JP2010082765A - 電動式打込機 - Google Patents

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Abstract

【課題】
小型、軽量な電動式打撃工具を提供することを目的とする。
【解決手段】
ハウジングと、トリガと、前記ハウジングに取り付けられて打込側位置に釘を供給するマガジンと、前記釘を打込むプランジャと、前記ハウジングに設けられたモータと、前記モータの動力を前記プランジャの付勢力に変換する機構部と前記モータの駆動を制御する制御回路を有する電動式打込機において、前記ハウジング内に加速度センサを設け、前記加速度センサの出力に基づいて、前記モータの制御を行うこととした。
【選択図】図1

Description

本発明は打撃工具に関し、特に電動式打込機に関する。
バネ付勢させたプランジャをバネ付勢力に抗して押上げた後開放することによって、加速されたプランジャで釘を被打込み材に打込むバネ駆動式釘打ち機はすでに生産されている。プランジャの押上げは工具に内蔵したモータと減速歯車と機構により実行し、プランジャ引き上げの労力を軽減させる工具が知られている。これらの工具では、締結具を一発打ち、一サイクル終了後、電動アクチュエータへの供給電源を遮断する機能を有するものがある。たとえば、プランジャが打ち込み後所定位置に達したことを検知するサイクル終了検出スイッチが検出してから、あらかじめ設定されている待機時間を計測後、モータ電流をオフすることが知られている。また、プランジャを引き上げる機構の所定の回転角になったことを検知する停止スイッチの出力を用いてモータを停止させる方法も知られている。
実開平7−33575号公報
しかし、機構の回転や移動を検知してモータを停止させるためには、機構の回転や移動を検知するために所定の位置にスイッチなどを配置する必要がある。そのため、コントローラ本体から所定の位置までの配線が必要となり、コントローラが複雑になり、さらに工具本体の組立作業が煩雑になるという問題がある。
また、このような工具の場合、一般的に打ち込み機構の近傍にはモータや減速機構が配置され、スイッチなどを配置する空間を確保するには高度の設計上の配慮を必要とする。一方、コントローラは打ち込み機構から離れたハンドル内部、モータ近傍、もしくはハンドル下部に設置されることが多い。この場合、プランジャのあるピストン側面や後部まで配線するのは、前述のとおり、煩雑となるという問題がある。本発明はこれらを解消し、組み立てが容易で、小型、軽量な電動式打撃工具を提供することを目的とする。
ハウジングと、トリガと、前記ハウジングに取り付けられて打込側位置に釘を供給するマガジンと、前記釘を打込むプランジャと、前記ハウジングに設けられたモータと、前記モータの動力を前記プランジャの付勢力に変換する機構部と前記モータの駆動を制御する制御回路を有する電動式打込機において、前記ハウジング内に加速度センサを設け、前記加速度センサの出力に基づいて、前記モータの制御を行うことにより実現できる。
本発明の電動式打撃工具によれば、機構の動作を検知するために打ち込み機構の近傍にスイッチなどのセンサを配置しなくても、確実に打ち込みを検知して、モータの動作を停止させることができる。よって、機構部をスリムにすることができ、検出を本体下部やハンドル、本体前部などの比較的開いたスペースのある場所で行うことができ、スペースを有効に利用することができる。そして、コントローラにおけるスイッチなどの配線を減らし、組み立てを容易にした電動式打ち込み機を提供できる。
[電動式打込機、および機構部の構成について]
以下、本発明の一実施形態による電動式打込機について図1〜図6を参照して説明する。まず、図1〜図2を参照しながら、本実施の形態による打込機1の全体構成について説明する。図1は、打込機1の断面図である。打込機1は、ハウジング2と、ハンドル3と、電池4と、ノーズ5と、マガジン6と、トリガ10と、コントローラ100とを備えている。
ハウジング2は、内部に打突部たるプランジャ8、およびバネ9、モータ7、減速機構11、ギア14、ガイドプレート18、バンパ12、ドラム13、ワイヤ16等が備えられている。モータ7は、ハウジング下部の、プランジャ8の移動する位置の近傍に位置し、減速機構と接続している。
ハンドル3は、ハウジング2表面から延出されており、図1の左上部の境界部にはモータ7の動作を制御するためのトリガ10が設けられている。ハンドル3内にはトリガスイッチ24が、トリガ10と隣接し連動して動作するように設けられている。コントローラ100はハウジング2内に設置されており、電池4はハンドル2の末端に取り外し可能に設けられている。電池4はハンドル3内に配された図示せぬ配線により、コントローラ100を介してモータ7に電力を供給している。
マガジン6は、ノーズ5とハウジング2の先端部分とに跨って設けられている。マガジン6内には図示せぬ釘が束状に複数本内蔵されており、ノーズ5の通路内に釘を供給している。そのノーズ5内の通路の距離は釘長さより大きく確保されて、釘が被打込み部材と接触するまでにプランジャ8を加速するための助走区間を構成している。
これらの機構を内蔵した打込機本体の重心は作業者の使用しやすい位置に好適に設定することが可能であるが、一定の重量を持つモータ7及び減速機構11が互いに近傍に配置されるため、打込機本体の重心はハウジング2下部のノーズ5寄りの位置にある。本実施例においてはモータ7の配置位置周辺が打込機本体の重心の位置となる。
プランジャ8は、ハウジング2の上死点側と下死点側との間で移動可能に配置されている。プランジャ8はブレード8aを有し、ブレード8a先端はノーズ5内に画成された通路位置まで延びている。また、プランジャ8端部の上死点側には円盤形状のプランジャプレート8bが設置され、その略中心が、ブレード8aの上死点側先端と接続されている。プランジャ8が上死点に位置する状態でノーズ5内の通路に配置された釘は、ブレード8aが下死点側に移動した際には、ブレード8aによってノーズ5先端から押し出され、被打込部材に打ち込まれることになる。プランジャ8が上死点にあるとき、プランジャ8とハウジング2にはさまれるようにほぼ円環状で弾性体からなるバンパ12が配置され、バンパ12の中央貫通穴部をブレード8aが貫通している。
バネ9は、プランジャプレート8bとハウジング2の図1における左端との間に設置されている。モータ7は、図示せぬ回転軸を備えており、電池4から供給された電力により回転し、減速機構11に回転力を供給する。減速機構11は、モータ7、モータ7の回転軸一端に取り付けられた不図示のプーリー、ベルトおよびギアからなり、出力軸19(図2(a)〜図2(c)参照)に回転力を出力している。減速機構11によってモータ7のトルクを増幅できるため、小型のモータ7をバネ9の圧縮機構に用いている。
ドラム13は、モータ7から減速機構11を介して供給された回転力により、後述する圧縮開放機構(クラッチ機構)の動作に基づいて回転する。ワイヤ16は、ドラム13とプランジャ8のプレート8bとを接続している。ワイヤ16は、複数の金属線材を束ねたものであって、しなやかさと強度を兼ね備えている。また、ドラム13との接触による磨耗を防止するため、ワイヤ16の表面には樹脂がコーティングされている。
次に、バネ9の圧縮開放機構となるクラッチの構成を、図2(a)〜図2(c)の展開図を用いて説明する。バネ9の圧縮開放機構は、減速機構11、および減速機構11の出力軸19、ギア14、ガイドプレート18、ピン支持プレート21、ドラムフック22、ドラム13、移動部たる動力伝達ピン17、ドラム13、およびワイヤ16を有する構成である。
図2(c)に示すように、ギア14は、略円盤形状であり、中心部は二面幅部を有する嵌合穴部14bとなっている。嵌合穴部14bの周囲には、複数の貫通孔14cが設けられている。ギア14は、出力軸19に設けられた二面幅状に切り欠いた不図示の二面幅部が嵌合穴部14bと嵌合することによって、出力軸19に固定されている。貫通孔14cは、ギア14の軽量化と、イナーシャの軽減のために設けられている。
ガイドプレート18には、ガイド溝18aと、ガイド突起18bと、突部18dと、図示せぬ貫通孔とが形成されている。貫通孔は、ガイドプレート18の略中心に形成されており、出力軸19が挿通される。ガイド溝18aは、貫通孔に隣接して形成されており、ガイド突起18bは、ある一部分で貫通孔からガイド溝18aまでの距離が長くなるように、貫通孔の周囲に形成されている。詳細には、ガイド突起18bは、貫通孔の中心から径方向に約5〜15mmふくらんだ形状を有している。突部18dは、ガイドプレート18外縁部に設けられた略矩形板状の突出部である。また、ガイド突起18bの図2(c)における上部には、出力軸19に固定されたキー20が設けられている。キー20は、外形が二面幅状に切り欠かれており、後述するピン支持プレート17の貫通孔21bと嵌合する形状である。
ピン支持プレート21は、本体部に二面幅状に切り欠いた貫通孔21bが形成されており、本体部からピン支持スライド部21aを有する延出部が延びている。貫通孔21bは、貫通孔21bに挿通された出力軸19のキー20と係合することによって、ピン支持プレート21を出力軸19に固定している。
動力伝達ピン17は、ガイド溝当接部17aと、ピン当接部17bとを備えている。ガイド溝当接部17aは、ガイドプレート18のガイド溝18aと係合可能である。従って、動力伝達ピン17の移動方向及び移動量は、ガイド溝18aの形状によって制御される。ピン当接部17bは、圧縮開放機構が組み合わされた状態で、後述するドラムフック22のフック部22aと同じ高さとなる。動力伝達ピン17はピン支持プレート21のピン支持スライド部21aによってスライド可能に支持される。
このような構成により、ピン支持プレート21及び動力伝達ピン17は、出力軸19と常に同期して回転する。
ドラムフック22は、円筒状の本体部22cと、本体部22cの側面から延出したフック部22aとを備えている。ベアリング22bは、本体部22cの内周面と接するように配置されている。出力軸19は、ベアリング22bを介してドラムフック22に挿通されるため、出力軸19とドラムフック22とは、必ずしも同期して回転しない。フック部22aは、本体部22cから出力軸19と略垂直な方向に延出しており、動力伝達ピン17のピン当接部17bと当接可能である。従って、動力伝達ピン17はピン支持プレート21と常に同期して回転しているが、ドラムフック22は、動力伝達ピン17のピン当接部17bがフック部22aと当接した場合にのみ、ピン支持プレート21及び動力伝達ピン17と同期して回転する。
ドラム13は円環形状をなしている。ドラム13の略中心に形成された貫通孔には、ドラムフック22の本体部22cが圧入される。これにより、ドラム13とドラムフック22とは、同期して回転する。バンパ衝突部13aは、ドラム13から出力軸19の軸方向に突出して設けられている。
ワイヤ16は、ドラム13の側面に巻回可能に配置されると共に、ドラム13とプランジャ8(図1参照)とを連結しており、ドラム13の回転に応じて側面に巻回されまたは巻き戻され、プランジャ8を移動させる。
[打込動作について]
次に、釘打ち時の動作について説明する。打込機1の初期状態では、プランジャ8は下死点に位置している。作業者がトリガ10を引くとトリガスイッチ24とコントローラ100により電池4からモータ7へと電力が供給され、モータ7が回転する。その回転力は、減速機構11、ドラム13、ワイア16などを介してプランジャ8へ伝達される。
ドラム13が初期状態より約270度回転したとき、プランジャ8は上死点まで移動し、バネ9が最も圧縮された状態となる。このとき、マガジン6に収納されている先頭の釘が、不図示の給送部材により押圧されることにより射出路内に装填される。また同時に、動力伝達ピン17が径方向外側に約5〜15mm移動し、動力伝達ピン17とフック部22aの係合が外れる。
動力伝達ピン17とフック部22aの係合が解除されると、圧縮されたバネ9が開放されてプランジャ8が下死点側へ移動する。
圧縮されたバネ9の開放力によってプランジャ8が下死点へ到達すると、ブレード8aによってノーズ5の射出路5a内にある釘23はノーズ5先端より押し出され、被打込み材へと打込まれる。そして、プランジャ8がバンパ12と衝突する。ドラム13は初期状態へ戻るとバンパ衝突部13aとハウジング2内に固定された図示せぬドラムバンパとが衝突、係合し、ドラム13およびドラムフック22が初期位置で固定される。
このとき、打込みの反力によって、ブレード8aの移動方向と反対の方向に力が働く。一方、打込機本体の重心は上述のとおり打ち込み機構の中心軸からハンドル側にずれた位置にあるので、打込機本体を重心位置(本実施例ではハウジング2下部の打ち込み機構よりの位置)を中心に回動させる方向に回転モーメントが働く(図5)。すなわち打込機本体が回転する方向の加速度が生じる。
同時に、バンパ12及びドラムバンパから衝撃力が発生し、ハウジング2をとおして衝撃伝播がおこる(図6)。すなわち衝撃の発生箇所からハウジングに沿った方向に加速度が生じる。
[コントローラ100の構成について]
次に、コントローラ100の回路構成について、図4を用いて説明する。
電池パック4の電池は、例えば、リチウムイオン二次電池からなり、モータ7(例えば、直流モータ)およびコントローラ100に電力を供給する電源Vccとなる。モータ7と電池パック4との間には、互いに直列接続された第1の半導体スイッチング素子51および第2の半導体スイッチング素子52が電気的接続されている。例えば、半導体スイッチング素子51および52には、Nチャンネルの絶縁ゲート型FETが適用できる。以下の説明では、第1の半導体スイッチング素子51および第2の半導体スイッチング素子52を、それぞれ第1FET51および第2FET52として記載する。直列接続された一対の第1FET51および第FET52の使用によって、どちらか一方の半導体スイッチング素子が熱的破壊等で導通状態に故障しても、不用意な釘の打込み動作を防止できるので、冗長性を高めて高信頼度を得ることができる。コントローラ100の電源スイッチ64は、電源スイッチ59の操作を検知する電源スイッチ検知回路63の出力によってオンまたはオフに制御され、コントローラ100への電源を供給または遮断する。
また、コントローラ100は、第1FET51を駆動するための第1FET駆動回路61および第2FET52を駆動するための第2FET駆動回路62と、モータ7の回転速度をモータの起電力として検出するモータ電圧検知回路69と、電源の投入、電池残量、および釘残量のそれぞれを表示する表示回路70と、上記第1FET駆動回路61の制御信号を形成するための論理回路60と、上記マガジン6のノーズ部5側端部において給送部材6aに係合するように設けられ、マガシン6に装填された連接釘23の残量(例えば、残量0〜5本)を検出する釘残量センサスイッチ58と、釘残量センサスイッチ58の出力を検知する検知回路68と、電源スイッチ59の投入より所定時間(例えば、15分)を経過したか否かをカウントする15分タイマ回路65と、を具備する。
さらに、コントローラ100はマイコン53を具備する。マイコン53の制御信号として入力される信号は、電池パック4の電圧を検出する電圧検出回路67と、トリガ10の引込み操作を検知するトリガスイッチ54と、加速度センサ55の出力を増幅するアンプ56とからそれぞれ出力される信号である。加速度センサ55は、釘を打ち込む時の衝撃、反動による加速度を検知し、モータ7の運転を停止させるために設けられる。
マイコン53は、上記各種の操作スイッチおよび検知回路の入力信号に基づいて、第2FET駆動回路62へ制御信号を出力し、モータ7の回転制御を適切に行うと同時に、表示回路70へ各種の表示信号を出力する。また、マイコン53は、トリガスイッチ54からの入力信号がある場合には、15分タイマ回路65にカウントリセット信号を出力する。15分タイマ回路65は、電源スイッチ64のオン動作によりコントローラ電源が投入されると、同時に自動的にカウントを開始して15分経過すると電源スイッチ検知回路63にコントローラ電源スイッチ64をオフするよう信号を出力してコントローラの電源を切るように構成されている。
一方、第2FET駆動回路62および表示回路70には、マガジン6内の釘残量が少なくなったことを検知する釘残量センサ58の検知回路68の出力信号が入力される。釘残量が少なくなった場合、釘が無くなったときの空打込みを事前に防止するために、第2FET駆動回路62は第2FET52をオンさせないように制御し、表示回路70は釘残量が少ないことを表示する。
論理回路60および第1FET駆動回路61は、トリガスイッチ54からの入力信号に基づいて、第1FET51をオンまたはオフに制御する。トリガスイッチ54がオンのときには第1FET51をオンとし、トリガスイッチ54がオフのとき第1FET51をオフとする。さらに、コントローラ電源が入ったとき、トリガスイッチ54がオン状態であるときには第1FET51をオフとし、その後トリガスイッチ54がオフになると第1FET51をオフを維持し、さらにトリガスイッチ54がオンになると第1FET51をオンにすることができるようにしている。
[コントローラ100の動作について]
次に、図7に示したタイムチャートを参照してコントローラ100の動作について説明する。打込み前(時刻t0以前)の初期状態において、プランジャ図1に示すようにプランジャは下死点側にあり、ドラム13は約0度回転した状態で止まっている。最初に、時刻t=t0においてトリガスイッチ24がオンされる。すると、論理回路60は、第一FET駆動回路61をして、第一FET51をオンさせる。さらに、マイコン53は、第二FET駆動回路62をして、第二FET52をオンさせる。すると、モータ7に電池4の電力が供給されてモータ7が駆動する。前述のような機構の動作により、ドラム13が約270度まで回転すると、動力伝達ピン17とフック部22aの係合が解除される。
動力伝達ピン17とフック部22aの係合が解除されると、圧縮されたバネ9が開放されてプランジャ8が下死点側へ移動し、ブレード8aは釘23を打ち込む。(時刻t=t1)このとき、釘23を打ち込む反力が、打込機1に働く。同時に、プランジャ8がバンパ12と衝突し、逆回転したドラム13はバンパ衝突部13aとハウジング2内に固定された図示せぬドラムバンパとが衝突する。このときの反力や衝撃は、前述のとおりハウジング2を通じて、ハンドル部3や、モータ7を収めるハウジングを通って本体下部まで伝播する。これらの反動や衝撃は、本体下部にあるコントローラ100の基板上に設置している加速度センサ55により検知される。その信号は、アンプ56により増幅されてマイコン53により検知される。マイコン53により加速度が所定値以上として検知された後、マイコン53はΔT時間経過後に、第二FET駆動回路62をして第二FET52をオフさせる。(時刻t=t2)すると、モータ7への電流が遮断されるのでモータ7は減速、停止する。
[加速度センサの配置について]
加速度センサ55の配置について、図5、6を用いて説明する。加速度センサ55の一例として(株)村田製作所のショックセンサPKGSシリーズなどがある。これは、面実装式でプリント基板に直接配置するものである。検出原理は加速度を圧電素子で電気に変換するものであり、メーカによって検出感度が規定されている検出軸方向が設定されている。検出軸方向が一番検出感度が高くなっている。
圧縮されたバネ9が開放されてプランジャ8が下死点側へ移動し、ブレード8aは釘23を打ち込むとき、その反力が打込機1に働く。その反力の方向は、本体重心に対して偏心した方向であるので、打込機1を回転させるように働く。コントローラ100上に設置された加速度センサ55の検出軸方向は、打ち込み方向に対してほぼ平行であるが、打ち込み反力による重心を中心にした回転方向と一致するように設定している。また、ハンドル3や、モータ7の近傍に加速度センサ55を配置する場合には、この反動による回転方向に沿うよう、打ち込み方向に対してほぼ垂直にするのがよい。
打ち込み時には、反力と同時に、プランジャ8がバンパ12と衝突した衝撃や、逆回転したドラム13はバンパ衝突部13aとハウジング2内に固定された図示せぬドラムバンパとが衝突した衝撃が発生する。このときの衝撃は、ハウジング2を通じて、ハンドル部3や、モータ7を収めるハウジングを通って本体下部まで伝播する。そのとき、ハンドル部3や、モータ7近傍では打ち込み方向に直行するように伝わり、本体下部では打ち込み方向に平行に伝わる。よって、この衝撃加速度を検知する場合にも、前述のように、本体下部の場合には、検出軸が打ち込み方向と平行がよく、ハンドル3や、モータ7の近傍に加速度センサ55を配置する場合には、打ち込み方向に対してほぼ垂直にするのがよい。
加速度センサ55の配置および検出軸の方向は、上述の打ち込み反動の方向もしくは衝撃伝播の方向のいずれかに合わせることによって、確実に打込を検出できるようになる。本実施例においては、ハウジング2もしくはマガジン6を含めた打込機全体を環状にし、打込機本体の重心をハウジング2のノーズ5寄りの位置に設定するとともに、加速度センサ55を、重心に対してバンパ12の反対側に配置することによって、効率良く打ち込みによる加速度を検出することができる。同時に、上記の加速度センサ55の配置位置は減速装置11などの複雑な機構と離れた位置となるので、加速度センサ55を搭載したコントローラ100をこの位置に配置することで、打ち込みの検出と構造の簡素化を同時に可能にしている。
なお、本実施例では加速度センサ55は本体下部のコントローラ100上に設置したが、ハンドル3内部やモータ7近傍に設置してもよい。この場合には、加速度センサ55の検出軸方向は、前述のとおり打ち込み方向に対してほぼ垂直方向にするのがよい。
以上詳細に説明したように、本発明の電動式打込機によれば、接点寿命の向上を図ることができる。つまり、簡便で、信頼性の高い、安価な電動打ち込み機を提供することができる。
本発明による打込機は上述の実施の形態に限定されず特許請求の範囲に記載された範囲内で種々の変形や改良が可能である。例えば基板上に配置せず独立して設置可能な加速度センサ用いてもよいし、バネの弾性エネルギーではなく、フライホイールの運動エネルギーを用いた打込機でもよいし、同様の作用効果を得られるものであれば本発明の範囲である。さらに、前述の機構の動作を検知するスイッチ類を設け、その出力を検知する方式と併用することによって信頼性を向上させることをしてもよい。
本発明の一実施の形態による電動式打込機において、プランジャが下死点到達時を表す部分透視側面図 本発明の一実施形態によるバネ圧縮解放機構の斜視図 本発明の一実施形態によるバネ圧縮解放機構を一部展開した斜視図 本発明の一実施形態によるバネ圧縮解放機構を全展開した斜視図 本発明の一実施形態によるコントローラのブロック図。 本発明の一実施形態によるコントローラの動作タイムチャート。 本発明の一実施形態による打ち込みによる反力方向を示した図。 本発明の一実施形態による衝撃の伝播を示した図。
符号の説明
1:釘打機 2:ハウジング 3:ハンドル 4:電池 5:ノーズ 6:マガジン 7:モータ 8:プランジャ 8a:ブレード 8b:プランジャプレート 9:バネ 10:トリガ 11:減速機構 12:バンパ 13:ドラム 13a:ドラムバンパ衝突部 13b:ドラム谷部 14:ギヤ 16:ワイア 17:動力伝達ピン 17a:ピンスライド部17b:ピン引掛け部 18:ガイドプレート 18a:ガイド溝 18b:ガイド突起 19:出力軸 20:キー 21:ピン支持プレート 21a:ピン支持スライド部 21b:キー溝 22:ドラムフック 22a:フック部 22b:ベアリング 23:釘 24:トリガスイッチ 100:コントローラ

Claims (4)

  1. ハウジングと、
    トリガと、
    前記ハウジングに取り付けられて打込側位置に釘を供給するマガジンと、
    前記釘を打込むプランジャと、
    前記ハウジングに設けられたモータと、
    前記モータの動力を前記プランジャの付勢力に変換する機構部と
    前記モータの駆動を制御する制御回路を有する電動式打込機において、
    前記ハウジング内に加速度センサを設け、
    前記加速度センサの出力に基づいて、前記モータの制御を行うことを特徴とする電動式打込機。
  2. 前記ハウジングにはハンドル部を設け、
    前記加速度センサは、ハウジング下部、またはハンドル部、またはハウジング前部に設けたことを特徴とする請求項1記載の電動式打込機。
  3. 前記加速センサの検出軸が、前記プランジャの釘を打ち込む軸に対してほぼ平行であるまたはほぼ直交であることを特徴とする請求項2記載の電動式打込機。
  4. 前記機構部の動作を検知する検知スイッチを設け、
    前記検知スイッチの出力に基づいて前記モータを制御する制御回路を有することを特徴とする請求項1、2,3記載の電動式打込機。
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