專利名稱:低振動打磨機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本說明書涉及振動衰減，特別地，涉及一種具有柔性頂部手柄的低振動打磨機(jī)。
背景技術(shù)：
動力工具和其他動力設(shè)備能在運(yùn)行過程中產(chǎn)生相當(dāng)大的振動。動力工具，例如，包括往復(fù)和/或旋轉(zhuǎn)部分，例如，電機(jī)、風(fēng)機(jī)葉片、鉆頭(bits)、輪盤以及皮帶，其能使工具在 運(yùn)行過程中振動。握住所述工具的操作員會因?yàn)楣ぞ叩恼駝佣軌蚱?、勞苦或受傷?br>展示在運(yùn)行過程中振動的動力工具的一個例子是一種任意軌道的打磨機(jī)，其能用 于希望獲得沒有刮擦和旋轉(zhuǎn)痕跡的光滑表面的各種應(yīng)用中。這些應(yīng)用一般包括木材加工應(yīng) 用，例如家具建造或車體修理應(yīng)用，僅列舉很少幾個。
任意軌道的打磨機(jī)一般包括機(jī)床工作臺(platen)，其由電機(jī)驅(qū)動的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)驅(qū) 動。所述機(jī)床工作臺一般由偏心地安裝在驅(qū)動轉(zhuǎn)軸上的能夠自由旋轉(zhuǎn)的軸承驅(qū)動。驅(qū)動轉(zhuǎn) 軸的旋轉(zhuǎn)使機(jī)床工作臺圍繞所述驅(qū)動轉(zhuǎn)軸運(yùn)轉(zhuǎn)，同時軸承內(nèi)的摩擦力以及連接到所述機(jī)床 工作臺的打磨圓盤上的可變載荷會使機(jī)床工作臺還圍繞所述偏心軸承旋轉(zhuǎn)，因此將“任意 的”軌道運(yùn)動傳送到所述機(jī)床工作臺。該任意軌道的打磨機(jī)通常還包括風(fēng)機(jī)構(gòu)件，其由電機(jī) 的輸出軸驅(qū)動。該風(fēng)機(jī)構(gòu)件適合于通過形成在所述機(jī)床工作臺中的開口將由打磨動作產(chǎn)生 的灰塵和碎屑向上吸并且進(jìn)入到過濾器或其他類似的灰塵收集容器中。
一個現(xiàn)有技術(shù)的任意軌道的打磨機(jī)公開于美國專利申請序列號為11/103,928 中，其整個公開內(nèi)容全部以參考的方式結(jié)合于此。在上下文中，描述任意軌道的打磨機(jī) 的'928應(yīng)用的較短的一部分在此得以重復(fù)。參考圖9，任意軌道的打磨機(jī)10—般包括殼 體12，該殼體12包括在其下端的雙件的上部殼體部分13以及雙件的護(hù)罩14?；覊m罐16被 可移除地連接到護(hù)罩14，用于收集由在使用打磨機(jī)的過程中產(chǎn)生的灰塵和其他粒子物質(zhì)。 具有能夠釋放地粘結(jié)到一件砂紙19的機(jī)床工作臺18布置在護(hù)罩14的下面。機(jī)床工作臺 18適合于通過布置在上部殼體13內(nèi)的電機(jī)受到旋轉(zhuǎn)驅(qū)動并且處于任意的軌道型式中。電 機(jī)(示于圖10)通過合適的打開/關(guān)閉開關(guān)20得以打開和關(guān)閉，其中所述打開/關(guān)閉開關(guān) 20能夠在抓緊打磨機(jī)的上端部22時通過一只手的手指容易地得以控制。上端部還包括周 向形成的開口 26，該開口 26與電源線能穿過延伸的開關(guān)20的開口相對。
護(hù)罩14能被旋轉(zhuǎn)地耦接到上部殼體部分13以使護(hù)罩14，因此灰塵罐16的位置， 能為了操作員的操作得以調(diào)節(jié)。護(hù)罩部分14還包括多個開口 28(在圖9中僅能看到其中 的一個)，通過這些開口 28，打磨機(jī)內(nèi)由電機(jī)驅(qū)動的冷卻風(fēng)扇能吸入到殼體12的內(nèi)部區(qū)域 并且沿著殼體12的內(nèi)部區(qū)域排出空氣以幫助冷卻電機(jī)。
現(xiàn)在參考圖10，電機(jī)能被看到并且被一般由附圖標(biāo)記30表示。電機(jī)30包括具有 與其有關(guān)的輸出軸34的電樞32。輸出軸或驅(qū)動轉(zhuǎn)軸34被耦接到結(jié)合電機(jī)冷卻和灰塵收集 風(fēng)機(jī)36。特別地，風(fēng)機(jī)36包括盤狀構(gòu)件，其具有形成在其頂部和底部表面上的動葉片36。 形成在風(fēng)機(jī)頂部表面上的動葉片36a用作電機(jī)的冷卻風(fēng)機(jī)，并且形成在風(fēng)機(jī)底部表面上的 動葉片36b用作灰塵收集系統(tǒng)的灰塵收集風(fēng)機(jī)。形成在機(jī)床工作臺18中的開口 18a允許 風(fēng)機(jī)36b通過砂紙19中的對準(zhǔn)開口 19a將打磨灰塵向上吸入到灰塵罐16中以便因此有助于保持打磨灰塵的表面干凈。機(jī)床工作臺18經(jīng)由延伸過機(jī)床工作臺18中的開口 18b的多 個帶螺紋的螺釘38(在圖10僅看到其中的一個)被固定到軸承固定器40。軸承固定器40 承載被軸頸連接到形成于風(fēng)機(jī)構(gòu)件36的底面上的偏心柄軸(arbor) 36c的軸承42。軸承組 件經(jīng)由帶螺紋的螺釘44和墊圈46被固定到柄軸36c。將注意到軸承42被偏心地布置到 電機(jī)的輸出軸34，其因此在機(jī)床工作臺18被電機(jī)30驅(qū)動時將軌道運(yùn)動傳送到機(jī)床工作臺 18。
還參照圖10，制動構(gòu)件48布置在護(hù)罩14的下表面50和機(jī)床工作臺18的上表面 52之間。制動構(gòu)件48可包括環(huán)形的環(huán)狀密封構(gòu)件，其有效密封護(hù)罩14的下表面50和機(jī)床 工作臺18的上表面52之間較小的周向距離。
參照圖11，制動構(gòu)件48包括具有一般為平面的上表面56的基座部分54、形成在 基座部分54的外圓周周圍的凹槽58、具有優(yōu)選大約為0. 15毫米的截面厚度的柔性向外張 開壁部分60以及擴(kuò)大的最外的邊緣部分62。凹槽58接合護(hù)罩14的向內(nèi)延伸的唇部66的 邊緣部分64，其將制動構(gòu)件48固定到唇部66。在圖10和11中，最外的邊緣部分62被圖 示為支撐在被固定到機(jī)床工作臺18的背面52的選擇為金屬(例如，不銹鋼)圓環(huán)61。另 夕卜，機(jī)床工作臺18的整個背面可覆蓋有金屬或不銹鋼板。盡管是可選擇的，但是不銹鋼的 圓環(huán)或板61能用來基本消除如果最外的邊緣部分62直接支撐在其上而會在機(jī)床工作臺18 的上表面52上受到的磨損。

實(shí)用新型內(nèi)容

在第一個一般方面，動力工具包括工具體，該工具體在動力工具運(yùn)行過程中遭受 振動。動力工具還包括適合于被動力工具的操作員抓緊的手柄，用于控制動力工具的運(yùn)動， 以及至少一個耦接構(gòu)件，在此每個耦接構(gòu)件包括耦接到工具體的第一端部和耦接到所述手 柄的第二端部以及所述第一端部和第二端部之間的縱軸。
實(shí)施方式可包括一個或多個以下特征。例如，手柄可包括面向遠(yuǎn)離所述工具體的 頂面并且能適合于安裝到操作員的手掌中，以使操作員能用單手抓緊手柄以控制動力工具 的運(yùn)動和運(yùn)行。動力工具可包括適合于接收用于打磨工件的研磨材料的打磨機(jī)床工作臺和 耦接到打磨機(jī)床工作臺并且適合于在操作員抓緊所述手柄時使機(jī)床工作臺移動的電機(jī)。該 電機(jī)適合于使機(jī)床工作臺在任意軌道運(yùn)動中移動。打磨機(jī)床工作臺適合于接收打磨工件的 研磨材料，并且所述工具可包括耦接到打磨機(jī)床工作臺的風(fēng)機(jī)和孔口，該孔口適合于接收 通到工具體內(nèi)以驅(qū)動風(fēng)機(jī)并在操作員抓緊手柄時使打磨機(jī)床工作臺運(yùn)動的氣流。
在動力工具運(yùn)行過程中，工具體能以主振動頻率振動，并且當(dāng)被操作員的手抓緊 時手柄的第一級的橫向振動模式的固有頻率比主振動頻率低。在動力工具運(yùn)行過程中，工 具體能以主振動頻率振動，并且當(dāng)被操作員的手抓緊時手柄的第二級的橫向振動模式的固 有頻率比主振動頻率低。至少一個耦接構(gòu)件可包括彈性材料以使耦接構(gòu)件對振動的集體響 應(yīng)的特征是集體的彈簧常數(shù)(collective spring constant)，其中集體的彈簧常數(shù)除以手 柄質(zhì)量的總和的平方根小于工具體在動力工具運(yùn)行過程中振動的主振動頻率。手柄在動力 工具正常的運(yùn)行過程中可以從和工具體的接觸中分開。工具體可包括從所述工具體橫向延 伸的第一凸緣，所述手柄可包括大致平行于所述第一凸緣延伸的第二凸緣，第一凸緣大致 位于所述第二凸緣和所述手柄之間。[0014]在另一個一般的方面，電動打磨工具包括工具體、打磨機(jī)床工作臺、手柄以及至少 一個耦接元件。工具體在動力工具運(yùn)行過程中經(jīng)受振動。打磨機(jī)床工作臺適合于用于打磨 工件的研磨材料。手柄適合于由動力工具的操作員的手抓緊，用于控制動力工具的運(yùn)動。每 個耦接構(gòu)件包括耦接到所述工具體的第一端部和耦接到所述手柄的第二端部以及在所述 第一端部和第二端部之間的縱軸。在動力工具運(yùn)行過程中，工具體以主振動頻率振動，并且 當(dāng)由操作員的手抓緊時手柄的第一級的橫向振動模式的固有頻率低于主振動頻率。
實(shí)施方式可包括一個或更多的以下特征。例如，手柄可包括面向遠(yuǎn)離所述工具體 的頂面并且能適合于安裝到操作員的手掌中，以使操作員能用單手抓緊手柄以控制動力工 具的運(yùn)動和運(yùn)行。動力工具可包括耦接到打磨機(jī)床工作臺和適合于當(dāng)操作員抓緊手柄時使 機(jī)床工作臺運(yùn)動的電機(jī)，并且所述電機(jī)適合于使機(jī)床工作臺在任意軌道運(yùn)動中移動。所述 工具可包括耦接到打磨機(jī)床工作臺的風(fēng)機(jī)和適合于接收氣流的孔口，該孔口通到所述工具 體內(nèi)以驅(qū)動風(fēng)機(jī)并且當(dāng)操作員抓緊手柄時使打磨機(jī)床工作臺運(yùn)動。所述電機(jī)可適合于使機(jī) 床工作 臺在任意軌道運(yùn)動中運(yùn)動。
在動力工具運(yùn)行過程中，工具體能以主振動頻率振動，并且當(dāng)被操作員的手抓緊 時手柄的第二級的橫向振動模式的固有頻率比主振動頻率低。手柄在第一和第二級的振動 模式下的位移可大致橫向于細(xì)長的耦接構(gòu)件的縱軸。耦接構(gòu)件可包括彈性材料，并且耦接 構(gòu)件對振動的集體響應(yīng)的特征在于集體的彈簧常數(shù)，在此集體的彈簧常數(shù)除以手柄質(zhì)量的 總和的平方根小于工具體在動力工具運(yùn)行過程中振動的主振動頻率。工具體可包括從所述 工具體橫向延伸的第一凸緣，所述手柄可包括大致平行于所述第一凸緣延伸的第二凸緣， 第一凸緣大致位于所述第二凸緣和所述手柄之間，手柄在動力工具正常的運(yùn)行過程中從和 工具體的接觸中分開。
一個或更多實(shí)施方式的細(xì)節(jié)在附圖和以下描述中予以闡述。其他特征在說明和附 圖以及權(quán)利要求
中將會變得顯而易見。


圖1是示例性動力工具的頂部透視圖；
圖2是沿著線2-2得到的圖1的動力工具的示意性的橫截面視圖，在此所述工具 具有耦接構(gòu)件，其將手柄耦接到所述工具體；
圖3是圖1所示的動力工具的示意性的頂部側(cè)視圖，其中移除了手柄，并且耦接構(gòu) 件從動力工具體的頂面向上延伸；
圖4是包括工具手柄和耦接構(gòu)件的系統(tǒng)模型的示意圖，其中所述手柄被模制為具 有質(zhì)量為m的剛性體，所述耦接構(gòu)件被集體地模制為具有彈簧常數(shù)為k的無質(zhì)量的彈簧，并 且所述工具體被模制為沿著一個方向以ω的頻率振蕩的塊體；
圖5Α是表示從任意軌道打磨機(jī)的原型記錄的振動數(shù)據(jù)的示意圖，其中所述任意 軌道打磨機(jī)具有通過耦接構(gòu)件被連接到打磨機(jī)體的振動衰減手柄；
圖5Β是表示從標(biāo)準(zhǔn)的任意軌道打磨機(jī)記錄的振動數(shù)據(jù)的示意圖，其中所述標(biāo)準(zhǔn) 的任意軌道打磨機(jī)具有被剛性地連接到打磨機(jī)體的手柄；
圖6是具有將手柄耦接到工具體的耦接構(gòu)件的動力工具的示意性的橫截面視圖；
圖7是具有將手柄耦接到工具體的耦接構(gòu)件的動力工具的另一實(shí)施方式的示意性透視圖；
圖8是將手柄耦接到動力工具體的耦接構(gòu)件的示意性橫截面視圖；
圖9是現(xiàn)有技術(shù)的任意軌道的打磨機(jī)的透視圖；
圖10是沿著線8-8得到的圖9的打磨機(jī)的橫截面視圖；
圖11是根據(jù)圖10中的圓形區(qū)域9中的制動構(gòu)件、護(hù)罩和機(jī)床工作臺的一部分的 放大的局部視圖。
具體實(shí)施方式
圖1是示例性的動力工具100的透視頂部側(cè)視圖。動力工具100將在任意軌道的 打磨機(jī)的上下文中予以介紹并且被稱為打磨機(jī)100，但是應(yīng)當(dāng)理解到其可以是在運(yùn)行時顯 示某種振動的其他類型的動力工具(例如，軌道打磨機(jī)(其有時被稱為“分成四部分”打磨 機(jī))、緩沖器、磨光機(jī)、拋槽機(jī)以及研磨機(jī))，并且還可認(rèn)為用于在此描述的實(shí)施方式。
在圖1所示的例子中，如上所述，動力工具100可以是包括主體102和軌道機(jī)構(gòu) 104的任意軌道的打磨機(jī)。軌道機(jī)構(gòu)104布置在主體102的下面，用于收集在運(yùn)行過程中產(chǎn) 生的灰塵罐106可連接到主體102。
軌道機(jī)構(gòu)104適合于通過布置在主體102內(nèi)的電機(jī)112 (示于圖2)得以旋轉(zhuǎn)驅(qū)動 并且處于任意的軌道模式。電機(jī)112可通過合適的打開/關(guān)閉開關(guān)114被打開和關(guān)閉。在 一個實(shí)施方式中，電機(jī)112的速度能通過觸發(fā)開關(guān)116得以控制，其中所述觸發(fā)開關(guān)可被 耦接到電位計(jì)，該電位計(jì)控制用來驅(qū)動電機(jī)112的電功率數(shù)量。觸發(fā)開關(guān)116例如可以是 具有一般被形成為與用戶手掌一致的踏板型的促動器構(gòu)件117的踏板開關(guān)。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn) 識到，觸發(fā)開關(guān)116還可包括打開/關(guān)閉開關(guān)114。打磨機(jī)100可以是帶線的打磨機(jī)并且 可包括電源線18，用于將打磨機(jī)連接到電源(例如，AC電力網(wǎng)供電)從而給主體102內(nèi)的 電機(jī)112提供電能。在另一實(shí)施方式中，打開/關(guān)閉開關(guān)114或觸發(fā)開關(guān)116可以是多位 置開關(guān)以在分立階段控制供給到電機(jī)的功率量，其反過來能控制打磨機(jī)運(yùn)行的速度、頻率、 力、振幅(或其他的物理參數(shù))。在另一實(shí)施方式中，觸發(fā)開關(guān)116可以使供給電機(jī)的電量 在可能的功率范圍內(nèi)連續(xù)變化。
軌道機(jī)構(gòu)104支持墊臺或機(jī)床工作臺108，其適合于固定用戶希望在工件上使用 的砂紙或其他研磨材料(例如，拋光或磨光的機(jī)床工作臺)。機(jī)床工作臺108可配置有壓敏 粘合劑或鉤-環(huán)結(jié)構(gòu)用于接收一張砂紙。機(jī)床工作臺108可包括孔，穿過該孔打磨灰塵能 從工件的表面被排出并且排放到收集單元(例如，灰塵袋或灰塵罐)106。另外，機(jī)床工作 臺108可以不包括孔。機(jī)床工作臺108具有外周邊，其大致限定了由機(jī)床工作臺支撐的砂 紙或其他材料的尺寸。根據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)140，機(jī)床工作臺108位于由坐標(biāo)系統(tǒng)的X和Y軸限定 的平面內(nèi)，并且Z軸垂直于機(jī)床工作臺的底面。
圖2是圖1所示的打磨機(jī)100的示意性橫截面視圖。電機(jī)112可以是具有轉(zhuǎn)子 200的電子整流的電機(jī)，其中所述轉(zhuǎn)子具有與其有關(guān)的輸出軸，軌道機(jī)構(gòu)104能以傳統(tǒng)的 方式耦接于輸出軸，例如公開于美國專利號5，392，568中或者公開于美國專利申請序列號 11/103,928中的方式，兩個申請的內(nèi)容為此以參考的方式結(jié)合于此。電機(jī)112例如可以是 被稱為無刷DC電機(jī)類型的電子整流電機(jī)(當(dāng)觀察電機(jī)完全旋轉(zhuǎn)一圈時，因?yàn)殡娮诱鳟a(chǎn)生 激勵電機(jī)的AC波形，這里有點(diǎn)用詞不當(dāng))。電機(jī)112還可以是例如被稱為用正弦波形激勵的AC同步電機(jī)類型的電子整流電機(jī)。
電機(jī)112包括定子204，其具有圍繞疊片結(jié)構(gòu)208的多個繞組206。疊片結(jié)構(gòu)208 以傳統(tǒng)的方式形成并且可以是單層或多層。轉(zhuǎn)子200包括布置在其周邊212周圍的多個磁 鐵210。位置傳感器214可安裝在圍繞轉(zhuǎn)子200的主體102中以檢測轉(zhuǎn)子200的角位置。 位置傳感器214例如可以是霍爾效應(yīng)傳感器，其具有圍繞轉(zhuǎn)子200間隔120度的三個位置 傳感器。在一實(shí)施方式中，打磨機(jī)100可包括機(jī)械制動構(gòu)件，例如在美國專利號5，392，568 中描述的那種類型的制動構(gòu)件218和對應(yīng)的環(huán)216 (在圖2中表示為虛線)。制動構(gòu)件218 是柔性構(gòu)件，其在打磨機(jī)100運(yùn)行過程中接觸軌道機(jī)構(gòu)104的背部上的環(huán)216以限制機(jī)床 工作臺108的旋轉(zhuǎn)速度。
在打磨機(jī)100的另一實(shí)施方式中，不是通過電機(jī)提供動力，打磨機(jī)是通過液體流 (例如，空氣或水)被氣動，其中所述液體流進(jìn)入工具的主體102以提供能量來驅(qū)動風(fēng)動機(jī) 或水動機(jī)。在氣動實(shí)施方式中，電源線118可以被替換為空氣管或水管，并且主體102內(nèi)的 電機(jī)112可被替換為風(fēng)動機(jī)或水動機(jī)。
當(dāng)通電時，電機(jī)112可驅(qū)動動力工具100的主體102內(nèi)的旋轉(zhuǎn)、振蕩、往復(fù)、振動或 其他運(yùn)動構(gòu)件。例如，電機(jī)112的轉(zhuǎn)子200可被耦接到軌道機(jī)構(gòu)104以在任意軌道中驅(qū)動 軌道機(jī)構(gòu)和機(jī)床工作臺108。許多實(shí)施方式中使用的電機(jī)一般以高頻率運(yùn)行。例如，在任意 軌道的打磨機(jī)100的實(shí)施例中，電機(jī)驅(qū)動主體102內(nèi)的風(fēng)機(jī)以及以大約12000rpm的頻率驅(qū) 動主體外部的軌道機(jī)構(gòu)104，以使機(jī)床工作臺108經(jīng)受頻率為大約12000rpm的軌道運(yùn)動。 然而，這是一般的任意軌道打磨機(jī)，其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的頻率可以接近零，以使機(jī)床工作臺108上 的研磨粒子以任意軌道運(yùn)動運(yùn)行從而減小工件上的旋轉(zhuǎn)痕跡。
動力工具100還包括手柄部分250，其可由用戶抓緊以控制動力工具的運(yùn)行以及 其和工件的相互作用。動力工具的手柄250可以是人機(jī)工程形狀，以使其能被用戶的手容 易地抓緊。例如，手柄250可具有表面區(qū)域，其具有稍大于一般操作員手掌大小的尺寸。手 柄的上表面252(即，面向遠(yuǎn)離機(jī)床工作臺108的表面)可被成形為合適地安裝在操作員手 掌中同時還允許操作員的手指圍繞手柄的側(cè)表面254，以使操作員能舒適地抓緊手柄。在一 實(shí)施方式中，上表面252被形成為具有弓形的橫截面，其一般和用戶手掌一致，側(cè)表面254 朝向主體102向后彎曲。用戶因此能通過握住用戶手掌中的手柄250的上表面252并且用 在邊254之下延伸的用戶的手指抓緊邊254從而夾緊打磨機(jī)100。盡管打磨機(jī)100的上表 面252在圖1-2中被表示為一般為圓形(當(dāng)從頂部看時)，但是應(yīng)當(dāng)理解到上表面252能具 有其他形狀，例如卵形、淚珠形、橢圓形等。手柄250的上表面252的形狀允許用戶在抓緊 打磨機(jī)100時保持用戶的手相對打開。
總的來說，手柄250可以成形為或另外形成為便于通過操作員的手抓緊動力工具 100。例如，手柄250 —般圍繞一個或多個軸對稱，或者例如所述手柄可具有圍繞軸呈非對 稱的輪廓，從而提供特定的外形特征以適合操作員手指的位置。更一般地說，手柄250可具 有適合于操作員操作動力工具100并且舒適的形狀以及可以在操作員抓緊時提供對所述 工具的充分控制。手柄250可以通過例如吹塑或噴射模制的制造技術(shù)使用例如硬塑料(例 如，丙烯腈丁二烯苯乙烯)或任何其他合適的硬材料制成。而且，所有或部分的手柄250可 包覆有或另外覆蓋有彈性或人造橡膠材料(例如，橡膠、氯丁橡膠或硅基凝膠體)以改進(jìn)操作員在手柄上抓緊的舒適性。
如下更詳細(xì)的解釋，不是手柄250被剛性地連接到打磨機(jī)100的主體102，而是手柄250能通過一個或更多半剛性、彈性的耦接構(gòu)件260被松散地耦接到所述主體。因?yàn)樗?散地耦接，因此當(dāng)主體102保持靜止時手柄250能稍微偏移，或相反，當(dāng)主體振動時手柄250 能保持相對靜止。因此，手柄250和主體102之間的松散耦接能在運(yùn)行動力工具100時減小 由操作員受到的振動運(yùn)動的幅度。圖2表示兩個耦接構(gòu)件260，其將手柄250耦接到主體， 但是在另一實(shí)施方式中，圖2所示的耦接構(gòu)件260是環(huán)形的單個耦接構(gòu)件的橫截面視圖。
手柄250和耦接構(gòu)件260被設(shè)計(jì)成抑制振動從動力工具100的主體102傳送到夾 緊所述手柄的操作員的手。手柄250通過能彎曲并返回到它們的原始形狀和方向的一個或 多個彈性耦接構(gòu)件260被耦接到工具主體102。耦接構(gòu)件260可以是，例如，一般為圓柱形 的并且可以由一個或更多彈性材料做成，例如能彎曲并返回到它們的原始位置的鋼、鋁、硬 塑料、碳或玻璃纖維。耦接構(gòu)件260例如通過在噴射或吹模過程中使所述手柄和耦接構(gòu)件 形成在一起可集成于手柄250。另外，耦接構(gòu)件260可以是單獨(dú)的部件，通過將耦接構(gòu)件260 的頂端240搭扣配合到手柄中的凹陷中、通過將頂端粘結(jié)到手柄或通過將頂端240螺紋連 接到手柄250來將單獨(dú)的部件耦接到手柄250。同樣地，耦接構(gòu)件260的底端242可被構(gòu)造 成集成于主體102或可以是通過將底端搭扣配合、膠粘或螺紋連接到主體中而被固定到主 體的單獨(dú)部件。
圖3是圖2所示的動力工具100的示意性頂部視圖，其中移除了手柄250并且耦 接構(gòu)件260a、260b、260c以及260d從所述動力工具的主體102的頂面向上延伸。耦接構(gòu)件 260a.260b.260c以及260d可被布置成對稱或非對稱，并且沿著一個方向(例如，y方向) 的耦接構(gòu)件260a、260b、260c以及260d之間的間隔不同于沿著另一方向(例如，χ方向)的 耦接構(gòu)件260a、260b、260c以及260d之間的間隔。
因?yàn)槭直?50被連接到受到振動的動力工具的主體102，因此例如通過主體102內(nèi) 的移動部件產(chǎn)生的振動能從主體傳送到手柄。然而，在通過耦接構(gòu)件260將手柄252耦接 到主體102的情況下，當(dāng)操作員夾緊手柄并操作所述工具時從動力工具主體102傳送到操 作員手的振動幅度與當(dāng)操作手柄被剛性連接到工具主體的動力工具時受到的振動幅度相 比得以減小。例如，當(dāng)主體102沿著與耦接構(gòu)件260的縱軸垂直的方向(即，平行于機(jī)床工 作臺108的底面)振動時，來自主體的振動能通過耦接構(gòu)件260傳送到手柄250并且使手 柄也沿著橫向方向振動。
圖4是包括手柄250和耦接構(gòu)件260的系統(tǒng)模塊的示意圖，其中所述手柄被模制 成質(zhì)量為m的剛性體402，耦接構(gòu)件被集體地模制為彈簧常數(shù)為k的無質(zhì)量的彈簧404，并 且主體被模制為沿著一個方向以ω的頻率振蕩的塊體406。在該模型中，剛性體振動的最 低級模式的固有頻率00是4^，以使在塊體406的運(yùn)動和剛性體402的運(yùn)動之間存在共 振的條件，并且當(dāng)ω = (Oci時，從振蕩塊體406傳送到剛性體402的振動幅度最大。當(dāng)ω > 時，傳送的振蕩的幅度得以減小。
再次參照圖2，為了減小從動力工具100的主體102傳送到手柄250的振動幅度， 手柄和耦接構(gòu)件260的物理特性可被選擇成以使手柄具有預(yù)定的振動模式，該振動模式具 有當(dāng)動力工具100運(yùn)行時沒有和主體102的振動運(yùn)動共振的共振或固有頻率。手柄250的 振動模式，以及它們的固有頻率，取決于以下特性，例如手柄和耦接構(gòu)件的質(zhì)量；手柄和耦接構(gòu)件的慣性動量、重心和形狀；耦接構(gòu)件的模數(shù)或強(qiáng)度，耦接構(gòu)件的數(shù)量以及彼此的相對位置。當(dāng)通過操作員的手夾緊時，操作員的手的質(zhì)量在確定振動模式的固有頻率中具有 一定作用。耦接構(gòu)件260的強(qiáng)度特性可由以下影響，例如耦接構(gòu)件的材料、構(gòu)件的長度以 及構(gòu)件的橫截面區(qū)域。
因此，在一個實(shí)施方式中，通過耦接構(gòu)件260耦接到主體102的手柄250的振動的 第一級模式、還可選擇為第二模式的固有頻率能被選擇成(例如通過合適地選擇耦接構(gòu)件 260和手柄250的物理參數(shù))小于在運(yùn)行過程中動力工具100的預(yù)定振動頻率。第一和第 二級模式的激勵能大致將能量傳送到手柄250，這些模式一般是手柄中的振動能量的主要 來源。因此，第一和第二級模式的固有頻率下的手柄250的振動優(yōu)選得以避免。
在運(yùn)行過程中動力工具100的預(yù)定振動頻率可以是，例如，在載荷或無載荷條件 下的動力工具100的振動的頻率或頻率范圍。在一個實(shí)施方式中，當(dāng)動力工具100是包括 軌道機(jī)構(gòu)104的任意軌道的打磨機(jī)時，預(yù)定頻率可以是當(dāng)機(jī)床工作臺108上的研磨材料110 接觸并將力傳送到工件時和/或當(dāng)工具自由旋轉(zhuǎn)且沒有接觸工件時打磨機(jī)進(jìn)行振動的典 型頻率或頻率范圍。
通過使耦接構(gòu)件260和手柄250具有比動力工具100在載荷下運(yùn)行時的振動頻率 或振動頻率范圍小的振動的第一和第二級固有頻率，手柄中的振動能量會在當(dāng)動力工具在 工件上運(yùn)行時得以減小。另外，耦接構(gòu)件260和手柄250的系統(tǒng)的振動的第一和第二級固 有頻率小于當(dāng)所述工具在沒有載荷或當(dāng)所述工具加載荷兩種情況下沒有加載荷時或運(yùn)轉(zhuǎn) 時動力工具100的振動的頻率或振動的頻率范圍。
圖5A是表示將主體102中的振動能量結(jié)合到手柄250中的振動能量作為原型動 力工具100的頻率函數(shù)的數(shù)據(jù)圖，其中所述手柄250通過半柔性的、彈性耦接構(gòu)件260耦接 到主體102。水平比例是線性的但是使用了任意單位。動力工具100的正常操作頻率在大 約140到180個單位的范圍內(nèi)，如圖所示(例如，附圖標(biāo)記500所示)，并且手柄250和耦接 構(gòu)件260的物理參數(shù)可被選擇成以使當(dāng)被用戶抓緊時手柄的振動模式的固有頻率可小于 當(dāng)在一般操作條件下使用時所述工具的正常運(yùn)行頻率的范圍。例如，手柄沿著χ方向振動 的手柄的振動模式中的能量由圖曲線502表示，其表示在大約85個單位的第一級的固有頻 率下，相對較大的能量從主體102內(nèi)的運(yùn)動部分(例如，電機(jī)112)結(jié)合到手柄250。然而， 在正常的運(yùn)行頻率(由附圖標(biāo)記500表示)范圍下，相對較少的能量被結(jié)合到手柄250。同 樣地，手柄沿著y方向振動的手柄的振動模式中的能量由圖曲線504表示，其表示在大約85 個單位的第一級的固有頻率下，相對較大的能量從主體102結(jié)合到手柄250，但是在正常運(yùn) 行頻率(由附圖標(biāo)記500表示)的范圍下，相對較少的能量被結(jié)合到所述手柄。手柄沿著Z 方向振動的手柄的振動模式中的能量由曲線506表示，其表示第一級的固有頻率發(fā)生在大 約85個單位處，使相對較大的能量從主體102結(jié)合到Z方向的振動運(yùn)動中。因此，可以從 圖曲線502、504以及506看出，當(dāng)動力工具100起動并且加速到其正常運(yùn)行頻率時，其越過 共振條件，在該共振條件中相對較大量的能量從主體102中的振動結(jié)合到手柄250中的振 動運(yùn)動。然而，在工具100抵達(dá)其正常運(yùn)行頻率500的范圍時，從主體102結(jié)合到手柄250 的能量的量大大降低。
圖5B是表示將主體中的振動能量結(jié)合到手柄中的振動能量作為標(biāo)準(zhǔn)動力工具的 頻率函數(shù)的數(shù)據(jù)圖，其中沒有包括半柔性的、彈性耦接構(gòu)件260，但是其中所述手柄集成到類似于美國專利申請序列號11/103,928中描述的結(jié)構(gòu)中的主體。從主體中的一個或多個 運(yùn)動部分結(jié)合到沿著χ方向振動的手柄的橫向模式的能量由曲線512表示。從主體結(jié)合到 沿著y方向振動的手柄的橫向模式的能量由曲線514表示。從主體結(jié)合到沿著Z方向振動 的手柄的縱向模式的能量由曲線516表示。從曲線512、514和516可以看出，這些模式的 共振頻率發(fā)生在圖5B中的曲線的190個單位之上，其接近所述工具的大約140到180個單 位的正常的運(yùn)行頻率。因此，在所述工具的正常運(yùn)行過程中，相對較大量的能量從標(biāo)準(zhǔn)動力 工具的主體內(nèi)的 運(yùn)動部分結(jié)合到手柄。
圖5A中的曲線502、504以及506和圖5B中的曲線512、514以及516的對比表示 在動力工具的正常運(yùn)行條件下，所述動力工具在如圖5A和5B所示的大約140-180個單位 的頻率下運(yùn)行，結(jié)合到包括半剛性的耦接構(gòu)件260的工具的手 柄250的總能量可小于結(jié)合 到?jīng)]有包括耦接構(gòu)件260的工具中手柄的總能量。因此，通過明智地選擇耦接構(gòu)件260和 手柄250的物理參數(shù)(例如，質(zhì)量、材料、形狀以及結(jié)構(gòu))，所述手柄耦接構(gòu)件系統(tǒng)的固有頻 率可以受到控制，從而不會與主體102的預(yù)期的振動頻率相符，并且在運(yùn)行過程中，相對很 小的振動能量從所述主體結(jié)合到所述手柄。另外，電機(jī)112能得以控制以確保所述工具僅 在所述工具的振動頻率接近手柄耦接構(gòu)件的固有頻率的條件下很少會運(yùn)行。例如，打開/ 關(guān)閉開關(guān)114和觸發(fā)開關(guān)116可僅包括某些設(shè)置，這些設(shè)置會允許所述工具在一些條件下 運(yùn)行，在所述條件下所述工具的振動頻率充分遠(yuǎn)離所述手柄-耦接構(gòu)件系統(tǒng)的固有頻率以 保持手柄250中的振動較低。在另一實(shí)施方式中，主體內(nèi)的位置傳感器214給接收時間信 號的控制器提供有關(guān)轉(zhuǎn)子200的位置信號。從位置和時間信號，控制器可確定轉(zhuǎn)子200的 角頻率，其與所述主體的振動頻率有關(guān)。當(dāng)控制器確定在比預(yù)定時間長的時間內(nèi)主體的角 頻率以及因此振動頻率已經(jīng)足夠接近手柄-耦接構(gòu)件系統(tǒng)的固有頻率時，控制器可自動切 斷電機(jī)112的電源。
圖6是動力工具100的另一實(shí)施方式的示意性橫截面視圖，其具有將手柄250耦 接到所述工具的主體102的耦接構(gòu)件260。在該實(shí)施方式中，主體102包括頂部凸緣602，其 遠(yuǎn)離所述工具的主體102向外突起。另外，手柄250包括底部凸緣604，其被連接到所述手 柄的向下延伸的支腿606并且朝向所述工具的主體102向內(nèi)突起。當(dāng)手柄250安裝在所述 工具的位置中時，其凸緣604位于所述主體的頂部凸緣602之下并且與所述主體的頂部凸 緣602重疊而沒有接觸所述凸緣。在該結(jié)構(gòu)中，主體102的頂部凸緣602以及手柄250的 底部凸緣604能合作以防止手柄遠(yuǎn)離所述主體向上偏移超過預(yù)定距離。另外，支腿606和 凸緣602和604的結(jié)構(gòu)防止進(jìn)入手柄250之下和主體102之上的空間。
圖7是動力工具100的另一實(shí)施方式的示意性透視圖，其具有將手柄250耦接到 所述工具的主體102的耦接構(gòu)件260。動力工具100包括軌道機(jī)構(gòu)104，其支撐墊臺或機(jī)床 工作臺108，該機(jī)床工作臺108適合于固定用于希望在工件上使用的砂紙或其他研磨材料 (例如，拋光或磨光的機(jī)床工作臺)。機(jī)床工作臺108可被配置有用于接收一張砂紙的壓敏 粘合劑或鉤子-環(huán)結(jié)構(gòu)。軌道機(jī)構(gòu)104以及機(jī)床工作臺108還可包括連接孔702，其能接收 緊固件以將軌道機(jī)構(gòu)104和機(jī)床工作臺108耦接到所述工具的電機(jī)，例如將軌道機(jī)構(gòu)和機(jī) 床工作臺固定到電機(jī)的驅(qū)動軸。軌道機(jī)構(gòu)104和機(jī)床工作臺108可包括排出孔704，通過該 排出孔，打磨灰塵能從所述工件的表面被吸取并且被排出到收集單元(例如，灰塵袋或灰 塵罐)。例如，旋轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)葉片706能建立氣流，該氣流使灰塵運(yùn)動遠(yuǎn)離所述工件的表面，并向上穿過排出孔704以及通過形成在所述工具體中的通道708排出到收集單元。另外，軌道 機(jī)構(gòu)和機(jī)床工作臺108可以不包括排出孔。
動力工具包括手柄250，其具有側(cè)壁710和頂壁712。連接在頂壁712和側(cè)壁710 的內(nèi)側(cè)之間的加強(qiáng)肋714能給手柄250提供剛度。電源線716可通過手柄250的側(cè)壁710 得以接收從而給所述動力工具的電機(jī)提供電能，所述手柄側(cè)壁上的開關(guān)718能將電機(jī)的電 能切換為打開和關(guān)閉。
手柄250能通過耦接構(gòu)件260被耦接到工具100的主體102，其中所述耦接構(gòu)件 260被連接到手柄250內(nèi)側(cè)上和所述工具的主體上的錨件720。如圖8所示，其是將手柄 250耦接到動力工具100的主體102的耦接構(gòu)件260的示意性橫截面視圖，耦接構(gòu)件260可 以是一般為圓柱形并且可具有沿著所述構(gòu)件的長度變化的橫截面。耦接構(gòu)件的尺寸和材料 可被選擇成以使在所述工具運(yùn)行過程中，當(dāng)手柄通過操作員的手抓緊時的第一級橫向振動 模式的固有頻率小于所述工具的主振動頻率。耦接構(gòu)件260的底端802可包括適合于接收 螺紋緊固件的錐形部分804，所述工具體102上的錨件720同樣可包括錐形部分806以接收 所述螺紋緊固件。因此，所述緊固件可被螺紋連接到錨件720中，并且耦接構(gòu)件260可被壓 在緊固件上以將耦接構(gòu)件固定到主體100。同樣地，耦接構(gòu)件260的頂端806可包括適合于 接收螺紋緊固件的錐形部分810，并且工具體102可包括通 孔812以及埋頭螺孔814，以使 緊固件能插入通孔并被螺紋連接到耦接構(gòu)件260的螺紋部分810中從而將手柄250固定到 耦接構(gòu)件260。
盡管根據(jù)以上的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是對上述實(shí)施例的許多修改和/或增加對 本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員是顯而易見的。例如，手柄250通過與圖2、3和6不同的結(jié)構(gòu)的一個 或更多耦接構(gòu)件可被耦接到主體102。在某些實(shí)施方式中，可使用多于或少于4個的耦接構(gòu) 件。耦接構(gòu)件260可具有直徑沿著耦接構(gòu)件的長度變化或不是圓柱形的橫截面。耦接構(gòu)件 260可以是環(huán)形或矩形的半剛性材料，其將主體102耦接到手柄250。在該結(jié)構(gòu)中，所述環(huán) 形或矩形會構(gòu)成主體102和手柄250之間的單個耦接構(gòu)件260并且同時會起到防止進(jìn)入手 柄250和主體102之間的空間的支腿606的作用。
動力工具100可具有多個低振動的手柄250，以使用戶用每個手抓緊低振動的手 柄，或以使所述工具會在不同位置得以夾緊，其中每個位置包含一低振動的手柄。
盡管描述的實(shí)施方式的某些特征已經(jīng)被圖示為如此所述，但是本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人 員現(xiàn)在會想到許多修改、替代、改變以及等同物。因此，要理解的是，附屬的權(quán)利要求
目的是 要將所有這樣的修改以及改變涵蓋為落入本實(shí)用新型的實(shí)施例的真正精神內(nèi)。
權(quán)利要求
一種低振動打磨機(jī)，其特征在于包含工具體，其中所述工具體在所述動力工具運(yùn)行的過程中經(jīng)受振動；手柄，該手柄適合于通過所述動力工具的操作員得以抓緊用于控制所述動力工具的運(yùn)動；以及至少一個耦接構(gòu)件，每個耦接構(gòu)件包括耦接到所述工具體的第一端和耦接到所述手柄的第二端以及在所述第一端和所述第二端之間的縱軸。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的低振動打磨機(jī)，其特征在于所述手柄包含頂部表面，該頂部 表面面向遠(yuǎn)離所述工具體并且適合于安裝到操作員的手掌中，以使所述操作員能用單手抓 緊所述手柄從而控制所述動力工具的運(yùn)動和運(yùn)轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的低振動打磨機(jī)，其特征在于還包含 打磨機(jī)床工作臺，該打磨機(jī)床工作臺適合于接收用于打磨工件的研磨材料；以及電機(jī)，該電機(jī)被耦接到所述打磨機(jī)床工作臺并且適合于在操作員抓緊所述手柄時使所 述機(jī)床工作臺運(yùn)動。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的低振動打磨機(jī)，其特征在于所述電機(jī)適合于在任意軌道運(yùn)動 中使所述機(jī)床工作臺運(yùn)動。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的低振動打磨機(jī)，其特征在于還包含打磨機(jī)床工作臺，該打磨機(jī)床工作臺適合于接收用于打磨工件的研磨材料；以及風(fēng)機(jī)，該風(fēng)機(jī)被耦接到所述打磨機(jī)床工作臺；以及孔口，該孔口適合于接收氣流，所述氣流被連通到所述工具體內(nèi)以驅(qū)動所述風(fēng)機(jī)并且 使所述打磨機(jī)床工作臺在所述操作員抓緊所述手柄時運(yùn)動。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的低振動打磨機(jī)，其特征在于在所述動力工具運(yùn)行過程中，所 述工具體以主振動頻率振動，其中當(dāng)被操作員的手抓緊時手柄的第一級橫向振動模式的固 有頻率低于主振動頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的低振動打磨機(jī)，其特征在于在所述動力工具運(yùn)行過程中，所 述工具體以主振動頻率振動，其中當(dāng)被操作員的手抓緊時手柄的第二級橫向振動模式的固 有頻率低于主振動頻率。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的低振動打磨機(jī)，其特征在于所述至少一個耦接構(gòu)件包含彈性 材料，以使所述耦接構(gòu)件對振動的集體響應(yīng)的特征在于集體的彈簧常數(shù)，其中集體的彈簧 常數(shù)除以手柄質(zhì)量的總和的平方根小于所述工具體在所述動力工具運(yùn)行過程中所述工具 體振動的主振動頻率。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的低振動打磨機(jī)，其特征在于所述手柄在所述動力工具正常運(yùn) 行過程中從與所述工具體的接觸中分開。
10.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的低振動打磨機(jī)，其特征在于，所述工具體包含從所述工具體橫向延伸的第一凸緣，所述手柄包含大致平行于所述第一凸緣延伸的第二凸緣，以及所述第一凸緣大致位于所述第二凸緣和所述手柄之間。
11.一種低振動打磨機(jī)，其特征在于包含工具體，其中該工具體在所述動力工具運(yùn)行過程中經(jīng)受振動；打磨機(jī)床工作臺，該打磨機(jī)床工作臺適合于接收用于打磨工件的研磨材料；以及手柄，該手柄適合于通過所述動力工具的操作員得以抓緊用于控制所述動力工具的運(yùn) 動；以及至少一個耦接構(gòu)件，每個耦接構(gòu)件包括耦接到所述工具體的第一端和耦接到所述手柄 的第二端以及在所述第一端和所述第二端之間的縱軸，其中在所述動力工具運(yùn)行過程中，所述工具體以主振動頻率振動，其中當(dāng)被操作員的 手抓緊時手柄的第一級橫向振動模式的固有頻率低于所述主振動頻率。
12.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的低振動打磨機(jī)，其特征在于所述手柄包含頂部表面，該頂 部表面面向遠(yuǎn)離所述工具體并且適合于安裝到操作員的手掌中，以使所述操作員能用單手 抓緊所述手柄從而控制所述動力工具的運(yùn)動和運(yùn)轉(zhuǎn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的低振動打磨機(jī)，其特征在于還包含電機(jī)，該電機(jī)被耦接到所述打磨機(jī)床工作臺并且適合于在操作員抓緊所述手柄時使所 述機(jī)床工作臺運(yùn)動。
14.根據(jù)權(quán)利要求
13所述的低振動打磨機(jī)，其特征在于所述電機(jī)適合于在任意軌道運(yùn) 動中使機(jī)床工作臺運(yùn)動。
15.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的低振動打磨機(jī)，其特征在于還包含風(fēng)機(jī)，該風(fēng)機(jī)被耦接到所述打磨機(jī)床工作臺；以及孔口，該孔口適合于接收氣流，所述氣流被連通到所述工具體內(nèi)以驅(qū)動所述風(fēng)機(jī)并且 使所述打磨機(jī)床工作臺在所述操作員抓緊所述手柄時運(yùn)動。
16.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的低振動打磨機(jī)，其特征在于在所述動力工具運(yùn)行過程中， 所述工具體以主振動頻率振動，其中當(dāng)被操作員的手抓緊時手柄的第二級橫向振動模式的 固有頻率低于所述主振動頻率。
17.根據(jù)權(quán)利要求
16所述的低振動打磨機(jī)，其特征在于所述手柄在所述第一和第二級 的振動模式中的位移基本上橫向于細(xì)長的耦接構(gòu)件的縱軸。
18.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的低振動打磨機(jī)，其特征在于所述至少一個耦接構(gòu)件包含彈 性材料，其中所述耦接構(gòu)件對振動的集體響應(yīng)的特征在于集體的彈簧常數(shù)，其中集體的彈 簧常數(shù)除以手柄質(zhì)量的總和的平方根小于所述工具體在所述動力工具運(yùn)行過程中所述工 具體振動的主振動頻率。
19.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的低振動打磨機(jī)，其特征在于，所述工具體包含從所述工具體橫向延伸的第一凸緣，所述手柄包含大致平行于所述第一凸緣延伸的第二凸緣，所述第一凸緣大致位于所述第二凸緣和所述手柄之間，以及所述手柄在所述動力工具正常運(yùn)行的過程中從與所述工具體的接觸中分開。
專利摘要
一種動力工具包含一種工具體，該工具體在所述動力工具運(yùn)行的過程中經(jīng)受振動。所述動力工具還包括手柄，該手柄適合于通過所述動力工具的操作員得以抓緊用于控制所述動力工具的運(yùn)動，以及至少一個耦接構(gòu)件，每個耦接構(gòu)件包括耦接到所述工具體的第一端和耦接到所述手柄的第二端以及在所述第一端和所述第二端之間的縱軸。
文檔編號B24B23/04GKCN201573104SQ200890000054
公開日2010年9月8日 申請日期2008年3月14日
發(fā)明者小丹尼爾·H·塞茲, 強(qiáng)·J·張 申請人:布萊克和戴克公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan