模块化长柄工具部件系统的制作方法
【专利说明】模块化长柄工具部件系统
[0001]本申请是原案申请日为2011年5月13日、申请号为201180039307.7 (PCT/US2011/000853)、发明名称为“模块化长柄工具部件系统”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及工业长柄工具。具体地，本发明涉及带有可互换部件且能够在苛刻环境中使用的可互换的长柄工具部件系统。
【背景技术】
[0003]诸如施工、道路建设和消防的许多工业任务需要使用长柄工具以用于扫除、挖掘和耙松。此类任务通常由单独的长柄扫帚、各种类型的铲子、斧子和耙子来完成。这些任务常常是艰巨的，并且在腐蚀性环境中进行。现有技术的长柄工具通常在柄部连接到工具头的位置处具有设计弱点，常常导致过早的失效。如果工具的一部分失效，则需要更换整个工具。更换导致仍工具的可操作部分的浪费。另外，工业任务常常在需要运输和储存工具的情况下完成。例如，在消防应用中，所有工具必须被运输往返于火灾现场并且常常人工地带到遥远的地点。在其它情况下，腐蚀性环境造成工具的过早老化和失效。例如，播散的石灰、沥青和混凝土由于化学腐蚀和生锈而形成对于工具特别苛刻的环境。
[0004]现有技术已尝试各种方法来解决这些问题。没有一种是完全成功的。
[0005]授予Kress等人的美国专利N0.4，162，132公开了一套花园或家用工具，其包括可由耦接器附接到柄部的不同头部。耦接器包括插入柄部的套管、在每个头部上的六边形柄部、环形保持圈和邻接柄部且将柄部挤入套管的带螺纹的销。耦接器限制了柄部能插入的程度，从而限制了连接的完整性。此外，耦接器和环形圈使得来自冲击振动的移动增加对耦接器的磨损和撕扯，从而减少工具的使用寿命。
[0006]授予King的美国专利N0.4，606，089公开了一种具有柄部和多个嵌套的工具头部的土地作业工具。每个工具头部包括适于被柄部上的套筒组件接纳的柄脚。定位销将柄脚固定到套筒组件。套筒组件永久性地一体化到柄部中并且因此是不可互换的。定位销和柄脚在使用期间经受移动，这降低了耦接器的强度且导致过早的磨损。
[0007]授予Dumont的美国专利N0.4，786，095公开了一种花园手持工具，其配有由套环固定的可互换的头部。工具头部接纳柄部且包括套环扣件。套环永久性地附接到柄部的一端且包括用于与扣件接合的弹簧环。该工具不是模块化的，并且套环不提供无振动的附接，也不设计用于恶劣环境下使用。
[0008]授予Garcia的美国专利N0.5，185，992公开了一种包括第一连接和第二连接的花园工具组件。第一连接安装到传统工具的柄部。第二连接接纳可替换的工具头部。该系统需要操纵两个工具头部。连接不是固定的，而是允许转化的振动和移动，这导致过早的工具失效。
[0009]因此，需要一种由可互换的部件构成的长柄工具系统，该可互换部分在组装时提供适于工业用途的高的强度和刚度。希望提供一种长柄工具系统，该系统减少多个工具所需的储存空间并通过提供仅对损坏部分的更换而延长每个工具的使用寿命。还希望组装后的工具比现有技术长柄工具更耐用，并且耐腐蚀性和磨蚀性工作环境。也希望提供一种耦接器，该耦接器在使用期间减小或消除其部件之间的振动，从而延长工具的使用寿命。
【发明内容】
[0010]因此，工具系统的实施例包括一系列可互换的工具头部、连接器、柄部和把手。每个工具头部包括接纳器。接纳器包括外部加强箍和具有多边形横截面的同心对齐的锁定杆。接纳器可拆卸地联接到连接器。连接器包括具有多边形横截面的轴向对齐的锁定杆孔，用于接纳锁定杆。外径设置成嵌套在外部加强箍内。肩部邻接加强箍。塑性套管定位在锁定杆孔和锁定杆之间以减小振动并提供电绝缘。柔性垫片定位在肩部和接纳箍之间。连接器可拆卸地联接到柄部。把手也可拆卸地附接到柄部。柄部具有复合构造，其包括由外部塑性管围绕的内钢管。柄部可填充吸振聚苯乙烯泡沫。
[0011]备选实施例包括与接纳器一体地形成的工具头部，其中接纳器可拆卸地联接到可替换的连接器。接纳器具有适于配合可替换的连接器的多边形横截面。可替换的连接器包括多边形横截面接纳器孔。成角度的延伸部也可以可拆卸地结合到接纳器和连接器之间以提供可变的工作角度。
[0012]在结合所提供的附图阅读下面的详细描述之后，本领域的技术人员将理解本发明的上述特征和优点以及其它重要方面。
【附图说明】
[0013]在下面给出的优选实施例的详细描述中，对附图进行了引用。
[0014]图1是模块化工具部件系统的优选实施例的分解等轴视图。
[0015]图2A是铲头的优选实施例的等轴视图。
[0016]图2B是锤头的优选实施例的等轴视图。
[0017]图2C是镐头的优选实施例的等轴视图。
[0018]图2D是斧头的优选实施例的等轴视图。
[0019]图2E是耙头的优选实施例的等轴视图。
[0020]图2F是锄头头部的优选实施例的等轴视图。
[0021]图2G是扫帚头的优选实施例的等轴视图。
[0022]图3是接纳器的优选实施例的剖视平面图。
[0023]图4是接纳器和连接器的优选实施例的分解等轴视图。
[0024]图5是连接器的优选实施例的分解剖视平面图。
[0025]图6A是耙头的替代优选实施例的等轴视图。
[0026]图6B是锄头头部的替代优选实施例的等轴视图。
[0027]图6C是扫帚头的替代优选实施例的等轴视图。
[0028]图7是连接器的替代优选实施例的分解剖视平面图。
[0029]图8是延伸部的优选实施例的剖视平面图。
[0030]图9是柄部的优选实施例的剖视平面图。
[0031]图10A、图1OB和图1OC是把手的优选实施例的等轴视图。
[0032]图11是组装的模块化工具部件系统的优选实施例的等轴视图。
[0033]图12是组装的接纳器、连接器和柄部的优选实施例的剖视平面图。
[0034]图13是组装的模块化工具部件系统的优选实施例的等轴视图。
[0035]图14是组装的接纳器、连接器和柄部的替代优选实施例的剖视平面图。
[0036]图15是模块化工具部件系统的优选实施例的分解等轴视图。
[0037]图16是组装的模块化工具部件系统的优选实施例的等轴视图。
【具体实施方式】
[0038]在下面的描述中，贯穿说明书和附图，相同的部件分别标有相同的附图标记。附图未必按比例绘制，并且某些图可能为了清晰和简洁而以放大或概括的形式示出。
[0039]图1示出了工具部件系统100的优选实施例。一般地，工具部件系统100包括工具头部102，工具头部102与连接器200轴向对齐且可拆卸地联接到连接器200。连接器200与柄部300轴向对齐且可拆卸地联接到柄部300。柄部300与把手400轴向对齐且可拆卸地联接到把手400。
[0040]该优选实施例包括适于可拆卸地且固定地附接到连接器的若干工具头部。示例为铲式工具、镐式工具、斧式工具、锤式工具、耙式工具、锄头式工具和扫帚式工具。
[0041]图2A-2G示出了包括铲头106、镐头108、斧头105、锤头107、耙头101、锄头头部103和扫帚头104在内的这种工具。铲头106可包括许多不同的铲头类型，包括但不限于平头部、圆头部、锹铲或沙铲。另外，其它工具头部形状不限于所示形状和尺寸，但可以是如本领域常见的任何类型的锤、耙/中耕机、锄头或扫帚形状。焊件109将每个工具头部永久性地固定到其接纳器110。
[0042]参看图3和图4，接纳器110 —般为圆柱形。在优选实施例中，接纳器由钢、钢合金或不锈钢形成。接纳器110包括具有固定的垂直定向的支撑盘116的接纳器主体112。接纳器110中的开口 111通过焊接或环氧树脂粘结剂附接到工具头部102。锁定杆118刚性地固定到盘116上并且与接纳主体112同心地对齐。在优选实施例中，内部焊件113和外部焊件115将锁定杆118刚性地附接到盘116。可以采用本领域已知的其它刚性附接方法。如图所示，锁定杆118具有方形横截面。可以采用其它多边形横截面。锁定杆118具有末端与外部加强箍119齐平的长度。锁定杆的其它长度以不同程度的成功起作用。外部加强箍119邻近且围绕锁定杆118。锁定杆118在优选实施例中为中空以减少重量。在其它实施例中，锁定杆118可以是实心的。在锁定杆118和外部加强箍119之间是开口 117。加强箍119还包括通孔114。螺纹孔120位于锁定杆118的一侧上并且与通孔114轴向对齐。
[0043]参看图4和图5，将描述连接器201。连接器201为大体圆柱形的。在一个优选的实施例中，连接器201由铝合金或镁合金制成。可采用诸如特氟隆或涤纶的刚性聚合物。可以在一定程度上成功地采用诸如树脂中的缠绕碳纤维的复合物。在极其轻负荷的应用中，可采用聚氯乙烯。