(57)【要約】【課題】可燃性ガスが着火するガス濃度領域に対して最適な点火プラグのスパークエネルギを導出することにより、安定した着火性能を実現可能な燃焼式動力工具を提供する。【解決手段】燃料通路１２ａを通じて可燃性ガスを燃焼室２３に供給し、ファン１５によって可燃性ガスと空気とを攪拌し、点火プラグ１４を放電スパークさせることにより混合ガスを爆発燃焼させてピストン２１及びドライバブレード２６を移動させる燃焼式動力工具において、点火プラグ１４のスパークエネルギを０．０４Ｊ〜０．０８Ｊの範囲に設定している。【選択図】図１
2006061990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
該ハウジングの一端に設けられ、可燃性ガス通路が形成されたヘッド部と、
該ハウジング内に固定して設けられたシリンダと、
該シリンダの軸方向に該シリンダに対して往復摺動可能なピストンと、
該ハウジング内において該シリンダに移動可能に案内され、該ヘッド部に当接、離間し、該ヘッド部、該シリンダ、該ピストンと共に燃焼室を画成する燃焼室枠と、
該ピストンから反燃焼室方向に延びるドライバブレードと、
該燃焼室内の可燃性ガスと空気との混合気に着火するために該燃焼室に臨む点火プラグと、
該燃焼室内に配置されて可燃性ガスと空気とを攪拌混合するファンとを有し、
該可燃性ガスが該可燃性ガス通路を介して該燃焼室に供給され、該点火プラグの点火動作により該混合気が爆発燃焼して該ピストン及び該ドライバブレードを移動させる燃焼式動力工具において、
該点火プラグのスパークエネルギが、０．０４Ｊ〜０．０８Ｊであることを特徴とする燃焼式動力工具。
【請求項２】
該点火プラグのスパークエネルギが、０．０５Ｊ〜０．０５５Ｊであることを特徴とする請求項１に記載の燃焼式動力工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼式動力工具に関し、特に可燃性ガスと空気とを混合した混合ガスを着火することにより動力を発生させる燃焼式動力工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガス釘打機等の燃焼式動力工具においては、燃焼室内に可燃性ガス等の燃料を噴射してこれを点火プラグを放電スパークさせることにより点火し、この時の燃焼室内気体の膨張をピストンによる一軸方向への運動量に変え、このピストンの運動量により、釘を打ち付ける構造となっている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特公平３−２５３０７号公報
【特許文献２】米国特許第５１９７６４６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の燃焼式動力工具に組み入れられるガスボンベは、一定量の可燃性ガスを燃焼室に供給するために計量部を有しているが、気温および工具の温度に起因して計量部においても常時定量の可燃性ガスを供給することは困難であった。そのことにより、燃焼室内においてガス濃度（燃焼室全容積に対する可燃性ガスの量）に変化が生じるが、ガス濃度に対する点火プラグのスパークエネルギの最適化が行われていなかった。スパークエネルギ値が大きいと、可燃性ガスが着火するガス濃度領域は広くなり、安定した着火性能が得られるものの、電池の使用電力量が増加する。逆にスパークエネルギ値が小さいと、可燃性ガスが着火するガス濃度領域は狭くなり、安定した着火性能が得られない。
【０００５】
そこで、本発明は、可燃性ガスが着火するガス濃度領域に対して最適な点火プラグのスパークエネルギを導出することにより、安定した着火性能を実現可能な燃焼式動力工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、ハウジングと、該ハウジングの一端に設けられ、可燃性ガス通路が形成されたヘッド部と、該ハウジング内に固定して設けられたシリンダと、該シリンダの軸方向に該シリンダに対して往復摺動可能なピストンと、該ハウジング内において該シリンダに移動可能に案内され、該ヘッド部に当接、離間し、該ヘッド部、該シリンダ、該ピストンと共に燃焼室を画成する燃焼室枠と、該ピストンから反燃焼室方向に延びるドライバブレードと、該燃焼室内の可燃性ガスと空気との混合気に着火するために該燃焼室に臨む点火プラグと、該燃焼室内に配置されて該可燃性ガスと空気とを攪拌混合するファンとを有し、該可燃性ガスが該可燃性ガス通路を介して該燃焼室に供給され、該点火プラグの点火動作により該混合気が爆発燃焼して該ピストン及び該ドライバブレードを移動させる燃焼式動力工具において、該点火プラグのスパークエネルギが、０．０４Ｊ〜０．０８Ｊである燃焼式動力工具を提供している。
【０００７】
ここで、該点火プラグのスパークエネルギが、０．０５Ｊ〜０．０５５Ｊであることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載の燃焼式動力工具によれば、点火プラグのスパークエネルギが、０．０４Ｊ〜０．０８Ｊであるので、ガス濃度領域を広くとることができ、可燃性ガスの噴射量が多少不安定であっても安定した着火性能を得ることができる。また、スパークエネルギを蓄える時間を短くすることができ、燃焼式動力工具を連続して使用することができる。
【０００９】
請求項２に記載の燃焼式動力工具によれば、点火プラグのスパークエネルギが、０．０５Ｊ〜０．０５５Ｊであるので、ガス濃度領域を最も広くとることができ、ガス濃度が多少変化しても安定した着火性能を得ることができる。更に、スパークに必要な使用電力量を低く抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の燃焼式動力工具を燃焼式打込み工具に適用した第１の実施の形態について図１  乃至図４に基づき説明する。図１の断面図に示す非作動の状態の燃焼式打込み工具１は、外枠体を構成するハウジング２を有する。ハウジング２は、主ハウジング２Ａと、主ハウジング２Ａの長手方向に沿って主ハウジング２Ａに並設されたボンベ室２Ｂとにより構成される。主ハウジング２Ａの上部には、図示せぬ吸気口が形成されたヘッドカバー３が取付けられる。ボンベ室２Ｂ内には、可燃焼液化ガスを内含し、計量部４Ａを備えたガスボンベ４が着脱可能に収容される。
【００１１】
ボンベ室２Ｂの側部からはハンドル５が延設される。ハンドル５は、トリガスイッチ６を備え、図示せぬ電池が着脱可能に収容される。また、ハウジング２の下方には、図示せぬ釘を装填したマガシン７と、マガジン７内の釘を給送案内し、所定位置にセットするためのテールカバー８が設けられている。主ハウジング２Ａの下端には、工作物４０に当接するプッシュレバー９が往復摺動可能に突出して支持され、プッシュレバー９の上端部は、後述する燃焼室枠１０に固定された連結部材１１と連接されている。連結部材１１の下端部と後述するシリンダ２０との間には、圧縮コイルスプリング３０が介装されており、連結部材１１に連接されたプッシュレバー９を主ハウジング２Ａから離反する方向に付勢している。
【００１２】
そして、プッシュレバー９の先端を工作物４０に当接させ、圧縮コイルスプリング３０の付勢力に抗して主ハウジング２Ａ全体を工作物４０方向に押したとき、プッシュレバー９の上部は主ハウジング２Ａ内に後退可能である。主ハウジング２Ａの上端には、その上端開口を覆うためのヘッド部たるヘッドキャップ１２が固定されている。ヘッドキャップ１２の後述する燃焼室２３の反対側には、モータ１３が配置されており、このモータ１３の近傍には、点火位置が燃焼室２３内に面し、トリガスイッチ６の操作並びにプッシュレバー９の押圧動作により点火される点火プラグ１４が設けられている。モータ１３は回転軸１３Ａを有しており、燃焼室２３内に位置する回転軸１３Ａの先端には、ファン１５が設けられている。
【００１３】
主ハウジング２Ａ内には、燃焼式打込み工具１が工作物４０に押し付けられて、燃焼室枠１０が、ストローク上端にあることを検出するための図示せぬヘッドスイッチが設けられている。プッシュレバー９が所定位置まで上昇したときに、ヘッドスイッチがオン動作して、モータ１３の回転が開始される。ヘッドキャップ１２のボンベ室２Ｂ側内には燃料通路１２ａが形成され、燃料通路１２ａの一端はヘッドキャップ１２の下端面に開口し、他端側はガスボンベ４の計量部４Ａと接続されるガスボンベ接続部を形成する。
【００１４】
燃焼室枠１０は、主ハウジング２Ａ内においてその長手方向に移動可能で、上端がヘッドキャップ１２の下端面に当接可能に設けられる。上述したように、燃焼室枠１０の下端には連結部材１１が固定されてプッシュレバー９に連接されているので、プッシュレバー９の移動に伴って燃焼室枠１０も移動する。そして、シリンダ２０はハウジング２に固定され、燃焼室枠１０の内周面に当接して燃焼室枠１０の移動を案内する。シリンダ２０の軸方向中央部付近には排気穴２０ａが形成されている。この排気穴２０ａには図示せぬ逆止弁が、排気穴２０ａを選択的に塞ぐように設けられる。
【００１５】
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２１が設けられ、ピストン２１はシリンダ２０内をピストン２１上室とピストン２１下室に画成する。また、シリンダ２０内の下面には、弾性体より構成されるバンパ２２が配置されている。よって、ピストン２１が下方に移動した場合に、下死点でバンパ２２に衝突することになる。
【００１６】
そして燃焼室枠１０の上端がヘッドキャップ１２に当接したときに、ヘッドキャップ１２、燃焼室枠１０及びピストン２１上室とにより燃焼室２３が画成される。
【００１７】
燃焼室枠１０がヘッドキャップ１２から離間したときは、ヘッドキャップ１２と燃焼室枠１０の上端との間に外気と通じる第１流路２４が生じ、また燃焼室枠１０の下端部とシリンダ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。これら流路は、シリンダ２０の外周面側に燃性ガスや新たな空気を通過させ、この通過した燃性ガス等は主ハウジング２Ａの図示せぬ排気口から排出される。また、ヘッドカバー３に形成された吸気口は燃焼室２３内に空気を供給し、排気穴２０ａからは、燃焼室２３の燃性ガスを排出する。
【００１８】
燃焼室枠１０の燃焼室２３を画成する部分には、複数のリブ１０Ａが燃焼室枠１０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１０Ａはファン１５の回転と相まって、燃焼室２３内での空気と可燃性ガスとの攪拌混合を促進させる。
【００１９】
ファン１５はその回転により、燃焼室枠１０がヘッドキャップ１２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、燃焼室枠１０がヘッドキャップ１２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２３内の燃性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。
【００２０】
ドライバブレード２６がピストン２１のピストン下室側の面から主ハウジング部２Ａの下端部方向に延びて設けられる。ドライバブレード２６はテールカバー８内の釘に衝接可能な同軸位置にあり、ピストン２１が下降したとき、ドライバブレード２６の先端で釘を工作物に打込み、ピストン２１は上述したバンパ２２に突き当たって余剰エネルギーが吸収され停止する。
【００２１】
図３は、点火プラグ１４がスパークするための簡易的な回路図を示している。当該回路は、電池１０１、電圧の変動を行うスイッチングトランジスタ１０２、昇圧を行う一次トランス１０３、ダイオード１０４、コンデンサ１０５、サイリスタ１０６、昇圧を行う二次トランス１０７及び点火プラグ１４により構成される。
【００２２】
電池１０１により供給される電圧は、スイッチングトランジスタ１０２により電圧変動され、更に一次トランス１０３により昇圧される。昇圧された電圧は、ダイオード１０４を通って、コンデンサ１０５に電荷が蓄えられる。次に、サイリスタ１０６をオンしコンデンサ１０５に蓄えられた電荷を急速に放電し、その電圧を二次トランス１０７で昇圧して、点火プラグ１４において放電スパークさせる。この放電スパークにより後述のように混合ガスに着火する。
【００２３】
そして、点火プラグ１４の放電スパークのスパークエネルギは、本実施の形態において０．０４Ｊ〜０．０８Ｊに設定されている。点火プラグ１４のスパークエネルギ[Ｅ]は、コンデンサ１０５の容量[Ｃ]と、コンデンサ１０５に印加される電圧[Ｖ]とで決まり、次式で表される。
Ｅ＝１／２・ＣＶ２
従って、コンデンサ１０５の容量[Ｃ]と、コンデンサ１０５に印加される電圧[Ｖ]とを適切に選択すれば、所望のスパークエネルギを得ることができる。
【００２４】
次に本実施の形態による燃焼式打込み工具１の動作について説明する。非作動の状態では、図１に示されるように圧縮コイルスプリング３０の付勢力により、プッシュレバー９は主ハウジング２Ａから離反する方向に付勢されてテールカバー８下端より突出している。このとき燃焼室枠１０は連結部材１１を介してプッシュレバー９に連接されているので、燃焼室枠１０の上端はヘッドキャップ１２と離間し、また燃焼室枠１０の燃焼室２３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２１は、シリンダ２０内の上死点位置に停止している。
【００２５】
この状態でハンドル５を把持し、図２に示すようにプッシュレバー９を工作物４０に押し付けると、プッシュレバー９が圧縮コイルスプリング３０の付勢力に抗して、主ハウジング２Ａ方向に移動し、同様にプッシュレバー９と連接した燃焼室枠１０も移動し、上述した流路２４、２５が閉じられて、燃焼室２３が密封される。
【００２６】
またプッシュレバー９の移動に伴って、図示しないカムによりガスボンベ４全体をヘッドキャップ１２方向に傾斜させ、ガスボンベ４の噴射ロッドがヘッドキャップ１２のガスボンベ接続部に押し付けられて燃焼室２３内にガスボンベ４の可燃性液化ガスが計量部４Ａを介して燃料通路１２ａより1回だけ噴射される。
【００２７】
更に、プッシュレバー９の移動に伴って燃焼室枠１０がストローク端まで上昇すると、上述のヘッドスイッチがオンとなり、その結果ファン１５の回転が開始する。ファン１５が密封空間となった燃焼室２３内で回転することにより、燃焼室２３内に突出したリブ１０Ａと相まって、噴射された可燃性ガスが燃焼室２３内の空気と攪拌混合される。
【００２８】
かかる状態でハンドル５のトリガスイッチ６をオンすると、点火プラグ１４が上述のようにスパークし、混合ガスに着火する。この燃焼・膨張した混合ガスはピストン２１を下方へ移動させ、ピストン２１がバンパ２２に衝接するまでテールカバー８内の釘はドライバブレード２６により工作物に打ち込まれる。
【００２９】
打ち込み後、ピストン２１はバンパ２２と接し、燃性ガスは排気穴２０ａよりシリンダ２０外部へ放出される。排気穴２０ａには逆止弁（図示せず）が付随しており、燃性ガスがシリンダ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は閉じられる。シリンダ２０及び燃焼室２３内部に残った燃性ガスは燃焼後であるため高温であり、その熱がシリンダ２０の内壁、燃焼室枠１０の内壁から吸収されることで、燃性ガスが急冷されて、ピストン２１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２１を初期の上死点位置に引き戻す。
【００３０】
その後、トリガスイッチ６をオフし、本体を持ち上げ、プッシュレバー９を工作物４０から離すと、プッシュレバー９と燃焼室枠１０が圧縮コイルスプリング３０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１５はトリガスイッチ６をオフしても、一定時間、回転を継続している。図１に示す状態では燃焼室枠１０の上下に第１流路２４、第２流路２５を生じさせ、ファン１５により流れを発生させることでヘッドカバー３の吸気口（図示せず）から新鮮な空気を取り込み、主ハウジング２Ａの排気口（図示せず）から燃焼ガスを吐き出すことで、燃焼室内の空気を掃気する。その後ファン１５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。
【００３１】
次に、点火プラグ１４のスパークエネルギを０．０４Ｊ〜０．０８Ｊに設定した理由について説明する。発明者らは、スパークエネルギ［Ｊ］と、スパークエネルギに対して着火するガス濃度[％]（燃焼室全容積に対する可燃性ガスの量）との関係を調べた。図４にその結果を示す。実験に際して三種類のガスを用いた。試料１はプロピレン、メチルアセチレンを主成分とするガス、試料２はｉ−ブタン、プロピレンを主成分とするガス、試料３はｎ−ブタン、プロパンを主成分とするガスである。
【００３２】
図４において第一最高着火濃度１−Ａは、スパークエネルギに対して着火する試料１のガス濃度の上限を示しており、第一最低着火濃度１−Ｂは、スパークエネルギに対して着火する試料１のガス濃度の下限を示している。試料１は、ガス濃度が第一最高着火濃度１−Ａと第一最低着火濃度１−Ｂとの幅内であって、スパークエネルギが０．００８Ｊ〜０．０８Ｊであれば着火する。
【００３３】
第一最高着火濃度１−Ａと同様に第二最高着火濃度２−Ａ及び第三最高着火濃度３−Ａは、スパークエネルギに対して着火する試料２及び試料３のガス濃度の上限を示している。また、第一最低着火濃度１−Ｂと同様に第二最低着火濃度２−Ｂ及び第三最低着火濃度３−Ｂは、スパークエネルギに対して着火する試料２及び試料３のガス濃度の下限を示している。従って、試料１と同様に試料２は、ガス濃度が第二最高着火濃度２−Ａと第二最低着火濃度２−Ｂとの幅内、試料３は第三最高着火濃度３−Ａと第三最低着火濃度３−Ｂとの幅内であって、スパークエネルギが０．００８Ｊ〜０．０８Ｊであれば着火する。
【００３４】
また、スパークエネルギが０．０４Ｊ未満であると、各試料の最高着火濃度と最低着火濃度との幅が狭くなる。ガスボンベ４からの可燃性液化ガスの噴射量は不安定であるため、各最高着火濃度と最低着火濃度との幅が狭いと混合ガスが着火しない可能性がある。従って、本実施の形態では、各最高着火濃度と最低着火濃度との幅を広くとるために、スパークエネルギを０．０４Ｊ以上とし、燃焼式打込み工具１の安定した着火性能を得ている。
【００３５】
また、図４よりスパークエネルギを０．０８Ｊより大きくしても、各最高着火濃度と最低着火濃度との幅は広がらないことが予想され、かつスパークに必要な電池の使用電力量が増加する。更に、スパークエネルギを０．０８Ｊより大きくなると、スパークエネルギを蓄える時間が長くなり、連続して燃焼式打込み工具１を使用できなくなる可能性がある。従って、スパークエネルギを０．０８Ｊ以下としている。
【００３６】
また、スパークエネルギが０．０５２Ｊ以上では、各最高着火濃度と最低着火濃度との幅はほぼ一定となる。従って、スパークエネルギが０．０５Ｊ〜０．０５５Ｊであれば、各最高着火濃度と最低着火濃度との幅を最も広くとることができ、ガス濃度が多少変化しても安定した燃焼式打込み工具１の着火性能を得ることができる。更に、スパークに必要な電池の使用電力量を低く抑えることができる。
【００３７】
本発明による燃焼式打込み工具１は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明による燃焼式動力工具を燃焼式打込み工具に適用した実施の形態を示す側方断面図であって、釘打ち動作前の状態を示す図。
【図２】図１の燃焼式打込み工具の打込み状態を示すの側方断面図。
【図３】点火プラグがスパークするための簡易的な回路図。
【図４】スパークエネルギ［Ｊ］と、スパークエネルギに対して着火するガス濃度[％]との関係を示した図。
【符号の説明】
【００３９】
１  燃焼式打込み工具    ２  ハウジング    ９  プッシュレバー    １０  燃焼室枠
１２  ヘッドキャップ    １２ａ  燃料通路    １４  点火プラグ    １５  ファン
２０  シリンダ    ２１  ピストン    ２３  燃焼室    ２６  ドライバブレード
【図１】
2006061990.tif 000003
【図２】
2006061990.tif 000004
【図３】
2006061990.tif 000005
【図４】
2006061990.tif 000006