手持工具手柄组件和制造方法与流程

本申请基于2015年5月4日提交的序列号62/156,743的美国临时专利申请，本申请的完全公开通过引用明确包含在本文中。

本发明总体上涉及手持工具，诸如铲、耙、斧、音叉或类似工具，更具体地说，涉及利用用于将工具的手柄与工具的头部结合的柔性连接件的装置和方法。

背景技术：

历史上，大多数手持工具包括工件头部的金属颈部中的开口/插口，木质手柄借助摩擦或通过紧固件(诸如铆钉、螺杆、螺钉、套管或类似部件)插入并固定到该开口/插口中。需要头部中的金属插口在连接处提供足够的强度以允许木质手柄在承受弯曲或扭转应力时起作用并同时抵抗塌缩。

在制造过程中，可依据用于所需操作的应力的数值、铲柄的长度和铲柄中木料的质量调整插口的长度。此外，头部可通过冲压和成形金属板材生产，用于轻载应用，或者通过利用坯段并锻造重载刀生产，用于重载应用。在实际的所有操作中，无论铲刀由很薄的金属制成用于廉价和轻载作业，还是由坯料锻造以生产重载刀，手柄插口均通过将板材或锻制坯料轧制成锥形段形成。通过使用金属抵抗偏转或通过将边缘焊接起来或穿过手柄轴坯料栓接，防止锥形段张开，使得当载荷施加在手柄上时，锥形段不会展开或张开。

插口沿其长度可以是直的或弯曲的。直的插口从将接纳木质手柄的开口到工具刀的连接或接合处是直的。弯曲插口在插口段的最小点附近是弯曲的以便在刀的平面和铲柄的轴之间产生期望的角度。当木质手柄填充插口的整个容积时，连接的强度增大。当工具用作掘取或实际上的撬动中的杠杆时，这一木质填充物有助于抵抗金属锥形段的压缩失效。如果芯部不被插入，这一失效将以相对低的负载水平在每种质量工具上发生，该芯部具有足够的强度以防止由板材或通过锻造形成的锥形管段的塌缩。

已发现由于多个原因(包括玻璃纤维具有更期望的强度重量比的事实)，玻璃纤维手柄优于木质手柄。大多数玻璃纤维手柄由不可逆的热固化工艺生产，即它不能通过热量的再施加软化。试图加工玻璃纤维以插入如上文描述的具有角度或弯曲的插口是困难且成本高的。

因此，存在对手柄和手持工具的头部之间的改进的连接组件的需求。

技术实现要素：

本发明的一个方面总体上包括手持工具组件，该手持工具组件包括手柄和通过连接件结合的工具头部。手柄具有第一端部和第二端部。连接件具有第一端部和第二端部。连接件的第一端部与手柄的第二端部结合。在一个实施例中，通过围绕手柄的端部模制连接件，连接件永久紧固到手柄。通过将连接件插入工具头部中的插口/开口中，连接件的第二端部与工具(诸如铲)的头部结合。连接件的第二端部是柔性的，由此允许其符合插口的形状并沿其长度接触插口的内表面而不考虑插口是直的还是弯曲的。粘合剂和紧固件可被用于帮助将各部件紧固起来。在一些实施例中，刚性管插件置入手柄的第二端部一段短的距离并从手柄的第二端部延伸一段短的距离，使得其和手柄的第二端部一同与连接件的第一端部结合。由于这一连接点通常易于破裂或断开，刚性管插件有助于提供手柄和工具头部之间的连接处的强度和刚性。

本发明的另一方面包括用于将手柄连接到手持工具的头部的连接件。连接件包括第一端部和第二端部。连接件的第一端部具有适于接收上文描述的手柄的一部分和/或刚性工具插件以有助于将手柄紧固到连接件的开口。连接件的第二端部由工具头部中的插口接纳以有助于将工具头部紧固到连接件。以这种方式，连接件的第一部分与手柄结合，第二部分与工具头部结合以有助于将各部件紧固起来。连接件的第一端部可包括具有比主体部分更大的直径的套管部分。开口或槽形成在连接件的主体和外套管部分之间。外工具头部的插口的外表面由开口/槽接收以有助于将头部紧固到手柄组件并在工具操作过程中提供稳定性和刚性。连接件的第二端部可包括沿一侧的长度互相间隔排列的第一凹槽系列和沿另一侧的长度互相间隔布置的第二凹槽系列。在工具头部的插口是弯曲的情况下，当连接件与工具头部结合时，凹槽有助于连接件弯曲。第一系列凹槽大于(深于且宽于)第二系列凹槽。更宽的第一系列凹槽有助于连接件在该方向上弯曲。

本发明的另一方面包括用于形成手持工具组件，诸如上文描述的组件的方法。在这一方法中，手柄组件首先通过结合手柄、刚性管插件和连接件形成。连接件的凹槽/第二端部随后插入工具头部的插口。更具体地说，刚性管插件置入手柄第二端部的开口中一段短的距离使得该插件从手柄第二端部向外延伸一段短的距离。手柄和刚性管插件随后被置于模具中，在该模具中，围绕它们模制连接件的第一端部以产生永久连接。形成包括手柄、刚性管插件和连接件的单件手柄组件后，连接件的第二端部随后插入工件头部中的开口/插口中(例如，铲或耙头部)。

本发明形成比现存的工具更易于制造的更牢固的手柄/工具头部构造。围绕连接点的增大的强度意味着手柄沿其长度不需要同样多的材料，重量和制造成本减小。

附图说明

图1是在本文中作为示例性手持工具使用的铲的主视图；

图2是从图1沿剖面线a-a截取的铲的侧截面视图；

图3是图2中区域b的详细视图；

图4a是手柄的主视图；

图4b是图4中区域a的详细视图；

图4c是从图4b沿剖面线b-b截取的剖面图；

图5是手持工具组件的分解图；

图6是连接件的后视图；

图7是从图6中沿剖面线c-c截取的连接件的剖面图；

图8是连接件的侧视图；

图9是连接件的主视图。

具体实施方式

如图1-图5所示，本发明的一个方面包括大体包括由连接件12结合的手柄10和工具头部32的手持工具组件。手柄10具有第一端部10a和第二端部10b。伸长手柄10可由任何合适的材料(包括金属、木材或玻璃纤维)制成。在一个实施例，夹持装置30可与手柄的第一端部10a结合以增加使用的舒适性和容易度。连接件12具有第一端部12a和第二端部12b(见图6-图9)。连接件12a的第一端部具有适于接收手柄10b的第二端部的开口20。连接件12b的第二端部适于接收手柄10b的第二端部。连接件12b的第二端部适于插入工具头部32的插口34以有助于填充插口34内的空隙。连接件12是柔性的，由此允许它弯曲并符合插口34的形状，即使在插口34具有如图3中所示的弯曲形状时。在一些实施例中，曲率的角度甚至可大于图3中所示的曲率。不过，即使具有更大的曲率，连接件12弯曲以通过大体沿插口34的弯曲的长度接触插口34的内表面来填充插口34的内部容积。在一些实施例中，连接件12沿插口34的整个长度接触插口34的内表面。

在一些实施例中，刚性管插件40被用于帮助加强手柄10和工具头部32之间的连接。如图4a、4b和4c中最好地显示的，插件40的第一部分置入手柄第二端部10b内一段短的距离，插件40的第二部分从手柄第二端部10b向外延伸一段短的距离。如图3中最好地显示的，插件40的第二部分与手柄第二端部10b的一部分一同接纳到连接件12的第一端部中的开口中。由于手柄10和工具头部32之间的连接点通常易于破裂或断开，刚性管插件40有助于提供该连接处的强度和刚性。

本发明的一个方面涉及柔性连接件12，如上文描述的，该连接件被用于将手柄10与头部32结合。在如上文说明的制造工艺过程中，连接件12可永久地与手柄10结合，或者它可利用粘合剂或紧固件结合，使得它可以是售后附加零件。在一个实施例中，手柄第二端部10b与连接件第一端部12a结合。连接件的第二端部12b此后嵌入头部插头34中的开口中以提供对于插口34的该部分的压力支撑。柔性连接件12可被制成一定的尺寸和形状以对应任何工具插口中的开口的形状，在该插口中该连接件可被使用，且由于大多数插口34的内部都略微呈锥形，该连接件在这一连接中大体为伸长截头圆锥。如图3中所示，连接件12的柔性允许其随弯曲插口的形状弯曲以有助于沿其整个长度填充插口内的容积。

图6-9显示连接件12的一个实施例。连接件12优选地由诸如，举例来说，聚乙烯、聚丙烯或尼龙的易于模制的材料形成。如上文提到的，柔性连接件12的外径可以是恒定的，形成伸长的圆柱，但在一些实施例中，连接件略微呈锥形，因此在其第一端部12a处较大而在第二端部12b处较小以符合最普通的工具插口的内部形状。连接件12是柔性的，因此它可以弯曲以符合插口34的弯曲形状以填充插口34内的空隙。连接件12对插口34的内壁施加相等的压力以有助于防止插口34受外力的压缩。为了有助于连接件具有柔性，在连接件12中形成凹槽系列36、38并沿连接件12的长度互相间隔排列。在一个实施例中，凹槽36、38从连接件12的中部(纵向)附近开始并向第二端部12b延伸。如图7和图8最好地显示的，第一凹槽系列36沿连接件12的一侧的长度延伸，第二凹槽系列38沿连接件12的第二相对侧的长度延伸。第一凹槽系列36大于(深于且宽于)连接件12的相对侧中的凹槽38。在所示的实施例中，较大的凹槽36在连接件12(图6)的后部，较小的凹槽38在连接件12(图9)的前部。当连接件12在插口34中对准使得连接件12沿图3中所示的较大的凹槽36的方向弯曲时，连接件12最起作用。由于连接件12中限制弯曲的材料更少，连接件12更易于沿较大的凹槽36的方向弯曲。在一个实施例中，由较大的凹槽36的相对表面36a形成的角度介于约50和60度之间，由较小的凹槽38的相对表面38a形成的角度介于约30和60度之间。应注意较大的凹槽36中的每一个的形状和角度无需相同，较小的凹槽38中的每一个的形状和角度也无需相同。由此，在一个连接件12中，较大凹槽系列36或较小凹槽系列38的深度和角度可变。如图7中所示，举例来说，对于位于每个端部上的较小的凹槽38的相对表面38a的角度小于对于三个中心凹槽38的相对表面38a的角度。

在一个实施例中，凹槽36、38的深度由每个各自的波谷部分36b、38b限定。位于凹槽36、38之间的连接件12的材料将连接件12保持在一起。换言之，由于连接件12沿其纵轴大体上是中空的，不存在将连接件12保持在一起的中心轴部件。这允许较大的凹槽36的波谷36b向上延伸直至超过连接件12的中部，其中中部由图8中所示的纵轴l限定。如图8中所示，较大的凹槽波谷部分36b延伸超过连接件12的中部l。向上直到或超过连接件12的中部l的波谷36b的形成允许连接件12以相对现有的装置增大的曲率半径弯曲，现有装置具有中央轴部件或具有未达到连接件的中部的凹槽波谷。

如上文所说明的和图7中所示的，连接件12可具有套管14，套管14具有大于连接件12的主体的直径。开口22在连接件12的主体和套管14之间形成。套管14具有大于连接件12的主体的直径并通过越过连接件12的主体的一部分向下延伸形成开口22。工具头部的插口34的外表面由开口22(介于套管14的一部分和连接件12的主体的一部分之间)接收以有助于将头部32紧固到手柄组件并在工具操作过程中提供稳定性和刚性。

本发明的一个方面包括用于形成上文描述的手持工具组件的方法。在这一方法中，手柄组件首先通过结合手柄10、刚性管插件40和连接件12形成。随后，连接件12被插入插口34中以完成手持工具组件。在一个实施例中，手柄10可采用任一适当的手段，包括拉挤，由玻璃纤维制成。手柄10在其第二端部10b中具有适于接收刚性管插件40的开口。刚性管插件40的第一部分置入手柄第二端部10b中的开口内一段短的距离，使得该插件延伸到手柄10中的长度为手柄10的总长度的约5-15％，优选地延伸到手柄10中的长度为手柄10的总长度的约10％。刚性管插件40通过摩擦配合、胶合或其他紧固方式保持就位。插件40的第二部分从手柄的第二端部10b向外延伸一段短的距离，如图4a、4b和4c中所示。刚性管插件40可由任一合适的材料，包括木材、金属或玻璃纤维制成。在一个实施例中，刚性管插件40具有小于手柄10的直径的直径以允许插件配合在手柄10内，且由于在一些实施例中连接件12是锥形的，允许插件更远地延伸到连接件12中。在一个实施例中，刚性管插件40由拉挤玻璃纤维制成且是厚壁的，意味着它是不具有内部空腔的实心件或仅在中部具有较小腔体的近似实心件。

一旦结合，手柄10和刚性管插件40被置于模具中，其中连接件12的第一端部围绕它们模制。如图3和图7中所示，刚性管插件40和手柄10都延伸到连接件12中。由于手柄接触插口的点在传统手柄组件中是薄弱点，刚性管插件40相比手柄10延伸到连接件12中更远以有助于将力更远地分散到插口34中。模制工艺永久地将手柄10、刚性管插件40和连接件12接合起来以产生单一手柄组件单元。单一手柄组件单元的形成减少组装所需的步骤，由此提高最终将头部32组装到手柄组件的效率。在一些实施例中，所得的手柄组件被置于模具中，在该模具中，抓持部被模制到第一端部10上。在一个替代实施例中，可利用粘合剂和紧固件将连接件12与手柄10结合以允许连接件12用于售后产品。在这一实施例中，手柄10b的第二端部由连接件12a的第一端部中的开口20接收。

形成上文描述的包括手柄10、刚性管插件40和连接件12的单件手柄组件后，连接件12b的第二端部随后被插入工件头部32(例如，铲或耙头部)中的开口/插口34中。如上文更加详细地说明的，连接件12是柔性的，由此允许其穿过插口34的直线和弯曲部分。连接件12a的第一端部包括具有大于连接件12的主体部分的直径的套管14。如图7中最好地显示的，连接件12的主体和套管14的之间存在开口22。套管14具有大于连接件12的主体的直径，该套管通过越过连接件12的主体的一部分向下延伸产生间隙或开口22。如图3所示，插口34的外表面由开口22(介于套管14的一部分和连接件12的主体的一部分之间)接纳以有助于将头部32紧固到手柄组件并在工具操作过程中提供稳定性和刚性。在一个实施例中，头部32可利用粘合剂或紧固件28进一步紧固到手柄组件。紧固件28可以是螺杆、螺栓或其他合适的部件并在图5中显示。紧固件28可如图3和图7中的开口42的布置所示出的，穿过头部32(例如，穿过颈部/插口34)、连接件12、手柄10和刚性管插件40中的一或多个插入。

以上结合本发明的优选实施例描述本发明，对于本领域技术人员显然可对本文描述的优选实施例做出各种修改而不背离本发明的精神和范围。不过，我们的意图是对本领域技术人员明显的所有此类修改和调整将包括在下述权利要求的范围内。