具有振动隔离的手持电动工具

往复工具，如马刀锯、大型往复锯和类似物通常由具有旋转输出轴的电机驱动。旋转运动转化为一工作轴的往复运动用来以往复方式移动锯片或类似物。将旋转运动转化为往复运动通常的方法是加入摆盘驱动。

“摆盘”组件是一种结构，其中，轴具有弯折部分，其上通过球轴承组件安装有一臂。该臂在柱塞组件的一部分内滑动定位。当轴的弯折部分旋转时，该臂将轴的旋转转化为柱塞组件的往复运动。包括摆盘驱动的往复工具的一个例子是公开日为2010年5月4日的美国专利No.7,707,729，其全部内容通过引用并入。当柱塞组件的工作轴沿一轴线移动时，建立大量的动量。当柱塞组件反方向时，所有的这些动量被工具吸收。因此，加入摆盘驱动的往复工具应具备抗振动装置。为了使这种往复工具更好控制，如专利‘729’中的装置的往复工具加入配重，其在与柱塞组件方向相反的方向上由第二摆盘驱动。虽然增加了第二摆盘和配重是有效的，但是用户依然承受大量的不希望的振动。

用于将旋转运动变为往复运动的其他装置包括止转轭机构和曲柄滑块。这些装置公开在美国专利号6,357 ,125中，其公开日为2002年3月19日，和美国专利公开文本No.2008/0134855中，其公开日为2008年6月12日，其全部内容通过引用并入这里。这些系统也受到不希望的振动。

在旋转锤领域，通过解除手柄与工具的关联，为减小用户承受的振动而做出了一些努力。隔离器仅仅在一个方向上将手柄与振动隔离。由于往复锯具有在前向和反向加速和减速的大的往复质量，因此大的振动力在前向和反向产生。

已经开发的一些往复锯试图通过在手柄和工具壳体之间嵌入隔离弹性体而隔离手柄。达到了一定的隔离水平，但是仍然需要额外的隔离。其他手持电动工具也产生振动，从而对使用者产生伤害，特别是当手持式电动工具被使用超过了延长期时。这些工具包括研磨机、砂光机和其他旋转、振动和往复工具。

对于手持式电动工具而言，需要的是减少用户承受的振动。进一步存在的需要是减少振动而不是依靠大体积的组件。系统减少手持式电动工具中的振动的同时减少与振动相关的成本将是更加有益的。

发明内容

在一个实施例中，一种手持式电动工具包括容纳工作轴的壳体和振动隔离组件，该振动隔离组件包括：至少一个基础件，其包括相对于壳体固定的基础部分；至少一个振动隔离部分，其包括可操作地连接到至少一个基础件的第一部分，至少一个振动隔离部分构造为在至少一个方向上隔离振动；和把手件，其具有构造为由用户抓握的外表面和可操作地连接到至少一个振动隔离部分的外部部分的内表面。

在另一实施例中，一种往复工具通过允许振动工具相对于分离工具更大量的位移而提供改进的振动隔离。在一个实施例中，锯的前把手和后手柄都提供有隔离机构，从而将发生在向前和向后的方向上的力与把手/手柄隔离开。

实施方式

图1描述了往复工具100，其包括壳体102，壳体102包括手柄部104、电机部106和鼻部108。手柄部104包括手柄112、双速开关114和变速起动器116。手柄部104被配置为可拆卸地容纳电池组118，其在一些实施例中被替换为有线电源。鼻部108包括把手124，其包括当往复工具100在使用时，成形为允许用户握住往复工具100的外表面。脚板组件120位于鼻部108的前方。电机部106包括多个通气口122，用于给电机(未示出)提供冷却空气。电机(未示出)旋转地驱动摆盘组件(未示出)，摆盘组件进而驱动连接到卡盘组件(未示出)上的工作轴，其可拆卸地支撑锯片126。锯片126被工作轴沿着柱塞轴线128驱动，工作轴沿柱塞轴线128往复运动。

把手124包括滑撬140。滑撬140通过2个刚性连接到壳体102上的、成销142/144形式的基础件支撑在壳体102上。销142/144延伸穿过相应的后垫圈支承隔离器46/148，其中每个被固定地连接到相应的后隔离器150/152。隔离器150/152位于后部隔离腔154内。销142/144延伸通过一对支承套管156/158中的相应的一个，支承套管 156/158被压入滑撬140。支承套管156/158位于后隔离器150/152和一对前隔离器160/162之间。前隔离器160/162位于滑撬140的前腔168之内。一对前垫圈支承隔离器164/166在前隔离器160/162前面的位置分别固定地连接到销142/144中的相应一个。这些套管156/158在工具运动中在横向于前后轴线的两个方向上提供刚性。这个作用是防止工具主体的摇摆以及在切割过程中增加工具主体的控制。前连接器170在前垫圈支承隔离器164/166和前隔离器160/162之间的位置处在销142/144之间延伸。销142/144的前端没有附接到往复工具100的任何其他部分。

图1

在操作中，当工作轴往复运动时，往复工具100生成沿柱塞轴线128的振动。然而振动由把手124隔离。具体地，当往复工具100在图1和4中的箭头180的方向上移动时，由于滑撬140不固定地连接到工作轴在其中往复运动的壳体102，因此滑撬140初始不移动。因此，壳体102推压后垫圈支承隔离器146/148。后垫圈支承隔离器146/148的运动产生对后隔离器150/152的力。后隔离器150/152由弹性体，弹簧，或类似物制成。弹性体提供给定的弹簧率，但也具有阻尼值，其允许一定水平的能量耗散，非常适合用于消除/减少在往复工具100操作的速度下的振动增加的可能性。各种弹簧也有阻尼特性范围，其可消除/减少振动增加的可能性。

图2

因此，该后隔离器150/152吸收期望量的振动能量，且也减少在箭头180方向的把手124的运动。根据该特定实施例，壳体102可开始在箭头180相反的方向运动，然后滑撬在箭头180的方向运动。

图3

图4

一旦往复工具100到达冲程的末端，并开始在箭头180的相反方向移动时，销142/144相对于滑撬140向后移动。销142/144的向后移动迫使前垫圈支承隔离器164/166压靠在前连接器170上，进而压靠前隔离器 160/162。前隔离器160/162也由弹性体，弹簧，或类似物制成。因此，当前连接器170压靠前隔离器160/162时，前隔离器160/162压缩，从而吸收期望量的振动能量，同时也减少了把手124在箭头180相反方向的运动。前连接器170将力在前隔离器160/162上更均匀地分布，即使在把手的一侧上产生更严重的载荷的情况下。

该隔离系统的净效果是，它允许工具来回振动，但销-套管-隔离器系统沿着销轴线将用户的手从振动分离。尽管图1的实施例描述了相应于把手的隔离系统，但是在一些实施例中，隔离系统被可选择地或附加地加入到手柄112。

图5

在不同的实施例中，把手/手柄隔离系统中的一个或两者可被修改用于特定的应用场合。例如，图5描绘了在不同的实施例中的另一隔离器，其被并入图1中的把手和手柄中的一个或两者。图5中的隔离系统200包括滑撬202，滑撬202从壳体204间隔开。销206被分别固定地附接到壳体 204以及前和后卡环208和210。卡环208和210通过一对垫圈214/216从隔离器212分离。销206滑动地接合支承套管218，支承套管218压配合在滑撬202中。这些套管218在横向于前后轴线的两个方向上提供工具运动中的刚性。这起到防止工具体摆动以及增强工具体在切削时的控制的作用。

销206上的卡环208和210推/拉垫圈214/216，进而响应于销206的振动运动而作用以压缩隔离器212。在实施例中，相比图1的实施例，在每个销上需要的隔离器少一个。尽管图5中仅描绘了单销206，但是在系统中可以有多个销。

另外，虽然图1和5描述了绕着柱塞轴线延伸的把手，但是隔离器也能用于隔离例如把手112的两个端部。因此，隔离器可容易地应用在把手和手柄中。

在一些实施例中，隔离系统的“刚度”可以改变。图6描述了隔离系统250，其包括在销256的螺纹端部分254中的调整螺钉(set screw)252。调整螺钉252可用于改变隔离器258/260上的压缩，以提供滑撬262的振动隔离期望量。

图6

图7

图8

图9

图7-11描述了个振动隔离系统300，其包括外弹性体滑撬302和该实施例中的一对内弹性体垫304。在其他实施例中，弹簧用于代替弹性体垫304。弹性体滑撬和垫/弹簧提供三轴振动隔离。在前后方向上，该系统提供垫/弹簧的剪切载荷。在侧到侧方向上，该系统提供垫/弹簧的压缩/拉伸载荷。最后，在上下方向上，该系统提供垫/弹簧的剪切载荷。

虽然外弹性体滑撬302被描述为大致矩形的，在其它实施例中滑撬具有更弯曲式轮廓形状，如把手124中滑撬的形状。垫304的轮廓也适配在滑撬之内。在具有弹簧的实施例中，弹簧的尺寸被选择成适配在滑撬之内。选择弹性体垫/弹簧和滑撬的尺寸、硬度和阻尼特性，以最小化从工具传递到用户的手的振动。

图10

图11

图12

图13

图14

图15

图12-15描述振动隔离系统400，其包括外弹性体滑撬402。滑撬402骑坐在四个隔离器404、406、408和410上，所述四个隔离器404、406、408和410可以是弹性体柱形管或弹簧。隔离器404/408由销412支撑，而隔离器406/410由销414支撑。销412在容器418内刚性地连接到壳体，且销414在容器420内刚性地连接到壳体。

弹性体滑撬402和隔离器提供三轴振动隔离。在前后方向，该系统提供隔离器的剪切载荷。在侧到侧方向，该系统提供隔离器的压缩/拉伸载荷。最后，在上下方向，该系统提供隔离器的剪切载荷。选择弹性体管/弹簧和滑撬的尺寸、硬度和阻尼特性，以最小化从工具传递到用户的手的振动。

在特定实施方案中以各种方式优化振动隔离的量。振动隔离以材料特性和几何形状的组合的方式进行优化。例如，对于给定尺寸和形状的垫304，通过图8中弹性体垫304提供的刚度可以通过选择提供所需刚度的材料而改变。对于给定的材料，刚度可以由增大或减小材料的尺寸(长度、宽度和厚度)进行改变。

图16描述了电动手持工具450，其类似于安装了垫304的电动手持工具。电动手持工具450中使用的垫452与垫304相比由相同的材料制成。然而，由于垫452被实施为一组杆454，因此垫452的刚度被改变。杆454被定向为使得垫452沿轴线456的刚度比垫304的刚度小得多，而垫452 沿轴线458的刚度比垫304的刚度仅稍小。

图16

图17

图18

图19

通过修改弹性体杆454的大小和数量，刚度特性可进一步改变。例如，在图17中的垫460包括以杆462的形式的刚度组件，杆462比杆454细，以此修改垫460的刚度。图18中的垫464包括弹性体杆466形式的刚度组件，弹性体杆466定向成沿轴线468提供增强的刚度。因此，垫的定向可以被改变以提供期望刚度特性。

在一些实施例中，可能希望沿电动手持工具的两个轴具有降低的刚度。图19描述了弹性体垫470，其由成柱体472形式的一组刚度组件构成。柱体降低沿工具的所有轴的刚度，允许过于刚性的弹性体使用，而不保持垫 470中的高刚度。

在一些实施例中，附加刚度优化是通过在单个垫内提供多种几何形状的刚度组件而实现的。例如，图20-21描述了弹性体垫474定位在滑撬476 和电动手持工具的壳体478之间。垫474包括连接杆480和截断杆482。每个截断杆482位于连接杆480和壳体478的加强肋484之间。

图20

图21

图20-21的实施例提供了不同的隔离器垫474几何形状，以用于剪切载荷系统，其允许在更大的挠曲下逐渐增加弹性体垫474的刚性。系统的小挠曲导致仅由一组垫、连接杆480限定的刚性，从而提供了非常松的(非刚性)系统。较大的挠曲导致连接器垫480降低到截断杆482上，从而增加了系统的刚性。达到一定挠曲后，垫480和截断杆482降低到刚性金属肋484上，且系统变得明显更刚性。当该刚性上的逐渐增加在施加高载荷时限制了用户的手柄松动，同时仍能够在低载荷下实现理想的隔离特性。

图20-21的实施例在压缩上方式相似。在小位移的情况下，连接器垫 480是仅有的隔离器设置压缩。较大的位移导致滑撬476(其在一个实施例中是金属板)与截断杆482产生接触，从而加强系统刚性。在更大的位移下，滑撬476与刚性金属肋484产生接触，并刚性地降至最低点，而防止附加位移。因此，该实施例示出了电动手持工具上的刚性逐步增加的隔离系统。

使用不同的几何或形状因素也能随与图12-15中的隔离系统类似的隔离系统一起使用。例如，图22示出了振动隔离系统490，其包括外弹性体滑撬492。滑撬492骑坐在两个弹性体柱形管494和496之上。弹性体柱形管494由销498滑动地支撑，而弹性体柱形管496由销500滑动地支撑。销494在容器502内刚性地连接到壳体，并且销496在容器504内刚性地连接到壳体。

图23的隔离系统510与图22的隔离系统490是大致相同的。不同的是，弹性体柱

图22

图23

形管512/514包括多个孔516。孔516改变纵向和径向的刚度。孔516的位置和周围结构确定在径向和纵向上改变的范围。例如，管512/514在一个实施例中被构造成在柱体的端部上均匀地分布所施加的载荷。因此，与孔的数量相比，孔516的位置不太重要。然而，在径向上，力相对于孔516的传递方式依赖于孔516的位置。

图24描述了隔离系统520，其类似于在图23中的系统510。主要区别在于，附加刚度改变通过提供穿过弹性体柱形管524/526的增加数量的孔522来实现。

尽管以上描述了各种隔离系统的实施例，但是每个特定实施例中所阐述的原理以不同的组合被结合在其他实施例中。额外的改进也是可能的，从而对特定实施例提供额外的好处。因此，可以加入附加的部件，以使制造变得容易。例如，图25-28描述了隔离系统530，其包括由附接于壳体的两个销532/534支撑的滑撬。两个弹性体柱体538/540结合到销534/532且每个柱体538/540具有结合到它的外直径的管542/544。

在制造过程中，该弹性体柱体538/540结合到弹性体柱体的内径上的销532/534。隔离器于是具有结合到它的外直径的管542/544。这种制造方法有利于滑撬系统的生产组装。销532/534到壳体的压配合和金属管到相应防振把手的孔的压配合使得系统能够通过隔离器以脱离的方式固定。

上述实施例可以以各种工艺来制造。在不同的实施例中，管形隔离器的位置和数量是变化的，且隔离器垫的位置和数量也是变化的。例如，虽然几个实施例示出了管的“上/下”的配置，其它的组合和管位置加入在其它实施例中。

类似地，上述一些实施例描述了两个隔离器垫，一个位于输出轴的左侧，一个位于输出轴的右侧。在其他实施例中，加入其他组合和垫的定位。一个这样的实施例具有位于轴上方和下方的垫，并且另一实施例中具有等距围绕轴三个或四个垫。

图30

为了便于一些实施例的制造，翻盖式滑撬被使用。图29-30描绘了包括两个壳体550/552的隔离系统，当固定在一起时，所述两个壳体550/552将隔离器垫554/556有效地卡嵌在滑撬壳体550/552和电动工具的壳体558之间。

图29

图31

图32

图33

图34

图35

图36

在一些实施方案中，弹性体垫560(参见图31)结合到金属片562/564。该子组件被容易地组装在防振手柄566内，例如通过与手柄和壳体中的相应的凹座/凹部568/570配合，以便将金属垫刚性联接到壳体和手柄，同时仍然允许手柄与工具本身分离，如图32中所示。在另一实施例(参见图33)，弹性体垫572在弹性体的一侧上直接模制在滑撬/手柄壳体574上，并在弹性体垫572的另一侧上结合到金属垫576上，从而协助将手柄组装到电动工具壳体，如图34所示。

图35-36示出了不需要结合的实施例。弹性体垫580形成有固定凸台582。当弹性体垫580被插入在壳体584中时，突出凸台582锁定在壳体与手柄584的底切部分。尽管描述了锁定凸台的一个几何形状，但是其它几何形状被用于其它实施例。

图37

图38

图39

在一些实施例中，上述实施例被修改以提供额外的功能。图37和38描述了隔离系统590，其被修改以提供端口，通过该端口，除尘软管592引入抽吸部。在一些实施例中，隔离系统590的形状和位置被修改，以优化灰尘收集，如通过将锯片保持器和锯片的一部分包围在隔离系统590的工具壳体的一部分或壳体中。

虽然一些以上描述的翻盖式实施例包括螺钉或螺纹紧固件来将翻盖连接起来，但是一些实施例还提供了快速释放机构。图39示出了隔离系统596，其包括快速释放钮598，快速释放钮598为用户提供了用于快速除去前手柄/隔离系统596的方法。该实施例对于用户工作在前手柄可能阻止用户接近的密闭区域中的情况是期望的。

图40

图41

图42

图40-41描述了隔离系统600，其包括启动钮602，启动钮602向用户提供快速启动/停用手柄/隔离系统600的方法。该实施例对于用户不希望具有脱离的前手柄/系统(振动隔离式手柄)600的情况是期望的。启动钮602可以接合/脱开，以便在联接手柄(不抗振动，如图42)和脱离手柄(隔离器加载，且抗振动系统接合，如图41所示)之间切换。

图43

图44

图45

图46

图47

图48

在上述实施例中，另一修改是使系统的刚度可由用户改变。例如，图43-45描述了隔离系统610，其包括杆612。通过将杆在图44的全隔离位置和图45的减隔离构型之间移动，通过将杆612的端部616按压到垫614而降低弹性体垫614的效力，系统610的刚度增加。此可变预压缩将驱动系统的刚度和该系统的隔离效率。上述实施例可以进一步被修改以呈现隔振系统的较低轮廓。例如，许多上述实施例将振动隔离系统描述为绕着工具壳体定位的前手柄或把手。图46示出了振动隔离系统620，其包括橡胶或弹性体肋622，橡胶或弹性体肋622模制到工具的金属壳体624。橡胶套626在橡胶套626的后部处也模制到壳体624上。套626的前部与肋622相互作用以提供振动隔离。橡胶套626作为允许用户抓握在其上的“皮肤”种类，但也允许橡胶肋622在它们的剪切载荷(前后振动)时平移，以及在压缩载荷(侧到侧/上下)时弯曲。在一些实施例中，橡胶套被构造为允许空气在套和壳体间流动，以用于冷却和/或清除碎片。

在一些实施例中，肋额外地或可选择地形成在套626上。在一些实施例中，肋形成在套626的外部上且与用户的手直接接触。此外，尽管肋622被示为杆状形式，形状和间距可以根据上述的各种实施例进行修改。例如，图47示出了振动隔离系统630，其合并了一种形式的柱体632，柱体632 模制到金属壳体634。柱体632可以额外地或可选择地模制到套636的内部或外部。

从图47中可以看出，在前壳体634和套636之间具有空气间隙638。本实施例中的套包括许多通风孔640。通过模制或以其他方式在套外的该区域形成通风孔，依靠使冷空气能够通过和接触前壳体634，前壳体634可以从对流中受益。这不同于现有的前端部，其中，套覆盖前壳体表面的大部分，以确保用户与机构中产生的热隔离。通过具有较大的间隙638，可合并通风孔640，而不会出现用户由于偶然接触热金属前壳而伤害自己的威胁。

图48示出了隔离系统650，其使用单件多嵌入模制操作，从而组合了刚性尼龙抓握表面652、隔离材料654，且在一些实施例中包括橡胶套材料 656。隔离材料654卡嵌刚性尼龙抓握表面652。这允许用户抓握在坚实表面上，同时仍实现三轴振动隔离。如果希望的话，隔离材料654也能结合到传统橡胶套材料，以在工具的前壳体上制成单件组合件。

图49

图50

图51

被并入上述不同实施例的另一改变在图49中示出。在操作期间，手持电动工具中产生热量。这些热量对弹性体的性能值(刚度、阻尼等)产生负面影响，因此对该系统的隔离效率产生负面影响。正因为如此，在一些实施方案中这种热传递被减轻。因此，图49示出了弹性体垫660，其具有位于弹性体垫660的任一侧上的热屏障662。在不同的实施例中，热屏障662位于隔离器两侧，或者只是在内表面上，以最小化从工具机构到弹性体的热传递。

在一些上述实施例中，次前手柄将工具振动与用户隔离开。因此，用户将从外部握住该次手柄。在一些情况下，上述实施例通过将橡胶套围绕金属前壳体和隔离手柄缠绕、以便实现更美观的外观来改变。例如，图50示出了由套672包围的隔离系统670。橡胶套672根据金属前壳体674和前手柄670之间的相对运动而弯曲。

上述隔离系统主要地被描述成与往复工具一起使用。然而，该系统可以与任何期望手动工具一起使用。因此，图51示出了隔离系统680与钻具一起使用，图52示出隔离系统682与摆动工具一起使用。图53示出了隔离系统684与刳刨工具一起使用，图54示出隔离系统686与研磨机一起使用。此外，虽然通常描述为单个隔离系统连接特定工具，但在一些实施例中并入了多个隔离系统，其中一些可能与其他并入的隔离系统不同。

尽管在附图以及前述详细地示出和描述公开，然而这些内容应被认为是说明性的且不限于字面意思。应理解的是，仅优选的实施例被提出，且落入公开的精神内的所有改变、修改和进一步应用都被保护。