用于螺丝刀及其类似物的快速连接夹头机构的制作方法

本发明涉及一种快速更换工具钻头的夹持器，其可以通过使用楔形元件在工具钻头外部轮廓固定工具钻头。该快速更换夹持器的锁定方法能够将工具钻头基本上“无晃动”(no-play)的锁定。该楔形元件在工具夹持器的主体内沿着引导角度的通道移动，该通道与工具夹持器的中心轴形成自锁定锐角。

本发明通常可用于标准六角形钻头。然而，本发明可以容易地适用于具有任何多边形横截面的钻头，例如方形钻头，以及具有非多边形横截面的钻头，例如具有两个平面和两个圆弧形面的卵形(ovaloid)截面钻头，或者具有三个平面和三个圆弧形面的三中心形钻头。在一般情况下，本发明可适于实际上任何非圆形横截面的钻头。市场上的典型的快速更换的工具钻头夹持器使用某种锁定装置，其与工具钻头六角柄部的一个ANSI B 107.4-1982或一个ASME B107.600-2008(B107.26)的周向槽锁定，从而限制该工具柄的轴向自由度。

由于工具钻头的周向槽的固有特征，在任何一种情况下，锁定机构是一个二进制的性质，这意味着是要么打开或关闭，抓起或释放，锁定或解除锁定等。由于这些工具夹持器装置的允许公差，加上制造钻头工具的允许公差，导致工具钻头和工具夹持器的轴向和周向过大的间隙。技术人员或喜欢自己动手的人习惯使用固定的螺丝刀或直接将钻头撵到一个手持电钻上，他们非常不喜欢上述快速更换工具夹持器所具有的马虎功能(sloppy function)。

发明概述

本发明所提供的快速更换工具夹持器提供工具头快速互换功能而不影响固定夹头的感觉，通过对工具钻头提供基本没有晃动(substantially no-play)的夹持。该设计是基于至少一定角度通道引导锁定元件，该通道与钻头夹持器的中心轴线形成一个自锁定锐角A，这个锁定元件充当工具钻头的外表面的一个楔子，从而将工具钻头的轴向和径向自由度锁定。

为更清楚理解本发明，下面结合附图举例详细说明其优选实施例。本发明的进一步的细节将在以下结合附图的详细说明予以说明而变得明显，其仅作为示例。

附图说明

下面将参考附图，以示例的方式详细描述本发明的实施方式。

图1是本发明的第一实施例的侧剖视图，其使用一个弹簧加载套筒致动的销，插入的工具钻头同时显示；

图2A是对应于图1的剖视图，但未插入工具钻头；

图2B是对应于图2A的端视图；

图3A是对应于图1和2A的90度顶视图；

图3B是对应于图3A的端视图；

图4A显示图1至3B的套筒和销的立体图；

图4B是对应于图4A的分解透视图；

图5是本发明的第二实施例的侧剖视图，其使用一个由弹簧加载套筒致动的销和滚子，锁定的工具钻头同时示出；

图6A是对应于图5的剖视图，该示出装置中未插入工具钻头；

图6B是对应于图6A的端视图；

图7A是对应于图5和6A的90度顶视图；

图7B是对应于图7A的端视图；

图8显示图5至7A的套筒，销和滚子的立体图；

图9是本发明非常类似于第二实施例的第三实施例的侧剖视图，但工具夹持器主体由两块组成；

图10A是本发明的第四实施例的侧剖视图，非常类似于前面的例子，但使用一球；

图10B是一个侧剖视图，其机理与图10A相同，简单地示出了用于所有实施例的锁定不依赖于工具钻头的周向槽；

图11是本发明的第五实施例的侧剖视图，使用球保持器和由一弹簧加载套筒致动的球，该示出装置中插入工具钻头；

图12A是对应于图11的剖视图，未显示工具钻头；

图12B是对应于图12A的端视图；

图13A是图11和12A的在90度俯视图；

图13B是对应于图13A的端视图；

图14显示图11至13A的套筒，球保持器和球的透视图；

图15A是本发明第六实施例的侧剖视图，其中，该套筒被放置在本体/壳体的开口端的前面，示出装置中插入工具钻头；

图15B是对应于图15A的端视图；

图16A是本发明的第七实施例的侧剖视图，示出了两个相对的钻头锁定元件，其中的一个在一个方向而另一个在相反的方向作用；

图16B是对应于图16A的端视图；

图16C是本发明的第七实施例的侧剖视图，示出了套筒由夹持器向前移动；

图16D是第七实施例的侧剖视图，示出了套筒向后移动；

图17A是本发明的第八实施例的侧剖视图，使用弹簧加载的凸轮；

图17B是对应于图17A的详细视图；

图18是侧剖视图，显示插入工具钻头；

图19是表示工具钻头锁定就位侧剖视图；

图20是本发明第九实施例的侧剖视图，其中在可滑动套筒的内径提供一个楔形部分；

图21是一个相应的视图，示出了一个插入的工具钻头；

图22是一个相应的视图，示出工具钻头被锁定在适当位置；

图23是本发明的第十实施例的侧剖视图，类似于第九实施例，但具有一弹簧加载柱塞，其能够在锁定机构释放时，将工具钻头推出；

图24是一个相应的视图，示出了工具钻头完全插入；

图25是相应的视图，示出了被推向前的套环和被推出的钻头；

图26是本发明实施例的机构与典型螺丝刀柄组合的一个例子的侧剖视图；

图27是表示彼此120度偏移的三个锁定机构的端视图；

图28是表示彼此180度偏移的两个锁定机构的端视图；

图29是表示由彼此120度偏移的两个锁定机构的端视图；

图30显示一个由三中心形钻头的和钻头夹横截面端视图，即三中心面(tri-centric)；和

图31是另一替代实施例的钻头和钻头夹持器的横截面端视图，即为卵形(ovaloid)。

详细说明

图1-图4B示出了本发明的第一个实施例。钻头夹持器10的主体具有一个柄部11和一个钻头接受端12，该接收端12具有与工具钻头30的轮廓相匹配钻头接收盲孔13，通常是六角形的轮廓。但是如上所述，本发明可适用于与基本上任何非圆形横截面的钻头的使用。柄11通常被安装在例如螺丝刀柄上，如图26所示。

至少一个销15，优选但不限定为便于制造的圆柱形，用作锁定元件。在附图和整个说明书中，以方便起见，通常只描述了一个锁定元件，但是，为了实现最大的“无晃动”(no-play)的性能，也应优选多于一个锁定元件。优选地，可使用三个锁定元件，以120度彼此隔开。

销15优选地具有半球形尖端16，并且在一定角度通道14内滑动，该通道14部分开放进钻头接受孔13，使得尖端16稍微伸入钻头接受孔13。如最能体现的图4A和4B所示，销15通过靠近销15端部的一个槽17和套筒内的开口17'被固定到可滑动的套筒20上。当销连接到套筒，销的端部坐落在开口内且开口的外部坐落在槽内从而将销固定在套筒上。

该通道14与工具夹持器的轴线偏移角度A优选在5至13度的范围内。过大的角度将过度增加机构的直径，并减少了锁定的有效性。相反，过小的角度增加机构的长度，并最终也降低了解锁的有效性。

套筒20通过一个弹簧21被压向工具夹持器的远端，即朝向钻头接受孔13的开口端，该弹簧21的一个平坦面对着套筒20，而另一面是对着一个止动环22，该止动环22坐落在主体10的轴向凹槽内，止动环22被坐落在本体10的一个孔内的锁定环23保持。套筒20沿轴向滑动导致元件15沿着通道14在本体内成一定角度滑动。

当工具钻头30被轴向地插入到工具钻头接受孔13，它与元件15的前端16接合，推元件15，进而推动套筒20朝向柄部11，工具钻头30的插入继续时，元件15被完全压出工具接受孔13，前端16与钻头30的外表面31接触，直到该钻头停止在接受孔13的终端部，由于弹簧压紧，所述元件15的尖端16推动工具钻头30的外表面31，导致钻头30被楔入和夹紧在钻头接受孔13内。任何努力将工具钻头拉出工具接收孔13的力仅进一步收紧的工具头的抓紧力。这种锁定方式确保工具安装在夹持器内工具“无晃动”。为了释放该工具钻头30，套筒20必须朝向主体10的柄部11被拉回，克服弹簧21的力，从而从表面31撤回前端16，因此，释放工具钻头30。

如图2A所示，角度通道与钻头夹持器的中心轴线成锐角“A”。优选地，为使销16和工具钻头30之间的压紧力能够更有效防止工具钻头30在工具钻头接受孔13中轴向运动，所述锐角“A”是小于20度，优选小于15度。在附图中，10度的优选角度被示出。

本发明的第二个实施例示于图5-8。其机理与图1-4B的基本相同，不同之处在于，滑动元件15具有用于替换销15的尖端16的自由转动辊18，这在图8中可最清楚地看到。

图9示出了本发明第三个实施例，这是在第一和第二实施例基础上略加修改所得。在本例中，为锁定元件的角度通道被部分形成在主体10的端部12的槽内和部分形成在压紧安装在段12部分的同轴套环40内，采用这种分割结构使得制造过程中能够更方便接近该引导通道，以产生一个具有较少摩擦的抛光表面。

图10A和10B示出本发明的第四个实施例，其中该工具头锁定元件是角度通道14内的位于销15的远端的球形球42，该工具头的锁定功能与前面所描述的本发明实施例相同。

图10B与图10A类似，除了它示出了本发明不仅可以使用在近端附近具有一个常规圆周槽43的钻头(图10A)，也可用于不具有该槽的钻头。

图11-14显示了本发明第五个实施例，其类似于本发明的第四实施例(图10A和10B)。在本实施例中，锁定元件是球形球42，但它被从套筒20延伸出的钩部24固定，可由图14最清楚的显示。

图15A和15B示出了本发明的第六个实施例，它是第五实施例(图11-14)的变体。在该第六实施例中，套筒20被放置在本体/壳体开口端的前面。锁定功能与前面实施例是一样的，但在这种情况下，为释放该钻头，套筒的运动是将球42从其锁定位置推开，而不是拉远球42。

图16A和16B示出了本发明第七个实施例，这是第六实施例(图15A和15B)的增强版。在这种增强版中，钻头可由一个双向压紧滑动套筒20从两个轴向锁定。一个锁定元件42锁定钻头的一个方向的运动，而另一锁定元件42’锁定钻头的另一个方向的运动。这些锁定元件的操作可以为在一个时间释放一个方向的钻头锁定。套筒20的延伸锚定部24具有敞开的槽和另一个封闭槽锚固锁定元件。

图16C示出了套管20由工具夹持器向前推动。套筒的这种向前推动动迫使锁定元件42'从一定角度远离工具钻头，从而释放工具钻头并将工具钻头被推向盲孔更深处。图16D示出套筒20被向后推，移动所述锁定元件42而远离工具头，因此，释放工具头，从而能够被从工具夹持器内取出。

图17A-19示出第八实施例，其为稍微不同的实施例，其中工具头锁定元件为至少一个可旋转的偏心凸轮44，该凸轮被一个弹簧45轻轻压向逆时针方向。点“B”是偏心凸轮45周面最高点，而点“C”是周面最低点。可滑动套筒20被强烈压向工具头插入工具头接受孔13的开口端，保持偏心凸轮44顺时针方向推压，使得最高点“B”延伸到工具头接受孔13内。当工具钻头30被插入夹持器的匹配工具头接受孔13中，偏心凸轮44推入逆时针转动，直到它位于工具钻头表面31上，同时推压该套筒26背面克服其偏压。因此，凸轮44作为一个旋转楔子夹紧工具夹持器的工具接受孔13内工具钻头30。任何试图拉出工具钻头的力只会促使偏心凸轮44顺时针方向转动，从而进一步加强了对工具头的抓紧力。为了松开工具头，套筒26必须克服克服弹簧压力被轴向拉回，从而使凸轮44逆时针转动，从而释放对工具头的夹紧力。

图20-22示出了第九实施例，其中锲形部件50设置在一滑动套筒52的内径，该套筒被偏压朝向工具夹持器的柄。可滑动楔的轴向偏压导致坐在主体上的径向孔54内的锁定元件42的径向运动，该孔与在夹持器主体的工具头接受凹部13连通。套筒52被压在弹簧的偏压，朝工具夹持器的前端的工具头插入到接受钻头接受孔13，一旦该工具头被完全插入时，该套筒被释放，导致工具钻头由于锁定元件的径向力而锁定。为释放钻头30，向前推动套筒。

图23-25显示本发明的第十实施例，其类似于第九实施例(图20-22)。这第十个实例提供了插入工具头30的自动锁定。为释放钻头30，套筒52被推动以克服弹簧压力，导致径向力离开锁定元件42，使得该工具钻头被一个弹簧加载的柱塞56推出。图24示出一个工具钻头完全插入状态，而图25示出套筒被推进和钻头被推出。

为了清楚和简单起见，其中大多数附图没有显示安装机构。然而，通常和典型的应用是安装在螺丝刀(钻头驱动)手柄的机制。图26是一个侧向横截面图示出了根据本发明的机构安装在一个典型的螺丝刀/钻头驱动(bitdriver)手柄100上。显然本发明所描述的任何一个实施例都可以被这样安装。

对于本领域技术人员而言，关于上述实施例的许多变化明显都属于本发明的保护范围内。因此，应当理解，限定本发明保护范围的权利要求并不限于上述具体实施例。可能的变化包括，例如，销的形状，连接性的结构和工具钻头轮廓形状。

为了说明的清楚起见，大多数的上述实施例示出了单个的锁定机构，对于大多数应用，一个单一的锁定机制可能就足够了。然而，还应当认识到，可以有一个以上的钻头锁定机构。例如，图27示出彼此在120度位置隔开的三个这样的机制，以接合六边形工具头的三个面。很显然，两个相对的机制也可以使用，如示于图28。图29表示另一实例，其中有两种机制，通过120度偏移。理论上可能有六个机制，但显然既不必要，也不现实。

还应该理解的是，虽然大多数附图中所示的工具钻头均为具有邻近工具钻头前端的常规圆周凹槽，但锁定不需要凹槽，这是本发明的一个优点，这与大多数现有技术的锁定机制不同。锁定装置，无论是销或辊子或球或其它，可接合工具钻头的平坦部分，使得槽不是必需的。参见图10B和图16A为没有槽的工具钻头的具体例子。然而，应当看到，在其它附图中，即使工具钻头确实有一个传统的槽，但该槽不接合。

还应该理解的是，如前所述，该工具钻头不必具有常规六边形横截面。其它非圆形横截面也可以使用，如在图30和31中所示(分别为三中心形Tri-centric和卵形Ovaloid)

对于本领域技术人员而言，进一步的可能变化也是显而易见或变得显而易见，均属于本发明下面的权利要求所限定的保护范围内。