JP4586564B2 - 燃焼式釘打機 - Google Patents

Description

本発明は、可燃性ガスと空気とを混合した混合気に着火することにより、ピストンを駆動する動力を発生させ、釘や鋲などの止具を打込む燃焼式釘打機に関する。

釘、鋲などの止具を打ち込む燃焼式釘打機（以下単にガス釘打機という）が特許文献１、２等に示されている。

ガス釘打機は、本体外枠を構成するハウジング、ハウジングの一端を覆うチャンバヘッド、ハウジング内に設けられたシリンダ、シリンダ上端付近外周に往復動可能に設けられたチャンバ、シリンダ内を往復動するピストン、ピストンに取付けられ止具を打ち出すドライバブレード、およびチャンバヘッド、チャンバ、シリンダ、ピストン上面で囲まれる空間に画成される燃焼室等からなり、駆動源となる燃料ガスが充填されたガスボンベをハウジング内部に取り付け、燃焼室に燃料ガスを噴射・気化させた後、点火プラグで発生させた火花により燃料ガスに着火し、燃料ガスの爆発的燃焼によりピストンを急激に移動させドライバブレードにより止具を木材などに打ち込む。

特公平７−３６９８５号公報 特公平３−２５３０７号公報

従来のガス釘打機において、トリガスイッチを操作し点火プラグで火花を発生させても、釘が打ち込めないという動作不良が発生していた。

図９〜図１１に従来のガス釘打機の点火プラグ５０付近の構成を示す。図９は従来のガス釘打機のチャンバヘッド１３を燃焼室２６側から見た斜視図、図１０は図９の点火グランドを燃焼室側から見た図、図１１は点火時の点火プラグ５０近傍の断面図である。図９に示すように、チャンバヘッド１３の燃焼室上面２６ａには内部にモータ１７が格納されるモータボス１３ａがあり、ファンシャフト１７ａが燃焼室側へ突き出ている。燃焼室上面２６ａには点火プラグ５０が設けられ、点火プラグ５０と対向する位置にチャンバヘッド１３と一体に形成された点火グランド５１がある。点火グランド５１は燃焼室上面２６ａから下方へ立設された点火グランド取り付け部５２によりチャンバヘッド１３に接続されている。点火部５０の形状は点火プラグ先端角θ２（図１１参照）が約６０度、点火グランド先端角β２（図１０参照）は約５０度〜６０度であった。正常な点火動作時では、スパーク火花５３は点火プラグ５０の点火プラグ芯６０の点火プラグ先端６１より点火グランド先端５４へ向かって生じる。

しかし、従来の点火プラグ芯６０の先端角θ２の場合、図１１に示すように、点火プラグ芯６０の途中の角部６２から不良スパーク火花５６が発生し、混合気に着火できない場合があった。不良スパーク火花５６の発生原因は、放電は電極の角部で起こり易いため、点火プラグ先端角θ２が約６０度であると、点火プラグ芯６０の角部６２から近くのチャンバヘッド１３へ放電してしまうためであった。

また、従来のガス釘打機では点火後に発生する火種が点火プラグ５０や点火グランド５１によって熱を奪われ、失火してしまう現象が発生し、動作不良を起こす原因となっていることが判った。従来の点火グランド５１の形状は、図１０に示す点火グランドの先端角β２が約５０〜６０度で、図１１に示す点火グランド接地対向部５５の形状が、燃焼室上面２６に略平行に伸び、角部に僅かなＲがついている形状であった。この点火グランド５１の形状では熱容量が大きく、火種の熱を奪い失火すること

本発明の目的は、点火不良によって発生するガス釘打機の動作不良低減を図ることである。

上記目的は、点火プラグの先端角およ点火グランドの先端角を鋭角として点火時の放電経路をプラグ先端から点火グランドに向かうようにし、また、火種の失火の原因となる点火グランドの熱容量を低減させた形状とすることにより達成できる。

本発明によれば、不良スパーク火花の発生を低減するような点火プラク先端形状としたことにより、安定した着火率を実現することができる。さらに、点火プラグ先端や点火グランドの熱容量を低減した形状としたため、スパーク時に発生する火種が点火プラグ５０や点火グランド５１に熱を奪われ失火してしまうことを防止し、安定した着火を実現することが可能となる。

燃焼式釘打機をガス釘打機に適用した実施の形態について図１〜図８を参照して説明する。なお、以下の説明において釘打ちこみ方向を下方、その反対方向を上方とする。

図１、図２は釘打ち動作前、図３は動作時のガス釘打機を示し、図１はガス釘打機全体を示す一部断面図、図2は図１の左側面から見たシリンダ付近の一部断面図、図3は燃焼室付近を拡大した図である。ガス釘打機１は外枠体を構成し、シリンダ等を内包する筒状のハウジング２を有する。

ハウジング２の上端には、その上端開口を覆うチャンバヘッド１３が固定される。チャンバヘッド１３にはファン１６を回転するモータ１７が支持されると共に、トリガスイッチ５の操作により点火火花を発生する点火プラグ５０が収納把持される（図５参照）。また、チャンバヘッド１３のハンドル４側内には燃料通路たる噴射通路１８が形成され、噴射通路１８の一端はチャンバヘッド１３の下端面に開口する噴射口１９をなし、他端側はガスボンベ４４と接続されるガスボンベ接続部４７が設けられている。

チャンバヘッド１３の上方には、吸気口３ａが形成されたトップカバー３が設けられる。ハウジング２の下端付近からは、後述のシリンダ２０と一体成形され、その先端部分が工作物２８に対向するノーズ７が延設されている。ノーズ７は後述のドライバブレード２３Ａの摺動と、釘が工作物２８に打込まれるのをガイドする。

ノーズ７の下端７ａには、工作物２８に当接するプッシュレバー１０が往復摺動可能に突出して支持され、プッシュレバー１０の上端部で後述するチャンバ１１に固定された連結ユニット１２と連接されている。

この連結ユニット１２は図２に示すように、一対のアーム部８と、このアーム部８下端にネジ１５で固定されるコネクタ部９から構成される。アーム部８上端は略直角に折り曲げられて鈎形状となっている。コネクタ部９は、略方形の長辺方向両端部に、ネジ穴が成された一対の切片が連接され、この一対の切片が連接部分より略直角に互いに対向するように折り曲げられて形成される。

連結ユニット１２のコネクタ部９とシリンダ２０との間であってシリンダ２０の径方向中心でない位置には、付勢部材であるスプリング１４が介装されている。よって、コネクタ部９で連接されたプッシュレバー１０が下方に付勢される。尚、ハウジング２は、このスプリング１４及び、コネクタ部９の位置まで延設されているため、スプリング１４及びコネクタ部９、更にコネクタ部９と螺合しているアーム部８はハウジング２内に内蔵される。また、スプリング１４をシリンダ２０の径方向中心でない位置に設けることにより、製品組立の後工程でスプリング１４を挿入することができるため、組立・分解が容易になる。

ハウジング２内には、ハウジング２の長手方向に移動可能で、上端がチャンバヘッド１３の下端面に当接可能なチャンバ１１が設けられる。チャンバ１１はチャンバ上枠１１ａとチャンバ下枠１１ｂとからなり、ボルト１１ｃなどで一体に固定される。このチャンバ下枠１１ｂには、アーム部８上端がピン４２により連結固定されて、チャンバ１１と連結ユニット１２とが係止される。連結ユニット１２はチャンバ１１に係止され、かつプッシュレバー１０に連接しているので、プッシュレバー１０の移動に伴ってチャンバ１１も移動する。

そしてチャンバ１１の内周面に当接してチャンバ１１の移動を案内するシリンダ２０が、ハウジング２に固定されている。シリンダ２０の軸方向中央部付近には排気穴２１が形成されている。この排気穴２１には逆止弁３５が選択的に塞ぐように設けられる。

図１に示すように、シリンダ２０内には、シリンダ２０に対して往復摺動可能なピストン２３が設けられ、ピストン２３はシリンダ２０内をピストン上室とピストン下室に画成する。このピストン２３の下面からドライバブレード２３Ａがノーズ７位置まで延出され、このドライバブレード２３Ａの先端が図示せぬ釘を打撃する箇所となる。そしてチャンバ１１の上端がチャンバヘッド１３に当接したときに、チャンバヘッド１３、チャンバ１１、ピストン上室、とにより燃焼室２６が画成される。そしてチャンバ１１がチャンバヘッド１３から離間したときは、チャンバヘッド１３とチャンバ１１の上端との間に外気と通じる第１流路２４が生じ、またチャンバ１１の上端部とシリンダ２０の上端部との間に第１流路２４に続く第２流路２５が生じる。

この第２流路２５は、シリンダ２０の外周面側に燃焼ガスや新たな空気を通過させ、この通過した燃焼ガス等はハウジング２の排出口２ａから排出される。また、上述した吸気口３ａは燃焼室２６内に空気を供給するために形成され、排気穴２１からは、燃焼室２６の燃焼ガスを排出する。

図１に示すように、チャンバ１１の燃焼室２６を画成する部分には、複数のリブ２７がチャンバ１１の軸方向に延び、半径方向内方に突出して設けられる。このリブ２７はファン１６の回転と相まって、燃焼室２６内での空気と可燃性ガスとの攪拌混合を促進させる。

ファン１６、噴射口１９等は全て燃焼室２６内に配置又は開口している。ファン１６はその回転により、チャンバ１１がチャンバヘッド１３と当接位置にあるときに空気と可燃性ガスとを攪拌混合させ、点火後に乱流燃焼を生じせしめて燃焼を促進させ、チャンバ１１がチャンバヘッド１３から離間して、第１流路２４、第２流路２５が生じたとき、燃焼室２６内の燃焼ガスを掃気すると共にシリンダ２０を冷却するという３つの機能を果たす。

ハウジング２の側部には図１の紙面垂直方向に２分割され形成されているハンドル４が設けられる。ハンドル４のハンジング２に面する箇所にはボンベ室部４ａが形成され、ボンベ室４ａ内には可燃性液化ガス（燃料ガス）が充填されたガスボンベ４４が着脱自在に収容される。

ハンドル４のボンベ室４ａに対向する位置には、ファン１６を回転させるとともに、点火プラグ５０で点火火花を発生させるための電源となるニカド電池などの蓄電池４３が収納、保持される。

ハンドル４の下方には図示されない釘を装填するマガジン部６が設けられている。

ハンドル４のボンベ室部４ａ下方のスイッチ収納部４ｂには、チャンバ１１が所定位置まで上昇したか否かを検出するスイッチ３０が設けられている。ハンドル４の把持部には止具の打込みを指示するトリガスイッチ５が設けられる。

チャンバヘッド１３に設けられた本発明点火部を構成する点火プラグ５０および点火グランド５１について図４〜図８により詳述する。
一般的にスパーク火花５３はプラグ芯６０の鋭利な角部から放たれやすいため、本実施形態では、点火プラグ先端６１を４５度以下の鋭角（本実施形態では３０度）に設定し、点火プラグ先端６１からスパーク火花５３が放たれやすくした。これにより、点火プラグ角部６２は大きな角度になるため、角部６２からの不良スパーク火花５６の発生を抑止することができる。図８に実験により求めた点火プラグ先端角度θと不良スパーク火花の発生率の関係を示す。図８に示すように点火プラグ先端角度θが、４５度以下で不良スパーク火花の発生を抑止できることが判った。また、このように点火スパーク火花５３が放たれる点火プラグ先端６１の角度を鋭角に絞ると、点火プラグ芯６０の体積が減り、熱容量が減少することになるので、火種の熱が点火プラグ先端６１から奪われにくくなり、安定した着火を実現することが可能となる。

また、スパーク火花５３が接地する点火グランド５１においても、失火現象の要因となる点火グランド先端５４の熱容量を低減するために図４、図５に示すように点火グランド接地対向部５５をテーパーに形成している。本実施形態においてはα１は約３０度としている。また、図６のように点火グランド先端角β１を４５度以下（本実施形態では約４０度）とすることにより、点火グランド５１の熱容量を低減できると共に、点火グランド５１がより尖った形状となるため、失火の割合が減り、不良スパークの発生を押さえることができ、混合気の着火率が向上する。

さらに図７に示す実施形態においては点火プラグ先端６１と点火グランド先端５４をずらして（オフセット）設定している。本実施形態においてはＸが約１ｍｍである。前述した通り、放電は尖った電極間で発生しやすいため、スパーク火花５３が点火プラグ先端から点火グランド先端５４に放電する確率が高くなり、着火率が向上する。

かかる構成とした結果、点火プラグ先端６１や点火グランド先端５４で点火時の熱が奪われ火花が消えてしまうといった失火現象を低減し、安定した着火率を実現することが可能となる。また、不良スパーク火花５６の発生を無くし、安定した着火率を実現することが可能となる。

次にガス釘打機１の動作について説明する。図１に示す非作動の状態では、スプリング１４の付勢力により、プッシュレバー１０は下方に付勢されてノーズ７下端より突出している。このときチャンバ１１は連結ユニット１２を介してプッシュレバー１０に連接されているので、チャンバ１１の上端はチャンバヘッド１３と離間し、またチャンバ１１の燃焼室２６を画成する部分と、シリンダ２０の上端部とも離間して、第１流路２４、第２流路２５が提供される。このときピストン２３は、シリンダ２０内の上死点位置に停止している。

この状態でハンドル４を把持し、プッシュレバー１０を工作物２８に押し付けると、プッシュレバー１０がスプリング１４の付勢力に抗して上昇し、同様に連結ユニット１２を介してプッシュレバー１０と連接したチャンバ１１も上昇し、上述した第１流路２４、第２流路２５が閉じられて、燃焼室２６が密封される。

またチャンバ１１の上昇によって、チャンバ１１上面に設置したアーム４５が回動し、ガスボンベ４４をチャンバヘッド１３方向に傾斜させ、ガスボンベ４４の噴射ロッドがチャンバヘッド１３のガスボンベ接続部４７に押し付けられて燃焼室２６内にガスボンベ４４の燃料ガスが噴射口１９より1回だけ噴射される。

更に、プッシュレバー１０の移動に伴ってチャンバ１１がストローク端まで上昇すると、チャンバ１１に形成された凸部が、ヘッドスイッチ３０下方から延びるプレート４１と接触することによりスイッチ３０がオンとなり、その結果ファン１６の回転が開始する。ファン１６が密封空間となった燃焼室２６内で回転することにより、燃焼室２６内に突出したリブ２７と相まって、噴射された可燃性ガスが燃焼室２６内の空気と攪拌混合される。

かかる状態でハンドル４のトリガスイッチ５をオンすると、点火プラグ５０から火花が発生し、混合ガスに着火する。

この燃焼・膨張したガスはピストン２３を下方へ移動させ、ピストン２３がシリンダ２０内のバンパ２９に衝接するまでノーズ７内の釘はドライバブレード２３Ａを介して工作物２８に打ち込まれる。

打ち込み後、ピストン２３はバンパ２９と接し、燃焼ガスは排気穴２１よりシリンダ２０外部へ放出される。排気穴２１には逆止弁３５が付随しており、燃焼ガスがシリンダ２０外部へ放出され、シリンダ２０及び燃焼室内部が大気圧になった時点で逆止弁３５は閉じられる。

シリンダ２０及び燃焼室２６内部に残った燃焼ガスは燃焼後であるため高温であり、その燃焼熱がシリンダ２０の内壁、チャンバ１１の内壁に伝わり、シリンダ２０等は高温になる。この熱は、シリンダ２０、チャンバ１１の外壁表面から大気中に放散されるが、アーム部８は、チャンバ１１に係止され、かつシリンダ２０の近傍に配置されているため、アーム部８及びこれに連なるコネクタ部９もシリンダ２０等と同様に高温となる。またスプリング１４もシリンダ２０下方に直に当接しているため、シリンダ２０よりの熱伝達により、高温になる。

このシリンダ２０等に燃焼ガスの燃焼熱が吸収されることにより燃焼ガスが急冷され、ピストン２３上部の閉じられた空間の圧力が低下し大気圧以下になり（熱真空という）、ピストン２３を初期の上死点位置に引き戻す。

また、このアーム部８、コネクタ部９、及びスプリング１４は、プッシュレバー１０の摺動に連動して動く箇所でもあるが、ハウジング２で覆われているため、使用者等がこのアーム部８等に直接触れることを防止している。

その後、トリガスイッチ５をＯＦＦし、本体を持ち上げ、プッシュレバー１０を工作物２８から離すと、プッシュレバー１０とチャンバ１１がスプリング１４の付勢により下方へ戻り図１の形態に戻る。この時、ファン１６はトリガスイッチ５をＯＦＦしても、制御部（図示せず）により一定時間、回転を継続している。図１に示す状態ではチャンバ１１の上方に第１流路２４、第２流路２５を生じさせ、ファン１６により流れを発生させることでヘッドがバー３に設けられた吸気口３ａからきれいな空気を取り込み、ハウジング排気口２ａから燃焼後の空気を吐き出すことで、燃焼室内の空気を掃気する。その後ファン１６が停止し初期の静止状態となる。静止状態になった後、上記過程を再度繰り返すことにより、再び釘を打ち込むことが可能となる。

本発明燃焼式釘打機を示す一部部分断面図。 図１の左側面分断面図。 燃焼式釘打機の使用時を示す燃焼室付近の要部拡大図。 点火部を示す断面図。 チャンバヘッドを燃焼室側から見た斜視図。 図５の点火グランドを示す底面図。 点火部の他の実施形態を示す断面図。 プラグ先端角度と不良スパークの発生率の関係を示した図。 従来のガス釘打機における図５相当図。 図８の点火グランドを示す底面図。 従来のガス釘打機の点火部を示した断面図。

符号の説明

１１はチャンバ、１３はチャンバヘッド、１３ａはモータボス、１６はファン、１７はモータ、２０はシリンダ、２３はピストン、４４はガスボンベ、５０は点火プラグ、５１は点火グランド、５４は点火グランド先端、５５は点火グランド接地対向部、６１は点火プラグ先端、６２は点火プラグ角部

Claims (1)

1. シリンダ上方に設けられ燃焼室を形成するチャンバヘッドと、該チャンバヘッドに支持されたモータにより回転するファンと、前記燃焼室内で前記ファンにより攪拌混合された燃料と空気の混合気に着火する点火部と、を備えた燃焼式釘打機であって、
   前記点火部は、点火プラグと、該点火プラグに前記シリンダの軸方向と平行な方向に沿って対向する位置に設けられ、前記チャンバヘッドに取り付けられた点火グランドからなり、前記点火プラグの先端角を４５度以下とすると共に先端に向かって細くなるテーパー状として点火プラグの先端部形状を円錐形とし、前記点火グランドの接地対向部を先端に向って細くなるテーパー状とすると共に点火グランドの先端角を４５度以下とし、前記点火プラグの先端と前記点火グランドの先端の位置を、前記シリンダの軸方向と直交する方向に沿ってオフセットさせ、前記点火グランドが点火プラグの先端延長線上に位置しないようにしたことを特徴とした燃焼式釘打機。

Images