CN1159878A - 以枢轴连接的手持工具 - Google Patents

Abstract

如修枝剪一类的手持剪切工具，具有一对相互对的长形构件，每个构件均在其前端部有一剪钳口，在其后端部有一手把，及构件彼此覆盖的中间部分。一枢轴连接中间部分，使手把及剪钳口作剪式运动，一弹簧张紧剪钳口及手把，使之处于张开位置。根据本发明，手把之一可以转动。配设一传递机构，将施加于可转动手把的转动力转变为用于将手把拽在一起的线性力。

Description

以枢轴连接的手持工具

本发明通常涉及手持工具，尤其涉及修枝剪。

具有被安放得有环绕一枢轴连接协同结合的长形件的枢轴连接工具被广泛地使用。具体说，如修枝剪那样的枢轴连接工具一般有两个长形的、由金属或其它合适材料冲压或锻制而成的构件，两构件被放置得环绕一枢轴连接有一协同结合。通常每个构件在其前端处有一剪钳口，一个对置的柄脚，以及连接于柄脚的一对手柄。

在传统的枢轴连接手持工具如剪子、修枝剪或钳子中，手指在一开始施加大致垂直于下手柄表面的力。之后在手柄的剪式运动期间，手指环绕下手柄沿顺时针方向转动，由此而减少用于将手柄拽在一起的力，但增加运动摩擦。由手指环绕手柄滑动引起的运动摩擦使使用者感到不舒服，而且降低修枝剪的效率。大家都知道，在修枝剪一切断工具中，在由剪切枝条引起的阻力减少时，在剪断运动的终点处出现有相对强大的冲击。

已作了一些努力试图解决运动摩擦问题和使用户更加舒服。例如在瑞士修枝剪FeIco12中，打算放置用户手指的一下手柄可以绕其长轴线转动。结果是在切剪运动期间，手指不再沿手柄表面滑动，但是手柄却随手指一起转动。但是由于手柄十分容易运动，感到在手柄上的握力易松和不能控制。而且，手柄可以转动这一事实并不减少在剪切运动终了时的冲击强度。

因此很明显地希望提供一种能牢牢地和郐舒服地握紧的如修枝剪或类似的枢轴工具，在这类工具中，由剪钳口施加于剪切枝条上的力比现有工具的大。

通过将传递至手柄之一上的回转力转变为线性力，本发明使修枝剪或类似的手持切剪工具的输出力即施加于剪切枝条上的力增加。由于手指与手柄之间的动摩擦而在传统的工具中被浪费掉的该力，在用力很大时是相当大的，现在此力将添加到用户使手柄相互挤紧的力中。换一句话说，本发明利用用户手指传递给可转动手柄的回转运动增加由剪钳口施加于被剪切物品上的剪切力。因此，一手柄的回转运动将两个手柄拽在一起的事实也改善了使用者的工具的控制，而且了在工具剪切运动终了时之冲击。

本发明的枢轴速度手动工具，具有一对对置的第一、二长形构件，在每个构件前端部处有一剪钳口，在后端处有一手把并有一中间部份，在中间部份处构件相互彼此覆盖。第一长形构件的手把可绕一回转轴线转动。一枢轴将对置的长形构件中间部份连接起来，而可使其手把及剪钳口环绕枢轴作剪切运动。一传递机构将施加于可转动手把上的力转变为使手把彼此靠拢的线性力。

根据本发明的一个方面，传递机构具有一柔性构件，并且在可转动手把内离回转轴线一段距离件有一沟槽。在手把被相互靠在一起时，柔性件被容纳于该沟槽中。

根据本发明的一推荐实施例，传递机构其有一齿条和齿轮机构，在此机构中，形成在可转动手把上的小齿轮与形成在枢轴连接工具另一手把上的齿条相互啮合。

在下面作出详细说明后，会对本发明的别的优点明白了解。应该理解到，详细的说明及指定的实施例只是为了介绍本发明而给出的。因为从这详细的说明中，可以产生中对本领域熟练人员来说很明显的变化和改型。

下面结合附图对发明的示例性推荐实施例进行介绍，在视图中，相似的数码表示相似的构件。

图1是展示其闭合状态的本发明修枝剪的正视图；

图2是展示其打开状态的本发明修枝剪的正视图；

图3是图1修枝剪的仰视图；

图4是图1修枝剪的后视图；

图5是图2修枝剪的后视图；

图6是图4修枝剪的俯视图；

图7是图2修枝剪的侧视图，从手把自由端一侧观察；

图8是图1所示修枝剪的侧视图，从手把自由端方向观察；

图9是本发明第二实施例修枝剪的一后视图；

图10是图7中所示修枝剪的侧视图，用以展示施加于修枝剪的各矢量力；

图11是Felco 12修枝剪的侧视图，从沿处于打开状态的手把自由端方向观察，展示施加于此修枝剪之矢量力；

图12是具有不可转动手把的一传统修枝剪的侧视图，沿处于打开状态的手把自由端方向观察，展示施加的矢量力；

图13是一个由用户手指施加于图2所示修枝剪的矢量力图；

图14是展示下手把转动的、图10所示修枝剪之侧视图。

图15是由可转动手把传递的力的传递图。

本发明涉及一种具有安置得能回绕一枢轴连接共同结合的长形构件的枢轴工具，在此工具中，施加于手把上的力被传递至接触待剪断工件之剪钳口。

参看附图，本发明的修枝剪各具有第一、二长形构件14，12，这些构件被连接得围绕枢轴有28起剪子的作用。第一长形构件12有一个在其前端部份17处形成剪切刃的剪钳口16，在其后端部份19处有一手把18，在剪钳口16与手把18之间有一中间部份20。与此相似，第二长形构件14在其端部23处有一形成剪切刃的剪钳口22，在其后端部份25处有一手把23，在剪钳口22与手把24之间有一中间部份26。

更具体地参看图2，推荐在修枝剪10之长形构件12和14之间配置一将手把18，24相对地打开的压簧(未示出)，以及一个将修枝簧10锁定于图1所示位置的锁定机构(未示出)。作为一种替换，也可以使用一个固接于手把之一上、且有与另一手把接触的自由端的片簧。

在使用现有技术的修枝剪时，使用者以这种方式抓握修枝剪10：将拇指置于手把24的前面部份，其余四指置于可绕枢轴30转动的手把18上，

30确定一回转轴线41，并置于在长形构件12中间部份20处形成的孔31中，并置于在手把18前面部份内形成的侧面突起38上制作的第二孔33中。更具体地参看图5，手把18有一抓握面40，在用户抓住可转动手把18时，用户的四个手指部份与抓握面40会成相切状接触。在打开位置上，抓握面40相对回转轴线41构成一倾角α。α角在10°-30°之内。因此，抓握面40与回转轴线41在远离中间部份26，20之一点处相关。在抓握面40与回转轴线41间产生一倾角的最简单的方法是，在可转动手把18的端部上配设一侧突起38，一销30容纳于手把18的端部内。其结果是手把18就如同一曲柄那样运作。

现在参看图7-9，修枝剪具有一传递机构32，机构32具有与第一手把18连接并与连接于第二手把24的齿条36啮合的扇形小齿轮34。扇形小齿轮推荐与第一手把构成一体，而且推荐将齿条与第二把构成一体。扇形小齿轮34与齿条36上均有多个齿。齿条36向内朝小齿轮34弯，由此而使之在施加力使手把18和24闭合时，使齿轮36的齿连续地与扇形小齿轮34的齿啮合。如在下面要更为详尽地介绍的那样，扇形小齿轮与齿条的这种准双曲面样的啮合，在用户用四个手指向第一手把18施加一回转力时，将此回转力转变为使手把18、24互相闭合的线性力。

如在图2，7和8中更为具体地描述的那样，扇形小齿轮34推荐与侧凸起38构成一体。在修枝剪如图2，7所示处于打开位置时，侧凸起大致上面向手把24。在修枝剪10处于闭合位置时(见图1，8)，侧突起38大致面向离开手柄24的方向。

现在参看本发明的第二实施例。如图9所示，修枝剪10具有带固定于手把24上的一长形柔性丝条42的传递机构32。丝条42的一部容纳于大致在第一手把18中间部份20处形成的沟槽44中。

在使用者以其大拇指向第二手把24施加一个力，并用其余指向第一手把18施加一回转力时，第一手把18绕枢轴销30转动。随着第一手把18的回转，丝条42越来越多地被容纳于沟槽44中，由此而使施加于第一手把18之回转力转变为将手把18，24拽向一起的线性力。在以与本发明之本实施的相同方法，图9所示的手把18被成形得如一曲柄，此形状进一步将施加于被剪切物品的力增大。

将施加于手把18上的回转力向将手把拽一起的线性力的转换也可以借助如对置的齿轮型或丝条结构来实现。例如，传递机构32可以有两个对置的形成于手把18和24上的表面。这些表面可以有适当的摩擦系数，从而使手把18的转动可以有效地与手把24结合，将两个手把拽向一起。

我们来更加理论地分析由本发明提供的效益，而不管是被构成齿轮和齿条结构、连结两手把的丝条还是构成以摩擦方式连续的表面。正如下面会证明的那样，在本发明的两个实施例中，将转动力转变为线性力均增加了修枝剪10的输出力，由此而增加修枝剪10的机械效益。一般说来，一工具机械效率M_A被确定为： $M_A=\frac{\mathrm{Foutpot}}{\mathrm{Finpot}}$

式中Foutput是施加于待切割工件上的合力，Finput是由用户使加于修枝剪10上的合力。

由于机械效率表达式允许对工具优化再设计，以提高其机构效率，故此表达式是很有用的设计工具。但是，作为一种特定考虑，工具的最大尺寸通常会被限定在原设计可以接受的最大变化范围内。在维持原工具的实用时，本发明的传递机构32使修枝剪10的机械效率最大化。

参看图10-12，使用者将力FN将施加于第一手把18及将FS力施加于第二手把24，这些力被以用剪钳口16，22切剪工件作功的形式转变为输出力。修枝10体现了本发明，在剪10中、施加于第一手把18的力FN被转变为代表力FN的有用分量F’N。第一手把18的转动及扇形小齿轮34与齿条36的啮合，使力FN的主要部份用于将手把18，24拽向一起。相反，由如图11和12所体现的现有技术修枝剪中，来自用户手指的转动力没有被转变。因此，在现有技术修枝剪中，F’N等于零。

更具体地说，图11表示Felco 12修枝剪，在此剪中的手把18可以转动。在剪切进行时，Felco 12修枝剪可转动手把18的唯一有用的效果是消除由用户手指转动引起的运动摩擦。虽然手把18的转动使使用者更舒服，但也增加了使用者手中的修枝剪的不稳定，而且很可能会减低机械效率。

图12表示具有第一、二不可能动手把48，50的一种传统的修枝剪。随着用户将力F_N施加于第一手把48，四个手指滑动，因而不再能施加大致垂直的力F_N于第一手把48，力F_N的一分量也消耗于第一手把48内的动摩擦力。

为了理解本发明中的回转力转变为线性力，分析由修枝剪作的功是有帮助的。参看图13-15，β为第一手把18相对第二手把24的倾斜角。使用者的拇指在距枢轴销连接28 d₅处将力F₅施加于第二手把24，其余的四指分别在离枢轴连接28处为d₁、d₂、d₃及d₄处施加力F₁，F₂，F₃及F₄于第一手把18。第一手把以r₁为半径旋转，转过一角度θ(参看图14)，而且由于第一手把18的圆周运动，力F₁、F₂、F₃及F₄仍然大致垂直于第一手把。

手把18的回绕枢轴销30转动所作的总功是在X-Y平面内所作的功和在Y-Z平面内所作的功的函数。下列等式代表由使用者每个手指所作的总功：

Wn(Fn₁，dn，r₁，θ，β)＝W(xy)_n(Fn，d_n，β)+W_(YZ)n(F_n，r₁，θ)

式中Fn是由一个手指n施加于手把18上的力，dn是枢轴同连接28与力Fn之间的距离，β是第一、二手把18，24之间的倾斜角，θ是第一手把18转过的角度，r₁是第一手把18转动形成的园之半径。

在X-Y平面内所作的功是将力乘以第一手把所述过的距离。如果一个园的半径是2πd_n，即未代表转动β角时由手把18过的距离的圆弧由下式决定： $W_{\left(\mathrm{XY}\right)n}=\mathrm{Fn}2\mathrm{\π}{d}_n\frac{\mathrm{\β}}{360}=\mathrm{Fn\β}{d}_n\frac{\mathrm{\π}}{180}$ 与之相似，在Z-Y平面内作的功由下式决定 $W_{\left(\mathrm{YZ}\right)n}=\mathrm{Fn}2\mathrm{\π}{r}_1\frac{\mathrm{\θ}}{360}=\mathrm{Fn\θ}{r}_1\frac{\mathrm{\π}}{180}$

因此，四个手指中每一个在X-Y平面与Y-Z平面内联合作的总功由下式决定： $\mathrm{Wn}=\mathrm{Fn\βdn}\frac{\mathrm{\π}}{180}+\mathrm{Fn\θ}{r}_1\frac{\mathrm{\π}}{180}=\frac{\mathrm{Fn\π}}{180}({\mathrm{\βd}}_n+{\mathrm{\θr}}_1)$

在传统的如图12所示的那种修枝剪中，由于手柄48在Y-Z平面内不转动，所以没有W_YZ分量(W_YZ＝0)。此外，如上所述，四指环绕手把48滑动只是产生运动摩擦，即产生有用功的损失。与此相似，在图11中所示的Pelco 12修枝剪的可转动手柄只是消除了运动摩擦，但不提供用于将手把18，24拽在一起的有用力分量。

然而，本发明却可用传递机构32，将手把18的转动转变为线性力。再参看图13-15，通过将力F_N转变为内力F’_N修枝剪加大了它的输出力Foutput，由此使工具之机构效率增加。力F’_N是力F_N的直接传递，因而在第一手把的转动中没有损失。直线力F’_N由下式确定：

           因为F_Nr₂＝F’_Nr’₂所以 ${F\text{'}}_N=\frac{F_n{r}_2}{{r\text{'}}_2}$

式中r₂是回转轴中心线41与手把18之间的距离，r’₂是回转轴线41与小齿轮34和齿条36啮合区域之间的距离，F_N是使用者所施加的力。本发明者已注意到，传递机构32将由修枝剪10作的功(在由力与所通过的距离来表示时)比现有技术修枝剪增加约30％至40％。

在图1-15中所示的修枝剪运作如下。例如，在一枝条正等待修剪，使用者抓握住图2所示的打开的修枝剪手把18和24，其抓握方式是将大拇指放在手把24顶部，其余四指在抓握平面40内抓握手把18、四指的位置还展示在图7中。当将手把18和24拽在一起以切修枝条时，手把18绕枢轴销30转动，使扇形小齿轮34与齿条啮合。如上所述，通过四指施加于手把18上的回转力F_N，通过使用传递机构32而被转变为内部线性力F’_N。

而且在修枝剪处于打开状态时(见图2)，通过抓握平面40形成一相对回转轴线41的倾斜角α，修枝剪10的剪切力还进一步得到增强。由此而使四指中的每一个在剪切期间均越过大致相同的距离。在公知的这类手持工具中，将手把放置得彼此构成一角度，由于最强有力的手指运动经过的距离短于较弱手指运动经过的距离，故最强有力的手指只是被部份地利用。

因此，由于手把18，24通过传递机构32相互连接，通常现有技术的修枝剪在剪切终结时出现的冲击振动在修枝剪10中被减缓。

应该理解，上述的介绍只是对本发明的推荐实施例和样例的说明，本发明并非只限于上述介绍的特定形式。例如，本发明的工具也可以是一把剪子，但手把18的转动可以借助枢轴销30以外的其它结构来提供。因此，传递机构32可以被构成另外的形式，而且无需与手把构成一体。而且，将回转力转变为线性力也可以借助于不同于上述的机构来实现。在不偏离附权利要求的基本原则的情况下，在设计和安排本发明公开的构件中，可以作出许多这样或那样的改型，变化和替换。

Claims (26)

1.一种枢轴连接手持工具，具有：

一对第一、第二长形构件，每个构件在其前端部有一剪钳口，在其后端部份有一手把，以及一个长形构件彼此相互覆盖的中间部份，第一长形构件的手把可以绕一回转轴线转动；

一个枢轴连接，将长形构件连接得使手把和剪钳口回转枢轴连作剪式运动；以及

一传递运动机构，用于将施加于第一手把的回转力转变为将手把相互拽拢的线性力。

2.如权利要求1所述手持工具，其特征在于，第一手把绕回转轴线作顺时针方向转动。

3.如权利要求1所述手持工具，其特征在于，第一手把可以环绕容纳于在第一长形构件中间部份的一孔内之枢轴旋转。

4.如权利要求1所述手持工具，其特征在于，传递机构包括一个连接于第一手把，且与连接于第二手把的一齿条啮合的扇形小齿轮。

5.如权利要求4所述手持工具，其特征在于，扇形小齿轮与第一手把构成一体。

6.如权利要求4所述手持工具，其特征在于，齿条与第二手把制成一体。

7.如权利要求4所述手持工具，其特征在于，齿条是向内弯的，用以使之与扇形小齿轮连续地啮合。

8.如权利要求1所述手持工具，其特征在于，传递机构具有一将第一手把连接于第二手把的长形柔性丝条以及一在第一手把靠近中间部位处形成的沟槽，该条的一部份随着第一手把的转动而装入该沟槽中，由此而使手把拽向一起。

9.如权利要求1所述手持工具，其特征在于，传递机构具有一对相互对置的第一、二表面，第一、二表面分别与第一、二手把连接，随着第一手把的转动，第一、二表面进入以摩擦方式进行的结合，由此而将手把拽向一起。

10.如权利要求1所述手持工具，其特征在于，可转动手把有一抓握平面，在使用者抓握可转动手把时，其手指的一部份与抓握平面相切。

11.如权利要求10所述手持工具，其特征在于，当剪钳口打开时，回转轴线与抓握平面在远离枢轴连接的一点处相交。

12.如权利要求11所述手持工具，其特征在于，在剪钳口打开时，抓握平面与回转轴线构成一倾角。

13.如权利要求12所述手持工具，其特征在于，倾角在10°-30°范围内。

14.如权利要求1所述手持工具，其特征在于，传递机构在剪切运动之终端处限止刀刃之相对运动。

15.如权利要求5所述手持工具，其特征在于，齿条和扇形小齿轮在切剪运动终点处限止刀刃之相对运动。

16.如权利要求1所述手持工具，其特征在于，可转动手把被做成得如一个曲柄。

17.如权利要求1所述手持工具，其特征在于，工具是一把剪子。

18.如权利要求1所述手持工具，其特征在于，工具是一把修枝剪。

19.一种枢轴连接工具，具有：

一对第一、第二长形的，相对置放的构件，每个构件均在其前端部有一剪钳口，在其后端有一手把，及一个在该处手把相互覆盖的中间部份，

一枢轴，用以将相对置放的构件中间部份连接得使手把和剪钳口环绕枢轴作剪式运动；及

其中的第一长形构件的手把有一中央点，并且可环绕一偏离该中央点的回转轴线转动，此第一长形构件之手把以可运动方式连接于第二手把的一区域，以便使施加于第一手把的力产生将手把相互拽向一起的线性力。

20.如权利要求19所述手持工具，其特征在于，线性力F’_N由 ${F^{\′}}_N=\frac{F_N{r}_2}{{r^{\′}}_2}$ 确定。

式中r₂中心点与回转轴线间的距离，r′₂是回转轴线与第二手把的该区域间的距离，F_N是由使用者所施加的力。

21.如权利要求19所述手持工具，其特征在于，可转动手把产生功，此功用于切剪置于剪钳口内之一工件，此功Wn由下式表达： $\mathrm{Wn}=\frac{\mathrm{Fn\π}}{180}[\mathrm{\βdn}+{\mathrm{\θr}}_1]$

式中Fn是由使用者的一个手指n施加于转动手把上的力，dn是枢轴与手指n之间的距离，β是可转动手把与第二手把之间的倾斜角，θ是可转动手把绕回转轴线转过的角度，r₁是由可回转手把的转动形成的圆的半径。

22.一种枢轴连接的手持工具，它具有：

第一、第二长形构件，每个均在其前端配置一剪钳口，在其后端配置一手，及一个长形构件相互交叠的中间部份

一个枢轴，用于将中间部份相互连接，以允许剪钳口及手把环绕枢轴作剪式运动；其中的准备用以靠放使用者四指的第一长形手把可以环绕第一长形构件内的枢轴销转动；以及

一个配置在可转动手把和第二长形构件上的传递机构，用以将可转动手把的回转力转变为将手把拽在一起的力。

23.如权利要求22所述手持工具，其特征在于，传递机构具有一个安装在可转动手把上的扇形小齿轮，一个安装在第二长形构件上的齿条，齿条与扇形小齿轮啮合。

24.如权利要求22所述手持工具，其特征在于，传递机构具有一长形柔性件及一形成于第一手把靠近其中部处的沟槽，长形柔性件随着第一手把的转动，其一部份被容纳于沟槽中，由此而将手把拽向一起。

25.如权利要求24所述手持工具，其特征在于，该长形柔性件是一丝条。

26.如权利要求22所述手持工具，其特征在于，可转动手把有一抓握表面，在使用者抓握可转动手把时，抓握平面与使用者手指的一部份相切。

27.如权利要求26所述手持工具，其特征在于，当剪钳口打开时，回转轴线与抓握平面在远离中间部份之一点处相交。

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