JP2004001137A - 空気釘打機 - Google Patents

Abstract

【課題】釘打撃時の空気釘打機本体９の反動を確実に抑制すること。
【解決手段】蓄圧室６内の圧縮空気をシリンダ２内に流入させてピストン５を下降させることにより、ピストン５と一体に結合されたドライバビットによって釘を打撃して釘を打込む空気釘打機において、前記釘打撃時の本体９の反動量が所定値を超えた時、シリンダ２内のピストン５上室を戻し空気室１４または大気に連通させて、ピストン５上室の圧力を低減させることにより本体９の反動を抑制する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は釘の打込みが不完全な場合に発生する釘打機本体の反動を抑制するようにした空気釘打機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の釘打機の一例を示し、ピストン５が下死点にある状態を図６に示す。図５、６において圧縮空気を供給するコンプレッサやホースと釘を保持するマガジン等は省略してある。シリンダ２はピストン５を軸方向に沿った往復移動が可能な如く支持する円筒状部材で、ヘッドバルブ１は蓄圧室６とシリンダ２内との流路を制御する。
【０００３】
釘打機の動作を簡潔に説明する。待機状態ではコンプレッサからの高圧空気は蓄圧室６に充填されており、ヘッドバルブ１によってシリンダ２の内室は蓄圧室６と遮断されている。この時ピストン５上部のシリンダ２の内室は排気口７を介して大気に連通している。
【０００４】
トリガ３を引くと共にプッシュレバー４を木材に押し付けると、周知の如く、ヘッドバルブ１が上昇し、シリンダ２内に圧縮空気が流入することによりピストン５が下降して釘が打込まれる。この時、ピストン５の反作用として本体９がピストン５と反対方向すなわち図５中上方向に移動する。ピストン５が下死点まで移動すると、図６に示すように、ピストン５の運動エネルギの一部は釘打に使用され、残りのエネルギはウレタンゴム系のバンパ８によって吸収される。なおピストン５下側の圧縮空気は、釘打後にピストン５を初期位置に復帰させるために、シリンダ下部の戻り孔１８を通過して戻し空気室１４に蓄えられる。ピストン５が逆止孔１６を通過後、逆止孔１６から逆止弁１７を開いて圧縮空気が戻し空気室１４に流れることにより、ピストン復帰のために必要な圧縮空気が戻し空気室１４内に流入する。
【０００５】
その後トリガ３がリリースされるか、または釘打時の本体９の反動により、プッシュレバー４が木材から離れると、ヘッドバルブ１が初期位置へ戻り、ピストン５上部のシリンダ２の内室が排気口７を介して大気と連通する。よってピストン上部の圧縮空気が排出されると共に戻し空気室１４に蓄えられた圧縮空気が戻り孔１８を介してピストン５下側に入ることによりピストン５が押し上げられ、ピストン５が初期位置に復帰する。
【０００６】
以上が一般的な釘打機の釘打動作である。以下に釘打動作中の本体９の反動の発生要因について述べる。
【０００７】
上記のような動作工程の釘打機において、正常に釘が木材に完全に打込まれる場合、釘打開始と同時にピストン５の反動により本体９が上方向に移動し始める。釘が完全に木材に打込まれた後は、ピストン５が最大ストロークを移動しバンパ８に衝突するため、本体９を下方向に押し下げる力が発生し、本体９が反動で上昇する速度は減少する。一方、木材が硬い場合、釘頭が木材表面と同一とならず釘打が不完全となる場合がある。このような場合、釘が木材中に完全に打込まれないことからピストン５は下降途中で停止する。このためピストン５が最大移動距離を移動しバンパ８に接触するまで、本体９が上昇し大きな反動となる。
【０００８】
なお釘が正常に木材に完全に打込まれる場合の本体９の反動量は、釘打機の質量によっても影響されるが、通常約２０〜６０ｍｍである。しかし釘の打込みが不完全な場合、反動は１００ｍｍ以上に達する場合もある。
【０００９】
上記した釘打機の反動の大きさは、作業者が予測することは困難であり、例えば同一種類の木材であっても、節の付近は硬さが他の部分と異なる場合があり得る。そのような部分に偶然に釘を打込んだ場合、作業者の予測を超えた反動が発生し、操作性が悪化していた。
【００１０】
これらの問題を解決するため、従来例えば特開平６−２４６６４９号ではシリンダ上方にバネで付勢された弁を設置している。釘打込み不完全の場合、シリンダ内圧がバネの付勢力より大きくなると弁が開いて圧力を開放させることで反動減少を図っている。また特公昭６０−４７０７５号では反動が発生する前にシリンダ内への圧縮空気供給を止めることで反動減少を図っている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記した空気釘打機において、まず特開平６−２４６６４９号で示されるようなシリンダ上方に弁を設置する構造の問題点について、実験結果に基づき以下に述べる。
【００１２】
図７は釘が木材と面一に正常に打込まれた場合の各部の圧力測定結果、シリンダ２内のピストン５及び本体９の変位、本体９の加速度測定結果を時間同期で示したものである。なお変位は初期位置からの変位であり、ピストン５は下方向、本体９は上方向を正とし、プラスの値のみを示している。また加速度波形は衝突に伴う局所振動の高周波成分を除去した波形で、本体９の変位に関連した成分のみを示す。
【００１３】
図８は釘打込みが不完全すなわち釘が打込み途中で停止した場合の圧力測定結果、ピストン５及び本体９の変位、加速度測定結果である。
【００１４】
まず正常状態である図７より説明する。釘打開始となると、蓄圧室６内の圧縮空気がシリンダ２内へ流入するため、蓄圧室６内の圧力が低下し、同時にシリンダ２内圧力が上昇する（図中Ａ点）。その後、蓄圧室６とシリンダ２内の圧力はほぼ同じになり、ピストン５の下降に伴い圧力低下する。図７のＢ点でピストン５はバンパ８に衝突し下死点となる。本結果のピストンストロークは約１０５ｍｍである。なおＣ点はピストン５が衝突した反動でバウンドしている状態を示す。その後本体９の反動でプッシュレバー４が木材から離れ、ヘッドバルブ１が下降してシリンダ上面を閉じるのでシリンダ２への圧縮空気供給が停止すると同時に排気動作が開始される。蓄圧室６の圧力は図示しないコンプレッサにより徐々に初期圧に復帰し、またシリンダ２内は大気と連通し、大気圧まで低下する。以上が釘が完全に打込まれた時の動作であり、本体９に加速度が働く時間は図中Ｆで示す約９ｍｓであり、本体９の反動による最大変位は約２３ｍｍであった。ちなみにＦの直後で加速度が負になっているが、これはピストン５がダンパ８に衝突したために本体９に下方向の加速度が働いた結果である。この負の加速度は本体９の反動を低減する作用がある。
【００１５】
次に図８を用いて釘が木材に完全に打込まれなかった場合について説明する。本結果は、正常時と同じ機体、圧力を用いて、木材の材質のみ硬いものを使用した場合である。釘打開始となり、蓄圧室６内の圧縮空気がシリンダ２内へ流入し、蓄圧室６の圧力が低下すると共にシリンダ２内の圧力が上昇する。しかし木材が硬いため、釘の速度がＤ点で減速しており、本体９に加速度が働く時間は図中Ｆで示す約１２．５ｍｓであり、反動は最大１００ｍｍに達した。
【００１６】
特開平６−２４６６４９号によれば、釘打不完全時におけるシリンダ内圧の上昇を制御する反動抑止弁がバネによりシリンダに付勢されている。シリンダ内圧がバネの付勢力を超える圧力となった場合、反動抑止弁が開口し、シリンダ内圧を減圧する構造となっている。以下、特開平６−２４６６４９の問題点を詳細に述べる。図８のシリンダ圧力線図におけるＤ点では、釘打不良が開始しているにもかかわらず、シリンダ内圧の上昇は確認できない。本現象を定性的に述べれば、ヘッドバルブが開口した直後、シリンダ内と蓄圧室は瞬時に同じ圧力となる。これはヘッドバルブとシリンダ間の流路が十分に大きいためである。一方、蓄圧室はホースによりコンプレッサに接続されているが、ホースは直径７ｍｍ程度、長さは数ｍ〜数１０ｍであるため、コンプレッサから蓄圧室へ圧縮空気が供給されるには時間を要する。図７、図８のＥ点は排気プロセスが開始し、蓄圧室がヘッドバルブにより閉じられた時刻であるが、０．１ｓ時（グラフ右端）においても蓄圧室圧力が釘打前の圧力である約８×１０５（Ｐａ）に復帰していない。すなわち釘打不良となってピストンが減速しても、ホースによる抵抗で蓄圧室に圧縮空気は瞬時に供給されないため、シリンダ内圧が高くなることはないと考えられる。以上の理由から、特開平６−２４６６４９号に示された構造では反動抑止弁を開口させることができない。
【００１７】
次に特公昭６０−４７０７５号で示されるような本体の反動が発生する前にシリンダ内に圧縮空気の供給を止める構造の問題点について、実験結果に基づき以下に述べる。特公昭６０−４７０７５号によれば、ピストンが停止すると想定した位置に対応してシリンダの壁に逆止弁を設け、逆止弁からシリンダ内の圧縮空気を排出し、かつシリンダを復帰させることで圧縮空気の供給を停止させる構造となっている。上記の構造の釘打機においてはピストンが最大移動距離を移動し終える前に、蓄圧室からの圧縮空気供給が断たれてしまうため、釘打込みエネルギが低下する。釘長さ６０ｍｍクラスの釘打機を用いて実験したところ、通常打ち込みエネルギが６０Ｊであったのに対し、特公昭６０−４７０７５号の構造では５０Ｊと１７％の低下が見られた。すなわち同じ釘長さのクラスにおいて通常の釘打機と比較した場合、固い木材には打込めないといった問題がある。なお本問題を補うためにはピストン移動距離を長くする方法があるが、本体の寸法が大きくなり、携帯性が重要視される釘打機にとっては大きな欠点となる。
【００１８】
また逆止弁の開放圧力を設定することで、通常の釘打時には弁を開放しない構造の場合には特開平６−２４６６４９号と同じ理由で問題がある。すなわちピストンが停止しても直ちにシリンダ内圧が高くなることはないため、逆止弁を開口することができない。
【００１９】
本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を無くし、簡易な構造かつ釘打不完全時には本体の反動を確実に低減する釘打機を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、シリンダ内室と戻し空気室を連通する反動防止孔をシリンダに設け、かつシリンダの外周囲に摺動可能な円筒状のバルブを設け、円筒状バルブが反動防止孔を遮蔽するように、バネ等の弾性材により付勢することにより達成される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図１及び図２を用いて説明する。なお上記した図５、６と同じ要素には同じ符号を付し、説明を省略する。シリンダ２に、シリンダ内室と戻し空気室１４とを連通する反動防止孔１５を設置すると共にシリンダ２を軸として上下方向に摺動可能なスリーブ１０が、収縮して設置されたバネ１１によって上方向に付勢されている。スリーブ１０は２つ割りの部品を一体に固着したもので、上端がシリンダ２上に設けられたストッパ１２に突き当たりその位置で固定されている。スリーブ１０を付勢するバネ１１の下端はシリンダ２に設けられたバネストッパ１２に固定されている。
【００２２】
釘打待機状態では、反動防止孔１５はスリーブ１０により閉鎖されている。釘打開始となるとピストン５が下降し、その反動で本体９が上方向に移動する。この時、スリーブ１０にはスリーブ１０自体の慣性が作用し、その場にとどまろうとするため、本体９と同期して移動しない。このためスリーブ１０はバネ１１を圧縮し、そのバネ力により本体９に遅れて上方向へ移動する。通常、釘打が完全に行われた場合には、本体９の反動が小さいため、スリーブ１０が移動しても反動防止孔１５を閉鎖した状態を保つように、スリーブ１０の質量、幅、バネ定数と初期たわみ量等を設定してある。なおこれらのパラメータは釘打機のクラスに依存する。
【００２３】
釘打が不完全の場合、図２に示すような動作となる。本体９の加速度が長時間働くため、スリーブ１０は本体９の移動から完全に遅れ図２に示す如く下方に移動して反動防止孔１５が開きシリンダ２内室と戻し空気室１４が連通する。すなわちスリーブ１０は本体９に働く加速度の積分値に応じて動作するように設置され、一定のレベルを超えると反動防止孔１５が開くことになる。シリンダ２内の圧縮空気は反動防止孔１５を通って戻し空気室１４へ流入するため、シリンダ内圧力が減少すると共に戻り室１４と戻り孔１８により連通しているピストン下部の圧力が上昇する。その結果、ピストン上下の圧力が等しくなることからピストン５が停止し、本体９の反動を抑制する。図９は、図８と同じく、釘打不完全となるような硬い木材を用いた場合で、各部の圧力測定結果、ピストン５及び本体９の変位、本体９の加速度測定結果を時間同期で示したものである。ピストン５は図中Ｇ点付近で減速しているが、この時シリンダ内圧力は上昇することなく減圧している。これは反動防止孔１５が開いてシリンダ２内の圧縮空気が戻し空気室１４に流入しているためである。このためシリンダ内圧と戻し空気室圧力が同一となって、ピストン上下の圧力差がなくなる。また同時に本体９が上昇し、プッシュレバー４が木材から離れ、ヘッドバルブ１が蓄圧室６とシリンダ２内室を閉じるので、蓄圧室６からの圧縮空気は遮断される。よってピストン５上部は早急に大気圧となりピストン５は停止する。したがって本体９の反動を抑制することができる。
【００２４】
なお上記実施形態において本体９に加速度が働く時間は図中Ｆで示す約１０ｍｓであり、反動量は４７ｍｍである。上記した従来の場合、加速度が働く時間は１２．５ｍｓ、反動が１００ｍｍであったので、本発明により加速度の作用時間を短縮できたことで反動を約５０％低減できたことを確認した。
【００２５】
図１、２に示した実施形態は、バネ１１を収縮させて設置していたが、引っ張って設置することも可能である。図３は本発明の他の実施形態を示すもので、スリーブ１０を付勢しているバネ１１の端は、本体９に設置されたバネストッパ１３に接している。バネ１１は自然長よりも伸ばされて設置されており、スリーブ１０はストッパ１２に向かって付勢されている。図４は図３においてスリーブ１０が動作して反動防止孔１５が開いた状態を示す。
【００２６】
上記実施形態では反動防止孔１５によりシリンダ２内と戻し空気室１４を連通するとしたが、反動防止孔１５によりシリンダ内２と排気孔７を連通させるようにしてもよい。図１０はこのようにした本発明の他の実施形態を示すもので、反動防止孔１５はシリンダ２内と排気口７を連通させている。本体９の反動が大きい時はピストン５上部の圧縮空気は反動防止孔１５を通って排気口７から本体外に排出される。また同時に本体９が上昇し、プッシュレバー４が木材から離れ、ヘッドバルブ１が蓄圧室６とシリンダ２内室を閉じるので、蓄圧室６からの圧縮空気は遮断される。よってピストン５上部は早急に大気圧となりピストン５は停止する。したがって本体９の反動を抑制することができる。
【００２７】
上記したいずれの実施形態は機械的に動作させるものであるが、図１１に示す如く、本体９に加速度センサ１９を取付け、加速度センサ１９の出力信号の積分値がしきい値を越えた場合に電磁弁２１を動作させることで図１０と同様の効果を得ることが可能である。すなわち、反動防止孔１５と排気口７を繋ぐ通路に電磁弁２１を設け、電磁弁２１は電磁弁制御装置２０に接続されている。またこれらの電気デバイスを運転するための電源２２が設置されている。電磁弁制御装置２０は加速度センサ１９の出力信号から積分値を計算し、積分値がしきい値を越えると電磁弁２１を開く。したがってピストン５上部の圧縮空気は反動防止孔１５を介して排気口７から本体９外に排出され、ピストン５上部は早急に大気圧となるためピストン５は急停止し、本体９の反動を抑制することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、反動で移動するスリーブによりシリンダ内圧を制御することで、釘打不完全時の本体の反動を確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明空気釘打機の一実施形態で待機状態を示す断面図。
【図２】図１の動作状態を示す説明用断面図。
【図３】本発明空気釘打機の他の実施形態で待機状態を示す断面図。
【図４】図３の動作状態を示す説明用断面図。
【図５】従来の空気釘打機の一例で待機状態を示す断面図。
【図６】図５においてピストンが下死点まで下降した状態を示す断面図。
【図７】正常釘打時の各部圧力、ピストン及び本体の変位、加速度測定結果を示すグラフ。
【図８】不完全釘打時の各部圧力、ピストン及び本体の変位、加速度測定結果を示すグラフ。
【図９】図１における各部圧力、ピストン及び本体の変位、加速度測定結果を示すグラフ。
【図１０】本発明空気釘打機の他の実施形態で待機状態を示す断面図。
【図１１】本発明空気釘打機の更に他の実施形態で待機状態を示す断面図
【符号の説明】
１はヘッドバルブ、２はシリンダ、３はトリガ、４はプッシュレバー、５はピストン、６は蓄圧室、７は排気口、８はバンパ、９は本体、１０はスリーブ、１１はバネ、１２はストッパ、１３はバネストッパ、１４は戻し空気室、１５は反動防止孔、１６は逆止孔、１７は逆止弁、１８は戻り孔、１９は加速度センサ、２０は電磁弁制御装置、２１は電磁弁、２２は電源。

Claims (6)

1. シリンダと大気を連通する排気口と、圧縮空気を蓄える蓄圧室と、釘を打撃するドライバビットを一体に取付けたピストンを移動可能に支持するシリンダと、蓄圧室とシリンダ内室及びシリンダ内室と排気口との流路を開閉制御するヘッドバルブと、ピストンを初期位置へ復帰させるための圧縮空気を蓄える戻し空気室と、シリンダ室内の圧縮空気を戻し空気室にのみ流入させるため外側に逆止弁を有した逆止孔と、シリンダのピストン下部室と戻し空気室を連通するためにシリンダ下端近傍に設けられた戻り孔と、圧縮空気によりピストン及びドライバビットを駆動し、ドライバビット先端により釘を打撃して打込む空気釘打機であって、
   シリンダ内室と戻し空気室、またはシリンダ内室と排気口を連通するためにシリンダに設けられた反動防止孔と、シリンダに沿って摺動可能な如くシリンダに取付けられたスリーブと、スリーブを釘の打込み方向と逆方向に付勢しスリーブによって反動防止孔を遮蔽する弾性部材とを備えたことを特徴とする空気釘打機。
2. 前記スリーブのシール位置と反動防止孔の距離は正常な釘打込み時に移動可能な距離を有することを特徴とする請求項１記載の空気釘打機。
3. シリンダと大気を連通する排気口と、圧縮空気を蓄える蓄圧室と、釘を打撃するドライバビットを一体に取付けたピストンを移動可能に支持するシリンダと、蓄圧室とシリンダ内室及びシリンダ内室と排気口との流路を開閉制御するヘッドバルブと、ピストンを初期位置へ復帰させるための圧縮空気を蓄える戻し空気室と、シリンダ室の圧縮空気を戻し空気室にのみ流入させるため外側に逆止弁を有した逆止孔と、シリンダのピストン下部室と戻し空気室を連通するためにシリンダ下端近傍に設けられた戻り孔と、圧縮空気によりピストン及びドライバビットを駆動し、ドライバビット先端により釘を打撃して打込む空気釘打機であって、
   シリンダ内室と戻り室、またはシリンダ内室と排気口を連通するためにシリンダに設けられた反動防止孔と、反動防止孔を開閉する弁と、本体の加速度の積分値が所定値を超えた時に弁を駆動して反動防止孔を開閉する制御手段とを備えたことを特徴とする空気釘打機。
4. 蓄圧室内の圧縮空気をシリンダ内に流入させてピストンを下降させることにより、ピストンと一体に結合されたドライバビットによって釘を打撃して釘を打込む空気釘打機であって、
   前記釘打撃時の本体反動量が所定値を超えた時、シリンダ内のピストン上室の圧力を低減させることを特徴とした空気釘打機。
5. シリンダ内のピストン上室をシリンダ周りの戻し空気室に連通させてピストン上室の圧力を低減させるようにしたことを特徴とする請求項４記載の空気釘打機。
6. シリンダ内のピストン上室を大気に連通させてピストン上室の圧力を低減させるようにしたことを特徴とする請求項４記載の空気釘打機。

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