CN102717373A - 带有包覆模制层的木质手柄及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

所公开的和所要求保护的技术方案提供一种包覆模制层，该包覆模制层被施加到用于工具的木质手柄的外露部分的基本所有部分上。

Description

带有包覆模制层的木质手柄及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种具有包覆模制层(an overmould)的木质工具手柄，更明确地，涉及一种木质手柄，其中基本上全部的手柄表面由包覆模制层保护。
背景技术
工具(更明确的是工具手柄)由具有不同优点和缺点的不同的材料制成。例如，木头(特别是山胡桃木)已知具有重量轻、冲击吸收性好、廉价并且坚固的特点。然而，山胡桃木暴露在自然环境中易于退化。另一方面，玻璃纤维手柄暴露在自然环境中较少地受影响，但可能重量大且耐冲击性较差。金属手柄很坚固且重量轻，但价格高且不能吸收冲击震动。
改进手柄的一种方法是在手柄构件上施加保护性涂层。木质手柄经常具有提供一些保护以免受自然环境影响的清漆或类似材料的涂层。金属和玻璃纤维手柄可以具有塑料涂层或者设置在其上的预形成外壳。此类塑料常常是注射成型塑料。注射成型塑料是坚固的且可有助于缓冲冲击震动。然而，鉴于这些木质手柄必须保持某种湿度以保持其弹性，而且由于施加注射成型塑料需要将塑料加热到其中施加熔融塑料导致木质手柄中的水转变成蒸汽的点，至今仍没有将塑料包覆模制层施加到基本上全部木质手柄的方法。
如美国专利No.4287640和No.4344901中所述的，在木质手柄的一部分上施加包覆模制层是公知的。如在那些专利中所述，手柄的其上要施加包覆模制层的部分需要经受额外的干燥。也就是说，包覆模制层所维护的(supported)手柄的部分比没有被维护的手柄部分更多地被干燥。因此，当受保护部分由包覆模制层维护时，手柄的未受到维护的部分保持其弹性。
发明内容
所公开的和所要求保护的本发明提供一种包覆模制层，所述包覆模制层被施加到木质手柄的基本上全部的暴露部分上。也就是说，手柄是具有第一端部、中间部分和第二端部的细长的木质构件。第一端部将尺寸和形状设计成用于配合到工具头的孔眼里。第二端部具有钻孔。除了钻孔以外，中间部分和第二端部封装到注射成型的包覆模制层内。因此，当手柄构件的第一端部由工具头的孔眼封装时，工具手柄基本上免受自然环境和其它形式的磨损和破损。也就是说，手柄构件的第一端部由工具头保护，而包覆模制层被施加到手柄构件的基本全部的中间部分和第二端部上。
在制造木质手柄构件的过程中，例如但不限于山胡桃的木质手柄构件通常被窑干处理直到含水量为约12％至18％之间。具有这种含水量时，手柄构件保持足够的弹性以用作冲击工具上的手柄构件，例如但不限于大锤。通过所公开的方法，整个手柄进一步地被空气干燥直到含水量低于10％。然后将手柄构件放入到模具中。模具的结构设计成使得手柄构件的第一端部和至少第二端部上的钻孔将不被暴露于正施加到手柄构件的熔融材料。因此，当模具充有熔融的塑料及更优选熔融的聚丙烯时，手柄构件的第一端部和至少第二端部上的钻孔没有被封装而可以自由排出蒸气。也就是说，熔融塑料的施加导致手柄里的水转变成蒸汽；这种蒸汽必须在没有通过熔融塑料的情况下而离开手柄。由于第一端部和钻孔的暴露，蒸汽能够自由通过这些部位而不干扰熔融的塑料。
附图说明
当结合如下附图阅读时，从下述优选实施例的描述中能够获得对本发明充分的理解，其中：
图1是工具的等轴视图；
图2是工具手柄组件的等轴视图；
图3是工具手柄组件的横截面图；
图4是位于模具中的木质手柄的等轴视图；以及
图5是本公开的方法的流程图。
具体实施方式
正如在这里使用的，“包覆模制层”是指通过注射模制而施加到基体上的材料层。
正如在这里使用的，“大体均匀”和/或“大体光滑”，当参照包覆模制层的外表面而使用时，指的是该外表面在包覆模制层的外表面中不包括任何显著的变形。不显著的变形的实例包括但不限于由均匀的隆起部和凹部构成的式样，所述隆起部和凹部构造成用作：抓握表面；在离散的位置中形成的装饰、标识或商标；或者在离散的位置中形成并且构造成示出基体的窗口。这种不显著的变形是有意图的并且通常并入到模具中。可选择地，这种有意图的和/或不显著的变形可能在将包覆模制层施加到木质构件上后被雕刻或切割到包覆模制层中。
正如在这里使用的，“充分光滑”，当参照包覆模制层的外表面使用时，是指外表面不包括任何装饰性的变形或在包覆模制层外表面内不包括任何破裂。然而，可能存在有限数量的小开口，例如那些构造成在施加包覆模制层期间有助于蒸汽从手柄排出的开口。“有限数量”为大约12，而“小开口”是指其直径介于大约1/8英寸至3/8英寸之间，更优选的是直径为大约1/4英寸。
正如在这里使用的，“联接”指的是在两个或更多个元件之间的连接，不管是直接地或间接地，只更是形成连接。
正如在这里使用的，“直接地联接”指的是两个元件彼此直接地接触。
正如在这里使用的，“固定地联接”或“固定”指的是两个部件联接成使得彼此作为整体进行运动同时保持相对于彼此的恒定的定向。
如图1中所示，工具10包括工具头组件12和工具手柄组件20。工具10可以是任何类型的工具10，例如但不限于所示的大锤11。工具头组件12包括工具头14和联接装置16。工具头14典型地由金属制成并包括开口(更通常地被确定为孔眼18)。孔眼18延伸穿过工具头14并构造成使得工具手柄组件20的一部分布置于其中。联接装置16优选是机械联接装置，例如但不限于一个或多个楔子19。
工具手柄组件20包括木质构件22和包覆模制层24。木质构件22(其可以是但不限于山胡桃木)是细长的并包括第一端部26、中间部分28及第二端部30。手柄构件的第一端部26将尺寸和形状设计成对应于工具头的孔眼18的尺寸和形状。也就是说，手柄构件的第一端部26将尺寸和形状设计成在工具头的孔眼18内紧贴地配合。手柄构件的第一端部26的横截面面积可小于紧邻手柄构件的第一端部26的手柄构件的中间部分28的横截面面积。优选地，手柄构件的第一端部26和手柄构件的中间部分28之间的过渡部是大体上垂直于木质构件22的纵向轴线延伸的凸缘32。
手柄构件的中间部分28包括木质构件22的低于(如图所示)凸缘32通向手柄构件的第二端部30的部分。手柄构件的第二端部30包括端面34。第二端面34优选大体上垂直于木质构件22的纵向轴线，然而，第二端面34相对于木质构件22的纵向轴线以一角度被切削也是公知的。正如在这里使用的，“大体上垂直的”端面应该包括带角度的第二端面34。在第二端面34中的钻孔36沿大体上平行于木质构件22的纵向轴线的方向延伸。
木质构件22的长度优选在大约31.75英寸和32.25英寸之间，并且更优选的是32.0英寸。木质构件22优选具有在大约0.75平方英寸至0.85平方英寸之间的横截面面积，并且更优选是0.80平方英寸。横截面的面积(通常是大体椭圆形形状)可以随木质构件22长度的变化而变化。典型地，木质构件22在第一端部26和/或第二端部30处或附近具有更大的横截面面积。钻孔36的深度在大约
Figure BSA00000734178700041
英寸至
Figure BSA00000734178700042
英寸之间，更优选是
Figure BSA00000734178700043
英寸。钻孔36的横截面面积优选在约0.1725平方英寸至0.2217平方英寸之间，更优选是0.196平方英寸。
包覆模制层24优选由聚丙烯制成。包覆模制层24以被注入模具内的熔融材料而施加，如下所述。包覆模制层24被施加到手柄构件的中间部分28和手柄构件的第二端部30的基本上所有部分上。在施加期间包覆模制层24不覆盖手柄构件的第一端部26或钻孔36；如下所述，中空管62插入到钻孔26中以便允许排出蒸汽。在施加包覆模制层24并移除中空管62之后，包覆模制层24材料可能扩张到钻孔26内。注意的是，包覆模制层24可以将除如上所述的钻孔26以外的第二端面34的一部分或全部覆盖。当干燥时，包覆模制层24具有在大约0.1英寸至0.2英寸之间的厚度，更优选是0.125英寸。厚度可以随手柄长度和/或手柄的不同侧的变化而变化。而且，更优选包覆模制层24厚度不小于0.1英寸。值得注意的是，在包覆模制层24的施加期间，包覆模制层24的厚度以及包覆模制层24在熔融状态下的温度都会影响传递给木质构件22的热量。也就是说，施加到木质构件22的熔融材料越厚/热，增加到木质构件22上的热量越多。增加到木质构件22的热越多，木质构件22中转化成蒸汽的水分越多。
包覆模制层24的外表面40可以是大体均匀的、大体光滑的或充分光滑的。包覆模制层24上的大体均匀的外表面可包括在包覆模制层24内形成或切割成的隆起部/凹部42。凹部42没有延伸到木质构件22的表面。隆起部/凹部42构造成用于改善使用者的抓持。大体光滑的包覆模制层的外表面40大体上平行于下面的木质构件22的外表面延伸，且大体上没有变形。如上所述，大体光滑的包覆模制层的外表面44可包括在离散的位置处在包覆模制层的外表面40中的有意图的“变形”41，例如，形成在包覆模制层22中的窗口或标识。充分光滑的包覆模制层的外表面40在包覆模制层的外表面40中基本上没有任何装饰性的变形。就是说，包覆模制层的外表面40充分地平行于下面的木质构件22的外表面延伸且基本上没有任何变形。充分光滑的包覆模制层的外表面40可以仍具有贯穿其的有限数目的开孔38。正如下文所述，当在注射模腔60中(图4)时，有限数目的销50并且更优选排气销52将木质构件22支撑。排气销52是中空的且构造成允许蒸汽从中通过。排气销52与木质构件22接触，并因此在施加包覆模制层24过程中，包覆模制层24的材料在排气销52位置附近形成排出开口56。在具有钻孔36的情况下，在冷却时包覆模制层可能扩展到排出开口56内。
当装配时，工具10使木质构件的第一端部26放置到工具头孔眼18中。联接装置16(优选是楔子19)插入到木质构件的第一端部26的轴向端面中。这使得形成木质构件的第一端部26的材料横向地变形，从而在工具头14和木质构件22之间形成机械锁定部。在这种构造中，包覆模制层24覆盖了木质构件的中间部分28及第二端部30，并可覆盖除了钻孔36以外的基本上整个第二端面34。而且，工具头14覆盖了木质构件的第一端部26的大部分。因此，基本上整个木质构件22包围并保护在包覆模制层24和工具头14中。
制造工具手柄组件20的方法包括以下步骤。提供将形状设计为用作工具手柄的细长的木质构件22的步骤100，木质构件22具有第一端部26、中间部分28及第二端部30；将木质构件22放入到注射模具型腔60中(部分地如图4中所示，应当理解模具有与下半部分相似的上半部分(未示出)；当模具连接时，木质构件22周围形成空腔)的步骤102；以及，将熔融材料注射到模具型腔中，以将该材料施加到木质构件的中间部分28和第二端部30的步骤104。值得注意的是，模具型腔60的横截面面积比木质构件22的横截面面积略大。也就是说，模具型腔60使得包覆模制层24具有在大约0.1英寸至0.2英寸之间的干燥/冷却的厚度，但厚度优选不小于0.1英寸。模具型腔60的尺寸可以根据在液体/热下的施加和冷却/干燥下从而形成包覆模制层24之间的材料特性而变化，然而，如下讨论，熔融的材料典型的厚度在约0.1英寸至0.2英寸之间，更优选厚度为大约0.125英寸。在施加包覆模制层材料过程中，木质构件22优选通过第一端部26保持。注意，钻孔36可以具有插入在其中以便支撑的中空管。也就是说，中空管62从模具60的内表面延伸并构造成紧贴地插入钻孔36中。中空管62具有足够大的横截面面积，从而熔融材料不能运动经过中空管62并进入钻孔36。中空管62与穿过模具60的至少一个通道64流体连通，由此蒸汽可以被排出。而且，木质构件的中间部分28可能也被有限数量的销50支撑。优选的是，具有大约6对销50，其中成对的销放置在木质构件的纵向轴线的相对两侧上。更优选的是，销50是排气销52。排气销52是紧靠木质手柄构件22偏压的中空销。模具60优选在其中包括一个或多个通道64，这些通道与排气销52流体连通。在这种构造中，蒸汽可以从木质手柄构件22穿过排气销52而通过，并经由通道64排空。因此包覆模制层24大体覆盖了全部的木质构件的中间部分28，并且其中包覆模制层的外表面40是大体光滑的、大体均匀的或充分光滑的。
优选的是，在施加包覆模制层24到木质构件之前木质构件22不具有高的含水量。因此，提供将形状设计为用作工具手柄的细长的木质构件22的步骤100优选包括提供含水量低于约10％的木质构件22步骤110。更优选的是，提供含水量低于约10％的木质构件22步骤110包括将木质构件22窑干处理直到含水量为约12％至15％之间的步骤112，以及将木质构件22空气干燥直到含水量低于约10％但高于约8％的步骤114。而且，如上所详述的，理想的是木质构件的第二端部30带有钻孔36。因此，提供将形状设计为用作工具手柄的细长的木质构件22的步骤100优选包括在木质构件22的第二端部30中提供钻孔36的步骤116。
将熔融材料注射到模具型腔60中以便将材料施加到木质构件的中间部分28和第二端部30的步骤104包括施加呈熔融状态的材料的步骤120、允许材料冷却直到材料充分硬化的步骤122、及从模具60移除木质构件的步骤124。当熔融材料(优选是温度在约425至450度之间的聚丙烯)注射104到模具60中时，熔融材料被施加到木质构件的中间部分28和第二端部30上。赋予木质构件22的热量足够引起木质构件22中残留的水分转变成蒸汽。在施加熔融材料并冷却后，木质构件22的含水量在约8％至10％之间，更优选是约10％。如上文指出，施加呈熔融状态的材料步骤120包括施加厚度在约0.1英寸至0.2英寸之间的更优选厚度是约0.125英寸的熔融材料层的步骤121。
如上文指出，水蒸汽从木质构件22排出且通常寻求最小阻力的路径。就是说，由于木质构件的中间部分28和第二端部30(除了钻孔36以外)都被熔融的材料覆盖，最小阻力的路径是通过木质构件的第一端部26和钻孔36。而且，为了确保木质构件22不被熔融材料完全包围，施加呈熔融状态的材料的步骤120包括阻止熔融材料接触木质构件的第一端部26的步骤128。
为了形成工具10，手柄组件20可联接到工具头14。也就是说，该方法可包括如下进一步的步骤：提供联接装置16的步骤130；提供带有孔眼18的工具头14的步骤132；所述孔眼将形状设计为对应于木质构件的第一端部26；将木质构件的第一端部26插入到工具头孔眼18的步骤134；及用联接装置16将木质构件的第一端部与工具头固定的步骤136。如上所述，优选是机械联接，因此提供联接装置的步骤130可包括以下步骤：提供楔子19的步骤140，及将所述楔子插入到木质构件的第一端部26中的步骤142。
虽然本发明特定的实施例已经详细描述，本领域技术人员将会理解，根据本公开的总体教导可以形成这些细节的各种改型及替代物。相应地，所公开的特定布置仅仅意味着示意性的，而不限制本发明的范围，本发明的范围将在所附的权利要求的充分大的宽度及其任何和所有等效方式来给出。

Claims (20)

1.一种工具手柄组件，包括：
具有第一端部、中间部分及第二端部的细长的木质构件；和
施加到所述中间部分及所述第二端部的基本上全部部分的包覆模制层。
2.如权利要求1所述的工具手柄组件，其中，所述包覆模制层具有外表面，所述包覆模制层的外表面是充分光滑的。
3.如权利要求2所述的工具手柄组件，其中：
所述木质构件的第一端部构造成用于放置在带有孔眼的工具头的工具头孔眼内；并且
其中，所述包覆模制层没有施加到所述木质构件的第一端部。
4.如权利要求2所述的工具手柄组件，其中：
所述木质构件的第二端部具有与所述木质构件的纵向轴线大体上垂直地延伸的端面；并且
所述木质构件的第二端部的端面包括钻孔。
5.如权利要求2所述的工具手柄组件，其中所述包覆模制层的厚度介于大约0.1英寸至0.2英寸之间。
6.如权利要求2所述的工具手柄组件，其中：
所述木质构件是山胡桃木；并且
所述包覆模制层是聚丙烯。
7.如权利要求1所述的工具手柄组件，其中所述包覆模制层具有外表面，所述包覆模制层的外表面是大体上光滑的。
8.如权利要求7所述的工具手柄组件，其中：
所述木质构件的第一端部构造成用于放置到具有孔眼的工具头的工具头孔眼内；并且
其中所述包覆模制层没有施加到所述木质构件的第一端部。
9.如权利要求7所述的工具手柄组件，其中：
所述木质构件的第二端部具有与所述木质构件的纵向轴线大体上垂直地延伸的端面；并且
所述木质构件的第二端部的端面包括钻孔。
10.如权利要求7所述的工具手柄组件，其中所述包覆模制层的厚度介于大约0.1英寸至0.2英寸之间。
11.如权利要求7所述的工具手柄组件，其中：
所述木质构件是山胡桃木；并且
所述包覆模制层是聚丙烯。
12.一种制造工具的方法，包括：
提供形状设计为用作工具手柄的细长的木质构件，所述木质构件具有第一端部、中间部分和第二端部；
将所述木质构件放置到注射模具型腔内；以及
将熔融材料注射到所述模具型腔中，以将所述材料施加到所述木质构件的中间部分和第二端部。
13.如权利要求12所述的方法，其中提供细长的木质构件的所述步骤包括以下步骤：
提供含水量低于约10％的木质构件。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述提供含水量低于约10％的木质构件步骤包括以下步骤：
窑干处理所述木质构件直到含水量介于约12％至15％之间；以及
空气干燥所述木质构件直到含水量低于约10％。
15.如权利要求12所述的方法，其中，将熔融材料注射到所述模具型腔中以将所述材料施加到所述木质构件的中间部分和第二端部的所述步骤包括以下步骤：
施加呈熔融状态的材料；
允许所述材料冷却直到所述材料充分硬化；以及
从所述模具中取出所述木质构件。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述旋加呈熔融状态的材料的步骤包括以下步骤：
施加厚度介于约0.1英寸至0.2英寸之间的熔融材料层。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述施加呈熔融状态的材料的步骤包括以下步骤：
施加厚度为约0.125英寸的熔融材料层。
18.如权利要求15所述的方法，其中，提供细长的木质构件以及施加呈熔融状态的材料的所述步骤包括以下步骤：
在木质构件的所述第二端部中提供钻孔；
防止所述熔融材料接触所述木质构件的第一端部；以及
其中，在施加呈熔融状态的材料的所述步骤期间由所述木质构件中的水分产生的蒸汽经由所述第一端部或所述钻孔从所述木质构件排出。
19.如权利要求12所述的方法，还包括：
提供联接装置；
提供具有孔眼的工具头，所述孔眼将形状设计成对应于所述木质构件的第一端部；
将所述木质构件的第一端部插入到所述工具头的孔眼内；以及
用所述联接装置将所述木质构件的第一端部固定到所述工具头。
20.如权利要求15的方法，其中所述提供联接装置以及将所述木质构件的第一端部固定到所述工具头的步骤包括以下步骤：
提供楔子；以及
将所述楔子插入到所述木质构件的第一端部。
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