TW201728416A

TW201728416A - 高扭力快速驅動棘輪扳手

Info

Publication number: TW201728416A
Application number: TW105103611A
Authority: TW
Inventors: Zhi-Ying Huang; yong-ting Liu
Original assignee: Zhi-Ying Huang
Priority date: 2016-02-03
Filing date: 2016-02-03
Publication date: 2017-08-16
Also published as: TWI562864B

Abstract

一種棘輪扳手，包括一本體、一棘輪、一傳動桿與一長銷。該本體除了結合可轉動的棘輪以外，還能引導傳動桿沿直線來回移動。以長銷限制傳動桿位移的距離，透過一定齒數比的嚙合關係，將傳動桿的動能轉換成棘輪的旋轉動能。尤其是在狹窄的空間，單手操作棘輪扳手執行鎖緊或拆卸作業，不必扭轉手腕，就能用棘輪扳手輸出高、低二扭矩，減少或降低工業傷害的發生率。

Description

高扭力快速驅動棘輪扳手

本發明涉及手工具輸出不同扭矩的技術，特別是指一種高扭力快速驅動棘輪扳手。

棘輪扳手的構造，譬如美國第6,070,499號專利案的手工具，可輸出高、低二種扭力。在第'499號專利案中，該扳手是由一本體、一傳動桿、一驅動件、二卡掣塊、一作動件及一環形齒輪組成。

其中，該本體有一環形的頭，並沿軸向在頭的內環面形成一些連續的齒。該頭外表沿半徑方向延伸一支持部，順著支持部的長度方向形成一通往頭的內環面的長孔。

該驅動件是階級形狀，其周圍形成二收納卡掣塊的容置槽，用一插長銷通過驅動件與卡掣塊，使卡掣塊可相對驅動件擺動。

該作動件有一轉盤與一軸，該轉盤底面中心處與軸設計成一體，該軸外表形成二盲孔，每個盲孔容納一彈簧和一推動件。在作動件通過驅動件中心位置時，每個盲孔正對容置槽，藉由彈簧的作用力，支持推動件頂住卡掣塊二端之一偏擺。

當驅動件通過頭與環形齒輪的軸心位置，該驅動件超出環形齒輪處被一C形扣卡住，限制驅動件與環形齒輪不得離開本體，環形齒輪卻能繞著驅動件旋轉。此刻，二卡掣塊之一嚙合頭環繞驅動件周圍任一齒，另一卡掣塊嚙合環形齒輪內面突出若干齒之一。

所述的傳動桿前端形成一斜齒輪，尾端與一握把維持同向轉動的聯結關係。在傳動桿通過支持部的長孔時，該斜齒輪進入頭的內環面且咬住環形齒輪外部若干斜齒之一。

當握把帶動傳動桿相對支持部旋轉，該斜齒輪經由環形齒輪驅使二卡掣塊之一維持單向空轉不作功、反向連帶驅動件相對頭轉動，輸出低扭矩執行鎖緊或旋鬆的前置作業。

當支持部帶動頭旋轉，該握把連帶傳動桿不相對支持部轉動，使支持部的作用力經由頭的齒傳遞至另一卡掣塊，以致驅動件隨著頭同向轉動且輸出高扭矩，完成鎖緊或旋鬆的後續工作。

另外，臺灣第494828號與第I468261號等專利案亦公開類似的構造。

但是，這些扳手擁有下列共同的缺點是：

一、在低扭矩輸出時，手腕依順、逆時鐘方向來回轉動，旋轉幅度大約是半圈(亦即180°)，是造成低扭矩輸出緩慢的主因之一。

二、時常扭轉手腕，不僅會傷害筋骨，造成關節部位的過度磨損，衍生一些工業傷害等相關的疾病。

因此，如何改善高扭力棘輪扳手使用上的弊端，就成為本發明亟待解決的課題。

鑒於此，本發明提供一種高扭力棘輪扳手，其主要目的在於：採用沿棘輪扳手長度方向直線運動的構造，既能快速地輸出低扭矩，又能消弭手腕旋轉的弊端，兼具工業傷害發生率的降低等優點。

緣於上述目的之達成，本發明的棘輪扳手包括：一本體，包括一支持部，其有一形成於支持部軸心處的長孔；一頭，其與支持部設計成為一體，該頭有一容室，該容室與長孔彼此相通；一棘輪，其與頭相連而可在容室轉動，並依圓周方向在棘輪外部形成若干連續的齒；一從動輪，其與棘輪維持同步作動關係；一卡掣塊，其連接於頭而可在容室往復運動，該卡掣塊嚙合棘輪周圍任一齒，決定棘輪單向空轉、反向可隨頭同步作動；一傳動桿，其有一排齒。

在傳動桿置入支持部的長孔時，該支持部限制傳動桿直線位移，引導排齒出入頭的容室，該排齒與從動輪維持嚙合關係，將傳動桿直線位移的動能轉換成棘輪旋轉的動能。

其中，該支持部有一通往長孔的限制孔。該傳動桿有一銷槽。一長銷，其通過支持部的限制孔且插入傳動桿的銷槽中。以限制孔對長銷產生限制作用，決定傳動桿連同於排齒相對支持部直線位移的行程。

本發明的棘輪扳手還包括一操作件，其套於支持部而可往復運動。該操作件有一允許長銷插入的穿孔，使操作件與傳動桿成為連動關係。

其次，該傳動桿還有一容納部，該容納部與排齒位於傳動桿的不同端。一握把，其有一凹部，該凹部區分一活動段與一固定段，該活動段的直徑大於固定段的直徑，該固定段牢固於支持部的末端，允許操作件局部出入活動段。一彈性件，其二端分別抵住容納部與固定段，提供傳動桿相對支持部運動所需的作用力。

本發明的棘輪扳手還包括：一主動輪與一第一傳動輪，二者被一第一桿聯結在一起，該第一桿樞接於頭，連帶主動輪與第一傳動輪可在容室轉動；一第二傳動輪與一第三傳動輪，二者被一第二桿聯結在一起，該第二桿樞接於頭，連帶主動輪與第一傳動輪可在容室轉動，支持第二傳動輪嚙合第一傳動輪、第三傳動輪嚙合從動輪。

其中，該第一桿與主動輪設計成為一體，該第一桿穿過且直接帶動第一傳動輪同向轉動。該傳動桿有一結合部，該結合部有一聯結件，當聯結件通過一形成於排齒的長形孔，該排齒組裝於傳動桿而可相對結合部運動。

同時，該頭有一固定在容室的限制件，該限制件有一橫孔，用以容納一珠體和一壓縮彈簧，限制壓縮彈簧一端抵住頭的壁，另端推動珠體頂著排齒，使排齒嚙合主動輪為常態。

當然，該第一桿與主動輪設計成為一體，並透過一單向軸承使第一桿聯結且間接帶動第一傳動輪轉動，亦屬於本發明的棘輪扳手所容許的範圍。此刻，該傳動桿與排齒設計成為一體，決定主動輪空轉不作功、反轉驅使第一傳動輪同步運動。

相對的，該頭還有一設在容室的滾輪。該滾輪套在一軸套外部，該軸套被一牢固於頭的支柱穿過，支持滾輪滾動接觸排齒，同樣能夠讓排齒嚙合主動輪為常態。

除此之外，所述的卡掣塊有一孔。在第二桿通過孔時，該卡掣塊繞著第二桿擺動。一設在卡掣塊與頭的壁之間的彈簧，其提供卡掣塊朝向棘輪偏擺所需的作用力。

如此，本發明用傳動桿順著棘輪扳手的長度方向直線運動，透過排齒快速地輸出低扭矩，有效地解決傳統式棘輪扳手使用期間發生手腕扭轉的弊端，降低工業傷害的發生率。尤其是在狹窄的空間，單手操作棘輪扳手執行鎖緊或拆卸作業會更加方便。

接著，基於圖式詳述相關的實施例，說明採用之技術、手段及功效，相信本發明上述目的、構造及特徵，當可由之得一深刻而具體的瞭解。

10‧‧‧本體

11‧‧‧螺孔

12‧‧‧支持部

13‧‧‧橫孔

14‧‧‧長孔

15‧‧‧珠體

16‧‧‧限制孔

17‧‧‧壓縮彈簧

18‧‧‧限制件

19‧‧‧螺絲

20‧‧‧頭

21‧‧‧容室

22‧‧‧上圓孔

23‧‧‧第三固定孔

24‧‧‧上結合孔

25‧‧‧緊固件

26‧‧‧第一固定孔

28‧‧‧第二固定孔

30‧‧‧平板

32‧‧‧下圓孔

34‧‧‧下結合孔

36‧‧‧第一配合孔

38‧‧‧第二配合孔

40‧‧‧棘輪

42‧‧‧驅動部

44‧‧‧齒

46‧‧‧從動輪

50‧‧‧滾輪

52‧‧‧軸套

54‧‧‧支柱

60‧‧‧主動輪

61‧‧‧第一桿

62‧‧‧單向軸承

63‧‧‧第二桿

64‧‧‧第一傳動輪

65‧‧‧第二傳動輪

66‧‧‧第三傳動輪

70‧‧‧卡掣塊

72‧‧‧孔

74‧‧‧彈簧

76‧‧‧長形孔

80‧‧‧傳動桿

81‧‧‧彈性件

82‧‧‧容納部

83‧‧‧聯結件

84‧‧‧銷槽

85‧‧‧結合孔

86‧‧‧長銷

87‧‧‧結合部

88‧‧‧排齒

89‧‧‧扁平部

90‧‧‧操作件

91‧‧‧中心孔

92‧‧‧筒

93‧‧‧凹部

94‧‧‧凸緣

95‧‧‧活動段

96‧‧‧穿孔

97‧‧‧固定段

98‧‧‧握把

第1圖是棘輪扳手第一實施例的分解圖。

第2圖是第一實施例棘輪扳手局部的組裝圖。

第3圖是第一實施例的頭的俯視圖。

第4圖是沿第3圖A-A線剖開且延長的平面圖。

第5圖是沿第3圖B-B線剖開的平面圖。

第6、7圖是傳動桿的立體和剖視圖。

第8、9圖是操作傳動桿的連續動作圖。

第10、11圖是第一實施例操作棘輪的連續動作圖。

第12圖是棘輪扳手第二實施例的分解圖。

第13圖是第12圖棘輪扳手局部組裝的示意圖。

第14圖是第二實施例的頭的俯視圖。

第15圖是沿第14圖C-C線剖開的平面圖。

第16圖是沿第14圖D-D線剖開的平面圖。

第17、18圖是第二實施例操作棘輪的連續動作圖。

請參閱第1圖，闡明棘輪扳手第一實施例的具體構造包括一本體10、一棘輪40、一傳動桿80與一長銷86。該本體10除了結合可轉動的棘輪40以外，還能引導傳動桿80沿直線來回移動。以長銷86限制傳動桿80位移的距離，並透過一定齒數比的嚙合關係將傳動桿80的動能轉換成棘輪40的旋轉動能。接下來，對棘輪扳手的結構進行詳細的描述。

從第1、2圖不難理解，所述的本體10有一支持部12與頭20，該支持部12從頭20的表面依棘輪扳手長度方向往外延伸，二者設計成為一體。在本實施例，該支持部12是圓管，其軸心處是一長孔14。該長孔14是圓的，其與一形成於支持部12的壁的限制孔16相通，允許所述的傳動桿80深入支持部12的長孔14，引導傳動桿80沿著棘輪扳手或本體10長度方向往復位移。該限制孔16的長度方向大致平行於長孔14的軸心方向，但是限制孔16的長度比長孔14的長度還要短。

圖中，所述的長銷86通過一操作件90與支持部12的限制孔16並進入長孔14，用以迫緊一形成於傳動桿80的銷槽84。該長銷86是圓的，其直徑小於限制孔16的寬度與長度，除了長銷86與傳動桿80同步移動以外，該長銷86受阻於限制孔16二側的壁，阻止傳動桿80相對支持部12轉動，而且長銷86受阻於限制孔16二端，充當傳動桿80相對支持部12直線運動的起點與終點，產生傳動桿80行程的限制作用。

再看到第4、6、7圖，該銷槽84在傳動桿80的中間部位。所述的傳動桿80是圓桿，其前端突出一結合部87，後端形成一容納部82，該容納部82是圓槽，用以容納一如壓縮彈簧的彈性件81。所述的結合部87大致呈L形，其有一結合孔85，以結合孔85配合一聯結件83將一排齒88結合於傳動桿80前端。

在本實施例，所述的聯結件83可以是螺絲，該結合孔85是螺孔。在某些實施例，該聯結件83可以是鉚釘或其他的結合元件之一，該結合孔85以圓孔為佳。

所述的排齒88(亦稱齒條或Rack)是矩形條，在二長邊之一形成若干連續的齒。該排齒88的二短邊之一形成一扁平部89，在扁平部89形成一長形孔76。當聯結件83通過長形孔76而與結合孔85相連，該排齒88聯結傳動桿80而可活動。因為長形孔76的長度大於聯結件83的直徑，而且長形孔76的長度方向大致垂直於傳動桿80的軸心方向，所以該排齒88可相對結合部87運動。

接著看到第8、9圖，所述的操作件90有一筒92，該筒92的外圓周面靠近端緣處沿半徑方向延伸一圈凸緣94，並在凸緣94形成一穿孔96。該筒92軸心部位視為一中心孔91，其與穿孔96相通。在筒92套在支持部12外面時，該筒92相對支持部12滑動，該穿孔96對齊傳動桿80的銷槽84，支持長銷86通過操作件90的穿孔96，除了傳動桿80與操作件90成為連動關係以外，該操作件90依第2圖箭頭a方向而隨著傳動桿80往復運動。

一握把98結合於支持部12的自由端。該握把98朝向支持部12的端面形成一凹部93，所述的凹部93是圓槽，該圓槽依直徑大小區分一活動段95與一固定段97，該固定段97屬於深入握把98的段落，用以迫緊支持部12 靠近自由端的段落，使握把98保持在不動狀態。該活動段95直徑大於固定段97及筒92的直徑，其鄰近握把98的端面而使凹部93的開口面對操作件90，允許筒92出入活動段95。

如此，該彈性件81一端抵住凹部93封閉的底部，另端頂住容納部82，提供傳動桿80朝向頭位移所需的作用力。當凸緣94受力退入握把98的活動段95，所述的長銷86隨著操作件90同步運動，帶動傳動桿80連同排齒88(如第11圖所示)退往握把98，進而壓縮彈性件81產生形變，使彈性件81累積傳動桿80歸位所需的作用力。在外力消失後，該彈性件81推著傳動桿80連同排齒88(如第10圖所示)反向位移，直到長銷86受阻於限制孔16為止，完成傳動桿80相對支持部12自動歸位的動作。

回頭看到第1~5圖，該頭20宛如矩形殼體，其有一與長孔14互通的容室21，容室21開口被一形狀大致相同的平板30封住，使頭20的內部形成密閉空間，用以安裝棘輪40、一限制件18、一卡掣塊70和多個齒輪，這些齒輪界定為從動輪46、主動輪60、第一傳動輪64、第二傳動輪65和第三傳動輪66。

具體而言，該頭20朝向平板30的壁面佈置一上圓孔22、二上結合孔24、一第一固定孔26、一第二固定孔28與一第三固定孔23。同時，該平板30在相應的位置分別形成的一下圓孔32、二下結合孔34、一第一配合孔36與一第二配合孔38。其中，二如螺栓般的緊固件25分別穿過上結合孔24且鎖入相對的下結合孔34，讓平板30結合頭20且不易分開。

該棘輪40上、下二端分別連接上、下二圓孔22、32，支持棘輪40在頭20與平板30之間自由轉動。換句話說，該棘輪40可在頭20的容室21旋轉。其次，所述的棘輪40有一驅動部42與若干齒44，該驅動部42形成於棘輪40的軸心部位。此處所稱的驅動部42，是指依軸心方向貫穿棘輪40的四角孔。在某些實施例，該驅動部42可以是沿著軸心方向突出於棘輪40表面的方柱。這些齒44彼此相連且沿著圓周方向形成於棘輪40外表。

所述的從動輪46與棘輪40設計成為一體，二者構成同心圓構造。而且，該從動輪46的齒數低於棘輪40的齒44，其與第三傳動輪66維持嚙合關係。

透過一第二桿63使第三傳動輪66與一第二傳動輪65設計為一體成型的同心圓構造。該第二桿63上、下二端分別樞接第一固定孔26與第一配合孔36，支持第二、第三傳動輪65、66立在頭20與平板30之間，可在頭20的容室21旋轉。該第二傳動輪65的齒數比第三傳動輪66的齒數還要少，其與第一傳動輪64維持嚙合關係。

所述的第一傳動輪64是環形的輪體，其套在一非圓形的第一桿61上，使第一傳動輪64與第一桿61具備傳動關係。該第一桿61與主動輪60設計成為一體，其上、下端分別樞接第二固定孔28與第二配合孔38，支持主動輪60與第一傳動輪64立在頭20與平板30之間，可在頭20的容室21旋轉。該主動輪60的齒數少於第一傳動輪64，其嚙合前述經由長孔14進入容室21的排齒88。因此，該傳動桿80的動能經過齒數比轉換成棘輪40的旋轉動能。

另外，所述的卡掣塊70一端設計為角狀，另端形成一孔72，允許卡掣塊70套在前述第二桿63而可來回擺動。一彈簧74設在卡掣塊70背面與頭20的壁之間，提供卡掣塊70朝向棘輪40偏擺所需的作用力，以卡掣塊70的角端嚙合棘輪40周圍任一齒44，限制棘輪40單向空轉、反向隨著頭20同步作動。

此處所稱的彈簧74，是指扭簧。該扭簧套在緊固件25上，二腳之一抵住頭20的壁，另一腳觸及卡掣塊70，使卡掣塊70咬合棘輪40的齒44為常態。

所述的限制件18有一螺孔11與一橫孔13，該橫孔13深度方向大致垂直於螺孔11的深度方向，用以容納一珠體15和一壓縮彈簧17。一螺絲19穿過第三固定孔23且鎖緊於螺孔11，使限制件18牢固在頭20的容室21中。此刻，該橫孔13二開口端分別面對排齒88與頭20的壁，限制壓縮彈簧17一端抵住頭20的壁，另端推動珠體15頂著排齒88，確保排齒88嚙合主動輪60為常態。

使用期間，當排齒88順著第10圖箭頭b方向前進，該主動輪60不轉動。因為主動輪60採用棘輪設計，而排齒88各齒的齒背是斜的，加上聯結件83搭配長形孔76產生一定的活動範圍，所以排齒88連同扁平部89一起被主動輪60推開，解除排齒88與主動輪60的嚙合關係。當然，該排齒88壓迫珠體15退入橫孔13，使壓縮彈簧17變形，同時累積珠體15推動排齒88歸位所需的作用力。

相反的，當排齒88順著第11圖箭頭d方向退回支持部12的長孔14，各齒的嚙合面大致垂直於排齒88的長度方向，足以驅使主動輪60連同第一傳動輪64沿第11圖箭頭e方向旋轉，從而帶動第二傳動輪65依第11圖箭頭f方向反轉。此刻，該第三傳動輪66驅使從動輪46連同棘輪40順著第11圖箭頭g方向迴轉，以低扭矩執行旋鬆作業。

因為卡掣塊70角端對棘輪40的齒44產生阻擋作用，所以支持部12推動頭20順著第11圖逆時鐘方向轉動，連帶棘輪40施予高扭矩執行旋鬆作業時。倘若，該支持部12帶動頭20依第11圖順時鐘方向轉動，該棘輪40傳遞一來自於螺接元件的作用力至每一個齒44，該齒44推開卡掣塊70，以致棘輪40產生空轉。

倘若要執行鎖緊作業，只要將棘輪扳手反過來使用即可。在鎖緊作業初期非常輕鬆，只要先輸出低扭矩，再用高扭矩完成鎖緊作業的最後動作。尤其是在狹窄的空間，單手操作棘輪扳手執行鎖緊或拆卸作業更加方便。

第12~16圖是棘輪扳手的第二實施例，其構造大致相同於第一實施例，差異處在於：首先，該排齒88與傳動桿80設計成為一體，沒有聯結件、結合部與扁平部，自然不存在結合孔和長形孔。

其次，在排齒88背面添加一滾輪50，取代原來的限制件、壓縮彈簧與珠體等構造。該滾輪50套在一軸套52外部，軸套52內部中空而被一支柱54通過。該支柱54可以是螺栓或螺絲，其牢固於頭20的第三固定孔23，支持滾輪50滾動接觸排齒88，限制排齒88通過主動輪60與滾輪50之間，對排齒88產生阻擋效果，避免其離開主動輪60，卻不影響排齒88的往復運動，仍可讓排齒88嚙合主動輪60為常態。

第三、該彈簧74在卡掣塊70背面與頭20的壁之間。在本實施例，該彈簧74是錐形彈簧，以擴張端固定(如銲接)在頭20的壁，縮減端抵住卡掣塊70背面，提供卡掣塊70朝向棘輪40偏擺所需的作用力，使角端仍可嚙合棘輪40周圍任一齒44。在某些實施例，該彈簧74的擴張端結合於頭20的壁而可拆卸，譬如一形成於頭20的壁的U形槽，用以容納彈簧74的擴張端。

第四、該第一桿61是圓柱，透過一單向軸承62將第一桿61與第一傳動輪64結合在一起。該單向軸承62迫緊於第一傳動輪64的軸心部位，使第一傳動輪64併排在主動輪60側邊，支持主動輪60在頭20的容室21單向空轉不作功、反向帶動第一傳動輪64同步旋轉。

在使用期間，該棘輪40以驅動部42套住一宛如起子頭或接桿的工件一端，用工件另端再套著一宛如螺帽或螺栓的螺接件。當然，該工件連接一套筒，以套筒套住螺接件，同樣能夠執行拆卸或鎖緊作業。

具體而言，該排齒88順著第18圖箭頭d方向退回支持部12的長孔14，驅使主動輪60沿第18圖箭頭e方向旋轉。在單向軸承62(詳見第15圖)的作用下，該第一傳動輪64與主動輪60同向轉動，由第二傳動輪65驅使第三傳動輪66依第18圖箭頭f方向反轉，連帶從動輪46在頭20的容室21自轉。該棘輪40順著第18圖箭頭g方向迴轉，將排齒88的動能轉換成低扭矩，經由工件傳遞至螺接件且執行後續的旋鬆動作。

因為齒數比的緣故，所以排齒88順著棘輪扳手長度方向直線位移的距離，足以讓主動輪60旋轉一圈(亦即360°)，驅使棘輪40轉動多圈，輸出低扭矩的速率自然比先前技術還快。

配合第8、9圖來看，當握把98被握住時，撥動操作件90往握把98方向位移，使筒92退入凹部93的活動段95，直到筒92端面接觸活動段95封閉端或是凸緣94抵制握把98端面為止，透過傳動桿80操作排齒依第18圖箭頭d方向運動，完成低扭矩的輸出。

相反的，鬆開操作件90後，該彈性件81推動傳動桿80連帶排齒88沿著第17圖箭頭b方向直線進入頭20的容室21，驅使主動輪60順著第17圖箭頭c方向空轉，卻不能帶動第一傳動輪64。

如此，該操作件90順著棘輪扳手長度方向執行直線般往復運動，勿庸扭轉手腕，相對降低工業傷害的發生率。

當然，該棘輪扳手在某些實施例中，以排齒直接嚙合從動輪，將傳動桿直線位移的動能轉換成棘輪旋轉的動能，亦屬於本發明容許實施的範圍內。