TWI628049B - 用於可換向的滾子離合器棘輪的偏置和換向方法及機構 - Google Patents

Abstract

一種配置可換向棘輪工具的滾子離合機構，以包括用於在該滾子離合機構中偏置滾子的偏置和換向機構。基於該換向機構可選擇位置，該滾子離合機構的籠狀構件將滾子置於在順時針位置或逆時針位置。該換向機構向該籠狀構件施加連續的偏置力，使得該滾子持續偏置並快速地接合在該驅動主體和該驅動頭之間。施加到該籠狀構件的持續偏置力減小了棘輪角度，提高了可換向棘輪工具的性能。

Description

用於可換向的滾子離合器棘輪的偏置和換向方法及機構

本發明一般涉及用於向物體施加扭矩的工具。特別地，本發明涉及用於可換向的棘輪型工具的滾子離合機構。

可換向的棘輪工具，例如套筒扳手和驅動器，一般用於汽車、工業和家庭領域中，用於安裝和移除螺紋緊固件，以及向工件，例如螺紋緊固件，施加一定量的扭矩和/或角位移。棘輪工具內的各種機構被配置為防止棘輪驅動頭相對於工具把手在一個方向上旋轉，以及允許棘輪驅動頭相對於工具把手在相反方向上旋轉。這樣，通過重複工具把手的小角度移動、且在每次移動後不用將工具頭從緊固件下移出的情況下，驅動頭能夠向緊固件施加大角度的扭矩。對於一般的棘輪工具，每次移動的較小角度運動必須達到最小角位移，以克服齒隙和元件在製造公差內累積的尺寸變化。每次移動後，在每次移動之後通過一些最小的角位移來倒回棘輪工具的手柄，提供了棘輪主體相對於驅動構件的足夠旋轉，以克服齒隙和尺寸變化，從而將工具配置為用於在下一運動中施加扭矩。

需要把手過多角位移的棘輪工具可能無法在狹窄空間中使用。因此，需要減小或消除傳統棘輪工具的最小角位移限制，例如棘輪角度，以便該工具可以在手柄的角位移可能受阻的地方使用。

本發明的一方面包括降低棘輪主體與驅動頭之間的相對旋轉的可換向的棘輪工具的滾子離合機構。可換向的棘輪工具包括用於滾子離合器的偏置和換向機構。基於換向機構的位置，滾子離合機構的籠狀構件將滾子置於順時針位置或逆時針位置。該換向機構向該籠狀構件施加持續的偏置力，使得該滾子被偏置，以快速配合在該棘輪主體和該驅動頭之間。施加在該籠狀構件的持續偏置力減小了用於提高該換向棘輪工具性能的棘輪角度。

502、504、506、508、510、512‧‧‧步驟

100‧‧‧棘輪工具

102‧‧‧棘輪主體

104‧‧‧驅動構件

105‧‧‧軸部

106‧‧‧滾子

108‧‧‧籠狀構件

110‧‧‧偏置構件

111‧‧‧偏置構件

112‧‧‧棘爪彈簧

114‧‧‧制動球

116‧‧‧換向套筒

118‧‧‧內表面

120‧‧‧圓形孔

122‧‧‧環形基座

124‧‧‧手指

126‧‧‧籠孔

128‧‧‧半環形外壁

130‧‧‧半環形內壁

132‧‧‧中央孔

134‧‧‧擋塊

136‧‧‧第一端部

138‧‧‧第二端部

140‧‧‧驅動主體

142‧‧‧外表面

144‧‧‧驅動柄

146‧‧‧肩部

148‧‧‧袋部

150‧‧‧制動腔

152‧‧‧第一斜坡

154‧‧‧第二斜坡

為了更容易地理解本發明所要保護的主題，提供了附圖中所示的實施例，其中，當附圖與以下的描述結合起來時，本發明的結構和操作，以及其許多優點應當容易理解和領會。

圖1A為本發明一實施例的可換向棘輪裝置的前部、分解透視圖；圖1B為本發明一實施例的可換向的棘輪裝置的後部、分解透視圖；圖2為根據本發明中的一個方面的、限定在驅動構件與棘輪主體之間的滾子的放大平面圖；圖3A為根據本發明中的一個方面的、配置為在第一方向施加扭矩的可換向棘輪裝置的平面圖；圖3B為根據本發明中的一個方面的、配置為在第二方向施加扭矩的圖3A的可換向的棘輪裝置的平面圖； 圖4為根據本發明的一個方面的、在可換向的棘輪裝置中配合在在換向套筒和籠狀構件之間偏置構件的平面圖；圖5為描述根據本發明的一個方面的配置棘輪驅動器的方法的流程圖。

應當理解的是，包括記錄在內的描述以及材料、尺寸和其中討論的公差是簡單的建議，因此，本領域技術人員在本發明的保護範圍之內可以修改這些建議。

雖然本發明可實施的實施例有許多不同的形式，但是附圖所示的以及將會在此詳細描述的是本發明的優選實施例，該實施例可被認為是本發明原理的舉例，本發明的保護範圍不受該實施例的限制。

圖1A和1B所示的是根據本發明的一個方面的可換向的棘輪工具的實施例。在本實施例中，可換向的棘輪工具100包括棘輪主體102、尺寸適合並可以設置在棘輪主體102中的籠狀構件108、尺寸適合並同軸地設置在籠狀構件108中的換向套筒116、以及驅動構件104，其中驅動構件104包括軸部105，軸部105的尺寸適於可旋轉地置於換向套筒116中。多個滾子106通過籠狀構件108限定在棘輪主體102的內表面118與驅動構件104之間。根據本發明的一個方面，驅動構件104和換向套筒116可選擇地限定在相對於彼此的第一角位移或第二角位移中。配置至少一個偏置構件110以在換向套筒116和籠狀構件108之間施加大致連續的旋轉偏置力。

如圖1A和1B所示，在一實施例中，偏置構件110可以包 括一對壓縮彈簧110、111。根據本發明的一個方面，當驅動構件104和換向套筒116之間的角位移從第一角位移切換到第二角位移時，配置籠狀構件108以將滾子106從驅動構件104上相應的第一位置切換到驅動構件104上相應的第二位置。換向槓桿(未圖示)可以與換向套筒116連接，或者，可以與換向套筒116一體成型，例如，作為單個元件。

滾子106為圓柱形的形狀和尺寸，當滾子位於它們相應的第一位置時，滾子可選擇地僅在旋轉的第一方向阻止棘輪主體102和驅動構件104的相對運動，當滾子位於它們相應的第二位置時，滾子僅在與旋轉的第一方向相反的第二方向阻止棘輪主體102與驅動構件104的相對運動。

根據本發明的一方面，棘輪主體102包括限定在圓形孔120內壁上的內表面118。在一實施例中，籠狀構件108包括環形基座122和多個自環形基座122的側邊延伸的軸向手指124。環形基座122的具有合適的尺寸並同軸地設置在圓形孔120內，其中，手指124充分地避免與內表面118接觸，以共同限定籠孔126。在本實施例中，擋塊134自環形基座徑向地延伸入籠孔126中。

在一實施例中，換向套筒116是半環形換向套筒，該半環形換向套筒包括尺寸適於同軸地位於籠孔126中的半環形外壁128和限定中央孔132的半環形內壁130。換向擋塊134限定與中央孔132的第一部分具有相同直徑的中央孔132的第二部分。在一實施例中，根據本發明的一方面，半環形換向套筒116包括第一端部136和第二端部138。第一偏置構件110配合在第一端部136和擋塊134之間。第二偏置構件111配合在第二端 部138和擋塊134之間。

在一實施例中，驅動構件104包括軸部105，軸部105的尺寸設置為可旋轉地包含在中央孔132中，並且驅動主體與軸部同軸。根據本發明的一方面，驅動主體140包括扇形的外表面142。驅動構件104也可以包括自驅動主體104延伸並與軸部105同軸的驅動柄144。在一實施例中，可以配置驅動柄144為方形套筒驅動器。在其他實施例中，驅動柄144可以是任一公知的棘輪驅動結構，例如，螺絲驅動頭。其他實施例中，例如，在不脫離本發明保護範圍的情況下，可以配置鑽頭卡盤、套筒扳手頭或者插口代替驅動柄144。

根據本發明的一方面，至少一個接合構件設置在驅動構件104和換向套筒116之間。配置接合構件以在相對於彼此的第一角位移或第二角位移限制驅動構件104和換向套筒116。例如，在一實施例中，驅動構件104包括朝向換向套筒116的肩部146(見圖1B)。肩部146包括袋部148，袋部148具有合適的尺寸以容納棘爪彈簧112。換向套筒116包括至少兩個朝向肩部146且相對彼此呈角度設置的制動腔150。接合構件包括制動球，該制動球的尺寸與制動腔150中的任意一個以及棘爪彈簧112匹配。棘爪彈簧112至少部分地保持在袋部148中並被壓縮在制動球114和驅動構件104之間。

棘輪主體102、滾子106和驅動構件104之間的配合如圖2所示。為了使棘輪工具100從棘輪主體102向驅動構件104施加扭矩，滾子106摩擦地楔在圓形孔120的內表面118之間。如圖2所示，驅動構件104可以相對於棘輪主體102逆時針自由地旋轉，但是當相對於棘輪主體 102在順時針方向旋轉時，驅動構件104被鎖定，因此，從棘輪主體102上傳遞扭矩。

根據本發明的一個方面，滾子106分別限定在籠狀構件108的相應的兩個手指124之間。滾子106也限定在圓形孔120的內表面118和驅動構件104的扇形表面142之間。當驅動構件104與半環形換向套筒116之間的角位移從第一角位移切換為第二角位移時，配置手指124將滾子106從扇形表面上的相應的第一斜坡152切換到扇形表面上相應的第二斜坡154。籠狀構件108的手指124保持每個滾子106與內表面118以及相應的第一斜坡152或相應的第二斜坡154接觸。

根據本發明的一個方面，滾子106具有合適的尺寸以分別限定在第一斜坡152和棘輪主體102的內表面118之間，當滾子106分別與相應的第一斜坡152配合以及結合時，僅在旋轉的第一方向阻止棘輪主體與驅動構件104之間的相對運動，以及，滾子106分別限定在棘輪主體102的第二斜坡154和內表面118之間，當滾子106分別與相應的第二斜坡154配合和結合時，僅在與旋轉的第一方向相反的旋轉的第二方向阻止棘輪主體102與驅動構件104之間的相對運動。

在可換向的棘輪工具100中，為了扭轉滾子棘輪機構的自由旋轉和驅動方向，籠狀構件108相對於驅動構件104順時針旋轉，以便手指124保持滾子106與棘輪主體102的內表面和第二斜坡154接觸。

圖3A是根據本發明一方面在第一方向施加扭矩的可換向的棘輪裝置100的示意圖。如圖3A所示，驅動構件104被防止相對於棘輪主體102順時針旋轉。因此，扭矩可以通過棘輪主體102的逆時針運動從棘 輪主體102傳遞到驅動構件104。

圖3B所示的是本發明一方面的可換向的棘輪裝置100在第二方向施加扭矩的示意圖。如圖3B所示，驅動構件104被防止相對於棘輪主體102逆時針旋轉。這樣，扭矩可以通過棘輪主體的順時針運動從棘輪主體102傳遞到驅動構件104。

根據本發明的一方面，圖4為示出了配合在換向套筒116和籠狀構件108之間的偏置構件110、111的可換向的棘輪裝置100的示意圖。在圖4中，出於清晰的目的，隱掉了驅動構件104。儘管換向槓桿可以與籠狀構件108連接並直接接觸，以便於在兩個籠狀位置之間切換，但是，常規製造公差將會導致“馬虎”作用，使棘輪衝程之間產生不可接受的手柄遷移量。在已公開的實施例中，配置偏置構件110、111，例如彈簧以在換向套筒116和籠狀構件108之間提供連續的旋轉偏置力。換向套筒116可以可選擇地結合在兩個制動位置中的一個，制動位置由設置在換向套筒116中的兩個制動腔150中的任一一個中的制動球114和棘爪彈簧112限定。偏置構件111、110按壓在換向套筒116和籠狀構件108上，以在籠狀構件108和滾子106的兩個手指124之間提供正壓力。這樣就降低或將棘輪動作中的自由運動或“斜率”降到最小。

本公開的另一方面包括在可換向棘輪工具中用於減小反彈的方法，如圖5所示，在框502中，該方法包括在圓形滾子籠狀構件中配置圓形陣列的滾子用於在棘輪主體內繞著軸旋轉。在框504中，該方法包括在棘輪主體內配置半環形換向套筒用於繞著軸旋轉。在框506中，該方法包括配置至少一個偏置構件以在換向套筒和籠狀構件之間施加連續的旋 轉偏置力並且繞著軸旋轉。在框508中，該方法包括在繞著軸彼此呈角度設置的兩個位置中任意一個位置配置半環形換向套筒。在框510中，該方法包括在換向套筒內配置驅動構件用於繞著軸旋轉。在框512中，該方法包括將半環形換向套筒結合到驅動構件上以防止半圓形換向套筒與驅動構件之間的相對角位移。

如上所述，術語「連接的」或者「通信連接的」可以是兩個部分之間任何物理的、電的、磁性的，或者其他直接或間接的連接方式。術語「連接的」不限於兩個實體之間的固定的直接連接。

上述的描述和附圖僅用於對發明進行說明並不限制本發明。同時，已經示出和描述的特定實施例，顯而易見的是，本領域技術人員在不脫離本發明保護範圍的前提下可以做出改進和修改。在先前技術的基礎上，本發明的實際的保護範圍以下面的權利要求書為准。。

Claims (19)

1. 一種可換向棘輪裝置，包括：棘輪主體，其包括內表面，該內表面限定為圓形孔；籠狀構件，其設置在該棘輪主體中，且該籠狀構件包括：環形基座，設置在該圓形孔內且共同限定一籠孔；手指，自該環形基座軸向延伸，以及徑向擋塊，自該環狀基座延伸至該籠孔中；換向套筒，其設置在該籠狀構件中；驅動構件，其包括軸部，該軸部適於被該換向套筒可旋轉地保持；滾子，其由該籠狀構件保持在該棘輪主體和該驅動構件之間，以及偏置構件，該偏置構件適於在該換向套筒和該籠狀構件之間施加偏置力；其特徵在於，該驅動構件和該換向套筒相對於彼此設置在第一位移和第二位移中的任何一個上。
2. 如請求項1所述的可換向棘輪裝置，其中，該偏置構件包括壓縮彈簧。
3. 如請求項1所述的可換向棘輪裝置，其中，當該驅動構件與該換向套筒從第一位移切換為第二位移時，該籠狀構件適於將該滾子從該驅動構件上的第一位置切換至該驅動構件上的第二位置。
4. 如請求項3所述的可換向棘輪裝置，其中，該滾子的尺寸使得當該滾子位於該第一位置時，僅在旋轉的第一方向上阻止該棘輪主體和該驅動構件之間的相對運動，以及當該滾子處於該第二位置上時，僅在與旋轉的第一方向相反的旋轉的第二方向上阻止該棘輪主體與該驅動構件之間的 相對運動。
5. 如請求項1所述的可換向棘輪裝置，其中，該換向套筒為環形且包括設置在該籠孔中的外壁以及限定中央孔的第一部分的內壁。
6. 如請求項5所述的可換向棘輪裝置，其中，該徑向擋塊限定了與該中央孔的第一部分具有相同直徑的該中央孔的第二部分。
7. 如請求項6所述的可換向棘輪裝置，其中，該換向套筒包括第一端部和第二端部，其中，第一偏置構件接合在該第一端部和該徑向擋塊之間，第二偏置構件接合在該第二端部和該徑向擋塊之間。
8. 如請求項1所述的可換向棘輪裝置，其中，該驅動構件包括與該軸部同軸的驅動主體，該驅動主體包括扇形的外表面。
9. 如請求項8所述的可換向棘輪裝置，其中，該驅動構件還包括驅動柄，該驅動柄自與該軸部同軸的該驅動主體延伸。
10. 如請求項9所述的可換向棘輪裝置，其中，該驅動柄形成方形的套筒驅動器。
11. 如請求項8所述的可換向棘輪裝置，其中，該滾子保持在手指之間，在該棘輪主體的該內表面與該驅動主體的該扇形表面之間。
12. 如請求項11所述的可換向棘輪裝置，還包括接合在該驅動構件該換向套筒之間的接合構件，該接合構件適於在第一位移和第二位移中的任何一個上保持該驅動構件和該換向套筒。
13. 如請求項12所述的可換向棘輪裝置，其中，驅動構件包括朝向該換向套筒的肩部，該肩部包括袋部，該袋部適於保持棘爪彈簧，其中，該換向套筒包括朝向該肩部並彼此設置的兩個制動腔； 該接合構件包括制動球，該制動球的尺寸適於配合在該制動腔中的任意一個中，該棘爪彈簧至少部分地保持在該袋部中並被壓縮在該制動球和該驅動構件之間。
14. 如請求項12所述的可換向棘輪裝置，其中，當該驅動構件與該半環形換向套筒之間的角位移從該第一位移切換為該第二位移時，該手指適於將該滾子從該扇形表面上相應的第一斜坡切換到該扇形表面上相應的第二斜坡。
15. 如請求項14所述的可換向棘輪裝置，其中，該滾子適於被限定在該第一斜坡和該棘輪主體的該內表面之間，以便當該滾子處於該相應的第一斜坡時，僅在第一方向阻止該棘輪主體與該驅動構件之間的相對運動，且該滾子的尺寸適於被限定在該棘輪主體的該第二斜坡和該內表面之間，以便當該滾子處於相應的第二斜坡時，僅在與該第一方向相反的第二方向上阻止該棘輪主體與該驅動構件之間的相對運動。
16. 如請求項1所述的可換向棘輪裝置，其中，還包括與該換向套筒連接的換向槓桿。
17. 一種可換向棘輪裝置，包括：棘輪主體，其包括限定了圓形孔的內壁的內表面；籠狀構件，其包括環形基座、自該環形基座的一側軸向延伸的手指，該環形基座位於該圓形孔中，以共同限定籠孔，以及自該環形基座延伸到該籠孔中的徑向擋塊；半環形換向套筒，其包括半環形外壁和半環形內壁，該半環形外壁的尺寸適於同軸地配合在該籠孔中，該半環形內壁界定了中央孔第一部分； 驅動構件，包括可轉動地包含在該中央孔中的軸部、與該軸部同軸的驅動主體、以及自與該軸部同軸的該驅動主體延伸的驅動軸，該驅動主體包括扇形外表面；滾子，各自限定在相應的一對該手指之間，該棘輪主體的該內表面和該驅動主體的該扇形表面之間；接合構件，其配合在該驅動構件和該半環形換向套筒之間，該接合構件被配置為在相對彼此的第一角位移和第二角位移中的任何一個上約束該驅動構件和該半環形換向套筒；偏置構件，其設置在該半環形換向套筒和該徑向擋塊之間，該偏置構件被配置以在該換向套筒和該籠狀構件之間施加旋轉偏置力；其中，當該驅動構件與該半環形換向套筒之間的角位移從該第一角位移切換為該第二角位移時，該手指被配置為將該滾子從該扇形表面上相應的第一斜坡切換到該扇形表面上相應的第二斜坡；且其中，該滾子的尺寸適於當滾子各自接合相應的第一斜坡時，令滾子各自限定在該第一斜坡與該棘輪主體的該內表面之間，以僅在第一旋轉方向阻止該棘輪主體與該驅動構件之間的相對運動，並當該滾子各自結合相應的第二斜坡時，令滾子各自限定在該第二斜坡與該棘輪主體的內表面之間，以僅在與該第一旋轉方向相反的第二旋轉方向上阻止該棘輪主體與該驅動構件之間的相對運動。
18. 一種用於減少可換向棘輪工具中的反彈的方法，該方法包括：在圓形滾子籠狀構件中配置滾子的圓形陣列，以用於在棘輪主體中繞著軸旋轉； 在該棘輪主體配置半環形換向套筒，以用於繞著該軸旋轉；以及配置偏置構件，以在該換向套筒和該籠狀構件之間、繞該軸，施加連續的旋轉偏置力。
19. 如請求項18所述的用於減少可換向棘輪工具中的反彈的方法，還包括：將該半環形換向套筒配置在繞著該軸彼此呈角度設置的兩個位置中的一個位置上；在該換向套筒中配置驅動構件，以用於繞著該軸旋轉；以及將該半環形換向套筒接合至一驅動構件，以阻止該半環形換向套筒和該驅動構件之間的相對角位移。