JP2013208689A - 打込機 - Google Patents

Abstract

【課題】 空気消費量を削減した打込機の提供。
【解決手段】 釘打機１は、ハウジング２と、略円筒形状のシリンダ３と、シリンダ３に収容されたピストン４と、メインバルブ５と、逆止弁８２とを備えている。ハウジング２には、蓄圧室２ａと第１膨張室８１ａとが設けられている。メインバルブ５は、シリンダ３と第１膨張室８１ａとを連通させる第１の位置と、シリンダ３と第１膨張室８１ａとの連通を遮断する第２の位置とを移動可能である。逆止弁８２は、シリンダ３から第１膨張室８１ａへの空気の流れを許容し、第１膨張室８１ａからシリンダ３への空気の流れを妨げる。
【選択図】図１

Description

本発明は打込機に関する。

従来の打込機である空気式釘打機は、蓄圧室及び戻り空気室が設けられたハウジングと、ハウジングに収容されたシリンダと、シリンダ内をピストン上室とピストン下室とに区分するピストンと、ピストンから下方に突出し止具を打撃するブレードと、蓄圧室とシリンダとの連通を制御しているメインバルブと、を備えている。ハウジングには、排気口が形成されていて、メインバルブの動作によってピストン上室の圧縮空気が排気口から排気される。

止具の打込時には、メインバルブが動作して蓄圧室内の圧縮空気がピストン上室に流れ込んで、ピストンを押し下げブレードにより止具を被打込材に打ち込む。このとき、ピストン下室の空気は戻り空気室に蓄えられる。メインバルブが再び動作してピストン上室と蓄圧室とを遮断し、ピストン上室と排気口と連通すると、戻り空気室の空気がピストン下室に流れ込み、ピストンを初期位置に戻す。このような打込機は、例えば特許文献１に記載されている。

特許３３４６２１８号

シリンダ内の空気を排気する際に、排気音低減の目的で絞りや膨張室を設けることがある。その場合、絞りを通過する際に圧縮空気が排出される速度が遅くなるため、シリンダ上室に残された圧縮空気の圧力がピストンの上昇の妨げになる。また、一旦ピストン上室から膨張室に排気された空気の一部が再びピストン上室に逆流するという現象が起きる。そうすると、逆流した空気が抵抗となってピストンの円滑な上昇が妨げられる。ピストンを初期位置に戻すためには、当該抵抗を考慮して戻り空気室の容積を大きくする必要があった。

戻り空気室の容積を大きくすると、その分空気消費量が増大するため、従来の釘打機にはこの点において改良の余地があった。また、圧縮機の稼働率が上がることで消費電力量の上昇といった副次的な問題も発生していた。

本発明は、斯かる実情に鑑み、空気消費量を削減した打込機を提供しようとするものである。

本発明は、ハウジングと、該ハウジングに収容されたシリンダと、該シリンダ内の上死点及び下死点の間を往復移動可能に収容され、該シリンダ内をピストン上室とピストン下室とに分けるピストンと、該ハウジングに収容され、該ピストンが該下死点にあるときに該ピストンと当接するバンパと、を有する打込機であって、該ハウジングには、圧縮空気を蓄える蓄圧室と、該ピストン上室と連通可能な第１膨張室と、が形成され、該第１膨張室と該ピストン上室との間には第１絞りが形成され、該打込機は、さらに、該シリンダと該ピストンと共にピストン上室を画成し、該ピストン上室と該蓄圧室とを連通させるとともに該ピストン上室と該第１膨張室との連通を遮断する第１の位置と、該ピストン上室と該蓄圧室との連通を遮断するとともに該ピストン上室と該第１膨張室とを連通させる第２の位置と、を移動可能なメインバルブと、該ピストン上室から該第１膨張室への空気の流れを許容し、該第１膨張室から該ピストン上室への空気の流れを妨げる逆止弁と、を備えることを特徴とする打込機を提供している。

このような構成によると、ピストン上室から第１膨張室への空気の流れを許容し、第１膨張室からピストン上室への空気の流れを妨げる逆止弁が設けられているため、第１膨張室からピストン上室への空気の逆流を防止することができる。これにより、ピストンが初期位置に戻る際の抵抗を低減できるため、ピストンを初期位置に戻すための空気の使用量を削減することができる。

また、該第１膨張室は、該シリンダの半径方向外方に位置していることが好ましい。

また、該第１膨張室と該ピストン上室とは隣接して設けられ、圧縮空気排出時の断熱膨張によって該第１膨張室内の温度が低下し、該ピストン上室の温度を低下させることが好ましい。

また、該ハウジングは、該第１膨張室と第２絞りを介して連通する第２膨張室をさらに備え、該第２膨張室は該ハウジングに形成された排気口と連通していることが好ましい。

このような構成によると、ピストン上室の空気は第１絞り及び第２絞りによって段階的に膨張されるため、圧縮空気の排気音を低減することができる。

また、該シリンダの外周に配置され、該シリンダを冷却するためのペルチェ素子をさらに備えていることが好ましい。

このような構成によると、ペルチェ素子によってシリンダを冷却することができるため、ピストン上室の圧力をさらに下げることができる。これにより、ピストンを円滑に初期位置に戻すことができるため、更なる空気使用量の削減ができる。

また、前記逆止弁は、Ｏリングであって、該Ｏリングの軸芯と該シリンダの軸芯とが一致するように該シリンダの外周面に設けられていることが好ましい。

このような構成によると、簡易な構成により第１膨張室からピストン上室への空気の流れを妨げることができる。

本発明によれば、空気消費量を削減した打込機を提供することができる。

本発明の実施の形態の釘打機の全体図 本発明の実施の形態の釘打機の図１のＩＩ−ＩＩに沿った断面図 本発明の実施の形態の釘打機の図１のＩＩＩ−ＩＩＩに沿った部分断面図 本発明の実施の形態の釘打機の図３のＩＶ−ＩＶに沿った部分断面図 本発明の実施の形態の釘打機の図２のＶ−Ｖに沿った部分断面図 本発明の実施の形態の釘打機のメインバルブが上死点に位置しているときのメインバルブ周辺の部分拡大図 本発明の実施の形態の釘打機のメインバルブが下死点に位置しているときのメインバルブ周辺の部分拡大図 本発明の実施の形態の釘打機のメインバルブが再び上死点に戻ったときのメインバルブ周辺の部分拡大図 本発明の実施の形態の釘打機の圧力変化を表すグラフ 本発明の変形例の釘打機のメインバルブが上死点に位置しているときのメインバルブ周辺の部分拡大図

以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照して説明する。本発明の打込機の一例である釘打機１は、止具である釘を打ち込む工具であり、その動力として圧縮空気を用いている。

釘打機１は、図１に示すように、ハウジング２と、ハウジング２に収容されるシリンダ３と、シリンダ３に収容されるピストン４と、ハウジング２に収容されるメインバルブ５と、ハウジング２から延出するノーズ部６と、止具が収容されるマガジン７と、から構成されている。ハウジング２は、ハウジング２の一方に位置するハンドル２Ａを備えている。図１において、ハウジング２からハンドル２Ａが延出している方向を後方と定義し、逆を前方と定義する。ハウジング２からノーズ部６が延出する方向を下方向と定義し、逆を上方向と定義する。また、前後方向及び上下方向に直交する方向を左右方向と定義する（図１の紙面手前側が左方向、紙面奥側が右方向）。

図示しない圧縮機からの圧縮空気を蓄えるためにハンドル２Ａ及びハウジング２内に蓄圧室２ａが形成されている。蓄圧室２ａは図示しないエアホースを介して圧縮機に接続される。

ハンドル２Ａの基部には、作業者によって操作されるトリガ１２と、ノーズ部６の下端から突き出しトリガ１２近傍まで延びたプッシュレバー１３と、メインバルブ５に連通して圧縮空気を送排気する切替弁であるトリガバルブ部１４と、トリガ１２の動作をトリガバルブ部１４に伝えるプランジャ１５と、が設けられている。プッシュレバー１３は、ハウジング２からノーズ部６側に付勢されてノーズ部６に沿って上下方向に移動可能に構成される。ハウジング２には、制御通路１４ａが形成されており、トリガバルブ部１４は制御通路１４ａを介して後述のメインバルブ室５１と繋がっている。

周知のごとく、トリガ１２の引き操作と、プッシュレバー１３の被打込材への押し当て操作との両方が行われた時に、トリガバルブ部１４のプランジャ１５が押し上げられるように構成される。

シリンダ３は略円筒形を成しており、ピストン４によってピストン上室３１（図７）と、ピストン下室３２とに区分されている。シリンダ３の上部かつ半径方向外方には、エキゾーストカバー８が設けられている。図１から図３に示すように、エキゾーストカバー８は、金属製であって、ハウジング２とともに釘打機１の外郭をなし、第１膨張室８１と、第３膨張室８４と、を構成している。エキゾーストカバー８とハウジング２とにより、第２膨張室８３が形成されている。エキゾーストカバー８には、複数の排気口８ａが形成されている。なお、ハウジング２およびエキゾーストカバー８の材質は様々なものを使用することができるが、例えば、軽量性と強度の点で優れるアルミニウムやマグネシウム合金等が使用される。

図６から図８に示すように、シリンダ３の上部には、メインバルブ５と摺接可能なシール部材３Ａ及びペルチェ素子３Ｂが設けられている。シール部材３Ａは、メインバルブ５が下死点に位置した時（図７）、メインバルブ５と接触してピストン上室３１と後述の第１絞り８１ａの連通を遮断する。ペルチェ素子３Ｂは、シリンダ３の冷却のために設けられている。ペルチェ素子３Ｂは、シリンダ３に形成された配線３Ｃによって、マガジン７にもうけられた後述の電源７１と電気的に接続している。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩに沿った断面図であり、エキゾーストカバー８のみを描写している。エキゾーストカバー８の略中央部には、シリンダ３が挿入される貫通穴８ｂが形成されている。エキゾーストカバー８には、ピストン上室３１と第１膨張室８１とを繋ぐ２つの第１絞り８１ａが貫通穴８ｂを挟んで対極に形成されている。第１膨張室８１は、貫通穴８ｂの半径方向外方に位置していて、貫通穴８ｂを挟んで互いに対極に位置するように２つ形成されている。第１膨張室８１の半径方向外方の外壁は、外部に曝されている。

図１に示すように、メインバルブ５に形成された後述の通路５１ａには、通路５１ａの第１絞り８１ａへの開口を塞ぐように逆止弁８２が設けられている。逆止弁８２は、Ｏリングであって、ピストン上室３１から第１膨張室８１への空気の流れを許容するとともに、第１膨張室８１からピストン上室３１への空気の流れを妨げる。逆止弁８２たるＯリングの中心は、シリンダ３の中心と一致するようにシリンダ３に固定されている。この逆止弁８２によって、第１膨張室８１からピストン上室３１への空気の逆流が防止される。

図３及び図４に示すように、第１膨張室８１を形成する下壁には第２絞り８３ａが形成されていて、第２絞り８３ａは第１膨張室８１と第２膨張室８３とを繋いでいる。各第２膨張室８３は、各第１膨張室８１にシリンダ３の円周方向であって蓄圧室２ａとは反対側に隣接している。

図２及び図５に示すように、第２膨張室８３を形成する上壁には、第３絞り８４ａが形成されていて、第３絞り８４ａは第２膨張室８３と第３膨張室８４とを繋いでいる。各第３膨張室８４は、各第２膨張室８３の上方に位置している。第３膨張室８４を形成する前壁には複数の排気口８ａが形成されている。ピストン上室３１内の圧縮空気は、第１絞り８１ａ、第２絞り８３、第３絞り８４を通過することによって段階的に膨張して、最終的に排気口８ａから外部に排気される。

シリンダ３下部外周には、ピストン４を初期状態（図１）に復帰させるための圧縮空気を貯める戻り空気室３３が形成されている。シリンダ３下部には戻り空気室３３に連通している空気通路３ａと、空気通路３ａの直下の空気通路３ｂとが形成されている。詳細には、ピストン４が後述のバンパ４３と当接してシリンダ３が下死点に移動したとき、ピストン上室３１と戻り空気室３３とが連通するような位置に空気通路３ａが形成され、ピストン下室３２と戻り空気室３３とが連通するような位置に空気通路３ｂが形成される。空気通路３ａには逆止弁たるＯリング３ｃが設けられていて、シリンダ３から戻り空気室３３への空気の流れを許容し、戻り空気室３３からシリンダ３への空気の流れを妨げている。

ピストン４は、シリンダ３内を上下方向に摺動可能であって、下方に延出するドライバブレード４１が固定されている。ピストン４の外周には、ピストン上室３１とピストン下室３２との連通を遮断するピストンリング４２が嵌合されている。シリンダ３の下方には止具を打込んだ後のピストン４の余剰エネルギーを吸収するためのバンパ４３が設けられている。バンパ４３は、ウレタンやニトリルゴム（ＮＢＲ）といった弾性体である。

メインバルブ５は、シリンダ３の上側に配置されている。メインバルブ５には、ピストン上室３１と第１絞り８１ａとを連通する通路５１ａが形成されている。メインバルブ５の直下には、エキゾーストカバー８とシリンダ３とで画成されたメインバルブ室５１が形成されている。メインバルブ室５１には、メインバルブ５を上方に付勢するメインバルブスプリング５２が設けられている。メインバルブ室５１は、制御通路１４ａを介してトリガバルブ部１４と連通している。図１に示す初期状態では、メインバルブ室５１は圧縮空気で満たされており、メインバルブ５はメインバルブ室５１の圧縮空気とメインバルブスプリング５２とによって上側に付勢されている。メインバルブスプリング５２がメインバルブ５を上方に付勢する力は、蓄圧室２ａの圧縮空気がメインバルブ５を下方向に押下げる力よりも小さい。従って、メインバルブ室５１の圧縮空気が放出されて大気圧となった時、メインバルブ５はメインバルブスプリング５２の付勢力に抗して下方向に移動する。

図１に示すように、ノーズ部６は、ハウジング２の下端に位置し、ドライバブレード４１及び図示せぬ釘を案内する案内路６１が形成されている。案内路６１の最下端位置には図示せぬ止具たる釘が射出される射出孔が規定されている。ノーズ部６の後方には、図示せぬ釘が複数本束ねられて連結された釘の束を内蔵するマガジン７が設けられている。

マガジン７には、釘を順次案内路６１内に給送するネイルフィーダが設けられている。マガジン７には、さらに、ペルチェ素子３Ｂに電力を供給する電源７１と、ペルチェ素子３Ｂを制御するコントローラ７２とが設けられている。

次に、釘打機１の動作について説明する。

図示していないエアホースをつなぐと、蓄圧室２ａに圧縮空気が蓄積され、その一部はトリガバルブ部１４及び制御通路１４ａを介してメインバルブ室５１へと流入する。メインバルブ室５１へ送られた圧縮空気はメインバルブ５を上方に押上げることで、ピストン上室３１に圧縮空気が流入することを防止する。これにより、メインバルブ５は上死点に位置する。上死点は、本発明の第２の位置に相当する。このとき、シール部材３Ａとメインバルブ５とは離間しており、ピストン上室３１と第１膨張室とは互いに連通している。

作業者がプッシュレバー１３を被打込材に押し付けた状態でトリガ１２を引くと、プランジャ１５が押上げられてトリガバルブ部１４が制御通路１４ａを外気と連通させ、メインバルブ室５１が大気圧となる。蓄圧室２ａに蓄えられた圧縮空気とメインバルブ室５１との差圧によって、メインバルブ５が下方に移動する。これにより、図７の矢印Ａで示すように、蓄圧室２ａに蓄えられた圧縮空気がピストン上室３１に流れ込んでピストン４を押下げて、図６に示す状態から図７に示す状態となる。つまり、メインバルブ５が上死点から下死点に移動する。下死点は、本発明の第１の位置に相当する。このとき、ピストン上室３１で圧縮空気が急激に断熱膨張するため、ピストン上室３１の温度が急激に低下する。

ピストン４が、空気通路３ａを通過すると、ピストン上室３１の圧縮空気が空気通路３ａを介して戻り空気室３３へと流入する。これと同時に、ピストン下室３２内の空気は空気通路３ｂを介して戻り空気室３３に流入する。さらにピストン４が降下してバンパ４３に当接することによって、釘が被打込材に打込まれる。

作業者がトリガ１２を戻すと、プランジャ１５が戻り圧縮空気が制御通路１４ａを介してメインバルブ室５１に供給される。これにより、メインバルブ５が上方向に押上げられて、ピストン上室３１への圧縮空気の流入が遮断される。同時に、シール部材３Ａとメインバルブ５とが離間することにより、ピストン上室３１と第１絞り８１ａとが連通する。

ピストン上室３１内の圧縮空気は、通路５１ａ及び逆止弁８２を通過して第１絞り８１ａを経由することによって第１膨張室８１で断熱膨張する（図８の矢印Ｂ）。これによって、第１膨張室８１の温度が一時的にピストン上室３１よりも低くなり、ピストン上室３１から第１膨張室８１への熱の移動が起こる。ここで、第１膨張室８１はシリンダ３よりも半径方向外側に配置されていて第１膨張室８１の外壁は直接外気に触れている。さらに、エキゾーストカバー８は熱伝導性の良い金属（例えばアルミ等）であることから、第１膨張室８１は外気温の影響を受けやすい。そうすると、第１膨張室８１の温度が外気温によって上昇するため、第１膨張室８１の温度がピストン上室３１より高くなるという温度の逆転現象が起きる。従来の釘打機では、当該温度の逆転現象によって第１膨張室８１内の空気がピストン上室３１に流れ込み、ピストン４の上昇を妨げていた。しかし、本発明では、逆止弁８２が第１膨張室８１からピストン上室３１への空気の流れを妨げていることから、第１膨張室８１内の圧縮空気がピストン上室３１に流れ込むということを防止できる。

さらに、打込動作中または打込動作終了後にコントローラ７２がペルチェ素子３Ｂを制御してシリンダ３を冷却することにより、シリンダ３の温度を下げるとともに、シリンダ３内の圧縮空気の圧力も低下させることができる。たとえ、ペルチェ素子３Ｂによってシリンダ３の圧力を積極的に下げたとしても、逆止弁８２が設けられているため、第１膨張室８１の空気がピストン上室３１に逆流することはない。

図９に、メインバルブ５が上死点に位置した時からのピストン上室３１、第１膨張室８１、第２膨張室８３、第３膨張室８４の圧力変化のグラフを示す。０．００３秒を過ぎたあたりでピストン上室３１の圧縮空気が第１膨張室８１に流れ込み、ピストン上室３１の圧力が低下するとともに第１膨張室８１の圧力が急激に上昇する。０．００７秒付近で、上述の温度逆転現象により、第１膨張室８１の圧力がピストン上室３１の圧力を上回る。本実施の形態では、逆止弁８２によって空気の逆流が防止されているため、たとえ第１膨張室８１のほうがピストン上室３１よりも圧力が高くなったとしても、ピストン上室３１の圧力は低いままである。０．０１１秒付近で第１膨張室８１の圧力と、ピストン上室３１との圧力が略同一となる。

第１膨張室８１内の空気は、第２絞り８３ａを経由して第２膨張室８３で断熱膨張し、第３絞り８４ａを経由して第３膨張室８４でさらに断熱膨張して、最終的に排気口８ａから外部に排出される。膨張室を複数設けて、圧縮空気を段階的に膨張させることにより、排気音を低減している。

戻り空気室３３に蓄えられた圧縮空気は空気通路３ｂを介してピストン下室３２に流入しピストン４を上方向に押上げ、図１に示す初期状態となる。本実施の形態では、逆止弁８２によって第１膨張室８１からピストン上室３１への逆流を防止するとともにペルチェ素子３Ｂによってシリンダ３の圧力を積極的に下げているため、ピストン４は少ない空気量でも初期位置に復帰することができる。

釘打機１においては、ピストン上室３１から第１膨張室８１への空気の流れを許容し、第１膨張室８１からピストン上室３１への空気の流れを妨げる逆止弁８２が設けられているため、第１膨張室８１からピストン上室３１への空気の逆流を防止することができる。これにより、ピストン４が初期位置に戻る際の抵抗が低減されるため、戻り空気室３３の容量を小さくすることができる。これにより、空気使用量を削減することができる。さらに、釘打機１のサイズを小さくすることができる。

このような構成によると、ペルチェ素子３Ｂによってシリンダ３を冷却することができるため、ピストン上室３１の圧力をさらに下げることができる。これにより、ピストン４が初期位置に戻る際の抵抗が低減されるため、戻り空気室３３の容量をさらに小さくすることができる。これにより、空気使用量の更なる削減が可能となる。

このような構成によると、逆止弁８２はＯリングであるため、簡易な構成により第１膨張室８１からピストン上室３１への空気の逆流を妨げることができる。

本発明は上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲で記載された範囲で種々の改良や変形が可能である。例えば、上述した実施の形態では、ペルチェ素子３Ｂを設けたが、図１０に示すように、ペルチェ素子を設けない構造であってもよい。この場合は、ペルチェ素子３Ｂの電源７１及びペルチェ素子３Ｂを制御するコントローラ７２も不要となる。この変形例においても、逆止弁８２によって上述の実施形形態と同様の効果を得ることができる。

上述した実施の形態では、第１膨張室をシリンダの半径方向外側に設けたが、シリンダの上方に設けても良い。また、メインバルブの一例としてシリンダの上方に位置するバルブを採用したが、シリンダ上方の側面にバルブを配置する構造であってもよい。

上述した実施の形態では、逆止弁としてＯリングを用いたが、これに限定されない。

上述した実施の形態では、排気経路の複数の膨張室が設けられていたが、膨張室は１つであってもよく、また３つ以上設けられていてもよい。さらに、排気通路において、圧力の排気通路の下流の圧力が、上流側の圧力よりも高くなる部位であれば、逆止弁を配置する場所は第１膨張室以外であってもよい。

１・・釘打機
２・・ハウジング
３・・シリンダ
３Ａ・・シール部材
３Ｂ・・ペルチェ素子
４・・ピストン
５・・メインバルブ
６・・ノーズ部
７・・マガジン
８・・エキゾーストカバー
８ａ・・排気口
１２・・トリガ
１４・・トリガバルブ部
１４ａ・・制御通路
３１・・ピストン上室
３２・・ピストン下室
４１・・ドライバブレード
４２・・バンパ
５１・・メインバルブ室
８１・・第１膨張室
８１ａ・・第１絞り
８２・・逆止弁
８３・・第２膨張室
８３ａ・・第２絞り
８４・・第３膨張室
８４ａ・・第３絞り

Claims (6)

1. ハウジングと、
   該ハウジングに収容されたシリンダと、
   該シリンダ内の上死点及び下死点の間を往復移動可能に収容され、該シリンダ内をピストン上室とピストン下室とに分けるピストンと、
   該ハウジングに収容され、該ピストンが該下死点にあるときに該ピストンと当接するバンパと、を有する打込機であって、
   該ハウジングには、圧縮空気を蓄える蓄圧室と、該ピストン上室と連通可能な第１膨張室と、が形成され、該第１膨張室と該ピストン上室との間には第１絞りが形成され、
   該打込機は、さらに、
   該シリンダと該ピストンと共にピストン上室を画成し、該ピストン上室と該蓄圧室とを連通させるとともに該ピストン上室と該第１膨張室との連通を遮断する第１の位置と、該ピストン上室と該蓄圧室との連通を遮断するとともに該ピストン上室と該第１膨張室とを連通させる第２の位置と、を移動可能なメインバルブと、
   該ピストン上室から該第１膨張室への空気の流れを許容し、該第１膨張室から該ピストン上室への空気の流れを妨げる逆止弁と、を備えることを特徴とする打込機。
2. 該第１膨張室は、該シリンダの半径方向外方に位置していることを特徴とする請求項１に記載の打込機。
3. 該第１膨張室と該ピストン上室とは隣接して設けられ、圧縮空気排出時の断熱膨張によって該第１膨張室内の温度が低下し、該ピストン上室の温度を低下させることを特徴とする請求項１に記載の打込機。
4. 該ハウジングは、該第１膨張室と第２絞りを介して連通する第２膨張室をさらに備え、該第２膨張室は該ハウジングに形成された排気口と連通していることを特徴とする請求項１に記載の打込機。
5. 該シリンダの外周に配置され、該シリンダを冷却するためのペルチェ素子をさらに備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の打込機。
6. 前記逆止弁は、Ｏリングであって、該Ｏリングの軸芯と該シリンダの軸芯とが一致するように該シリンダの外周面に設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の打込機。

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