用於鉸接鑽的方法和設備的製作方法

2023-05-07 00:27:16

專利名稱：用於鉸接鑽的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及電動手持工具；而且更為特別地，涉及電動手持式鉸接工具。
背景技術：
電鑽通常構造為直線鑽機構，其中鑽軸相對於馬達軸和殼體軸線平行 延伸，而且為了特定的目的，也構造為角向鑽機構，其中轉軸相對於馬達 軸和殼體軸線呈直角布置。在某些應用中，直線鑽和角向鑽都必須被用到， 例如在木質房屋結構的安裝中，兩種機構必須都在近旁用於連續交替使用。
刀具插孔頭作為傳統鑽的專用附件，已知使用刀具插孔頭來消除對兩 種鑽的需求。例如，DE3634734A1公開了一種鑽，包括兩個獨立的殼體部件， 其彼此相對布置以限定中空的空間，且其被沿分割平面對角引導。 一個殼 體部件帶有用於驅動軸的支撐，且另一個殼體部件帶有用於動力輸出軸的 支撐，動力輸出軸從刀具插孔頭伸出並帶有鑽頭夾盤。驅動軸和動力輸出 軸通過雙萬向接頭或萬向節而彼此連接，以便它們彼此之間轉矩呈剛性。 刀具插孔頭的一個中空圓柱形殼體部件位於鑽的軸頸上，而且所述鑽的鑽 軸靠雙緣與驅動器連接。驅動器位於驅動軸上以便驅動器相對於它在旋轉 方向上固定。在兩個殼體部件的基礎位置，驅動軸和動力輸出軸的軸線彼 此對齊。由於兩個殼體部件相對轉動，動力輸出軸的軸線與驅動軸的軸線 呈銳角或直角。
用已知的刀具插孔頭能夠使標準鑽成為其它的工具，以便形成也能進 行直線鑽的角向鑽。雖然這種獨立的作為附件的刀具插孔頭可以適合某些 愛好者的要求，但是對專業機械來說是不可接受的。美國專利No. 5533581公開了適合專業應用的鑽，其包括具有殼體的鑽、 容納在殼體內部的電動馬達、與殼體軸線平行的馬達軸、和工作主軸，電 動馬達通過傳動齒輪驅動工作主軸。為了從直線鑽切換到角向鑽，所述殼 體被沿分割平面分割，且設置前殼體部分和後殼體部分，前殼體部分包括 用於工作主軸的軸承，後殼體部分包括電動馬達，前殼體部分和後殼體部 分能彼此旋轉，以便從所述前殼體部分伸出的工作主軸能夠相對於馬達軸 呈0° 90°之間的角度或更大的角度。能夠被解鎖和/或閉鎖的掛鈎鎖能夠手 動地在所選擇的旋轉位置使兩個殼體部件制動。傳動裝置中從馬達軸到工 作主軸的力在殼體部件的每一旋轉位置在扭轉方面呈剛性傳遞。
雖然現有技術中鑽是有用的，但是它們還有很多局限。例如，鑽頭被 鑽所保持時，鑽容易遭受鑽頭上的有意的和偶然的衝擊。現有技術的鑽通 常通過齒輪傳動機構傳遞這些衝擊力，傳動機構使工作主軸相對於馬達軸 相對定位。因此，齒輪必須設計為吸收衝擊力。這樣的齒輪會增大鑽的重 量，且增大鑽前部的尺寸。增大的重量使用戶使用時更勞累，特別是使不 經常使用工具的用戶勞累。除此之外，所述鑽的附加體積降低了此工具在 狹窄空間的可用性。
另外，在現有的鉸接鑽系統中，用於約束鉸接的鎖定機構使用困難或 者容易意外起動。而且在某些已知的裝置中，鉸接齒輪傳動機構暴露既容 易使汙物進入機構內部，又存在使衣服或其它物品被旋轉齒輪掛住的安全 隱患。
需要這樣的鉸接電動手持式工具，其保護內部部件免受軸向衝擊的破 壞。這還有利於內部部件免受汙染，並減小外部物品被內部部件巻入的可 能性。
另外，需要這樣的鉸接電動手持式工具，其具有減小的前部和緊湊的 鉸接系統，以允許在狹窄的空間內使用此工具。
還需要這樣的鉸接電動手持式工具，其具有閉鎖結構，閉鎖結構增大 了強度，且進一步減小意外操作的可能性。

發明內容
本發明是鉸接電動手持式工具。在一個實施例中，所述工具包括具有 頭殼體的頭部分，可旋轉地定位在所述頭殼體內的鑽頭保持器，和可操作地將第一軸向力從鑽頭保持器傳遞給所述頭殼體的軸承構件。框架可選轉 地與所述頭部分連接，用於相對於所述頭部分設置在若干位置，且可操作 地與所述頭殼體連接以接收傳遞給所述頭殼體的所述第一軸向力。所述工 具還包括鉸接齒輪傳動系統，用於在所述若干個位置中的每一個位置上將 馬達產生的旋轉力傳遞給鑽頭保持器。
在根據本發明的鉸接電動工具中傳遞軸向力的一個方法包括將來自鑽 頭保持器的軸向力傳遞給軸承構件，將來自軸承構件的軸向力傳遞給所述 頭殼體，和將來自所述頭殼體的軸向力傳遞給主殼體，鑽頭保持器可旋轉 地定位在工具的頭殼體中，其中所述頭殼體相對於所述主殼體是可旋轉的。
可以從本發明的優選實施例的附圖和詳細描述中更加清楚本發明的這 些和其它的優點和特性。


本發明可以成形為各種系統和方法部件，且可成形為系統和方法部件 的各種布置。附圖僅僅用於闡明典型的實施例，且不能作為對本發明的限 制。
圖1示出本發明的鉸接鑽的透視圖2示出圖1中去掉可充電電池組的鉸接鑽的側面正視圖3示出圖1中鉸接鑽的透視圖，其去掉電池組、部分主殼體蓋、和
部分頭殼體，在鑽頭保持器中具有鑽頭；
圖4示出圖1中鉸接鑽的頭部分、鉸接齒輪傳動系統和行星齒輪系統
的剖視圖5示出圖1中鉸接鑽的包括自動主軸鎖定系統的頭部分的分解透視
圖6示出圖1中的鑽的頭部分的俯視圖，其具有位於頭殼體的凹室內
的一些部件；
圖7示出用於支撐圖1中鉸接鑽的輸出小齒輪軸的支架的俯視圖； 圖8示出圖7的支架的側視圖9示出圖1中鉸接鑽的行星齒輪系統、連接部分和頭部分的頂部正 視圖，其去掉了主殼體和部分頭殼體；
圖IO示出圖1中鉸接鑽的鉸接齒輪傳動系統的側視圖，其包括錐齒輪和兩個小齒輪；
圖11示出圖1的鑽的頭殼體部分的透視圖，其具有在凹槽中的若干齒， 所述若干齒與鉸接按鈕上的齒互補；
圖12示出圖1中鉸接鑽的鉸接按鈕的透視圖； 圖13示出圖12中鉸接按鈕的底部的透視圖14示出圖1中鉸接鑽的外殼內表面的局部頂視圖，其具有與鉸接按 鈕上的齒相互補的齒和用於容納鉸接按鈕的凸起部分的孔； 圖15示出圖1中鉸接鑽的外殼內表面的頂視圖16示出圖1中鉸接鑽的局部俯視圖，其頭部分與主殼體部分成直線 排列，且沒有防塵蓋；
圖17示出圖1中鉸接鑽的局部俯視圖，其頭部分與主殼體部分成直線 排列，帶有防塵蓋；
圖18示出圖1中鉸接鑽的側視圖，其頭部分從鑽的主殼體部分旋轉90 度，且移除部分主殼體以示出圖17的防塵蓋的位置；
圖19示出圖18的鉸接鑽的側視圖，其頭部分從鑽的主殼體部分旋轉 180度，且移除部分主殼體以示出圖17的防塵蓋的位置；
圖20示出圖19的防塵蓋的詳細視圖21示出圖1的鉸接鑽的透視圖，其移除了變速觸發開關，離合控制 器和一部分主殼體；
圖22a， 22b和22c示出根據本發明的原理，圖1的鉸接鑽的印刷電路 板的各個視圖23示出圖21的鉸接鑽的透視圖，其具有可伸縮的防護罩，可伸縮 的防護罩具有安裝在光發生器和光傳感器上面的內部反射面；
圖24示出圖1的鑽的示意圖/方框圖，其具有用於馬達速度控制的光 開關；
圖25示出螺絲刀形式的鑽頭的側視圖，該鑽頭可以用於圖1的鉸接鑽； 圖26示出圖25的鑽頭的剖視圖，其正在被插入圖1的鉸接鑽中； 圖27示出圖25的鑽頭的剖視圖，其被插入圖1的鉸接鑽中； 圖28示出根據本發明的原理的錐齒輪的局部頂視圖，兩個小齒輪呈90 度間隔設置；
圖29示出圖28的錐齒輪的局部頂視圖，兩個小齒輪呈180度間隔設置；
圖30示出電動工具的電氣圖/示意圖，其使用馬達接口電路動態地制 動工具馬達，具有半橋的馬達接口電路給操作者提供已經到達轉矩極限的 振動反饋；
圖31示出可以用於圖1的鑽的電路的電氣圖/示意圖，其使用馬達接 口電路動態地制動工具馬達，具有全H橋電路的馬達接口電路給操作者提 供已經到達轉矩極限的振動反饋；和
圖32A和32B示出電動工具的電氣圖/示意圖，其響應於來自光開關的 變速信號提供固態馬達速度控制，且動態地制動馬達以指示已經到達轉矩
具體實施例方式
圖1中示出通常指示為100的鉸接鑽。在圖1的實施例中，鑽100包 括主殼體部分102和頭部分104。主殼體部分102容納馬達和相關的控制鑽 100的電子裝置。和本領域己知技術一樣，主殼體部分102包括容納可充電 的電池組106的電池座。在一個實施例中，可充電的電池組106包括鋰離 子電池。通過按壓電池釋放鍵來拆下電池組106。圖2示出拆下電池組106 的鑽100。可選擇外部電源例如外部電池或電源線來為鑽100供電。
變速觸發開關110控制馬達旋轉速度。馬達旋轉方向被反向按鈕112 所控制，反向按鈕112在手指平臺114內滑動。通風開口 116使冷空氣在 主殼體部分102內部的馬達周圍循環。離合控制器118設置使用鑽100時 所產生的最大轉矩。在圖1中所示的位置，離合控制器118位於最高設置 或鑽孔模式。在最高設置，離合器處於不使能狀態以提供最大轉矩。通過 從圖1所示的位置向下滑動離合控制器118，用戶可以設置所希望的允許鑽 IOO產生的極限轉矩，這在後續更為詳細的介紹。因此，在除最高設置之外 的其它設置時，高於離合控制器118設置的轉矩使離合器啟動。
主殼體部分102還包括模製在主殼體部分102的外表面124上的鉸接 按鈕120和若干角度參考指示器122。在圖1的實施例中設有5個角度參考 指示器122，用於指示頭部分104所處的5個角度位置。
頭部分104包括夾頭鎖定裝置126和角度指示器128。頭部分104所處 的角度由與角度指示器128對準的角度參考指示器122來指示。如圖1所示，頭部分104相對於主殼體部分102呈90度設置。在圖2中，頭部分104 與主殼體部分102軸向對齊。儘管圖1和2中實施例具有5個角度參考指 示器122，也可以設置更多的或更少的角度參考指示器122以及頭部分104 相對於主殼體部分102所處的相應角度。
參考圖3-6，夾頭鎖定裝置126圍繞鑽頭保持器130，鑽頭保持器130 被球軸承132支撐，球軸承132固定在頭殼體136的軸承座134中。夾頭 鎖定裝置126包括具有槽140的套筒138。彈簧142定位於鑽頭保持器130 周圍。鑽頭保持器130包括容納柱銷146的孔144和容納鋼球150的槽148。
在軸承132的外圍後部，軸承132鄰接頭部分104的頭殼體136。更為 具體地，軸承132鄰接凸緣152。在這個實施例中，儘管凸緣可選擇地成形 為圍繞殼體136的內部的若干翼片，凸緣152仍連續圍繞殼體136。
鑽頭保持器130可操作地與驅動夾頭154連接，驅動夾頭154通過驅 動盤158與輸出小齒輪軸156連接，驅動盤158固定連接在輸出小齒輪軸 156上。鎖環160圍繞驅動夾頭154和三個鎖銷162。鎖環160、驅動夾頭 154、驅動盤158和鎖銷162均包括自動主軸鎖定系統，以便輸出鑽頭保持 器130能夠如現有技術所己知的那樣僅被從小齒輪側驅動。當從鑽頭側被 驅動時，也就是說，當工具100被用作手動螺絲刀時，主軸鎖定系統使輸 出小齒輪軸156不旋轉，因而有利於工具100作為手動螺絲刀使用。在可 選擇的實施例中，可以使用手動操作的鎖定設備。
小齒輪164位於輸出小齒輪軸156的相對於驅動盤158的相反端。輸 出小齒輪軸156的一端通過軸承166保持軸向對準，軸承166安裝在軸承 座168中。輸出小齒輪軸156的相反端被套筒170支撐。套筒170 —側被 位於頭殼體136上的凸緣172支撐。在相對側，套筒170被圖7和8所示 的支架174支撐。
支架174包括與套筒170的一部分互補的支撐面176。兩個連接臂178 成形為如圖9所示與頭殼體136連接。支架174消除了為凸緣172提供模 制在頭殼體136相對側的匹配凸緣的需求。相對凸緣的需求的消除使得設 計的自由度大大增大，這是由於支撐套筒170的支撐結構的空間需求降低 了。支架174可以由W108鋼衝成，以滿足硬度和強度的需要。
現在參考圖10，小齒輪164形成鉸接齒輪傳動系統180的一部分。鉸 接齒輪傳動系統180還包括在鉸接齒輪傳動系統180的輸出部分與小齒輪164嚙合的錐齒輪182，錐齒輪182還通過小齒輪184與馬達部分嚙合。錐 齒輪182的軸186在一端被支撐在框架190的孔188 (見圖4)中。框架190 由鋅鋁合金ZA-8製成。這種材料提供足夠低的摩擦係數，以確保在軸186 和框架190之間的摩擦力相對較小。
軸186在相反端由球軸承192徑向和軸向支撐，球軸承192被框架190 支撐。但是，在軸186的該端產生比在軸186插入孔188的一端更大的力。 更為具體地，如圖10所示，小齒輪164和小齒輪184位於錐齒輪182的相 同側。因此，隨著鉸接齒輪傳動系統180的旋轉，在錐齒輪182上產生沿 箭頭194方向指向錐齒輪182的基部196的力。此力的作用使得錐齒輪182 從小齒輪164和小齒輪184上脫離。隨著作用在錐齒輪182上的力增大， 不可接受的軸向力傳遞給軸承192。因此，設置推力軸承198來保護球軸承 192，並向錐齒輪182的基部196提供低摩擦支撐。推力軸承198由可接受 的低摩擦係數的材料製成，例如可以商業上從McMaster Carr of Chicago, Illinois得到的浸油青銅。因此，在錐齒輪182的基部196處所 產生的摩擦維持在可接受的水平。
再參考圖4，小齒輪184固定連接在行星齒輪箱軸200上，行星齒輪箱 軸200接受來自行星齒輪傳動系統的轉矩。行星齒輪傳動系統通常用參考 標記202指示。行星齒輪傳動系統202接收來自現有技術中已知的馬達的 轉矩。行星齒輪傳動系統202位於行星齒輪殼體204內部，行星齒輪殼體 204部分插入框架190內部。這種布局使得行星齒輪傳動系統202可以獨立 於其它部件製造，同時簡化行星齒輪傳動系統202與其它部件的裝配。這 種模塊化還使得在行星齒輪傳動系統202中設置可選擇的齒輪，同時確保 與其它部件的適當安裝。
通常，希望在行星齒輪殼體204和框架190之間提供簡單的摩擦配合。 但是，在圖4的實施例中，鉸接齒輪傳動系統180產生沿行星齒輪箱軸200 的軸向力。這個軸向力的作用使得行星齒輪殼體204從框架190上脫離。 因此，設置穿過行星齒輪殼體204和框架190延伸的銷206和208。銷206 和208確保在鑽100操作過程中行星齒輪殼體204不會從框架190上分離。 可選擇地，行星齒輪殼體204和框架190可以形成為一體單元。
繼續參照圖4，框架190形成為與頭殼體136滑動地匹配。為此，頭殼 體136包括護罩部分210，其圍繞球軸承192與框架190相互補地形成。頭殼體136還包括容納框架190的限定孔188的部分的槽212。在圖4中還示 出包括如圖11中所示的若干齒216的插孔214。
進一步參考圖12-14，插孔齒216與鉸接按鈕120上的若干齒218相互 補。鉸接按鈕120包括安裝在主殼體部分102中的孔222中的凸起的中央 部分220。而且鉸接按鈕120的齒218形成為與圍繞孔222的主殼體部分 102內側上的若干齒224嚙合。鉸接按鈕120還包括在鉸接按鈕120的面對 插孔214的側面上的彈簧容納插孔226。當裝配以後，彈簧(未示出)位於 插孔214內部，且延伸入彈簧容納插孔226內部，迫使鉸接按鈕120的凸 起的中間部分220朝向鉸接按鈕120伸入孔222的位置。
參考圖4和15，通過肋228在主殼體部分102內軸向支撐框架190， 在此實施例中主殼體部分102由塑料製成。當如圖3所示在主殼體部分102 中安裝框架190時，肋228位於框架190的翼片230下。行星齒輪傳動系 統202與馬達232機械連接，馬達232本身與印刷電路板234電連接，印 刷電路板234與電池接觸保持器236電連接。電池接觸保持器236與電池 組106上的電池組座緊密配合，而且將電池的電能通過引線(未示出)傳 遞給電路板234。另一對從電路板234向馬達端子238延伸的引線(未示出) 給馬達232傳遞所需要的電壓。
現在參考圖5，在頭殼體136的圍繞錐齒輪182的部分設置間隙240， 使得頭殼體136相對於主殼體部分102旋轉，同時小齒輪164與錐齒輪182 嚙合。然而，當頭部分104與主殼體部分102軸向對齊時，間隙240如圖 16所示的暴露出來。因此，鉸接齒輪傳動系統180暴露允許汙物進入鉸接 齒輪傳動系統180，這不僅會弄髒鉸接齒輪傳動系統，還會由於衣服、手指 或頭髮會絆入鉸接齒輪傳動系統180而出現安全隱患。因此，如圖17所示 的浮動式防塵蓋242被用於防止鉸接齒輪傳動系統180的汙染和避免運動 的齒輪通過間隙240暴露給操作者，特別是當如圖17中所示，頭殼體136 與主殼體部分102軸向對齊時更能起到上述作用。
如圖18-20所示，防塵蓋242位於由主殼體部分102和頭殼體136所 限定的通道244中。通過可移動的防塵蓋行程限制器246或框架190的一 部分248來限制防塵蓋242在通道244下部(如圖18和19所述)的位置， 防塵蓋行程限制器246位於頭殼體136上，這在圖11和20中最為清楚的 示出。通過頭殼體136的頸部分250或者主殼體部分102中的邊緣252來限制防塵蓋242在通道244上部的位置。
現在參考圖3和21 — 23，離合控制器118與電路板234上的線性電位 計254機械連接。光傳感器256也位於電路板234上，光傳感器256被可 伸縮的橡膠防護罩258所覆蓋，橡膠防護罩258機械地緊固到變速觸發開 關110。反射面260 (見圖24)位於橡膠防護罩258的內側。機械連接在電 路板234上的塑料彈簧定位構件232用於定位和支撐與變速觸發開關110 機械緊固連接的彈簧264。彈簧264使變速觸發開關110圍繞樞軸266向遠 離電路板234的方向偏置。電路板234還包括一個二位滑動開關268，其機 械地連接在反向按鈕112上。
圍繞樞軸266操作變速觸發開關110改變反射面260相對於光傳感器 256的位置，以產生變速控制信號。雖然工具100的實施例中包括了提供變 速控制信號的光學信號發生器和接收器，這樣的工具可選擇地使用壓力傳 感器、電容接近傳感器或者電感接近傳感器。在這些可選的實施例中，產 生可變馬達速度控制信號的壓力感應開關可以包括產生變速控制信號的壓 力傳感器，所述控制信號與施加給壓力傳感器的壓力相應，所述壓力由操 作者直接施加或者通過穿越停止位置和全速位置之間的距離的中間構件比 如可移動構件施加。
由電容接近傳感器產生變速控制信號的實施例可以包括產生變速控制 信號的電容傳感器，變速控制信號與操作者的手指或可移動構件的表面向 電容傳感器接近所產生的電容相應。由電感接近傳感器完成的實施例產生 的變速控制信號與操作者的手指或可移動構件的表面向電感傳感器接近所 產生的電感相應。
參考圖24，示意性地示出工具100的變速控制電路270。變速控制電 路270包括可操作地與變速觸發開關110連接的電源觸頭272。光學信號發 生器274與電池組106連接，且設置在電路板232上，以便從光學信號發 生器274發出的光引向變速觸發開關110的反射面260並引向光傳感器256。
光傳感器256和光信號發生器274可以位於同一個殼體內或每一個位 於一個獨立的殼體內。當兩個部件位於同一個殼體內時，光發生器和傳感 器可以通過殼體上的單個觀察窗發出和接收光。可選擇地，每一個部件可 以具有單獨的觀察窗。在同一個殼體內具有光發生器和傳感器的集成部件 為力口禾U福尼亞的Fairchild Semiconductor of Sunnyvale公司的QRD1114反射目標傳感器。這種殼體比具有滑動片的電位計縮小很多，滑動片穿越 的距離與觸發開關從停止位置移動到全速位置的距離大致相同。
光信號發生器274和光傳感器256可以為紅外光發生器和紅外光接收 器。在可選擇的實施例中，IR收發器可以位於柔性的防塵蓋內，防塵蓋機 械地緊固在變速觸發開關110的後部。在這個實施例中，在可移動開關附 近的蓋子的內側向接收器反射光學信號以產生速度控制信號。
外部能源，例如太陽，會對包括光傳感器256的工具的控制產生負面 影響。因此，在一個實施例中，可伸縮的防護罩或防塵蓋258由不透明材 料製成或者用不透明材料覆蓋，以便穿過所述殼體和觸發開關洩漏的來自 太陽的能量不會影響光傳感器256接收的信號。可選擇地，對特定頻帶敏 感的光傳感器可以用於僅在該特定頻帶屏蔽光傳感器的設備。在進一步的 實施例中，可以使用其它電路或程序，用於從幹擾能量中唯一確定反射信 號的能量。
光傳感器256是光學電晶體，具有通過觸頭272與電池組106連接的 集電極276，和通過分壓器280和電容282電接地的發射極278。定時信號 發生器284接收來自分壓器280的電壓。儘管也可以使用其它定時信號發 生器，但在工具100中，定時信號發生器284是公知的555定時器。
定時信號發生器284的輸出與MOSFET 288的柵極286連接，MOSFET 288 的漏極290與一個馬達端子238連接，源極292電接地。另一馬達端子238 通過觸頭272與電池組106連接。續流二極體294跨接馬達端子238。操作 性地連接變速觸發開關110的旁路觸頭296與馬達端子238和電接地之間 的MOSFET 288並聯，且制動觸頭298與續流二極體294並聯。
首先參考圖24—26介紹鑽100的操作。夾頭鎖定裝置126與鑽頭配合， 鑽頭例如為圖25中所示的螺絲刀鑽頭300。螺絲刀鑽頭300和鑽頭保持器 130為相互補的形狀。儘管還可以用其它形狀，但在這個例子中螺絲刀鑽頭 300和鑽頭保持器130大致為六角形。螺絲刀300鑽頭的直徑比鑽頭保持器 130的直徑稍小一些，以便它能夠裝到鑽頭保持器130內。螺絲刀鑽頭300 包括缺口區302和尾部304。
起初，套筒138從圖4所示的位置向右移動到圖26所示的位置，從而 壓縮彈簧142。隨著套筒138的移動，套筒138中的凹槽140與鑽頭保持器 130上的凹槽148緊鄰。然後，隨著螺絲刀鑽頭300移入鑽頭保持器130，所述尾部304把鋼球150壓向凹槽140並擠出鑽頭保持器130的通道，使 得尾部304完全通過鋼球150。
在此處，缺口區302與凹槽148對齊。然後鬆開套筒138，使得彈簧 142將套筒138偏置到鑽頭保持器130中，其位於從圖27中所示的位置向 左的位置。如圖27所示，隨著套筒138的移動，凹槽140遠離凹槽148， 從而迫使鋼球150部分地進入鑽頭保持器130的通道中。由於缺口區302 與凹槽148對齊，從而允許鋼球150進入鑽頭保持器130的通道。此時， 鑽頭300牢固地固定在鑽頭保持器130中。
然後，頭殼體136相對於主殼體部分102鉸轉到所希望的角度。首先， 彈簧容納插孔226中的彈簧(未示出)推動鉸接按鈕120延伸入孔222。因 此，鉸接按鈕120的齒218既與主殼體部分102中的齒224嚙合，又與頭 殼體136的插孔214中的齒216嚙合，因此呈角度地將鉸接按鈕120 (和頭 殼體136)和主殼體部分102鎖定。另外，如圖18所示，防塵蓋242在通 道244的上部被頭殼體136的頸部250限制，且在通道244的下部被框架 190的一部分248限制。
然後操作者向鉸接按鈕120施力，使得彈簧(未示出)被壓縮，從而 使齒218與齒224脫離。因此，儘管齒218仍然與齒216嚙合，頭部分104 也可以相對於主殼體部分102樞轉。例如，當頭部分104從圖1所示的位 置鉸轉為圖2所示的位置時，小齒輪164圍繞錐齒輪182鉸轉。作為例子， 當鑽100為圖1中所示結構時，圖28示出小齒輪164和184相對於錐齒輪 182的位置。在這個結構中，小齒輪164沿錐齒輪182的周長近似與小齒輪 184呈90度分離。當頭部分104沿箭頭306方向鉸轉時，小齒輪164沿同 樣方向圍繞錐齒輪182鉸轉。因此，如圖29所示，當頭部分104與主殼體 部分102在一直線上時，小齒輪164位於錐齒輪182上與小齒輪184呈180 度分離。
在整個鉸轉過程中，小齒輪164和184始終保持與錐齒輪182嚙合。 因此，當頭殼體136被鉸轉時，鑽頭保持器130可以在馬達232的作用下 旋轉。另外，頭殼體136的鉸轉使得防塵蓋行程限制器246與防塵蓋242 接觸，且沿通道244推防塵蓋242。因此，如圖17所示，防塵蓋242比間 隙240寬，其限制從鑽100的外部接近鉸接齒輪傳動系統180。
當鉸接鑽100轉向希望的位置時，操作者施加給鉸接按鈕120的力減小。然後彈簧容納插孔226中的彈簧(未示出)向鉸接按鈕120施加遠離 插孔214的力，直到鉸接按鈕120穿過孔222。因此，鉸接按鈕120的齒 218既與主殼體部分102中的齒224嚙合，又與頭殼體136的插孔214中的 齒216嚙合，因此，呈一定角度的將鉸接按鈕120 (和頭殼體136)和主殼 體部分102鎖定。
然後通過用已知的方式根據所希望的旋轉方向設置反向按鈕112的位 置，設置鑽頭300所希望的旋轉方向。通過繞樞軸266移動變速觸發開關 110來閉合電源觸頭272，從而執行旋轉。觸頭272的閉合使得電路中電流 流向光學信號發生器274從而發光。
所發射的光射到反射面260上，並且光的一部分向光傳感器256反射。 被反射面260所反射的光量隨著反射面260向光傳感器256的靠近而增大。 光傳感器256所感應的光的增大使得光傳感器256所傳導的電流增大，而 且通過光傳感器256的電流從集電極276流向發射極278。因此，隨著作用 在光傳感器256上的光密度增大，光傳感器256所傳導的電流增大。電流 的增大使得由分壓器280提供給定時信號發生器284的電壓增大。增大的 信號是變速信號，且它使得定時信號發生器284按照己知的方式產生定時 信號。儘管可以使用其它的定時信號發生器，但是在所描述的鑽100中， 定時信號發生器284是公知的555定時器。
定時信號發生器284產生定時脈衝，定時脈衝根據變速信號的大小具 有邏輯導通狀態。這個信號提供給MOSFET 288的柵極286。當柵極286的 信號為邏輯導通狀態時，MOSFET 288將一個馬達端子238連接到地，同時 另一個馬達端子238通過主觸頭272與電池電源連接。因此，當變速觸發 開關110到達光傳感器256開始探測反射光且產生變速信號的位置時，定 時信號發生器284開始產生通過MOSFET 288將一個馬達端子238連接到地 的信號。 一旦出現這種情況，電流開始流向MOSFET 288，馬達232開始沿 反向按鈕112所選擇的方向旋轉。
當MOSFET 288響應於處於斷開狀態的定時信號而不導通時，續流二極 管294使馬達232線圈中的適當的半周期電流從馬達232流出，經過二極 管294，然後返回馬達232。這在續流中是己知的。
當變速觸發開關110位於全速位置時，定時信號主要為導通狀態，且 旁路觸頭296閉合。旁路觸頭296的閉合使得電池電流連續流過馬達232，以便馬達232以最高的速度旋轉。
當不希望旋轉時，操作者釋放變速觸發開關110，而且彈簧264使變速 觸發開關110繞樞軸266轉動，從而使旁路觸頭296打開。另外，制動觸 頭298閉合從而連接馬達端子238。兩個馬達端子238通過制動觸頭298彼 此連接使馬達動態制動。
所以與現有的控制系統相比，對於產生變速信號的部件來說，工具IOO 的電子控制需要比較小的空間。因為變速觸發開關110移動的距離不必與 光學信號發生器274和光傳感器256匹配，因此可以獲得可觀的空間效率。 另外，光學信號發生器274和光傳感器256不需要移動部件，因此可靠性 提高了。有利的是，光學信號發生器274和光傳感器256可以安裝在同一 個印刷電路板234上，定時信號發生器284也安裝在其上。
當鑽100運轉時，鑽頭300承受軸向力。例如，軸向力來自操作者施 加的壓力或者鑽頭的衝擊力。在任一種情況中，在不增加鉸接齒輪傳動系 統180內部件體積的前提下保護鉸接齒輪傳動系統180免受損壞。這通過 將來自鑽頭300的軸向力引導給主殼體部分102而同時避開鉸接齒輪傳動 系統來實現。先參考圖27，作用在鑽頭300上的衝擊將鑽頭300進一步向 鑽100內移動，或者如圖27中向左移動。在現有技術的設計中，這個力不 僅會損壞傳動系統，還會使將鑽頭保持在鑽頭保持器的鋼球經常卡阻，從 而必須更換夾頭鎖定裝置。
但是，如圖27所示，設置柱銷146以便在缺口區302的壁與鋼球150 接觸之前，鑽頭300的尾部304與柱銷146接觸。這樣，軸向衝擊就不會 卡阻鋼球150。當然，柱銷146必須用足夠承受所述軸向衝擊的材料製成。 根據這個實施例，柱銷146用AISI 4135鋼製成。
現在參考圖4,如果出現軸向衝擊，力從柱銷146傳遞給鑽頭保持器 130。來自鑽頭保持器130的軸向力傳遞給位於軸承座134內的軸承132。 因此，軸向力被傳遞給頭殼體136的凸緣152 (也可以參見圖5)。此實施 例中的頭殼體136用鋁合金A380製成，以便能夠承受軸承132傳遞的力。 然後所述力傳遞給框架190進入主殼體部分102的肋228。
更為具體地，在鉸接齒輪傳動系統180周圍提供兩條傳遞軸向力的路 徑。第一條路徑主要在頭殼體136軸向上與主殼體部分102呈一條直線時 傳遞軸向力。在這種結構中，軸向力從頭殼體136傳到框架190，其主要通過凹槽212並在護罩210處傳遞，凹槽212位於頭殼體136繞孔188與框 架190的連接處(見圖4)，護罩210位於錐齒輪196的基部向外、頭殼體 136與框架190的連接處。第二條路徑主要在頭殼體136相對於主殼體部分102呈90度角時傳遞 軸向力。在這種結構中，軸向力再次從柱銷146傳遞給鑽頭保持器130。然 後軸向力主要從頭殼體136的插孔214中的齒216傳遞到鉸接按鈕120上 的齒218上，然後傳遞到主殼體部分102上的齒224上。當頭殼體136沒有完全與主殼體部分102對齊也沒有相對於主殼體部 分102呈90度布置時，軸向力通常通過前述的兩條路徑來傳遞。因此，作 用在鑽100的鉸接齒輪傳動系統180上的軸向力的影響減小了。因為鉸接 齒輪傳動系統180被保護，鉸接齒輪傳動系統180可以為比其它鉸接齒輪 傳動系統輕的結構。如圖30所示，在一個實施例中，能被用於鑽100或其它電動工具的印 刷電路板包括向操作者提供振動反饋的電路。振動反饋電路308包括微控 制器310，驅動電路312，和馬達接口電路314。本實施例中的驅動電路312是集成電路，其由單脈寬調製(P麗)信號、轉矩極限指示信號和馬達方向 控制信號產生用於半橋電路的驅動信號，轉矩極限指示信號可以與P麗信 號為同一個信號。驅動電路312可以為半橋驅動器，例如是麻薩諸塞州， 伍斯特市Allegro Microsystems公司的Allegro 3946。驅動電路312的輸出通過兩個電晶體318和320與馬達316連接，晶 體管318和320可以是MOSFET管，也可以是其它類型的電晶體。電晶體318 可以通過開關322和324與馬達316的任一個端子連接，同時電晶體320 可以通過開關326和328與馬達316的兩個端子中的一個連接。分流電阻 330連接在電晶體320和電接地之間。電阻330的高電位端通過放大器332 與微控制器310連接。電源334也設置在振動反饋電路308中，且提供來 自轉矩參考源336的最大轉矩參考信號，轉矩參考源336例如可以是線性 電位計比如線性電位計254。馬達316的半橋控制使得不需要續流二極體，因為驅動電路312產生 馬達接口電路信號，用於可選擇地操作馬達接口電路314以控制馬達316 的旋轉速度。更為具體地，給微控制器310提供變速控制信號338，用於通 過微控制器310調節馬達316的旋轉，變速控制信號338可以來自觸發電位計或者類似的部件。根據變速控制信號338，微控制器310產生供給驅動 電路312的P麗信號。響應於PWM信號，驅動電路312使電晶體318和320 導通或截止。在通常的操作過程中，電晶體318與電晶體320互補，以便當電晶體 320導通時，電晶體318截止。電晶體320被導通和截止的比率決定了馬達 316的速度。例如，馬達316的旋轉方向在反向開關的控制下由開關322、 324、 326和328的位置決定。當電晶體320處於導通狀態時，通過馬達316的電流通過電晶體320 和電阻330提供到電接地。這個電流與馬達316操作時的轉矩相關。因此， 電阻330高電位端的電壓與馬達316上的轉矩有關。馬達轉矩信號被放大 器332放大，且被提供給微控制器310。微控制器310比較被放大的馬達轉 矩信號和轉矩參考源336所設定的轉矩極限信號。可選擇不同類型轉矩極 限信號發生器提供的轉矩極限信號給微控制器310提供與通過馬達316的 電流相應的參考信號，此參考信號代表了為馬達316設置的最大轉矩。響應於微控制器310接收到超過馬達316的最大設定轉矩的馬達轉矩 信號，微控制器310就給驅動電路312輸出制動信號。根據制動信號，驅 動電路312將電晶體320處於截止狀態，且使電晶體318處於導通狀態。 這使再生電流能夠動態制動馬達316的旋轉。在動態制動過程中，馬達316上的轉矩減小，直到所感應的轉矩小於 馬達316所設定的最大轉矩。然後微控制器310使電晶體320返回導通狀 態，因而旋轉馬達316，並增大馬達316上的轉矩。這樣，馬達316在旋轉 和動態制動之間切換，引起工具振動，警告操作者己經到達轉矩極限。提 供振動反饋的有效頻率是30Hz。只要觸發開關被按下，致使該操作的轉矩 極限指示信號就繼續。可選擇地，可以對微控制器編程以產生轉矩極限指 示信號，用於持續固定的時間後停止以降低馬達超載(over-pulsed)的可 能性。在一個實施例中，利用如圖31所示的電路為鑽100提供振動反饋。振 動反饋電路340包括微控制器342、 H橋驅動電路344和馬達接口電路346。 4個M0SFET管348、 350、 352和354在H橋驅動電路344的控制下控制可 充電的電池組106給馬達232提供電能。分流電阻356設置在M0SFET管352、 354和電接地之間。電阻356高電位端的信號與馬達232產生的轉矩相對應。馬達轉矩信號被放大器電路358放大，並提供給微控制器342。放大器電路 358可以由如圖31所示的運算放大器執行。微控制器342比較馬達轉矩信 號和轉矩極限信號，然後在馬達轉矩信號等於或大於轉矩極限信號時產生 轉矩極限指示信號。轉矩極限指示信號可以為方波信號。在一個實施例中，微控制器342提供轉矩極限指示信號，在大約30Hz 頻率下其為具有至少200微秒截止的矩形信號。轉矩極限指示信號使驅動 電路344產生馬達接口控制信號，此控制信號斷開馬達232的動力，並且 將M0SFET管348、 350、 352和354連接在一起，以便馬達232線圈中的電 流通過馬達232流回去，從而動態制動馬達232。動態制動使馬達232停止。在下一個導通脈衝到來之前，微控制器使 信號反向，反向的信號輸入給H橋驅動器344的方向控制輸入端。因此， 矩形脈衝隨後的導通狀態使H橋驅動電路344操作H橋，使馬達232與可 充電電池組106連接，其極性與制動之前用於連接馬達232與可充電的電 池組106的極性相反。在30Hz頻率下制動/反轉/起動馬達的操作使工具振 動，從而提示操作者已經達到轉矩極限，同時防止鑽頭在離合操作過程中 連續旋轉。動態制動也可以在沒有反向所述信號的情況下使用。在另一個實施例中，可以產生固定持續時間的矩形波，例如10-20個 脈衝，以便馬達不會超載。而且，在矩形波的斷開時間，微控制器342可 以使方向控制信號反向並傳輸給H橋驅動器344，以便馬達232每一次以相 反的方向起動。這樣導致在離合過程中旋轉的淨輸出為O。另外，響應於指 示馬達232的反向運轉而不是正向運轉的馬達方向控制信號，微控制器342 可以禁用離合功能。圖32A和32B示出在工具中使用的電路的實施例，此電路不需要機械 觸頭。電路360包括光學速度控制開關362、正/反雙位開關364、微控制 器366、驅動電路368、 H橋電路370、馬達372、分流電阻374、馬達轉矩 信號放大器376和轉矩極限信號發生器378。在這個實施例中，電源通過H 橋電路370與馬達372連接，但是不再需要主觸頭、制動觸頭和旁路觸頭。 因此，這個實施例大大地減少了承受機械磨損和退化的部件數量。因為光 學速度控制開關362、微控制器366、驅動電路368、 H橋電路370和馬達 轉矩信號放大器376都可以用集成電路來實現，而且IC集成電路可以安裝 在同一印刷電路板上，並且獲得了先前的機械觸頭和可變信號電位計所佔據的空間。這種結構還使工具部件能夠布置在更為高效的幾何空間中。在電路360中，通過如上所述操作光學速度控制開關362,可以產生由 樞轉的觸發開關的反射面所引導的光學信號的反射所產生變速控制信號。 變速控制信號提供給微控制器366來處理。微控制器366可以是TI公司的 微控制器，且可以指定器件號為MSP430。用指令編程微控制器366產生P麗 脈衝，其具有響應於變速信號的大小的導通狀態。微控制器366給驅動電 路368提供P麗信號，以產生四個使電池與馬達372連接的馬達接口控制 信號。馬達372被驅動的方向由正/反雙位開關364的觸頭決定，通過該觸 頭向微控制器366提供信號。在電路360中，正/反雙位開關364的觸頭上 不需要有提供給馬達372的電流，因此正/反雙位開關364的觸頭可以比其 它系統中的觸頭小。也通過微控制器366給驅動電路368提供方向信號， 因此驅動電路368能夠對H橋電路370中的電流進行雙向控制。馬達轉矩信號放大器376從分流電阻374的高電位端給微控制器366 提供轉矩信號。轉矩極限信號發生器378可以用如上所述的電位計來實現， 以向微控制器366提供參考信號。當微控制器366確定馬達轉矩信號等於 或大於馬達轉矩極限時，微控制器366產生轉矩極限指示信號，以便驅動 電路368產生以振動的方式操作馬達372的馬達接口控制信號。對於TD340 驅動電路，由微控制器366產生的轉矩極限指示信號是矩形信號，其在大 約30Hz的頻率下具有至少大約200微秒的斷開狀態。雖然通過典型過程和系統部件的描述闡明本發明，雖然各種過程和部 件也己經相當詳細的描述，但是申請人不傾向於將後續的權利要求的保護 範圍限制為如此詳細。其它優點和修改對本領域技術人員來說是容易的。 因此本發明在範圍最大的方面不局限於已經示出和描述的特定的細節、實 施或闡述性的實施例。因此，在不脫離申請人的總發明構思的精神或範圍 的前提下可以偏離於這些細節。
權利要求
1、一種鉸接手持電動工具，包括頭部分，包括，頭殼體，可旋轉地定位在所述頭殼體內的鑽頭保持器，和可操作地將第一軸向力從鑽頭保持器傳遞給所述頭殼體的軸承構件；框架，可旋轉地與所述頭部分連接以相對於所述頭部分放置在多個位置，且可操作地與所述頭殼體連接以接收傳遞給所述頭殼體的所述第一軸向力；和鉸接齒輪傳動系統，用於在所述多個位置中的每一個位置將馬達產生的旋轉力傳遞給鑽頭保持器。
2、 根據權利要求1的手持電動工具，其中鉸接齒輪傳動系統包括具有錐齒 輪軸的錐齒輪，且所述框架形成為用於錐齒輪軸的支承表面。
3、 根據權利要求2的手持電動工具，還包括位於所述框架和所述錐齒輪之間的推力軸承。
4、 根據權利要求l的手持電動工具，還包括變速觸發開關，可操作地與馬達連接以可變地控制所述馬達的轉速， 且可在第一位置和第二位置之間的平面內移動，第一位置與第一馬達速度相應，第二位置與第二馬達速度相應；和手指平臺，靠近所述變速觸發開關位於該平面內。
5、 根據權利要求1的手持電動工具，還包括柱銷，位於所述鑽頭保持器內以從位於鑽頭保持器內的鑽頭接收第一 軸向力，且可操作地將第一軸向力從所述鑽頭傳遞給所述鑽頭保持器。
6、 根據權利要求5的手持電動工具，還包括外殼，容納所述框架的至少一部分，且可操作地與所述框架連接，以 便所述框架接收的所述第一軸向力傳遞給所述外殼。
7、 根據權利要求l的手持電動工具，還包括外殼，容納所述框架的至少一部分；和鉸接按鈕，可在第一位置和第二位置之間移動，在第一位置處鉸接按 鈕接觸所述外殼和所述頭殼體以限制所述頭殼體相對於所述外殼的旋轉， 在第二位置處鉸接按鈕不限制所述頭殼體相對於所述外殼的旋轉。
8、 根據權利要求7的手持電動工具，其中所述軸承構件可操作地將第二軸向力從鑽頭保持器傳遞給所述頭殼 體；並且所述鉸接按鈕被形成為將第二軸向力從所述頭殼體傳遞給所述外殼。
9、 根據權利要求7的手持電動工具，其中所述頭殼體包括第一多個齒； 所述鉸接按鈕包括第二多個齒；和所述外殼包括第三多個齒，其中當所述鉸接按鈕位於第一位置時，第 二多個齒與第一多個齒和第三多個齒嚙合，且當鉸接按鈕位於第二位置時， 第二多個齒僅與第一多個齒和第三多個齒之一嚙合。
10、 根據權利要求1的手持電動工具，其中所述頭殼體形成為限制鉸接 齒輪傳動系統的輸出小齒輪向遠離鉸接齒輪傳動系統的錐齒輪的方向移 動，所述頭部分還包括連接到所述頭殼體的支架，用於在小齒輪和錐齒輪之間的位置給輸出 小齒輪提供徑向支撐。
11、 根據權利要求1的手持電動工具，還包括外殼，與所述頭殼體接合且形成為容納和支撐所述框架的至少一部分； 間隙，位於頭殼體圍繞鉸接齒輪傳動系統的部分上，其使得所述頭殼體相對於外殼轉動；和防塵蓋，其比所述間隙更寬，以限制從手持電動工具的外部接近所述鉸接齒輪傳動系統。
12、 根據權利要求1的手持電動工具，還包括間隙，由所述頭殼體限定並且其尺寸能容納所述框架的一部分穿過；和防塵蓋，位於所述間隙的附近，以限制通過所述間隙接近。
13、 根據權利要求1的手持電動工具，還包括外殼，與所述頭殼體接合且形成為容納和支撐所述框架的至少一部分; 通道，位於所述頭殼體和外殼之間；和 防塵蓋，形成為滑動地安裝在所述通道內。
14、 根據權利要求13的手持電動工具，還包括 位於所述頭殼體上的第一防塵蓋行程限制器，當所述框架相對於所述頭部分從多個位置中的第一位置旋轉到多個位置中的第二位置時，第一防 塵蓋行程限制器在所述通道內移動所述防塵蓋；和位於所述外殼上的第二防塵蓋限制器，當所述框架相對於所述頭部分 從多個位置中的第一位置旋轉到多個位置中的第三位置時，第二防塵蓋限 制器防止所述防塵蓋移動越過所述第二防塵蓋限制器，多個位置中的第三 位置和多個位置中的第二位置位於多個位置中的第一位置的相反側。
15、 根據權利要求13的手持電動工具，還包括鉸接制動系統，包括彈簧加載的帶齒按鈕，該按鈕在鎖定位置或未按 壓位置與所述頭殼體和外殼中的相配的帶齒座接合，而在未鎖定位置或按 壓位置僅與所述頭殼體接合，從而允許所述頭部分相對於外殼移動或旋轉， 所述制動系統與鉸接齒輪傳動系統的錐齒輪同心。
16、 根據權利要求1的手持電動工具，其中所述鉸接齒輪傳動系統包括 馬達側小齒輪，輸出側小齒輪；和錐齒輪，具有與電源側小齒輪和輸出側小齒輪嚙合的第一側、和被推 力軸承支撐的第二側。
17、 根據權利要求16的手持電動工具，其中所述推力軸承由浸油青銅製 成。
18、 一種在鉸接電動工具中傳遞軸向力的方法，包括-將軸向力從鑽頭保持器傳遞給軸承構件，鑽頭保持器可旋轉地位於工具的頭殼體中；將所述軸向力從軸承構件傳遞給所述頭殼體；和將所述軸向力從所述頭殼體傳遞給主殼體，其中所述頭殼體可以相對於所述主殼體旋轉。
19、 根據權利要求18的方法，還包括將軸向力從鑽頭傳遞給位於所述鑽頭保持器內的柱銷。
20、 根據權利要求18的方法，其中將所述軸向力從頭殼體傳遞給主殼體 的步驟包括-將所述軸向力從頭殼體傳遞給至少部分地容納在所述主殼體內的框 架，和將所述軸向力從框架傳遞給所述主殼體。
21、 根據權利要求18的方法，其中將所述軸向力從頭殼體傳遞給主殼體 的步驟包括將所述軸向力從頭殼體傳遞給鉸接按鈕；和 將所述軸向力從鉸接按鈕傳遞給所述主殼體。
22、 根據權利要求18的方法，其中將所述軸向力從頭殼體傳遞給主殼體 的步驟包括將所述軸向力的第一部分從頭殼體傳遞給至少部分地容納在所述主殼 體內的框架；將所述軸向力的第一部分從框架傳遞給所述主殼體； 將所述軸向力的第二部分從頭殼體傳遞給鉸接按鈕；和 將所述軸向力的第二部分從鉸接按鈕傳遞給所述主殼體。
全文摘要
本發明是鉸接手持電動工具(100)，其具有包括頭殼體、可旋轉定位於所述頭殼體的鑽頭保持器(130)、和可操作地將第一軸向力從鑽頭保持器傳遞給所述頭殼體的軸承構件(132)的頭部分(104)。框架(190)可旋轉地與所述頭部分連接，用於相對於所述頭部分放置在若干位置，且可操作地與所述頭殼體連接以接收傳遞給所述頭殼體的所述第一軸向力。所述工具還包括鉸接齒輪傳動系統(180)，用於在所述若干個位置中的每一個位置上將馬達產生的旋轉力傳遞給鑽頭保持器。
文檔編號B25F5/02GK101300111SQ200680040661
公開日2008年11月5日 申請日期2006年11月3日 優先權日2005年11月4日
發明者D·波日蓋, H·克龍多費爾, J·B·弗雷澤 申請人:羅伯特·博世有限公司