TW201404551A - 施加器具與控制方法 - Google Patents

Abstract

一種用於釘入緊固件(2)的施加器具(1)，該施加器具具有一被壓縮空氣驅動來釘入該緊固件(2)的挺桿(3)及一用於產生該壓縮空氣的泵裝置(5)，其中，該泵裝置(5)具有一泵缸(23)，一在該泵缸(23)中沿一軸線(11)運動的泵活塞(22)，一軸向密封件(25)，其與該泵活塞(22)在該泵缸(23)內形成一泵體積(27)，及一具一磁線圈(28)之環形磁體機構(28，46)，其中，該磁體機構(28，46)包圍該泵缸(23)，該磁體機構(28，46)沿該軸線(11)至少部分地與該可磁化密封件(25)重疊且部分地與該可磁化泵活塞(22)重疊。如申請專利範圍第1項之施加器具(1)，其特徵在於，該密封件(25)及該泵活塞(22)由軟磁材料構成。此外關於一種用於一施加器具(1)的控制方法，包括以下步驟：將一電流脈衝(37)輸入一磁線圈(40)，所產生的磁場使得該磁線圈(40)內的一可磁化泵活塞(22)朝一泵缸(23)運動，從而產生壓縮空氣，以及，將該壓縮空氣施加於一佈置於施加方向(13)上之緊固件(2)，將一挺桿加速。

Description

施加器具與控制方法

本發明係有關於一種用於施加緊固元件，如釘子、鉚釘、銷釘、錨件、夾子或其他較佳銷釘狀緊固件的施加器具。本發明亦有關於一種用於施加器具的控制方法。

本發明的施加器具具有一挺桿，其被壓縮空氣驅動來釘入緊固件。一泵裝置產生壓縮空氣。該泵裝置具有一泵缸、一泵活塞及一圍繞該泵缸佈置的環形磁體機構。該泵活塞係在該泵缸內沿一軸線運動。該泵缸的一軸向密封件與該泵活塞在該泵缸內形成一泵體積。該環形磁體機構具有一磁線圈，該磁線圈包圍該泵缸，該磁線圈沿該軸線至少部分地與該可磁化密封件重疊且部分地與該可磁化泵活塞重疊。

該藉由該密封件而半邊閉合之泵缸連同該泵活塞一起構成一活塞泵。該活塞泵在該磁線圈的作用下受到驅動，該磁線圈可將該可磁化泵活塞拉入該磁線圈的中央並對該泵體積內的空氣進行壓縮。

該密封件佈置於該磁體機構內部，較佳佈置於該磁線圈內部，此點有利於將空氣壓縮。大體而言，實施空氣壓縮所需的作用力隨著泵活塞與密封件之距離的縮短而增大。將該可磁化密封件佈置於該磁體機構內後，該磁線圈所施加於該泵活塞的作用力同樣隨著該密封件與該泵活 塞之距離的縮短而增大。可透過泵活塞的整個運動將能量自磁線圈最佳傳遞至泵體積之體積功。

該密封件及該泵活塞較佳皆由軟磁材料構成。該磁線圈不帶電時，該密封件及該泵活塞基本上未極化且被環繞的漏磁場去極化。該密封件與該泵活塞在該磁線圈不起作用時不相互吸引。

根據一種構建方案，該密封件沿該軸線與該磁體機構(較佳該磁線圈)的至少10%重疊。該泵活塞較佳於任意位置上皆沿該軸線與該磁體機構(較佳該磁線圈)的至少10%重疊。

根據一種構建方案，一壓力室對該泵裝置所產生之壓縮空氣進行暫存。該泵裝置並不直接驅動該挺桿。該壓力室的一體積設計用來容納實施一次施加過程的空氣量或者實施少於五次施加過程的空氣量。該泵體積所容納的空氣量較佳小於實施該施加過程所需之空氣量。該泵活塞需要實施多次衝程，直至提供實施該施加過程所需之空氣量。

根據一種構建方案，該挺桿與一驅動活塞剛性連接，該驅動活塞在一空心導引缸內形成一工作體積，該壓縮空氣可輸入該工作體積。該泵裝置所產生且暫存於該壓力室內的壓縮空氣對該導引缸內的該驅動活塞進行加速。該挺桿隨該驅動活塞運動並釘入該釘子或另一緊固件。

一種用於該施加器具的控制方法，包括以下步驟：將一電流脈衝輸入一磁線圈，所產生的磁場使得該磁線圈內的一可磁化泵活塞朝一泵缸運動，從而產生壓縮空氣，以及，將該壓縮空氣施加於一佈置於施加方向上之緊固件，將一挺桿加速。該施加器具將電能轉換為磁場、轉換為對空氣進行壓縮，並隨後轉換為該挺桿之動能。利用佈置於該磁線圈內的泵活塞來將磁場能量轉換為壓縮操作特別有效。

根據一種構建方案，為一壓力室加載該壓縮空氣，根據使用者對一操縱元件的操縱，利用源於該壓力室的壓縮空氣將該挺桿加速。透 過為該磁線圈施加一由若干電流脈衝所構成的序列來使該泵活塞多次來回運動，從而實現加載該壓力室之目的。使用單獨一次衝程來提供實施該施加過程所需之空氣量的明顯優點在於，毋需另設壓力室且毋需對壓縮空氣進行暫存。遂能減輕施加器具之重量且減少其損耗渠道。儘管如此，採用多次衝程更加有利，因為泵裝置尤其是在衝程較短的情況下特別有效地工作，從而能夠補償另設壓力室所帶來的缺點而有餘。

一序列內之電流脈衝的振幅及/或持續時間可增加。藉由達到更高的壓力，該泵裝置透過在壓力室內產生更多空氣量來為每個衝程實現更大的體積功，從而進一步加載該壓力室。

1‧‧‧施加器具

2‧‧‧釘子，緊固件

3‧‧‧挺桿

4‧‧‧壓力室

5‧‧‧泵裝置

6‧‧‧殼體

7‧‧‧把手

8‧‧‧電池組

9‧‧‧觸發開關

10‧‧‧衝擊頭

11‧‧‧工作軸，軸線

12‧‧‧釘子通道

13‧‧‧施加方向

14‧‧‧驅動活塞

15‧‧‧導引缸

16‧‧‧內側面

17‧‧‧底部

18‧‧‧工作體積

19‧‧‧進線

20‧‧‧可切換閥，可控閥

21‧‧‧護套

22‧‧‧泵活塞

23‧‧‧泵缸

24‧‧‧端面

25‧‧‧密封件

26‧‧‧端面

27‧‧‧泵體積

28‧‧‧磁線圈，磁體機構

29‧‧‧前末端部分

30‧‧‧長度

31‧‧‧長度

32‧‧‧後末端部分

33‧‧‧長度

34‧‧‧長度

35‧‧‧控制裝置

36‧‧‧序列

37‧‧‧電流脈衝

39‧‧‧彈簧

40‧‧‧磁線圈

41‧‧‧通風通道

42‧‧‧持續時間

43‧‧‧振幅，電流強度

44‧‧‧排氣閥

46‧‧‧磁軛，磁體機構

47‧‧‧環部

48‧‧‧端面

49‧‧‧肋條

50‧‧‧外殼

51‧‧‧芯體

52‧‧‧閉鎖機構

圖1為一施加器具；圖2為該施加器具的泵裝置；圖3為開關序列的順序；及圖4為該施加器具的局部圖。

相同或功能相同的元件在附圖中用相同的元件符號表示，除非另有說明。

圖1為用於釘入釘子2或類似的銷釘狀緊固件的示範性施加器具1。施加器具1具有壓縮空氣驅動的挺桿3，該挺桿將釘子2釘入工件。利用壓力室4提供施加用壓縮空氣。施加器具1中的泵裝置5為壓力室4加載足以進行施加的空氣量並達到必要的壓力水平。

施加器具1的主要功能組件皆佈置於殼體6內部，該等組件尤指挺桿3、壓力室4及泵裝置5。使用者可握持施加器具1的把手7並在施加釘子2過程中抓住把手。把手7以無法拆卸地、剛性地或者藉由相應 阻尼元件與施加器具1的殼體6連接。較佳由電池組8為施加器具1提供電能，該電池組可由使用者以無法拆卸及(較佳)可拆卸的方式固定於把手7或殼體6上。把手7上或者周圍設有一觸發開關9，該觸發開關在使用者的操縱下觸發施加過程。較佳在操縱該觸發開關9的同時例如透過將該施加器具抵緊牆壁而解除一安全機制。

挺桿3具有衝擊頭10，其形狀與所使用的釘子2相匹配。衝擊頭10的直徑通常約等於釘子2的釘頭直徑。衝擊頭10沿釘子通道12內的一工作軸11移動。進行施加時，釘子2被送入該大體呈管狀之釘子通道12。可由使用者手動、半自動或者藉由一輸送裝置自動地送入釘子。衝擊頭10在釘子通道12內衝擊釘子2並將其以施加方向13沿工作軸11送出釘子通道12，以釘入工件。

挺桿3之遠離釘子的背面末端上設有一驅動活塞14。為更有效地用壓縮空氣驅動挺桿3，驅動活塞14的直徑較佳大於衝擊頭10的直徑。

驅動活塞14係被送入一半邊閉合之導引缸15。驅動活塞14的周邊氣密式貼緊導引缸15的內側面16且沿工作軸11被該側面導引。導引缸15之遠離釘子2的末端被底部17閉合。因此，驅動活塞14沿施加方向13在導引缸15內形成一氣動式工作體積18。

壓力室4透過一可控之進線19與工作體積18連接。較佳經由底部17內的一開口實施供氣19。進線19包括一可切換閥20，該閥根據對觸發開關9的操縱而打開。

壓力室4的體積足以為較佳正好一次施加過程儲存相應空氣量。該體積例如為100cm³至300cm³。壓力室4為實施一次施加過程而加滿時，壓力為7bar至10bar。壓力室4被一熱隔離護套21環繞，該護套例如係為壓力室4之壁提供內襯或者鍍覆至外表面。護套21例如由塑膠，較 佳泡沫塑膠構成。

泵裝置5(圖2)為壓力室4充填空氣，直至達到實施施加過程所需之空氣量及/或壓力。泵裝置5具有一直線運動的泵活塞22。本實施方式中的泵活塞22沿工作軸11移動，但泵活塞22亦可沿另一軸線11移動。泵活塞22在一空心泵缸23內移動。為確保氣密式密封，泵活塞22的截面與泵缸23的內截面精確配合。位於泵活塞22上的密封環可對製造公差加以補償。在泵活塞22的一端面24對面，泵缸23被一靜止式密封件25密封。泵活塞22的端面24與密封件25之朝向該端面的端面26將空氣包圍在一泵體積27內。

泵活塞22在磁線圈28的作用下沿軸線11運動。磁線圈28圍繞泵缸23佈置，較佳與泵缸23之軸線同軸佈置。驅動力源自施加於泵活塞22的磁阻力。泵活塞22由磁性材料，較佳鐵磁材料構成。磁線圈28在泵缸23中所產生的磁場將泵活塞22拉入泵缸23。

構成泵活塞22之鐵磁材料的矯頑場強小於1000A/m。透過較弱的外部磁場便能改變或消除泵活塞22中的既有極化。因此，磁線圈28所產生的磁性極化大體僅在磁線圈28所施加之磁場的持續時間內留存於泵活塞22中。泵活塞22例如由鐵磁鋼，較佳經軟化退火之鋼構成。

密封件25由軟磁材料，例如泵活塞22所用材料構成。由密封件25將磁線圈28所產生之磁場送入泵缸23。該磁場在泵活塞22之端面24與密封件25之端面26之間平行於軸線11延伸。密封件25沿軸線11伸入磁線圈28。因此，磁線圈28的前末端部分29與密封件25重疊。前末端部分29至少占磁線圈28的10%。前末端部分29的長度30較佳為磁線圈28之長度31的10%至30%。泵活塞22絕不會完全伸出磁線圈28。在泵活塞22之初始位置上，即在泵活塞之脫離泵缸23最遠的位置上，泵活塞22與磁線圈28之後末端部分32重疊。後末端部分32的長度33至少為磁線圈 28之長度31的10%，較佳不超過磁線圈28之長度31的20%。泵體積27完全處於磁線圈28內，其長度34最大為磁線圈28的80%。

泵體積27遠小於壓力室4之體積。舉例而言，泵體積27的容積小於實施一次施加過程所需之空氣量的20%，較佳為5%至10%。隨著泵活塞22接近密封件25，泵裝置5的工作效率非線性迅速提高。相對於大小類似於壓力室4的泵體積而言，減小泵體積4可提高施加器具1之整個系統的工作效率，儘管需要為此而另設壓力室4且該壓力室4會造成相應損耗。

泵裝置5被一控制裝置35控制。控制裝置35於啟動時或者於一次施加過程後對壓力室4進行加載。用輸入磁線圈28之電流脈衝37的一序列36實施加載(圖3)。每個電流脈衝37皆將泵活塞22自其初始位置拉入磁線圈28並對泵體積27內的空氣進行壓縮。很大一部分經壓縮之空氣流入壓力室4。一彈簧39及/或一增設的磁線圈40可將泵活塞22拉出泵缸23至初始位置。在下一電流脈衝37前為泵體積27通風。舉例而言，若泵活塞22返回初始位置，則泵活塞22將一通風通道41打開。較佳當泵活塞22開始反向運動時便將通風通道41打開。一位置感測器可用來測定該泵活塞22是否到達初始位置。

序列36較佳包含至少5個，較佳不超過30個電流脈衝37。泵裝置5相應用5至30個衝程將壓力室4充滿。電流脈衝37的能量輸入在序列36的過程中增加；較佳延長電流脈衝37的持續時間42，作為替代或補充方案，亦可加大電流脈衝37的振幅43。可規定持續時間42及電流強度/振幅43。電流脈衝37可採用某種調整方案，使得泵活塞22被從初始位置拉向密封件25但最後較佳不接觸該密封件25。採用此種結構時，磁線圈40所作用於泵活塞22的作用力在該泵活塞朝密封件25運動的過程中不斷增長。此種增長的特性與該經壓縮之空氣所產生之反作用力的增長的特性 類似。電流強度43可在一電流脈衝37的過程中保持不變。

密封件25具有一排氣閥44，如止回閥。該排氣閥44較佳於泵體積27內的壓力超過壓力室4內的壓力時打開。為將空氣量自泵體積27送入壓力室4，泵裝置5僅將泵體積內的壓力提高至略高於壓力室4內的壓力的程度。如此便能將壓縮過程中所出現的熱損耗降至最低。一旦泵活塞22返回初始位置，排氣閥44就關閉。

使用者可操縱觸發開關9以觸發施加過程。較佳由控制裝置35先檢查壓力室4是否已加載。若壓力室4例如因施加器具1長時間不工作而未加載，則控制裝置35對壓力室4進行加載。為壓力室4加載電流脈衝37的完整序列36。若壓力室4已部分加載，則控制裝置35將序列36縮短。控制裝置35例如藉由一壓力感測器測定壓力室4內的壓力。在一控制表中針對每個壓力儲存以下資訊：將序列36中的多少個第一電流脈衝37跳過，亦即，自序列36中的哪個電流脈衝37開始。若壓力室4已加載，則控制裝置35打開該可控閥20。壓力室4內處於壓力下的空氣量藉由驅動活塞14將挺桿3加速。施加過程完畢後，例如用泵、彈簧、電機，或者由使用者將驅動活塞14取回，並將可切換閥20關閉。取回驅動活塞14時，較佳為工作體積18通風。控制裝置35藉由電流脈衝37之序列36來加載壓力室4。

磁線圈28較佳被一磁軛46包圍。磁軛46分別用一環部47覆蓋磁線圈28的兩端面48。磁軛46沿徑向延伸至泵活塞22及密封件25。磁軛46之平行於軸線11延伸的肋條49將該二環部47連接在一起。磁軛46例如由一鐵磁鋼的各鋼片製成。

泵活塞22具有盤形結構，由外殼50與芯體51構成。徑向之外殼50由鐵磁材料構成。磁場在該外殼50內傳導。外殼50之壁厚為泵活塞22直徑的5%至25%。泵活塞22之芯體可採用空心結構，亦可充填有 非金屬材料，如塑膠。端面26較佳為鋼板，以防在壓縮期間發生變形。作為替代方案，泵活塞22亦可為由鐵磁材料，如鋼所構成的實心圓柱體。

圖4為用於驅動活塞14之導引缸15以及壓力室4的構建施方案。壓力室4朝導引缸15內的工作體積18永久曝露。驅動活塞14構成該可切換閥20，並在觸發施加過程前阻止壓力室4內的空氣排出。一閉鎖機構52，如卡爪將驅動活塞14固定於初始位置。可由控制裝置35鬆開該閉鎖機構52，在此情況下，驅動活塞14受壓並沿施加方向13受到加速。

1‧‧‧施加器具

2‧‧‧釘子，緊固件

3‧‧‧挺桿

4‧‧‧壓力室

5‧‧‧泵裝置

6‧‧‧殼體

7‧‧‧把手

8‧‧‧電池組

9‧‧‧觸發開關

10‧‧‧衝擊頭

11‧‧‧工作軸，軸線

12‧‧‧釘子通道

13‧‧‧施加方向

14‧‧‧驅動活塞

15‧‧‧導引缸

16‧‧‧內側面

17‧‧‧底部

18‧‧‧工作體積

19‧‧‧進線

20‧‧‧可切換閥，可控閥

22‧‧‧泵活塞

23‧‧‧泵缸

25‧‧‧密封件

27‧‧‧泵體積

28‧‧‧磁線圈，磁體機構

32‧‧‧後末端部分

35‧‧‧控制裝置

44‧‧‧排氣閥

46‧‧‧磁軛，磁體機構

Claims (12)

1. 一種用於釘入緊固件(2)的施加器具(1)，該施加器具具有一被壓縮空氣驅動來釘入該緊固件(2)的挺桿(3)及一用於產生該壓縮空氣的泵裝置(5)，其中，該泵裝置(5)具有一泵缸(23)，一在該泵缸(23)中沿一軸線(11)運動的泵活塞(22)，一軸向密封件(25)，其與該泵活塞(22)在該泵缸(23)內形成一泵體積(27)，及一具一磁線圈(28)之環形磁體機構(28，46)，其中，該磁體機構(28，46)包圍該泵缸(23)，該磁體機構(28，46)沿該軸線(11)至少部分地與該可磁化密封件(25)重疊且部分地與該可磁化泵活塞(22)重疊。
2. 如申請專利範圍第1項之施加器具(1)，其特徵在於，該密封件(25)及該泵活塞(22)由軟磁材料構成。
3. 如申請專利範圍第1或2項之施加器具(1)，其特徵在於，該密封件(25)沿該軸線(11)與該磁體機構(28，46)的至少10%重疊。
4. 如前述申請專利範圍中任一項之施加器具(1)，其特徵在於，該泵活塞(22)於任意位置上皆沿該軸線(11)與該磁體機構(28，46)的至少10%重疊。
5. 如前述申請專利範圍中任一項之施加器具(1)，其特徵在於一對該泵裝置(5)所產生之壓縮空氣進行暫存的壓力室(4)。
6. 如申請專利範圍第5項之施加器具(1)，其特徵在於， 該壓力室(4)的一體積設計用來容納實施一次施加過程的空氣量或者實施少於五次施加過程的空氣量。
7. 如申請專利範圍第5或6項之施加器具(1)，其特徵在於，該泵體積(27)所容納的空氣量小於實施該施加過程所需之空氣量。
8. 如前述申請專利範圍中任一項之施加器具(1)，其特徵在於，該挺桿(3)與一驅動活塞(14)剛性連接，該驅動活塞(14)在一空心導引缸(15)內形成一工作體積(18)，該壓縮空氣可輸入該工作體積(18)。
9. 一種用於一施加器具(1)的控制方法，包括以下步驟：將一電流脈衝(37)輸入一磁線圈(40)，所產生的磁場使得該磁線圈(40)內的一可磁化泵活塞(22)朝一泵缸(23)運動，從而產生壓縮空氣，以及，將該壓縮空氣施加於一佈置於施加方向(13)上之緊固件(2)，將一挺桿加速。
10. 如申請專利範圍第9項之控制方法，其特徵在於，為一壓力室(4)加載該壓縮空氣，根據使用者對一操縱元件的操縱，利用源於該壓力室(4)的壓縮空氣將該挺桿(3)加速。
11. 如申請專利範圍第10項之控制方法，其特徵在於，為該磁線圈(40)施加一由若干電流脈衝(37)所構成的序列(36)來使該泵活塞(22)多次來回運動，從而實現加載該壓力室(4)之目的。
12. 如申請專利範圍第11項之控制方法，其特徵在於，一序列(36)內之電流脈衝(37)的振幅(43)及/或持續時間(42)有所增加。