气弹簧紧固件驱动器的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年6月21日提交的共同未决的美国临时专利申请no.62/352,627的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

本发明涉及动力工具，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将紧固件(例如，钉子，大头针，订书钉等)驱动到工件中。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。

技术实现要素：

在一个方面，本发明提供了一种紧固件驱动器，其包括驱动叶片，该驱动叶片能够从缩回位置移动至驱动位置，以将紧固件驱动到工件中。所述紧固件驱动器还包括用于将驱动叶片从缩回位置驱动至驱动位置的气弹簧机构。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。所述紧固件驱动器还包括第一返回机构以及第二返回机构，所述第一返回机构用于将驱动叶片从驱动位置朝向缩回位置移动，所述第二返回机构用于将活塞从驱动位置朝向缩回位置移动。

在另一方面，本发明提供了一种操作紧固件驱动器的方法。所述方法包括启动驱动循环以及释放气弹簧机构，所述气弹簧机构用于将驱动叶片从缩回位置驱动至驱动位置。所述气弹簧机构包括活塞，所述活塞能够从缩回位置朝向驱动位置移动，从而驱动驱动叶片。所述方法还包括利用第一返回机构将驱动叶片从驱动位置朝向缩回位置移动，并且利用第二返回机构将活塞从驱动位置朝向缩回位置移动，同时驱动叶片朝向缩回位置移动。

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方式的气弹簧紧固件驱动器的前透视图，示出了就在启动紧固件发起操作(firingoperation)之前，位于缩回位置的驱动叶片和位于缩回位置的活塞。

图2是图1所示的气弹簧紧固件驱动器的前透视图，其示出了在紧固件发起操作之后并且刚好在驱动叶片和活塞被同时提升至其缩回位置之前，位于驱动位置的驱动叶片和位于驱动位置的活塞。

图3是图1所示的气弹簧紧固件驱动器的前透视图，其示出了位于中间位置的驱动叶片和位于中间位置的活塞，驱动叶片和活塞同时被提升至其缩回位置。

图4是图1所示的气弹簧紧固件驱动器的前透视图，其示出了就在启动紧固件发起操作之前，位于替代静止位置的驱动叶片和位于驱动位置的气弹簧机构的活塞。

图5是图2所示的气弹簧紧固件驱动器的后透视图。

图6是图1所示的气弹簧紧固件驱动器的可伸缩气缸的剖视图，其示出了处于缩回位置的可伸缩气缸的杆。

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下面的描述或者在附图中显示的组件的构造和设置的细节。本发明能够实现其它实施方式，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，不应认为是限制性的。

具体实施方式

参考图1-5，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还包括驱动叶片22以及板载气弹簧机构30，驱动叶片22的末端26被容纳在鼻形件14内，机载气弹簧机构30用于将驱动叶片22从缩回位置(图1所示)驱动向驱动位置(图2所示)，该驱动位置与紧固件从鼻形件14弹出相一致。因此，紧固件驱动器10不需要外部气压源或其他用于驱动驱动叶片22的外部电源。

参考图1，气弹簧机构30包括用于储存压缩气体(例如，空气)的气缸壳体34(在图1-4中清楚地显示)以及从气缸壳体34突出的活塞38。压缩气体将活塞38朝向驱动位置偏压(如图2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，当驱动叶片22位于缩回位置时，驱动叶片22的头部46可以抵靠在所述远端42上(如图1所示)。驱动叶片22的移动被限制为在缩回位置和驱动位置之间的轴向往复运动。例如，驱动叶片22的移动可以通过一个或多个导轨的方式被限制，驱动叶片22的头部46能够沿着所述导轨滑动。

参考图1-4，紧固件驱动器10还包括用于将驱动叶片22从驱动位置朝向缩回位置提升的第一返回机构54。在紧固件驱动器10的所示实施方式中，第一返回机构54为包括气缸壳体58的可伸缩气缸54，该气缸壳体58固定到主壳体上，使得气缸壳体58相对于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可以直接固定到主壳体上。可选择地，可伸缩气缸54的气缸壳体58可以固定到紧固件驱动器10的中间部件上，所述中间部件直接或间接地固定在主壳体上。

可伸缩气缸54还包括连接至驱动叶片22的头部46的杆62，用于与驱动叶片22一起移动。在紧固件驱动器10的所示实施方式中，杆62抵靠在从驱动叶片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)固定到凸缘66上。可选择地，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到驱动叶片22的头部46上。因此，杆62能够在缩回位置(该缩回位置与活塞38和驱动叶片22的缩回位置相一致，图1所示)与延伸位置(该延伸位置与驱动叶片22的驱动位置相一致，图2所示)之间轴向移动。因此，可伸缩气缸54的纵向轴线74定向为与驱动叶片22的纵向轴线70平行。可选择地，杆62可以直接地或间接地连接至主壳体，并且可伸缩气缸54的气缸壳体58可以固定到驱动叶片22上。

参考图6，可伸缩气缸54的气缸壳体58包括内腔78，杆62能够在内腔78内滑动。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中每一个的长度可变并且取决于杆在缸体58内的轴向位置。气缸壳体58在其一端包括孔94，以将第一可变体积区域86与暴露于大气压力下的主壳体的内部流体连通。在紧固件驱动器10的所示实施方式中，孔94与杆62同轴。可选择地，孔94可以相对于可延伸气缸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暴露于主壳体内部的大气压力下。

继续参考图6，孔94包括直径d。在驱动叶片22(杆62固定到驱动叶片22上)的运动行程中，杆62从其缩回位置(图1)朝向延伸位置(图2)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的大小设定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伸长时，在第一可变体积区域中产生真空(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。也就是说，在气缸壳体58中产生真空以将驱动叶片朝向缩回位置偏压。可选择地，气缸壳体58可以包括将杆62朝向缩回位置偏压的压缩气体。

在紧固件驱动器10的另一个实施方式中，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提体积区域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，到达图1所示的位置时，在第一可变体积区域86内的任何压缩空气(即，高于大气压力的空气)通过孔94和单向阀排放到主壳体的内部。例如，所述单向阀可以是球形止回阀。

如下面进一步详细描述的那样，在紧固件驱动器10的两次连续发起操作之间，可伸缩气缸54将驱动叶片22从驱动位置(图2所示，与紧固件从鼻形件14的弹出相一致)返回或提升至缩回位置(图1所示)。紧固件驱动器10还包括将活塞38从驱动位置(图2)向缩回位置(图1)提升的第二返回机构(即，升降机构98)。在所示实施方式中，气弹簧机构30、可伸缩气缸54和升降机构98至少部分被封闭在主壳体中。可伸缩气缸54和升降机构98同时或彼此平行地操作，以将驱动叶片22和活塞38分别返回到其缩回位置。如下面更详细地说明的那样，同时将驱动器叶片22和活塞38返回到其缩回位置减小了每个紧固件发起操作的循环时间，从而增加了紧固件可以被驱动进入工件的速度。

在紧固件驱动器10的所示实施方式中，升降机构98包括由机载电源(例如，电池)供电的电动机102、安装在凸轮轴107上的两个可旋转凸轮凸角106以及使电动机102与凸轮凸角106互相连接的变速器110。参考图5，变速器110包括连接至电动机102的输出轴的行星齿轮系114和连接至行星齿轮系114的输出的偏移齿轮系118。具体地说，偏移齿轮系118包括与行星齿轮系114的输出连接的第一齿轮122、与第一齿轮126啮合并与凸轮轴107和凸轮凸角106连接的第二齿轮126。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，使凸轮凸角106围绕第二齿轮126的旋转轴线130旋转(图1)，第二齿轮126的旋转轴线130与凸轮轴107共轴。

参照图1-4，活塞38包括从动件134，当活塞38从驱动位置升高到缩回位置时，所述从动件134与凸轮凸角106接合。在紧固件驱动器10的所示实施方式中，从动件134设置成圆柱形销，该圆柱形销能够响应于凸轮凸角106的旋转而沿着凸轮凸角106的外周滑动。换句话说，从动件134位于凸轮凸角106和活塞38之间。从动件134连接为在和活塞38一起在活塞38的驱动位置和缩回位置之间移动。此外，从动件134相对于活塞38的纵向轴线(在所示实施方式中，活塞38的纵向轴线与驱动叶片22的纵向轴线70共轴)在侧向(即，横向)上从活塞38突出，并且凸轮凸角106位于驱动叶片22和活塞38的相对侧上。

在紧固件驱动器10的操作中，用户按下紧固件驱动器10的触发器(未示出)开始第一次发起操作。在触发器被拉动之前并且在紧固件驱动器10静止或空闲时，驱动叶片22被可伸缩气缸54保持在缩回位置上，并且活塞38被凸轮凸角106保持在缩回位置上(图1)。弹簧偏压销108(图5)防止凸轮凸角106在活塞38保持在缩回位置时被活塞38反向驱动。具体地，当从图1参照系观察时，弹簧偏压销108允许凸轮凸角106沿着逆时针方向自由旋转，但是防止凸轮凸角106沿相反的顺时针方向旋转。例如，弹簧偏压销108可以包括倾斜表面(未示出)，以允许凸轮凸角106通过使销108抵抗弹簧偏压偏转而在一个方向上越过销108。当静止时，驱动叶片22的头部46抵靠活塞38的远端42。

在触发器被按下之后不久，电动机102被启动以使凸轮凸角106根据图1参考系围绕旋转轴线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内的压缩气体膨胀，将活塞38从气缸壳体34向外推动并将驱动叶片22朝向其驱动位置加速。当活塞38从其缩回位置被驱动到驱动位置时，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，活塞38到达中间位置的时间与从动件134在凸轮凸角106的平坦部分138旁边通过(图1中最清楚地示出)的时间相一致，从而在活塞38从其缩回位置移向其驱动位置时为从动件134形成无阻碍的路径。

在活塞38到达其驱动位置(如图2所示)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。当驱动叶片22与鼻形件14中的紧固件碰撞时，驱动叶片22开始减速，最终在紧固件被驱动进入工件之后停止。

在驱动叶片22从其缩回位置(图1)移动到其驱动位置(图2)的运动期间，因为可伸缩气缸54的杆62固定至驱动叶片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，在气缸壳体58内产生真空。在驱动叶片22停止移动之后，第一次发起操作结束，压力不平衡对杆62施加力，使杆62回缩到气缸壳体58中。因为杆62固定至驱动叶片22的头部46，驱动叶片22从其驱动位置向缩回位置提升。如前所述，可伸缩气缸54内的压缩气体可替代地用于将驱动叶片22从其驱动位置朝向缩回位置提升。

与驱动叶片22朝向其缩回位置提升相一致，凸轮凸角106的旋转(沿相同的逆时针方向)被恢复(可选择地，如果先前变慢则可以加速)，以再次接触从动件134(如图3所示)。当凸轮凸角106继续旋转时，从动件134和活塞38从图2所示的驱动位置朝向图1所示的缩回位置向上移动。驱动叶片22比活塞38上升得更快，使得在发起操作之后的初始时间段之后，驱动叶片22的头部46与活塞38的远端42接触。驱动叶片22和活塞38之间的接触通过可伸缩气缸54沿着活塞38的方向连续地对驱动叶片22施加偏压力而维持。可选择地，位于驱动叶片22的头部46和/或活塞38的远端42上的磁体可以用于在驱动叶片22和活塞38移动到其上升位置时将驱动叶片22磁性地锁定到活塞38上。驱动叶片22包括容纳凸轮轴107的槽23(图2)，因此驱动叶片22和凸轮轴107不会在驱动叶片22被可伸缩气缸54移向其上升位置时接合。

凸轮凸角106继续升高活塞38，并且可伸缩气缸54同时并且彼此平行地继续升高驱动叶片22，直到二者到达图1所示的缩回位置，此时第一次发起操作完成。换句话说，在驱动叶片22经由可伸缩气缸54向其缩回位置运动的同时，活塞38开始经由凸轮凸角106向其缩回位置移动。此后，额外的发起操作可以用类似的方式发起。

通过在一完成发起操作就立即开始将活塞38提升到其缩回位置，可以减少完成单次发起周期所花费的时间，从而允许将紧固件更快地放置到工件中。此外，由于可以在更长的时间段内压缩活塞38，所以通过可伸缩气缸54和升降机构98同时提升驱动叶片22和活塞38减少了电池的电流消耗量。换句话说，通过分离驱动叶片22的返回运动与气弹簧机构30的返回运动，减少了紧固件工具10的循环时间，以使其更快地使用，通过在更长的时间段内压缩气弹簧机构30而减小电流消耗，并且延长驱动叶片22返回的可用时间，而不延迟发起循环。

通过提供可伸缩气缸54以在每次紧固件发起操作之后驱动叶片22返回至其缩回位置(即，与使用提升机构98将驱动叶片22从其驱动位置升高到其缩回位置相反)，可以减少连续发起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4，在替代的发起循环中，升降机构98可在可伸缩气缸54将驱动叶片22返回为与活塞38接触之后保持停用。在图4中，紧固件驱动器位于静止或空闲状态，驱动叶片22位于中间位置，活塞38位于驱动位置。也就是说，活塞38保持在其图1所示的驱动位置上，直到用户按下触发器以启动发起操作。这样，当紧固件驱动器10不使用时，气弹簧机构30保持处于停用或断开状态(即，活塞38处于其偏压的驱动位置)。如果不再次拉动触发器或者不需要随后的发起循环，则活塞38不会升高，并且紧固件驱动器10保持在图4所示的空闲状态。在从空闲状态拉动触发器时，驱动叶片22和活塞38分别由可伸缩气缸54和凸轮凸角106驱动到其缩回位置(图1所示)。可选择地或另外，紧固件驱动器10包括定时器以判断活塞38被保持在缩回位置上的时间段是否大于预定时间段。如果活塞38处于缩回位置上的时间段大于预定时间段，则紧固件工具10使气弹簧机构30断开，并返回至图4所示的空闲状态。

在所附权利要求中阐述了本发明的各种特征。