CN212553678U - 气弹簧动力紧固件驱动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气弹簧动力紧固件驱动器，其包括外气缸，位于外气缸内的内气缸，以及位于内气缸内的可移动活塞。气弹簧动力紧固件驱动器还包括驱动器叶片，其附接至活塞并且可与其在上止点(TDC)位置与驱动或下止点(BDC)位置之间一起移动。外气缸和内气缸限定第一总体积，当驱动器叶片处于TDC位置时，气体位于第一总体积中。外气缸和内气缸限定第二总体积，当驱动器叶片处于BDC位置时，气体位于第二总体积中。第二总体积与第一总体积的压缩比为1.7：1或更小。并且，当位于TDC位置时，作用在驱动器叶片上的力至少为90磅力(lbf)，但不大于450磅力(lbf)。

Description

气弹簧动力紧固件驱动器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年6月11日提交的申请号为62/683,460的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本实用新型涉及动力紧固件驱动器，更具体地说，涉及气弹簧动力紧固件驱动器。

背景技术

本领域中已知有用于将紧固件(例如，钉子、大头钉、U形钉等)驱动到工件中的各种紧固件驱动器。这些紧固件驱动器利用本领域中已知的各种装置(例如，由空气压缩机产生的压缩空气、电能、飞轮机构等)来操作，但是这些设计经常遇到功率、尺寸和成本的限制。

实用新型内容

在一个方面，本实用新型提供了一种气弹簧动力紧固件驱动器，其包括外气缸，位于外气缸内的内气缸，位于内气缸内的可移动活塞。气弹簧动力紧固件驱动器还包括驱动器叶片，其附接至活塞并且可与其在上止点(TDC)位置与驱动或下止点(BDC)位置之间一起移动。提升器可操作以将驱动器叶片从BDC位置移向TDC位置，并且传输装置用于向提升器提供扭矩。外气缸和内气缸限定第一总体积，当驱动器叶片处于TDC位置时，气体位于第一总体积中。外气缸和内气缸限定第二总体积，第二总体积大于第一总体积，当驱动器叶片处于BDC位置时，气体位于第二总体积中。第二总体积与第一总体积的压缩比为1.7：1或更小。并且，当位于TDC位置时，作用在驱动器叶片上的力至少为90磅力(lbf)，但不大于450磅力(lbf)。

在另一方面，本实用新型提供了一种气弹簧动力紧固件驱动器，其包括气缸，位于气缸内的可移动活塞，以及附接至活塞并且可与其在准备位置与驱动位置之间一起移动的驱动器叶片。提升器可操作以将驱动器叶片从驱动位置移向准备位置，并且用于向提升器提供扭矩的传输装置。气弹簧动力紧固件驱动器还包括闩锁组件，其可在闩锁状态和释放状态之间移动，在闩锁状态中，驱动器叶片克服压缩气体的偏置力被保持在准备位置，在释放状态中，驱动器叶片被允许通过偏置力朝向驱动位置驱动。闩锁组件包括闩锁，以及电磁铁，其用于在闩锁从闩锁状态过渡到释放状态时，使闩锁移动脱离与驱动器叶片的接合。电磁铁限定电磁铁轴线，电磁铁轴线被定位成平行于由驱动器叶片限定的驱动轴线。

在又一方面，本实用新型提供了一种气弹簧动力紧固件驱动器，其包括气缸，位于气缸内的可移动活塞，以及驱动器叶片，驱动器叶片附接至活塞，并且可与其在准备位置和驱动位置之间一起移动。提升器可操作以将驱动器叶片从驱动位置移向准备位置，并且传输装置用于向提升器提供扭矩。气弹簧动力紧固件驱动器还包括缓冲件，其位于气缸中，并被配置成在将驱动器叶片朝着驱动位置驱动时，吸收来自活塞的冲击能量；以及定位在缓冲件附近并与缓冲件热接触的相变材料。相变材料在紧固件驱动器的操作期间，吸收来自缓冲件的热量。

通过考虑以下详细描述和附图，本实用新型的其他特征和方面将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本实用新型一个实施例的气弹簧动力紧固件驱动器的透视图。

图2是图1的气弹簧动力紧固件驱动器的局部剖视图。

图3是图1的气弹簧动力紧固件驱动器的局部剖视图，其中为清楚起见，移除了多个部分。

图4是图1的气弹簧动力紧固件驱动器的另一局部剖视图，其中为清楚起见，移除了多个部分。

图5是沿图1中的线5-5截取的气弹簧动力紧固件驱动器的局部剖视图。

图6A是图1的气弹簧动力紧固件驱动器的示意图，示出了处于驱动或下止点位置的驱动器叶片。

图6B是图1的气弹簧动力紧固件驱动器的示意图，示出了在致动之前，处于上止点位置的驱动器叶片。

图7是沿图1中的线7-7截取的、图1的气弹簧动力紧固件驱动器的剖视图，示出了用于向提升器提供扭矩的电动机和传输装置。

图8是图7的传输装置的单向离合器机构的分解图。

图9是图8的单向离合器机构的组装后的剖视图。

图10是图7的传输装置的扭矩限制离合器机构的分解图。

图11是图10的扭矩限制离合器机构的组装后的局部剖视图，其中为清楚起见，增加了图1的气弹簧动力紧固件驱动器的多个部分。

图12是图7的提升器的分解图。

图13是图5的气弹簧动力紧固件驱动器的放大图，示出了处于准备位置的驱动器叶片和处于闩锁状态的闩锁。

图14是图5的气弹簧动力紧固件驱动器的放大图，示出了处于上止点位置的驱动器叶片和处于释放状态的闩锁。

图15A是驱动器叶片的透视图。

图15B是图15A的驱动器叶片的放大平面图。

图16是图1的紧固件驱动器的仰视图，示出了支撑在鼻架引导件内的驱动器叶片。

图17是图1的气弹簧动力紧固件驱动器的缓冲件的透视图。

图18是图1的气弹簧动力紧固件驱动器的局部剖视图，示出了靠近缓冲件的相变材料。

图19是示出图17的缓冲件在相变材料靠近缓冲件时在多个发射周期中的温度的曲线图。

在详细解释本实用新型的任何实施例之前，应当理解，本实用新型的应用不限于在以下描述中阐述或在附图中示出的构造细节和部件布置。本实用新型能够具有其他实施例，并且能够以各种方式实践或实施。另外，应当理解，本文所使用的措词和术语是出于描述的目的，而不应被视为是限制性的。

具体实施方式

参照图1至图4，气弹簧动力紧固件驱动器10可操作以将保持在贮存盒(magazine)14内的紧固件(例如，钉子、大头钉、U形钉等)驱动到工件中。紧固件驱动器10包括内气缸18和位于气缸18内的可移动活塞22(图5)。参考图5，紧固件驱动器10还包括驱动器叶片(blade)26，该驱动器叶片26附接到活塞22，并且可与活塞22一起移动。紧固件驱动器10不需要外部气压源，而是包括具有与气缸18流体连通的加压气体的外部储存室气缸30。在所示的实施例中，气缸18和可移动活塞22定位在储存室气缸30内。参考图2，驱动器10还包括联接到储存室气缸30的填充阀34(示出为从气缸30分离)。当与压缩气体源连接时，填充阀34允许储存室气缸30被重新填充压缩气体(如果先前发生过任何泄漏)。例如，填充阀34可以被配置为施拉德(Schrader)阀。

参考图4至图6，气缸18和驱动器叶片26限定了驱动轴线38(图5)。在驱动周期中，驱动器叶片26和活塞22可在上止点(TDC)位置(图6B)和驱动或下止点(BDC)位置(图6A)之间移动。紧固件驱动器10还包括提升组件42(图4)，其由电动机46(图4)提供动力，并且可操作以将驱动器叶片26从驱动位置移动到TDC位置。

在操作中，通过使电动机46通电，提升组件42将活塞22和驱动器叶片26朝向TDC位置驱动。随着将活塞22和驱动器叶片26朝向TDC位置驱动，活塞22上方的气体和储存室气缸30内的气体被压缩。在到达TDC位置之前，电动机46被停用，并且活塞22和驱动器叶片26被保持在准备位置中，该准备位置位于TDC和BDC或驱动位置之间，直到通过用户启动触发器48而被释放(图3)。当释放时，活塞22上方和储存室气缸30内的压缩气体将活塞22和驱动器叶片26驱动到驱动位置，从而将紧固件驱动到工件中。因此，所示的紧固件驱动器10利用提升组件42和活塞22以气弹簧原理操作，以进一步压缩气缸18和储存室气缸30内的气体。在下面提供关于紧固件驱动器10的结构和操作的更多细节。

参考图5和图6A至图6B，储存室气缸30与气缸18同心。气缸18具有环形内壁50，该环形内壁50被配置成沿着驱动轴线38引导活塞22和驱动器叶片26，以压缩储存室气缸30内的气体。储存室气缸30具有环形外壁54，该环形外壁54周向地围绕内壁50。气缸18具有螺纹部分58(图5)。储存室气缸30在储存室气缸30的下端60处具有相应的螺纹，使得气缸18在下端60处螺纹联接到储存室气缸30。这样，气缸18被配置为轴向地固定到储存室气缸30。螺纹联接可以促进并简化驱动器10的组装。此外，储存室气缸30可相对于气缸18旋转地移动，以使得在储存室气缸30的顶端64上显示的标记区域62(图1)(例如，徽标、图像、商标、文本、标志和其他标记)可以绕驱动轴线38对齐。

储存室气缸30和气缸18限定第一总体积，当驱动器叶片26处于TDC位置(图6B)时，气体位于第一总体积中。储存室气缸30和气缸18限定大于第一总体积的第二总体积，当驱动器叶片26处于驱动位置(图6A)时，气体位于第二总体积中。压缩比被定义为第二总体积与第一总体积的比率。在一个实施例中，压缩比为1.7∶1或更小。例如，在所示的实施例中，压缩比是1.61∶1。在另一实施例中，压缩比是1.6∶1或更小。较小的压缩比可以减小驱动器10(即，储存室气缸30、活塞22)上的力和/或应力，这可以延长驱动器10的使用寿命。特别地，当活塞22和驱动器叶片26向TDC位置移动时，力(来自提升组件42以及通过活塞22在气缸18和储存室气缸30中压缩的气体)作用在驱动器叶片26上。当活塞22和驱动器叶片26到达TDC位置时，力处于最大值。这样，当位于TDC位置时，较小的压缩比将减小由提升组件42施加的反作用力和/或驱动器叶片26上的应力，从而减小驱动器叶片26上的磨损，并延长了驱动器10的寿命。

在一个实施例中，当位于TDC位置时，作用在驱动器叶片26上的力不超过450磅力(lbf)。在另一实施例中，当位于TDC位置时，作用在驱动器叶片26上的力不大于435lbf。在又一实施例中，当位于TDC位置时，作用在驱动器叶片26上的力为大约433lbf。在一些实施例中，除了在位于TDC位置时在驱动器叶片26上施加最大450lbf或更小的力之外，必须在位于TDC位置时将最小85lbf的力施加至驱动器叶片26。类似地，当位于准备位置时，较低的压缩比可以减小驱动器叶片26上的力和/或应力。在一个实施例中，当位于准备位置时，作用在驱动器叶片26上的力不超过430磅力(lbf)。在另一实施例中，当位于准备位置时，作用在驱动器叶片26上的力不大于415lbf。在又一实施例中，当位于准备位置时，作用在驱动器叶片26上的力为大约410lbf。

尽管在一些实施例中，期望的是，当位于TDC位置时作用在驱动器叶片26上的力保持不大于450lbf，但是，也期望的是，在驱动器叶片26的TDC位置和BDC位置之间在驱动器叶片26上保持相对较高的平均力，以将紧固件充分地驱动到工件中。例如，在一个实施例中，作用在驱动器叶片26上的平均力在302lbf和362lbf之间，并且当位于驱动或BDC位置时，作用在驱动器叶片26上的力不小于225lbf。在另一实施例中，作用在驱动器叶片26上的平均力在327lbf和337lbf之间，并且当位于驱动或BDC位置时，作用在驱动器叶片26上的力不小于250lbf。在又一实施例中，驱动器叶片26上的平均力为大约332lbf，并且当位于驱动或BDC位置时，作用在驱动器叶片26上的力为大约252lbf。

活塞22/驱动器叶片26的行程长度76(图6B)定义为活塞22/驱动器叶片26在TDC和驱动位置之间分别行进的距离(分别为图6B和6A)。行程长度76确定当活塞22处于TDC位置时施加在活塞22上的压力。在所示的实施例中，行程长度76在4.1英寸和5.1英寸之间。在另一个实施例中，行程长度76在4.4英寸和4.8英寸之间。在又一个实施例中，行程长度76为大约4.6英寸。

参考图6A，储存室气缸30具有第一直径D1。气缸18具有第二直径D2，其小于储存室气缸30的第一直径D1。在一个实施例中，第二直径D2为约1.732英寸。结合活塞22的大约4.6英寸的行程长度76，活塞22在驱动器叶片26的TDC位置和BDC位置之间的体积位移量为大约10.8立方英寸。

在一些实施例中，在具有上述范围的行程长度76的情况下，以及在在驱动器叶片26在其TDC位置和BDC位置之间移动时施加到驱动器叶片26的上述范围的平均力的情况下，紧固件驱动器10能够在在紧固件驱动操作期间在紧固件上执行高达120焦耳(J)的功。这种冲击能量足以在例如框架安装操作期间将长达3.5英寸的钉子驱动到工件中。此外，在一些实施例中，紧固件驱动器10能够在紧固件驱动操作期间对紧固件执行至少15J的功。

储存室气缸30的压力基于驱动器叶片26和活塞22的位置而变化。例如，当压缩比为约1.61：1且行程长度76为约4.6英寸时，当活塞22/驱动器叶片26处于驱动位置时，储存室气缸30的压力为约每平方英寸108磅(psi)，而当活塞22/驱动器叶片26处于TDC位置时(即，当储存室气缸30中的气体为70华氏度时)，储存室气缸30的压力为约174psi。在其他实施例中，当活塞22/驱动器叶片26处于驱动位置时，储存室气缸30的压力在98psi和118psi之间，而当活塞22/驱动器叶片26在TDC位置时(即，当储存室气缸30中的气体处于70华氏度时)，储存室气缸30的压力在164psi和184psi之间。

参考图1，驱动器10包括壳体80，壳体80具有气缸支撑部分84和电动机支撑部分88，储存室气缸30至少部分地定位在气缸支撑部分84中，电动机46和传输装置92至少部分地定位在电动机支撑部分88中。在所示的实施例中，气缸支撑部分84与电动机支撑部分88一体形成为单件(例如，根据所使用的材料，使用铸造或模制工艺)。如下面进一步详细描述的，传输装置92将驱动器叶片26从驱动位置升高到准备位置。参考图7，电动机46定位在传输装置壳体部分88内，以用于在启动时向传输装置92提供扭矩。电池(未示出)可电连接到电动机46，以向电动机46供应电力。在替代实施例中，驱动器可以由交流(AC)电压输入(即，从壁装电源插座)供电，或者由替代直流(DC)电压输入(例如，AC/DC转换器)供电。

参考图7，传输装置92包括输入94(即，电动机输出轴)，并且包括延伸至提升器100的输出轴96，提升器100可操作以将驱动器叶片26从驱动位置移动到准备位置，如下面更详细地解释。换句话说，传输装置92从电动机46向提升器100提供扭矩。传输装置92被配置为具有第一行星级104、第二行星级106和第三行星级108的行星齿轮传输装置。在替代实施例中，传输装置可以是单级行星传输装置或包括任何数量的行星级的多级行星传输装置。

继续参考图7，第一行星级104包括环形齿轮112、行星架116、太阳齿轮120，以及联接至行星架116以与其相对旋转的多个行星齿轮124。太阳齿轮120驱动地联接至电动机输出轴94，并与行星齿轮124啮合。环形齿轮112包括带齿的内周部分128。在所示的实施例中，第一行星级104中的环形齿轮112固定在与电动机46相邻定位的传输装置壳体132上，从而防止其相对于传输装置壳体132旋转。多个行星齿轮124可旋转地支撑在行星架116上，并且可与带齿的内周部分128接合(即，与其啮合)。

第二行星级106包括环形齿轮136、行星架142和多个行星齿轮146，行星齿轮146联接到行星架142以便与行星架142相对旋转。环形齿轮136包括第一带齿的内周部分138和与带齿的内周部分138相邻的第二内周部分140。第一行星级104的行星架116还包括与行星齿轮146啮合的输出小齿轮150，输出小齿轮150进而可旋转地支撑在第二行星级106的行星架142上，并与环形齿轮136的带齿的内周部分138啮合。类似于第一行星级104的环形齿轮112，第二行星级106的环形齿轮136相对于传输装置壳体132固定。

参考图7至图9，驱动器10还包括结合在传输装置92中的单向离合器机构154。更具体地，单向离合器机构154包括行星架142，该行星架142也是第三行星级108中的部件。单向离合器机构154允许在单个(即，第一)旋转方向(即，从图9的参考系的逆时针方向)上向传输装置92的输出轴96传递扭矩，但响应于在相反的第二旋转方向(例如，从图9的参考系的顺时针方向)上在传输装置92的输出轴96上施加扭矩，防止电动机46沿相反方向驱动。在所示的实施例中，单向离合器机构154与传输装置92的第二行星级106结合。例如，在替代实施例中，单向离合器机构154可以结合到第一行星级104中。

继续参考图7至图9，单向离合器机构154还包括限定在行星架142的外周上的多个凸耳158(图8)。此外，单向离合器机构154包括可与各个凸耳158接合的多个滚动元件166，以及与凸耳158中的每一个相邻的斜面170(图9)，滚动元件166可以沿着斜面170移动。所示的滚动元件166从圆盘174延伸。每个斜面170以这样的方式倾斜：随着滚动元件166进一步移动远离各个凸耳158，使滚动元件166从行星架142的旋转轴线178(图8)移得更远。参考图7，单向离合器机构154的行星架142与环形齿轮136处于相同的传输装置92的行星级(即，第二行星级106)。响应于沿第二旋转方向将扭矩施加在传输装置输出轴96上(即，当滚动元件166沿斜面170移动远离各个凸耳158)，滚动元件166可与环形齿轮136的第二内周部分140接合。板簧182定位成与行星架142相邻。板簧182包括臂186，臂186用于将滚动元件166朝第二内周部分140(并远离凸耳158)偏置。

在单向离合器机构154的操作中，滚动元件166沿传输装置输出轴96的第一旋转方向(即，从图9的参考系的逆时针方向)与各个凸耳158保持紧密靠近。然而，当活塞22/驱动器叶片26已经到达准备位置时，响应于在相反的第二旋转方向(即，从图9的参考系的顺时针方向)上在传输装置输出轴96上施加扭矩，滚动元件166移动远离各个凸耳158。更具体地，当传输装置输出轴96在第二旋转方向上以少量(例如，1度)旋转时，滚动元件166沿着斜面170滚动远离各个凸耳158，并与环形齿轮136上的第二内周部分140接合，从而防止传输装置输出轴96沿第二旋转方向进一步旋转。板簧182的相应臂186在滚动元件166上施加附加力，以将滚动元件166保持抵靠在环形齿轮136的第二内周部分140上，在此处，它们卡在或楔入第二内周部分140。因此，单向离合器机构154防止传输装置92将扭矩施加到电动机46，否则响应于沿相反的第二旋转方向在传输装置输出轴96上施加扭矩(即，当活塞22和驱动器叶片26已经到达准备位置时)，该扭矩可能反向驱动电动机46或使电动机46在相反方向上旋转。

参照图7，第三行星级108包括环形齿轮190、行星架194，以及联接至行星架194以与行星架194相对旋转的多个行星齿轮198。第二行星级106的行星架142还包括输出小齿轮202，该输出小齿轮202与行星齿轮198啮合，行星齿轮198进而可旋转地支撑在第三行星级108的行星架194上，并与环形齿轮190的带齿的内周部分206啮合。与第一行星级104和第二行星级106的环形齿轮112、136不同，第三行星级108的环形齿轮190可相对于邻近传输装置壳体132的传输装置盖子210旋转。行星架194联接到输出轴96，以与输出轴96相对旋转。

参考图7、图10和图11，驱动器10还包括结合在传输装置92中的扭矩限制离合器机构214。更具体地，扭矩限制离合器机构214包括环形齿轮190，其也是第三行星级108的部件。扭矩限制离合器机构214限制传递到传输装置输出轴96和提升器100的扭矩量。在所示的实施例中，扭矩限制离合器机构214与传输装置92的第三行星级108(即，行星传输装置级的最后一个)结合，并且单向离合器机构154和扭矩限制离合器机构214是同轴的(即，与旋转轴线178对准)。

参考图10和图11，扭矩限制离合器机构214的环形齿轮190包括环形前端218，环形前端218具有限定其上的多个凸耳222。扭矩限制离合器机构214还包括多个制动构件226，制动构件226支撑在固定到盖子210的套环230内。制动构件226可与各个凸耳222接合，以抑制环形齿轮190的旋转，并且扭矩限制离合器机构214还包括多个弹簧234，以用于将制动构件226朝着环形齿轮190的环形前端218偏置。弹簧234安置在套环230和圆盘238之间的盖子210中各个圆柱形凹穴236内。圆盘238位于盖子210的外侧，并周向地围绕盖子210的部分242。保持环246将圆盘238轴向地固定到盖子210。响应于施加到传输装置输出轴96的反作用扭矩超过预定阈值，来自电动机46的扭矩从传输装置输出轴96转移到环形齿轮190，从而使环形齿轮190旋转，并且制动构件226在凸耳222上滑动。

继续参考图7、图10和图11，齿轮(即，第一行星级、第二行星级和第三行星级104、106、108)可以从传输装置壳体132的前部组装，并且扭矩限制离合器机构214可插入穿过靠近传输装置壳体132的盖子210的后部。然后，制动构件226和弹簧234可插入穿过套环230的前部处的各个圆柱形凹穴236，并且将圆盘238定位成抵靠弹簧234，以用于将弹簧234预加载。随后，将保持环246定位在盖子部分242中的周向凹槽248内，并定位成抵靠圆盘238以轴向地固定圆盘238。这可以简化传输装置92的组装，减少所需的组装时间，并降低零件成本。

参照图4和图12，作为提升组件42的部件的提升器100与传输装置输出轴96联接以与传输装置输出轴96共同旋转，传输装置输出轴96进而通过花键配合布置与第三级行星架194联接而与第三级行星架194共同旋转(图11)。提升器100包括具有开口264的毂260。传输装置输出轴96的端部延伸穿过开口264，并且可旋转地固定到提升器100。继续参考图12，毂260由两个板272A、272B形成，并且包括在板272A、272B之间延伸的多个驱动销276(图13)。所示的提升器100包括七个驱动销276；然而，在其他实施例中，提升器100可以包括三个或更多个驱动销276。驱动销276可顺序地与驱动器叶片26接合，以将驱动器叶片26从驱动位置升高到准备位置。提升器组件42还包括紧邻上板272A定位的轴承280。轴承280被配置成可旋转地支撑传输装置输出轴96。

图示的提升器100进一步包括邻近下板272B(图12)定位的圆盘构件282。圆盘构件282与传输装置输出轴96和提升器100联接以与其一起旋转。圆盘构件282支撑磁体300，该磁体300位于由圆盘构件282的外周部分304限定的孔306内，如下面进一步讨论的。具体地，圆盘构件282可以被认为是用于抑制驱动销276和磁体300相对于旋转轴线178(即，在图12的参考系的右侧)的轴向运动的保持构件。提升器100还包括第二保持构件283。第二保持构件283位于轴承280与毂260的上板272A的上表面之间。更具体地，第二保持构件283与上表面相邻(即，定位在图12的参考系的左侧)。在所示的实施例中，第二保持构件283是垫圈。在其他实施例中，第二保持构件283可以是板构件、圆盘构件等。第二保持构件283被配置成抑制驱动销276相对于旋转轴线178的轴向运动(即，在图12的参考系的左侧)。

参照图12，提升器100还包括定位在驱动销276中的每一个上的滚子衬套284。滚子衬套284被配置成当将驱动器叶片26从驱动部分提升到准备位置时，促进驱动销276和驱动器叶片26之间的滚动运动。这可以减少驱动器叶片26(即，齿)和/或提升器100上的磨损，其可以增加驱动器10的寿命。

参照图2和图13至图14，驱动器10还包括定位成邻近储存室气缸30(图2)的提升器壳体部分292。提升器壳体部分292大体上包围提升器组件42。此外，提升器壳体部分292包括传感器296(例如，霍尔效应传感器)，该传感器296位于提升器100附近的位置(图13)。如上所述，提升器100包括由圆盘构件282支撑的磁体300。传感器296和磁体300被配置为指示驱动器叶片26的位置(即，准备位置)，如下文进一步讨论的。

参考图4、图15A和图15B，驱动器叶片26包括沿着其长度的齿310，并且当驱动器叶片26从驱动位置返回到准备位置时，各个滚子衬套284可与齿310接合。参考图15A，齿310从驱动器叶片26的第一侧314，相对于由驱动器叶片26限定的驱动轴线38，在非垂直方向上延伸。例如，所示的齿310在相对于驱动轴线38成大约115度的角度A的方向上延伸(图15B)。齿310延伸的非垂直方向可以促进滚子衬套284之间的接触。这可以减小施加到齿310上的应力，从而延长驱动器10的寿命。所示的驱动器叶片26包括八个齿310，使得提升器100的两次转动使驱动器叶片26从驱动位置移动到准备位置。此外，因为滚子衬套284能够相对于各个驱动销276旋转，所以抑制了在提升器100将驱动器叶片26从驱动位置移动到准备位置时，滚子衬套284和齿310之间的滑动运动。因此，减少了可能由于驱动销276和齿310之间的滑动运动而导致的齿310上的摩擦和所伴随的磨损。

驱动器叶片26还包括轴向间隔开的突出部318(其用途在下面描述)，其形成在与齿310相对的第二侧322上(图15A)。所示的驱动器叶片26被制造成使得齿310和突出部318中的每一个与驱动器叶片26在同一平面中(即，与驱动器叶片26一样平坦)。这可以简化驱动器叶片26的制造，并减小施加到驱动器叶片26(即，齿310、突出部318等)的应力。

参照图2，图5和图13至图14，驱动器10还包括位于贮存盒14的端部的鼻架引导件(nosepiece guide)330。鼻架引导件330形成发射通道334(图5)，该发射通道334与贮存盒14中的紧固件通道336连通(图13至图14)。发射通道334被配置成从贮存盒14的紧固件通道336内的已排好的紧固件条连续地接收紧固件。如上所述，提升器组件42将驱动器叶片26从驱动位置移动到准备位置。传感器296响应于检测到磁体300来确定驱动器叶片26的位置，该磁体300位于圆盘构件282上并且与提升器100一起旋转。具体地，当驱动器叶片26到达准备位置时，磁体300与传感器296对准，从而响应于来自传感器296的输出而停用电动机46，以将驱动器叶片26停止在准备位置(图13)。在驱动器叶片26的准备位置中，驱动器叶片26定位在紧固件通道336上方，使得紧固件可以在发射周期开始之前接收在发射通道334内。例如，在所示的实施例中，驱动器叶片26定位在紧固件通道336上方约0.63英寸处。这可以允许足够的时间量来加载后续的紧固件，并减小驱动器10被阻塞的可能性。

参考图15A和图15B，驱动器叶片26包括沿着驱动轴线38延伸的狭槽338。狭槽338被配置成接收从鼻架引导件330延伸的肋342(图16)。肋342被配置成便于驱动器叶片26沿驱动轴线38移动，并抑制驱动器叶片26的离轴(off-axis)运动(在图16中的参照系的左侧或右侧)。

参照图2至图3和图13至图14，驱动器10进一步包括闩锁组件350，闩锁组件350具有用于可选择性地将驱动器叶片26保持在准备位置的棘爪或闩锁354；以及用于从驱动器叶片26释放闩锁354的电磁铁358。换句话说，闩锁组件350可在闩锁状态(图13)与释放状态(图14)之间移动，在闩锁状态中，驱动器叶片26克服偏置力(即，储存室30中的加压气体)保持在准备位置中，在释放状态中，允许驱动器叶片26由偏置力从准备位置驱动到驱动位置。闩锁354由轴362绕闩锁轴线366(图3)可枢转地支撑在鼻架引导件330上。闩锁轴线366平行于提升器100的旋转轴线368(图3)。具体地，闩锁354定位在鼻架引导件330的两个凸台370之间，使得轴362在两侧由鼻架引导件330支撑。这可以减小闩锁354上的应力。

参照图2和图3，闩锁组件350定位在驱动器叶片26的侧面322附近。电磁铁358由从提升器壳体部分292延伸的凸台374支撑(图2)。这样，电磁铁358限定电磁铁轴线398，该电磁铁轴线398平行于驱动轴线38(即，平行于提升器壳体部分292)延伸。此外，闩锁354被配置成相对于闩锁轴线366绕轴362旋转，使得闩锁354的末端378被配置成：当闩锁354朝向驱动器叶片26移动时，接合鼻架引导件330的止动表面382(图13)，如下面进一步讨论的。

参考图2和图3，电磁铁358包括电磁铁柱塞386，其用于在闩锁354从闩锁状态(图13)过渡到释放状态(图14)时，使闩锁354移动以脱离与驱动器叶片26的接合。柱塞386包括位于电磁铁358内的第一端和联接至闩锁354的第二端(图3)。在驱动器10的所示实施例中，柱塞386包括狭槽360，该狭槽360接收在闩锁354上的相应的径向延伸的突片364(图2)。突片364松散地装配在狭槽360内，以允许突片364相对于柱塞386在狭槽360内平移和枢转。

柱塞386的位移使闩锁354绕闩锁轴线366枢转。具体地，当电磁铁358通电时，柱塞386沿着电磁铁轴线398(图3)缩回电磁铁358的主体中，从而使闩锁354绕闩锁轴线366从图2的参考系沿顺时针方向枢转，从而使得闩锁354不能与驱动器叶片26接合(图14)。换句话说，闩锁354与驱动器叶片26的突出部318间隔开，从而结束闩锁组件350到释放状态的过渡。当电磁铁358断电时，电磁铁358内的内部弹簧偏置使电磁铁358的柱塞386沿电磁铁轴线398延伸，从而使闩锁354绕着闩锁轴线366沿相反方向枢转。具体地，当柱塞386伸出时，闩锁354绕闩锁轴线366朝着驱动器叶片26旋转，从而结束到图13所示的闩锁状态的过渡。在替代实施例中，可以使用一个或多个弹簧来单独地偏置柱塞386和/或闩锁354，以辅助电磁铁358内的内部弹簧偏置，来使闩锁组件350返回到闩锁状态。

闩锁354可在闩锁位置(与图13所示的闩锁组件350的闩锁状态一致)和释放位置(与图14中所示的闩锁组件350的释放状态一致)之间移动，在闩锁位置中，闩锁354与驱动器叶片26上的突出部318A中的一个接合，以用于克服压缩气体的偏置力将驱动器叶片26保持在准备位置，在释放位置中，允许驱动器叶片26从准备位置由压缩气体的偏置力驱动到驱动位置。此外，当电磁铁358断电时闩锁354可与其接合的止挡表面270限制了闩锁354在返回到闩锁状态时，可从图2的参考系沿逆时针方向、绕闩锁轴线366旋转的程度。

参考图2和图3，驱动器10还包括臂构件410，臂构件410位于鼻架引导件330的端部406上。臂构件410包括第一端414和沿着驱动轴线38相对于第一端414定位的第二端418。第一端414靠近端部406，并被配置为接合工件。第二端418可以连接至驱动调节机构422的深度。具体地，可使用驱动调节机构422的深度来调节臂部410相对于鼻架引导件330的端部406延伸的深度。此外，所示的驱动器10包括位于提升器壳体部分292和鼻架引导件330之间的支架构件426(图2)。支架构件426被配置成支撑臂部410和驱动调节机构422的深度。支架构件426可以通过提升器壳体部分292和鼻架引导件330固定到驱动器10。支架构件426可以减小额外的安装支架、紧固件(例如，螺钉)和/或组装时间。

参考图5，驱动器10包括位于活塞22下方的缓冲件442，其用于将活塞22停止在驱动位置(图6A)，并吸收来自活塞22的冲击能量。缓冲件442被配置为在活塞22到达驱动位置(即，下止点位置)时迅速减速时，在缓冲件442上均匀地分配活塞22的冲击力。

参考图5，缓冲件442被接收在气缸18内，并且由提升器壳体部分292夹持就位，提升器壳体部分292螺纹连接到气缸18的底端。缓冲件442被接收在形成在提升器壳体部分292中的切口454内。切口454相对于驱动器叶片26同轴地对准缓冲件442。在替代实施例中，提升器壳体部分292和缓冲件442可以补充有用于抑制缓冲件442和凹部446之间的相对旋转的附加结构(例如，键和键槽布置)。

参考图5和图17，缓冲件442具有一体积。该体积受气缸18的尺寸限制。可以使缓冲件442的体积最大化，以装配在气缸18内，使得可以增加缓冲件442的热容量。特别地，由于在连续的发射周期期间气缸18内的气体膨胀，缓冲件442可能会经历高温。此外，可以增加缓冲件442与其周围结构接触的表面积，从而增加在缓冲件442与其周围结构(例如，气缸18等)之间发生的热传递速率。

参照图5和图18，驱动器10还包括围绕气缸18的环形凹穴460。散热器462(图18)可以定位在凹穴460内，并且与缓冲件442热接触(例如，通过传导、对流或其组合)。散热器462由导热材料形成，以进一步增加来自缓冲件442的热传递，从而冷却缓冲件442。在驱动器10的一个实施例中，该材料是相变材料(PCM)，其在驱动器10的操作过程期间，缓慢地吸收来自缓冲件442热量，从而使缓冲件442保持相对较低的温度，而基本上不会增加驱动器10的重量。这可以抑制缓冲件故障，并延长驱动器10的使用寿命。

例如，如图19所示，相对于没有位于缓冲件附近的相变材料的类似的紧固件驱动器中的缓冲件，具有相变材料的驱动器10的大约900个发射周期大大地抑制了缓冲件442的温度增加。进一步地，如图19所示，相变材料被配置为在至少600个发射周期将缓冲件442保持在150华氏度或更低的温度。这样，与没有位于缓冲件附近的相变材料的紧固件驱动器相比，可以在更长的时间段内大大地抑制缓冲件442的温度的增加。特别地，相变材料可以被配置为在预定温度限制下改变相。可以基于缓冲件442达到的、可能会发生对缓冲件442的永久性损坏的温度来确定预定温度限制。此外，可以基于驱动器10的期望总重量和/或总尺寸，来确定位于凹穴460中的相变材料的量，同时最大化缓冲件442的热保护。

参照图6A至图6B和图13至图14，下面示出并详述了驱动器10的发射周期的操作。参考图6B和图13，在启动发射周期之前，将驱动器叶片26保持在准备位置，其中活塞22在气缸18内接近上止点。更具体地，提升器100上的、与驱动销276A相关联的衬套284(图13)与驱动器叶片26上的轴向间隔的齿310的最下部的齿310A接合，并且由单向离合器机构154保持提升器100的旋转位置。换句话说，如前所述，单向离合器机构154在提升器100将驱动器叶片26保持在准备位置时，防止电动机46由传输装置92反向驱动。而且，在驱动器叶片26的准备位置(图13)，闩锁354可与驱动器叶片26上的最下部的突出部318A接合，尽管其不一定与驱动器叶片26接触，并用作将驱动器叶片26保持在准备位置中。而是，此时的闩锁354提供了安全功能，以当如果单向离合器机构154发生故障时，防止驱动器叶片26意外地发射。

参照图14，在触发器48被拉动以启动发射周期之后，电磁铁358被通电，以使闩锁354从图13所示的闩锁位置枢转到图14所示的释放位置，从而重新定位闩锁354，以使其不再与突出部318A接合(从而限定闩锁组件350的释放状态)。在大约同时，电动机46被启动以使传输装置输出轴96和提升器100从图4的参考系沿逆时针方向旋转，从而在驱动器叶片26上的最下部的齿310滑落驱动销276A之前(在驱动器叶片26的TDC位置处)，将驱动器叶片26向上稍微位移超过准备位置。因为滚子衬套284可相对于驱动销276旋转，其中滚子衬套284支撑在驱动销276上，所以减少了驱动销276和齿310的后续磨损。此后，通过气缸18和储存室气缸30中的膨胀气体，活塞22和驱动器叶片26被向下推向驱动位置(图6A)。当驱动器叶片26朝向驱动位置位移时，电动机46保持启动，以继续提升器100的逆时针旋转。

参考图5，在将紧固件驱动到工件中时，活塞22撞击缓冲件442，以使活塞22和驱动器叶片26快速减速，最终将活塞22停止在驱动或下止点位置。

参照图16，在驱动器叶片26到达驱动位置之后不久，提升器100上的驱动销276中的第一个与驱动器叶片26上的齿310中的一个齿接合，并且提升器100的继续的逆时针旋转使驱动器叶片26和活塞22朝向准备位置升高。此后不久，在提升器100进行一圈完整的旋转之前，电磁铁358断电，从而允许闩锁354随着驱动器叶片26继续向上位移重新接合驱动器叶片26，并围绕突出部318卡住(ratchet)(从而限定闩锁组件350的闩锁状态)。

在提升器100进行一圈完整旋转之后，闩锁218将驱动器叶片26保持在驱动位置与准备位置之间的中间位置，同时提升器100继续逆时针旋转(从图4的参考系)，直到驱动销276A中的第一个重新接合驱动器叶片26上的另一个齿310为止。提升器100的继续旋转将驱动器叶片26升高到准备位置，这由传感器296检测到，如上所述。如果驱动器叶片26在其返回行程期间卡住(即，由外来碎屑引起的阻塞)，则扭矩限制离合器机构214打滑，从而将扭矩从电动机46转移到第二行星级86中的环形齿轮138，并使第三行星级108的环形齿轮190在盖子210内旋转。因此，没有向驱动器叶片26施加过大的力，该力否则可能会使提升器100和/或驱动器叶片26上的齿310断裂。

尽管已经参考某些优选实施例对本实用新型进行了详细描述，但是在所描述的本实用新型的一个或多个独立方面的范围和精神内存在各种变化和修改。

在所附权利要求中阐述了本实用新型的各种特征。

Claims (21)

1.一种气弹簧动力紧固件驱动器，其特征在于，所述气弹簧动力紧固件驱动器包括：

外气缸；

内气缸，其位于所述外气缸内；

可移动活塞，其位于所述内气缸内；

驱动器叶片，其附接至所述活塞并且可与其在上止点位置与驱动或下止点位置之间一起移动；

提升器，其可操作以将所述驱动器叶片从所述下止点位置移向所述上止点位置；以及

传输装置，其用于向所述提升器提供扭矩，

其中，所述外气缸和所述内气缸限定第一总体积，当所述驱动器叶片处于所述上止点位置时，气体位于所述第一总体积中，

其中，所述外气缸和所述内气缸限定第二总体积，所述第二总体积大于所述第一总体积，当所述驱动器叶片处于所述下止点位置时，气体位于所述第二总体积中，

其中，所述第二总体积与所述第一总体积的压缩比为1.7：1或更小，并且其中，当位于所述上止点位置时，作用在所述驱动器叶片上的力至少为90磅力，但不大于450磅力。

2.根据权利要求1所述的气弹簧动力紧固件驱动器，其中，所述第二总体积与所述第一总体积的所述压缩比为1.61∶1。

3.根据权利要求2所述的气弹簧动力紧固件驱动器，其中，当所述压缩比为1.61∶1时，当所述驱动器叶片处于所述下止点位置时，所述外气缸和所述内气缸中的所述气体的压力在70华氏度的温度下为108磅/每平方英寸，并且当所述驱动器叶片处于所述上止点位置时，所述外气缸和所述内气缸中的所述气体的所述压力为174磅/每平方英寸。

4.根据权利要求3所述的气弹簧动力紧固件驱动器，其中，所述驱动器叶片的行程长度是所述驱动器叶片在所述上止点位置和所述下止点位置之间行进的距离，其中，所述行程长度在4.4英寸和4.8英寸之间。

5.根据权利要求4所述的气弹簧动力紧固件驱动器，其中，所述行程长度为约4.6英寸。

6.根据权利要求1所述的气弹簧动力紧固件驱动器，其中，所述驱动器叶片的行程长度是所述驱动器叶片在所述上止点位置和所述下止点位置之间行进的距离，其中，所述行程长度在4.1英寸和5.1英寸之间。

7.根据权利要求6所述的气弹簧动力紧固件驱动器，其中，所述行程长度为约4.6英寸。

8.根据权利要求1所述的气弹簧动力紧固件驱动器，其中，当位于所述上止点位置时，作用在所述驱动器叶片上的所述力不大于435磅力。

9.一种气弹簧动力紧固件驱动器，其特征在于，所述气弹簧动力紧固件驱动器包括：

气缸；

可移动活塞，其位于所述气缸内；

驱动器叶片，其附接至所述活塞并且可与其在准备位置与驱动位置之间一起移动；

提升器，其可操作以将所述驱动器叶片从所述驱动位置移向所述准备位置；

传输装置，其用于向所述提升器提供扭矩；以及

闩锁组件，其可在闩锁状态和释放状态之间移动，在所述闩锁状态中，所述驱动器叶片克服压缩气体的偏置力被保持在所述准备位置，在所述释放状态中，所述驱动器叶片被允许通过所述偏置力朝向所述驱动位置驱动，所述闩锁组件包括：

闩锁，以及

电磁铁，其用于在从所述闩锁状态过渡到所述释放状态时，使所述闩锁移动脱离与所述驱动器叶片的接合，所述电磁铁限定电磁铁轴线，所述电磁铁轴线被定位成平行于由所述驱动器叶片限定的驱动轴线。

10.根据权利要求9所述的气弹簧动力紧固件驱动器，其中，所述电磁铁还包括柱塞，其中，所述柱塞的第一端位于所述电磁铁内，并且与所述第一端相对的第二端联接至所述闩锁。

11.根据权利要求10所述的气弹簧动力紧固件驱动器，其中，当所述电磁铁通电时，所述柱塞沿着所述电磁铁轴线位移到所述电磁铁的主体中，从而使所述闩锁移动远离所述驱动器叶片，并朝向所述释放状态移动。

12.根据权利要求10所述的气弹簧动力紧固件驱动器，其中，所述电磁铁还包括弹簧，所述弹簧用于在所述电磁铁断电时，使所述柱塞沿所述电磁铁轴线相对于所述电磁铁的主体朝向伸出位置偏置，其中，所述弹簧的偏置力将所述闩锁移向所述驱动器叶片，并进入所述闩锁状态。

13.根据权利要求9所述的气弹簧动力紧固件驱动器，还包括联接到所述气缸的鼻架引导件，其中，所述闩锁组件还包括轴，并且其中，所述闩锁由所述轴绕闩锁轴线可枢转地支撑在所述鼻架引导件上，所述闩锁轴线平行于所述提升器的旋转轴线。

14.根据权利要求13所述的气弹簧动力紧固件驱动器，其中，所述鼻架引导件包括沿着所述闩锁轴线彼此间隔开的两个支撑构件，其中，所述轴在每个端部处由所述相应的支撑构件支撑，并且其中，所述闩锁定位在所述两个支持构件之间。

15.根据权利要求13所述的气弹簧动力紧固件驱动器，其中，所述轴限定所述闩锁轴线，并且其中，所述闩锁轴线大体上垂直于所述电磁铁轴线和所述驱动轴线。

16.根据权利要求9所述的气弹簧动力紧固件驱动器，其中，所述驱动器叶片包括沿着所述驱动轴线延伸的第一侧和第二侧，并且其中，所述闩锁组件被定位成靠近所述驱动器叶片的所述第一侧或所述第二侧中的一侧。

17.根据权利要求9所述的气弹簧动力紧固件驱动器，其中，所述驱动器叶片包括从其延伸的多个突出部，并且其中，当所述闩锁处于所述闩锁状态时，所述闩锁可与所述突出部中的一个接合。

18.一种气弹簧动力紧固件驱动器，其特征在于，所述气弹簧动力紧固件驱动器包括：

气缸；

可移动活塞，其位于所述气缸内；

驱动器叶片，其附接至所述活塞，并且可与其在准备位置和驱动位置之间一起移动；

提升器，其可操作以将所述驱动器叶片从所述驱动位置移向所述准备位置；

传输装置，其用于向所述提升器提供扭矩；

缓冲件，其位于所述气缸中，并被配置成在将所述驱动器叶片朝着所述驱动位置驱动时，吸收来自所述活塞的冲击能量；以及

相变材料，其定位在所述缓冲件附近并与所述缓冲件热接触，所述相变材料在所述紧固件驱动器的操作期间，吸收来自所述缓冲件的热量。

19.根据权利要求18所述的气弹簧动力紧固件驱动器，还包括由所述相变材料形成的散热器，其中，所述散热器位于所述气缸的端部部分附近，其中，所述散热器通过所述气缸的所述端部部分与所述缓冲件热接触。

20.根据权利要求18所述的气弹簧动力紧固件驱动器，还包括壳体，所述壳体限定围绕所述气缸的环形凹穴，其中，所述相变材料位于所述环形凹穴内。

21.根据权利要求18所述的气弹簧动力紧固件驱动器，其中，所述相变材料被配置成在至少600个发射周期中将所述缓冲件保持在150华氏度或更低的温度。

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