打入紧固件用的爆炸力驱动工具 本申请是1993年11月5日申请的No.08/147,935美国专利申请的后续申请。
本发明涉及一种用于把紧固件打入工作表面，诸如顶板之类的冲击驱动工具，更具体的说，涉及一种轻型冲击驱动工具，这种工具工作比较安静、安全，而且没有故障。
近年来，已经研制出了许多打入紧固件用的爆炸驱动工具。这样的工具包括美国专利文献No.3,407,982；No.3,665,583；No.3,797,721；No.3,805,472；No.4,655,380中公开的工具，以及在那些文献中提到的专利。但是，现有技术中的爆炸驱动的打入工具有各种各样地缺点，并且受到各种限制。一般说来爆炸驱动的打入工具结构都比较复杂，并且造价昂贵。此外，由于设置了燃烧室的进排气机构，大多数这一类工具都有非常吵闹的缺点。另外，这种手枪式的打入工具很重，很麻烦，而且，因为有手枪式板机机构的关系，很不容易安装成柱形组合件把紧固件打入头顶上的顶板中去。
本发明提供了一种不用手枪式板机机构的，用于把紧固件打入诸如顶板之类的工作表面中去的经过改进的冲击驱动工具。本发明进一步提供了一种耐用而重量轻的，紧凑而又易于操作的冲击驱动工具。此外，本发明还提供了一种工作时安静，而又具有比现有的工具的打入力更大的冲击驱动工具。
本发明工具的一个最大优点是它增大了打入力，因为在打入的瞬间，工具中的每一个构件都和各其他构件正面接触，所以基本上整个工具的动量都向着该紧固件要想前进的方向。工具中的构件都正面接触的结果是，基本上火药包里的全部爆炸力都用在把紧固件打入接受紧固件的基层中去了。因此，打入力要比现有技术中那些用打入力去换通用性的工具大很多。例如，大多数现有技术中的这种工具设计成作为通用工具来使用，在工具的某些构件之间有间隙空间，以使这种工具能容纳长度在1—3英寸之间的紧固件。其结果是这些现有技术中的装置损失了打入力，因为爆炸气体必须膨胀到间隙区域内，而压缩力就浪费在驱动这些构件通过间隙区上了。在本发明中，爆炸气体在未完成驱动活塞前进作功之前不会逸出或膨胀。
另一个增大工具打入力的手段是选择燃烧室出口的位置。例如，对于一件标准的11/4英寸的紧固件来说，高速气体只在紧固件已经完全打入工件内之后，才膨胀到位置经过选择的出口中去。
如上所述，现有技术中的工具往往用打入力去换通用性，以便能使用不同长度的紧固件以不同的推进力穿透不同的材料。结果，这些现有技术的装置损失了打入力，因为，一当活塞的后部通过一个开出的孔，爆炸气体就开始排出，从而减少了加在紧固件上的打入力。而在本发明中，爆炸气体不完成驱动活塞向前的工作就不会排出去。
在一个优选实施例中，本发明还提供了一种装在壳体后部的安全装置。这种安全装置有一个放在一条纵向内槽中的滚珠，这条槽在该安全装置内有一个凸肩。这个滚珠的尺寸做成能堵在该凸肩和槽壁之间，当该工具的枪口朝下时，能阻止把手的轴向运动。
本发明的又一个实施例特别适合于使紧固件高精度定位。这种高精度是由于使用者能把紧固件放在所要求的点上，然后接着压紧工具直至工具点火而达到的。当要把紧固件打入木头或者镀覆绝缘层的基层中去时，这种性能特别有利。
本技术领域的普通技术人员在结合附图阅读了下面对于优选实施例的详细描述之后，将对本发明的目的和优点有充分的了解。
本发明的被认为是新颖的目的和特征都具体地列述在权利要求书中。在结合附图阅读了下面的说明之后，将能更好地了解本发明的结构和工作方式，及其进一步的目的和优点。
图1是按照本发明设计的工具的纵向剖视图；
图2是本发明的工具装填了火药包准备点火，正要南昌发之前的纵向剖视图；
图3是本发明的工具已经击发，活塞处在伸出的射击位置上的纵向剖视图；
图4是本发明的带有滚珠锁定安全装置的工具的第二实施例的纵向剖视图；
图5是本发明的工具的第三实施例处在静止状态的纵向剖视图；
图6是本发明的工具的第三实施例装填了火药包准备点火的纵向剖视图，图中表示的是该工具击发时的第一步；
图7a是第三实施例的纵向剖视图，表示工具击发时的第二步；
图7b是在刚要击发前的第二步中击发机构的放大断面图；
图8a是第三实施例的纵向剖视图，表示工具击发的第三步；
图8b是在刚击发后的第三步中击发机构的放大断面图。
下面的描述是为了本技术领域的任何普通技术人员都能够制造和使用本发明，并且提出了发明人设想的实现本发明的最佳方式。但是，由于在本文中已经专门界定了本发明的具有普遍性的原理，所以对于本技术领域的技术人员来说，各种不同的变型就是显而易见的了。
请参阅附图，特别是图1，图中表示了一个体现本发明的用于打入紧固件的冲击驱动工具10。工具10呈圆筒形，利用火药的爆炸力驱动活塞，把紧固件打入坚硬的接受基层内，例如预制的材料、混凝土、木头、铺在水泥或者实心钢梁上的金属铺面板。工具10有一根长的杆状把手50，这根把手既用作可滑动的撞针，以点着装入的火药，也能让操作者使把身延长到达顶板，以打入上方的紧固件。这根把手能让操作者把工具延长到想要到达的，常常高出工具的操作者头顶能够够着的上方2—10英尺的基层上。正因为随着工作情况的不同到达工作表面的距离也不同，所以把手可以做成各种不同的固定长度，也可以做成伸缩式的。这种工具所使用的紧固件30(图2)可以是许多公知的紧固件中的一种。这种紧固件通常有一个头部30a，和一个钉身或杆部30b。如本技术领域所公知的，常常在杆部30b上套一个带沟槽的塑料定心件30c。此外，常常需要在工件上附上一个带角度的夹片29。此时，只要简单地用摩擦力把夹片29固定在紧固件30的凸出的的端头上就可以了。请参阅图2—3、6、7a、和8a。
上述冲击驱动工具包括一个壳体12，壳体上有一个通长的缸筒。工具10有一个配置在射击方向的前端部，和一个在相反方向上的后端部。
缸筒的前部衬了一段管状套筒14。在套筒14的前端部内安装了一个圆筒形的，有通长的中心空腔的枪管16。枪管16沿射击方向有一个前端，在相反的方向有一个后端或后膛18。在枪管16的前端，上述中心空腔的尺寸可容纳一个活塞20。在壳体12的后腔端18处形成了一个点火室22，在该处的中心空腔设计成能容纳用撞击能使它爆炸的炸药或者火药包24，该火药包由一个点火撞针26使其爆炸。点火室22与枪管的空腔相通，所以当火药仓24点爆时，放在空腔内的紧固件30就从工具的枪口射出。
枪管16安装成能在套筒14内沿着轴线作往复滑动。在枪管16的外侧形成了一条槽31。一个螺钉32穿过壳体12和套筒14嵌入槽31内，限制枪管16相对于壳体的轴向运动。加压装置25迫使枪管16沿着射击方向向前运动。对枪管施加压力的作用是使枪管16移动到能让另一个火药包24转换到点火的位置上来。上述对枪管施加压力的另一个作用是作为一种安全措施，防止工具发射，因为除非枪管16沿轴向向着后膛18中的火药包24移动，工具10是不能发射的。在正常情况下，当工具对着顶板冲击时，枪管才移动。
图1和2表示活塞20处于静止位置。活塞20是一个“自由浮动”活塞。即，活塞上有在枪管的枪膛内导引活塞20的环槽脊，但在环槽脊之间的槽内却没有活塞环来用摩擦的方式密封活塞。从活塞后方的基本上封闭的腔室来看，发现没有必要在工具10上增加密封活塞环。这样就降低了制造成本和维修费用。活塞20装在枪管16的空腔内能够沿着轴向滑动。如有需要，可以用一个加压装置，例如一个弹簧21与活塞协同工作，在工具10射击之后使活塞向图1所示的方向退回。
在枪管16上制成的许多出口13形成了能让燃烧气体膨胀的腔室。虽然出口13完全穿透了枪管16，然而它们的外端却是被套筒14封闭的，因此实际上形成了一个盲的膨胀腔室。由于这种膨胀部分衰减了气体的声学能量，有助于消除火药包24所产生的噪音。出口13的尺寸和位置要选择得把封闭的空腔和腔室“调整”到使得声波的反射波互相抵消，从而进一步降低由工具10所发出的噪音。第一个或者最后面一个出口的位置是这样确定的，即，当紧固件30由端头34定好适当的位置时，在紧固件30被完全打入工件之前，不能让高速气体膨胀。具体的说，当一个标准的英寸紧固件完全打入工件时，上述第一个出口的位置应该在枪管上靠近活塞后部的位置上。这样就增大了打入力，因为，发射火药的爆炸气体没有了出口，所以直到紧固件完全钉入工件中，施加在紧固件上的打入力也不会下降。很小一部分膨胀后的燃烧气体逸入套筒14与枪管16之间，因为这两个零件配合得很松，以便能相对滑动，不过，大多数气体是在枪管16返回到图1所示的静止状态时通过后膛18排出的。
具有穿透中心孔的端头34用诸如螺纹连接的方式安装在枪管16的前端，可以拆卸。端头34在发射方向有一个组成枪口28的前端，在其相反的方向有一个通常用螺纹(图中未示出)拧在枪管16上的后端。在端头34后部的中心孔的尺寸与枪管16的延长部分17的外表面配合。在端头34的枪口端28处的中心孔的尺寸做成能容纳一个紧固件30，这个紧固件是将由该工具发射固定在顶板之类的工件上的。端头34的外径可容纳在套筒14内并且能滑动，请比较图1和图2。端头34的长度根据紧固件30的长度确定，并且，有许多不同长度的端头可以互相替换，以容纳各种不同长度的紧固件。端头34的尺寸要与特定的紧固件尺寸相适应，以便在工具发射前和发射时，使后膛、活塞和紧固件之间保持完全接触。通常，紧固件30的后端和活塞20的前端直接接触，中间没有空隙，然而，当工具10处于静止状态时，由于加工时的公差稍有变化，或者操作者安装紧固件不适当，可能有很小的可以忽略的间隙。
撞针26安装在里面衬了一段后枪管衬套48的壳体缸筒的腔后端内。撞针26的长度是预先确定的，它有一段带螺纹的杆部40，一个锥形的撞针顶尖42，和一个作为压力弹簧46的肩部的凸缘44。撞针26通过一个进口孔插入后枪管衬套48内。撞针26是这样安装的，即，它能相对于壳体12沿轴向作有限长度的滑动。围绕着撞针26的凸出端49的第二压力弹簧47向着壳体12的后端后退。这个压力起安全措施的作用，防止工具击发，因为，除非把手50，也就是撞针26向着后膛端部18内的火药包24作轴向运动，工具就不可能击发。在正常情况下，当工具对着一块顶板压住时，把手50和撞针26才会产生足够的位移。挡环27用螺纹连接在工具壳体的后端，挡住撞针。撞针26的带螺纹的杆部穿过挡环27，穿出工具的后端。
上述工具还包括一根长形的把手50，它通常是一端可由操作者握住的一段长形的管子。把手50的相对的另一端用螺纹连接在撞针26的杆部40上，这样把手50的作用就象是击发装在火药包24里的爆炸火药的可滑动的撞杆。如下面所描述的，使把手向内推，点着火药包24，推动活塞20，就能把紧固件30推出枪口28，打入工作表面内。
上述工具采用工业上标准的有多个火药包的自动送进弹药带70，以便把活塞推向枪管16的枪口端28，迫使紧固件30打入接受该紧固件的基层中去。上述可移位的弹药带通常是用有弹性的材料，例如塑料制成的，上面有许多形成装火药的凹部的管状凸起74。这些火药包都夹持在弹药带的凹部内，其前方的顶部向着枪管16的方向凸出，并且顺序地与枪管16对准，以便连续地击发。通常用手工把一条有十个火药包的塑料带导入工具的弹药带通道72中去，直到第一个火药包进入点火室22。在上述工具的壳体上形成的弹药带通道72基本上与枪管16的运动方向成直角。用手操作的移位杆80用枢轴安装在工具的壳体12上，使它压缩控制弹药带移动距离的截头锥弹簧81。用手握住并压迫移位杆80，克服弹簧的阻力，而当手放松时，移位杆又回到它放松的位置。
移位杆80上有一个角形顶端82，该顶端82与弹药带70侧面的锯齿啮合，以便把新的火药包24向前推进，使它和后膛18对准，同时把已经点过火的火药包排出点火室22。
上述自动送进弹药带70，即一条有装火药的孔洞的塑料带，靠压在后膛18上。在弹药带前方，管状凸起74包围着每一个火药包24。上述弹药带的支承面上有与后膛18密封的结合件。在上述自动送进塑料弹药带上形成封住点火室22的必要的壁部，以便当火药包24爆炸时，以及在驱动活塞20开始向前移动的时间内形成气体密封状态。
在图2中看得最清楚，在操作时，先把紧固件30放入枪管16的端头34中。通常，紧固件30的头部30a与枪管空腔的圆周面密封。在插入紧固件30时，要把它放在枪口28的中心孔内，使它与活塞20的端头接触，此时活塞20被压到退回的位置。如果活塞20未被压回，那么紧固件30的头部30a就把被压住的活塞推回到它在枪管16后部与后膛18形成密封关系的复位位置上。这样一个简单的步骤就取消了在有些现有技术中所需要的多个定位步骤。在正常情况下，当紧固件30的杆部30b完全插入时，其顶端伸出枪口28的端部。在复位位置上，紧固件、活塞20、以及枪管16的后部都正面接触，各构件之间没有空间或间隙。当用手把一个火药包24移位到击发位置上时，工具就做好了点火的准备。
请参阅图2，本工具是由操作者推动工具的把手，使凸出在端头34端部外的紧固件30压向一块厚的基层顶板，同时以足够的力量向后压下端头34。当端头被压下时，枪管16也同样被向后压下，使枪管16后端的后膛18座在火药包24上。此时，弹药带70在枪管16的后部边缘与摩擦配合在壳体12和衬套48内的后膛座52之间把它们密封住。后膛座52有一个能容纳撞针26的顶端42的锥形孔。因此，火药包24的燃烧气体无处可去，只能进入枪管16的空腔内。同时，当动量继续推动把手50向着打入工具的枪口端28的方向前进时，就迫使撞针26与火药包24的后端接触。然后，撞针26的锥形顶端42撞向火药包24，以足够的力量把火药包点着。在点着火药包的瞬间，工具中每一件起作用的构件互相之间都是正面的线性接触，并且工具的动量朝着发射的方向。由于所有四周围的构件都紧密地互相接触，进一步有助于消除火药包爆炸的噪音。
在火药爆炸力的作用下，活塞20迅速向前推进，把位于端头34中的紧固件30打入接受基层内。请参阅图3，操作者向着工作表面的冲击动作增大了紧固件的打入动量，因此使火药包24、活塞20和紧固件30同时向着冲击的方向运动。工具的所有构件都处于正面的线性接触的结果是火药包24的全部爆炸力都用在把紧固件30打入接受基层上了。因此，这种工具获得了比现有技术中的工具大得多的打入力。
一当活塞20把紧固件30打入接受基层中之后，上述枪管加压装置25使枪管16回到它的前方位置，而压力弹簧46和47则使撞针26回到它的后方位置。当把一件新的紧固件30插入端头34中，如有需要，使活塞20复位，然后用手动把一个新的火药包移位到点火位置，就为工具的再次使用作好了准备，可以重复以上的打入过程。
工具10的第二个实施例示于图4，它有一个滚珠锁定安全装置90，使得该工具只有在枪口28指向向上倾斜的方向时才能够发射。安全装置90包括一个具有安装在壳体后部的通孔的构件92。把手50的一端用螺纹与穿过安全装置90的撞针26的杆部40连接。当把手50连接在撞针的杆部40上时，它的肩部96在安全装置内形成了一道基本上纵向的内槽94。一个金属滚珠98可在槽94内自由运动，当工具10指向上方时，该金属滚珠移动到槽94的后部，而当工具10指向下方时，该金属滚珠就移动到槽94的前部。滚珠98的尺寸做成能堵在肩部96和槽壁之间，因此，当工具10指向下方时，就锁定了把手50的轴向运动。锁定了轴向运动，就阻止了工具在指向下方时的发射，然而，当工具指向上方时，却仍然能够发射，与将紧固件30打入顶板中去的正常情形一样。
这种工具具有结合了三种安全措施的固有的安全结构，以防止意外的发射。这三种安全措施必须在让工具10发射之前协同工作：(1)枪管加压装置25要求在把紧固件30压向一个表面使枪口28移动时，枪口28要作轴向移动，压住加压装置；(2)对表面的撞击必须足以推动撞针26沿轴向向前移动，使火药包24点火；(3)枪口28必须朝上，否则滚珠锁定安全装置90将阻止工具10的发射。
本发明的第三实施例示于图5—8。这个实施例与第二实施例的区别在于有限制枪管16作有限的轴向运动的机构，以及为撞针设置了击发准备机构。相应构件的标号和以前的实施例一样。
工具10的活塞端包括壳体12、套筒14、枪管16、端头34和活塞20；它们之间的连接关系和上面的实施例相同。枪管16上设有出口13、后膛18和槽31。弹簧23向前推压枪管16，使后膛18离开点火室22。限制枪管移动的机构不是有顶端位于槽31内的螺钉32，而是一块由弹簧35和拧入一个压配合圆筒37内的螺钉36夹持在槽31内的楔块33。当楔块33由于工具10的连续使用而磨损时，只要卸掉螺钉36、弹簧35和磨损的楔块，并装入一块新的楔块，可以很容易地更换。
工具10的撞针端包括壳体12、衬套48和安全装置90，这些与以前的实施例一样，不同之处在于击发机构。把手50用螺纹与衬套54的后端连接，该衬套有一个内部空腔，其尺寸做成能容纳撞针26后端的凸缘44在其中滑动。在把手50的内肩部与撞针26的后面之间装有击发准备弹簧45。在后膛座52与衬套54的环形凸台57之间装有回程弹簧46。衬套54上向内凸出的凸缘56成为一个与撞针26的凸缘44上的肩部相配的肩部。击发准备弹簧45压住凸缘44，当工具10处在如图5所示的静止状态时，使它与凸缘56紧密接触。当操作者松开施加在把手上的压力，而回程弹簧46使衬套54复位时，凸缘56就把撞针26推离自动送进弹药带70(图6)。
从图7b和8b看得最清楚，撞针26有一条沿径向延伸的槽60，一个J形的致动爪或扣机62可在槽60内滑动。扣机62有一个向上并向后的斜的凸轮表面64，和一个横向向前的定位表面66。弹簧63压住扣机62，使它横向向外离开撞针26的纵轴线。
下面，顺序参照图5—8，描述这种击发机构的工作过程。
图5表示工具10的静止状态。枪管16被弹簧23向前推压，所以楔块33与槽31的后边缘接触，而后膛18离开点火室22。击发准备弹簧45使撞针26的凸缘44压住衬套54的凸缘56。回程弹簧46把套筒54向后压，因而使撞针26离开塞子52。弹簧63推压扣机62使它离开撞针26的轴线，于是表面66便靠在后膛座52的底面上，也防止撞针26向前移动。工具10为装入自动送进弹药带70作好了准备。
图6表示操作者通过把手50把最初的压力加在工具10上的情形。由于端头34向后滑动，枪管16就压缩弹簧23，直到楔块33挡住枪管16。后膛18被推入点火室22，盖住火药包24，并由自动送进弹药带70的塑料带把它们密封住。
在图7a中表示的是刚要击发前的工具10。把手50使滑动衬套54在衬套48内向前移动，同时压缩击发准备弹簧45和回程弹簧46。到现在为止，扣机62的正与后膛座52的底面接触的横向表面66始终阻止撞针26向前移动。如图7b中的虚线所示，凸缘56的角部开始与扣机62的倾斜表面64接触，迫使扣机62向箭头所示的方向移动到实线位置上去。在图7a和7b所示的位置上，扣机62不再限制撞针26。接着，击发准备弹簧45放出储存在它内部的能量，把撞针26快速向前推进。
图8a和8b表示撞针刚撞击火药包之后的情况。操作者继续对把手50施加压力，使全部起作用的构件都互相保持正面接触。套筒54把回程弹簧46压缩到它的最大压缩量；后膛座52与弹药带70的背面紧密接触；弹簧23被完全压缩；后膛18仍与弹药带70密封接触；而端头34则与接受紧固件的基层牢牢地接触。只有那些内部的构件移动。击发准备弹簧45推动撞针26与火药包24进行起爆撞击，而爆炸的气体有力地推动活塞20，因而也就推动紧固件30向前运动。图8b表示扣机62处在后膛座52的空腔内，而撞针26的顶尖已经与火药包24接触。
随着气体的继续膨胀，活塞20将伸出枪口28之外，迫使工具10离开基层，让气体膨胀进入出口13，减弱爆炸所产生的噪音。然后，工具10反弹离开基层。弹簧23伸长，迫使枪管16向前移动，从而使后膛18脱离弹药带70，并且让膨胀的气体通过点火室22逸入大气中。回程弹簧46使套筒54回到它退回的位置，从而也使撞针26退回。工具10重又处于静止位置。
插进一个新的紧固件，用手使移位杆80动作，把下一个火药包移到点火室内，工具就为下一次击发作好了准备。
本发明所公开的工具达到了它的目的。这种工具的噪音明显较低，因为爆炸气体被一个很坚实的包围起来的结构封闭在工具内，而爆炸室的设计消除了内部的声波。与很多现有技术中的冲击工具相比，这种工具的零件很少，所以装配容易，而且制造和维修简单而可靠。
虽然只对本发明的优选实施例进行了具体的说明，但本技术领域的技术人员将会理解，可以对本发明的形式和细节进行各种变化，而不脱离本发明的原理和范围。以上在说明书和附图中描述全部细节的目的只是为了说明而不是为了限制本发明。