JP2008542042A - 温度センサ付燃焼留め具打ち機 - Google Patents

Abstract

燃焼留め具打ち機は（１０）、シリンダヘッド（４２）を有する燃焼エンジン（１４）を十分に囲い込むハウジング（１２）と、工具の動作を制御するためにハウジング（１２）に関係する制御ユニット（６２）と、工具動作を保守するために制御ユニット（６２）に電気的に接続される少なくとも１つのプリント回路基板（６６）と、工具温度を監視し且つ制御ユニットに検出した温度を信号で送るために少なくとも１つのプリント回路基板（６６）上に装着される少なくとも１つの温度センサ（６０）と、を有する。

Description

本発明は、ワークピース（workpiece）に留め具（fastener）を押し込むために使用される留め具駆動工具（fastener-driving tools）に関し、及び、特に、燃焼工具（combustion tools）又は燃焼留め具打ち機（combustion nailer）と言われる燃焼力留め具駆動工具（combustion-powered fastener-driving tools）に関する。

本願は、２００５年５月２３日に出願された米国特許出願第６０／６８４，０８８から３５ＵＳＣ１２０条による優先権を主張する。

従来、燃焼力留め具駆動工具は、ワークピースに留め具を押込む時に使用されることが知られており、例えば、同一出願人Ｎｉｋｏｌｉｃｈの米国再発行特許番号３２，４５２及び米国特許番号４，５２２，１６２、４，４８３，４７３、４，４８３，４７４、４，４０３，７２２、５，１９７，６４６、５，２６３，４３９、及び５，７１３，３１３に記載されており、それらは、参照することによってここに組み込まれる。類似する燃焼留め具打ち機、及びステープル打ち工具は、ＩＭＰＵＬＳＥ（登録商標）及びＰＡＳＬＯＤＥ（登録商標）ブランドの下、イリノイ州バーノンヒルズのＩＴＷ−Ｐａｓｌｏｄｅから商業的に利用可能である。

上記工具は、小さな燃焼エンジン又は動力源を囲い込む工具ハウジングを組み込む。エンジンは、燃料電池とも呼ばれる加圧燃料ガスの小型缶によって動力を供給される。バッテリ電源分散ユニットは、点火用スパークを生成し、及び、燃焼チャンバに配置されたファンは、デバイスの燃焼動作に補助するプロセスを促進し、一方で、チャンバ内の効率燃焼の両方を行う。上記補助プロセスは、チャンバ内に燃料及び空気を混合し、燃焼プロセスを増加させるように乱流を起し、フレッシュエアで副生成物の清掃燃焼をし、エンジンを冷却することを含む。エンジンは、シリンダボディ内に配置された長く固い駆動刃を持つ往復式ピストンを含む。

弁スリーブは、シリンダに対して、及び連結を通して軸方向に往復可能であり、連結の端部にあるワーク接触エレメントが留め具に対し加圧されるとき、弁スリーブは燃焼チャンバ近くに移動する。この加圧アクションは、閉じた燃焼チャンバの中に特定量の燃料を送り込むための燃料計量バルブをトリガする。

エンジンの燃焼チャンバ内に詰め込まれたガスに点火するためのスパークを起こすトリガースイッチを引くとすぐに、組み合わされたピストン及び駆動刃は、配置された留め具に衝撃を与えるために下方に移動させられ、ワークピースに留め具を打つ。次に、ピストンは、シリンダ内の残留燃焼ガスの冷却によって生成されたガス差圧を通して、元の位置又は発射前位置に戻る。留め具は、ノーズピース（nosepiece）にマガジンスタイルで供給され、そこでは留め具は、駆動刃の衝撃をうけるための適切な位置に保持される。

上述される燃焼工具は、燃焼チャンバ内にファンを組み込む。このファンは多くの機能を実行し、そのうちの１つは冷却である。ファンは、燃焼サイクルの間に、その工具を通して空気を吹き込むことで冷却を行う。このファンは、搭載電池によって電力を供給され動き、バッテリ寿命を延ばすために、モータの駆動時間を最小化するように通常使用される。さらに、短時間のファンの駆動時間は、ファンモータの付属物（ベアリング及びブラシ）を削減し、気流による工具から生じる音を制限し、そして、最も重要なのは、工具への埃の進入を制限することである。ファンの「起動時間（on time）」を管理するために、燃焼工具は典型的に、ファンの起動時間を１０秒未満にするように制限する制御プログラムを組み込む。

高いサイクル速度を要求し又は高い大気温度で工具を動作させる燃焼工具の用途は、工具の部品温度をよく上昇させる。これは、多くの性能の問題につながる。最もよく起こるのは、留め具押し出しが無くなるのではなく、工具発火によって証拠付けられるオーバーヘッド状況である。これは、よく「スキップ」又は「空砲（blank fire）」と呼ばれる。上述したように、ピストンの真空往復機能は、残留燃焼ガスの冷却速度に依存している。部品温度が上昇するにつれて、燃焼ガスとエンジン壁との間の温度差は、減少する。これは、ロックアウト機構が組み込まれていても、ピストンが戻る前に、ユーザが燃焼チャンバを開くことができる程度に、ピストン往復サイクルの期間を増加させる。その結果、駆動刃は、工具のノーズピース部分に留まり、留め具の前進を阻害する。その結果として、工具の次の点火イベントは、留め具を押し出さない。

工具の高動作温度の別な欠点は、工具部品に高温関連応力があることである。とりわけ、バッテリの寿命は短くなり、内部潤滑油は、広範な高動作温度で潤滑能力を減少させることとなる。したがって、高められた動作温度は、よく、頻繁な工具点検を要求し、不必要な工具休止時間を必要とする。

エンジン又は燃焼動力源の極めて近くに温度検出素子を配置し、エンジン温度を調整するためにファンの冷却機能を管理し、そして、所望の工具動作を実現することが知られている。しかし、重大な衝撃及び燃焼留め具打ち機に関係する熱のために、信頼できる動作を得るために工具内に検出装置の備え付け及び／又は組立を設計で考慮する必要がある。

このようにして、性能を引き伸ばし、点火前位置に相対的に早くピストンを戻すことを保守するために、許容限界内に工具動作温度を調整する改良された燃焼力留め具駆動工具が要求される。加えて、エンジン温度にしたがって工具機能を管理し、かつ、信頼できる作動寿命を提示する温度センサを提供するする改良された燃焼力留め具駆動工具が要求される。

上記要求は、工具のエンジン区画近くへの配置を特徴とし、しかし工具動作に備わる深刻な振動及び熱応力が減少される十分な距離があり及び／又は保護される燃焼留め具打ち機のための本温度センサによって達成され、又は、超えられる。本温度素子は、製造時に組み立ての容易性を促進するためのコネクタと共に回路基板に装着される。

回路基板に隣接する領域において、センサが配置される熱交換プロファイル又はシリンダヘッド内の空洞は、センサを作動温度に晒す。少なくとも１つの装着ネジは、回路基板をシリンダヘッドに正の保持力を提供し、回路基板上の導体パッドは、そのヘッドに接地回路を提供する。本温度センサは、長い作動寿命及び相対的に正確な温度検出力を促進する便利で効果的な構造を提供する。

より詳細には、燃焼留め具打ち機は、シリンダヘッドを有する燃焼エンジンを十分に囲い込むハウジングと、工具の動作を制御するためにハウジングに関係する制御ユニットと、工具動作を保守するために制御ユニットに電気的に接続される少なくとも１つのプリント回路基板と、工具温度を監視し且つ制御ユニットに検出した温度を信号で送るために少なくとも１つのプリント回路基板上に装着される少なくとも１つの温度センサと、を有する。

別な実施形態において、燃焼留め具打ち機は、シリンダヘッドを有する燃焼エンジンを十分に囲い込むハウジングと、工具の動作を制御するためにハウジングに関係する制御ユニットと、工具動作を保守するために制御ユニットに電気的に接続される少なくとも１つのプリント回路基板と、工具温度を監視し且つ制御ユニットに検出した温度を信号で送るために少なくとも１つのプリント回路基板の下部に装着される少なくとも１つの温度センサと、を有し、シリンダヘッドは、少なくとも１つの温度センサを十分に囲い込むためのポケットを有する。

さらに、別な実施形態では、燃焼留め具打ち機は、シリンダヘッドを有する燃焼エンジンを十分に囲い込むハウジングと、工具の動作を制御するためにハウジングに関係する制御ユニットと、工具動作を保守するために制御ユニットに電気的に接続される少なくとも１つのプリント回路基板と、工具温度を監視し且つ制御ユニットに検出した温度を信号で送るために少なくとも１つのプリント回路基板上に装着される少なくとも１つの温度センサと、を有し、少なくとも１つの回路基板は、制御ユニットに接続され、少なくとも１つの温度センサは、トリガと燃焼エンジンとの間の少なくとも１つの回路基板上に配置され、且つ、燃焼エンジンへ動作上接近するハウジング内の対応する開口を通して伸びるように組み立てられ且つ配置される。

図１及び２を参照すると、燃焼留め具打ち機としても知られる燃焼力留め具駆動工具は、本制御システムを組み込み、殆どの場合１０で指定され、好ましくは上述し且つ本願に参照により組み込まれる特許に詳細に示される一般的なタイプである。工具１０のハウジング１２は、内蔵型内部電源１４（図２）をハウジングメインチャンバ１６内に囲い込む。通常の燃焼工具にあるように、動力源又は燃焼エンジン１４は、内燃機関によって動力を供給され、シリンダ２０と動力を伝達する燃焼チャンバ１８を含む。相互にシリンダ内に配置されたピストン２２は、駆動刃２４の上端部に接続される。図２に表すように、ピストン２２の往復移動の上限は、上死点又は燃焼前点と言われ、それはまさに燃焼前に生じ、又は、ワークピース内に留め具（図示せず）を押し出すために留め具に激突する駆動刃２４の下方への押し出しを開始する燃焼ガスの点火が生じる。

トリガスイッチ（図示せず）に関係するトリガ２６の押し下げを介して、作業員は、燃焼チャンバ１８内で燃焼を起こさせ、駆動刃２４をノーズピース２８（図１）を通して下方に強く押し出す。ノーズピース２８は、留め具マガジン３０を介してノーズピースに移動される留め具を打つように駆動刃２４を導く。

往復バルブスリーブ３６への連結３４を通して接続されるワークピース接触要素３２は、ノーズピース２８に含まれ、ワークピース接触要素３２の上端は、部分的に燃焼チャンバ１８を規定する。図１に表される下向きにあるワークピース接触要素３２に対向する工具ハウジングのくぼみは（他の操作上の配置は従来技術として考慮される）、ワークピース接触要素３２を安静位から燃焼前位置に移動させる。この移動は、（図１では隠れて示される）スプリング３８によってもたらされるワークピース接触要素３２の通常下向きのバイアス配置を克服する。スプリング３８のための他の配置も考慮される。

連結３４を通して、ワークピース接触要素３２は、バルブスリーブ３６に接続され且つバルブスリーブ３６に往復的に移動する。安静位（図２）では、バルブスリーブ３６及びシリンダヘッド４２と離れた上位ギャップ４０Ｕを含む環状ギャップ４０があるので、燃焼チャンバ１８は密封されず、それは、スパークプラグ４６、及びバルブスリーブ３６及びシリンダヘッド４２と離れた低位ギャップ４０Ｌを収容できる。本工具１０の好ましい実施形態では、シリンダヘッド４２も少なくとも１つの冷却ファン４８及び関係するファンモータ４９の装着点であり、従来記述及び上記参照により組み込まれた特許で知られるように、燃焼チャンバ１８内に伸びる。加えて、さらに参照により組み込まれる米国特許番号５，７１３，３１３は、燃焼力留め具駆動工具の中に複数の冷却ファンの使用を開示する。図２に表される安静位では、燃焼チャンバ１８はシリンダヘッド４２で密閉されず、そして、チャンバスイッチ４４は開いているので、工具１０は、点火できない。

作業員が、ワークピースに対してワークピース接触要素３２を押した時、点火は可能になる。この動作は、スプリング３８のバイアス力を克服し、バルブスリーブ３６をハウジング１２に対して上位に移動させ、ギャップ４０Ｕ及び４０Ｌを閉め、燃焼チャンバ１８を密閉し、チャンバスイッチ４４を作動させる。この動作は、（断片で示した）燃料缶５０から燃焼チャンバ１８の中に、放出されるべく測定された燃料を誘導する。

順次操作として既知の操作モードでは、トリガ２６を引くとすぐに、スパークプラグ４６に電圧が加えられ、燃焼チャンバ１８で燃料と空気の混合物に点火し、ピストン２２及び駆動刃２４を、ワークピースの中に入るために待機する留め具に送り込む。繰り返し点火として既知の代替操作モードでは、トリガ２６が既に引かれ、対応するスイッチが閉じているので、チャンバスイッチ４４が閉じることで点火が開始する。ピストン２２は、シリンダ２０を下方に動かすので、シリンダ２０は圧のかかった空気を押し出し、その空気は、少なくとも１つの弁、リード又はチェッキバルブ５２、ピストン移動を超えた位置に配置される排気穴を通して排気される。ピストンストローク又は最大ピストン移動距離の端部では、ピストン２２は、既知の技術として知られているように弾性バンパ５４に衝撃を与える。排気チェッキバルブ５２を超えたピストン２２と共に、高圧ガスはシリンダ２０から排出される。残留ガスの冷却により、シリンダ２０に生成された内部差圧は、ピストン２２を、図２に示される点火前位置に強制的に戻す。

延長した冷却サイクル、及び／又は、上昇した大気温度が高い工具温度を引き起こすケースを管理するため、サーミスタ（図２に隠れて示される）のような少なくとも１つの温度検出デバイス６０がシリンダヘッド４２上に又は近接して配置されるのが好ましい。他のタイプの温度検出デバイスは、サーモミスタと並んで考慮される。また、工具１０の他の位置は、その適応に依存して考慮される。温度検出デバイス６０は、（図示せず）制御プログラム「Ｐ」に接続され、２００５年１月３日に出願された同一出願人による同時係属のＵＳ出願番号１１／０２８，０２０に、記載され、それらは、参照により組み込まれる。そのプログラムは、（図１に隠れて示される）制御ユニット６２に関連し、制御ユニット６２は、マイクロプロセッサを含み、そして、電源１４の温度が好ましい「通常」作動範囲に下げられるまで少なくとも１つの冷却ファン４８の「起動時間」を延長するように構成される。或いは、プログラムは、燃焼チャンバ温度が「通常」動作範囲に戻ることが十分に確信できる長さである固定時間、例えば９０秒、ファン４８が「起動」動作するように構成される。好ましい実施例においては、プログラム「Ｐ」及び制御ユニット６２は、工具１０の操作部６４に配置される。また、プログラム「Ｐ」に基づくマイクロプロセッサは、別の部品を用いて回路によって制御ユニット６２に配置することもできる。

温度閾値は、電源１４の部品への温度検出デバイス６０の近接、内部強制対流流れ、及び、ファン動作への障害を回避する所望の冷却効果に基づいて選択される。過剰なファン動作時間は、工具１０へ不必要に異物を混入し、そして、バッテリ残量を消耗させる。過剰ファン動作時間の他の障害は、ファン部品の早すぎる欠陥、及び、工具１０の少ないファン引き込み動作ノイズを含む。高サイクル速度の適用を要求するため、及び／又は、高い大気温度がオーバーヒート問題を表すとき、温度制御強制対流がより信頼できる燃焼留め具打ち機性能を提供し、工具上の熱応力をも減少する。

図３及び４を参照すると、本工具１０の特徴は、温度検出デバイス、好ましくは、温度センサ６０（しかしながら、他の既知の温度検出デバイスが考慮される）は、関係するプリント回路基板（ＰＣＢ）６６に配置される一方で、工具温度を検出し且つ制御ユニット６２に対して検出した温度を送るためにシリンダヘッド４２の上端に取り付けるのが好ましい。既知のように、ＰＣＢ６６は、工具動作を維持するために制御ユニット６２に電気的に接続される。一方で、他の接続が考慮され、本ＰＣＢ６６は、温度センサ６０及びプッシュオン（push-on）コネクタ６９を用いて制御ユニット６２を有するファンモータ４９と接続して示される。また、ＰＣＢ６６は、ネジ部品７０によってシリンダヘッド４２に固定して示される。しかしながら、接着剤、リベットのような既知の他の適切な連結技術も考慮される。

正確な燃焼エンジン温度表示を提供するために、燃焼エンジン１４の厳格な動作環境から温度センサ６０を守る一方で、温度センサは、ＰＣＢ６６の底面７２に配置されるのが好ましい。加えて、シリンダヘッド４２は、温度センサ６０を収納するためのポケット７４を備える。好ましい実施例では、ポケット７４は、シリンダヘッド４２から縦型に突出し、かつ、シリンダヘッドと一体的に鋳造される。望ましくないものを除き、他の方向、分離組立、及び付着も考慮される。温度センサは、組み立てにおいて、ＰＣＢ６６及びポケット７４によって取り囲まれるために、ポケット７４は、温度センサ６０を十分に取り囲むように寸法が決められる。既知のように、熱伝導材料が、正確にエンジン温度を検出するために、ポケット壁とセンサ６０との間に配置される。電気的に、ＰＣＢ６６は、シリンダヘッドに電気的に接続する（図示されない）導体パッドを底面７２に有する。これは、製造可能性を改善するためにファンモータ４９、点火接地、温度センサ６０のための共通接続を提供する。

図２を参照すると、明確性の目的のためだけに６０’として参照される温度センサ６０は、図１で表される位置の代わりの位置に配置可能である。しかしながら、複数の温度センサ６０、６０’が工具１０の中に考慮される。より詳細には、温度センサ６０’の位置は、トリガ２６及び燃焼エンジン１４の間のハウジング１２の中、及び、ファン４８によって引き込まれる内部強制対流の経路にある。

図２、５、及び６を参照すると、トリガ２６及び燃焼エンジン１４の間に温度センサ６０’を配置することは、関係し且つ好ましくは制御ユニット６２に電気的に接続する回路ＰＣＢ７６上に温度センサを配置することによって達成されることが好ましい。既知のように、ＰＣＢ７６は、シリンダヘッド４２に対して制御ユニット６２を接続する。一方、好ましい実施形態では、回路ＰＣＢ７６は、（図１に隠れて示される）制御ユニットＰＣＢ７７から離れた回路基板である。温度センサ６０’は、制御ユニットＰＣＢと一体であるＰＣＢ上に装着されることが考慮される。また、制御ユニット６２に温度センサ６０、６０’を電気的に接続することは、制御ユニットが、ファン作動時間、燃焼チャンバ締め出し機構、スパーク生成、燃料輸送に制限されない様々な工具機能に検出された温度信号を適用することを可能にする。

温度センサ６０’を収納するために、ハウジング１２は、空気漏れを最小化するために、温度センサ及び回路ＰＣＢ７６の関連部分を堅く拘束するために寸法が決められる少なくとも１つの開口７８を備える。温度センサ６０’を支えるＰＣＢ７６の部分８０は、関係するＰＣＢ７６に付着し、通常は、関係するＰＣＢ７６から突出する。拡張８０上の構造８２は、開口７８を堅く支えるために寸法決められたフランジ又は他のものを生成するために横方向に大きい。また、好ましい実施形態では、追加開口８４が、拡張８０を受け入れるために操作部６４上に提供され、ハウジング１２内の開口７８に確保される。そこで拘束され、温度センサ６０’がシリンダ２０の外側８６の隣、及び、内部強制対流の経路にあるように、開口７８はハウジング１２内に配置される。

燃焼留め具打ち機のための本温度センサは、燃焼エンジン１４の上及び／又は近接した温度センサ６０、６０’の配置を提供し、一方で、燃焼留め具打ち機の過酷な作動環境からセンサを守る。この記載されたセンサ装着配置は、センサへの配線を減らし、且つ、製造コストを減らす。

燃焼留め具打ち機のための本温度センサの特定の実施例がここで記載される一方で、本発明から離れることなく、より広い形態で且つ次の請求項で説明されるように、加えて変更や改良が当業者によってなされる。

図１は、本温度制御システムを組み込んだ留め具駆動工具の正面透視図である。 図２は、安静位にある図１に示す工具の断片的な縦断面図である。 図３は、本温度制御センサを表す図１の工具のシリンダヘッドの断片的な上面断面図である。 図４は、図３のセンサの分解側面図である。 図５は、別の温度センサを備える図１の工具の部分的な分解側面図である。 図６は、図５のセンサの部分的な逆側面図である。

Claims (17)

1. シリンダヘッドを有する燃焼エンジンを十分に囲い込むハウジングと、
   工具の動作を制御するために前記ハウジングに関係する制御ユニットと、
   工具動作を保守するために前記制御ユニットに電気的に接続される少なくとも１つのプリント回路基板と、
   工具温度を監視し且つ前記制御ユニットに検出した温度を信号で送るために前記少なくとも１つのプリント回路基板上に装着される少なくとも１つの温度センサと、を有する燃焼留め具打ち機。
2. 前記少なくとも１つの温度センサを有する前記少なくとも１つの回路基板は、前記シリンダヘッド上に配置される請求項１に記載の燃焼留め具打ち機。
3. 前記少なくとも１つの温度センサを収納するために前記シリンダヘッドにポケットをさらに有する請求項２に記載の燃焼留め具打ち機。
4. 前記温度センサは、前記回路基板の下部及び前記ポケットに挿入して配置され、前記少なくとも１つの温度センサは、前記ポケット及び前記回路基板によって取り囲まれる請求項３に記載の燃焼留め具打ち機。
5. 前記回路基板は、前記制御ユニットに前記温度センサを接続するためのプッシュオン・コネクタを備える請求項１に記載の燃焼留め具打ち機。
6. 前記少なくとも１つのセンサを有する前記少なくとも１つの回路基板は、トリガと前記燃焼エンジンとの間の前記ハウジングに配置される請求項１に記載の燃焼留め具打ち機。
7. 前記少なくとも１つの回路基板は、前記制御ユニットへ前記温度センサを接続する回路基板の拡張である請求項６に記載の燃焼留め具打ち機。
8. 前記拡張は、前記制御ユニットを支持する制御ユニット回路基板と別個の回路基板上にある請求項７に記載の燃焼留め具打ち機。
9. 前記拡張は、前記回路基板から該して通常突き出る請求項７に記載の燃焼留め具打ち機。
10. 前記温度センサは、前記センサ及び関係する回路基板構造に堅く拘束するように構成される前記ハウジング内の開口で受け取られる請求項６に記載の燃焼留め具打ち機。
11. 前記拡張は、前記ハウジング内の前記開口に格納される追加開口を通して前記ハウジングの操作位置から突き出る請求項９に記載の燃焼留め具打ち機。
12. 前記センサが前記工具内の燃焼エンジンのシリンダの外側に近接し、前記センサが前記ハウジングに拘束されるように、前記開口は前記ハウジングに配置される請求項９に記載の燃焼留め具打ち機。
13. シリンダヘッドを有する燃焼エンジンを十分に囲い込むハウジングと、
    工具の動作を制御するために前記ハウジングに関係する制御ユニットと、
    工具動作を保守するために前記制御ユニットに電気的に接続される少なくとも１つのプリント回路基板と、
    工具温度を監視し且つ前記制御ユニットに検出した温度を信号で送るために前記少なくとも１つのプリント回路基板の下部に装着される少なくとも１つの温度センサと、を有し、
    前記シリンダヘッドは、前記少なくとも１つの温度センサを十分に囲い込むためのポケットを有する燃焼留め具打ち機。
14. 前記少なくとも１つのプリント回路基板は、前記ポケット上に収納される請求項１３に記載の燃焼留め具打ち機。
15. シリンダヘッドを有する燃焼エンジンを十分に囲い込むハウジングと、
    工具の動作を制御するために前記ハウジングに関係する制御ユニットと、
    工具動作を保守するために前記制御ユニットに電気的に接続される少なくとも１つのプリント回路基板と、
    工具温度を監視し且つ前記制御ユニットに検出した温度を信号で送るために前記少なくとも１つのプリント回路基板上に装着される少なくとも１つの温度センサと、を有し、
    前記少なくとも１つの回路基板は、前記制御ユニットに接続され、前記少なくとも１つの温度センサは、トリガと前記燃焼エンジンとの間の前記少なくとも１つの回路基板上に配置され、且つ、前記燃焼エンジンへ動作上接近する前記ハウジング内の対応する開口を通して伸びるように組み立てられ且つ配置される燃焼留め具打ち機。
16. 前記温度センサは、前記センサ及び関係する回路基板構造を堅く拘束するように構成される前記ハウジング内の開口に受け入れられる請求項１５に記載の燃焼留め具打ち機。
17. 前記回路基板構造は、前記プリント回路基板から通常は突き出る請求項１６に記載の燃焼留め具打ち機。

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