TWI505918B - 具可變的空轉角度的扭矩工具 - Google Patents

Description

具可變的空轉角度的扭矩工具

本發明涉及扭矩工具的單向空轉領域，尤指一種具可變的空轉角度的扭矩工具。

扭矩工具通常是指扭矩扳手或扭矩起子，以電力、人力或流體作為動力來源，對一工件輸出一定的扭矩，執行鎖緊或旋鬆作業。此處所稱工件，譬如螺絲、螺栓或連接桿。

就人力式扭矩扳手而言，是在一中空的頭安裝一齒輪，頭內還有一大致上呈爪狀的卡掣構造，能夠嚙合齒輪相應的齒，決定頭繞著齒輪單向空轉，逆向驅使齒輪同步轉動，用以輸出扭矩。

在使用期間，頭驅使齒輪同步轉動，到達一定的幅度就要迴轉，才好繼續施力。但是，齒輪外部的齒數是不變的，所以迴轉的角度，剛好是卡掣構造越過齒的幅度，形成齒數越少，迴轉幅度越大的缺點。這樣的扭矩扳手，在某些工作場合，特別是操作空間狹窄的施工現場，會感到難以使用的困擾。

為了解決前述問題，乃有業者提出一項辦法，就是增加齒輪外部的齒數。這項構造雖然克服先前技術有關迴轉幅度過大的缺點，卻也產生新的問題，那就是齒的寬度變窄，相對縮減齒的抗壓強度，往往會在頭驅使齒輪同步轉動期間，突然發生扭矩無法傳遞至工件的現象。因為扭矩超過齒所能承受的壓強，致生崩裂的憾事，當然不能繼續輸出扭矩。

有鑑於此，本發明人深入探討先前技術之問題，憑藉多年從事相關產業之研發與製造之經驗，積極尋求解決之道，終於成功地開發出一種具可變的最小空轉角度的扭矩工具，以改善習用物之問題。這款扭矩 工具已提出部份國家的專利申請，擁有申請案號分別是：歐盟第12195169.3號、美國第13/691,477號、日本第2013170474號、中國第201210507001.6號暨臺灣第101139643號等。

然而，本發明人不因此而自滿，仍舊戮力於相關領域的持續研究，再度開發出相關的扭矩工具，其主要目的在於：延續空轉角度的變化精髓，同樣是在齒數固定不變的條件下，讓扭矩工具擁有近乎最小的迴轉幅度而利於操作。

緣於上述目的之達成，本發明提供一種扭矩工具，包括：一中空的頭；一可在頭內轉動的齒輪；多個安裝在頭內的嚙合組件，每個嚙合組件可在一嚙合位置與一離開位置之間往復運動；在嚙合位置，該嚙合組件與齒輪維持嚙合關係；在離開位置時，解除嚙合組件與齒輪的嚙合關係；及一安排在頭外的選擇機構，選擇機構與至少一嚙合組件具備連動關係，可選擇單一嚙合組件在嚙合位置與離開位置往復運動，使頭依標準的空轉角度繞著齒輪位移；也可以選擇多個嚙合組件輪流咬住齒輪，讓頭依較小的空轉角度繞著齒輪轉動，以致扭矩工具的頭更能適應狹窄的操作空間。

因此，在齒輪齒數不變的前題下，可以選擇下列方式之一來使用：

當選擇機構單向擺動時，只保留單一嚙合組件在嚙合位置與離開位置之間往復運動，用以嚙合齒輪相應的齒而擁有一定的空轉角度。這項空轉的幅度，是以嚙合組件為扭矩的傳導主體，將頭的扭矩傳輸至齒輪之前必須迴轉的標準角度。簡單的說，嚙合組件越過下一個齒的動作，即為頭繞著齒輪空轉的最小角度(或最小角度的倍數)，才能有效的輸出扭矩。

當選擇機構反向擺動時，多個嚙合組件互不干涉地在嚙合位置與離開位置之間往復運動，輪流或交替地嚙接咬合齒輪相應的齒。如此一來，任一嚙合組件運動至嚙合位置且咬合齒輪相應的齒，其他嚙合組件 剛好移到離開位置，以致頭繞著齒輪空轉的角度，大約是標準角度的二分之一、三分之一或幾等分之一，取得縮減的功能。

這款扭矩工具能夠取得空轉角度的縮減效果，必須符合一項基本條件，就是將標準的空轉角度分成多次使用。想要取得這項結果，主要是根據“最小的空轉角度予以等分”的概念，用多個嚙合組件搭配齒輪既有的齒數來完成。再加上，考慮到嚙合組件的相隔距離不能過短，避免活動範圍受到干涉，演算出一條公式如下：最小空轉角度N倍+(最小空轉角度×1/嚙合組件數量)

算式中的N為整數，如1、2、3…N，取得空轉角度縮減後的平均值。

舉例來說，齒輪外圍形成36個連續的齒，頭繞著齒輪迴轉一圈是360°，則標準的或最小的空轉角度是(360°÷36=)10°。換句話說，本發明在單一嚙合組件的保留模式中，頭必須繞著齒輪迴轉10°或10°的N倍(例如20°、30°、40°…)，才能再度以頭驅使齒輪同步轉動。

倘若選擇多個嚙合組件的輪留模式，並設計出二鄰近的嚙合組件相隔85°，以符合10°×8+(10°×1/2)=85°的條件，就能在任一嚙合組件被齒輪外圍各齒頂開移到離開位置時，讓另個嚙合組件來到嚙合位置而與相應的齒形成嚙合關係，恰好能夠將標準的空轉角度予以縮減。至於縮減幅度則與嚙合組件的數量有關：二嚙合組件可獲得空轉角度是5°；三個嚙合組件可獲得空轉角度約3.3°…餘者類推，比傳統式扭矩扳手更能適應狹窄的操作空間。

對這項功能感到興趣者，可以從上開專利申請案之說明書做更深入的研究或探討，瞭解精髓並獲得深刻的理解，於此不再贅述。

另外，本文所稱之嚙合關係，是指二齒之間形成一齒谷，凹凸配合於嚙合組件落入齒谷的部份，二者宛如牙齒般相互咬合，以致嚙合組件能夠限制齒輪隨著頭單向轉動，逆向則被鄰近的齒推移到離開位置，從而解除彼此間的嚙合關係。

以下，基於圖式詳述相關實施例目的、構造及特徵，相信本發明採用之技術、手段及功效，當可由之得一深入而具體的瞭解。

10‧‧‧扭矩扳手

11‧‧‧頭

12‧‧‧握持部

13‧‧‧殼壁

14‧‧‧容納空間

15‧‧‧容室

16‧‧‧操作艙

17‧‧‧底孔

18‧‧‧環部

19‧‧‧平台

20‧‧‧凹槽

21‧‧‧出口

22‧‧‧曲面

23‧‧‧斜面

24‧‧‧凹部

25‧‧‧槽底

26‧‧‧貫穿孔

30‧‧‧齒輪

31‧‧‧齒

32‧‧‧結合部

33‧‧‧圓柱

34、35‧‧‧扣具

40‧‧‧主動嚙合組件

41、51‧‧‧卡掣件

42、52‧‧‧軸部

43、53‧‧‧突出部

44、54‧‧‧根部

45、55‧‧‧彈性件

50‧‧‧從動嚙合組件

56‧‧‧立柱

60‧‧‧選擇機構

61‧‧‧蓋片

62‧‧‧透孔

63‧‧‧活動孔

64‧‧‧限制孔

65‧‧‧限制組件

70‧‧‧撥鈕

71‧‧‧樞孔

72‧‧‧切換部

73‧‧‧球窩

74‧‧‧受力部

80‧‧‧角度

第1圖是本發明扭矩工具的局部組裝立體圖。

第2圖是第1圖扭矩工具的分解立體圖。

第3圖是嚙合組件與齒輪的聯結關係平面圖。

第4圖是沿第3圖A-A線剖開的平面圖。

第5~8圖是扭矩工具的連續動作示意圖。

請參閱第1圖，闡述一種扭矩扳手10的具體構造。這款扳手10有一頭11，頭11外圍是一中空的殼壁13，足以圍成一形成於頭11內的容納空間14，用以容納一形狀對稱的蓋片61。在蓋片61外部安排一選擇機構60，能阻止蓋片61離開頭11，將一齒輪30封在頭11內。另外，頭11外部有一大致上扁平的握持部12，握持部12與殼壁13形成一體，方便一使用者握緊施力。

接著看到第2~4圖，該殼壁13擁有不同的口徑，將容納空間14區分為一容室15與一操作艙16，操作艙16陷入容室15底面一定的深度，艙底有一環部18，環部18中央是一底孔17。容室15深度淺，卻擁有最大的口徑，其除了操作艙16以外的部位視為一平台19，平台19緊鄰操作艙16處形成多個凹槽20。

這些凹槽20分別容納一嚙合組件40、50。每個凹槽20上方被蓋片61堵住，只能經由一出口21通往操作艙16，出口21兩旁分別是一曲面22與一斜面23，在曲面22與斜面23鄰接處形成一凹部24，槽底25還有一通往外界的貫穿孔26。

所述的蓋片61置入容室15，受限於選擇機構60而不得脫離，用以封住局部凹槽20。蓋片61有若干孔洞，一為正對底孔17的透孔62，一為通往凹槽20的活動孔63，以及一限制孔64。

因此，當齒輪30橫躺在操作艙16時，其外圍形成複數連續的齒31，能夠順應齒輪30轉動而逐一面對凹槽20的出口21。該齒輪30沿軸向設一結合部32，結合部32為多角形孔洞，上、下貫穿二隆起於齒輪30兩旁平面的圓柱33，足以連接外部一工件，例如螺絲、螺帽或連接桿。每 個圓柱33超過底孔17或透孔62的部份鑲嵌一扣具34、35，不僅阻止齒輪30離開頭10，還能支持齒輪30在操作艙16中自轉。

當然，結合部32也可以是非圓形凸柱或角柱，突出於圓柱33端面，凹凸配合外部工件的凹槽20。

依功能將各嚙合組件分成主動與從動嚙合組件40、50，互不干涉地在一嚙合位置與一離開位置之間往復運動。這些嚙合組件40、50的構造大致相同，都是由一卡掣件41、51與一彈性件45、55組成。每個卡掣件41、51有一軸部42、52，軸部42、52大致上是圓的，局部置入凹槽20相應的凹部24中。軸部42、52外圓周面沿半徑方向延伸一突出部43、53，突出部43、53類似於矩形，一長邊面對凹槽20的曲面22，二者之間置入彈性件45、55，以致彈性件45、55頂著曲面22，產生一推動突出部43、53往斜面23偏擺的作用力。

在圖中，從動嚙合組件50的突出部53另面長邊距離凹槽20的斜面23最近。此刻，從動嚙合組件50的卡掣件51來到嚙合位置，以致短邊面對齒輪30相應的齒31，方便頭11的扭矩傳遞到齒輪30，二者可以單向同步運動。因此，斜面23充當嚙合位置終點。

相反地，齒輪30周圍的齒31推開主動嚙合組件40，使突出部43另面長邊距離斜面23最遠，以致短邊不再接觸斜的齒面，自然不能將頭11的扭矩傳遞到齒輪30。所以，主動嚙合組件40的卡掣件41移到離開位置。

尤其是，相鄰二凹槽20的斜面23相互夾有一角度80，夾角範圍應符合下列算式，才不會讓二卡掣件41、51受到干擾。

最小空轉角度N倍+(最小空轉角度×1/突出部數量)

另外，二嚙合組件40、50的卡掣件41、51還有一圓形根部44、54，每個根部44、54沿軸心方向凸出於卡掣件41、51面對槽底25的部位，能夠插入一形成於凹槽20底部的貫穿孔26，支持卡掣件41、51平穩地轉動。

二嚙合組件40、50的差異在於：從動嚙合組件50比主動嚙合組件40多出一立柱56，立柱56沿軸心方向凸出於卡掣件51頂面，其與 選擇機構60形成所需的連動關係。接下來，就這項連動構造做更為詳細的說明。

在本實施例中，選擇機構60由一撥鈕70與一限制組件65組成。該撥鈕70端部貫穿一樞孔71，令撥鈕70通過樞孔71而套在圓柱33超出蓋片61的部位，受限於扣具34不得脫離，卻能繞著圓柱33為一定角度的擺動。撥鈕70頂面隆起一長的受力部74，接受一外力而使撥鈕70偏擺(如第1圖)。撥鈕70面對活動孔63的部位凹設一切換部72，切換部72是一道依曲率形成於撥鈕70底面的弧形槽，能罩住立柱56超出蓋片61的部位，共同組成連動構造。另外，撥鈕70在切換部72旁邊形成二球窩73，任一球窩73卡住限制組件65露出蓋片61限制孔64的部位，以致撥鈕70取得定位效果而不易偏擺。

從第5、6圖來看，撥鈕70單向擺動，讓從動嚙合組件50配合主動嚙合組件40輪流嚙合齒輪30周圍各齒31。因此，任一嚙合組件40、50來到離開位置，另個嚙合組件40、50就會移到嚙合位置，咬住相應的齒31，用以縮減頭11繞著齒輪30空轉所需的角度。

在第7、8圖中，撥鈕70反向擺動，透過連動關係讓立柱56順著曲率從切換部72一端移到另端，迫使從動嚙合組件50遠離齒輪30一段時間，只保留主動嚙合組件40在嚙合與離開位置之間往復運動，以致頭11繞著齒輪30回到標準的空轉角度。

值得一提的是，蓋片61的活動孔63口徑大於立柱56位移所需的運動距離，自然不會干涉從動嚙合組件50隨著撥鈕70偏擺而同步作動。

上述實施例僅為說明本發明，非為限制本發明。熟習此技藝者從上述實施例衍生之各種變化、修改與應用均在本發明之範疇內。

10‧‧‧扭矩扳手

11‧‧‧頭

12‧‧‧握持部

14‧‧‧容納空間

15‧‧‧容室

16‧‧‧操作艙

20‧‧‧凹槽

21‧‧‧出口

22‧‧‧曲面

23‧‧‧斜面

24‧‧‧凹部

30‧‧‧齒輪

31‧‧‧齒

32‧‧‧結合部

33‧‧‧圓柱

40‧‧‧主動嚙合組件

41、51‧‧‧卡掣件

42、52‧‧‧軸部

43、53‧‧‧突出部

45、55‧‧‧彈性件

50‧‧‧從動嚙合組件

56‧‧‧立柱

65‧‧‧限制組件

80‧‧‧角度

Claims (7)

1. 一種扭矩工具，包括：一中空的頭，該頭有一中空的殼壁，藉由殼壁將頭內區隔為一操作艙與一容室，操作艙陷入容室底面一定的深度，艙底有一環部，環部中央是一底孔，而容室底面除了操作艙以外的部位形成一平台，平台緊鄰操作艙處形成多個凹槽，每個凹槽容納相應的嚙合組件，界定該凹槽通往操作艙處為一出口，出口兩旁分別是一曲面與一斜面，在曲面與斜面鄰接處形成一凹部，以斜面充當嚙合位置的終點，相鄰二凹槽的斜面彼此間形成一夾角，夾角範圍應符合下列算式：最小空轉角度N倍+(最小空轉角度×1/卡掣件數量)；一可在頭內轉動的齒輪；多個安裝在頭內的嚙合組件，每個嚙合組件可在一嚙合位置與一離開位置之間往復運動；在嚙合位置時，嚙合組件與齒輪維持嚙合關係；在離開位置時，解除嚙合組件與齒輪的嚙合關係；一安排在頭外的選擇機構，選擇機構與至少一嚙合組件具備連動關係，可選擇單一嚙合組件在嚙合位置與離開位置往復運動，使頭依標準的空轉角度繞著齒輪位移；也可以選擇多個嚙合組件輪流咬住齒輪，讓頭依較小的空轉角度繞著齒輪轉動。
2. 如申請專利範圍第1項所述的扭矩工具，其中，一蓋片，蓋片形狀與容室對稱，受限於選擇機構，可置入容室卻不得脫離，用以封住局部凹槽，蓋片有若干孔洞，一為正對底孔的透孔，一為通往凹槽的活動孔；該齒輪沿軸向設一連接外部工件的結合部，在齒輪外圍形成複數連續的齒，任一齒皆能與嚙合組件維持嚙合關係，齒輪有二平面，每個平面隆起一圓柱，圓柱超過底孔或透孔的部份鑲嵌一扣具，不僅阻止齒輪離開頭，更支持齒輪在操作艙中自轉。
3. 如申請專利範圍第2項所述的扭矩工具，其中，每個嚙合組件是由一卡掣件與一彈性件組成，彈性件一端抵住曲面，另端與卡掣件相觸，提供卡掣件朝向斜面偏擺所需的作用力。
4. 如申請專利範圍第3項所述的扭矩工具，其中，每個卡掣件有一軸部，軸部大致是圓的，局部進入相應的凹部中，並沿半徑方向在軸部外圓周 面延伸一突出部，突出部類似於矩形，其面對凹槽曲面的長邊接收彈性件的作用力，另個長邊因應嚙合位置與離開位置的變換而與斜面維持一定的距離。
5. 如申請專利範圍第4項所述的扭矩工具，其中，每個卡掣件還有一圓的根部，根部沿軸心方向凸出於卡掣件面對凹槽的部位，能夠插入一形成於槽底的貫穿孔中。
6. 如申請專利範圍第5項所述的扭矩工具，其中，選擇機構與嚙合組件的連動構造是由一立柱與一切換部組成，立柱沿軸心方向凸出於卡掣件頂面，穿過活動孔且局部露出蓋片外面，切換部凹設於選擇機構面對活動孔的部位，能夠罩住立柱超出蓋片的部位，驅使嚙合組件長時間的離開而不能嚙接咬合齒輪周圍各齒。
7. 如申請專利範圍第6項所述的扭矩工具，其中，該選擇機構是單片式撥鈕，其一端形成一樞孔，用以套在圓柱超出蓋片的部位，撥鈕在切換部旁邊形成多個球窩，任一球窩卡住一局部凸出蓋片的限制組件，以致撥鈕取得定位效果而不易偏擺。