CN111496728A - 气动线性紧固件驱动工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气动紧固件驱动工具。气动紧固件驱动工具包括：气体缸体；以及活塞，所述活塞以这样的方式设置在所述缸体中，使得所述活塞的中心线与所述缸体纵向轴线同轴，并且所述活塞可沿着所述缸体纵向轴线在准备位置与驱动位置之间移动。所述工具包括：叶片，所述叶片具有连接到所述活塞的叶片第一端和构造成在紧固件驱动操作期间接触紧固件的叶片第二端。所述工具包括复位机构，所述复位机构通过将所述活塞沿着所述缸体纵向轴线平移到气体在所述缸体中被压缩的位置来使所述工具返回到准备击发构造。所述复位机构包括滚珠螺杆装置，所述滚珠螺杆装置经由与所述活塞的中心线同心的力朝向准备位置驱动所述活塞。

Description

气动线性紧固件驱动工具

背景技术

当用诸如木材或混凝土的材料进行工作时，时常需要将物品附接到用于结构、机械、管道以及电气安装的材料。当为这些应用附接或连接物品时，使用线性紧固件驱动工具使得可以进行高效的工作。线性紧固件驱动工具是将U形钉、钉子或其它线性驱动紧固件驱动到工件中的便携式手持工具。

一些常规的线性紧固件驱动工具将气体弹簧用作将紧固件驱动到工件中的原动力。在气体弹簧驱动工具中，填充有压缩气体的缸体被用于快速地迫使活塞通过驱动冲程，而机械连接到活塞的驱动器将紧固件驱动到工件中。缸体排气、活塞冲程以及驱动器与紧固件的冲击被统称为驱动操作。在可以进行另一驱动冲程之前，可以经由复位机构使活塞以及因此还有驱动器返回到起始或“准备”位置。在复位操作期间，活塞压缩缸体内的气体，从而使线性紧固件驱动工具准备用于另一驱动操作。

线性紧固件驱动工具采用各种机构来实现工具复位，包括齿条和小齿轮系统、辅助气动系统或凸轮驱动旋转升降机构。这种系统可能是复杂的，并且因此难以制造和/或制造成本高昂，同时给便携式手持工具增加了相当大的重量。因此，期望提供一种用于线性紧固件驱动工具的复位机构，该复位机构与已知的复位机构相比相对较简单且机械效率更高。

发明内容

在一些方面中，一种紧固件驱动工具包括：中空缸体，该中空缸体具有缸体纵向轴线；以及活塞，该活塞以这样的方式设置在缸体中，使得a）活塞的中心线与缸体纵向轴线同轴，并且b）活塞可沿着缸体纵向轴线在准备位置与驱动位置之间移动。活塞包括外围密封件，该外围密封件与缸体的内表面形成流体密封并且将缸体分隔成被构造成包含加压流体的第一腔室和与大气相通的第二腔室。紧固件驱动工具包括至少部分地设置在第二腔室中的叶片。叶片具有连接到活塞的叶片第一端和与第一端相对并被构造成在紧固件驱动操作期间接触紧固件的叶片第二端。另外，紧固件驱动工具包括复位机构，该复位机构被构造成使活塞沿着缸体纵向轴线平移。复位机构包括具有螺杆外螺纹的中空螺杆。螺杆的内表面限定在螺杆第一端与同螺杆第一端相对的螺杆第二端之间延伸的通道。螺杆具有在螺杆第一端与螺杆第二端之间延伸并且平行于缸体纵向轴线的螺杆纵向轴线。复位机构包括螺母，该螺母具有与螺杆外螺纹接合的螺母内螺纹。螺母被构造成针对螺母相对于螺杆的特定位置与活塞接合。复位机构包括齿轮，齿轮以这样的方式固定到中空螺杆，使得齿轮的旋转导致螺杆围绕螺杆纵向轴线旋转，并且螺杆围绕螺杆纵向轴线的旋转导致螺母相对于螺杆平移。复位机构还包括致动器，该致动器被构造成驱动齿轮。当齿轮由致动器驱动时，螺母与活塞接合并且经由与活塞的中心线同心的力朝向准备位置驱动活塞。

在一些实施例中，螺母经由包围并固定到螺母的外表面的套筒与活塞接合。

在一些实施例中，套筒包括：套筒第一端，套筒第一端包围并固定到螺母的外表面；以及套筒第二端，套筒第二端从螺母并朝向活塞向外凸出。套筒第二端被构造成针对螺母相对于螺杆的特定位置直接接触活塞。

在一些实施例中，套筒第二端沿着以缸体纵向轴线为中心的圆直接接触活塞。

在一些实施例中，紧固件驱动工具包括被构造成确定套筒相对于缸体的位置的传感器。在一些实施例中，该传感器是被构造成检测磁性元件的霍尔效应传感器，并且所述磁性元件固定到套筒。

在一些实施例中，叶片延伸穿过通道。

在一些实施例中，叶片具有圆形横截面形状。

在一些实施例中，叶片与螺杆纵向轴线同心并且可相对于螺杆自由移动。

在一些实施例中，螺杆外螺纹与螺母内螺纹直接接合以提供导螺杆机构。

在一些实施例中，复位机构包括滚珠轴承，螺杆外螺纹和螺母内螺纹经由滚珠轴承间接接合，并且螺杆、螺母以及滚珠轴承协作以提供滚珠螺杆机构。

在一些实施例中，螺母包括内部通道，该内部通道被构造成允许滚珠轴承通过滚珠螺杆机构再循环。

在一些实施例中，螺母包括外部通道，该外部通道被构造成允许滚珠轴承通过滚珠螺杆机构再循环。

在一些实施例中，复位机构包括支撑在工具上的扣机。该扣机可在前进位置与缩回位置之间移动。在前进位置中，扣机的接合部分与设置在叶片中的凹口接合，由此将叶片保持在准备位置中。在缩回位置中，接合部分从凹口脱开，由此可以将叶片驱动到驱动位置。所述凹口是设置在叶片中的多个凹口中的一个，每个凹口提供唯一的叶片击发位置，并且每个凹口与由驱动器施加到叶片的唯一功率输出对应。

在一些实施例中，扣机相对于缸体围绕在前进位置与缩回位置之间的旋转轴线旋转。

在一些实施例中，扣机经由弹性构件朝向前进位置被偏压。

在一些实施例中，螺母经由包围并固定到螺母的外表面的套筒与活塞接合。套筒包括：套筒第一端，套筒第一端包围并固定到螺母的外表面；以及套筒第二端，套筒第二端从螺母并且朝向活塞向外凸出。套筒第二端被构造成针对螺母相对于螺杆的特定位置直接接触活塞。另外，套筒具有沿平行于螺杆纵向轴线的方向延伸的槽，并且扣机的一部分穿过槽凸出。

在一些方面，一种紧固件驱动工具包括：中空缸体，该中空缸体具有缸体纵向轴线；以及活塞，该活塞以这样的方式设置在缸体中，使得a）活塞的中心线与缸体纵向轴线同轴，并且b）活塞可沿着缸体纵向轴线在准备位置与驱动位置之间移动。活塞包括外围密封件，该外围密封件与缸体的内表面形成流体密封并且将缸体分隔成被构造成包含加压流体的第一腔室和与大气相通的第二腔室。紧固件驱动工具包括至少部分地设置在第二腔室中的叶片。叶片具有连接到活塞的叶片第一端和与第一端相对并且被构造成在紧固件驱动操作期间接触紧固件的叶片第二端。紧固件驱动工具还包括复位机构，该复位机构被构造成使活塞沿着缸体纵向轴线平移。复位机构包括具有螺杆外螺纹的中空螺杆。螺杆的内表面限定在螺杆第一端与同螺杆第一端相对的螺杆第二端之间延伸的通道。螺杆具有在螺杆第一端与螺杆第二端之间延伸并且平行于缸体纵向轴线的螺杆纵向轴线。复位机构包括螺母，该螺母具有与螺杆外螺纹接合的螺母内螺纹。螺母被构造成针对螺母相对于螺杆的特定位置与活塞接合。复位机构包括齿轮，该齿轮以这样的方式固定到中空螺杆，使得齿轮的旋转导致螺杆围绕螺杆纵向轴线旋转，并且螺杆围绕螺杆纵向轴线的旋转导致螺母相对于螺杆平移。另外，复位机构包括致动器，该致动器被构造成驱动齿轮。叶片延伸穿过通道并且可相对于螺杆自由移动。

气动线性紧固件驱动工具包括复位机构，该复位机构在紧固件驱动操作之后将工具复位到准备击发构造。更特别地，该复位机构将活塞从与在驱动操作完成之后活塞在缸体内的前进位置相关联的低能量状态转变成与活塞在缸体内的提供允许工具被驱动的所存储的能量的缩回位置相关联的高能量状态。

该复位机构提供了相对于一些常规气动线性紧固件驱动工具的复位机构的若干优点。例如，在一些实施例中，复位机构使用中空滚珠螺杆来实现活塞在缸体内到最大能量存储位置的平移。另外，击打钉子的驱动器叶片延伸穿过中空滚珠螺杆，并且因此与滚珠螺杆轴线基本上同轴。当滚珠螺杆在活塞正在移动到击发位置（高能量位置）的时间间隔期间旋转时，该放置允许驱动器叶片平移。

中空滚珠螺杆具有明显的优点，即，将有效地位于活塞中心轴线上的力施加到活塞，从而消除任何侧向载荷，这减少了使活塞平移的驱动能量。这还使由于不平衡的侧向密封载荷而引起活塞上方的气体充注损失的任何活塞侧向载荷最小化。有利地，该构造还消除了由于活塞到缸体的不期望的侧向载荷而引起的任何缸体划痕/刮擦问题。

当与使用偏心驱动装置或齿条和小齿轮来实现工具复位的一些常规线性紧固件驱动工具相比时，采用将有效地位于活塞中心线上的力施加到活塞的中空滚珠螺杆的复位机构具有优点。这种机构具有摩擦损失，因为施加到活塞以实现复位的力并非是纯粹轴向的。另外，一些常规复位机构可能在驱动机构中的元件之间具有滑动接触而非滚动接触，这是额外的摩擦损失的原因之一。滚动接触滚珠螺杆的机械效率高，因此最高机械载荷的区域中的摩擦损失被最小化。另外，高机械效率具有在较短复位时间内在气体活塞中存储更多能量的益处。

在复位机构中使用中空滚珠螺杆具有产生较大节圆直径的优点，较大节圆直径随后允许规定减小的螺纹节距。较小节距值有效地变成齿轮减速，并且减少了在马达与滚珠螺杆之间所需的齿轮级数。

在复位机构中使用中空滚珠螺杆具有另外的优点。滚珠螺杆是单独的部件并且不是驱动器叶片的一部分。这可以与一些常规的线性紧固件驱动工具相比，常规的线性紧固件驱动工具被迫将驱动装置几何结构集成到驱动器叶片中，从而导致昂贵的驱动器叶片并且给驱动器叶片增加了相当大的质量/惯性。而且，对于最终用户，这种常规的线性紧固件驱动工具的维护成本非常高，因为驱动器叶片是复杂且昂贵的磨损部件。通过提供采用中空滚珠螺杆的线性紧固件驱动工具，可以针对冲击优化驱动器叶片的冶金性能，同时可以针对循环耐久性优化滚珠螺杆。另外，所提出的驱动器叶片设计可以遵循常规的制造方法，该方法已经在气动线性紧固件驱动工具中被优化。

中空滚珠螺杆包括提供纵向通道的孔，叶片延伸穿过该纵向通道。所述孔具有圆形形状。由于驱动器叶片的圆形形状可以配合到滚珠螺杆中的圆形通道中，因此用于混凝土粉尘和其它施工现场碎屑的通路显著受限于活塞和缸体。这减少了在活塞与缸体接合部处的粉尘暴露，从而延长了工具的寿命。因此，使用具有圆形孔的中空滚珠螺杆提供了相对于一些常规的线性紧固件驱动工具的改善的耐久性，这些常规的线性紧固件驱动工具通过将齿轮齿或轮齿包括作为驱动器叶片的一部分而具有用于污染物的相当大的通路。

另外，在复位机构中使用滚珠螺杆为改善线性紧固件驱动工具的安全创造了机会。由于滚珠螺杆运动与驱动器叶片的位置无关，因此工具控制系统可以控制滚珠螺杆的平移部分以将其定位成紧密靠近活塞或与活塞接触，从而防止紧固件击发序列。如果线性紧固件驱动工具在一段时间内无人看管，或加速度计或类似装置检测到意外掉落并命令滚珠螺杆到达防止击发的位置，那么这将是有益的。

复位机构还可以将活塞移动到中间击发位置，从而产生可变的功率设置。这种特征对于最终用户而言是期望的，因为它可以适应混凝土硬度的变化性或适应驱动不同长度的钉子的能力。在木材和其它基材中的紧固操作也可以受益于功率设置调整。这可以与一些常规的线性紧固件驱动工具相比，这些常规的线性紧固件驱动工具使用偏心驱动装置或齿条和小齿轮来完成工具复位，并且因此被迫到达单个击发位置且不具有中间功率输出的优点。

附图说明

图1是气动线性紧固件驱动工具的局部横截面侧视图。

图2是沿着图1的线2—2所见的紧固件驱动工具的横截面图，其图示了紧固件驱动器机构和紧固件驱动器复位机构。

图3是图2的复位机构的放大横截面图。

图4是叶片的横截面图。

图5是替代实施例叶片的横截面图。

图6是图3的复位机构的套筒的透视图。

图7是具有内部滚珠轴承再循环路径的滚珠螺杆装置的示意性图示。

图8是具有外部滚珠轴承再循环路径的滚珠螺杆装置的示意性图示。

图9是导螺杆装置的示意性说明。

图10是沿着图4的线10—10所见的叶片的横截面图。

图11是替代实施例叶片的横截面图。

图12是另一替代实施例叶片的横截面图。

图13是又一替代实施例叶片的横截面图。

具体实施方式

现在参照图1，线性紧固件驱动工具2设计成用于线性地驱动紧固件，诸如钉子和U形钉。工具2包括形成工具2的上中部的手柄4、定位在手柄前方以提供工具2的前部的紧固件驱动器机构100以及沿着工具2的前部设置在紧固件驱动器机构100下方的紧固件驱动器复位机构200。工具2包括设置在紧固件驱动器复位机构200下方的紧固件出口部分10和引导体11。电池组安装在手柄4的后侧，并且紧固件储盒6设置在手柄4和电池组12下方以便与引导体11连通。在手柄4与紧固件储盒6之间设置了用于驱动紧固件驱动器复位机构200的致动器244。参考图1中所图示的工具2的取向，使用本文所列举的取向术语，诸如上方、下方、前部（参见附图标记3）、后部（参见附图标记5）、向前、向后、上部、下部等，且取向术语不旨在起限制作用，这是由于工具2可以在不脱离本发明的原理的情况下在空间中的其它取向中使用。

手柄4是中空的，并且印刷电路板14设置在手柄4的内部空间中。印刷电路板14支撑控制器16。手柄4包括由触发器20启动的触发器开关18。如在图1中可以看出，手柄4设计成用于由人手抓握，并且触发器20设计成用于在抓握手柄4的同时由用户的手指致动。触发器开关18向控制器16提供输入。还存在用于控制器16（未示出）的其它输入装置。控制器16可以包括用作处理电路的微处理器或微计算机装置。至少一个存储器电路也将可以是控制器16的一部分，包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）装置。为了存储用户输入的信息（若适用于特定工具模型），可以包括非易失性存储器装置，诸如EEPROM、NVRAM或闪存装置。

紧固件储盒6包括储盒外壳22，并且紧固件轨道24设置在储盒外壳22中。单独的紧固件（例如图2中的钉子32）沿着紧固件轨道24延伸，同时它们仍保持在储盒6内。送料托架26设置在储盒外壳22中，并且用于将单独紧固件从储盒6进给到驱动机构区域中，并且背板28用于在单独紧固件被驱动时运送单独紧固件 。在所图示的实施例中，送料托架26将紧固件定位在引导体11内的与紧固件驱动器机构100的驱动器构件（例如下文参考图2所讨论的叶片150）的路径重合的位置中，使得在叶片150移动通过驱动冲程时，其驱动端将拦截紧固件并将该紧固件运送到紧固件出口部分10，该紧固件出口部分基本上位于工具的出口区域的底部部分处。

致动器244用作工具2的原动机，并且具有驱动齿轮组246的输出。如下文进一步讨论的，齿轮组246的输出轴248驱动紧固件驱动器复位机构200。致动器244可以是例如电动无刷DC马达。

螺线管30设置在齿轮组246的输出轴248附近，齿轮组246由电池组12供电并由控制器16控制。下文参考图3讨论了螺线管30的操作的另外的细节。

电池组12位于手柄4的后部，并且为控制器16、致动器244以及螺线管30提供电力。电池组12是可再充电的。为此，电池组12可以可选择性地从手柄4拆卸，以允许在专用充电装置中进行再充电。

现在参照图2，紧固件驱动器机构100包括：缸体102，该缸体提供紧固件驱动器机构100的一部分外壳；活塞130，该活塞设置在缸体102中；以及叶片150，该叶片固定到活塞130。现在将详细描述紧固件驱动器机构100的元件。

缸体102具有封闭的缸体第一端104和与缸体第一端104相对且与大气相通的缸体第二端106。缸体102包括缸体纵向轴线108，该缸体纵向轴线沿着缸体102的中心线延伸且延伸穿过第一端104和第二端106。

活塞130设置在缸体102中，以便沿着缸体纵向轴线108平移。经由与缸体第二端106邻近设置的环形静止止动件116防止活塞130离开缸体第二端106。活塞130通常是盘形的，并且具有垂直于缸体纵向轴线108取向的相对的活塞第一表面132和活塞第二表面134。活塞外围边缘136包括围绕活塞130的圆周延伸的凹槽138，并且环形弹性密封件140设置在凹槽138中。包括密封件140的活塞130的形状和尺寸设计成与缸体102的内表面110形成液密密封。因此，活塞130将缸体102的内部空间分隔成设置在缸体第一端104与活塞130之间的第一流体腔室112和设置在活塞130与缸体第二端106之间的第二流体腔室114。第一流体腔室112是液密的，而第二流体腔室114与大气相通。

活塞130可在缸体102内沿着缸体纵向轴线108在第一缩回位置（在图2中以虚线示出且由附图标记“130（1）”标识）与第二前进位置（在图2中以虚线示出且由附图标记“130（2）”标识）之间移动。在第一位置130（1）中，活塞130设置在缸体第一端104与缸体102的中点105之间。在此位置中，流体（例如，诸如空气、氮气的气体或其它适合的可压缩流体）在活塞130与缸体第一端104之间被压缩，从而提供处于最大能量下的气体弹簧。第一位置130（1）也被称为“准备”位置。在第二位置130（2）中，活塞130设置在缸体102的中点105与缸体第二端106之间。特别地，活塞130邻接止动件116，并且气体弹簧位处于最小能量下。由于活塞130可沿着缸体纵向轴线108移动，因此第一流体腔室112和第二流体腔室114不具有固定体积。相反，第一流体腔室112和第二流体腔室114的体积随着活塞130纵向移动而改变。另外，尽管对于活塞130的所有位置，第二流体腔室114内的流体压力都处于大气压下，但第一流体腔室112中的流体压力随着活塞130朝向第一活塞130（1）移动而增大，并且在活塞130位于第一位置130（1）中时为最大值。

参照图3和图4，叶片150固定到活塞第二表面134（例如，面向缸体第二端106的表面），并且用作紧固件驱动器机构100的接触紧固件32并将紧固件32驱动到工件34中的部分。叶片150是细长的实心圆柱形杆，该圆柱形杆具有经由例如螺纹连接而连结到活塞130的叶片第一端152和与叶片第一端152相对的叶片第二端154。叶片150包括叶片纵向轴线156，叶片纵向轴线156在叶片第一端152与叶片第二端154之间延伸并与缸体纵向轴线108共线。

叶片第一端152包括与设置在中央盲孔142中的对应内螺纹142a接合的外螺纹152a，中央盲孔152a设置在活塞第二表面134中。外螺纹152a终止于一体形成的环形凸出部152b处，环形凸出部152b在叶片150与活塞130完全接合并固定到活塞130时邻接活塞第二表面134。

叶片第二端154终止于垂直于叶片纵向轴线156的钝状尖端158中，并且在工具2的驱动操作期间提供紧固件接触表面。

叶片150具有圆形横截面和沿着叶片纵向轴线156改变的直径。特别地，叶片150包括叶片第一部分153和叶片第二部分155，叶片第一部分邻接叶片第一端152并且具有叶片第一直径d1，叶片第二部分邻接叶片第二端154并且具有比叶片第一直径d1更小的叶片第二直径d2。叶片肩部159设置在叶片第一直径d1与叶片第二直径d2之间的过渡处。

参照图4和图5，叶片第一部分153包括圆周凹口。凹口160的形状和尺寸设计成与闩锁机构300的一部分接合。一旦活塞130已经定位在第一部分130（1）中，闩锁机构300就用于将活塞130保持在缩回的第一位置130（1）中，例如以准备好用于工具2的驱动操作。下文详细地描述了闩锁机构300。尽管图3和图4中所图示的叶片150包括单个凹口160，但应理解，叶片150可以包括更大数量的凹口160。例如，图5图示了包括三个凹口160、162、164的替代实施例叶片450。当工具2采用包括多个凹口160、162、164的替代实施例叶片450时，活塞130能够被定位在最大能量位置（例如第一位置130（1））中或定位被设置在最小能量位置（例如，第二位置130（2））与最大能量位置之间的两个中间位置中的一者中，从而形成用于工具2可变功率设置。该特征对于最终用户而言是期望的，因为其可以适应混凝土硬度的变化性或驱动不同长度的钉子的能力。木材和其它基材的紧固操作可以受益于功率设置调整。

叶片第二部分155具有圆形横截面形状并且具有均匀的外径。

叶片150被构造成例如经由常规的成形和处理工艺而适应与将紧固件驱动到具有一定范围的硬度的基材（诸如木材、混凝土等）中相关联的频繁的高载荷冲击。

参照图3以及图6至图8，紧固件驱动器复位机构200被构造成使活塞130沿着缸体纵向轴线108从第二位置130（2）平移到准备位置。在图3中图示的实施例中，准备位置对应于第一位置130（1）。在其它实施例中，准备位置可以对应于第一位置130（1），或对应于同用户所选择的中间凹口162、164中的一者相关联的中间位置。

紧固件驱动器复位机构200包括滚珠螺杆装置202和固定到滚珠螺杆装置202的螺杆204的从动齿轮216，并经由齿轮组246机械地连接到致动器244。另外，紧固件驱动器复位机构200包括套筒260，套筒260设置在滚珠螺杆装置202的螺母220上并从螺母220朝向活塞130向外凸出。现在将详细描述紧固件驱动器复位机构200的元件。

滚珠螺杆装置202包括螺杆204、由螺杆204驱动的螺母220以及滚珠轴承230，滚珠轴承在螺杆204的外螺纹与螺母220的内螺纹之间提供机械接合部。螺杆经由轴承219安装到工具2的外壳40，以相对于缸体102旋转。

螺杆204是细长的中空元件，其包括敞开的螺杆第一端206和敞开的螺杆第二端208，其中，螺杆第二端208与螺杆第一端206相对。另外，螺杆204具有在相对的第一端206与第二端208之间延伸的螺杆纵向轴线214。螺杆纵向轴线214平行于缸体纵向轴线108和叶片纵向轴线156两者并且与它们共线。

螺杆204具有从螺杆第一端206延伸到与螺杆第二端208紧密地间隔开的位置的螺杆外螺纹210。在螺杆外螺纹210与螺杆第二端208之间，螺杆外螺纹表面无螺纹。凸出部209在无螺纹区域中围绕螺杆204的圆周的至少一部分延伸。凸出部209用作将从动齿轮216保持在螺杆第二端208上的键。

螺杆204具有内表面212，该内表面提供在螺杆第一端206与螺杆第二端208之间延伸的圆柱形通道213。通道213具有通道第一部分205和通道第二部分207，通道第一部分邻接螺杆第一端206并且具有第一直径p1，通道第二部分邻接螺杆第二端208并且具有第二直径p2。通道第二直径p2小于通道第一直径p1，并且通道肩部215设置在通道第一直径p1与通道第二直径p2之间的过渡处。叶片150的中部以这样的方式设置在通道213中，使得叶片150沿着螺杆纵向轴线214自由地平移。在一些实施例中，当活塞130位于第二位置130（2）中时，叶片肩部159邻接通道肩部215，或相对于通道肩部215紧密地间隔开。

从动齿轮216以这样的方式固定到螺杆第二端208，使得从动齿轮216的旋转导致螺杆204围绕螺杆纵向轴线214的旋转。例如，在所图示的实施例中，凸出部 209嵌入在从动齿轮216中，由此将从动齿轮216固定到螺杆204。从动齿轮216具有与齿轮组246的驱动齿轮249接合的外齿218，由此从动齿轮216由致动器244致动。从动齿轮216与螺杆204一起由沿着从动齿轮216的内圆周设置的轴承219支撑以用于相对于工具2的外壳40旋转。

尽管螺杆204可围绕与缸体纵向轴线108共线的螺杆纵向轴线214旋转，但螺杆204不在工具2内平移。另外，如下面详细讨论的，叶片150根据工具2的交替驱动和复位操作而在通道213内以往复运动的方式平移。

螺母220是具有螺母内螺纹226的细长的中空元件，螺母内螺纹经由滚珠轴承230与螺杆外螺纹210接合。在一些实施例中，滚珠轴承230例如经由设置在螺母220'内的内部通道232（图7）在内部再循环到螺母220。在其它实施例中，滚珠轴承230例如经由位于螺母220''的外表面上的外部通道234（图8）在外部再循环到螺母220。

螺母220具有比螺杆204的纵向尺寸小得多的纵向尺寸，并且螺杆204围绕螺杆纵向轴线214的旋转导致螺母220沿着螺杆纵向轴线相对于螺杆204平移。

套筒260是支撑在螺母220上的刚性的中空圆柱形元件。套筒260具有第一端262和与第一端262相对的第二端264。套筒260具有比螺母220的纵向尺寸大得多的纵向尺寸，由此套筒的第一端262从螺母220朝向活塞130向外凸出。

套筒260具有大体上均匀的壁厚（例如均匀的径向尺寸）和纵向变化的直径。特别地，套筒260包括：套筒第一部分288和套筒第二部分290，套筒第一部分288邻接套筒第一端262并且具有套筒第一直径s1，套筒第二部分290邻接套筒第二端264并且具有比套筒第一直径s1更大的套筒第二直径s2。套筒肩部292设置在套筒第一直径s1与套筒第二直径s2之间的过渡处。

套筒第二部分290包围螺母220并相对于该螺母固定。为此，套筒第二直径s2设置成使得套筒第二部分290以紧密配合的方式在其中接收螺母220。在一些实施例中，螺母220压配合在套筒第二部分290内。在其它实施例中，套筒260在注射模制过程中现场模制在螺母220上。在所图示的实施例中，整个螺母220设置在套筒第二部分290内，但套筒260不限于此构造。例如，在一些实施例（未示出）中，套筒第二部分290可以仅围封螺母第一端222。

套筒第一部分288朝向活塞130从套筒第二部分290凸出。套筒第一直径s1小于螺母220的外径且大于螺母220的内径。套筒第一直径s1被设置成使得在套筒内表面266与螺杆204之间存在间隙，由此套筒260可以相对于螺杆204自由移动。另外，套筒第一直径s1被设置成使得套筒第一端262可以穿过由设置在缸体第二端106处的止挡件116限定的开口。

套筒第一部分288具有槽280，槽280沿平行于螺杆纵向轴线214的方向延伸并且在套筒第一端262处敞开。在所图示的实施例中，槽280纵向延伸到套筒肩部292，并且沿着具有在约60度到90度的范围内的弧长的弧度周向延伸。如下文进一步讨论的，槽280允许闩锁机构300的扣机302延伸到套筒260的内部空间中并且与叶片150接合。为此，套筒260在螺母220上取向成使得槽280面向闩锁机构300。

如先前所讨论的，螺杆204围绕螺杆纵向轴线214的旋转导致螺母220沿着螺杆纵向轴线214相对于螺杆204平移。因为套筒260固定到螺母220，所以套筒260在螺杆204旋转时也沿着螺杆纵向轴线214平移。在螺母220相对于螺杆204的某些位置中，并且套筒第一部分288的外端面294邻接活塞第二表面134。特别地，外端面294沿着以缸体纵向轴线108为中心的圆直接接触活塞130。一旦套筒260已经接合活塞130，螺杆204的进一步旋转就使套筒260沿着缸体纵向轴线108朝向活塞第一位置130（1）驱动活塞130。因为缸体102、叶片150、螺杆204、螺母220和套筒260全部都是同心的，所以当从动齿轮216被致动器244驱动时，螺母220与活塞130接合并且经由与活塞130的中心线同心的力朝向准备位置驱动活塞130（经由套筒260）。

在一些实施例中，传感器282设置在套筒260的外表面附近。传感器282被构造成确定套筒260相对于缸体102的位置。传感器282可以是可被构造成确定套筒相对于缸体的位置的任何类型的传感器，诸如机械接触传感器、光学传感器等。在所图示的实施例中，传感器282是被构造成检测磁性元件284的霍尔效应传感器，并且磁性元件284固定到套筒260的外表面。传感器输出被引导至控制器16。在一些实施例中，当活塞130已经到达期望的准备位置时，控制器16将停止致动器244。应理解，除了此处描述的位置传感器282之外或作为其替代，控制器16还可以接收其它传感器的输出。例如，在其它实施例中，控制器16可以被构造成在检测到第一腔室112已经到达如由第一流体腔室112内的压力传感器（未示出）检测的预定压力后停止致动器244。

一旦已经通过紧固件驱动器复位机构200使活塞130移动到准备位置，就采用闩锁机构300将活塞130保持在期望的准备位置中，直到工具2被用户击发为止。闩锁机构300包括经由枢轴销312安装到工具外壳40（或工具2的邻近附属元件）的扣机302。扣机302是刚性的且大体呈“L”形的结构，其被构造成与设置在叶片150、450中的凹口160、162、164选择性地接合并从这些凹口脱开。

扣机302包括构成“L”形结构的一个“支腿”的接合部分304和构成“L”形结构的另一“支腿”的枢轴臂306。接合部分304的末端308的形状和尺寸被设计成与凹口160、162、164接合。例如，在所图示的实施例中，末端308是成斜面的，以适形于凹口160、162、164的轮廓。枢轴臂306相对于接合部分304成一定角度。枢轴臂306的远离接合部分304的一端具有接收枢轴销312的开口。

扣机302可在前进位置（图3）与缩回位置（未示出）之间围绕枢轴销312旋转。当扣机302位于前进位置中时，接合部分304延伸穿过槽280，并且接合部分304的末端308与凹口160接合，由此叶片150被保持在准备位置中。当扣机302位于缩回位置中时，接合部分304的末端308从凹口160脱开，由此叶片150可以自由地纵向移动，并且活塞130可以由紧固件驱动器机构100驱动到第二位置130（2）。

闩锁机构300包括弹性构件314（诸如弹簧），该弹性构件在枢轴臂306与工具外壳40之间延伸。扣机302经由弹性构件314的弹簧力被朝向前进位置偏压。

如下文进一步讨论的，闩锁机构300经由连杆臂310机械地连接到螺线管30，并且扣机320相对于叶片150的位置由控制器16经由螺线管30控制。……。

紧固件驱动器机构100被用于执行工具2的驱动操作。在使用时，由用户执行两个独立的动作以致动紧固件驱动器机构100。在本发明的一些实施例中，这两个独立的动作可以以任一顺序发生。在其它实施例中，还存在操作的任选“限制性模式”，其中，两个独立的动作以特定顺序发生。这两个独立的动作是：1）将引导体11的鼻部13压靠在固体表面（例如工件34）上以及2）从而按下触发器20。触发器20将使触发器开关52改变状态，这是将允许电流被发送到致动器244的一个条件。当将鼻部13被推靠在工件34上时，该条件由另一传感器（例如限位开关（未示出））检测。当按压条件和按下条件同时发生时，控制器将使螺线管30通电，螺线管将使扣机302围绕枢轴销312顺时针旋转较小角距离以到达缩回位置，由此扣机第一端304从凹口160脱开，其中，参考图3的取向使用术语“顺时针”。紧接在从凹口160撤回扣机第一端304之后，活塞130经由存储在第一流体腔室112中的能量从第一位置130（1）驱动到第二位置130（2）。在活塞130从第一位置130（1）移动至第二位置130（2）时，通过引导体11朝向紧固件出口部分10迅速地驱动叶片150。当叶片150移动通过引导体11时，尖端158拦截紧固件32并将紧固件32运送到紧固件出口部分10，在该紧固件出口部分中，紧固件离开工具2，并且将紧固件推进到工件34中。

在驱动操作之后，紧固件驱动器复位机构200被用于使活塞130从前进的低能量第二位置130（2）返回到缩回的高能量第一位置130（1），使得工具准备好用于下一次击发（驱动）冲程。特别地，当致动器244经由齿轮组246驱动从动齿轮216时，扣机302保持在缩回位置中，这导致螺杆204围绕螺杆纵向轴线214的旋转，并且使螺母220朝向活塞130平移。在螺杆204充分旋转时，套筒260接合活塞130并将其推到第一位置130（1）中。当活塞130已经返回到第一位置130（1）时，控制器使螺线管30断电，从而允许扣机302移动到其与凹口160接合的前进位置。在一些实施例中，致动器244沿相反方向操作，以使螺母220和套筒260返回到缸体102外部的位置，以准备用于下一次驱动操作。

参照图9，尽管本文公开的紧固件驱动器复位机构200采用滚珠螺杆装置202将活塞130从第二位置130（2）驱动到第一位置130（1），但紧固件驱动器复位机构200不限于使用滚珠螺杆装置。例如，在一些实施例中，紧固件驱动器复位机构200采用导螺杆装置502。如本文使用的术语“导螺杆装置”指的是类似于滚珠螺杆的装置，并且在该装置中，螺母220'''直接接合螺杆204，并且省略了滚珠轴承。用导螺杆装置替代滚珠螺杆装置提供了比一些相当的滚珠螺杆装置更小、成本更低以及更安静且更平滑的机构，但该机构由于摩擦损失而具有更低效率并且支撑相对更轻的载荷。

参照图10至图13，在所图示的实施例中，在本文中将叶片150描述为实心圆柱形杆，并且叶片第二部分155具有圆形横截面形状（图10）。然而，叶片第二部分155不限于具有圆形横截面形状，并且可以具有其它横截面形状以适应特定类型的紧固件。例如，替代实施例叶片250包括具有矩形横截面的叶片第二部分255（图11），这在被驱动的紧固件是U形钉时可以是有利的。另一替代实施例叶片350包括具有月牙形横截面的叶片第二部分355（图12），这在被驱动的紧固件是具有削剪头的钉子时可以是有利的。又一替代实施例叶片450包括具有“T字形”横截面形状的叶片第二部分455（图13），这在被驱动的紧固件是装框钉时可以是有利的。

在所图示的实施例中，单独地形成套筒260与螺母220，并且然后将套筒与螺母组装在一起。然而，在其它实施例中，套筒260和螺母220可以一体形成，以便构成单个元件。在又一些其它实施例中，可以省略套筒260，并且螺母220包括从螺母220的面向活塞的端部凸出的环形凸出部。在该实施例中，该环形凸出部用于在复位操作期间直接接触活塞。

在所图示的实施例中，缸体102是具有均匀直径的中空直立缸体。然而，缸体102不限于此构造。例如，在一些实施例中，缸体102的低于活塞行程上限的工作部分（例如，缸体102的低于第一位置130（1）并且对应于缸体的活塞130所行进通过的部分的部分）具有均匀直径，而缸体102的高于活塞行程上限并且提供所存储的气体体积的部分可以被包含在任何形状的腔室中。在一些实施例中，缸体可以具有同心辅助腔室，该同心辅助腔室包围缸体102的工作部分并与其流体连通。在其它实施例中，缸体可以包括不规则形状的辅助腔室，该辅助腔室附接到缸体102的工作部分并与其流体连通。在又其它实施例中，缸体102可以包括一个或多个固定体积的存储腔室，存储腔室与缸体102的工作部分错开。替代地，存储腔室可以利用软管或管连接到缸体102的工作部分，只要软管或管具有允许快速气体流动的足够横截面。可以优化存储腔室的位置和大小以实现最佳工具工效学和平衡。

尽管在本文中将闩锁机构300描述为被螺线管30致动，但闩锁机构300不限于这种构造。例如，在一些实施例中，可以机械地致动闩锁机构300，并且小螺线管被用作安全机构以允许致动扣机302。在工具2相对小的其它实施例中，可以使用磁性闩锁代替螺线管30。

上文相当详细地描述了气动线性紧固件驱动工具和紧固件驱动器复位机构的选择性的说明性实施例。应理解，本文中仅描述了被视为用于阐明工具和复位机构所需的结构。假设本领域的技术人员已知并理解其它常规结构以及工具和复位机构的附属和辅助部件的结构。此外，虽然上面已经描述了工具和复位机构的工作示例，但工具和复位机构不限于上述工作示例，而是可以在不脱离如权利要求书中所阐述的工具和复位机构的情况下进行各种设计变更。

Claims (10)

1.一种紧固件驱动工具，包括：

中空缸体，所述中空缸体具有缸体纵向轴线；

活塞，所述活塞以这样的方式设置在所述缸体中，使得：a）所述活塞的中心线与所述缸体纵向轴线同轴，并且b）所述活塞可沿着所述缸体纵向轴线在准备位置与驱动位置之间移动，所述活塞包括外围密封件，所述外围密封件与所述缸体的内表面形成流体密封并且将所述缸体分隔成被构造成包含加压流体的第一腔室和与大气相通的第二腔室；

叶片，所述叶片至少部分地设置在所述第二腔室中，所述叶片包括连接到所述活塞的叶片第一端以及与所述第一端相对并且被构造成在紧固件驱动操作期间接触紧固件的叶片第二端；以及

复位机构，所述复位机构被构造成使所述活塞沿着所述缸体纵向轴线平移，所述复位机构包括：

中空螺杆，所述中空螺杆具有螺杆外螺纹，所述螺杆的内表面限定在螺杆第一端与同所述螺杆第一端相对的螺杆第二端之间延伸的通道，所述螺杆具有在所述螺杆第一端与所述螺杆第二端之间延伸且平行于所述缸体纵向轴线的螺杆纵向轴线；

螺母，所述螺母具有与所述螺杆外螺纹接合的螺母内螺纹，所述螺母被构造成针对所述螺母相对于所述螺杆的特定位置接合所述活塞；

齿轮，所述齿轮以这样的方式固定到所述中空螺杆，使得所述齿轮的旋转导致所述螺杆围绕所述螺杆纵向轴线旋转，并且所述螺杆围绕所述螺杆纵向轴线的旋转导致所述螺母相对于所述螺杆平移；以及

致动器，所述致动器被构造成驱动所述齿轮，

其中，

当所述齿轮被所述致动器驱动时，所述螺母与所述活塞接合并且经由与所述活塞的中心线同心的力朝向所述准备位置驱动所述活塞。

2.根据权利要求1所述的紧固件驱动工具，其中，所述螺母经由包围并固定到所述螺母的外表面的套筒与所述活塞接合。

3.根据权利要求2所述的紧固件驱动工具，其中，所述套筒包括：套筒第一端，所述套筒第一端包围并固定到所述螺母的所述外表面；以及套筒第二端，所述套筒第二端从所述螺母并且朝向所述活塞向外凸出，所述套筒第二端被构造成针对所述螺母相对于所述螺杆的特定位置直接接触所述活塞。

4.根据权利要求3所述的紧固件驱动工具，其中，所述套筒第二端沿着以所述缸体纵向轴线为中心的圆直接接触所述活塞。

5.根据权利要求2所述的紧固件驱动工具，包括被构造成确定所述套筒相对于所述缸体的位置的传感器。

6.根据权利要求5所述的紧固件驱动工具，其中，所述传感器是被构造成检测磁性元件的霍尔效应传感器，并且所述磁性元件固定到所述套筒。

7.根据权利要求1所述的紧固件驱动工具，其中，所述叶片延伸穿过所述通道。

8.根据权利要求1所述的紧固件驱动工具，其中，所述叶片具有圆形横截面形状。

9.根据权利要求1所述的紧固件驱动工具，其中，所述叶片与所述螺杆纵向轴线同心并且可相对于所述螺杆自由移动。

10.根据权利要求1所述的紧固件驱动工具，其中，所述螺杆外螺纹与所述螺母内螺纹直接接合以提供导螺杆机构。

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