CN113785667A - 电动工具的静电放电缓解 - Google Patents

Abstract

提供了一种电动工具，其具有涂层，以将静电远离工具的手柄的表面分散。工具包括手柄，其被配置为由用户抓握。手柄包括表面和具有第一表面电阻率的第一材料。工具包括涂层，其覆盖手柄的至少一部分。涂层被配置为将静电远离表面分散。涂层由具有小于第一表面电阻率的第二表面电阻率的第二材料制成。

Description

电动工具的静电放电缓解

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年5月1日提交的申请号为62/841,632的先前提交的共同未决的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及电动工具，且更具体地涉及具有缓解静电放电的能力的电动工具。

背景技术

在本领域中已知存在有在使用时会积聚静电荷的各种电动工具，这些静电荷可通过工具壳体(特别是工具手柄)释放给操作者。具体地，磨料锯(abrasive saw)可能通过刀片和工件之间的反复接触而积累静电荷。来自工件的带电碎屑可能会积聚在锯的不同部件上。当达到足够高的水平时，静电可能会通过工具的手柄作为电击释放给用户或者可能会释放给工具电子设备。

发明内容

在一个方面，本发明提供了一种电动工具，其具有涂层，以将静电远离工具的手柄的表面分散。工具包括手柄，其被配置为由用户抓握。手柄包括表面和具有第一表面电阻率的第一材料。工具包括涂层，其覆盖手柄的至少一部分。涂层被配置为将静电远离表面分散。涂层由具有小于第一表面电阻率的第二表面电阻率的第二材料制成。

在另一方面，本发明提供了一种电动工具，其具有包括基材和添加剂的手柄。手柄被配置为由用户抓握，并包括基材和。手柄具有第一体积电阻率和第一表面电阻率。基材具有第二体积电阻率和第二表面电阻率。添加剂使手柄的第一体积电阻率和第一表面电阻率分别小于基材的第二体积电阻率和第二表面电阻率，使得基材和添加剂被配置为将静电远离手柄分布。

对于本领域技术人员而言，通过考虑详细描述，附图，以及权利要求，本发明的独立特征和独立优点将变得显而易见。

附图说明

图1是切割锯的透视图，该切割锯包括具有降低壳体的电阻率的添加剂的塑料蛤壳式壳体半部。

图2是沿图1中的线2-2截取的图1的锯的剖视图。

图3是图1的锯的透视图，其中移除了带盖，示出了锯的驱动组件。

图4是沿图1中的线4-4截取的锯的放大剖视图。

图5是切割锯的透视图，该切割锯具有被涂覆以降低手柄的电阻率的手柄。

在详细解释本发明的任何实施例之前，应当理解，本发明的应用不限于在以下描述中阐述或在附图中示出的构造细节和部件布置。本发明能够具有其他实施例，并且能够以各种方式实践或实施。另外，应当理解，本文所使用的措词和术语是出于描述的目的，而不应被认为是限制性的。

具体实施方式

图1示出了手持式电动工具10，其在所示的实施例中是切割锯(cut-off saw)。锯10包括壳体15、连接到壳体15并从壳体15延伸的支撑臂20、由支撑臂20承载的切割轮25，以及覆盖切割轮25的圆周的一部分的防护件30。切割轮25可以是刀片、研磨盘或能够从工件去除材料的任何其他可旋转元件。在所示的实施例中，切割轮25具有大于9英寸的直径，并且优选地直径为14英寸。在其他实施例中，切割轮25的直径可以在大约10英寸和大约16英寸之间。

再次参考图1，所示的壳体15是具有左协作半部35和右协作半部40的蛤壳式壳体。第一或后手柄45在大体与支撑臂20相反的方向上从壳体15的后部延伸。用于操作的锯10的触发器50位于后手柄45上。在所示的实施例中，锯10还包括第二或前手柄55，其环绕壳体15的上部。前手柄55和后手柄45提供抓握区域以便于双手操作锯10。

参考图2，锯10还包括在壳体15的前下部处形成在壳体15内的马达壳体60。电动马达(未示出)安装在马达壳体60中。马达优选地是无刷直流(“BLDC”)马达。马达的操作由包括印刷电路板(“PCB”)70的马达控制***65控制。

参考图1和图2，所示的锯10包括向马达供电的电池组75。电池组75可移除地联接到电池插座80，在所示的实施例(图1)中，电池插座80位于壳体15的上部上。因此，当电池组75联接到插座80时，前手柄55至少部分地围绕电池插座80和电池组75。所示的电池组75是电动工具电池组并且包括电池壳体85以及设置在壳体85内的多个可再充电电池单元90(图2)。电池单元90是锂基电池单元，但可替代地具有任何其他合适的化学物质。在所示的实施例中，电池组75具有大约80V的标称输出电压。在其他实施例中，电池组75可以具有不同的标称电压，例如36V、40V、72V、在36V和大约80V之间、或大于40V。

锯10包括用于将扭矩从马达传递到切割轮25(图3)的驱动组件100。驱动组件100包括固定到马达的输出轴(未示出)的驱动滑轮105、通过带115连接到驱动滑轮105的从动滑轮110、固定到从动滑轮110的主轴(未示出)，以及联接到主轴120的夹具组件(未示出)。带115是同步带，其具有跨带115的宽度横向延伸的多个齿(未示出)。齿(未示出)可与从动滑轮110和驱动滑轮105上相应的齿175接合。在一些实施例中，离合器机构可以设置在输出轴和驱动滑轮105之间，以选择性地中断输出轴和驱动滑轮105之间的扭矩传递。

参考图1至图3，驱动滑轮105限定第一旋转轴线135，并且从动滑轮110限定与第一旋转轴线间隔开的第二旋转轴线140(图3)。支撑臂20包括联接到壳体15的第一臂部145和联接到第一臂部145的第二臂部150。在所示的实施例中，第一臂部145包括安装件155，马达直接紧固到安装件155(图2)。马达的输出轴穿过第一臂部145延伸至驱动滑轮105(图3)。主轴120延伸穿过第二臂部150并由两个轴承(未示出)支撑。在所示的实施例中，第一盖165和第二盖170(图1)固定到第一臂部145和第二臂部150，以在正常操作期间封闭驱动组件100。盖165、170通过螺钉联接到相应的臂部145、150，但在其他实施例中可以通过卡扣配合或任何其他合适的方式附接到相应的臂部145、150。

参考图4，锯10还包括延伸穿过壳体15的封闭冷却路径200。所示的壳体15包括在后手柄45与马达壳体60之间的位置处穿过壳体15横向延伸的孔205。开槽进气口210排列在孔205的周边上并与壳体15的内部连通。在所示的实施例中，孔205具有大体五角形或五边形的横截面，并且进气口210位于孔205的五个侧中的三个上。孔205中的进气口210的位置有助于保护孔210免受在锯10操作期间存在的流体、灰尘和碎屑的影响。在其他实施例中，进气口210可以不同的方式布置和定位。此外，锯10可以不包括孔205，并且可以从其他位置(例如从靠近后手柄45附近)吸入进气。

继续参考图4，进气口210与空气空间215连通，空气空间215通过壁220与马达壳体60的内部间隔开。通过进气口210吸入的空气由壁220和各种其他壁和挡板沿着冷却路径200引导，其中壁220和各种其他壁和挡板引导空气经过带翅片的散热器225以冷却PCB70。在经过散热器225之后，空气可以进入马达壳体60，从而在通过位于在壳体15的底部上的开槽排气口230排出之前冷却马达。风扇(未示出)与马达一起提供以在锯10的操作期间沿着冷却路径200引起气流。

随着刀片25和工件之间的每次接触，刀片25的电荷亲和力和工件的电荷亲和力之间的差异使得在锯10内产生(induce)静电荷。与两个接触绝缘体(例如工件和刀片25)之间的摩擦相关联的每单位能量产生的电荷量可以通过该两个接触绝缘体的电荷亲和力之间的差异来估计。电荷亲和力可以通过实验量化，并在摩擦电表(triboelectric table)中列出。

摩擦电表描述了许多绝缘体的电荷亲和力，以预测当两种材料被挤压或摩擦在一起时，哪种材料会带正电，哪种材料会带负电。摩擦电表还可以预测将两种不同材料挤压或摩擦在一起的效果强度。当摩擦在一起时产生电荷的材料可以包括绝缘体，并且可以包括空气。电荷亲和力以与该两种材料之间的挤压捏合或摩擦相关联的nC/J或每焦耳能量的纳米库仑电荷数为单位进行实验测量。

为了获得相关联的摩擦的每单位能量在每个接触绝缘体中的预期电荷量，在第一绝缘体和第二绝缘体的电荷亲合力之间取差。此外，为了确定哪个绝缘体会带正电，哪个绝缘体会带负电，典型的摩擦电表中提供了金属效应列。“+”号或“-”号表示在挤压或摩擦接触后每个绝缘体产生的电荷的极性。“+”号对应于正电荷，并且“-”号对应于负电荷。

例如，当具有+7nC/J的电荷亲和力和正极性的刀片25接触具有-100nC/J的电荷亲和力和负极性的聚氯乙烯(PVC)管(工件)时，两个电荷亲和力之间的差异为107nC/J。因此，对于利用刀片25切割PVC管的每焦耳能量，-107nC的电荷被保留在PVC管和在切割操作期间产生的相关的PVC碎屑中。此外，+107nC的电荷保留在锯10的刀片25中。此外，PVC碎屑可能会冲击防护件30、手柄45、马达壳体60、风扇(未示出)和带115以及锯10的其他部分。这些额外的冲击进一步在锯10内引起静电荷。因此，在PVC管的切割操作中，会在锯10上产生大量静电荷。

下面的表1列出了切割锯10的一些部件的电荷亲和性以及接触绝缘体之间的相应电荷亲和性。表1还列出了两个绝缘体之间每焦耳接触力的在两个绝缘体之间的产生电荷。切割锯10的材料特性对应于表1中所示的电荷亲和力。可以使用另一种材料代替PVC作为工件。因此，为了对不同的材料的工件进行类似的分析，必须在表1中更新PVC和PVC碎屑以及与PVC和PVC碎屑对应的电荷亲和力。

表1：绝缘体之间的电荷亲和力差异

表1中的数据表明了切割锯10为在锯10、工件和工件碎屑之间提供了许多可能产生静电荷的位置。此外，切割锯10的部件相互摩擦或以其他方式接触，因此会在锯10的相互接触部件上产生静电荷。

本发明的一个考虑是减少由经常在大量挤压或摩擦能量下彼此接触的工具10的部件和工件之间的电荷亲和力的大差异所产生的静电荷。因此，可以减少锯10内产生的静电荷量并且可以缓解对用户或锯10的电子设备的静电放电的强度和频率。

此外，限定手柄45的蛤壳式半部35、40可包括涂层或添加剂43以将累积在手柄45中的静电荷分散到环境中。有意地，涂层或添加剂43允许锯10内产生的静电荷通过电阻较小的路径释放，使得它不会积聚在锯10上或锯10内的任何一个位置。参考图1，蛤壳式半部35、40包括添加剂43，与蛤壳式半部35、40的基材相比，添加剂43改变了蛤壳式半部35、40的导电特性，以向壳体15提供较低的表面电阻率或体积电阻率。因此，形成了电阻较小的路径以释放积聚在壳体15或锯10的任何内部部件(例如，马达或印刷电路板70)上的任何静电荷。静电荷可以通过蛤壳式半部35、40传导远离锯10的内部部件，只要半部35、40允许比通过锯部件传导的接地路径电阻更小的接地路径。虽然添加剂43仅在图1中与手柄45相关联地示出，但在锯10的一些实施例中，添加剂43分布在整个蛤壳式半部35、40中。然而，在其他实施例中，添加剂43可被限制在手柄45中以提供通过手柄45和锯10的用户的接地路径。

形成手柄45的蛤壳式半部35、40可以在塑料注塑成型工艺中形成，其可以包括添加剂43。可替代地，蛤壳式半部35、40可以在多种不同制造工艺中的任一种中形成。添加剂43可以改变手柄45的电阻率特性。具体地，添加剂43可以具有与用于形成蛤壳式半部35、40的基材的表面电阻和体积电阻率不同的表面电阻和体积电阻率。在锯10的一个实施例中，添加剂43分布在整个蛤壳式半部35、40中，使得注塑成型的手柄45在整个手柄45中具有相对恒定的表面电阻和体积电阻率。也预想到，添加剂43可以是仅分布在手柄45的某些区域内，使得手柄45的某些区域具有与手柄45的其他区域不同的电阻率特性。

表面电阻是材料在沿形成材料片的平面的方向上的电流电阻的量度。表面电导率是材料在沿着形成材料片的平面的方向上的电流的量度。体积电阻率是材料在垂直于由材料片形成的平面的方向上的电流电阻的量度。体积电导率是材料在垂直于由材料片形成的平面的方向上的电流的量度。

在图1所示的锯10的实施例中，用于形成蛤壳式半部35、40的添加剂43的表面电阻和体积电阻率低于常用的基础注塑成型塑料的表面电阻和体积电阻率。由于手柄45(具有添加剂43)的表面电阻和体积电阻率低于没有添加剂43的手柄45的基材，所以静电荷更自由地流过手柄45。在没有添加剂43的情况下，静电荷很可能积聚在手柄45上。相反，具有分布的添加剂43的手柄45允许电荷更自由地流过手柄45，并且通常流过用户并流到接地。因此，通过将添加剂43至少分布在整个手柄45中，在用锯10进行切割操作期间，静电荷不太可能积聚在锯10上并作为电击通过用户释放或通过锯10的电子部件释放。

在图5所示的实施例中，切割锯10包括大体上包围手柄45的涂层700。涂层700可以覆盖或包围手柄45的一部分，或整个手柄45。可替代地或附加地，涂层700可以覆盖或包围蛤壳式半部35、40的内表面的一部分。涂层700由不同于手柄45的其余部分的材料制成。涂层700的材料可具有不同于手柄45的表面电阻和体积电阻率的表面电阻和体积电阻率。具体地，涂层700可具有小于手柄45的基材的表面电阻或体积电阻率的表面电阻或体积电阻率。涂层700将静电荷分布远离切割锯10的表面。在锯10的一些实施例中，涂层700可以小于0.1mm厚。并且，在一些实施例中，涂层700可以包括具有10⁸欧姆(Ω)的表面电阻的导电涂料或类似物。

如上所述并如图1所示，手柄45的体积电阻和表面电阻可能受到向常用注塑成型塑料添加一种或多种添加剂43的影响。此外，如上所述并如图5所示，手柄45的表面电阻可能受到手柄45上的涂层700的影响。任意数量的体积和表面电阻的任意数量的添加剂43可以添加到手柄塑料或提供在手柄涂层中。然而，表2提供了一系列材料，这些材料在设计工具(特别是电动工具)时可能相关和有用，以缓解静电放电。下表的列提供了添加剂43的商品名称、表面电阻、体积电阻率和每种相关材料的制造商。

表2：相关材料列表

作为参考，手柄45的基材(即，没有添加剂43或涂层700)的表面电阻大于10¹⁶Ω。具有至少一种添加剂43的手柄45的基材的表面电阻小于10¹⁵Ω。优选地，具有至少一种添加剂43的手柄45的基材的表面电阻在10¹⁰和10¹⁴Ω之间。

在锯10的操作中，用户压下触发器50以启动马达，马达使驱动滑轮105、带115和从动滑轮110旋转以旋转刀片25。刀片25反复接触工件，从而产生接触锯10和锯10周围的空气的碎屑。因此，由于刀片25和工件之间的反复接触以及工件碎屑与锯10之间的接触，在锯10中产生静电荷。在锯10的一些实施例中，手柄45上的低表面电阻涂层700通过形成通过手柄45和握住锯10的用户的低电阻接地路径来防止静电荷积聚在手柄45和工具10的其他部分上。在锯10的其他实施例中，具有分布的添加剂43的低表面电阻率和体积电阻率手柄45通过形成通过手柄45和握住锯10的用户的低电阻接地路径来防止静电荷积聚在手柄45和工具10的其他部分上。添加剂43使手柄45的表面电阻率和体积电阻率小于构成手柄45的基材的表面电阻率和体积电阻率。逐渐地，在切割操作期间产生的静电荷通过手柄45和用户被引导远离锯10并到周围环境，而不是在一段时间内累积直到静电荷足够高以可能电击用户或锯10的电子设备。

附加地或可替代地，锯10可以包括空气电离器300(图4)以电离经由进气口210进入壳体15的空气粒子。空气电离器300可以位于进气口210或排气口230附近。空气电离器300通过将带正电的粒子引入开口210、230之间的气流路径200以防止粒子将电荷转移到锯10。因此，空气电离器300防止在锯10的部件上积累额外的电荷。因此，带正电的粒子和带负电的粒子可以碰撞并交换电荷以导致两个带中性电荷的粒子形成。

附加地或可替代地，锯10可以包括覆盖进气口210中的至少一个的至少一部分的导电格栅或筛网(未示出)。在一些实施例中，导电格栅可以是金属。格栅或筛网可带负电且可渗透以允许气流通过进气口210，同时还排斥空气中的带负电的粒子以限制带负电的粒子进入开口210。格栅或筛网可紧固到孔205或锯10的另一部分以充分固定格栅或筛网以覆盖进气口210中的至少一个。

附加地或可替代地，锯10可以包括静电绳400，静电绳400被配置为将产生的静电传导远离锯10。静电绳400可以设置在手柄45内(图2)。可替代地，静电绳400可定位在别处，例如在锯10外部的位置。静电绳400可从手柄45去除静电荷，并将该电荷储存在绳400中以在所需时间受控地放电。静电绳400可以被紧固到手柄45或锯10的另一部分，以使得积累在静电绳400中的静电荷可以在用户无需接触带电的绳400的情况下被释放到接地。

附加地或可替代地，锯10可以包括金属丝500(图2)，以分散从切割锯10的静电荷。金属丝500可包括实心线芯505以及从线芯505延伸的幼细线510。金属丝500可以由相对导电的材料(诸如铜)制成。金属丝500可定位在手柄45内，或在如图2所示的防护件30内，以将产生的静电大体传导远离锯10。

附加地或可替代地，锯10可以包括紧固到防护件30(图2)的尖刺特征600。工件碎屑可能经常以大量接触(例如摩擦)能量接触防护件30。尖刺特征600可以接触防护件30内的工件碎屑并且在特征600中产生静电荷。因此，可以从碎屑去除静电荷并且将其施加到特征600。特征600可以由金属形成，因此，可以对电荷相对导电。特征600可以从防护件30朝向刀片25突出，并且可以紧固到防护件30或与防护件30一体地形成。特征600可以从防护件30的内部或者穿过防护件30的一部分朝向刀片25从防护件30突出。特征600中积累的静电荷可以通过切割锯10周围的环境空气消散到环境中。

在所附权利要求中阐述了本发明的各种特征。

Claims (30)

1.一种电动工具，包括：

手柄，其被配置为由用户抓握，所述手柄包括表面和具有第一表面电阻率的第一材料；以及

涂层，其覆盖所述手柄的至少一部分，所述涂层被配置为将静电远离所述表面分散，

其中，所述涂层由第二材料制成，所述第二材料具有小于所述第一表面电阻率的第二表面电阻率。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其中，由所述电动工具产生的静电荷沿着从所述工具到接地的路径，并且其中，所述路径包括所述手柄。

3.根据权利要求2所述的电动工具，还包括印刷电路板，其中，从所述工具到接地的静电荷的所述路径传导远离所述印刷电路板。

4.根据权利要求1所述的电动工具，其中，所述涂层的厚度小于0.1mm。

5.根据权利要求1所述的电动工具，其中，所述涂层具有小于108欧姆的表面电阻。

6.根据权利要求1所述的电动工具，其中，所述涂层是导电涂料。

7.根据权利要求1所述的电动工具，还包括空气电离器，所述空气电离器位于所述工具内的气流路径的入口附近，其中，所述空气电离器被配置为通过所述入口将带正电的粒子引入到所述气流路径中。

8.根据权利要求1所述的电动工具，还包括导电格栅，所述导电格栅位于所述工具内的气流路径的入口附近，其中，所述金属格栅被配置为排斥带电的粒子通过所述入口进入所述气流路径。

9.根据权利要求1所述的电动工具，还包括静电绳，所述静电绳被配置为将产生的静电传导远离所述电动工具。

10.根据权利要求9所述的电动工具，其中，所述静电绳被紧固到所述手柄以允许在所述静电绳不接触用户的情况下释放累积的所述静电荷。

11.根据权利要求1所述的电动工具，还包括导电金属丝，所述导电金属丝被配置为将产生的静电传导远离所述电动工具。

12.根据权利要求1所述的电动工具，还包括导电尖刺特征和刀片，其中，所述导电尖刺特征被配置为将产生的静电传导远离所述刀片。

13.根据权利要求12所述的电动工具，还包括刀片防护件，其中，所述导电尖刺特征邻近所述刀片与所述刀片防护件紧固或一体地形成。

14.根据权利要求1所述的电动工具，其中，所述表面是所述手柄的外表面，并且其中，所述涂层被施加到所述手柄的内表面。

15.一种电动工具，包括：

手柄，其被配置为由用户抓握，所述手柄包括基材和添加剂，

其中，所述手柄具有第一体积电阻率和第一表面电阻率，

其中，所述基材具有第二体积电阻率和第二表面电阻率，以及

其中，所述添加剂使所述手柄的所述第一体积电阻率和所述第一表面电阻率分别小于所述基材的所述第二体积电阻率和所述第二表面电阻率，从而使得所述基材和所述添加剂被配置为将静电远离所述手柄分布。

16.根据权利要求15所述的电动工具，其中，由所述电动工具产生的静电荷沿着从所述工具到接地的路径，并且其中，所述路径包括所述手柄。

17.根据权利要求15所述的电动工具，其中，所述添加剂具有小于所述基材的所述第二体积电阻率的第三体积电阻率，并且其中，所述添加剂具有小于所述基材的所述第二表面电阻率的第三表面电阻率。

18.根据权利要求17所述的电动工具，还包括具有第四体积电阻率和第四表面电阻率的第二添加剂，所述第一添加剂和所述第二添加剂一起使所述手柄的所述第一体积电阻率和所述第一表面电阻率分别小于所述基材的所述第二体积电阻率和所述第二表面电阻率。

19.根据权利要求15所述的电动工具，其中，所述手柄由注塑成型工艺形成。

20.根据权利要求15所述的电动工具，其中，所述手柄由塑料形成。

21.根据权利要求15所述的电动工具，其中，所述手柄包括第一蛤壳式半部和相对的第二蛤壳式半部，并且其中，所述添加剂分布在整个所述第一蛤壳式半部和整个所述第二蛤壳式半部中。

22.根据权利要求15所述的电动工具，其中，所述添加剂均匀地分布在整个所述手柄中。

23.根据权利要求15所述的电动工具，其中，所述手柄包括第一区域和第二区域，并且其中，不等量的添加剂分布在整个所述第一区域和整个所述第二区域中。

24.根据权利要求15所述的电动工具，还包括空气电离器，所述空气电离器位于所述工具内的气流路径的入口附近，其中，所述空气电离器被配置为通过所述入口将带正电的粒子引入到所述气流路径中。

25.根据权利要求15所述的电动工具，还包括金属格栅，所述金属格栅位于所述工具内的气流路径的入口附近，其中，所述金属格栅被配置为排斥带电的粒子通过所述入口进入所述气流路径。

26.根据权利要求15所述的电动工具，还包括设置在所述手柄内的静电绳，其中，所述静电绳被配置为积累来自所述手柄的静电荷并存储所述静电荷以进行受控放电。

27.根据权利要求26所述的电动工具，其中，所述静电绳被紧固到所述手柄以允许在所述静电绳不接触所述用户的情况下释放累积的所述静电荷。

28.根据权利要求15所述的电动工具，还包括导电金属丝，所述导电金属丝被配置为将产生的静电传导远离所述电动工具。

29.根据权利要求15所述的电动工具，还包括导电尖刺特征和刀片，其中，所述导电尖刺特征被配置为将产生的静电传导远离所述刀片。

30.根据权利要求29所述的电动工具，还包括刀片防护件，其中，所述导电尖刺特征邻近所述刀片与所述刀片防护件紧固或一体地形成。

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