ПРИВОДНОЙ ИНСТРУМЕНТ С ПИТАНИЕМ ОТ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ
HAND-HELD TOOL DRIVEN BY STORAGE BATTERY

Предпосылки к созданию изобретения
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к приводному инструменту с питанием от аккумуляторной батареи, который приводит в действие двигатель посредством батареи.
Известный уровень техники
В японской не рассмотренной выложенной патентной публикации № 2006-175592 описан электрический перфоратор с питанием от аккумуляторной батареи, имеющий батарею для приведения в действие двигателя. Согласно этому известному техническому решению двигатель с питанием от батареи и механическое приспособление помещаются внутри корпуса инструмента в форме кожуха. Механическое приспособление, включающее в себя механизм преобразования движения для линейного перемещения ударной насадки в аксиальном направлении и механизм передачи мощности для приведения во вращение ударной насадки вокруг ее оси, служит для привода ударной насадки вращающей энергией, переданной от двигателя. Двигатель располагается таким образом, чтобы ось вращения проходила в направлении, поперечном к аксиальному направлению или направлению перемещения наконечника инструмента в форме ударной насадки. Далее, рукоять, предназначенная для удерживания ее пользователем, располагается позади корпуса инструмента на корпусе инструмента в противоположном направлении относительно ударной насадки и отходит в направлении, поперечном к аксиальному направлению ударной насадки. Батарея установлена на отходящем конце или нижнем конце рукояти позади двигателя.
Приводной инструмент, такой как перфоратор, используется различным образом, включая способ выполнения операции в горизонтальном положении, направив ударную насадку на вертикальную стенку, способ выполнения операции с ориентацией вверх, направив ударную насадку на потолок, и способ выполнение операции с ориентацией вниз, направив ударную насадку на пол. Поэтому для того, чтобы смягчить утомляемость пользователя, важно улучшить удобство использования (легкость использования) приводного инструмента. В частности, в случае молоткового перфоратора, при котором пользователь держит рукоять и выполняет операцию, одновременно прилагая направленное вперед прижимающее усилие и прижимая молотковый перфоратор к обрабатываемому изделию, увеличение вибрации в направлении нанесения ударов ударной насадкой во время работы (продольный момент вокруг центра тяжести) ведет к увеличению нагрузки на пользователя. Величина этого момента зависит от положения центра тяжести приводного инструмента. В частности, момент становится больше, когда положение центра тяжести отходит дальше от оси ударной насадки.
Сущность изобретения
Соответственно целью изобретения является предложение способа переноса центра тяжести приводного инструмента с питанием от аккумуляторной батареи ближе к рабочей оси наконечника инструмента в приводном инструменте с питанием от аккумуляторной батареи.
Описанная выше цель может быть достигнута с помощью заявленного изобретения. Согласно предпочтительному варианту реализации изобретения приводной инструмент с питанием от аккумуляторной батареи включает в себя батарею, двигатель, механическое приспособление и корпус инструмента и выполняет операцию по перемещению наконечника инструмента в аксиальном направлении для наконечника инструмента. Двигатель приводится в действие питанием от батареи. Механическое приспособление приводит в действие наконечник инструмента вращающей энергией, переданной от двигателя. Далее, «перемещение наконечника инструмента в аксиальном направлении для наконечника инструмента» включает в себя в широком смысле не только способ, которым наконечник инструмента движется в аксиальном направлении относительно корпуса инструмента, но и способ, каким наконечник инструмента движется в аксиальном направлении вместе с корпусом инструмента. Далее, например, если приводной инструмент содержит перфоратор, предназначенный для использования при операции сверления на обрабатываемом изделии, таком как бетонная стена, «механическое приспособление» представляет собой механическое приспособление, которое служит для преобразования вращения двигателя в линейное движение и ударяет по наконечнику инструмента в форме ударной насадки в его аксиальном направлении, и механическое приспособление, которое служит для передачи вращательной мощности двигателя на ударную насадку и для приведения во вращение ударной насадки вокруг ее оси. Далее, «приводной инструмент с питанием от аккумуляторной батареи» в изобретении обычно представляет собой ударный инструмент, такой как молоток и перфоратор, предназначенный для использования для операции обрубки и операции сверления на обрабатываемом изделии, но также широко включает в себя инструмент для затягивания винтов, который используется в операции затягивания винтов, и установочный инструмент для забивания гвоздей, скоб и тому подобного.
Согласно изобретению суммарный вес двигателя и батареи должен быть меньше веса механического приспособления. Двигатель и батарея располагаются в положении, более удаленном от рабочей оси наконечника инструмента, чем механическое приспособление для осуществления привода наконечника инструмента, в направлении, поперечном относительно рабочей оси наконечника инструмента. Поэтому при такой конструкции, при которой суммарный вес двигателя и батареи меньше веса механического приспособления, центр тяжести приводного инструмента может быть приближен к рабочей оси наконечника инструмента, так что вибрация, вызванная вокруг центра тяжести в аксиальном направлении наконечника инструмента в процессе работы, или в частности продольный момент, может быть уменьшена. В результате нагрузка на пользователя может быть уменьшена и улучшено удобство применения.
Согласно другому аспекту приводного инструмента с питанием от аккумуляторной батареи согласно изобретению наконечник инструмента содержит ударную насадку, которая движется по меньшей мере линейно в аксиальном направлении, и механическое приспособление включает в себя ударный элемент, который движется линейно в аксиальном направлении относительно ударной насадки и ударяет по ударной насадке.
При такой конструкции может быть уменьшена вибрация, вызванная в аксиальном направлении относительно ударной насадки в процессе работы в ударном инструменте, таком как молоток, в котором ударная насадка выполняет ударное движение в аксиальном направлении, и перфоратор, в котором ударная насадка вращается вокруг своей оси при выполнении ударного движения.
Согласно другому аспекту приводного инструмента с питанием от аккумуляторной батареи согласно изобретению приводной инструмент имеет рукоять, которая расположена на стороне механического приспособления, противоположной наконечнику инструмента и предназначенной для того, чтобы ее держал пользователь. Далее, по меньшей мере часть рукояти находится позади на рабочей оси наконечника инструмента. При такой конструкции по меньшей мере часть рукояти находится на рабочей оси наконечника инструмента, когда пользователь держит рукоять и выполняет операцию, прижимая наконечник инструмента к обрабатываемому изделию, и пользователю оказывается легче прижимать наконечник инструмента к обрабатываемому изделию таким образом, чтобы улучшить удобство применения приводного инструмента.
Согласно другому аспекту приводного инструмента с питанием от аккумуляторной батареи согласно изобретению двигатель размещается таким образом, что ось вращения двигателя пересекает по наклонной рабочую ось, идущую в аксиальном направлении наконечника инструмента. При таком наклонном размещении, по сравнению с ортогональным размещением, центр тяжести двигателя может быть перемещен ближе к рабочей оси наконечника инструмента. В результате центр тяжести самого приводного инструмента может быть перемещен ближе к рабочей оси наконечника инструмента.
Согласно другому аспекту приводного инструмента с питанием от аккумуляторной батареи согласно изобретению приводной инструмент имеет рукоять, которая расположена на стороне механического приспособления, противоположной наконечнику инструмента и предназначенной для того, чтобы ее держал пользователь. Рукоять проходит в направлении, поперечном относительно осевого направления наконечника инструмента, а батарея установлена на одном конце рукояти в направлении ее продолжения. Далее, центральная ось батареи располагается на стороне центральной оси рукояти, противоположной наконечнику инструмента. При такой компоновке положение центра тяжести приводного инструмента смещается от стороны наконечника инструмента к стороне рукояти. В частности, центр тяжести приводного инструмента перемещается ближе к центральной оси рукояти, так что приходящаяся на передний конец часть корпуса 103 становится легче, поэтому может быть улучшено удобство применения.
Согласно другому аспекту приводного инструмента с питанием от аккумуляторной батареи согласно изобретению двигатель содержит бесщеточный двигатель постоянного тока. Бесщеточный двигатель постоянного тока не только обладает низким уровнем шума и длительным сроком службы, но может также быть уменьшен в размерах, так чтобы способствовать уменьшению веса инструмента.
Согласно другому аспекту приводного инструмента с питанием от аккумуляторной батареи согласно изобретению, батарея представлена ионно-литиевой батареей. При использовании в качестве батареи ионно-литиевой батареи вес приводного инструмента можно уменьшить без уменьшения мощности.
Согласно изобретению предлагается способ, который способствует улучшению удобства применения путем перемещения центра тяжести приводного инструмента с питанием от аккумуляторной батареи ближе к рабочей оси наконечника инструмента в приводном инструменте с питанием от аккумуляторной батареи. Другие цели, признаки и преимущества настоящего изобретения будут легко поняты после прочтения следующего описания вместе с прилагаемыми чертежами и формулой изобретения.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показан вид в разрезе, демонстрирующий весь перфоратор согласно варианту реализации изобретения.
Подробное описание изобретения
Каждый из дополнительных признаков и шагов способа, описанный выше и ниже, может быть использован по отдельности или совместно с другими признаками и шагами способа для предложения и изготовления улучшенного приводного инструмента с приводом от аккумуляторной батареи, и способа применения такого приводного инструмента с приводом от аккумуляторной батареи и устройств, применяемых с ним. В представленных примерах настоящего изобретения, в которых используются в сочетании многие из этих дополнительных признаков и шагов способа, будут теперь описаны подробно со ссылкой на чертежи. Это подробное описание просто предназначено для того, чтобы показать специалисту в данной области техники дополнительные подробности практического применения предпочтительных аспектов настоящих идей и не направлено на то, чтобы ограничить объем изобретения. Только формула изобретения ограничивает объем заявленного изобретения. Поэтому сочетания признаков и шагов, описанные в последующем подробном описании, могут не быть необходимыми для практического применения изобретения в самом широком смысле, а вместо этого направлены на частичное описание некоторых представленных примеров изобретения, подробное описание которых будет теперь приведено со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Вариант реализации изобретения описан далее со ссылкой на фиг.1. В этом варианте реализации электрический перфоратор принят как представленный пример приводного инструмента с питанием от аккумуляторной батареи согласно изобретению. Как показано на фиг.1, перфоратор 101 согласно этому варианту реализации включает в себя главным образом корпус 103, который образует наружную оболочку перфоратора 101 и ударную насадку 119, соединенную с возможностью отделения с передней концевой частью корпуса 103 (с левой стороны на фиг.1) с помощью державки 137. Корпус 103 и ударная насадка 119 являются деталями, которые соответствуют «корпусу инструмента» и «наконечнику инструмента» соответственно, согласно изобретению. Далее, ударная насадка 119 удерживается державкой 137 так, что допускается возвратно-поступательное движение относительно державки 137 в его аксиальном направлении и предотвращается вращение относительно державки 137 по окружности. Для удобства объяснения в горизонтальном положении корпуса 103, при котором аксиальное направление ударной насадки 119 совпадает с горизонтальным направлением, сторона ударной насадки 119 принимается как передняя сторона, а сторона, противоположная ударной насадке, - как задняя.
Корпус 103 образуется кожухом из двух частей, имеющим две половины и включающим в себя как целое кожух для двигателя 105, в котором помещается приводной двигатель 111, кожух для зубчатой передачи 107, в котором помещается механизм преобразования движения 113, ударный механизм 115 и механизм передачи мощности 117, рукоять 109, предназначенную для того, чтобы ее держал пользователь. Механизм преобразования движения 113, ударный механизм 115 и механизм передачи мощности 117 образуют механизм привода ударной насадки 119. Механизм привода и рукоять 109 являются деталями, которые соответствуют «механическому приспособлению» и «захвату» соответственно, согласно изобретению. В состоянии, при котором аксиальное направление ударной насадки 119 совпадает с горизонтальным направлением, кожух для двигателя 105 сформирован ниже кожуха для зубчатой передачи 107. Рукоять 109 сформирована позади кожуха для зубчатой передачи 107.
Механизм преобразования движения 113 должным образом преобразует вращение на выходе приводного двигателя 111 в линейное движение и затем передает его на ударный механизм 115. В результате ударная сила генерируется в аксиальном направлении ударной насадки 119 (горизонтальном направлении, как показано на фиг.1) через ударный механизм 115. Далее, механизм передачи мощности 117 должным образом уменьшает частоту вращения на выходе приводного двигателя 111 и передает ее на ударную насадку 119, так что ударная насадка начинает вращаться по кругу. Приводной двигатель 111 является деталью, которая соответствует «двигателю» в данном изобретении. Приводной двигатель 111 размещается таким образом, что продолжение оси выходного вала 112 (оси вращения двигателя) наклонено назад относительно оси ударной насадки 119 и пересекает его. В этом варианте реализации в качестве приводного двигателя используется бесщеточный двигатель постоянного тока. Приводной двигатель 111 приводится в действие тогда, когда пользователь нажимает на пусковое устройство 109а, расположенное на части захвата 109А рукояти 109.
Рукоять 109 имеет часть захвата 109А, которая идет в вертикальном направлении поперек аксиального направления ударной насадки 119, и соединительные части 109В, 109С, которые идут вперед от верхнего и нижнего концов части захвата 109А. Верхняя соединительная часть 109В соединяется с задним концом кожуха для зубчатой передачи 107, а нижняя соединительная часть 109С соединяется с задним концом кожуха для двигателя 105. Таким образом, рукоять 109 содержит петлевидную ручку (D-образную ручку). Гнездо для установки батареи 109D формируется на нижней соединительной части 109С или одном отходящем конце части захвата 109А рукояти 109, и батарейный источник питания 110 устанавливается с возможностью отделения в гнезде для установки батареи 109D.
Батарейный источник питания 110 располагается позади кожуха для двигателя 105, и нижняя поверхность батарейного источника питания 110 по существу находится на одном уровне с нижней поверхностью кожуха для двигателя 105. Далее, центральная ось Х батарейного источника питания 110 располагается позади центральной оси Y части захвата А рукояти 109. Батарейный источник питания 110 является контейнером, заполненным множеством перезаряжаемых батарей, предназначенных для подачи питания на приводной двигатель 111, и в этом случае в качестве перезаряжаемых батарей используются 18-вольтные вторичные ионно-литиевые батареи. Батарейный источник питания 110 соответствует «батарее» согласно изобретению.
Механизм преобразования движения 113 включает в себя в основном промежуточный вал 125, качающийся элемент в форме качающегося кольца 129 и цилиндрический поршень 131. Промежуточный вал 125 приводится во вращение посредством малой конической шестерни 121 и большой конической шестерни 123 с помощью выходного вала 112 приводного двигателя 111. Качающееся кольцо 129 начинает качаться в аксиальном направлении относительно промежуточного вала 125 (аксиальное направление для ударной насадки 119) за счет вращающегося элемента 127 при вращении промежуточного вала 125. Цилиндрический поршень 131 приводится в линейное возвратно-поступательное движение в аксиальном направлении ударной насадки 119 в цилиндре 141 за счет качающегося движения качающегося кольца 129. Далее, цилиндр 141 является цилиндрическим элементом, выполненным как одно целое на задней стороне державки 137. Передающий мощность механизм 117 включает в себя в основном механизм уменьшения частоты вращения шестерни, имеющий множество зубчатых колес, таких как первая прямозубая цилиндрическая шестерня 133, которая имеет небольшой диаметр и вращается вместе с промежуточным валом 125, и вторая прямозубая цилиндрическая шестерня 135, которая имеет большой диаметр и находится в зацеплении с первой прямозубой цилиндрической шестерней 133. Механизм передачи мощности 117 служит для передачи крутящего момента приводного двигателя 111 на державку 137. Таким образом, когда державка 137 приводится во вращение в вертикальной плоскости, приводится во вращение ударная насадка 119, которая удерживается державкой 137. Далее, конструкции механизма преобразования движения 113 и механизма передачи мощности 117 известны, и поэтому их подробное описание опущено.
Ударный механизм 115 включает в себя в основном ударный элемент в форме бойка 143, который размещается с возможностью скольжения внутри цилиндрического поршня 131, и промежуточный элемент в форме ударного стержня 145, который вставлен с возможностью скольжения в державку 137. Боек 143 приводится в действие пневматической рессорой (колебаниями давления) в воздушной камере 131а, вызванными движением цилиндрического поршня 131, и затем сталкивается (ударяет) с ударным стержнем 145, так что сила удара передается на ударную насадку 119 через ударный стержень 145.
В перфораторе 101, изготовленном так, как описано выше, в то время, когда приводной двигатель 111 приводится в действие нажатием на спусковое устройство пальцем пользователя, вращение на выходе приводного двигателя 111 преобразуется в линейное движение посредством механизма преобразования движения 113 и вызывает после этого выполнение ударной насадкой 119 линейного движения (ударного движения) в аксиальном направлении посредством ударного механизма 115. Далее, ударная насадка 119 выполняет не только описанное выше линейное движение, но и вращательное движение (движение сверления) в круговом направлении под воздействием механизма передачи мощности 117, который приводится в действие вращением на выходе приводного двигателя 111. В частности, перфоратор 101 может выполнять операцию сверления на обрабатываемом изделии, вызывая выполнение ударной насадкой 119 ударного движения в аксиальном направлении и движения сверления в круговом направлении, с ударной насадкой 119, прижатой к обрабатываемому изделию (такому, как бетон).
В случае молоткового перфоратора 101 пользователь выполняет операцию, держась за рукоять 109 и прикладывая направленную вперед прижимающую силу к обрабатываемому изделию, и чем больше вибрация в направлении ударов ударной насадки 119 или в особенности больше момент в продольном направлении молоткового перфоратора вокруг его центра тяжести в процессе работы, тем больше нагрузка на пользователя. Величина этого момента зависит от положения центра тяжести ударной насадки 101. В конструкции, в которой приводной двигатель 111 и батарейный источник питания 110 располагается в нижнем положении дальше от оси ударной насадки 119, чем приводной механизм ударной насадки 119 в вертикальном положении, поперечном относительно аксиального направления ударной насадки 119, в общем центр тяжести ударной насадки 101 помещается ниже оси ударной насадки 119.
В этом варианте реализации в качестве приводного двигателя 111 применяется бесщеточный двигатель постоянного тока и в качестве батарейного источника питания 110 применяются 18-вольтные вторичные ионно-литиевые батареи. При такой конструкции суммарный вес батарейного источника питания 110 и приводного двигателя 111 (далее упоминаемый как вес двигателя и т.д.) проектируется как меньший, чем общий вес механизма преобразования движения 113, ударного механизма 115 и механизма передачи мощности 117 (далее упоминается как вес механического приспособления), которые образуют приводной механизм, предназначенный для линейного привода ударной насадки 119 в его аксиальном направлении и вращения ударной насадки 119 вокруг ее оси. Далее, приводной механизм более конкретно представляет последовательность элементов, проходящих от выходного вала 112 до ударного стержня 145 и служащих для преобразования вращения приводного двигателя 111 в линейное движение и ударение ударной насадки 119, и последовательность элементов, проходящих от выходного вала 112 до державки 137 и служащих для передачи вращательной мощности приводного двигателя 111 до ударной насадки 119 (некоторые из элементов выполняют как функцию линейного привода, так и функцию вращательного привода).
В обычном перфораторе типа, изготовленного заявителем настоящего изобретения, отношение веса механизма привода ударной насадки к двигателю и т.д. составляет от 1 до приблизительно 1,2. В этом варианте реализации, однако, при описанной выше конструкции, при которой в качестве приводного двигателя 111 применяется бесщеточный двигатель постоянного тока, и в качестве батарейного источника питания 110 применяются 18-вольтные вторичные ионно-литиевые батареи, отношение веса механизма привода ударной насадки к двигателю и т.д. может составить от 1 до приблизительно 0,9.
Благодаря применению конструкции, в которой вес двигателя и т.д. меньше веса приводного механизма, описанного выше, положение центра тяжести перфоратора 101 смещается вверх. В частности, согласно этому варианту реализации по сравнению с известными перфораторами центр тяжести перфоратора 101 может быть помещен ближе к оси (рабочей оси) ударной насадки 119. Поэтому в то время, когда пользователь держится за рукоять 109 и выполняет операцию, прикладывая направленное вперед прижимное усилие к корпусу 103 и прижимая ударную насадку 119 к обрабатываемому изделию, вибрация, возникающая вокруг центра тяжести в аксиальном направлении за счет ударного движения ударной насадки 119 или в особенности продольного движения, может быть уменьшена. В результате может быть ослаблена нагрузка на пользователя и может быть улучшено удобство или легкость применения. Далее, за счет применения конструкции, в которой приводной двигатель 111 представлен бесщеточным двигателем постоянного тока и батарейный источник питания 110 представлен 18-вольтными вторичными ионно-литиевыми батареями, уменьшение веса ударной насадки 101 может быть также реализовано без уменьшения мощности.
Далее, в этом варианте реализации рукоять 109, которая соединяется с задним концом корпуса 103 (на стороне, противоположной ударной насадке 119), располагается на продолжении оси ударной насадки 119. Поэтому в то время, когда пользователь держит часть захвата 109А рукояти 109 и выполняет операцию, прижимая ударную насадку 119 к обрабатываемому изделию, пользователю становится легче прижимать ударную насадку 119 к обрабатываемому изделию. В частности, пользователь может держать ударную насадку 119 в контакте с обрабатываемым изделием, прилагая относительно слабое усилие, так что удобство применения может быть улучшено.
Далее, согласно этому варианту реализации, приводной двигатель 111 располагается таким образом, что выходной вал 112 наклонен назад в направлении, поперечном к аксиальному направлению ударной насадки 119. При таком наклонном размещении, по сравнению с ортогональным размещением, положение центра тяжести приводного двигателя 111 может быть смещено вверх по направлению к оси ударной насадки 119, так что центр тяжести ударной насадки 101 может быть перемещен ближе к оси ударной насадки 119.
Далее, согласно этому варианту реализации, батарейный источник питания 110 располагается в гнезде для установки батареи 109D рукояти 109 так, что центральная ось Х батарейного источника питания 110 располагается позади центральной оси Y части захвата 109А рукояти 109. При таком размещении положение центра тяжести перфоратора 101 смещается назад. Таким образом, центр тяжести перфоратора 101 переносится ближе к центральной оси Х рукояти 109, так что перфоратор 101 лучше уравновешен в аксиальном направлении ударной насадки 119 (продольном направлении). В частности, передняя концевая часть корпуса 103 становится относительно легче, так что улучшается удобство использования перфоратора 101.
Далее, в описанном выше варианте реализации описан молотковый перфоратор 101, в котором ударная насадка 119 выполняет ударяющее движение в его аксиальном направлении и движение сверления вокруг оси. Однако настоящее изобретение может также быть применено к молотку, в котором ударная насадка 119 выполняет только ударяющее движение в аксиальном направлении.
Далее, настоящее изобретение может быть применено не только к ударному инструменту типа перфоратора и молотка, но также к инструменту для затягивания винтов, такому как ударная отвертка, которая может выполнять операцию затягивания винта путем вращения лезвия отвертки за счет приложения ударного воздействия к лезвию отвертки в направлении вокруг его оси, и шуруповерт, который выполняет операцию затягивания винта путем вращения лезвия отвертки вокруг ее оси, и далее к различным видам закрепляющих инструментов, которые забивают гвозди или скобы за счет линейного движения ведущего элемента в аксиальном направлении.
Описание числовых позиций
101 молотковый перфоратор (приводной инструмент с питанием от аккумуляторной батареи)
103 корпус (корпус инструмента)
105 кожух двигателя
107 кожух зубчатой передачи
109 рукоять (захват)
109А часть захвата
109В верхняя соединительная часть
109С нижняя соединительная часть
109D гнездо для установки батареи
109а пусковое устройство
110 батарейный источник питания (батарея)
111 приводной двигатель
112 выходной вал
113 механизм преобразования движения (механическое приспособление)
115 ударный механизм (механическое приспособление)
117 механизм передачи мощности (механическое приспособление)
119 ударная насадка (наконечник инструмента)
121 малая коническая шестерня
123 большая коническая шестерня
125 промежуточный вал
127 вращающийся элемент
129 качающееся кольцо
131 цилиндрический поршень
131а воздушная камера
133 первая прямозубая цилиндрическая шестерня
135 вторая прямозубая цилиндрическая шестерня
137 державка
141 цилиндр
143 боек
145 ударный стержень