专利名称：可剪切的锁及其制造方法
技术领域：
本发明一般涉及具有用钥匙操作的拨动片的圆柱形锁。
背景技术：
圆柱形锁已经广泛用于门户的安全和挂锁，以及其他的用途。在某些情况下，希望用一把钥匙与许多锁相配。例如，在用于汽车上时，使用者可能希望用一把钥匙来打开车门、手工具箱和行李箱，并且还可以打开点火装置。假如经过一段时间后，有一把锁需要更换，如果这把更换后的新锁不适用原来的钥匙，就可能需要一把新的钥匙来开这把新锁。
美国专利1,979,939公开了一种用于剪切拨动片端部的凸出部分，以使一把锁与一把特定的钥匙适配的装置和方法。弹簧加载的板片状的拨动片，其长度比锁的柱塞直径大，在插入柱塞内时，拨动片的端部沿轴向凸出在柱塞的外面。当一把钥匙插入锁的钥匙槽内时，在钥匙片上的缺口和凸起便使得拨动片和弹簧移位，使拨动片的某些部分凸出在柱塞端部外面。可以用一种具有两把切刀的工具把拨动片的凸出端部切掉。当抽出钥匙并将柱塞插入外壳时，弹簧就能扩张，迫使拨动片凸入锁外壳的窄缝内，并防止柱塞在外壳内转动。由于所有的拨动片要一起切断，所以需要很大的剪切力。
美国专利No.5,697,239和No.5,735,153公开了一种用于制造带有可剪切的组件销的销子拨动片圆柱锁的方法和设备。这些销子上有许多可供选择的削弱部位，可用于使锁的原始结构形状与有缺口的钥匙相对应。这些销子用位于锁外壳中的弹簧将其沿径向压入锁的柱塞内。这些销子可以由制造厂商或锁匠来剪切，并且这些销子的剪切下来的部分能起改锥和拨动片销子的作用。
以上所公开的方法和设备需要使用切割工具或很大的剪切力，才能使这把锁与特定的钥匙相配。因此，需要一种制造锁的方法，它为配钥匙或重新配钥匙提供了更多的方便，而不影向锁的安全性。
发明内容
本发明涉及一种锁，它具有一个外壳，一个安装在上述外壳内的柱塞，以及许多伸入外壳内的拨动片。在这些拨动片的两端开有许多凹槽，当一把钥匙插入锁中时，这把钥匙就按照钥匙上的缺口抬高这些拨动片，把上述这些凹槽在这些拨动片上排成一行。上述外壳和柱塞被迫沿轴向互相相对，沿着排成一行的凹槽剪切拨动片，使这把锁与这把钥匙相配。本发明还涉及外壳和柱塞的结构形状，它能减小为剪切拨动片所需要的总剪切力，并且涉及一种具有为预先选定的钥匙用的可剪切的拨动片的锁的制造方法。
图1是按照本发明制成的锁在拨动片切开之前的横断面图；图2是图1中的锁沿着2-2线的横断面图；图3是图1中的锁沿着3-3线的横断面图；图4是两侧带有缺口的钥匙的侧视图；图5是本发明的一个实施例的拨动片的正视图；图6是图5中的拨动片的侧视图；图7是本发明的一个实施例的保持拨动片的正视图；图8是图7中的保持拨动片的侧视图；图9是按照本发明制成的保持套筒的顶视图；图10是沿着图9中的保持套筒的10-10平面的横断面图；图11是按照本发明的锁的装配步骤的流程图；图12是类似于图1中的锁的横断面图，其中，30个拨动片已经被外壳与柱塞之间的轴向移动所切开；图13是沿图12中的平面13-13的锁的横断面图；图14是沿图12中的平面14-14的锁的横断面图；图15是沿图12中的15-15线的锁横断面图；图16是图14中的锁处于非锁定位置时的横断面图；图17是图16中的锁处于锁定位置时的横断面图；图18是另一个实施例的拨动片的正视图；图19是图18中的拨动片的侧视图；图20是本发明的带有图18中的拨动片的实施例的放大后的横断面图；图21是图20中的锁的侧视图；图22是本发明的第三实施例的横断面图；
图23是本发明的第四实施例顶视图，表示其中没有套筒；图24是表示图23中带有保持套筒的拨动片的侧视图；图25是用于在切开拨动片时夹持上述锁装置的侧视图；以及图26是图25中的装置沿着平面26-26的横断面图。
具体实施例方式
请参阅图1，图1中所示的锁100处于加载位置，它包括一个基本上呈圆筒形的，具有外壳内腔室104的外壳102。外壳102有七条在外壳102与外壳内腔室104之间延伸的外壳通道106。外壳102通常用锌、黄铜、塑料或其他适当材料制成。
沿轴向安装了一个能旋转的圆柱形柱塞108，它能在外壳102的外壳内腔室104内作旋转运动。柱塞108在其一端有一个柱塞凸缘110，并且在柱塞108上沿轴线与柱塞凸缘110相对的另一端，设有柱塞尾部112。柱塞尾部112能与驱动插销或其他锁定装置的锁栓联结，该锁栓能锁住或打开一扇门，或者其他在本技术领域中公开过的移动构件。柱塞108上有一个通向钥匙槽114的钥匙孔113，该钥匙槽的形状可容纳钥匙116的钥匙片128。柱塞108上有七条沿径向延伸的柱塞通道118，这些通道都从钥匙槽114通过柱塞108，向着外壳102敞口。柱塞108有一个直径109，该直径小于外壳102的内腔室104的内径111，在外壳102与柱塞108之间形成了一个剪切区120。在图1所示的锁的加载位置上，柱塞通道118穿过钥匙槽114，并且在最初与外壳通道106对准，以便插入可剪切的，像垫片那样的拨动片122。柱塞108用适当的材料制成，通常是用锌、黄铜、塑料或其他适当的材料制成。
图1表示本发明的优选实施例处于加载的位置，在此位置上，拨动片122在柱塞和外壳之间被切开之前，插入柱塞108的柱塞通道118和外壳102的外壳通道106中。在图1中，外壳102和柱塞凸缘110之间形成了一个间隙150，以便能让柱塞相对于外壳102沿着剪切区120作轴向运动。间隙150是这样选择的，即，当剪切拨动片122时，让柱塞108有足够的进入外壳102内的深度。通常这个间隙在0.04英寸到0.06英寸之间，最好是0.05英寸。
制造了一个拨动片保持套筒152套在外壳102的外面，并如图1所示，用一个与外壳102的外部啮合的保持套筒的卷边154把它固定在外壳102上。通常，上述保持套筒卷边154卡在外壳通道106内，但是，这个套筒也可以啮合在外壳102上的其他凹进部分中。请参阅图2、3、9和10，保持套筒152具有穿过它本身的一组第一窄槽156和一组第二窄槽158，这两组窄槽能与外壳通道106和柱塞通道118对齐。通常，第一组窄槽156和第二组窄槽158沿着轴向顺序加入，并且围绕着套筒在角度上互相错开一个套筒位移角160。在角度上互相错开的窄槽156和158能让拨动片122分成两组插入柱塞和外壳通道118和106内，使得拨动片122能沿柱塞径向相反的方向受到径向的弹性压力，这一点将在下文中详细描述。窄槽156和158具有其形状能容纳拨动片122的矩形部分159，和其形状能容纳弹簧178的圆形部分161。套筒角度160是以从套筒窄槽156矩形部分159的中心到套筒窄槽158的矩形部分159的中心来度量的。通常，套筒角度160小于180°，以使得一组窄槽156和158能让拨动片122插入交替的柱塞和外壳通道106和118中，而另一组通道则被套筒所封闭。最好，套筒角度160在135°左右。通常上述套筒角度160在5°与180°之间，更好一些在90°到150°之间。
请参阅图2和3，当锁处于加载位置时，外壳通道106和柱塞通道118重合，而可剪切的拨动片122沿径向从柱塞108的一侧延伸到另一侧，并进入外壳通道106内。各外壳通道106都有一个第一外壳开口162，这个开口一般比第二外壳开口164宽。同样，每一条柱塞通道118都有一个第一柱塞开口166，这个开口比第二柱塞开口168宽。第一柱塞开口166与第二开口168会合，在柱塞108内形成一个弹簧座170。
图2中，套筒152的开口156与用标号A表示的交替的外壳和柱塞通道106和118对正，以便插入拨动片122。另一方面，在图3中，套筒152已经转动到使开口158与交替的柱塞和外壳通道B对正，以便插入拨动片122。
适用于圆柱形锁的钥匙是单侧的或两侧的，即，在钥匙片相应的单侧或两侧有缺口。单侧的钥匙常常大约有五个缺口位置，每一个缺口位置上开了大约八个不同深度的切槽。相反，两侧的钥匙在两侧都有缺口，可使用的缺口位置有十个之多，每一个缺口位置上大约有五个不同的切槽深度。使用两侧钥匙的一个例子是汽车的圆柱形锁。这种两侧钥匙因为具有大量的缺口位置，所以能够与汽车上各种设备相配，例如点火装置、门、行李箱和手工具箱。此外，汽车的圆柱形锁通过使用只能插入选定的设备的辅助钥匙，例如随从钥匙，可提供各种级别的安全程度。另外，一把使用两侧钥匙的圆柱形锁，无论在锁定的或打开的状态下，都能让钥匙从圆柱形锁中拔出来。
适用于本发明的钥匙116如图4所示，它在钥匙片128相对的两条边缘上有十个缺口位置124，和五个不同的切槽深度126。由于钥匙116在钥匙片128相对的两条边缘上有十个缺口位置124和五个不同的切槽深度126，所以形成了9,765,623个可使用的锁定组合。
如图5所示，每一个拨动片122在其中央孔口136中都有一个钥匙片的靠压位置138。孔口136是在拨动片122上切割出来的，其形状做成能容纳钥匙的钥匙片128，并与钥匙的缺口124吻合。最后，各拨动片122都有一个从其侧面凸出来的凸块139，以形成一个凸耳140和一个外拨动片座141。拨动片122是用适当的材料，诸如黄铜制成的。如图5和6所示，一般，在拨动片122的表面上压制或冲压了许多凹槽130。每一块拨动片122都做成薄片状，其厚度如标号129所示，在拨动片的每一侧还有由缺口或凹槽130所形成的五个减弱区，以砭剪切和为剪切定位。还有，在本发明实施例中，这些凹槽是弧形的，其形状与柱塞与外壳之间的剪切区120相对应。凹槽的宽度132和深度134是这样选择的，即，当将这把锁确定与预先选定的钥匙相配时，能减小为剪切拨动片122所必须的轴向剪力。在这种选配操作中，通过使柱塞108与外壳102之间轴向的相对位移来施加轴向剪力，把拨动片122切开。
凹槽130的弧线半径135通常是在内腔104的半径与柱塞108的外部半径之间。每一条凹槽130都有一个凹槽高度132，一般大约在0.006-0.010英寸之间。这些凹槽沿径向互相隔开的距离为标号133，与钥匙116的可使用的深度126相对应。通常，径向距离133在0.015-0.030英寸之间。最好，径向距离133为0.025英寸。但是，距离133可以变化，以适应不同的钥匙系列。如图6所示，这些凹槽有深度134，常用的凹槽深度134大约为0.012英寸。这一系列凹槽130是这样定位在拨动片122上的，即，这些凹槽130可以通过预先选定如图1-3所示的，具有缺口位置124和切口深度126的适当组合的钥匙，与外壳102和柱塞108之间的剪切区对准。凹槽130的数量和布置通常与钥匙缺口124的可使用的切口深度126相对应，不过，也可以使用附加的凹槽130。
拨动片122具有相当的扭转强度，这个强度与柱塞108被迫在外壳102中旋转，而处于锁定位置的拨动片122靠在通道的壁上时，拨动片122所能抵抗的旋转扭矩的两相对应。一般都希望在制造锁时，使拨动片122的抗旋转扭矩的强度为最大，而剪切拨动片122所需的轴向剪力为最小。因此，拨动片的凹槽130并不是那么弱，以致另一种能插入的钥匙，即凹凸缝形状与预先选定的钥匙相同而缺口的切口不同的钥匙，也能用手或者用工具扭转，在这把钥匙或工具损坏之前就切开拨动片122。换言之，凹槽130最弱的部分，或者说中心部分131通常有足够的抵抗施加在拨动片122上，等于最大旋转力的扭力的强度，这个旋转力可以由任何钥匙或像钥匙那样的能插入钥匙槽内的工具，通过钥匙孔113施加在拨动片上。这样，就把锁使用时对它的安全性的危害减小到最小的程度。
请参阅图1-3和15，外壳102在靠近内腔104处形成了具有向后的保持壁144的保持凹槽142。如图15所明确表示的，保持凹槽142沿圆周方向在其两端靠压在内腔的成形挡块171上。在柱塞108上形成了从钥匙槽114沿径向延伸到柱塞108，并向内腔104敞口的保持长缝146。保持拨动片148(如图7和8所示)和保持弹簧147(如图15所示)可插入上述保持长缝146内。图1中，保持拨动片148处于非作用位置，并与外壳102的保持凹槽102脱开。当上述保持拨动片148因柱塞104从图1的加载位置向着图12的工作位置作轴向移位而移动到其作用位置上时，它便在柱塞108由被弹簧147加压，沿着轴向向外，向着外壳保持凹槽142延伸，并且能靠在保持壁144上自由转动。在此位置上，保持拨动片148防止柱塞104从外壳102中缩回。
上述保持拨动片148通常具有较厚的厚度149，并且具有比能切开的拨动片122更高的强度。也可以在外壳通道106中设置许多保持凹槽142，而不设置单独的保持拨动片148，以使其与向外推压拨动片122啮合，以便使柱塞108保持在内腔104中。
如图16和17所示，外壳102上还形成了外壳锁定沟槽172，它沿轴向从外壳102的内腔104延伸出来，以便当锁100处于图12的工作位置时，用于容纳上述拨动片122。锁定沟槽172与拨动片122上的在柱塞内部分200啮合，以防止在外壳102的内腔104中的柱塞108转动。图中所示的锁定沟槽172是在直径上相对的，或者说互相隔开180°。在这样的结构中，柱塞108能在锁定与不锁定位置之间转动180°，并且可以把钥匙116拔出来。不过，如果希望柱塞108在内腔104中转动的角度小一些，也可以把锁定沟槽172设置在外壳中，使其互相隔开的角度小于180°。此外，外壳上也可以只有一条锁定沟槽172，这样，只有在锁处于锁定位置时，才能让把钥匙116从锁100中拔出来。对于使用的安全程度很高的锁希望采用这种结构，此时，除了有钥匙116的使用者之外，锁将始终处于锁定状态。
锁100的装配过程如图11中的流程图所示，上述保持拨动片148和保持弹簧147都插入图1中处于轴向位置X的柱塞108的保持长缝146中。当柱塞108插入外壳102的内腔104中时，保持拨动片148便压向保持弹簧147，并在拨动片122加载的过程中，由外壳内腔104的内壁使其始终被压入柱塞108内。然后，柱塞108沿着一条中心轴线174插入外壳102的内腔104，使得外壳的通道106与柱塞的通道118对准，并在外壳102与柱塞108的凸缘110之间形成间隙150。外壳通道106是这样与柱塞通道118对准的，即，上述第一外壳开口162与第一柱塞开口166对准，而第二外壳开口164则在轴向位置A处与第二柱塞开口168对准，如图2和3所示。
保持套筒152放置在外壳102周围的第一加载位置上，在这个位置上，上述第一窄槽156与第一外壳开口162和处于位置A的第一柱塞开口166对准，而第二外壳开口164和第二柱塞开口168则被盖住。在图1中，上述第一加载位置交替地暴露出在轴向位置A上的外壳通道106和柱塞通道118。弹簧178通过上述第一窄槽156的圆形部分161插入暴露出来的外壳和柱塞通道106和118中，并且如图2所示，弹簧178靠压在弹簧座170上。然后，将拨动片122通过第一窄槽156的矩形部分159插入暴露出来的外壳和柱塞通道106和118中，并使得弹簧178保持在拨动片122的凸耳140与弹簧座170之间，以便将拨动片122沿径向向外，从柱塞108向着外壳102推压。
然后，使保持套筒152绕着中心轴线174旋转一个角度182，旋转到第二加载位置。在第二加载位置上，保持套筒152的第二窄槽158在图1中的各部位B处与其余的外壳和柱塞通道106和118对准。在第二加载位置上，保持套筒152封闭了各部位A处的外壳和柱塞通道106和118。上述旋转角度182是这样与套筒角度160联系在一起的，即，具有与外壳与柱塞通道106和118在轴向位置A上对准的第一窄槽156的套筒152，绕着中心轴线174旋转一个角度182，使得第二窄槽158与外壳与柱塞通道106和118对准，如图2所示。弹簧178和拨动片122都位于在位置B上暴露出来的外壳与柱塞通道106和118中，并且弹簧178夹持在凸耳140与弹簧座170之间，以便如图3所示的那样，沿着与拨动片122在位置A上相反的方向，从柱塞108向着外壳102，将拨动片122沿径向向外推压。图1表示锁100处于其加载位置，而图2和3表示拨动片122处于剪切前的位置。在第一位置A上处于外壳和柱塞通道106和118中的拨动片122，沿轴向与在第二位置B上的拨动片122干涉，使得这些拨动片都以顺序交替的方式沿着轴线174的方向被弹簧178弹性地向上和向下推压。
保持套筒152绕着中心轴线174旋转一个第二旋转角度190，通常是45°，到达封闭位置，在该位置上，两种窄槽156和158就不与外壳和柱塞通道106和118对准了。然后，将保持套筒152固定在外壳102外部的保持套筒的卷边154上，以便如图1所示，将拨动片122保持在外壳102内，或者象图12所示的那样，保持在一条外壳通道106中。在封闭位置上，保持套筒152将外壳通道106与锁100的外部封闭起来。
在这个加载位置上，锁已经准备好与预先选定的钥匙116相配。如图4所示，在本发明中所使用的钥匙是双侧钥匙116。钥匙116通过钥匙孔113插入锁100的钥匙槽114内。图4中所示的钥匙片128上的这些倾斜部位193，通过靠压在与缺口124接触的拨动片开口136上的上边缘138上顶起上述拨动片122。弹簧178将拨动片122弹性地压在钥匙116的相对两侧。插入钥匙116使拨动片122向内退回到柱塞108内，到达开锁位置，在该位置上，有一些凹槽130沿着剪切区120排成一行。然后，如图12所示，外壳102和柱塞108被迫沿着中心轴线174在轴向互相靠近，完成锁100装配成操作状态的工作。当柱塞108被迫向着外壳102移动时，拨动片122被沿着排成一行的凹槽130切开，而外壳102与柱塞凸缘110之间的间隙150被封闭。间隙150的尺寸是这样选择的，即，柱塞108深入外壳102的程度，当凸缘110与外壳102的近侧或前侧137接触时，便停止在图12所示的装配好的操作位置上。在上述图12所示的操作位置上，柱塞108进入外壳102的轴向移动量是这样限制的，即，此时外壳通道106不再与柱塞通道118对准。迫使柱塞108进入外壳102内便完全把拨动片122剪切成可分离的部分或外壳部分198和柱塞部分200。外壳部分198留在保持套筒152内部的外壳通道106内，而柱塞部分200则留在柱塞通道118内。
在图12的操作位置上，拨动片122的柱塞部分200与外壳通道106错开一个距离197，这个距离通常大于拨动片122的厚度129。因此，当柱塞108在腔室104内旋转时，如图13和14所示，拨动片122的柱塞部分200便在通道106之间靠压在内部腔壁231上，当柱塞108在内部腔室114中转动时，阻止拨动片122卡在外壳通道106中。通常，上述距离197在0.036与0.076英寸之间。最好，距离197为0.056英寸。
如上所述，一当锁100处于操作状态，便如图15所示，保持拨动片148便沿径向向外压入保持凹槽142内，靠压在保持壁144上，防止柱塞108从外壳102中脱出。保持拨动片148伸入上述保持凹槽142内，而柱塞108在能在外壳102内转动，并且保持拨动片148靠压在保持凹槽142上，通常与保持壁144接触。由于在保持拨动片无论与两个挡块171中的哪一个接触时，保持拨动片148都被限制在绕着中心轴线174旋转，所以柱塞108在内部腔室104内的旋转也受到同样的限制。通常，保持凹槽142中的挡块171足以限制柱塞108在内部腔室104中的转动，使得上述柱塞部分200由内部腔室104的内部腔室壁231将其保持在一个非锁定的位置上，并且，如下文中对锁定沟槽172所描述的那样，能让锁100从锁定位置旋转到非锁定位置。通常，上述保持拨动片148和保持凹槽142至少能让柱塞108相对于外壳102转动90°，而最经常的情况是能转动270°左右。
请参阅图16，当锁在使用时，并且钥匙116插入处于锁定位置的锁100的钥匙槽内时，钥匙114上的缺口124便压下弹簧178，使柱塞部分200移位到如图16左侧所示的脱离锁定沟槽172的位置。虽然钥匙116仍留在钥匙槽114内，但柱塞108却能在外壳102的内部腔室104内旋转，并且在这种状态下，锁100仍处于非锁定状态。一当拔出钥匙116，便如图17所示，弹簧178便松弛，从而使柱塞部分200沿径向进入相对地设置的锁定沟槽172内，一直到拨动片座141靠压在内壁231上，阻止柱塞108在外壳102的内部腔室104中转动，并且，在这种状态下，锁100是非锁定的。
一当锁100处于操作位置时，就能把在外壳通道106内含有拨动片外壳部分198的外壳102和套筒152拆卸下来，并且用另一个外壳来代替，这个外壳只有不与锁100的操作相干涉的锁定沟槽172。拆卸下来的外壳可以重新用于与其他的钥匙和柱塞相配。为了用一个只有锁定沟槽172的外壳来代替外壳102，可以把上述保持拨动片148从保持凹槽142向内推压，以压下保持弹簧147，从而能让柱塞108从外壳102的内部腔室104中抽出来。在抽出柱塞时，上述拨动片的外壳部分198将会从外壳通道106中掉出来。然后就可以卸下保持套筒152，并且能在外壳102中重新装入新的拨动片122。不过，最好还是把外壳102和套筒152留下来。
图18和19表示上述拨动片的一个改进的实施例。在本实施例中，拨动片300具有设置在拨动片300相对两端的直的凹槽302，形成减弱区，以便于拨动片300的剪切和定位。这许多凹槽302通常都是在拨动片300的表面上压印或冲压出来的。通常，整块拨动片300都是用一块薄板材料在一个单一工序中精压或者冲压而成的。如图19所示，凹槽的宽度306和深度308的选择要使得为剪切拨动片300所必需的剪切力减少，同时要保持拨动片300上未剪切的凹槽部分有足够的强度。通常，凹槽302的底部是尖锐的，或者具有很小的，大约0.002英寸的半径。如图20和21所示，拨动片300能插入这样一把锁316内，它在外壳320与柱塞322之间有一个剪切区318。上述一系列凹槽302在拨动片300上的位置是这样确定的，即，这些凹槽302借助于一把预先选定的钥匙116与上述剪切区对准。通常，柱塞322上具有柱塞通道324，这条通道带有横跨柱塞通道324的开口的侧面的直边缘326。
图22表示一把锁400，这把锁有一个基本上呈圆筒形的外壳402，在外壳上有一个外壳内部腔室404。如图所示，外壳400上有七条沿着径向从外壳402的外部通向外壳内部腔室404的外壳通道406，柱塞408上有七条沿径向从一条钥匙槽414横跨柱塞408的柱塞通道418。这些柱塞通道418与外壳通道406对准，以便插入能剪切的拨动片422。
尽管在先前的实施例中外壳通道的各个宽度基本上是互相相等的，但锁400的外壳通道418却具有不同的宽度。在轴向位置C上的外壳通道406一般具有最小的轴向宽度426，这个宽度通常比预先制成的拨动片422的轴向宽度大一个宽度D1，D1大约是0.001英寸。在轴向位置D上的外壳通道406通常具有较大的轴向宽度428，这个宽度比预先制成的拨动片422的轴向宽度大一个宽度D2，D2大约是0.005英寸。在轴向位置E上的外壳通道406具有更大的轴向宽度430，这个宽度通常比预先制成的拨动片422的宽度大一个宽度D3，D3大约是0.009英寸。最后，在轴向位置F上的外壳通道406一般具有最大的轴向宽度443，这个宽度通常比预先制成的拨动片422的宽度大一个宽度D4，D4大约是0.015英寸。
虽然外壳通道406的近壁434通常与柱塞通道418的近壁436对准，然而，外壳通道406的远壁438比柱塞通道418的远壁440更靠近，或更远离柱塞尾部412。因此，在能剪切的拨动片部分442的前方留下了轴向宽度为D1-D4的间隙。
在装配锁400时，柱塞408沿着中心轴线424插入外壳402的内部腔室404中，使得上述外壳通道406和柱塞通道418对准，形成间隙444，以便在外壳402和柱塞408的柱塞凸缘410只见产生剪切距离446。与上述实施例中相同，将拨动片422插入对准了的柱塞和外壳通道406和418中。然后，迫使柱塞408沿轴向进入外壳402的距离达到剪切距离446，剪切拨动片422并封闭外壳402和柱塞凸缘410之间的间隙444。对于位于不同轴向距离C-F上的拨动片422来说，为剪切各插入外壳与柱塞通道406和418之间的拨动片422所需要的剪切距离各不相同。因此，为剪切位置C上的拨动片422，上述柱塞所移动的距离必须大于D1，为剪切位置D上的拨动片422，上述柱塞所移动的距离必须大于D2，为剪切位置E上的拨动片422，上述柱塞所移动的距离必须大于D3，为剪切位置F上的拨动片422，上述柱塞所移动的距离必须大于D4。结果，在位置C上的两块拨动片422首先剪切。然后剪切在位置D上的两块拨动片422，再往后剪切位置E上的拨动片422，最后剪切在位置F上的拨动片422。因此，外壳402的结构形状减小了为剪切这些拨动片422所需要的力，这个力小于在某一时刻同时剪切所有拨动片422所需要的力，或者，至少这些在各个不同位置上的拨动片是在处于某一时刻的不同剪切阶段剪切的。因此，这些拨动片422的剪切是错开时间的。为剪切这些拨动片422所需要的最大的力是所有这些拨动片422同时剪切时所需要的最大的力的七分之二。
如果使外壳通道的尺寸相等，但互相之间隔开的距离不相等，也能获得同样的效果。把外壳通道406的远壁438布置在离开拨动片422不同的距离上，将保证不在同时剪切构成各拨动片422上的能剪切的部分442的全部材料，减小为形成柱塞部分448所需要的剪切力。
本发明的另一个实施例示于图23和24。为清楚起见，把保持套筒拆下来了。图23中，锁500有一个前部502，一个后部504和一根中心轴线506。锁500还有分别带有沿轴向布置的许多外壳通道513和柱塞通道514的外壳510和柱塞512。外壳通道513穿过外壳510，形成外壳剪切壁515。而柱塞通道514则穿过柱塞512，在两者之间的界面上形成剪切壁516。此外，各外壳通道513具有位置朝向锁500的前部502的外壳前壁516，和位置朝向锁500的后部504的外壳后壁518。同样，柱塞通道514具有位置朝向锁500的前部502的柱塞前壁519，和位置朝向锁500的后部504的柱塞后壁521。
拨动片520插入上述通道513和514内。各拨动片520都有一条朝向上述锁500的前部502的前侧边或剪切表面522，以及一条朝向后部504的后侧边或剪切表面524。这些前、后侧边522和524形成了拨动片520的剪切部分。在前述实施例的图中的柱塞和外壳通道的壁是互相平行的，并且基本上垂直于锁的纵轴线。相反，外壳通道513的后壁518则与锁500的纵轴线506形成一个剪切角526。同样，柱塞通道514的后壁519与上述纵轴线506也形成同样的剪切角526。上述剪切角526通常小于20度，更好一些是小于15度。最好，剪切角526在5度左右。
各拨动片520都有一个第一端部528和一个第二端部530，其中，第一端部528的位置比第二端部530更靠近外壳和柱塞通道513和514的后壁518和521。
锁500的通道514的位置是这样布置的，即，当从锁500的后部504向前部502在柱塞512上施加一个方向与中心轴线506平行的轴向剪切力时，前壁516和519便开始逐渐与拨动片520的第一侧边522接触，于是拨动片520就被推向后壁518和521，此时拨动片520的横断面就从第一端部528到第二端部530被横向剪切。上述带角度的后壁518和521基本上把第一端部528固定住，并容许拨动片520逐渐移动，使得只有第二端部530能向着后壁518和521转动。这种剪切一直进行到拨动片520的整个横向表面被剪断。因此，拨动片520的剪切从第一端部528进行到第二端部530，沿着侧面跨越拨动片520。由于前壁516和519与拨动片520的接触并不是同时在任何点上都与拨动片520的整个表面接触，所以剪切拨动片520所需要的剪切力，要比剪切外壳和柱塞通道具有平行的前壁和后壁的实施例中的拨动片的剪切力小。
此外，大约后壁518和521的一半的角度向第一侧面方向倾斜，而后壁518和521的另一半的角度则向相反的侧面方向倾斜。这种带角度的通道513和514的最后的效果是，上述后壁518和521要使得柱塞512向一个方向扭转，增大了拨动片520抵抗方向相反的后壁518和521的力量。因此，通道513和514的后壁518和521的横方向的朝向通常沿轴向是交错的，以防止柱塞512的前部502向一个方向扭转，而后部504又向另一个方向扭转，从而能在剪切过程中将锁500稳定住。
图25和26表示可用于安装加载状态下的锁具，并施加为剪切拨动片所需的剪切力的设备。这种剪切设备600有一个夹具602，该夹具可以是一把板手，上面带有一个锁夹持器604，这个夹持器带有基本上呈半圆形的夹持凹槽606，用于容纳连接在夹具上的锁100和柱塞608，以便相对于夹持器604转动。带有外壳102、柱塞108、钥匙116和放置在外壳102和柱塞108内部的未剪切的拨动片122，并且处于加载状态的锁100可以放置在上述夹持器604的夹持凹槽606内。锁100放置在夹持器604内，借助于把夹持器插入并靠压在外壳102的周围凹槽610的壁上，使得凹槽610的壁压住夹持器的凹槽606，而柱塞608则靠压在柱塞凸缘110的外表面上。
当剪切拨动片122时，处于加载状态并带有剪切间隙150的锁100，包括外壳102、柱塞108、钥匙116和拨动片122，放置在锁夹持器604中，并使剪切间隙150处于圆周凹槽610与柱塞凸缘110之间。通过使柱塞608向着夹持凹槽606转动，可在锁100上施加一个力，而柱塞凸缘110则被迫沿着轴向向圆周凹槽610移动，有效地封闭了间隙150并剪切拨动片122。拨动片122剪切下来之后，松开柱塞608，于是现在与钥匙116相配的锁100就能通过使夹持器604滑出凹槽610而从上述剪切设备600上卸下来。
实例下面，参照下列非限制性的实例，说明以上所描述的按照本发明制成的锁的各个方面。这些实例只是为了说明本发明的优选实施例中的一个实例，而并不是用来限制本发明，本发明的范围应该由附后的本申请的权利要求书来确定。这些实例说明了以上所描述的若干方式，其中，为剪切拨动片所需的总剪切力减小到了最小，同时，把拨动片的总扭转强度增大到最大，以保持锁所必须的安全程度。
表1列出了如图5和6中所示的，具有在拨动片的侧向表面上冲压出弧形凹槽的拨动片，和基本上呈圆筒形的柱塞的锁的试验结果。表2则列出了具有如图18和19中所示的，在拨动片的侧向表面上冲压出基本上为直线形的凹槽的拨动片，和具有如图20和21所示的，在整个柱塞通道的开口上具有相应的直的或扁平的表面的柱塞的锁的试验结果。其它共同的参数为，外壳在其内部腔室处的内径为0.686英寸，以及柱塞的外径为0.680英寸，形成了一个0.006英寸的外壳与柱塞的剪切区。所测试的拨动片是用淬硬后的黄铜制成的，其凹槽的深度为0.004英寸。柱塞和外壳都用镀锌的钢板制成。除了在拨动片上冲压出来的凹槽的形状之外，各种不同的参数包括如图19中所示的拨动片315的外部厚度，以及如图23中所示的后壁518和521的剪切表面与拨动片的后面524之间的剪切接触角526。测试了外部厚度为0.012和0.005英寸的拨动片。还测试了如图23中所示的0度、4度和8度的剪切角526。
在测试中测量了把拨动片剪切成锁能用一把特定的钥匙操作的结构所需要的剪切力。这些测试还测量了拨动片对抗这许多通道的操作部分的扭转强度，这个扭转强度与拨动片处于锁定位置，迫使柱塞在外壳内转动时拨动片所能承受的扭转强度相对应。如前所述，一般希望把拨动片的扭转强度做得最大，而同时又使得制造一把能与任何插入的钥匙相配的锁所需要的轴向剪切力为最小。
表1弧形凹槽
表2直线凹槽
总的说来，这两个表显示，厚度为0.012英寸的拨动片所需要的总剪切力大于厚度为0.005英寸的拨动片的总剪切力。拨动片的最大扭转强度，或者拨动片在失效之前所能够承受的，施加在外壳与柱塞之间的最大旋转扭矩，对于具有弧形凹槽的拨动片来说，两种厚度之间的变化，要比具有直线凹槽的拨动片更加显著。一把具有开了弧形凹槽的拨动片，并且在各通道与拨动片之间具有带角度的接触表面的锁，所需要的剪切拨动片的总剪切力，要小于在各通道与拨动片之间不是带角度的接触表面的锁。借助于在剪切过程中的任何时刻减小了各通道与拨动片之间的接触表面，为剪切所需要的总的剪切力显著降低了。同样，一把具有开了直线凹槽的拨动片和代角度的接触表面的锁，所需要的剪切拨动片的总剪切力，只是剪切接触表面不带角度的锁所需要的总剪切力的43％。最值得注意的是，一把拨动片厚度为0.005，各通道与拨动片之间的剪切接触角度为8度的锁，所需要的剪切力，只是一把具有同样的拨动片，但剪切的接触表面不带角度的锁的剪切力的24％，并且同时保持相同的拨动片扭转强度。
应该理解，本技术领域的技术人员可以设计出大量的改进型和实施方式。然而，本申请中的权利要求书覆盖了所有这些落入本发明的构思范围内的改进型和实施方式。
权利要求
1.一种具有一条纵轴线的锁，它包括下列各部分(a)一个具有一内部腔室的外壳；(b)一个容纳在上述内部腔室中，能在其中旋转的柱塞，该柱塞中还形成一条其轮廓可容纳一把预先选定的钥匙的钥匙槽；以及(c)许多拨动片，每一块拨动片都有(1)一个沿着上述轴线并在上述柱塞内部设置在第一轴线位置上的柱塞部分，其中，该柱塞沿着径向向外弹性地压向一个锁定的径向位置，并且与上述钥匙槽协同工作，使得上述插入该钥匙槽中的预先选定的钥匙把上述柱塞部分定位在非锁定的径向位置上；以及(2)一个沿着上述轴线并在上述外壳内部设置在第二轴线位置上的外壳部分，其中，上述第二轴线位置在轴线方向上与上述第一轴线位置隔开距离。
2.如权利要求1所述的锁，其特征在于，上述拨动片的外壳部分和柱塞部分，是在上述柱塞和上述外壳之间的一个位置上，可按照下述方式剪切开来的单独一块拨动片的若干部分(a)当上述柱塞部分处于上述锁定的径向位置时，上述柱塞部分的位置在轴向不与上述外壳部分对准，并且，该柱塞部分处于与上述外壳的一个交界位置上，以限制上述柱塞在上述外壳内部的相对旋转；以及(b)当上述柱塞部分处于非锁定的径向位置时，上述柱塞部分处于与上述外壳的非交界位置上，以便让该柱塞能在该外壳内旋转。
3.如权利要求2所述的锁，其特征在于，(a)在上述柱塞中，在沿着轴向隔开距离的位置上设置了许多上述拨动片的柱塞部分，并被从该柱塞向外推压；以及(b)上述外壳还包括一个外部表面，和许多沿着径向从上述内部腔室向上述外部表面延伸的通道，用于容纳上述许多拨动片的外壳部分。
4.如权利要求3所述的锁，其特征在于，上述外壳还包括至少一条从上述内部腔室延伸到上述外部表面的第一锁定沟槽，用于在上述锁定位置上与上述拨动片的柱塞部分啮合。
5.一种锁，它包括下列各部分(a)一个圆筒形柱塞，它有一条钥匙槽，用于容纳一把预先选定的钥匙；以及(b)许多能容纳在上述柱塞内，并能其中沿着径向运动的拨动片；以及(c)一个具有内部腔室和外部表面的外壳，它还有许多沿径向把上述内部腔室与外部表面连接起来的通道，以便容纳上述拨动片；其特征在于，上述柱塞能沿着轴线容纳在上述内部腔室中，并能绕着一根旋转轴线转动，并且上述拨动片能容纳在上述通道内，以便在加载位置上插入上述柱塞内。
6.如权利要求5所述的锁，其特征在于，上述柱塞和上述外壳的内部腔室形成了一个剪切区，使得当柱塞与外壳以一个预先选定的轴向剪切力沿着轴向互相靠压时，上述拨动片在这两者之间被剪切成具有一个柱塞部分和一个外壳部分的操作位置，当处于非锁定位置时，上述在操作状态中的拨动片的柱塞部分能让上述柱塞在上述外壳内转动，而当处于锁定位置时，则与上述外壳连接，以限制柱塞的相对转动。
7.如权利要求6所述的锁，其特征在于，各拨动片都有许多减弱区，相对于该拨动片的其余部分，这些减弱区的强度较弱，当上述预先选定的钥匙插入上述钥匙槽内时，上述减弱区中的一个处于上述加载位置的上述剪切区内。
8.如权利要求7所述的锁，其特征在于，(a)上述拨动片还包括由侧边连接的两个相反的面，使得上述减弱区以预定的形状沿横向延伸越过这两个相反的面；以及(b)上述柱塞有一个与上述拨动片的柱塞部分协同工作的剪切边缘，并且形成在整体上具有上述预定形状的外轮廓，以便在施加上述轴向剪切力时支承上述柱塞部分。
9.如权利要求8所述的锁，其特征在于，上述预定的形状是弧形。
10.如权利要求8所述的锁，其特征在于，上述预定的形状基本上呈直线。
11.如权利要求6所述的锁，其特征在于，它还包括一个设置在上述柱塞内部的弹簧，用于对拨动片沿径向从柱塞向外、向着上述锁定位置加压。
12.如权利要求11所述的锁，其特征在于，上述这些拨动片都能在上述柱塞内，相对于上述柱塞沿着不同的径向移动。
13.如权利要求6所述的锁，其特征在于，上述外壳上还有一条围绕着它的外部圆周延伸的凹槽，以便与施加上述预定的剪切力的工具啮合。
14.如权利要求5所述的锁，其特征在于，它还包括一个可围绕着上述外壳的外部安装在覆盖住上述这些通道的位置上的保持套筒，以便使这些拨动片保持在通道内。
15.如权利要求14所述的锁，其特征在于，上述保持套筒上有能与上述通道对准的套筒窄槽，以便将这些拨动片通过这些窄槽装入柱塞内。
16.如权利要求15所述的锁，其特征在于，(a)第一和第二外壳通道沿着上述锁的纵轴线在轴向隔开距离；(b)第一和第二套筒窄槽绕着上述轴线错开一个角度，使得上述套筒能在上述外壳中定位在下列位置(1)第一加载位置，在该位置上，上述第一套筒窄槽沿径向与上述第一外壳通道对准，而第二套筒窄槽则不与所有的第二外壳通道对准；以及(2)第二加载位置，在该位置上，上述第二套筒窄槽沿轴向与上述第二外壳通道对准，而第一套筒窄槽则不与所有的第一外壳通道对准，当各套筒窄槽和相应的外壳通道对准时，能让上述一片拨动片插入其中。
17.一种具有一根纵轴线的锁，它包括下列各部分(a)一个外壳，它包括一个内部腔室和许多外壳通道，这些外壳通道具有在垂直于上述纵轴线方向延伸的两道相对的侧外壳壁；(b)一个柱塞，它有一条钥匙槽，而且能容纳在上述内部腔室中沿着轴向滑动，它还有许多柱塞通道，这些柱塞通道具有沿径向与上述外壳通道对准的、相对的侧柱塞壁；(c)一块设置在上述各对准的外壳和柱塞通道中，并且与上述钥匙槽协同工作的拨动片，使得一把插入上述钥匙槽内的预先选定的钥匙能使这些拨动片位于非锁定的径向位置上，各拨动片具有下列各部分(1)一个柱塞部分，它有一个朝向上述相对的侧外壳壁和侧柱塞壁中之一的第一剪切表面，所有柱塞部分的第一剪切表面共同构成集合的第一剪切表面，以及(2)一个外壳部分，它有一个朝向上述相对的另一个侧外壳壁和侧柱塞壁的第二剪切表面，所有柱塞部分的第二剪切表面共同构成集合的第二剪切表面；以及(d)上述拨动片的外壳部分在成形前的结构中是连接在上述柱塞部分上的，而当将上述柱塞的一道壁沿着轴向，以预定的轴向剪切力压向外壳的相对的壁时，能将该外壳部分从上述拨动片的柱塞部分上剪切下来，成为成形后的结构；以及(e)其中，上述外壳和柱塞的相对的壁与上述拨动片协同工作，以便在剪切拨动片时，在施加上述预先选定的轴向剪切力的过程中，逐渐地与上述总的，集合的第一或第二表面接触。
18.如权利要求17所述的锁组合，其特征在于，各柱塞和外壳通道的朝向与施加在上述第一集合剪切表面上的轴向剪切力的方向相反的壁，都与各柱塞和外壳通道的相反的那一道壁成尖锐的剪切角。
19.如权利要求18所述的锁组合，其特征在于，上述尖锐的剪切角在2～15度之间。
20.如权利要求17所述的锁组合，其特征在于，各柱塞和外壳通道的朝向与施加在上述第一集合剪切表面上的轴向剪切力的方向相反的壁，都与这些拨动片成尖锐的剪切角。
21.如权利要求17所述的锁组合，其特征在于，上述第一外壳通道的相对的侧外壳壁沿轴向互相隔开一个第一距离，而上述第二外壳通道的相对的侧外壳壁沿轴向互相隔开一个与上述第一距离不同的第二距离。
22.如权利要求21所述的锁组合，其特征在于，上述处于成形后的结构的拨动片的柱塞部分布置在下列位置上(a)一个非锁定位置，它能让柱塞在外壳内转动；以及(b)一个与上述外壳连接的锁定位置，以限制上述柱塞在外壳内的相对转动。
23.一种用于制造锁的方法，它包括下列各步骤(a)把至少一块拨动片装入一个位于外壳的内部腔室中的柱塞中，使得这块拨动片能沿径向在非锁定和锁定位置之间相对于该柱塞移动；以及(b)通过施加轴向剪切力，使上述柱塞沿轴向相对于上述外壳移动到一个位置，在该位置上，上述柱塞部分和外壳部分互相不对准，把上述拨动片剪切成一个柱塞部分和一个外壳部分，并且在非锁定位置上的柱塞部分能让柱塞与外壳之间作旋转运动，而在锁定位置上则与外壳连接，限制了上述旋转运动。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，它还包括通过外壳的径向通道将拨动片插入柱塞内。
25.如权利要求23所述的方法，其特征在于，(a)装入至少一块拨动片包括装入带有朝向上述柱塞壁和外壳壁的表面的第一和第二拨动片；以及(b)上述拨动片的剪切是在上述柱塞相对于外壳运动的过程中逐渐进行的，在一个时间里，上述第一和第二拨动片的表面与外壳壁接触的数量少于其集合的总数。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，上述拨动片的剪切包括迫使拨动片对着一道剪切壁移动，这道剪切壁设置成与上述拨动片成一个角度。
27.如权利要求25所述的方法，其特征在于，上述拨动片的剪切包括在整体上顺序剪切上述第一和第二拨动片。
28.一种制造锁的方法，它包括下列步骤(a)在一个外壳中插入一个能转动的柱塞，这个柱塞具有第一和第二柱塞通道，而上述外壳具有第一和第二外壳通道；(b)沿径向把上述柱塞的第一和第二通道与上述外壳的第一和第二通道对准；(c)把一个套筒围绕在上述外壳上，这个套筒上有第一和第二窄槽；(d)使套筒的第一窄槽与上述第一通道对准；(e)通过上述第一窄槽和通道插入一块拨动片；(f)借助于移动上述套筒堵住上述第一通道，并使第一窄槽与第一通道错开；(g)使套筒的第二窄槽与上述第二通道对准；(h)通过上述第二窄槽和通道插入一块第二拨动片；以及(i)把上述套筒移动到第一和第二通道被盖住的位置。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，当而上述第二窄槽与上述第二通道对准时，上述第一窄槽与上述第一通道错开，并且，当上述第一窄槽与上述第一通道对准时，上述第二窄槽与上述第二通道错开。
全文摘要
一种锁(100)和一种制造这种锁(100)的方法。锁(100)包括一个带有内部腔室(104)的外壳(102);一个容纳在内部腔室(104)内,能够在其中旋转和沿轴向滑动的柱塞(108),该柱塞还有一条其形状能容纳一把预先选定的钥匙(116)的钥匙槽(114);以及一块能插入上述柱塞(108)内的拨动片(122)。拨动片(122)有一个柱塞部分,该柱塞部分设置在柱塞内部的第一轴向位置上,并且弹性地向外向着锁定的径向位置靠压,并且与钥匙槽(114)协同工作,使得插入钥匙槽(114)内的,预先选定的钥匙(116)能将上述拨动片(122)定位在非锁定位置上。拨动片还有一个外壳部分,该外壳部分设置在外壳(102)中的第二轴向位置上,其中,上述的轴向位置沿轴向与第一轴向位置隔开距离。上述外壳(102)、柱塞(108)和拨动片(122)的形状是这样设计的,即,当柱塞(108)与外壳(102)被迫沿轴向作相对运动时,拨动片(122)在柱塞(108)与外壳(102)之间被剪切开来。
文档编号E05B29/04GK1349582SQ00807113
公开日2002年5月15日 申请日期2000年2月29日 优先权日1999年3月3日
发明者S·A·范特尔 申请人:总锁公司