专利名称：具有肘节连接杆机构的通用切断工具的制作方法
技术领域：
本发明总的来讲涉及切断工具。本发明特别涉及具有肘节连接杆机构的改进剪刀。
背景技术：
已经设计了各种切断工具，这些工具具有有益于使用者进行切断循环的杠杆作用机械增益。机械增益允许使用者用手切断硬的材料如薄板材。但是现有技术的工具中，当刀刃在切断操作过程中合聚时，各种机械联接在靠近切断工具刀刃末端损失相当大的机械增益。该机械增益的损失要求使用者施加更大的力以完成整个剪切行程全长的切断。因此该切断操作效率很低并对使用者有更高要求。
现有技术还具有其它缺点。特别是，切断手柄在切断操作中不可高于被切断材料，由此还妨碍了使用者。尽管普遍提供以偏置方式连接于切断刀刃的剪刀手柄，但是这样的设置使剪刀使用起来很不灵活。此外，手柄偏移刀刃的偏置位置使使用者损失了额外的机械增益，因为手不可能关于工具有效地定位而传递力。
发明内容
本发明总的目的是提供一种手工切断薄金属板及其它材料的有效的新工具，该工具在整个切断操作中为使用者提供很大的机械增益。本发明的另一目的是提供通过使用上述切断工具来切断薄金属板和其它材料的有效的新方法。
本发明的一个方面是将肘节连接杆机构结合到改进的切断工具中。该肘节机构在整个切断操作中向使用者提供便于切断的机械增益。该结构还简化了制造过程并延长了工具的使用寿命。
根据本发明的另一方面，还提供升高的手柄，使得在切断操作中，使用者的手高于切断表面并且远离被切断材料。当上钳部的切断刀刃实际与水平面成直线对准时，切断工具处于关闭位置，上下手柄高于上钳部。
根据本发明的另一方面，提供弯曲刀刃，该弯曲刀刃在切断过程中弯离被切断材料。弯曲刀刃还有助于使用者在整个切断行程中获得最大切断效率。
要求保护的本发明的一个实施例包括上手柄，上手柄具有上钳部、适于握紧的抓握部和使上钳部与抓握部连接的中间部。上钳部形成有刀刃部，并且上钳部位于抓握部前方。切断工具还包括下手柄，下手柄具有抓握部，其中下手柄以绕一手柄支枢点转动的方式连接上手柄。下手柄可以向着上手柄抓握部转动而由打开位置转动到关闭位置。下手柄还具有位于手柄支枢点前方的第一连接件支枢点。切断工具还包括下钳，下钳以绕一钳支枢点转动的方式连接上手柄上钳部。下钳还具有位于所述钳支枢点后方的第二连接件支枢点。下钳还具有刀刃部。切断工具还包括连接件，连接件以绕第一连接件支枢点转动的方式连接下手柄。连接件以绕第二连接件支枢点转动的方式连接下钳，使得向着上手柄抓握部拉动下手柄而移动连接件。则连接件使下钳的刀刃部向着上手柄刀刃部转动。当下手柄处于关闭位置时，手柄支枢点、第一连接件支枢点和第二连接件支枢点构成了一大体直线。
根据本发明另一方面，提供切断工具的第二实施例，其中该工具包括上手柄和钳，上手柄用于握持工具，钳以绕枢轴转动方式与手柄连接并包括与钳刚性连接的钳连接件。还提供用于施加力的装置，该装置与上手柄连接并包括与手柄刚性连接的手柄连接件。该实用工具还包括肘节作用力传递机构，由在钳连接件和手柄连接件之间延伸的中间连接件构成。施加给施力装置的力使中间连接件进行移动而远离上手柄。
本发明还提供一种使用者使用具有肘节连接杆机构的切断工具的方法。该机构包括步骤提供包括上手柄、下手柄、连接件和下钳的切断工具。上手柄以绕手柄支枢点转动的方式连接下手柄。连接件在第一连接件支枢点连接下手柄并在第二连接件支枢点连接下钳。下钳以绕枢轴转动的方式连接上手柄，下钳和上手柄形成两个刀刃。该方法的步骤还包括提供薄板材。当切断工具处于打开位置时将薄板材放置在切断工具的刀刃之间。通过绕手柄支枢点转动下手柄而向下手柄施力。当下手柄旋转时，连接件沿向下的方向移动，使得第一连接件支枢点、第二连接件支枢点和手柄支枢点构成一大体直线。转动下钳而使下手柄向着上刀刃移动，切断薄板材。
图1是本发明切断工具的立体图，所示的工具在完全打开和完全关闭位置之间；图2是图1中切断工具的立体分解视图；图3是以上图中所示切断工具的仰视图；图4是以上图中所示切断工具的俯视图；图5是以上图中所示切断工具处于关闭位置的部分侧剖视图；图6是以上图中所示切断工具处于打开位置的部分侧剖视图；图7是表示本发明切断工具处于打开位置实施例的连杆机构之间角度的示意图；图8是表示本发明切断工具处于关闭位置实施例的连杆机构之间角度的示意图；具体实施方式
图1至图8示出了手动切断薄板材的切断工具2的第一实施例。图2示出了切断工具2的分解视图，特别显示了该优选实施例每个部件是如何彼此相连接的。切断工具最好包括上手柄10、下手柄12、下钳16和中间连接件14。最好采用销20使上手柄10与下手柄12以绕支枢点18转动的方式连接。在连接中或在所述的任何连接中，还可以使用榫钉或螺钉。
如图2和图3所示，最好使销20穿过上手柄10中的孔24、手柄10连接件58中心的孔57和下手柄12的孔26。在该枢轴连接处，以及在本发明其它枢轴连接处，可以以可互换方式使用跨接型连接(bridge typeconnection)或偏置型连接(offset type connection)。图2示出了跨接型连接，其中销20穿过下手柄12，并且下手柄12的两相对表面受上手柄10的限制。图2还示出了通过下钳16和中间连接件14之间在支枢点90的枢轴连接的偏置型连接实例，如图所示，其中中间连接件14的仅一个表面受下钳16的限制。还可使用不具有偏置的重叠转动连接。
最好使用螺钉80和螺母82，使下钳16与上手柄10以绕钳支枢点36转动的方式连接。螺钉80穿过上手柄10中的孔38和下钳16的孔40。
上手柄10最好具有抓握部28、上钳部30和中间部32。抓握部28供使用者操纵切断工具2。抓握部28的形状设计成最大程度地防止其从使用者手中滑出，并且可以包含其它使使用者感觉舒适的人体工程学特征。抓握部最好覆盖有包含防滑成分并感觉柔软的合成橡胶。抓握部28还可具有凹坑34，以便进一步增强抓握性。抓握部28还可形成类似于在剪刀手柄上所见到的环或弧形(未示)。该环或弧形最好包括与抓握部28的远端连接。当使用者抓握切断工具2时，环或弧形的大小应该适应使用者的拇指、手指或手，而当连续切断循环后使用者将其手松开时，该环或弧形的操作应该有助于打开切断工具的手柄10、12。
上手柄10最好还包括位于抓握部28前部的上手柄10前端29上的上钳部30。上钳部30包括刀刃42，刀刃42最好具有用于接触并切断薄板材的锐利刀口43。刀刃42可以形成或加工在上钳部30上，或者刀刃42可以是单独的可移动件，以便使使用者方便地根据需要替换刀刃。中间部32在上钳部30和抓握部28之间延伸。
下手柄12最好包括近端抓握部46和位于抓握部46前面的远端手柄连接部48。在手柄连接部48处，下手柄12与上手柄10在手柄支枢点18以绕销20转动的方式相连。在手柄连接部48处，下手柄12还与中间连接件14在第一连接件支枢点44以绕销50转动的方式相连，在该连接中还可使用榫钉或螺钉。销50穿过下手柄12的孔51和中间连接件14的孔53。远端手柄连接部48形成一个在支枢点18和44之间延伸的手柄连接件47。第一连接件支枢点44位于手柄连接部48上的手柄支枢点18前面。
在远端手柄连接部48处，下手柄12具有彼此隔开的两平行翅形片52并形成容置槽。如图3和4所示，两凹槽54和中心连接件58设在上手柄10内，对应并容置手柄支枢点18处的下手柄翅形片52。这些凹槽54和中心连接件58使下手柄12在槽54内进行转动。槽54、中心连接件58和翅形片52的大小适合于在切断操作中最大程度减小下手柄12的横向移动。该结构在下手柄12和上手柄10之间建立平衡而持久的连接，加强切断工具的操作和延长其寿命。如图4和5所示，上手柄凹腔部56设置在手柄槽54前部。凹腔部56的大小适于使切断操作中手柄连接部48和中间连接件14在上手柄凹腔部56内的运动。
下手柄12作为对工具施加力的杠杆，由此使用者将手掌放置在上手柄10的抓握部28上部，用手指抓握下手柄12的抓握部46，并且挤压下手柄12以便向着上手柄10拉动下手柄12。下手柄12的抓握部46的形状可以设计成最大程度地防止其从使用者手中滑出，并可包含其它使使用者感觉舒适的人体工程学特征。本发明优选实施例包含覆盖有合成橡胶的抓握部46，该合成橡胶具有防滑性并形成使使用者感觉舒适的衬垫。抓握部46还可形成类似于上述剪刀手柄上的环或弧形。
如上所述，中间连接件14与下手柄12以绕第一连接件支枢点44转动的方式相连，并与下钳16以绕第二连接件支枢点90转动的方式相连。支枢点44和90分别位于连接件14的圆形远端60和61附近。连接件端60和翅形片52之间所具有的接触面大小适于防止中间连接件14在翅形片52之间进行横向运动。中间连接件14和下手柄12之间的该跨接型连接提供了平衡而且牢固的连接，从而提高切断工具耐久力。中间连接件14具有偏置部72，采用在第二支枢点90的销62，穿过中间连接件的孔64并穿过下钳的孔66而使偏置部72与下钳16相连。
下钳16以绕钳支枢点36转动的方式与上手柄10相连，并且以绕第二连接件支枢点90转动的方式与上中间连接件14相连。钳16的刀刃部向着支枢点36前面延伸。钳支枢点36在下钳上的位置处于下钳16上第二连接件支枢点90的位置的前方。如图5和图6所示，下钳16上的支枢点36和90限定形成钳连接件37。下钳16包括具有供切断用的锐利刀口69的刀刃68，刀口69向着支枢点36前面延伸。刀刃68可以形成或加工成下钳16，或者刀刃68可以是单独的可移动件，以便使使用者方便地根据需要替换刀刃。下钳16和上手柄10通过枢轴相连，使得下钳16以剪刀形方式向着上钳部30绕枢轴转动，上钳部30和下钳部16的刀刃42、68进行移动而彼此相靠近，切断刀刃42、68之间的薄板材。
图5和6分别示出了呈关闭状态和打开状态的切断工具2。在操作中，如图6所示，当向着上手柄10拉动下手柄12时，下手柄12的手柄连接部48最好绕手柄支枢点18转动，而支枢点44关于上手柄10向下移动。通过该移动，使中间连接件14由此向下移动。这在第一连接件支枢点44向下移动时形成了肘杆作用，支枢点90沿远离手柄支枢点18的方向移动，手柄支枢点18、第一连接件支枢点44和第二连接件支枢点90实际形成直线。当切断操作接近终止(钳30和16几乎完全关闭)时，手柄支枢点18、第一连接件支枢点44和第二连接件支枢点90接近180°，如图5所示，钳16和30上的力持续增大，在整个切断操作过程中都具有实际的机械增益。当第二连接件支枢点90沿远离手柄凹腔部56的方向移动时，中间连接件驱动下钳16后端92向下移动，引起下钳16绕钳支枢点36沿图示的瞬时针方向转动。下钳16的该旋转动作向着上钳的刀刃42以剪刀式动作推动下钳的刀刃68，切断插入在钳30、16之间的材料。
图6示出了处于打开位置的切断工具的部分侧剖视图。中间连接件14向着上手柄10升起并定位在凹腔部56内。手柄支枢点18、第一连接件支枢点44和第二连接件支枢点90该位置处于形成一角度。当切断工具处于打开位置时，该角度的范围为0至145°。图7所示的示意性线条图示出了切断工具2支枢点相对角度的实例。在该图中，点A表示钳支枢点36，点部B表示第二连接件支枢点90，点C表示第一连接件支枢点44，点D表示手柄支枢点18。直线BC的长度是Y，直线CD的长度(25/64)Y，线AB的长度(27/32)Y。在打开位置，线AB、BC和CD最好与水平方向分别成29.52°、69.78°和4.28°。最好表示为角θ的角ABC为139.47°。与角ABC相反的是角BCD。由角α表示的角BCD是114.5°的钝角，尽管角BCD在图7中是114.5°，但是最好角BCD的范围在0°和145°之间。
当切断工具处于关闭位置时，如图5所示，中间连接件14沿向下的肘节作用方向移动到远离上手柄10的位置。手柄支枢点18、第一连接件支枢点44和第二连接件支枢点90构成了实际的直线。图8中所示的示意性线条图示出了处于关闭位置的切断工具2部件相对角度的实例。线BC的长度为Y，线CD的长度25/64Y，线AB的长度27/32Y。在关闭位置，线AB、BC和CD最好与水平方向分别成10.00°、63.87°和59.28°。最好表示为角θ的角ABC为126.13°。当工具处于关闭位置时，表示为角α的角BCD构成了角度为175.41°大致直线。尽管角度BCD在图8中为175.41 °，但是角BCD的范围可以在145°和180°之间，但是最好不小于170°。
虽然优选了相对尺寸和角度，并且已经知道在本实施例中是最佳的，但是要指出的是，图7和图8所示的这些角度和长度仅是示例性的。本发明不限于其上述示意性线条图所示的结构和操作。本发明可以有采用不同角度和长度的其它实施例，这些角度和长度可具有本发明功能。
由于在切断操作中在切断工具上施加较高载荷，本发明的结构件应该由这样的材料制成，该材料具有足够刚度和强度以便承受薄板材如钢和铝的切断载荷。应该使用抗张强度不低于37ksi的工具钢或长玻璃填充尼龙(long glass filled nylon)。
本发明优选实施例还包括有助于在整个切断操作过程中提供机械增益的曲线切断刀刃42和68。上钳部刀刃42和下钳刀刃68沿刀刃长度弯离材料。最好上钳部刀刃42的弯曲半径为14英寸，所具有的圆弧角度为9.69°。下钳刀刃68弯曲半径为20英寸，所具有的弧形角度为6.34°。
在优选实施例中，上手柄和下手柄的抓握部28、46关于切断刀刃升高，使得当上钳部切断刀刃实际与切断表面平行时，使用者的手升高到切断表面以上，使用者的手离开被剪切的材料。该结构使得使用的切断工具2处于最佳切断位置，而保持使用者的手离开切断表面。在优选实施例中，当切断刀刃42实际与图6所示的水平面基本成直线时，上手柄28的角由此以大致43°延伸。当钳关闭而使下手柄46与上手柄28合在一起时，下手柄46也大致以该角度延伸。已经知道在30°和55°之间任何斜角具有相同的优点。
本发明的优选实施例还具有安全闭锁件，以便防止在不使用工具时下钳部无意中被打开。图2中示出了该安全闭锁件的实施例，包括带凸缘的柱76和可滑动鞍状件78，该带凸缘的柱76连接在上手柄10上而向着下手柄12延伸，可滑动鞍状件78连接于下手柄。当手柄处于关闭位置时，鞍状件78可以进行滑动，以便重叠带凸缘的柱76上的凸缘。由此限制手柄的向下运动和随之发生的下钳移动。
本发明还设置了贯穿下手柄12的孔79，可以放置带或环以便将切断工具悬挂在工作带或工具架上。
尽管已经说明了本发明优选实施例，但是应该明白本发明不限于此，可以作出多种不背离本发明的改进。本发明的范围由附加的权利要求限定，目的是包含由权利要求文字表示的所有装置或者其等同物。
权利要求
1.一种实用工具，所述工具包括用于握持工具的上手柄；钳，以绕枢轴转动方式与手柄连接，并包括刚性连接所述钳的钳连接件；用于施加力的装置，与上手柄连接，并包括刚性连接于所述手柄的手柄连接件；肘节作用力传递机构，由在所述钳连接件和所述手柄连接件之间延伸的中间连接件构成，其中施加给所述装置的力使中间连接件进行移动而远离所述上手柄。
2.如权利要求1所述的工具，其中所述钳和上手柄包括用于切断材料的刀刃，当力施加在用于施力的装置时，所述刀刃移动而彼此靠近。
3.如权利要求2所述的工具，其中当上手柄切断刀刃大体与水平面成直线时，上手柄由上手柄刀刃以范围在30°和55°之间的角度延伸。
4.一种用于切断薄板材的切断工具，所述工具包括上手柄，具有上钳部、适于握紧的抓握部和使上钳部与抓握部连接的中间部，所述上钳部具有刀刃部，并且所述上钳部位于所述抓握部前方；下手柄，具有抓握部，其中所述下手柄以绕手柄支枢点转动的方式连接上手柄，其中所述下手柄可以绕枢轴向着上手柄抓握部转动而由打开位置转动到关闭位置，所述下手柄还具有位于手柄支枢点前方的第一连接件支枢点；下钳，以绕钳支枢点转动的方式连接上手柄的上钳部；所述下钳具有位于所述钳支枢点后方的第二连接件支枢点，并且所述下钳具有刀刃部；以及连接件，以绕第一连接件支枢点转动的方式连接下手柄，所述连接件以绕第二连接件支枢点转动的方式连接下钳，使得向着上手柄抓握部拉动下手柄而移动所述连接件，则所述连接件就使下钳的刀刃部向着上手柄刀刃部转动，其中当下手柄处于关闭位置时，手柄支枢点、第一连接件支枢点和第二连接件支枢点构成了一大体直线。
5.如权利要求4所述的切割工具，其中当下手柄由打开位置移动到关闭位置时，连接件沿远离上手柄的方向移动。
6.如权利要求4所述的切割工具，其中当下手柄处于关闭位置时，手柄枢轴位置、第一连接件枢轴位置和第二连接件枢轴位置构成不小于170°的角。
7.如权利要求4所述的切割工具，其中当下手柄处于打开位置时，手柄枢轴位置、第一连接件枢轴位置和第二连接件枢轴位置构成了0°和145°之间的角，而当下手柄处于关闭位置时，手柄枢轴位置、第一连接件枢轴位置和第二连接件枢轴位置构成了145°和180°之间的角。
8.如权利要求4所述的切割工具，其中上手柄的所述刀刃部形成曲线切断刃口。
9.如权利要求4所述的切割工具，其中下钳的所述刀刃部具有曲线切断刃口。
10.如权利要求4所述的切割工具，具有在不使用工具时限制下手柄由关闭位置移动的部件。
11.如权利要求4所述的切割工具，其中当上钳部的切断刀刃大体与水平面对准并且切断工具处于关闭位置时，上下手柄由上钳部大致以30°至55°之间的角度延伸。
12.如权利要求4所述的切割工具，其中上下手柄抓握部制成人机工程学形状而适合于人手。
13.一种切断薄板材的方法，包括步骤提供具有肘节连接杆机构的切断工具，所述切断工具包括上手柄，具有上钳部、适于握紧的抓握部和使上钳部与抓握部连接的中间部，所述上钳部具有刀刃部，并且所述上钳部位于所述抓握部前方；具有抓握部的下手柄，其中所述下手柄以绕手柄支枢点转动的方式连接上手柄，其中所述下手柄可以向着上手柄抓握部转动而由打开位置转动到关闭位置，所述下手柄还具有位于手柄支枢点前方的第一连接件支枢点；以绕一个钳支枢点转动的方式连接上手柄上钳部的下钳，所述下钳具有位于所述钳支枢点后方的第二连接件支枢点，并且所述下钳具有刀刃部；以及以绕所述第一连接件支枢点转动的方式连接下手柄的连接件，所述连接件以绕第二连接件支枢点转动的方式连接下钳，使得向着上手柄抓握部拉动下手柄而移动所述连接件，则所述连接件使下钳的刀刃部向着上手柄刀刃部转动，其中当下手柄处于关闭位置时，手柄支枢点、第一连接件支枢点和第二连接件支枢点构成了一大体直线；提供薄板材；当切断工具处于打开位置时将薄板材放置在切断工具的刀刃之间；通过向着上手柄拉动下手柄而向下手柄施力；当向上拉动下手柄时沿向下的方向移动连接件，使得当下手柄处于关闭位置时，第一连接件支枢点、第二连接件支枢点和手柄支枢点构成一大体直线；转动下钳，使得下刀刃向着上刀刃移动，切断薄板材。
全文摘要
一种利用肘节连接杆机构的实用工具(2)和使用该实用工具(2)的方法，以便提供一种实际有益于使用者进行整个工作操作如切断薄板材的机构。工具(2)包括上手柄(10)、绕枢轴(90)转动连接于上手柄(10)的钳(6)和刚性连接于手柄的手柄连接件(44)。工具(2)还包括由中间连接件(14)构成的肘节作用力传递机构，中间连接件(14)在钳连接件(66)和手柄连接件(44)之间延伸，其中传递给该部件的力使中间连接件(14)移动而远离上手柄(10)。
文档编号B23D29/02GK1487872SQ01822453
公开日2004年4月7日 申请日期2001年11月29日 优先权日2000年12月28日
发明者约翰·B·奈特, 约翰 B 奈特 申请人:美国工具有限公司