TWI600502B - 扭力套筒結構 - Google Patents

Description

扭力套筒結構

本發明是一種扭力套筒結構，尤其是指一種設有跳脫機構、並可在扭力到達設定時自動跳脫的扭力套筒結構。

扭力扳手為一種廣泛應用在各行各業的手工具。相較於一般的老虎鉗、六角扳手等單純鎖緊的手工具，扭力扳手可以更精準地掌握鎖固程度，因此廣泛被應用於船舶、航太、平面交通工具以及各種工具機台的零件組裝上。

較新型的扭力扳手除了上述功能以外，尚有測知扭力並依設定值跳脫的功能，藉而令扭力扳手在鎖固時可以一次到達標準。作為手工具，扭力扳手必須能夠在各種不同扭力需求的場合供使用者直接操作。而因應人類之臂力有限，專用於扭力扳手的扭力放大器也隨之開發出現。

利用減速比的扭力放大原理，扭力放大器可以將扭力扳手放大數倍。然而，現有的扭力放大器係單純的 提供扭力放大功能，使用者仍然只能依照扭力扳手的設定進行操作。此種操作模式存在一些盲點：其一為使用者最多僅能得知扭力放大器的減速比，即理論上的扭力放大倍數，而實際施加在工件上的扭力值，乃是經由扭力扳手的當下設定來估算推知，因此存在估算結果與實際情況可能有所落差的風險；其二為現有的扭力放大器無法自行跳脫，主要是依賴扭力扳手感應扭力放大器的回饋扭力達到設定值、進而停止對扭力放大器施加扭力，而在每個工件的鎖固條件可能不同的情況下，雖然扭力扳手在同一回饋扭力值跳脫，但仍不代表這些工件的扭力已被鎖固至相同標準。

因此，上述的使用限制除了導致操作上有所不便外，也難以精確地保證工件已被鎖固至設定的扭力。對於力學結構之均衡相當講究的工件，例如大型輪船、飛機機翼、渦輪等機具，所有工件維持精準而一致的鎖固扭力可說是安全的最低要求。在習用的扭力放大器不具備扭力跳脫功能的情況下，上述問題需另外設法確保，顯然有待改善之處。

為解決習用扭力扳手之扭力放大器的使用問題，本發明提出一種扭力套筒結構，藉由與扭力輸出件連動的跳脫機構來同步感測扭力值，跳脫機構可以預先調整外加負載，當扭力值到達跳脫機構設定的負載時，扭力套 筒結構將自動跳脫而停止輸出扭力，藉此發揮自動跳脫的功能。

依據本發明一實施方式，提供一種扭力套筒結構，包含一輸入座、一傳動模組、一跳脫閥、複數扭力齒輪以及一扭力輸出件。輸入座具有一輸入端口以匹配連接一手工具，藉以供手工具帶動輸入座旋轉。傳動模組包含一驅動件、一傳動軸以及複數傳動件。驅動件動力連接前述輸入座而受輸入座帶動。傳動軸容置於前述驅動件，且傳動軸的一端具有一傳動齒輪。複數個傳動件被限位於傳動軸，而傳動件又供驅動件連動傳動軸旋轉。跳脫閥抵靠傳動件，且跳脫閥受傳動件推抵而位移。

扭力齒輪限位於扭力套筒結構並相對傳動軸環設而嚙合其傳動齒輪，故扭力齒輪受傳動齒輪連動而繞傳動軸旋轉公轉。扭力輸出件具有一容室以容納扭力齒輪，且扭力齒輪公轉並推抵容室以令扭力輸出件旋轉。

藉由驅動件傳遞輸入座的扭力，可以控制傳動件來轉動傳動軸，而傳動軸的傳動齒輪又嚙合扭力齒輪以輸出扭力。由此等連接關係可知，扭力輸出件所受到的扭力將會反序回饋至驅動件，跳脫閥受傳動件推抵而位移時，傳動件同步脫離驅動件之連動，故傳動軸至扭力輸出件將失去扭力傳導，藉此達到自動跳脫功能。

在本實施方式中，扭力套筒結構可以包含一導引座，導引座與傳動軸相樞裝，且導引座可以是一個環齒輪。進一步地，傳動軸也可以採容置形式而設置於導引 座，而由上述連接關係可知，環設於傳動軸的扭力齒輪可以設置在導引座和傳動齒輪之間，如此，傳動齒輪連動扭力齒輪時，扭力齒輪將受導引座導引而繞傳動軸公轉。另外，導引座可以外接供握持的一定位臂，藉此定位導引座，不致使導引座隨扭力齒輪一起旋轉。在一實施例中，輸入端口、傳動軸以及扭力輸出件可以是同軸對應。

依據本發明另一實施方式，提供一種扭力套筒結構，其包含一輸入座、一傳動模組、一跳脫機構、複數扭力齒輪以及一扭力輸出件。輸入座具有一輸入端口以匹配連接一手工具，藉以供手工具帶動輸入座旋轉。傳動模組包含一驅動件、一傳動軸以及複數傳動件。驅動件動力連接前述輸入座而受輸入座帶動。傳動軸容置於前述驅動件，且傳動軸的一端具有一傳動齒輪。複數個傳動件被限位於傳動軸，而傳動件又供驅動件連動傳動軸旋轉。跳脫機構設於輸入座與傳動軸之間，且跳脫機構包含一跳脫閥、一彈性件以及一調整件。跳脫閥抵靠前述的複數個傳動件，跳脫閥抵靠傳動件，且跳脫閥受傳動件推抵而位移。彈性件抵靠跳脫閥且具有一復位力。調整件抵靠彈性件並位移以調整前述復位力。扭力齒輪限位於扭力套筒結構並相對傳動軸環設而嚙合其傳動齒輪，故扭力齒輪受傳動齒輪連動而繞傳動軸旋轉公轉。扭力輸出件具有一容室以容納扭力齒輪，且扭力齒輪公轉並推抵容室以令扭力輸出件旋轉。

關於扭力套筒結構的基本原理已於第一實施方式所介紹，故此處不再重述。本實施方式相較前一實施方式之差異在於跳脫閥的扭力跳脫值是可以預先設定的，利用調整件改變對彈性件的壓縮量，可以增減復位力的強度，而復位力又代表著跳脫閥止擋傳動件的力量，因此，對彈性件的壓縮量越大，意味者扭力輸出件需回饋更大的扭力，方能使傳動件推動跳脫閥位移，從而脫離驅動件的帶動。

藉上述實施方式可知，本發明可將扭力套筒結構內部的跳脫機構整合在扭力傳導的系統中，除了保有習用扭力放大器的倍化扭力輸出功能，也可以由使用者自由設定扭力跳脫值以自動跳脫，確保扭力估算結果與實際情況無落差。

前述扭力套筒結構可以包含與傳動軸相樞裝之一導引座，且導引座可以是一個環齒輪。傳動軸可以容置於導引座，扭力齒輪可以設置在導引座和傳動齒輪之間，扭力齒輪嚙合導引座而受其導引移動，藉此繞傳動軸公轉。

前述之複數個傳動件以及彈性件可以設置於跳脫閥的相對側，並藉由驅動件推抵這些傳動件以抵抗前述復位力。前述導引座可以外接供握持的一定位臂，用以握持定位導引座。前述之輸入端口、傳動軸以及扭力輸出件可以是同軸對應。

100‧‧‧扭力套筒結構

200‧‧‧輸入座

201‧‧‧輸入端口

300‧‧‧扭力套筒

400‧‧‧跳脫機構

410‧‧‧跳脫閥

420‧‧‧彈性件

430‧‧‧調整件

500‧‧‧傳動模組

510‧‧‧驅動件

520‧‧‧傳動軸

521‧‧‧傳動齒輪

522‧‧‧滾珠軸承

530‧‧‧傳動件

540‧‧‧摩擦滾珠

550‧‧‧罩環

600‧‧‧扭力齒輪組

610‧‧‧扭力齒輪

700‧‧‧扭力輸出件

701‧‧‧容室

800‧‧‧導引座

801‧‧‧內環齒

900‧‧‧定位臂

F‧‧‧復位力

G‧‧‧墊環

第1圖係繪示本發明一實施方式之扭力套筒結構的***視圖；第2圖係繪示第1圖之扭力套筒結構的剖示圖；第3圖係繪示第1圖之扭力套筒結構的驅動件與傳動件傳動示意圖；第4圖係繪示第1圖之扭力套筒結構的傳動齒輪與扭力齒輪傳動示意圖；第5A圖係繪示第1圖之扭力套筒結構的傳動件跳脫狀態示意圖；以及第5B圖係繪示第5A圖之扭力套筒結構的扭力跳脫狀態剖示圖。

第1圖係繪示本發明一實施方式之扭力套筒結構100的***視圖。請參照第1圖，扭力套筒結構100包含一輸入座200、一扭力套筒300、一跳脫機構400、一傳動模組500、一扭力齒輪組600、一扭力輸出件700、一導引座800以及一定位臂900。輸入座200包含一輸入端口201，其形狀匹配連接外部一手工具(未繪於第1圖)，以供手工具帶動輸入座200旋轉。此處的手工具可以是扭力扳手，但也可以是其他種類的工具，只要動力源的形狀能與輸入端口201配合，則不限制手工具的形式。扭力套筒300 連接於輸入座200的一側，且扭力套筒300和輸入座200為固接而可直接傳遞扭力。跳脫機構400包含一跳脫閥410、一彈性件420以及一調整件430，且跳脫閥410、彈性件420以及調整件430容置於扭力套筒300內。傳動模組500包含一驅動件510、一傳動軸520、三傳動件530、複數摩擦滾珠540以及一罩環550，而傳動軸520又包含一傳動齒輪521以及一滾珠軸承522，滾珠軸承522墊於傳動軸520之一側且受傳動齒輪521貫穿。扭力齒輪組600包含三個扭力齒輪610，且三個扭力齒輪610對應限位且被容納於扭力輸出件700內。扭力輸出件700的兩側可以分別設置一墊環G以作為兩側元件的緩衝用途。導引座800容納扭力輸出件700以及扭力齒輪組600，且導引座800的內側設置有多數內環齒801。定位臂900連接導引座800以供握持定位導引座800。

第2圖係繪示第1圖之扭力套筒結構100的剖示圖。請配合參照第2圖，扭力套筒300與輸入座200連接而傳遞輸入座200的旋轉扭力。跳脫機構400設於扭力套筒300內，其中跳脫閥410、彈性件420以及調整件430三者依序連接，在本實施方式中，跳脫閥410為球型，且容置於形狀與之對應的傳動軸520之圓形凹槽。如第2圖所示，調整件430和跳脫閥410可以利用截面呈凸字形的推抵塊來提供彈性件420套設，而推抵塊的底部又可以和調整件430以及跳脫閥410的形狀加以配合，如此既能簡化彈性件420的安裝條件，也可以確保跳脫機構400的力量傳遞穩定。

由第1圖可知，傳動軸520除了設有一中空的圓形凹槽以外，凹槽又向外連通三個孔洞以限位容納三個傳動件530。故如同第2圖所示，跳脫閥410除了容置於傳動軸520的凹槽，也同時與三個傳動件530相切抵靠。跳脫閥410、三個傳動件530以及傳動軸520一起容置於驅動件510內，又摩擦滾珠540環設於驅動件510的底部，並且與外側的罩環550相抵靠，罩環550則固設於導引座800上。前述的輸入座200、扭力套筒300以及驅動件510三者是固定連接，例如螺鎖、一體成形或是互相焊接。如此，當使用者操作輸入座200旋轉時，驅動件510被摩擦滾珠540限位，故輸入座200至驅動件510的傳動系統不會脫出罩環550，但同時仍能夠相對罩環550(即整個扭力套筒結構100)旋轉。

詳細說明跳脫機構400的連接關係，雖然輸入座200與扭力套筒300為固定連接，但調整件430可以在扭力套筒300內移動，為了準確地調整彈性件420的壓縮量，典型的一種設置方式係於扭力套筒300內側設置螺紋，使用者可以自輸入端口201伸入工具以旋轉調整件430，藉此改變彈性件420的壓縮量。而由於調整件430與彈性件420之間的推抵塊為球狀，故其旋轉行為不會干涉彈性件420的壓縮控制。

第3圖係繪示第1圖之扭力套筒結構100的驅動件510與傳動件530傳動示意圖。第3圖為對應第2圖之A-A線剖示圖，驅動件510以及傳動件530的連動關係如第3圖 所示，驅動件510中心挖空為圓弧狀內齒，並由內齒帶動傳動件530、再利用傳動件530推抵傳動軸520旋轉。而由於驅動件510與傳動件530為弧面接觸而可以自由滾動，故當驅動件510轉動時，傳動件530將始終保持脫出內齒的傾向，惟因跳脫閥410持續壓制三個傳動件530，使傳動件530無法完全移入傳動軸520的凹槽內，藉此維持驅動件510以及傳動軸520的扭力傳導關係。

第4圖係繪示第1圖之扭力套筒結構100的傳動齒輪521與扭力齒輪610傳動示意圖。第4圖為對應第2圖之B-B線剖示圖，搭配第2圖繼續說明，傳動齒輪521、扭力齒輪組600以及扭力輸出件700為扭力套筒結構100的另一組傳動系統，傳動齒輪521伸入扭力齒輪組600中間，且三個扭力齒輪610又與外圍導引座800的內環齒801嚙合，形成一行星齒輪組。另外，定位臂900連接導引座800並由使用者握持，故導引座800在行星齒輪組內可以視為固定不動。扭力輸出件700內設有一容室701以容納三個扭力齒輪610，故當傳動齒輪521受前端扭力帶動而旋轉時，三個扭力齒輪610將圍繞傳動齒輪521自轉且公轉，同時推抵容室701之內壁而令扭力輸出件700旋轉。

第5A圖係繪示第1圖之扭力套筒結構100的傳動件530跳脫狀態示意圖。第5B圖係繪示第5A圖之扭力套筒結構100的扭力跳脫狀態剖示圖。請一併參照第5A圖以及第5B圖，第5A圖與第3圖之差異，在於第5A圖的傳動件530係脫離驅動件510的圓弧狀內齒而可能自由滑動。由第 3圖之說明可以理解，傳動件530是否移入傳動軸520的凹槽內，取決於驅動件510對傳動件530之推力與跳脫閥410的壓制力之抗衡結果。換言之，調整件430對於彈性件420的壓縮量越大，將使彈性件420的復位力F越大，即跳脫閥410的壓制力越大。當傳動軸520受到來自扭力輸出件700反饋的扭力到達某個程度、且使用者仍操作驅動件510繼續旋轉時，因傳動軸520之旋轉阻力較大，此時傳動件530將受驅動件510推動並脫離其內齒，接著再推動跳脫閥410。因此，當三個傳動件530推抵跳脫閥410之有效分力(此力之方向相反於彈性件420的復位力F)之和等於復位力F時，跳脫閥410與三個傳動件530的力量達平衡，跳脫閥410的壓制力不再有效，此時跳脫閥410反被推往彈性件420方向而即行跳脫。

上述所指的反饋扭力的程度，將由彈性件420被調整的狀態而定，例如彈性件420的復位力F被設定至可容許200磅的扭力，則當扭力輸出件700所回饋的扭力等於200磅時，繼續轉動驅動件510導致扭力繼續增加，惟因驅動件510與傳動件530已成為第5A圖的內切滾動狀態，使得超過200磅的扭力傳遞自動無效，藉此達到自動跳脫的功能。

有關於驅動件510施予傳動件530的側向力、以及此側向力與復位力F的關係，此部份受傳動件530與跳脫閥410的尺寸、相對設置方位、傳動件530的數量、彈性件420的彈性係數等因素影響，惟上述的這些因素的計算 屬於機械設計領域中必備的知識技能，故此處不詳細推導背後的力學平衡方程式。同理可知，本實施方式所示例的傳動件530或是扭力齒輪610皆為三個，但兩者的數量可以是任意且相異的，並不對本發明構成限制。

由上述實施方式所揭露內容，本發明之扭力套筒結構至少具備以下優點：第一，扭力套筒結構同時結合了扭力放大器以及自動跳脫的功能，使用者可以在操作手工具的同時確認鎖固對象的扭力數值，具有使用上的方便性。第二，扭力套筒結構針對習用扭力放大器提出新的機械設計，使其能夠配合結構簡單的跳脫機構來實現自動跳脫功能，且跳脫閥以及傳動件的跳脫行為係力學動態平衡，整體操作過程相當平穩，不會出現彈簧跳脫的振動問題。第三，本發明之扭力套筒結構具備自動跳脫功能，使得各個工件的鎖固扭力可以得到實際確認，對於組裝精密度要求嚴格的設備，扭力套筒結構可以準確適用，並且依照不同扭力要求迅速調整跳脫扭力值。第四，跳脫機構是直接整合於扭力套筒結構內，且其扭力跳脫行為亦不包含機械磨耗，可以恆久性的使用，不需考慮耗材更換問題。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧扭力套筒結構

200‧‧‧輸入座

201‧‧‧輸入端口

300‧‧‧扭力套筒

400‧‧‧跳脫機構

410‧‧‧跳脫閥

420‧‧‧彈性件

430‧‧‧調整件

500‧‧‧傳動模組

510‧‧‧驅動件

520‧‧‧傳動軸

521‧‧‧傳動齒輪

522‧‧‧滾珠軸承

530‧‧‧傳動件

540‧‧‧摩擦滾珠

550‧‧‧罩環

610‧‧‧扭力齒輪

700‧‧‧扭力輸出件

800‧‧‧導引座

801‧‧‧內環齒

900‧‧‧定位臂

F‧‧‧復位力

G‧‧‧墊環

Claims (13)

1. 一種扭力套筒結構，包含：一輸入座，具有一輸入端口以匹配連接一手工具而供其帶動該輸入座旋轉；一傳動模組，包含：一驅動件，動力連接該輸入座而受其帶動；一傳動軸，容置於該驅動件，且該傳動軸一端具有一傳動齒輪；以及複數傳動件，限位於該傳動軸，且該些傳動件供該驅動件連動該傳動軸旋轉；一跳脫閥，抵靠該些傳動件，該跳脫閥受該些傳動件推抵而位移；複數扭力齒輪，限位於該扭力套筒結構並相對該傳動軸環設而嚙合該傳動齒輪，且該些扭力齒輪受該傳動齒輪連動而繞該傳動軸旋轉公轉；以及一扭力輸出件，具有一容室以容納該些扭力齒輪，且該些扭力齒輪公轉並推抵該容室，以令該扭力輸出件旋轉。
2. 如申請專利範圍第1項所述之扭力套筒結構，另包含：一導引座，樞裝該傳動軸，且該導引座為一環齒輪。
3. 如申請專利範圍第2項所述之扭力套筒結構，其中該傳動軸容置於該導引座。
4. 如申請專利範圍第3項所述之扭力套筒結構，其中該些扭力齒輪位於該導引座以及該傳動齒輪之間，且該些扭力齒輪嚙合該導引座而受其導引移動。
5. 如申請專利範圍第1項所述之扭力套筒結構，其中該輸入端口、該傳動軸以及該扭力輸出件同軸對應。
6. 如申請專利範圍第2項所述之扭力套筒結構，另包含：一定位臂，連接該導引座，該定位臂供握持定位該導引座。
7. 一種扭力套筒結構，包含：一輸入座，具有一輸入端口以匹配連接一手工具而供其帶動該輸入座旋轉；一傳動模組，包含：一驅動件，動力連接該輸入座而受其帶動；一傳動軸，容置於該驅動件，且該傳動軸一端具有一傳動齒輪；以及複數傳動件，限位於該傳動軸，且該些傳動件供該驅動件連動該傳動軸旋轉；一跳脫機構，設於該輸入座與該傳動軸之間，該跳脫機構包含： 一跳脫閥，抵靠該些傳動件，該跳脫閥受該些傳動件推抵而位移；一彈性件，抵靠該跳脫閥且具有一復位力；以及一調整件，抵靠該彈性件並位移調整該復位力；複數扭力齒輪，限位於該扭力套筒結構並相對該傳動軸環設而嚙合該傳動齒輪，且該些扭力齒輪受該傳動齒輪連動而繞該傳動軸旋轉公轉；以及一扭力輸出件，具有一容室以容納限位該些扭力齒輪，且該些扭力齒輪公轉並推抵該容室以令該扭力輸出件旋轉。
8. 如申請專利範圍第7項所述之扭力套筒結構，另包含：一導引座，樞裝該傳動軸，且該導引座為一環齒輪。
9. 如申請專利範圍第8項所述之扭力套筒結構，其中該傳動軸容置於該導引座。
10. 如申請專利範圍第9項所述之扭力套筒結構，其中該些扭力齒輪位於該導引座以及該傳動齒輪之間，且該些扭力齒輪嚙合該導引座而受其導引移動。
11. 如申請專利範圍第7項所述之扭力套筒結構，其中該些傳動件以及該彈性件設於該跳脫閥之相對側，且該驅動件推抵該些傳動件以抵抗該復位力。
12. 如申請專利範圍第7項所述之扭力套筒結構，其中該輸入端口、該傳動軸以及該扭力輸出件同軸對應。
13. 如申請專利範圍第8項所述之扭力套筒結構，另包含：一定位臂，連接該導引座，該定位臂供握持定位該導引座。