(57)【要約】  本発明は電機子とステータを備えた電動衝撃工具におけるリニアアクチュエータに関する。電機子は少なくとも二つの永久磁石バーを備え、それらが互いにある間隔で上下方向のスタックとして配置され、ステータは少なくとも部分的に軟磁性物質で実現され、少なくとも二対の対向する歯を有し、各歯の対はその間に二つのスタックの一つを、空気ギャップを形成して収容し、ステータは少なくとも二つの磁気伝導性内側領域を二つのスタックの間に含み、それらが電機子の運動方向で互いにある与えられた間隔で配置され、各々は少なくとも部分的に本質的に中空な円筒状コイル装置で取り囲まれ、その中心長手軸は電機子の運動方向に対してほぼ直角方向に向き、電機子は電動衝撃工具の工具に機械的インパルスを伝達する駆動体を備えている。
2008536462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動衝撃工具のためのリニアアクチュエータであって、前記アクチュエータは、
−ランナ（１６）及びステータ（１８）を有し、ここで、
−前記ランナ（１６）は少なくとも一つのスタック（１４，１４'）が重ねられた永久磁石バー（３０，３０'）を有し、
−前記ステータ（１８）は少なくとも部分的に、軟磁性物質から形成され、互いに対向する歯（２２）を有する少なくとも一つの歯の対（２２a，２２a'；２２b，２２b';２２c，２２c'；２２d，２２d'；２２e，２２e'；２２f，２２f'）を有し、各対の歯はそれらの間に一つのスタック（１４，１４'）を有し、どの場合にも空気ギャップ（２４，２４'）を形成し、
−前記ステータ（１８）は少なくとも二つの磁気伝導性内側領域（５０，５０a）を有し、それらは前記ランナ（１６）の運動方向（Ｂ）で互いから予め定められたある距離Ａで配置され、どの場合にも、少なくとも部分的に本質的に中空−円筒状コイル装置（６０，６０a）によって囲まれ、その中心長手軸Ｍは前記ランナ（１６）の運動方向（Ｂ）に対してほぼ横方向に向けられており、
−前記ランナ（１６）は駆動エレメント（１５）を有し、それがゆるい結合によって、前記電動衝撃工具に属する工具（２３）と相互作用して前記工具に機械的インパルスを伝達する、ことを特徴とする電動衝撃工具のためのリニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記ランナ（１６）は、互いから予め定められたある距離で配置された二つ以上のスタック（１４，１４'）の永久磁石バー（３０，３０'）を有し、前記ステータ（１８）の前記磁気伝導性内側領域（５０，５０a）を前記ランナ（１６）の前記スタック（１４，１４'）の間に配置することができることを特徴とする請求項１に記載の電動衝撃工具のためのリニアアクチュエータ。
【請求項３】
前記中空−円筒状コイル装置（６０，６０a）が本質的に長方形の断面を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動衝撃工具のためのリニアアクチュエータ。
【請求項４】
各歯（２２）は、前記ランナ（１６）の運動方向（Ｂ）でのサイズが、前記ランナ（１６）の運動方向（Ｂ）での一つの永久磁石バー（３０，３０'）のサイズと本質的に同一であり、したがって、前記ランナ（１６）が予め定められたある位置にあるとき、前記ステータ（１８）の少なくとも一対の歯が一つの永久磁石バー（３０，３０'）と整列することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動衝撃工具のためのリニアアクチュエータ。
【請求項５】
前記ランナ（１６）の運動方向（Ｂ）で隣接する前記ステータ（１８）の歯の対の寸法が、前記ランナ（１６）の運動方向（Ｂ）での永久磁石バー（３０，３０'）のサイズに対して、少なくとも一つの他の永久磁石バー（３０，３０'）が前記ステータ（１８）の二つの互いに隣接する歯の対と整列する二つの永久磁石バー（３０，３０'）の間に配置されるように設計されていることを特徴とする請求項４に記載の電動衝撃工具のためのリニアアクチュエータ。
【請求項６】
前記磁気伝導性内側領域（５０，５０a）が、前記ランナ（１６）の方に向いた端に少なくとも一つの歯（２２）を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動衝撃工具のためのリニアアクチュエータ。
【請求項７】
前記ステータ（１８）が前記ランナ（１６）の前記スタック（１４，１４'）の外側にある少なくとも一つの磁気伝導性外側領域（５２）を有し、前記ランナ（１６）の前記スタック（１４，１４'）の方に向いた端に少なくとも一つの歯（２２）を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電動衝撃工具のためのリニアアクチュエータ。
【請求項８】
前記ステータ（１８）の前記外側に位置する領域（５２，５２'）が、断面、少なくとも部分断面で、本質的に櫛形デザインであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電動衝撃工具のためのリニアアクチュエータ。
【請求項９】
あるスタックにおける隣接するバー（３０，３０'）が交代する磁化の向き（Ｎ→Ｓ、Ｓ→Ｎ）を有し、それが一対の歯に属する二つの互いに対向する歯（２２）の中心長手軸（Ｚ）と本質的に整列していることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の電動衝撃工具のためのリニアアクチュエータ。
【請求項１０】
前記コイル装置（６０）の中心長手軸（Ｍ）が前記ランナ（１６）の運動方向に対してほぼ横方向に向いている、又は一対の歯に属する二つの互いに対向する歯の中心長手軸とほぼ整列している、又は前記軸と、少なくともいくつかのセクションで、本質的に平行に向いていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の電動衝撃工具のためのリニアアクチュエータ。
【請求項１１】
前記磁気伝導性内側領域（５０，５０a）の間の前記予め定められた距離（Ａ）が、前記ランナ（１６）の運動方向（Ｂ）での二つのスタック（１４，１４'）における偶数個の永久磁石バー（３０，３０'）のサイズと本質的に同じになるように寸法設計されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電動衝撃工具のためのリニアアクチュエータ。
【請求項１２】
前記ランナ（１６）の二つのスタック（１４，１４'）における二つの隣接する永久磁石バー（３０，３０'）が、どの場合も、磁気的に不活性なスペーサー（３４，３４'）によって予め定められたある距離で互いに結合されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電動衝撃工具のためのリニアアクチュエータ。
【請求項１３】
前記ランナ（１６）の運動方向（Ｂ）でのステータ・コイル（２８）のサイズよりも小さなポールピッチが前記ランナ（１６）の運動方向（Ｂ）での前記永久磁石バー（３０）の寸法及び前記ステータ（１８）の前記歯（２２）によって規定されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の電動衝撃工具のためのリニアアクチュエータ。
【請求項１４】
前記ステータ（１８）の前記外側領域（５２）が、前記ステータ（１８）の前記内側領域（５２）の他に、又はその代わりに、少なくとも一つのステータ・コイル（２８）を有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の電動衝撃工具のためのリニアアクチュエータ。
【請求項１５】
前記ランナ（１６）の運動方向での前記コイル装置（６０，６０a）のサイズが前記ステータ（１８）の二つの隣接する歯の対の間の距離よりも大きいことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の電動衝撃工具のためのリニアアクチュエータ。
【請求項１６】
前記ステータ（１８）が、少なくとも部分的に、好ましくはプレス及び／又は焼結された金属粉末から作られる、軟磁性形成体であることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の電動衝撃工具のためのリニアアクチュエータ。
【請求項１７】
前記ステータの前記外側領域（５２）が、少なくとも部分的に、磁気短絡体を形成することを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の電動衝撃工具のためのリニアアクチュエータ。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載のリニアアクチュエータを有する電動衝撃工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動衝撃工具におけるリニアアクチュエータに関し、特に、電気的に作動し、ランナとステータを有し、ランナが電動衝撃工具に属する工具に作用するようにセットアップされたアクチュエータに関する。
【０００２】
この種の電動衝撃ハンマーが応用される分野は、例えば、地上及び地下における建設、設備の建造、コンクリート工事、人造石材工場、鋳物工場、設営会社、天然及び人造石材の加工、及びあらゆる種類の石造物とコンクリートの加工、コーキング、たがね彫刻、解体、掘削、顆粒化、打撃、タンピング、及びバリ除去、コンクリートとアスファルト、及び割栗石で透水化された地面の破砕、コンクリートや石造物、その他の建築材の破壊、道路とコンクリート、アスファルト、及びタール、及びウッドブロックと石材舗装の破砕、粘土、ローム、芝生、及び岩塩の破砕、締固め又は打ち固められた土壌の粉砕、又はパイルや接地棒の打ち込み、などである。
【背景技術】
【０００３】
工事の実際作業において、手動のスイッチレバーを作動させるとトランスミッションによって交流ユニバーサル・モータがクランク機構を駆動する破砕ハンマーが知られている。そのクランク機構のピンの回転運動が、結合ロッドとガイドピストンによって直線運動に変換され、空気クッションを介して打撃ピストンに伝達される。上記打撃ピストンは、破砕ハンマーに嵌合された意図する用途に合った工具（尖った、星形、フラット、キースロット、又は高いたがね、スペード、アスファルト・カッター、打ち込みインサート、打ち込みラム、パイル打ち込み用のパイル・ヘルメット、又は打ち込みマンドレル）に直接ぶつかる。内蔵された電子制御システムによって始動電流が低く抑えられ、駆動モータの一定回転スピードが保証される。
【０００４】
独国特許出願公開第１０２５９５６６号明細書から、電動モータによって工具が打撃軸方向に打撃される手持ち型電動衝撃機械工具が知られる。この場合、電動モータは、打撃軸に対して横方向に配置されたロータ積層体を有するロータ・シャフトと、打撃機構のトランスミッションを介して打撃機構サブアセンブリを偏心的に駆動するモータピニオンを有する。ロータ積層体は、打撃軸に関し打撃機構のトランスミッションと完全に対向して配置されている。
【０００５】
米国特許第１，８７１，４４６号明細書は、ステータコイルが一列に配置され、相互作用しない別の磁気回路を形成している電動ハンマーを開示している。それぞれのステータコイルと協同動作する二次コイルがロータに設けられる。
【０００６】
技術的な背景を開示している明細書としては、米国特許第２，８９２，１４０号明細書、独国特許出願公開第１００２５３７１号明細書、西独国特許出願公開第３０３０９１０号明細書、及び独国特許出願公開第１０２０４８８６１号明細書がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電動衝撃ハンマーの重量は比較的小さいので、多くの応用分野、例えばコンクリート、石造物、及び石材の取り壊しと破砕、さらには中程度及び重い壁解体作業、建築再開発及び衛生分野における破壊と修理作業、さらに地面レベルの破砕と解体作業、で必要な打撃パワー、個々の打撃エネルギー、及び打撃回数を達成することは可能であるが、困難を伴う。さらに、従来の装置は大きな建設スペースを必要とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
これらの欠点を解消するために、本発明は電動衝撃工具における電気的に作動されるリニアアクチュエータであって、請求項１に規定されるようなものを教示する。
【０００９】
［本発明による解決手段の構成、さらなる展開及び利点］
本発明によれば、この電動衝撃工具におけるリニアアクチュエータはランナとステータを有し、前記ランナは少なくとも一つのスタックが重ねられた永久磁石バーを有する。ステータは、少なくとも部分的に、軟磁性物質から形成され、少なくとも一対の互いに対向する歯を有し、各対の歯はその間に１スタックを収容し、どの場合も空気ギャップを形成する。ステータは、少なくとも二つの磁気伝導性内側領域を有し、それらは互いからランナの運動方向で予め定められたある距離で配置され、どの場合にも少なくとも部分的に本質的に中空−円筒状コイル装置で囲まれ、その中心長手軸はランナの運動方向に対してほぼ横方向に配置されている。最も単純な形態では、ランナは１スタックの重なった永久磁石バーを有する。ランナのすぐ片側に、ステータのコイル装置と、コイル装置に囲まれた少なくとも二つの磁気伝導性内側領域が配置されている。電動衝撃工具に属する工具を作動させるために、ランナは、前記電動衝撃工具に属する工具とゆるい結合によって相互作用して前記工具に機械的インパルスを伝達する駆動エレメントを有する。
【００１０】
これに関連して、本発明は、このようなリニアアクチュエータの配置によって、二つの磁気伝導性内側領域の一方を通る磁束に対して、どの時点においても他方の磁気伝導性内側領域を通る磁束が本質的に反対に対向するように二つのコイル装置を作動させることができるということを確認した。二つのコイル装置と付随するステータ配置から成る全体装置は、永久磁石ランナバーと組み合わされて、このように自己完結的な磁気回路を形成する。言い換えると、本発明の場合、一方のコイル装置によって一方向に誘導される磁束を、他方のコイル装置によって同時に他の方向に誘導して、回路が閉じるようにすることが可能である。
【００１１】
本発明によれば、ランナは互いにある距離をおいて配置された二つ以上のスタックの永久磁石バーを有し、ステータの磁気伝導性内側領域がランナのスタックの間に配置されるようにすることができる。
【００１２】
本発明の根底にあるもう一つのコンセプトは、電機子を通る循環を生ずるステータの部分、すなわちステータコイル装置を有するコイル領域、を、リニアアクチュエータのパワーを形成する部分、すなわちステータの歯部分、から空間的に『分離する』ことである。この手段によって、電機子を通る循環を、ステータコイルがどの場合にもステータの二つの歯の間に配置される従来のリニアモータに比べて高くすることが可能である。これは、本発明による設計のおかげで、コイルは空間的制約がかなり少なくなり、したがって（オーム）損失を最小にし−それに伴って磁場の誘導を最大にするように最適化できることによる。中心長手軸がランナの運動方向に対して横方向に向いている、言い換えると一対の歯に属する二つの互いに対向する歯の中心長手軸と本質的に整列しているステータコイル装置の配置は、このように配向されたコイルによって誘導される磁束がコイルの両端面に位置する歯の対を通って等しく流れるので磁気的にきわめて効率的である。これによって両方のスタックの永久磁石バーに同一の力が発生する。それにより、他の特別な手段なしにランナの斜めの動きを防止できる。
【００１３】
本発明はまた、中空−円筒状コイル装置が、中心長手軸Ｍに沿って見たときに本質的に長方形の断面を有することを可能にする。外側の輪郭が本質的に長方形であり、クリアランスも同様に本質的に長方形であるコイルは、それによって関連するステータの磁気伝導性内側領域を囲い込む。
【００１４】
ステータコイルの長手方向のサイズより小さいポールピッチは、ランナの運動方向での永久磁石バーの寸法によって、又は前記ランナの運動方向でのステータの歯の寸法によって、規定される。
【００１５】
力又は運動を生ずるランナ磁極／ステータ歯の配置も同様に集中しており、ステータコイル装置によって中断されない。これによって非常に小さなポールピッチが可能になり、それはまた高い力密度をもたらす。さらに、本発明による装置では、ランナの部分ストロークも可能である。
【００１６】
本発明によるリニアアクチュエータのもう一つの本質的な利点は、ランナの慣性質量に寄与するのは実際には磁気的に活性なコンポーネント（永久磁石）だけであって、アクチュエータの他の部分（コイル、磁気短絡路、等）はすべてステータに割り当てられているということにある。これにより、アクチュエータによって及ぼされる力の慣性質量に対するきわめて高い比を達成することができる。
【００１７】
非常にシンプルなデザイン（例えば、長方形断面の、単相及び中空円筒状配置）にすることが可能なステータコイル装置の配置により、コイルに作用する震動的な力の影響を非常に低く抑えて、コイルの振動、又はステータコイル・チャンバの壁との摩擦を低くすることができる。それにより、ステータコイル・チャンバの絶縁又はライニングのための材料を最小にすることができる。これはまた、装置全体をコンパクトにし、信頼性を高めることに寄与する。さらに、シンプルな構成は、ステータコイル・チャンバで高い充填率（ステータコイル・チャンバの体積に対するステータコイル・チャンバ内のコイル体積）を達成できるので、小さなリニアアクチュエータの場合でも、高いパワー密度が得られる。
【００１８】
本発明によれば、各歯は、ランナの運動方向で、ランナの運動方向における永久磁石バーのサイズと本質的に同一なサイズを有することができるので、上記ランナが予め定められたある位置にあるとき、どの場合にもステータの少なくとも一対の歯は一つの永久磁石バーと整列している。
【００１９】
ランナの運動方向で隣接しているステータの歯の対は、ランナの運動方向における永久磁石バーのサイズに対して、少なくとも一つの他の永久磁石バーが、ステータの二つの互いに隣接する歯の対と整列している二つの永久磁石バーの間に配置されるような寸法になっていることが好ましい。
【００２０】
本発明によれば、磁気伝導性内側領域は少なくとも一つの歯をランナの方に向いた端に有する。二つ以上のスタックを有するランナの場合、二つのスタックの間に位置するステータの磁気伝導性内側領域はランナの方に向いた端に歯を有する。
【００２１】
さらに、ステータは、ランナのスタックの外側に位置する少なくとも一つの磁気伝導性外側領域を有することができ、ランナのスタックの方に向いた端に少なくとも一つの歯を有する。
【００２２】
二つのスタックを有するランナの場合、ステータはまた、ランナの二つのスタックの外側に位置し、スタックの方に向いた端に歯を有する二つの磁気伝導性外側領域を有してもよい。
【００２３】
本発明によれば、ステータの外側に位置する領域は、断面で、少なくとも部分断面で、本質的に櫛型デザインになっている。この場合、櫛の歯は、歯の対の外側の（外側に位置する）歯となる。
【００２４】
本発明によれば、スタックにおいて隣接するバーは磁化の向きが交代し、この向きの長手軸は、一対の歯に属する二つの互いに対向する歯の中心長手軸と本質的に整列している。
【００２５】
本発明によれば、コイル装置の中心長手軸はランナの運動方向に対してほぼ横方向に向いている。同様に、本発明によれば、コイル装置の中心長手軸を一対の歯に属する互いに対向する二つの歯の中心長手軸とほぼ整列させることも、又は上記の軸と、少なくともあるセクションで、本質的に平行に向けることも可能である。これにより、例えばコイル装置を取り付けるための適当なスペースを確保するために、ステータの内側領域をアングルがついた設計にすることが可能になる。
【００２６】
本発明に従って、二つの磁気伝導性内側領域の間の予め定められた距離は、ランナの運動方向における二つのスタックの偶数個の永久磁石バーのサイズと本質的に同一になるように設計できる。
【００２７】
本発明によれば、ランナの二つのスタックにおける二つの隣接する永久磁石バーは、どの場合も、磁気的に不活性なスペーサーによって予め定められた距離で互いに結合することができる。これらのスペーサーは、軽い、磁気的に不活性な物質（アルミニウム、チタン、プラスチック−グラスファイバー又は炭素ファイバーを包含するプラスチックを含む−など）を含むことができる。その結果、ランナの慣性質量は小さくなり、安定性は高くなる。
【００２８】
本発明によれば、ランナの運動方向における永久磁石バーの寸法、及びランナの運動方向におけるステータの歯の寸法からして、前記ランナの運動方向におけるステータコイル装置のサイズより小さなポールピッチを規定することができる。
【００２９】
本発明によれば、ステータの外側領域は、ステータの内側領域に加えて、又はその代わりに、少なくとも一つのステータコイルを有することができる。
【００３０】
本発明によれば、ランナの運動方向におけるステータのコイル装置のサイズはステータの二つの隣接する歯の対の間の距離よりも大きくてもよい。
【００３１】
ステータを通る磁束の経路はほとんどもっぱら二次元的であり、そのため、前記ステータ（内側及び／又は外側磁気伝導性領域）は、好ましくは電気的シートで作られるパーツで構成される。しかし、それを、少なくとも部分的に、好ましくはプレス及び／又は焼結された金属粉末から作られる軟磁性成形体として製造することも可能である。
【００３２】
本発明によれば、ステータの外側領域は、少なくとも部分的に、磁気短絡体を形成する。
【００３３】
本発明による装置のパワー密度は高いので、必要なパワー・データを有するリニアアクチュエータの横方向寸法を非常に小さく抑えることができる。これにより、それを限られた建設スペースで用いることが可能になる。
【００３４】
本発明によるリニアアクチュエータと電動衝撃工具に属する工具との間で打撃エネルギーを伝達するためのゆるい結合としては、きわめて多様な形態が可能である。例えば、駆動エレメントを打撃パーツと動的に結合して、ランナの運動方向に長手方向に移動でき、上記打撃パーツが電動衝撃工具に属する工具に機械的インパルスを本質的にランナの運動方向に伝達することができるようにしてもよい。
【００３５】
ステータのコイル装置は、打撃パーツが電動衝撃工具の工具又は工具ホルダーにぶつかる前に、駆動エレメントがその運動に制動をかけて上記打撃パーツが予め定められた経路を自由浮動相でカバーするような仕方で、電子制御システムによって電流が供給されるように構成される。これに関連して、『自由浮動相』とは、ランナの運動方向における打撃パーツの運動であって、上記打撃パーツが駆動エレメントによって電動衝撃工具の工具又は工具ホルダーまで運ばれることがない運動、又はもはやほとんどない運動、むしろ、打壁パーツは、ランナによって上記打撃パーツに駆動エレメントによって加えられたそれ以前の加速の結果として、ランナとはそれ以上の駆動タイプの結合なしに工具又は工具ホルダーまで『浮遊』する運動、を意味するものとする。言い換えると、打撃パーツは駆動パーツとの係合から解放されている。打撃パーツの自由浮動相の結果として、上記打撃パーツが上記工具又は工具ホルダーにぶつかる瞬間には、リニアアクチュエータのランナと工具又は工具ホルダーの機械的結合からの離脱が実現している。このゆるい結合の結果、リニアアクチュエータの個々のコンポーネント、特にランナ、は高い機械的負荷を受けることがない。
【００３６】
さらに、ステータのコイル装置は、駆動エレメントが打撃パーツを電動衝撃工具の工具又は工具ホルダーの方へ、そして工具又は工具ホルダーから再びスタート位置まで動かすような仕方で、電子制御システムによって電流が供給されるように構成することができる。
【００３７】
電動衝撃工具に属する工具を作動させるために、ランナはまた、電動衝撃工具に属する工具を打撃するように構成された作業ピストンが移動可能に収容された作業チャンバと相互作用する駆動ラムを備えることもでき、上記チャンバには作業媒体が駆動ラムと作業ピストンの間に配置され、駆動ラムがランナの運動方向に動くと作業ピストンはそれに対応する運動を行う。
【００３８】
本発明による装置と上述した既知の破砕ハンマー装置の一つの違いは、本発明によるリニアアクチュエータを使用すると、又は電動衝撃工具に属する工具とのゆるい結合の結果として、交流ユニバーサル・モータの回転運動を直線運動に変換するために必要なコンポーネント（トランスミッション、後者にピンを有するクランク機構、及び結合ロッド）が省かれるということである。
【００３９】
このような状況の下で、駆動ラムは、例えば中空−円筒状デザインである作業チャンバに、少なくともいくつかのセクションで、突出することができる。さらに、作業媒体は好ましくは圧縮性媒体、例えば空気又は他の何らかの気体、である。しかし、非圧縮性媒体、例えばオイル、水、など、を用いることも可能である。最後に、作業ピストンの動きをその運動の一方向又は両方向で制限するために、作業ピストンと相互作用する少なくとも一つのストッパを設けることができる。
【００４０】
作業ピストンは、それが行う運動がほぼランナの運動の方向に向けられるように作業チャンバに配置することができる。しかし、ランナの運動の方向と作業ピストンの運動の方向、又は電動衝撃工具に属し上記ピストンと結合している工具の運動の方向、が共線的でなく、互いにある角度を成すようにすることも可能である。
【００４１】
エネルギーは、作業チャンバ内の駆動ラムと作業ピストンの間の作業媒体によってリニアアクチュエータから作業ピストン又は工具に伝達される。このような状況の下で、作業ピストン又は工具とリニアアクチュエータのランナとの機械的結合からの解放が圧縮性媒体の場合は達成される。この機械的結合からの解放の結果、リニアアクチュエータの個々のコンポーネント、特にランナ、は高い機械的負荷を受けなくなる。もっと強い結合が望ましい場合、それは非圧縮性媒体を用いることによって達成でき、上記結合を、例えばばね荷重された圧力吸収容器によってセットすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
その他の特徴、性質、利点、及び可能な変型について、以下の記述によって添付図面を参照して説明する。
【００４３】
図１は、電動衝撃工具におけるリニアアクチュエータ１０の第一の実施形態を示しており、このアクチュエータはランナ１６とステータ１８を有する。
【００４４】
ランナ１６は、多数の本質的に平行六面体デザインを有する永久磁石バー３０，３０'を重ねたものから成り互いから距離Lで配置された二つの平行なスタック１４，１４'を有する。
【００４５】
ステータ１８は、焼結された鉄金属粉末又は鉄薄板積層体で作られた軟磁性成形体の形をしている。ステータ１８は、いくつかの、互いに対向する歯２２を有する歯の対２２a，２２a'；２２b，２２b'；２２c，２２c'；２２d，２２d'；２２e，２２e'；２２f，２２f'を有する。二つのスタック１４，１４'の一方は一対の歯に属する歯２２の間に収容され、空気ギャップ２４又は２４'をそれぞれ形成する。
【００４６】
ランナ１６の二つのスタック１４，１４'の間に、ステータ１８は、ランナ１６の運動方向Ｂで互いから予め定められた距離Ａで配置された二つの磁気伝導性内側領域５０，５０aを有する。ステータ１８の二つの内側領域５０，５０aのそれぞれは、どちらも本質的に中空−円筒状コイル装置６０，６０aによって囲まれている。それぞれのコイル装置６０，６０aの中心長手軸Ｍは、ランナ１６の運動方向Ｂに対してほぼ横方向に伸びている。コイル装置６０，６０aは、できるだけ高い充填率を達成するために銅テープのコイルとして具体化される。
【００４７】
二つのコイル装置６０，６０aには、どの場合にもそれらが反対方向の磁場を発生するように電流が印加されることになる。図１で、上方のコイル装置６０はランナ１６が図示された位置にあるとき、コイル装置６０の中心長手軸に沿って本質的に左から右に向いた磁場を発生し、他方下方のコイル装置６０aはランナ１６が図示された位置にあるとき、コイル装置６０の中心長手軸に沿って本質的に右から左に向いた磁場を発生する。これは、ランナ１６を運動の方向Ｂに沿って（上又は下に）駆動するように変化する。
【００４８】
各コイル装置６０，６０aは、その全長にわたって、ステータ１８の二つの内側領域５０，５０aの関連する領域を完全に囲んでいるので、それを最大の巻線スペースで満たすことができる。図１と２に適当な矢印−あるいはむしろ矢印の先端と終端−によって示されているように、二つのコイル装置６０，６０aには、どの場合も、それらが互いに当接する中央セクション６４で同じ方向に電流が流されるような仕方で電流が供給されることになる（図２を参照）。
【００４９】
図示した装置では、ランナ１６は、平行に向いた二つのスタック１４，１４'から構成され、それらの磁石バーは永久磁石材料（例えば、サマリウム−コバルト）から形成されている。個々の磁石バー３０が面を平らにそろえて重ねられ、その磁化方向は交代する向きに（ステータ１８の内側領域から外向きに、及びその逆に）なる。さらに、磁石バー３０の寸法は、ランナ１６が予め定められた位置にあるとき、磁石バー３０の一つがステータ１８の一対の歯に属する二つの歯の間に整列するように設計される。スタック１４，１４'における隣接するバー３０，３０'はＮ→Ｓ、Ｓ→Ｎと交代する磁化方向を有する。ランナ１４がある位置にあるとき、これらのバーはそれぞれステータ１８の歯２２と整列するようになる。この整列位置で、一対の歯に属する二つの互いに対向する歯２２の中心長手軸Ｚは、また、整列している特定のバーの磁化方向と本質的に一致する。見て分かるように、コイル装置６０の中心長手軸Ｍも、ランナ１６の運動方向に対してほぼ横方向に、そして一対の歯に属する二つの互いに対向する歯の中心長手軸とほぼ整列する方向に向いている。
【００５０】
ランナ１６の慣性質量を減らすために、プラスチック、例えばカーボンファイバー強化プラスチック、で作られた、やはり平行六面体の形の磁気的に不活性なスペーサー３４，３４’がスタック１４，１４’の二つの隣接する磁石バー３０の間に挿入される。互いに隣接する磁石バー３０と磁気的に不活性なスペーサー３４，３４’は互いに固定的に結合される。言い換えると、アクチュエータ（ランナ）の可動部分は、磁束を伝導するパーツ（例えば磁束を伝導するピース、など）を何も含まず、永久磁石だけを含み、それらは常に磁場において最適な仕方で配置される。この配置はまた、重量を減らすことができるという利点がある。永久磁石材料で作られた平行六面体のバーが十分な磁場強度で利用できない場合、本発明によれば、（内側から外向きに、又はその逆に）向いた磁場がランナ１６の運動方向に対して横方向に生ずるような仕方で永久磁石セグメントからバーを組み立てることも可能である。
【００５１】
ステータ１８は、また、ランナ１６の二つのスタック１４，１４’の外側に位置する二つの磁気伝導性外側領域を有し、これらは好ましくは、ほとんどもっぱら二次元的である磁束を誘導するための鉄薄板の層として製造される。しかし、これを焼結された鉄金属粉末から作られる軟磁性成形体として形成することも可能である。これらの外側に位置するステータ１８の領域５２，５２’は、断面が本質的に櫛形デザインであり、ランナ１６のスタック１４，１４’に向いた端に歯２２を有し、その形はステータ１８の内側に位置する領域５０，５０aの歯と鏡映反転する仕方で対応している。
【００５２】
磁気伝導性内側領域５０，５０aの間には予め定められた距離Ａが設けられ、その寸法は、ランナ１６の運動方向での二つのスタック１４，１４’の偶数個（図示した実施形態では２個）の永久磁石バー３０，３０’（及び付随するスペーサー）のサイズと同一になるように設計される。ステータ１８の外側に位置する断面が櫛形デザインの領域５２，５２’の長さは、ランナ１６の磁石バーの方に向いた両端における対応する歯２２が、どの場合にも、異なる向きの磁石バーに対向して位置するような寸法に設計される。言い換えると、ランナがある位置にあるとき、歯の対２２dに属する歯２２が外側に向いた磁石バーと整列し、対応する歯の対２２cに属する歯２２が内側に向いた磁石バーと整列する。同じことは、歯の対２２bに属する歯２２に対応する歯の対２２eに属する歯２２に、そしてまた、歯の対２２aに属する歯２２に対応する歯の対２２fに属する歯２２にもあてはまる。ステータ１８の外側領域５２は、それにより磁気短絡体を形成する。図１は、ステータ１８の外側領域５２，５２’を示しており、これは３つの個々のＣ型わくが互いに嵌合した形になっている。しかし、ステータ１８の外側領域５２，５２’をそれぞれ一体の軟磁性櫛形ラミネーションに歯が設けられた形にデザインすることも可能である。本発明によるステータ１８の外側領域の配置の本質的な利点は、浮遊磁場がほぼ何も環境に放出されないということである。
【００５３】
もっと分かりやすく図解するために、ステータ１８とその内側領域５０，５０aと外側領域５２，５２’が図３に切り離された形で示されている。この図では、外側領域の一つ５２’と上方の内側領域５０が省略されている。本発明の範囲に含まれていながら図に示されていないことは、ステータ１８の外側領域５２，５２’が上記ステータ１８の内側領域５２の他に、又はその代わりに、少なくとも一つのステータコイルを有するということである。見て分かるように、ランナ１６の運動方向におけるコイル装置６０，６０aのサイズはステータ１８の二つの隣接する歯の対の間の距離よりも大きい。
【００５４】
図５は、電動リニアアクチュエータ１０の第二の実施形態を示す。この場合、前の図で用いられた参照記号によって同じ又は同等の機能又は動作様態を有するパーツ又はコンポーネントを表しており、したがって以下ではその実際の形態、機能、又は動作様態が上述したものと異なる範囲に限って再び説明する。
【００５５】
この実施形態では、ランナ１６は、多数の重ねられた本質的に平行六面体デザインを有する永久磁石バー３０から成るスタック１４を有する。ステータ１８は薄板の層から成る軟磁性スタックの形をしている。上記ステータ１８はいくつかの互いに対向する歯２２の対２２a … ２２fを有する。スタック１４は、一対の歯に属する歯２２の間に収容され、それぞれ空気ギャップ２４又は２４’を形成する。
【００５６】
ランナ１６のスタック１４の片側（図５では右側）に、ステータ１８は二つの磁気伝導性内側領域５０，５０aを有し、それらはランナ１６の運動方向Ｂで互いから予め定められたある距離Ａで配置されている。ステータ１８の二つの内側領域５０，５０aは、どの場合も、本質的に中空−円筒状コイル装置６０，６０aによって囲まれている。実際には、ステータ１８のこれら二つの内側領域５０，５０aは傾斜した『Ｕ』形の脚を形成し、それを結合するヨークは磁気伝導性外側領域５２’によって形成される。言い換えるとこの実施形態では、ランナの第二のスタックは省かれ、ステータの鉄は連続的に成形される。ステータ１８の外側に位置する領域５２は、ランナ１６の外側に有り、断面が本質的に櫛形デザインであり、ランナ１６のスタック１４に向いている端に歯２２を有し、それはステータ１８の内側に位置する領域５０，５０’の歯と、形が鏡映反転で対応している。
【００５７】
この実施形態でも、磁気伝導性内側領域５０，５０aの間には予め定められた距離Ａがあり、その寸法は、二つのスタック１４，１４’における偶数個（図示した実施形態では二個）の永久磁石バー３０，３０’（及び付随するスペーサー）の、ランナ１６の運動方向Ｂでのサイズと本質的に同一になるように設計される。ステータ１８の断面が櫛形デザインである領域５２，５２’の長さも、両端における対応する歯２２（これらの歯はランナ１６の磁石バーの方に向いている）が、どの場合にも、異なる向きの磁石バーに対向するような寸法に設計される。
【００５８】
単相で作動されるリニアアクチュエータは上述した通りである。しかし、二つ以上の相を有するリニアアクチュエータ装置も本発明の範囲内で設計できる。そのためには、付随するコイルを含む別のステータ・システムの歯を、計画された位相オフセット、又は駆動電力のオフセット、に対応する仕方でランナに沿って幾何的にずらして配置しなければならない。
【００５９】
ランナ１６はロッドの形の駆動エレメント１５を有し、それはスロット１５aをその自由端に有する（図１の下方）。上記のスロット１５aには、反対に対向するスロット１９aが自由端に建造されたバー１９がランナ１６の運動方向Ｂで長手方向に移動可能に係合している（図１の下方）。上記バー１９は、高張力鋼で作られた円形−円筒状の打撃パーツ２１に結合されている。スロット１５a、１９aで互いにかみ合う二端によって、打撃パーツ２１は、上記打撃パーツ２１が電動衝撃ハンマーに属する工具（この工具は参照番号２３で示されている）に運動方向Ｂに機械的インパルスを伝達できるように、ランナ１６と動的に結合される。
【００６０】
このような状況の下で、駆動エレメント１５の自由端ｖとそのスロット１５aの内側の点ｕは、それぞれ、『スラスト相』で、バー１９のスロット１９aの内側の点ｖ’と上記バー１９の自由端ｕ’にのしかかる。すると、ステータ１８のコイル装置が適切に作動してランナ１６の減速又は制動が生じて、バー１９と駆動エレメント１５のスラスト接触が切断される。打撃パーツは『自由浮遊相』になり、それ以上加速されない。ランナ１６によって電動衝撃ハンマーに属する工具の方へ加速された打撃パーツ２１が、そちらに向いた工具２３aの端面２３aにぶつかると自由浮遊相は終わる。電動衝撃ハンマーに属する工具２３は、それによって打撃パーツ２１の運動方向（図１では下向き）に加速される。上記打撃パーツ２１は、次に駆動エレメント１５によって再び（図１では上向きに）引っ込められる。スロット１５aと１９aの対向するそれぞれの内点ｗとｗ’がこのために互いに押し合う。
【００６１】
電動衝撃ハンマーに属する工具２３と打撃パーツ２１は、参照番号２５で示されるガイドチューブに−スライド嵌合によって−少なくとも部分的に収容される。電動衝撃ハンマーに属する工具２３の経路は上記ガイドチューブにおけるステップ２５aによって制限され、打撃パーツ２１を工具２３から引っ込めるときには、上記パーツと工具もランナ１６の運動方向で互いに空間的に分離する。しかし、ステップがついたガイドチューブ２５の代わりに、他の形態も可能である、例えば電動衝撃ハンマーに属する工具２３のための対応する経路制限ストッパ２５aを有するガイドレールなどが可能である。
【００６２】
互いに係合する端による駆動エレメント１５とロッド１９を介した打撃パーツ２１とランナ１６の図１に示されたゆるい動的な結合の代わりに、他の実施形態も可能である。このために、図１ａは、例示的に、同様にランナ１６による打撃パーツ２１の工具２３又は工具ホルダーの方への加速を可能にするゆるい結合、工具２３にぶつかるまでの打撃パーツ２１の自由浮遊相、及び上記工具２３からの打撃パーツ２１の後退、を示している。これに関連して、図１のコンポーネントと同一の、又は同じ仕方で機能するコンポーネントには同じ参照番号を付けている。
【００６３】
ステータ１８のコイル装置は、電子制御システム（別に図示しない）と電気的に結合され、後者によって、打撃パーツ２１が電動衝撃ハンマーの工具２３又は工具ホルダーにぶつかる前にランナ１６がその運動を制動し、上記打撃パーツ２１が予め定められたある経路を自由浮遊相でカバーするように、電流が供給される。
【００６４】
インパルスが打撃パーツ２１から電動衝撃工具の工具２３又は工具ホルダーに伝達され、工具が運動の方向に前進した後、コイル装置６０，６０aには電子制御システムによって、ランナ１６が打撃パーツ２１を反対方向に（後方へ）引っ込めるように、電流が供給される。この場合、ランナ１６は打撃パーツ２１を第一の速度で電動衝撃工具の工具又は工具ホルダーまで移動させ、そして第二のもっと低い速度で上記工具又は工具ホルダーから離れるように移動させる。
【００６５】
別のやはりゆるい結合を例示する形態では、ランナに駆動ラムが設けられ、それが本質的に円形−円筒状作業チャンバに突出し、ランナの運動方向に封止シートのシールを通して後者の中でスライドして移動することができる。作業チャンバには、また、作業ピストンが配置され、それも同様にランナの運動方向にスライドして移動することができる。それにより、上記作業ピストンは、工具ホルダーに−例えば挿入、ラッチング、などによって−保持される電動衝撃工具に属する工具を打撃することができる。作業チャンバには、駆動ラムと作業ピストンの間に作業媒体が、例えば空気の形で、配置され、上記駆動ラムがランナの運動方向Ｂに動くと、作業ピストンが長手方向に工具ホルダーの方に向いた対応する−しかしクッションをおいた−打撃運動を行う。実際に、駆動ラムと作業ピストンの間の『空気クッション』は、工具からランナに対する反発の直接反作用を防止する。
【００６６】
円筒状作業チャンバの壁に、工具ホルダーの運動を制限するためのステップの形のストッパを設けて、駆動ラムが後退するときに、作業ピストンと工具がランナの運動方向で互いに空間的に分離しているようにすることができる。しかし、ステップがついた管状の作業チャンバの代わりに、他の形態、例えば電動衝撃工具に属する工具の対応する経路制限ストッパを有するガイドレールなど、も可能である。
【００６７】
説明した実施形態は、約１０〜２００ｍｍという工具の行程を実現するのに特に好適である。この工具の行程は、比較的狭い建設スペースで必要な約３〜約１５０ジュールという個別打撃エネルギー及び毎分約１５０〜３０００回といった打撃回数を要求する。
【００６８】
上述した異なる実施形態の個々の様態又は特徴は互いに組み合わせることもできるということは、当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】電動衝撃工具における本発明に係わるリニアアクチュエータの一つの実施形態を概略的に示す縦断面を含む斜視図である。
【図１ａ】ランナに対する打撃パーツのゆるい動的結合の別の実施形態を概略的に示す縦断面を含む斜視図である。
【図２】電動衝撃工具における本発明に係わるリニアアクチュエータに属するコイル装置の一つの実施形態を概略的に示す平面を含む斜視図である。
【図３】電動衝撃工具における本発明に係わるリニアアクチュエータに属するステータの一つの実施形態を概略的に示す平面を含む斜視図である。
【図４】電動衝撃工具における本発明に係わるリニアアクチュエータに属する磁石バーのスタックの一つの実施形態を概略的に示す平面を含む斜視図である。
【図５】電動衝撃工具における本発明に係わるリニアアクチュエータの別の実施形態を概略的に示す縦断面を含む斜視図である。
【図１】
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【図１ａ】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成20年2月21日(2008.2.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
図示した装置では、ランナ１６は、平行に向いた二つのスタック１４，１４'から構成され、それらの磁石バーは永久磁石材料（例えば、サマリウム−コバルト）から形成されている。個々の磁石バー３０が面を平らにそろえて重ねられ、その磁化方向は交代する向きに（ステータ１８の内側領域から外向きに、及びその逆に）なる。さらに、磁石バー３０の寸法は、ランナ１６が予め定められた位置にあるとき、磁石バー３０の一つがステータ１８の一対の歯に属する二つの歯の間に整列するように設計される。スタック１４，１４'における隣接するバー３０，３０'はＮ→Ｓ、Ｓ→Ｎと交代する磁化方向を有する。ランナ１６がある位置にあるとき、これらのバーはそれぞれステータ１８の歯２２と整列するようになる。この整列位置で、一対の歯に属する二つの互いに対向する歯２２の中心長手軸Ｚは、また、整列している特定のバーの磁化方向と本質的に一致する。見て分かるように、コイル装置６０の中心長手軸Ｍも、ランナ１６の運動方向に対してほぼ横方向に、そして一対の歯に属する二つの互いに対向する歯の中心長手軸とほぼ整列する方向に向いている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
このような状況の下で、駆動エレメント１５の自由端ｖとそのスロット１５aの内側の点ｕは、それぞれ、『スラスト相』で、バー１９のスロット１９aの内側の点ｖ’と上記バー１９の自由端ｕ’にのしかかる。すると、ステータ１８のコイル装置が適切に作動してランナ１６の減速又は制動が生じて、バー１９と駆動エレメント１５のスラスト接触が切断される。打撃パーツは『自由浮遊相』になり、それ以上加速されない。ランナ１６によって電動衝撃ハンマーに属する工具の方へ加速された打撃パーツ２１が、そちらに向いた工具２３の端面２３aにぶつかると自由浮遊相は終わる。電動衝撃ハンマーに属する工具２３は、それによって打撃パーツ２１の運動方向（図１では下向き）に加速される。上記打撃パーツ２１は、次に駆動エレメント１５によって再び（図１では上向きに）引っ込められる。スロット１５aと１９aの対向するそれぞれの内点ｗとｗ’がこのために互いに押し合う。
【国際調査報告】
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