JP2015536834A - 磁気ピストンホルダを有する打込み装置 - Google Patents

Abstract

本発明の留め具打込み装置は、留め具３にエネルギーを伝播するために、ピストン要素１を手持ち式のハウジングに収容し、そのピストン要素１はシリンダー２内で案内されて駆動力により留め具３に向けて加速される。ピストン要素１は保持要素５の磁力により初期の位置に保持され、その保持要素５は、第１の磁気伝導性の係止具７及び第２の磁気伝導性の係止具８を有する。励起磁石６が磁気伝導性の係止具７、８の間に配置される。磁気伝導性の接触係合片９がピストン要素に配置され、それと係止具７、８とが接続されて、ピストン要素１が保持される。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前文が記載する留め具打込み装置に関する。

特許文献１は、駆動ピストンが磁石により最初の位置に保たれた、燃料ガスを燃料とする留め具打込み装置を開示している。これにより、燃料ガスの燃焼圧力が磁石の保持力を上回るまで、ピストンが動作を開始しない。

独国特許出願公開第１０２５３６７０号明細書

本発明の目的は、磁石で保持されたピストンに高い保持力が働く留め具打込み装置を提供することである。

上述の種類の留め具打込み装置の課題は、請求項１の特徴によって解決される。２つの磁気伝導性の係止具を保持部材の主要部に形成することで、特に強い保持力が容易に加わる。できるだけ多くの励起磁石からの磁力線が閉鎖曲線内の接触係合片及び２つの係止具を通ることが特に好ましい。

ピストン要素に働く駆動力との関係に関しては、締め留め具打込み装置の構成は自由である。本発明は、具体的にはピストン要素の磁気的保持に関し、広義には加速ピストン要素を有するあらゆる留め具打ち込み装置の構成に関する。この打ち込み装置は、燃焼室で燃焼される燃料ガスの圧力により駆動力が生じる燃料ガス駆動であることが好ましい。ピストンの加速は、保持要素が加えうる最大限の保持力を超えた後にピストンを開放することで改善される。もう１つの好ましい留め具打ち込み装置の形態では、圧縮空気により留め具打ち込み装置を動作させる。

本発明の留め具要素は、打ち込みが可能なあらゆる釘、ボルト、またはネジとする。

本発明の磁気伝導性材料は、透過性因子（μ）が大きく、１以上、好ましくは４以上のあらゆる材料と解される。特に、磁気導体は強磁性物質と解される。

保持位置でのピストンによる接触または打撃が磁気伝導体の機械的破壊または劣化につながらないように、少なくとも係止具及び／または接触係合片といった磁気伝導体も例えば鉄または鉄合金といった高強度材料から成ることが好ましい。

本発明の励起磁石は、完全または少なくとも強力な磁気保持力を持たせることができる磁性体と解される。高い磁束密度を有する永久磁石が特に好ましく、電磁石を励起磁石の代わりにしても、励起磁石に追加してもよい。励起を永久磁石として構成すると、特に高品質で新しい磁性材料を用いた場合は、保持力を非常に高くすることができるとともに、小さな設置空間と軽量の保持要素の実現が可能である。電磁石は、必要に応じて保持力を働かなくするか、変化させることができるという優位性がある。

励起磁石に機械的影響を与えることを防ぐためにも、接触係合片が励起磁石に直接接触しないことが特に好ましい。構成によっては、磁気伝導性の係止具とのみ接触が発生し、それによって弾性制振手段との付加的な接触を起こすことができることが好ましい。励起磁石と接触係合片の間を保持力が同様に通過し、磁力線も通るが、その間の距離は短いことが好ましい。

必ずしも必要ではないが、接触係合片をピストン要素の別個の部品として形成することが好ましい。特に接触係合片は、軽金属などの異なる材料でできたピストンに取り付ける強磁性円環とすることができる。または、全体が強磁性材料から成るピストンとしてもよい。

磁気伝導性の係止具及びその他の磁気伝導体並びに励起磁石は、狭義では強磁性材料から成り、材料の種類によっては永久磁石化が不可避になりうることを明確にしておくべきである。本発明では、励起磁石及び磁気伝導体の磁化が多数回、具体的には１０回以上行われる。結果として本発明では、保持力はその大半が励起磁石からの力線により生じる。

一般的に好ましい本発明の実施態様では、少なくとも一定の箇所において、励起磁石がピストン要素の中央軸の回りで円環状に配置される。構成によっては、励起磁石を閉鎖された円環として形成してよいが、円周方向に連続して配置される複数の区分として形成してもよい。

好ましい改良された実施態様では、第１の係止具と第２の係止具とがそれぞれ、少なくとも一定の箇所に、励起磁石に対して同心の円環を形成し、その中の１方の係止具が励起磁石よりも半径が小さく、もう１方の係止具が励起磁石よりも半径が大きい。このような配置により、ピストン要素の比較的狭い周辺領域に大きな保持力が最適に働く。ガスに晒されるピストンの有効面積がより大きくなることから、一定の状況下では周辺領域の小ささが有利に働く。

第１の好ましい実施態様では、係止具が励起磁石に隣接及び接触し、励起磁石からの磁力線の大部分が径方向に向けて係止具に入り込む。このような構成により、特に省スペース及び軽量に加え、係止具及び励起磁石の製造の精度に求められる比較的高い条件も満たされる。

その他の本発明の実施形態または代替の実施態様では、区切られた空隙が係止具と励起磁石の間に設けられ、ピストンと逆向き方向の面で磁気伝導性の結合要素が係止具と励起磁石を接続する。これにより、保持要素の簡素かつ費用対効果に優れた大量生産と同時に、特に高い保持力を達成することができる。この空隙は、特に励起磁石の係止具に対する後退構造で形成される。ピストン要素が有する表面輪郭によりピストン要素と励起磁石の間の空隙が確保される構成を、追加的構成または代替構成とする。

一般的に好ましい本発明の改良された実施態様では、励起磁石のピストンに面する側の面が磁気伝導箔により覆われている。箔が２つの係止具を磁気伝導的に接続すると特に好ましい。箔の厚さは、必ずしもというわけではないが、０．５ｍｍ未満が好ましい。このような箔は、特に高温状態で、励起磁石の減磁及び寿命短縮につながり得る、励起磁石の磁束密度の臨界値到達を防ぐことができる。特に、励起磁石の選択において、より費用効果に優れ、より高感温性の材料の使用を選択することができる。

本発明の磁気保持要素の構成では、保持要素の大きさ及び総重量がどのような値でも、特に高い保持力を実現する。ピストンの加速を改善するには、保持要素の保持力Ｆが、少なくともピストンの直径ｄに対してＦ／ｄ＝２５Ｎ／ｃｍであることが好ましい。

本発明のさらなる優位性及び特徴については、下記の実施例及び従属項に記載の発明の通りである。本説明の好ましい実施例については、添付の図面を参照しながら以下に記載し、詳細に説明する。

本発明の第１の実施例に基づく留め具打込み装置を示す概略断面図である。 図１の留め具打込み装置の磁気保持要素の詳細図である。 本発明の第２の実施例の磁気保持要素の詳細図である。 図２の磁気保持要素の力線の計算値を表す曲線を示す図である。 ２つの幾何学的パラメータの関数で求めた図２の保持要素の保持力の計算値を表す図である。 図３の磁気保持要素の力線の計算値を表す曲線を示す図である。 磁気伝導箔を有する本発明の第３の実施例の磁気保持要素の力線の計算値を表す曲線を示す図である。 箔の厚さの関数である、図７の実施例の磁界強度の曲線を示す図である。 左側に永久磁石の磁化傾向を、右側に箔の厚さの関数である、保持力及び達成可能な最小磁束密度の曲線を示す図である。

図１に示す留め具打込み装置は、シリンダー２に案内されて軸Ａに沿って打ち込み動作が可能なピストン要素１を備える。ピストン要素１の駆動プランジャー１ａは、ピストンの留め具３に対して、この場合は釘に対して、動くことによって打撃を行う。すなわち留め具３は、加工対象物（図示せず）に対して打ち込まれる。これらの装置部品は既知の手法で手持ち式のハウジング（図示せず）に配置して、打ち込み装置を作業者による携帯が可能な手持ち工具とする。

この場合においてピストン１は、図中シリンダー２の上方に配置された燃焼室４内の発火した空気と燃料ガスの混合物の膨張により駆動される。図１が示す最初の位置では、ピストンが磁気保持要素５により保持されている。図示しない別の実施例では、圧縮した空気または粉体カートリッジからの発火燃料粉体の膨張によりピストンが駆動される。燃料ガスの発火後には、ピストンに働く加圧力が保持要素５の磁気保持力Ｆを超えるまで、体積が一定の状態のまま燃焼室の圧力が上昇する。ピストンの初期加速度は、あらかじめ作用している保持力に比例して増加する。

図２は、磁気保持要素１をより詳細に示している。磁気保持要素１は、環状の永久磁石６を備える。永久磁石６は軸Ａと同軸に配置されることに加え、軸Ａと平行に磁化されて励起磁石として機能する。第１の係止具７及び第２の係止具８は、それぞれ輪として構成され、第１の係止具７は励起磁石６よりも半径が小さく、第２の係止具８は励起磁石６よりも半径が大きい。第１の係止具７は励起磁石６の内部で径方向に配置され、励起磁石６と同軸となる。次に励起磁石６は第２の係止具８の内部で径方向に配置され、第２の係止具８と同軸となる。第１の係止具７も同様に第２の係止具８に重なるように配置されるが、軸方向の高さは同じであることが好ましい。

係止具７、８と励起磁石の間に環状の空隙１０が残り、励起磁石が径方向に向かって係止具７、８に接触しないように接続されている。

係止具７、８は、ピストン要素１の接触係合片９が当接する環状の正面７ａ、８ａを有する。係止具７、８が接触係合片９により磁気的に接続されているため、高い磁気保持力で接触係合片９が係止具７、８に対して吸引される。

励起磁石６と接触係合片９との間に残る空隙６ａの幅は０．４ｍｍ未満であることが好ましく、一般的にその幅は約０．１ｍｍである。そのため、接触係合片６は励起磁石に直接接触することはなく、同時に幅の狭い空隙６ａによって十分な力線の通過が確保されている。空隙６ａは、できるだけ小さいことが好ましい。

係止具７、８は、ピストン要素１と逆方向に向いた側面で結合要素１１を介してお互いに接続されており、かつ励起磁石は結合要素１１に接触するように設置されている。励起磁石６と結合要素１１は、接着、形状に基づく嵌め合い、またはその他の方法により接続してよい。

本発明の係止具７、８、結合要素１１、及び接触係合片９はそれぞれ、鉄合金または焼結フェライトなどの磁気伝導性材料から成る。

図４が示す磁力線の計算値及びシミュレーション結果は、ピストン要素１が保持された状態で略環状の力線が閉鎖されていて、結果として保持力が高くなることを示している。

本実施例において、ピストン要素１の直径ｄは７ｃｍである。図５が示す保持力Ｆの計算値は、３００Ｎから約６００Ｎの範囲が一般的となり得る。ピストンの直径を基準にすると、上記の範囲は約４３Ｎ／ｃｍから約８５Ｎ／ｃｍに相当する。

図５に示す計算では、保持要素の幾何学的パラメータが可変である。パラメータｋｓは比Ａｍ／Ａｆと定義され、Ａｍは励起磁石６の端面の表面積を、Ａｆは係止具７ａ、８ａの正面の表面積の和を表す。パラメータｋｈは、結合要素１１の軸方向の高さの測定値と接触係合片９の軸方向の高さの測定値の比を表す。

保持要素の重さの最適化は、上記のパラメータ及びその他の幾何学的パラメータを考慮し、最適化することにより行ってよい。追加の幾何学的パラメータとしては、空隙１０の幅がある。その他、磁石６の高さ及び幅並びに係止具７、８の高さ及び幅が好ましいが、必ずしもこれらをそのまま追加する必要はない。

図３は第１の実施例とは異なる本発明の保持要素の第２の実施例を示す。この場合、係止具７、８が径方向について励起磁石（永久磁石）６に直接接触することで、空隙が残らないようになっている。第１の実施例とは異なり、励起磁石６が径方向に磁化するため、力線が径方向に向かって直接留め具７、８に入り込む。

第１の実施例とは異なり、空隙がないため、係止具の間に結合要素を設けてもよい。これにより、保持力の割には構造を簡素化できる。図３が示す係止具７、８は、アルミニウム合金製の燃焼室４の磁気非伝導性の底部を介して接続されている。

図６は、第２の実施例の保持要素の磁力線の計算値を示す。第１の実施例とは異なり、同心の力線が一組しかなく、９０°の回転磁化により励起磁石６の軸方向向きの面から出る力線はない。そのため、この実施例では、励起磁石と接触係合片の間に残る空隙の大きさはほとんど重要ではない。

図７は、本発明のさらなる実施例での力線を表す曲線の計算値を示す。保持要素が表示されているが、接触接触係合片は表示されていない。

図７の実施例では、磁気伝導箔１２が励起磁石６の下に配置されており、図１の実施例とほぼ同じである。この場合において、箔１２は係止具７、８を接続し、これら係止具７、８から箔に密度の高い磁力線が入り込んでいる。

この場合では、箔の厚さ、言わば高さは約０．１ｍｍである。図７から分かる通り、箔１２は、厚さが異なる領域が幅方向全体を覆うことで力線を表す曲線を最適化する構造等にしてもよい。

概して言えば、箔１２は実現可能な保持力Ｆを若干減衰する。しかし箔には、ピストンの位置が変わる際にたとえ高温であっても、励起磁石のいかなる減磁も防ぐ効果がある。

図８は、箔の厚さの関数であり、図７が示す箔の側面の磁束密度の空間曲線を示す。磁束密度の最小値は箔の使用により増加することが明らかである。これは、以下の図９についての説明から明らかな通り、高温での励起磁石の減磁を防ぐからである。

図９が示す２つの図は、励起磁石に起こり得る減磁に関する。

左側の図は、実線で１５０℃に於ける永久磁石の磁化傾向を示す。下の破線は、Δ＝１０ｍｍでのピストンの距離で、ピストンの最大距離に等しいと考えることができる。上の破線は、接触係合片がある基準位置のピストン要素１を示す（Δ＝０．１ｍｍ）。

実線の曲線の左側の領域での屈折または急激な傾斜は、ピストンが位置を変える際に励起磁石６が少なくとも部分的に減磁する磁束密度の状態を示す。こうした状態は所定の温度では起こらない。

上述の箔１２は、作動温度の全域でこの状態を確保するために使用してもよい。または、できる限り適した永久磁石の材料を選んでもよいが、その場合はかなり費用が嵩む。

図９の右側の図は箔の厚さの関数であって保持力Ｆ（力）を表す曲線であり、達成された磁束密度の最大値も示されている。比較的小規模な保持力の低下がみられるが、これは許容磁束密度の大きな改善に伴うものであることが分かる。いずれの場合も、ピストンの直径ｄが７ｃｍである具体例では、４００Ｎをはるかに上回る保持力が達成されている。

図９の左側の図が表わす箔の厚さ（「箔の高さ」）の設定値は約０．１ｍｍであることから、磁束密度の最小値は約０．４Ｔで、約４７０Ｎの保持力が達成される。

Claims (10)

1. 留め具（３）にエネルギーを伝播するため、打ち込み動作が可能なピストン要素（１）が収納されたハウジングであって、前記ピストン要素（１）はシリンダー（２）内で案内されて駆動力により前記留め具（３）に対して加速され、また前記ピストン要素（１）は保持要素（５）からの磁力により最初の位置に保持される、ものにおいて、
   前記保持要素（５）は第１の磁気伝導性の係止具（７）及び第２の磁気伝導性の係止具（８）を有し、前記ピストン要素に配置された磁気伝導性の接触係合片（９）により、前記ピストン要素（１）が保持された状態で前記磁気伝導性の係止具（７、８）が接続され、前記磁気伝導性の係止具（７、８）の間に励起磁石（６）が配置される、
   ことを特徴とする留め具打込み装置。
2. 前記励起磁石（６）は永久磁石である、ことを特徴とする請求項１に記載の留め具打込み装置。
3. 前記励起磁石（６）が前記ピストン要素（１）の中心軸（Ａ）の回りを囲むように配置される、ことを特徴とする請求項１または２に記載の留め具打込み装置。
4. 前記第１の磁気伝導性の係止具（７）及び前記第２の磁気伝導性の係止具（８）がそれぞれ、前記励起磁石（６）と同軸の円環を形成し、１方の前記磁気伝導性の係止具（７）が前記励起磁石（６）よりも半径が小さく、他方の前記磁気伝導性の係止具（８）が前記一方の励起磁石よりも半径が大きい、ことを特徴とする、請求項３に記載の留め具打込み装置。
5. 前記係止具（７、８）が前記励起磁石（６）に隣接及び接触し、前記励起磁石（６）から出た前記磁力線が径方向に向けて前記係止具（７、８）に入る、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の留め具打込み装置。
6. 区切られた空隙（１０）が前記係止具（７、８）と前記励起磁石（６）との間に設けられ、磁気伝導性の結合要素（１１）が前記ピストン要素（１）とは逆向きの面において前記係止具（７、８）と前記励起磁石（６）とを接続する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の留め具打込み装置。
7. 前記励起磁石（６）の前記ピストン要素（１）を向いた面が磁気伝導箔（１２）により覆われている、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載の留め具打込み装置。
8. 前記箔（１２）は前記２つの係止具（７、８）を磁気伝導的に接続する、ことを特徴とする請求項７に記載の留め具打込み装置。
9. 前記永久磁石（６）の下に於いて、前記箔（１２）の厚さは０．５ｍｍ未満である、ことを特徴とする請求項７または８に記載の留め具打込み装置。
10. 前記ピストン要素（１）の直径ｄ当たりの前記保持要素（５）の保持力Ｆの値であるＦ／ｄが、少なくとも２５Ｎ／ｃｍである、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１に記載の留め具打込み装置。
    
    

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