TWI643712B - 單向慣性旋轉裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種單向慣性旋轉裝置，包含有：一可轉動的旋轉座；一慣性件，以其樞孔樞設於該旋轉座之周面而可轉動；該旋轉座之周面及該慣性件之樞孔之孔壁係形成一第一圓周面與一第二圓周面；以及一單向傳動機構，具有：至少一單向傳動齒、至少一彈性元件及複數嚙接齒，該等嚙接齒環設於該第二圓周面；所述之單向傳動齒設於該第一圓周面並可位移；各該彈性元件係使各傳動齒保持與該等嚙接齒嚙接；各該嚙接齒具有一齒峰與一齒高，其齒峰之寬度係大於其齒高之高度。當該旋轉座連動該慣性件轉動時，可減少該單向慣性旋轉裝置之轉動能量的耗費，而可獲得較大的轉矩。

Description

單向慣性旋轉裝置

本發明係關於一種提供旋轉扭矩之旋轉驅動裝置，詳而言之，係指一種單向傳動之慣性旋轉裝置，可減少其轉動動能的耗損。

按，螺栓、螺帽等螺接元件係用以連接物體，為了講求操作效率，以動力工具（例如氣動扳手）配合一旋轉裝置來驅轉螺接元件係為常見的操作方式，所述的旋轉裝置例如常見的套筒。為了提高動力工具及套筒旋緊或旋鬆螺接元件的扭矩，現行技藝係於套筒的外周面設置一外徑較大的慣性件，如美國專利公開號第US2012/0255749A1號「ROTARY IMPACT DEVICE」專利案所示，俾藉由該慣性件的轉動慣量來提高套筒的旋轉力矩。

上述專利前案於套筒上設置一慣性件之設計確實能提高轉動螺接元件的扭矩，惟，慣性件與套筒一體成型之結構並不適合某些使用情況。習知另一種慣性旋轉裝置係如第一圖所示，包含有：一旋轉座11；複數旋齒件12及複數彈性元件13，分別安裝於該旋轉座11之複數限位槽111內；一慣性件15，以其樞孔16樞設於該旋轉座11上，並可轉動，該樞孔16之孔壁設有複數單向棘齒17。該等旋齒件12係受該等彈性元件13彈性頂持而向外旋擺，使旋齒件12前端的齒部121與棘齒17相嚙接。該慣性件15係單向旋轉地樞設於該旋轉座11。

將一氣動工具之動力輸出軸19套接並驅轉該旋轉座11，可轉動一螺接元件。以氣動工具驅動該旋轉座11以圖式所示之R方向轉動作為傳遞作用力之方向為例，當動力工具之轉矩一開始難以順利地驅轉該螺接元件時，氣動工具之輸出軸19係間歇性地輸出動力以驅轉該旋轉座11，直到順利地轉動螺接元件。輸出軸19間歇性輸出動力的過程包括施加轉矩予該旋轉座11以及釋放轉矩，此二行程反覆運作。於該輸出軸19間歇驅轉旋轉座11之過程中，當該輸出軸19之動力衝擊旋轉座11時(衝擊行桯)，該旋轉座11係步進地往R方向轉動一小距離；於輸出軸19釋放動力後(釋放行程)，該旋轉座11將等到該輸出軸19下一次的衝擊行程才又受到輸出軸驅動。因此，在輸出軸19每一次的間歇動力輸出之過程中，旋轉座會有多次的往R方向轉動之動能。

該旋轉座11於衝擊行程時，會將其旋轉動能經由該等旋齒件12傳遞給該慣性件15，由於慣性關係，慣性件15與旋轉座11並未同步旋轉，該慣性件15係施加一反作用力於該等旋齒件12，各該旋齒件12係受一棘齒17壓迫而移入一限位槽111中，並使各彈性元件13蓄存一彈性能。當旋轉座12之步進距離使得各旋齒件12越過一棘齒17時，各旋齒件12係受彈性元件13之彈性力推頂而移入下一個齒間18，形成一次跳動。

於旋轉座11受到該輸出軸19之下一次衝擊行程驅轉時，該慣性件15（之前受到驅動）的沿著R方向的轉動慣量G將透過旋齒件12傳遞給旋轉座11，以增加該旋轉座11轉動螺接元件之扭矩。

上述之旋轉式緊固裝置10係藉由該慣性件15之轉動慣量來提高旋轉座11於衝擊行程時的扭矩，惟，發明人發現前述之旋轉式緊固裝置10仍有不盡理想之處。

如前所述，當該旋轉座11以R方向轉動且該慣性件15尚未與旋轉座11同步旋轉時，該等旋齒件12會產生跳動(移出一齒間18復移入下一個齒間18)。於先前技術中，由於習知之棘齒17之齒峰的寬度D小，使得相鄰的齒間18之距離小，因此，於作動過程中，旋齒件12將會頻繁地跳動，當旋齒件之跳動次數愈多，該等彈性元件13將更耗損該慣性件15的轉動慣量及旋轉座11的動能，影響緊固裝置10的扭矩，故有待改進。

本發明旨於解決上述缺失，其主要目的在於提供一種單向慣性旋轉裝置，可減少該慣性旋轉裝置之轉動能量的耗損。

本發明所提供之一種單向慣性旋轉裝置，包含有： 一旋轉座，係可被驅轉； 一慣性件，具有一樞孔，並以該樞孔樞設於該旋轉座之周面，可於該旋轉座上轉動；該旋轉座之周面及該慣性件之樞孔之孔壁係形成相對應的一第一圓周面與一第二圓周面；以及一單向傳動機構，具有：至少一單向傳動齒、至少一彈性元件及複數嚙接齒，該等嚙接齒係等間隔地環設於該第二圓周面；各該傳動齒設於該第一圓周面並可位移以嚙接或脫離該等嚙接齒；該彈性元件之彈性能係使該傳動齒往該等嚙接齒位移；各該嚙接齒具有一齒峰與一齒高，其齒峰之寬度係大於其齒高之高度。

較佳地，各嚙接齒之齒峰寬度之尺寸為齒高之尺寸的1.4倍至3.5倍。

相鄰之二嚙接齒之間係具有一齒間；較佳地，各該嚙接齒之齒峰之寬度係大於各該齒間之寬度。

藉此，當該旋轉座以旋轉方向經由該單向傳動機構連動該慣性件轉動時，於轉動行程中，可減少旋齒件與嚙接齒嚙接及脫離之次數，降低旋轉座的旋轉動能及慣性件之慣性動能被彈性元件吸收之情況，減少動能的耗損，使該單向慣性旋轉裝置的能量能有效發揮，得以有更高的轉速及慣性件有更高的轉動慣量，而可獲得更大的轉矩驅轉螺接元件。

請參閱第二、三圖，係本發明一較佳實施例所提供之單向慣性旋轉裝置20，本實施例之該單向慣性旋轉裝置20係以套筒為例，惟實際應用不以此為限，任何以旋轉方式傳遞旋轉扭矩之裝置或物品均可實施本發明所提供之結構。該單向慣性旋轉裝置20包含有：一旋轉座30、一慣性件40及一設於該二者30、40之間的單向傳動機構50。

如前所述，本實施例係以套筒為例，該旋轉座30於本實施例係呈圓柱狀；一連動端32及一驅動端34，分別設於該旋轉座30的二端，以傳達作用力。該連動端32設一多角形(例如四角形)接 孔33，以連接一動力工具之驅動軸。一多角形(例如六角形或十二角形)套孔(未示)，設於該驅動端34，以套接一螺接元件。該旋轉座30具有一中心軸C，其被驅轉時係以該中心軸C為中心而轉動。

該慣性件40係外形對稱之構形，其質量中心位於該慣性件的中央，且為外徑大於該旋轉座30之物體，例如，但不以此為限，呈圓盤狀或圓筒狀；一樞孔42，係軸向地設於該慣性件40之中心。 該慣性件40係以該樞孔42樞設於該旋轉座30之周面31，而可與該旋轉座相對旋轉。該慣性件40係以適當的方式裝設於該慣性件，例如第二圖所示，以一上扣件45與一下扣件(未示)定位該慣性件之頂、底端面。慣性件之裝設方式非本發明之主要標的，容不贅述。

該旋轉座30之周面31及該慣性件40之樞孔42之孔壁係形成相對應且呈同心的一第一圓周面與一第二圓周面。所述之第一與第二圓周面為相對關係，若該第一圓周面係定義為該旋轉座30之周面31時，該第二圓周面即為該慣性件40之樞孔42之孔壁；反之，若該第一圓周面定義為該樞孔42之孔壁時，該第二圓周面為該旋轉座之周面31。

該單向傳動機構50包括：至少一單向傳動齒、至少一彈性元件54及複數嚙接齒56，所述之單向傳動齒及彈性元件54係裝設於前述之第一圓周面，而所述之嚙接齒56則製作於該第二圓周面。若定義該旋轉座30之周面31為該第一圓周面、而該慣性件40之樞孔42之孔壁為第二圓周面時，所述之單向傳動齒及彈性元件54係裝設於該旋轉座30之周面31，而該等嚙接齒56係設置於該樞孔42之孔壁。反之，若該第一圓周面定義為慣性件40之樞孔42之孔壁、而第二圓周面為旋轉座之周面31時，所述之單向傳動齒及彈性元件54係裝設於該樞孔42之孔壁，而該等嚙接齒56則設置於旋轉座之周面31。

請參閱第三、四圖，本較佳實施例係以該旋轉座30之周面31為該第一圓周面、而該慣性件40之樞孔42之孔壁為第二圓周面為說明，該周面31（第一圓周面）凹設至少一凹入36以供設置單向傳動齒及彈性元件；本實施例提供複數單向傳動齒、複數彈性元件及複數凹入，各單向傳動齒於本實施例係一旋齒件52，該等旋齒件52及彈性元件54係分別設置於該等凹入36中，而該等嚙接齒56係等間隔地環設於該樞孔42之孔壁（第二圓周面），相鄰之二嚙接齒56之間係形成一齒間58。

各該旋齒件52之一端為一齒部521，而另一端係為樞接端522，設置於該凹入36的一側；旋齒件52得以該樞接端522為轉動支點而角位移。各彈性元件54係設於各凹入36之另一側，其一端彈性頂持於該旋齒件，其彈力係保持將該旋齒件52往外推頂，使齒部521外露出該凹入36而與所述之嚙接齒56嚙接。如圖所示，旋齒件52與嚙接齒56嚙接時，旋齒件52之齒部521係移入一齒間58中。

各該嚙接齒56之二側各為一第一齒面561與一第二齒面562，且嚙接齒56具有一齒峰563，其中，其第一齒面561之斜率係大於第二齒面562之斜率。請參閱第四圖，各該嚙接齒56具有一高度X（以下簡稱齒高），形成於其齒峰563與齒谷564之間；而各該嚙接齒56之齒峰563係形成有一寬度T（以下簡稱齒峰寬），於本發明，嚙接齒56之齒峰563之齒峰寬T係大於其齒高X，該齒峰寬T之尺寸為齒高X之尺寸的1.4倍至3.5倍之間，較佳地，為1.5倍至3.2倍之間。以第三、四圖之第一較佳實施例而言，該齒峰寬T為2.57單位尺寸，而齒高X為1.6單位尺寸。藉由加長齒峰563之寬度，相鄰之二齒間58之距離因而增加。且，於本發明中，嚙接齒56之齒峰563之齒峰寬T係大於齒間58之寬度S，如第五圖，該寬度S為相鄰二齒峰563的距離。該齒峰563之端面係為一弧面。

第五圖係本發明第二較佳實施例之單向慣性旋轉裝置20’之剖面圖。本實施例之所有構件：旋轉座30、慣性件40及單向傳動機構50之結構均相同於第一較佳實施例，可參第一實施例之說明，不再贅述，相同元件使用相同的元件符號。本實施例之嚙接齒56之齒峰563之齒峰寬T係大於第一較佳實施例之齒峰寬T。於本實施例中，該齒峰寬T為5.08單位尺寸，而齒高X為1.6單位尺寸。

該單向傳動機構50係使該旋轉座30及該慣性件40形成單向傳動。以第四圖的方向為準，當旋轉座30順時針方向轉動時，該旋齒件52係保持與慣性件40的嚙接齒56嚙接，因此，旋轉座30係帶動該慣性件40順時針方向同步轉動，且當旋轉座30停止順時針方向轉動時，該慣性件40仍繼續順時針方向轉動，此時，該等旋齒件52將產生跳動，反覆地移入或移出齒間58，故慣性件40不會傳遞動能給旋轉座。當旋轉座30逆時針方向轉動時，於旋轉初期，各旋齒件52係受該慣性件40所施予之反作用力而移入該凹入36，使旋轉座在旋轉初期無法立即帶動該慣性件40旋轉。

以下說明以本發明之該單向慣性旋轉裝置20轉動一螺接元件之作動狀態，請參閱第六圖，操作時，係以一氣動扳手之動力輸出軸60連接於旋轉座30之連動端之接孔33，而旋轉座之驅動端則套接一螺接元件，該輸出軸60係以圖示之旋轉方向R施加轉矩於該單向慣性旋轉裝置20以轉動螺接元件。當該旋轉座30為主動件，而慣性件40為被動件時，旋轉座30以此旋轉方向R轉動時，此方向係旋轉座30與慣性件40可相對旋轉之方向，亦即，為該等旋齒件52將產生跳動的方向。

當該輸出軸60之轉矩一開始難以順利地驅轉該螺接元件及該旋轉座30時，該輸出軸60將間歇性地輸出動力以驅轉該旋轉座30，其間歇性驅動旋轉座30之作動行程包括施加轉矩予該旋轉座30之衝擊行程，以及自該旋轉座30釋放轉矩之釋放行程，該輸出軸60將反覆地多次以此二行程作用於該旋轉座30，直至順利地轉動螺接元件。於此操作過程中，該旋轉座30之動能亦將驅使該慣性件40產生作動。

於上述之衝擊行程，該旋轉座30受該輸出軸60之驅動而轉動時，其旋轉動能將經由該等旋齒件52傳遞給該慣性件40。該旋轉座30初始旋轉時，該慣性件40由於慣性始然並不會立即隨著該旋轉座30轉動，慣性件40之一嚙接齒56之第二齒面562將施以一反作用力於該旋齒件52，該旋齒件52便受壓迫而角位移並移入一凹入36中，如第七圖所示，該彈性元件54並因受壓縮而蓄存一彈性能。慣性件40雖然沒有立即隨著旋轉座30轉動，惟該慣性件40已經受到該旋轉座30之動能所驅動，第六圖之作用力F係代表旋轉座之動能驅使該旋轉座30轉動之作用力。

於該輸出軸60之動力驅動旋轉座30之衝擊行程中，該旋轉座30係步進地往R方向轉動一小距離，由第七圖之位置轉動至第八圖所示，且旋齒件52之齒部521仍接觸於該嚙接齒56之齒峰563之端面上。由於本發明係使嚙接齒之齒峰寬T大於齒高X，因此，於第八圖之作動狀態時，該旋齒件52仍保持接觸於該嚙接齒56的齒峰563，並未跳入下一個齒間58b（若是第一圖之先前技術，旋齒件12已由原先所在的齒間18a跳至下一個齒間18b中）。

當於輸出軸60之衝擊行程結束，該釋放行程登場，此時，該輸出軸60及該旋轉座30並無旋轉動能，須等到下一次衝擊行程，該輸出軸60才會再次驅轉該旋轉座。請參閱第八圖，當處於釋放行程時，受到前述之作用力F之作動，該慣性件40將有一個轉動慣量V，往該旋轉向方R轉動，且藉由齒峰563較寬的設計，使慣性件於各齒峰上的旋轉距離加大，產生較大的動能。此時，該慣性件40係沿該旋轉方向R轉動，且於該慣性件40之一齒間58對正於該旋齒件52時，該彈性元件54將彈性推動該旋齒件52使其移入該齒間中，如第九圖(第九圖係以該旋齒件52重新移入其原先所在的齒間58a為例)。

於第九圖所示旋齒件52移入一齒間之狀態中，當該輸出軸60之下一次衝擊行程啟動時，輸出軸60係再次驅動該旋轉座30以該旋轉方向R轉動，同時，該慣性件40的轉動慣量V係經由該等旋齒件52同向地傳遞於及驅動該旋轉座30轉動。如此，該單向慣性旋轉裝置20於驅轉螺接元件之衝擊行程中，該慣性件40之轉動慣量V加入該旋轉座30，進而提升該旋轉座之轉矩，俾能更順利、更有效、更快速地轉動螺接元件。

本發明之提供之單向慣性旋轉裝置20相較於習知物品之功效在於：在單向慣性旋轉裝置20於衝擊過程及釋放過程中，本發明係減少旋齒件52移入及移出齒間之跳動次數，使旋轉座30之轉動動能及慣性件40之慣性動量被該彈性元件54吸收的情況降低。本發明使嚙接齒56之齒峰寬T大於齒高X之設計，使旋轉座30與慣性件40之相對旋轉過程中，不論其相對轉動之距離是否大於嚙接齒56的齒距，均可增加旋齒件之齒部521停留在嚙接齒的齒峰563的機率及時間，減少旋齒件56在齒間58之間跳動的次數，因此，本發明係使旋齒件52之跳動次數較習知結構少，降低慣性件40之慣性動量的耗損、及降低旋轉座30之轉動動能的耗損，令本發明之單向慣性旋轉裝置20於使用時得以產生更大的轉矩。

第十圖係本發明第三較佳實施例所提供之單向慣性旋轉裝置20”，相同構件使用相同的元件符號且容不贅述。本較佳實施例與第一較佳實施例之差異在於單向傳動齒的形式。該旋轉座30之周面（可定義為第一圓周面或第二圓周面）係等間隔設有若干凹孔38；若干單向傳動齒，設於該等凹孔38中，本實施例之傳動齒係為棘齒件53，其一端係一齒部531，並具有一斜面532，該棘齒件53可於該凹孔38中位移；該彈性元件54係設於該凹孔中，將該棘齒件53向外頂持，使其齒部531與嚙接齒56嚙接，嚙接時，棘齒件53的齒部531係移入一齒間58中，其斜面532係接觸一嚙接齒56的第二齒面562。

本較佳實施例之嚙接齒56與第一較佳實施例同，其齒峰563之齒峰寬T係大於其齒高X，該齒峰寬T之尺寸為齒高X之1.4倍至3.5倍之間。

以第十圖之方向為準，當該旋轉座30以順時針方向旋轉時，棘齒件53不會移入凹孔38，旋轉座30得以驅動該慣性件40同步轉動。

以第十一圖之方向為準，當該旋轉座30被氣動工具帶動以R方向逆時針旋轉時，因慣性件40之慣性，各棘齒件53之斜面532係受一嚙接齒56之第二齒面562施予反作用力，使棘齒件53移入盲孔38，因此，棘齒件將會產生跳動，反覆地於該等齒間58中移入移出，並滑越嚙接齒56的齒峰563。

本較佳實施例之使用方式與第一較佳實施例同，可由第一較佳實施獲得瞭解，容不贅述。

本說明書之實施例係用以說明本發明之技術特徵，而非限制，例如，本說明書所述之單向傳動方式係以（圖式方向為準）旋轉座順時針方向旋轉時帶動該慣性件旋轉；實施上，該旋轉裝置之單向傳動方式亦可設計成旋轉座逆時針方向旋轉時帶動慣性件旋轉，此種變換僅為實施上的選擇。

前揭諸實施例僅係說明本發明之技術特徵而非限制，凡與本發明等效之結構設計，均應屬本發明所涵蓋之範圍。本發明所提供之單向慣性旋轉裝置係為本技術領域所首創之構造，並具進步性功效，爰依法提出申請

先前技術

10‧‧‧旋轉式緊固裝置

11‧‧‧旋轉座

111‧‧‧限位槽

12‧‧‧旋齒件

121‧‧‧齒部

13‧‧‧彈性元件

15‧‧‧慣性件

16‧‧‧樞孔

17‧‧‧棘齒

18‧‧‧齒間

19‧‧‧動力輸出軸

D‧‧‧齒峰的寬度

G‧‧‧轉動慣量

R‧‧‧轉動方向

本發明

20、20’、20”‧‧‧單向慣性旋轉裝置

30‧‧‧旋轉座

31‧‧‧周面

32‧‧‧連動端

33‧‧‧接孔

34‧‧‧驅動端

36‧‧‧凹入

38‧‧‧凹孔

C‧‧‧中心軸

40‧‧‧慣性件

42‧‧‧樞孔

45‧‧‧扣件

50‧‧‧單向傳動機構

52‧‧‧旋齒件

521‧‧‧齒部

522‧‧‧樞接端

53‧‧‧棘齒件

531‧‧‧齒部

532‧‧‧斜面

54‧‧‧彈性元件

56‧‧‧嚙接齒

561‧‧‧第一齒面

562‧‧‧第二齒面

563‧‧‧齒峰

564‧‧‧齒谷

58‧‧‧齒間

60‧‧‧動力輸出軸

X‧‧‧嚙接齒之高度

T‧‧‧齒峰之寬度

S‧‧‧齒間之寬度

R‧‧‧旋轉方向

F‧‧‧作甪力

V‧‧‧慣性動能

為能進一步瞭解本發明之目的、特徵以及所達成之功效，以下茲舉本發明三較佳實施例，並配合圖示詳細說明於后： 第一圖習知一種慣性旋轉裝置之剖面圖。

第二圖係本發明第一較佳實施例之慣性旋轉裝置之立體圖。

第三圖係第二圖之3-3剖線之剖面圖。

第四圖之第三圖之局部放大圖。

第五圖概同於第三圖，係本發明之慣性旋轉置之第二較實施例之剖面圖。

第六至九圖係顯示本發明之慣性旋轉裝置於一旋轉方向之傳遞作用力之作動圖。

第十圖係本發明第三較佳實施例之慣性旋轉裝置之局部剖面圖。

第十一圖顯示第十圖之一作動狀態。

Claims (9)

1. 一種單向慣性旋轉裝置，包含有：一旋轉座，係可被驅轉，該旋轉座具有一周面；一慣性件，具有一樞孔，其係以該樞孔樞設於該旋轉座之周面，而可於該旋轉座上轉動；該旋轉座之周面及該慣性件之樞孔之孔壁係形成相對應的一第一圓周面與一第二圓周面；以及一單向傳動機構，具有：至少一單向傳動齒、至少一彈性元件及複數嚙接齒，該等嚙接齒係等間隔地環設於該第二圓周面；所述之單向傳動齒係設於該第一圓周面而可位移，俾嚙接或脫離該等嚙接齒；所述之彈性元件係設於該第一圓周面，其彈性能係施加於所述之單向傳動齒，使所述之單向傳動齒往該等嚙接齒位移；該旋轉座以一方向旋轉時，係經由所述之單向傳動齒帶動該慣性件轉動；該旋轉座以另一方向旋轉時，所述之單向傳動齒係產生跳動並滑越該等嚙接齒；其中：各該嚙接齒具有一齒峰與一齒高，其齒峰之寬度係大於其齒高之高度。
2. 如請求項1所述之單向慣性旋轉裝置，其中：該齒峰之寬度之尺寸為齒高之尺寸的1.4倍至3.5倍。
3. 如請求項1所述之單向慣性旋轉裝置，其中：相鄰之二嚙接齒之間係具有一齒間；各該嚙接齒之齒峰之寬度係大於各該齒間之寬度。
4. 如請求項1所述之單向慣性旋轉裝置，其中：各該嚙接齒之齒峰之端面係為弧面。
5. 如請求項1所述之單向慣性旋轉裝置，其中：該第一圓周面為該旋轉座之周面而該第二圓周面即為該慣性件之樞孔之孔壁，或該第一圓周面為該慣性件之樞孔之孔壁而該第二圓周面為該旋轉座之周面。
6. 如請求項1所述之單向慣性旋轉裝置，其中：各該嚙接齒之二側分別為一第一齒面與一第二齒面，該第一齒面與第二齒面具有不同斜率。
7. 如請求項1至6任一項所述之單向慣性旋轉裝置，其中：至少一凹入，設於該第一圓周面；各該單向傳動齒係一旋齒件，其係樞設於各該凹入中而可旋擺，該旋齒件旋擺時其一端可嚙接或脫離所述之嚙接齒；各該彈性元件係設於各該凹入中。
8. 如請求項1至6任一項所述之單向慣性旋轉裝置，其中：至少一凹孔，設於該第一圓周面；各該單向傳動齒係一棘齒件，其係設於該凹孔中並可位移，該棘齒件位移時，其一端可嚙接或脫離所述之嚙接齒；各該彈性元件係設於各該凹孔中。
9. 如請求項1至6任一項所之單向慣性旋轉裝置，其中：該第一圓周面為該旋轉座之周面而該第二圓周面為該慣性件之樞孔或該第一圓周面為該慣性件之樞孔而該第二圓周面為該旋轉座之周面。