(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定具をワークピースに打ち込む固定具打ち込み装置であって、該固定具打ち込み装置は、
動力源と、
該動力源と電気的に結合された制御回路と、
該動力源と電気的に結合され、該制御回路に応答するモータと、
第一シリンダーと、
該第一シリンダー内で往復運動し、該ワークピースに該固定具を打ち込む動作サイクルで圧縮行程と戻り行程を実行する第一ピストンであって、該第一ピストンは該第一シリンダー内で気体をその中に収容できる気体室を画定する、第一ピストンと、
該モータによって駆動され、該第一ピストンと動作的に結合されて該第一ピストンを該第一シリンダー内で往復運動させる直線運動変換部と、
該第一シリンダーと気体圧で結合される第二シリンダーと、
該第二シリンダー内で往復運動可能である第二ピストンと、
該第二ピストンと結合され、該固定具を打撃して該固定具を該ワークピースに打ち込むことができるアンビルと、
該第一シリンダーと該第二シリンダーの間に動作的に配置されて該第一シリンダーと該第二シリンダーを気体圧で結合する弁機構であって、開位置で該第一シリンダーと該第二シリンダーの間に気体通路を画定するように構成され、閉位置で該気体通路をブロックする弁機構と、
該制御回路に電気的に結合された少なくとも一つのセンサであって、該少なくとも一つのセンサは該動作サイクルの少なくとも一つの位置を検出して該検出された動作サイクルの位置を該制御回路に通信する、少なくとも一つのセンサとを含み、
該圧縮行程で、該第一ピストンは該第一シリンダーの上死点の方へ動いて該気体室の気体を圧縮するように構成され、該弁機構は開位置をとり該圧縮された気体を該第二シリンダーへ連通させて該第二ピストンを直線的に動かして該アンビルが該固定具をワークピースに打ち込むことを可能にし、
該戻り行程で、該弁機構は閉位置をとり、該第一ピストンは該第一シリンダーの下死点の方へ動いて該第一シリンダー内で該第一シリンダーの上死点と該第一ピストンの間に真空を生成し、
該戻り行程における該第一ピストンの予め定めた位置で、該弁機構は開位置をとり該第一シリンダー内に生成された真空を該第二シリンダーへ連通させて該第二ピストンとアンビルを該第二ピストンとアンビルの初期位置に引っ込ませ、
該戻り行程で、該少なくとも一つのセンサで検出された該少なくとも一つの位置に基づいて該制御回路は該動力源を該モータから切り離して該動作サイクルを停止させるように構成される、ことを特徴とする固定具打ち込み装置。
【請求項２】
該動力源は再充電可能なバッテリーであることを特徴とする請求項１に記載の固定具打ち込み装置。
【請求項３】
該直線運動変換部はクランクシャフト機構を含むことを特徴とする請求項１に記載の固定具打ち込み装置。
【請求項４】
該弁機構は、開位置で１より大きな流量係数を有することを特徴とする請求項１に記載の固定具打ち込み装置。
【請求項５】
該第一ピストンの圧縮行程で、該気体室の気体は１．０５より大きな圧縮に関する指数ｎ（ｎは、式ＰＶｎ＝Ｋによって表され、Ｐは圧縮気体の圧力、Ｖは圧縮気体の体積、Ｋは定数である）で予め定めた圧力まで圧縮されることを特徴とする請求項１に記載の固定具打ち込み装置。
【請求項６】
該弁機構は弁ソレノイドを含むことを特徴とする請求項１に記載の固定具打ち込み装置。
【請求項７】
該真空が該第一シリンダーから該第二シリンダーへ連通された後、ある弁が大気の空気を気体室に流入させることを可能にすることを特徴とする請求項１に記載の固定具打ち込み装置。
【請求項８】
該弁を作動させて該気体室に大気の空気を流入させるために該固定具打ち込み装置の本体部分に配置された作動部材をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の固定具打ち込み装置。
【請求項９】
該気体通路の体積が該第一シリンダーの体積の約１５％より小さいことを特徴とする請求項１に記載の固定具打ち込み装置。
【請求項１０】
該モータと該弁機構の間に結合された結合部材をさらに含み、該結合部材は該モータの回転によって作動されて該弁機構を作動させて、
該圧縮行程では、該圧縮された気体を該第二シリンダーに連通させるために該開位置をとらせ、
該戻り行程では、該第一シリンダーにおいて該第一シリンダーの上死点と該第一ピストンの間に真空を生成するために該閉位置をとらせ、さらに
該戻り行程で、該第一シリンダーから該第二シリンダーへ該真空を連通させるために該開位置をとらせる、ことを特徴とする請求項１に記載の固定具打ち込み装置。
【請求項１１】
該制御回路はさらに、該第一シリンダーに生成された真空が該第二シリンダーへ連通された後、該弁機構を作動させて該閉位置をとらせるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の固定具打ち込み装置。
【請求項１２】
該弁機構は気体圧弁と該気体圧弁を作動させるための弁ソレノイドを含み、該弁ソレノイドは該制御回路によって制御されることを特徴とする請求項１に記載の固定具打ち込み装置。
【請求項１３】
該弁機構は、弁機構の該閉位置で該第二シリンダーから大気へ気体を解放するための排出開口を含むことを特徴とする請求項１に記載の固定具打ち込み装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、米国特許法第１１９条の規定に基づいて、その内容全体が参照によって本明細書に組み込まれる２００９年２月２５日に出願された米国特許仮出願第６１／２９８，５５６号の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、一般に固定具をワークピースに打ち込むために用いられる装置に関し、詳しくは携帯ハンドツールとして用いられる固定具打ち込み装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
固定具打ち込み装置は、釘やステープルなどの固定具をワークピースに打ち込むために用いられる道具である。固定具打ち込み装置は、木製の壁を作ったり、木製の壁に吊り下げ被覆材を取り付けたり、内装の壁や廻り縁の下部に幅木を固定したり等、様々な作業に用いられる。
【０００４】
当該分野ではいろいろな固定具打ち込み装置が知られている。それらの固定具打ち込み装置は、当該分野で公知のいろいろな手段やメカニズムを動作のために用いて使用される。従来の固定具打ち込み装置は、例えば、気体圧縮機で発生される圧縮空気、燃料電池、電気エネルギー、フライホイール機構、などによって作動させることができる。
【０００５】
これらの固定具打ち込み装置はワークピースに固定具を打ち込むのに有用であるが、いろいろな制限もある。例えば、圧縮空気で動作する固定具打ち込み装置は、かさばり、携帯できず、高価である。燃料電池で動作する固定具打ち込み装置は、設計が複雑で高価である。さらに、燃料電池で動作する装置は、電気エネルギーと燃料の両方が必要になる。詳しく言うと、燃料を燃焼させるのに必要なスパーク源はバッテリーなどいろいろな電気エネルギー源からエネルギーを得ている。さらに、燃料電池で動作する固定具打ち込み装置は、騒音を発生し、燃焼生成物を放出する。
【０００６】
さらに、電気エネルギーで動作する固定具打ち込み装置は、比較的短い長さの固定具、例えば約２．５ｃｍ（１インチ）以下の固定具など、に限定される。さらに、電気エネルギーで動作する固定具打ち込み装置は、大きな反動作用の力を発生する。大きな反動作用の力は、これらの固定具打ち込み装置が固定具をワークピースに打ち込むのに比較的長い時間を要する結果である。さらに、電気エネルギーで動作する固定具打ち込み装置は、固定具をワークピースに打ち込むのに長い時間を要するために、その繰り返し回数が限られる。さらに、フライホイールで動作する固定具打ち込み装置は長いサイズの固定具を非常に速く打ち込むことができるが、装置はサイズと重量が大きなものになる。さらに、これらの装置の駆動機構は設計が複雑であり、そのためこれらの装置は高価になる。
【０００７】
さらに、上であげたような固定具打ち込み装置は、ワークピースに固定具を打ち込むためのストライカー機構を含む。ストライカー機構は、ばね、バンジー（bungee）、などのいろいろなメカニズムによって初期位置に引っ込めることができる。このようなストライカー機構は固定具をワークピースに打ち込むのに有用であるが、それらの引き込み機構にはいろいろな問題がある。例えば、引き込み機構は、それに伴う慣性のために固定具打ち込み装置の打ち込みエネルギーのかなりの部分を消費し、固定具がワークピースに十分に打ち込まれない可能性がある。したがって、引き込み機構のために、固定具をワークピースに打ち込むためのパワーを増大させる必要が生ずるかもしれない。さらに、引き込み機構は固定具打ち込み装置の打ち込み速度を低下させる。さらに、既存の引き込み機構はストライカー機構をワークピースの方へ付勢し、ユーザーの安全という面で危険になる可能性がある。
【０００８】
上述のように、固定具打ち込み装置の打ち込みエネルギーを消費しないようにして、固定具がワークピースに十分に打ち込まれるようにする引き込み機構を採用した固定具打ち込み装置が必要とされている。固定具打ち込み装置は、固定具打ち込み装置の打ち込み速度を低下させない引き込み機構を備え、ユーザーの安全を保証できなければならない。さらに、固定具打ち込み装置は携帯できる性質のものであり、固定具を一撃（a single stroke）でワークピースに打ち込むことができなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来技術に内在している上述のような欠点を考慮して、本発明の一般的な目的は、従来技術のすべての利点を含み、かつ従来技術に内在する欠点を克服するように構成された固定具打ち込み装置を提供することである。
【００１０】
したがって、本発明のひとつの目的は、固定具打ち込み装置の打ち込みエネルギーを消費せず、打ち込み速度を低下させないで、固定具をワークピースに十分に打ち込むことができるようにした固定具打ち込み装置を提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、携帯できる性質であって、ユーザーの安全を高めることができる固定具打ち込み装置を提供することである。
【００１２】
本発明のさらに別の目的は、固定具をワークピースに一撃で打ち込むことができ、装置の効率を高めることができる固定具打ち込み装置を提供することである。
【００１３】
本発明のさらに別の目的は、固定具打ち込み作業で発生する反動作用の力を最小にすることができる固定具打ち込み装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の目的に照らして、固定具をワークピースに打ち込むための固定具打ち込み装置が開示される。この固定具打ち込み装置は、動力源、制御回路、モータ、第一シリンダー、第一ピストン、直線運動変換部、第二シリンダー、第二ピストン、アンビル、弁機構、そして少なくともひとつのセンサを含む。制御回路は動力源に電気的に結合されている。モータは動力源に電気的に結合され、制御回路に応答する。
【００１５】
第一ピストンは第一シリンダー内で圧縮行程と戻り行程を行う往復運動をすることができる。第一ピストンは第一シリンダー内で気体室を画定するように構成される。気体室はその中に気体を収容できる。第一シリンダーは直線運動変換部と動作的に結合している。直線運動変換部はモータによって駆動される。直線運動変換部は第一シリンダー内で第一ピストンを往復運動させるように構成される。第一シリンダーは第二シリンダーと気体圧で結合される。第二ピストンは第二シリンダー内で往復運動をすることができる。アンビルが第二ピストンに結合されている。アンビルは固定具を打撃して固定具をワークピースに打ち込むことができる。弁機構は、第一シリンダーと第二シリンダーの間に動作的に配置され、第一シリンダーと第二シリンダーを気体圧で結合する。弁機構は、開位置で第一シリンダーと第二シリンダーの間に気体通路を画定するように構成される。さらに、弁機構は閉位置でこの気体通路をブロックするように構成される。少なくともひとつのセンサは制御回路と通信可能に結合している。少なくともひとつのセンサは動作サイクルの少なくともひとつの位置を検出し、検出された動作サイクルの位置を制御回路に通信するように構成される。制御回路は、少なくともひとつのセンサによって検出された位置に基づいて固定具をワークピースに打ち込む動作サイクルを停止させるように構成されている。
【００１６】
制御回路は、検出された第一ピストンの位置に基づいて弁機構を作動させて開位置と閉位置のいずれかをとらせるように構成される。
【００１７】
圧縮行程で第一ピストンは第一シリンダーの上死点の方へ動いて気体室の気体を予め定めた圧力に圧縮するように構成されている。さらに弁機構はこの予め定めた圧力で開位置をとり、圧縮された気体を第二シリンダーに連通させる。第二シリンダーに連通された圧縮気体は第二ピストンを直線的に動かし、アンビルが固定具をワークピースに打ち込むことを可能にする。戻り行程では、弁機構は閉位置をとり、第一ピストンは第一シリンダーの下死点の方へ動いて第一シリンダー内に、第一シリンダーの上死点と第一ピストンの間に真空を生成するように構成されている。戻り行程において第一ピストンの予め定めた位置で弁機構は開位置をとる。弁機構の開位置は第一シリンダー内の真空を第二シリンダーに連通させ、第二ピストンとアンビルを第二ピストンとアンビルの初期位置まで引っ込ませる。
【００１８】
本発明のこの様態は、他の様態と合わせて、本発明を特徴づけるいろいろな新規性の特徴と共に、添付された特許請求の範囲で具体的に記載されており、本明細書の一部を成している。本発明を、その動作上の利点、並びにその使用によって達成される具体的な目的を含めてさらによく理解するためには、本発明の典型的な実施形態を図示した添付図面とその説明を参照しなければならない。
【００１９】
本発明の利点と特徴は以下の詳細な説明と特許請求の範囲を添付図面と合わせて参照することによってもっと良く理解されるであろう、図面のうち、
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明のある実施形態に係わる固定具打ち込み装置の縦断面図であり、固定具打ち込み装置から固定具を打ち込む動作サイクルの初期段階を示している。
【図２】図２は、本発明のある実施形態に係わる固定具打ち込み装置の縦断面図であり、気体室の気体を予め定めた圧力に圧縮する段階を示している。
【図３】図３は、本発明のある実施形態に係わる固定具打ち込み装置の縦断面図であり、急速に膨張する気体が固定具をワークピースに打ち込むために第二ピストンとアンビルを下向きに駆動する段階を示している。
【図４】図４は、本発明のある実施形態に係わる固定具打ち込み装置の縦断面図であり、急速に膨張する気体が固定具をワークピースに打ち込むために第二ピストンとアンビルを下向きに駆動する段階を示している。
【図５】図５は、本発明のある実施形態に係わる固定具打ち込み装置の縦断面図であり、弁機構の閉位置と戻り行程を行っている第一ピストンを示している。
【図６】図６は、本発明のある実施形態に係わる固定具打ち込み装置の縦断面図であり、弁機構の閉位置と第一シリンダーで真空を生成している第一ピストンを示している。
【図７】図７は、本発明のある実施形態に係わる固定具打ち込み装置の縦断面図であり、弁機構の開位置が第一シリンダーに生成された真空を第二シリンダーに連通させて第二ピストンとアンビルをその初期位置へ引っ込める段階を示している。
【図８】図８は、本発明のある実施形態に係わる固定具打ち込み装置の縦断面図であり、真空によって引っ込められた第二ピストンとアンビルの初期位置を示している。
【図９】図９は、本発明の別の実施形態に係わる固定具打ち込み装置の縦断面図を示している。
【図１０】図１０は、本発明のさらに別の実施形態に係わる固定具打ち込み装置の縦断面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図面のいくつかの図における説明で同じ参照番号は同じパーツを指す。
【００２２】
説明のためにここで詳しく記述される典型的な実施形態は、構造や設計にいろいろなバリエーションがある。しかし、本発明は、図示され説明される特定の固定具打ち込み装置に限定されるものではないことを強調しておかなければならない。状況が示唆する又は必要とする場合、いろいろな省略や同等物の代用が考えられるが、それらは本発明の精神と特許請求の範囲から逸脱しない適用又は実施に含まれる。
【００２３】
“第一の”、“第二の”などの用語は、本明細書では何も順序、量、又は重要性を表すものではなく、ひとつの要素を他の要素と区別するために用いられるものであり、“a”及び“an”（ひとつの）という語は、量の限定を表すものではなく、言及されたアイテムが少なくともひとつ存在することを表す。
【００２４】
本発明は、固定具をワークピースに打ち込むための固定具打ち込み装置を提供する。本明細書で用いられる場合、“固定具”という用語は釘、ステープル、などを指すが、それだけに限定されない。さらに、本明細書で用いられる“気体”という用語は、“大気としての空気”を指すが、それだけに限定されない。“気体”と“空気”という用語は全体にわたって交換可能に用いられる。さらに、固定具を打ち込む‘動作サイクル’とは、固定具打ち込み装置から固定具をワークピースに完全に打ち込むことに含まれる工程（steps）を指す。動作サイクルはまた、第一ピストンの“圧縮行程”と“戻り行程”の組合せと呼ぶこともできる。
【００２５】
本発明で開示される固定具打ち込み装置は、動力源、制御回路、モータ、第一シリンダー、第一ピストン、直線運動変換部、第二シリンダー、第二ピストン、アンビル、弁機構、及び少なくともひとつのセンサを含む。第一ピストンは第一シリンダー内で圧縮行程と戻り行程を行う往復運動をすることができる。第一ピストンは、モータと直線運動変換部の助けによって圧縮行程と戻り行程を行う。モータの動作はさらに制御回路によって制御される。弁機構は、第一シリンダーと第二シリンダーを気体圧で結合するように構成されている。弁機構は、固定具をワークピースに打ち込む動作サイクルで開位置と閉位置のいずれかをとる。弁機構の開位置では、弁機構は気体通路を第一シリンダーと第二シリンダーの間に画定し、第一シリンダーと第二シリンダーの間の気体の連通を可能にする。さらに、弁機構の閉位置では、気体通路がブロックされて第一シリンダーと第二シリンダーの間の気体の連通は停止される。
【００２６】
第一シリンダー内の第一ピストンの圧縮行程では、第一ピストンは第一シリンダーの上死点の方へ動いて第一シリンダー内の第一ピストンの上面の上に形成される気体室の気体を予め定めた圧力まで、又は第一ピストンの予め定めた行程まで圧縮するように構成されている。さらに、この予め定めた圧力又は予め定めた行程で、弁機構は開位置をとり圧縮された気体が第二シリンダーへ連通できるようにする。第二シリンダーに連通された圧縮気体は第二シリンダーに配置された第二ピストンを直線的に動かす。アンビルが第二ピストンに結合されている。第二ピストンの動きによってアンビルも直線的に動いて固定具を打撃し、固定具をワークピースに打ち込む。
【００２７】
第一シリンダー内の第一ピストンの戻り行程では、弁機構は閉位置をとり、第一ピストンは第一シリンダーの下死点の方へ動くようになっている。第一シリンダーの下死点の方への第一ピストンの動きは、第一シリンダーの上死点と第一ピストンの間に真空を作りだす。戻り行程で第一ピストンが第一シリンダー内の予め定めた位置に到達すると、弁機構は開位置をとる。弁機構の開位置は第一シリンダー内に作りだされた真空を第二シリンダーに連通させ、第二ピストンとアンビルを初期位置まで引っ込ませる。さらに、固定具打ち込み装置は、固定具打ち込み装置から次の固定具を打ち込むための準備ができる。本発明の固定具打ち込み装置の作動メカニズムと構成を、図１から８までと合わせて説明する。
【００２８】
図１から８までを参照すると、固定具打ち込み装置１０の縦断面図がそこに示されている。固定具打ち込み装置１０から固定具１０００を打ち込む動作サイクルを図１から８までと合わせて説明する。特に図１を参照して、固定具打ち込み装置１０は、動力源１００、制御回路２００、モータ３００、第一シリンダー４００、第一ピストン５００、直線運動変換部６００、第二シリンダー７００、第二ピストン８００、アンビル９００、弁機構２０００、及び一対のセンサ３０００を含む。
【００２９】
動力源１００は固定具打ち込み装置１０の作業のための動力を供給するように構成される。動力源１００は、再充電可能なバッテリー、バッテリーパック、又は他のどんな動力源、例えばＡＣ電源、であってもよい。動力源１００は制御回路２００に電気的に結合される。動力源１００は、有線、無線手段、又は当該分野で知られている他のどんなメカニズムによって制御回路２００に電気的に結合されてもよい。
【００３０】
制御回路２００は、動力源１００を作動させて固定具１０００を打ち込む動作サイクルを開始させるように構成される。同様に、制御回路２００は、動作サイクルが完了した後に動力源１００を不活性化するように構成される。制御回路２００は、当該分野で知られているいろいろな制御回路のいずれであっても良い。本発明のある実施形態では、制御回路２００は、マイクロプロセッサ、複数のハイパワー・スイッチング素子と制御回路入力を含む。さらに、本発明の別の実施形態では、制御回路２００はカムとリンケージに結合されたリミットスイッチを含む。さらに、制御回路２００は、タイマー、センサ、などからの入力信号を受けるように構成される。さらに、制御回路２００は、また、インターフェース、ＬＥＤ、などに出力信号を供給するように構成される。さらに、本発明のある実施形態では、制御回路２００は少なくともひとつの低バッテリー表示器、モータ動力のパルス制御、複数の通信ポート、状態表示器、故障ロックアウト保護コントローラ、などを含む。制御回路２００は、動力源１００を活性化又は不活性化することによってモータ３００の動作を制御するように構成される。
【００３１】
モータ３００は動力源１００に電気的に結合されている。モータ３００は動力源１００に、電線や磁気結合など、いろいろな手段やメカニズムによって電気的に結合される。さらに、モータ３００は制御回路２００に応答する。具体的に言うと、制御回路２００は、動力源１００から動力をモータ３００に導いて固定具１０００などの固定具をワークピースに打ち込む動作サイクルを開始させるように構成される。同様に、制御回路２００は、動作サイクルが完了した後に動力源１００からのモータ３００への動力を切り離すように構成される。本発明のある実施形態では、モータ３００は、モータ３００の回転を停止させるための動的な制動システムを含む。さらに、本発明のある実施形態では、固定具打ち込み装置１０は動力源１００からの動力をモータ３００へ制御回路２００を通して導いたり切り離したりするためのスイッチ３０２を含む。もっと詳しく言うと、スイッチ３０２は、固定具打ち込み装置１０の動作サイクルの開始と停止を適切に行うように制御回路２００によってコントロールされる。スイッチ３０２はオン／オフ・スイッチであってよい。モータ３００は第一シリンダー４００において第一ピストン５００に往復運動を付与するように構成される。モータ３００は直線運動変換部６００によって第一ピストン５００に往復運動を付与する。直線運動変換部６００は、モータ３００の回転運動を第一シリンダー４００内の第一ピストン５００の直線往復運動に変換するように構成される。
【００３２】
直線運動変換部６００は、モータ３００によって駆動される。本発明の範囲から逸脱することなく、直線運動変換部６００は、モータ３００によって減速機構４０００を通して駆動されてもよい。減速機構４０００は第一ピストン５００の往復運動で要求される速度に合わせてモータ３００の毎分の回転数（ｒｐｍ）を減少させるように構成される。本発明のある実施形態では、減速機構４０００は減速歯車メカニズムである。減速機構４０００はシャフト４００２によって直線運動変換部６００に結合される。本発明のこの実施形態では、直線運動変換部６００はクランクシャフト機構として示されている。ここでは、直線運動変換部６００はクランクシャフト６０２と、クランクシャフト６０２に結合された結合ロッド６０４を含む。
【００３３】
クランクシャフト６０２は、第一端部６０６と中間部６０８と第二端部６１０を含む。クランクシャフト６０２の第一端部６０６は固定具打ち込み装置１０の本体部分１１００に結合され、第二端部６１０は減速機構４０００に結合しているシャフト４００２に結合される。本体部分１１００は、固定具打ち込み装置１０のいろいろなコンポーネントが配置される構造枠組みを指す。さらに、減速機構４０００はクランクシャフト６０２の第二端部６１０に結合されてモータ３００が発生する回転運動をクランクシャフト６０２と結合ロッド６０４に伝達する。結合ロッド６０４はクランクシャフト６０２の中間部６０８に結合される。結合ロッド６０４の上端部分６１２は第一ピストン５００に結合される。本発明のある実施形態では、結合ロッド６０４の上端部分６１２はピストンピン（図示せず）によって第一ピストン５００に結合される。さらに、結合ロッド６０４の下端部分６１４はクランクシャフト６０２の中間部６０８に結合される。結合ロッド６０４の下端部分６１４は、ナットとボルト、リベット、などいろいろな手段とメカニズムによってクランクシャフト６０２の中間部６０８に結合される。
【００３４】
図１に示された本発明のこの実施形態では、直線運動変換部６００はクランクシャフト６０２によって記述されるが、直線運動変換部６００は他の機構、例えばスライダー・クランク機構、ラックとピニオン機構、リードスクリュー機構など、他の機構を含んでもよい。
【００３５】
さらに、固定具打ち込み装置１０の第一シリンダー４００は、上端部４０２，下端部４０４，及びシリンダー・エンドキャップ４０６を含む。シリンダー・エンドキャップ４０６は上端部４０２に構成される。シリンダー・エンドキャップ４０６はさらに、そこに形成される開口４０８を含む。第一シリンダー４００は固定具１０００をワークピースに打ち込むのに必要なエネルギーの量に比例する体積を有する。本発明のある実施形態では、１８ゲージの固定具を打ち込むために、第一シリンダー４００の体積は標準的な大気温度圧力条件の下で約１３１〜１９７立方センチ（約８〜１２立方インチ）である。
【００３６】
第一ピストン５００は第一シリンダー内に配置される。第一ピストン５００は、上面５０２，下面５０４，ボディ部分５０６及び逆止弁５０８を含む。さらに、第一ピストン５００は、第一シリンダー内に気体室５１０を画定するように構成される。詳しく言うと、第一ピストン５００は、第一ピストン５００の上面５０２と第一シリンダー４００のシリンダー・エンドキャップ４０６の間に気体室５１０を画定するように構成される。気体室５１０はその中に気体を収容することができる。第一ピストン５００は第一シリンダー４００内で往復運動して圧縮行程と戻り行程を実行するように構成される。圧縮行程では、第一ピストン５００は第一シリンダー４００の下端部４０４，すなわち下死点（ＢＤＣ）、から第一シリンダー４００の上端部４０２，すなわち上死点（ＴＤＣ）、まで動くように構成される。さらに、戻り行程で、第一ピストン５００は第一シリンダー４００の上端部４０２（ＴＤＣ）から第一シリンダー４００の下端部４０４（ＢＤＣ）まで動くように構成される。
【００３７】
圧縮行程をスタートさせる前に、気体室５１０はある体積の気体をその中に貯えており、それは固定具１０００をワークピースに打ち込むのに必要なエネルギーの量に比例する。本発明のある特定の実施形態では、１８ゲージの固定具を打ち込むために、気体室５１０は、標準的な大気の圧力及び温度条件で圧縮行程をスタートさせる前に約１４７〜１８０立方センチ（約９〜１１立方インチ）の体積を有する。もっと具体的に、１８ゲージの固定具を打ち込むために、この実施形態では気体室５１０は、標準的な大気の圧力及び温度条件で約１６４立方センチ（約１０立方インチ）の体積を有する。気体室５１０に貯えられる気体は、逆止弁５０８が閉位置をとっているから、第一ピストン５００の下面５０４の方へ流れることができない。
【００３８】
逆止弁５０８はボディ部分５０６に配置されている。詳しく言うと、逆止弁５０８はボディ部分５０６の側面部に配置されている。しかし、本発明は、逆止弁５０８のボディ部分５０６内の特定の配置に限られない。逆止弁５０８は、大気の空気が開位置で第一シリンダー４００に流れ込むことができるように構成される一方向弁である。
【００３９】
図１に示されているように、固定具打ち込み装置１０は、逆止弁５０８を作動させるための垂直作動部材５０００を含む。垂直作動部材５０００は固定具打ち込み装置１０の本体部分１１００に配置することができる。もっと具体的に言うと、垂直作動部材５０００は、クランクシャフト６０２の第一端部６０６の本体部分１１００との結合部に隣接して配置することができる。垂直作動部材５０００は第一端部５００２と第二端部５００４を含む。垂直作動部材５０００の第一端部５００２は本体部分１１００に結合される。第二端部５００４は、第一ピストン５００が第一シリンダー４００の下端部４０４に到達したときに、逆止弁５０８を作動させて逆止弁５０８の開位置が形成されるように構成される。ある実施形態では、逆止弁５０８は、クランクシャフト６０２がクランクシャフト６０２の出発点から３０度まで回転したときに気体室５１０に大気の空気が補充されるように構成される。ここで、クランクシャフト６０２の出発点とは、クランクシャフト６０２が出発点にあるとき、第一ピストン５００が第一シリンダー４００のＢＤＣにあることを指す。
【００４０】
別の実施形態では、逆止弁５０８を使用する代わりに、第一シリンダー４００の下端部４０４の直径が第一シリンダー４００の残りの部分より大きくなっている。さらに、第一ピストン５００はその側面に形成されたＯリングを含む。第一ピストン５００が第一シリンダー４００のＢＤＣから第一シリンダー４００のＴＤＣの方へ動くとき、第一ピストン５００のどちらかの側面と第一シリンダー４００の下端部４０４の間に入口が形成される。大気の空気がこの入口を通って気体室５１０に入る。さらに、第一ピストン５００のＴＤＣの方への動きのさい、Ｏリングが下端部４０４，すなわち第一シリンダーの拡がった部分を通過するときにＯリングが第一シリンダー４００の残りの部分の壁と物理的に接触するようになってこの入口が閉じられる。ある実施形態では、第一ピストン５００上のＯリングの位置と下端部４０４の寸法が、クランクシャフト６０２の出発点からクランクシャフト６０２が３０度回転することによって気体室５１０に大気の空気が補充されるような位置と寸法になっている。
【００４１】
さらに、固定具打ち込み装置１０は、動作サイクルの少なくともひとつの位置を検出し、検出された動作サイクルの位置を制御回路に伝える少なくともひとつのセンサ、例えば第一センサ３００２及び第二センサ３００４など、を含む。第一センサ３００２及び第二センサ３００４などのせンサ３０００は、装置の動作サイクルをセンサが容易に決定できる装置内又は装置上のどこに配置してもよい。ある非限定的な実施形態では、第一センサ３００２及び第二センサ３００４は第一シリンダー上に配置される。もっと詳しく言うと、第一センサ３００２は第一シリンダー４００の上端部４０２に配置され、第二センサ３００４は第一シリンダー４００の下端部４０４に配置される。センサ３００２とセンサ３００４は制御回路２００と通信可能に結合されている。センサ３００２とセンサ３００４は当業者に公知のいろいろな有線又は無線手段によって制御回路２００と通信可能に結合されている。さらに、ある実施形態では、センサ３００２と３００４は少なくともひとつの第一ピストン５００の位置を検出するように構成される。もっと具体的に言うと、第一センサ３００２は第一ピストン５００が第一シリンダー４００のＴＤＣに近づいたときに第一ピストン５００の位置を検出するように構成される。同様に、第二センサ３００４は第一ピストン５００が第一シリンダー４００のＢＤＣに近づいたときに第一ピストン５００の位置を検出するように構成される。さらに、第一センサ３００２と第二センサ３００４は、検出された第一ピストン５００の位置を制御回路２００に通信するように構成される。センサ３００４によって検出された位置に基づいて、制御回路２００は動力源１００をモータ３００から切り離して動作サイクルを停止させるように構成される。本発明のセンサの少なくともひとつは、装置内又は装置上のどの箇所においても、装置の動作サイクルの位置を決定するために装置のコンポーネント（単数又は複数）の位置を識別するように構成されていることは明らかである。ある実施形態では、制御回路２００は検出された第一ピストン５００の位置に基づいて作動して弁機構２０００に開位置と閉位置のいずれかをとらせるように構成される。
【００４２】
センサ３００２と３００４は、それだけに限定されないが、リミットスイッチ、ホール効果センサ、フォトセンサ、リードスイッチ、タイマーと電流又は電圧センサ、のひとつ又は組合せから、本発明の範囲から逸脱することなく、選択することができる。センサ３００２と３００４は、ホール効果センサを少なくともひとつの磁石と組み合わせて含むこともできる。センサ３００２と３００４は、図１では上端部４０２と下端部４０４に配置された形で示されているが、この配置に限定されると考えてはならない。別の実施形態では、センサ３０００の対は第一ピストン５００上に配置することもできる。
【００４３】
さらに、弁機構２０００が第一シリンダー４００と第二シリンダー７００の間に動作的に配置されている。弁機構２０００は、第一シリンダー４００と第二シリンダー７００の間で気体を連通させる媒体として弁機構２０００が働くような仕方で配置される。弁機構２０００は開位置と閉位置のいずれかをとるように構成される。弁機構２０００は、開位置にあるとき、第一シリンダー４００と第二シリンダー７００の間に気体通路２００５を画定するように構成される。本発明のある実施形態では、気体通路２００５の体積は第一シリンダー４００の体積の１５％より小さい。気体通路２００５の体積は、気体通路２００５に気体がたまることによる損失を最小にし、それによって固定具打ち込み装置１０の効率を高めるように、第一シリンダー４００の体積の１５％より小さくなっている。弁機構２０００の閉位置で気体通路２００５はブロックされるように構成される。
【００４４】
弁機構２０００は、弁スプール２００６と弁本体２００８を含む。弁スプール２００６は弁本体２００８内に摺動可能に配置される。弁スプール２００６は、その中央部分に形成された細長い溝２０１０を含む。本発明のある実施形態では、弁スプール２００６はばね（図示せず）と２つのＯリング（図示せず）の間の圧力バランスによってその位置に保持される。弁本体２００８はさらに、そこに形成された排出開口２０１２を含む。弁機構２０００の閉位置で排出開口２０１２は細長い溝２０１０からの気体を受けてその気体を大気に放出するように構成される。
【００４５】
弁機構２０００は結合部材２０５０を用いて開位置と閉位置をとる。結合部材２０５０はモータ３００と弁機構２０００の間に動作的に結合される。ある実施形態では、結合部材２０５０は減速機構４０００と弁スプール２００６の間に動作的に結合される。結合部材２０５０は、モータ３００の回転運動に応答して弁スプール２００６に開口４０８を覆う覆いをとるように直線運動を印加して気体通路２００５を画定するように構成される。それに応じて弁機構２０００は開位置又は閉位置をとる。
【００４６】
ある実施形態では、結合部材２０５０は、カム２０５２と、プッシュロッド２０５４と、ロッカーアーム２０５６と、カムガイド２０６６を含む。ある形態では、カム２０５２は減速機構と結合したシャフト４００２に結合されて、カム２０５２はシャフト４００２の軸のまわりで回転できる。プッシュロッド２０５４はカム２０５２をロッカーアーム２０５６に動作的に結合する。ロッカーアーム２０５６は第一アーム２０５８と第二アーム２０６０を有する。第一アーム２０５８は弁スプール２００６の後部に結合され、第二アーム２０６０はプッシュロッド２０５４に結合される。第一アーム２０５８と第二アーム２０６０は枢支点２０６２で互いに回動自在に結合される。さらに、第二アーム２０６０はまた、プッシュロッド２０５４に回動自在に結合される。カムガイド２０６６はプッシュロッド２０５４の上向き及び下向きの動きをガイドする。
【００４７】
カム２０５２は、カム２０５２の回転によってプッシュロッド２０５４がシャフト４００２の方へ及びシャフト４００２から離れるように動き、ロッカーアーム２０５６に働きかけてロッカーアーム２０５６が弁スプール２００６を作動させて弁機構２０００が開位置及び閉位置をとるようにするのに適したプロファイルを有する。ある形態では、カム２０５２は、一回の動作サイクルでシャフト４００２のまわりの３６０度の回転で二回の上昇と二回の降下が生ずるようなプロファイルを有する。プッシュロッド２０５４がシャフト４００２から離れるように押されると、プッシュロッド２０５４は第二アーム２０６０を押して枢支点２０６２のまわりで時計回りに回転させる。第二アーム２０６０の枢支点２０６２のまわりでの時計回りの回転により、第一アーム２０５８が弁スプール２００６を開口４０８から離れるように引いて弁スプール戻りばね２０６４を圧縮する。その結果、弁スプール２００６は開口４０８をふさがなくなり、弁機構２０００は開位置をとる。
【００４８】
さらに、カム２０５２の回転によって、カム２０５２の降下プロファイルのため、プッシュロッド２０５４がシャフト４００２に近づき、第二アーム２０６０を枢支点２０６２のまわりで反時計回りに回転させる。さらに、第一アーム２０５８は圧縮された状態にある弁スプール戻りばね２０６４から離れるように動く。弁スプール戻りばね２０６４の解除により弁スプール２００６が開口４０８の方へ動き、開口４０８を閉じるのを助ける。それにより、弁機構２０００は閉位置をとる。ある実施形態では、弁スプール２００６は弁スプール２００６の後部に形成された溝２０７０を含む。この実施形態では、弁機構２０００が開位置にあるとき圧縮された状態にある弁スプール戻りばね２０６４は膨張して弁スプール２００６を押し、開口４０８を覆うようになる。この実施形態では、第一アーム２０５８が溝２０７０内で動く。弁スプール２００６がロッカーアーム２０５６の速度に比べて速い速度で開くので、溝２０７０が弁スプール２００６に失われた運動コントロールを提供する。具体的に言うと、溝２０７０によって、弁スプール２００６がロッカーアーム２０５６によって解発（trip）された後、弁スプール２００６は急速に開くことができる。
【００４９】
本発明のある実施形態では、弁機構２０００は１より大きな流量係数（Ｃｖ）を有する。流量係数は、弁における圧力低下とそれに対応する流量の間の関係を記述する。高い流量係数の弁は、与えられた圧力降下で弁機構を通る気体の流量が大きくなる。さらに、弁機構２０００はスナップ作動弁として構成される。スナップ作動弁は、開放時間が２０ミリ秒未満の弁と定義される。ここで弁の開放時間とは、最初の閉じた位置から弁における圧縮気体の全流量の約７０パーセントに達する位置まで弁が開くのに要する時間を表す。
【００５０】
第二シリンダー７００は気体圧で弁機構２０００を介して第一シリンダー４００に結合している。第二シリンダー７００は第一シリンダー４００と平行に位置している。第二シリンダー７００は膨張シリンダーとして働き、第一ピストン５００の圧縮行程の後に弁機構２０００が開位置をとると第一シリンダー内の圧縮された気体が膨張できるようになる。第二シリンダー７００は、近位端部７０２と、遠位端部７０４と、トッププレート７０６を含む。さらに、第二シリンダー７００の遠位端部７０４にはバンパー７０８が配置される。バンパー７０８は膨張行程の終わりに、すなわちアンビル９００が固定具１０００を打撃した後、余剰エネルギーを吸収するように構成される。バンパー７０８はいろいろな打撃エネルギー吸収材、例えばエラストマーなど、から構成できる。
【００５１】
第二ピストン８００は第二シリンダー７００内に配置される。第二ピストン８００は第二シリンダー７００内で往復運動するように構成される。アンビル９００が第二ピストン８００の後面８０４に、後面８０４に結合したコネクタ８０６によって結合される。コネクタ８０６は、ナットとボルト、リベット、溶接、その他の当該分野で公知のいろいろな手段とメカニズムによって後面８０４に結合される。アンビル９００はコネクタ８０６の中央の溝（図示せず）に、ナットとボルト、リベット、溶接、その他の当該分野で公知のいろいろな手段とメカニズムによって固定することができる。さらに、本発明のある実施形態では、コネクタ８０６とアンビル９００は単一ユニットとして構成することもできる。
【００５２】
アンビル９００は第二ピストン８００と共に往復運動するように構成される。アンビル９００は第二シリンダー７００と固定具ガイド１０１０内で直線的に動くことができる。さらに、アンビル９００は固定具１０００を打撃してワークピースに固定具１０００を打ち込むことができる。固定具ガイド１０１０は固定具フィーダ１０２０から固定具１０００を受け取るように構成される。
【００５３】
さらに、本発明のある実施形態では、第二シリンダー７００はさらに第二シリンダー７００の近位端部７０２に配置された第二のバンパーを、第二ピストン８００がその初期位置まで引っ込められたときに余剰エネルギーを吸収するために含むことができる。さらに、本発明のある実施形態では、第二シリンダー７００は第二ピストン８００とアンビル９００を初期位置（図１に示される固定具打ち込み前の位置）に維持するために、トッププレート７０６にＯリング又は凹みを含むことができる。さらに、本発明のある実施形態では、第二シリンダー７００はトッププレート７０６に配置された磁石及びアンビル９００内の鉄物質の片を第二ピストン８００とアンビル９００を初期位置に維持するために含むことができる。このように、第二ピストン８００とアンビル９００を上方位置に保ち、第二ピストン８００とトッププレート７０６の間にほとんど全く余分のデッドスペースがないようにすることにより、圧縮行程の後の気体の膨張が第二ピストン８００に直接作用し、最大の効率が達成される。さらに、このような措置はアンビル９００が偶発的に解放される可能性をなくし、ユーザーの安全を高めることになる。
【００５４】
固定具打ち込み装置１０の動作サイクルが図１から８までに進行順に示されており、以下でそれを図１から８までを参照して説明する。
【００５５】
再び図１を参照すると、固定具打ち込み装置１０の動作サイクルの第一段階が示されている。動作サイクルのこの段階では、第一ピストン５００が第一シリンダー４００のＢＤＣ（下死点）にあり、第二ピストン８００とアンビル９００は第二シリンダー７００の近位端部７０２にあり、弁機構２０００は閉位置にあり、固定具１０００は固定具ガイド１０１０に配置され、モータ３００はオフ状態にある。第二ピストン８００とアンビル９００の近位端部７０２における位置は、動作サイクルの始めにおける第二ピストン８００とアンビル９００の‘初期位置’を表す。第一ピストン５００はＢＤＣにあるので、垂直作動部材５０００は逆止弁５０８を開位置に保持する。逆止弁５０８の開位置では、大気の空気が、図１の矢印‘Ａ１’で示されるように逆止弁５０８から気体室５１０に充填される。あるいはまた、本発明の別の実施形態では、大気の空気は第一シリンダー４００の下端部４０４に形成された一連の孔又は拡げられた開口によって気体室５１０に充填される。さらに、閉位置での逆止弁５０８は気体室５１０からの気体の流出を阻止する。
【００５６】
さらに、固定具打ち込み装置１０の動作サイクルを開始するために、ユーザーはスイッチ３０２を作動させる。制御回路２００は、第二センサ３００４によって、第一ピストン５００が第一シリンダー４００のＢＤＣにあることを確認する。第一ピストン５００が第一シリンダー４００のＢＤＣにあることを確認した後、制御回路２００は動力源１００を作動させてモータ３００に動力を供給する。するとモータ３００は直線運動変換部６００を駆動し、第一ピストン５００が圧縮行程を実行する。弁機構２０００は閉位置にあり、第一ピストン５００は第一シリンダー４００の下端部４０４，すなわちＢＤＣ、から第一シリンダー４００の上端部４０２，すなわちＴＤＣ（上死点）、の方へ動く。さらに、第一ピストン５００がＴＤＣの方へ動くと、垂直作動部材５０００が逆止弁５０８に閉位置をとらせる。詳しく言うと、逆止弁５０８の両側（第一シリンダー４００の内側と外側）の間の圧力差によって、逆止弁５０８は閉位置をとるように構成される。さらに、弁機構２０００が閉位置にあるので第一ピストン５００は気体室５１０の気体を圧縮する。この圧縮行程の間、回転しているカム２０５２のカム上昇プロファイルのため、第二アーム２０６０が枢支点２０６２のまわりで時計回りに回転を始める。それによって第一アーム２０５８が開口４０８の覆いをとるように弁スプール２００６を後方へ引き始める。さらに、弁スプール２００６が後方に動くと、弁スプール戻りばね２０６４も圧縮し始める。
【００５７】
さらに、図２に示されるように、第一ピストン５００が第一シリンダー４００のＴＤＣに到達すると、気体は予め定めた圧力に圧縮される。本発明のある実施形態では、標準的な１８ゲージ、長さ３０センチ（１２インチ）の固定具を打ち込むために、気体室５１０の気体は圧縮気体の体積が約１６．４立方センチ（約１立方インチ）で１．１ＭＰａ（１６０ｐｓｉ（平方インチあたりポンド））という予め定めた圧力に圧縮される。第一ピストン５００は気体室５１０の気体を単一急速直線行程、すなわち圧縮行程で予め定めた圧力に圧縮するように構成される。気体室５１０の気体を単一急速直線行程で圧縮することにより、気体は、圧縮された気体の圧力が公式Ｐ１Ｖ１＝Ｐ２Ｖ２で予測される圧力を超えるような仕方で圧縮される。ここで、Ｐ１とＰ２は気体の圧力、Ｖ１とＶ２は気体の体積を表す。このような圧力増加は１．０５より大きな圧力指数によってモデル化できる。１．０５より大きな圧力指数は、与えられた圧縮比で通常の仕方で行われる圧縮の場合の気体圧力より高い気体圧力を生ずる。詳しく言うと、このような圧縮指数は、圧縮が通常の多段圧縮機によって行われる場合（この場合圧縮の熱は環境へ失われる）に貯えられるエネルギーより大きなエネルギーを圧縮気体に貯えることができる。
【００５８】
圧縮指数が１．０５より大きな場合の式はＰＶn＝Ｋと書くことができる、ここでＰは圧縮気体の圧力、Ｖは圧縮気体の体積、ｎは圧縮指数、Ｋは定数、である。等温圧縮における空気では、圧縮指数は１．０５であり、断熱圧縮では圧縮指数は約１．４である。本発明のある実施形態では、圧縮サイクルは十分に短く、気体室５１０の気体は少なくとも約１．１という圧縮指数で予め定めた圧力まで圧縮される。
【００５９】
さらに、第一ピストン５００が第一シリンダー４００のＴＤＣに到達すると、回転するカム２０５２の上昇プロファイルのために第二アーム２０６０は枢支点２０６２のまわりで時計回りに回転し続ける。その結果、第一アーム２０５８が弁スプール２００６を開口４０８の覆いをとるように引き、図３と４に示されるような弁機構２０００の開位置が形成される。
【００６０】
次に図３と４を参照すると、動作サイクルの次の段階が示されている。特に図３に示されているように、圧縮行程が完了した後、弁機構２０００は開位置をとる。弁機構２０００が開位置にあるので、予め定めた圧力に圧縮された気体は気体通路２００５によって第二シリンダー７００に連通される。圧縮気体はその後第二シリンダー７００内で膨張することができ、第二ピストン８００とアンビル９００を下向きに直線的に動かす。さらに、アンビル９００は第二シリンダー７００の長手軸に沿って固定具１０００を打撃するための固定具ガイド１０１０まで伸びる。アンビル９００は、固定具１０００を打撃して、図４に示されるように固定具１０００をワークピースに打ち込むことができる。
【００６１】
第一シリンダー４００から圧縮気体が気体通路２００５によって第二シリンダー７００に急速に連通されると、第一シリンダー４００から第二シリンダー７００への圧縮気体の急速な連通によって第二ピストン８００とアンビル９００が下向きに急速に加速される。第二ピストン８００とアンビル９００のこの急速な加速は、反作用力が小さい速やかな固定具打ち込み行程を生ずる。さらに、固定具ガイド１０１０を通るアンビル９００の直線運動は固定具ガイド１０１０の詰まり解除（jam clearing）を可能にする。この詰まり解除は、固定具ガイド１０１０の中の固定具破片やその他の破片を除去し、固定具ガイド１０１０を清浄にする手作業の必要がなくなる。したがって、固定具ガイド１０１０は自動的に次の固定具打ち込みサイクルのための準備がなされる。
【００６２】
固定具１０００がワークピースに完全に打ち込まれた後、弁機構２０００は閉位置をとるように構成される。回転するカム２０５２の降下プロファイルのために、第二アーム２０６０は枢支点２０６２のまわりで反時計回りに自由に回転できる。さらに、弁機構２０００の開位置の間圧縮された状態にあった弁スプール戻りばね２０６４は膨張し始め、それにより弁スプール２００６を前方へ、開口４０８を覆うように押す。その結果、図５に示されるように弁機構２０００は閉位置をとる。さらに、モータ３００が回転し続けるため、第一ピストン５００は戻り行程を実行するように構成される。戻り行程の間、第一ピストン５００は第一シリンダー４００の上端部４０２，すなわちＴＤＣ、から第一シリンダー４００の下端部４０４，すなわちＢＤＣ、へ下向きに動く。さらに、弁機構２０００の閉位置と逆止弁５０８の閉位置のために、第一シリンダー４００のＴＤＣと第一ピストン５００の間に真空が生成される。もっと詳しく言うと、真空が第一ピストン５００の上面５０２とシリンダー・エンドキャップ４０６の間に生成される。
【００６３】
さらに、図５に示されるように、第二シリンダー７００の余剰の気体は大気へ放出することができる。第二シリンダー７００の余剰の気体は、弁スプール２００６の細長い溝２０１０と弁本体２００８に形成された排出開口２０１２によって大気へ放出することができる。このような第二シリンダー７００の余剰の気体の放出は第二ピストン８００の前面８０２の上の気体圧力の減少を助ける。さらに、第一ピストン５００の動きが多少とも妨げられた場合、この排出は第二ピストン８００とアンビル９００への圧力を解除してユーザーの安全に寄与する。
【００６４】
さらに、図６に示されるように、第一ピストン５００の戻り行程で、第一ピストン５００が予め定めた位置に達したとき、第一シリンダー４００に生成された真空は、その真空を第二シリンダー７００に連通させた場合に第二ピストン８００とアンビル９００を初期位置へ（図１に示されるように）引っ込ませるのに十分なものになる。第一ピストン５００が第一シリンダー４００内のその予め定めた位置に達したとき、ロッカーアーム２０５６は回転するカム２０５２のカム上昇プロファイルのために枢支点２０６２のまわりで時計回りの方向に回転し続ける。したがって、第一アーム２０５８は開口４０８の覆いをとるように弁スプール２００６を後方に引き、図７に示されるように、弁機構２０００の開位置を形成する。
【００６５】
さらに、図７には動作サイクルの次の段階が示されている。第一アーム２０５８が弁スプール２００６を後方へ引き、第一シリンダー４００のシリンダー・エンドキャップ４０６に形成された開口４０８の覆いをとり、弁機構２０００の開位置を形成する。その後、第一シリンダー４００に生成された真空が第二シリンダー７００に連通される。詳しく言うと、弁機構２０００が開位置をとると、第一シリンダー４００に生成された真空に第二シリンダー７００から連通された気体が充填される。
【００６６】
さらに、図８に示されるように、第二シリンダー７００に連通された真空は、第二ピストン８００とアンビル９００を初期位置に引っ込ませる。さらに、第一ピストン５００は第一シリンダー４００のＢＤＣに到達するように構成されるので、第二ピストン８００とアンビル９００は初期位置まで戻される。第二ピストン８００とアンビル９００が固定具打ち込み装置１０の打ち込みエネルギーを利用せずに初期位置に引っ込められるということは当業者には明らかであろう。さらに、戻り行程で第一ピストン５００は第一シリンダー４００のＢＤＣの方へ動くときに第二ピストン８００とアンビル９００を引っ込めることが自動的におこなわれるので、固定具打ち込み装置１０のほぼすべてのエネルギーが固定具１０００をワークピースに打ち込むために利用されることは当業者には理解されるであろう。詳しく言うと、第二ピストン８００とアンビル９００の戻りは真空で作動し、固定具１０００を打ち込むために用いられるエネルギーを利用しない。
【００６７】
第一シリンダー４００に生成される真空が本発明の固定具打ち込み装置１０で引き込み機構として働くということは当業者には理解されるであろう。本発明のアンビル９００は、アンビル戻りばね又はバンジーなどの特別の引き込み機構を必要とせず、本発明の固定具打ち込み装置１０は打ち込み速度が大きくなることは当業者には理解されるであろう。さらに、第二ピストン８００、コネクタ８０６及びアンビル９００の軸方向の動きで生ずる運動エネルギーはバンパー７０８によって吸収される。
【００６８】
第二ピストン８００とアンビル９００が初期位置に達すると、弁機構２０００は図１に示されるような閉位置をとるように構成される。第一ピストン５００が第一シリンダー４００のＢＤＣに達すると、第二センサ３００４がＢＤＣにおける第一ピストン５００の存在を検出し、制御回路２００は第二センサ３００４からの検出された位置を受け取る。さらに、制御回路２００は第二センサ３００４からのフィードバックに基づいてモータ３００から動力源１００を切り離して動作サイクルをストップさせるように構成される。詳しく言うと、制御回路２００は動力源１００からモータ３００への動力を切り離し、モータ３００は第一シリンダー４００の内側で第一ピストン５００を直線的に動かすための直線運動変換部の作動を停止する。本発明のある実施形態では、モータ３００はダイナミック制動メカニズムによって停止される。この状態で固定具打ち込み装置１０は固定具打ち込み作業の次に動作サイクルを実行する準備ができた状態にあることは当業者には明らかであろう。このように、第一ピストンの一回の行程で固定具打ち込み装置１０は固定具打ち込みの動作サイクルを完了する。こうして各トリガリング（すなわち、スイッチ３０２の作動）によって、一つの固定具、例えば固定具１０００，がワークピースに打ち込まれる。固定具１０００を連続的に打ち込む場合、モータ３００を続けて作動させて引き続く動作サイクルを連続して実行できることは当業者には明らかであろう。
【００６９】
次に図９を参照すると、本発明の別の実施形態で、弁機構６０００などの弁機構と結合部材６０５０などの結合部材を有する固定具打ち込み装置２０が示されている。弁機構６０００は弁スプール６０１０を含み、それは弁スプール６０１０の後部６０１４に形成されたカムランプ（camramp）６０１２を有する。弁スプール６０１０の後部６０１４はまた弁スプール戻りばね２０６４などの弁スプール戻りばねに結合されている。
【００７０】
結合部材６０５０はカム２０５２などのカム、プッシュロッド６０５２，及びカムガイド２０６６などのカムガイドを含む。プッシュロッド６０５２はカム２０５２に動作的に結合している。カム２０５２の回転によって、プッシュロッド６０５２は上向き又は下向きの運動、すなわちシャフト４００２の方への運動及びシャフト４００２から離れる運動を行う。図９に示されるように、プッシュロッド６０５２は弁スプール６０１０上のカムランプ６０１２に作用して弁機構２０００の開位置又は閉位置を形成する。弁スプール戻りばね２０６４も、プッシュロッド６０５２が引っ込むすなわちシャフト４００２の方へ進むとき、開口４０８を閉じるのを助ける。
【００７１】
例えば、図９に示されるように、カム２０５２の変化するプロファイルのため、プッシュロッド６０５２がカムランプ６０１２と点６０１６で接触するとき、弁機構６０００は閉位置にある。カム２０５２のカム上昇プロファイルのため、プッシュロッド６０５２は上向きに、すなわちシャフト４００２から離れるように駆動される。プッシュロッド６０５２はカムランプ６０１２に上向き方向に進むように作用するので、弁スプール６０１０を後方に押すような合力が（プッシュロッド６０５２がカムランプ６０１２と点６０１８で接触するとき）開口４０８の覆いをとるように加わる。このため、弁機構６０００は開位置をとり、同時に弁スプール戻りばね２０６４も圧縮される。ひとつの動作サイクルで、カム２０５２が３６０度回転し、カム２０５２は２回の上昇と２回の降下を行うということは当業者には明らかであろう。
【００７２】
次に図１０を参照すると、固定具打ち込み装置３０に弁機構７０００などの弁機構を有する本発明のさらに別の実施形態が示されている。固定具打ち込み装置３０は、弁機構７０００とモータ３００の間に動作的に結合した結合部材２０５０などの結合部材を利用しない。
【００７３】
弁機構７０００は気体圧弁７００２と弁ソレノイド７００４を含む。弁ソレノイド７００４は気体圧弁７００２を作動させるように構成される。気体圧弁７００２は弁スプール７００６と弁本体７００８を含む。弁スプール７００６は弁本体７００８に摺動可能に配置される。弁スプール７００６は、その中央部分に形成された細長い溝７０１０を含む。さらに、本発明のある実施形態では、弁スプール７００６は、ばね（図示せず）と２つのＯリング（図示せず）の間の圧力バランスによってその位置に保持される。弁本体７００８はさらに、そこに形成された排出開口７０１２を含む。弁機構７０００の閉位置では、排出開口７０１２は細長い溝７０１０からの気体を受けてその気体を大気に放出するように構成される。
【００７４】
さらに、弁ソレノイド７００４は作動部材７０１４，ソレノイド戻りばね７０１６，及びソレノイド部材７０１８を含む。作動部材７０１４は、弁スプール７００６を作動させて弁スプール７０００６の開位置と閉位置のいずれかを形成するように構成される。ソレノイド戻りばね７０１６は作動部材７０１４と機能的に結合される。ソレノイド部材７０１８は作動部材７０１４とソレノイド戻りばね７０１６を作動させて、弁スプール７００６が開位置と閉位置のいずれかをとるように構成される。ソレノイド部材７０１８は制御回路２００と電気的に結合され、制御回路２００はソレノイド部材を作動させるように構成される。ソレノイド部材７０１８は、有線、無線、又は当該分野で公知のその他の手段によって制御回路２００と電気的に結合される。制御回路２００はソレノイド部材７０１８を作動させて、弁機構が第一シリンダー４００内で検出された第一ピストン５００の位置及び固定具打ち込み装置３０の動作サイクルのスタートとストップのタイミングに基づいて開位置と閉位置のいずれかをとるように弁機構を構成する。
【００７５】
詳しく言うと、弁機構７０００の開位置、すなわち弁スプール７００６の開位置を構成するには、ソレノイド部材７０１８が作動部材７０１４を作動させる。さらに、作動部材７０１４は弁スプール７０１６をソレノイド部材７０１８の方へ動かし、第一シリンダー４００のシリンダー・エンドキャップ４０６に形成された開口４０８を開放する。もっと具体的に言うと、ソレノイド部材によって弁スプール７００６が割って開かれると、気体の圧力が弁スプール７００６の前面（図示せず）に作用して弁スプール７００６を非常に速くソレノイド部材７０１８の方へ動かし、弁スプール７００６をスナップして開位置をとらせる。弁スプール７００６をソレノイド部材７０１８の方へ動かす間に、作動部材７０１４はソレノイド戻りばね７０１６を圧縮する。さらに、ソレノイド部材７０１８は気体室５１０の圧力が低下しても弁スプール７００６の開位置を保持するように構成される。気体室５１０の圧力が低下しても弁スプール７００６の開位置を保持するソレノイド部材７０１８のこのような特性は、弁機構７０００の効率を高め、ワークピースへの固定具１０００の完全な打ち込みを助ける。さらに、弁機構７０００の開位置を構成するために開かせる力は弁機構７０００の閉位置を維持するために必要な力の少なくとも１．５倍である。
【００７６】
同様に、弁機構７０００の閉位置、すなわち弁スプール７００６の閉位置、を形成するために、ソレノイド部材７０１８は、ソレノイド戻りばね７０１６に貯えられたポテンシャル・エネルギーを解放することによって、作動部材７０１４を作動させて第二シリンダー７００の方へ動かす。その結果、作動部材７０１４は弁スプール７００６を第二シリンダー７００の方へ動かし、それにより第一シリンダー４００のシリンダー・エンドキャップ４０６に形成されている開口４０８をブロックする。
【００７７】
制御回路２００から受ける信号に基づいて弁機構７００が開位置又は閉位置をとるように構成できることは当業者には明らかであろう。例えば、動作サイクルの圧縮行程の圧縮行程で、第一ピストン５００が第一シリンダー４００のＴＤＣに到達すると、第一センサ３００２は第一ピストン５００の位置を検出して、検出された第一ピストン５００の位置を制御回路２００に通信する。その後、制御回路２００は弁機構７０００のソレノイド部材７０１８を作動させる。次にソレノイド部材７０１８は作動部材７０１４を作動させて弁スプール７００６の開位置を形成する。同様に、動作サイクルの戻り行程で、第一ピストン５００の予め定めた位置での位置を第二センサ３００４で検出できる。詳しく言うと、第二センサ３００４は、戻り行程で第一ピストン５００の予め定めた位置を検出して、弁機構７０００が開位置をとるタイミングを制御できるように構成される。第二センサ３００４は検出された第一ピストン５００の位置を制御回路２００に通信する。さらに、制御回路２００ハソレノイド部材７０１８を作動させて弁機構７０００の開位置を形成させる。さらに、弁機構７０００が開位置をとると、真空を用いて第二ピストン８００とアンビル９００を第二シリンダー７００の初期位置へ引っ込ませる。
【００７８】
本発明のこの実施形態では、弁機構７０００は、弁機構７０００の開位置と閉位置を形成するために弁ソレノイド７００４を含むが、本発明はこの特定の機構だけに限定されない。本発明の別の実施形態では、複数のセンサによって作動される気体圧弁７００２と同様な気体圧弁を有する弁機構が含まれる。このような弁機構は、弁機構での圧力低下、弁機構の開放時間、及び弁機構の気体通路に収容される気体の体積、などいろいろなパラメータを考慮して設計される。
【００７９】
本発明のいろいろな実施形態は次のような利点を提供する。固定具打ち込み装置１０，２０，３０などの固定具打ち込み装置は、それぞれ弁機構２０００，６０００，及び７０００などの弁機構を用いる。ここで記載されたようなこれらの固定具打ち込み装置は、固定具打ち込み装置の打ち込みエネルギーの消費を避ける引き込み機構を用意して固定具をワークピースに十分に打ち込むことを助ける。さらに、本発明の固定具打ち込み装置の引き込み機構はユーザーの安全性を高める。さらに、引き込み機構は固定具打ち込み装置の打ち込み速度を低下させない。その上、本発明の固定具打ち込み装置は携帯性がある。さらにこの固定具打ち込み装置は安価である。さらに、これらの固定具打ち込み装置は構造が簡単である。その上さらに、これらの固定具打ち込み装置は反動作用の力を小さくできユーザーにとって快適である。その上、これらの固定具打ち込み装置は固定具を一回の行程（single stroke）でワークピースに打ち込むことができる。
【００８０】
本発明の特定の実施形態についてのここまでの記載は例示と説明のためであった。それらはすべてを尽くすものではなく、本発明を開示された詳しい形態に限定するものではなく、明らかに多くの変更や変型が上の教示に照らして可能である。それらの実施形態は本発明の原理とその実際的な適用を最も良く説明するために選ばれ記述されたものであり、それにより当業者は本発明とその実施形態を特定の応用に適したいろいろな変更を加えて最良の形で利用できる。状況が示唆又は必要とするいろいろな省略や同等物の代用が考えられるが、それらの省略や代用は本発明の精神や特許請求の範囲から逸脱しない応用又は実施を包含していることは言うまでもない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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