先端面２７に接しないように形成されている。また、円板状打撃具６２は、中心部を貫通している回転軸６４と、回転軸６４を支持する回転軸受６５によって回動可能に支持されている。回転軸６４は、中心軸に対して直交する方向に配置されている。回転軸６４の両端部の近傍部分は、第１のカバー部材６６の内部に収納された第１の支持用スプリング６９と、第２のカバー部材７０の内部に収納された図示していない第２の吊り下げ用スプリングに支持されている。また、ロータリソレノイド７２は、可動部材２０が往復動しているときに意図せずに円板状打撃具６２にシャフト２２の先端面２７が衝突することを防止するための衝突回避用ソレノイドであり、ケース３０の先端側肉薄部３４に固定されている。第１の支持用スプリング６９と第２の吊り下げ用スプリングとは、下側の一部が第１の支柱６８と第２の支柱７１とに挿通された状態でそれぞれ設けられている。また、第１のカバー部材６６には、回転軸６４を挿通するために、上下方向に延びる第１の開口部６７ａと第２の開口部６７ｂとが相対向するように形成されており、第２のカバー部材７０にも図示していない２つの開口部が形成されている。したがって、円板状打撃具６２が上方から強く押圧されると、回転軸６４が第１の支持用スプリング６９と第２の吊り下げ用スプリングとを押し縮めながら下降する。また、円板状打撃具６２の外周面は、ロータリソレノイド７２の回転シャフト７３に付設された滑り止めカバー７４に接している。ロータリソレノイド７２は左右両方向に回動可能であるので、円板状打撃具６２もロータリソレノイド７２の動作に応じて回動する。なお、ソレノイド１０が大型のもので、ケース３０の内部に衝突回避用ソレノイドとして直動型ソレノイドを設けることが可能である場合などには、直動型ソレノイドによって円板状打撃具６２を回転させてもよい。

さらに、本発明の第１の実施の形態に係る打撃装置の動作について説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る打撃装置の通電状態における断面図（１）である。さらに、図３は、本発明の第１の実施の形態に係る打撃装置の通電状態における断面図（２）である。また、図４は、本発明の第１の実施の形態に係る打撃装置において可動部材が最大限に下降した状態を示す断面図である。図２乃至図４において用いた符号は、すべて図１と同じものを示す。くわえて、図８は、本発明の第１の実施の形態に係る打撃装置における共振状態を示すグラフである。

本発明の第１の実施の形態に係る打撃装置１５は、前述のように、可動部材２０を共振させることによって、相対的に小さな消費電力で大きな打撃力を得られることに特徴がある。図８（ａ）及び（ｂ）は、打撃装置１５の動作開始時刻ｔ０からの時間経過と、可動部材２０の振幅の大きさ（ストローク長）ｌとの関係を示している。図８において、ｔ１、ｔ２、ｔ３及びｔ４はコイル４１に通電している時間である。また、点Ｃは先端側大径部２３の先端面２７が円板状打撃具６２に打撃した瞬間であり、ｔＣは点Ｃに対応する時刻である。また、－ｄの位置の水平線は、プランジャ２１が非磁性円筒部材３８に衝突する、すなわち、シャフト２２がプランジャ２１から放出される位置を示す。図７において、（ａ）のグラフは通電時間を短時間として消費電力を抑える通電方法の一例を示し、（ｂ）のグラフは相対的に重い可動部材の往復動の振幅を短時間の内に大きくする通電方法の一例を示す。なお、以下の説明は（ａ）と（ｂ）とのいずれの通電方法にも共通する。ささらに、図１乃至図３と図７との対応関係について説明する。グラフ上の動作開始時刻ｔ０は、可動部材２０が図１に示す位置、つまりコイル４１への通電前の位置に対応している。くわえて、グラフ上の点Ａ及び点Ｃは可動部材２０が図２に示す位置、点Ｂは可動部材２０が図３に示す位置、点Ｃは可動部材２０が図４に示す位置にそれぞれ対応している。

ところで、点Ａ及び点Ｃは、振幅０（ゼロ）の位置からわずかに－ｄ側に下降した位置となる。この点Ａ及び点Ｃの位置は、可動部材２０が共振して往復動している時の振幅範囲において、速度の最も早くなる部分であり、点Ａ及び点Ｃの位置に達したときにワーク７５に衝突させると最も大きな打撃力が得られる。したがって、ワーク７５に対して、打撃や、押印、切断、切削などの動作（出力）を最も効率よく作用させるためには、振幅０（ゼロ）の位置からわずかに－ｄ側に下降した位置が望ましいと言える。また、前述のように、シャフト２２は、プランジャ２１の停止後も単独で摺動しつづけ、最大で図４に示すところまで下降することが可能である。よって、シャフト２２が単独で摺動し続けて、図８（ｂ）に示すようにワーク７５に対して動作（出力）を及ぼし続ける。したがって、本発明の第１の実施の形態に係る打撃装置７０には、シャフト２２の振幅範囲がプランジャ２１の振幅範囲に限定されないという非常に大きな利点がある。また、シャフト２２とプランジャ２１とが常に一体的に摺動する構成とは異なり、可動部材２０の打撃力が最も有効に作用する、つまり最大の打撃力が得られる位置にソレノイド１０の推力のピークを設定できるので、ソレノイド１０の消費電力を比較的容易に低減できるという利点もある。

そして、ｔ０の振幅していない状態において、ｔ１だけコイル４１に通電すると、可動部材２０が先端側、グラフ上では下（マイナス）側に摺動して、可動部材２０が往復動を始める。次に、可動部材２０が往復動を１サイクル終える時刻の前後、つまりｔ２の時間だけコイル４１に通電すると、可動部材２０が加速されて往復動の振幅（ストローク長）が大きくなる。さらに、可動部材２０が２サイクル目の往復動を終える時刻の前後、つまりｔ３の時間だけ、あるいは、上述した下降している時間帯の全体においてコイル４１に通電する。なお、円板状打撃具６２は、ｔ３の時間においても図６（ｃ）の状態を保っている。可動部材２０が３サイクル目の往復動を終える時刻の前後、つまりｔ４の時間においてもコイル４１に通電する。ｔ４の時間だけコイル４１に通電すると、ソレノイド１０の可動部材２０に必要となる打撃力が得られるところまで加速される。なお、可動部材２０が下降している時間帯の全体に渡って通電することも可能である。また、制御部７７は、点Ｂに到達したとき、つまり図６（ｄ）の状態になったとき、あるいはその前後からロータリソレノイド７２を回動し始める。ｔＣにおいて、図６（ｅ）に示すように、先端側大径部２３の先端面２７が円板状打撃具６２に衝突する。シャフト２２は、図４に示すように、この衝突後も単独で摺動しつづけ、円板状打撃具６２を先端側蓋部材６０から突出させる。突出した円板状打撃具６２は、対象物に打撃を加える。このとき、ロータリソレノイド７２は下降しないので、滑り止めカバー７４と円板状打撃具６２とは離隔する。前述のように、ｔＣの時刻に到達する前に－ｄの位置の水平線を越えて下降しているので、ｔＣの時刻ではシャフト２２のみが摺動して衝突する。その後は、可動部材２０が上昇し、円板状打撃具６２も同時に上昇し、図６（ｆ）に示すように、滑り止めカバー７４と円板状打撃具６２とが再び接した状態になる。

以上のように、ｔ０からｔＣまでの時間において、コイル４１に通電された時間は４回であり、この４回の時間の合計はｔ０からｔＣの時間よりもかなり短い。したがって、通電前の静止状態から打撃力を得られるところまでごく短時間のうちに一気に加速する従来技術よりも電力消費を大幅に抑えることが可能となる。通電時間ｔ２、ｔ３及びｔ４は、位置センサ４０から信号受信部７６を介して得られた信号に基づいて可動部材２０が加速されて可動部材２０の往復動の周期を算出しているので、ソレノイド駆動部７９からの電力供給が可動部材２０の往復動に正確に同期したものとなる。なお、コイル４１への通電時間及び通電回数は適宜変更可能である。通電時間に関しては、可動部材２０が下降している間通電することができるが、－ｄの位置の水平線を越えて下降しているときにはプランジャ２１はシャフト２２を押し下げてはいないので、（可動部材２０の往復動の各サイクルにおける）実質的な最大通電時間は、可動部材２０の下降開始からプランジャ２１が非磁性円筒部材３８に当接するまでの時間となる。よって、通電時間は、この実質的な最大通電時間の範囲内で、かつ、必要となる打撃力や許容される打撃の時間間隔などを考慮して決定することになる。さらに、通電回数についても同様であり、必要となる打撃力や許容される打撃の時間間隔などを考慮して、例えば通電回数を２回などに設定する。

以上のように、本発明の第１の実施の形態に係る打撃装置のソレノイド１０は、可動部材２０の振幅が十分に大きくなったときに、先端側大径部２３の先端面２７が円板状打撃具６２に衝突し、円板状打撃具６２が下降して先端側蓋部材６０から突出することによって、対象物に打撃を加えることが可能にあるので、従来技術に係る打撃装置よりも使用電力を大幅に削減できる。また、可動部材２０の振幅が十部に大きくなったときのみに打撃を加える構成にしたので、常に適切な大きさの打撃力を加えることができる。また、シャフト２２がプランジャ２１から放出された状態で摺動するので、シャフト２２がプランジャ２１のストローク長を超えて往復動する、つまり円板状打撃具６２が遠くまで届くという利点もある。さらに、ロータリソレノイド７２によって円板状打撃具６２を回動させるので、打撃具が可動部材の先端部を当接しないところまで水平方向に移動させたり、下方に移動したりする構成に比べて、打撃具を配置するのに必要な空間を大幅に小さくすることができる。くわえて、基端側蓋部材５６とエンドキャップ５０との間隙に位置センサ４０を設けることによって、打撃時に発生する塵埃が位置センサ４０に付着することを防止でき、位置センサ４０として光学センサを採用することが容易になる。また、往復動している可動部材２０を最も加速しやすいタイミングで加速するので、可動部材２０を静止状態から打撃を与えるのに必要なところまで相対的に短時間のうちに加速することができる。さらに、ベース３８の貫通孔の内部に配置された基端部軸受によってシャフトを支持するので、可動部材２０を高速で安定的に摺動させることができると共に、繰り返し摺動させたときに発生する摩擦熱を低減することができる。

続けて、本発明の第２の実施の形態に係る打撃装置について説明する。図９は、本発明の第２の実施の形態に係る打撃装置の円板状打撃具及びその周辺部材を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）乃至（ｆ）は動作時における断面図である。図９において、８０は分割型回動打撃具、８１は第１の打撃具構成部材、８２は切り込み部、８３は第２の打撃具構成部材、８４は切り込み部、８５はロータリソレノイド、８６は回転シャフト、８７は滑り止めカバー、８８はロータリソレノイド、８９は回転シャフト、９０は滑り止めカバーであり、その他の符号は図１と同じものを示す。

本発明の第２の実施の形態に係る打撃装置のソレノイドは、ソレノイドの円板状打撃具６２に相当する部材を２つに分割している点に特徴がある。すなわち、分割型回動打撃具８０は、第１の打撃具構成部材８１と第２の打撃具構成部材８３とから構成されている。第１の打撃具構成部材８１と第２の打撃具構成部材８３とは、設置場所である先端側蓋部材６０や回転シャフト８６を共有している。一方、第１の打撃具構成部材８１にはロータリソレノイド８５の回転シャフト８６に付設された滑り止めカバー８７が接していると共に、第２の打撃具構成部材８３にはロータリソレノイド８８の回転シャフト８９に付設された滑り止めカバー９０が接しており、互いに独立して回動可能に構成されている。さらに、第１の打撃具構成部材８１と第２の打撃具構成部材８３とには、切り込み部８２と切り込み部８４とがそれぞれ形成されている。切り込み部８２と切り込み部８４とは、図９（ｃ）に示すように、シャフト２２の先端側大径部２３を当接すべきでない時間帯においは、円板状打撃具６２の凹陥部６３を構成するような角度に停止している。そして、先端側大径部２３の先端面２７を分割型回動打撃具８０に衝突させるときには、図９（ｄ）及び（ｅ）に示すように回転する。その後は、可動部材２０が上昇し、円板状打撃具６２も同時に上昇し、図６（ｆ）に示すように、滑り止めカバー７４と円板状打撃具６２とが再び接した状態になる。なお、その他の部材について、本発明の第２の実施の形態に係る打撃装置のソレノイド１０と同じ形状及び構造なので、説明は省略する。

本発明の第２の実施の形態に係る打撃装置のソレノイドは、分割型回動打撃具８０を第１の打撃具構成部材８１及び第２の打撃具構成部材８３から構成しているので、非常に短時間のうちに先端側大径部２３の先端面２７を衝突させられる状態になるという利点がある。なお、打撃具は、回転可能に配置できるものであれば、円柱状や角柱状であってもよい。また、円柱状や角柱状の打撃具の先端側に回転軸を設け、可動部材２０の往復動に応じて、基端部を回転中心として転倒させる、又は、起立させる構成にしてもよい。

本発明は以上に説明した内容に限定されるものではなく、例えば、打撃力をより大きくするために、シャフト２２を比重の大きい材料から形成し、基端側小径部２４と中空部２１ａにとの間に間隙を設けずに、プランジャ２１とシャフト２２とが常に一体的に摺動する構成にするなど、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限りにおいて種々の構成にすることが可能である。

１０ ソレノイド
１５ 打撃装置
２０ 可動部材
２１ プランジャ
２１ａ 中空部
２１ｂ 基端側端面
２１ｃ 先端側端面
２２ シャフト
２３ 先端側大径部
２４ 基端側小径部
２５ 基端部
２６ 係止用貫通孔
２７ 先端面
２８ 段差面
３０ ケース
３１ 中間部
３２ 基端側肉薄部
３３ 基端部
３４ 先端側肉薄部
３５ 先端部
３６ａ 基端側段差面
３６ｂ 基端部段差面
３６ｃ 先端側段差面
３６ｄ 先端部段差面
３７ 非磁性円筒部材
３８ ベース
３９ 補助磁極
４０ 位置センサ
４１ コイル
４２ コイルボビン
４３ 巻胴部
４４ａ 基端側フランジ部
４４ｂ 先端側フランジ部
４５ 吊り下げ用スプリング
４６ａ 基端側係止部
４６ｂ 先端側係止部
４７ 中間部軸受
４８ ストッパ
４９ 基端部軸受
５０ エンドキャップ
５１ 天板部
５２ 側板部
５３ フランジ部
５４ 係止用開口部
５５ 押し付け用スプリング
５６ 基端側蓋部材
５７ フランジ部
５８ 円筒状部
５９ スリーブ
６０ 先端側蓋部材
６１ 開口部
６２ 円板状打撃具
６３ 凹陥部
６４ 回転軸
６５ 回転軸受
６６ 第１のカバー部材
６７ａ 第１の開口部
６７ｂ 第２の開口部
６８ 第１の支柱
６９ 第１の支持用スプリング
７０ 第２のカバー部材
７１ 第２の支柱
７２ ロータリソレノイド
７３ 回転シャフト
７４ 滑り止めカバー
７５ 制御ユニット
７６ 信号受信部
７７ 制御部
７８ メモリ
７９ ソレノイド駆動部
８０ 分割型回動打撃具
８１ 第１の打撃具構成部材
８２ 切り込み部
８３ 第１の打撃具構成部材
８４ 切り込み部
８５ ロータリソレノイド
８６ 回転シャフト
８７ 滑り止めカバー
８８ ロータリソレノイド
８９ 回転シャフト
９０ 滑り止めカバー
１００ 打撃装置
１１０ 可動磁極
１１１ シャフト
１１２ 連結部
１１３ ピン
１１４ 前進用コイル
１１５ 後退用コイル
１１６ 円筒状本体
１１７ 側板
１１８ 側板
１１９ コッター
１２０ 打撃座

Claims (5)

1. 磁性材から形成されたケースと、
   一部又は全部が前記ケースの内部に配置されたベースと、
   前記ケースの内部に配置されたコイルと、
   前記コイルに通電したときに前記ベースに吸引されて摺動するように設けられたプランジャを備えている可動部材と、
   前記プランジャが前記ベースに吸引される方向とは逆方向に前記可動部材を付勢するように設けられた吊り下げ用スプリングと、
   前記可動部材の先端部の近傍に配置されると共に、前記可動部材の前記先端部に当接可能に設けられた打撃具と、
   前記可動部材の摺動時における位置を検出する位置センサと、
   前記位置センサからの信号を受信するように設けられた信号受信部と、
   前記コイルに電流を供給可能に設けられたソレノイド駆動部と、
   前記ソレノイド駆動部から前記コイルに所定時間電流を供給して停止している前記プランジャを摺動させた後、前記信号受信部が受信した信号に基づいて前記可動部材が共振するような時間間隔で前記ソレノイド駆動部から前記コイルに電流を繰り返し供給して、前記可動部材の振幅が次第に大きくなるように制御する制御部を有し、
   前記打撃具は、前記可動部材の前記先端部に当接可能な状態と当接不可能な状態との２つの状態に切り換え可能に設けられ、
   前記制御部は、前記可動部材の前記振幅が所定の大きさ以上になったと判断したときに、前記打撃具を前記可動部材の前記先端部に当接可能な状態になるように制御することを特徴とする打撃装置。
2. 前記ケースの内部に配置されると共に、前記打撃具を回動又は転倒させ、かつ、前記打撃具を回動又は転倒した状態から復帰させる衝突回避用ソレノイドをさらに有し、
   前記打撃具は、回動又は転倒したときに前記可動部材の前記先端部に当接不可能な状態となり、回動又は転倒した状態から復帰したときに前記可動部材の前記先端部に当接可能な状態となり、
   前記ソレノイド駆動部は、前記衝突回避用ソレノイドに電流を供給可能に設けられ、
   前記制御部は、前記コイルに１回目の電流を供給した後に前記ソレノイド駆動部から前記衝突回避用ソレノイドに電流を供給して前記打撃具を回動又は転倒させ、前記信号受信部が受信した信号に基づいて摺動している前記プランジャの中心軸の方向における位置を推定し、前記プランジャが前記中心軸の方向において前記ベースに最も接近したと推定されるときに、前記打撃具を回動又は転倒した状態から復帰させるように制御することを特徴とする請求項１に記載の打撃装置。
3. 前記可動部材は、シャフトをさらに備えると共に、該シャフトが前記プランジャの前記中心軸に沿って形成された貫通孔に挿入され、
   前記打撃具は、前記シャフトの先端部の近傍に配置され、
   前記位置センサは、前記シャフトの基端部の近傍に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の打撃装置。
4. 前記制御部は、前記信号受信部が受信した信号に基づいて摺動している前記プランジャの前記中心軸の方向における位置及び摺動方向を推定し、前記プランジャが前記中心軸の方向において前記ベースに最も接近したときの位置と最も離隔したときの位置との中間位置及びその近傍にあり、かつ、前記プランジャが前記ベースに接近しつつあると推定されるときに前記ソレノイド駆動部から前記コイルに電流を供給するように動作することを特徴とする請求項３に記載の打撃装置。
5. 前記ケースは、略円筒状に形成され、
   前記ベースは、前記ケースの先端側に圧入されると共に、中央に貫通孔が形成され、
   前記ベースの前記貫通孔の内部に配置された軸受をさらに有し、
   前記シャフトは、前記軸受によって摺動可能に支持されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の打撃装置。

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