TWI386294B

TWI386294B - 切管器

Info

Publication number: TWI386294B
Application number: TW096131913A
Authority: TW
Inventors: Nyayadhish Sunil Nandkumar; Pathak Sanjay Sitacharan; David Lee Machovina; Steven Michael Macsay; Glen Richard Chartier
Original assignee: Emerson Electric Co
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2007-08-28
Publication date: 2013-02-21
Also published as: US20080141538A1; US7716840B2; DE112007003059B4; DE112007003059T5; CN101605637B; TW200824868A; CN101605637A

Description

切管器

本申請案係關於切割設備之技術，且更特定言之係關於用於切割諸如管材之具有圓形橫截面之工件的工具之改良。雖然將關於用於手工切割塑膠管之手工切管器裝置而描述較佳實施例，但應瞭解，本發明可應用於包括用於切割、削剪或以其他方式將力施加至相關聯工件之設備的其他領域。

至今已提供很多種切管器用於切割具有用於商業及國內水系統之特徵之塑膠管材，諸如schedule 40聚氯乙烯(PVC)管材。此等切割器包括剪刀型切割器，諸如頒予Aubriot之第6,513,245號專利及頒予King之第6,658,738號專利中所示之切割器，其中將待切割之管支撐在切割器之支架部分中，且刀片可環繞固定之樞轉軸而移置，以切割插在支架與刀片之間的管。在King之專利中，樞轉軸係可調整的以適應對具有不同直徑之管的切割。

要求手柄之擠壓動作的剪刀型切割器要求使用者之過多努力以達成切割操作，尤其對於較大直徑之管材。部分在此方面，此等工具要求使用者在擠壓手柄以施加切割負載之同時在相反方向上搖動或旋轉管與切割器。此外，隨著最初切穿較大直徑之管，具有較小手跨距之使用者難以在手柄上施加必要之閉合力以達成管之初始切割，且經常必須以雙手抓住手柄來起始切割。

至今可獲得之另一類型切管器包括用於支撐待切割之管的支架及樞軸切割鉗或刀片，其藉由棘輪機構而間歇性地向支架移置。儘管棘輪機構對於每次間歇性切割允許切割器手柄相對於彼此之較小衝程，藉此使用者可不以較大之手跨距來操作切割器，但切割器結構上複雜且切割操作要求棘輪手柄相對於切割頭之許多次連續移置以完成切割操作，對於較大直徑之管尤其如此。因此，要求比所需更多之工作及時間。

除此等切管器外，已提供許多金屬剪及修剪設備，其中對切割器手柄的操縱提供切割器刀片相對於砧表面或其類似物之切分移置，在切割操作期間，一物件壓抵該砧表面或其類似物。此等剪展示於(例如)頒予Herr之第2,508,790號、頒予Boyer之第2,528,816號及頒予Compton之第2,564,154號專利中。此等切割設備之特徵在於可樞轉地彼此互連之一對把手、可樞轉地附接至手柄中之一者之切割器刀片，及諸如在刀片與另一手柄之間的銷及槽配置之機構，在剪切及切分運動中，該機構回應於手柄相對於彼此之閉合而移置該刀片。在以具有此特徵之剪進行切割期間，成角刀片行進小於相對於彼此閉合手柄所需的成角移置，藉此限制待切割之物件之直徑，以使得使用者僅以一隻手抓住及閉合手柄。另外，藉由組合剪切及切分運動來達成切割，藉此在手柄上所要求的達成切割之力貫穿切割衝程係非常均一的。

根據本申請案，提供一尤其用於上文提及之類型之塑膠管材的改良切管器，關於閉合切割器手柄以達成切割操作，其以比至今所要求之力更小之力而有利地致能較大直徑管材(諸如1－3/8英吋管材)之單一衝程。更特定言之，在此方面，該切割器之特徵在於：具有一用於支撐一待切割之管之支架的第一手柄、可樞轉地附接至該第一手柄的第二手柄、附接至第二手柄以隨其移置並相對於其移置之切割器刀片，及在該切割器刀片與該第一手柄之間的銷及槽相互嚙合，藉由該相互嚙合，該切割器刀片相對於該支架自打開至閉合位置的成角移置大於該等手柄達成此刀片移置之成角移置。因此，對於給定手柄移置，可達成比至今可能之切割衝程長之切割衝程，因此致能以單一衝程(使用者以單手操縱切割器)切割較大直徑之管材。

根據本申請案之另一態樣，提供尤其用於上文提及之塑膠管材之改良切管器，其有利地向切管器使用者提供機械利益。在本申請案之此態樣中，槽組態提供刀片相對於支架之移置以最初施加較高切割力，繼之以向較低切割力之過渡及較高速率之刀片移置。因此，使用者可在較接近手柄之間的樞轉軸處抓住切割器之打開之手柄，以促使更好地夾緊手柄，且接著當切割衝程進行時，使用者可在較接近手柄外端處抓住手柄並施加與最初由接近樞轉軸之手施加的切割力相同之切割力。在此方面，因發生至較小切割力之過渡，使用者在鄰近手柄外端處抓住手柄提高了槓桿作用並因此使得在完成切割操作時能夠獲得初始力。

因此，本申請案之首要目標係提供尤其用於塑膠管材之改良切管器。

另一目標係提供具有以下特徵之改良切管器：彼此可樞轉地互連之一對手柄，及一刀片，該刀片可樞轉地附接至手柄中之一者並與另一者互連以使手柄自打開至閉合位置之移置使刀片相對於切割中之管自打開位置至閉合位置樞轉地移置。

又一目標係提供具有前述特徵之切管器，其中該刀片自打開至閉合位置之成角移置大於手柄自打開至閉合位置之成角移置。

另一目標係提供具有前述特徵之切管器，其提供以比至今對使用者所要求之較少體力達成對管材之單一衝程切割。

又一目標係提供具有前述特徵之切管器，其在管材之初始切割期間提供高槓桿作用，繼之以較低槓桿作用及較高之切割速率(隨著切割操作的完成)。

現更詳細參看圖式，其中所示者係為了說明本發明之較佳實施例而非為了限制本發明，圖1提供處於部分打開位置中之目標切管器裝置10之透視圖，且圖2係說明目標工具中之其各種較佳組件及其較佳配置之分解透視圖。

如彼等圖式所示，切管器10之較佳形式包含：第一狹長部件12，其在手柄軸14處與第二狹長部件16可樞轉地附接；及切割器刀片20，其在刀片軸22處與第二狹長部件16可樞轉地附接(如圖所示)。在所說明之較佳實施例中，第一狹長部件12由半手柄12a及12b界定，其每一者具有第一末端24及相對之第二末端26。末端24設有對應之引形支架部分30，其在組裝切割器時提供用於支撐待切割管的支架區域。第一狹長部件12之相對末端26設有第一手柄部分28，其用於在其使用期間夾緊切割器工具10。在第一狹長部件12中之偏中央位置處設有第一導引部分32，其用於引導切割器刀片20相對於第一及第二狹長部件12、16以下文更詳細描述之方式移動，以提供提高之切割範圍、增強之機械利益及其他益處。

在所說明之較佳實施例中，切割器工具10包括第二狹長部件16，其藉由銷40而可樞轉地地安裝至第一狹長部件12，在各個半手柄12a、12b中，該銷具有收納於銷支撐件42中之相對末端(圖2中僅可見其中之一者)，藉此第二狹長部件16及樞轉銷40被俘獲於經組裝之半手柄12a、12b之間。總體上，第二狹長部件16包括第一及第二末端44、46，第一末端44在手柄軸14處與第一狹長部件12可樞轉地附接，且第二自由末端46界定工具之第二手柄部分48。第二手柄部分經組態以補充第一手柄部分28，其成對且一起用於手工夾緊及操作目標切割器工具10。

切割器工具10進一步包括切割器刀片20，其藉由刀片樞轉銷50而可樞轉地安裝在第二狹長部件16上，該銷延伸通過切割器刀片20中之刀片銷開口52。刀片樞轉銷50具有收納於由第二狹長部件16形成之銷支撐對54中之相對末端(圖2中僅可見其中之一者)。以此方式，切割器刀片20可在刀片軸22中環繞刀片樞轉銷50而移動，該刀片軸22大體上與手柄軸14平行地排列。熟習此項技術者應瞭解，切割器刀片20可在與手柄及切割器刀片軸14、22中之每一者垂直延伸之平面內可樞轉地移動。

現特定參看圖3，其展示自第一及第二狹長部件12、16移除之切割器刀片20，刀片銷開口52形成於切割器刀片之第一末端60上，且切割邊緣62形成於切割器刀片之與第一末端60相對之第二末端64上。此外，第二導引部分66如所說明在第一與第二末端60、64之間設於切割器刀片上。第二導引部分66可連同第一導引部分32而操作，第一導引部分32設於第一狹長部件12上以在使用工具期間實現切割器刀片20相對於第一及第二部件12、16之所要移動。在其較佳形式中，第二導引部分66界定收納凸輪從動件之狹長凸輪槽70，該凸輪從動件在本實施例中呈具有導銷軸之導銷72及滾筒74之形式。導銷72具有收納於形成於半手柄12a、12b中之銷凹座76中之相對末端(圖2中僅可見其中之一者)，藉此從動件及因此切割器刀片20被俘獲於經組裝之半手柄之間。扭轉彈簧78與凸輪從動件同軸地安裝在半手柄12a、12b之間，且具有分別相互嚙合第一及第二手柄以將手柄偏置向相對於彼此之打開位置之相對末端。凸輪槽70具有預定形狀，且界定於間隔開之狹長側壁80、82之間，狹長側壁80、82在間隔開之端壁84、86之間延伸。在其較佳形式中，凸輪槽70大體為如圖所示之L形，但可採用任何形狀(包括大體上之直槽、新月形、弧形、多個連接之弧形，或任何其他規則及不規則所選形狀)以實現如上文所描述之目標工具之益處。應瞭解，槽之形狀部分基於目標工具之其他組件的尺寸。

如圖4a、4b及4c中示意性展示，切割器刀片20可以上文所描述之方式相對於第二狹長部件16環繞刀片軸22樞轉。本質上，當第二狹長部件16藉由迫使切割器刀片20向前之刀片樞轉銷50之相互作用而朝向第一狹長部件12閉合時，切割器刀片20被向前推至腔穴90中，從而形成工作區。與刀片相對於第二狹長部件之樞轉運動同步，第一及第二導引部分32、66相互配合，以迫使載有切割邊緣之切割器刀片之第二末端64在腔穴區域90中進行弓形移動。更特定言之，較佳管材切割經組態以使得在第一與第二狹長部件12、16之間的環繞手柄軸12之樞轉移動能夠移動通過打開位置(如圖4a所說明，在此位置第一及第二手柄部分28、48處於完全間隔開之位置中)與完全閉合位置(如圖4c所說明，在此位置第一與第二手柄部分28、48排列地較接近)之間的第一角度Φ₁ 。圖4b說明圖4a所示之完全打開位置與圖4c所示之完全閉合位置之間的中間手柄位置。在所說明之手用工具之較佳實施例中，第一角度Φ₁ 為約85.5度。

隨著手柄部分如上所述移動通過第一角度，切割器刀片旋轉並向前移動至腔穴區域90中以切割安置在支架部分30中之相關聯管。最初，切割器刀片20安置於回縮位置中，在此位置切割器刀片20之切割邊緣62與第一狹長部件12之支架部分30間隔開。然而，切割器刀片可環繞刀片軸22樞轉地移動在圖4a所說明之回縮位置與圖4c所說明之延伸位置之間的第二角度Φ₂ ，在該延伸位置處，使切割邊緣62通過支架部分及腔穴90。在其較佳形式中，第二角度為約91.3度。

除上文之外，目標工具10在回縮位置與延伸位置之間的第二角度之第一部分X中提供增強之機械利益，且大體在切割器刀片移動之延伸區域中提供具有較低機械利益之區域Y，指出此係很重要的。在切割器刀片之較高機械利益與較低機械利益之間的過渡發生於切割器刀片通過腔穴90之大致中間行進處。本質上，刀片行進與手柄行進之比率貫穿整個手柄前移而不斷地改變。總體上如上文所描述，總的刀片行進大於總的手柄行進。較佳地，對於手柄在閉合之方向前移之每一度而言，刀片前移係不同的，從而允許以比藉由標準剪刀切割器可能之手跨距小之手跨距來切割較大大小之管。根據較佳實施例，對於每五度之遞增之手柄行進而言，刀片旋轉移動在約8.2度與約4.4度之移動之間。下文提供識別各別手柄與刀片移動之表。

如上文所指出，應瞭解，目標切割器工具在切割塑膠管中向工具使用者提供最佳化之機械利益。更特定言之，機械利益M_A 相對於相等且反向地對第一及第二狹長部件12、16之手柄部分28、48所施加之力F_A 而提供，該F_A 又實現切割器刀片20之切割邊緣62對諸如塑膠管之相關聯圓形工件的壓縮力F_C 。圖5展示鋪設在形成目標切割器工具10之機械鏈之截面圖上之自由體圖。如所說明，所施加之力F_A 施加在距手柄軸14之距離E處。因第一狹長部件12保持固定，所施加之力F_A 將第二狹長部件16自圖4a所示之打開位置移動至圖4c所示之閉合位置，以實現對相關聯圓形工件100之切割。

如上文所指出，第二狹長部件16之手柄部分28環繞手柄軸14之樞轉移動迫使切割器刀片20向前通過分別形成於第一狹長部件12及切割器刀片20中之第一及第二導引部分32、66。又，在移動第二狹長部件16期間實現切割器刀片之樞轉移動。如圖5所示，在第一導引部分32中承載於導銷72上之滾筒74回應於施加至工件100之切割力F_C 而建立對凸輪槽70之第一側壁80之反作用負載力F_L 。如一般熟習此項技術者將理解，負載力F_L 及切割力F_C 產生於垂直於其各別負載表面之方向上。在負載力F_L 之情況下，該力在垂直於側壁表面之方向上施加至第一側壁80。類似地，切割力F_C 在垂直於工件表面之方向上施加至相關聯之工件100。

總體上，機械利益M_A 在穿過工件之切割衝程之初始部分期間如圖4a中在X處所說明而提供於目標切割器工具10中。為說明目標切割器工具之較佳實施例之優勢，圖6展示由目標工具在切割呈標準塑膠管形式之相關聯工件時實現的機械利益圖，該塑膠管具有一英吋(1")之標稱外徑(實際外徑為1.315英吋)。如彼處所說明，當切割器工具之手柄在一打開位置以致能使用者以打開之手夾緊工具並較容易地擠壓及切割工件時，機械利益最大。此發生於在約90°與約70°之間操作手柄之情況下。當然，通常，在手較完全閉合而非處於打開之位置時，使用者具有更大之手力。目標工具藉由在操作之該階段期間提供額外之機械利益而補償處於打開位置之手中之降低的機械利益。然而，在使用者之手係閉合時，在第一部分工具操作中實現的機械利益稍微地減小，但很容易被使用者力量克服。此發生於在約70°與約35°之間操作手柄之情況下。

再次參看圖5，由工具提供之機械利益係基於工具之尺寸及幾何形狀及由切割器刀片20所形成之槽70之形狀。在圖5中，刀片軸22與切割力F_C 在垂直於切割力F_C 之方向上以第一距離A而間隔開。亦如彼處所示，手柄軸14與切割力F_C 在垂直於切割力F_C 之方向上以第二距離B而間隔開。此外，手柄軸14與負載力F_L 在垂直於負載力F_L 之方向上以第三距離C而間隔開。又，如上文所指出，所施加之力F_A 施加在距手柄軸14之距離E處。最後，刀片軸22與負載力F_L 在垂直於負載力F_L 之方向上以第四距離D而間隔開以根據下式提供機械利益M_A ：。

已參考較佳實施例而描述例示性實施例。顯然，在閱讀並理解前述詳細描述後可對其他實施例進行修改及改變。意欲例示性實施例解釋為包括所有此等修改及改變，只要此等修改及改變在附隨申請專利範圍及其等效物之範疇內即可。

10．．．切管器裝置/切管器/切割器工具/目標工具

12．．．第一狹長部件

12a．．．半手柄

12b．．．半手柄

14．．．手柄軸

16．．．第二狹長部件

20．．．切割器刀片

22．．．切割器刀片軸

24．．．第一末端

26．．．第二末端

28．．．第一手柄部分

30．．．支架部分

32．．．第一導引部分

40．．．銷

42．．．銷支撐

44．．．第一末端

46．．．第二末端

48．．．第二手柄部分

50．．．刀片樞轉銷

52．．．刀片銷開口

54．．．銷支撐對

60．．．第一末端

62．．．切割邊緣

64．．．第二末端

66．．．第二導引部分

70．．．凸輪槽

72．．．銷

74．．．滾筒

76．．．銷凹座

78．．．扭轉彈簧

80．．．第一側壁/狹長側壁

82．．．狹長側壁

84．．．端壁

86．．．端壁

90．．．腔穴/腔穴區域

100．．．工件

圖1係根據較佳實施例之切管器裝置之透視圖；圖2係根據本申請案及如圖1所示之切管器之分解透視圖；圖3係圖1及圖2之切管器之切割器刀片的平面圖；圖4a、4b及4c係說明目標工具之手柄部分與刀片部分之間的移動之相對範圍之目標工具的部分橫截面圖；圖5係部分橫截面中所示之目標工具之平面圖，一自由體力圖覆蓋其上；及，圖6係展示由目標工具提供之手柄行進度之範圍的機械利益之圖。

10．．．切管器裝置/切管器/切割器工具/目標工具

12．．．第一狹長部件

16．．．第二狹長部件

20．．．切割器刀片

Claims

一種切割器工具，其包含：一第一狹長部件，其具有一界定一經調適以將一相關聯圓形工件收納於其中之支架部分之第一末端、一與該第一末端相對且界定一用於夾緊該切割器工具之第一手柄部分之第二自由末端，及一位於該第一狹長部件上在該支架部分與該手柄部分之間的一位置處之第一導引部分；一第二狹長部件，其具有一與該第一狹長部件在位於該第一導引部分與該支架部分之間之該第一狹長部件上之一手柄軸處可樞轉地附接之第一末端，及一與該第一末端相對且界定一用於夾緊該切割器工具之第二手柄部分之第二自由末端；及，一切割器刀片，其具有一與該第二狹長部件在位於該第一末端與該第二手柄部分之間的該第二狹長部件上之一刀片軸處可樞轉地附接之第一末端、一與該第一末端相對且載有一切割邊緣之第二末端，及一與該第一狹長部件之該第一導引部分直接耦接以在該第一與該第二狹長部件之間環繞該手柄軸之相對移動期間控制該切割器刀片環繞該刀片軸之樞轉移動的第二導引部分，該第二導引部分係設置在該切割器刀片之該第一末端與該切割器刀片之該第二末端之間。
如請求項1之切割器工具，其中：該第一及該第二狹長部件可環繞該手柄軸樞轉地移動過一打開位置與一閉合位置之間的一第一角度Φ₁ ，在該打開位置處，該第一與該第二手柄部分間隔開，且在該閉合位置處，該第一與該第二手柄部分排列地較接近；且，該切割器刀片可環繞該刀片軸樞轉地移動過一回縮位置與一延伸位置之間的一第二角度Φ₂ ，在該回縮位置處，該切割器刀片之該切割邊緣與該第一狹長部件之該支架部分間隔開，且在該延伸部分處，使該切割邊緣通過該支架部分。
如請求項2之切割器工具，其中該第二角度Φ₂ 大於該第一角度Φ₁ 。
如請求項3之切割器工具，其中：該切割器刀片可自該回縮位置至該延伸位置樞轉地移動過約93.1度之該第二角度Φ₂ ，以回應於該第一及該第二狹長部件自該打開位置至該閉合位置樞轉地移動過約85.5度之該第一角度Φ₁ 而切割該收納於該支架部分中的相關聯工件。
如請求項4之切割器工具，其中：該第一及該第二狹長部件移動通過該打開位置與該閉合位置之間的該第一角度Φ₁ 之移動係根據一預定關係而迫使該切割刀片移動通過該第二角度Φ₂ 之該樞轉移動。
如請求項5之切割器工具，其中該第一角度Φ₁ 與該第二角度Φ₂ 之間的該預定關係大體近似於下式：Φ₂ =(1.02)Φ₁ -0.98。
如請求項5之切割器工具，其中該預定關係包括於其中該第二角度Φ₂ 係該第一角度Φ₁ 之一非線性函數之一關係。
如請求項7之切割器工具，其中該第二角度Φ₂ 大體根據下式而為該第一角度Φ₁ 之一非線性函數：Φ₂ =(7.0E -05)-(6.04E -03)+(1.1)Φ₁ +0.170。
如請求項2之切割器工具，其中：該第一導引部分包括一沿著一導銷軸自該第一狹長部件延伸之導銷；且，該第二導引部分包括一界定於該切割器刀片中且經調適以將該導銷收納於其中之狹長槽。
如請求項9之切割器工具，其中該手柄軸、該刀片軸及該導銷軸中之每一者彼此平行而延伸。
如請求項9之切割器工具，其中：該狹長槽係在間隔開之狹長第一與第二相對側壁之間界定於該切割器刀片中，該第一及該第二相對側壁在間隔開之端壁之間延伸；且，該導銷經組態以嚙合該狹長槽之該第一及該第二側壁，以當該第一及該第二狹長部件在該打開位置與該閉合位置之間移動時，迫使在該切割器刀片與該第二狹長部件之間的相對移動。
如請求項9之切割器工具，其中該狹長槽具有一預定形狀。
如請求項9之切割器工具，其中該狹長槽具有一大體為L形、一直線形、一新月形、一弧形、一不規則形及複數個互連弧形中之一形狀。
如請求項2之切割器工具，其中：該第一及該第二狹長部件經調適以收納一在距該等手柄軸之一致動距離E處施加至該第一及該第二手柄部分之致動力F_A ，且回應於施加至該第一及該第二手柄部分之該致動力F_A 而相對於該第一及該第二狹長部件自該打開位置移動至該閉合位置；且，該切割刀片可回應於該第一及該第二狹長部件之該移動而自該回縮位置樞轉地移動至該延伸位置，從而以該切割邊緣嚙合該圓形工件，以在垂直於該相關聯圓形工件之一外表面且延伸穿過該圓形工件之一中心之一切割力方向上產生對該工件之一切割力F_C 。
如請求項14之切割器工具，其中：界定於該切割器刀片中之該狹長槽之該第一側壁經組態以傳輸一介於施加至該第一及該第二手柄部分之該致動力F_A 與施加至該相關聯圓形工件之該切割力F_C 之間的負載力F_L ，該負載力F_L 在垂直於該狹長槽之該第一側壁之一方向上延伸且經由該導銷指向該第一狹長部件。
如請求項15之切割器工具，其中：該第一及該第二狹長部件及該切割刀片之相對大小，及該手柄軸、該刀片軸與該導銷軸之間的相對距離經選擇以實現一機械利益M_A ，其中對於一具有約1.315英吋之一外徑之相關聯圓形工件而言M_A =F_C /F_A ，在2.1至16.1之一範圍內。
如請求項16之切割器工具，其中：該刀片軸與該切割力F_C 在一垂直於該切割力F_C 之方向上以一第一距離A而間隔開；該手柄軸與該切割力F_C 在一垂直於該切割力F_C 之方向上以一第二距離B而間隔開；該手柄軸與該負載力F_L 在一垂直於該負載力F_L 之方向上以一第三距離C而間隔開；且，該刀片軸與該負載力F_L 在一垂直於該負載力F_L 之方向上以一第四距離D而間隔開，以在該切割器工具中提供一機械利益M_A ：