CN107471156B - 气弹簧紧固件驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种紧固件驱动器，其包括主壳体、能够从缩回位置向驱动位置移动以驱动紧固件进入工件中的驱动刀片以及用于从所述缩回位置向所述驱动位置驱动所述驱动刀片的气弹簧机构。所述气弹簧机构包括能够在缩回位置和驱动位置之间移动的活塞。紧固件驱动器还包括用于从驱动位置朝向缩回位置移动所述驱动刀片的可伸缩气缸。所述可伸缩气缸包括连接于所述主壳体或所述驱动刀片中的一者的气缸壳体以及连接于所述主壳体或所述驱动刀片中的另一者的杆。气缸壳体中产生真空以朝向缩回位置偏压驱动刀片。

Description

气弹簧紧固件驱动器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年6月8日提交的共同未决的美国临时专利申请No.62/347,230的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及电动工具，更具体地涉及气弹簧紧固件驱动器。
背景技术
本领域中已知可以使用各种紧固件驱动器驱动紧固件(例如，钉子、大头针、订书钉等)进入工件中。这些紧固件驱动器利用本领域中已知的各种手段(例如，空气压缩机产生的压缩空气、电能、飞轮机构)运行，但是这些设计通常会受功率，尺寸和成本的限制。
发明内容
在一个方面，本发明提供了一种紧固件驱动器，其包括主壳体、能够从缩回位置向驱动位置移动以驱动紧固件进入工件中的驱动刀片以及用于从所述缩回位置向所述驱动位置驱动所述驱动刀片的气弹簧机构。所述气弹簧机构包括能够在缩回位置和驱动位置之间移动的活塞。紧固件驱动器还包括用于从所述驱动位置朝向所述缩回位置移动所述驱动刀片的可伸缩气缸。可伸缩气缸包括连接于所述主壳体或所述驱动刀片中的一者的气缸壳体以及连接于所述主壳体或所述驱动刀片中的另一者的杆。气缸壳体中产生真空以朝向所述缩回位置偏压所述驱动刀片。
通过考虑以下详细描述和附图，本发明的其它特征和方面将变得显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的气弹簧紧固件驱动器的前视立体图，示出了就在紧固件发射操作之前，位于缩回位置的驱动刀片和气弹簧机构的活塞。
图2是图1所示气弹簧紧固件驱动器的后视立体图。
图3是图1所示气弹簧紧固件驱动器的前视立体图，其示出了就在开始紧固件发射操作之后，位于中间位置的驱动刀片和位于驱动位置的活塞。
图4是图3所示气弹簧紧固件驱动器的后视立体图。
图5是图1所示气弹簧紧固件驱动器的前视立体图，其示出了在紧固件发射操作之后并且刚好在驱动刀片和活塞被提升至其缩回位置之前，位于中间位置的驱动刀片和位于驱动位置的活塞。
图6是图5所示气弹簧紧固件驱动器的后视立体图。
图7是图5所示气弹簧紧固件驱动器的另一个后视立体图。
图8是图1所示气弹簧紧固件驱动器的可伸缩气缸的横截面视图，其示出了处于缩回位置的可伸缩气缸的杆。
图9是根据本发明的另一个实施例的气弹簧紧固件驱动器的前视立体图，示出了在紧固件发射操作之后，位于驱动位置的驱动刀片和气弹簧机构的活塞。
图10是图9所示气弹簧紧固件驱动器的侧视图。
在详细解释本发明的任何实施方式之前，需要理解的是，本发明的应用不局限于在下面描述或者在附图中显示的零件的构造和设置的细节。本发明能够是其它实施方式，并能够以不同方式实践或实现。此外，需要理解的是，在此使用的措辞和术语目的是为了进行描述，不应理解为限制。
具体实施方式
参考图1-7，示出了用于驱动紧固件(例如，钉子、大头钉、订书钉等)进入工件中的气弹簧紧固件驱动器10。紧固件驱动器10包括主壳体(未示出)、从该主壳体延伸的鼻形件14和用于在每个紧固件驱动操作之前将整齐的紧固件顺序地送入鼻形件14中的弹匣18。紧固件驱动器10还包括驱动刀片22以及板载气弹簧机构30，其顶端26被容纳在鼻形件14内，气弹簧机构30用于从初始缩回位置(图1和图2所示)朝向与紧固件从鼻形件14弹出对应的所述驱动位置驱动驱动刀片22。因此，紧固件驱动器10不需要用于驱动驱动刀片22的外部气压源或其他外部电源。
参考图1，气弹簧机构30包括气缸壳体34和从气缸壳体34突出的活塞38，气缸壳体34存储有加压气体(例如空气)。加压气体朝向所述驱动位置偏压活塞38(如图3和图4所示)，其中活塞38从气缸壳体34完全延伸。活塞38包括远端42，当驱动刀片22位于所述缩回位置时，驱动刀片22的头部46可以抵靠于所述远端42(如图1和图2所示)。驱动刀片22的移动被限制为通过平行导轨50在所述缩回位置和所述驱动位置之间进行的轴向往复运动，驱动刀片22的头部46能够沿着该平行导轨50滑动。
参考图1-7，紧固件驱动器10还包括用于从所述驱动位置朝向所述缩回位置升高驱动刀片22的可伸缩气缸54。在紧固件驱动器10的所示实施例中，可伸缩气缸54包括气缸壳体58，气缸壳体58固定于所述主壳体，从而气缸壳体58相对于所述主壳体和气弹簧机构30的气缸壳体34是静止的。可伸缩气缸54的气缸壳体58可以直接固定于气弹簧机构30的气缸壳体34或直接固定于所述主壳体。可选择的，可伸缩气缸54的气缸壳体58可以固定于紧固件驱动器10的中间零件上，所述中间零件直接或间接地固定于所述主壳体。
可伸缩气缸54还包括连接于驱动刀片22的头部46的杆62，杆62用于与驱动刀片22一起移动。在紧固件驱动器10的所示实施例中，杆62抵靠在从驱动刀片22的纵向轴线70沿横向方向延伸的凸缘66上(图1)，并利用紧固件(例如，螺钉)固定于凸缘66。可选择的，杆62可以利用焊接工艺、粘合剂、过盈配合或者通过一体成型固定于驱动刀片22的头部46上。因此，杆62可在与活塞38和驱动刀片22的所述缩回位置对应的缩回位置(图1和图2所示)以及与驱动刀片22的所述驱动位置对应的延伸位置(未示出)之间轴向移动。因此，可伸缩气缸54的纵向轴线74定向为与驱动刀片22的纵向轴线70平行。
参考图8，可伸缩气缸54的气缸壳体58包括内腔78，杆62在内腔78内可滑动。杆62包括将内腔78分成第一可变体积区域86和第二可变体积区域90的活塞82，第一可变体积区域86和第二可变体积区域90中的每一个的长度是可变的并且取决于所述杆在缸体58内的轴向位置。气缸壳体58包括位于其一端的孔94，以将第一可变体积区域86与暴露于大气压力的主壳体的内部流体连通。在紧固件驱动器10的所示实施例中，孔94与杆62同轴。可选择的，孔94可以相对于可伸缩气缸54的纵向轴线74径向定向。杆62延伸穿过气缸壳体58的相对端，其中第二可变体积腔体90暴露于所述主壳体内部的大气压力下。
继续参考图8，孔94具有直径D。在驱动刀片22(杆62固定于驱动刀片22)的发射行程中，杆62从其缩回位置(如图1，图2和图8)朝向所述延伸位置快速加速，从而在相对短的时间段内扩大第一可变体积区域86的体积。孔94的直径D的尺寸形成为为在扩大期间限制但不禁止置换空气流入第一可变体积区域86。因此，当杆62延伸时，在第一可变体积区域86中产生真空(即小于大气压的绝对压力)。因为第二可变体积区域90暴露于大气压力下，所以在延伸期间不会在杆62上施加背压。
在紧固件驱动器10的另一个实施例中，单向阀(未示出)可以代替孔94，以在杆62相对于气缸壳体58延伸期间防止置换空气流入第一可变体积区域86中，从而在第一可变体积区域86中产生真空。当杆62缩回气缸壳体58中而到达图1和图2所示的位置时，在第一可变体积区域86内的任何加压空气(即，高于大气压力的空气)通过孔94和单向阀排放到所述主壳体的内部。例如，所述单向阀可以是球式单向阀。
如下面进一步详细描述的那样，在紧固件驱动器10的两次连续发射操作之间，可伸缩气缸54将驱动刀片22从所述驱动位置(与紧固件从鼻形件14的弹出重合)返回或提升至所述驱动位置(未示出)和所述缩回位置(图1和图2所示)之间的中间位置(图5-图7所示)。紧固件驱动器10还包括在图2、图6和图7中最清楚地示出的升降机构98，升降机构98通过将驱动刀片22从所述中间位置提升到所述缩回位置而完成驱动刀片22的返回。在紧固件驱动器10的所示实施例中，提升机构98包括由车载电源(例如，电池)供电的电动机102、可旋转的凸轮凸角106和使电动机102与凸轮凸角106互相连接的变速器110。变速器110包括连接于电动机102的输出轴的行星齿轮系114和连接于行星齿轮系114的输出的偏移(offset)齿轮系118。具体地说，偏移齿轮系118包括与行星齿轮系114的输出连接的小直径齿轮122、与凸轮凸角106连接的大直径齿轮126以及使齿轮122、126互相连接的链条(未示出)。因此，来自电动机102的转矩通过行星齿轮系114和偏移齿轮系118传递，使所述凸轮凸角围绕大直径齿轮126的旋转轴线130旋转(图2)。
参照图2、图6和图7，驱动刀片22包括从动件134，当驱动刀片22从所述中间位置升高到所述缩回位置时从动件134与凸轮凸角106接合。在紧固件驱动器10的所示实施例中，从动件134构造成圆柱形销，该圆柱形销可以响应于凸轮凸角106的旋转而沿着凸轮凸角106的外周滑动。可选择的，从动件134可以通过轴承支撑在驱动刀片22的头部46内，从而允许从动件134相对于头部46旋转。通过这种布置，当构造成圆柱形销时，从动件134可以响应于凸轮凸角106的旋转而沿着凸轮凸角106的外周滚动。此外，从动件134相对于驱动刀片22的纵向轴线70在横向上从驱动刀片22的头部46突出，并且凸轮凸角106位于驱动刀片22和偏移齿轮系118的大直径齿轮126之间。
在紧固件驱动器10的操作中，第一次发射操作通过用户按下紧固件驱动器10的触发器(未示出)开始。此时，驱动刀片22和活塞38分别通过凸轮凸角106保持在它们的缩回位置上(如图1和图2所示)。在触发器被按下之后不久，启动电动机102以使凸轮凸角106根据图2的参考系围绕旋转轴线130沿逆时针方向旋转。当从动件134从凸轮凸角106的尖端滑落时，气缸壳体34内的加压气体膨胀，以从气缸壳体34向外推动活塞38并且朝向所述驱动位置加速驱动刀片22。当驱动刀片22从其缩回位置被驱动到所述驱动位置时，凸轮凸角106被加速到足够的转速，以禁止随后与从动件134接触。此外，驱动刀片22到达其中间位置的时间点与从动件134在凸轮凸角106的平坦部分138旁边通过(图4中最清楚地示出)对应，从而在驱动刀片22从其中间位置移向其驱动位置(未示出)时为从动件134形成无阻碍的路径。
在活塞38到达其驱动位置(如图3和图4所示)之后，驱动刀片22的头部46与活塞38的远端42分离(与驱动刀片22的中间位置对应)，停止驱动刀片22的进一步加速。此后，驱动刀片22以相对恒定的速度继续向其驱动位置移动。当与鼻形件14中的紧固件碰撞时，驱动刀片22开始减速，在紧固件被驱动进入工件之后最终停止。
在驱动刀片22从其缩回位置(图1和图2所示)移动到其驱动位置(未示出)的移动期间，因为可伸缩气缸54的杆62固定于驱动刀片22的头部46以与其一起移动，因此杆62也从气缸壳体58拉出。当杆62从气缸壳体58拉出时，在第一可变体积区域86内产生真空，因为第一可变体积区域86的体积膨胀的速率超过置换空气通过孔吸入第一可变体积区域以“填充”膨胀体积的体积流率。在驱动刀片22停止移动之后，第一次发射操作结束，作用在杆活塞82上的压力失衡对杆62施加力，使其回缩到气缸壳体58中。因为杆62固定于驱动刀片22的头部46，驱动刀片22从其驱动位置朝向所述中间位置升高。此时，凸轮凸角106的旋转被暂时停止或基本上减慢，以允许从动件134随着驱动刀片22接近所述中间位置而在凸轮凸角106的平坦部分138旁边通过。
与驱动刀片22到达中间位置对应，凸轮凸角106的旋转(沿相同的逆时针方向)被恢复(或者，如果先前变慢则可以加速)，以再次接触从动件134(如图6和7所示)。当凸轮凸角106继续旋转时，从动件134、驱动刀片22和活塞38从图5至图8所示的驱动刀片22的中间位置朝向图1和图2所示的缩回位置向上位移。此时，杆62也缩回到气缸壳体58中，通过孔94将空气从第一可变体积区域86清除并送到所述主壳体的内部。凸轮凸角106继续升高驱动刀片22和活塞38，直到二者到达图1和图2所示的缩回位置，此时第一次发射操作完成。此后，可以用类似的方式启动额外的发射操作。
在可选择的发射循环中，升降机构98可在可伸缩气缸54将驱动刀片22返回其中间位置之后保持停用，由此将活塞38保持在图6和7所示的驱动位置，直到用户按下触发器来启动发射操作。这样，当紧固件驱动器10保持为未使用状态时，气弹簧机构30保持为停用状态(即，活塞38处于其偏压的驱动位置)。
通过提供可伸缩气缸54以在每次紧固件发射操作之后将驱动刀片22部分地返回到其缩回位置(即，与使用提升机构98将驱动刀片22从其驱动位置升高到其缩回位置相反)，可以减少连续发射操作之间的循环时间，从而允许将紧固件更快地放置到工件中。
参考图9和图10，示出了用于将紧固件(例如，钉子、大头钉、订书钉等)驱动到工件中的另一个气弹簧紧固件驱动器10a，与图1至图8所示紧固件驱动器10相同的部件以相同的附图标记加上字母“a”示出。紧固件驱动器10a不是仅包括一个可伸缩气缸，而是包括两个可伸缩气缸54a，气弹簧机构30a的每一侧上都设置有一个可伸缩气缸54a。并且，对应的可伸缩气缸54a的杆62a固定于驱动刀片22a的头部46a上的对应凸缘66a。
参考图10，提升机构98a包括两个凸轮凸角106a，它们连接为与对应的大直径从动齿轮126a同步共同旋转，继而通过变速器200从马达102a接收转矩。从动件134a从驱动刀片22a的头部46a的前部和后部突出，并且可以通过两个凸轮凸角106a接合，以将驱动刀片22a从其中间位置(如上所述)提升到其缩回位置。在其他方面，如上所述，紧固件驱动器10a与紧固件驱动器10相同地起作用。
在所附权利要求中阐述了本发明的各种特征。

Claims (21)

1.一种紧固件驱动器，包括：
主壳体；
驱动刀片，该驱动刀片能够从缩回位置向驱动位置移动以驱动紧固件进入工件中；
气弹簧机构，该气弹簧机构用于从所述缩回位置向所述驱动位置驱动所述驱动刀片，所述气弹簧机构包括能够在缩回位置和驱动位置之间移动的活塞；以及
可伸缩气缸，该可伸缩气缸相对于所述气弹簧机构独立，用于从所述驱动位置向所述缩回位置移动所述驱动刀片，其中，所述可伸缩气缸包括：
气缸壳体，该气缸壳体连接于所述主壳体或所述驱动刀片中的一者，以及
杆，该杆连接于所述主壳体或所述驱动刀片中的另一者；
其中，所述气缸壳体中产生真空以朝向所述缩回位置偏压所述驱动刀片。
2.根据权利要求1所述的紧固件驱动器，其中，所述可伸缩气缸中的真空使所述驱动刀片从所述驱动位置向位于所述驱动位置和所述缩回位置之间的中间位置移动。
3.根据权利要求2所述的紧固件驱动器，所述紧固件驱动器还包括升降机构，所述升降机构从所述中间位置向所述缩回位置升高所述驱动刀片。
4.根据权利要求3所述的紧固件驱动器，其中，所述升降机构向所述驱动刀片和所述活塞的缩回位置分别升高所述驱动刀片和所述气弹簧机构的所述活塞。
5.根据权利要求4所述的紧固件驱动器，其中，所述升降机构包括凸轮凸角，并且其中，所述驱动刀片包括从动件，当所述驱动刀片从所述中间位置升高到所述缩回位置时所述从动件与所述凸轮凸角接合。
6.根据权利要求5所述的紧固件驱动器，所述紧固件驱动器还包括用于旋转所述凸轮凸角的电动机。
7.根据权利要求6所述的紧固件驱动器，所述紧固件驱动器还包括用于向所述电动机供电的电池。
8.根据权利要求1所述的紧固件驱动器，其中，所述气缸壳体连接于所述主壳体并且相对于所述主壳体是静止的。
9.根据权利要求8所述的紧固件驱动器，其中，所述杆连接于所述驱动刀片以与所述驱动刀片一起在所述缩回位置和所述驱动位置之间移动。
10.根据权利要求1所述的紧固件驱动器，其中，所述气缸壳体包括内腔，所述杆能够在所述内腔中滑动，其中，所述杆包括将所述内腔分成第一可变体积区域和第二可变体积区域的活塞，并且其中，所述气缸壳体包括位于其一端的孔，所述孔使所述第一可变体积区域或所述第二可变体积区域中的一者与所述主壳体的内部流体连通。
11.根据权利要求10所述的紧固件驱动器，其中，所述主壳体的内部处于大气压力下。
12.根据权利要求10所述的紧固件驱动器，其中，所述孔定位于所述气缸壳体的第一端中，以使所述第一可变体积区域与所述主壳体的内腔流体连通，并且其中，所述气缸壳体包括第二端，所述杆延伸穿过所述第二端。
13.根据权利要求12所述的紧固件驱动器，其中，所述孔与所述杆同轴。
14.根据权利要求12所述的紧固件驱动器，其中，所述杆连接于所述驱动刀片以与所述驱动刀片一起移动，并且其中，当从所述缩回位置向所述驱动位置驱动所述驱动刀片时，所述杆与所述驱动刀片一起移动。
15.根据权利要求14所述的紧固件驱动器，其中，当从所述缩回位置向所述驱动位置驱动所述驱动刀片时，响应于所述杆从所述气缸壳体的延伸而在所述第一可变体积区域中产生真空。
16.根据权利要求15所述的紧固件驱动器，其中，所述第一可变体积区域中的真空使所述驱动刀片从所述驱动位置向位于所述驱动位置和所述缩回位置之间的中间位置移动。
17.根据权利要求16所述的紧固件驱动器，所述紧固件驱动器还包括升降机构，所述升降机构从所述中间位置向所述缩回位置升高所述驱动刀片，其中，当所述升降机构从所述中间位置向所述缩回位置升高所述驱动刀片时，所述杆同步地缩回到所述气缸壳体中。
18.根据权利要求17所述的紧固件驱动器，其中，当所述杆缩回到所述气缸壳体中时，所述第一可变体积区域内的空气从所述孔清除。
19.根据权利要求14所述的紧固件驱动器，所述紧固件驱动器还包括邻近所述孔的单向阀，以防止沿第一方向流过所述孔并进入所述第一可变体积区域的置换空气流，并允许气流沿相反的第二方向通过所述孔。
20.根据权利要求1所述的紧固件驱动器，其中，所述气弹簧机构包括气弹簧气缸壳体，所述气弹簧气缸壳体中存储加压气体，并且其中，所述加压气体向所述驱动位置偏压所述活塞。
21.根据权利要求1所述的紧固件驱动器，其中，当所述活塞到达所述驱动位置时，所述活塞能够与所述驱动刀片分离。
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