JP5266318B2 - 締結具駆動工具のための給送機構保持装置 - Google Patents

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Description

本発明は、一般に、駆動力を受けるためのノーズ部に締結具を給送するマガジンを使用する締結具駆動工具に関し、より詳細には、締結具駆動工程中に発生するガス圧力を動力とする締結具給送機構を用いた工具に関する。
ここでは「工具」とか「ネイラ」と呼ばれる締結具駆動工具は、当該技術では公知のものであり、燃焼、圧縮ガス(空気圧)、火薬、電気によって作動する。コイルマガジン内に整列させた締結具を駆動する携帯用締結具駆動工具は市販されており、イリノイ州アイタスカ所在ITW Buildex社で製造されている。工具や締結具給送機構の中核となる作動原理はITWの米国特許第5558264号、米国特許第7040521号に記載されている。本願と一体をなすものとして上記2つの特許を参照する。米国特許第5558264号では、ガス導管は動力源の主駆動シリンダに対し、流体的に連通した状態に置かれる。
点火と燃焼により、駆動ブレードに取付けられた駆動ピストンが、駆動すべき締結具や釘に向かってシリンダの下側に移動する際には、燃焼ガスがガス導管に供給され、バネにより付勢された給送機構を作動するために使用される。ガス圧力は、バネによる付勢力に打ち勝ち、給送シリンダの内部に位置し給送爪に連結された給送ピストンを移動させる。整列させた締結具のストリップに関連し、圧縮ガスが爆発することにより、給送ピストンとこれに結合した給送爪が、ストリップ内の次順の締結具を引込み係合する。次に、燃焼ガスが消散することによって圧縮バネが伸長して、給送ピストンおよび次順の締結具が工具ノーズ部に向けて前進し、該締結具は駆動ブレードと係合する。
上記米国特許第5558264号では、ガス導管は、駆動シリンダの壁に、駆動ピストンの最上位置(点火前位置)と、駆動シリンダの反対側の端部により近く位置する排気ポート開口部との間に配置される。導管の位置は、それによって駆動サイクルの間に、駆動ピストンの相対的変位と、給送機構の給送ピストンの相対的変位との間に所定のタイミング関係が成立するようになっている。そのようなタイミングは、効果的に釘を制御し、かつノーズ部やマガジン内での釘詰まりを回避する上で重要な設計パラメータとなる。給送ピストンが後退を開始する前に、駆動ピストンが整列媒体から釘をはぎ取ることが好ましいが、そうでない場合、釘は低い制御性をもって駆動されることとなり、不満足な釘の駆動という結果になる可能性がある。
釘駆動プロセスが完結した後、その後の駆動ピストンの戻りと給送機構の前進との間のタイミング関係もまた、信頼あるピストンの復帰および釘の給送を達成するために重要である。好ましいタイミングシナリオは、給送機構が釘を工具ノーズ部やノーズ(これらの用語は互換性がある)内に前進させる前に、駆動ピストンを点火前位置に復帰させることである。現在、給送機構は、駆動ピストンと駆動ブレードが点火前位置へと戻る間に釘をノーズへ前進させる試みをしている。より詳細には、給送ピストンは、駆動ピストンが完全に交代するのに先立って、次順の締結具をノーズ部に向けて付勢する。この結果、戻りサイクルの間、釘が駆動ブレードに対して付勢されることになる。タイミングチャートの詳細のため、図6とそれに関連する記述を参照されたい。時刻t2、t3の間では、駆動ピストンがその点火前位置に戻る際、給送ピストンは次順の締結具を駆動ブレードに対し付勢している。駆動ブレードが点火前位置に向けて完全に後退し、締結具通路に障害物が無くなったときにのみ、締結具は時刻t3で示した駆動位置に達する。図6および本願の他のタイムミングチャートでは、工具の状態の移行は即座に起こるかのように示されているが、各ステップ間には相対的な不一致や遅延が存在する可能性があることを理解されたい。
給送機構は、駆動すべき次順の釘に間接的に作用する付勢バネを備えており、これによりブレードは、横向きの荷重成分が作用することになる。結果として生じる摩擦は、駆動ブレードの復帰を長引かせたり、さらに悪い場合には駆動ブレードが点火前位置に復帰するのを阻止するようになる。これが起こると、次の締結具の駆動サイクルでは締結具が駆動される結果とはならない。この問題は、工具のノーズ領域における汚染や破片、整列媒体によって更に悪化する可能性がある。
米国特許第5558264号明細書 米国特許第7040521号明細書 米国特許第5197646号明細書 米国特許第4522162号明細書 米国特許第4483473号明細書 米国特許第4483474号明細書 米国特許第4403722号明細書
したがって、駆動ピストンの復帰サイクルの間、駆動ピストンと給送機構の前進との間に好ましいタイミング関係を確立する方法を採用する、改良された締結具駆動工具を提供する必要がある。
記述のた必要性は、締結具駆動工具のための本発明の給送機構保持装置によって充足または克服されるが、好ましい実施形態では同装置は、電気機械的保持装置と、給送機構が工具ノーズに釘を前進させる前に駆動ピストンの復帰を完結するような制御モジュールとを特徴としている。本発明の締結具駆動工具は、通常、燃焼によって発生するような動力源からのガス圧の供給を受けるガス導管を使用する。該導管は、前記ガス圧を給送シリンダへ伝達し、給送ピストンの復帰バネに打ち勝って該給送ピストンを後退させる。更に駆動工具は、駆動ピストンがその点火前位置に戻るまで或いはその直後まで、給送ピストンを後退位置に保持する電磁石を使用している。
本発明の工具の利点としては、ピストンを復帰させる間の駆動ブレードとの干渉による釘の整列不良の低減、駆動ピストンアセンブリへの摩擦荷重の低減によるピストン復帰速度の増加、信頼性の向上、並びに、低摩耗による駆動ピストンおよび保持装置の耐用年数の長期化がある。また、保持装置は軽量であり、従来の締結具給送機構よりも高いエネルギー効率を以て作動する。本発明装置は、製造、組付、メンテナンスのための部品が一層少なく、比較的単純な構造を有しており、また実質的に包囲されているため、結果として汚れや破片に対し寛容なアセンブリを提供できることとなり、汚れの問題を起こしがちな小さなガス通路や、損傷されたり、潤滑油を必要としたり、腐食しやすく、破片によって影響を受け得る複雑な機構を使用する従来設計とは対照的なものとなる。本発明の工具では、保持装置は、制御モジュールにより電子的に制御され自動的に動作し、エンドユーザによる入力が変動することは回避される。最後に、通常の工具機能とは無関係に作動する比較的単純な機構を具備することによって、締結具を駆動するに先立ってユーザによって付与されるのを必要とする工具作動力は、増加することなく従来の工具と同様に維持されている。
より詳細には、締結具駆動工具は、往復動する駆動ブレードを備える動力源と、前記動力源と連携する工具ノーズであって、前記ノーズ内に送られた締結具を駆動するための前記駆動ブレードを受容するための工具ノーズと、前記締結具の供給源を収容するように構成配置されたマガジンと、前記マガジンに連携し、締結具を前記ノーズ内に連続して給送するためのマガジン給送機構であって、往復動する給送ピストンを備えたマガジン給送機構と、前記給送機構に連動すると共に、前記ノーズ内へ締結具が前進できるような位置に前記駆動ブレードが配置されるまで前記給送ピストンを後退位置に保持するように形成された電気機械的保持装置とを備える。
コイルマガジンを有し、本発明の給送機構保持装置を装備する締結具駆動工具の斜視図である。 図1の締結具駆動工具の部分的な拡大斜視正面図である。 図2の矢視線3−3に沿う充分に前進した位置における部分的縦断面図である。 充分に後退した位置を示す図3に類似した部分的縦断面図である。 その後の前進した前方位置を示す図4に類似した部分的縦断面図である。 締結具の給送装置のための燃焼圧縮ガス動力源を備えた、従来の締結具駆動工具の先行技術のタイミングチャートである。 本願の給送機構を備えた工具のタイミングチャートである。
図1〜図4を参照すると、本発明の給送機構と適合するタイプの締結具駆動工具が全体的に参照番号10で指示され、燃焼動力型工具として示されている。そのような工具の作動の一般的原理は当該技術分野では公知であり、また、米国特許第5197646号、米国特許第4522162号、米国特許第4483473号、米国特許第4483474号および米国特許第4403722号に記載されている。これらの特許文献は、本願と一体をなすものとして参照する。しかしながら、本給送機構は、ワーク内に締結具を駆動するために往復動する駆動ブレードを用いるような、他の動力源を用いる締結具駆動工具にも適用可能である。また、工具10は様々な方向において作動可能であると理解されるべきであるが、「上方」や「下方」等、方向を示す用語は図1に示された方向における工具を参照したものである。
工具10のハウジング12は、ハウジング主室16(隠れた状態で図示)内に内蔵型内部動力源14(隠れた状態で図示)を収容している。従来の燃焼工具のように、動力源14は内燃式に動力を発生し、そして駆動シリンダ20に連通する燃焼室18(隠れた状態で図示)を備えている。駆動ピストン22が駆動シリンダ20内で往復するように配置されており、該駆動ピストンは、駆動ブレード24(ここではシリンダ、ピストン、駆動ブレード全てが隠れた状態で図示)の上方端に連結されている。本願では、駆動ピストン22の往復動の上限を、点火つまり燃焼ガスの着火の直前の位置である「点火前位置」と称し、点火または燃焼ガスの着火によって、駆動ブレード24の下方駆動が開始して締結具26に衝当し、それをワーク内に駆動するようになっている。
オペレータは、引き金28を押下して燃焼室18内に燃焼を生じさせ、駆動ブレード24をノーズまたはノーズ部30を介して強く下方に駆動させる。締結具マガジン32を介してノーズ部に給送された先頭の締結具26に衝当するように、ノーズ部30は駆動ブレード24を案内する。本工具10では公知の様々なマガジンの使用を想定しているが、マガジン32としては、典型的には金属や紙、プラスチックからなる整列材料を用いたストリップ34に締結具26を固定したコイルマガジンが好ましい。
ノーズ部30に近接するワーク接触要素36は、リンク機構や上方プローブ(図示せず)を介して往復動するバルブスリーブ(図示せず)に連結されており、同スリーブは燃焼室18の一部を形成している。ワーク(図示せず)に対し工具ハウジング12を図1に関して下向きの方向に押し下げることによって、ワーク接触要素36は休止位置から点火位置へと移動し、これにより燃焼18が閉鎖され燃焼に備えることになる。例えば燃焼室18内のファンの起動および/または燃焼室への1回分の燃料の供給といったような、他の点火前作用は機械的に実行されるか、或いは、通常ハウジング12のハンドル部分42(図1)に収納される中央演算処理装置または制御モジュール40(隠れた状態で図示)によって実行される制御回路またはプログラム38によって実行される。
引き金28を押下することによって点火プラグが通電され、これにより燃焼室18内の燃料ガス混合気が発火し、駆動ピストン22および駆動ブレード24を待機中にある締結具26に向けて下動させ、該締結具をワーク内に進入させる。導管44の入口端46は、適当な接続具48を介して駆動シリンダ20の壁に接続されており、燃焼ガスが排気ポート(図示せず)を介して駆動シリンダ20から排気される際に、駆動ピストン22の最上位置と駆動ピストンの現在位置の間の区域にある燃焼ガスを迂回させるようになっている。動力源に対する導管44の入口端46は、これに限定されないが、米国特許第7040521号に記載されているような燃焼室に配置したり、或いは、駆動ピストン22の前方に発生する圧縮ガスの利用することもできよう。上記米国特許文献は、本願と一体をなすものとして参照する。本願では、こうしたガスを総称して「動力源ガス」と称する。
図1〜図5に示すように、接続具48とは反対側の端部において、導管44は、全体を参照番号50で指示する締結具給送機構に接続されている。導管44の出口端52は、給送シリンダとも称する給送機構シリンダ56の円筒壁54内のニップル型接続具53に接続されている。導管44は、動力源ガス、ここでは燃焼ガスを駆動シリンダ20から給送シリンダ56内の給送ピストン58に向けて供給し、給送ピストン、ピストンロッド60および給送爪62を、給送ピストン前進位置(図3)から給送ピストン引込位置または後退位置(図4)へと移動させる。ここで特に図示され説明されている部分を除き、締結具給送機構50は、ITW Paslode社から市販されている空気圧駆動式の締結具駆動工具を備えた締結具給送機構に類似する。
図1、2を参照して更に詳細に説明すると、給送機構50は、固定部分64と回動部分66とを備えたマガジン32を具備する。固定部分64はアーム68を介してハウジング12およびノーズ部30に固定される。回動部分66は、アーム70によって固定部分64に回動自在に連結される。アーム70はヒンジ72によってアーム68に蝶着され、図1、2に示す開放位置と閉鎖位置(図示せず)の間で回動自在となっている。回動部分66は、キャニスター形のマガジン32内に締結具26のコイル状ストリップ34を装填するための開放位置へ、そして、工具10および給送機構50を作動させる閉鎖位置へ回動するようになっている。更に、給送機構50は、回動部分66を閉鎖位置に係止するためのラッチ74を含んでいる。アーム68、70を組合せることによって、締結具給送トラックが形成される。
図3〜図5を参照すると、給送機構50は給送シリンダ56を備えており、該シリンダはアーム68に固定されると共に、円筒壁54と、端部76と、環状Oリング78とを含む。環状Oリングは、給送シリンダの外側開口端80において円筒壁54に固定されている。給送ピストン58は、円筒壁54内で後退位置と前進位置の間で移動自在となっており、そしてピストンロッド60が設けられている。Oリング78と開口端80とによって案内され、ピストンロッド60は給送ピストン58と共に移動する。
給送シリンダ56内には、詳細は後述するように、端部76に着座する復帰バネ84が、給送ピストン58を前進位置に向けて付勢するようになっている。Oリング86は、給送ピストン58の周溝88内に着座しており、給送ピストン58が往復する際に円筒壁54との間をシールする。
更に、給送機構50は給送爪62を含み、該給送爪は、枢動ピン90を介してピストンロッド60に回動自在に取付けられ、後退位置と前進位置の間において、ピストンロッドと給送ピストン58と共に移動可能で、かつ、枢動ピン90上で作動位置と不作動位置との間で回動できるようになっている。図3〜図5において、給送爪62の作動位置は実線で示されており、不作動位置は破線によって示されている。枢動ピン90には、給送爪62を作動位置に向けて付勢するねじりバネ92取付けられている。
給送爪62は切欠き端部フィンガ94を備えており、該切欠き端部フィンガは、給送爪が作動位置にある時、ストリップ34の複数の締結具26の1つと係合し、そして、給送ピストン58、ピストンロッド60および該給送爪62が、復帰バネ84のバネ圧力によって、後退位置(図4)から前進位置(図3)へと移動したとき、前記ストリップを前進させるように形成されている。切欠き端部フィンガ94にはカム面96が設けられている。給送ピストン58、ピストンロッド60および該給送爪が、導管44からのガス圧力によって前進位置から後退位置へと移動したときに、前記カム面が、ストリップ34の次順の釘26に対してカム作用して、給送爪62をその作動位置から不作動位置へと回転させる。
更に給送機構50は保持爪98を含んでいる。該保持爪は、係号位置と非係合位置との間で回動自在に、枢動ピン100によってアーム70に回動自在に取付けている。保持爪98は、図3、4において係合位置にて、そして、図5において非係合位置にて図示されている。コイルバネ102の一端が保持爪98のソケット104に着座し、他端がアーム70に支持されており、該コイルバネによって保持爪は係合位置へ付勢される。保持爪98は遠位端フィンガ106を有しており、該遠位端フィンガは、ストリップ34の2本の釘26の間に嵌合する。給送ピストン58、ピストンロッド60および給送爪が燃焼ガスによって後退位置に移動したとき、前記遠位端フィンガは、係合状態にある釘を含め、ストリップが給送爪62と共に動かないように釘を係合、保持する。
図3〜図5を参照すると、駆動ブレードの復帰サイクルの間に次順の締結具26が駆動ブレード24に対して付勢されてしまうという既述の問題を解決するために、本発明の給送機構50に保持装置110が設けられる。保持装置110は、給送ピストン58後退位置(図4)にを保持し、駆動ブレード24への望ましくない横向き荷重を防止し、より反復可能で急速なピストン復帰を可能にする。好ましい実施形態では、保持装置110は、その通電サイクルを決定する制御プログラム38に電気的に接続される電磁石112を使用する。しかしながら、駆動ブレード復帰サイクルの間、給送ピストン58の付勢によって次順の締結具26が駆動ブレード24に横向き荷重を与えることを防止できれば、給送機構に作用する他のタイプの電気機械的の保持装置でもよい。
また、電磁石112は給送シリンダ56内に配置され、給送シリンダの対応する肩部に係合するフランジ114と、給送シリンダ56の端部76に配置された固定ハードウェア116とによりシリンダ内に固定されることが好ましい。好ましい実施形態では、固定ハードウェア116は、通気口120を備えた円盤118と、給送シリンダ56内に固定されたバネクリップ122からなる。通気口120は、給送ピストン58が後退する際の給送シリンダ54からの排気を可能にする。電磁石112を適所に固着するために、それらに限定されるものではないが、ネジ係合、化学的締結、溶接等を含む他の締結技術も可能であろう。電磁石112は、圧縮された復帰バネ84によって発生するバネ力に抗して適所に固着され、電磁石に通電することにより、給送ピストン58に作用する復帰バネの付勢力に十分打ち勝つようになっている。
制御プログラム38は、駆動ピストン22および駆動ブレード24が、工具ノーズ30から退去するまでの充分な時間にわたり、給送ピストン58を保持する電磁石112の通電を制御する。この保持時間は工具と用途に応じて変化するが、駆動ピストン24を点火前位置に戻すために十分長い時間である。一例として電磁石112の指定通電時間は、約100ミリ秒とすることができるが、工具と状況に応じて他の時間でもよい。
代替実施形態として、駆動ピストン22および/またはシリンダ20を少なくとも1個のピストン位置センサ124(図1に隠れた状態で概略的に示す)でモニターして制御プログラム38へのフィードバックを実行し、駆動ピストンや駆動ブレード24が点火前位置に戻った際に電磁石112への通電を停止することが可能である。
図6を参照すると、ここでは従来工具のタイミングチャートが示されている。時刻t0において、工具10は未だ点火されておらず、駆動ピストン22は駆動シリンダ20の上端において点火前位置にある。また、給送ピストン58は前進位置(図3)にあり、締結具26はノーズ30内に位置している。時刻t1では、点火により駆動ピストン22と駆動ブレード24はシリンダ20内を下方に移動し、動力源ガスの一部、ここでは燃焼ガスが導管44を介して供給され給送ピストン58を後退させる。t1からt2の間ガスを使い切るまで、給送ピストン58は後退し、次いで、給送ピストン58は時刻t2において、復帰バネ84による力により前進位置に向けて戻る。時刻t2とt3の間で給送ピストンは完全に前進しておらず、同ピストンは点火前位置に到達するまでは次順の締結具26を駆動ブレード24に対して付勢した状態にあることが理解されよう。時刻t3では、駆動ブレード24は締結具24を超えて点火前位置に到着した状態にある。また更に、時刻t3ではノーズ領域から一掃されているため、給送機構50は締結具26をノーズ30内へ目一杯前進させる。前述したように、駆動ブレード24への締結具26の横向き荷重は、点火前位置へのピストン22の復帰を遅くする。
図7を参照すると、保持装置110を備えた本発明の工具10の動作順序が示されている。電磁石112は、時刻t0において、工具10の点火サイクルの開始と共に制御プログラム38によって通電される。これにより電磁石112は作動可能となり、給送ピストンを製造するのに使用される鉄鋼材のために、後退位置(図4)にある電磁石112と給送ピストン58が接した際にはいつでも同ピストンを固定することが可能になる。制御プログラム38は、タイマが時刻t3でタイムアップとなるまで電磁石112への電力供給を維持するようなタイマ機能を備えている。点火によってタイマが通電されることが好ましいが、以下のものに限定されるものではないが、トリガー・スイッチ28やチャンバ位置スイッチ(図示せず)のようなスイッチを含め、その他、数多くの手段をタイマ・スタートのために使用することができる。時刻t1で点火が発生すると、燃焼ガスは駆動ピストン22をバンパー位置へ向けて前進させ、その間、締結具が駆動される。その時、図6と同様に、燃焼ガスの一部が導管44に供給され、時刻t1で示したように給送ピストン58を完全に後退させる。時刻t1におけるこれらの事象は同時に起こるわけではないが、それらの継続時間は比較的短いために単独の時間事象として示されている。
しかしながら、図6に示した従来工具の作動と異なり、本発明の工具においては電磁石112の機能により、給送ピストン58は時刻t3に至るまで制御プログラム38によってその後退位置(図4)に保持されており、時刻t3は、駆動ピストン24が点火前位置に復帰した時刻t2の後、十分に経過した時刻である。時刻t2と時刻t3の間のインターバルにより、工具や用途によっては、電磁石112の通電のための時間はピストン戻り時間を超えるかもしれない。タイマのタイムアップにより、電磁石112への通電は停止され、復帰バネ84によって、給送ピストン58が前進位置(図5)へ付勢され、それにより次順の締結具26を前進させることとなる。
以上、本発明による締結具駆動工具のための給送機構保持装置の特定実施形態について説明してきたが、当業者であるならば、以下の請求項に詳しく説明されるように、より広い見方において本発明から逸脱しない限りにおいて実施形態の変更や改良が可能であることが理解するであろう。
10 締結具駆動工具
12 ハウジング
14 動力源
16 ハウジング主室
18 燃焼室
20 駆動シリンダ
22 駆動ピストン
24 駆動ブレード
26 締結具
28 引き金
30 ノーズ部
32 締結具マガジン
34 ストリップ
36 ワーク接触要素
38 プログラム
40 制御モジュール
42 ハンドル部分
44 導管
46 入口端
48 接続具
50 締結具給送機構
52 出口端
54 円筒壁
56 給送シリンダ
58 給送ピストン
60 ピストンロッド
62 給送爪
64 固定部分
66 回動部分
68 アーム
70 アーム
72 ヒンジ
74 ラッチ
76 端部
78 Oリング
86 Oリング
84 復帰バネ
88 周溝
90 枢動ピン
92 ねじりバネ
94 切欠き端部フィンガ
96 カム面
98 保持爪
100 枢動ピン
102 コイルバネ
104 ソケット
106 遠位端フィンガ
110 保持装置
112 電磁石
114 フランジ
116 ハードウエア
118 円盤
120 通気口
122 バネクリップ
124 ピストン位置センサ

Claims (2)

  1. シリンダ内に配設されて往復動する、駆動ピストンと、前記駆動ピストンに結合された駆動ブレードを備える動力源と、
    前記動力源と連携する工具ノーズであって、前記ノーズ内に送られた締結具を駆動するための前記駆動ブレードを受容する工具ノーズと、
    前記締結具の供給源を収容するように構成配置されたマガジンと、
    前記マガジンに連携し、締結具を前記ノーズ内に順次給送するためのマガジン給送機構であって、前記工具ノーズに対する前進位置と後退位置との間で往復動する給送ピストンを備えたマガジン給送機構と、
    前記給送ピストンを収容する給送シリンダ、及び動力源ガスに流体連通するガス導管と、
    前記駆動ブレードが点火前位置に達するまで、前記給送ピストンを前記後退位置に保持する電気機械的保持装置であって、前記給送ピストンに作動可能に係合するように配設された電磁石からなる電気機械的保持装置と、
    該工具内の制御モジュールであって、前記駆動ブレードが前記点火前位置に達するまで前記給送ピストンを前記後退位置に保持することにより、駆動すべき次順の締結具によって前記駆動ブレードに対して作用する横向き荷重を防止するために、前記電気機械的保持装置の通電サイクルを決定するべく前記電磁石を制御する制御モジュールと、
    を具備する締結具駆動工具。
  2. 前記制御モジュールは、所定時間の間、前記電磁石に対し通電する請求項1に記載の締結具駆動工具。
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