JP2004535303A - フライホイール作動形釘打ち機 - Google Patents

Abstract

作動サイクルを実行するために必要なエネルギーを供給するために活動状態のフライホイール（４５）を用いるサイクル作動形工具用の新規な駆動機構が開示および教示されている。開示の駆動機構は、手持ち式釘打ち機などの手持ち式工具用途に特に有用である。フライホイール（４５）は、コード付きまたは電池電源モータによって駆動させることができる。本発明による開示の機構は、新規な１対の球用傾斜(ball ramp)カム板を教示しており、第１対の球用傾斜がクラッチ（３５）と活動状態のフライホイール（４５）とを初期係合させ、その結果としてクラッチ（３６）が回転することによって、第２対の球用傾斜が作動してばね（７２）を圧縮し、その作用により、クラッチに加えられる圧力が増加することによって、駆動機構の作動サイクル中、クラッチ（３６）およびフライホイール（４５）間に滑りのない係合を確保することができる。駆動機構の作動サイクルの完了時に、第２対の球用傾斜カム板がさらに作用して、クラッチ（３５）をフライホイールから係脱させて、駆動機構が開始位置に戻る時、フライホイール（４５）内に残留している未使用の運動エネルギーを消散することができる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示および教示する発明は、包括的には、作動サイクルを実行するために必要なエネルギーを供給するために活動状態のフライホイールを用いるサイクル作動形工具に関する。
【０００２】
特に、開示の発明は、留め具を加工物に打ち込むために必要な運動エネルギーを供給するフライホイールを活動させる電動モータを有する留め具打ち込み工具などの手持ち式電気機械留め具打ち込み工具に関するが、必ずしもそれに制限されない。電力は、電池または交流電源のいずれかによって供給することができる。
【０００３】
（関連特許出願）
本出願は、２０００年１２月２２日に出願された米国特許仮出願第６０／２５８，０２２号の優先権を主張し、それの発明の開示の全体を参照として本明細書に援用する。
【０００４】
本出願は、Shane Adams他によって本出願と同時に出願され、参照として本明細書に援用される「フライホイール作動形手持ち式工具用の速度制御(Speed Control For Flywheel Operated Hand Tool)」および「フライホイール作動形手持ち式工具用の制御モジュール(Control Module For Flywheel Operated Hand Tool)」と題する同時係属中の米国特許出願に関連している。
【背景技術】
【０００５】
従来では、工業用釘打ち機またはステープラなどの留め具打ち込み工具を作動させるために比較的大きいエネルギーインパルスが必要である場合、そのような工具に空気圧式またはコード付き電気モータによって動力を供給するのが一般的なやり方であった。そのような工具は、たとえば、３”以上の長さの釘、またはステープルを、２ｘ４などのフレーム木材に打ち込むことができる。
【０００６】
しかし、空気圧駆動工具は、現場で空気圧縮機を必要とし、コード付き電動工具は、現場で電動の電源を必要とする。さらに、両形式の工具は、ユーザが使用中は空気圧または電気アンビリカル(umbilical)を引き回す必要がある。そのようなアンビリカルを引き回すことは、屋根や梯子などの高所での作業時に特に問題になる。
【０００７】
ソレノイド作動形留め具打ち込み工具などの電動工具も既知である。これらは主に、大きい１．２５〜２．５インチの１５ゲージ仕上げ釘および／または重い骨組み釘ではなく、たとえば、１インチの貝折れ釘（brad nails)の打ち込みなどの軽作業用途に使用される。
【０００８】
従来技術ではまた、強力留め具打ち込み部に動力を供給するのに十分な運動エネルギーを送る手段としてフライホイールを用いた強力高出力留め具打ち込み工具を提供するために、多大な努力が払われてきた。そのようなシステムの例が、米国特許第４，０４２，０３６号、第４，１２１，７４５号、第４，２０４，６２２号、第４，２９８，０７２号および第５，５１１，７１５号に開示されている。しかし、参照の従来技術は、フライホイールを活動させるために必要なエネルギーを供給するために、コード付き電気モータを使用する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、動力釘打ち機などの、作動サイクルに続いてリセットサイクルを有するサイクル作動形手持ち工具で特に有用な新規な駆動機構を開示および教示する。さらに具体的に言うと、本発明は、工具の作動サイクルを実行するために必要なエネルギーを供給するために、活動状態のフライホイールの運動エネルギーを用いるサイクル作動形工具に有用である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
電気ソレノイドによって作動する第１対の回転カム板がクラッチアセンブリを活動状態のフライホイールと係合させるようにした、駆動機構が教示されている。フライホイールとクラッチの係合時に、フライホイールによって作動する第２対の回転カム板がばねを圧縮して、それによってさらなる力がクラッチに加えられることにより、それに続く駆動機構の作動サイクル中に滑りのない連結が確保される。駆動機構の作動サイクルの完了時に、第２対のカム板がクラッチをフライホイールから急速に係脱させ、それにより、駆動機構は開始位置に戻り、フライホイールは、停止するまで、あるいは次の作業サイクル用に再活動されるまで(or until it is reenergized) 、自在回転によって残留エネルギーを消散する。
【００１１】
以下の実施形態は、手持ち式電池電源の釘打ち機に使用される際に本発明を説明するが、本発明をコード付き電気モータの実施形態にも使用できることを理解されたい。さらに、本発明は、手持ち式工具以外の、手持ち式釘打ち機のようなサイクル作動形動作が望まれる用途にも適していることも理解されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の以下の説明は、取り外し可能な電池によって給電される手持ち式工具を教示しているが、本明細書に記載されている電池を電源とした直流モータの代わりに、コードで接続された交流モータによって手持ち式工具に給電してもよいことを理解されたい。
【００１３】
図１は、一般的にグリップハンドル１４を含む本体１２を備えた手持ち式釘打ち機１０を示す。ハンドル１４の端部に、釘打ち機の動力運転機構を作動させるために必要な電気エネルギーを供給する取り外し可能な充電式電池１９が取り付けられている。ハンドル１４内には、釘打ち機１０を作動させるトリガ１６も設けられている。図示のように、帯状にした留め具をノーズアセンブリ２０に供給するために、通常留め具供給マガジンアセンブリ１８が本体１２およびハンドル１４に取り付けられている。
【００１４】
図２、図３、図４および図５は、図１に示されている釘打ち機１０のハウジング１２内に配置された時の留め具打ち込みアセンブリ４０の上面図、左側面図、底面図および背面図である。わかりやすくするために、図２、図４および図５では電気制御モジュール２５が取り除かれている。制御モジュール２５の構造的詳細および作動は、上記の「関連特許出願」の項に示されて参照として本明細書に援用される２つの同時係属特許出願に完全に記載されている。
【００１５】
図６に示されているように、留め具打ち込みアセンブリ４０の主要作動部材として、電気モータ４２で駆動ベルト６４を介して作動して、留め具を加工物に打ち込むための運動エネルギーを供給するフライホイール４５がある。フライホイール４５は、固定シャフト３２を中心にして回転自在である（図７および図９を参照）。必要な回転数／分（ＲＰＭ）に達した時、駆動クラッチアセンブリ３０（図７および図９を参照）がクラッチ３５およびフライホイール４５を連結して、それによってフライホイール４５の運動エネルギーの一部が、留め具を加工物に打ち込む線形移動打ち込み部１０６に伝達される。
【００１６】
次に図２〜図９を参照しながら、フライホイール駆動アセンブリ４０の構成部材および作動を説明する。フライホイール駆動アセンブリは、クラッチ駆動アセンブリ３０と、電気モータ４２によってベルト６４を介して歯車駆動されるフライホイール４５とを有する。本明細書では主にモータ４２およびフライホイール４５間のベルト駆動を説明するが、モータ４２およびフライホイール４５間に歯車駆動装置や他の任意の適当な駆動機構を用いてもよいことが理解される。
【００１７】
特に図９を、また追加的に図６〜図８を参照しながら、フライホイール４５およびクラッチ駆動アセンブリ３０の機械的構造を作動面から説明する。
【００１８】
クラッチ駆動アセンブリ３０およびフライホイール４５は、図９に最もわかりやすく示されているように、中心シャフト３２上に軸方向に並べて配置されている。中心シャフト３２は、端板５２に螺着されており、端板５２は、それから軸方向に延出してスロット形溝４７にはめ込まれた一体形ボス５１によってフレーム４８に固着されており、したがって、端板５２および中心シャフト３２は回転不能である。中心シャフト３２の他端部は、フレーム４８の支持溝４９にはまっている。
【００１９】
フライホイール４５は、図９に最もわかりやすく示されているように、中心シャフト３２の端部に深溝球軸受け４６で回転配置されているので、フライホイール４５は、モータ４２の駆動時に、中心シャフト３２を中心にして自由回転する。
【００２０】
フライホイール４５は、一体形クラッチ／ドラムアセンブリ３５の凹状円錐形摩擦面３６が上に被さるようにした内側円錐形突起４４を有する。クラッチ／ドラムアセンブリ３５は、摩擦面３６を内部に有するベル形端部３４を有し、ベル形端部３４の軸方向反対側にケーブル巻き取り部５７が設けられており、詳細に後述するように、工具１０の動力行程中に、それに作動ケーブル１０２が巻き取られる。
【００２１】
クラッチ／ドラムアセンブリ３５および作動板５８は、分離可能な部材であるが、噛み合い突起２８によって互いに噛み合い連結されており、そのため、クラッチ／ドラムアセンブリ３５および作動板５８は、単一の一体化したアセンブリとしてシャフト３２を中心にして自由回転する。作動板５８およびクラッチ／ドラム３５が一体化したアセンブリとして自由回転する特性を確保するために、クラッチ／ドラム３５の内径部分の位置に転がり軸受け３８Ａおよび３８Ｂが設けられている。
【００２２】
作動板５８に隣接した位置に、固定板５６が設けられている。固定板５６および作動板５８は、図１６に示されているように、等間隔に配置された３つの軸方向に拡張可能な球用傾斜６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ、６６Ａ’、６６Ｂ’および６６Ｃ’によって互いに連結されている。固定板５６および作動板５８間の球用傾斜６６の作動については詳細に後述する。固定板５６は、中心シャフト３２上を軸方向移動自在であるが、フレーム４８内の軸方向整合スロット４３に摺動可能にはめ込まれた回り止めタング５３によって、シャフト３２を中心にして自由回転できないようにして、ハウジング４８に固定されている。図１７を参照されたい。
【００２３】
固定板５６は、固定板５６および皿ばね７２間に位置する自由回転可能なスラスト軸受け６２をはめ付ける円形突起６１を有する。皿ばね７２が、図９に示されているように、リターダ板６４およびスラスト軸受け６２間に配置されており、それの機能についてはさらに詳細に後述する。図１５に示されているように、軸方向に拡張可能な球用傾斜６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃ、６８Ａ’、６８Ｂ’および６８Ｃ’が、端板５２およびソレノイド板５４を連結しており、それの機能についてもさらに詳細に後述する。
【００２４】
中心シャフト３２上のクラッチ／ドラム３５およびフライホイール４５間に、コイルばね７５を間に挟んだ座金７３および７４を有する圧縮ばねアセンブリ３７が配置されており、それの機能についてはさらに詳細に後述する。
【００２５】
留め作業、すなわち打ち込みサイクルの開始時に、制御マイクロプロセッサ２５は、モータ４２によってフライホイール４５を、図７に矢印Ａで示されているように、反時計回り方向に所定のＲＰＭまで「旋回」させる。フライホイール４５が所望のＲＰＭ、すなわち運動エネルギー状態に達した時、制御マイクロプロセッサ２５はソレノイド８０を作動させ、これにより、ソレノイドプランジャ８２から延出してソレノイド板５４（図１０を参照）の周囲に固定された可撓性ワイヤケーブル８４を介してソレノイド板５４が、図７に矢印Ｂで示されているように、時計回りに回転する。ソレノイド板５４が時計回りに回転すると、ソレノイド板５４は、端板５２およびソレノイド板５４内の対応の球用傾斜(ball ramp)６８の作用によって、端板５２から離れるように軸方向移動する。図１５を参照されたい。端板５２およびソレノイド板５４が軸方向に分離すると、クラッチ駆動アセンブリ３０の残りの部材がそれによってフライホイール４５の方へ軸方向移動してコイルばね７５を圧縮し、それによってクラッチ面３６がフライホイール４５に初期係合する。クラッチ摩擦面３６がフライホイール４５と連結することによって、クラッチ／ドラム３５および作動板５８が１つのアセンブリとして反時計回りに回転する。図１６に示されているように、固定板５６および作動板５８間の対応の球用傾斜６６の作用によって、作動板５８が回転すると、板５３および５８が軸方向に分離する。したがって、皿ばね７２がスペーサ６４に押し付けられ、それにより、逆の軸方向力を与えて、クラッチ／ドラム３５をフライホイール４５とさらに強く係合させる。
【００２６】
フライホイール４５のＲＰＭ低下を感知すると、制御マイクロプロセッサ２５はソレノイド８０を停止させ、それにより、圧縮された皿ばね７２によって加えられる軸方向力の作用によって、ソレノイド板５４がそのリセット位置へ戻り始める。
【００２７】
動力すなわち作動行程において、クラッチ／ドラム３５が反時計回りに回転すると、ケーブル１０２がクラッチ／ドラム３５の外周溝５７周辺に巻き付いて、ピストンアセンブリ１１１をシリンダ１００内で引き下ろし（図８を参照）、それによって、取り付けられている留め具打ち込み部１０６も同様に、ガイドブロック１０８およびハウジング４８内の開口４１を通ってノーズピース２０内へ押し下げられ、それによって、所定の留め具が目標の加工物に打ち込まれる。
【００２８】
図１３Ａ〜図１３Ｃは、動力行程中に板５８が回転する時の固定板５６および作動板５８間の作用を連続的に示している。固定板５６および作動板５８の球用傾斜６６は、図１６に示されているようにらせん形であるが、説明を簡単にするために、図１３Ａ〜図１３Ｃでは傾斜６６が直線的であるものとして示している。
【００２９】
図１３Ａは、工具の作動サイクルの開始時の固定板５６および作動板５８を示す。フライホイール４５が作動板５８を反時計回り（図１３Ａにおいて左方向）に進めると、球６３は、傾斜の輪郭６６に沿って、図１３Ｂに示されているように、作動板５８および固定板５６間に急速かつ急激に離隔距離ｘを生じる。離隔距離ｘは、図１３Ｂに示されているように、打ち込み部１０６の動力行程全体で維持され、それにより、前述したようにフライホイール４５内に蓄えられていた運動エネルギーの打ち込み部１０６への伝達が行われる。動力行程の終了時には、図示されているように、板５６および５８が急激に接近し、それによってクラッチ／ドラム３５がフライホイール４５から急速に係脱する。
【００３０】
図１４は、作動板５８および固定板５６間の離隔距離ｘを作動板５８の回転角の関数として示すグラフである。
【００３１】
組み合わせ形打ち込み部ガイドおよび弾性ストッパブロック１０８をシリンダ１１０の底部に配置して、ピストンアセンブリ１１１を動力行程の終了時にシリンダ１００内に停止させることが好ましい。
【００３２】
クラッチ／ドラム３５がフライホイール４５から係脱した時、コイルばね７５がクラッチ駆動アセンブリ３０の部材全体を端板５２の方へ押し戻す。
【００３３】
上記に教示したようにクラッチ駆動アセンブリ３０を構成することによって、駆動アセンブリ３０が動力行程の終点に達した後、クラッチ／ドラム３５がフライホイール４５から係脱され、それにより、フライホイール４５は旋回し続けることができる。したがって、次の留め具を連続して打ち込みたい場合、残りの運動エネルギーを次の作業に利用することができ、そのため、電池の電力を節約すると共に、そうでなければ動力行程の終了直後にフライホイール４５を完全停止させることによって生じる衝撃を駆動アセンブリの部材および／またはフレーム４８が吸収する必要がなくなる。この特徴によって、工具の「空撃ち (dry firing)」も可能になる。
【００３４】
本明細書で教示したクラッチ駆動システムはまた、クラッチ／ドラム３５がフライホイール４５と係合するまで、端板５２およびソレノイド板５４間が拡張し続け、そのため、ソレノイド板５４が各動力駆動の開始時の差異を吸収することができることから、クラッチの摩耗を自動補償することができる。
【００３５】
図１０に示されているように、ピストン１１２に外周溝１３２が設けられ、側方位置の一辺にＶ字形溝１３６を有するほぼ矩形のシール１３４がその外周溝にはめ込まれている。Ｖ字形溝１３６の一方の脚部１３３が、図１０に示されているように、側方へピストン１１２の外径より外側に延出している。したがって、シール１３４は逆止め弁として作用し、動力行程中にピストン１１２が下方へ移動する時、脚部１３３のシール部分がシリンダ１００の内壁に係合して、空気がピストン１１２を越えて移動しないようにするため、ピストン１１２の上方に所望の真空を生じさせることができる。わずかな空気がシール１３４をバイパスしてピストン１１２の上方に蓄積した場合、ピストン１１２がシリンダ１００の上部の開始位置へ戻る時にその蓄積空気が圧縮されることによって、蓄積空気がシール１３４を越えて流れて、圧縮空気がピストン１１２の上方に閉じ込められることが防止される。
【００３６】
ドラム／クラッチ３５がフライホイール４５から係脱すると、シリンダ１１０の上部分内に生じていた真空が、ピストンアセンブリ１１１を端部キャップ１１９の方へ引き戻し、それによって作動板５８およびドラム／クラッチ３５が１つのアセンブリとして再開始位置にリセットされる。
【００３７】
ドラム３４が開始位置に戻ると、ドラム３４から半径方向に突出しているタング３３が、図６に示されているように、ハウジング４８に固定された当接ブロック３１に係合し、それによって、ドラム／クラッチ３５が開始位置へ戻る時の移動のし過ぎを防止する。
【００３８】
以上に本発明の好適な実施形態を示して説明してきたが、当該技術分野の専門家であれば、本発明の範囲から逸脱しない適当な変更形態を加えることによって、本明細書に教示されている方法および構造をさらに適応させることができる。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義されるものであり、明細書に記載され、かつ／または添付図面に示された特定の構造および方法に制限されないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明を具現した手持ち式釘打ち機の左側面立面図であり、左側部の一部分を取り除いて工具の外側シェル内の駆動機構の全体的配置を示している。
【図２】図に示された手持ち式釘打ち機の本体から取り外された留め具打ち込みアセンブリの上面図である。
【図３】図１に示された手持ち式釘打ち機の本体から取り外された留め具打ち込みアセンブリの左側面図である。
【図４】図１に示された手持ち式釘打ち機の本体の外側シェルから取り外された留め具打ち込みアセンブリの、ハンドルから上の方を見たときの、分かりやすくするために電気制御モジュールを取り除いた底面図である。
【図５】図１に示された手持ち式釘打ち機の本体から取り外され、分かりやすくするために電気制御モジュールを取り除いた留め具打ち込みアセンブリの端面図である。
【図６】分かりやすくするために電気制御モジュールを取り除いた、クラッチ駆動アセンブリの構成部材の全体的配置を示す留め具打ち込みアセンブリの斜視図である。
【図７】図２〜図６に示された留め具打ち込みアセンブリの構成部材を示す分解斜視図である。
【図８】図３の８−８線に沿った断面図である。
【図９】図４の９−９線に沿った断面図である。
【図１０】図１１に示すようなシリンダの拡大上部断面図である。
【図１１】図４の１１−１１線に沿った断面図である。
【図１２】図４の１２−１２線に沿った断面図である。
【図１３Ａ】固定板および作動板間の球／カム作用を概略的に示す図である。
【図１３Ｂ】固定板および作動板間の球／カム作用を概略的に示す図である。
【図１３Ｃ】固定板および作動板間の球／カム作用を概略的に示す図である。
【図１４】固定板および作動板間の離隔距離ｘを作動板の回転角の関数として示すグラフである。
【図１５】ソレノイド板および端板間のカム構造(solenoid camming plates)の分解斜視図である。
【図１６】固定板および作動板間のカム構造(activation camming plates)の分解斜視図である。

Claims (4)

1. 可動の作業実施部材を駆動する装置を備えた工具であって、
   ａ）外側シェルと、
   ｂ）該シェル内にあって、前記可動部材を駆動する作動機構を内部に収容するハウジングと、
   ｃ）該ハウジングに固定されたモータと、
   ｄ）前記ハウジングに固定された第１端部カム板と、
   ｅ）第１端部が該第１端部カム板に固定され、他方の第２端部が前記ハウジングによって支持されている中心シャフトと、
   ｆ）該中心シャフトに回転可能にはめ付けられた第２端部カム板と、
   ｇ）前記第１および第２端部カム板間にあって、前記第２カムの回転によって前記第２端部カム板を前記第１端部カム板から軸方向に分離させるカム手段と、
   ｈ）前記中心シャフトにはめ付けられて、前記中心シャフト上を軸方向に摺動可能であるが、前記中心シャフトを中心にして回転不能である第１作動カム板と、
   ｉ）前記中心シャフト上を軸方向に摺動可能であると共に、前記中心シャフトを中心にして回転可能である第２作動カム板と、
   ｊ）前記第１および第２作動カム板間にあって、前記第１作動カム板に対する前記第２作動カム板の回転によって前記第１および前記第２作動カム板を軸方向に分離させるカム手段と、
   ｋ）前記第２端部カム板および前記第１作動カム板間に位置する第１圧縮ばね手段と、
   ｌ）前記第２作動カム板に結合されて、前記中心シャフトを中心にして回転可能であると共に前記中心シャフトの上を軸方向に摺動可能であり、前記可動部材に作動可能に連結されて、回転によって前記工具作業実施部材を駆動することができ、一体形のクラッチを含む工具作動ドラムと、
   ｍ）前記モータを駆動するように連結されて、前記中心シャフトを中心にして回転可能である、前記ドラムおよび前記ハウジング間に配置されたフライホイールと、
   ｎ）前記フライホイールおよび前記ドラム間に配置されて、前記フライホイールおよび前記ドラムを互いに分離させるように軸方向に付勢する第２圧縮ばね手段と、
   ｏ）前記第２端部カム板を回転させる手段とを備えており、
   前記第２端部カム板が前記第１端部カム板から離れる方向へ軸方向移動することによって、前記ドラムクラッチが前記フライホイールの方へ軸方向に並進して前記フライホイールに係合し、それによって前記ドラムおよび前記第２作動カム板が、１つのアセンブリとして、前記フライホイールの回転方向に回転し、そのため前記第１および第２作動カム板が軸方向に分離して前記第１圧縮ばね手段を圧縮し、それによってさらなる軸方向力を前記ドラムに加えるようにした工具。
2. 前記第１および第２端部カム板間の前記カム手段は、円周方向に向いた球用傾斜カム構造体を有する請求項１に記載の工具。
3. 前記第１圧縮ばね手段は、少なくとも１つのばねを有する請求項２に記載の工具。
4. 前記第２端部カム板を回転させる前記手段は、電子ソレノイドを含む請求項３に記載の工具。

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