CN107520820B - 气弹簧紧固件驱动器 - Google Patents

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Abstract

一种紧固件驱动器，包括：主壳体；驱动叶片，该驱动叶片能够从缩回位置移动到驱动位置以驱动紧固件进入工件内；以及气弹簧机构，该气弹簧机构用于将所述驱动叶片从所述缩回位置驱动到所述驱动位置。所述气弹簧机构包括容纳有加压气体的气缸壳体以及能够相对于所述气缸壳体移动并且通过所述加压气体从缩回位置向驱动位置偏置的活塞。所述气缸壳体能够沿所述活塞的纵向轴线相对于所述主壳体远离所述驱动叶片移动，同时所述活塞相对于所述主壳体保持不动，以减小所述气缸壳体内的所述加压气体的压力。

Description

气弹簧紧固件驱动器
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年6月21日提交的待审美国临时专利申请No.62/352,630的优先权，该申请的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
本领域中公知有各种用于将紧固件(例如钉子、平头钉、U形钉等)驱动进工件中的紧固件驱动器。这些紧固件驱动器利用本领域中公知的各种机构(例如由空气压缩机产生的压缩空气、电能、飞轮机构)进行操作，但是通常这些设计会遇到动力、尺寸和成本约束。
发明内容
本发明一方面提供了一种紧固件驱动器，该紧固件驱动器包括：主壳体；驱动叶片，该驱动叶片能够从缩回位置移动到驱动位置，以驱动紧固件进入工件内；以及气弹簧机构，该气弹簧机构用于将所述驱动叶片从所述缩回位置驱动到所述驱动位置。所述气弹簧机构包括：气缸壳体，该气缸壳体容纳有加压气体，以及活塞，该活塞能够相对于所述气缸壳体移动并且通过所述加压气体从缩回位置向驱动位置偏置。所述气缸壳体能够沿所述活塞的纵向轴线相对于所述主壳体远离所述驱动叶片移动，同时所述活塞相对于所述主壳体保持不动，以减小所述气缸壳体内的所述加压气体的压力。
本发明另一方面提供了一种清除紧固件驱动器中被卡住的紧固件的方法，所述紧固件驱动器包括驱动叶片和气弹簧机构，所述气弹簧机构用于将所述驱动叶片从缩回位置驱动到驱动位置。所述方法包括将所述气弹簧机构的一部分从第一位置移动到第二位置，从而减小所述气弹簧机构内的压力。所述方法还包括清除所述被卡住的紧固件，以及将所述气弹簧机构的所述部分从所述第二位置返回到所述第一位置，从而增大所述气弹簧机构内的压力。
本发明的其它特征和方面通过考虑下面的详细描述和附图将变得明了。
附图说明
图1为根据本发明实施方式的气弹簧紧固件驱动器的前视立体图，其中显示了处于缩回位置的驱动叶片和气弹簧机构的活塞。
图2为沿图1中所示的线2-2截取的图1气弹簧紧固件驱动器的局部剖视图。
图3为沿图1中所示的线2-2截取的图1气弹簧紧固件驱动器的局部剖视图，其中显示了气弹簧机构的气缸壳体远离驱动叶片移动以减小气缸壳体内的压力。
图4为气弹簧机构的包括操作杆的实施方式的立体图。
图5为气弹簧机构的包括插座的实施方式的立体图。
在对本发明的任何实施方式进行详细解释之前，应当理解的是本发明并不限于应用以下描述中所阐述的或附图中所图示的结构细节和零部件配置。本发明还有其它的实施方式并且可以通过各种方式实现或实施。而且，应当理解的是这里所用的措辞和术语是为了描述的目的而不应被视为限制。
具体实施方式
参照图1，显示了用于驱动紧固件(例如钉子、平头钉、U形钉等)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12、从主壳体延伸的鼻状件14、以及用于在每次紧固件驱动操作之前将整理好的紧固件顺序送入鼻状件14内的料匣18。紧固件驱动器10还包括驱动叶片22、容纳在鼻状件14内的尖端26、以及用于正好在紧固件从鼻状件14弹出时将驱动叶片22从缩回位置(如图1所示)向驱动位置(未示出)驱动的机载气弹簧机构30。因此，该紧固件驱动器10无需外部气压源或其他外部电源来驱动驱动叶片22。
参照图1，气弹簧机构30包括气缸壳体34，在气缸壳体34中，加压气体(例如空气)储存在内部腔室35(图2和图3)中。活塞38从气缸壳体34伸出。腔室35内的加压气体使活塞38向驱动位置(如图3中所示)偏置，在该驱动位置活塞38从气缸壳体34完全伸出。换句话说，活塞38能够相对于气缸壳体34移动并且通过加压气体从缩回位置(图1和图2)向驱动位置(图3)偏置。气弹簧机构30还包括安装在气缸壳体34的上端内的导向柱39。导向柱39容纳在形成于活塞38中的对应孔40内，以使活塞38在缩回位置和驱动位置之间平移时保持对齐。O型环41用于在导向柱39和活塞38处密封内部腔室35。活塞38包括远端42，当驱动叶片22处于缩回位置(如图1中所示)时驱动叶片22的头部46紧靠该远端42。驱动叶片22的移动限于在缩回位置和驱动位置之间轴向往复运动。例如，驱动叶片22的移动可以通过一个或多个导轨的方式进行限制，驱动叶片22的头部46可沿该一个或多个导轨滑动。
如下文中更加详细解释的，气缸壳体34可沿活塞38的纵向轴线50相对于主壳体12远离驱动叶片22移动。当气缸壳体34移动时，活塞38相对于主壳体12保持不动，因此扩大了腔室35的有效体积，从而减小了气缸壳体34的腔室35内的加压气体的压力。在图示的实施方式中，气缸壳体34包括位于其外周上的外螺纹45，该外螺纹可与相对于主壳体12不动的底座43上的配合内螺纹44相啮合。在一些实施方式中，螺纹45可以沿气缸壳体34的整个长度延伸，并且/或者主壳体12和底座43可以包括沿其整个长度的配合螺纹，以扩大气缸壳体34的调节范围。气缸壳体34可响应于气缸壳体34相对于底座43和主壳体12的旋转而沿纵向轴线50移动，气缸壳体34每旋转一整周移动的距离由配合螺纹44，45的螺距决定。在一些实施方式中，气缸壳体34响应于气缸壳体34相对于主壳体12旋转一整周而沿纵向轴线50平移的距离与螺纹44，45的螺距相等。换句话说，使用者可以通过手动抓持并旋转气缸壳体34来旋转气缸壳体34。另外或者作为选择，操作杆47(图4)可以连接到气缸壳体34以增加使用者能够施加到气缸壳体34的杠杆作用，从而增加能够用于旋转气缸壳体34的扭矩量。另外，包括正方形、六角形或其他横截面形状的插座48(图5)可以形成在气缸壳体34的轴向端49，以允许使用者利用手或电动工具旋转气缸壳体34。如下文中更加详细解释的，当紧固件工具10被卡住时，需要相对于主壳体12移动气缸壳体34，锁定活塞38不动，以允许使用者在清除卡堵之前不会激活气弹簧机构30。作为选择，气缸壳体34可响应于底座43相对于主壳体12的旋转而沿纵向轴线50移动。
参照图1，紧固件驱动器10还包括第一返回机构(即伸缩气缸54)，该第一返回机构用于将驱动叶片22从驱动位置向缩回位置提升。在紧固件驱动器10的图示实施方式中，伸缩气缸54包括气缸壳体58，该气缸壳体58固定到主壳体12，以使气缸壳体58相对于主壳体12和气弹簧机构30的气缸壳体34不动。伸缩气缸54的气缸壳体58可以直接固定到主壳体12。作为选择，伸缩气缸54的气缸壳体58也可以固定到紧固件驱动器10的中间部件，该中间部件直接或者间接固定到主壳体12。
伸缩气缸54还包括连接到驱动叶片22的头部46与驱动叶片22一起移动的杆62。在紧固件驱动器10的图示实施方式中，杆62紧靠法兰66(图1)并利用紧固件(例如螺钉)固定到法兰66，该法兰66从驱动叶片22的纵向轴线70沿横向延伸。作为选择，杆62也可以例如利用焊接工艺、粘合剂、过盈配合或者通过一体成型固定到驱动叶片22的头部46。因此，杆62可在正好是活塞38和驱动叶片22的缩回位置(如图1所示)的缩回位置和正好是驱动叶片22的驱动位置(未示出)的伸出位置之间轴向移动。因此，伸缩气缸54的纵向轴线74与驱动叶片22的纵向轴线70平行定向。作为选择，杆62可以直接连接到主壳体12，伸缩气缸54的气缸壳体58可以固定到驱动叶片22。伸缩气缸54的气缸壳体58包括内部腔室，杆62可在该内部腔室内滑动。气缸壳体58内形成真空，以使杆62向缩回位置偏置。作为选择，气缸壳体58包括使杆62向缩回位置偏置的加压气体。
如下文中进一步详细描述的，在紧固件驱动器10的两次连续射出操作之间，伸缩气缸54使驱动叶片22从驱动位置(正好紧固件从鼻状件14射出)返回或提升到缩回位置(如图1中所示)。紧固件驱动器10还包括第二返回机构(即升降机构98)，该第二返回机构使活塞38从驱动位置(图3)向缩回位置(图1和图2)提升。第一和第二返回机构54，98并行(inparallel)操作，以使驱动叶片22和活塞38返回其各自的缩回位置。驱动叶片22和活塞38同步返回缩回位置增加了驱动紧固件的速度(即缩短了周期时间)。
在如图1所示的紧固件驱动器10的图示实施方式中，升降机构98包括由机载电源(例如电池)供电的电机102、安装在凸轮轴107上的两个可旋转的凸轮凸缘106、以及将电机102与凸轮凸缘106互相连接的传动装置110。传动装置110包括连接到电机102的输出轴的行星齿轮系114和连接到行星齿轮系114的输出的偏心齿轮系118。具体地，偏心齿轮系118包括与行星齿轮系114的输出连接的第一齿轮122、与第一齿轮122啮合并与凸轮轴107和凸轮凸缘106连接的第二齿轮126。因此，来自电机102的转矩通过行星齿轮系114和偏心齿轮系118被传递，使得凸轮凸缘106围绕与凸轮轴107同轴的第二齿轮126的旋转轴线130旋转。驱动叶片22包括容纳凸轮轴107的凹槽23，因此在驱动叶片22通过伸缩气缸54向其提升位置移动时驱动叶片22和凸轮轴107不会互相影响。弹簧销(未示出)邻接凸轮凸缘106，以防止活塞38反向驱动凸轮凸缘106和电机102。
继续参照图1，活塞38包括从动件134，当活塞38从驱动位置提升到缩回位置时该从动件134与凸轮凸缘106接合。在紧固件驱动器10的图示实施方式中，从动件134设置成圆柱销，该圆柱销可响应于凸轮凸缘106的旋转而沿凸轮凸缘106的外周滑动。换句话说，从动件134定位在凸轮凸缘106和活塞38之间。从动件134与活塞38连结以与活塞38一起在活塞38的驱动位置和缩回位置之间移动。而且，从动件134相对于活塞38的纵向轴线(在图示的实施方式中与驱动叶片22的纵向轴线70同轴)沿侧向(即横向)从活塞38伸出，并且凸轮凸缘106定位在驱动叶片22和活塞38的两侧上。
在紧固件驱动器10的操作过程中，第一次射出操作由使用者按下紧固件驱动器10的起动装置(未示出)开始。在拉动起动装置之前，驱动叶片22和活塞38分别通过伸缩气缸54和凸轮凸缘106保持在其缩回位置(如图1中所示)。按下起动装置之后，电机102立即起动以使凸轮凸缘106从图1的参照系沿逆时针方向围绕旋转轴线130旋转。
当从动件134从凸轮凸缘106的末端滑落时，气缸壳体34内的加压气体膨胀，将活塞38从气缸壳体34向外推动并加速驱动叶片22移向其驱动位置。当活塞38从其缩回位置驱动到驱动位置时凸轮凸缘106加速到足够的旋转速度以防止后续与从动件134接触。另外，活塞38到达中间位置时从动件134正好沿着凸轮凸缘106的平段138经过，从而当活塞38从其缩回位置向其驱动位置移动时为从动件134形成畅通路径。
在活塞38到达其驱动位置之后，驱动叶片22的头部46与活塞38的远端42分离，停止驱动叶片22的进一步加速。此后，驱动叶片22以相对恒定的速度继续向其驱动位置移动。当与鼻状件14内的紧固件接触时，驱动叶片22开始减速，最终在紧固件驱动进工件中之后停止。
在驱动叶片22从其缩回位置向其驱动位置移动期间，由于伸缩气缸54的杆62固定在驱动叶片22的头部46以与之一起移动，所以杆62也从气缸壳体58拉出。当杆62从气缸壳体58拉出时，气缸壳体58内形成真空。在随着第一次射出操作结束后驱动叶片22的移动停止之后，压力失衡在杆62上施加作用力，使其缩回到气缸壳体58内。由于杆62固定在驱动叶片22的头部46，所以驱动叶片22从其驱动位置向缩回位置提升。如之前阐述的，作为选择也可以利用伸缩气缸54内的加压气体，以使驱动叶片22从其驱动位置向缩回位置提升。
正当驱动叶片22向缩回位置提升时，凸轮凸缘106恢复(或者如果之前变慢的话则加速)旋转(沿相同的逆时针方向)，以再次接触从动件134。当凸轮凸缘106继续旋转时，从动件134和活塞38从驱动位置向图1中所示的缩回位置向上移动。凸轮凸缘106继续提升活塞38，并行地，伸缩气缸54继续提升驱动叶片22，直到二者到达其图1中所示的缩回位置，此时第一次射出操作完成。此后，可以以类似的方式开始另外的射出操作。
在另一射出循环中，在伸缩气缸54已经使驱动叶片22返回其休息或中间位置之后，升降机构98可以保持不启动，从而使活塞38保持在其驱动位置，直到使用者按下起动装置以启动射出操作。这样，当紧固件驱动器10不使用时气弹簧机构30能够保持在不启动状态(即活塞38位于其偏置的驱动位置)。
通过设置伸缩气缸54以使驱动叶片22在每次紧固件射出操作后返回其缩回位置(即与利用升降机构98使驱动叶片22从其驱动位置提升到其缩回位置相反)，可以缩短连续射出操作之间的周期时间，从而能够更加快速地将紧固件置于工件中。
参照图2，当紧固件工具10发生卡堵时，活塞38可能会卡在所示缩回位置(即激活状态)。例如，凸轮凸缘106的旋转可能在从动件134从凸轮凸缘106的末端滑落之前停止。活塞38卡在图2中所示的位置，气缸壳体34内的加压气体继续使活塞38从气缸壳体34向外偏置。如果卡堵清除了，气弹簧机构30的激活状态可能会无意中将活塞38推向驱动位置。因此，当卡堵发生时需要释放气弹簧机构30内储存的能量，以在卡堵消除(即清除)之前不激活系统。
为了在清除卡堵之前释放气弹簧机构30内储存的能量，使用者可相对于主壳体12旋转气缸壳体34，以使气缸壳体34沿纵向轴线50远离驱动叶片22平移(气缸壳体34每转一整周)由螺纹44，45的螺距决定的距离。当气缸壳体34移动时，活塞38相对于主壳体12保持不动，因此扩大了腔室35的有效体积并因而减小了气缸壳体34内的加压气体的压力。换句话说，使用者旋转气缸壳体34使得气缸壳体34远离活塞38移动，从而气缸壳体34内的体积增大而压力减小。处于图3所示的不激活状态下的气弹簧机构30，由于活塞38已经处于驱动位置，所以一旦卡堵清除也不会有活塞38意外地移动到其驱动位置的风险。
当气缸壳体34到达图3中所示的气弹簧机构30不激活的位置时，位置或接近传感器(未示出)被触发，从而促使主控制单元(也未示出)启动电机102以使凸轮凸缘106避开从动件134逐渐旋转。随着凸轮凸缘106与从动件134分开且偏离，使用者能够沿相反方向旋转气缸壳体34，以使气缸壳体34朝着驱动叶片22返回到图2中所示的位置，且活塞38处于驱动位置，而无需担心从动件134接触凸轮凸缘106及压缩活塞38。换句话说，气缸壳体34和活塞38可以一起向驱动叶片22平移，而无需使活塞38相对于气缸壳体34移动。
作为选择，使用者可以简单地用手反向旋转气缸壳体34，而无需利用工具，并且无需首先移动凸轮凸缘106不与从动件134接触。底座43和气缸壳体34上的螺纹44，45为使用者提供了足够了杠杆作用以在活塞38保持不动的同时平移气缸壳体34，以重新激活气弹簧机构30。换句话说，螺纹44，45使得气缸壳体34能够相对于活塞38平移，以增加气弹簧机构30内的压力。具体地，可以选择螺杆的直径和螺纹44，45的螺距，以提供足够的机械优势，从而允许使用者重新激活气弹簧机构30。
另外或者作为选择，调整气缸壳体34沿纵向轴线50相对于主壳体12的位置能够调整紧固件驱动进工件内的深度。具体地，将气缸壳体34移动得距离驱动叶片22更远(并且允许活塞38在开始紧固件射出操作之前从气缸壳体34部分伸出)能够减小由气弹簧机构30产生并作用于活塞38的力的值。因此，当作用于活塞38的力减小时，在紧固件射出操作过程中紧固件可以驱动进工件的深度较小。螺纹44，45可以设置成自锁的，从而使用者能够将气缸壳体34沿轴线50定位在任何位置，在该位置螺纹44，45保持啮合且在操作紧固件驱动器10时气缸壳体34都将保持位置。基本上，螺纹44，45设计为使得它们不能通过由活塞38施加在气缸壳体34上的反作用力反向驱动。作为选择，可以使用制动系统142(图2和图3)来替代依靠螺纹自锁。这种制动系统142可以包括由气缸壳体34或主壳体12/底座43支撑的弹簧偏置制动件和在气缸壳体34或主壳体12/底座43中另一上的一系列凹槽，制动件可容纳在该凹槽中，以将气缸壳体34沿轴线50相对于主壳体12/底座43确定地固定在特定的轴向位置。
本发明的各种特征在所附权利要求书中阐述。

Claims (20)

1.一种紧固件驱动器，包括：
主壳体；
驱动叶片，该驱动叶片能够从缩回位置移动到驱动位置，以驱动紧固件进入工件内；
气弹簧机构，该气弹簧机构用于将所述驱动叶片从所述缩回位置驱动到所述驱动位置，所述气弹簧机构包括：
气缸壳体，该气缸壳体容纳有加压气体；以及
从所述气缸壳体伸出的活塞，该活塞能够相对于所述气缸壳体移动并且通过所述加压气体从缩回位置向驱动位置偏置，在所述驱动位置，所述活塞从所述气缸壳体完全伸出；
其中，所述气缸壳体能够沿所述活塞的纵向轴线相对于所述主壳体远离所述驱动叶片移动，同时所述活塞相对于所述主壳体保持不动，以减小所述气缸壳体内的所述加压气体的压力。
2.根据权利要求1所述的紧固件驱动器，其中，所述气缸壳体包括位于其外周上的外螺纹，该外螺纹能够与相对于所述主壳体不动的配合内螺纹相啮合。
3.根据权利要求2所述的紧固件驱动器，其中，所述气缸壳体能够响应于所述气缸壳体相对于所述主壳体的旋转而沿所述纵向轴线移动。
4.根据权利要求3所述的紧固件驱动器，其中，所述气缸壳体响应于所述气缸壳体相对于所述主壳体旋转一整周而沿所述纵向轴线平移的距离等于所述外螺纹的螺距。
5.根据权利要求2所述的紧固件驱动器，其中，所述外螺纹与所述内螺纹自锁。
6.根据权利要求1所述的紧固件驱动器，还包括连接到所述气缸壳体的操作杆，其中使用者能够抓持所述操作杆以旋转所述气缸壳体。
7.根据权利要求1所述的紧固件驱动器，其中，所述气缸壳体包括形成有插座的轴向端。
8.根据权利要求1所述的紧固件驱动器，还包括用于将所述驱动叶片从所述驱动位置向所述缩回位置提升的第一返回机构。
9.根据权利要求8所述的紧固件驱动器，还包括用于将所述活塞从所述驱动位置向所述缩回位置提升的第二返回机构。
10.根据权利要求9所述的紧固件驱动器，其中，所述第一返回机构包括伸缩气缸。
11.根据权利要求9所述的紧固件驱动器，其中，所述第一返回机构和所述第二返回机构并行操作，以将所述驱动叶片和所述活塞返回至各自的缩回位置。
12.根据权利要求9所述的紧固件驱动器，还包括传感器，该传感器配置成检测所述气缸壳体相对于所述主壳体的位置。
13.根据权利要求12所述的紧固件驱动器，其中，响应于所述传感器检测到所述气缸壳体远离所述主壳体预定距离，所述第二返回机构被激活。
14.根据权利要求1所述紧固件驱动器，其中，所述驱动叶片驱动所述紧固件的深度通过沿所述活塞的纵向轴线相对于所述主壳体移动所述气缸壳体来进行调整。
15.根据权利要求1所述紧固件驱动器，还包括制动系统，以相对于所述主壳体将所述气缸壳体选择性地固定在特定位置。
16.根据权利要求1所述的紧固件驱动器，其中，所述气弹簧机构还包括定位在所述气缸壳体内的导向柱，并且其中所述导向柱容纳在形成于所述活塞中的对应孔内。
17.一种清除卡在紧固件驱动器中的紧固件的方法，所述紧固件驱动器包括驱动叶片和气弹簧机构，所述气弹簧机构用于将所述驱动叶片从缩回位置驱动到驱动位置，所述方法包括：
将所述气弹簧机构的一部分从第一位置移动到第二位置，从而减小所述气弹簧机构内的压力；
清除所述被卡住的紧固件；以及
将所述气弹簧机构的所述部分从所述第二位置返回到所述第一位置，从而增大所述气弹簧机构内的压力，
其中，所述气弹簧机构包括气缸壳体和从所述气缸壳体伸出的活塞，所述活塞能够相对于所述气缸壳体移动，并且通过加压气体从缩回位置向驱动位置偏置，在所述驱动位置，所述活塞从所述气缸壳体完全伸出。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，移动所述气弹簧机构的所述部分包括旋转所述气弹簧机构的气缸壳体。
19.根据权利要求17所述的方法，还包括：
用传感器检测所述气弹簧机构的所述部分；以及
响应于所述传感器检测到所述气弹簧机构的所述部分处于预定位置而操作驱动叶片返回机构。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述气弹簧机构包括气缸壳体和活塞，并且其中移动所述气弹簧机构的一部分包括沿所述活塞的纵向轴线移动所述气缸壳体。
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