JP2013208695A

JP2013208695A - 釘打機

Info

Publication number: JP2013208695A
Application number: JP2012082031A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Tanimoto; 英之谷本
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2013-10-10

Abstract

【課題】エネルギー効率の高い釘打機の提供。
【解決手段】釘打機１は、ハウジング２と、プランジャ３と、コイル部４と、制御部５と、バッテリ６と、を備えている。プランジャ３は、ハウジング２に往復動可能に収容され、少なくとも３つの磁極を備える磁石３１が往復動方向に配置されている。コイル部４は、ハウジング２に収容され、プランジャ３の半径方向外方にプランジャ３を囲むように配置され、プランジャ３の円周方向に巻回される第１コイル４１及び第２コイル４２を備えている。制御部５は、コイル部４への電力の供給を制御している。バッテリ６は、制御部５に電力を供給している。
【選択図】図１

Description

本発明は、釘打機に関し、特に電動式釘打機に関する。

従来から、ソレノイドコイルを駆動して主駆動源とする電動式釘打機が知られている。従来のソレノイド式釘打機は、止具を打撃するブレードが設けられた鉄製のプランジャと、磁界を発生させることによって磁力によってプランジャ駆動させるソレノイドと、電源ケーブルとを備えている。（例えば、特許文献１参照）

米国特許出願公開第３，９２４，７８９号明細書

しかしながら、ソレノイド式釘打機では、その構造上ソレノイドに電流を流すことによって空気中に磁束を出す必要があり、さらに、プランジャを駆動させる磁力はすべて電気エネルギーにより賄われているため、エネルギー効率が２〜３％と悪かった。また、強い打込力を得ようとすると、製品サイズが大型化していた。

そこで、本発明はエネルギー効率の高い釘打機を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、ハウジングと、該ハウジングに往復動可能に収容され、少なくとも３つの磁極を往復動方向沿って有するプランジャと、該ハウジングに収容され、該プランジャの半径方向外方に該プランジャを囲むように配置され、該プランジャの円周方向に巻回されるコイルと、該コイルへの電力の供給を制御する制御部と、該制御部に電力を供給する電源と、を備える釘打機を提供している。

このような構成によると、コイルに電流を流すことによって発生するローレンツ力によりプランジャを駆動しているため、エネルギー効率が１０〜２０％となる。これは、従来のソレノイド式の釘打機（エネルギー効率２〜３％）と比較するとエネルギー効率が良いため、電力消費量を削減できる。また、同等の打込性能を得ようとした場合、釘打機本体のサイズをソレノイド式の釘打機よりも小型化することができる。また、釘打機を構成する主な部材は、プランジャ、コイル、及び制御部であるため、フライホイール式の釘打機と比較すると構成が簡単であり、部品点数が少ない。

また、該制御部は、該プランジャが該コイル内を通過する際に該コイルに発生する起電力の電圧波形を検出することにより該プランジャの位置を検出することが好ましい。

このような構成により、制御部がコイルに発生する起電力によってプランジャの位置を検出しているため、プランジャの位置を検出するための素子を装着する必要が無い。これにより、釘打機の部品点数を削減することができる。

また、該プランジャの該半径方向外方に配置され、該制御部に電気的に接続され、該プランジャの位置を検出するための位置検出センサをさらに有することが好ましい。

このような構成によると、位置検出センサによってプランジャの位置を検出しているため、プランジャの位置を正確に判断することができる。

また、該プランジャと該制御部の間に空気通路を設け、該プランジャの移動で発生する空気の流れによって、該制御部を冷却することが好ましい。

また、該プランジャは、該ハウジング内において上死点と下死点との間を移動可能であって、該下死点側端部には止具を打撃するブレードが設けられていて、該ハウジング内において、該プランジャが該上死点に位置している状態で、該ブレードの周囲には空間が形成されており、該空間の該半径方向外方には外気と連通するとともに該制御部が配置される制御部収容空間が形成されていて、該空間と該制御部収容空間とは互いに連通していることが好ましい。

このような構成によると、空間と制御部収容空間と外気とは互いに連通しているため、プランジャの移動によって空間の空気が制御部収容空間を介して外部に放出される。これにより、新たにファン等を設けることなく制御部を冷却することができる。

また、該プランジャは、該ハウジング内において上死点と下死点との間を移動可能であって、該下死点側端部には止具を打撃するブレードが設けられていて、該上死点側端部には該プランジャを該上死点側に付勢する付勢部材が設けられていることが好ましい。

このような構成により、プランジャを上死点に戻すための戻しバネが設けられているため、コイルに電流を流すことによってプランジャを上死点に戻す場合と比較すると、消費電力を削減することができる。

また、該付勢部材は、円錐バネであることが好ましい。

このような構成によると、戻しバネは円錐バネであるため、コイル状のバネと比較すると短いストロークで戻し力を得ることができる。

また、該プランジャは、少なくとも２つの磁石を有することが好ましい。

本発明の釘打機によれば、エネルギー効率が高いという優れた効果を奏し得る。

本発明の第１の実施形態の釘打機の断面図本発明の第１の実施形態の釘打機のプランジャ周辺の部分拡大図本発明の第１の実施形態の釘打機のプランジャの動作原理を説明するための図本発明の第１の実施形態の釘打機のプランジャの動作を説明するための図本発明の第２の実施形態の釘打機の断面図

以下、本発明の第１の実施形態を添付図面を参照して説明する。本発明の釘打機１は、ハウジング２と、プランジャ３と、コイル部４と、制御部５と、バッテリ６と、マガジン７と、ノーズ８と、を備えている。図１において、ハウジング２に対してノーズ８が設けられている側を下方向と定義し、逆を上方向と定義する。また、マガジン７に対してバッテリ６が設けられている側を後と定義し、逆を前と定義する。

ハウジング２は、プランジャ３、コイル部４、及び制御部５を収容する本体部２１と、本体部２１から後方に延出するハンドル部２２とから構成されている。本体部２１内には、後述する戻しバネ３２を収容するバネ収容空間２１ａと、バネ収容空間２１ａの下方に隣接するコイル収容空間２１ｂと、コイル収容空間２１ｂの下方に隣接する空隙部２１ｃ（空間）と、空隙部２１ｃの後方に位置する制御部収容空間２１ｄと、が規定されている。制御部収容空間２１ｄの後方の壁面には、コイル部４の動作によって排出される空気の排気口２１ｅが形成されている。

プランジャ３は、略円柱形であって上下方向に延びるようにハウジング２内に収容されている。プランジャ３は、ハウジング２内において、上死点と下死点との間を移動可能である。図１に示す初期状態（上死点に位置した状態）では、プランジャ３の上部はバネ収容空間２１ａに位置し、プランジャ３の下部はコイル収容空間２１ｂ及び空隙部２１ｃに位置している。プランジャ３は、複数の磁石３１から構成されており、それらはプランジャ３の動作方向（上下方向）に並んで配置される。以下、複数の磁石３１を上から順番に磁石３１Ａ〜３１Ｅと言う（図２）。磁石３１Ａ〜３１Ｅのプランジャ３の往復動方向における長さは、それぞれ等しくなっている。

複数の磁石３１は、磁石３１ＡのＮ極と磁石３１ＢのＮ極とが隣接し、且つ磁石３１ＢのＳ極と磁石３１ＣのＳ極とが隣接するように配置されている。本実施の形態では、プランジャ３は５つの磁石３１から構成されている。図３は、図２のIII―IIIに沿った線の断面における磁界の向き及びコイル部４に流れる電流の向きを示している。図３に示すように、プランジャ３の磁石３１のＮ極同士が当接した面における磁界の向き３１Ｆはプランジャ３の半径方向外方となる。また、磁石３１のＳ極同士が当接した面における磁界の向きは、プランジャ３の半径方向内方となる。このように構成することにより、プランジャ３の往復動方向に沿って磁極が順に配置される構造となる。

図１に示すように、プランジャ３の上端部には、戻しバネ３２の一端が固定されている。戻しバネ３１の他端は、バネ収容空間２１ａの下面に固定されている。戻しバネ３２は円錐バネであって、プランジャ３を上方に付勢している。戻しバネ３２は、プランジャ３が上死点に位置した状態では、上方に向かうにつれてその内径が細くなるように伸長し、プランジャ３が下死点に位置した状態では、圧縮されて略円板状になる。プランジャ３の上方には、第１バンパ３３が設けられており、戻しバネ３２によってプランジャ３が上死点に戻るときの衝撃を吸収している。

プランジャ３の下端部には、ブレード３４が下方に延びるように設けられている。ブレード３４は、初期状態において、空隙部２１ｃに位置している。空隙部２１ｃの下部には、プランジャ３が下死点に移動した時の衝撃を緩和するための第２バンパ３５が設けられている。空隙部２１ｃの後方の壁面には、制御部収容空間２１ｄと連通する空気通路２１ｆが形成されている。

コイル部４は、コイルＵ１，コイルＶ１，コイルＷ１からなる第１コイル４１と、コイルＵ２、コイルＶ２，コイルＷ２からなり第１コイル４１の下方に配置される第２コイル４２と、から構成されている。図２に示すように、第１コイル４１及び第２コイル４２は、磁石３１の磁界の向き３１Ｆと直交する方向、つまりプランジャ３の円周方向に巻回されている。図２の状態のとき、第１コイル４１のコイルＵ１に下から見て時計回りに電流が流れる（図３の矢印４１Ａ）。より詳細なコイル部４の制御は後述する。コイルＵ１，コイルＶ１，コイルＷ１、コイルＵ２、コイルＶ２，コイルＷ２のプランジャ３の移動方向の長さは互いに等しく、磁石３１Ａ〜３１Ｅのプランジャ３の移動方向における長さのおよそ３分の１になっている。

制御部５は、制御部収容空間２１ｄに収容されており、コイル部４の電流供給を切替えるスイッチング素子と、スイッチング素子を制御する演算部と、を備えている。

ハンドル部２２は、側面視略Ｌ字状であって略Ｌ字の一端は本体部２１と接続し、他端にはバッテリ６が着脱可能に設けられている。ハンドル部２２の本体部２１からの延出する基部には、トリガ２３が設けられている。トリガ２３は、ハンドル部２２内に設けられたスイッチ機構２４と接続している。バッテリ６は、ハンドル部２２内に配された図示せぬ配線によりスイッチ機構２４を介してコイル部４及び制御部５に電力を供給している。

ノーズ８には、ブレード３４が挿通可能な通路が上下方向に貫通するように形成されている。ノーズ８の先端には、プッシュレバー８１が設けられており、プッシュレバー８１が被打込材に接触して押された場合のみ、釘打機１は釘を打込むことが可能なように構成されている。

マガジン７は、ノーズ８とハンドル部２２の他端とに跨って設けられている。マガジン７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８の図示せぬ通路内に釘を供給している。よってプランジャ３が下死点に移動した際には、ブレード３４によりノーズ８の図示せぬ通路内にある釘はノーズ８先端より押し出され、被打込部材に打ち込まれる。

以下、釘打機１の釘を打込む動作について説明する。先ず作業者がトリガ２３を引くと共にプッシュレバー８１を被打込部材に押し当てるか、プッシュレバー８１を被打込部材に押し当てた後にトリガ２３を引く。すると、バッテリ６を電源として制御部５からコイル部４に電力が供給される。図４（ａ）に示す初期状態では、制御部５の演算部は、磁石３１Ｃ及び３１ＤのＮ極と半径方向に対向する第１コイル４１のコイルＵ１及びコイルＶ１に上から見て反時計回り方向に電流を流す。同時に、磁石３１Ｄ及び３１ＥのＳ極と半径方向に対向する第２コイル４２のコイルＵ２及びコイルＶ２に上から見て時計回りに電流を流す。これにより、プランジャ３に下方向に向かってローレンツ力Ｆが発生する。ローレンツ力Ｆによって、プランジャ３は下死点側に移動する。

プランジャ３がコイル部４内を移動することによって、第１コイル４１及び第２コイル４２に起電力が発生する。演算部は、第１コイル４１及び第２コイル４２に発生した電圧波形を検出することでプランジャ３の位置を判断し、コイル部４に流す電流を制御している。

図４（ｂ）に示すように、プランジャ３が図４（ａ）の位置から下方に移動すると、演算部は磁石３１Ｃ及び３１ＤのＮ極と対向する第１コイル４１のコイルＶ１及びコイルＷ１に上から見て反時計回りに電流を流し、磁石３１Ｄ及び３１ＥのＳ極と対向する第２コイル４２のコイルＶ２及びコイルＷ２に上から見て時計回りに電流を流す。図４（ｃ）に示すように、プランジャ３が図４（ｂ）の位置から下方に移動すると、演算部は磁石３１Ｂ及び３１ＣのＳ極と対向する第１コイル４１のコイルＵ１に上から見て時計回りに電流を流し、磁石３１Ｃ及び３１ＤのＮ極と対向する第１コイル４１のコイルＷ１及び第２コイル４２のコイルＵ２に上から見て反時計回りに電流を流し、磁石３１Ｄ及び３１ＥのＳ極と対向する第２コイル４２のコイルＷ１に上から見て時計回りに電流を流す。図４（ｄ）に示すように、プランジャ３が図４（ｃ）の位置から下方に移動すると、演算部は磁石３１Ｂ及び３１ＣのＳ極と対向する第１コイル４１のコイルＵ１及びコイルＶ１に上から見て時計回りに電流を流し、磁石３１Ｃ及び３１ＤのＮ極と対向する第２コイル４２のコイルＵ２及びコイルＶ２に上から見て反時計回りに電流を流す。このように、演算部でプランジャ３の位置に応じてコイル部４に流れる電流を制御することにより、プランジャ３を上死点から下死点へと移動させる。このとき、空隙部２１ｃ内の空気は、空気通路２１ｆ及び制御部収容空間２１ｄを通りながら制御部５を冷却しつつ、排気口２１ｅから外部に排出される（図１の矢印２１Ａ）。

プランジャ３が下死点へと到達すると、プランジャ３の下端面が第２バンパ３５と当接し、ノーズ８の図示せぬ通路内の釘が被打込材に打ち込まれる。これと同時に、演算部は、コイル部４への電流の供給を遮断する。そうすると、プランジャ３は戻しバネ３２の付勢力によって第１バンパ３３と当接するとともに上死点に戻され初期状態となる。

このような構成によると、コイル部４に電流を流すことによって発生するローレンツ力Ｆによってプランジャ３を駆動しているため、エネルギー効率が１０〜２０％となる。これは、従来のソレノイド式の釘打機（エネルギー効率２〜３％）と比較するとエネルギー効率が良いため、電力消費量を削減できる。また、同等の打込性能を得ようとした場合、釘打機１本体のサイズをソレノイド式の釘打機よりも小型化することができる。また、釘打機１を構成する主な部材は、プランジャ３、コイル部４、及び制御部５であるため、フライホイール式の釘打機と比較すると構成が簡単であり、部品点数が少ない。

また、制御部５がコイル部４に発生する起電力によってプランジャ３の位置を検出しているため、プランジャ３の位置を検出するための素子を装着する必要が無い。これにより、釘打機の部品点数を削減することができる。

また、プランジャ３を上死点に戻すための戻しバネ３２が設けられているため、ローレンツ力Ｆによってプランジャ３を上死点に戻す場合と比較すると、電力消費量を削減することができる。

また、戻しバネ３２は円錐バネであるため、コイル状のバネと比較すると短いストロークで強い力を得ることができる。これにより、バネ収容空間２１ａの上下方向の距離を縮めることができる。

また、空隙部２１ｃと制御部収容空間２１ｄと外気とは互いに連通しているため、プランジャ３の移動によって空隙部２１ｃ内の空気が制御部収容空間２１ｄを介して外部に放出される。これにより、新たにファン等を設けることなく制御部５を冷却することができる。

また、釘打機１はバッテリ６により駆動するため、携帯性に優れる。

次に、図５を参照しながら第２の実施形態の釘打機１０１について説明する。第１の実施形態と同一の構成は、同一の符号を付し説明を省略する。

制御部５は、さらにプランジャ３の位置を検出するためのホール素子１５１（位置検出センサ）を備えている。ホール素子１５１は、空隙部２１ｃの上端後方であって、プランジャ３の可動範囲から外れた位置に配置されている。ホール素子１５１は、図示せぬ配線により制御部５の演算部と電気的に接続している。

ホール素子１５１は、プランジャ３が初期状態から下死点側に移動すると、磁石３１と対向する。これにより、プランジャ３の位置を検出する。

このような構成によると、ホール素子１５１によってプランジャ３の位置を検出しているため、プランジャ３の位置を正確に判断することができる。

本発明による釘打機は上述した実施の形態に限定されず、たとえば特許請求の範囲に記載された発明の要旨の範囲内で種々の変更が可能である。

上述した実施形態では、プランジャ３は５つの磁石３１Ａ〜３１Ｅにより構成されたが、磁石の数はこれに限定されない。例えば、プランジャ３は５つ以上の磁石により構成されてもよい。

上述した実施形態では、コイル部４は第１コイル４１と第２コイル４２とにより構成されたが、コイル部４の数はこれに限定されない。例えば、コイル部４は３以上のコイルにより構成されてもよい。

上述した実施形態では、戻しバネ３２によりプランジャ３を上死点に戻したが、戻しバネ３２を設けずにコイル部４に電流を流すことによってプランジャ３を上死点に戻してもよい。

１・・釘打機２・・ハウジング３・・プランジャ４・・コイル部５・・制御部６・・バッテリ７・・マガジン８・・ノーズ２１・・本体部２２・・ハンドル部２３・・トリガ３１・・磁石３２・・戻しバネ３３・・第１バンパ３４・・ブレード３５・・第２バンパ４１・・第１コイル４２・・第２コイル２１ａ・・バネ収容空間２１ｂ・・コイル収容空間２１ｃ・・空隙部２１ｄ・・制御部収容空間２１ｅ・・排出口２１ｆ・・空気通路

Claims

ハウジングと、
該ハウジングに往復動可能に収容され、少なくとも３つの磁極を往復動方向沿って有するプランジャと、
該ハウジングに収容され、該プランジャの半径方向外方に該プランジャを囲むように配置され、該プランジャの円周方向に巻回されるコイルと、
該コイルへの電力の供給を制御する制御部と、
該制御部に電力を供給する電源と、を備える釘打機。
該制御部は、該プランジャが該コイル内を通過する際に該コイルに発生する起電力の電圧波形を検出することにより該プランジャの位置を検出することを特徴とする請求項１に記載の釘打機。
該プランジャの該半径方向外方に配置され、該制御部に電気的に接続され、該プランジャの位置を検出するための位置検出センサをさらに有する請求項１に記載の釘打機。
該プランジャと該制御部の間に空気通路を設け、該プランジャの移動で発生する空気の流れによって、該制御部を冷却することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の釘打機。
該プランジャは、該ハウジング内において上死点と下死点との間を移動可能であって、該下死点側端部には止具を打撃するブレードが設けられていて、
該ハウジング内において、該プランジャが該上死点に位置している状態で、該ブレードの周囲には空間が形成されており、該空間の該半径方向外方には外気と連通するとともに該制御部が配置される制御部収容空間が形成されていて、該空間と該制御部収容空間とは互いに連通していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の釘打機。
該プランジャは、該ハウジング内において上死点と下死点との間を移動可能であって、該下死点側端部には止具を打撃するブレードが設けられていて、該上死点側端部には該プランジャを該上死点側に付勢する付勢部材が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の釘打機。
該付勢部材は、円錐バネであることを特徴とする請求項６に記載の釘打機。
該プランジャは、少なくとも２つの磁石を有することを特徴とする請求項１に記載の釘打機。