(57)【要約】【課題】人間工学的観点から改善した打撃効率を可能にする打撃工具装置を得る。【解決手段】浮動ピストン１３を、打撃面２７と、励起ピストン１２に最接近する位置との間で周期的に移動させるための駆動部、を備える空気圧式打撃機構において、打撃機構５が打撃作動中に、打撃周波数ｆを有する場合、浮動ピストン１３の質量、空気圧空間の横断面積、空気圧空間の最大長さ、励起ピストン１２のストロークＨ、および反発係数ｑが、以下の不等式、すなわち2010173065.tif 000010を満たし、ただし、パラメータNの値が少なくとも４とし、ｐ０は外気圧力、κは空気圧空間内の気体の等エントロピー係数を表すものとすることにより、打撃エネルギーを増大する。【選択図】図４
2010173065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
打撃軸線（８）に沿って可動である浮動ピストン（１３）、
前記浮動ピストン（１３）の前記打撃軸線（８）に沿う打撃方向（９９）への移動を制限する打撃面（２７）、
前記浮動ピストン（１３）の前記打撃軸線（８）に沿う前記打撃方向（９９）と反対方向への移動を制限する励起ピストン（１２）、
前記浮動ピストン（１３）と前記励起ピストン（１２）との間の空気圧空間（１９）、および、
前記励起ピストン（１２）を、前記打撃軸線（８）に沿ってストローク（H）で周期的に移動させ、これにより前記浮動ピストン（１３）を、前記打撃面（２７）と、前記励起ピストン（１２）に最接近する位置との間で周期的に移動させるための駆動部（３）、
を備える空気圧式打撃機構において、
前記打撃機構が打撃作動中に、打撃周波数（ｆ）を有する場合、前記浮動ピストン（１３）の質量（ｍ２）、前記空気圧空間の横断面積（A）、前記空気圧空間の最大長さ（L）、前記励起ピストン（１２）のストローク（H）、および反発係数（q）が、以下の不等式、すなわち
【数１】
2010173065.tif 000009
を満たし、ただし  前記パラメータNの値を少なくとも４とし、ｐ０は外気圧力、κは空気圧空間（１９）内の気体の等エントロピー係数を表すものとしたことを特徴とした、空気圧式打撃機構。
【請求項２】
請求項１記載の空気圧式打撃機構において、前記最大長さ（Ｌ）対前記ストローク（H）のアスペクト比を１．５５よりも小さく選択したことを特徴とする空気圧式打撃機構。
【請求項３】
請求項１記載の空気圧式打撃機構において、前記浮動ピストン（１３）の前記質量（ｍ２）が４００ｇよりも大きい場合、前記アスペクト比は１．５５よりも小さく選択し、浮動ピストン（１３）の前記質量（ｍ２）が４００gよりも小さい場合、前記アスペクト比を１．４０よりも小さく選択したことを特徴とする空気圧式打撃機構。
【請求項４】
請求項１記載の空気圧式打撃機構において、前記打撃子の質量（ｍ１）対前記浮動ピストン（１３）の質量（ｍ２）の比ｍ１／ｍ２が、１．２よりも小さい場合、アスペクト比を１．４０よりも小さく選択することを特徴とする空気圧式打撃機構。
【請求項５】
請求項４記載の空気圧式打撃機構において、前記打撃子の質量（ｍ１）対前記浮動ピストン（１３）の質量（ｍ２）の比ｍ１／ｍ２が、１．２よりも大きい場合、前記反発係数（q）を０．２２と選択し、他の場合には、前記反発係数（q）は０．１２と選択することを特徴とする空気圧式打撃機構。
【請求項６】
請求項４または５記載の空気圧式打撃機構において、前記パラメータNを５よりも大きく選択したことを特徴とする空気圧式打撃機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具装置、特に手工具装置、例えばチゼルハンマーのための、空気圧式打撃機構、特に電動の空気圧式打撃機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１（欧州特許出願公開第１７７９９８０号）には、空気圧式打撃機構を備えた電気駆動のチゼルハンマーが記載されており、その図６に示される打撃機構５０１の概略図を、本明細書では図１として示す。
【０００３】
ガイド管５３０内には、励起ピストン５２０と工具５９９の端部との間に浮動ピストン５６９を設ける。浮動ピストン５６９および励起ピストン５２０は、ガイド管の壁と気密に接して、浮動ピストン５６９と励起ピストン５２０との間に気密の閉じた空間５８０を生ずる。以下、この空間５８０を、空気圧空間５８０と称する。
【０００４】
励起ピストン５２０は偏心駆動部５２２，５２３，５３１により駆動し、ガイド管５３０内を周期的に往復移動する。浮動ピストン５６９もまた、空気圧空間５８０を介して励起ピストン５２０に結合しているため、励起ピストン５２０と工具５９９の端部との間で周期的に移動する。
【０００５】
図２には、励起ピストン５２０および浮動ピストン５６９の時間ｔの関数としての変位経過を示す。この変位経過は、例えば特許文献１の図１３Aにも示される。縦軸ｘは、励起ピストンが工具５９９から最も遠く離れている場合の位置までの間隔を示す。励起ピストン５２０が、最高速度で工具５９９の方向に（小さいｘ値に向かって）移動するとき、励起ピストン５２０および浮動ピストン５６９は互いに近接する。このとき、空気圧空間５８０は強く圧縮され、続いて浮動ピストン５６９を工具５９９の方向に加速する。その後、浮動ピストン５６９は、緩衝されずに工具５９９の端部を打撃する。このとき、浮動ピストン５６９の運動エネルギーの一部は、工具に伝えられる。重い打撃体との部分弾性衝突する場合のように、浮動ピストン５６９は、その移動方向を逆転し、減速して励起ピストン５２０の方向に移動する。励起ピストン５２０のストロークＨ、励起ピストン５２０の角速度、および、空気圧空間５８０の最大長さａは、浮動ピストン５６９の移動が、図示のように、励起ピストン５２０により共振するように互いに調整する。
【０００６】
チゼル（削岩）ハンマーの消費電力を増やすことなく、チゼルハンマーの打撃作用をさらに高めることが求められる。チゼルハンマーの打撃作用は、実質的に、打撃の際に加工材に放出するエネルギーとして生じる。消費電力は、打撃あたり放出されるエネルギーと打撃周波数（頻度）との積として生じる。したがって、打撃周波数（頻度）は下げなければならない。
【０００７】
打撃あたり放出されるエネルギーは、浮動ピストン５６９が衝突まで保持する運動エネルギーに依存する。加速動作は、ガイド管５３０内で加速する励起ピストンによって達成される。励起ピストン５２０の速度は、励起ピストン５２０の角速度とストロークＨとによって決定される。角速度が増加することは、打撃周波数（頻度）が増すことから好ましくはないが、これにより励起ピストン５２０のストロークＨは高まり得る。ただし、浮動ピストン５６９の共振励起を保証するためには、空気圧空間５８０の最大長さａを長くし、よって打撃機構をより長く構成する必要がある。
【０００８】
しかし、使用者が、チゼルハンマーを作動中に人間工学的に把持することができるようにするには、チゼルハンマーの寸法、つまり打撃機構の寸法を制限しなければならない。
【０００９】
浮動ピストン５６９の運動エネルギーは、その質量を増やすことでも得られるが、そうすれば、浮動ピストン５６９が励起ピストン５２０により加速する際に、使用者に大きな反動が加わる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１７７９９８０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明の課題は、人間工学的観点から改善した打撃効率を可能にする打撃工具装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
空気圧式打撃機構は、打撃軸線に沿って可動である浮動ピストン、浮動ピストンの打撃軸線に沿う打撃方向への移動を制限する打撃面、浮動ピストンの打撃軸線に沿う打撃方向と反対方向への移動を制限する励起ピストン、浮動ピストンと励起ピストンとの間の空気圧空間、および、励起ピストンを、打撃軸線に沿ってストロークで周期的に移動させ、これにより浮動ピストンを、打撃面と、励起ピストンに最接近する位置との間で周期的に移動させるための駆動部、を備える。このとき、打撃機構が打撃作動中に、打撃周波数を有する場合、浮動ピストンの質量、空気圧空間の横断面積、空気圧空間の最大長さ、励起ピストンのストローク、および反発係数が、以下の不等式、すなわち、
【数１】
2010173065.tif 000003
を満たし、ただし、
パラメータNの値を少なくとも４とし、ｐ０は外気圧力、κは空気圧空間内の気体の等エントロピー係数を表すものとする。
【００１３】
励起ピストンを工具ホルダから離れた位置に、浮動ピストンを打撃面に隣接するように取り付けた場合、空気圧空間の最大長さは、励起ピストンの浮動ピストンに対する間隔である。最大長さは、打撃機構の設計および特性に大きく影響する。通常、空気圧空間が作動中に最大長さを取ることは無い。
【００１４】
反発係数qは、浮動ピストンにおける衝突後速度の衝突前速度に対する速度比を表す。反発係数は、実質的に、浮動ピストンおよび打撃体の質量・形状によってのみ決まる。
【００１５】
打撃機構内での浮動ピストンの移動は、励起ピストンとの最接近位置から打撃まで移動する第１フェーズと、打撃位置から、次の励起ピストンとの最接近位置まで移動する第２フェーズとから構成される。第１フェーズおよび第２フェーズの双方が、励起ピストンの移動時間内に完了する。浮動ピストン、短時間静止するまで制動をかけることで、第２フェーズは長くなり、第１フェーズは短くなる。浮動ピストンは、最接近位置から打撃位置までの間隔を短時間、すなわち早い速度で移動する。
【００１６】
ストロークの寸法と空気圧空間の最大長さを適切に選択すると、浮動ピストンには、第２フェーズ中に制動がかかる。第２フェーズの最初において、励起ピストンが打撃後にさらに打撃方向に移動し、また浮動ピストンが励起ピストンよりも早く打撃方向と反対方向に移動するため、空気圧空間は圧縮される。このとき、空気圧空間内の圧力が高まり、浮動ピストンに制動がかかる。空気圧空間の容積が小さいほど、またはその後に起こる励起ピストンの打撃面方向へのストローク移動が大きいほど、圧力上昇は大きくなる。
【００１７】
実際の打撃機構および数値シミュレーションにより、浮動ピストンの質量、空気圧空間の直径、および作動中の打撃周波数（頻度）に関するパラメータを代表的な値にする場合、上述のアスペクト比１．５５により、第２フェーズ中に浮動ピストンが緩慢に移動するため、打撃エネルギーが増加することが判明した。
【００１８】
従属請求項には、打撃機構の実施形態を記載する。
【００１９】
一実施形態において、ストロークは、空気圧室の最大長さとの関係において、浮動ピストンが、打撃面と、次に励起ピストンへの最接近するまでの移動において、少なくとも１回移動方向を変えるように選択する。このためには、好適には、アスペクト比を１．５０よりも小さくする。第２フェーズ中に移動方向を転向することで、浮動ピストンが周期的移動にて進む移動距離が長くなる。上述の周期的移動（往復移動）に必要とされる時間の条件を考慮しても、第１フェーズ中の浮動ピストンの速度は速い。
【００２０】
一実施形態において、ストロークは、空気圧空間の最大長さとの関係において、浮動ピストンが、励起ピストンへの最接近を連続して２回する間に、少なくとも２回打撃面に接するように選択する。このためには、好適には、アスペクト比を１．４０よりも小さくする。
【００２１】
２回目の打撃により移動方向が逆転すると、第２フェーズの終わりに浮動ピストンの速度が速くなる。このため、浮動ピストンは、励起ピストンにかなり接近することになり、空気圧空間により、その後、打撃面方向へ大きく加速する。
【００２２】
一実施形態において、浮動ピストンの質量が４００gよりも大きい場合、アスペクト比は１．５５よりも小さく選択し、浮動ピストンの質量が４００gよりも小さい場合、アスペクト比を１．４０よりも小さく選択する。
【００２３】
一実施形態において、打撃子質量対浮動ピストン質量の比が１．２よりも小さい場合、アスペクト比を１．４０よりも小さく選択する。
【００２４】
以下、図面につき本発明の例示的な実施形態を詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】既知の打撃機構の縦断面図である。
【図２】既知の打撃機構における浮動ピストンの変位経過である。
【図３】打撃手工具装置の一実施形態における説明図である。
【図４】打撃機構の一実施形態における縦断面図である。
【図５】打撃機構の既知のパラメータに基づく浮動ピストンの変位経過である。
【図６】打撃機構の一実施形態における浮動ピストンの変位経過である。
【図７】打撃機構を備える他の手工具装置である。
【図８】打撃機構を備える他の手工具装置である。
【図９】打撃機構を備える他の手工具装置である。
【００２６】
各図中、明示されない限り、同一または機能的に等価な素子は、同一符号で示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図３は打撃手工具装置の一実施例としての電気駆動の空気圧式チゼルハンマー１を示す概略図である。他の図示しない実施例としては、ドリルハンマー、コンビハンマーが挙げられる。
【００２８】
装置ハウジング２内には、主駆動部３、駆動軸４、および打撃機構５を有する駆動系統を配設する。主駆動部３と駆動軸４との間の駆動伝達を、伝動装置７により切り替える。好適には、主駆動部３は、電気モータ、例えばユニバーサルモータまたはブラシレスモータとする。駆動軸４は、１Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲、例えば１０Ｈｚ〜６０Ｈｚの範囲における回転数で回転させる。駆動軸４の回転運動を、打撃機構５によって、打撃軸線８に沿う周期的な打撃運動に変換する。工具ホルダ９に把持される工具は、打撃軸線８に沿う周期的な打撃により、チゼルハンマー１から打撃方向９９に駆動される。チゼルハンマー１を加工材に押し付けることで、工具は、打撃方向９９とは反対方向にチゼルハンマー１内に戻される。
【００２９】
図４に示すのは、打撃機構５の構造の一例である。
【００３０】
打撃機構５には、打撃軸線８に沿って可動である励起ピストン１２および浮動ピストン１３を設ける。図示の実施形態において、励起ピストン１２および浮動ピストン１３を、ガイド管１０の壁１１内を案内する。
【００３１】
ガイド管１０の工具側の端部において、打撃子ガイド２１内には打撃子２０を配設する。打撃子２０の工具側端部２２は、工具ホルダ９に把持される工具８と接する。打撃子２０の工具と反対側の端部２３は、打撃子ガイド２１からガイド管１０の内部空間内に突入する。打撃作動の際に、打撃子２０は、打撃子ガイド２１の工具と反対側の端部２４に当接する。この位置において、打撃子２０の工具と反対側の端部２３は、打撃機構５の打撃面２７の位置を画定する.
【００３２】
上述のように、打撃子２０は、中間子として、打撃機構５における浮動ピストン１３と工具８との間に設けることができる。これにより、特に、装着する工具８の質量に左右されることなく打撃機構５を設計することが可能となる。このために、打撃子２０は、工具８の典型的な質量よりも格段に重いものを選択することができる。
【００３３】
他の実施形態では、打撃子２０は設けず、浮動ピストン１３に、工具８の端面を直接打撃させる。この場合、端面は、打撃面２７を構成する。工具８は、工具ホルダ９内で、できるだけ打撃機構５の方向に後退した状態に配置する。この位置において、工具８は打撃面を画定する。
【００３４】
励起ピストン１２は、駆動軸４により、打撃軸線１４に沿って起こる周期的な移動をする。駆動軸４はその回転軸線３０の周りを回転し、この際、回転軸線３０に偏心させて取り付けたクランクピン３１を動かす。このクランクピン３１は、ロッド３２により励起ピストン１２と連結する。励起ピストン１２のストロークＨは、励起ピストン１２が打撃面２７に最も近い場合の位置と、最も遠い場合の位置との間隔として定義される。励起ピストン１２のストロークＨは、回転軸線３０からクランクピン３１までの間隔（クランク半径）３３により予め決定可能なものであり、これは、クランクピン３１のクランク半径３３のほぼ２倍に相当する。励起ピストン１２の移動は周期的であり、偏心駆動部４の設計に基づいて、この運動は正弦曲線、または正弦曲線に近似した形状を描く。
【００３５】
励起ピストン１２および浮動ピストン１３は、これらの間にある気密の閉じた空間、即ち空気圧空間１９を画定する。空気圧空間１９の横断面積Aは、浮動ピストン１３および励起ピストン１２の横断面積にほぼ等しい。気密封止は、例えばシールリング１５，１６により達成される。励起ピストン１２が打撃面２７まで最大距離をとって浮動ピストン１３の打撃面２７に隣接する際に、空気圧空間１９は、最大長さLを有する。
【００３６】
次に、浮動ピストン１３の変位経過の簡単なモデルを、従来の打撃機構と本発明打撃機構５の実施形態による例に基づき詳述する。このモデルは、打撃機構５のパラメータを見出すためのものものであり、このモデルにおいて、浮動ピストン１３は、打撃面２７に対する打撃と、その後に生ずる打撃の励起ピストン１２までの最小間隔との間で、少なくとも静止するまで制動されるか、またはその移動方向を転向する。
【００３７】
図５には、従来の長い打撃機構における、時間ｔの関数とした浮動ピストン１３の変位経過１００を示す。変位経過１００は、アド−イニチオ（ad-initio）シミュレーションにより生成される。打撃機構のパラメータは、打撃周波数（頻度）ｆ＝１４．５Ｈｚ、打撃子の質量ｍ１＝２．１１９ｋｇ、浮動ピストンの質量ｍ２＝１．２４８ｋｇ、ストロークＨ＝０．０９４ｍ；空気圧空間の最大長さＬ＝０．２０４ｍ、空気圧空間の横断面積Ａ＝０．００３４ｍ2、反発係数ｑ＝０．２５、とする。励起ピストン１２の変位経過１０１も同様に示す。図６には、本発明の一実施形態における短い打撃機構５の浮動ピストン１３の変位経過２００を示す。図５のパラメータと唯一異なるのは、空気圧空間の最大長さLであり、L＝０．１３９ｍとする。
【００３８】
長い打撃機構の変位経過１００は、変位経過１００の転向点１０４，１０５により２つのフェーズ１０２，１０３に分けられる。第１転向点１０４は、浮動ピストン１３から励起ピストン１２までの間隔が最小となる際に現れる。第２転向点１０５は、浮動ピストン１３の打撃面２７に対する打撃の際に現れる。
【００３９】
第１転向点１０４付近の変位経過は、浮動ピストン１３が移動する励起ピストン１２との衝突として説明できる。励起ピストン１２は駆動部に固定的に連結されているため、励起ピストン１２の有効質量は無限大と見なされる。典型的な共振励起において、第１転向点１０４は、励起ピストン１２の最大速度と一致する。したがって、第１転向点１０４後における浮動ピストン１３の速度ｖ１は、ほぼ、次式で表され、ｖ3は、第１転向点１０４前の速度を表す。
【数２】
2010173065.tif 000004
【００４０】
浮動ピストン１３が打撃子２０または工具と衝突する際、浮動ピストン１３の衝突後の速度ｖ２は、衝突前の速度ｖ１よりも小さい。これは、浮動ピストン１２の運動エネルギーの一部が、打撃子２０に伝達されるためである。速度ｖ２/ｖ１の速度比ｋ（反発係数ｑ）は、浮動ピストン１３の質量ｍ２、打撃子２０の質量ｍ１、および打撃要素の形状因子ｅにより、次式のように予め決定される。
【数３】
2010173065.tif 000005
形状因子ｅの値は、０〜１の範囲における値、詳しくは、短く構成された打撃要素においては１に近い値、比較的長く構成された打撃要素においては０に近い値とする。速度比ｋ（反発係数ｑ）の値は、例えば０．０５〜０．３５である。例えば、打撃子の質量（ｍ１）対浮動ピストン（１３）の質量（ｍ２）の比率ｍ１／ｍ２が１．２よりも大きい場合、反発係数（ｑ）は例えば０．２２としてもよく、他の場合には、反発係数（ｑ）は０．１２としてもよい。
【００４１】
第１フェーズ１０２および第２フェーズ１０３中に、空気圧空間１９の容積Ｖは変化する。これに従って、空気圧空間１９内の圧力ｐも変化する。外気圧（約１ｂａｒ）と空気圧空間１９内の圧力ｐとの圧力差に起因する力が浮動ピストン１３に付加される。これにしたがって、浮動ピストン１３は、双方の転向点１０４，１０５間で加速し、その速度ｖ１，ｖ２が上昇または低下する。
【００４２】
圧力ｐは、断熱特性曲線により見積もることができ、ここで、（ｐ・Ｖ）κは一定であり、κ（カッパ）は比熱比（予想圧力領域が０．５〜１０ｂａｒである空気においては約１．４）を、Ｖは空気圧空間１９の容積を表す。空気圧空間１９内の圧力ｐが外気圧の通常圧力ｐ０（約１ｂａｒ）にほぼ相当する場合の平均容積Ｖ０は、空気圧空間１９の最大長さの半分に相応する、つまり浮動ピストン１３から励起ピストン１２までの間隔ｘは、ｘ＝Ｌ／２で表されることが理解される。
【００４３】
長い打撃機構では、空気圧空間の容積は、第１および第２フェーズ１０２，１０３で、容積Ｖ０と比較してごく僅かに変化する。これは、部分的には、最大長さＬと比較してストロークＨが短いことに起因する。それゆえ、外気圧ｐ０から最小限相違するのみであり、浮動ピストン１３には僅かな力のみが付加する。長い打撃機構における、空気圧空間１９の浮動ピストン１３の運動への影響は、無視できるものである。第１フェーズ１０２中は速度ｖ１に、第２フェーズ１０３中は速度ｖ２に、ほぼ一定に保たれる。
【００４４】
同様に、浮動ピストン１３および励起ピストン１２は、第１転向点１４に対して接するが、打撃面２７から間隔ｘ＝Ｌ−（1/2）Ｈ＋ｂ離れて接する。ただし、ｂは、浮動ピストン１３の長さとする。一周期、つまり時間ｆ−１内において、浮動ピストン１３が、距離Ｌ−（1/2）Ｈを、一回は第１速度ｖ１で、他の一回は第２速度ｖ２で移動するという極限条件下では、第１速度は次式で表される。すなわち、
【数４】
2010173065.tif 000006
【００４５】
短い打撃機構５においてもまた、変位経過２００は転向点２０４，２０５の双方を有し、これらは、励起ピストン１３への最接近、およびこれに続く打撃面２７に対する打撃として現れる。
【００４６】
第１フェーズ２０２中、浮動ピストン１３は、長い打撃機構における場合と同様に第１転向点２０４から第２転向点２０５まで移動する。速度ｖ１は、ほぼ一定であり、およそｖ１＝２π・H・ｆ＋ｖ３と表せる。ここで、ｖ３は、第１転向点２０４直前の速度を表す。速度ｖ３＝２ｆ・（α−(1/2)Ｈ）の見積もりに関しては、打撃面２７から第１転向点２０４までの移動が、およそ半周期（(1/2)ｆ−１）に起こることが分かる。
【００４７】
一方、短い打撃機構５の第２フェーズ２０３は、長い打撃機構の第２フェーズ１０３とは異なる態様を示す。浮動ピストン１３の速度は０にまで制動され、図示の実施形態においては、浮動ピストン１３の移動方向が逆転する。制動するよう作用する力は、浮動ピストン１３と励起ピストン１２との空気圧空間１９を介した強い結合により生じる。
【００４８】
続いて、第２転向点２０５後の浮動ピストン１３の速度ｖ２が、少なくとも０にまで制動されるような打撃機構５のパラメータを考察する。
【００４９】
制動力は、空気圧空間１９の横断面積Aに作用する、空気圧空間１９の外気圧に対する超過圧（ｐ−ｐ０）から生じる。浮動ピストン１３が励起ピストン１２方向に移動することで、空気圧空間１９の容積Vは減少し、これに伴い超過圧（ｐ−ｐ０）が高まる。この圧力変化は、断熱変化特性曲線ｐ・Ｖκ＝ｐ０・Ｖ０κに基づいて決定され得る。
【００５０】
典型的には、制動は、第２転向点２０５後の周期（T＝(1/4)ｆ−１）の１／４以内に起こる。この時間Tの期間中、励起ピストン１２はゆっくりと動く。空気圧空間１９内の圧力変化は、時間Tの期間中、浮動ピストン１３の移動に左右される。時間Tの後、励起ピストン１２は、浮動ピストン１３の速度ｖ２よりも明らかに早い速度に達する。相対間隔は急速に大きくなり、すぐに(1/2)Lよりも大きくなる、このため浮動ピストン１３は再び励起ピストン１２の方向に加速する。
【００５１】
時間Tの期間中、励起ピストン１２の位置ｘ１は、ほぼ一定に、打撃面２７に対して取り得る最小間隔（ｘ１＝L−H）と同じく、定数に近似すると推測される。時間Tの期間中における空気圧空間Vの容積は、V＝A(L−H−ｖ２・ｔ）と表すことができ、このとき速度ｖ２は、容積Vの算出において一定とされる。
【００５２】
時間Tにわたる制動力の積分が、第２転向点２０４後の浮動ピストン１３の運動量（力積）、つまりv2・ｍ２ が次式を満たすとき、浮動ピストン１３は停止する。すなわち、
【数５】
2010173065.tif 000007
【００５３】
上述の関係および、時間あたり一次まで展開すると、T=(Nｆ)−１とした場合、次式となる。すなわち、
【数６】
2010173065.tif 000008
この不等式から分かるのは、横断面積A、ストロークH、の増大、および/または、浮動ピストン１３の質量ｍ２、空気圧空間１９の最大長さL、打撃周波数（頻度）ｆの減少は、打撃機構５を、浮動ピストン１３の移動が静止状態になるまで制動しようとする傾向にある。
【００５４】
制動は、周期の１／４、すなわちT＝(1/4)ｆ−１内で生ずるという仮定すると、パラメータNは、好適には４より大きいものとする。
【００５５】
実施に際しては、打撃周波数（頻度）ｆおよび浮動ピストン１３の質量ｍ２の選択は、狭い範囲で課するものとする。空気圧空間１９の横断面積Aは、浮動ピストン１３の形状および打撃特性と厳密に相関させる。しかし、他の外的条件により、空気圧空間１９の最大長さLおよび励起ピストン１３のストロークＨを広く自由に選択することができる。
【００５６】
質量ｍ２が４００ｇより大きい浮動ピストン１３を備えた重量のある打撃機構５に関しては、そのほかの点においては典型的な、例えば大きい反発係数（ｑ＞０．２）などのパラメータは、例えば最大長さL対ストロークＨの比をL／H＜１．５５となるように選択すると好適であり、質量ｍ２が４００ｇよりも小さい軽量の打撃機構５の場合、上述の比はL／H＜１．４０となるように選択すると好適である。
【００５７】
打撃機構５は、好適には、第１転向点２０４と励起ピストン１２の最高速度とが一致する、即ち、各時点における差が周期長さ（T=ｆ−１）の２％よりも小さくなると、共振励起される。
【００５８】
共振励起に際しては、シミュレーションおよびプロトタイプの調査に裏付けされ、完全な制動は、第１転向点２０４後の時間T０＝(3/8)ｆ−１内に起こることが示されている。時間T０の経過後、励起ピストンの速度はその最高値の７０%にまで高まり、これにより、制動作用を行う超過圧力の加速作用を行う負圧への急激な減少を生ずる。
【００５９】
励起ピストン１２は、打撃面２７までの移動に、約、(1/8)ｆ−１から(1/4)ｆ−１の時間を必要とする。制動による制止は、(1/8)ｆ−１から(1/4)ｆ−１までの時間内に起こるため、Nの値は、少なくとも４、好適には６または８とする。共振励起のためには、打撃機構５のパラメータは、選択されたNと共に、上述の不等式に従って選定することができる。
【００６０】
さらに他の実施形態において、打撃機構５のパラメータは、打撃機構５内の浮動ピストン１３が、第２転向点２０５の後で、浮動ピストン１３が第１転向点２０４まで浮動する前に、さらにもう一回打撃面２７に接触する（点２０６）ように選択することができる。また、浮動ピストン１３の変位経過を長くすることで、打撃周波数（頻度）ｆを維持しながら速度を高めることが出来る。
【００６１】
浮動ピストン１３が打撃面２７まで戻されるためには、制動による抑制は制止するまで早期に行わなければならない。その後、浮動ピストンを打撃面２７の方向に加速させるためには、十分長い時間にわたり、空気圧空間１９内の超過圧は優勢でなければならない。た、これは、(2/6)ｆ−１より小さい時間T０で達成されることが研究から判明している。励起ピストン１２の速度は、時間T０内には、その最大速度の５０％にしか達しない。打撃機構５は、上記の不等式に沿って設計し、Nは５より大きく、好適には、８または１０よりも大きく選択するものとする。パラメータNは、浮動ピストンの周期的移動（往復移動）中に2回目の打撃を行うために、８よりも大きく選択してもよい。
【００６２】
打撃機構の素子の配置は、多様な方法で成し得る。図７〜図９に示すのは、他の実施形態である。図４に示す打撃機構の設計に関して上述した規則や規定は、これらの打撃機構タイプに適用可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１  チゼルハンマー
２  装置ハウジング
３  主駆動部
４  駆動軸
５  打撃機構
７  伝動装置
８  打撃軸線
９  工具ホルダ
１０  ガイド管
１１  壁
１２  励起ピストン
１３  浮動ピストン
１９  空気圧空間
２０  打撃子
２１  打撃子ガイド
２３  端部
２４  端部
２７  打撃面
３０  回転軸線
３１  クランクピン
３２  ロッド
９９  打撃方向
１００  浮動ピストンの変位経過
１０１  励起ピストンの変位経過
１０２  フェーズ
１０３  フェーズ
１０４  第１転向点
１０５  第２転向点
２００  浮動ピストンの変位経過
５２０  励起ピストン
５２２  偏心駆動部
５２３  偏心駆動部
５３０  ガイド管
５３１  偏心駆動部
５６９  浮動ピストン
５８０  空気圧空間
５９９  工具５９９
Ａ  横断面積
Ｈ  ストローク
Ｌ  最大長さ
ｔ  時間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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