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JP4586564B2 - 燃焼式釘打機 - Google Patents

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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1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。
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