(57)【要約】【課題】振動衝撃を抑える機械工具を提供すること。【解決手段】本手持ち式機械工具は、動作軸１０上にたがね工具を取り付けるための工具取り付け口を含む。空気圧ハンマー機構は、動作軸１０上で移動するハンマー１３と、エキサイタ１２とハンマー１３により密閉され、エキサイタ１２の動作をハンマー１３に伝達する空気室１５とを含む。エキサイタ１２はモータにより駆動され、工具から遠い位置にある前方死点と工具に近い位置にある死点との間を往復移動する。制動装置は過給器１９と制御された出力弁３２とを含む。エキサイタ１２が工具から遠い位置にある死点に近づいたとき、制御された出力弁３２は、過給器１９から空気室１５に空気が流れ込むことを可能とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作軸（１０）上にたがね工具を取り付けるために設けられた工具取り付け口（２）と、
前記動作軸（１０）上の移動式ハンマー（１３）を有するハンマー機構（６）と、当該工具から遠い位置にある前方死点と当該工具に近い位置にある死点との間を往復するようにモータ（５）により駆動されるエキサイタ（１２）と、当該エキサイタ（１２）から密閉された空気室（１５）と、当該エキサイタ（１２）の動作をハンマー（１３）に結合するハンマー（１３）とからなる空気圧ハンマー機構（６）と、
過給器（１９）と制御された出力弁（３２、４１、５３）とを含み、当該制御された出力弁（３２、４１、５３）が，当該工具から遠い位置にある死点に当該エキサイタ（１２）が近づいたときに，当該過給器（１９）から当該空気室（１５）に空気が流れ込むことを可能とする制動装置と
を有する手持ち機械工具。
【請求項２】
前記制御された出力弁（３２、４１、５３）が前記過給器（１９）から前記空気室（１５）に空気が流れ込むことを可能とするときに、前記エキサイタ（１２）の工具から遠い位置にある死点から前記エキサイタ（１２）までの距離が、前記エキサイタ（１２）の全工程の５％よりも短い、ことを特徴とする請求項１に記載の手持ち機械工具。
【請求項３】
前記過給器（２１）はポンプ装置（４４）を含む、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の手持ち機械工具。
【請求項４】
前記エキサイタ（１２）が前記ポンプ装置のポンプピストンを形成する、ことを特徴とする請求項３に記載の手持ち機械工具。
【請求項５】
衝撃を与える方向（１１）の反対側に向いた前記エキサイタ（１２）の領域（３１）が、前記ポンプ装置の圧縮室（２１）を密閉する、ことを特徴とする請求項３に記載の手持ち機械工具。
【請求項６】
前記ハンマー（１３）と、前記空気室（１５）と、前記エキサイタ（１２）と前記ポンプ装置の前記圧縮室（２１）とが、カップ型のガイドチューブ（１７）において、衝撃を与える方向（１１）の反対側の動作軸（１０）上にあり、底部（２９）が、当該衝撃を与える方向（１１）の反対側の当該ガイドチューブ（１７）の前記圧縮室（２１）を密閉する、ことを特徴とする請求項５に記載の手持ち機械工具。
【請求項７】
ピストンロッド（２８）が、偏心駆動軸（１４）又はウォッブル駆動軸に前記エキサイタ（１２）を結合し、当該ピストンロッド（２８）が底部（２９）を介してガイドされている、ことを特徴とする請求項４に記載の手持ち機械工具。
【請求項８】
工具から遠い位置にある死点の近くの内面（３３）に少なくとも１つの凹部（３４）を含む前記ガイドチューブ（１７）により前記エキサイタ（１２）が気密状態でガイドされ、そこに、前記空気室（１５）と前記過給器（１９）との間で前記エキサイタ（１２）とは反対側にチャネルを形成する、ことを特徴とする前記請求項１乃至７のいずれか１に記載の手持ち機械工具。
【請求項９】
前記エキサイタ（１２）に戻し弁（４１）が配置されている、ことを特徴とする前記請求項１乃至８のいずれか１に記載の手持ち機械工具。
【請求項１０】
前記エキサイタ（１２）が前記工具に近い位置に近づいたときに、弁（３６）がポンプ室（２１）に前記空気室（１５）を接続し、前記エキサイタ（１２）が工具に近い位置にある死点に到達するまで、ポンプ装置（１２）が当該ポンプ室（２１）内の圧力を周辺圧力のレベルを下回るまで下降させる、ことを特徴とする前記請求項１乃至９のいずれか１に記載の手持ち機械工具。
【請求項１１】
移動式エキサイタ（１２）により与えられる前記衝撃の方向（１１）に前記ポンプ室（２１）が密閉されている、ことを特徴とする請求項１０に記載の手持ち機械工具。
【請求項１２】
動作軸（１０）上にたがね工具を取り付けるために設けられた工具取り付け口（２）と、
当該動作軸（１０）上で移動するハンマー（１３）を含むハンマー機構（６）と、モータ（５）により駆動され、当該工具から遠い位置にある前方死点と当該工具に近い位置にある死点との間を往復するように動くエキサイタ（１２）と、当該エキサイタ（１２）の動作を当該ハンマー（１３）に伝達するための、当該エキサイタ（１２）と当該ハンマー（１３）とにより密閉された空気室（１５）と、からなる空気圧ハンマー機構（６）と
を含む手持ち機械工具の制御方法であって、
当該エキサイタ（１２）が工具から遠い位置にある死点に近づいたときに、過給器（１９）により当該空気室（１５）内の空気圧を上昇させるステップを含む、制御方法。
【請求項１３】
前記エキサイタ（１２）が前記工具から遠い位置にある死点に近づいたときに、ポンプ装置（１２、２１）により前記空気室（１５）内の空気圧を下降させるステップをさらに含む、請求項１２に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電気式ハンマードリルや電気式チッパーなどの圧縮空気で動作するハンマー機構を含む、携帯式又は手持ち式の機械工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１はハンマードリルを開示している。このハンマードリルは内蔵された空気室を有し、モータ駆動されるピストンにより付勢されるハンマーを有する。ハンマードリルの効率と出力レベルは、遠心圧縮機により増加させられる。空気は遠心圧縮機により加圧され、ハンマーで塞がれた開口を通して空気室内に流れ込む。遠心圧縮機は、特に、例えばハンマーの最適な加速を生じさせる時点又は期間に、空気室内の空気圧を上昇させる。ハンマーには、リベットセットを打ち付ける直前に、衝撃エネルギーを増加させるため、追加の推力が付与される。
【０００３】
エネルギーがハンマーに伝達されるときに、ユーザは保持力を働かせる必要がある。このエネルギー伝達は、通常１０Ｈｚから１００Ｈｚの範囲にある手持ち式機械工具のハンマーの動作周期に合わせて周期的に発生し、結果として、ユーザはこの保持力を振動として体感する。生理的な理由から、この振動は低く保つ必要がある。従って、衝撃エネルギーは無限に増やすことができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許第２８５４９５３号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本発明による手持ち式機械工具は，動作軸上にたがね工具を取り付けるために設けられた工具取り付け口を含んでいる。空気圧ハンマー機構は，その動作軸上にある移動式ハンマーと，エキサイタと，エキサイタ及びハンマーにより密閉された空気室であって，エキサイタの動きをハンマーに伝達する空気室とを含む。エキサイタは，モータにより駆動され，工具から遠い位置にある前方死点と，工具に近い位置にある死点との間を往復する。制動装置は，過給器と制御された出力弁とを含む。制御された出力弁は，工具から遠い位置にある死点にエキサイタが近づいたときに，過給器から空気室に空気が流れ込むことを可能とする。
【０００６】
空気室は，エキサイタとハンマーとの間で力を伝達するいわゆる空気ばねを形成する。結合力は，エキサイタとハンマーとの間の距離が大きくなると，線形ではなく急峻に減少する。従って，エキサイタが次の衝撃のためにエネルギーをハンマーに伝達する時間間隔は短時間となる。エキサイタがその死点間の中間位置まで進んだ時点で，この伝達が行われる。
【０００７】
本発明の手持ち式機械工具は，ハンマーがエキサイタに近づく以前に，すなわち，エキサイタがその死点の間の中間位置まで進む以前に，既に圧力を上昇させる。そこで，エキサイタ―は最高の速度となり，最大効率でエネルギーを伝達することができる。上昇した圧力により，結合力は増加する。従ってエキサイタは，かなり大きなエネルギーをハンマーに伝達することができる。このように，エネルギー伝達の時間が延びて，発生する力のピーク値は減少する。
【０００８】
工具から遠い位置にある死点からエキサイタまでの距離は，エキサイタの全工程の５％未満であることが好ましく、そのときには、制御された出口弁は、過給器から空気室に空気を流れ込ませることができる。ここでは、圧縮機により発生する圧力が、ハンマーを減速させることについて、特に考慮する必要がある。この減速が早期に発生、あるいは急峻に発生した場合には、エキサイタが最高速度で動くときにハンマーはエキサイタに到達することができなくなる。
【０００９】
過給器はポンプ装置を含む。このポンプ装置は、ハンマー機構とは独立して動作するポンプ装置、あるいはハンマー機構と機械的に結合したポンプ装置であってよい。例えば、エキサイタはポンプ装置のポンププランジャを形成してもよい。衝撃を与える方向と反対側を向いたエキサイタの領域は、ポンプ装置の圧縮室を密閉し、その結果、その動きにより圧縮室を圧縮・減圧する。
【００１０】
本発明の一態様は、カップ型のガイドチューブを含んでいてもよい。このガイドチューブには、動作軸上に衝撃を与える方向とは反対側に、空気室、エキサイタ及びポンプ装置の圧縮室が配置される。底部は、衝撃を与える方向とは反対側のガイドチューブに圧縮室を密閉する。
【００１１】
一態様では、エキサイタを偏心駆動軸又はウォッブル駆動軸に結合するピストンロッドを有するものであってよい。ピストンロッドは底部を通して案内される。
【００１２】
一態様では、エキサイタが気密状態で案内されるガイドチューブを有するものであってよい。ガイドチューブは、工具から遠い位置にある死点付近のその内面に少なくとも１つの凹部を含む。エキサイタが凹部と反対側に位置したときに、空気室と圧縮機との間にチャネルが形成される。一態様は、エキサイタ内の戻し弁を有する。
【００１３】
一態様では、工具に近い位置にある死点にエキサイタが近づいたときに、ポンプ室を有する空気室に接続する弁を示している。工具から遠い位置にある死点までエキサイタが到達するまで、１つのポンプ装置が、ポンプ室内の圧力が周辺圧力の値になるまでその圧力を下降させる。ポンプ室は、移動するエキサイタにより、衝撃を与える方向に密閉されるものであってよい。
【００１４】
手持ち式機械工具の制御方法は、エキサイタが工具から遠い位置にある死点に近づいたときに、過給器を用いて空気室内の空気圧を上昇させるステップに基づくものである。ここで、空気室内の空気圧は、ハンマーが単にエキサイタに近づくことにより生じるよりも急激に上昇する。さらに、エキサイタが工具に近い位置にある死点に近づいたときには、空気室内の空気圧は、ポンプ装置を用いて下降させることができる。従って、空気圧は、エキサイタがハンマーから単に離れることにより生ずるものよりも急激に下降する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ハンマードリルを示す図である。
【図２】ハンマードリルのハンマー機構の長さ方向断面図である。
【図３】ハンマードリルのハンマー機構の長さ方向断面図である。
【図４】ハンマードリルのハンマー機構の長さ方向断面図である。
【図５】別のハンマー機構を示す図である。
【図６】別のハンマー機構を示す図である。
【図７】別のハンマー機構を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
特に指定のない限り，同一の要素又はこれらが動作する同一の機能については，同一の引用記号で図面上に示す。
【００１７】
図１は，たがね用手持ち式機械工具の一例として，ハンマードリル１を概略的に示す。ハンマードリル１は，例えば，ドリルビット４などのたがね工具の軸３の端部を挿入することができる、工具取り付け口２を含む。モータ５は，ハンマードリル１の主駆動を構成し，ハンマー機構６と駆動軸７を駆動する。ユーザは，ハンドル８を用いてハンマードリル１を支え，システムスイッチ９を用いてハンマードリル１の動作を開始することができる。動作中，ハンマードリル１は，動作軸１０を中心にしてドリルビット４を連続して回転させることができ，そしてここでドリルビット４は対象物に対し，動作軸１０に沿って衝撃を与える方向１１に衝撃を与える。
【００１８】
ハンマー機構６は、空気式ハンマー機構６である。エキサイタ１２及びハンマー１３は、ハンマー機構６内で駆動軸１０に沿って移動できるように案内される。エキサイタ１２は、偏心フィンガー１４又はウォッブルフィンガーを介してモータ５に結合され、強制的に周期的な線形動作を行う。空気ばねが、空気室１５によりエキサイタ１２とハンマー１３との間に形成され、ハンマー１３の動きをエキサイタ１２の動きに伝達する。ハンマー１３は、ドリルビット１４の後方端に衝撃を与えるか、または基本的に静止したリベットセット１６を介して、その衝撃の一部をドリルビット４に伝達する。例えば、ハンマー１３とエキサイタ１２は、ガイドチューブ１７内に配置されたピストンとして実装されていてもよい。ハンマー機構１６と、好ましくはその他の駆動要素も、機械ハウジング１８内に配置されている。
【００１９】
図２は、長さ方向断面図によって、空気式ハンマー機構６と過給器１９をより詳細に示すものである。
【００２０】
ハンマー１３は，例えば円筒状のピストンであり，ガイドチューブ１７内で動作軸１０に沿った長さ方向にもガイドされている。ハンマー１３の面２０は，衝撃１１を与える方向の反対側を向いて，空気室２１の他方の可動側壁を形成している。ハンマー１３の直径は，ガイドチューブ１７の内径に等しい。ハンマー１３を囲むＯリング２２は，気密シールを形成している。
【００２１】
エキサイタ１２は，円筒状のピストンであり，ガイドチューブ１７内で動作軸１０に沿って案内されている。エキサイタ１２の面２３は，衝撃１１を与える方向を向いて，空気室１５の可動側壁を形成している。エキサイタ１２の直径は，ガイドチューブ１７の内径に等しい。ここで，エキサイタ１２のジャケット面２４は，ガイドチューブ１７を気密状態で密閉する。Ｏリング２５は，空気室１５の気密シールを形成する。従って，空気室１５は，エキサイタ１２により衝撃１１を与える方向とは反対側に，ハンマー１３により衝撃１１を与える方向と，ガイドチューブ１７の半径方向との両方に対して密閉される。
【００２２】
エキサイタ１２はモータ５により機械的に駆動される。偏心ホイール１４は，モータ５により駆動され，エキサイタ１２に対して，工具から遠い位置にある死点（図３）と，工具に近い位置にある死点との間で周期的な往復運動を生じさせる。偏心ホイール１４のピン２６は，動作軸１０に対して垂直な偏心ホイール１４の回転軸に対して垂直に延び，リンク２７と係合している。リンク２７は，ピストンロッド２８に凹部として設けられ，動作軸１０に沿って案内されている。ピストンロッド２８は，エキサイタ１２に固定して接続されている。
【００２３】
ガイドチューブ１７は，工具から遠い位置にあるその端部で，底部２９により気密状態で密閉されている。底部２９は，ハンマー１３とは反対側の，エキサイタ１２側に配置されている。底部２９は，エキサイタ１２に面し底領域３０を有し，平面状に実装されるのが好ましい。底部２９に面したエキサイタ１２の面領域３１は平面状に実装されるのが好ましい。ガイドチューブ１７は，底部２９とエキサイタ１２との間で，動作軸１０を中心とした周辺部が密閉され，これにより第２空気室２１を形成する。第２空気室２１は，過給器１９の圧縮室２１を形成している。
【００２４】
強制的に駆動されるエキサイタ１２は，圧縮室２１内の空気を周期的に圧縮する。全体の圧縮容量，すなわち工具から遠い位置にある死点（図３）にエキサイタ１２が存在する際の量は，最大容量，すなわち工具に近い位置にある死点（図４）にエキサイタ１２がある際の容量の１０％から２０％となる。
【００２５】
過給器１９は，出口弁３２を介してハンマー機構６の空気室１５に接続される。一例として示した出力弁３２は，ガイドチューブ１７の内壁３に環状の凹部３８として挿入されたコントロールエッジを介して開く。ガイドチューブ１７の内壁３３に対するエキサイタ１２の径方向の密閉状態は，凹部３４によって中断される。凹部３４は，Ｏリング２５が凹部３４の領域にあるガイドチューブ１７と接触しないような深さとなっている。Ｏリング２５は，動作軸１０に沿って溝３５を密閉する。軸方向高さを有するＯリング２５が凹部３４と面一に合致したときに弁３６が開く。Ｏリング２５の径方向の外部領域と凹部３４の領域との間に、空気は流れることができる。そのジャケット表面３７で、エキサイタ１２は、動作軸１０の長さ方向に伸び、両方の対向面２３、３１で開く少なくとも１つの溝３５を有することが好ましい。空気は、Ｏリング２５に向かい溝３５内を流れることができる。
【００２６】
出口弁３２及び／又は凹部３８は、出口弁３２がエキサイタ１２の工具から遠い位置にある（図３）死点で開くように配置されている。エキサイタ１２が、工具から遠い位置にある死点に、エキサイタの工程の５％まで近づいたときに、出口弁３２は速やかに開くことが好ましい。エキサイタ１２が、工具から遠い位置にある死点から、エキサイタの工程の５％以上離れたときに、出口弁３２はようやく閉じる。出口弁３２が開き、過給器２１が空気室２１内の圧力を上昇させている間は、ハンマー１３は、衝撃１１を与える方向の反対側に動く。ハンマー１３が、工具から遠い位置にある反転点に到達する前に、出力弁３２は十分に閉じられる。エネルギー伝達のためのハンマー１３のエキサイタ１２への結合は、空気圧の上昇とともに増加する。過給された空気により、この結合は早期に行われ、その結果、長時間にわたりエネルギー伝達が行われる。必要となるユーザの保持力は少なくて済むものとなる。
【００２７】
入口弁３６は、過給器２１を空気室２１に結合する。例として示した入口弁３６は、ガイドチューブ１７内に環状の凹部３８として形成されたコントロールエッジに基づいている。エキサイタ１２のＯリング２５は、対応する密閉要素を形成する。Ｏリング２５が凹部３８の軸方向高さに到達するとすぐに、入口弁３６が開く。入口弁３６及び／又は凹部３８は、工具に近い位置にある（図４）死点に近いエキサイタ１２とともに開くように配置されている。入口弁３６は、エキサイタ１２と、その工具に近い位置にある死点との間の距離が、その工程の３％未満となったときに開くことが好ましい。第２弁３６を開くタイミングは、ハンマー１３のリベットセット１６への衝撃のタイミングと一致したものである、又は、衝撃のタイミングからわずかに遅れたものであることが好ましい。空気室２１内の空気圧は圧縮室２１よりも高く、空気室２１から圧縮室２１へ空気が流れ込む。圧力下降により、衝撃１１が与えられる方向の反対側へのハンマー１３の加速が引き起こされる。このように、第１弁３４が開いた後の上述の上昇した空気圧により生ずるハンマーの減速は部分的に補償され得る。
【００２８】
底部２９には、動作軸１０で、ピストンロッド２８のための貫通路３９が設けられている。Ｏリング４０は、貫通路３９の気密シールとしての役目を担う。
【００２９】
図５は、過給器２１の出口弁４１の別の例を示すものである。出口弁４１は、圧力制御戻し弁４２である。出口弁４１は、例えば、エキサイタ１２に内蔵することができる。チャネル４３が、エキサイタ１２の両端面２３、３１を連結している。一例として示すチャネル４３は、例えば、エキサイタ１２のジャケット面３７の溝３５である。戻し弁４２は、あらかじめ付勢（圧縮）されていることが好ましく、中立位置においてチャネル４３を密閉する。戻し弁４２は、例えばゴムで作製され得る。
【００３０】
圧縮室２１内の圧力が、空気室２１内の圧力を、少なくとも所定のしきい値分だけ上回ったときに、出口弁４１が開く。このしきい値は、例えば１バールである。エキサイタ１２が工具から遠い位置にある死点に近づいたときに、所定の圧力差が生じる。ハンマー１３が工具から遠い戻り点に近づく時点よりもかなり以前に出口弁３２は閉じる。
【００３１】
図６は、図２に示した例によるハンマー機構６の変形例を示すものである。この変形例において、過給器１９には、より大きな容量が備えられている。圧縮室２１は、ポンプ空気溜め４４により拡張している。ポンプ空気溜め４４は、例えば、ハンマー機構６６を囲む閉カバー４５で形成されている。ポンプ空気溜め４４の容量は、空気ばね１５の容量よりも大きく、例えば、２倍から５倍の容量であることが好ましい。空気ばね１５の容量は、ハンマー１３がリベットセット１６に衝撃を与え、エキサイタ１２が工具に近い位置にある死点（図３）にある際の容量として定義される。ポンプ空気溜め４４は、この変形例において、ハンマー機構６に隣接した閉じた空間として実装されたものであってよい。
【００３２】
ポンプ空気溜め４４は、ポンプ４６で充填されている。ポンプ４６は、例えば、膜ポンプである。ポンプ４６は、電気的に駆動することも、独立した駆動装置により駆動することも、あるいはハンマードリル１のモータ５を介して駆動することもできる。ポンプ４６は連続して空気を流し、ポンプ空気溜め４４に空気を充填する。空気圧センサ４８を有するコントローラ４７は、ポンプ４６のポンプ出力を効果的に制限し、一定の目標圧力がポンプ空気溜め４４に生じるようにする。この目標圧力は、圧縮された空気ばね１５内の空気圧の最大値に依存し、例えば、目標圧力は最大圧力の２０％から５０％の間の範囲である。通常、空気ばね内の空気圧の最大値は、１０バールから２０バールに達する。
【００３３】
圧縮室２１の開口４９は、圧縮室をポンプ空気溜め４４に接続する。開口４９の戻し弁５０は、空気が圧縮室２１からポンプ空気溜り４４に逆流することを防止する。エキサイタ１２が工具から遠い位置にある死点に到達するまでに、圧縮室２１では、ポンプ空気溜り４４よりも高い圧力に達することができる。
【００３４】
エキサイタ１２に形成された出口弁３２は、ポンプ空気溜り４４から空気ばねの空気室１５への空気の流れ込みを制御する。さらに、ポンプ空気溜り４４への開口５１を、代替として、あるいは追加としてガイドチューブ１７に設けることができる。開口５１は、エキサイタ１２の工具に近い位置にある死点と工具から遠い位置にある死点との間に設けることが好ましい（図７）。エキサイタ１２は、弁のための密閉体をそれ自身で形成し、空気室に対する開口を密閉及び／又は開放する。工具から遠い位置にある死点からの距離は、例えば、エキサイタ１２の工程の３％から５％の範囲に設定されている。
【００３５】
弁５２は、電気的又は磁気的に制御することもできる。弁５２の制御は、空気室２１内でのエキサイタ１２の位置にもとづいて行ってもよい。エキサイタ１２が、工具から遠い位置にある死点に近づいた時に、すなわち、概ね全工程の３％から５％の距離にある時に、弁５２が開く。弁５２が開くことができるのは、エキサイタ１２が工具から遠い位置にある死点を過ぎた後のみである。工具から遠い位置にある死点からの距離が、全工程の３％から５％だけ上回った後、弁５２が閉じる。
【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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【外国語明細書】
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