JP4426235B2 - 燃焼動力式工具内の燃焼室のファン用モータ用懸架機構 - Google Patents

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Description

本発明は、一般に携帯可能な燃焼動力式ファスナ駆動工具に関し、とりわけ、本発明は、燃焼室のファン用モータ用マウントに関する。
携帯可能な燃焼動力式ファスナ駆動工具は、ファスナをワークピースへ駆動するために使用されている。例としての実施例のファスナ駆動工具が、特許文献1〜7において記載されており、それら全てを参照することによって本明細書に組み込まれている(例えば、特許文献1〜7参照。)。特定の実施例のファスナ駆動工具は、例えば、IMPULSE(登録商標)及びTRIMMASTER(登録商標)の商標でイリノイ州のヴァーノンヒルズのイリノイツールワークスによって販売されている。
米国特許第4522162号
米国特許第4483473号
米国特許第4483474号
米国特許第4403722号
米国特許第5197646号
米国特許第5263439号
米国再発行特許第32452号
前述のタイプの工具は、小さな内燃機関を包囲するほぼピストル形状の工具ハウジングを組み込んでいる。この内燃機関は、いわゆる燃料電池とも呼ばれるキャニスタの加圧燃料ガスによって動力が与えられる。電池で動力が与えられる電力供給ユニットは、点火用の火花を生成する。また、燃焼室内に位置するファンにより、室内において有効に燃焼させ、燃焼副生成物の排気を含む掃気を促進する。内燃機関は、シリンダ本体内に配置されている細長い強固なドライバブレードを有する往復ピストンを有する。
弁スリーブは、シリンダ周りで軸線方向に往復可能であり、リンクの端部におけるワーク接触要素がワークピースに押圧される時、リンクを介して、燃焼室を閉鎖するように移動する。この押圧動作は、さらに、調整針弁を作動開始して特定体積の燃料を閉鎖された燃焼室内へ導く。
内燃機関の燃焼室内の一回分の量のガスに点火するトリガスイッチを引く時、ピストン及びドライバブレードは、下方へ発射させられて位置決めされたファスナに衝撃を与え、ファスナをワークピースに駆動する。次いで、ピストンは、シリンダ内の差動気圧によって元の又は「用意のできた」位置に戻る。ファスナは、マガジンスタイルでノーズピースへ送られ、そこで、ファスナは、ドライバブレードの衝撃を受け入れるために、適切に位置決めされた向きで保持されている。
可燃性の燃料と空気の混合物を点火する時、燃焼室内の燃焼により、ピストン/ドライバブレード組立体を加速させ、ファスナがある場合にファスナにワークピースを貫通させる。この組み合わされた下方移動により、工具本体の反力又は反動を生じる。それゆえ、工具本体内で懸架されているファン用モータは、ピストン/ドライバブレード及びファスナの動力行程と反対方向の加速を受ける。
次いで、数ミリ秒以内で、ピストン/ドライバブレード組立体の勢いがバンパによって停止させられ、工具本体がワークピースに向けて加速させられる。それゆえ、ファン用モータ及び軸は、第一の加速方向と反対の加速力を受けている。これらの往復加速によってファン用モータが工具に関して振動する。この大きさの加速は、制御されていないままであるならば、燃焼室のファン用モータの寿命及び信頼性に有害である。
最近の携帯可能な燃焼動力式ファスナ駆動工具は、シリンダヘッドのキャビティ内にファン用モータを懸架する懸架機構を有することによって、モータの加速及び振動の問題を処理している。この懸架機構は、工具の操作中において、モータの往復の軸線方向加速と、結果として生じるモータの振動の作用とを減じ、工具内で標準の鉄芯モータを使用しうる。このような懸架機構の前に、往復の加速に耐えるように特製モータが工具内で要求されており、その結果、製造コストが増大する。
このような最近の懸架機構の実施例は、参照することによってその全体が本明細書に組み込まれている、本願と共通の譲受人に譲渡された特許文献8、9において記載されている(例えば、特許文献8、9参照。)。これら特許文献8、9に記載された懸架機構のタイプは、例えばシリンダヘッドの中心のディペンディングキャビティ内にモータを懸架している。懸架機構は、保持リング又はカップなどのファン用モータを留める保持機構へ加硫又は結合されうる、柔軟なゴムウェブを有する。このウェブは、さらに、保持リングから半径方向に離間しかつシリンダヘッドに留められた、鋼取付ブラケット又は鋼リングなどの機構に加硫又は結合される。弾性ウェブのみが、モータを保持する保持機構をシリンダヘッドに留める。ゴムウェブには、多くの好ましくは止まり端孔を設けることができる。
欧州特許第1197300号
欧州特許第925880号
これらの及び同様なタイプの懸架機構は、運転で誘起されるモータの往復の加速を低減又は減衰させ、その一方で、モータの振動を許容範囲内に維持し、それゆえ、モータの寿命を延ばす。懸架機構を有する携帯可能な工具において標準モータが使用されうるので、工具の製造コストが低減されうる。
しかしながら、中でも、ゴムウェブをスタンプ加工してゴムウェブを加硫又は結合するコストにより、現在の懸架機構を製造するのは困難で高価であった。製造業者に価格を下げるように商業的圧力が続くことにより、低い製造コストで従来技術の懸架装置の利益を実質的に提供する燃焼室用ファン用モータの懸架装置を提供することが要求されている。
本発明は、燃焼動力工具のファン用モータ懸架機構用マウントを提供することである。この燃焼動力工具は、加速の少なくとも一つによってモータを工具に関して振動させる、燃焼室内の燃焼時のモータの上向きの軸線方向加速と、モータの次の逆の軸線方向加速とを発生させるタイプである。懸架機構は、モータに留められるように構成されている内側リングと、工具の一部分に留められるように構成された外側リングと、内側リングと外側リングの間で放射状に配置されかつこれらリングを接続するウェブとを有するマウントを備えている。マウントの内側リング、外側リング及びウェブは一体片である。
好ましくは、マウントのウェブは、ウェブの弾性を改良又は調整するための少なくとも一つの波形部を有する。ウェブは、一つ以上の間隙部によって少なくとも二つの部分に分割されうる。また、マウントは、デラウェア州のウィルミントンのE.I. Dupont de Nemours and Companyによって製造されるHYTREL(登録商標)エラストマーなどの熱可塑性ポリエステルエラストマーで形成されていることが好ましい。
本発明の好適な実施例において、工具は、燃焼室の少なくとも一部分を形成しているシリンダヘッドを有し、マウントの外側リングは保持リングによってシリンダヘッドに留められている。内側リングは、一対の保持リングによってモータに留められており、シリンダヘッドのキャビティ内に少なくとも部分的に懸架されている。
ここで図1を参照すると、本発明で使用するのに適したタイプの燃焼動力式工具が全体として10で示されている。燃焼動力式工具の一つのタイプが本明細書において示されているが、この懸架装置で使用するのに適した他の工具構成及び配置の構成要素を設けうるということが意図されている。工具10は、完全独立した内燃式電源16を包囲するように寸法決められた主電源室14を有するハウジング12と、主電源室14とほぼ平行でありかつ隣接した燃料電池室18と、燃料電池室18の一方側から延びておりかつ主電源室14の反対であるハンドル部20とを有する。
さらに、ファスナマガジン22は、主電源室14の下端部28から延びているノーズピース26との係合点からハンドル部20とほぼ平行に延びるように位置決めされている。電力を工具10へ供給するバッテリ(図示せず)が設けられており、このバッテリは、ハウジング12のファスナマガジン22と反対側のコンパートメント(図示せず)内に解放可能に収納されている。上端部30が主電源室の下端部28の反対にある。キャップ32が上端部30を覆っており、キャップ32は、ファン用モータ及び点火プラグを保護するようにハウジング12に解放可能に締め付けられている。ここで使用されているように、「下」及び「上」は、図1で示すような操作の向きにおける工具10について指すために使用されているが、本発明は、用途に依って種々の向きで使用しうるということが理解されるであろう。
米国特許第4483474号に示されている、機械的に連結された燃料調整針弁(図示せず)を使用することができる。あるいは、電磁ソレノイドタイプの燃料調整針弁(図示せず)又は譲受人が本願の譲受人と同一である米国特許第5263439号に記載されたタイプのインジェクタ弁が、当業界において公知のように、燃焼室内へ燃料を導入するために設けられている。MAPPなどの加圧された液状炭化水素燃料は、燃料電池室18内に配置された燃料電池内に収納され、当業界で公知のように、推進薬によって加圧される。
図1及び2をここで参照すると、主室の上端部30に配置されたシリンダヘッド34は、燃焼室36の上端部を形成しており、点火プラグ(図示せず)用の点火プラグポート(図示せず)と、ファン用電気モータ40と、シールOリング(図示せず)を備えている。本発明では、ファン用モータ40は、日本の東京の日本電産コパルや日本のキャノンや他の公知のモータ製造業者によって製造されるタイプの永久磁石ブラシDCモータとして公知の従来の鉄心モータである。このファン用モータ40は、アーマチャ(図示せず)及びアーマチャ軸43を有するアーマチャ軸端部42と、アーマチャ軸端部42の反対のブラシ端部45とを有する。
ファン用モータ40は、全体として50で示されているファン用モータの懸架機構によって、ディペンディングキャビティ52内で、モータのいくらかの長手方向移動を許容するシリンダヘッド34の中央において摺動可能に懸架されている。図2に示すように、ファン用モータ40は好ましくはキャビティ52内に保持されており、空気間隙部54がモータの下側又はアーマチャ軸端部42とキャビティ52の床部56との間で形成されている。空気間隙部54の機能は、操作の過程において生じる振動中においてモータ用クリアランスを提供することである。好ましくは、アーマチャ軸43は、床部56の穴57を貫通している。
図2においてさらに示しているように、懸架機構50は、全体的に60で示されているモータマウントを有する。モータマウント60は、内側環状リング62と、中央弾性ウェブ部(ウェブ)64と、外側環状リング66とを有している。内側リング62は、モータの側壁63において、好ましくは、アーマチャ軸端部42へよりもブラシ端部45へ長手方向において近いモータの部分において、ファン用モータ40と接触して留めるように構成されている。内側リング62をモータ40に留めるために、好ましくはスナップリングなどの二つの内側保持リング68は、少なくとも部分的にモータの側壁63周りで配置されており、内側リング62を軸線方向に包囲している。内側保持リング68は、好ましくは、側壁63に形成されている一対の対応の溝部70内に受容されており、これら溝部70は、保持リング68を軸線方向に拘束するために構成されている内側壁71を有している。したがって、内側リング62は、保持リング68に挟まれ又は軸線方向に拘束されており、モータ40のための取付地点を備えている。
マウント60の外側リング66は、工具10の一部分、好ましくはシリンダヘッド34に留められている。図2に示す実施例において、外側リング66は、シリンダヘッド34の環状肩部72に対して保持されている。対の保持リング68よりも大きな直径を有するスナップリングなどの別の保持リング74は、外側リング66をシリンダヘッド34に留める。保持リング74が外側リング66を覆って配置されており、保持リング74は、留められる時、シリンダヘッド内に形成されている溝部76内に受容され、肩部72の上方に配置され、保持リング74は、溝部76の内側壁77によって軸線方向に拘束されている。したがって、外側リング66は、肩部72と保持リング74の間で軸線方向に留められている。
ウェブ64は、半径方向において内側リング62と外側リング66の間で延びており、内側リング62と外側リング66を接続している。ウェブ64は、モータ40によるある程度の軸線方向の移動を許容するために、一つ以上の波形部、折り目部又は蛇腹部80を有するように形成されている。波形部80がこの実施例ではウェブの好適な構造として記載されているが、折り目部、蛇腹部又は同様な形状を採用しうるということが理解される。好ましくは、波形部80は、内側リング62及び外側リング66の軸線方向外面を越えない一つ以上の頂点82へ軸線方向に延びており、(頂点82を有する)波形部80は、内側リング62及び外側リング66の外面に関してへこんでいる。この波形部80により、ウェブ64は弾性を持ち、モータ40の衝撃が吸収される。
図3は、図1、2に示すモータマウント60とは異なる構成である、ウェブ102を有するモータマウント100の第二実施例を示している。外側リング66は、シリンダヘッド34内に配置された点火プラグ(図示せず)用の空間部を許容するように、凹所83を有する。しかしながら、図3に示すように、外側リング66は、内側リング62のように好ましくは連続的である。これにより、キャビティ52内でモータ40の一定の軸線方向の整列を維持するのを助け、アーマチャ軸43とキャビティの穴57の間の誤整列を減らしている。モータマウント100内のウェブ102は、ウェブによって区画された一対の間隙部88によって二つの不連続部87に分割されている。これら間隙部88の一つは、凹所82用のクリアランスを提供するように、凹所82の半径方向内側に配置されている。好適な実施例において、モータ40の往復の軸線方向の運動の平衡を保つように、これら間隙部88は、互いに直径方向に反対に配置されている。外側リング66上に形成されかつ外側リング66から半径方向外側に延びている一対のキー90は、肩部72近傍におけるシリンダヘッド34内の相補的な組の凹所(図示せず)内に嵌め込まれるように設けられている。キー90の数及び構成が用途に適するように変えうるということが考えられる。さらに、キー90が凹所であり、シリンダヘッド34が係合キー構成を有するということも考えられる。このキー90により、シリンダヘッド34内のマウント60の回転がなくされないまでも著しく減らされる。
マウント60、100の特徴は、金属リング又はブラケットに加硫又は接着される別個のゴムウェブを有する従来の懸架機構とは対照的に、マウントが一体片で形成されているという点である。さらに、マウント60は、好ましくは、E.I.Dupont de Nemours及びデラウェア州のWilmington社によって製造されたHYTREL(登録商標)エラストマーなどの熱可塑性ポリエステルで形成されている。本発明者は、HYTREL(登録商標)エラストマーで形成されたマウント60、100が、モータ40の加速を吸収する又は弱める所望量の弾性を提供し、その一方で、従来技術の懸架装置よりも著しく安価で製造及びカスタマイズすることができるということを認めている。マウント60、100は、懸架機構において金属又はゴムモータマウントを交換することにより、既存の燃焼工具を用いて構成することもできる。
懸架機構50は、操作時において、モータ40が工具10に関して過度に振動して及び底又は上につかないように調整されなければならない。この「調整」によって、懸架機構50のモータマウント60、100の弾性により、特定の電源16によって生成される、燃焼で誘導される力に依存して、特定用途の予め定めた限度内で特定のモータが過度に振動することを防ぐように調節されているということを意味する。当業者によって認識されるように、マウント60、100は、HYTREL(登録商標)エラストマー又は他の熱可塑性ポリエステルエラストマーで製造されており、工具を最適化する又は改造するためにカスタマイズされた形状、寸法などに成形又は他の方法で形成されうる。
本発明によるマウント60、100を調整するために容易に変えうるパラメータは、ウェブ64、102の形状、ウェブの波形部、折り目部又は蛇腹部80の数及び高さ、ウェブ又はリング62、66の厚さ、ウェブの不連続部間の間隙部88の数、寸法及び形状(、及び、その結果、ウェブの不連続部87の数)を含んでいる。マウント60、100を構成するHYTREL(登録商標)エラストマー又は同様な材料を使用することにより、これらのパラメータの中の一つ以上が変わるマウントの設計及び製造を容易に行うことができる。
例えば、図4及び5は、一つの間隙部112及び一つのウェブ114を有する第三実施例のモータマウント110を示している。図6及び7は、六つの間隙部122及び六つの部分124と一つのウェブ126とを有する第四実施例のモータマウント120を示している。図5と図7の比較は、ウェブ114とウェブ116の間で変わっている形状の例を示している。例えば、図5は、ウェブ114が、比較的に直線状の降下部94によって分離された、上側頂点82及び下側窪み92(図5の向きで示すように)を有する、断面において波状の波形部80を有していることを示している。この構成により、モータ40の移動をより少なくしうる制限の少ない移動が可能となる。対照的に、図7は、二つの頂点82を持った一対の波形部80を有する(図7の向きで示すように)ほぼM形状の正弦波断面を有するウェブ116を示している。さらに、図2に示すウェブ64は一つの波形部80を有する。当業者は、マウント60、100、110、120について、前述のパラメータ及び当業者に公知の他のパラメータを変化させることによってかなりの数の実施例が可能であり、これらの実施例の全てが本発明によって予測されるということを認識するであろう。
図1をさらに参照すると、ほぼ筒状の燃焼室36は摺動弁部材130によって開閉する。この摺動弁部材130は、公知の方法でリンクを用いてノーズピース26上のワークピース接触要素132によって主室14内で移動させられる。摺動弁部材130は燃焼室内の気体制御装置として機能し、燃焼室の側壁は、弁部材130によって形成されており、摺動弁部材130の上端部は、Oリング(図示せず)とシール係合して燃焼室の上端部をシールする。摺動弁部材130の下端部136は、ほぼ筒状体又はシリンダ138を境界付けている。筒状体138の上端部には、燃焼室36の下端部をシールするように、摺動弁部材130の対応部分と係合する外側Oリング(図示せず)が設けられている。
往復可能に配置されたピストン144がシリンダ本体138内にある。ノーズピース26内に適切に位置決めされたファスナ(図示せず)をワークピース(図示せず)へ駆動するために使用されている、強固な延長ドライバブレード146がピストン144に取り付けられている。シリンダ本体138の下端部は、ピストン144の動程の下限を規定しているバンパ150用の座部148を形成している。シリンダ本体138の反対端部において、ピストンストップ保持リング152が、ピストン144の上方移動を制限するように付けられている。
工具10を操作するためのつまみがハウジング12のハンドル部20内に位置決めされている。トリガスイッチ組立体154は、トリガスイッチ156と、トリガ158と、付勢されているトリガ戻し部材160とを有する。トリガスイッチ156の制御の下でECU162は点火プラグ(図示せず)を作動させる。
操作時において、トリガ158が引かれると、信号がECU160から生成され、点火プラグ38の火花間隙で放電が引き起こされる。この放電により、燃焼室36内へ噴射されてファン164で気化された又は破片にされた燃料に点火する。ファン164は、アーマチャ軸43によって駆動させられ、燃焼行程を改良して冷却及び掃気を容易にするように燃焼室36内に配置されている。ファン用モータ40は、好ましくは、参照することによって組み込まれている従来の特許でより詳細に開示されているように、ヘッドスイッチ及び/又はトリガスイッチ156によって制御されている。
当業界において公知のようにドライバブレード146がファスナと接触してファスナを基板に駆動するまで、上記点火によって、ピストン144及びドライバブレード146がシリンダ本体138の下方へ押される。次に、ピストン144は、燃焼室36内のシール状態によって部分的に維持されている、シリンダ内の気体の差圧により元の位置又は「準備のできた」位置へ戻る。
ファン用モータ40はこのサイクル中において二つの主たる加速を受ける。最初に、燃焼室36内の可燃ガスを点火することによってピストン144がワークピースに向けて下方に押され、好ましくはファスナがワークピースに押される時、工具10は、反対方向で上方の力又は反動力を受ける。工具10の懸架機構50によって懸架されているファン用モータ40は、この懸架機構50を通して伝達される力によって、工具10の反発の方向に上方に加速される。さらに、アーマチャ軸43は、軸線方向の遊びの限度内において、モータ40に関して移動を制限させていることによって同じ方向に加速されている。次に、約10ミリ秒未満で、ピストン144がシリンダ内でバンパ150に対して下につく。この動作により、工具10のワークピースに向かう加速を変化させる。それゆえ、この時、モータ40及び軸43はこの新しい反対方向に向けて加速される。本発明の懸架機構50及びマウント60、100、110、120は、燃焼で発生する主室14のモータ40への運転中の力を最小化しかつ軸線方向の加速度及び大きな振動からモータ40を保護するように、衝撃吸収及び絶縁システムを提供する。
モータマウント60、100、110、120は、モータ40を懸架して支持し、運転中において燃焼で発生するモータの加速を低減する。モータマウント60、100、110、120は、(好ましくは適切に調整された時、)振動を減衰させ、(上につく又は底につく)工具10を確実に拘束している中で、有害に接触することなく動的に作用する。モータマウント60、100、110、120は、予定した実際の反復可能な時間によって分離される二つの反対の加速を見越して、好ましくはキャビティ52の境界内で、モータ40を弾性的に拘束し、モータ40の示す加速力「g」を最小化する。モータ40は、工具10によって発生する加速力のために提供するようにカスタム設計される必要がない。その代りに、加速を吸収する及び振動を減衰させることができる懸架機構50を用いれば、より安価なモータを設けることができ、性能を損なうことなく工具の製造費全体を減じることができる。
モータマウント60、100、110、120は、モータ40用のマウントの支持減衰特性を最適化するように、前述の変形を用いて、図1〜7の例で示されるように設計及び/又は調整されうるということを当業者は認識するであろう。
本発明は、好ましくは安価に製造されかつ容易に調整され、かつ標準のモータを有する工具を含むいくつかの既存の工具に改造することができる、携帯可能な燃焼動力式工具の懸架機構用のモータマウントを提供する。本発明のマウントは、低コストで以前の鋼/ゴムの懸架機構の利益を提供している。
本発明の燃焼動力式工具用のマウントの特定の実施例を示しかつ記載したが、より広い態様で特許請求の範囲に記載されているように本発明から逸脱することなく、特定実施例を変形及び修正しうるということを当業者は認識するであろう。
本発明の一実施例の燃焼動力式ファスナ工具の部分側面図であり、明確のために工具が部分的に切り取られかつ垂直断面である。 本発明の第一実施例のモータマウントを有する、本発明の一実施例のシリンダヘッド及び懸架機構の垂直断面図である。 本発明の第二実施例のモータマウントの斜視図である。 本発明の第三実施例のモータマウントの斜視図である。 図4の線5−5に沿ってほぼその方向に見た第三実施例のモータマウントの断面図である。 第四実施例のモータマウントの斜視図である。 図6のモータマウントからの波形部の断面図である。
符号の説明
10…燃焼動力式工具
36…燃焼室
40…ファン用モータ
50…懸架機構
60…マウント
62…内側リング
64…ウェブ
66…外側リング

Claims (9)

  1. ファスナをワークピースに駆動する燃焼動力式工具内の燃焼室のファン用モータ用の懸架機構において、
    前記工具は、前記燃焼室内の燃焼時において前記モータの上向きの軸線方向の加速と、前記モータの次の逆の軸線方向加速とを発生させ、前記二つの加速の少なくとも一つは前記モータを前記工具に関して振動させ、前記懸架機構は、
    前記モータに留められるように構成された内側リングと、前記工具の一部分に留められるように構成された外側リングと、前記内側リングと前記外側リングの間に放射状に配置されかつ前記内側リングと前記外側リングを接続しているウェブとを有するマウントを備え、
    前記内側リング、前記外側リング及び前記ウェブは一体片であり、
    前記マウントは、前記工具のシリンダヘッドのキャビティ内において、前記シリンダヘッドに関して前記モータを少なくとも部分的に懸架させるように構成されており、
    前記マウントは、前記モータと直接的に係合しかつ前記シリンダ内で前記モータと前記シリンダヘッドとの間で唯一の接続を提供するように構成されており、
    前記ウェブは少なくとも一つの波形部を有する、懸架機構。
  2. 前記外側リングは、前記工具のシリンダヘッドに留められるように構成されている請求項1に記載の懸架機構。
  3. 前記内側リングは、前記モータに留められ、かつ前記シリンダヘッドのキャビティ内に前記モータを少なくとも部分的に懸架させるように構成されている請求項2に記載の懸架機構。
  4. 前記マウントは熱可塑性ポリエステルエラストマーで形成されている請求項1に記載の懸架機構。
  5. 前記マウントは、HYTREL(登録商標)エラストマーで形成されている請求項4に記載の懸架機構。
  6. 前記ウェブは、前記ウェブが少なくとも二つの部分に分割されるように少なくとも一つの間隙部を有する請求項1に記載の懸架機構。
  7. 前記ウェブは、ほぼ波状断面を有する請求項1に記載の懸架機構。
  8. 前記少なくとも一つの波形部は、少なくとも上側頂点及び下側窪み部を備えている波形部を有する請求項1に記載の懸架機構。
  9. 前記ウェブは、少なくとも二つの波形部を有する請求項1に記載の懸架機構。
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