具有振動隔離的手持電動工具

往復工具，如馬刀鋸、大型往復鋸和類似物通常由具有旋轉輸出軸的電機驅動。旋轉運動轉化為一工作軸的往復運動用來以往復方式移動鋸片或類似物。將旋轉運動轉化為往復運動通常的方法是加入擺盤驅動。

“擺盤”組件是一種結構，其中，軸具有彎折部分，其上通過球軸承組件安裝有一臂。該臂在柱塞組件的一部分內滑動定位。當軸的彎折部分旋轉時，該臂將軸的旋轉轉化為柱塞組件的往復運動。包括擺盤驅動的往復工具的一個例子是公開日為2010年5月4日的美國專利No.7,707,729，其全部內容通過引用并入。當柱塞組件的工作軸沿一軸線移動時，建立大量的動量。當柱塞組件反方向時，所有的這些動量被工具吸收。因此，加入擺盤驅動的往復工具應具備抗振動裝置。為了使這種往復工具更好控制，如專利‘729’中的裝置的往復工具加入配重，其在與柱塞組件方向相反的方向上由第二擺盤驅動。雖然增加了第二擺盤和配重是有效的，但是用戶依然承受大量的不希望的振動。

用于將旋轉運動變?yōu)橥鶑瓦\動的其他裝置包括止轉軛機構和曲柄滑塊。這些裝置公開在美國專利號6,357 ,125中，其公開日為2002年3月19日，和美國專利公開文本No.2008/0134855中，其公開日為2008年6月12日，其全部內容通過引用并入這里。這些系統(tǒng)也受到不希望的振動。

在旋轉錘領域，通過解除手柄與工具的關聯(lián)，為減小用戶承受的振動而做出了一些努力。隔離器僅僅在一個方向上將手柄與振動隔離。由于往復鋸具有在前向和反向加速和減速的大的往復質量，因此大的振動力在前向和反向產(chǎn)生。

已經(jīng)開發(fā)的一些往復鋸試圖通過在手柄和工具殼體之間嵌入隔離彈性體而隔離手柄。達到了一定的隔離水平，但是仍然需要額外的隔離。其他手持電動工具也產(chǎn)生振動，從而對使用者產(chǎn)生傷害，特別是當手持式電動工具被使用超過了延長期時。這些工具包括研磨機、砂光機和其他旋轉、振動和往復工具。

對于手持式電動工具而言，需要的是減少用戶承受的振動。進一步存在的需要是減少振動而不是依靠大體積的組件。系統(tǒng)減少手持式電動工具中的振動的同時減少與振動相關的成本將是更加有益的。

發(fā)明內容

在一個實施例中，一種手持式電動工具包括容納工作軸的殼體和振動隔離組件，該振動隔離組件包括：至少一個基礎件，其包括相對于殼體固定的基礎部分；至少一個振動隔離部分，其包括可操作地連接到至少一個基礎件的第一部分，至少一個振動隔離部分構造為在至少一個方向上隔離振動；和把手件，其具有構造為由用戶抓握的外表面和可操作地連接到至少一個振動隔離部分的外部部分的內表面。

在另一實施例中，一種往復工具通過允許振動工具相對于分離工具更大量的位移而提供改進的振動隔離。在一個實施例中，鋸的前把手和后手柄都提供有隔離機構，從而將發(fā)生在向前和向后的方向上的力與把手/手柄隔離開。

實施方式

圖1描述了往復工具100，其包括殼體102，殼體102包括手柄部104、電機部106和鼻部108。手柄部104包括手柄112、雙速開關114和變速起動器116。手柄部104被配置為可拆卸地容納電池組118，其在一些實施例中被替換為有線電源。鼻部108包括把手124，其包括當往復工具100在使用時，成形為允許用戶握住往復工具100的外表面。腳板組件120位于鼻部108的前方。電機部106包括多個通氣口122，用于給電機(未示出)提供冷卻空氣。電機(未示出)旋轉地驅動擺盤組件(未示出)，擺盤組件進而驅動連接到卡盤組件(未示出)上的工作軸，其可拆卸地支撐鋸片126。鋸片126被工作軸沿著柱塞軸線128驅動，工作軸沿柱塞軸線128往復運動。

把手124包括滑撬140?；?40通過2個剛性連接到殼體102上的、成銷142/144形式的基礎件支撐在殼體102上。銷142/144延伸穿過相應的后墊圈支承隔離器46/148，其中每個被固定地連接到相應的后隔離器150/152。隔離器150/152位于后部隔離腔154內。銷142/144延伸通過一對支承套管156/158中的相應的一個，支承套管 156/158被壓入滑撬140。支承套管156/158位于后隔離器150/152和一對前隔離器160/162之間。前隔離器160/162位于滑撬140的前腔168之內。一對前墊圈支承隔離器164/166在前隔離器160/162前面的位置分別固定地連接到銷142/144中的相應一個。這些套管156/158在工具運動中在橫向于前后軸線的兩個方向上提供剛性。這個作用是防止工具主體的搖擺以及在切割過程中增加工具主體的控制。前連接器170在前墊圈支承隔離器164/166和前隔離器160/162之間的位置處在銷142/144之間延伸。銷142/144的前端沒有附接到往復工具100的任何其他部分。

圖1

在操作中，當工作軸往復運動時，往復工具100生成沿柱塞軸線128的振動。然而振動由把手124隔離。具體地，當往復工具100在圖1和4中的箭頭180的方向上移動時，由于滑撬140不固定地連接到工作軸在其中往復運動的殼體102，因此滑撬140初始不移動。因此，殼體102推壓后墊圈支承隔離器146/148。后墊圈支承隔離器146/148的運動產(chǎn)生對后隔離器150/152的力。后隔離器150/152由彈性體，彈簧，或類似物制成。彈性體提供給定的彈簧率，但也具有阻尼值，其允許一定水平的能量耗散，非常適合用于消除/減少在往復工具100操作的速度下的振動增加的可能性。各種彈簧也有阻尼特性范圍，其可消除/減少振動增加的可能性。

圖2

因此，該后隔離器150/152吸收期望量的振動能量，且也減少在箭頭180方向的把手124的運動。根據(jù)該特定實施例，殼體102可開始在箭頭180相反的方向運動，然后滑撬在箭頭180的方向運動。

圖3

圖4

一旦往復工具100到達沖程的末端，并開始在箭頭180的相反方向移動時，銷142/144相對于滑撬140向后移動。銷142/144的向后移動迫使前墊圈支承隔離器164/166壓靠在前連接器170上，進而壓靠前隔離器 160/162。前隔離器160/162也由彈性體，彈簧，或類似物制成。因此，當前連接器170壓靠前隔離器160/162時，前隔離器160/162壓縮，從而吸收期望量的振動能量，同時也減少了把手124在箭頭180相反方向的運動。前連接器170將力在前隔離器160/162上更均勻地分布，即使在把手的一側上產(chǎn)生更嚴重的載荷的情況下。

該隔離系統(tǒng)的凈效果是，它允許工具來回振動，但銷-套管-隔離器系統(tǒng)沿著銷軸線將用戶的手從振動分離。盡管圖1的實施例描述了相應于把手的隔離系統(tǒng)，但是在一些實施例中，隔離系統(tǒng)被可選擇地或附加地加入到手柄112。

圖5

在不同的實施例中，把手/手柄隔離系統(tǒng)中的一個或兩者可被修改用于特定的應用場合。例如，圖5描繪了在不同的實施例中的另一隔離器，其被并入圖1中的把手和手柄中的一個或兩者。圖5中的隔離系統(tǒng)200包括滑撬202，滑撬202從殼體204間隔開。銷206被分別固定地附接到殼體 204以及前和后卡環(huán)208和210?？ōh(huán)208和210通過一對墊圈214/216從隔離器212分離。銷206滑動地接合支承套管218，支承套管218壓配合在滑撬202中。這些套管218在橫向于前后軸線的兩個方向上提供工具運動中的剛性。這起到防止工具體擺動以及增強工具體在切削時的控制的作用。

銷206上的卡環(huán)208和210推/拉墊圈214/216，進而響應于銷206的振動運動而作用以壓縮隔離器212。在實施例中，相比圖1的實施例，在每個銷上需要的隔離器少一個。盡管圖5中僅描繪了單銷206，但是在系統(tǒng)中可以有多個銷。

另外，雖然圖1和5描述了繞著柱塞軸線延伸的把手，但是隔離器也能用于隔離例如把手112的兩個端部。因此，隔離器可容易地應用在把手和手柄中。

在一些實施例中，隔離系統(tǒng)的“剛度”可以改變。圖6描述了隔離系統(tǒng)250，其包括在銷256的螺紋端部分254中的調整螺釘(set screw)252。調整螺釘252可用于改變隔離器258/260上的壓縮，以提供滑撬262的振動隔離期望量。

圖6

圖7

圖8

圖9

圖7-11描述了個振動隔離系統(tǒng)300，其包括外彈性體滑撬302和該實施例中的一對內彈性體墊304。在其他實施例中，彈簧用于代替彈性體墊304。彈性體滑撬和墊/彈簧提供三軸振動隔離。在前后方向上，該系統(tǒng)提供墊/彈簧的剪切載荷。在側到側方向上，該系統(tǒng)提供墊/彈簧的壓縮/拉伸載荷。最后，在上下方向上，該系統(tǒng)提供墊/彈簧的剪切載荷。

雖然外彈性體滑撬302被描述為大致矩形的，在其它實施例中滑撬具有更彎曲式輪廓形狀，如把手124中滑撬的形狀。墊304的輪廓也適配在滑撬之內。在具有彈簧的實施例中，彈簧的尺寸被選擇成適配在滑撬之內。選擇彈性體墊/彈簧和滑撬的尺寸、硬度和阻尼特性，以最小化從工具傳遞到用戶的手的振動。

圖10

圖11

圖12

圖13

圖14

圖15

圖12-15描述振動隔離系統(tǒng)400，其包括外彈性體滑撬402?；?02騎坐在四個隔離器404、406、408和410上，所述四個隔離器404、406、408和410可以是彈性體柱形管或彈簧。隔離器404/408由銷412支撐，而隔離器406/410由銷414支撐。銷412在容器418內剛性地連接到殼體，且銷414在容器420內剛性地連接到殼體。

彈性體滑撬402和隔離器提供三軸振動隔離。在前后方向，該系統(tǒng)提供隔離器的剪切載荷。在側到側方向，該系統(tǒng)提供隔離器的壓縮/拉伸載荷。最后，在上下方向，該系統(tǒng)提供隔離器的剪切載荷。選擇彈性體管/彈簧和滑撬的尺寸、硬度和阻尼特性，以最小化從工具傳遞到用戶的手的振動。

在特定實施方案中以各種方式優(yōu)化振動隔離的量。振動隔離以材料特性和幾何形狀的組合的方式進行優(yōu)化。例如，對于給定尺寸和形狀的墊304，通過圖8中彈性體墊304提供的剛度可以通過選擇提供所需剛度的材料而改變。對于給定的材料，剛度可以由增大或減小材料的尺寸(長度、寬度和厚度)進行改變。

圖16描述了電動手持工具450，其類似于安裝了墊304的電動手持工具。電動手持工具450中使用的墊452與墊304相比由相同的材料制成。然而，由于墊452被實施為一組桿454，因此墊452的剛度被改變。桿454被定向為使得墊452沿軸線456的剛度比墊304的剛度小得多，而墊452 沿軸線458的剛度比墊304的剛度僅稍小。

圖16

圖17

圖18

圖19

通過修改彈性體桿454的大小和數(shù)量，剛度特性可進一步改變。例如，在圖17中的墊460包括以桿462的形式的剛度組件，桿462比桿454細，以此修改墊460的剛度。圖18中的墊464包括彈性體桿466形式的剛度組件，彈性體桿466定向成沿軸線468提供增強的剛度。因此，墊的定向可以被改變以提供期望剛度特性。

在一些實施例中，可能希望沿電動手持工具的兩個軸具有降低的剛度。圖19描述了彈性體墊470，其由成柱體472形式的一組剛度組件構成。柱體降低沿工具的所有軸的剛度，允許過于剛性的彈性體使用，而不保持墊 470中的高剛度。

在一些實施例中，附加剛度優(yōu)化是通過在單個墊內提供多種幾何形狀的剛度組件而實現(xiàn)的。例如，圖20-21描述了彈性體墊474定位在滑撬476 和電動手持工具的殼體478之間。墊474包括連接桿480和截斷桿482。每個截斷桿482位于連接桿480和殼體478的加強肋484之間。

圖20

圖21

圖20-21的實施例提供了不同的隔離器墊474幾何形狀，以用于剪切載荷系統(tǒng)，其允許在更大的撓曲下逐漸增加彈性體墊474的剛性。系統(tǒng)的小撓曲導致僅由一組墊、連接桿480限定的剛性，從而提供了非常松的(非剛性)系統(tǒng)。較大的撓曲導致連接器墊480降低到截斷桿482上，從而增加了系統(tǒng)的剛性。達到一定撓曲后，墊480和截斷桿482降低到剛性金屬肋484上，且系統(tǒng)變得明顯更剛性。當該剛性上的逐漸增加在施加高載荷時限制了用戶的手柄松動，同時仍能夠在低載荷下實現(xiàn)理想的隔離特性。

圖20-21的實施例在壓縮上方式相似。在小位移的情況下，連接器墊 480是僅有的隔離器設置壓縮。較大的位移導致滑撬476(其在一個實施例中是金屬板)與截斷桿482產(chǎn)生接觸，從而加強系統(tǒng)剛性。在更大的位移下，滑撬476與剛性金屬肋484產(chǎn)生接觸，并剛性地降至最低點，而防止附加位移。因此，該實施例示出了電動手持工具上的剛性逐步增加的隔離系統(tǒng)。

使用不同的幾何或形狀因素也能隨與圖12-15中的隔離系統(tǒng)類似的隔離系統(tǒng)一起使用。例如，圖22示出了振動隔離系統(tǒng)490，其包括外彈性體滑撬492?；?92騎坐在兩個彈性體柱形管494和496之上。彈性體柱形管494由銷498滑動地支撐，而彈性體柱形管496由銷500滑動地支撐。銷494在容器502內剛性地連接到殼體，并且銷496在容器504內剛性地連接到殼體。

圖23的隔離系統(tǒng)510與圖22的隔離系統(tǒng)490是大致相同的。不同的是，彈性體柱

圖22

圖23

形管512/514包括多個孔516?？?16改變縱向和徑向的剛度。孔516的位置和周圍結構確定在徑向和縱向上改變的范圍。例如，管512/514在一個實施例中被構造成在柱體的端部上均勻地分布所施加的載荷。因此，與孔的數(shù)量相比，孔516的位置不太重要。然而，在徑向上，力相對于孔516的傳遞方式依賴于孔516的位置。

圖24描述了隔離系統(tǒng)520，其類似于在圖23中的系統(tǒng)510。主要區(qū)別在于，附加剛度改變通過提供穿過彈性體柱形管524/526的增加數(shù)量的孔522來實現(xiàn)。

盡管以上描述了各種隔離系統(tǒng)的實施例，但是每個特定實施例中所闡述的原理以不同的組合被結合在其他實施例中。額外的改進也是可能的，從而對特定實施例提供額外的好處。因此，可以加入附加的部件，以使制造變得容易。例如，圖25-28描述了隔離系統(tǒng)530，其包括由附接于殼體的兩個銷532/534支撐的滑撬。兩個彈性體柱體538/540結合到銷534/532且每個柱體538/540具有結合到它的外直徑的管542/544。

在制造過程中，該彈性體柱體538/540結合到彈性體柱體的內徑上的銷532/534。隔離器于是具有結合到它的外直徑的管542/544。這種制造方法有利于滑撬系統(tǒng)的生產(chǎn)組裝。銷532/534到殼體的壓配合和金屬管到相應防振把手的孔的壓配合使得系統(tǒng)能夠通過隔離器以脫離的方式固定。

上述實施例可以以各種工藝來制造。在不同的實施例中，管形隔離器的位置和數(shù)量是變化的，且隔離器墊的位置和數(shù)量也是變化的。例如，雖然幾個實施例示出了管的“上/下”的配置，其它的組合和管位置加入在其它實施例中。

類似地，上述一些實施例描述了兩個隔離器墊，一個位于輸出軸的左側，一個位于輸出軸的右側。在其他實施例中，加入其他組合和墊的定位。一個這樣的實施例具有位于軸上方和下方的墊，并且另一實施例中具有等距圍繞軸三個或四個墊。

圖30

為了便于一些實施例的制造，翻蓋式滑撬被使用。圖29-30描繪了包括兩個殼體550/552的隔離系統(tǒng)，當固定在一起時，所述兩個殼體550/552將隔離器墊554/556有效地卡嵌在滑撬殼體550/552和電動工具的殼體558之間。

圖29

圖31

圖32

圖33

圖34

圖35

圖36

在一些實施方案中，彈性體墊560(參見圖31)結合到金屬片562/564。該子組件被容易地組裝在防振手柄566內，例如通過與手柄和殼體中的相應的凹座/凹部568/570配合，以便將金屬墊剛性聯(lián)接到殼體和手柄，同時仍然允許手柄與工具本身分離，如圖32中所示。在另一實施例(參見圖33)，彈性體墊572在彈性體的一側上直接模制在滑撬/手柄殼體574上，并在彈性體墊572的另一側上結合到金屬墊576上，從而協(xié)助將手柄組裝到電動工具殼體，如圖34所示。

圖35-36示出了不需要結合的實施例。彈性體墊580形成有固定凸臺582。當彈性體墊580被插入在殼體584中時，突出凸臺582鎖定在殼體與手柄584的底切部分。盡管描述了鎖定凸臺的一個幾何形狀，但是其它幾何形狀被用于其它實施例。

圖37

圖38

圖39

在一些實施例中，上述實施例被修改以提供額外的功能。圖37和38描述了隔離系統(tǒng)590，其被修改以提供端口，通過該端口，除塵軟管592引入抽吸部。在一些實施例中，隔離系統(tǒng)590的形狀和位置被修改，以優(yōu)化灰塵收集，如通過將鋸片保持器和鋸片的一部分包圍在隔離系統(tǒng)590的工具殼體的一部分或殼體中。

雖然一些以上描述的翻蓋式實施例包括螺釘或螺紋緊固件來將翻蓋連接起來，但是一些實施例還提供了快速釋放機構。圖39示出了隔離系統(tǒng)596，其包括快速釋放鈕598，快速釋放鈕598為用戶提供了用于快速除去前手柄/隔離系統(tǒng)596的方法。該實施例對于用戶工作在前手柄可能阻止用戶接近的密閉區(qū)域中的情況是期望的。

圖40

圖41

圖42

圖40-41描述了隔離系統(tǒng)600，其包括啟動鈕602，啟動鈕602向用戶提供快速啟動/停用手柄/隔離系統(tǒng)600的方法。該實施例對于用戶不希望具有脫離的前手柄/系統(tǒng)(振動隔離式手柄)600的情況是期望的。啟動鈕602可以接合/脫開，以便在聯(lián)接手柄(不抗振動，如圖42)和脫離手柄(隔離器加載，且抗振動系統(tǒng)接合，如圖41所示)之間切換。

圖43

圖44

圖45

圖46

圖47

圖48

在上述實施例中，另一修改是使系統(tǒng)的剛度可由用戶改變。例如，圖43-45描述了隔離系統(tǒng)610，其包括桿612。通過將桿在圖44的全隔離位置和圖45的減隔離構型之間移動，通過將桿612的端部616按壓到墊614而降低彈性體墊614的效力，系統(tǒng)610的剛度增加。此可變預壓縮將驅動系統(tǒng)的剛度和該系統(tǒng)的隔離效率。上述實施例可以進一步被修改以呈現(xiàn)隔振系統(tǒng)的較低輪廓。例如，許多上述實施例將振動隔離系統(tǒng)描述為繞著工具殼體定位的前手柄或把手。圖46示出了振動隔離系統(tǒng)620，其包括橡膠或彈性體肋622，橡膠或彈性體肋622模制到工具的金屬殼體624。橡膠套626在橡膠套626的后部處也模制到殼體624上。套626的前部與肋622相互作用以提供振動隔離。橡膠套626作為允許用戶抓握在其上的“皮膚”種類，但也允許橡膠肋622在它們的剪切載荷(前后振動)時平移，以及在壓縮載荷(側到側/上下)時彎曲。在一些實施例中，橡膠套被構造為允許空氣在套和殼體間流動，以用于冷卻和/或清除碎片。

在一些實施例中，肋額外地或可選擇地形成在套626上。在一些實施例中，肋形成在套626的外部上且與用戶的手直接接觸。此外，盡管肋622被示為桿狀形式，形狀和間距可以根據(jù)上述的各種實施例進行修改。例如，圖47示出了振動隔離系統(tǒng)630，其合并了一種形式的柱體632，柱體632 模制到金屬殼體634。柱體632可以額外地或可選擇地模制到套636的內部或外部。

從圖47中可以看出，在前殼體634和套636之間具有空氣間隙638。本實施例中的套包括許多通風孔640。通過模制或以其他方式在套外的該區(qū)域形成通風孔，依靠使冷空氣能夠通過和接觸前殼體634，前殼體634可以從對流中受益。這不同于現(xiàn)有的前端部，其中，套覆蓋前殼體表面的大部分，以確保用戶與機構中產(chǎn)生的熱隔離。通過具有較大的間隙638，可合并通風孔640，而不會出現(xiàn)用戶由于偶然接觸熱金屬前殼而傷害自己的威脅。

圖48示出了隔離系統(tǒng)650，其使用單件多嵌入模制操作，從而組合了剛性尼龍抓握表面652、隔離材料654，且在一些實施例中包括橡膠套材料 656。隔離材料654卡嵌剛性尼龍抓握表面652。這允許用戶抓握在堅實表面上，同時仍實現(xiàn)三軸振動隔離。如果希望的話，隔離材料654也能結合到傳統(tǒng)橡膠套材料，以在工具的前殼體上制成單件組合件。

圖49

圖50

圖51

被并入上述不同實施例的另一改變在圖49中示出。在操作期間，手持電動工具中產(chǎn)生熱量。這些熱量對彈性體的性能值(剛度、阻尼等)產(chǎn)生負面影響，因此對該系統(tǒng)的隔離效率產(chǎn)生負面影響。正因為如此，在一些實施方案中這種熱傳遞被減輕。因此，圖49示出了彈性體墊660，其具有位于彈性體墊660的任一側上的熱屏障662。在不同的實施例中，熱屏障662位于隔離器兩側，或者只是在內表面上，以最小化從工具機構到彈性體的熱傳遞。

在一些上述實施例中，次前手柄將工具振動與用戶隔離開。因此，用戶將從外部握住該次手柄。在一些情況下，上述實施例通過將橡膠套圍繞金屬前殼體和隔離手柄纏繞、以便實現(xiàn)更美觀的外觀來改變。例如，圖50示出了由套672包圍的隔離系統(tǒng)670。橡膠套672根據(jù)金屬前殼體674和前手柄670之間的相對運動而彎曲。

上述隔離系統(tǒng)主要地被描述成與往復工具一起使用。然而，該系統(tǒng)可以與任何期望手動工具一起使用。因此，圖51示出了隔離系統(tǒng)680與鉆具一起使用，圖52示出隔離系統(tǒng)682與擺動工具一起使用。圖53示出了隔離系統(tǒng)684與刳刨工具一起使用，圖54示出隔離系統(tǒng)686與研磨機一起使用。此外，雖然通常描述為單個隔離系統(tǒng)連接特定工具，但在一些實施例中并入了多個隔離系統(tǒng)，其中一些可能與其他并入的隔離系統(tǒng)不同。

盡管在附圖以及前述詳細地示出和描述公開，然而這些內容應被認為是說明性的且不限于字面意思。應理解的是，僅優(yōu)選的實施例被提出，且落入公開的精神內的所有改變、修改和進一步應用都被保護。