JP2012111036A - 鋲打機 - Google Patents

Abstract

【課題】動作条件の調整が可能な鋲打機を提供する。
【解決手段】液化石油ガスを含む燃料を貯蔵するためのタンク５、鋲打ちプランジャを駆動するピストンを有しかつタンク５と連通する燃焼室２、およびタンク５と燃焼室２との間に位置する計量装置４を有し、この計量装置４内の計量チャンバ１２から所定量の燃料が燃焼室２内に送給されるようになっている鋲打機において、計量装置４に、燃料の所定量を、１つまたは複数の物理量に対応して変化させうるステッピングモータを備え付ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋲打機、とりわけ請求項１の前提部に記載の手動鋲打機に関する。

特許文献１には、燃料の1回分の送給量を調整しうる計量装置を有する、液化石油ガスによって鋲打される鋲打機が記載されている。計量装置による燃料送給量は電動アクチュエータによって調整することができ、燃焼室内への液化石油ガスの吐出は、空気式アクチュエータにより圧縮空気で行われる。

ドイツ国特許出願公開第１０２６０７０３号明細書

本発明の課題は、動作条件の調整が可能な鋲打機を提供することである。

本発明の課題は、冒頭に挙げられた様式の鋲打機に請求項１の特徴を持たせることにより解決される。本発明によれば、ステッピングモータの使用により１回に送給される燃料の量の正確な調整と電力消費量の抑制が可能となる。

ステッピングモータにより、燃焼室に送給される燃料の量を温度変化に対応して変更することにより、たとえ外気の温度または動作温度が変化しても、燃料の確実な点火と鋲打機の所定の作動が容易に保証される。ここで目安となる温度は、所望により、燃焼室自体の温度もしくは燃焼室内温度、または鋲打機を取り巻く外気の温度とすることができる。

とりわけ液化石油ガスを燃料として使用する場合は、空気と混合して点火可能な混合ガスとする相変換が必要であるが、このプロセスの速度は、外気の温度に顕著に影響されることが分かっている。一般には、外気の温度が低い場合には、十分に短時間で、点火可能な混合ガスを充分な量だけ調製するために、燃焼室に送給される液化石油ガスの量を増加させる。

本発明でいうステッピングモータとは、最小のステップ（回転角度）またはその整数倍の調整をすることが可能な電動機および/またはサーボモータすべてを指す。不可欠ではないが、ステッピングモータにはロック機構を付設し、燃料が計量装置から燃焼室へ予期しない移動をする事態を防止しうるようになっているのが好ましい。更に、不可欠ではないが、ステッピングモータは、コイルに電流を流すか否かしかないユニポーラ式ステッピングモータとするのが好ましい。

本発明の好適な態様では、計量装置から送られる燃料の量は、ステッピングモータを調整することによって変化させることができる。本発明の特に簡単でかつ効果的な態様によれば、例えば、容量可変計量装置に接続された弁の開閉を通じて、仮貯蔵場としての計量チャンバ内の燃料を計量しつつ、所定量の燃料を簡単に送り出すことが可能となる。この際、ステッピングモータは、例えば、計量チャンバの容積を画定する壁または膜を移動または変形させるアクチュエータとして働く。

本発明の他の態様または上記の態様を補足する態様によれば、計量装置は、所定量の燃料を押し出すための移動部材を備え、その際、移動部材の停止位置は、ステッピングモータを介して調整しうるようになっている。これらの態様は、一般に、移動部材により、燃料を燃焼室に迅速に送給できるという利点がある。このような移動部材は、直線的に移動可能なピストンやその類似物として形成することができる。その際、燃料の１回分の送給量は、移動部材の行程とその断面積の積で与えられる。また、移動部材の行程は、ストッパを介して停止位置を調整することにより、変更することができる。

本発明の好ましい態様によれば、燃料の計量は、主に、またはもっぱら液相で行われ、その結果、燃焼室に送り出される燃料は、正確に計量される。このような液相状態での計量は、燃料が液化石油ガスの場合は、例えば、燃料タンク内に膜を設け、膜内には液化石油ガスを液相のみの単相状態で保ち、他方、膜の外部には例えば不活性ガスを所定の超過圧力の下に供給することにより、確実に行うことができる。その際、燃料を送給する過程で不活性ガスは膨張し、その超過圧力により液化石油ガスは、常時液相に保たれる。燃料タンクのこのような周知の態様においては、実際には通常、燃料の移送中に燃料タンク内の圧力が、ある程度変化する。この点は、気相状態の液化石油ガスと液相状態の液化石油ガスを共存する形で一定の容積中に貯蔵することにより一定の圧力を実現する従来の液化石油ガス貯蔵器と異なる。

本発明の他の好適な態様では、移動部材を、燃料の圧力、すなわち計量装置と燃料タンクとの連通を利用して移動させる。これにより、移動部材を動かすための、例えば電気アクチュエータ、や空気式アクチュエータといった付加的なアクチュエータを用いずに済み、コスト的に有利になる。また、燃料タンク内に貯蔵された機械エネルギーが有効に利用されるため、所定量の燃料を燃焼室内へ迅速に送り出すことができる。

本発明の他の態様では、移動部材を、好適にはばねで押し付けることにより燃料の送給を開始する前の停止位置に保つことができる。これにより、燃料の送給の開始前に移動部材を容易に所定の停止位置に保持することができる。

本発明のとりわけ好適な態様では、計量装置は、燃料の送給量を測定するためのセンサを内部に有しない。必要に応じて設置されるセンサは、すべて計量装置の外部に設けられる。本発明においては、ステッピングモータを使用するため、例えば移動部材を移動させるモータの位置、モータと噛合するギヤの位置、ストッパの位置または計量チャンバの弾性を有する頂壁の位置をフィードバックするための位置測定センサは、不要となる。なぜなら、ステッピングモータを段階的に正確に調整することにより、燃料の送給量は、充分正確に調整されるからである。しかし、このようなセンサは、所望により、設けてもよい。その際、ステッピングモータの調整は、移動部材の目標とする停止位置を、位置測定センサにより求めた実際の位置と比較することにより行うことができる。

本発明の好ましい態様によれば、燃料送給量の標準的な設定は、ステッピングモータの初期化ルーチンにより確定しうるようになっているのが好ましい。その際ステッピングモータは、好適には、所定の停止位置に至るまで駆動される。こうすれば、例えば鋲打機のリセット、電池の交換、燃料タンクの交換等の後でも、計量装置のデフォルト状態を、簡単に実現することができる。

本発明の好ましい態様によれば、ステッピングモータは、直動型で、セルフロックが可能なギヤと噛合しているのが好ましい。例えばねじ状のセルフロックが可能なギヤは、一旦調整した燃料送給量が変動するのを容易に防ぐことができる。

本発明の好ましい態様によれば、計量装置は、少なくとも１つの電動式の弁を備える。この弁は、簡単かつ効率的に制御しうるよう、三方弁（切替位置が２つある）とするのが好ましい。これにより、計量装置を、全体として簡単かつ高信頼性の下に制御することができる。更に、三方弁の２つの切替位置は、弁体がどちらにも安定に止まることができるようになっている（複動式）のが好ましい。これにより、弁の制御に消費される電力を抑制することができる。

本発明の好ましい態様によれば、燃焼室の温度と燃料の供給量との関係を表す特性曲線は、バイリニア補間法を用いて求めるのが好ましい。また、燃料の供給量を変更するのは、燃焼室の温度が比較的低い場合にのみ行うようにするのが好ましい。すなわち、燃焼室の温度が、所定の境界値（例えば２０℃）に復帰した場合には、元の供給量に戻すのが好ましい。

本発明の上記以外の利点および特徴は、後述の実施形態と引用形式請求項に記載されている。

本発明の第１の実施形態に係る鋲打機の概略全体図である。 同鋲打機内の計量装置の低温時における最大容積を示す概略図である。 同じく、高温時における最大容積を示す概略図である。 本発明の第２の実施形態に係る鋲打機において高温下で燃料の送給を開始しうる状態にある計量装置を示す模式的断面図である。 図３aに示す計量装置が燃料を送給中の状態を示す模式的断面図である。 同計量装置の低温下における燃料の送給を開始しうる状態を示す模式的断面図である。 同計量装置の燃料を送給中の状態を示す模式的断面図である。

以下、本発明の実施形態を、添付図面を用いて詳述する。

図１に模式的に示す、本発明の第１の実施形態に係る鋲打機は、燃焼室２を収容するハウジング１を備えている。燃料としての液化ガスは、燃料タンク５に貯蔵され、導管３を通じて燃焼室２へ射出される。導管３は、計量装置４と燃料室２とを接続しており、他方、計量装置４は、ハウジング１上または内に設けられている燃料タンク５と接続されている。燃料タンク５は、交換可能なカートリッジ式とすることもできる。

この実施形態に係る鋲打機は、エネルギー貯蔵のための電気的アキュムレータを含むコントローラ６を備えている。燃焼室２内の点火プラグ７は、コントローラ６を介して点火される。また、計量装置４も、電動バルブその他電気的に操作される要素によって作動する場合には、コントローラ６を介して制御される。鋲打機の前部領域には、ファスナ（例えば、鋲）を貯蔵しておくためのマガジンケース８が設けられている。押圧ロッド９は、鋲打機を作動させてファスナを打ち込む際には、被鋲打ち材に対して押圧される。

燃焼室２内で、点火プラグ７によって液化ガスと空気の混合ガスに点火されると、マガジンケース８からファスナが押し出される。ついで、ピストン（図示せず）が前方へ推進され、鋲打ちプランジャ（図示せず）を介して、ファスナ（鋲）が被鋲打ち材に打ち込まれる。このような鋲の打ち込みプロセスは、作業員が、ハウジング１のグリップ部１１に設けられている作動スイッチ１０を操作すると開始する。

図２ａおよび図２ｂは、本発明の第１の実施形態に係る鋲打機に備え付けられた計量装置４を示す。計量装置４内の計量チャンバ１２は、入口側の電動弁１３を介して燃料タンク５と連通し、かつ出口側の電動弁１４を介して燃焼室２と連通している。

計量チャンバ１２には、ステッピングモータ１５付きの容量調整ユニットがあり、この容量調整ユニットは、ねじ状に形成されたセルフロック可能なギヤ１５ａを介して計量チャンバ１２の弾性を有する頂壁または摺動可能な頂壁１２ａと接続している。したがって、計量チャンバの容積は、ステッピングモータ１５の調整を介して変化させることができる。ステッピングモータ１５は、コントローラ６を介して調整される。このために、ステッピングモータ調整の指標となる温度が、図示されていない温度センサで測定され、コントローラ６で読み取られる。ステッピングモータ１５は、コントローラ内に記憶されている特性曲線を基に、計量チャンバの容積が特性曲線上の温度に対応したものとなるように調整される。温度センサは、例えば外気の温度または燃焼室２の温度を測定する。このような温度センサは、複数個設けることもできる。

図２ａは、低温時にステッピングモータ１５を介して最大容積を調整された計量チャンバ１２を示す。他方、図２ｂは、例えば２０℃を超える高温に対応する最大容積とされた計量チャンバ１２を示す。

図２ａおよび図２ｂに記載の計量装置は以下のように機能する。

まず、コントローラ６を介して入口側弁１３を開放すると、液化石油ガスが液相状態で、ステッピングモータ１５により最大容積を調節された計量チャンバ１２内に流入する。その際、液化石油ガスは、燃料タンク５内で液相だけの単相状態で存在する。これは、液化石油ガスが、燃料タンク内で膜に封入され、他方、膜外部の空間を、液化石油ガスの蒸気圧よりも高い圧力の不活性ガスで充填することにより達成されるが、この方法自体は周知のものである。この過圧により、液化石油ガスは、計量チャンバ１２内に流入中には気化せず、液化石油ガス流入の進行中における温度変化は、ほぼ皆無である。

鋲打機が起動すると、入口側弁１３は閉止され、他方、出口側弁１４は開放される。その結果、液化石油ガスは、燃料室２内に流れ込む。その際、燃焼室２内に送給される燃料の液相状態での体積は、低温時には、ステッピングモータ１５を介して計量チャンバ１２の摺動可能な頂壁１２ａを調節して大きくする。このため、低温時に気化速度が遅くなっても、燃焼室２内で点火可能な混合ガスを十分迅速に調製できる。

図３ａ、図３ｂ、図４ａおよび図４ｂは、本発明の第２の実施形態を示す。上記実施形態との実質的な相違点は、計量チャンバ１２から燃焼室への液化石油ガスの移送が、移動部材１６を介して行われることである。

移動部材１６は、計量チャンバ１２の一部をなすシリンダ１７内で直線的に摺動するピストンとして形成されている。シリンダ１７は電動式の弁１８に接続され、他方、弁１８は、シリンダ１７と接続している他に、燃料タンク５および燃焼室２と接続している。弁体１９は、燃料タンク５との接合部１８ａ、または燃焼室２との接合部１８ｂを閉止することができる。弁１８は、切替位置が２つある三方弁として形成されている。

所望により、弁体１９は、２つの切替位置のいずれにおいても安定に止まりうるように構成することができる（複動式）。この場合、弁体の位置切り替えに必要な電気パルスは、短時間だけ発生させればよく、エネルギーの消費を抑えることができる。他の実施形態では、弁体１９は、電流を流さないときには常時、図３ａに示すように、燃焼室２に通じる接合部１８ｂを閉止している（単動式）。弁体は、電圧を印加すると、反対側の切替位置（図３ｂ参照）へ移動し、燃料タンク５に通じる接合部１８ａを閉止する。

弁体１９がいずれの切替位置にあっても、計量チャンバ１２のシリンダ１７と弁１８との連通は保たれる。弁１８の弁室は、計量チャンバ１２の一部をなす一定の容積を有している。

燃料タンク５と弁１８とを接続する導管からは、分岐管２０が、シリンダ１７の弁１８と反対側の端部まで延びている。分岐管２０は、ピストン形の移動部材１６の上側領域を燃料タンク５と連通している。

シリンダ１７の上端部には、セルフロック可能なギヤ１５ａを有するステッピングモータ１５が設けられているため（図３ａでは、両者を一体化されたものとして、ブロックで示している）、移動部材１６の上方の停止位置を調整するストッパ１５ｂを、温度の変化に対応して進出または後退させることができる。図３ａと図３ｂには、外気の温度が高い場合が示されている。ここでは、ストッパ１５ｂは、温度変化に対応して進退しうるピン形状をなしている。このピン形状のストッパ１５ｂは、移動部材１６の行程を縮小するためにシリンダ１７内に比較的奥深くまで突き出ている。

更に移動部材１６は、ばね（図示されていない）により上方の停止位置へ向かって付勢されており、この付勢力は、図３ａと図４ａに、上向きの矢印で示されている。両図に示すように、移動部材１６が上方の停止位置にあるときには、移動部材１６の上方においても下方においても、シリンダ１７内には、燃料タンク５から与えられる圧力が加えられている。ばねによる付勢力は、専ら移動部材１６を上方の停止位置に止めるためのものである。このため、このばねの力は、比較的小さく設定することができる。

鋲打機の起動プロセスは、弁体１９の切替位置を反対側へ移動させると始動する。これにより、弁１８の弁室と連通しているシリンダ１７の下部は、接続部１８ｂを介して、圧力（内部圧力）がかなり低い燃焼室２と連通する。一方、シリンダ１７の移動部材１６よりも上方側には、分岐管２０を介して燃料タンク５内から圧力が加えられ続けている。このため、移動部材１６は、図３ｂおよび図４ｂに示すように、下方または弁１８の方向へ押し進められ、液化石油ガスを、計量チャンバ１２から、すなわちシリンダ１７の下部と弁１８の弁室から、燃焼室２内へと押し出す。このプロセスの後、移動部材１６は、図３ｂと図４ｂにそれぞれ示す下方の停止位置へ至る。このプロセス中、移動部材１６は、燃料タンク５内の燃料の圧力によって動かされる。

図３ａ、図３ｂ、図４ａおよび図４ｂにおいては、発明の理解を容易にするため、液相または高圧状態の液化ガスが存在する領域には、ハッチングを付してある。

ステッピングモータ１５、ギヤ１５ａおよびストッパ１５ｂからなる位置調整ユニットは、コントローラ６により制御される。その際、ストッパ１５ｂの相対的な進退は、ステッピングモータの回転ステップ数を制御することにより、常に正確に行うことができる。

位置調整ユニットとコントローラは、ここでは初期化ルーチンを介して、ストッパ１５ｂの進退という相対的調整だけでなく、基準となる絶対位置をも常に着実に設定する。その際には、ステッピングモータを、いずれかの方向に回転して停止位置に向かうよう駆動する。この際、ストッパ１５ｂは、位置調整ユニットの機械的構成に従って、所定の自身の絶対的位置または予め設定した量の燃料を送給しうる位置に移動する。このストッパ１５ｂの絶対的位置は、例えば、ストッパ１５ｂを最も進出させる位置とすることもできる。

前記機械的に規定された位置に基づいて相対的な位置調整があったときでも、ストッパの位置調節に関する正確な情報は、逐次与えられる。この初期化ルーチンは、例えば所定の時間間隔で、または電池および／または燃料タンクの交換後に行なうこともできる。

モータを停止位置に向かわせるには、特に次の２つの方法で行うことができる。

ａ）停止位置に確実に到達するのに十分な程度のステップ数だけモータを回転させる。モータが停止位置に到達しても、モータにしばらく負荷が加えられるが、たとえばギヤがセルフロックすることにより、その回転はすぐに機械的にブロックされる。
ｂ）モータを停止位置に向かって回転させ、その際、電流−電圧特性曲線をコントローラ６により監視する。モータが停止位置に到達することによってこの特性曲線が変化したら、モータを切る。

一般的には、ステッピングモータ１５は、初期化ルーチンの際には、大きな周波数で駆動させるのが望ましい。こうすると、停止位置に向かう力が小さくなるからである。

本発明の他の実施形態（図示されていない）では、上記初期化ルーチンの代わりに、あるいはこれに加えて、位置調整ユニットの最新位置を測定し、続いて直ちに絶対位置を示すセンサを設けてもよい。

例えばプロパンガスまたはプロパン・ブタン混合ガスのような通常の液化石油ガスを使用する際には、計量チャンバで計量されるかまたは燃焼室に送られる液化石油ガスの量は、約２０〜２５℃を下回ったら変更するのがよい。他方、このような調節は、前記２０〜２５℃を上回る温度ではもはや効果がないため、計量チャンバは、前記の温度領域に保つのが好ましい。

Claims (11)

1. 液化石油ガスを燃料とする場合を含み、
   燃料を貯蔵するためのタンク（５）、鋲打ちプランジャを駆動するピストンを有しかつ前記タンク（５）と連通する燃焼室（２）、およびタンク（５）と燃焼室（２）の間に位置する計量装置（４）を備え、この計量装置（４）内の計量チャンバ（１２）から所定量の燃料が燃焼室（２）内に送給されるようになっている鋲打機において、
   前記計量装置（４）は、燃料の所定量を、１つまたは複数の物理量に対応して変化させうるステッピングモータ（１５）を有することを特徴とする鋲打機。
2. 前記計量チャンバ（１２）の容積は、前記ステッピングモータ（１５）の調整により変化させうるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の鋲打機。
3. 前記計量装置は、燃料を所定量だけ送り出すための移動部材（１６）を備え、この移動部材（１６）の停止位置は、前記ステッピングモータ（１５）を介して調整しうるようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載の鋲打機。
4. 前記移動部材（１６）は燃料の圧力によって移動しうるようになっており、前記圧力は、前記タンク（５）との連通を介して与えられる場合を含むことを特徴とする請求項３に記載の鋲打機。
5. 前記移動部材（１６）は、外力によって燃料の送給を開始するための停止位置に保たれるようになっており、この外力は、ばねによって与えられる場合を含むことを特徴とする請求項３または４に記載の鋲打機。
6. 付設されるセンサは、全て前記計量装置（４）の外部に設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の鋲打機。
7. 前記燃料の所定量の標準的な設定は、前記ステッピングモータ（１５）の初期化ルーチンによって再現しうるようになっており、この設定が前記ステッピングモータ（１５）がストッパを移動することによって行われる場合を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の鋲打機。
8. 前記ステッピングモータ（１５）は、直動型であるものを含み、セルフロック可能なギヤ（１５ａ）と噛合していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の鋲打機。
9. 前記計量装置（４）は、少なくとも１つの弁（１３、１４、１８）を有し、前記弁は電動弁である場合を含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の鋲打機。
10. 前記弁は、三方弁として形成されており、前記三方弁は２つの切替位置を有するものも含むことを特徴とする請求項９に記載の鋲打機。
11. 前記１つまたは複数の物理量は、１つまたは複数の外的条件に係るパラメータ、および/または、鋲打機の温度を含む１つまたは複数の鋲打機に係るパラメータを含み、
    前記外的条件に係るパラメータは、温度、および/または空気圧、および/または送給されるガスに係るパラメータを含み、
    前記ガスに係るパラメータは、ガスの圧力および／またはガスの充填量を含むことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の鋲打機。

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