(57)【要約】【課題】携帯可能でバッテリ駆動式であり、従来技術の短所を克服する、固定具用の改良された工具を提供すること。【解決手段】本発明は、固定具用の電動工具に関し、該電動工具は、ドライバ（１３）が接続された移動シャトル（１０）と、前記シャトル（１０）と連係する少なくとも２つの電磁ヨーク組立体（８、９）を有するアクチュエータモータと、制御ユニットと、を備え、前記シャトル（１０）は、前記ヨーク組立体（８、９）に対して変位するように構成され、各ヨーク組立体（８、９）は、前記シャトル（１０）を通過する磁場を生成するように構成された電気コイル（１５）を有し、前記制御ユニットは、前記コイル（１５）の電流を制御し、磁場を生成して、前記シャトル（１０）を変位させるための力を生成する。本発明によれば、前記ヨーク組立体（８、９）は、前記シャトル（１０）の移動方向に対して略垂直に向いた磁場を生成するように構成されている。【選択図】図２Ａ
2008502491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライバ（１３）が接続された移動シャトル（１０）と、
前記シャトル（１０）と連係する少なくとも２つの電磁ヨーク組立体（８、９）を有するアクチュエータモータと、
制御ユニットと、
を備える固定具用の電動工具であって、
前記シャトル（１０）は、前記ヨーク組立体（８、９）に対して変位するように構成され、
各ヨーク組立体（８、９）は、前記シャトル（１０）を通過する磁場を生成するように構成された電気コイル（１５）を有し、
前記制御ユニットは、前記コイル（１５）の電流を制御し、磁場を生成して、前記シャトル（１０）を変位させるための力を生成し、
前記ヨーク組立体（８、９）は、前記シャトル（１０）の移動方向に対して略垂直に向いた磁場を生成するように構成されることを特徴とする電動工具。
【請求項２】
請求項１記載の電動工具において、前記シャトル（１０）は、離間した複数の鉄心（１２）を備えることを特徴とする電動工具。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれか１項に記載の電動工具において、前記シャトル（１０）は、全ての前記ヨーク組立体（８、９）の磁極面（１９）の間内で移動するように構成されることを特徴とする電動工具。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動工具において、前記シャトル（１０）は、前記鉄心（１２）と前記ヨーク組立体の前記磁極面（１９）との間に所定のエアギャップを維持するために、支持システムによってガイドされるように構成されることを特徴する電動工具。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動工具において、前記シャトルには、前記固定具の頭部又は頂上部を打撃して土台に打ち込むために、前記シャトルの一端にドライバピン（１３）が取り付けられることを特徴とする電動工具。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動工具において、前記シャトル（１０）はバネ（１４）を有し、前記バネ（１４）の少なくとも一部は前記シャトル（１０）の内部に配置され、前記バネ（１４）は、前記シャトル（１０）の戻り運動の運動エネルギを吸収することを特徴とする電動工具。
【請求項７】
請求項６記載の電動工具において、前記シャトルは、戻り運動を行って、前記バネ（１４）を圧縮し、且つ前記バネの力と前記モータからの磁気の力の両方の力によって前進運動を行うように構成されていることを特徴とする電動工具。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電動工具において、前記シャトルは、戻り及び前進運動を複数回行い、シャトル動作ごとに前記固定具をある程度打撃するように構成されることを特徴とする電動工具。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の電動工具において、前記電動工具は、センサ装置を備え、前記センサ装置は、前記シャトル（１０）の位置を検知し、且つ前記制御ユニットへ前記位置に関する情報を送ることを特徴とする電動工具。
【請求項１０】
請求項９記載の電動工具おいて、前記制御ユニットは、マイクロコンピュータの形態であり、前記マイクロコンピュータは、前記センサからの前記情報を処理して、前記ヨーク組立体（１６）の前記コイル（１５）に電流を流し、前記磁場を生成して、前記シャトルを前進運動させるための力を発生させることを特徴とする電動工具。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電動工具において、前記制御ユニットは、各磁気ヨーク組立体（８）及び（９）に対する通電タイミングを判断し、打撃回数を把握し、打撃前に固定具が適切な位置にあるかどうかを判断することを特徴とする電動工具。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電動工具において、前記電動工具は、前記ヨーク組立体（１６）上の前記コイル（１５）に電力を供給するバッテリ（１）を備えることを特徴とする電動工具。
【請求項１３】
請求項１２記載の電動工具において、前記バッテリは、別体の充電装置で再充電可能であり、充電された新しいバッテリと交換可能であることを特徴とする電動工具。
【請求項１４】
請求項１２又は１３のいずれか１項に記載の電動工具において、前記電動工具は、センサを備え、前記センサは、前記バッテリ（１）を新しいもの又は再充電したものと交換すべき時期までに、前記バッテリ（１）のエネルギ残量を使用者に対して知らせることを特徴とする電動工具。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の電動工具において、前記電動工具は、釘、鋲又はステープルのような固定具用の供給カセット（５）を備え、前記供給カセット（５）は、前記釘、鋲又はステープルがガイドされながら土台に打ち込まれるために、１個の釘、鋲又はステープルを、前記発射レール（６）内における、前記シャトル（１０）に取り付けられた前記ドライバ（１３）の前方の適所に移動することを特徴とする電動工具。
【請求項１６】
請求項１記載の電動工具において、前記シャトル（１０´）は、前記シャトルの長手方向に沿って配置された複数の永久磁石を備えることを特徴とする電動工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定具用の電動工具に関し、該電動工具は、ドライバが接続された移動シャトルと、該シャトルと連係する少なくとも２つの電磁ヨーク組立体を有するアクチュエータモータと、制御ユニットと、を備え、該シャトルは、該ヨーク組立体に対して変位するように構成され、各ヨーク組立体は、該シャトルを通過する磁場を生成するように構成された電気コイルを有し、該制御ユニットは、該コイルの電流を制御し、磁場を生成して、前記シャトルを変位させるための力を生成する。
【背景技術】
【０００２】
様々な種類の木材やその他の柔らかい材質の部品を取り付ける際には、釘、鋲（ｔａｃｋ）やステープル（ｓｔａｐｌｅ）が用いられる。ここでは、釘、鋲やステープルは適した止め具として用いられている。釘、鋲やステープルを土台に打ち込むには、ハンマを用いることが可能である。産業上の利用に際しては、鋲打ち機（ｔａｃｋｅｒ）やステープル打ち機（ｓｔａｐｌｅ  ｔｏｏｌ）を用いて、上述の止め具が打ち込まれる。
【０００３】
通常、鋲打ち機やステープル打ち機では、駆動媒体として圧縮空気が用いられる。圧縮空気は、空気を圧縮するためのコンプレッサ及び圧縮空気用の供給システムが必要となるため、通常は、製造施設内でのみ利用可能である。供給システムは、一般に鋼管で構成され、該管の端部には、空気清浄機及び固定接続アダプタ（ｆａｓｔ  ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  ａｄａｐｔｅｒ）を有する減圧弁が設けられる。
【０００４】
通常、鋲打ち機やステープル打ち機は手持ち式の工具であり、そのため、工具と供給システムの端部における接続点との間にゴムのホースが必要となる。
【０００５】
圧縮空気を使用する工具の利点としては、工具が小さく且つ軽いことが挙げられる。短所としては、それらの工具は圧縮空気が必要であり、且つ圧縮空気のある場所が多くはないということが挙げられる。大抵は、製造工場内に限られている。鋲打ち機やステープル打ち機が手持ち式である場合は、使用者が自由に動き回れるようにするため、工具と接続点との間に長く且つ大きくて扱いにくいホースが必要となる。
【０００６】
上述の短所を解消するため、種々の解決法が特許化されている。それらの中には、電気を用いることにより、電動モータを駆動させてバネを伸張させたり（米国特許第５，５０３，３１９号）、フライホイールを加速させたり（米国特許第５，５１１，７１５号）、バネを有する１つ又は２つの電気コイルに電圧を加えたり（米国特許第４，６１８，０８７号）する工具がある。これらのアイデアでは、電力を使用するため、装置は電気コードを介して壁のコンセントに接続される。その他のアイデアとしては、一種のガスを用いて燃焼装置を駆動させるコードレス式のものもある（米国特許第５，７２０，４２３号）。
【０００７】
バッテリ式の工具も知られている。そのような工具では、バッテリにより電動モータを駆動して、フライホイールを加速する。該フライホイールが十分なエネルギを有するようになった時点で該フライホイールをクラッチシステムを介してリニアアクチュエータに接続する（米国特許第６，６０７，１１１号）。フライホイールの短所としては、加速するために数秒の時間がかかり、釘やステープルに打撃を与える頻度が制限されることが挙げられる。
【０００８】
さらに、ドライバ、ボール盤、糸のこぎりのような手持ち式の工具の新しい傾向として、バッテリの使用が挙げられる。そのため、最近ではバッテリが発展してきており、バッテリは、より小さく、より軽く、より強力になってきている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
米国特許第４，６１８，０８７号では、５０／６０Ｈｚの１１０Ｖ又は２２０Ｖで駆動される１つ又は２つのコイルが開示されている。米国特許第４，６１８，０８７号においては、丸いバー又はシャトル（ｓｈｕｔｔｌｅ）が用いられる。コイルの内部とバーとの間にエアギャップを有するように、コイルがバーの回りに巻かれる。該コイルに通電するとバーの移動方向（すなわちバーの長手方向）と同じ方向に磁場が発生し、バーはコイル内部に引っ張られ、コイル内部を満たす。バーがコイル前方の開始位置にある場合、磁場はコイルの一端から他端へ向かう。このため、このタイプのコイルはエアコイルと呼ばれる。エアコイルの効率は通常わずか４０％であり、相対的に低い。この理由により、この種の解決法は、バッテリ駆動には適していない。
【００１０】
米国特許公開番号第２００４／００８４５０３号では、ハンマ、第１ソレノイド、第２ソレノイド及び制御装置を有する釘用ハンマ装置を開示している。この装置は、第１ソレノイドの後にハンマを駆動させるため、第２ソレノイドをＯＮできるような構成になっている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的は、携帯可能でバッテリ駆動式であり、従来技術の短所を克服する、固定具用の改良された工具を提供することである。
【００１２】
この目的は上述した種類の工具によって達成される。該工具において、ヨーク組立体（ｙｏｋｅ  ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ）は、シャトルの移動方向に対して略垂直に向いた磁場を生成するように構成されている。
【００１３】
本発明は、バッテリ駆動式で手持ち式である鋲打ち機又はステープル打ち機に関する。鋲打ち機又はステープル打ち機は、マイクロコンピュータモジュールによって制御される電動リニアアクチュエータモータ、エネルギ源としてのバッテリ及び従来の釘供給システム又はステープル供給システムとから構成される。
【００１４】
該リニアアクチュエータモータは、一組の電磁ヨーク及びこれらヨークの磁極間を移動するシャトルを用いている。該シャトルは、一端にエネルギ吸収バネを有し、該バネは、シャトルが後方へ移動すると圧縮される。他端には、ドライバピンを有し、釘、鋲やステープルを土台へ打ち込む。
【００１５】
本発明は、新しいタイプの手持ち式コードレス鋲打ち機又はステープル打ち機の形態で実現することができる。また、本発明では、新しく開発されたバッテリ技術及び新しいタイプのマイクロコンピュータ技術を利用して、釘、鋲やステープルを土台に打ち込むための電気リニアアクチュエータモータが作製される。
【００１６】
周知の構成と比較すると、本発明においては、積層された磁性軟鉄から形成される磁気ヨークが用いられ、磁場は、バー又はシャトル移動方向に対して垂直にシャトルの軟鉄リングを横切って延在する。このようにして、磁場は、ヨークとシャトルとの間の非常に小さい２つのエアギャップを除いて、鉄を内部に動かす。このタイプの磁気構成は鉄心コイルと呼ばれ、エアギャップのサイズに依存して８０％以上の効率を有するであろう。
【００１７】
このタイプの構成の他の利点としては、シャトル移動方向において機械密度が高いことが挙げられる。鋲打ち機では、大きい釘やステープルを打撃するために必要なパワーを生成するため、複数のヨークが必要となるので、充填密度は重要である。複数のエアコイルを用いる必要がある場合、工具全体が長くなるが、手持ち式であるため、工具のサイズも同様に重要である。また、ヨーク及びシャトルを有するモータの構成においては、１秒当たりに多くの釘やステープルを発射できるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の実施形態に係るバッテリ駆動式の鋲打ち機（ｔａｃｋｅｒ）又はステープル打ち機（ｓｔａｐｌｅ  ｔｏｏｌ）の立体図及び側面図である。該打ち機は、充電式で交換式のバッテリ１を備える。ハンドル３の一方の側面及び他方の側面には、リニアアクチュエータモータが設けられ、ハウジング４の内部にはシャトル（図１Ａ及び図１Ｂでは示されていない）が設けられる。シャトルは、トリガ２を操作することで動き出し、これにより、シャトルは、最下位置から頂上位置へ動き、再び戻ってくる。この動きの間に、供給カセット５内の釘、鋲又はステープル１つが前方に移動し、発射レール６に到達する。シャトル前方に設けられたドライバが発射レール内にガイドされて、釘、鋲又はステープルを土台に打ち込む。ハウジング４の頂上部にはディスプレイ７が配置され、該ディスプレイ７は、使用者に対して、バッテリを変える時期や、供給カセット内に釘、鋲、ステープルが無いといった工具の様々な状態や、その他の有用な情報を知らせる。
【００１９】
図２Ａ及び図２Ｂは、上述したステープル打ち機のハウジング４に配置されたリニアアクチュエータモータの立体図及び側面図である。該モータは、２つのタイプのヨーク組立体、より正確には、第１ヨーク組立体８及び第２ヨーク組立体９から構成されている。図３Ａ及び図３Ｂで詳細に示されるように、ヨーク組立体８、９は、１０時の位置と１６時の位置にコイル１５が（すなわち第１ヨーク組立体８）、また、８時の位置と１４時の位置にコイル１５が（すなわち第２ヨーク組立体９）あるように構成されている。この２つのタイプのヨーク組立体は、第１のタイプのヨーク組立体８と第２のタイプのヨーク組立体９とが交互になるように、互いに積み重ねられる。図２Ａ又は図２Ｂでは、４つのヨーク組立体を示しているが、モータがどの程度の打撃を与える必要があるのかによって、様々な数のヨーク組立体のスタックで構成してもよい。モータの中心には、シャトル１０が配置され、ヨーク組立体の分離部（ｄｉｓｔａｎｃｅ  ｐａｒｔ）１７の中心孔によって、該シャトルはガイドされる（図３Ａ及び図３Ｂ参照）。頂上部ネジ１１によって、ヨーク組立体は一体に保持され（図では、ネジ１本のみ視認可能）、シャトル１０を確実にガイドできるように、ヨーク組立体は互いに位置が揃えられる。図２Ａ及び図２Ｂでは、ヨーク１６及びコイル１５を視認可能にするため、フロントプレートは取り外されている。図２Ａ及び図２Ｂでは、ドライバ１３がシャトルの下端に組み付けられ、該ドライバ１３が発射レール６の下端に支えられた状態でシャトルは開始位置にある。この位置では、シャトル鉄心１２のいくつかはヨーク組立体のヨーク１６のちょうど前方に位置しており、コイル１５で生成された磁場は、ヨーク磁極面１９とシャトル鉄心１２との間の０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍのエアギャップを通って、ヨークを通過することが可能となっている。磁場が該エアギャップを通ると、力が発生し、シャトルがモータ内部へと進み、ヨーク１６内部でシャトル鉄心１２の位置をそろえる。シャトル鉄心１２がヨーク１６内部で位置をそろえると、コイル１５を流れる電流が切れ、磁場が消え、該ヨークによって生成されるシャトルを動かす力は生成されない。
【００２０】
モータは、複数のヨークを有し、常に、略５０％のヨークが作動しており、１つのヨークが終わると新しいヨークが作動するようになっている。シャトルがモータ内部へと後方に動くと、これによって、エネルギ吸収バネ１４が圧縮され、該バネ１４は、シャトル移動の運動エネルギをシャトルの打撃動作に用いられる静止エネルギへと変換する。
【００２１】
図３Ａ及び図３Ｂは、１つのヨーク組立体の立体図及び正面図である。ヨーク組立体は、中心にある支持孔として十分な耐性がある非磁性材料で形成される分離部１７から構成される。分離部１７の頂上部には、２つのｃ字形状のヨーク１６が互いに向き合うように配置される。各ヨーク１６は、複数の磁性金属薄板を互いに重ねることで形成される。各ヨークにはコイル１５が組み付けられ、また、コイルとヨークとの間には、コイル内部の面積とヨーク磁極面１９の面積とが等しくなるように１つ又は２つの追加積層板２０が配置される。追加磁性体板２０の使用は、ヨーク内の磁場が飽和しているかどうかに依存する。
【００２２】
２つのヨーク１６は、４つの磁極面１９が分離部１７の中心の支持孔と同心となる円を形成するように、配置される。２つのヨークの４つの磁極面が分離部１７の中心孔に対して適切に位置決めされた後、２つのヨークは４つの止め具１８で固定される。磁極面の形成する円の直径は、分離部１７の支持中心孔の直径よりも略０．１ｍｍ〜０．１５ｍｍ大きい。この差によってシャトル鉄心１２と磁極面１９との間にエアギャップが形成され、シャトル１０が分離部１７の支持孔によってガイドされる。
【００２３】
図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃは、ドライバ１３及び戻りバネ１４を有するシャトル１０の立体図及び側面図である。シャトルは様々な方法で構成されるが、この図では、アルミニウムやステンレス鋼のような非磁性体で形成された管２１が示されている。
【００２４】
該管の周囲には、複数の磁性金属薄板部品が互いに積み重ねられて１つのシャトル鉄心１２を構成する。各シャトル鉄心１２の間には、非磁性材料からなるシャトル分離部２２が配置され、各シャトル鉄心の間を適切に離間する。シャトルパッケージ全体は、積層パッケージが互いに押し合うように、管２１の一端のストッパ（ｓｔｏｐ）２６、他端のナット２４によって一体に保持される。積層されたシャトル鉄心１２は磁場に対するブリッジとして機能し、磁場が１つの磁極面１９からエアギャップを横切り、次のエアギャップ、そして第１及び第２磁気ヨーク組立体８、９の磁極面へと向かう。シャトル鉄心１２がヨーク内へと向かっている限りは、磁場はシャトル鉄心を引き寄せ、ヨーク組立体内部で位置をそろえようとする。
【００２５】
管２１の一端には、ドライバ１３がシャトルに対して適切な位置に保持されるように、ドライバ１３は機械式の止め具で管に組み付けられる。ドライバ１３が管内をガイドされるようにしてもよく、シャトルが釘、鋲、ステープルを打撃するために下方へ移動する際、ドライバが発射レール６内をガイドされることが容易になる。管２１の他端側には、バネ１４の少なくとも一部が管内にあるように、バネ１４は配置される。バネの一端は、ドライバ１３の端部又はその他のストッパのように、管内のストッパに支持されている。バネの他端はハウジング４の上カバー面に支持される。ハウジング上カバー４に組み付けられたピンは、バネ１４の内部で下に突き出ており、バネの一部をガイドしている。バネは、管２１によってガイドされていない。
【００２６】
図４Ｃでは、追加シャトル鉄部分２５を示すため、最後のシャトル分離部２２は取り外されている。該追加シャトル鉄部分２５によって、シャトル鉄心に追加の断面積をもたらし、シャトル鉄心は１つの磁極面が有する面積と同じ面積を有するようになる。磁場の飽和による磁場の経路に対する不必要な制限を避けるため、磁場の経路は磁極面と同じ面積を有する必要がある。
【００２７】
シャトル本体の一側面に沿って、タイミングバー２３が組み付けられる。タイミングバーの主な目的は、分離部１７内のヨーク間に配置されたセンサ（以下で説明される）に対してシャトルがそれぞれのヨークに対してどこに位置しているかを示すことである。同時に、センサからの信号を、シャトルの速度を計算するのに用いてもよい。タイミングバー２３の第２の用途は、シャトル鉄における磁場領域がタイミングバーを支持する組付けスロットによって減らされることを回避するために、シャトルが中心軸に関して回転することを防ぐことにある。
【００２８】
図５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄは、開始位置、停止位置及び、例えば検知器と連係する光線を備えたセンサ２７とタイミングバー２３との間の関係を示す。タイミングに関する様々な方法を用いることができるが、これらの４つの図においては、種々ある可能な方法のうちの１つが説明される。
【００２９】
図５Ａでは、シャトル１０は、戻り動作開始位置にある。ここでは、簡単化のため、ヨーク組立体は２つのみ（すなわち第１ヨーク組立体８及び第２ヨーク組立体９）を示す。シャトル鉄心１２はヨーク組立体９のヨーク１６の前方に位置している。シャトル鉄心１２とヨーク１６との間の距離は、略０．８〜０．５ｍｍである。この時、分離部１７に配置されたセンサ２７によって生成された光線２８がタイミングバー２３の窓２９を通じて光り、信号が制御ユニット（図示せず）内の論理回路に対して、ヨーク組立体９のコイル１５に通電するように知らせる。コイルは通電されると磁場を発生し、シャトル１０を図５Ｂの位置に引き寄せる。図５Ｂにおいて、シャトル１０及びシャトル鉄心１２は、シャトル鉄心１２がヨーク１６と並んだ位置に移動しており、この時、窓２９は光線２８を遮断しつつある位置にある。センサ２３からの信号がなくなると、磁場はＯＦＦとなるが、シャトルはそれ自身の慣性により、図５Ｃの位置へ０．１〜０．２ｍｍ程度動き続ける。図５Ｃにおいては、次のシャトル鉄心１２が第１ヨーク組立体８のヨーク１６の前方にあり、第１ヨーク組立体８の他のセンサ２７からの光線２８がタイミングバー２３の次の窓２９を通じて光る。次いで上述の新しいセンサ２７が論理回路に対して、第１ヨーク組立体８を通電するタイミングであることに知らせ、磁場によって、シャトル１０が図５Ｄの位置に引き寄せられる。図５Ｄにおいては、シャトル鉄心１２がヨーク組立体８のヨーク１６へと移動している。窓２９は光線２８を遮り、ヨーク組立体８の磁場をＯＦＦにする。この段階で、上述の過程は図５Ａから再び開始する。ヨークが４個、６個、８個のようにより多い数のヨークで構成される場合は、ヨークのうちのいくつかを平行にするが、互い違いにしておく。
【００３０】
図６は、図２Ａ及び図２Ｂの構成である４個のヨークの場合のタイミング図である。４個のヨークをＡ〜Ｄで示し、ヨークＡを最下位置にあるグラフ、ヨークＢを２番目のグラフ、ヨークＣを３番目のグラフ、ヨークＤを最上位値のグラフとする。シーケンス０では、ヨークＤ及びヨークＣはＯＮであるが、ヨークＣはＯＦＦに近く、ヨークＡはＯＮに近い状態であり、さらに進むとヨークＤがＯＦＦに近く、ヨークＢがＯＮに近い状態になる。この場合、異なるヨークは互い違いにＯＮ、ＯＦＦとなる。ある場合は、１つのヨークがＯＦＦとなり、次のヨークがＯＮとなり、この際、ＯＮとＯＦＦのシーケンスの間にシャトルは０．１〜０．２ｍｍ移動する。モータが６個又は８個のヨークを有する場合、タイミングは同様である。しかしながら、3個又は４個のヨークを同じタイミングするが、図６のシーケンスのように互い違いにする。
【００３１】
他のタイミングの考え方を用いることもできる。図５ではヨーク２個だけが用いられているが、ヨーク８の代わりに、２個又は３個のヨークを、平行に動作するように機械的に配置してもよい。例えば、４個のヨークの場合は、２個のヨークが同時にＯＮとなる。他の２個のヨークは、第１番目の２個のヨークがＯＦＦになった後、同時にＯＮになる。
【００３２】
図２Ｂは、シャトル１０が、ドライバ１３先端部と発射レール６の下側先端部とが並んだ位置である下側位置にある場合を示す。トリガ２の操作により、モータはシャトル１０を後方へと移動させるための動作を開始する。シャトルを動かすためには、モータにより生成される力をバネ１４による力よりも大きくする必要がある。図７は、２つのグラフを示す。一方はモータの力のものであり、他方はバネの力のものである。モータの動作を開始すると、バネは最初は１２０Ｎの力を有し、モータは平均で２００Ｎの力を有する。シャトルが動き始め、８５ｍｍ移動した時点で速度は４．１ｍ／ｓに達する。この時点で、バネ曲線はモータ曲線と交わり、速度は低下し、１４０ｍｍ移動した時点で略０に近づく。戻り動作全体では、５４．５ｍｓの時間がかかる。シャトル頂上位置において、バネ１４は完全に圧縮されて、シャトル１０内部に位置している。この時、シャトルは停止し、直ちに前方へと動き始める。図８は、前方移動すなわち打撃移動を示しており、シャトルを前方へ移動させる２つの力、すなわち圧縮されたバネによる力及びモータによる力である。モータの力は、コイル１５を通過する電流の立ち上がり時間による制限やヨーク１６の厚み及びその他のモータパラメータによるが、速度６〜１０ｍ／ｓで２００Ｎ以下に低下する。この理由により、モータの力のグラフに凹みが存在する。
【００３３】
このシミュレーションでは、鋲打ち機が６５ｍｍの長さの釘を一回の戻りで打撃して打ち込むことが必要な場合を仮定している。図８は、６５ｍｍの長さの釘に打撃を与えるエネルギとして４０Ｊが必要であることを示している。この４０Ｊのエネルギは、力が釘を１０ｍｍ突き通すまでに０Ｎから５１４．９Ｎまで上昇し、釘を土台に完全に突き通して７５４．９Ｎで終わるまでの量である。シャトルが打撃過程を開始し、釘を打撃する時点で速度が１１．７ｍ／ｓまで増加する。その後、速度は１．４ｍ／ｓに減少するが、これは釘が、一回の戻りで打撃する過程で打ち込まれることを意味する。打撃過程は全体で２１．３ｍｓ、戻り過程は全体で５４．５ｍｓの時間がかかり、戻り及び打撃過程全体では７５．８ｍｓの時間がかかる。
【００３４】
図９は、シャトル位置に対するシャトル速度を示す。戻り速度は、シャトルの重さ、モータの力、バネの力に依存する。シャトルは、ピーク時に４〜８ｍ／ｓの速度に達し、最上位置では０ｍ／ｓに減少する。打撃過程では、できるだけ高速に達することが重要であるが、速度は、戻り過程と同様のパラメータ、更にはモータ曲線の凹みに依存する。通常、最高速度は、ドライバ１３と釘との間の打撃の直前で１０〜１５ｍ／ｓであり、その後は０ｍ／ｓに減少する。鋲打ち機はタイミング及びシャトル速度を制御するマイクロコンピュータを有しており、釘を土台に対して深く打撃し過ぎないようにモータが打撃過程の終わりで力を減少すべきかどうかを判断する。それとは逆のことが起こる場合、すなわちマイクロコンピュータが、釘を完全に打ち込むにはシャトル速度が遅すぎると判断した場合は、スプリングやモータの力を増加する方法はない。この問題を解消するため、シャトルが停止した後、直ちに２回目のシャトル戻り動作を開始し、釘を突き通すのに残り何ミリメートルかによって、シャトルを適切な量だけ戻し、その位置から２回目の打撃過程を行って、釘を土台にさらに打ち込む。４０Ｊの打撃エネルギは通常の木材に基づいたものであるが、例えば釘をより硬い木材種に打ち込む必要がある場合、一回のシャトル過程では釘全体の長さ分を土台に打ち込むには十分でないこともあるので、上述のようなことは起こり得る。それゆえ、シャトル速度を制御し、２回目の打撃過程が必要かどうか、あるいは釘、鋲又はステープルの土台への打ち込みを制御するためにモータの力を低下させることでシャトル速度を減少すべきかどうかを判断することは重要である。
【００３５】
釘、鋲、ステープルの打撃が最小である２回や３回の過程に基づく場合は、鋲打ち機やステープル打ち機のモータや伸縮バネのサイズ及びコストを減少させることができる。１回の過程は略７５〜１００ｍｓの時間しか必要とせず、２回の過程又は略２回の過程では１５０〜２００ｍｓさえも要しない。この２回の過程は非常に短い時間で行われるため、操作者は、釘、鋲又はステープルを打撃するのに１回の過程、２回の過程、あるいは３回の過程を使うかを判断することができない。この方法によれば、１つのサイズの鋲打ち機又はステープル打ち機で様々な釘、鋲又はステープルを幅広くカバーできる。２回の打撃による手法が用いられる場合は、土台の材質の硬さに依存して、１回目の打撃後の釘、鋲又はステープルは如何なる場所にも止まる可能性があるので、マイクロコンピュータがシャトル速度を十分に制御し、且つ、シャトルが如何なる場所からも戻り動作を開始できることが重要となる。マイクロコンピュータに、釘、鋲又はステープルを２回目には何ミリメートル移動させる必要があるかということを知らせれば、マイクロコンピュータによって、２回目の動作で釘、鋲又はステープルを打撃するための適切なエネルギ量を生成するにはシャトルを２回目においてどの程度戻す必要があるかを計算することができる。
【００３６】
シャトルが釘、鋲又はステープルを土台に押し込む際、シャトルはホームポジションに配置されるであろう。ホームポジションにおいては、エネルギ吸収バネによって、シャトルがこのポジションで保持される程度のわずかな圧力がシャトルに対して加えられる。
【００３７】
打ち機の操作者が釘、鋲又はステープルを打ち込むことを望む際、リニアモータによってシャトルが戻り移動を開始し、バネを圧縮する。シャトルの最上部又は戻り位置において、バネは圧縮され、シャトルの戻り移動による全ての運動エネルギがバネに蓄えられる。戻り位置から、シャトルは直ちに前方移動すなわち打撃動作を開始し、リニアモータ及び圧縮されたバネによって高速へと加速する。戻り及び打撃動作中は、釘、鋲又はステープル供給システムが新しい釘、鋲又はステープルを発射レールに供給する。ドライバが釘、鋲又はステープルの頂上部を打撃する時点でシャトルが最高速度に達し、シャトルの運動エネルギは、バネの力とモータの力とを合わせて全体の力を構成する力に変換される。この力によって、釘、鋲又はステープルが土台に打ち込まれる。
【００３８】
ある実施形態では、本発明は以下のように構成される。シャトルからの打撃エネルギが、長い釘又はステープルを土台に打ち込むのに十分に大きくない場合、シャトルは直ちに戻り動作を再び始め、釘又はステープルを再度打撃するための２回目の動作を行う。場合によっては３回目以降の回もあり得る。
【００３９】
長い釘又はステープルが複数回のシャトル動作後においても打ち込まれなかった場合は、打ち機は停止し、異常があることを操作者に知らせる。
【００４０】
シャトルを駆動するリニアモータは、積層された軟磁鉄からなる少なくとも２つの電磁ヨークで構成される。これらのヨークは、タイミングの取り方に応じて、同じ間隔又は異なる間隔で互いに離間させる。ヨークの数は、当該鋲打ち機又はステープル打ち機から要求されるエネルギ出力に依存する。全てのヨークは１つ又は２つの電気コイルを有し、該コイルはパワートランジスタを介してバッテリに接続される。該ヨークは２つの磁極を有し、これら磁極の間を、磁極とシャトルとの間に制御されたエアギャップを有した状態で、シャトルが移動する。
【００４１】
また、シャトルは、複数の積層された軟磁性鉄心を有する。該鉄心は互いに一定の距離で離間している。シャトル鉄心が１つのヨークにおける２つの磁極の間に入ると、パワートランジスタが開き、電流がコイルを流れ、ヨーク内に磁場が発生する。該磁場は、ヨークのＮ極を出て、エアギャップを横切り、シャトルの鉄心を通って、さらに第２のエアギャップを横切り、ヨークのＳ極へと入る。シャトルの鉄心が内部にあれば、ヨークの磁極間において、シャトル鉄心の各側の２つのエアギャップにおける磁場が、前方への力を生成してシャトルを動かす。シャトル鉄心がヨークの磁極面と並ぶと、パワートランジスタは閉じ、ヨーク内に磁場が励起されなくなる。
【００４２】
例えば、モータが４つのヨーク（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄと呼ぶ）を有する場合、ヨークのタイミングは、ＡとＤ、ＡとＢ、ＢとＣ、ＣとＤであり、その後タイミングは再び繰り返す。シャトルにおけるヨークと鉄心の離間及びタイミングが適切であれば、全てのヨークのうちの略５０％を動作させることによってシャトルに前方移動の力が与えられる。
【００４３】
シャトルは、磁極面の幅と略同じ幅で、積層された軟磁性鉄心を有する長円若しくは長方形バーとして構成できる。
【００４４】
他の構成としては、積層された軟磁性鉄心の代りに、シャトル内に永久磁石を使用することもできる。永久磁石を用いる場合、ヨーク上のコイル用の駆動トランジスタがコイルに対して両方向に電流を流せるのであれば、同時にヨークを１００％まで使うことが可能である。電流方向によってヨークにおけるＮ極及びＳ極を切り替えることができれば、この切り替えによりシャトル磁石はエアギャップ内に引き寄せられたり、エアギャップ外に押し出されたりするであろう。
【００４５】
これら軟磁性鉄心の離間距離は、シャトル動作の際に適切なヨークに通電することを実現するため、各ヨーク間の離間距離とある関係をもたせる必要がある。シャトルは、シャトルの鉄心とヨークの磁極面との間に適切なエアギャップを保持しながらヨークに対して高い精度で支持システム内にてガイドされる。一般にエアギャップは０．０５〜０．１ｍｍにする必要がある。シャトル内のバネは一部はシャトル内にガイドされ、一部は打ち機のハウジング内にあるガイドバーによってガイドされることができる。シャトルの他方側には、ドライバの形態で小さい矩形の硬化鋼バーが配置される。このバーは、釘、鋲又はステープルが配置される発射レールにガイドされて、釘、鋲又はステープルを打撃する。該ドライバは、打撃時の衝撃を低下させるため、衝撃吸収材を介してシャトルに固定される。
【００４６】
シャトルには、タイミングバーが配置され、いくつかのヨークの間にはセンサが配置される。これらセンサは、光学又は磁気の原理により動作する。センサは、一組の電気タイミングパルスを生成する。これらパルスは、±０．１ｍｍの精度でシャトルの物理的位置に対して関係が持たせられ、マイクロコンピュータへの入力として機能する。
【００４７】
他の実施形態によれば、センサは、光検出器と連係する光源の形態（例えば、ＬＥＤやレーザ）あるいは誘導検出器の形態をとってもよい。
【００４８】
マイクロコンピュータの目的は、第一に、シャトルセンサからの入力に基づいて、パワートランジスタの開閉を行い、コイルへの電流を制御することである。第二としては、長い釘又はステープルが土台に最後まで打ち込まれるか、２回目のシャトル動作が必要かどうか等の事項を、コンピュータが判断することが好ましい。さらに、釘、鋲又はステープルが発射レールにあるかということや、バッテリ充電の状態、その他の事項を判断してもよい。最後としては、コンピュータが操作者に、バッテリの交換のような様々な作業や、釘、鋲又はステープルの充填あるいは打ち機に対するその他のメンテナンス他様々な作業が必要となる時期など、打ち機の状態を知らせることである。
【００４９】
これら全ての動作を制御するために、マイクロコンピュータはメモリにプログラムを有している。プログラムはメモリスティックを交換することにより更新したり、変更したりしてもよい。これにより、供給システムを釘の供給からステープルの供給に換えた場合やその他のものの変更時に、打ち機の特性を変更することができる。さらに、打ち機が使用される土台のタイプに応じてプログラムを更新してもよい。
【００５０】
操作者には、打ち機のディスプレイや音声情報システムを介してプログラムからの情報を知らせてもよい。
【００５１】
釘、鋲又はステープルを土台に押し込むため、エネルギが必要であり、そのエネルギは鋲打ち機やステープル打ち機に取り付けられたバッテリから得られる。このバッテリは、マイクロコンピュータやセンサの電源でもある。
【００５２】
バッテリとしては、ニッケル水素、リチウムイオン、リチウムポリマータイプを採用することができる。２つの最も重要なバッテリパラメータは、１グラム重当たりの高い電力容量であり、シャトル動作時における高い電流出力である。該バッテリは再充電可能であり、容易に交換可能であろう。通常のバッテリのエネルギ容量では、再充電までに数千回の打撃をまかなえるであろう。
【００５３】
また、一回のシャトル動作中に高い電流出力によるダメージをバッテリが受けないようにするため、バッテリ出力をコンデンサに並列接続してもよい。
【００５４】
本発明の他の構成を図１０〜図１２を参照して以下で説明する。この構成では、積層された軟磁性鉄心の代りに、シャトル（ロータ）１０´に永久磁石を用いている。永久磁石は、図１１及び図１２で示されるように、シャトルの縦方向に沿って配置されることが好ましい。さらに、シャトルは、鋼製のワッシャ（図１２参照）を備えることが好ましい。また、永久磁石を用いる場合、ヨーク組立体８´は別の形態で実現される。
【００５５】
ＤＣ電流をＡＣ電流に変換する駆動部３０は、図１０に示すように、三相タイプであってもよい。該駆動部は、プラスバー３１とマイナスバー３２との間の電流を切り替える６個のパワースイッチで構成される。プラスバー３１及びマイナスバー３２は、バッテリの＋ＤＣ端子、−ＤＣ端子にそれぞれ接続される。駆動部からモータへの三相接続３３によって駆動部のそれぞれの枝線部分はリニアモータ３４に接続される。
【００５６】
永久磁石シャトル（ロータ）の場合、モータのヨーク組立体８´は、図１１に示すように、異なる積層部４０、４１、４２に分けられた鉄積層体によってＵ字状に形成されてもよい。Ｕ字状の中心の空間には、好ましくは被覆された巻銅線又は銅板で満たされる。
【００５７】
駆動部で生成された巻線内の電流はヨークに磁場を生成する。該磁場は、図１１の磁路で示されるように、シャトル１０´の移動方向と略垂直な方向に、エアギャップを通ってシャトル（ロータ）に向かう。
【００５８】
ヨーク組立体８´の巻線は別々に接続してもよい。１つの相に対応するヨークを３つ組み合わせ、Ｙ結線三相モータ巻線にしてもよい。あるいは、６つのヨーク組立体又はその他の３の倍数の数のヨーク組立体を組み合わせてもよい。永久磁石シャトル（ロータ）では、ヨーク組立体８´は互いに緊密に並べて組み立ててもよい。また、積層部４２、４１は、２つのヨーク間で磁気的に共有されている。
【００５９】
永久磁石の場合、ヨークとシャトルとの間のエアギャップを数ｍｍの範囲に増加させることが可能であり、モータ組立体における機械的な公差が小さくなる。上述の例では、三相構成を説明したが、三相より大きい相数を与えるような、パワースイッチ及びヨークのその他の構成がとれることは当業者にとっては明らかである。
【００６０】
図１１及び図１２で示される寸法及び材質は、例としてのみ見なされるべきである。本発明は、上述したいかなる寸法、いかなる実施形態にも限定されない。添付された請求項の範囲内であれば様々な変更を行うことができる。例えば、本発明は、再充電可能なバッテリを使用してもよいし、例えば１１０Ｖ又は２２０Ｖの電圧のコンセントに差し込むコードによる従来の電源供給を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明に係るバッテリ駆動の鋲打ち機又はステープル打ち機の立体図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明に係るバッテリ駆動の鋲打ち機又はステープル打ち機の側面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、シャトルを有するリニアアクチュエータモータの立体図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、シャトルを有するリニアアクチュエータモータの側面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、コイル及び隣のヨークに対する非磁性材料製の分離部を有する磁気ヨークの分解立体図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、コイル及び隣のヨークに対する非磁性材料製の分離部を有する磁気ヨークの正面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、シャトル分離部で離間されたシャトル鉄心を有し、さらにシャトルの一端にはドライバ、他端にはエネルギ吸収バネを有するシャトルの立体図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、シャトル分離部で離間されたシャトル鉄心を有し、さらにシャトルの一端にはドライバ、他端にはエネルギ吸収バネを有するシャトルの側面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、シャトル分離部で離間されたシャトル鉄心を有し、さらにシャトルの一端にはドライバ、他端にはエネルギ吸収バネを有するシャトルの立体図である。
【図５Ａ】図５Ａは、電流がコイルを流れ始める時点及び終わりの時点における、シャトル鉄心とヨークの磁極とタイミングバーとの間の関係を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、電流がコイルを流れ始める時点及び終わりの時点における、シャトル鉄心とヨークの磁極とタイミングバーとの間の関係を示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、電流がコイルを流れ始める時点及び終わりの時点における、シャトル鉄心とヨークの磁極とタイミングバーとの間の関係を示す図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、電流がコイルを流れ始める時点及び終わりの時点における、シャトル鉄心とヨークの磁極とタイミングバーとの間の関係を示す図である。
【図６】図６は、異なるヨークコイル間におけるＯＮ及びＯＦＦのタイミング図である。
【図７】図７は、モータの力とバネの戻り力との間の関係を示すシャトル戻り力の図である。
【図８】図８は、モータの力とバネの力との間の関係を示すシャトル打撃力のグラフ及び６５ｍｍ長の釘を通常の木製土台に打ち込む際の力の図である。
【図９】図９は、シャトル速度と戻り及び打撃移動との間の関係を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明に係る他の実施形態にて用いられる電気回路を示す図である。
【図１１】図１１は、他の実施形態の側面図である。
【図１２】図１２は、他の実施形態の更に別の側面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１…バッテリ                        ２…トリガ
３…ハンドル                        ４…ハウジング
５…供給カセット                    ６…発射レール
７…ディスプレイ                    ８…第１ヨーク組立体
９…第２ヨーク組立体                １０…シャトル
１１…頂上部ネジ                    １２…シャトル鉄心
１３…ドライバ                      １４…バネ
１５…コイル                        １６…ヨーク
１７…分離部                        １８…止め具
１９…磁極面                        ２０…追加積層板
２１…管                            ２２…シャトル分離部
２３…タイミングバー                ２４…ナット
２５…追加シャトル鉄部分            ２６…ストッパ
２７…センサ                        ２８…光線
２９…窓                            ３０…駆動部
３１…プラスバー                    ３２…マイナスバー
３３…三相接続                      ３４…リニアモータ
４０、４１、４２…積層部
【図１Ａ】
2008502491.tif 000003
【図１Ｂ】
2008502491.tif 000004
【図２Ａ】
2008502491.tif 000005
【図２Ｂ】
2008502491.tif 000006
【図３Ａ】
2008502491.tif 000007
【図３Ｂ】
2008502491.tif 000008
【図４Ａ】
2008502491.tif 000009
【図４Ｂ】
2008502491.tif 000010
【図４Ｃ】
2008502491.tif 000011
【図５Ａ】
2008502491.tif 000012
【図５Ｂ】
2008502491.tif 000013
【図５Ｃ】
2008502491.tif 000014
【図５Ｄ】
2008502491.tif 000015
【図６】
2008502491.tif 000016
【図７】
2008502491.tif 000017
【図８】
2008502491.tif 000018
【図９】
2008502491.tif 000019
【図１０】
2008502491.tif 000020
【図１１】
2008502491.tif 000021
【図１２】
2008502491.tif 000022
【国際調査報告】
2008502491.tif 000023
2008502491.tif 000024
2008502491.tif 000025