(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】2022-12-07
(45)【発行日】2022-12-15
(54)【発明の名称】固定工具
(51)【国際特許分類】
B25C 1/06 20060101AFI20221208BHJP
B27F 7/11 20060101ALI20221208BHJP
【ＦＩ】
B25C1/06
B27F7/11
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2020568289
(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】 EP2019063915
(87)【国際公開番号】W WO2019233840
(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】18176198.2
(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】ティロ ディットリッヒ
(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
【審査官】山村 和人
(56)【参考文献】
【文献】特表２００４－５１０５９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭５４－００７４７７（ＪＰ，Ｕ）
【文献】実開昭５４－１１９０７５（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開昭５０－１５０９７５（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】
基材に留め具を打ち込むための固定工具、特に手持ち式固定工具であって、留め具を保持するために設けられるホルダと、前記ホルダに保持される留め具を取付軸に沿って前記基材に移送するために設けられ、取付エネルギーＥ
ｋｉｎ
を有する打込要素と、前記取付軸に沿って前記留め具に向けて前記打込要素を駆動するために設けられる駆動装置と、を備え、前記駆動装置は、電気コンデンサと、前記打込要素上に配置されるかご形回転子と、前記コンデンサの放電中、電流が流れ、前記打込要素を前記留め具に向けて加速する磁場を生成する励磁コイルとを備え、前記コンデンサの前記放電中、前記励磁コイルに流れる前記電流の電流強度Ａｃｏｉｌは、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座標図を有し、前記電流強度Ａｃｏｉｌは、前記最大電流強度Ａｍａｘの０．１倍～０．８倍に上昇する時間を電流立ち上がり時間Δｔ
ｒｉｓｅ
、前記最大電流強度Ａｍａｘの０．５倍を超えている時間を衝撃時間Δｔ
ｉｍｐａｃｔ
とすると、前記電流立ち上がり時間Δｔｒｉｓｅは少なくとも０．０５ｍｓ、最大０．２ｍｓであり、衝撃時間Δｔｉｍｐａｃｔは少なくとも０．２ｍｓ、最大１．６ｍｓである、固定工具。
【請求項2】
前記コンデンサの前記放電中の前記励磁コイルにおける最大電流密度は少なくとも８００Ａ／ｍｍ２、最大３２００Ａ／ｍｍ２である、請求項１に記載の固定工具。
【請求項3】
前記コンデンサ及び前記励磁コイルは電気発振回路内に配置され、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、前記励磁コイルは自己インダクタンスＬｃｏｉｌ及びコイル抵抗Ｒｃｏｉｌを有し、前記電気発振回路は全抵抗Ｒｔｏｔａｌを有する、請求項１または２に記載の固定工具。
【請求項4】
前記全抵抗Ｒｔｏｔａｌに対する前記コンデンサ抵抗Ｒｃａｐの比率は最大０．６、特に最大０．５である、請求項３に記載の固定工具。
【請求項5】
前記コイル抵抗Ｒｃｏｉｌに対する前記自己インダクタンスＬｃｏｉｌの比率は少なくとも８００μＨ／Ω及び最大４８００μＨ／Ωである、請求項３又は４に記載の固定工具。
【請求項6】
前記コンデンサはコンデンサ時定数τｃａｐ＝ＣｃａｐＲｃａｐを有し、前記励磁コイルはコイル時定数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τｃｏｉｌの比率は少なくとも１０である、請求項３～５のいずれか１項に記載の固定工具。
【請求項7】
前記打込要素は前記ホルダに保持される留め具を前記基材に移送するために設けられ、前記打込要素は、少なくとも３０Ｊ及び最大６００Ｊの前記留め具を前記基材に移送するための前記取付エネルギーＥ
ｋｉｎ
、ピストン直径ｄＫ及びピストン質量ｍＫを有し、前記ピストン直径ｄＫに対して、【数1】
【数2】
請求項１～６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、留め具を基材（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】
かかる固定工具は、通常ホルダを有し、そこに保持される留め具が取付軸に沿って基材に移送される。このため、打込要素は、駆動装置により取付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、打込要素のための駆動装置を有する固定工具を開示している。駆動装置は電気コンデンサ及びコイルを有する。打込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込要素に作用し、その結果、打込要素は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／又は良好な取付品質が保証される前記の種類の固定工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
目的は、基材（被打ち込み材）に留め具を打ち込むための固定工具であって、留め具を保持するために設けられるホルダと、取付エネルギーＥｋｉｎによって、ホルダに保持される留め具を取付軸に沿って基材に移送するために設けられる打込要素と、取付軸に沿って留め具に向けて打込要素を駆動するために設けられる駆動装置と、を備え、駆動装置は、電気コンデンサと、打込要素上に配置されるかご形回転子と、コンデンサの放電中、電流が流れ、打込要素を留め具に向けて加速する磁場を生成する励磁コイルとを備え、コンデンサの放電中、励磁コイルに流れる電流の電流強度Ａｃｏｉｌは、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座標図を有し、電流強度Ａｃｏｉｌは、最大電流強度Ａｍａｘの０．１倍～０．８倍に上昇する時間を電流立ち上がり時間Δｔ
ｒｉｓｅ
、最大電流強度Ａｍａｘの０．５倍を超えている時間を衝撃時間Δｔ
ｉｍｐａｃｔ
とすると、電流立ち上がり時間Δｔｒｉｓｅは少なくとも０．０２０ｍｓ、最大０．２７５ｍｓであり、及び／又は、衝撃時間Δｔｉｍｐａｃｔは少なくとも０．１５ｍｓ、最大２．０ｍｓである、固定工具によって達成される。固定工具は、この場合、手持ち式で用いることができるのが好ましい。代替として、固定工具は固定又は半固定式で用いることができる。
【0007】
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蓄積する電気部品を意味する。特に、コンデンサは２つの導電性電極を有し、電極の帯電が異なるとその間に電界が形成される。本発明において、留め具は、例えば、釘、ピン、クランプ、クリップ、スタッド、特にねじ付きスタッド、等を意味する。
【0008】
本発明の有利な態様では、電流立ち上がり時間Δｔｒｉｓｅが少なくとも０．０５ｍｓ、最大０．２ｍｓであることを特徴としている。更なる有利な態様では、衝撃時間Δｔｉｍｐａｃｔが少なくとも０．２ｍｓ、最大１．６ｍｓであることを特徴としている。
【0009】
有利な態様では、コンデンサの放電中の励磁コイルにおける最大電流密度が少なくとも８００Ａ／ｍｍ２、最大３２００Ａ／ｍｍ２であることを特徴としている。
【0010】
有利な態様では、コンデンサ及び励磁コイルが電気発振回路内に配置され、コンデンサが静電容量Ｃｃａｐ及びコンデンサ抵抗Ｒｃａｐを有し、励磁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、電気発振回路が全抵抗Ｒｔｏｔａｌを有することを特徴としている。全抵抗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、励磁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であり、即ち、コイル時定数τｃｏｉｌはコンデンサ時定数τｃａｐの少なくとも１０倍である。
【0011】
有利な態様では、打込要素が、ホルダに保持される留め具を基材に移送するために設けられ、打込要素が少なくとも３０Ｊ及び最大６００Ｊの留め具を機材に移送するための取付エネルギー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に対して、
ここで、ａ＝３３ｍｍ、ｂ＝６ｍｍＪ－ｎ、及びｎ＝１／３であり、及び／又は、ピストン質量ｍＫに対して、
ここで、ｃ＝２０ｇ、ｄ＝３０ｇＪ－ｎ、及びｎ＝１／３であることを特徴としている。本発明において、ピストン直径ｄＫは、取付軸に垂直な打込要素の最大範囲を意味する。円柱状の打込要素又はピストンプレートの場合、これはシリンダの直径である。
【数1】
【数2】
【0012】
本発明を、図面内の幾つかの実施例において表す。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】固定工具の縦断面図である。
【図2】励磁コイルを通る縦断面図である。
【図3】電流強度の時間座標図である。
【図4】ピストン質量に従う効率を示す図である。
【図5】取付エネルギーに従うピストン直径を示す図である。
【図6】取付エネルギーに従う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】
【0014】
図１は、図示しない基材（被打ち込み材）に留め具を打ち込むための手持ち式固定工具１０を示している。固定工具１０は、釘として形成される留め具３０を取付軸Ａに沿って（図１の左側へ）基材に打ち込むために保持する、スタッドガイドとして形成されるホルダ２０を有する。留め具をホルダに供給するため、固定工具１０は、留め具を個別に又は留め具ストリップ５０の形態で保管し、ホルダ２０に１つずつ移送するマガジン４０を備える。この目的を達成するために、マガジン４０は、特に示さないが、ばね式の送り要素を有する。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を備える打込要素６０を有する。打込要素６０は、留め具３０をホルダ２０から取付軸Ａに沿って基材に移送するために設けられている。そのプロセスでは、打込要素６０は、そのピストンプレート７０により、取付軸Ａに沿ってガイドシリンダ９５内に案内される。
【0015】
打込要素６０は、その一部が、ピストンプレート７０上に配置されるかご形回転子９０、励磁コイル１００、軟磁性フレーム１０５、スイッチング回路２００、及び５ｍオームの内部抵抗を有するコンデンサ３００を備える駆動装置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、例えば銅製の低電気抵抗を有する要素からなり、ホルダ２０とは離れて面するピストンプレート７０の側面でピストンプレート７０に締結され、例えば、はんだ付け、溶接、接着接合、クランプ、又は形状同志の嵌め合いにより接続されている。図示しない実施例においては、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、前もって充電されるコンデンサ３００の急速放電を生じ、それによって流れる放電電流をフレーム１０５に埋め込まれた励磁コイル１００を介して伝導するために設けられている。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の実効比導電率を有し、そのため、励磁コイル１００によって生成される磁場はフレーム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。
【0016】
打込要素６０の準備完了位置（図１）において、打込要素６０は、ピストンプレート７０と共に、かご形回転子９０が励磁コイル１００から僅かな距離に配置されるように、フレーム１０５の特に示さないリング状凹みに進入する。その結果、励磁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、その一部では、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。この二次電流は、蓄積し、従って変化し、結果として、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、励磁コイル１００によって反発され、打込要素６０をホルダ２０及びその中に保持される留め具３０に向けて駆動するローレンツ力を受ける。
【0017】
固定工具１０は、更に、駆動装置が保持されるハウジング１１０と、トリガとして設計されている操作要素１３０を有するハンドル１２０と、充電式バッテリとして設計されている電気エネルギー蓄積装置１４０と、制御ユニット１５０と、トリッピングスイッチ１６０と、接触圧スイッチ１７０と、フレーム１０５上に配置される温度センサ１８０として設計されている励磁コイル１００の温度を検出するための手段と、制御ユニット１５０を電気エネルギー蓄積装置１４０、トリッピングスイッチ１６０、接触圧スイッチ１７０、温度センサ１８０、スイッチング回路２００、及びそれぞれコンデンサ３００に接続する電気接続ライン１４１、１６１、１７１、１８１、２０１、３０１とを備えている。図示しない実施例において、固定工具１０は、電気エネルギー蓄積装置１４０の代わりに、又は電気エネルギー蓄積装置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部品を備えている。
【0018】
固定工具１０が図示しない基材（図１の左側）に圧接される場合、特に示さない接触圧要素が接触圧スイッチ１７０を操作し、その結果、接続ライン１７１によって制御ユニット１５０へ接触圧信号を送信する。これは、制御ユニット１５０を作動させて、コンデンサ３００を充電するために、接続ライン１４１によって電気エネルギー蓄積装置１４０から制御ユニット１５０に、そして接続ライン３０１によって制御ユニット１５０からコンデンサ３００に電気エネルギーを伝導するコンデンサ充電プロセスを開始する。この目的を達成するために、制御ユニット１５０は、電気エネルギー蓄積装置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、打込要素６０が図１に示すその準備完了位置にある場合、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、その領域の人々の安全性を高めるため、基材に圧接している固定工具１０によってのみ実施されるため、取付プロセスは、固定工具１０を基材に圧接する場合にのみ可能となる。図示しない実施例において、制御ユニットは、固定工具が電源オンにされる場合、又は固定工具が基材から持ち上げられる場合、又は先行する打込プロセスが完了する場合、コンデンサ充電プロセスを既に開始している。
【0019】
操作要素１３０が、例えば、固定工具１０が準備完了状態で、ハンドル１２０を保持している手の人差し指を用いて引っ張られることによって操作される場合、操作要素１３０は、トリッピングスイッチ１６０を操作し、その結果、接続ライン１６１によってトリッピング信号を制御ユニット１５０に送信する。これは、制御ユニット１５０を作動させて、コンデンサ３００が放電されることによって、コンデンサ３００に蓄積された電気エネルギーをスイッチング回路２００によってコンデンサ３００から励磁コイル１００に伝導するコンデンサ放電プロセスを開始する。
【0020】
この目的を達成するために、図１に略図的に示すスイッチング回路２００は、コンデンサ３００を励磁コイル２００に接続する２つの放電ライン２１０、２２０を備え、その少なくとも１つの放電ライン２１０は、通常開いている放電スイッチ２３０によって遮断される。スイッチング回路２００は、励磁コイル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振動及び／又はコンデンサ３００の負帯電は、駆動装置の効率に悪影響を及ぼす可能性があるが、フリーホイーリングダイオード２４０の助けにより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、又はインターロック接続によって、いずれの場合にも、ホルダ２０に面するコンデンサ３００の端部側面３６０に配置されるコンデンサ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、高電流強度の放電電流を切り替えるのに適しているのが好ましく、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、それらによって誘発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、保持装置又はクランプによって共に保持される。図示しない実施例において、フリーホイーリングダイオードは、放電スイッチと電気的に並列に接続されている。図示しない更なる実施例において、回路内に設けられているフリーホイーリングダイオードはない。
【0021】
コンデンサ放電プロセスを開始する目的のため、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の放電電流が励磁コイル１００を通って流れる。急速に上昇する放電電流は、かご形回転子９０を通過する励起磁場を誘導し、その一部は、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。この二次電流は、蓄積し、結果として、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、励磁コイル１００によって反発され、打込要素６０をホルダ２０及びその中に保持される留め具３０に向けて駆動するローレンツ力を受ける。打込要素６０のピストンロッド８０が、留め具３０の特に示さないヘッドに衝突するとすぐに、留め具３０は、打込要素６０によって基材に打ち込まれる。打込要素６０の過剰な運動エネルギーは、ばね弾性及び／又は減衰材料、例えばゴムで作られた制動要素８５により、制動要素８５に対抗してピストンプレート７０と共に移動し、それが停止するまで後者によって制動される打込要素６０によって吸収される。打込要素６０は、次いで、特に示さないリセット装置によって準備完了位置にリセットされる。
【0022】
コンデンサ３００、特にその重心は、取付軸Ａ上の打込要素６０の後方に配置される一方で、ホルダ２０は打込要素６０の前方に配置される。従って、取付軸Ａに関して、コンデンサ３００は、打込要素６０に対して軸方向にオフセットされるように及び打込要素６０と径方向に重なるように配置される。その結果、一方では、短い長さの放電ライン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、従って、駆動効率を高めることができる。一方、固定工具１０の重心と取付軸Ａとの間の僅かな距離を実現することができる。その結果、打込プロセス中に固定工具１０が反動した場合の傾動モーメントは小さい。図示しない実施例において、コンデンサは打込要素の周囲に配置される。
【0023】
電極３１０、３２０は、例えば、担体フィルム３３０の金属化によって、特に蒸着によって溶着される、巻回軸の周囲に巻回される担体フィルム３３０の反対側に配置され、ここで、巻回軸は取付軸Ａと一致する。図示しない実施例において、電極を有する担体フィルムは、巻回軸に沿った通路が残るように巻回軸の周囲に巻回されている。特に、この場合、コンデンサは、例えば、取付軸の周囲に配置される。担体フィルム３３０は、１５００Ｖのコンデンサ３００の充電電圧において、２．５μｍ～４．８μｍの間の膜厚を有し、３０００Ｖのコンデンサ３００の充電電圧において、例えば、９．６μｍの膜厚を有する。図示しない実施例において、担体フィルムは、その一部が、層として上下に配置される２つ以上の個別のフィルムから構成される。電極３１０、３２０は、５０オーム／平方のシート抵抗を有する。
【0024】
コンデンサ３００の表面は、シリンダ状、特に円柱状であり、そのシリンダ軸は取付軸Ａと一致している。このシリンダの巻回軸方向における高さは、巻回軸に対して垂直に測定されるその直径と略同じ大きさである。シリンダの直径に対する高さの比率が小さいため、コンデンサ３００の比較的高い静電容量に対する低い内部抵抗、及びとりわけ、固定工具１０のコンパクトな構造が達成される。コンデンサ３００の低い内部抵抗はまた、電極３１０、３２０の大きな線断面積によって、特に電極３１０、３２０の高い層厚によっても達成され、ここで、自己回復効果への及び／又はコンデンサ３００の耐用年数への層厚の影響を考慮すべきである。
【0025】
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る。減衰要素３５０は、取付軸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の端部側面３６０に配置され、端部側面３６０を完全に覆う。結果として、担体フィルム３３０の個々の巻線は、固定工具１０の反動によって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。この目的のために、それぞれの場合の減衰要素３５０は、電気接点３７０、３８０が突出する間隙を有する。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の、いずれか詳細には示さない張力緩和及び／又は拡張ループを有する。図示しない実施例において、更なる減衰要素が、コンデンサ上に、例えば、ホルダとは離れて面するコンデンサの端部側面に配置される。コンデンサは、次いで、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、プレストレスによりコンデンサを支える。図示しない更なる実施例において、接続ラインは、コンデンサからの距離が増加するにつれて連続的に減少する剛性を有する。
【0026】
図２は、励磁コイル６００を通る縦断面図を示している。励磁コイル６００は、例えば、取付軸Ａ２の周囲に数回巻回されている円形断面６１０を有する、好ましくは銅製の導電体を備えている。全体として、励磁コイルは、外径Ｒａ及び取付軸Ａ２の方向におけるコイル長さＬＳｐを有する略円筒形、特に円柱状の外形を有する。取付軸Ａ２に対して径方向内側の領域において、励磁コイル６００は、好ましくは同様に円筒形、特に円柱状であり、励磁コイル６００の内径Ｒｉを画成する自由空間６２０を有している。これは、結果として、誘導定数
、励磁コイル６００の巻数ｎＷ、及び平均コイル半径
を有する
のコイルの自己インダクタンスを生じる。励磁コイル６００は、固定工具の動作中、磁気飽和領域内にあるため、励磁コイル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、励磁コイル６００の巻数及び寸法から計算することができる。
【数3】
【数4】
【数5】
【0027】
励磁コイル６００の温度を検出するための温度センサ６６０として形成される手段は、取付軸Ａ２に対して励磁コイル６００の軸方向端面に配置され、例えば熱ペーストによって励磁コイル６００に伝熱方法で接続される。図示しない実施例において、温度センサは励磁コイルの内周又は外周に配置される。
【0028】
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磁コイルを流れる電流の電流強度Ａｃｏｉｌの時間座標図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の時間座標図４００は、立ち上がりエッジ４１０と、約６０００Ａの最大電流強度Ａｍａｘと、立ち下がりエッジ４２０とを有している。立ち上がりエッジ４１０内において、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～０．８倍に上昇する。衝撃時間Δｔｉｍｐａｃｔの間、電流強度Ａｃｏｉｌは、最大電流強度Ａｍａｘの０．５倍を超える。
【0029】
この実施例において、電流立ち上がり時間Δｔｒｉｓｅは約０．０５ｍｓであり、衝撃時間Δｔｉｍｐａｃｔは約０．４ｍｓである。電流立ち上がり時間Δｔｒｉｓｅ及び衝撃時間Δｔｉｍｐａｃｔが小さすぎるよう選択されると、最大電流強度Ａｍａｘは同じ取付エネルギーを確保するために増加させなければならない。しかし、これは、励磁コイルにかかる熱負荷の増加、及び従って、駆動効率の低下を招く。電流立ち上がり時間Δｔｒｉｓｅ及び衝撃時間Δｔｉｍｐａｃｔが大きすぎるよう選択されると、打込要素は、かご形回転子に作用する反発力が減少するように、既に立ち上がりエッジ４１０にある励磁コイルから遠く離れて移動し、これは同様に駆動効率を低下させる。
【0030】
励磁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磁コイルの最大電流密度は約２０００Ａ／ｍｍ２である。励磁コイルの最大電流密度が低すぎるよう選択されると、他の点では変更されていない固定工具により達成することができる取付エネルギーが減少する。これを補うために、例えば、コンデンサ又は励磁コイルを大きくする必要があるが、これは固定工具の重量を増加させる。励磁コイルの最大電流密度が高すぎるよう選択されると、励磁コイルにかかる熱負荷が増加し、その結果、駆動効率が低下する。
【0031】
コンデンサ及び励磁コイルは、全抵抗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。励磁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。全抵抗Ｒｔｏｔａｌに対するコンデンサ抵抗Ｒｃａｐの比率は０．１４である。全抵抗Ｒｔｏｔａｌに対するコンデンサ抵抗Ｒｃａｐの比率が大きすぎるよう選択されると、比較的大量の熱損失がコンデンサにおいて発生し、その結果、駆動効率が低下する。
【0032】
励磁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の比率に起因し、例えば、１０００μＨ／Ω即ち１ｍｓである。コイル時定数τｃｏｉｌが小さすぎるよう選択されると、励磁コイルに流れる電流が急激に増加し、駆動効率が低下する。コイル時定数τｃｏｉｌが大きすぎるよう選択されると、励磁コイルを通って流れる電流が比較的長い時間にわたって分散される。これは結果として、最大電流強度Ａｍａｘが低下し、駆動効率が低下する。
【0033】
加えて、コンデンサはコンデンサ時定数τｃａｐ＝ＣｃａｐＲｃａｐを有し、励磁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の比は約１５０である。時定数の比率が小さすぎるよう選択されると、比較的大量の熱損失がコンデンサにおいて発生し、駆動効率が低下する。
【0034】
図４は、１２５Ｊの取付エネルギーＥｋｉｎを有する打込要素のピストン質量ｍＫに従う固定工具の駆動効率ηを示している。効率ηには単位がなく、ピストン質量ｍＫはグラムで与えられる。駆動の全効率ηｔｏｔａｌは反動効率ηＲ及び電磁効率ηｅｍの積から生じる。同じ取付エネルギーＥｋｉｎにより、固定工具の反動のエネルギーがピストン質量ｍＫの増加と共に増加し、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の増加と共に減少する。同じ取付エネルギーＥｋｉｎにより、打込要素の加速度がピストン質量ｍＫの増加と共に減少し、従って、励磁コイルの影響領域における打込要素の時間の長さが増加するため、電磁効率ηｅｍはピストン質量ｍＫの増加と共に増加する。駆動の全効率ηｔｏｔａｌが最大であるピストン質量ｍＫは、次のように特定することができ、
ここで、ｃ＝２０ｇ、ｄ＝３０ｇＪ－ｎ、及びｎ＝１／３である。本実施例（Ｅｋｉｎ＝１２５Ｊ）において、ピストン質量ｍＫ＝１７０ｇである。
【数6】
【0035】
【0036】
図４との類似によって、ピストン直径ｄＫの増加により、ピストン質量ｍＫが増加するため、反動効率ηＲもピストン直径ｄＫの増加と共に減少する。更に、ピストン直径ｄＫの増加により、かご形回転子の直径が増加し、その結果、励磁コイルとかご形回転子との間の反発力も増加するため、電磁効率ηｅｍはピストン直径ｄＫの増加と共に増加する。駆動の全効率ηｔｏｔａｌが所定の取付エネルギーＥｋｉｎに対して最大であるピストン直径ｄＫは、次のように特定することができ、
ここで、ａ＝３３ｍｍ、ｂ＝６ｍｍＪ－ｎ、及びｎ＝１／３である。本実施例（Ｅｋｉｎ＝１２５Ｊ）において、ピストン直径ｄＫ＝６３ｍｍである。
【数8】
【0037】
【0038】
本発明を、図面に示す一連の実施例及び図示していない実施例を用いて説明してきた。様々な実施例の個々の特徴は、それらが矛盾しないことを条件として、個別に又は互いとの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、他の用途にも用いることができることに留意されたい。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】