JP2007260898A - 打込み装置 - Google Patents

Abstract

【課題】技術的に簡単な方法で、高い打込み速度および高い打込み力を兼ね備える打込み装置（鋲打ち機）を得る。
【解決手段】打込みプランジャ１３のための駆動装置３０に設けた牽引装置７０により牽引可能な、打込みプランジャ１３のための駆動ばね素子３１を設けた打込み装置１０において、高い打込みスピードを実現するため、駆動ばね素子３１を繊維補強合成材料で構成する。好適には、合成材料に、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、スチール繊維、セラミック繊維からなるグループから選択した少なくとも１種類の補強繊維を埋め込み、補強繊維が合成材料の１〜６０容積％の割合を占めるようにし、駆動ばね素子３１を、平坦な合成材料のリングから波形形状に形成した複数個のばねセグメント３２で構成する。
【選択図】図1

Description

本発明は、請求項１の前段に記載した手持ち打込み装置（いわゆる「鋲打ち機」）に関するものである。このような手持ち打込み装置は、移動可能にガイドした打込みプランジャによって、固定素子を基礎構造に打ち込むものである。

このような打込みプランジャの駆動源としては、牽引機構により牽引される機械的駆動ばねがもちいられる。機械的駆動ばねは安価であるため、このような打込み装置を妥当な価格で製造するのに好適である。さらに、機械的ばねは、牽引時にガスばねのように高温に至らず、また、ガスばねはエネルギーを次第に漏洩するのに対し、緊張した機械的ばねはその蓄積エネルギーを長時間失うことが無いので、機械的ばねはガスばねよりも好適である。

これに対し、機械的ばねの、ガスばねに対する不利な点としては、急速に負荷から開放される際に、ばねの蓄積エネルギーの相当量がばね質量の重力加速に費やされるため失われるという点が挙げられる。機械的ばねの質量はガスばねの質量よりもはるかに大きいため、ガスばねに比べ、その重力加速によるエネルギー損失ははるかに高いものとなる。こういった打込み装置では、打撃過程において、ばねにかかる負荷が急速に開放されるため、この現象は問題視される。

特許文献１はこの種の打込み装置について記載している。この打込み装置には、釘を打込むための、ばねで釘を砲口に駆動する打撃装置を設ける。打撃装置を初期位置に押しやるための制御装置には、電気モータおよび、電気モータのための減速装置を設ける。電気モータの回動動作は、減速装置および、これにかみ合う歯車によって打撃装置のハンマー本体に伝達され、ハンマー本体は、ばね力に抗して初期位置に押し戻される。この初期位置においては、打撃装置は、打撃作業にむけての準備が完了している。
独国公開特許第４０１３０２２号明細書

この既知の打込み装置の欠点は、プランジャの速度が秒速１５〜２０ｍ／ｓを越えることがなく、１０〜２０Ｊ以上の高い打込みエネルギーを必要とする作業、例えば鋼鉄やコンクリートへの鋲打ちにおいてはエネルギーが十分ではない点にある。こういった状況においては、機械的ばねは、そのばねエネルギーの一部を、ばね質量の重力加速に費やさなければならず、打撃装置の重力加速に費やすエネルギーが失われる。構造的に同一だがより強いばねを設けることで打込み装置の打撃スピードを高めようとするならば、ばねの質量のみが増え、ばね質量の重力加速に費やされるエネルギーも高くなり、結局スピードの改善は得られない。

特許文献２は、プランジャを移動可能に案内する管状ハウジングを設けた、小さな釘を打込むための装置を記載記載している。プランジャの上側端部と本体とを、互いにゴムバンドで連結する。打込み作業の前に、プランジャを、手動でゴムバンドを伸張させながらボディに対して動かされなければならない。ゴムバンドを外すことで、このプランジャは打込み方向に動き、その下側端部で被加工物に釘を打込む。
米国特許第６７０８５８５B1号明細書

本発明の課題は、上述の欠点を克服し、技術的に簡単な方法で、高い打込みスピードおよび高い打込み力を兼ね備える打込み装置を得ることにある。

この課題は、請求項１に記載する特徴を有する本発明打込み装置により、達成される。本発明によれば、駆動ばね素子を繊維補強合成材料で構成する。これにより、駆動ばね素子の質量もしくは自重は、これと同等なばね力を有する他のばねと比較してはるかに小さいものとなり、さらに、ばね素材の剛性と弾性率は、これと同等な質量もしくは重量を有する他のばねと比較してはるかに高いものとなり、駆動ばね素子は、上述の用途において必要とされる高いばね力をよりよく得ることができる。ばね質量が原因となるエネルギー損失はこのように減少させることができ、秒速３０〜３５ｍ／ｓの高い打込みスピードおよび、打込み作業での高い打込みエネルギーが実現される。従来の金属製コイルばねで達成される打込みスピードは、最大で約秒速２０ｍ／ｓであるから、これに比べ、本発明による駆動ばね素子で達成される打込みスピードは大幅に改善される。

好適には、駆動ばね素子の合成材料に、少なくともガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、スチール繊維、セラミック繊維からなるグループから選択した少なくとも１種類の補強繊維埋め込む、

好適には、駆動ばね素子の合成材料は、例えばポリアミド、ポリエーテルケトン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂のグループから選択した熱可塑性もしくは熱硬化性の合成樹脂の少なくとも１種類からなるマトリックス（母材）とする。場合によっては、多種類の合成樹脂を混合したポリブレンド(Polyblend)のマトリックスでも良い。

さらに好適には、補強繊維が合成材料の１〜６０容積％の割合を占めるようにする。この構成により、高い剛性を目的とする繊維補強は、特に好適な結果をもたらす。

駆動ばね素子をコイルばねとするとき、コイルばねは、軸線方向の大きな加速が得られ、軸線に直交する方向にも小さくコンパクトであることから、手持ち装置に組み入れるのに好適な形状であり、このため全体構造がコンパクトになり、手持ち装置にとっては大きな長所となる。

好適には、駆動ばね素子を、複数のばねセグメントで構成し、また好適には、各ばねセグメントはその接触点で互いに溶着もしくは接着する。駆動ばね素子が圧縮ばねとして作用するとき、各ばねセグメントを、さ単にばらばらに並置せることもでき、この場合、常に作用する圧力でばらばらにならないよう互いに保持される。この場合、これらばねセグメントは、その全体構造を安定させるために、適切に案内しなければならない。

このような複数のばねセグメントからなる駆動ばね素子によれば、各ばねセグメントが駆動ばね素子の全体形状よりもはるかに簡単な形状であり、各ばねセグメントの製造が極めて簡単であるため、簡単かつ安価に製造できる点で好適である。さらに、全てのばねセグメントを同一構造とすると、効率よく製造でき、特に好適である。

さらに好適には、ばねセグメントを、例えば、平坦リングから、半径方向に延在する波形のばね弾性を有する凸状体として構成する。これにより、各ばねセグメントは、例えば、繊維材料と、マトリックス素材もしくはプレプレグマットとを複数個交互に積み重ねて圧力を加えた状態にすることにより、簡単に製造できる。

当然、ばねセグメントは、任意の他の形状であっても良い。ばねセグメントの形状に関する制約は、一方では、セグメントにおけるばね弾性移動の際に繊維によって起こる緊張が、選択した製造方法に基づく繊維の配列状態によって決まり、繊維に優先的に引っ張り荷重が加わることを許容できなければならない点、および、他方では、セグメントの幾何学的形状（ジオメトリ）が選択する製造方法によって簡単かつ効率よく製造できなければならない点にのみである。上述の波形リングのばねセグメント形状は、これらの条件を満たし、プレスによって製造でき、波形突起を平らにしようとする圧力によってばねセグメントに曲げ応力を生じるが、これは内在する繊維によって有効に吸収される。

以下、図面につき、本発明の好適な実施例を説明する。
図１および図２に示す打込み装置１０には、ハウジング１１、および、このハウジング１１内に構成した、ガイド１２に移動可能に案内した打込みプランジャ１３のための駆動装置３０を設ける。この打込みプランジャ１３には、固定素子６０のための打込み部分１４およびヘッド部分１５を設ける。

ガイド１２の、打込み方向２７側の端部には、ガイド１２と同軸状に延在するピンガイド１７を隣接させる。ピンガイド１７の側面には固定素子マガジン６１を設け、このマガジン内に固定素子６０を貯蔵する。

駆動装置３０は駆動ばね素子３１を有し、この駆動ばね素子３１の一方の端部は支持部材３６を介して間接的にハウジング１１に支持し、他方の端部は打込みプランジャ１３のヘッド部分１５に掛合させる。特に、図２〜４に図示するように、駆動ばね素子３１は、複数の、繊維補強合成材料製の丸みを帯びた葉片形状のばねセグメント３２よりなる複合ばねとして構成する。ばねセグメント３２は、その接触点で互いに溶着もしくは接着することができる。駆動ばね素子３１は全体的に円筒形状となるようにする。図２および図４に示すばね素子３１もしくはばねセグメント３２の弛緩状態において、各ばねセグメント３２は波形の形状である。合成材料は、例えばポリアミド、ポリエーテルケトン、ポリエステルのような熱可塑性もしくは熱硬化性の合成材料、またはポリカーボネート、またはポリエステル樹脂もしくはエポキシ樹脂とすることができ、これら合成材料中には、ガラスもしくは炭素の補強繊維３３ (無端繊維もしくはプレプレグマットとして)を埋め込むことができる。この場合、例えばセラミック繊維、アラミド繊維、またはスチール繊維も埋め込むことができる。このとき、繊維３３は、合成材料の約１〜６０容積％、好適には約４０〜６０容積％の割合でとなるようにする。図３および図４には、合成材料を補強する繊維３３の、各ばねセグメント３２内でのおおよその延在状態を部分的に点線で示す。各ばねセグメントの葉片形状は、駆動ばね素子３１の製造時に、各ばね節３２を、平坦な合成材料の素材から、例えばプレスや型抜きによって波状リング形状にすると好適である。平坦な合成材料の素材には、繊維を所定の位置に埋め込むことが容易にできる。

図１に示す打込みプランジャ１３の初期位置２２においては、駆動ばね素子３１は弾性に抗して圧縮緊張し、そのヘッド部分１５の遊端は、駆動ばね素子３１および支持部材３６により画定される円筒形状のガイド空間３７内に突入する。ヘッド部分１５を、これら部材内のガイド空間３７、特に駆動ばね素子３１内に案内することができることにより、構成がコンパクトになるという利点が得られる。

初期位置２２においては、打込みプランジャ１３を、全体的に参照符号５０で示した遮断装置５０により保持し、この遮断装置に設けたレバー５１は、図１に示す遮断位置５４において打込みプランジャ１３に設けた突出部５８の遮断面５３に掛合し、 駆動ばね素子３１ の力に抗して突出部５８を抑止する。このレバー５１は、制御モータ５２に取り付け、この制御モータ５２によって、後述するように、図２に示す解放位置５５に移行する。制御モータ５２は、電気的第１制御導線５６により制御ユニット２３に接続する。

さらに、打込み装置１０にはグリップ２０を設け、このグリップ２０には、作動スイッチ１９を設け、この作動スイッチにより打込み装置１０による打込み作業が作動する。さらに、グリップ２０内に、電源２１を設け、この電源２１により、打込み装置１０に給電する。電源２１には、少なくとも１個の蓄電池を設ける。電源２１は給電導線２４により、制御ユニット２３ならびに作動スイッチ１９に接続する。さらにこの制御ユニット２３は、作動スイッチ導線５７により作動スイッチ１９に接続する。

打込み装置１０の砲口６２には、スイッチ手段２９を設け、このスイッチ手段２９は、スイッチ手段導線２８により制御ユニット２３に電気的に接続する。図２に示すように、打込み装置１０を基礎構造Ｕに押し付けると、スイッチ手段２９は制御ユニット２３に電気信号を送り、打込み装置１０が所定量だけ被加工物Ｕに押し付けられたときのみ作動するのを確実にする。

さらに打込み装置１０には、牽引装置７０を設ける。この牽引装置７０はモータ７１を有し、このモータ７１により駆動ロール７２を駆動可能とする。このモータ７１は、第２制御導線７４により制御ユニット２３に電気的に接続し、例えば打込み凸子プランジャ１３が、打込み方向２７の最終位置に位置するとき、または、打込み装置が基礎構造から引き離されたときに動作する。モータ７１には、駆動ホイールのような駆動手段７５を設け、この駆動手段７５は、駆動ロール７２に駆動連結可能とする。さらに、駆動ロール７２は、ソレノイドとして構成した調整手段７６の、長さ調節可能な調整アーム７８に回転可能に取り付ける。このとき調整手段７６は、調整手段導線７７により制御ユニット２３に接続する。作動時、この駆動ロール７２は点線矢印で示す回転方向７３に回転する。

打込み装置１０が、図示しないメインスイッチにより作動状態になると、制御ユニット２３は、まず、打込みプランジャ１３が図１に示す初期位置２２にあることを確実にする。もし初期位置に存在しない場合、駆動ロール７２は、調整手段７６より、すでにモータ７１により回転している駆動手段 ７５に接近して掛合する。同時に、駆動ロール７２は打込みプランジャ１３と掛合し、打込みプランジャは、矢印７３方向に回動する駆動ロール７２により、駆動装置３０の方向に駆動される。このとき、駆動装置３０の駆動ばね素子３１には押圧力が加わる。打込みプランジャ１３が初期位置２２に達すると、遮断装置５０のレバー５１は、打込みプランジャ１３の遮断面５３に当接し、打込みプランジャを初期位置２２に保持する。図２に示すように、モータ７１は、制御ユニット２３によりスイッチが切られ、同じように制御ユニット２３に制御されて、調整手段７６が駆動ロール７２を、駆動手段７５および打込みプランジャ１３との駆動連結位置から、駆動連結解除位置に移動する。

図２に示すように、打込み装置１０が被加工物Ｕに押し付けられると、まず、スイッチ手段２９により制御ユニット２３は作動準備状態に移行する。その後、操作者は作動スイッチ１９をオンにし、制御ユニット２３により遮断装置５０をその解放位置５５に移行させ、調整モータ５２によりレバー５１を、打込みプランジャの遮断面５３から引き離す。さらに、このレバー５１には、打込みプランジャ１３方向にばね負荷が加わるようにすることもできる。

打込みプランジャ１３は、その結果、駆動装置３０の駆動ばね素子３１により、打込み方向２７に移動し、固定素子６０は被加工物Ｕに打込まれる。

打込み作業が終わり、打込み装置１０が再び被加工物Ｕから引き離されると、打込みプランジャ１３を戻して駆動ばね素子３１に押圧力を加えるために、牽引装置７０が制御ユニット２３により作動する。このため、スイッチ手段２９は、制御ユニット２３に信号を伝送する。牽引装置７０は打込みプランジャ１３を、上述のように駆動装置３０の駆動ばね素子３１に向かって戻し、このときレバー５１が再びその遮断位置５４に戻り、打込みプランジャ１３の遮断面３３に当接するまで駆動ばね素子３１には新たに押圧力が加わる。

本発明打込み装置の初期位置における縦断面図である。 図１に示す本発明打込み装置の作動位置における縦断面図である。 図２に示す駆動ばね素子節のIII‐III線上の横断面である。 図３に示す駆動ばね素子のはねセグメントの側面図である。

符号の説明

１０ 打込み装置
１１ ハウジング
１２ ガイド
１３ 打込みプランジャ
１４ 打込み部分
１５ ヘッド部分
１７ ピンガイド
１９ 作動スイッチ
２０ グリップ
２１ 電源
２２ 初期位置
２３ 制御ユニット
２４ 給電導線
２７ 打込み方向
２８ スイッチ手段導線
２９ スイッチ手段
３０ 駆動装置
３１ 駆動ばね素子
３２ ばねセグメント
３３ 補強繊維
３６ 支持部材
３７ ガイド空間
５０ 遮断装置
５１ レバー
５２ 制御モータ
５３ 遮断面
５４ 遮断位置
５５ 解放位置
５６ 電気的第１制御導線
５７ 作動スイッチ導線
５８ 突出部
６０ 固定素子
６１ 固定素子マガジン
６２ 砲口
７０ 牽引装置
７１ モータ
７２ 駆動ロール
７３ 回転方向
７４ 第２制御導線
７５ 駆動手段
７６ 調整手段
７７ 調整手段導線
７８ 調整アーム
Ｕ 被加工物（基礎構造）

Claims (6)

1. ガイド（１２）内に移動可能に設けた打込みプランジャ（１３）のための駆動装置（３０）を設け、この駆動装置（３０）には、少なくとも１個の、牽引装置（７０）により牽引可能な、前記打込みプランジャ（１３）のための駆動ばね素子（３１）を設けた打込み装置において、前記駆動ばね素子（３１）を繊維補強合成材料で構成したことを特徴とする打込み装置。
2. 前記駆動ばね素子（３１）の合成材料に、
   ・ガラス繊維、
   ・炭素繊維、
   ・アラミド繊維、
   ・スチール繊維、
   ・セラミック繊維
   からなるグループから選択した少なくとも１種類の補強繊維を埋め込んだ請求項１記載の打込み装置。
3. 前記駆動ばね素子（３１）の合成材料は、
   ・ポリアミド
   ・ポリエーテルケトン
   ・ポリエステル
   ・ポリカーボネート
   ・ポリエステル樹脂
   ・エポキシ樹脂
   のグループから選択した熱可塑性もしくは熱硬化性の合成樹脂の少なくとも１種類からなるマトリックスとした請求項１または２に記載の打込み装置。
4. 前記補強繊維が、前記合成材料の１〜６０容積％の割合を占めるようにした請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の打込み装置。
5. 前記駆動ばね素子（３１）を複数個のばねセグメント（３２）で構成した請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の打込み装置。
6. 前記ばねセグメント（３２）を、平坦な合成材料から波形形状に形成した請求項５記載の打込み装置。

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