JP2004034288A - 燃焼力作動型打ち込み装置 - Google Patents

Abstract

【課題】　優れた熱効率を実現することができ，構造的に簡単で大きな構造スペースを必要とせず，比較的低コストで製造することのできる燃焼力作動型打ち込み装置を提案する。
【解決手段】　釘，ボルト，ピン等の固定素子を打ち込むための打ち込み装置は，圧縮性燃料を燃焼させるための主燃焼室（１１）と，ピストンガイド部材（１７）内に設置され，膨張ガスにより主燃焼室（１１）から固定素子の打ち込み方向（４０）に駆動される駆動ピストン（１５）と，主燃焼室（１１）内で空気・燃料混合物が着火（１９）する前に，主燃焼室（１１）に作用する圧力を生成する前室（２０）とを具える。前室（２０）を，初期位置（３０）にある駆動ピストン（１５）の，主燃焼室（１１）から離間した表面（１６）に接するピストンガイド部材（１７）の内部空間から形成し，少なくとも一時的に主燃焼室（１１）に接続可能とする。
【選択図】図１

Description

　本発明は，釘，ボルト，ピン等の固定素子を基盤に打ち込むための燃焼力作動型打ち込み装置に関し，特に，圧縮性燃料のための少なくとも１個の主燃焼室と，ピストンガイド部材内に設置され，膨張ガスにより主燃焼室から固定素子の打ち込み方向に駆動可能とした駆動ピストンと，主燃焼室内で空気・燃料混合物が着火する前に，主燃焼室に作用する圧力を生成可能とする前室とを具える打ち込み装置に関するものである。この種の打ち込み装置は，ガス燃料又は気化性液体燃料を燃焼室内で燃焼させ，その際に固定素子を打ち込むための打撃ピストンを駆動するものである。

　一般的に，上述の構成を有する燃焼力作動型打ち込み装置においては，可能な限り高い熱効率を達成することが望まれている。

ドイツ特許出願公開ＤＥ４２４３６１７Ａ１号公報

　特許文献１は，ピストン下方の打ち込み方向で副シリンダ内に予燃焼室を設けた打ち込み装置を記載している。打ち込み装置の初期位置において，ピストンは予燃焼室の真上で主燃焼室から最も離間している。この装置の場合，空気・燃料混合物を予燃焼室内で着火させることにより，主燃焼室における空気・燃料混合物が予め圧縮される。それにより，ピストンが主燃焼室上に加速され，ピストンの上方及び主燃焼室内で空気・燃料混合物が等方的に圧縮される。

　特許文献１に記載されている既知の解決手法は，構造的に複雑であり，付加的な室を設置するために大きな構造スペースを要するため，製造コストが嵩む難点がある。

　本発明の課題は，優れた熱効率を実現することができ，構造的に簡単で大きな構造スペースを必要とせず，比較的低コストで製造することのできる燃焼力作動型打ち込み装置を提案することにある。

　この課題を解決するため，本発明による燃焼力作動型打ち込み装置は，請求項１に記載したとおり，圧縮性燃料を燃焼させるための主燃焼室と，ピストンガイド部材内に設置され，膨張ガスにより主燃焼室から固定素子の打ち込み方向に駆動される駆動ピストンと，主燃焼室内で空気・燃料混合物が着火する前に，主燃焼室に作用する圧力を生成する前室とを具え，該前室を，初期位置にある駆動ピストンの，主燃焼室から離間した下面に接するピストンガイド部材の内部空間から形成し，該前室を，少なくとも一時的に主燃焼室に接続可能とすることを特徴とするものである。

　本発明において，打ち込み装置の前室は，完全にピストンガイド部材内における駆動ピストンの膨張スペースにより形成するのが好適である。膨張スペースとは，ピストンガイド部材内のスペースであり，これは駆動ピストンの初期位置において主燃焼室の下側に接する。前室としてピストン膨張スペースを利用することにより，打ち込み工程に際して付加的な構造スペース及び構造的に複雑な措置を要せずに，主燃焼室内の圧力を上昇させることが可能である。

　前室と主燃焼室との間にオーバフローチャネルを配置し，前室内で圧力下に置かれた媒体をそのオーバフローチャネルを経て主燃焼室に流入させ，主燃焼室で圧力を上昇させる。本発明においては，ピストンガイド部材内の駆動ピストンの膨張スペース等で構成することのできる前室との主燃焼室との間でオーバフローチャネルを配置するため，打ち込み装置は極めて簡潔で容易に製造しうる構造をすることができ，しかも，主燃焼室内で空気・燃料混合物が予め圧縮されるために高い熱効率が達成される。

　請求項２に記載したとおり，前室を空気燃料混合物が着火される予燃焼室として形成し，燃焼ガス及び／又は火炎面をオーバフローチャネル又は流路を介して主燃焼室に到達可能とし，主燃焼室内で圧力を上昇させ，場合によっては乱流を生じさせるのが好適である。燃焼室内の空気・燃料混合物は，一定の圧力で着火する前に予め圧縮される。オーバフローチャネルには，逆止弁等のバルブ手段を配置する。このバルブ手段は，媒体が前室から主燃焼室内に流入するのを許容するも，主燃焼室から前室への逆流を阻止すると共に主燃焼室内で空気・燃料混合物が着火すると直ちに閉じられる。

　請求項３に記載したとおり，前室を，空気燃料混合物を着火させるための予燃焼室と，着火時点まで空気のみを貯留する予圧室とに区分するのが好適である。予圧室及び予燃焼室は，請求項４に記載したとおり，隔離プレートにより互いに隔離するのが有利である。隔離プレートは，ピストンガイド部材内で駆動ピストンのピストンロッド上を変位可能に案内するものとし，ピストンガイド部材及びピストンロッドに対してシール接触させるのが最適である。予燃焼室内で空気燃料混合物が着火する際，隔離プレートは爆発ガスの圧力により予圧室に向けて加速されるため，予圧室内における圧力が上昇する。この予圧室内での圧力上昇により，流路内のバルブ手段が開き，空気が主燃焼室内に流入して圧力を上昇させる。

　請求項５に記載したとおり，主燃焼室内の着火装置は，主燃焼室内に圧力センサ等の圧力検出手段を具える。この圧力検出手段により，着火のトリガー信号が着火装置に送られ，主燃焼室内の圧力が，前室からオーバフローチャネルを経て流入する媒体のために，着火装置により着火を行うべき目標値に等しい一定の圧力値に達する。この場合，打ち込み工程において使用者の操作を要することなく，主燃焼室内で自動的に着火が行われる。

　更に，請求項６に記載したとおり，バルブ手段は，媒体としてのガス又は蒸気等を前室から主燃焼室内に流入させるのみならず，火炎面等の反応面がバルブ手段を介して前室又は予燃焼室から主燃焼室内まで移動するように形成するのが好適である。この措置により，火炎が圧力面と共に前室から流入する結果，主燃焼室内の空気・燃料混合物を容易に着火させることが可能である。

　一定の圧力上昇を可能とするため，請求項８に記載したとおり，駆動ピストンを，磁性保持手段による一定の保持力により初期位置に保持するのが好適である。この磁性保持手段は，主燃焼室の領域内に配置し，又はピストンガイド部材の領域内に配置することもできる。磁性保持手段の保持力は，前室から媒体が流入し，主燃焼室のポンプアップにより圧力が上昇する際，その圧力上昇によりピストンが初期位置から変位しないように設定する。空気・燃料混合物が主燃焼室内で着火し，磁性保持手段の保持力を超える圧力上昇が主燃焼室内に生じた場合にのみ，駆動ピストンが解放されて打ち込み方向に移動可能となる。

　請求項９に記載したとおり，流路又はオーバフローチャネルを，初期位置にある駆動ピストンの直後でピストンガイド内の前室から分岐するのが好適である。この場合，流路又はオーバフローチャネルは，駆動ピストンの解除直後に閉鎖される。

　以下，本発明を図示の実施形態について更に具体的に説明する。

　図１〜図５は，本発明に係る燃焼力作動型打ち込み装置の第1実施形態を示すものである。

　図１は，本発明に係る打ち込み装置の打ち込み機構を停止位置又は初期位置で示す。本発明に係る打ち込み装置は，この打ち込み機構に加えて，ハウジング，電子部品，固定素子用マガジン等，既知の構造部材を具えるが，これら構造部材については図示を省略する。

　本実施形態による打ち込み装置は，燃料ガス又は気化性液体燃料を燃焼させることにより作動するものであり，釘，ボルト等の固定素子を案内するためのガイド部材（図示せず）が基盤に押圧されて始動すると，固定素子を打ち込み機構により基盤（図示せず）に打ち込む構成とされている。

　打ち込み機構は，主燃焼室１１と，駆動ピストン１５を往復変位可能に配置したピストンガイド部材１７と，固定素子用の前記ガイド部材とを具える。固定素子は，駆動ピストン１５又はピストンロッド３８の打ち込み方向側端部により駆動され，基盤に打ち込まれる。固定素子用のガイド部材は，打ち込み方向４０でピストンガイド部材１７に連続する。固定素子は，多数個がマガジン等に収蔵されている。

　本実施形態において，主燃焼室１１内には点火プラグ等の着火装置１３を具える。着火装置１３は，打ち込み工程のために主燃焼室１１に導入された空気・燃料混合物を着火する。燃料は，燃料タンク又は燃料源から燃料補給路（図示せず）を経て燃焼スペース，すなわち主燃焼室１１内に導入される。更に，圧力センサ等の圧力検出手段１４を主燃焼室１１内に配置する。主燃焼室内で一定の圧力に達したことを圧力検出手段１４により検出すると，空気・燃料混合物が主燃焼室内で自動的に着火する。圧力検出手段１４の圧力パルスを評価すると共に目標値と比較するため，着火装置１３又は圧力検出手段１４に電子制御回路を設け，自動的な着火を行わせるためのトリガー信号を出力させることができる。

　主燃焼室１１からピストンガイド部材１７に至る移行領域には，磁性保持手段としての磁石１２を配置する。磁石１２は，駆動ピストン１５を初期位置３０，すなわち主燃焼室１１に対向するピストンガイド部材１７の端部に所定の保持力で保持する機能を発揮するものである。

　駆動ピストン１５の下面１６から，予燃焼室２１として形成した前室２０をピストンガイド部材１７内に延在させる。前室２０内には別の着火ユニット２３を配置する。初期位置３０を占める駆動ピストン１５の直下には，予燃焼室２１と主燃焼室１１とを接続する流路又はオーバフローチャネル２４の入口２５が位置する。本実施形態において，初期位置３０は，駆動ピストン１５の上死点に一致する。打ち込み方向４０側に位置する主燃焼室１１の端部と，流路２４の前室２０への入口２５との間の距離は，駆動ピストン１５の軸線方向に見た肉厚１８にほぼ一致する。流路２４内には逆止弁等のバルブ手段２６を配置する。バルブ手段２６は，通常，予燃焼室２１と主燃焼室１１との接続を遮断する。流路２４内のバルブ手段２６により，予燃焼室２１内の圧力が所定値を超えた場合に，予燃焼室２１から主燃焼室１１への媒体の流れ４２を許容するも，逆方向への媒体の流れは阻止又は抑制される。

　打ち込み方向４０側に位置するピストンガイド部材１７の端部に，駆動ピストン１５のための１個又は複数個の緩衝素子又は停止素子３７を配置して，駆動ピストン１５がピストンガイド部材１７の底部を直撃するのを阻止又は抑制する。

　更に，ピストンガイド部材１７内には，打ち込み方向４０側に位置する端部領域内に排気口３２を配置すると共に，排気口３２の斜め向い側に空気導入弁３１を配置する。図１は閉鎖位置にある空気導入弁３１を示す。図１に示す排気口３２も，閉鎖手段としての制御スリーブ３３により閉鎖している。制御スリーブ３３は，打ち込み方向４０とは反対方向で弾性素子３４により弾性的に衝突する。制御スリーブ３３から離間した側における弾性素子３４の端部は，打ち込み装置のハウジング（図示せず）において支持する。制御スリーブ３３の底部には，ピストンロッド３８を貫通させるための開口を設ける。この開口内の少なくとも１箇所には，ボール３６を支持するためのテーパ面３５を配置する。制御スリーブ３３，テーパ面３５，ボール３６等の構造ユニットの機能は，次のとおりである。

　図１に示す初期状態の打ち込み装置においては，既に可燃性の空気・燃料混合物が予燃焼室２１に導入されており，打ち込み装置は基盤（図示せず）に押圧されている。主燃焼室１１は外気に対して密閉され，ピストンガイド部材１７に対しては駆動ピストン１５を介して閉鎖される。同様に主燃焼室１１にも既に可燃性の空気・燃料混合物が導入されている。この空気・燃料混合物は，押圧工程の後又は押圧工程中に噴射装置及び／又は噴射弁等により導入されたものである。

　図２に示す打ち込み装置は，トリガー装置（図示せず）を操作することにより作動し，着火ユニット２３を始動させて着火２９を行わせるものである。爆発燃焼により予燃焼室２１内の圧力が上昇し，未燃焼ガス及び／又は反応ガスは，圧力下でバルブ手段２６の開いた流路２４を経て矢印４１，４２で示すように主燃焼室１１内に流入する。この流入により，主燃焼室１１の圧力が上昇する。

　主燃焼室１１内で所定の圧力に達すると，圧力センサ１４により検出され，図３に示すように，主燃焼室１１内で着火装置１３により空気・燃料混合物の着火１９を生じさせる。駆動ピストン１５に作用する膨張性反応ガス４３の燃焼圧力により，磁性保持手段又は磁石１２の保持力が克服され，駆動ピストン１５が打ち込み方向４０に向けて移動する。駆動ピストン１５及びピストンロッド３８が前進することにより，制御スリーブ３３は，テーパ面３５で支持されたボール３６を介し，弾性素子３４の力に抗して前方位置まで移動する。この前方位置では，制御スリーブ３３が排気口３２を開放し，ここから予燃焼の排ガスが外部に排出される。駆動ピストン１５がピストンガイド部材１７内で更に変位し，ピストンロッド３８を介して固定素子（図示せず）を基盤に打ち込む。

　駆動ピストン１５は，途中で排気口３２の脇を通過するため，主燃焼室１１における燃焼の排ガスも参照数字４４で示すように排気口３２から流出する。駆動ピストン１５が最終位置を占めると，図４に示すように，主燃焼室１１内及びピストンガイド部材１７で限定された空間内の残留ガスが冷却される。そのため，駆動ピストン１５を最終位置から初期位置３０に向けて容易に移動させることが可能である。この移動により，ボール３６が制御スリーブ３３を直ちに解放し，制御スリーブ３３は弾性素子４の作用下で排気口３２の前の閉鎖位置まで復帰する。図５に示すように，駆動ピストン１５が戻り方向４６に移動し，その吸引作用により空気導入弁３１が開くため，矢印４５で示すように，空気が予燃焼室２１に流入する。

　駆動ピストン１５が再び磁石１２近傍の初期位置３０を占めると，通気装置（図示せず）による主燃焼室１１内の浄化が可能となる。打ち込み装置を改めて基盤に押し付けると，前述したサイクルが反復される。

　図６に示した第２実施形態に係る打ち込み装置は，主燃焼室１１に通ずる流路４の端部に，逆止弁に代わるバルブキャップ２７を配置する点で前述の第１実施形態とは相違する。既述のように，着火ユニット２３で着火２９が実現すると，バルブキャップ２７が膨張方向４１，４２に向けて移動する反応ガスにより押し開けられるため，前進する火炎面２８も主燃焼室１１まで進入することができる。この火炎面２８により，主燃焼室１１内で空気・燃料混合物の着火を行わせる。それに続く打ち込み装置の作動工程は，図１〜図５について記述した作動工程と同じである。

　図７に示した第３実施形態に係る打ち込み装置は，ピストンロッド３８上及びピストンガイド部材１７内に変位しつつ設けたプレート３９を前室２０内に配置する点で，図１〜図５に示した打ち込み装置とは相違する。ここでは，プレート３９が，プレート３９と駆動ピストンの下面１６との間に位置する予圧室２２から予燃焼室２１を隔離する。空気・燃料混合物が着火ユニット２３により着火すると，発生した圧力波が，圧力作用下で打ち込み方向４０とは逆向きの主燃焼室１１側に移動するプレート３９を介して，間接的に予圧室２２に伝達される。予圧室内の圧力が上昇すると流路２４内のバルブ手段２６が開き，主燃焼室１１内の圧力も上昇する。主燃焼室１１内で所定の圧力に達すると，前述した態様で，主燃焼室１１内で着火装置１３により空気・燃料混合物が着火される。

本発明の第１実施形態に係る打ち込み装置を，主燃焼室及びピストンガイド部材が初期位置にある状態で示す断面図である。 図１の打ち込み装置を予着火後の状態で示す断面図である。 図１の打ち込み装置を主着火後の状態で示す断面図である。 図１の打ち込み装置を駆動ピストンが最終位置にある状態で示す断面図である。 図１の打ち込み装置を初期位置に至る中間位置における打ち込み工程の後の状態で示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る打ち込み装置を示す図２と同様な断面図である。 本発明の第３実施形態に係る打ち込み装置を示す図１と同様な断面図である。

符号の説明

１１　主燃焼室
１２　磁性保持手段
１３　着火装置
１４　圧力検出手段
１５　駆動ピストン
１６　駆動ピストンの下面
１７　ピストンガイド部材
１８　駆動ピストンの肉厚
１９　着火
２０　前室
２１　予燃焼室
２２　予圧室
２３　着火ユニット
２４　流路，オーバフローチャネル
２５　流路の入口
２６　バルブ手段
２７　バルブキャップ
２８　火炎面
２９　着火
３０　駆動ピストンの初期位置
３１　空気導入弁
３２　排気口
３３　排気口の制御スリーブ
３４　弾性素子
３５　テーパ面
３６　ボール
３７　緩衝素子
３８　ピストンロッド
３９　隔離プレート
４０　打ち込み方向
４１　ガスの膨張方向
４２　媒体の流れ
４３　反応ガスの膨張方向
４４　反応ガスの流出
４５　空気の流入
４６　駆動ピストンの戻り方向

Claims (9)

1. 　釘，ボルト，ピン等の固定素子を基盤に打ち込むための燃焼力作動型打ち込み装置であって，
   　圧縮性燃料を燃焼させるための主燃焼室（１１）と，
   　ピストンガイド部材（１７）内に設置され，膨張ガスにより主燃焼室（１１）から固定素子の打ち込み方向（４０）に駆動される駆動ピストン（１５）と，
   　主燃焼室（１１）内で空気・燃料混合物が着火（１９）する前に，主燃焼室（１１）に作用する圧力を生成する前室（２０）とを具え，
   　該前室（２０）を，初期位置（３０）にある駆動ピストン（１５）の，主燃焼室（１１）から離間した表面（１６）に接するピストンガイド部材（１７）の内部空間から形成し，
   　該前室（２０）を，少なくとも一時的に主燃焼室（１１）に接続可能とすることを特徴とする打ち込み装置。
2. 　請求項１記載の打ち込み装置において，前記前室（２０）が予燃焼室（２１）を具え，該予燃焼室（２１）を，バルブ手段（２６，２７）を有する流路（２４）を介して，少なくとも一時的に主燃焼室（１１）に接続可能とすることを特徴とする打ち込み装置。
3. 　請求項１記載の打ち込み装置において，前記前室（２０）が予燃焼室（２１）及び予圧室（２２）を具え，該予圧室（２２）を，バルブ手段（２６，２７）を有する流路（２４）を介して，少なくとも一時的に主燃焼室（１１）に接続可能とすることを特徴とする打ち込み装置。
4. 　請求項３記載の打ち込み装置において，前記予圧室（２２）を，ピストンガイド部材（１７）内で駆動ピストン（１５）のピストンロッド（３８）上を変位可能に案内されるプレート（３９）により，予燃焼室（２１）から隔離することを特徴とする打ち込み装置。
5. 　請求項１〜４の何れか一項に記載の打ち込み装置において，主燃焼室（１１）内に圧力検出手段（１４）を具え，前記圧力検出手段（１４）を主燃焼室（１１）用の着火装置（１３）と協働させることを特徴とする打ち込み装置。
6. 　請求項１〜５の何れか一項に記載の打ち込み装置において，前記バルブ手段が逆止弁（２６）を具え，該逆止弁（２６）により前室（２０）から主燃焼室（１１）への媒体の流れ（４２）を許容すると共に，逆方向への媒体の流れを阻止することを特徴とする打ち込み装置。
7. 　請求項１〜６の何れか一項に記載の打ち込み装置において，前記バルブ手段（２７）により，予燃焼室（２１）から流出する膨張火炎面（２８）のための通路を形成することを特徴とする打ち込み装置。
8. 　請求項１〜７の何れか一項に記載の打ち込み装置において，所定の保持力により駆動ピストン（１５）を初期位置（３０）に保持する磁性保持手段（１２）を具えることを特徴とする打ち込み装置。
9. 　請求項１〜８の何れか一項に記載の打ち込み装置において，前記前室（２０）に通じる入口（２５）から主燃焼室（１１）までの流路（２４）の距離は，駆動ピストン（１５）の軸線方向に見た肉厚（１８）とほぼ一致させることを特徴とする打ち込み装置。

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