(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つのバッテリーユニット（３０４）に接続できる電動機ユニット（３０３）を有する動力工具（３００）において、
・昇圧変換器（３１０）が、上記バッテリーユニット（３０４）と上記電動機ユニット（３０３）との間に接続可能であり、
そして作動時に、上記バッテリーユニット（３０４）から上記昇圧変換器（３１０）へ供給されるバッテリー電圧Ｕｂａｔｔｅｒｙを高い昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐにすなわちＵｓｔｅｐ−ｕｐ＞Ｕｂａｔｔｅｒｙに変換するように構成され、
上記昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐが上記電動機ユニット（３０３）に出力電圧ＵｏｕｔｐｕｔとしてすなわちＵｏｕｔｐｕｔ＝Ｕｓｔｅｐ−ｕｐで供給され、
・バイパス回路（３２０）が、上記昇圧変換器（３１０）と並列に設けられ、
そして作動時に、上記バッテリーユニット（３０４）を上記電動機ユニット（３０３）に接続し、そして上記電動機ユニット（３０３）に上記バッテリー電圧Ｕｂａｔｔｅｒｙを出力電圧ＵｏｕｔｐｕｔとしてすなわちＵｏｕｔｐｕｔ＝Ｕｂａｔｔｅｒｙで供給し、また
・少なくとも一つの制御ユニット（３３１、３３２）が、上記出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔを上記バッテリー電圧Ｕｂａｔｔｅｒｙと上記昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐとの間で切換えるように、上記昇圧変換器（３１０）及び上記バイパス回路（３２０）を制御するために設けられ、
上記制御ユニット（３３１、３３２）が、一つ又は複数の工具関連パラメーターに基いて昇圧変換器（３１０）及び上記バイパス回路（３２０）を制御するように構成され、
上記パラメーターが、上記電動機ユニットに供給される出力電流Ｉｏｕｔｐｕｔと、出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔと、動力工具（３００）で発生されるトルクＴを掛けた上記電動機ユニット（３０３）の回転速度ωｍｏｔｏｒすなわちωｍｏｔｏｒ×Ｔと、上記電動機ユニット（３０３）に供給される出力電力Ｐｏｕｔｐｕｔとから成る
ことを特徴とする動力工具（３００）。
【請求項２】
上記昇圧変換器（３１０）が、少なくとも一つの昇圧トランジスター（３１１）と、少なくとも一つのインダクター（３１３）と少なくとも一つの昇圧スイッチ（３１２）とを含む同期昇圧変換器である
ことを特徴とする請求項１記載の動力工具（３００）。
【請求項３】
上記昇圧変換器（３１０）が、作動時に、上記少なくとも一つの昇圧トランジスター（３１１）及び上記昇圧変換器（３１０）を上記電動機ユニット（３０３）に接続する上記少なくとも一つの昇圧スイッチ（３１２）を制御するように設けられた昇圧制御回路（３１６、３１７）を備えている
ことを特徴とする請求項２記載の動力工具（３００）。
【請求項４】
上記昇圧制御回路（３１６、３１７）が、上記高い昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐを目標電圧Ｕｔａｒｇｅｔに向かって制御するように設けられかつ上記昇圧変換器（３１０）の出力（３２５）を入力としてもつ電圧調整回路（３１６）を備えている
ことを特徴とする請求項３記載の動力工具（３００）。
【請求項５】
上記バイパス回路（３２０）が、上記少なくとも一つの制御ユニット（３３１）によって制御されるバイパススイッチ（３２１）を備えている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の動力工具（３００）。
【請求項６】
上記少なくとも一つの昇圧スイッチ（３１２）、上記昇圧トランジスター（３１１）及び上記バイパススイッチ（３２１）の一つ以上が、
ＮチャンネルＭＯＳＥＦＴ（金属酸化物半導体電界効果形トランジスター）及び
ＰチャンネルＭＯＳＥＦＴ（金属酸化物半導体電界効果形トランジスター）
のグループのいずれかとして構成される
ことを特徴とする請求項３又は請求項５記載の動力工具（３００）。
【請求項７】
上記少なくとも一つの制御ユニット（３３１、３３２）が、上記バイパス回路（３２０）にバイパス作動／非作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆを供給するように構成され、上記バイパス回路（３２０）が、上記バイパス作動／非作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆに基いて上記電動機ユニット（３０３）への上記バッテリーユニット（３０４）の接続を作動／非作動状態にするように構成されている
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の動力工具（３００）。
【請求項８】
上記少なくとも一つの制御ユニット（３３１、３３２）が、上記昇圧変換器に昇圧作動／非作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆを供給するように構成され、上記昇圧変換器（３１０）が、上記昇圧作動／非作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆに基いて上記昇圧変換器（３１０）の電圧変換を作動／非作動状態にするように構成されている
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の動力工具（３００）。
【請求項９】
上記少なくとも一つの制御ユニット（３３１、３３２）が、上記昇圧作動／非作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆ及び／又は上記バイパス作動／非作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆを、上記パラメーター（Ｕｏｕｔｐｕｔ、Ｉｏｕｔｐｕｔ、ωｍｏｔｏｒ×Ｔ、Ｐｏｕｔｐｕｔ）の少なくとも一つと、同じパラメーターに関連する閾値（Ｕｔｈｒｅｓｈｏｌｄ、Ｉｔｈｒｅｓｈｏｌｄ、ωｔｈｒｅｓｈｏｌｄ×Ｔ、Ｐｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）との関係において決めるように構成されている
ことを特徴とする請求項７又は請求項８記載の動力工具（３００）。
【請求項１０】
上記少なくとも一つの制御ユニット（３３１、３３２）が、上記昇圧作動／非作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆ及び／又は上記バイパス作動／非作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆを、上記電動機ユニット（３０３）に供給される上記出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔと電圧閾値Ｕｔｈｒｅｓｈｏｌｄとの関係において決めるように構成されている
ことを特徴とする請求項７又は請求項８記載の動力工具（３００）。
【請求項１１】
上記少なくとも一つの制御ユニット（３３１、３３２）は、上記出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔが上記電圧閾値Ｕｔｈｒｅｓｈｏｌｄに等しいか又はそれより高い、すなわちＵｏｕｔｐｕｔ≧Ｕｔｈｒｅｓｈｏｌｄである時に、昇圧作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ及びバイパス非作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｆｆを発生するように構成されている
ことを特徴とする請求項９記載の動力工具（３００）。
【請求項１２】
上記少なくとも一つの制御ユニット（３３１、３３２）が、上記昇圧作動／非作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆ及び／又は上記バイパス作動／非作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆを、上記電動機ユニット（３０３）に供給される出力電流Ｉｏｕｔｐｕｔと電流閾値Ｉｔｈｒｅｓｈｏｌｄとの関係において決めるように構成されている
ことを特徴とする請求項７又は請求項８記載の動力工具（３００）。
【請求項１３】
上記少なくとも一つの制御ユニット（３３１、３３２）は、上記出力電流Ｉｏｕｔｐｕｔが上記電流閾値Ｉｔｈｒｅｓｈｏｌｄに等しいか又はそれより高い、すなわちＩｏｕｔｐｕｔ≧Ｉｔｈｒｅｓｈｏｌｄである時に、昇圧非作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｆｆ及びバイパス作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎを発生するように構成されている
ことを特徴とする請求項１２記載の動力工具（３００）。
【請求項１４】
上記少なくとも一つの制御ユニット（３３１、３３２）は、上記トルクＴを掛けた工具（３００）によって発生される上記電動機ユニット（３０３）の回転速度ωｍｏｔｏｒすなわちωｍｏｔｏｒ×Ｔと、速度及びトルク閾値ωＴｔｈｒｅｓｈｏｌｄとの関係において、上記昇圧作動／非作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆ及び上記バイパス作動／非作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ__ｏｎ／ｏｆｆを決めるように構成されている
ことを特徴とする請求項７又は請求項８記載の動力工具（３００）。
【請求項１５】
上記少なくとも一つの制御ユニット（３３１、３３２）は、上記トルクＴを掛けた上記回転速度ωｍｏｔｏｒすなわちωｍｏｔｏｒ×Ｔが上記速度及びトルク閾値ωＴｔｈｒｅｓｈｏｌｄより低い、すなわちωｍｏｔｏｒ×Ｔ＜ωＴｔｈｒｅｓｈｏｌｄである時に、昇圧作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ及びバイパス非作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｆｆを発生するように構成されている
ことを特徴とする請求項１４記載の動力工具（３００）。
【請求項１６】
上記少なくとも一つの制御ユニット（３３１、３３２）が、上記昇圧作動／非作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆ及び／又は上記バイパス作動／非作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆを、電動機ユニット（３０３）に供給される出力電力Ｐｏｕｔｐｕｔとパワー閾値Ｐｔｈｒｅｓｈｏｌｄとの関係において決めるように構成されている
ことを特徴とする請求項７又は請求項８記載の動力工具（３００）。
【請求項１７】
上記少なくとも一つの制御ユニット（３３１、３３２）は、上記出力電力Ｐｏｕｔｐｕｔが上記パワー閾値Ｐｔｈｒｅｓｈｏｌｄより低い、すなわちＰｏｕｔｐｕｔ＜Ｐｔｈｒｅｓｈｏｌｄである時に、昇圧作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ及びバイパス非作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｆｆを発生するように構成されている
ことを特徴とする請求項１６記載の動力工具（３００）。
【請求項１８】
上記バイパス作動／非作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆ及び上記昇圧作動／非作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆが相補的な信号である
ことを特徴とする請求項７〜請求項１７のいずれか一項記載の動力工具（３００）。
【請求項１９】
上記昇圧変換器（３１０）が相互に逆位相で作動される二つの昇圧トランジスターを備えている
ことを特徴とする請求項１〜請求項１８のいずれか一項記載の動力工具（３００）。
【請求項２０】
上記昇圧変換器（３１０）及び上記バイパス回路（３２０）が上記動力工具（３００）の本体内に一体に設けられ、上記昇圧変換器（３１０）及び上記バイパス回路（３２０）が上記電動機ユニット（３０３）に接続されかつ上記バッテリーユニット（３０４）に接続できる
ことを特徴とする請求項１〜請求項１９のいずれか一項記載の動力工具（３００）。
【請求項２１】
上記昇圧変換器（３１０）及び上記バイパス回路（３２０）が上記バッテリーユニット（３０４）と一体に設けられ、上記バッテリーユニット（３０４）に接続されかつ上記電動機ユニット（３０３）に接続できる
ことを特徴とする請求項１〜請求項１９のいずれか一項記載の動力工具（３００）。
【請求項２２】
上記昇圧変換器（３１０）及び上記バイパス回路（３２０）が上記バッテリーユニット（３０４）と上記電動機ユニット（３０３）との間に別個に設けられ、上記昇圧変換器（３１０）及び上記バイパス回路（３２０）が上記バッテリーユニット（３０４）に接続できかつ上記電動機ユニット（３０３）に接続できる
ことを特徴とする請求項１〜請求項１９のいずれか一項記載の動力工具（３００）。
【請求項２３】
上記バッテリーユニット（３０４）が少なくとも一つのスーパーコンデンサーを備えている
ことを特徴とする請求項１〜請求項２２のいずれか一項記載の動力工具（３００）。
【請求項２４】
上記電動機ユニット（３０３）の回転速度が減速される際に、上記電動機ユニット（３０３）によって発生されるエネルギーを消耗するために設けたブレーキチョッパーを有する
ことを特徴とする請求項１〜請求項２３のいずれか一項記載の動力工具（３００）。
【請求項２５】
動力工具（３００）の電動機ユニット（３０３）に出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔを供給する方法において、
・一つのバッテリーユニット（３０４）と上記電動機ユニット（３０３）との間に接続できる昇圧変換器（３１０）が作動される時に、上記バッテリーユニット（３０４）から上記昇圧変換器（３１０）に供給されるバッテリー電圧Ｕｂａｔｔｅｒｙを高い昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐすなわちＵｓｔｅｐ−ｕｐ＞Ｕｂａｔｔｅｒｙに変換し、そして上記昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐを上記電動機ユニット（３０３）に出力電圧ＵｏｕｔｐｕｔとしてすなわちＵｏｕｔｐｕｔ＝Ｕｓｔｅｐ−ｕｐで供給すること、
・上記昇圧変換器（３１０）に並列に設けられるバイパス回路（３２０）が作動される時に、上記バッテリーユニット（３０４）を上記電動機ユニット（３０３）に接続し、そして上記バッテリー電圧Ｕｂａｔｔｅｒｙを電動機ユニット（３０３）に出力電圧ＵｏｕｔｐｕｔとしてすなわちＵｏｕｔｐｕｔ＝Ｕｂａｔｔｅｒｙで供給すること、
・少なくとも一つの制御ユニット（３３１、３３２）を用いて上記昇圧変換器（３１０）及び上記バイパス回路（３２０）を制御して、上記出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔを、上記バッテリー電圧Ｕｂａｔｔｅｒｙと上記昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐとの間で切換え得、上記昇圧変換器（３１０）及び上記バイパス回路（３２０）の制御が、一つ又は複数の工具関連パラメーターに基いており、上記パラメーターが、上記電動機ユニットに供給される出力電流Ｉｏｕｔｐｕｔと、出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔと、動力工具（３００）で発生されるトルクＴを掛けた上記電動機ユニット（３０３）の回転速度ωｍｏｔｏｒすなわちωｍｏｔｏｒ×Ｔと、上記電動機ユニット（３０３）に供給される出力電力Ｐｏｕｔｐｕｔとから成ること
を特徴とする方法。
【請求項２６】
上記少なくとも一つの制御ユニット（３３１、３３２）は、上記パラメーター（Ｕｏｕｔｐｕｔ、Ｉｏｕｔｐｕｔ、ωｍｏｔｏｒ×Ｔ、Ｐｏｕｔｐｕｔ）の少なくとも一つが特定の閾値（Ｕｔｈｒｅｓｈｏｌｄ、Ｉｔｈｒｅｓｈｏｌｄ、ωｔｈｒｅｓｈｏｌｄ×Ｔ、Ｐｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）以上又は以下になった時、上記昇圧変換器（３１０）を非作動状態にさせ、上記バイパス回路（３２０）を作動させる
ことを特徴とする請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
上記出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔが電圧閾値Ｕｔｈｒｅｓｈｏｌｄより低い、すなわちＵｏｕｔｐｕｔ＜Ｕｔｈｒｅｓｈｏｌｄである時に、上記少なくとも一つの制御ユニット（３３１、３３２）が、昇圧変換器（３１０）を非作動状態にさせ、上記バイパス回路（３２０）を作動させる
ことを特徴とする請求項２５記載の方法。
【請求項２８】
出力電流Ｉｏｕｔｐｕｔが電流閾値Ｉｔｈｒｅｓｈｏｌｄより高いか或いはそれに等しい、すなわちＩｏｕｔｐｕｔ≧Ｉｔｈｒｅｓｈｏｌｄである時に、上記少なくとも一つの制御ユニット（３３１、３３２）が、昇圧変換器（３１０）を非作動状態にさせ、上記バイパス回路（３２０）を作動させる
ことを特徴とする請求項２５記載の方法。
【請求項２９】
電動工具（３００）によって発生されるトルクＴを掛けた上記電動機ユニット（３０３）の回転速度ωｍｏｔｏｒすなわちωｍｏｔｏｒ×Ｔが上記速度及びトルク閾値ωＴｔｈｒｅｓｈｏｌｄより低い、すなわちωｍｏｔｏｒ×Ｔ＜ωＴｔｈｒｅｓｈｏｌｄである時に、上記少なくとも一つの制御ユニット（３３１、３３２）が、昇圧変換器（３１０）を作動状態にさせ、上記バイパス回路（３２０）を非作動状態させる
ことを特徴とする請求項２５記載の方法。
【請求項３０】
上記電動機ユニット（３０３）に供給される出力電力Ｐｏｕｔｐｕｔがパワー閾値Ｐｔｈｒｅｓｈｏｌｄより低い、すなわちＰｏｕｔｐｕｔ＜Ｐｔｈｒｅｓｈｏｌｄである時に、上記少なくとも一つの制御ユニット（３３１、３３２）が、上記昇圧変換器（３１０）を作動状態にさせ、上記バイパス回路（３２０）を非作動状態させる
ことを特徴とする請求項２５記載の方法。
【請求項３１】
上記動力工具（３００）の作動が、
・上記作動の第一段階中に上記昇圧変    換器（３１０）を作動状態にし、上記バイパス回路（３２０）を非作動状態にして、上記昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐを上記電動機ユニット（３０３）に出力電圧ＵｏｕｔｐｕｔとしてすなわちＵｏｕｔｐｕｔ＝Ｕｓｔｅｐ−ｕｐで供給し、それにより上記電動機ユニット（３０３）の回転速度ωｍｏｔｏｒが高い昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐの結果として増加されること、
・上記作動の第二段階中に上記昇圧変換器（３１０）を非作動状態にし、上記バイパス回路（３２０）を作動状態にして、上記バッテリー電圧Ｕｂａｔｔｅｒｙを上記電動機ユニット（３０３）に出力電圧ＵｏｕｔｐｕｔとしてすなわちＵｏｕｔｐｕｔ＝Ｕｂａｔｔｅｒｙで供給し、それにより上記電動機ユニット（３０３）の回転速度ωｍｏｔｏｒが低いバッテリー電圧Ｕｂａｔｔｅｒｙの結果として減速されること
を特徴とする請求項２５〜請求項３０のいずれか一項記載の方法。
【請求項３２】
コード手段が、コンピューターにおける作動時に、コンピューターに請求項２５〜請求項３１のいずれか一項記載の方法を実行させること
を特徴とするコンピュータープログラム。
【請求項３３】
コンピューターで読取り可能な媒体及び請求項３２に記載のコンピュータープログラムを備え、上記コンピュータープログラムがコンピューターで読取り可能な媒体内に含まれていること
を特徴とするコンピュータープログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に記載した動力工具に関するものである。
本発明はまた、請求項２４の前文に記載した出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔをもつ動力工具の電動機ユニットを提供する方法に関するものである。
本発明はまた、コンピュータープログラム及びコンピュータープログラム製品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動機ユニットを備えた動力工具にはしばしばバッテリーユニットから電力が供給される。図１にはかかる動力工具１００の例が概略的に示されている。この動力工具１００は本体／ハウジング１０１及びシャフト／スピンドル１０２を備えている。電動機ユニットは、シャフト１０２を駆動するために用いられる。電動機はバッテリーユニット１０４によって駆動される。バッテリーユニット１０４は図１に示すように動力工具のハンドル１０３に装着できるが、動力工具１００のその他の部分にも装着できる。しかし、バッテリーユニット１０４は、また、動力工具１００から分離して設けることもでき、外部バッテリーユニットと動力工具１００との間に接続される一本以上のケーブルを介して電力が電動機ユニットに供給され得る。動力工具１００はさらに、当業者には理解されるように図１に示していない多数の部品を備えている。
【０００３】
ナットランナーのような今日の動力工具は、一般に、動力工具のサイズや重さに関して問題がある。一般に、顧客にとって軽量の動力工具が非常に有用であり、その理由は保持したり取扱うのに重すぎず、運んだり実際に使用するのに容易であるので、動力工具のサイズ及び／又は重さを軽減する要求がある。
【０００４】
動力工具は工具のサイズ及び／又は重さに加えて、多数の部品を備えている。工具のサイズや重さの両方に大きく影響する一つの部品はバッテリーユニットである。動力工具の性能は今日、バッテリーユニットから供給される電力に直接関係し、そしてまたバッテリーユニットのサイズや重さにも直接関係する。例えば、ナットランナーによって供給されるトルク及び減速は共に、バッテリーユニットの電圧レベルに直接関係する。従って、効率的で高性能なナットランナーは今日、大きくて重いバッテリーパックを備えなければならない。
【０００５】
動力工具のサイズ及び／又は重さを最小にしながら動力工具を現代の性能要求に適合させるために、幾つかの従来技術の解決方法では、出力及び／又は電圧の異なる一組の異なるバッテリーユニット或いはバッテリーが用いられてきた。従って、動力工具の必要な性能に関連して、ユーザーは、この組から動力工具に接続すべき適当なバッテリーユニット又はバッテリーを選べる可能性がある。従って、動力工具のサイズ及び重さは性能要求に適合させることができる。極めて強力でない、及びまた極めて小型で軽量の工具で十分である際には、非常に重くて大きくもある非常に強力な動力工具を取り扱うことは避けることができる。
【０００６】
しかし、動力工具において使用できるバッテリーユニットの組は、工具の性能及びサイズの適用性を達成するためにユーザーは動力工具と共に運ばなければならない。また、工具を用いての作業中におけるバッテリー給電に適合できるようにユーザーは全てのバッテリーユニットを準備しなければならず、この解決方法は極めて現実的でない。また、出力及び／又は電圧の異なる複数のバッテリーユニット及び／又はバッテリーは今日しばしば、異なった接続インターフェースを備えている。従って、第一の電圧及び／又は出力をもつ第一のバッテリーは動力工具に直接接続できるが、第二の電圧及び／又は出力をもつ第二のバッテリーはしばしば動力工具に直接接続できない。そのため、少なくとも一つ以上のバッテリーアダプターを用いずにはバッテリーを有効に交換することは難しい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上述の問題点の一つ以上を少なくとも部分的に解決する動力工具を提供することにある。
本発明は、背景技術で知られた動力工具よりコンパクトで軽量な動力工具を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、請求項１の特徴とする部分による動力工具によって達成される。
【０００９】
また、上記目的は、請求項２５の特徴とする部分による、出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔを動力工具の電動機ユニットへ供給する方法によって達成される。
【００１０】
また、上記目的は、コンピュータープログラム及びコンピュータープログラム製品によって達成される。
【００１１】
本発明による動力工具及び方法は、工具の電動機ユニットに供給される出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔがバッテリー電圧Ｕｂａｔｔｅｒｙと比較的高い昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐとの間で切換えられ得ることを特徴としている。この切換え可能な出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔは、特許請求の範囲に記載の発明によれば、昇圧変換器と、バイパス回路と、昇圧変換器及びバイパス回路を制御する少なくとも一つの制御回路とによって達成される。
【００１２】
昇圧変換器はバッテリーユニットと電動機ユニットとの間に接続でき、そして作動時に、バッテリーユニットから昇圧変換器へ供給されることになるバッテリー電圧Ｕｂａｔｔｅｒｙを比較的高い昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐに変換するすなわちＵｓｔｅｐ−ｕｐ＞Ｕｂａｔｔｅｒｙにするために設けられる。従ってこの昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐは出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔとして電動機ユニットに供給される、すなわちＵｏｕｔｐｕｔ＝Ｕｓｔｅｐ−ｕｐである。
【００１３】
バイパス回路は、昇圧変換器と並列に設けられ、それにより作動時にバッテリーユニットを電動機ユニットに直接接続し、そして電動機ユニットに出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔとしてバッテリー電圧Ｕｂａｔｔｅｒｙを供給する。Ｕｏｕｔｐｕｔ＝Ｕｂａｔｔｅｒｙ。
【００１４】
少なくとも一つの制御回路は、出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔをバッテリー電圧Ｕｂａｔｔｅｒｙと昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐとの間で切換えるために、昇圧変換器及びバイパス回路を制御するために設けられる。この制御された切換えは、バイパス作動／非作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆ及び昇圧作動／非作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆを発生すること及びこれらの昇圧作動／非作動信号をバイパス回路及び昇圧変換器へそれぞれ供給することによって達成できる。
【００１５】
本発明による動力工具は、それぞれバイパス回路及び昇圧変換器の作動及び非作動を利用して電動機ユニットに供給される出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔを変えて電動器ユニットの回転速度を増大させるように設けられる。こうして、動力工具の生産性は増大する。
【００１６】
代わりに、小型で軽量のバッテリーユニット及び従って先行技術の動力工具に比較してよりコンパクトで重くない動力工具は本発明によって提供できる。コンパクトで軽量の動力工具は容易に取り扱うことができ、その結果動力工具の使用は本発明によって改善される。
【００１７】
本発明の実施形態によれば、動力工具は、ナットの締付け及び／又は緩め作業のような工具のある特定の作動を実行するのに特に適用でき、かかる作業中には最適性能を達成するように作動中速度及び／又はトルクは変化すべきである。例えば、ナットを締付ける際には、工具の第一の作動段階では昇圧変換器が作動され、バイパス回路は非作動状態に置かれ得る。第二の段階では、バイパス回路が作動され、昇圧変換器は非作動状態に置かれ得る。それにより、第一の作動段階では電動工具は高回転速度及び低トルクとなり、それに続いて第二の作動段階では低回転速度及び高トルクとなる。これにより、例えばナットを締付ける際にナットランナーに対して最適な性能が得られ、第一の段階では高速ではあるが力のあまり高くなり過ぎないモーメントが必要とされ、そして第二の段階では力の比較的高いモーメントが必要とされる。本発明によれば、この最適性能は、コンパクトで軽量の動力工具で達成できる。
【００１８】
ナットを緩める際には、第一の段階は代わりに、高トルクＴ及び低回転速度にでき、そして第二の段階は、高回転速度及び低トルクにできる。これは、作動の第一の段階中、バイパス回路を作動し、昇圧変換器を非作動にし、続いて、第二の段階中、昇圧変換器を作動し、バイパス回路を非作動にすることによって達成される。これにより、例えばナットを緩める際にコンパクトで軽量なナットランナーに対して最適な性能が得られ、第一の段階ではより高い回転力が要求され、第二の段階ではより低い回転力が要求される。
【００１９】
本発明による動力工具及び方法の詳細な実施形態及び利点について以下、幾つかの好ましい実施形態を示す添付図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来技術の動力工具を示す。
【図２】本発明による動力工具を示す。
【図３】本発明による動力工具を示す。
【図４】本発明の実施形態による動力工具に対する工具作動線図を示す。
【図５】本発明の実施形態による動力工具に対する作動方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明によれば、動力工具は、以下に詳しく説明するように、昇圧変換器と、バイパス回路と、少なくとも一つの制御ユニットとを有する。図２には、かかる動力工具２００を概略的に示す。図２において、昇圧変換器、バイパス回路、及び一つ以上の制御ユニットは昇圧／バイパスモジュール２０２として示されており、この昇圧／バイパスモジュール２０２は、工具２００の本体２０１内に設けた電動機ユニット２０３と、バッテリーユニット２０４との間に接続できる。
【００２２】
本発明の一実施形態によれば、昇圧／バイパスモジュール２０２、すなわち昇圧変換器、バイパス回路、及び一つ以上の制御ユニットは、動力工具２００の本体２０１内に一体的に設けられ、そして電動機ユニット２０３及びバッテリーユニット２０４に接続される。
【００２３】
本発明の別の実施形態によれば、昇圧／バイパスモジュール２０２は、バッテリーユニット２０４と一体に構成される。一体化したバッテリー及び昇圧／バイパスモジュール２０２、２０４は、工具２００の電動機ユニット２０３に接続できる。
【００２４】
本発明の別の実施形態によれば、昇圧／バイパスモジュール２０２は、バッテリーユニット２０４と電動機ユニット２０３との間に別個にすなわち別個のユニットとして設けられる。別個に設けた昇圧／バイパスモジュール２０２は、従ってこの場合バッテリーユニット２０４と電動機ユニット２０３との両方に接続できる。
【００２５】
図３には、本発明による動力工具３００を概略的に示す。図３において、動力工具３００は、バッテリーユニット３０４と昇圧／バイパスモジュール３０２とを備えて概略的に示されている。しかし、上述のように、バッテリーユニット３０４及び／又は昇圧／バイパスモジュール３０２及び／又は一つ以上の制御ユニット３３１、３３２は、動力工具３００と別個にすなわち動力工具の本体の外部に設けることもできる。
【００２６】
動力工具３００は電動機ユニット３０３を備え、電動機ユニット３０３は昇圧／バイパスモジュール３０２を介してバッテリーユニット３０４に接続できる。図３において、電動機ユニット３０３はインバーター３０５を備えている。しかし、電動機ユニット３０３及び／又は昇圧／バイパスモジュール３０２の構成によっては、インバーター３０５は動力工具３００において省略され得る。
【００２７】
昇圧／バイパスモジュール３０２は昇圧変換器３１０及びバイパス回路３２０を備えている。昇圧変換器３１０は、バッテリーユニット３０４と電動機ユニット３０３との間に接続できる。昇圧変換器３１０は、作動及び非作動状態にでき、作動時には、バッテリーユニット３０４によって昇圧変換器３１０に供給されるバッテリー電圧Ｕｂａｔｔｅｒｙを変換するために設けられる。それにより昇圧変換器３１０はバッテリー電圧Ｕｂａｔｔｅｒｙを高い昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐに、すなわちＵｓｔｅｐ−ｕｐ＞Ｕｂａｔｔｅｒｙに変換する。そして、この高い昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐは、出力ＤＣバス３２５における出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔとして電動機ユニット３０３に供給される。すなわちＵｏｕｔｐｕｔ＝Ｕｓｔｅｐ−ｕｐである。従って、電動機ユニット３０３には、昇圧変換器３１０が作動されている時に高い昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐが供給される。
【００２８】
バイパス回路３２０は、昇圧変換器３１０と並列に設けられ、従ってまたバッテリーユニット３０４と電動機ユニット３０３との間に接続できる。バイパス回路３２０が作動されると、バッテリーユニット３０４は、バイパス回路３２０を介して電動機ユニット３０３に接続される。従って、バイパス回路は、出力ＤＣバス３２５における出力電圧ＵｏｕｔｐｕｔすなわちＵｏｕｔｐｕｔ＝Ｕｂａｔｔｅｒｙとして電動機ユニット３０３にバッテリー電圧Ｕｂａｔｔｅｒｙを供給するようにされる。
【００２９】
動力工具はまた、電動機ユニット３２５の制動すなわち減速時に出力ＤＣバス３２５における出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔが高すぎるレベルに達するのを阻止することによってバッテリーユニット３０４を保護するために設けたブレーキチョッパーを備えることもできる。一般に、ユーザーが工具を作動させた時に電動機ユニット３０３によってエネルギーが発生され、それにより動力工具の回転速度は、特に電動機ユニットの制動が開始される前に、高い昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐが電動機ユニットに供給された場合に、減速される。ブレーキチョッパーは、昇圧／バイパスモジュール３０２と電動機ユニット３０３との間で出力ＤＣバス３２５に設けることができる。例えば、ブレーキチョッパーは、出力ＤＣバス３２５を通して、ＭＯＳＥＦＴ（金属酸化物半導体電界効果型トランジスター）のようなスイッチと直列に結合した抵抗として備えることができ、この抵抗にはダイオードが並列に結合される。これにより、電動機ユニット３０３の減速中に電動機ユニットによって発生されるエネルギーは、抵抗で消耗でき、それによりバッテリーユニット３０４を保護するため出力ＤＣバス３２５における出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔは低減される。
【００３０】
本発明による動力工具３００はさらに、少なくとも一つの制御ユニット３３１、３３２を備えている。少なくとも一つの制御ユニット３３１、３３２は、昇圧変換器３１０及びバイパス回路３２０を作動／非作動状態にすることによって昇圧変換器３１０及びバイパス回路３２０を制御するために設けられる。出力ＤＣバス３２５における出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔは、バッテリー電圧Ｕｂａｔｔｅｒｙと昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐとの間で切換えし得る。従って、昇圧変換器３１０及びバイパス回路３２０の作動／非作動をそれぞれ制御することによって、出力ＤＣバス３２５における出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔは、低いバッテリー電圧Ｕｂａｔｔｅｒｙと高い昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐとの間で切換えでき、すなわちＵｂａｔｔｅｒｙ≦Ｕｏｕｔｐｕｔ≦Ｕｓｔｅｐ−ｕｐである。
【００３１】
従って、本発明による動力工具３００は、一時的に増大した昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐを電動機ユニット３０３に供給することによって、電動機ユニット３０３の回転速度を一時的に高めることができる。それにより動力工具の生産性が増大される。
【００３２】
代わりに、先行技術の解決策で使用されたものと同じ回転電動機速度は、先行技術の解決策におけるバッテリー電圧Ｕｂａｔｔｅｒｙ_ｐｒｉｏｒ  ａｒｔで可能であったより低い電圧Ｕｂａｔｔｅｒｙ_ｉｎｖｅｎｔｉｏｎのバッテリーユニットを用いて達成でき、Ｕｂａｔｔｅｒｙ_ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ＜Ｕｂａｔｔｅｒｙ_ｐｒｉｏｒ  ａｒｔ、というのは、本発明による増大した昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐは、先行技術の電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐ＝Ｕｂａｔｔｅｒｙ_ｐｒｉｏｒ  ａｒｔに整合するように一時的に十分高くできるからである。従って、本発明によれば、比較的小型で軽量のバッテリーユニット３０４及びそれにより比較的コンパクトで軽量の動力工具３００が提供される。コンパクトで軽量の動力工具３００は取扱いが容易であり、従って本発明によって動力工具３００の比較的容易でしかも比較的魅力的な使用が促進される。
【００３３】
また、昇圧及びバイパスモジュール３０２は、本発明の解決策によりコンパクトでしかも軽量にできる。これは、本発明によるバイパス回路３２０の使用によるものであり得る。電動機ユニット３０３が大きな負荷の間高い効果を果たす際には、バイパス回路３２０は作動され、昇圧変換器３１０は非作動状態にされ、それにより、バッテリーユニット３０４は、できれば変換器３０５を含む電動機ユニット３０３に直接接続される。これにより、昇圧変換器３１０の構成要素は単に限定された電力で対処できる必要がある。というのは、昇圧変換器３１０は、バッテリーユニット３０４から電動機ユニット３０３へ最大電力が供給される際にバイパスされるからである。従って、これらの構成要素は比較的低い電力で対処できるので、昇圧及びバイパスモジュール３０２は、コンパクトにしかも軽量に設計でき、そしてこのことにより動力工具３００の総寸法及び重量も低減する。
【００３４】
本発明の実施形態によれば、昇圧変換器３１０は、比較的高い昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐを発生するように構成される同期昇圧変換器であり、この昇圧変換器は、少なくとも一つの昇圧トランジスター３１１と、少なくとも一つのインダクター３１３と、少なくとも一つの昇圧スイッチ３１２とを備えている。少なくとも一つの昇圧トランジスター３１１及び／又は少なくとも一つの昇圧スイッチ３１２は典型的には相対的に高い周期例えばキロヘルツ（ｋＨｚ）範囲の周期で切換えできる。図３に例示したように、インダクター３１３は、バッテリーユニット３０４及び昇圧スイッチ３１２と直列に接続される。昇圧トランジスター３１１はバッテリーユニット３０４と並列に、また出力ＤＣバス３２５を通して出力コンデンサー３１４と並列に接続されている。
【００３５】
昇圧変換器はさらに、少なくとも一つの昇圧トランジスター３１１及び／又は少なくとも一つの昇圧スイッチ３１２を制御するように構成された昇圧制御回路を備えることができ、昇圧スイッチ３１２は、作動時に、昇圧変換器３１０を出力ＤＣバス３２５すなわち電動機ユニット３０３に接続するために用いることができる。昇圧制御回路は、電圧調整回路３１６及びＰＷＭ（パルス幅変調）回路３１７を備えている。増幅器として構成できる電圧調整回路３１６は、ＰＷＭ回路３１７を制御することによって高い昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐのレベルを目標電圧Ｕｔａｒｇｅｔに向かって制御するように構成される。電圧調整回路３１６は入力３１５として出力ＤＣバス３２５を備えている。
【００３６】
ＰＷＭ回路３１７はまた、昇圧変換器３１０が過負荷状態の場合に、昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐを制限／低減する過負荷制限機能も備えている。ＰＷＭ回路３１７はまた、制御ユニット３３２から入力信号として供給されることになる制御信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆを受ける入力を備えている。従って少なくとも一つの昇圧トランジスター３１１及び少なくとも一つの昇圧スイッチ３１２の機能は、昇圧制御回路によって、特にＰＷＭ回路３１７によって制御される。昇圧トランジスター３１１を制御するために用いられる制御信号は、直接ＰＷＭ回路３１７によって発生される。昇圧スイッチ３１２を制御するために用いられる制御信号は、ＰＷＭ回路３１７によって発生された制御信号の増幅及び反転形態であり、増幅及び反転は増幅器／インバーター３１８によって行われる。
【００３７】
本発明の実施形態によれば、バイパス回路３２０はバイパススイッチ３２１を備え、このバイパススイッチ３２１は、バイパス制御信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆを発生する制御ユニット３３１によって制御できる。従って、バイパス回路３２０は、以下に詳しく説明するように、極低周期で例えば工具の作動当たり二回切換えられる。増幅器３２２は、制御ユニット３３１からのバイパス制御信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆを増幅してから増幅した制御信号バイパススイッチ３２１に供給するために用いられる。
【００３８】
図３において、例示のため、制御信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆ及びＳｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆを発生する制御ユニット３３１、３３２は二つの別個の制御ユニットとして示されている。しかし、当業者には明らかなように、これら制御信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆ及びＳｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆの両方は、これらの制御ユニット３３１、３３２の両方の上記及び／又は下記の機能を本質的に含む単一の制御ユニットによって発生できるようにすることもできる。
【００３９】
本発明の実施形態によれば、少なくとも一つの昇圧スイッチ３１１、昇圧スイッチ３１２及び少なくとも一つのバイパススイッチ３２１の一つ以上は、Ｎ−チャネルＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果型トランジスター）、Ｐ−チャネルＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果型トランジスター）、或いは別の適当な制御可能なスイッチング装置と構成される。
【００４０】
本発明の実施形態によれば、昇圧スイッチ３１２及び少なくとも一つのバイパススイッチ３２１の少なくとも一つは、低電力応用に特に適した電力ダイオードとして構成される。
【００４１】
本発明の実施形態によれば、昇圧変換器３１０は、バッテリー電圧Ｕｂａｔｔｅｒｙを高い昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐに変換するようにされる多相変換器である。多相変換器は、制御信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆによって制御可能なブースト型変換器であり得る。
【００４２】
本発明の実施形態によれば、昇圧変換器３１０は、相互に逆の位相で作動される二つの昇圧トランジスター回路を備えて構成される。それにより、出力ＤＣバス３２５における電圧／電流リプルは逆位相で結合したトランジスター形態によって低減できるので、昇圧変換器３１０により、平滑な出力昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐが得られ得る。
【００４３】
本発明の実施形態によれば、バッテリーユニット３０４は少なくとも一つのスーパーコンデンサーを備えている。スーパーコンデンサーは単位容積当たり非常に高い容量値及び非常に高いエネルギー密度をもっている。従ってスーパーコンデンサーは、従来のバッテリーに代わる信頼できるエネルギー源として利用できる。スーパーコンデンサーはまた、相応する従来のバッテリーエネルギー源より非常に軽い極軽量である。スーパーコンデンサーの一つの問題点は、しばらくしてそれらの出力が損なわれることにある。しかし、それらを再び極めて迅速に充電することができる。本発明を用いることによって、スーパーコンデンサーの出力電圧は、必要な時、例えばスーパーコンデンサーの出力の幾分かが失われた時に高めることができる。例えば、バッテリーユニットにスーパーコンデンサーを備える本発明による動力工具は、組立ラインにおいて使用することができ、該動力工具を相対的に短い時間間隔で順次使用することができ、そしてこれらの短い時間間隔の間で充電させることができる。スーパーコンデンサーを使用することにより、本発明の実施によって極めてコンパクトで軽量の動力工具を提供できる。
【００４４】
従って、少なくとも一つの制御ユニット３３１、３３２は、本発明によれば、バイパス回路３２０にバイパス作動／非作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆを供給するために設けられる。バイパス回路３２０はバイパス回路を作動／非作動状態にするため、すなわちバイパス作動／非作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆに基いて、電動機ユニット３０３にバッテリーユニット３０４を接続したり切離したりするために設けられる。
【００４５】
従って、少なくとも一つの制御ユニット３３１、３３２は、昇圧変換器３１０に昇圧作動／非作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆを供給するために設けられる。従って、昇圧変換器３１０は、昇圧作動／非作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆに基いて昇圧変換器３１０の電圧変換を行わせる又は止めるために設けられる。
【００４６】
本発明の実施形態によれば、バイパス作動／非作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆ及び昇圧作動／非作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆは相補的な信号である。従って、バイパス作動／非作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆ及び昇圧作動／非作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆは反転値をもつ。言い換えれば、バイパス作動／非作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆは昇圧作動／非作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆの反転／取消し形態である。
【００４７】
従って、少なくとも一つの制御ユニット３３１、３３２は、好ましくは、バッテリー電圧Ｕｂａｔｔｅｒｙと高い昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐとの間で出力ＤＣバス３２５を切り換えるために利用でき、それにより、本発明の上記利点をもつ動力工具が提供得される。従って、生産性の高いコンパクトで軽量な動力工具が本発明によって提供される。
【００４８】
上記で説明したように、出力ＤＣバス３２５における電圧は、少なくとも一つの制御ユニット３３１、３３２によってＰＷＭ回路３１７に供給される昇圧作動／非作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆに基いて及び／又は少なくとも一つの制御ユニット３３１、３３２によってバイパススイッチ３２１に供給されるバイパス作動／非作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆに基いてバッテリー電圧Ｕｂａｔｔｅｒｙと高い昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐとの間で切換えられ得る。
【００４９】
従って、昇圧作動／非作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆ及びバイパス作動／非作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆは、少なくとも一つの制御ユニット３３１、３３２において発生される。これら昇圧作動／非作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆ及びバイパス作動／非作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆの形態は、単独で取られた単一のパラメーターか又は二つ以上の組合わさったパラメーターに基づく多数の異なるパラメーターに基いて、少なくとも一つの制御ユニットによって決めることができる。
【００５０】
本発明の実施形態によれば、少なくとも一つの制御ユニットは、出力ＤＣバス３２５における出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔと電圧閾値Ｕｔｈｒｅｓｈｏｌｄとの関係において昇圧作動／非作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆ及び／又はバイパス作動／非作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆを決めるように設けられる。ここで、昇圧作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ及びバイパス非作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｆｆは、出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔが電圧閾値Ｕｔｈｒｅｓｈｏｌｄに等しいか又はそれより高い時すなわちＵｏｕｔｐｕｔ≧Ｕｔｈｒｅｓｈｏｌｄの時少なくとも一つの制御ユニット３３１、３３２によって発生される。この実施形態については以下に詳しく説明する。
【００５１】
本発明の別の実施形態によれば、少なくとも一つの制御ユニット３３１、３３２は、出力ＤＣバス３２５における電動機ユニット３０３に供給される出力電流Ｉｏｕｔｐｕｔと電流閾値Ｉｔｈｒｅｓｈｏｌｄとの関係において昇圧作動／非作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆ及び／又はバイパス作動／非作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆを決めるように設けられる。ここで、昇圧非作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｆｆ及びバイパス作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎは、出力電流Ｉｏｕｔｐｕｔが電流閾値Ｉｔｈｒｅｓｈｏｌｄに等しいか又はそれより高い時すなわちＩｏｕｔｐｕｔ≧Ｉｔｈｒｅｓｈｏｌｄの時少なくとも一つの制御ユニット３３１、３３２によって発生される。この実施形態については以下に詳しく説明する。
【００５２】
本発明の実施形態によれば、少なくとも一つの制御ユニット３３１、３３２は、工具３００によって発生されるトルクＴと掛け算される電動機ユニット３０３の回転速度ωｍｏｔｏｒすなわちωｍｏｔｏｒ×Ｔと、速度及びトルク閾値ωＴｔｈｒｅｓｈｏｌｄとの関係において昇圧作動／非作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆ及び／又はバイパス作動／非作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆを決めるように設けられる。従って、動力工具のシャフト／スピンドル１０２によって得られる回転速度ωｍｏｔｏｒ及びトルクＴは、ここでは、速度及びトルク閾値ωＴｔｈｒｅｓｈｏｌｄと比較される。昇圧作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ及びバイパス非作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｆｆは、トルクＴと掛け算した回転速度ωｍｏｔｏｒすなわちωｍｏｔｏｒ×Ｔが速度及びトルク閾値ωＴｔｈｒｅｓｈｏｌｄより低い、すなわちωｍｏｔｏｒ×Ｔ＜ωＴｔｈｒｅｓｈｏｌｄの時に、少なくとも一つの制御ユニット３３１、３３２によって発生される。この実施形態については以下に詳しく説明する。
【００５３】
本発明の実施形態によれば、少なくとも一つの制御ユニット３３１、３３２は、出力ＤＣバス３２５における電動機ユニット３０３によって発生される出力Ｐｏｕｔｐｕｔと出力閾値Ｐｔｈｒｅｓｈｏｌｄとの関係において昇圧作動／非作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆ及び／又はバイパス作動／非作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆを決めるように設けられる。ここで、昇圧作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ及びバイパス非作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｆｆは、出力ＤＣバス３２５における出力Ｐｏｕｔｐｕｔが出力閾値Ｐｔｈｒｅｓｈｏｌｄより低い、すなわちＰｏｕｔｐｕｔ＜Ｐｔｈｒｅｓｈｏｌｄの時に、少なくとも一つの制御ユニット３３１、３３２によって発生される。この実施形態については以下に詳しく説明する。
【００５４】
本発明の特徴によれば、出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔの動力工具３００の電動機ユニット３０４を設ける方法が提供される。本方法によれば、上述のように昇圧変換器３１０及びバイパス回路３２０を制御するために少なくとも一つの制御ユニット３３１、３３２が用いられ、出力ＤＣバス３２５における出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔはバッテリー電圧Ｕｂａｔｔｅｒｙと昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐとの間ですなわちＵｂａｔｔｅｒｙ≦Ｕｏｕｔｐｕｔ≦Ｕｓｔｅｐ−ｕｐで切換えられ得る。出力電圧のこの切換えは、昇圧変換器３１０が作動される際に、バッテリーユニット３０４によって昇圧変換器３１０に供給されるバッテリー電圧Ｕｂａｔｔｅｒｙを高い昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐに変換すること、すなわちＵｓｔｅｐ−ｕｐ＞Ｕｂａｔｔｅｒｙにすることによって達成される。そして、この昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐは出力電圧ＵｏｕｔｐｕｔとしてすなわちＵｏｕｔｐｕｔ＝Ｕｓｔｅｐ−ｕｐとして電動機ユニット３０３に供給される。出力電圧のこの切換えはまた、バイパス回路３２０が作動される際に、バッテリーユニット３０４を電動機ユニット３０３に接続することによって達成され、それにより、バッテリー電圧Ｕｂａｔｔｅｒｙは出力電圧ＵｏｕｔｐｕｔとしてすなわちＵｏｕｔｐｕｔ＝Ｕｂａｔｔｅｒｙとして電動機ユニット３０３に供給される。
【００５５】
本発明による方法を用いることによって、動力工具３００は、工具を使用する際の高い生産性をもたらし得ると同時に、サイズをコンパクトにできしかも重量を軽くできる。
【００５６】
従って、少なくとも一つの制御ユニット３３１、３３２は、バッテリー電圧Ｕｂａｔｔｅｒｙと昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐとの間で切換えるように出力ＤＣバス３２５における出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔを制御し、Ｕｂａｔｔｅｒｙ≦Ｕｏｕｔｐｕｔ≦Ｕｓｔｅｐ−ｕｐとなる。少なくとも一つの制御ユニットは多数のパラメーターに基いて適当な出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔを決めることができる。
【００５７】
一つのかかるパラメーターは出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔ自体のレベルであり、それにより出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔが電圧閾値Ｕｔｈｒｅｓｈｏｌｄより低い、すなわちＵｏｕｔｐｕｔ＜Ｕｔｈｒｅｓｈｏｌｄである時に、少なくとも一つの制御ユニット３３１、３３２は、昇圧変換器３１０を止め、バイアス回路３２０を作動する。上述のように、ＰＷＭ回路３１７は過負荷制限機能を備えることができ、これにより昇圧変換器３１０が過負荷状態の時に昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐを降下させる。従ってまた、昇圧変換器の過負荷及びそれに続く昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐの降下によって生じる低出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔ＜Ｕｔｈｒｅｓｈｏｌｄは、昇圧変換器３１０及び／又はバイアス回路３２０の制御を決めるパラメーターとして利用できる。
【００５８】
別のかかるパラメーターは出力電流Ｉｏｕｔｐｕｔであり、それにより少なくとも一つの制御ユニット３３１、３３２は、出力電流Ｉｏｕｔｐｕｔが電流閾値Ｉｔｈｒｅｓｈｏｌｄより高いか又は等しい時すなわちＩｏｕｔｐｕｔ≧Ｉｔｈｒｅｓｈｏｌｄの時に、昇圧変換器３１０を停止させ、バイパス回路３２０を作動させる。ここで（下記の表１において）、出力電流Ｉｏｕｔｐｕｔは、出力ＤＣバス３２５における電流に相応し得るか或いは電動機電流Ｉｍｏｔｏｒに相応し得、電動機電流Ｉｍｏｔｏｒは電動機に供給されそして電動機においてすなわちインバーター３０５と電動機との間で測定される。電動機電流Ｉｍｏｔｏｒは、現代の動力工具においては普通それまでに測定される。従って、電動機電流Ｉｍｏｔｏｒを出力電流Ｉｏｕｔｐｕｔパラメーターとして用いる際には複雑さを施す必要はほとんどない。というのは、このパラメーターは動力工具において今日すでに利用できるからである。
【００５９】
電動機電流Ｉｍｏｔｏｒは工具によって発生されるトルクＴに依存し、一方出力ＤＣバス３２５における電流はインバーター３０５に供給される電力に依存するので、電動機電流Ｉｍｏｔｏｒ及び出力ＤＣバス３２５における電流は異なることができる。
【００６０】
表１には、パラメーターの幾つかの例並びにこれらパラメーターの種々の値に基いて昇圧変換器の作動／非作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆ及び／又はバイアス回路の作動／非作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆの状態が示されている。
【００６１】
下記の表１、表２及び表３並びに本明細書において、Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆ＝１は、バイパス回路３２０が作動されていること（Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ）を意味し、Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆ＝０は、バイパス回路３２０が作動されていないこと（Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｆｆ）を意味する。また、Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆ＝１は、昇圧変換器３１０が作動されていること（Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ）を意味し、Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆ＝０は、昇圧変換器３１０が作動されていないこと（Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｆｆ）を意味する。また、工具のトリガー信号は工具の電動機ユニット３０３の運転中には値１であり、工具の電動機ユニット３０３の停止中には値０である。従って、工具トリガー＝０は、電動機ユニットがオフであることを意味し、工具トリガー＝１は、電動機ユニットがオンすなわち作動状態にあることを意味する。
【００６２】
【表１】
0006356225.tif 000002
【００６３】
表におけるＵｏｕｔｐｕｔ及びＩｏｕｔｐｕｔの値は、出力ＤＣバス３２５における電圧及び電流値に相当している。代わりに、Ｉｏｕｔｐｕｔの値は、上記で説明したように、電動機電流Ｉｍｏｔｏｒに相当し得る。表１において見ることができるように、これらの値Ｕｏｕｔｐｕｔ及びＩｏｕｔｐｕｔの一つ以上は、例えば、工具のトリガーがオン状態にある際すなわち工具３００が作動状態にある際に出力ＤＣバス３２５における出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔが予め設定した値Ｕｔｈｒｅｓｈｏｌｄ以下に降下した時に、一つ以上の制御ユニット３３１、３３２をトリガーしてバイパス回路を作動させＳｂｙｐａｓｓ_ｏｎ、そして昇圧変換器を非作動状態Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｆｆにさせる条件として用いられ得る。また、一つ以上の制御ユニット３３１、３３２は、工具のトリガーがオン状態にある際出力ＤＣバス３２５における出力電流Ｉｏｕｔｐｕｔが予め設定した値Ｉｔｈｒｅｓｈｏｌｄより高いか等しい時に、バイパス回路を作動Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎさせ、そして昇圧変換器を非作動状態Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｆｆにさせるように作動できる。
【００６４】
別のかかるパラメーターは動力工具３００で発生されるトルクＴ及び回転速度ωｍｏｔｏｒであり、それらにより少なくとも一つの制御ユニット３３１、３３２は、電動機ユニット３０３の回転速度ωｍｏｔｏｒと動力工具３００によって発生されるトルクＴとを掛けた値ωｍｏｔｏｒ×Ｔが速度及びトルクの閾値ωＴｔｈｒｅｓｈｏｌｄより低いすなわちωｍｏｔｏｒ×Ｔ＜ωＴｔｈｒｅｓｈｏｌｄである場合に、昇圧変換器３１０を作動させ、バイアス回路３２０を非作動にさせる。
【００６５】
パラメーターの種々の値に基いてこれらのパラメーターの例並びに昇圧変換器及び／又はバイパス回路を作動／非作動状態にする信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆ、Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆの条件は表２に示される。
【００６６】
【表２】
0006356225.tif 000003
【００６７】
表２において、ωは工具の回転速度ｒａｄ／ｓであり、またＴは工具の発生するトルクＮｍである。
【００６８】
表２で見ることができるように、ωｍｏｔｏｒ×Ｔのパラメーター値は、工具のトリガーがオン状態にある際にω×Ｔ≧ωＴｔｈｒｅｓｈｏｌｄの時、すなわち工具３００が作動される時にバイパス回路を作動させ、そしてＳｂｙｐａｓｓ_ｏｎ、昇圧変換器を非作動にさせるＳｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｆｆように一つ以上の制御ユニット３３１、３３２をトリガーする条件として用いることができる。また、一つ以上の制御ユニット３３１、３３２は、工具のトリガーがオン状態にある間にω×Ｔ＜ωＴｔｈｒｅｓｈｏｌｄの時に、バイパス回路を非作動にしＳｂｙｐａｓｓ_ｏｆｆ、昇圧変換器を作動させるＳｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎようにトリガーすることができる。
【００６９】
別のかかるパラメーターは出力ＤＣバス３２５における出力電力（出力パワー）Ｐｏｕｔｐｕｔであり、それにより少なくとも一つの制御ユニット３３１、３３２は、電動機ユニット３０３によって発生される出力パワーＰｏｕｔｐｕｔが閾値Ｐｔｈｒｅｓｈｏｌｄより低い時、すなわちＰｏｕｔｐｕｔ＜Ｐｔｈｒｅｓｈｏｌｄの時に、昇圧変換器３１０を作動させ、バイパス回路３２０を非作動状態にさせる。
【００７０】
パラメーターの種々の値に基いてこれらのパラメーターの例並びに昇圧変換器及び／又はバイパス回路を作動／非作動状態にする信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆ、Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆの条件は表３に示される。
【００７１】
【表３】
0006356225.tif 000004
【００７２】
ここで、出力ＤＣバス３２５における出力パワーＰｏｕｔｐｕｔは出力ＤＣバス３２５においてＰｏｕｔｐｕｔ＝Ｉｏｕｔｐｕｔ×Ｕｏｕｔｐｕｔとして計算できる。
【００７３】
表３で見ることができるように、出力パワーＰｏｕｔｐｕｔのパラメーター値は、工具のトリガーがオン状態にある際にＰｏｕｔｐｕｔ≧Ｐｔｈｒｅｓｈｏｌｄの時にバイパス回路を作動させＳｂｙｐａｓｓ_ｏｎ、昇圧変換器を非作動にさせるＳｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｆｆように一つ以上の制御ユニット３３１、３３２をトリガーする条件として用いることができる。また、一つ以上の制御ユニット３３１、３３２は、工具のトリガーがオン状態にある間にＰｏｕｔｐｕｔ＜Ｐｔｈｒｅｓｈｏｌｄの時に、バイパス回路を非作動にしＳｂｙｐａｓｓ_ｏｆｆ、昇圧変換器を作動させるＳｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎようにトリガーすることができる。
【００７４】
一実施形態によれば、少なくとも一つの制御ユニット３３１、３３２は、これらパラメーターの二つ以上、すなわち出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔ、出力電流Ｉｏｕｔｐｕｔ、回転速度ωｍｏｔｏｒ、トルクＴ及び出力パワーＰｏｕｔｐｕｔの二つ以上の組合せにおいて昇圧変換器の作動／非作動信号Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆ及びバイパス回路の作動／非作動信号Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆを決めることができる。
【００７５】
図４には、本発明の可能な使用について説明する非限定例を概略的に示し、例えばナットの締付けを含む工具の使用に対応し得る。図５には、本発明の実施形態による相応した方法のフローシート線図を示す。
【００７６】
本方法の第一のステップ５０１において、動力工具３００は作動され、すなわち工具トリガーは値１をもつ。図４においてこれは時間軸に沿った位置“工具トリガー”において生じる。
【００７７】
第二のステップ５０２において、昇圧変換器３１０は作動され、Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆ＝１であり、またバイパス回路３２０は非作動状態にされ、Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆ＝０である。これにより工具の作動の第一段階が開始され、比較的高い昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐが出力ＤＣバス３２５における出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔとして電動機ユニット３０３に供給される（図４における曲線２）すなわちＵｏｕｔｐｕｔ＝Ｕｓｔｅｐ−ｕｐである。その結果、電動機ユニット３０３の回転速度ωｍｏｔｏｒは、電動機ユニット３０３に比較的高い昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐが入力される結果として、増大する（図４における曲線１）。また、出力電流Ｉｏｕｔｐｕｔ及び／又はトルクＴ（図４における曲線３）もわずかに増大する。従って、昇圧変換器の作動される第一の段階では、本発明により回転速度ωｍｏｔｏｒの増大が達成され、このことは、締め付けるのにあまり高くないトルクを必要とする段階中にナットを素早く締め付けることができることを意味している。
【００７８】
第三のステップ５０３において、作動の第二段階中バイパス回路３２０は作動され、Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆ＝１であり、また昇圧変換器３１０は非作動状態にされ、Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆ＝０である。それによりバッテリー電圧Ｕｂａｔｔｅｒｙは電動機ユニット３０３に出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔとして供給され（図４における曲線２）、Ｕｏｕｔｐｕｔ＝Ｕｂａｔｔｅｒｙである。従って、電動機ユニット３０３の回転速度ωｍｏｔｏｒは、電動機ユニット３０３に入力される低いバッテリー電圧Ｕｂａｔｔｅｒｙの結果としてそしてまた必要とされる比較的高いトルクのためにナットの抵抗の増加により低減される（図４における曲線１）。また、出力電流Ｉｏｕｔｐｕｔ及び／又はトルクＴ（図４における曲線３）は増加される。従って、バイパス回路の作動される第二段階中に、締付けのために高いトルクＴが要求される第二段階において本発明によりトルクの増大が達成される。
【００７９】
本発明の別の実施形態によれば、動力工具３００は、第一の作動段階中には高トルクＴを発生し、そして第二の作動段階中には高回転速度ωｍｏｔｏｒとなるようにされる。この実施形態は例えばナットを緩める場合に特に有用であり、ナットの緩め操作において、第一の実際の緩め段階では高トルクＴが必要とされ、そしてナットがすでに緩められている際の第二の段階では高回転速度ωｍｏｔｏｒ及び低トルクＴが要求される。この実施形態は、第一の作動段階中にバイパス回路３２０を作動し、Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆ＝１、そして昇圧変換器３１０を非作動状態にするＳｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆ＝０ことによって達成される。従って、バッテリー電圧Ｕｂａｔｔｅｒｙは電動機ユニット３０３に出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔとして供給され、それにより高トルクＴ及び低速度ωｍｏｔｏｒが得られる。
【００８０】
その後、第二段階中に、昇圧変換器３１０が作動され、Ｓｓｔｅｐ−ｕｐ_ｏｎ／ｏｆｆ＝１となり、バイアス回路３２０が非作動状態にされ、Ｓｂｙｐａｓｓ_ｏｎ／ｏｆｆ＝０となり、それにより、高い昇圧電圧Ｕｓｔｅｐ−ｕｐが電動機ユニット３０３に出力ＤＣバス３２５における出力電圧Ｕｏｕｔｐｕｔとして供給される。こうして、第二段階中に低トルクＴ及び高回転速度ωｍｏｔｏｒが得られる。
【００８１】
本発明の別の実施形態によれば、電動工具の回転速度の低下すなわち減速中にバイパス回路３２０は作動され、昇圧変換器３１０は非作動状態にされる。従って、電動機ユニット３０３の回転速度が急に低下している際には、電動機ユニット３０３はバッテリーユニット３０４に直接結合され、昇圧変換器３１０には結合されない。それにより、減速中に自由に設定される電動機ユニット３０３及びスピンドル／シャフト１０２の回転エネルギーは電気エネルギーに変換され得、そしてバッテリーユニット３０４を充電するのに利用され得る。例えば、バッテリーユニット３０４が一つ以上のスーパーコンデンサーを有する場合には、減速中に自由に得られた回転エネルギーから取り出される電気エネルギーはスーパーコンデンサーを充電するために用いられ得る。
【００８２】
本発明による動力工具は、本発明の方法の全てのステップを実行するようにされ得る。本発明の方法の種々のステップは、任意の適当な順序で組み合わされ、実行され得る。
【００８３】
本発明の方法は、コンピューターにおける動作時に、コンピューターに方法のステップを実行させるコード手段を備えたコンピュータープログラムによって実施され得る。コンピュータープログラムはコンピュータープログラム製品のコンピューターで読取り可能な媒体に含まれる。コンピューターで読取り可能な媒体は、本質的に、ＲＯＭ（読取り専用メモリー）、ＰＲＯＭ（プログラム可能な読取り専用メモリー）、ＥＰＲＯＭ（消去可能なＰＲＯＭ）、フラッシュメモリー、ＥＥＰＲＯＭ（電気的に消去可能なＰＲＯＭ）或いはハードディスクドライブのような任意のメモリーから成り得る。
【００８４】
本発明による動力工具及び方法は、上記の例示した実施形態と比較して、当業者によって変更され得る。
【００８５】
当業者には明らかなように、上記の例示した実施形態において多数の他の手段、変更、変形及び／又は付加がなされ得る。本発明は、特許請求の範囲内にあるそのような全ての他の手段、変更、変形及び／又は付加を含むことが卦介されるべきである。
【符号の説明】
【００８６】
２００    動力工具
２０１    工具の本体
２０２    昇圧／バイパスモジュール
２０３    電動機ユニット
２０４    バッテリーユニット
３００    動力工具
３０２    昇圧／バイパスモジュール
３０３    電動機ユニット
３０４    バッテリーユニット
３０５    インバーター
３１０    昇圧変換器
３１１    昇圧トランジスター
３１２    昇圧スイッチ
３１３    インダクター
３１４    出力コンデンサー
３１５    入力
３１６    電圧調整回路
３１７    ＰＷＭ回路
３２０    バイパス回路
３２１    バイパススイッチ
３２２    増幅器
３２５    出力ＤＣバス
３３１    制御ユニット
３３２    制御ユニット
５０１    第一のステップ
５０２    第二のステップ
５０３    第三のステップ
【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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