JP4939017B2 - 燃焼力作動型打ち込み装置 - Google Patents

Description

本発明は，基盤に対して釘，ボルト，ピン等のファスナを打ち込むための燃焼力作動型打ち込み装置に関し，特に，打ち込み工程を開始するための始動スイッチと，酸化剤／燃料混合物のための燃焼室内に配置した乱流発生手段を有する燃焼室と，乱流発生手段を少なくとも一時的に作動可能とする駆動手段とを具える打ち込み装置に関するものである。

上述した構成を有する打ち込み装置は，燃焼室内で単位分量の液化ガス又はその他の気化性燃料を周囲空気等の酸化剤により燃焼可能としたものである。燃焼により可能な限り高出力の打ち込みエネルギを獲得するため，ガスは乱流システム内で燃焼させることが重要である。乱流の燃焼により，燃焼室内で圧力が急速に上昇するからである。打ち込みピストンが十分に加速され，所望の打ち込みエネルギを燃焼工程で獲得することができる。層流燃焼の場合，燃焼工程及びそれに伴う圧力増加が緩慢なため，燃焼エネルギからは必要な機械的エネルギの極く一部しか獲得されない。

ヨーロッパ特許ＥＰ０７１１６３４Ｂ１号明細書（特許文献１）に記載されている燃焼力作動型打ち込み装置は，空気と燃焼ガスとの混合物を燃焼させるための燃焼室を具え，燃焼室内に乱流を発生するための通風手段が設けられている。この通風手段は，バッテリ手段から給電されるモータにより駆動可能である。すなわち，この打ち込み装置は，バッテリ又は蓄電池を必要とするために重量が大きくなり，電気エネルギを消尽するとバッテリ等を交換しなければならない。
ヨーロッパ特許ＥＰ０７１１６３４Ｂ１号明細書

更に，ドイツ特許出願公開ＤＥ１９９６２７１１Ａ１号公報（特許文献２）に記載されている燃焼力作動型打ち込み装置は，燃焼室内に貫通孔を有する分離プレートが配置され，この分離プレートにより燃焼室を二部分に分割するものである。燃焼室を軸線方向に限定する燃焼室後壁に対する分離プレートの間隔を変更するために調整機構が設けられており，燃焼室内に形成される前室及び主室の容積が可変とされている。前室では空気／燃料混合物の一次点火を行わせる。火炎流が分離プレートに設けた貫通孔を通じて主室に伝播され，主室内で空気／燃料混合物の乱流点火が行われる。この場合，燃焼工程は温度変化，燃焼室の掃気効率変化，又は周囲圧力の変動等の環境変化に対して過敏な影響を受ける。というのは，燃焼自体により乱流が発生するため，前室の燃焼状態が劣化すると主室内での燃焼が更に劣化するからである。
ドイツ特許出願公開ＤＥ１９９６２７１１Ａ１号公報

ドイツ特許出願公開ＤＥ１０２２６８７８Ａ１号公報（特許文献３）に記載された打ち込み装置は，上述のように，燃焼室内に配置した孔あき分離プレートにより乱流を発生するものであるた，分離プレートは点火工程前から燃焼行程の完了に至るまでは静止している。燃焼工程が完了すると，分離プレート及び燃焼室後壁がピストンガイド部材に向けて移動して，燃焼室を完全に収縮させる。燃焼室が収縮すると，別の孔なしプレートが弾性素子の作用下で打ち込み装置の後端部におけるピストンガイド部材とは反対側の位置から，ピストンガイド部材における燃焼室後壁に至るまで移動する。それにより，このプレートの前方スペースを新鮮な空気により掃気することができる。この場合にも，燃焼工程が温度，燃焼室の掃気効率，又は周囲圧力等の変動する環境影響に敏感に反応することになる。
ドイツ特許出願公開ＤＥ１０２２６８７８Ａ１号公報

本発明の課題は，従来技術における上記の問題点を解消することができ，より高出力のエネルギを発生させることのできる打ち込み装置を提案することにある。

この課題を解決するため，本発明の打ち込み装置は，駆動手段が，乱流発生手段を加速するための機械的手段として，始動スイッチにより起動可能な弾性素子よりなるエネルギ蓄積素子を含むことを特徴とするものである。このような構成により，電気エネルギを使用することなく，燃焼室内で空気／燃料混合物に乱流を発生させることができる。その乱流は，火炎流により分離プレートの貫通孔に発生する乱流よりも激しい。特に，本発明によれば乱流が燃焼室全体で発生し，部分室だけに止まらない。更に，始動スイッチの作動と打ち込み工程との間で，使用者に知覚し得るようなタイムラグが生じない。衝撃加速により，乱流発生手段は１〜２００ｍｓ（好適には５〜１００ｍｓ）の短時間に移動可能である。このような短時間に行われる乱流発生手段の移動又は作動には，多くのエネルギを必要としない。乱流発生手段の質量が約１〜２００ｇであれば，僅か１ｍJ〜１Jだけが必要である。極く僅かなエネルギのみを要することにより，基盤に対する打ち込み装置の押圧運動等によりエネルギが機械的手段に投入可能となり，使用者の過労を回避することができる。更に，本発明の打ち込み装置は，ファスナを極めて迅速に連続打ち込みできる利点を有している。

乱流発生手段は機械的手段により１ｍ/ｓ^２〜５０００ｍ/ｓ^２の衝撃加速度で加速可能とするのが好適であり，この場合には乱流発生手段の極めて短い加速時間及び高い加速度が達成される。特に，乱流発生手段は少なくとも２５ｍ/ｓ^２（好適には約６０ｍ/ｓ^２）の衝撃加速度で加速可能とするのが有利である。

上述したとおり，本発明では，乱流発生手段を加速するための機械的手段がエネルギ蓄積素子を具え，このエネルギ蓄積素子は，弾性素子で構成されており，打ち込み装置の基盤に対する押圧運動等によるエネルギを蓄積可能とするものである。このような弾性素子によれば，必要な押圧力が僅かに上昇するが，使用者に対する不利は生じない。

エネルギ蓄積素子により１〜５０Ｎの加速力を乱流発生手段に作用させるのが好適である。このようにエネルギ蓄積素子を設計すれば，本発明に係る加速値を，特別な措置を講じることなく容易に達成することが可能である。

エネルギ蓄積素子にエネルギを蓄積させるためのプレスロッドを設け，このプレスロッドによりエネルギ蓄積素子にエネルギを蓄積させるのが有利である。プレスロッドにより，押圧運動に際して投入された力又はエネルギが，少なくとも部分的にエネルギ蓄積素子に機械的に蓄積されるものである。

乱流発生手段はほぼ摩擦なしに燃焼室内で移動可能とするのが有利である。この場合，乱流発生手段が燃焼室内で移動すると，摩擦によるエネルギ損失又は乱流発生手段の制動が生じることはない。ほぼ摩擦なく案内するため，すべての軸受箇所又は摺動箇所で十分な大きさの遊びを有し，及び／又は低摩擦の材料を使用することができる。更に，乱流発生手段を全く案内しない構成とすることも可能である。

本発明の有利な実施形態では，乱流発生手段を燃焼室内で軸線方向に変位可能とした貫通孔を有する乱流発生板として構成する。乱流発生板は，軸線方向で燃焼室内に配置された管状部材又はロッドにより案内可能とし，あるいは他のガイド部材なしでエネルギ蓄積素子に対して連結する。貫通孔は，スリット又は穿孔等として形成する。乱流発生板はフィルタプレートとして形成することができる。更に，乱流発生板は湾曲させることも可能であり，その凹面は衝撃運動方向に向けて配置するのが好適である。このような乱流発生板は低い流体抵抗係数（Ｃｄ値）を有すると共に，高速運動に際して大きな乱流を発生する。言うまでもなく，収縮可能な燃焼室の場合，乱流発生板の可動性は燃焼室が少なくとも部分的に膨張された状態でのみ与えられる。

本発明の更に他の有利な実施形態において，乱流発生手段を燃焼室内で回転可動としたアジテータで構成することができる。このアジテータは，弾性駆動機構等の機械的手段により駆動可能であり，弾性素子はエネルギ蓄積素子として機能する。このようなアジテータも低いＣｄ値を有し，衝撃加速の終期でも機械的手段により惰走する点で有利である。

以下，本発明を図示の好適な実施形態について更に具体的に説明する。

図１〜図６は，本発明の一実施形態に係る燃焼力作動型打ち込み装置１０を示し，この打ち込み装置１０は液体燃料又は気体燃料により作動可能としたものである。

打ち込み装置１０は，図１においては初期位置又は停止位置にあり，打ち込み機構を内蔵した本体ハウジング１１を具える。打ち込み装置１０を基盤に対して押圧した状態で始動させると，釘，ボルト等のファスナが打ち込み機構により基盤Ｕ（図２〜図６）に打ち込まれる。

打ち込み機構は，燃焼室ハウジング１２内に設けられた膨張可能な燃焼室１３と，ピストンガイド部材１７と，ファスナガイド部材１８とで構成されている。ピストンガイド部材１７内には，打ち込みピストン１６が変位可能に配置されている。ファスナガイド部材１８内では，ファスナが案内可能とされるものである。打ち込みピストン１６が前進すると，その打ち込み方向側端部を通じてファスナが移動し，基盤に対して打ち込み可能となる。ファスナは，打ち込み装置１０に設けたマガジン２７等に収納可能である。

燃焼室ハウジング１２は，ピストンガイド部材１７に対して変位可能に配置し，少なくとも１個の弾性素子（図示せず）によりファスナガイド部材１８に向けて，又は図１に示す燃焼室１３の収縮位置に向けて弾性的に附勢する。一端で燃焼室ハウジング１２に作用するプレスロッド２５の他端をハウジング１１から突出させ，図１に示す打ち込み装置１０の初期位置ではファスナガイド部材１８を超えて延在させる。燃焼室ハウジング１２は，燃焼室後壁１４に対して気密に，かつ管状素子２０上で変位可能に案内する。管状素子２０内に点火プラグ等の点火ユニット２３を配置すると共に燃料供給管２１を導入する。燃料供給管２１は，液化ガス容器等の燃料タンク（図示せず）に接続する。点火ユニット２３の領域内で，管状素子２０には少なくとも１個の開口４７を設ける。この開口４７を通じて燃料５０を燃焼室１３に流入させ（図２参照），空気／燃料混合物を点火ユニット２３に到達可能とする。

点火ユニット２３は，接続コード４５を介して圧電素子等のスイッチ手段２２に接続する。スイッチ手段２２により点火ユニット２３を作動させて点火工程を開始するものである。その際，燃焼室ハウジング１２が矢印４０の方向に移動して燃焼室が膨張すると，外気（矢印４１）がハウジング１１内の吸気口５１と燃焼室後壁１４内の開口部１５とを経て燃焼室１３内へ流入する。

更に，燃焼室ハウジング１２内，又は膨張状態の燃焼室１３内に，乱流発生手段３２を衝撃的に加速するための機械的手段３０を配置する。乱流発生手段３２は，例えば貫通孔３８を有する乱流発生板３３で構成する。機械的手段３０は，例えば，一端が乱流発生板３３に，また他端が燃焼室後壁１４に固定された弾性素子よりなるエネルギ蓄積手段３１を含む。乱流発生板３３又は乱流発生手段３２は，管状素子２０内でほぼ摩擦なしに案内され，燃焼室ハウジング１２のシリンダ壁５４からも十分に離間しているため，乱流発生板３３が燃焼室１３内で軸線方向に移動しても摩擦損失は実質的に生じない。

図１に示す打ち込み装置１０の初期位置において，乱流発生板３３及び燃焼室後壁１４は，ファスナガイド部材１８から離間した側に位置するピストンガイド部材１７の端部と当接する。燃焼室１３は最小間隙位置，すなわち収縮位置まで変位している。

図２に示すように，打ち込み装置１０を基盤Ｕに対して押圧すると，プレスロッド２５の遊端が先ず基盤Ｕに接触する。その結果，燃焼室ハウジング１２が矢印４０の方向に押圧移動を開始し，ピストンガイド部材１７から離れ，燃焼室１３が膨張する。乱流発生板３３は共に移動することなく，ピストンガイド部材１７の端部に維持される。乱流発生板３３が係止素子３９により係止され，係止素子３９は打ち込み装置１０のグリップ３７に設けられている始動スイッチ３５に対してスイッチレバー３６を介して結合されている。

燃焼室１３の膨張工程の間，一方では空気が吸気口５１と開口部１５とを通過して矢印４１の方向で燃焼室１３内に流入し，他方では燃料５０が燃料供給管２１から燃焼室１３に流入する。図２に一部のみを示す燃料供給管は，燃料タンク（図示せず）に接続されている。燃料は，機械的又は電子的に制御可能な計量装置により計量される。

図３に示すように，打ち込み装置１０が基盤Ｕに対して完全に押圧されると，縁部にシール素子２９を有する開口部１５が，ハウジング１１等に配置されたプランジャ２８により閉鎖される。

図３に示す燃焼室１３は完全に膨張されるが，始動スイッチ３５は未だ作動されない。燃焼室１３内には空気及び気体燃料が充填されている。

図４に示すように，始動スイッチ３５を操作すると，スイッチレバー３６を通じて係止素子３９が解除位置まで移行するため，乱流発生板３３はエネルギ蓄積素子３１に蓄積されていた力の作用下で燃焼室後壁１４に向けて１ｍ/ｓ^２〜５０００ｍ/ｓ^２の加速度で加速され，燃焼室１３を通過移動する。その結果，燃焼室１３内に存在する空気／燃料混合物が激しい乱流４６を生じる。エネルギ蓄積素子３１により及ぼされる加速力は，約５〜３０Nとなる。

乱流発生板３３は，燃焼室後壁１４に到するとスイッチ手段２２を作動する。それにより，空気／燃料混合物が点火ユニット２３により点火２４を開始する。すなわち，点火回路の閉鎖等により，又はスイッチ手段２２で点火衝撃を生じさせて点火が行われるものである。燃焼室１３内における空気（又は酸化剤）／燃料混合物は，別の箇所に配置したスイッチ手段等により，乱流発生手段３２の衝撃運動の間に点火させることも可能である。

点火時点では空気／燃料混合物が未だ激しい乱流状態であるため，燃焼工程の間に高出力のエネルギが得られる。打ち込みピストン１６は，燃焼ガスの膨張により矢印４３の方向でファスナガイド部材１８に向けて移動すると共に，ファスナを基盤Ｕに打ち込む。ファスナガイド部材１８に対向するピストンガイド部材１７の端部には，環状の減衰素子２６が配置されている。この減衰素子２６は，ピストンガイド部材１７の前記端部で打ち込みピストン１６の衝撃を減衰するものである。

ピストンガイド部材１７の内壁には，排気口１９が配置されている。打ち込みピストン１６のピストンプレート５６が排気口１９と減衰素子２６との間まで到達すると，燃焼ガスの大部分がピストンガイド部材１７の排気孔１９及びハウジング１１の排気口５２を経て大気に放出可能となる。

図６に示す打ち込みピストン１６は，既に再び矢印４８方向の初期位置まで復帰している。この移動は，燃焼室１３内に残留した燃焼ガス等により達成される。燃焼ガスが冷却する際に生じる負圧を利用し，又は適当な復帰メカニズム（図示せず）によりピストン１６を復帰移動させるものである。

図６に示すように，打ち込み装置１０は基盤Ｕから更に一段と離れている。予めシール素子５９を通じて燃焼室ハウジング１２の環状壁５８に対して密閉された排気口５５が開放する。燃焼室１３内に残留した燃焼ガスは，排気口５５を通過してから環状壁５８内の貫通孔（図示せず）を経てハウジング１１の吐出開口５２に到達し，そこで外気に放出される（矢印４４参照）。この排気工程は，打ち込み装置１０を基盤Ｕから完全に離して燃焼室１３を完全に収縮させ，打ち込み装置１０が図１に示す位置を再び占めると完了する。乱流発生板３３は，係止素子３９の後方で管状素子２０に係止され，エネルギ蓄積素子３１はエネルギを放出している（すなわち，弾性素子が弛緩する）。

図７に示す実施形態に係る打ち込み装置１０は，乱流発生手段３２をアジテータ３４，すなわち軸線方向に突出するブレード６６を有するロータ素子により構成した点で，図１〜図６に示した打ち込み装置とは相違している。また，乱流発生手段３２を加速するための機械的手段３０を，動力伝達機構６５で構成する。動力伝達機構６５は，弾性素子で構成したエネルギ蓄積素子３１を含む。更に，動力伝達機構６５は，燃焼室後壁１４に配置した動力伝達部材６１を含む。動力伝達部材６１はラックで構成され，燃焼室ハウジング１２と共に可動とされている。この動力伝達部材６１は，押圧運動を伝達するためにのピニオンで構成した受け部材６２に係合する。受け部材６２は，動力伝達部材６１の並進運動を回転運動に変換すると共に，その運動エネルギをエネルギ蓄積素子３１に蓄積する。基盤Ｕに対する打ち込み装置１０の押圧運動により，エネルギ蓄積素子３１は圧縮されてエネルギが充填される。

エネルギ蓄積素子３１は，その出口側において，歯車で構成した分配部材６３に結合する。分配部材６３は，クラウンギヤとして形成したアジテータ３４の受け部材６４に噛み合わせる。受け部材６４は中空シャフト６０の一端に固定されている。中空シャフト６０の他端では，アジテータ３４のロータブレード６６を担持する。中空シャフト６０は軸受ピン５７上で回動可能に担持され，軸受ピン５７は同時に点火ユニット２３をも担持する。更に，中空シャフト６０は燃焼室後壁１４を貫通して案内され，この後壁１４によっても担持される。点火ユニット２３の領域で，中空シャフト６０には少なくとも開口６７が形成されている。開口６７は，前記実施形態における開口４７と同様の機能，すなわち点火及び燃焼室への燃料供給機能を有するものである。

スイッチレバー３６には係止部材３９が配置されている。係止部材３９は，始動スイッチ３５を不作動位置で受け部材６４に対して係止すると共に，アジテータ３４の回転を阻止する。

図７に示すように，打ち込み装置１０が基盤Ｕに対して完全に押圧された状態では，前述したようにエネルギ蓄積素子３１にエネルギが蓄積されている。図７に示す始動スイッチを矢印４２方向に操作すると，係止素子３９が受け部材６４における係合位置から解除され，中空シャフト６０を解放する。エネルギ蓄積素子３１がエネルギを放出すると共に，分配部材６３を介してアジテータ３４を回転させる。それにより，この時点で燃焼室１２内に存在する空気／燃料混合物は激しい乱流４６に移行する。スイッチ手段２２を流れセンサとして構成し，この流れセンサにより乱流の発生を検知した時点で点火ユニット２３により点火を行わせることが可能である。

本発明の一実施例に係る打ち込み装置の停止状態を示す断面図である。 図１の装置を基盤に対して部分的に押圧した状態を示す断面図である。 図１の装置を基盤に対して完全に押圧した状態を示す断面面図である。 図１の装置におけるトリガスイッチの作動状態を示す断面図である。 図１の装置における点火状態を示す断面図である。 図１の装置を基盤から部分的に離した状態を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る打ち込み装置におけるトリガスイッチの作動状態を示す断面図である。

符号の説明

１０ 打ち込み装置
１１ ハウジング
１２ 燃焼室ハウジング
１３ 燃焼室
１４ 同後壁
１５ 開口部
１６ 打ち込みピストン
１７ ピストンガイド部材
１８ ファスナガイド部材
２０ 管状素子
２１ 燃料供給管
２２ スイッチ手段
２３ 点火ユニット
２４ 点火
２５ プレスロッド
２６ 減衰素子
２７ マガジン
２８ プランジャ
２９，５９ シール素子
３０ 機械的手段
３１ エネルギ蓄積素子
３２ 乱流発生手段
３３ 乱流発生板
３４ アジテータ
３５ 始動スイッチ
３６ スイッチレバー
３７ グリップ
３８ 貫通孔
３９ 係止素子
４５ 接続コード
４６ 乱流
４７ 開口
５０ 燃料
５１ 吸気口
５２ 吐出開口
５４ シリンダ壁
５５ 排気口
５６ ピストンプレート
５７ 軸受ピン
５８ 環状壁
６１ 動力伝達部材
６２，６４ 受け部材
６３ 分配部材
６５ 伝動装置
６６ ロータブレード
６７ 開口

Claims (8)

1. 基盤に対して釘，ボルト，ピン等のファスナを打ち込むための燃焼力作動型打ち込み装置であって，
   打ち込み工程を開始するための始動スイッチ（３５）と，
   酸化剤／燃料混合物のための燃焼室（１３）内に配置した乱流発生手段（３２）を有する燃焼室（１３）と，
   該乱流発生手段（３２）を少なくとも一時的に作動可能とする駆動手段とを具え，
   該駆動手段が，前記乱流発生手段（３２）を加速するための機械的手段（３０）として，前記始動スイッチ（３５）により起動可能な弾性素子よりなるエネルギ蓄積素子（３１）を含むことを特徴とする打ち込み装置。
2. 請求項１記載の装置において，前記機械的手段（３０）により乱流発生手段（３２）を，１ｍ/ｓ^２〜５０００ｍ/ｓ^２の加速度で加速することを特徴とする打ち込み装置。
3. 請求項１又は２に記載の装置において，前記機械的手段（３０）により乱流発生手段（３２）を，少なくとも２５ｍ/ｓ^２の加速度で加速することを特徴とする打ち込み装置。
4. 請求項１記載の装置において，前記エネルギ蓄積素子（３１）により１〜５０Ｎの加速力を乱流発生手段（３２）に作用可能としたことを特徴とする打ち込み装置。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の装置において，前記エネルギ蓄積素子（３１）にエネルギを蓄積させるためのプレスロッド（２５）を具えることを特徴とする打ち込み装置。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の装置において，前記乱流発生手段（３２）を燃焼室（１３）内でほぼ摩擦なしに移動可能としたことを特徴とする打ち込み装置。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の装置において，前記乱流発生手段（３２）を，燃焼室（３１）内で軸線方向に変位可能な，好適には貫通孔（３８）を有する乱流発生板（３３）で構成したことを特徴とする打ち込み装置。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載の装置において，前記乱流発生手段（３２）を，燃焼室（１３）内で回転移動可能なアジテータで構成したことを特徴とする打ち込み装置。

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