TW201729951A - 棘輪扳手 - Google Patents

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奈傑爾 亞歷山大 布坎南
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奈傑爾 亞歷山大 布坎南
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Abstract

本發明係有關於一種扳手，尤指一種棘輪扳手。本發明之棘輪扳手具有由一扳手頭、一離合環及一驅動元件所形成層狀結構，其中可撓性離合環形成層狀結構之中層部位。於使用時，作用於離合環之壓力於其外表面及內表面大幅消散，而向內側的力則夾持驅動元件的外表面。此層狀構造可在不降低扳手頭強度的情況下減少扳手頭的寬度或深度。

Description

棘輪扳手
本發明係關於一種扳手，尤指一種棘輪扳手。
現有棘輪扳手通常於一扳手頭中設置一驅動元件。驅動元件中設有用以容置一欲驅動物件形狀之開孔。例如，開孔可為六角形，用以容置特定尺寸的螺絲頭或螺帽。另外，驅動元件亦可包含有突出扳手頭之一栓體，用以連接一套合座。扳手頭與驅動元件之間設有一具彈性的環形離合器，用以將施加於扳手頭的力矩傳遞至驅動元件。當把手以驅動方向旋轉而施加力矩至一緊固件，離合器變形而將扳手頭與驅動元件固定而可傳遞力矩。當把手反向旋轉時，離合器回復而可容許扳手頭與驅動元件之間的相對運動，令把手回復至原位。
為了避免扳手頭的體積過大，環狀離合器通常為相對較薄的彈性環，當處於重覆性高力矩環境時，其變形將顯得效率不佳。
環狀離合器的外側壁具有連續的精細齒狀構造，用以與扳手頭對應的精細齒狀構造相嚙合。環狀離合器具有至少100個齒狀構造。由於齒狀構造相當精細，即使只有微小的變形，例如0.01%的變形量，也可能造成無法與扳手頭正確嚙合的情形。製作較薄的具有精細齒狀構造的環狀離合器並不容易。其中一種可行的方法為金屬射出成型(metal injection moulding,MIM)。MIM零件係以金屬粒子加入特定比例的增塑劑或蠟模鑄而 成。成型件置入高溫真空爐中使金屬粒子熔化，並令增塑劑燃燒後抽真空去除。即使製程中只有0.02%的誤差，都可能使環狀離合器受力而與扳手頭嚙合時產生錯位。
現有棘輪扳手的另一個問題為，微塵或髒污侵入，將會快速損毀其棘輪機制。
因此，如何設計一較佳的棘輪扳手，可減輕或緩和上述問題，或提供現有產品以外的選擇，實為業界亟望改善的課題。本發明之實施例可提供較低成本及較佳可靠度的產品。
本發明提供一棘輪扳手機制如申請專利範圍第1項所述。
本發明另供一棘輪扳手機制如申請專利範圍第14項所述。
本發明之扳手頭於負載狀態下形成一類層狀結構，可傳輸較大的力矩，或可在不犧牲負載能力的情形下縮小扳手頭的體積。由於層狀結構可利用其層狀構造分散非紋理方向(cross grain)的應力，因此較相近厚度的物質具有較大的強度。
離合齒部被偏壓而與設於驅動元件或扳手頭的齒嚙合，可於力矩施加於扳手頭時提供基本的嚙合力。
扳手頭相對把手形成偏置狀態而形成P形外觀。扳手頭的偏置設置可令一側的扳手頭具有相對較小的壁厚，最小可為正常壁厚的50%，因此處於空間狹小位置而導致一般棘輪扳手無法使用的緊固件，亦可套用本發明之棘輪扳手。
離合環上的所有離合齒皆可同時與框部或驅動元件的齒嚙 合或脫離，可使應力均等化並降低磨損的可能性。
離合傳送斜面的總移動量由離合突出部與設於框部或驅動元件的凹槽限制。如此可於扳手反向操作時使斜面之間的間隙保持最小，可有效減少驅動功能與復位功能轉換時的晃動。
由於離合齒只設於離合環圓周上的一部分，其在使用上延長的困難度將會降低。同時，製作相對精細齒的困難度也會降低，因此其製作及品保成本也可降低。
1‧‧‧棘輪扳手
100‧‧‧簧片捲
200‧‧‧扳手頭
201‧‧‧框部
202‧‧‧框齒
203‧‧‧內孔
204‧‧‧封墊固定槽
205‧‧‧框內壁
207‧‧‧第一連接部
208‧‧‧第二連接部
209‧‧‧減厚段
210‧‧‧框齒頂部
30‧‧‧把手
400‧‧‧驅動元件
401‧‧‧驅動斜面
402‧‧‧扣合面
403‧‧‧凹部
404‧‧‧密封部
406‧‧‧外側壁
407‧‧‧驅動孔
408‧‧‧驅動栓
409‧‧‧凹槽
410‧‧‧端壁
412‧‧‧驅動面
413‧‧‧驅動斜面側壁
500‧‧‧離合環
501‧‧‧離合齒部
502‧‧‧離合傳送斜面
503‧‧‧離合肩部
504‧‧‧離合光滑部
505‧‧‧接觸面
506‧‧‧頭端
507‧‧‧離合突出部
508‧‧‧離合外表面
509‧‧‧離合內表面
510‧‧‧離合內平滑部
60‧‧‧密封墊
61‧‧‧封墊固定圈
70‧‧‧間隙
80‧‧‧緊固件
81‧‧‧緊固件驅動面
90‧‧‧障礙物
1000‧‧‧棘輪扳手
1030‧‧‧把手
1040‧‧‧驅動元件
1041‧‧‧驅動齒
1042‧‧‧扣合面
1043‧‧‧密封部
1044‧‧‧封墊固定槽
1045‧‧‧外側壁
1046‧‧‧驅動孔
1048‧‧‧驅動齒頂部
1060‧‧‧密封墊
1061‧‧‧封墊固定圈
1070‧‧‧間隙
1080‧‧‧緊固件
1081‧‧‧緊固件驅動面
1200‧‧‧扳手頭
1201‧‧‧框部
1202‧‧‧框斜面
1203‧‧‧內孔
1204‧‧‧封墊固定槽
1205‧‧‧凹槽
1206‧‧‧框斜面側壁
1207‧‧‧驅動面
1208‧‧‧框內壁
1210‧‧‧第一連接部
1211‧‧‧第二連接部
1212‧‧‧端壁
1500‧‧‧離合環
1501‧‧‧離合齒部
1502‧‧‧離合傳送斜面
1503‧‧‧離合肩部
1504‧‧‧離合光滑部
1505‧‧‧接觸面
1506‧‧‧頭端
1507‧‧‧離合突出部
1508‧‧‧離合外表面
1509‧‧‧離合內表面
第1圖：為本發明一實施例之立體圖。
第2圖：為第1圖所示實施例之分解圖。
第3圖：為第1圖所示實施例以驅動方向旋轉之俯視圖。
第4圖：為第3圖之局部放大圖。
第5圖：為第1圖所示實施例以反向或復位旋轉之俯視圖。
第6圖：為第5圖之局部放大圖。
第7圖：為第4圖之扳手頭於閒置狀態之示意圖。
第8圖：為本發明一實施例之使用狀態參考圖。
第9圖：為本發明另一實施例之立體圖。
第10圖：為本發明又一實施例之立體分解圖。
第11圖：為第10圖所示實施例以驅動方向旋轉之俯視圖。
第12圖：為第11圖之局部放大圖。
第13圖：為第10圖所示實施例以反向或復位旋轉之俯視圖。
第14圖：為第13圖之局部放大圖。
請參閱第1圖，為本發明一實施例之立體圖。如圖所示，本發明之棘輪扳手1包含有一把手30、一扳手頭200、一扣合面402、一驅動孔407及一密封墊60。
請參閱第2圖，扳手頭200包含一框部201，框部201具有由一框內壁205定義之內孔203，框內壁205則設有多個框齒202。扳手頭200設有一封墊固定槽204。扳手頭200設有一第一連接部207及一第二連接部208，用以連接至把手30。扳手頭200設有一驅動元件400，驅動元件400定義扣合面402及驅動孔407。驅動元件400之外側壁406設有多個驅動斜面401，其一側則設有一密封部404。扳手頭200還包含有一環狀離合器，可為具有一開裂處之離合環500。離合環500之離合外表面508具有一離合齒部501及一離合光滑部504。離合內表面509則設有多個離合傳送斜面502。一封墊固定圈61則用以將密封墊60固定於封墊固定槽204。一彈性元件，可為但不限於一簧片捲100，用以施加朝向框內壁205的偏壓於離合環500之一端。
在本發明之一實施例中，驅動斜面401具有沿該驅動元件400之一圓周方向之一長度，離合傳送斜面502具有一沿該圓周方向之一長度，驅動斜面401與離合傳送斜面502分別具有相同之一斜面角度，斜面角度為與該圓周方向之夾角，斜面角度可為8-30度。
請參閱第3、4、7圖，分別顯示棘輪扳手1之扳手頭200以驅動方向D旋轉之狀態。其中，為顯示內部元件，密封墊60及封墊固定圈61已被省略。扳手頭200具有一偏置的框部201。如第1圖至第3圖所示，偏置 的框部201使棘輪扳手1具有P形外觀。於操作時，第一連接部207承受比第二連接部208較小的應力，因此可具有較薄的厚度。在本發明之一實施例中，連接部之厚度指框內壁205與框外壁之間的距離。離合齒部501設置於離合環500之頭端506(就驅動方向D而言)並與框齒202嚙合。離合傳送斜面502的接觸面505與對應驅動斜面401的驅動面412全面接觸，使離合環500向外展開迫使離合齒部501及離合光滑部504與框齒202嚙合或頂住。離合傳送斜面502將前移並頂住驅動斜面401直到驅動元件400、離合環500與扳手頭200之間的相對移動消失。驅動元件400、離合環500與扳手頭200將彼此鎖固而形成一堅固的類層狀構造，當適當尺寸的緊固件80套合於驅動孔407時，可藉由扣合面402與緊固件驅動面81的接觸，將力矩傳遞到緊固件80而使之轉動。
當扳手頭200以驅動方向D旋轉時，扳手頭200、離合環500與驅動元件400被鎖固，驅動斜面側壁413與離合肩部503之間的間隙70為最大或接近最大。簧片捲100設置於驅動元件400所定義的一凹部403中。
請參閱第5圖及第6圖，為第1圖所示實施例以反向或復位方向R旋轉之俯視圖，為顯示內部元件，密封墊60及封墊固定圈61已被省略。當扳手頭200以反向R旋轉，離合外表面508與框內壁205間的小抓力或離合突出部507與驅動元件400凹槽409的端壁410的作用力，可將離合傳送斜面502推離驅動斜面401。如此，可放鬆離合外表面508與框內壁205之間的嚙合狀態，而使扳手頭200與把手30相對於驅動元件400進行複位。其中，凹槽409定義於驅動元件400上，用以限制驅動斜面401與離合傳送斜面502間之間隙70的閉合。
當扳手頭200、離合環500與驅動元件400處於閒置狀態時，離合內平滑部510與離合齒部501被簧片捲100偏壓而框齒202嚙合，藉以於扳手頭200以驅動方向D旋轉時，以離合齒部501與框齒202提供基本的嚙合力。
請參閱第8圖，為本發明一實施例之使用狀態參考圖。如圖所示，本發明扳手頭200偏置的框部201中鄰近第一連接部207的減厚段209使棘輪扳手1可用於鄰近障礙物90的緊扣件80，克服了現在棘輪扳手的缺點。
在本發明之一實施例中，驅動元件400之外側壁406與離合環500之離合內表面509具有相同的有效直徑。
在本發明之一實施例中，扳手頭200的外部直徑小於美國機械工程師學會(American society of mechanical engineers,ASME)認證的同尺寸梅花扳手(box head wrench)外部直徑的90%。
請參閱第9圖，為本發明另一實施例之立體圖。如圖所示，本實施例之棘輪扳手1之驅動元件400具有一驅動栓408，因此可適用於套筒扳手套件。
請參閱第10圖，為本發明又一實施例之立體分解圖。本實施例之棘輪扳手1000包含有一把手1030及一扳手頭1200。扳手頭1200具有一框部1201及由一框內壁1208所定義之內孔1203，框內壁1208設有多個框斜面1202。扳手頭1200還包含有一封墊固定槽1204。扳手頭1200內設有一驅動元件1040。驅動元件1040之外側壁1045設有多個驅動齒1041，內側壁定義一驅動孔1046並設有一扣合面1042，另設有一密封部1043及一封墊固定 槽1044。由一離合環1500形成的環狀離合器設置於框內壁1208與驅動元件1040之間。離合環1500之離合內表面1509設有一離合齒部1501及一離合光滑部1504，離合外表面1508設有多個離合傳送斜面1502及一離合突出部1507。扳手頭1200另設有一密封墊1060及一封墊固定圈1061。
在本發明之一實施例中，框斜面具有沿內孔之一圓周方向之一長度，離合傳送斜面具有沿該圓周方向之一長度，框斜面與離合傳送斜面分別具有相同之一斜面角度，斜面角度為與圓周方向之夾角，斜面角度可為8-30度。
請參閱第11圖及第12圖，分別為第10圖所示實施例以驅動方向旋轉之俯視圖及局部放大圖，其中為顯示內部元件，密封墊1060及封墊固定圈1061已被省略。扳手頭1200被偏置而與把手1030形成P形外觀。與棘輪扳手1相同，扳手頭1200具有一第一連接部1210及一第二連接部1211，其中第一連接部1210的厚度較薄。在本發明之一實施例中，連接部之厚度指框內壁1208與框外壁之間的距離。其中，扳手頭1200顯示以驅動方向D旋轉。離合環1500頭端1506(就驅動方向D而言)的離合齒部1501與驅動元件1040之驅動齒1041嚙合。離合傳送斜面1502之接觸面1505與框斜面1202之驅動面1207全面接觸，導致離合環1500收縮。離合環1500的收縮迫使離合齒部1501與離合光滑部1504與驅動齒1041嚙合或頂住。框斜面1202將前移並頂住離合傳送斜面1502直到驅動元件1040、離合環1500與扳手頭1200之間的相對移動消失。驅動元件1040、離合環1500與扳手頭1200將彼此鎖固而形成一堅固的類層狀構造。當適當尺寸的緊固件1080套合於驅動孔1046時，可藉由扣合面1042與緊固件驅動面1081的接觸，將力矩傳遞到緊固件 1080而使之轉動。離合齒部1501與驅動齒1041全面嚙合，驅動齒頂部1048則抓住離合內表面1509的離合光滑部1504。當扳手頭1200以驅動方向D旋轉時，扳手頭1200、離合環1500與驅動元件1040被鎖固，框斜面側壁1206與離合肩部1503間的間隙1070為最大或接近最大。
請參閱第13圖及第14圖，分別為第10圖所示實施例以反向R或復位旋轉之俯視圖及局部放大圖。當把手1030反向R旋轉時，離合內表面1509與驅動元件1040外側壁1045間的小抓力或離合突出部1507與凹槽1205端壁1212的作用力，可將離合傳送斜面1502沿框斜面1202拉回。如此，可放鬆離合內表面1509與驅動元件1040外側壁1045之間的嚙合狀態，而使扳手頭1200與把手1030相對於驅動元件1040進行復位。其中，凹槽1205用以限制間隙1070的閉合。請參閱第12圖，當扳手頭1200以反向R旋轉後停止時，扳手頭1200處於閒置狀態，離合環1500回復至離合齒部1501輕微偏壓至與驅動齒1041嚙合的狀態，藉以於把手1030以驅動方向D旋轉時，提供基本的嚙合力。
在本發明之一實施例中，驅動元件1040之外側壁1045與離合環1500之離合內表面1509具有相同的有效直徑。
在本發明之一實施例中，扳手頭1200的外部直徑小於美國機械工程師學會(ASME)認證的同尺寸梅花扳手外部直徑的90%。
在本發明之一實施例中，框部1201具有一寬度，驅動孔1046具有一直徑，框部1201之寬度小於驅動孔1046直徑的兩倍。
以上所述者，僅為本發明之實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵、方 法及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
30‧‧‧成列產品之堆疊裝置
300‧‧‧框架
1‧‧‧棘輪扳手
100‧‧‧簧片捲
200‧‧‧扳手頭
201‧‧‧框部
202‧‧‧框齒
203‧‧‧內孔
204‧‧‧封墊固定槽
205‧‧‧框內壁
207‧‧‧第一連接部
208‧‧‧第二連接部
30‧‧‧把手
400‧‧‧驅動元件
401‧‧‧驅動斜面
402‧‧‧扣合面
404‧‧‧密封部
406‧‧‧外側壁
500‧‧‧離合環
501‧‧‧離合齒部
502‧‧‧離合傳送斜面
504‧‧‧離合光滑部
508‧‧‧離合外表面
509‧‧‧離合內表面
60‧‧‧密封墊
61‧‧‧封墊定位圈

Claims (26)

  1. 一種棘輪扳手，包含：一扳手頭，具有一框部，該框部具有一框外壁及一框內壁，該框內壁定義之一內孔，並設有多個框齒；一把手，具有一第一端，該第一端連接該扳手頭；一離合環，設於該內孔，該離合環具有一離合外表面及一離合內表面，該離合內表面定義一離合內孔，該離合外表面之至少一部分設有多個離合齒而形成離合齒部，該離合內表面之至少一部分設有多個離合傳送斜面，各離合傳送斜面分別具有一離合肩部及一接觸面；及一驅動元件，設於該離合環中，該驅動元件具有一外側壁及一內表面，該外側壁設有多個驅動斜面，該內表面定義一驅動孔並設有多個扣合面，該外側壁包含有至少一凹部，用以容置一彈性元件；其中，以一第一方向旋轉該把手將使該離合齒與該框齒嚙合，而令該離合傳送斜面沿該驅動斜面往該第一方向移動，導致該離合環擴張而頂住該框部，而鎖固該框部、該離合環及該驅動元件；以與該第一方向相反之一第二方向旋轉該把手將使該離合傳送斜面沿該驅動斜面往該第二方向移動而放鬆該扳手頭，使該扳手頭可相對該驅動元件旋轉。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之棘輪扳手，其中該離合傳送斜面與對應的該驅動斜面平行設置而可互補嚙合並可相對滑動。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之棘輪扳手，其中當該把手以該第二方向旋轉時，該驅動斜面與該離合傳送斜面往該驅動元件移動靠近，令該離合環收縮而使該離合齒脫離該框齒。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之棘輪扳手，其中該離合環為一具有開裂的環而具有相對的兩端，其中第一端具有一離合突出部，該離合外表面 於該第一端處為一光滑表面。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之棘輪扳手，其中該離合齒設置於該離合環之第二端。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之棘輪扳手，其中該離合突出部容置於該驅動元件之該外側壁之一凹槽。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之棘輪扳手，還包含一驅動栓，設置於該驅動孔中。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之棘輪扳手，其中該驅動元件之該外側壁與該離合環之該離合內表面具有相同的有效直徑。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之棘輪扳手，還包含有一第一連接部及一第二連接部，分別連接該框部與該把手，並令該框部相對於該把手形成一偏置狀態。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之棘輪扳手，其中各連接部分別具有一厚度，該厚度為該框內壁與該框外壁之間的距離，該第一連接部之該厚度小於該第二連接部之該厚度。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之棘輪扳手，其中該扳手頭之外部直徑小於美國機械工程師學會(ASME)認證的同尺寸梅花扳手頭外部直徑的90%。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之棘輪扳手，其中該驅動斜面具有沿該驅動元件之一圓周方向之一長度，該離合傳送斜面具有一沿該圓周方向之一長度，該驅動斜面與該離合傳送斜面分別具有相同之一斜面角度，該斜面角度為與該圓周方向之夾角，該斜面角度可為8-30度。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之棘輪扳手，其中該彈性元件令該離合環偏壓而遠離該驅動元件。
  14. 一種棘輪扳手，包含：一扳手頭，具有一框部，該框部具有一框外壁及一框內壁，該框內壁定義之一內孔，並設有多個框斜面； 一把手，具有一第一端，該第一端連接該扳手頭；一離合環，設於該內孔，該離合環具有一離合外表面及一離合內表面，該離合內表面定義一離合內孔，該離合外表面具有多個離合傳送斜面，該離合內表面之至少一部分設有多個離合齒而形成離合齒部；及一驅動元件，設於該離合環中，該驅動元件具有一外側壁及一內表面，該外側壁設有多個驅動齒，該內表面定義一驅動孔並設有多個扣合面；其中，以一第一方向旋轉該把手將使該框斜面沿該離合傳送斜面往該第一方向移動，導致該離合環收縮而頂住該驅動元件，而鎖固該框部、離合環及驅動元件；以與該第一方向相反之一第二方向旋轉該把手將使該框斜面沿該離合傳送斜面往該第二方向移動而放鬆該扳手頭，使該扳手頭可相對該驅動元件旋轉。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之棘輪扳手，其中該框部與該把手呈偏置狀態。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之棘輪扳手，其中當該把手以該第一方向旋轉時，該離合齒與該驅動齒嚙合，導致該離合傳送斜面沿該框斜面往該第一方向移動。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之棘輪扳手，其中當框斜面沿該離合傳送斜面往該第二方向移動時，該離合傳送斜面離開該驅動元件而使該離合環擴張，並令該離合齒脫離該驅動齒。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之棘輪扳手，其中該離合環為一具有開裂的環而具有相對的兩端，其中一第一端具有一離合突出部。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之棘輪扳手，其中該離合突出部容置於該框內壁之一凹槽。
  20. 如申請專利範圍第14項所述之棘輪扳手，其中該離合環之該離合內表面具有一離合光滑部，連接該離合齒部。
  21. 如申請專利範圍第18項所述之棘輪扳手，其中該離合齒設置於鄰近該離合環之一第二端。
  22. 如申請專利範圍第14項所述之棘輪扳手，其中該驅動元件之該外側壁與該離合環之該離合內表面具有相同的有效直徑。
  23. 如申請專利範圍第14項所述之棘輪扳手，其中該扳手頭具有一第一連接部及一第二連接部，各連接部分別具有一厚度，該厚度為該框內壁與該框外壁之間的距離，該第一連接部之該厚度小於該第二連接部之該厚度。
  24. 如申請專利範圍第14項所述之棘輪扳手，其中該框斜面具有沿該內孔之一圓周方向之一長度，該離合傳送斜面具有沿該圓周方向之一長度，該框斜面與該離合傳送斜面分別具有相同之一斜面角度，該斜面角度為與該圓周方向之夾角，該斜面角度可為8-30度。
  25. 如申請專利範圍第14項所述之棘輪扳手，其中扳手頭之外部直徑小於美國機械工程師學會(ASME)認證的同尺寸梅花扳手頭外部直徑的90%。
  26. 如申請專利範圍第14項所述之棘輪扳手，其中該框部具有一寬度，該驅動孔具有一直徑，該寬度小於該直徑的兩倍。
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