气动工具
阅读：620发布：2020-05-14
专利汇可以提供气动工具专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种 气动 工具 ，采用聚醚醚 酮 加 碳 纤维 的 复合材料 制备 气缸 ，利用聚醚醚酮加 碳纤维 的复合材料的 密度 低于 钢 材的密度，相比采用钢材制备气缸而言，极大减轻 气动工具 的整体重量，降低用户的疲劳感；进一步地，由于聚醚醚酮加碳纤维的复合材料具有润滑性、耐疲劳性和耐 腐蚀 性，因此，无需额外加润滑层工序，使得 活塞 与缸体之间的间隙更容易控制，简化了工艺流，降低了加工成本，延长了气缸的使用寿命；更进一步地，利用聚醚醚酮加碳纤维的复合材料的固有 频率 低于钢材的固有频率，相比采用钢材制备气缸而言，极大降低了噪声，提高了减震性能。此外，利用金属承 力 部件承担后座与承力部件之间的碰撞冲击力，有效增加了气动工具的安全系数。，下面是气动工具专利的具体信息内容。
1.一种气动工具，其特征在于，包括：
一壳体，所述壳体形成一容置空间；
一气缸，设置于所述容置空间中，所述气缸包括一缸体及设置于所述缸体内的一活塞，所述气缸由聚醚醚酮加碳纤维的复合材料制成；
一气体源，所述气体源驱动所述活塞于所述缸体内往复运动；
一从动部件，设置于所述容置空间中，所述从动部件的一端与所述活塞同轴连接，所述从动部件的另一端沿所述活塞的轴向延伸并通过所述壳体形成的一开口。
2.如权利要求1所述的气动工具，其特征在于，所述活塞包括一承力部件，所述承力部件由金属制成，用于承担所述活塞与所述壳体之间的碰撞冲击力。
3.如权利要求1所述的气动工具，其特征在于，所述壳体包括一前座以及一后座，所述容置空间位于所述前座，所述后座用于密封所述缸体以及所述容置空间。
4.如权利要求1所述的气动工具，其特征在于，所述活塞的近端面为凸面。
5.如权利要求2所述的气动工具，其特征在于，所述活塞的近端面沿轴向具有一凹槽，所述承力部件设置于所述凹槽中，所述承力部件沿轴向的高度大于所述凹槽沿轴向的深度。
6.如权利要求1所述的气动工具，其特征在于，还包括：
一握持部件，与所述壳体连接，所述握持部件外侧设置一硅胶层。
7.如权利要求1所述的气动工具，其特征在于，还包括：
一密封圈，嵌接于所述开口的体壁上，以密封所述从动部件与所述开口之间的间隙；
一固体润滑膜，设置于所述密封圈表面，以降低所述从动部件与所述密封圈之间的摩擦。
8.如权利要求1至7中任一项所述的气动工具，其特征在于，所述复合材料中聚醚醚酮的质量比为40％至70％，碳纤维的质量比为30％至60％。
9.如权利要求1至7中任一项所述的气动工具，其特征在于，所述壳体由铝合金材料制成。
10.如权利要求1所述的气动工具，其特征在于，所述从动部件为活动杆。
气动工具
技术领域
背景技术
[0002] 手持式气动冲击工具在各行业都有较长应用历史，由于冲击工具里冲击气缸的工作原理，会产生较大噪音及震动，针对该现象，人们也不断地在降低噪音、震动上下功夫，进行改进。手持式冲击工具在医疗骨科行业也应用了几十年，医生对现有的冲击工具提出了更高的要求，降低震动、减轻重量，这样可以确保手术的精准性，降低医生的疲劳度。
[0003] 现有的气动工具的发展现状如下：
[0004] 1、公开号为CN2600223Y的中国专利申请，公开了一种往复式气动工具的减震装置，所述减震装置安装在作动杆的一端，作动杆内部设有气推轴，作动杆的周侧设有数个侧孔，外侧连结有一减震装置。
[0005] 2、公开号为CN101018649A的中国专利申请，公开了一种具有压力空气供应装置的减震冲击工具，通过在冲击机构和外壳之间设置弹性元件，用以吸收冲击机构的震动并且向相对于外壳的中间位置偏压冲击机构。
[0006] 3、授权公告号为CN2581127Y的中国专利，公开了一种气动工具的减震装置，该减震装置可供气动工具的一冲击单元减震之用，该缓冲可提供气密性，且该缓冲体可相对该壳体的挡部冲抵，而形成具有较佳减震效果。
[0007] 4、公开号为CN1172716A的中国专利申请，公开了一种减震冲击工具，它将弹性隔震器安装在工具外壳内，其作用是减缓从握把传递到操作者上的震动。
[0008] 5、授权公告号为CN2443808Y的中国专利，公开了一种手提动力工具的悬浮减震装置，通过减少工具的高速往复运动的震动力，还通过设置前后缓冲器吸收工具的震动力。
[0009] 6、公开号为CN1822925A的中国专利申请，公开了一种带有减震手柄的成套工具，该发明的任务在于通过 构造一种具有半主动隔振 (semi-aktive r Schwingungsisolierung)的、构造成本可减到最小的手持成套工具。该发明的另一任务在于对成套工具给出一用于手柄隔振的装置，利用该装置在不同的工作状态中也可确保实现手柄的可靠和简单的振动解脱。
[0010] 综上，现有技术都在减震上进行改进，一般都采用增加减震装置以达到减震效果，但均会导致工具整体重量不同程度的增加，而手持式气动工具的重量对于操作者来说也是一项比较重要的指标，会直接影响手术的精准性，由此可见，在提高手持式气动工具减震效果的同时，减轻工具的重量成为当务之急。
发明内容
[0011] 本发明的目的在于提供一种气动工具，以解决使用现有技术中气动工具采用增加减震装置实现减震的方案，没有考虑减重问题，增加了操作者的疲劳感，导致手术的精准度降低的问题。
[0012] 为解决上述技术问题，本发明提供一种气动工具，所述气动工具包括：
[0013] 一壳体，所述壳体形成一容置空间；
[0015] 一气体源，所述气体源驱动所述活塞于所述缸体内往复运动；
[0016] 一从动部件，设置于所述容置空间中，所述从动部件的一端与所述活塞同轴连接，所述从动部件的另一端沿所述活塞的轴向延伸并通过所述壳体形成的一开口。
[0017] 可选的，在所述的气动工具中，所述活塞包括一承力部件，所述承力部件由金属制成，用于承担所述活塞与所述壳体之间的碰撞冲击力。
[0018] 可选的，在所述的气动工具中，所述壳体包括一前座以及一后座，所述容置空间位于所述前座，所述后座用于密封所述缸体以及所述容置空间。
[0019] 可选的，在所述的气动工具中，所述活塞的近端面为凸面。
[0020] 可选的，在所述的气动工具中，所述活塞的近端面沿轴向具有一凹槽，所述承力部件设置于所述凹槽中，所述承力部件沿轴向的高度大于所述凹槽沿轴向的深度。
[0021] 可选的，在所述的气动工具中，还包括：
[0023] 可选的，在所述的气动工具中，还包括：
[0024] 一密封圈，嵌接于所述开口的体壁上，以密封所述从动部件与所述开口之间的间隙；
[0025] 一固体润滑膜，设置于所述密封圈表面，以降低所述从动部件与所述密封圈之间的摩擦。
[0028] 可选的，在所述的气动工具中，所述从动部件为活动杆。
[0029] 在本发明所提供的气动工具中，采用聚醚醚酮加碳纤维的复合材料制备气缸，利用聚醚醚酮加碳纤维的复合材料的密度低于钢材的密度，相比采用钢材制备气缸而言，极大减轻气动工具的整体重量，降低用户的疲劳感；进一步地，由于聚醚醚酮加碳纤维的复合材料具有润滑性、耐疲劳性和耐腐蚀性，因此，无需额外加润滑层工序，使得活塞与缸体之间的间隙更容易控制，简化了工艺流，降低了加工成本，延长了气缸的使用寿命；更进一步地，利用聚醚醚酮加碳纤维的复合材料的固有频率低于钢材的固有频率，相比采用钢材制备气缸而言，极大降低了噪声，提高了减震性能。
[0030] 另一方面，利用金属承力部件承担活塞与壳体之间的碰撞冲击力，有效增加了气动工具的安全系数。
[0031] 另一方面，利用后座将气缸密封，有效地减少了零部件数量，进一步减轻气动工具的整体重量，降低用户的疲劳感。
[0032] 另一方面，通过在密封圈表面设置固体润滑膜降低从动部件与密封圈之间的摩擦，相比在密封圈上定期涂覆润滑脂而言，无需考虑在清洗和高温高压灭菌环境下脱离和挥发的问题，简化了工艺流程。
[0034] 图1是本发明一实施例中气动工具的剖面示意图；
[0035] 图2是图1中气缸的放大示意图。
[0036] 图中：
[0037] 壳体1；前座10；容置空间100；后座11；
[0038] 气缸2；缸体20；活塞21；活塞的近端面210；
[0039] 承力部件3；
[0040] 从动部件4；
[0041] 握持部件5；
[0042] 硅胶层6；
[0043] 密封圈7、22。
具体实施方式
[0044] 以下结合附图和具体实施例对本发明提出的气动工具作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0045] 本文中“近端”和“远端”是从使用该医疗器械的医生角度来看相对于彼此的元件或动作的相对方位、相对位置、方向，尽管“近端”和“远端”并非是限制性的，但是“近端”通常指该医疗设备在正常操作过程中靠近医生的一端，而“远端”通常是指首先进入患者体内或靠近的一端。
[0046] 本文中的“轴”或“轴向”通常是指与气缸内活塞的运动方向相平行或近似于平行的方向。
[0047] 如在本说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本说明书和所附权利要求中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。
[0048] 请参考图1，其为本发明的气动工具的剖面示意图，如图1所示，所述气动工具包括：一壳体1、一气缸2、一气体源及一从动部件4，所述壳体1形成一容置空间；所述气缸2设置于所述容置空间100中，所述气缸2包括一缸体20及设置于所述缸体20内的一活塞21，所述气缸2由聚醚醚酮加碳纤维的复合材料制成；所述气体源驱动所述活塞21于所述缸体20内往复运动；所述从动部件4设置于所述容置空间100中，所述从动部件4的一端与所述活塞21同轴连接，所述从动部件4的另一端沿所述活塞21的轴向延伸并通过所述壳体1形成的一开口。
[0049] 进一步地，所述活塞21包括一承力部件3，所述承力部件3由金属制成，用于承担所述活塞21与所述壳体1之间的碰撞冲击力；所述壳体1包括一前座10以及一后座11，所述容置空间100位于所述前座10，所述后座11用于密封所述缸体20以及所述容置空间100，具体的，所述前座10与所述后座11组接时，所述后座11抵于所述承力部件3上，所述承力部件3承担所述后座11与所述承力部件3之间的碰撞冲击力。
[0050] 较佳地，所述从动部件4为活动杆，在气缸2的驱动下相对壳体1反复作伸缩运动；制备所述气缸2的所述复合材料中聚醚醚酮的质量比为40％至70％，碳纤维的质量比为
30％至60％。对于添加的碳纤维的比例，是根据气动工具的性能需求进行选择，例如自润滑性、强度需求，此处不做过多赘述。
30％至60％。对于添加的碳纤维的比例，是根据气动工具的性能需求进行选择，例如自润滑性、强度需求，此处不做过多赘述。
[0051] 本发明采用聚醚醚酮加碳纤维的复合材料制备气缸2，制备的气缸2具有聚醚醚酮加碳纤维的复合材料的相关性能。
[0052] 所述聚醚醚酮加碳纤维的复合材料的特性具体如下：
[0053] 1、机械特性：聚醚醚酮(PEEK)是韧性和刚性兼备并取得平衡的塑料。特别是它对交变应力的优良耐疲劳是所有塑料中最出众的，可与合金材料媲美。
[0054] 2、自润滑性：PEEK在所有塑料中具有出众的滑动特性，适合于严格要求低摩擦系数和耐摩耗用途使用。特别是聚醚醚酮加一定比例碳纤维混合改性的PEEK自润滑性能更佳。
[0056] 4、耐疲劳性：PEEK在所有树脂中具有最好的耐疲劳性。特别是PEEK+碳纤维按一定比例混合改性的韧性会更好，对交变应力的优良耐疲劳性是可与合金材料媲美。
[0058] 基于聚醚醚酮加碳纤维的复合材料的上述特性，最终制备的气缸2具有耐腐蚀、自润滑性好、耐高温高压蒸汽灭菌、耐疲劳性、具备良好的机械特性。而该特征是活塞21和缸体20所需具备的特征。
[0059] 利用聚醚醚酮加碳纤维的复合材料的密度低于钢材的密度来减轻当前钢气缸的重量，进而减轻整个气动工具的重量。具体的，钢的密度是7.8，聚醚醚酮加碳纤维的复合材料的密度是1.4，活塞21和缸体20选用聚醚醚酮加碳纤维的复合材料制备，比采用钢制备时减轻530克，约减轻1/3重量。另外由于聚醚醚酮加碳纤维的复合材料具有润滑性、耐疲劳性和耐腐蚀性，因此，无需额外加润滑层工序，使得活塞21与缸体20之间的间隙更容易控制，简化了工艺流，降低了加工成本，延长了气缸的使用寿命。此外，聚醚醚酮加碳纤维的复合材料的固有频率低于钢材的固有频率，相比采用钢材制备气缸而言，极大降低了噪声，提高了减震性能。
[0060] 活塞21和缸体20内壁之间的间隙是最关键的尺寸，如果再对其进行表面涂层，因为涂层的均匀性和厚度很难精确控制，因此尺寸精度很难控制，活塞21与缸体20之间的间隙过大会使冲击力减小，震动噪音将增大；此外，涂层还存在脱落的风险，脱落的涂层会卡死活塞21在缸体20之间，阻止两者相对滑动。如果活塞21外表面和缸体20内表面之间的润滑好，会增加活塞21敲击缸体20内壁时的阻尼，可以减小活塞21敲击噪声。而本发明中采用聚醚醚酮加碳纤维的复合材料的缸体20和活塞21，利用聚醚醚酮加碳纤维的复合材料自身具有润滑性和耐滑动磨损，使得活塞21外表面和缸体20内表面之间的润滑好，故无需在两者间隙中加润滑层，增加活塞21敲击缸体20内壁时的阻尼，有效减小活塞21敲击噪声，且降低了加工成本。
[0061] 用于骨科开髓腔孔的气动工具冲击力是比较小的，设计要求冲击力可以嵌入松质骨，但不能嵌入皮质骨，这样可以有效保证在锉股骨髓腔时股骨不爆裂。虽然聚醚醚酮加碳纤维的复合材料虽然比普通的塑料强度大很多，但与金属相比耐冲击力还是小了点，虽然产品的冲击力不是需要很大，为了增加保险系数，所以本发明在结构设计上作加强，方案是利用金属承力部件3作为承担所述后座11与所述承力部件3之间的碰撞冲击力的承载体，有效增加了气动工具的安全系数。
[0062] 请继续参考图1，所述活塞21的近端面210沿轴向开设一凹槽，所述承力部件3设置于所述凹槽中，所述前座10与所述后座11组接时，所述后座11抵于所述活塞的近端面210上，所述承力部件沿轴向的高度大于所述凹槽沿轴向的深度，所述承力部件3承担所述后座11与所述承力部件3之间的碰撞冲击力。
[0063] 请参考图2，为了使得后座11与所述承力部件3之间的碰撞冲击力被承力部件3所承接，需要对活塞21的近端面210进行设计，本实施例中，所述活塞21的近端面210为凸面，所述凸面的横截面为圆形，所述凸面的横截面的直径D范围为7～8mm，所述凸面的半径R范围为7～9mm，所述凹槽的内径P范围为3～4mm。
[0064] 本实施例中的所述气动工具还包括一握持部件5，所述握持部件5与所述壳体1连接，所述握持部件5外侧设置一硅胶层6，有效的缓冲震动幅度，且防滑，易于握持。具体的，所述握持部件5与所述前座10连接，并与所述壳体1的延伸方向垂直。利用硅胶层6作为缓冲结构主要基于硅胶比普通橡胶耐高温，可以满足高温高压灭菌要求。
[0065] 进一步地，所述气动工具还包括一密封圈7及一固体润滑膜(图1中未标示)，所述固体润滑膜设置于所述密封圈7表面，所述密封圈7嵌接于所述开口的体壁上，以密封所述从动部件4与所述开口之间的间隙，气动工具工作时，从动部件4相对所述壳体1作往复伸缩运动，因此固体润滑膜的存在，有效的降低所述从动部件4与所述密封圈7相对滑动之间的摩擦，延长密封圈7的使用寿命。
[0066] 通常现有的气动工具，采用在密封圈7上涂覆润滑脂，平时储存气动工具，为了避免润滑脂会发，需要对其进行密封；每次手术后清洗气动工具时较容易将润滑脂清洗掉，因此需要定期涂覆润滑脂以维持其工作需求。针对现有涂覆润滑脂存在的缺陷，本发明的固体润滑膜由于其是经过固化处理的，因此不存在挥发、在清洗和高温高压灭菌环境下脱落的问题，有效保证气动工具工作时冲击力的稳定性。
[0067] 对于前座10和后座11的材质可以根据气动工具的性能需求进行选择，此处所述前座10优选为铝合金前座，所述后座11优选为铝合金后座。本发明利用后座11对气缸2进行密封。后座11通过螺纹与前座10相结合，在前座10和后座11之间设置若干固定螺钉(图中未示出)，后座11和气缸2之间通过密封圈22保证气密性。该设计可以降低零件数量，减轻气动工具的整体重量。
[0068] 综上，在本发明所提供的气动工具中，采用聚醚醚酮加碳纤维的复合材料制备气缸，利用聚醚醚酮加碳纤维的复合材料的密度低于钢材的密度，相比采用钢材制备气缸而言，极大减轻气动工具的整体重量，降低用户的疲劳感；进一步地，由于聚醚醚酮加碳纤维的复合材料具有润滑性、耐疲劳性和耐腐蚀性，因此，无需额外加润滑层工序，使得活塞与缸体之间的间隙更容易控制，简化了工艺流，降低了加工成本，延长了气缸的使用寿命；更进一步地，利用聚醚醚酮加碳纤维的复合材料的固有频率低于钢材的固有频率，相比采用钢材制备气缸而言，极大降低了噪声，提高了减震性能。
[0069] 另一方面，利用金属承力部件承担活塞与壳体之间的碰撞冲击力，有效增加了气动工具的安全系数。
[0070] 另一方面，利用后座将气缸密封，有效地减少了零部件数量，进一步减轻气动工具的整体重量，降低用户的疲劳感。
[0071] 另一方面，通过在密封圈表面设置固体润滑膜降低从动部件与密封圈之间的摩擦，相比在密封圈上定期涂覆润滑脂而言，无需考虑在清洗和高温高压灭菌环境下脱离和挥发的问题，简化了工艺流程。
[0072] 另一方面，通过在握持部件外侧设置硅胶层，可以有效降低震动并防滑，提高用户的体验性能。
[0073] 上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
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