(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-11-02
(45)【発行日】2022-11-11
(54)【発明の名称】固定工具
(51)【国際特許分類】
B25C 1/06 20060101AFI20221104BHJP
B27F 7/11 20060101ALI20221104BHJP
【ＦＩ】
B25C1/06
B27F7/11
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2020568278
(86)(22)【出願日】2019-05-29
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-09-24
(86)【国際出願番号】 EP2019063954
(87)【国際公開番号】W WO2019233851
(87)【国際公開日】2019-12-12
【審査請求日】2020-12-05
(31)【優先権主張番号】18176202.2
(32)【優先日】2018-06-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(73)【特許権者】
【識別番号】591010170
【氏名又は名称】ヒルティ アクチエンゲゼルシャフト
【住所又は居所原語表記】Ｆｅｌｄｋｉｒｃｈｅｒｓｔｒａｓｓｅ １００， ９４９４ Ｓｃｈａａｎ， ＬＩＥＣＨＴＥＮＳＴＥＩＮ
(74)【代理人】
【識別番号】100123342
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 承平
(72)【発明者】
【氏名】ペーター ブルグミュラー
(72)【発明者】
【氏名】チャフィック アブ アントゥン
(72)【発明者】
【氏名】ティロ ディットリッヒ
【審査官】山村 和人
(56)【参考文献】
【文献】特表２００４－５１０５９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－２３４６７７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２５Ｃ １／０６
Ｂ２７Ｆ ７／１１
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
留め具を基板（被打ち込み材）に打ち込むための固定工具、特に、手持ち固定工具であって、留め具を保持するためのホルダと、前記ホルダに保持された留め具を固定軸に沿って前記基板内に搬送するための打ち込み要素と、前記打ち込み要素を前記固定軸に沿って前記留め具に向かって駆動するためのドライブと、を備え、前記ドライブが、電気コンデンサと、前記打ち込み要素上に配置されたかご形回転子と、前記コンデンサの放電中に、電流が流れ、前記打ち込み要素を前記留め具に向かって加速する磁場を生成する励起コイルと、を備え、前記打ち込み要素は、少なくとも３０Ｊ及び最大６００Ｊの前記留め具を前記基板内に搬送するための固定エネルギーＥ
ｋｉｎ
、ピストン直径ｄＫ及びピストン質量ｍＫを有し、ピストン直径ｄＫが、【数1】
【数2】
【請求項2】
前記ピストン直径ｄＫが、【数3】
【請求項3】
前記ピストン質量ｍＫが、【数4】
【請求項4】
前記コンデンサの前記放電中に前記励起コイルを流れる前記電流の電流強度Ａｃｏｉｌが、立ち上がりエッジ、最大電流強度Ａｍａｘ、及び立ち下がりエッジを有する時間プロファイルを有し、前記電流強度Ａｃｏｉｌが、前記最大電流強度Ａｍａｘの０．１倍から０．８倍に立ち上がる電流立ち上がり時間Δｔ
ｒｉｓｅ
が、少なくとも０．０２０ｍｓ及び最大０．２７５ｍｓであり、且つ、前記電流強度Ａ
ｃｏｉｌ
が前記最大電流強度Ａ
ｍａｘ
の０．５倍超となっているインパクト時間Δｔ
ｉｍｐａｃｔ
が、少なくとも０．１５ｍｓ及び最大２．０ｍｓである、請求項１～３のいずれか１項に記載の固定工具。
【請求項5】
前記電流立ち上がり時間Δｔｒｉｓｅが、少なくとも０．０５ｍｓ及び最大０．２ｍｓであり、及び／又は前記インパクト時間Δｔｉｍｐａｃｔが、少なくとも０．２ｍｓ及び最大１．６ｍｓである、請求項４に記載の固定工具。
【請求項6】
前記コンデンサの前記放電中の前記励起コイルの最大電流密度が、少なくとも８００Ａ／ｍｍ２及び最大３２００Ａ／ｍｍ２である、請求項１～５のいずれか１項に記載の固定工具。
【請求項7】
前記コンデンサ及び前記励起コイルが電気発振回路に配置されており、前記コンデンサは静電容量Ｃｃａｐ及びコンデンサ抵抗Ｒｃａｐを有し、前記励起コイルが自己インダクタンスＬｃｏｉｌ及びコイル抵抗Ｒｃｏｉｌを有し、前記電気発振回路が総抵抗Ｒｔｏｔａｌを有する、請求項１～６のいずれか１項に記載の固定工具。
【請求項8】
前記総抵抗Ｒｔｏｔａｌに対する前記コンデンサ抵抗Ｒｃａｐの比率が、最大０．６、特に最大０．５である、請求項７に記載の固定工具。
【請求項9】
前記コイル抵抗Ｒｃｏｉｌに対する前記自己インダクタンスＬｃｏｉｌの比率が、少なくとも８００μＨ／Ω及び最大４８００μＨ／Ωである、請求項７又は８に記載の固定工具。
【請求項10】
前記コンデンサがコンデンサ時定数τｃａｐ＝ＣｃａｐＲｃａｐを有し、前記励起コイルがコイル時定数τｃｏｉｌ＝Ｌｃｏｉｌ／Ｒｃｏｉｌを有し、前記コンデンサ時定数τｃａｐに対する前記コイル時定数tｃｏｉｌの比率が少なくとも１０である、請求項７～９のいずれか１項に記載の固定工具【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、留め具を基板（被打ち込み材）に打ち込むための固定工具に関する。
【背景技術】
【0002】
そのような固定工具は通常、留め具用のホルダを有し、ホルダからホルダ内に保持された留め具を固定軸に沿って基板内に搬送する。このため、打ち込み要素は、ドライブによって固定軸に沿って留め具に向かって駆動される。
【0003】
特許文献１は、打ち込み要素用のドライブを備えた固定工具を開示している。ドライブは、電気コンデンサとコイルとを有する。打ち込み要素を駆動するために、コンデンサはコイルを介して放電され、それによってローレンツ力が打ち込み要素に作用し、その結果、打ち込み要素が釘に向かって移動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】米国特許第６，８３０，１７３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、高効率及び／又は良好な固定品質が保証される、前述のタイプの固定工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この目的は、留め具を基板（被打ち込み材）に打ち込むための固定工具によって達成され、固定工具は、留め具を保持するためのホルダと、ホルダに保持された留め具を固定軸に沿って基板内に搬送する打ち込み要素と、打ち込み要素を固定軸に沿って留め具に向かって駆動するドライブと、を備え、ドライブは、電気コンデンサと、打ち込み要素上に配置されたかご形回転子と、コンデンサの放電中に、電流が流れ、打ち込み要素を留め具に向かって加速する磁場を生成する励起コイルと、を備え、打ち込み要素は、少なくとも３０Ｊ及び最大６００Ｊの前記留め具を前記前記基板内に搬送するための固定エネルギーＥ
ｋｉｎ
、ピストン直径ｄＫ及びピストン質量ｍＫを有し、ピストン直径ｄＫは、
であり、式中、ａ＝３３ｍｍ、ｂ＝６ｍｍＪ－ｎ、ｎ＝１／３であり、及び／又はピストン質量ｍＫは、
であり、式中、ｃ＝２０ｇ、ｄ＝３０ｇＪ－ｎ、ｎ＝１／３である。本発明において、ピストン直径ｄＫは、固定軸に垂直な打ち込み要素の最大範囲を意味する。円柱形の打ち込み要素又はピストンプレートの場合、これは円筒の直径である。好ましくは、ピストン直径ｄＫは、
である。
【数1】
【数2】
【数3】
【0007】
同様に、好ましくは、ピストン質量ｍＫは、
である。
【数4】
【0008】
この手段は、ドライブの効率を高める効果を有する。この場合、固定工具は、好ましくは、手持ち式で使用することができる。或いは、固定工具は、静止（固定）又は半静止（半固定）方式で使用することができる。
【0009】
本発明において、コンデンサは、電荷及び関連するエネルギーを電界に貯蔵する電気構成要素を意味する。特に、コンデンサは、２つの導電性電極を有し、電極が異なって帯電すると、その間に電界が形成される。本発明の文脈において、留め具は、例えば、釘、ピン、クランプ、クリップ、スタッド、特にねじ付きボルトなどを意味する。
【0010】
本発明の有利な態様では、コンデンサの放電中に励起コイルを流れる電流の電流強度Ａｃｏｉｌが、立ち上がりエッジ、最大電流強度Ａｍａｘ、及び立ち下がりエッジを有する時間プロファイルを有し、電流強度Ａｃｏｉｌ
が、最大電流強度Ａｍａｘの０．１倍から０．８倍に立ち上がる時間を電流立ち上がり時間Δｔ
ｒｉｓｅ
、且つ、電流強度Ａ
ｃｏｉｌ
が、最大電流強度Ａｍａｘの０．５倍超になっている時間をインパクト時間Δｔ
ｉｍｐａｃｔ
とすると、電流立ち上がり時間Δｔｒｉｓｅは、少なくとも０．０２０ｍｓ及び最大０．２７５ｍｓであり、並びに／又はインパクト時間Δｔｉｍｐａｃｔは、少なくとも０．１５ｍｓ及び最大２．０ｍｓである、ことを特徴とする。好ましくは、電流立ち上がり時間Δｔｒｉｓｅは、少なくとも０．０５ｍｓ及び最大０．２ｍｓであり、並びに／又はインパクト時間Δｔｉｍｐａｃｔは、少なくとも０．２ｍｓ及び最大１．６ｍｓである。
【0011】
有利な態様では、コンデンサの放電中の励起コイルの最大電流密度は、少なくとも８００Ａ／ｍｍ２及び最大３２００Ａ／ｍｍ２である、ことを特徴とする。
【0012】
有利な態様では、コンデンサ及び励起コイルが電気発振回路に配置されており、コンデンサが静電容量Ｃｃａｐ及びコンデンサ抵抗Ｒｃａｐを有し、励起コイルが自己インダクタンスＬｃｏｉｌ及びコイル抵抗Ｒｃｏｉｌを有し、電気発振回路が総抵抗Ｒｔｏｔａｌを有する、ことを特徴とする。総抵抗Ｒｔｏｔａｌに対するコンデンサ抵抗Ｒｃａｐの比率は、好ましくは最大０．６、特に好ましくは最大０．５である。同様に好ましくは、コイル抵抗Ｒｃｏｉｌに対する自己インダクタンスＬｃｏｉｌの比率は、少なくとも８００μＨ／Ω及び最大４８００μＨ／Ωである。同様に好ましくは、コンデンサはコンデンサ時定数τｃａｐ＝ＣｃａｐＲｃａｐを有し、励起コイルはコイル時定数τｃｏｉｌ＝Ｌｃｏｉｌ／Ｒｃｏｉｌを有し、ここでコンデンサ時定数τｃａｐに対するコイル時定数τｃｏｉｌの比率は少なくとも１０である。
【0013】
本発明は、図面中に示された複数の実施例により説明される。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】固定工具の縦断面図である。
【図2】励起コイルの縦断面図である。
【図3】電流強度の時間プロファイルを示す図である。
【図4】ピストン質量に依存する効率を示す図である。
【図5】固定エネルギーに基づくピストン直径を示す図である。
【図6】固定エネルギーに基づくピストン質量を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
図１は、図示されていない基板（被打ち込み材）に留め具を打ち込むための手持ち固定工具１０を示している。固定工具１０は、スタッドガイドとして形成されたホルダ２０を有し、ここに、釘として形成された留め具３０を（図１の左側上の）固定軸Ａに沿って基板内に打ち込まれるために保持されている。留め具をホルダに供給する目的で、固定工具１０は、留め具が貯蔵庫内に個別に、又は留め具ストリップ５０の形態で保持されて、ホルダ２０に１つずつ搬送されるマガジン４０を備える。この目的のために、マガジン４０は、特に示されていない、バネ仕掛け供給要素を有する。固定工具１０は、ピストンプレート７０及びピストンロッド８０を含む、打ち込み要素６０を有する。打ち込み要素６０は、留め具３０を、ホルダ２０から固定軸Ａに沿って基板内に搬送するために提供される。そのプロセスでは、打ち込み要素６０は、そのピストンプレート７０を用いて、固定軸Ａに沿ってガイドシリンダ９５内に案内される。
【0016】
打ち込み要素６０は、その一部が、ピストンプレート７０上に配置されたかご形回転子９０、励起コイル１００、軟磁性フレーム１０５、スイッチング回路２００、及び内部抵抗が５ｍΩのコンデンサ３００を備えるドライブによって駆動される。かご形回転子９０は、好ましくはリング状、特に好ましくは円形リング状の、低電気抵抗の、例えば銅製の要素からなり、例えば、ホルダ２０とは反対側を向くピストンプレート７０の側部上のピストンプレート７０に、はんだ付けされ、溶接され、接着接合され、クランプされ、又は形状同志の嵌め合いにより結合されて、締結される。図示されていない実施例では、ピストンプレート自体は、かご形回転子として形成されている。スイッチング回路２００は、以前に充電されたコンデンサ３００の急速放電を引き起こし、それによってフレーム１０５に組み込まれた励起コイル１００を通して流れる放電電流を伝導するために提供される。フレームは、好ましくは、少なくとも１．０Ｔの飽和磁束密度、及び／又は最大１０６Ｓ／ｍの実効比電気伝導率を有し、その結果、励起コイル１００によって生成される磁場がフレーム１０５によって増強され、フレーム１０５内の渦電流は抑制される。
【0017】
打ち込み要素６０（図１）の準備完了位置では、打ち込み要素６０は、かご形回転子９０が励起コイル１００から少し離れたところに配置されるように、ピストンプレート７０で、特に示されていないフレーム１０５のリング状の凹部に入る。その結果、励起コイルを流れる電気励起電流の変化によって生成される励起磁場は、かご形回転子９０を通過し、その一部が、かご形回転子９０に、リング状に循環する二次電流を誘導する。増大し、したがって変化するこの二次電流は、次いで励起磁場に対抗する二次磁場を生成し、その結果、かご形回転子９０はローレンツ力を受け、それによって励起コイル１００によって反発されて、打ち込み要素６０をホルダ２０とその中に保持された留め具３０とに向けて駆動する。
【0018】
固定工具１０は、ドライブが保持されるハウジング１１０と、トリガとして形成された操作要素１３０を備えたハンドル１２０と、充電式バッテリとして形成された電気エネルギー貯蔵器１４０と、制御ユニット１５０と、トリップスイッチ１６０と、接触圧力スイッチ１７０と、フレーム１０５上に配置された温度センサ１８０として形成された励起コイル１００の温度を検出するための手段と、制御ユニット１５０を電気エネルギー貯蔵器１４０、トリップスイッチ１６０、接触圧力スイッチ１７０、温度センサ１８０、スイッチング回路２００、及びコンデンサ３００にそれぞれ接続する電気接続ライン１４１、１６１、１７１、１８１、２０１、３０１と、を更に備える。図示されていない実施例では、固定工具１０は、電気エネルギー貯蔵器１４０の代わりに、又は電気エネルギー貯蔵器１４０に加えて、電力ケーブルによって電気エネルギーを供給される。制御ユニットは、好ましくはプリント回路基板上で相互接続されて１つ以上の電気制御回路、特に１つ以上のマイクロプロセッサを形成する、電子構成要素を備える。
【0019】
固定工具１０が（図１の左側上に）示されていない基板に対して押し付けられると、特に示されていない接触圧力要素が、接触圧力スイッチ１７０を操作し、その結果、接続ライン１７１によって接触圧力信号を制御ユニット１５０に送信する。これにより、制御ユニット１５０をトリガしてコンデンサ充電プロセスを開始し、ここで、コンデンサ３００を充電するために、電気エネルギーが、接続ライン１４１によって電気エネルギー貯蔵器１４０から制御ユニット１５０に、且つ、接続ライン３０１によって制御ユニット１５０からコンデンサ３００に伝導される。この目的のために、制御ユニット１５０は、電気エネルギー貯蔵器１４０からの電流をコンデンサ３００のための適切な充電電流に変換する、特に示されていないスイッチングコンバータを備える。コンデンサ３００が充電され、打ち込み要素６０が図１に示されるその準備完了状態位置にあるとき、固定工具１０は準備完了状態にある。コンデンサ３００の充電は、固定工具１０を基板に対して押し付けることによってのみ実施されるので、エリアの人々の安全性を高めるために、固定プロセスは、固定工具１０が基板に対して押し付けられたときのみに実行可能になる。図示されていない実施例では、制御ユニットは、固定工具がオンにされるときに、又は固定工具が基板から持ち上げられるときに、又は先行する打ち込みプロセスが完了するときに、コンデンサ充電プロセスをすでに開始している。
【0020】
操作要素１３０が、例えば、ハンドル１２０を保持している手の人差し指を使用して引っ張られることで、固定工具１０が準備完了状態で操作されると、操作要素１３０はトリップスイッチ１６０を操作し、その結果、接続ライン１６１によってトリップ信号が制御ユニット１５０に送信される。これにより、制御ユニット１５０をトリガしてコンデンサ放電プロセスを開始し、ここで、コンデンサ３００に貯蔵された電気エネルギーが、コンデンサ３００が放電されることによって、スイッチング回路２００を用いてコンデンサ３００から励起コイル１００に伝導される。
【0021】
この目的のために、図１に概略的に示されるスイッチング回路２００は、２つの放電ライン２１０、２２０を備え、これらは、コンデンサ３００を励起コイル２００に接続し、少なくとも１つの放電ライン２１０は、通常開である放電スイッチ２３０によって遮断される。スイッチング回路２００は、励起コイル１００及びコンデンサ３００と電気発振回路を形成する。この発振回路の前後の発振、及び／又はコンデンサ３００の負の充電は、ドライブの効率に悪影響を及ぼす可能性があり得るが、フリーホイールダイオード２４０を用いて抑制することができる。放電ライン２１０、２２０は、例えば、はんだ付け、溶接、ねじ込み、クランプ、又は形状適合接続によって、いずれの場合も、ホルダ２０に面するコンデンサ３００の端部側３６０上に配置されたコンデンサ３００の電気接点３７０、３８０によって、コンデンサ３００の１つの電極３１０、３２０に電気的に接続される。放電スイッチ２３０は、好ましくは、高電流強度の放電電流をスイッチングするのに適しており、例えば、サイリスタとして形成される。加えて、放電ライン２１０、２２０は、互いに小さな距離にあるので、それらによって誘導される寄生磁場は可能な限り低くなる。例えば、放電ライン２１０、２２０は、組み合わされてバスバーを形成し、適切な手段、例えば、保持デバイス又はクランプによって一緒に保持される。図示されていない実施例では、フリーホイールダイオードは、放電スイッチと電気的に並列に接続されている。図示されていない更なる実施例では、フリーホイーリングダイオードは回路内にはない。
【0022】
コンデンサ放電プロセスを開始する目的で、制御ユニット１５０は、接続ライン２０１によって放電スイッチ２３０を閉じ、その結果、高電流強度のコンデンサ３００の放電電流が、励起コイル１００を流れる。急速に立ち上がる放電電流は、かご形回転子９０を通過する励起磁場を誘導し、その一部が、かご形回転子９０内に、リング状に循環する二次電流を誘導する。増大するこの二次電流は、次いで励起磁場に対抗する二次磁場を生成し、その結果、かご形回転子９０はローレンツ力を受け、それによって励起コイル１００によって反発されて、打ち込み要素６０をホルダ２０とその中に保持された留め具３０とに向けて駆動する。打ち込み要素６０のピストンロッド８０が留め具３０の、特に示されていないヘッドに接触するとすぐに、留め具３０は、打ち込み要素６０によって基板内に打ち込まれる。打ち込み要素６０の過剰な運動エネルギーは、打ち込み要素６０がピストンプレート７０と共にブレーキ要素８５に対して移動し、それが停止するまでブレーキ要素８５によりブレーキがかけられることによって、ばね弾性及び／又は減衰材料、例えばゴムで作られたブレーキ要素８５によって吸収される。次いで、打ち込み要素６０は、特に示されていないリセットデバイスによって、準備完了位置にリセットされる。
【0023】
コンデンサ３００、特にその重心は、固定軸Ａ上の打ち込み要素６０の後ろに配置されるが、ホルダ２０は、打ち込み要素６０の前に配置される。したがって、固定軸Ａに関して、コンデンサ３００は、打ち込み要素６０に対して軸方向にオフセットされた方法で、及び打ち込み要素６０と半径方向にオーバーラップするように配置されている。その結果、一方では、長さが短い放電ライン２１０、２２０を実現することができ、その結果、それらの抵抗を低減することができるため、ドライブの効率を高めることができる。一方、固定工具１０の重心と固定軸Ａとの間に、わずかな距離を実現することができる。その結果、打ち込みプロセス中に固定工具１０が反動した場合の傾斜（角度）モーメントは小さい。図示されていない実施例では、コンデンサは、打ち込み要素の周りに配置されている。
【0024】
電極３１０、３２０は、例えば、キャリアフィルム３３０のメタライゼーションによって、特に蒸着によって、固定軸Ａと一致する巻線軸の周りに巻かれたキャリアフィルム３３０の両側に配置される。図示されていない実施例では、電極を備えたキャリアフィルムは、巻線軸に沿って通路が残るように巻線軸の周りに巻かれている。特に、この場合、コンデンサは、例えば、固定軸の周りに配置されている。キャリアフィルム３３０は、１５００Ｖのコンデンサ３００の充電電圧で、２．５μｍ～４．８μｍの膜厚を有し、３０００Ｖのコンデンサ３００の充電電圧で、例えば９．６μｍの膜厚を有する。図示されていない実施例では、キャリアフィルムは、その一部が、層として上下に配置された２つ以上の個別のフィルムからなる。電極３１０、３２０は、５０Ω／□のシート抵抗を有する。
【0025】
コンデンサ３００の表面は、円筒、特に円柱の形状をしており、その円柱軸は、固定軸Ａと一致している。巻線軸方向のこの円柱の高さは、巻軸に垂直に測定して、その直径と実質的に同じサイズである。シリンダの直径に対する高さの比が小さいため、コンデンサ３００の比較的高い静電容量に対する低内部抵抗、及びとりわけ、固定工具１０のコンパクト構造が実現される。コンデンサ３００の低内部抵抗はまた、電極３１０、３２０の大きなライン断面によって、特に電極３１０、３２０の厚い層厚によって実現され、ここでは、自己回復効果、及び／又はコンデンサ３００の耐用年数に対する層厚の影響を考慮に入れるべきである。
【0026】
コンデンサ３００は、減衰要素３５０によって減衰されるように、固定工具１０の残りの部分に取り付けられている。減衰要素３５０は、固定軸Ａに沿った固定工具１０の残りの部分に対するコンデンサ３００の動きを減衰させる。減衰要素３５０は、コンデンサ３００の端部側３６０上に配置され、端部側３６０を完全に覆う。結果として、キャリアフィルム３３０の個々の巻線は、固定工具１０の反動による均一な負荷を受ける。この場合、電気接点３７０、３８０は、端面３６０から突出し、減衰要素３５０を通過する。このために、それぞれの場合の減衰要素３５０は、電気接点３７０、３８０が突出するためのクリアランスを有する。接続ライン３０１はそれぞれ、コンデンサ３００と、固定工具１０の残りの部分との間の相対的な動きを補償するために、詳細には示されていない、ひずみ緩和及び／又は拡張ループを有する。図示されていない実施例では、更なる減衰要素が、コンデンサ上に、例えば、ホルダとは反対側に面するコンデンサの端部側上に配置される。次いで、コンデンサは、好ましくは、２つの減衰要素間にクランプされ、すなわち、減衰要素は、プレストレスでコンデンサを支える。図示されていない更なる実施例では、接続ラインは、コンデンサからの距離が増大するにつれて連続的に減少する剛性を有する。
【0027】
図２は励起コイル６００の縦断面図を示している。励起コイル６００は、例えば、固定軸Ａ２の周りに数ターン６１０で巻かれた、円形断面を有する、好ましくは銅製の導電体を備える。全体として、励起コイルは、外径Ｒａ、及び固定軸Ａ２方向にコイル長ＬＳｐを有する、実質的に円筒形、特に円柱形の外形を有する。固定軸Ａ２に対して半径方向内側にある領域において、励起コイル６００は、好ましくは同様に円筒形、特に円柱状であり、励起コイル６００の内径Ｒｉを画定する自由空間６２０を有する。これにより、コイルの自己インダクタンスは、
であり、ここで、誘導定数は
、ｎＷは励起コイル６００の巻数であり、平均コイル半径は、
である。固定工具の動作中、励起コイル６００は磁気的に飽和した領域にあるので、励起コイル６００の透磁率数μｒは、μｒ＝１として設定され、その結果、自己インダクタンスは、励起コイル６００の巻数及び寸法から計算することができる。
【数5】
【数6】
【数7】
【0028】
励起コイル６００の温度を検出するための温度センサ６６０として形成された手段は、固定軸Ａ２に対して励起コイル６００の軸方向の端部面上に配置され、熱伝導性方式で、例えばサーマルペーストによって、励起コイル６００に接続されている。図示されていない実施例では、温度センサは、励起コイルの内周又は外周に配置されている。
【0029】
図３は、本発明による固定工具内のコンデンサの放電中に励起コイルを流れる電流の電流強度Ａｃｏｉｌの時間プロファイル４００を示している。電流強度Ａｃｏｉｌはアンペアで示され、ミリ秒単位の時間ｔに対してプロットされている。電流強度Ａｃｏｉｌの時間プロファイル４００は、立ち上がりエッジ４１０、約６０００Ａの最大電流強度Ａｍａｘ、及び立ち下がりエッジ４２０を有する。立ち上がりエッジ４１０内で、電流強度Ａｃｏｉｌは、電流立ち上がり時間Δｔｒｉｓｅの間に、最大電流強度Ａｍａｘの０．１倍から０．８倍に立ち上がる。インパクト時間Δｔｉｍｐａｃｔの間に、電流強度Ａｃｏｉｌは、最大電流強度Ａｍａｘの０．５倍超になる。
【0030】
この実施例では、電流立ち上がり時間Δｔｒｉｓｅは、約０．０５ｍｓであり、インパクト時間Δｔｉｍｐａｃｔは、約０．４ｍｓである。電流立ち上がり時間Δｔｒｉｓｅ及びインパクト時間Δｔｉｍｐａｃｔの選択が小さ過ぎる場合、同じ固定エネルギーを確実にするために最大電流強度Ａｍａｘを増大させる必要がある。しかしながら、これにより、励起コイルの熱負荷が増大し、それによってドライブの効率が低下する。電流立ち上がり時間Δｔｒｉｓｅ及びインパクト時間Δｔｉｍｐａｃｔの選択が大き過ぎる場合、打ち込み要素は、すでに立ち上がりエッジ４１０にある励起コイルから遠く離れて移動し、かご形回転子に作用する反発力が減少するため、同様に、ドライブの効率が低下する。
【0031】
励起コイルの断面積が例えば３ｍｍ２の場合、コンデンサの放電中の励起コイルの最大電流密度は、約２０００Ａ／ｍｍ２である。励起コイルの最大電流密度の選択が低過ぎる場合、そうでなければ変更されていない固定工具で達成できる固定エネルギーが減少する。これを補償するために、例えば、コンデンサ又は励起コイルを大きくする必要があるが、これにより固定工具の重量を増大させ得る。励起コイルの最大電流密度の選択が高過ぎる場合、励起コイルの熱負荷が増大し、その結果、ドライブの効率が低下する。
【0032】
コンデンサ及び励起コイルは、総抵抗Ｒｔｏｔａｌを有する電気発振回路に配置されている。コンデンサは、静電容量Ｃｃａｐ及びコンデンサ抵抗Ｒｃａｐを有する。励起コイルは、自己インダクタンスＬｃｏｉｌ及びコイル抵抗Ｒｃｏｉｌを有する。総抵抗Ｒｔｏｔａｌに対するコンデンサ抵抗Ｒｃａｐの比率は、０．１４である。総抵抗Ｒｔｏｔａｌに対するコンデンサ抵抗Ｒｃａｐの比率の選択が大き過ぎる場合、コンデンサにおいて比較的大量の熱損失が発生し、その結果、ドライブの効率が低下する。
【0033】
励起コイルのコイル時定数τｃｏｉｌは、コイル抵抗Ｒｃｏｉｌに対する自己インダクタンスＬｃｏｉｌの比率から得られ、例えば、１０００μＨ／Ω又は１ｍｓである。コイル時定数τｃｏｉｌの選択が小さ過ぎる場合、励起コイルに流れる電流が急激に増大し、それによってドライブの効率が低下する。コイル時定数τｃｏｉｌの選択が大き過ぎる場合、励起コイルに流れる電流が比較的長い期間にわたって分散する。この結果、最大電流強度Ａｍａｘが減少し、それによってドライブの効率が低下する。
【0034】
加えて、コンデンサはコンデンサ時定数τｃａｐ＝ＣｃａｐＲｃａｐを有し、励起コイルはコイル時定数τｃｏｉｌ＝Ｌｃｏｉｌ／Ｒｃｏｉｌを有し、ここで、コンデンサ時定数τｃａｐに対するコイル時定数τｃｏｉｌの比率は約１５０である。時定数の比率の選択が小さ過ぎる場合、コンデンサにおいて比較的大量の熱損失が発生し、それによってドライブの効率が低下する。
【0035】
図４は、固定エネルギーＥｋｉｎが１２５Ｊである打ち込み要素のピストン質量ｍＫに依存する固定工具のドライブの効率ηを示している。効率ηには単位がなく、ピストンの質量ｍＫはグラムで示される。ドライブの総効率ηｔｏｔａｌは、反動効率ηＲと電磁効率ηｅｍとの積から得られる。同じ固定エネルギーＥｋｉｎでは、固定工具の反動のエネルギーがピストン質量ｍＫの増大とともに増大してこの反動エネルギーが失われるため、反動効率ηＲは、ピストン質量ｍＫの増大とともに減少する。同じ固定エネルギーＥｋｉｎでは、打ち込み要素の加速度がピストン質量ｍＫの増大とともに減少し、したがって、励起コイルの影響範囲内の打ち込み要素に対する時間長が増大するため、電磁効率ηｅｍは、ピストン質量ｍＫの増大とともに増大する。ドライブの総効率ηｔｏｔａｌが最大になるピストン質量ｍＫは、以下のように決定できる。
式中、ｃ＝２０ｇ、ｄ＝３０ｇＪ－ｎ、ｎ＝１／３である。この例（Ｅｋｉｎ＝１２５Ｊ）では、ピストン質量ｍＫ＝１７０ｇである。
【数8】
【0036】
【0037】
図４と同様に、ピストン直径ｄＫが増大するとピストン質量ｍＫが増大するため、反動効率ηＲもまた、ピストン直径ｄＫが増大すると減少する。更に、ピストン直径ｄＫが増大するとかご形回転子の直径が増大し、その結果、励起コイルとかご形回転子との間の反発力も増大するため、電磁効率ηｅｍは、ピストン直径ｄＫが増大すると増大する。ドライブの総効率ηｔｏｔａｌが所与の固定エネルギーＥｋｉｎに対して最大になるピストン直径ｄＫは、以下ように決定できる。
式中、ａ＝３３ｍｍ、ｂ＝６ｍｍＪ－ｎ、ｎ＝１／３である。この例（Ｅｋｉｎ＝１２５Ｊ）では、ピストン直径ｄＫ＝６３ｍｍである。
【数10】
【0038】
【0039】
本発明は、図面に示されている一連の実施例、及び図示されていない実施例を使用して説明されてきた。様々な実施例の個別の特徴は、それらが矛盾しないという前提で、個別に、又は互いに任意の所望の組み合わせで、適用可能である。本発明による固定工具はまた、他の用途にも使用できることに留意されたい。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】