JP5549867B2 - 燃焼式ねじ締め機 - Google Patents

Description

本発明は燃焼式ねじ締め機に関する。

可燃性ガスの燃焼圧を動力源としてねじを締め付けるねじ締め機が特許文献１に開示されている。特許文献１では、ねじが工作物に接触するまで下降させるための動力源として、燃焼圧によるピストン推力を使用し、ねじの回転側の動力源として電気モータを使用している。この特許文献１に示されるねじ締め機では、ネジを締め付けるために、ピストンが下死点に到達した後にこのピストンをソレノイドで下死点側位置にロックしておいて、電気モータでビットを回転させてねじ締付けを行っている。即ちソレノイドでピストンをロックすることにより、ネジを締め付け可能な状態に保持している。ねじ締付け終了後は、前記ロックを解除してスプリングでピストンを上死点に戻していた。

また可燃性ガスの燃焼圧を用いる機器として、特許文献２に示される燃焼式釘打機がある。特許文献２では、可燃性ガス攪拌用ファンの回転速度を可変としており、釘長さや被打込み材の硬軟に応じファンの回転速度を変化させて、燃焼エネルギ出力即ち釘打込み力を変えている。具体的には釘打ち込みからピストン戻り・掃気までの一行程全般にわたり、釘長さ等で設定した或る一定のファン回転数としている。

ＷＯ２００８／０８５４６５号公報 特許第３６５１９８８号公報

特許文献１に示される構成では、ネジを締め付け可能な状態を長時間に亘って確保することができるが、燃焼圧の動力源の他に、ねじ回転用の電気モータ及びネジを下死点側位置にロックするソレノイドが必要であるため、ねじ締め機の構成部品が増加していた。またソレノイド駆動用の電力も必要となって電池が大きくなり、ねじ締め機の大型化を招いていた。特許文献２に示された燃焼式釘打機は、ファン回転数を低くした場合、吸気・掃気時も低いファン回転数となり掃気性能も悪くなっていた。

よって本発明は、ネジを締め付け可能な状態を好適に確保すると共に、小型化を図った燃焼式ねじ締め機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、ネジに打撃力を付加する打撃機構と、該ネジに回転力を付加する回転付加機構と、を備えたねじ締め機であって、該打撃機構は、開口を有するシリンダ室が形成されたシリンダと、該シリンダに設けられ、該シリンダの該開口側と共に燃料が噴射される燃焼室を画成可能な燃焼室枠と、該シリンダ室内に配置されて該燃焼室内での該燃料の燃焼により駆動され、該ネジを打撃すると共に該ネジと共回りするビットを備えたピストンと、該シリンダの開口に臨む位置に配置され、該燃焼室枠と当接して該燃焼室を画成可能なシリンダヘッドと、該シリンダヘッドに設けられて該燃焼室内に臨むと共に回転可能なファンと、該ファンの回転駆動を制御する駆動制御装置と、を有し、該駆動制御装置は、該燃焼室内への吸気時及び排気時において、該ファンを回転させると共に、該燃焼室内での混合気形成時及び該燃焼室内での燃焼時の乱流発生時に該ファンの回転数を該吸気時及び該排気時に比べて低下させ若しくは停止させる燃焼式ねじ締め機を提供する。

このような構成によると、ファンの回転数低下若しくは停止により、燃焼室に噴射された燃料の燃焼速度が低下する。燃焼速度の低下に伴い、燃焼室内の圧力上昇が緩やかになると共に、燃焼室内が大気圧より高圧となる状態を長時間保つことができる。ピストンは、大気圧と燃焼室内圧力との圧力差に起因して動作するため、高圧を長時間保つことにより、ピストンに設けられたビットが動作した状態（ネジを打撃して付勢している状態）を長時間保つことができる。また吸排気時にファンは通常回転するため吸排気性能が劣ることは無い。よって不完全燃焼等を起こすことは抑制され、噴射された燃料を好適に燃焼させることができる。

上記構成の燃焼式ねじ締め機において。該打撃機構は、該燃焼室に臨み該燃料に点火する点火装置を有し、該点火装置は、該回転付加機構より先に動作することが好ましい。

このような構成によると、ビットによりネジを付勢した状態でネジに回転力を付与することができるため、該回転付加機構が無駄に動作することが抑制される。

また該回転付加機構は、該ビットに係合する運動変換機構と、開口を有する回転側シリンダ室が形成された回転側シリンダと、該回転側シリンダに設けられ、該回転側シリンダの該開口側と共に燃料が噴射される回転側燃焼室を画成可能な回転側燃焼室枠と、該回転側シリンダ室内に配置され、該回転側燃焼室内での該燃料の燃焼により駆動されると共に、該運動変換機構に係合するロッドを備えた回転側ピストンと、該回転側シリンダの開口に臨む位置に配置され、該回転側燃焼室枠と当接して該回転側燃焼室を画成可能な回転側シリンダヘッドと、該シリンダヘッドに設けられて該回転側燃焼室内に臨むと共に回転可能な回転側ファンと、該ファンを回転駆動する回転側駆動装置と、該回転側燃焼室内の燃料に点火する回転側点火装置と、を備えていることが好ましい。

このような構成によると、回転付加機構を打撃機構と同じ動力源（燃料）で動作させることができるので、動力源を単一化することができ、構成部品を減らして、大型化を抑制することができる。

本発明の燃焼式ねじ締め機によれば、ネジを締め付け可能な状態を好適に確保すると共に、小型化を図ることができる。

本発明の第一の実施の形態に係る燃焼式ねじ締め機の側面断面図（停止している状態）。 本発明の第一の実施の形態に係る制御装置のブロック図。 発明の第一の実施の形態に係る燃焼式ねじ締め機の運動変換機構を示す断面図。 本発明の第一の実施の形態に係る燃焼式ねじ締め機の側面断面図（ビットの回転が開始する瞬間の状態）。 本発明の第一の実施の形態に係る燃焼式ねじ締め機の側面断面図（ネジがねじ込まれた状態）。 本発明の第一の実施の形態に係る燃焼式ねじ締め機のタイムチャート。 燃焼室内圧力変化と、ビットの動作との関係を示すグラフ。 本発明の第二の実施の形態に係る制御装置のブロック図。 本発明の第二の実施の形態に係る燃焼式ねじ締め機のタイムチャート。

本発明の第一の実施の形態に係る打込機１について、図１乃至３に基づいて説明する。打込機１は、ハウジング２と、ハンドル３と、マガジン４と、ノーズ部５と、運動変換機構６とから主に構成されている。なお、ハンドル３からマガジン４に向かう方向を下方向として上下方向を定義し、この上下方向と直交する方向でハウジング２からハンドル３及びマガジン４が延出される方向を右方向として左右方向を定義する。

ハウジング２は、第一ハウジング２１と、第二ハウジング２２と、ボンベ収容部２３と、第一ヘッドカバー２４と、第二ヘッドカバー２５とから構成されている。上記構成要件のうち、第一ハウジング２１及び第一ヘッドカバー２４に係る構成が、打撃機構を構成し、第二ハウジング２２及び第二ヘッドカバー２５に係る構成が、回転力付加機構を構成する。

第一ハウジング２１内には、第一シリンダ７と、第一燃焼室枠１２と、ビット９と、第一ファン１０と、第一ファンモータ１１と、第一シリンダヘッド２７と、が設けられている。

第一シリンダ７は、上側が開口した筒状に構成され筒内に第一シリンダ室７１ａが規定されており、筒状の軸方向が上下方向と平行になるように第一ハウジング２１内に収容されている。第一シリンダ７において上側に位置する第一シリンダ室７１ａ開口周縁部分には、第一燃焼室枠１２と接触するシール部７Ａが設けられている。第一シリンダ７の下側の壁部分には、第一シリンダ室７１ａ内外を貫通し、ビット９が挿通される孔７ａが形成されている。また第一シリンダ７の下部には後述の第一燃焼室枠１２を下側に付勢する図示せぬバネが設けられている。

第一シリンダ７の下部には第一ハウジング２１に形成された図示せぬ排気口と連通し第一シリンダ室７１ａ内外を貫通する排気穴７ｂが形成されている。また排気穴７ｂには、第一シリンダ室７１ａ内から外へ向う一方向にのみ排気を流通させる図示せぬ排気逆止弁が設けられている。さらに、第一シリンダ７外周において排気穴７ｂを覆うように図示せぬ排気カバーが設けられている。

第一シリンダ室７１ａ内には、第一ピストン７１と、バンパ７２とが収容されている。第一ピストン７１は上下方向と直交する断面が略円板状に形成されており、複数のシール材を介して第一シリンダ７の内周面に当接して第一シリンダ室７１ａを上室と下室とに区切っている。図１に示す位置が第一ピストン７１の上死点となり、第一ピストン７１の上面は第一シリンダ７の上面と略同一である。第一ピストン７１の下面は、下方に向けて突出するボス形状を成し、このボス部分には、下方に向けて延出されるピン７３Ａが設けられている。ピン７３Ａには、下方に向けて延出される略筒状のスリーブ７３Ｂが装着されている。

ビット９は、断面が多角形状（本実施の形態では正六角形）に形成されると共に先端（下端）がネジと係合可能に形状化されて孔７ａを貫通して第一シリンダ室７１ａ外に延出している。ビット９は、後端（上端）で、ビット９の軸芯を中心として回転可能にスリーブ７３Ｂの筒内に装着されている。

バンパ７２は、第一シリンダ室７１ａ内において第一ピストン７１の下方となる下端部に配置されている。よって第一ピストン７１が下方に移動した場合であってもバンパ７２により第一ピストン７１と第一シリンダ室７１ａ内面とが直接接触することが抑制される。またバンパ７２は後述のネジ４１を打ち込んだ際の第一ピストン７１の衝撃を吸収する。バンパ７２と第一ピストン７１とが当接する第一ピストン７１の位置が第一ピストン７１の下死点となる。

第一燃焼室枠１２は、上下端が開口した円筒状に構成されており、その円筒内に第一シリンダ７が配置された状態で第一シリンダ７に対して上下動可能に配置されている。第一燃焼室枠１２の下部には後述のプッシュレバー５１と接続される図示せぬ第一連結部材が一体に接続されている。よって第一燃焼室枠１２は、プッシュレバー５１と一体に、第一シリンダ７に対して上下動することができる。第一燃焼室枠１２の内面は、第一燃焼室枠１２が図示せぬバネの付勢力に抗して上昇した場合に、その内周面全体に亘ってシール部７Ａと当接するように構成されている。第一燃焼室枠１２が上昇した場合は、第一燃焼室枠１２の内周面とシール部７Ａとが密着する。

第一シリンダヘッド２７は、第一燃焼室枠１２の上方に位置し第一ハウジング２１に固定されて設けられている。第一シリンダヘッド２７の下面部分には、第一燃焼室枠１２の上端部と当接するシール部２７Ａが設けられており、シール部２７Ａと第一燃焼室枠１２の上端部内周面とが密着することにより第一燃焼室２１ａが形成される。具体的には、第一燃焼室枠１２が上方へ移動して第一燃焼室枠１２の上端部内周面とシール部２７Ａが密着する時、第一ピストン７１の上面と、第一シリンダ７の上面と、第一燃焼室枠１２と、第一シリンダヘッド２７の下面とで第一燃焼室２１ａが画成される。第一燃焼室２１ａは、シール部２７Ａと第一燃焼室枠１２の上端部内周面との密着及びシール部７Ａと第一燃焼室枠１２との密着により気密性が保たれている。

第一シリンダヘッド２７には、第一ファンモータ１１と、第一点火プラグ２９とが設けられている。第一ファンモータ１１は、回転軸１１Ａが上下方向と平行となるようにかつその先端が第一燃焼室２１ａ内に突出するように配置されており、第一シリンダヘッド２７に保持されている。第一ハウジング２１内には、後述のプッシュレバー５１が図示せぬ被加工物に押し付けられて第一燃焼室枠１２がストローク上端にあることを検出するためのヘッドスイッチ３７Ａ(図２)が設けられている。ヘッドスイッチ３７Ａは第一燃焼室枠１２が所定位置まで上昇したときにオンとなり、このとき第一ファンモータ１１及び後述の第二ファンモータ３１の回転が開始される。

第一ファンモータ１１の回転軸１１Ａの下方には第一ファン１０が設けられており、第一ファン１０は第一燃焼室２１ａ内に配置されている。

第一点火プラグ２９は、第一燃焼室２１ａの上部に配置され、第一燃焼室２１ａ内に供給された可燃性ガスに点火することが可能となっている。また第一シリンダヘッド２７においては、図示せぬガスボンベから供給される可燃性ガスを第一燃焼室２１ａ内に導入する第一燃料流路２７ａが形成されている。

第二ハウジング２２内には、第二シリンダ８と、第二燃焼室枠１３と、第二ファン３２と、第二ファンモータ３１と、第二シリンダヘッド２８と、が設けられている。なお、第二ハウジング２２内の構成は、第一ハウジング２１内の構成とほぼ同一であるため、同一の部分については簡単に説明する。

第二シリンダ８は、右側が開口した筒状に構成され筒内に第二シリンダ室８１ａが規定されており、筒状の軸方向が左右方向と平行になるように第二ハウジング２２内に収容されている。第二シリンダ８の左端部には孔８ａが形成されており、右端部外周面には第二燃焼室枠１３と当接するシール部８Ａが設けられている。第二シリンダ８には排気口８ｂが形成されており、図示せぬ排気逆止弁が設けられている。第二シリンダ室８１ａ内にはロッド１４を備える第二ピストン８１とバンパ８２とが収容されている。第二ピストン８１は、第二シリンダ室８１ａ内において左右方向に移動可能である。ロッド１４は右端で第二ピストン８１に同軸的に接続され、左端部分にラック１４Ａが所定長さ設けられており、ラック１４Ａは運動変換機構６と噛合している。ロッド１４の右端部は第二ピストン８１に同軸的に固定されている。バンパ８２は、動作時の第二ピストン８１の衝撃を緩和するために第二シリンダ室８１ａ左端部に設けられている。

第二燃焼室枠１３は第二シリンダ８に対して左右方向に移動可能に配置されており、その左端部分に後述のプッシュレバー５１と接続される図示せぬ第二結部材が一体に接続されている。プッシュレバー５１の上下方向の動作に連動して図示せぬ連結部材を介し第二燃焼室枠１３が左右方向に移動する。また、第二燃焼室枠１３は図示せぬバネにより第二シリンダ８に対して左側に付勢されている。第二燃焼室枠１３と第二シリンダ８とは、シール部８Ａによって密着している。

第二シリンダヘッド２８は第二燃焼室枠１３の右側に設けられており、その左部にはシール部２８Ａが設けられている。シール部２８Ａと第二燃焼室枠１３との密着及び第二シリンダ８と第二燃焼室枠１３との密着により第二燃焼室２２ａが画成されその気密性が保持される。

第二シリンダヘッド２８には、第二ファンモータ３１と第二点火プラグ３３とが設けられている。さらに、第二シリンダヘッド２８には可燃性ガスを導入する第二燃料流路２８ａが形成されている。

ボンベ収容部２３は、第一ハウジング２１の側部に上下方向に沿って併設されており、その内部にガスボンベ８０を有している。ガスボンベ８０は内部に可燃性ガスを貯留しており、可燃性ガスを一定量噴出可能であって、第一燃焼室枠１２及び第二燃焼室枠１３の移動（後述のプッシュレバー５１の移動）に伴って第一シリンダヘッド２７方向に傾斜するように構成されている。図示せぬガスボンベは、その先端が第一燃料流路２７ａ及び第二燃料流路２８ｂに接続されており、可燃性ガスを第一燃料流路２７ａ及び第二燃料流路２８ａ内に噴出することができる。

第一ヘッドカバー２４は、第一ハウジング２１の上方に設けられており、複数の吸気孔２４ａが形成されている。第一ファン１０の回転により吸気孔２４ａから新鮮な空気を第一燃焼室２１ａ内に取り込むことができる。

第二ヘッドカバー２５は、第二ハウジング２２の右方に設けられており、複数の吸気孔２５ａが形成されている。第二ファン３２の回転により吸気孔２５ａから新鮮な空気を第二燃焼室２２ａ内に取り込むことができる。

ハンドル３のボンベ収容部２３との接続部分には、トリガ３６が設けられており、トリガ３６はトリガスイッチ３６Ａを動作させている。ハンドル３の内部には電池３５が着脱自在に挿入されている。

マガジン４は、ハンドル３の下方であって第二ハウジング２２と上下方向で略同一の位置に設けられている。その内部には複数のネジ４１が装填されていて、図示せぬスプリングによってネジ４１が後述のノーズ部５に供給される。またマガジン４の内部には、制御装置３７が設けられている。制御装置３７は、トリガスイッチ３６Ａ、ヘッドスイッチ３７Ａ、第一点火プラグ２９、第二点火プラグ３３、第一ファン１０、第二ファン３２と接続されており、打撃機構に係る制御を行う打撃側制御部３８と、回転力付加機構に係る制御を行う回転側制御部３９とを有している。打撃側制御部３８は、図２に示されるように、第一ファン駆動回路３８Ａと、第一ファンタイマ３８Ｂと、第一火花駆動回路３８Ｃとから構成されており、回転側制御部３９は、第二ファン駆動回路３９Ａと、第二ファンタイマ３９Ｂと、第二火花駆動回路３９Ｃと、点火タイマ３９Ｄとから構成されている。

第一ファン駆動回路３８Ａは、第一ファンモータ１１と接続され第一ファンタイマ３８Ｂからの信号に基づき第一ファンモータ１１に駆動電力を印加している。第一ファンタイマ３８Ｂは、ヘッドスイッチ３７Ａとトリガスイッチ３６Ａとからの信号を検知すると共に、ヘッドスイッチ３７Ａとトリガスイッチ３６Ａとのすべての信号を検知しなくなった時から一定時間第一ファン駆動回路３８Ａに信号を出力している。第一火花駆動回路３８Ｃは、ヘッドスイッチ３７Ａとトリガスイッチ３６Ａとの双方の信号を検出した時に第一点火プラグ２９へ信号を出力して駆動電力を印加している。

第二ファン駆動回路３９Ａは、第二ファンモータ３１と接続され第二ファンタイマ３９Ｂからの信号若しくはヘッドスイッチ３７Ａとトリガスイッチ３６Ａとの少なくとも一方からの信号に基づき第二ファンモータ３１に信号を出力して駆動電力を印加している。第二ファンタイマ３９Ｂは、ヘッドスイッチ３７Ａとトリガスイッチ３６Ａとからの信号を検知すると共に、ヘッドスイッチ３７Ａとトリガスイッチ３６Ａとのすべての信号を検知しなくなった時から一定時間第二ファン駆動回路３９Ａに信号を出力している。第二火花駆動回路３９Ｃは、ヘッドスイッチ３７Ａとトリガスイッチ３６Ａとの双方の信号を検出すると共に点火タイマ３９Ｄからの信号を検出した時に第二点火プラグ３３に信号を出力して駆動電力を印加している。点火タイマ３９Ｄは第一火花駆動回路３８Ｃから出力された信号を検出した後、所定時間ｔ１３（約１５ｍｓ）経過後に第二火花駆動回路３９Ｃに信号を出力している。

第一シリンダ７の下方には、被加工物Ｐに対向するノーズ部５が設けられている。ノーズ部５には、ビット９とネジ４１とを案***出口５ａが形成され、上下方向に移動可能なプッシュレバー５１が設けられている。プッシュレバー５１は図示せぬ連結部材と接続されている。プッシュレバー５１と第一第一シリンダ７との間には図示せぬスプリングが介装されており、この図示せぬスプリングによってプッシュレバー５１は第一シリンダ７に対して下方に付勢される。

運動変換機構６はノーズ部５と第一シリンダ７との間に位置しており、図３に示すように、ピニオン６１と、第一ギヤ６２と、第二ギヤ６３と、から構成されている。ピニオン６１はロッド１４のラック１４Ａと常時噛合していて、ノーズ部５（図1）に回転可能に支承される軸６１Ａを有している。第一ギヤ６２は、軸６１Ａに同軸的に固定されてピニオン６１と同軸一体回転しており、第二ギヤ６３と噛合している。第二ギヤ６３は回転中心位置に六角形の挿入孔６３ａが形成されており、挿入孔６３ａにビット９が隙間嵌状態で挿通されている。よってビット９と第二ギヤ６３とは互いに同軸的に回転するが、第二ギヤ６３に対してビット９は挿入孔６３ａへの貫通方向（上下方向）に移動可能である。

ロッド１４が左右方向に移動することにより、ラック１４Ａと噛合しているピニオン６１が回転し、直線運動を回転運動に変換する。ピニオン６１の回転力が軸６１Ａを介して同軸上の第一ギヤ６２に伝達され、第一ギヤ６２と噛合している第二ギヤ６３に伝達される。これにより、第二ギヤ６３の挿入孔６３ａに挿通されているビット９に回転力が伝達される。上述のようにロッド１４とピニオン６１とが常時噛合し、かつ第二ギヤ６３の挿入孔６３ａにビット９が挿入されているため、ロッド１４の動作量がビット９の回転量と比例関係になる。ロッド１４の移動量は第二ピストン８１の移動量であるので、第二ピストン８１の移動量とビット９の回転量とは比例関係になる。また第二ピストン８１は、上死点から下死点までの間のみ移動可能であるので、第二ピストン８１が上死点から下死点までを移動している間が第二ギヤ６３（ビット９）の回転する間になる。

上記構成の打込機１でネジ４１を被打込材Ｐに打ち込む工程について、主に図２のブロック図と図６及び図７のタイムチャートとに基づき説明する。打込機１において図１に示される状態では、プッシュレバー５１及びトリガ３６は動作していないため、ヘッドスイッチ３７Ａ、トリガスイッチ３６Ａ、燃料噴射、第一ファンモータ１１、第一点火プラグ２９、第二ファンモータ３１、第二点火プラグ３３はいずれもオフ状態にあり、動作していない。また第一燃焼室２１ａ及び第二燃焼室２２ａはいずれも開いた状態にあり、第一ピストン７１及び第二ピストン８１はいずれも上死点に位置している。

図１に示される状態から、図６に示される時刻Ｔ０において、図４に示されるように、打込機１を被打込材Ｐに押し付けることにより、ノーズ部５に対してプッシュレバー５１を上方に移動させる。この移動に伴い第一燃焼室枠１２が第一シリンダ７に対して上方に移動し第一燃焼室２１ａを閉じると共にヘッドスイッチ３７Ａ(図２)をオンにする。第一燃焼室枠１２の移動と同時に第二燃焼室枠１３が第二シリンダ８に対して右側へと移動し、第二燃焼室２２ａが閉じられる。ヘッドスイッチ３７Ａがオンになるので、ヘッドスイッチ３７Ａから信号が出力され、これを第二ファン駆動回路３９Ａで検出して第二ファンモータ３１をオンにし、第二ファン３２を約１２０００ｍｉｎ^−１で回転させる。

またプッシュレバー５１の動作に応じて、燃料である可燃性ガスをガスボンベ８０から第一燃料流路２７ａ内に噴出すると共に第二燃料流路２８ａ内に噴出し、閉止された第一燃焼室２１ａ内及び第二燃焼室２２ａ内に燃料を導く。第二燃焼室２２ａ内では第二ファン３２が回転しているため、予め第二燃焼室２２ａ内にある酸素（空気）と燃料とが撹拌・混合され、好適に混合気が形成される。これに対して第一燃焼室２１ａでは、未だ第一ファン１０が回転していないため、酸素(空気)と燃料との撹拌・混合はされないままである。

次に時刻Ｔ１において、トリガ３６を引き、トリガスイッチ３６Ａをオンにする。この時点においては、トリガスイッチ３６Ａとヘッドスイッチ３７Ａとの両方から信号が出力されるため、この両方の信号に基づき第一火花駆動回路３８Ｃから第一点火プラグ２９に信号が出力され、第一燃焼室２１ａ内に第一点火プラグ２９による火花が発生する。火花の発生と同時に第一燃焼室２１ａ内の混合気に着火し燃料が燃焼し始め、時刻Ｔ２で第一ピストン７１が上死点から下死点に向かって移動し始める。

また第一火花駆動回路３８Ｃから信号が出力されることで、点火タイマ３９Ｄが動作し、時刻Ｔ１から所定時間ｔ１３（約１５ｍｓ）経過後の時刻Ｔ３において、第二火花駆動回路３８Ｃでトリガスイッチ３６Ａとヘッドスイッチ３７Ａとの両方からの信号と点火タイマ３９Ｄとの信号を検出し第二点火プラグ３３に信号が出力される。この信号に基づき第二燃焼室２２ａ内に第二点火プラグ３３による火花が発生する。火花の発生と同時に第二燃焼室２２ａ内の混合気に着火し混合気が燃焼し始め、図７に示されるように時刻Ｔ４で第二ピストン８１が上死点から下死点に向かって移動し始める。

その後、時刻Ｔ５において図４に示されるように、ビット９が釘４１を被打込材Ｐに接触させ、時刻Ｔ６において図５に示されるように、第一ピストン７１と第二ピストン８１とがほぼ同時に下死点へと到達する。

時刻Ｔ１からの第一燃焼室２１ａにおける燃焼は、混合気が好適に形成されていない状態での燃焼であるため、その燃焼速度は遅く、故に急激な体積膨張は発生しない。よって図７のグラフ（ａ）に示されるように、急激な燃焼圧の上昇は発生せず、時刻Ｔ１から徐々に圧力が上昇する緩慢な圧力上昇になり、その燃焼圧の最大値も過度に高圧にはならない。従って、グラフ（ｂ）に示されるようにビット９の上死点から下死点までに係る時間（ｔ２６：約２０ｍｓ）が長くなる。

これに対して、時刻Ｔ３からの第二燃焼室２２ａにおける燃焼は、好適な混合気が形成された状態での燃焼であるため、燃焼速度が速く、急激な体積膨張が発生する。よって図７のグラフ（ａ）に示されるように、燃焼圧の急激な上昇が発生し、その最大値も第一燃焼室２１ａに比べて高圧になる。従って第二ピストン８１の上死点から下死点までの移動は第一ピストン７１の上死点から下死点までの移動よりも早くなる。故に第二ピストン８１の上死点から下死点への移動に掛かる時間をｔ４６（約１０ｍｓ）とし、移動開始時刻Ｔ４を第一ピストン７１の移動開始時刻Ｔ２より遅くしても、同時刻Ｔ６に下死点へと移動させることができる。尚、第二ピストン８１の移動の基となる第二点火プラグ３３での点火時刻は点火タイマ３９Ｄの設定で変更できるため、予め実験により最適値を割り出すことにより、第一ピストン７１と第二ピストン８１とが同時に下死点に移動するように設定することは容易である。

一般にねじ締めの場合、ねじの回転による螺旋状のねじ山の食い込みで工作物に貫入していくので、ビット９からネジ４１への付勢力（推力）は、ビット９とネジ４１のねじ頭の十字穴との噛み合いが外れない程度の小さい荷重でよい。よって前述のように第一燃焼室２１ａにおいて燃焼圧の最大値が小さいとしても、ビット９のネジ４１への当接は好適に行われる。

また回転が開始する前にネジ４１を被打込材Ｐに接触する位置まで降下させる必要があるが、上述のように、点火タイミングをずらし、ビット９の回転より先に第一ピストン７１を移動させているため、第二ピストン８１が動き始めてビット９の回転量が増加し始めた時刻Ｔ５にビット９に付勢されたネジ４１を被打込材Ｐに接触させることができる。

ネジ４１が被打込材Ｐに接触した後に、さらに回転によってネジ４１を被打込材Ｐに貫入していく。ネジ４１の貫入は回転により軸方向に進むが、運動変換機構６のギア類の慣性抵抗により、このネジ４１の貫入に係る時間は、例えばピストンの往復動のみによる釘打機による釘の貫入より時間がかかる。これに対しては、前述のように第二燃焼室２２ａ内での燃焼圧を高めて第二ピストン８１の移動速度（ビット９の回転速度）を早めるとともに、第一燃焼室２１ａ内での燃焼圧を低くして第一ピストン７１の移動速度（ビット９の移動速度）を遅くする。これによりネジ４１が被打込材Ｐに接触した後にビット９でネジ４１を付勢し続ける時間を稼ぐことができるので、ネジ４１が貫入されている間、即ちビット９が回りきるまでの間（第二ピストン８１が上死点から下死点まで移動する間）において、ビット９によりネジ４１を付勢し続けることができる。

第一ピストン７１がバンパ７２に当接した後（ネジ４１を貫入し終わった後）に、燃焼ガスは排気穴７ｂより第一シリンダ７外部へ放出される。燃焼ガスが第一シリンダ７外部へ放出され、第一シリンダ室７１ａ内及び第一燃焼室２１ａ内部が大気圧になった時点で排気穴７ｂの図示せぬ逆止弁は閉じられる。第二燃焼室においても同様に、排気口８ｂを介して燃焼ガスが第二シリンダ８外部へ放出され、第二シリンダ室８１ａ内及び第二燃焼室２２ａ内部が大気圧になった時点で図示せぬ逆止弁が閉じられる。

第一シリンダ室７１ａ内及び第二シリンダ室８１ａ並びに第一燃焼室２１ａ内及び第二燃焼室２２ａ内に残った燃焼ガスは、燃焼後であるため高温であり、その燃焼熱が第一シリンダ７及び第二シリンダ８の壁、第一燃焼室枠１２及び第二燃焼室枠１３から吸収され、第一シリンダ７及び第二シリンダ８等は高温になる。この吸収された熱は、第一シリンダ７及び第二シリンダ８、並びに第一燃焼室枠１２及び第二燃焼室枠１３の外面から大気中に放散される。

この第一シリンダ７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、燃焼ガスの体積が減少して第一ピストン７１上室の圧力が低下し、大気圧以下になる熱真空の状態となり、第一ピストン７１を初期の上死点位置に引き戻す。第二燃焼室２２ａにおいても同様に熱真空の状態となり、第二ピストン８１を上死点位置に引き戻す。

その後、時刻Ｔ７においてトリガ３６を引くのを止めてトリガスイッチ３６Ａをオフにする。更に時刻Ｔ８においてねじ締め機１を持ち上げ、プッシュレバー５１を被打込材Ｐから離すと、プッシュレバー５１と第一燃焼室枠１２及び第二燃焼室枠１３とが図示せぬスプリングの付勢により図１に示す初期位置へ戻る。この初期位置に第一燃焼室枠１２が戻ることにより、ヘッドスイッチ３７Ａもオフになる。このトリガスイッチ３６Ａのオフ信号及びヘッドスイッチ３７Ａのオフ信号に基づき、第一ファンタイマ３８Ｂ及び第二ファンタイマ３９Ｂが一定時間（ｔ８９：約１０ｓ）動作し、信号を出力する。

これら第一ファンタイマ３８Ｂ及び第二ファンタイマ３９Ｂからの出力を第一ファン駆動回路３８Ａ及び第二ファン駆動回路３９Ａで検出することにより、第一ファン１０及び第二ファン３２が一定時間上述の回転数（約１２０００ｍｉｎ^−１）で回転し続ける。このとき第一燃焼室枠１２の上方の第一通気孔２１ｂ及び第二燃焼室枠１３の右方の第３通気孔２２ｂを通じて、第一ファン１０及び第二ファン３２により空気の流れを発生させることで第一ヘッドカバー２４及び第二ヘッドカバー２５にそれぞれ設けられた吸気孔２４ａ、吸気孔２５ａからきれいな空気を取り込む（吸気）と共に、ハウジング２の図示せぬ排気口から燃焼後の空気を吐き出す（排気）。その後時刻Ｔ９において所定時間が経過することにより、第一ファン１０及び第二ファン３２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、再びネジ４１を打ち込むことができる。

次に本発明の第二の実施の形態について図８及び図９に基づき説明する。第二の実施の形態に係るねじ締め機においては、制御装置１３７に係る構成以外は、第一の実施の形態に係るねじ締め機１と同じであるので説明を省略する。

制御装置１３７は、図８に示されるようにトリガスイッチ３６Ａ、ヘッドスイッチ３７Ａ、第一点火プラグ２９、第二点火プラグ３３、第一ファン１０、第二ファン３２と接続されており、打撃機構に係る制御を行う打撃側制御部１３８と、回転力付加機構に係る制御を行う回転側制御部１３９とを有している。

打撃側制御部１３８は、第一ファン駆動回路１３８Ａと、第一ファンタイマ１３８Ｂと、第一火花駆動回路１３８Ｃと、電圧変換回路１３８Ｄから構成されている。回転側制御部１３９は、第二ファン駆動回路１３９Ａと、第二ファンタイマ１３９Ｂと、第二火花駆動回路１３９Ｃと、点火タイマ１３９Ｄとから構成されており、第一の実施の形態の回転側制御部３９と同じ構成を成すため、説明を省略する。

第一ファン駆動回路１３８Ａは、第一ファンモータ１１と接続され電圧変換回路１３８Ｄからの信号に基づき第一ファンモータ１１に低速回転（約６００ｍｉｎ^−１）の電圧と高速回転（約１２０００ｍｉｎ^−１）の電圧とを印加している。第一ファンタイマ１３８Ｂは、ヘッドスイッチ３７Ａとトリガスイッチ３６Ａとからの信号を検知すると共に、ヘッドスイッチ３７Ａとトリガスイッチ３６Ａとのすべての信号を検知しなくなった時から一定時間電圧変換回路１３８Ｄに信号を出力している。第一火花駆動回路１３８Ｃは、ヘッドスイッチ３７Ａとトリガスイッチ３６Ａとの双方の信号を検出した時に第一点火プラグ２９へ信号を出力して駆動電力を印加している。電圧変換回路１３８Ｄは、ヘッドスイッチ３７Ａとトリガスイッチ３６Ａとの少なくとも一方からの信号に基づき第一の電圧及び信号を第一ファン駆動回路１３８Ａに出力すると共に、第一ファンタイマ１３８Ｂからの信号に基づき第二の電圧及び信号を第一ファン駆動回路１３８Ａに出力する。ここで第一の電圧とは、第一ファンモータ１１が低速回転する信号であり、第二の信号とは、第一ファンモータ１１が高速回転できる電圧である。

上記制御装置１３７によりネジ４１を被打込材Ｐに打ち込む工程について、図８のブロック図と図９のタイムチャートとに基づき説明する。各時刻（Ｔ０〜Ｔ９）におけるネジ打ち機の動作は、第一の実施の形態に係るネジ打ち機１の各時刻の動作と略同じであるため、主に差異点について説明する。

図９に示されるように、時刻Ｔ０において、燃料噴射が第一燃焼室２１ａ、第二燃焼室２２ａ内に行われると共にヘッドスイッチ３７Ａがオンになるので、ヘッドスイッチ３７Ａから信号が出力され、これを第二ファン駆動回路１３９Ａで検出して第二ファンモータ３１をオンにし、第二ファン３２を約１２０００ｍｉｎ^−１で回転させる。また同じくヘッドスイッチ３７Ａの信号を電圧変換回路１３８Ｄで検出し、この検出結果に基づき、電圧変換回路１３８Ｄから第一ファン駆動回路１３８Ａに第一の電圧及び信号を出力し、第一ファンモータ１１を低速で回転させる。第二ファンモータ３１の回転により、第二燃焼室２２ａ内には好適な混合気が形成される。これに対して第一燃焼室２１ａ内では、第一ファンモータ１１が低速回転するため、好適な混合気が形成されることはない。

次に時刻Ｔ１において、トリガ３６を引き、トリガスイッチ３６Ａをオンにする。この時点においては、トリガスイッチ３６Ａとヘッドスイッチ３７Ａとの両方から信号が出力されるため、この両方の信号に基づき第一火花駆動回路１３８Ｃから第一点火プラグ２９に信号が出力され、第一燃焼室２１ａ内に第一点火プラグ２９による火花が発生する。火花の発生と同時に第一燃焼室２１ａ内の混合気に着火し燃料が燃焼し始め、時刻Ｔ２で第一ピストン７１が上死点から下死点に向かって移動し始める。

時刻Ｔ１からの第一燃焼室２１ａにおける燃焼は、混合気が好適に形成されていない状態での燃焼であるため、第一の実施の形態と同様にその燃焼速度は遅く、ビット９の上死点から下死点までに係る時間、特にネジ４１が被打込材Ｐに接触してから下死点に到達するまでの時間が長くなる。これにより、長時間に亘ってビット９からネジ４１に付勢力を与えることができる。

トリガスイッチ３６Ａとヘッドスイッチ３７Ａとが共にオフになる時刻Ｔ８では、電圧変換回路１３８Ｄで検出する信号が、トリガスイッチ３６Ａとヘッドスイッチ３７Ａとの一方からの信号から、第一ファンタイマ１３８Ｂからの信号へと切り替わる。第一ファンタイマ１３８Ｂからの信号が電圧変換回路１３８Ｄで検出されることにより、電圧変換回路１３８Ｄから第一ファン駆動回路１３８Ａに第二の電圧及び信号を出力し、第一ファンモータ１１を高速で回転させる。第一ファンモータ１１が高速回転することにより、時刻Ｔ８から時刻Ｔ９の間で、第一燃焼室２１ａ内の排気及び吸気を好適に行い、次の打ち込み動作に備えることができる。

第一の実施の形態では、期間Ｔ０〜Ｔ８において第一ファン１０を回転させず、期間Ｔ８〜Ｔ９において第一ファン１０を回転させている。この場合、期間Ｔ０〜Ｔ８における第一燃焼室２１ａ内の燃焼速度は遅くなるが、可燃性ガスが第一燃焼室２１ａ内の空気とほとんど混合されずに燃焼しているため、期間Ｔ８〜Ｔ９において可燃性ガスの一部が未燃焼ガスとして排気されるおそれがある。これに対して第二の実施の形態では、期間Ｔ０〜Ｔ８において第一ファン１０を低速（約６００ｍｉｎ^−１）で回転させているため、燃焼ガスと空気とがある程度は混合される。これにより、第一の実施の形態より燃焼性能が向上して未燃焼ガスが発生することが抑制される。また、第二の実施の形態では、期間Ｔ０〜Ｔ８において低速回転としたが、これに限らず、例えば期間Ｔ１〜Ｔ８（第一点火プラグ２９で点火された時から吸排気を行う前まで）においてのみ第一ファン１０を低速回転させてもよいし、逆に期間Ｔ０〜Ｔ１（燃焼ガスが噴射されてから第一点火プラグ２９が点火されるまで）のみ第一ファン１０を低速回転させてもよい。

尚、第二の実施の形態では、高速回転（１２０００ｍｉｎ^−１）に対して低速回転（６００ｍｉｎ^−１）としたが、これに限定されず、ねじ締め機の形状、対称とするネジの種類等に応じて、適宜変更可能である。

１・・打込機 ２・・ハウジング ３・・ハンドル ４・・マガジン ５・・ノーズ部
５ａ・・案***出口 ６・・運動変換機構 ７・・第一シリンダ ７Ａ・・シール部
７ａ・・孔 ７ｂ・・排気穴 ８・・第二シリンダ ８Ａ・・シール部 ８ａ・・孔
８ｂ・・排気口 ９・・ビット １０・・第一ファン １１・・第一ファンモータ
１１Ａ・・回転軸 １２・・第一燃焼室枠 １３・・第二燃焼室枠 １４・・ロッド
１４Ａ・・ラック ２１・・第一ハウジング ２１ａ・・第一燃焼室
２２・・第二ハウジング ２２ａ・・第二燃焼室
２３・・ボンベ収容部 ２４・・第一ヘッドカバー ２４ａ・・吸気孔
２５・・第二ヘッドカバー ２５ａ・・吸気孔 ２７・・第一シリンダヘッド
２７Ａ・・シール部 ２７ａ・・第一燃料流路 ２８・・第二シリンダヘッド
２８Ａ・・シール部 ２８ａ・・第二燃料流路 ２８ｂ・・第二燃料流路
２９・・第一点火プラグ ３１・・第二ファンモータ ３２・・第二ファン
３３・・第二点火プラグ ３５・・電池 ３６・・トリガ
３６Ａ・・トリガスイッチ ３７・・制御装置 ３７Ａ・・ヘッドスイッチ
３８・・打撃側制御部 ３８Ａ・・第一ファン駆動回路 ３８Ｂ・・第一ファンタイマ
３８Ｃ・・第一火花駆動回路 ３９・・回転側制御部 ３９Ａ・・第二ファン駆動回路
３９Ｂ・・第二ファンタイマ ３９Ｃ・・第二火花駆動回路 ３９Ｄ・・点火タイマ
４１・・ネジ ５１・・プッシュレバー ６１・・ピニオン ６１Ａ・・軸
６２・・第一ギヤ ６３・・第二ギヤ ６３ａ・・挿入孔 ７１・・第一ピストン
７１ａ・・第一シリンダ室 ７２・・バンパ ７３Ａ・・ピン ７３Ｂ・・スリーブ
８０・・ガスボンベ ８１・・第二ピストン ８１ａ・・第二シリンダ室
８２・・バンパ

Claims (3)

1. ネジに打撃力を付加する打撃機構と、
   該ネジに回転力を付加する回転付加機構と、を備えたねじ締め機であって、
   該打撃機構は、開口を有するシリンダ室が形成されたシリンダと、
   該シリンダに設けられ、該シリンダの該開口側と共に燃料が噴射される燃焼室を画成可能な燃焼室枠と、
   該シリンダ室内に配置されて該燃焼室内での該燃料の燃焼により駆動され、該ネジを打撃すると共に該ネジと共回りするビットを備えたピストンと、
   該シリンダの開口に臨む位置に配置され、該燃焼室枠と当接して該燃焼室を画成可能なシリンダヘッドと、
   該シリンダヘッドに設けられて該燃焼室内に臨むと共に回転可能なファンと、
   該ファンの回転駆動を制御する駆動制御装置と、を有し、
   該駆動制御装置は、該燃焼室内への吸気時及び排気時において、該ファンを回転させると共に、該燃焼室内での混合気形成時及び該燃焼室内での燃焼時に該ファンの回転数を該吸気時及び該排気時に比べて低下させ若しくは停止させることを特徴とする燃焼式ねじ締め機。
2. 該打撃機構は、該燃焼室に臨み該燃料に点火する点火装置を有し、
   該点火装置は、該回転付加機構より先に動作することを特徴とする請求項１に記載の燃焼式ねじ締め機。
3. 該回転付加機構は、該ビットに係合する運動変換機構と、
   開口を有する回転側シリンダ室が形成された回転側シリンダと、
   該回転側シリンダに設けられ、該回転側シリンダの該開口側と共に燃料が噴射される回転側燃焼室を画成可能な回転側燃焼室枠と、
   該回転側シリンダ室内に配置され、該回転側燃焼室内での該燃料の燃焼により駆動されると共に、該運動変換機構に係合するロッドを備えた回転側ピストンと、
   該回転側シリンダの開口に臨む位置に配置され、該回転側燃焼室枠と当接して該回転側燃焼室を画成可能な回転側シリンダヘッドと、
   該シリンダヘッドに設けられて該回転側燃焼室内に臨むと共に回転可能な回転側ファンと、
   該ファンを回転駆動する回転側駆動装置と、
   該回転側燃焼室内の燃料に点火する回転側点火装置と、を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の燃焼式ねじ締め機。

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