专利名称：卡头的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及与钻或者电动或气动驱动器一同使用的卡头。具体而言，涉及一种用手、或是通过该驱动器马达执行拧紧或松开的无锁紧钥匙(keyless)卡头。
手动或者电动或风动工具的驱动器都是公知的。虽然麻花钻是与此类驱动器一同使用的最通用工具，可这类工具也可以包括改锥，拧螺母装置(nutdriver)，圆头锉，安装式磨石及其它切削或打磨工具等。由于此类工具常会有不同直径的柄或是为多边形截面，所以该装置一般要配备一可在相对宽范围内作调整的卡头。该卡头可由螺纹或锥孔安装到驱动器上。
在现有技术中已开发多种这类的卡头。在卡头的一种形式中，圆周上彼此间距约为120°的三个爪被设置在连接于驱动轴上的本体中的成一定角度布置的通道所约束。卡头被构造成，本体相对约束的螺母在一个方向上转动时，将使各卡爪与工具柄成为夹紧关系或脱开夹紧关系。若它是由手动拧紧或松开的，这种卡头则是无锁紧钥匙式的。这种卡头的实例公开在美国专利5,125,673和5,193,824中，都转让给本受让人，其的全部公开文本列此以备参考。无锁紧钥匙卡头的各种结构在现有技术中是公知的并按需求可有诸多应用。
图2示出典型的卡爪结构的横截面，其中三个卡爪200的每一个包括了背面202及由大体平行于卡头轴线设置的脊204所形成的相对的工具接触表面。两个大体呈平面的侧面206从脊204延伸至背面。在各爪200上的侧面限定了穿过整个爪的120°的δ角。从而，在卡爪200上每个侧面与相邻爪的侧面平行。如图2所示，卡头移至其全闭位置时这些爪侧面彼此贴靠。
其他的工具接合面也是公知的。比如这些工具接合面可以由平行于卡头轴线的内脊及平行于内脊的两个外脊形成。相应的一对槽座落在内、外脊之间，致使卡爪的横截面呈W型。总的说来，从外脊延伸到爪背面的各侧表面在其间限定了穿过卡爪全长的120°角，以使每个侧面与其邻爪侧面平行。
本发明认识并提出了现有技术中结构及方法的不足。
因此，本发明的目的是提供一种与动力驱动器一同使用的改进的卡头。
此目的和其他目的是通过用于与手动或动力驱动的、具有可转动驱动轴的驱动器一同使用的卡头来实现的。该卡头包括具有突出部和后部的大体为圆柱形的本体。后部被配置成随驱动轴一起转动。突出部具有在其内形成的轴孔，多个卡爪相对本体可朝向及远离轴孔移动地设置，驱动连接于各卡爪的大致为圆柱形的套，以使该套在闭合方向上相对于本体的旋转使卡爪移向卡头的轴线，而该套相对本体在打开方向上的转动则使卡爪远离卡头轴线。该卡头包括第一组相互啮合的螺纹，通过它们套与本体和卡爪之一啮合，致使第一组螺纹之间的相对转动使卡爪朝向或离开该卡头轴线。卡头包括第二组相互啮合的螺纹，通过它们该套与本体和卡爪之一啮合，致使第二组螺纹之间的相对转动使卡头移向或离开该卡头轴线。第一组螺纹确定了第一螺距，致使当各卡爪闭合时，第一组螺纹在闭合方向上转动锁定；以及第二组螺纹确定了比第一螺距密的第二螺距，致使当各卡爪闭合时，第二组螺纹在闭合方向上可以相对转动。
合并于说明书中并构成其一部分的附图示出了一个或多个本发明的实施例，其与说明书一起用作对本发明原理的解释。
说明书参照附图描述了本发明完整的可公开文本，其内包括了对于本领域技术人员来说的优选实施例，其中
图1为根据本发明实施例构造的卡头的局部剖视图；图2为现有技术卡爪的剖视图；图3为根据本发明实施例构造的卡头中所用的卡爪的横剖视图；图4为用在根据本发明实施例构造的卡头中的卡爪的横剖视图；图5为根据本发明实施例构造的卡头的局部剖视图；图6为图5所示卡头的分解图；图7为根据本发明实施例的卡头局部剖视图；图8为图7中卡头的局部剖视图；图9为图7中卡头的局部剖视图；图10为图7中卡头的分解图；图11为用于图7中的卡头的推力板的平面视图；图12为根据本发明实施例的卡头的局部剖视图；以及图13为图12所示的卡头的分解图。
本说明书及附图中重复使用的附图标记意欲表示本发明的相同或类似特征的元件。
现对本发明的优选实施例作详细的描述，其中的一个或多个实施例示于附图中。各例只用作对本发明的解释，无意对本发明作限制。事实上，对于本领域技术人员不难懂得，在不背离本发明的宗旨和范围下，可有多种修改和变化。例如，一个图示并描述的实施例的部分特征可被用于另外的实施例中以产生再一个实施例。从而，也就意味着本发明涵盖由所附权利要求书及其等价物所限定范围内的各种修改和变化。
参见图1，卡头10有前套12，可选用的后套14，本体16和卡爪18。本体16大体为圆柱形，且包括突出部20和后部22。轴孔24形成在突出部20内，且比该卡头所要装纳的最大工具的柄部略大。螺纹孔26作在后部22内，而且为标准尺寸以与动力或手动驱动器(未示)的驱动轴相匹配。孔24、26可在本体16的中央区连通。尽管前面提及螺纹孔26，但它也可以由与锥形驱动轴相配的标准尺寸的锥孔替代。此外，本体还可与驱动轴作成一体。
本体16内形成有多个通道30以接纳各卡爪18。优选地用三个卡爪18，且每个卡爪与相邻卡爪以大致120°弧隔开。通道30和爪18的轴线相对卡头轴线31成角度布置，但与轴线交汇于卡头本体16前部的一个公共点上。每个卡爪18具有工具接触表面，其一般平行于轴向孔24的轴线，这也是卡头本体16的轴线31。每个爪18也形成有在其相反的面或背面上的螺纹34。
本体16包括可与本体为一体的推力环36。推力环36包括前面，它可包括用于与独立抗摩擦轴承组件(self-contained antifriction bearingassembly)42的内滚道相接合的座表面。轴承组件42可为任意适用的结构，例如在美国专利5,348,318中所述类型的轴承装置，列此以备参考。推力环36包括绕其圆周形成的多个卡爪通道50，以允许爪18缩回。
螺母60包括用于与爪18上的螺纹34相匹配的螺纹62，这样，当相对本体拧动螺母时，卡爪就会在爪通道内前进或退缩。前套12包括金属环形卡圈63，它与前套模制在一起并压配在螺母上，致使螺母与前套一起转动。不难懂得，可采用各种套和螺母结构。例如前套12可以不用卡圈63而压配到螺母60上。另外，虽然图示为整体螺母，但也可采用一种两体的螺母与卡圈63配合，其中卡头本体将两体螺母容放于环槽之中。此外，套12还可以是以动配合方式套装在本体突出部20上并具有驱动肋，该肋与螺母内的驱动槽啮合，以便前套可转动地驱动螺母。
仍见图1，突出块58被压装在本体16的突出部20上，以保持螺母60在轴向上的定位。由于套12被压装在螺母60上，突出块58则也保持前套12的定位。突出块58限定了一后截锥面59，以允许本体通道30后部的卡爪18通过。如图1所示，虽然突出块58是被压配至本体16上的，不难懂得它也可以由铆接配合、螺纹方式或类似方式固定。当卡头装配时，突出块58是裸露的，并优选地涂附有有色金属涂层以防止生锈及改善外观。
本体20的后部22可包括后圆柱形部分，其上具有滚花表面，用于接收后套14。该后套可压装至该滚花表面上，或采用无滚花表面的压力装配、或用键方式以保持其定位。也可由卷边，打桩，铆接，螺纹连接或任何其它适用的固定机构。在前、后套12和14可用大致在本体16的长度上延伸的单独的套替代的情况下，可将一固定盘压装，或以其它方法固定到后部上，以在本体上使套保持向后。
套12的外周表面可以滚花，或设置纵向的肋或其它凸起以便操作者可牢固地抓握。与之类似，若采用的话，后套14的外周面也可按需要制有滚花或肋。前和后套可用诸如聚碳酸酯，填充的聚丙烯、如填充玻璃的填充聚丙烯，等结构塑料，或是结构塑料的混合物来制作。在某些情况下，诸如添加有石墨的聚合物等其它合成材料也是适用的。而且，这些套也可用诸如钢之类的适用金属制作。对本领域技术人员不难懂得，本发明的卡头的制作材料可依照卡头的最终使用情况来决定，且上述提供的只为示例。
图3示出的为沿图1中3-3线取得的卡爪18的横截面图。每个爪包括背面66和平行于卡头轴线31由脊部68所限定的工具接合面。每个爪包括从其的工具接合脊68延伸至其背面66的两个侧面70。每个爪的两侧面70对称设置在平面72的每侧，该平面72包括卡头轴线31和爪的工具接合脊68，即平面72等分卡爪两侧面之间的角。各侧面大体为平面，即，侧面可能会偶尔偏离理想平面，以使该侧面不象一般的那样啮合工具柄部。
在卡头10包括三个卡爪的情况下，每个爪18的侧表面70穿过卡头限定了一大于120°的δ角。在卡头包括不同数量的卡爪情况下，该角为大于360°除以卡爪数的角。因此，各侧面70不与其邻爪的侧面平行，如图3中所示的那样，卡头在全闭合位置上，侧面70也不会彼此完全邻接。
因为邻近卡爪18的相对的侧表面70从爪背面66至工具接合面是彼此离开的，放进卡头孔中的工具柄部，若其偏离卡头轴线31以坐落在相对的侧面之间，随卡爪闭合，则会趋向于被推回至卡头的中心轴线处。在快夹卡头中的这种特殊优点会在下文中讲到。
角度δ的大小取决于卡头的结构。例如，具有直径范围在10至13毫米内的突出部轴孔可具有侧面夹角δ在130°至140°范围之内的卡爪。在两个实施例中，10毫米容量的卡头卡爪其侧面角δ约130°，而13毫米容量的限定为136°。当10毫米的卡头卡爪彼此全闭时，其脊边68一直径约为1毫米的圆。这样，该卡爪能牢固夹持大于1毫米的工具柄。对于13毫米卡头，相应的直径则约为1.5毫米。取决于卡头必须卡牢的工具柄的最小直径，这种类型卡头的角度δ可在130°至140°变化。角δ也可以随卡头轴孔直径变化，例如，范围从125°至145°分别对应能力略小于10毫米及略大于13毫米的卡头的实例。
应该知道，卡爪可采用各种工具接触表面。例如，参见图4，各爪18的工具接合面包括内脊和平行于卡头轴线31的两个外脊76。每个外脊76被槽与内脊74隔开，以使该工具接合面构成一W型横截面。如图4所示，在每对侧面之间的角δ大于120°。在另一实施中，该平的侧面不必整个都延伸回至爪背面。
也应该理解，在此描述的卡爪可与各种卡头结构一同使用。例如参见图5和6，具有如图3和4中所述的卡爪18的卡头110，其包括前套114，可选择的后套116及多个卡爪18。本体120大致呈圆柱形并且包括突出部或前部122及后部或向后部124。轴孔126形成在突出部且比卡头指定接纳的最大刀柄稍大。本领域技术人员不难懂得，本体120可用钢的棒材或其他适宜材料制成。
本体120在其后部形成有螺纹孔128，其为标准尺寸以与动力或手动驱动器的驱动轴相匹配。尽管图示的是螺纹孔，该孔在配以锥形驱动轴时可由标准尺寸的锥孔代替。另外，后部124可与驱动轴作成一体。孔126和128在本体120的中心区130相通。中心区130可形成有插座以接纳驱动钳口(bit)，以便该本体可用钳口旋拧至主轴上去。这种插座结构已在′824的专利中描述过，列此以备参考。
本体120还确定有分别接纳三个卡爪的三个通道132。以三爪结构中，各个通道，及由此的各卡爪，与相邻通道以120°的弧隔开。通道132和卡爪18的纵轴相对卡头纵轴112成角度，并于卡头本体120前方一公共点处与卡头轴线汇交。
本体120也包括推力环件136，在优选实施例中它与本体作成一体。虽然并非是优选的，该推力环也可以是与本体的主要部分分离的部件。如图5示，推力环136包括接纳轴承组件142的凸缘部。轴承组件包括一轴承架144及一对设置于该架两侧的垫片。轴承组件142可包括任何适宜的结构，如在′318专利中所述类型的轴承组件，列此以备参考。
后部124可包括其上具有滚花面156的后圆柱部，用于接纳后套116。可将后套压装在滚花表面，或可采用无滚花表面压配合或采用键方式使之固定在位。也可通过卷边，打桩，铆接，螺纹或任何适用方式加以固定。在前和后套114和116由大致沿本体120长度延伸的单个套代替情况下，可以压装或以其他方式将保持盘固定于后部，以保持套在本体上向后方向上。这些套可由任何适宜的材料，例如上述的材料制作。
突出部122是倾斜的且适于接纳突出块157，用于防止前套114相对卡头本体作轴向向前的运动。另外，可用卡环或其他适宜的机构轴向约束该套。突出片157可以压装到、或以任何其他适合方式装到突出部122上。套114在本体上轴向朝后的运动则由推力环136通过轴承组件142加以约束。
前套内表面159上限定有内螺纹158。该螺纹是变形的方螺纹形式，沿套114的长度上为8个螺距的结构。但应理解，可以采用任何适用的螺纹形状和模式，例如包括变型梯形螺纹。这样，螺纹158的外表面与后侧面和/或前侧面之间的方形界面便可替换为弧形界面。
螺母160包括绕其外圆周面164延伸的外螺纹162。螺纹162具有与螺纹158相同的螺距，以便当螺纹162拧入螺纹158时，套114和螺母160间的相对转动即可在该套内轴向地移动该螺母。尤其是，在螺母是模制情况下，螺纹162可具有例如是约5°斜度的斜侧面，其从表面164延伸至螺纹的外径。
螺母160包括三个等角隔开的槽166，它们轴向延伸过螺母，并且通过其容纳卡爪的相应端部168。各端部具有大致为矩形的截面，它对应于其的槽166的横截面，以便该槽可以滑动地容纳该卡爪的端部，但防止卡爪绕爪轴线转动。
每个端部168有一个大体沿径向延伸进端部的槽176。端部168延伸过槽166，以使槽176向后并平行于螺母160的后表面。
每个槽176容纳相应的细长的弹簧臂180，其形成在钢背环182上的、大体沿其圆周方向向内延伸。臂180相对于背环182径向朝内偏压它们的末端。从而，弹簧臂180抓住卡爪端部，当卡爪18被卡进通道132中时限制环182绕卡头轴112的转动。此外，臂180相对卡爪在轴向上固定住环182。
从图5和6中能清楚看到，卡爪18不能向后穿过螺母160，并且环182限制卡爪相对螺母在轴向向前方向的运动。此外，卡爪还穿过螺母槽166和本体通道132，从而相对本体旋向固定螺母。由于螺母不能相对本体转动，因此套114相对于本体的转动则可通过螺纹162和158间相互配合相对卡头轴线112在轴向上移动螺母160。根据该套的旋向，螺母在本体上向前后向后轴向移动，以在通道132内轴向移动卡爪18到达开或闭的位置。
弹簧臂180有助于保持卡爪在通道132中的对正位置。但应该知道，任何适宜的机构均可用于在卡爪通道内轴向固定卡爪。例如，用箍簧或任何其他固定器，如一种可扩张的聚合物轴套，它可对卡爪端部168施加向内的径向力来替换背环182。另外，螺母也可形成为用T型槽或圆柱形孔以代替槽166。三个等角隔开的T型或圆柱形槽中的每一个槽都径向延伸进螺母，并可以完全延伸过螺母。卡爪端部168形成为相应的T型或半圆形，以便这些槽可以滑动地接纳相应的卡爪端。随螺母使卡爪在开和闭位置间移动，这些槽允许卡爪端径向移动。在爪端和/或螺母槽上使用干式润滑剂涂料可有助于这种运动。爪端与螺母槽间的这种配合可保持卡爪在相对于螺母的适宜角度上，以使卡爪在装好的卡头中保持与卡爪通道的对正。
在另一优选实施例中，导向环可压装在推力环136上。三个等角度隔开的分叉自该环向后延伸抵靠住卡爪通道132的后方的相应卡爪18，从而保持卡爪与通道的轴向对正。背环182，箍簧，或螺母槽结构可被用于与该导向环配合。
当从突出端122看去、顺时钟方向转动套114，则使螺母160相对于卡头轴线112轴向向前运动，从而移动卡爪18至闭合位置。反之，逆时钟方向转动前套则移动卡爪至打开位置。在螺纹158的后边缘处设置有挡块192。当卡爪至全开位置时，螺纹162的后边缘194抵靠挡块192，这就防止了套相对于螺母进一步转动，并因此防止卡爪卡死在卡头的后部。在螺纹158的前端处设置有相似的挡块192，阻挡螺纹162的前缘198，以防在卡头孔内没有工具时在全闭位置上卡爪的锁死。
螺纹162绕螺母160的表面164作成一圈。螺纹边缘194和198之间的间隙具有大于挡块192宽度的角宽度。这有利于该卡头的装配，届时该螺母可被直接放下越过该挡块而装到螺纹158上。后套116遂可防止当卡头处于全开位置时的螺母与前套的脱开。
现参见图7和10，卡爪18也可包括在具有前套214，可选择的后套216和三个卡爪18的快夹卡头200中。本体220大致是圆柱形并包括突出部或向前部222和后部或向后部224。轴孔226形成在突出部内并且比指定要装卡的最大刀柄的直径略大。
本体220在其后部确定一螺纹孔228。如前所述，孔228可替换为一种标准尺寸的锥孔，以与锥形的驱动轴柄相配。另外，本体220还可与驱动轴作成一体。孔226和228在本体220的中心部230处连通。中心部230可形成有插座以容纳驱动钳口，以便用它将本体旋拧到主轴上。
本体220还限定了三个通道232，以分别容纳三个卡爪18。在三爪结构中，每个通道、以至每个卡爪以约120°的弧度与相邻通道隔开。通道232和卡爪18的纵轴相对卡头的纵轴212成角度，并与卡头轴交汇于卡头体220前方的一公共点处。
本体220包括推力环236，它可以与本体的主要部分一体形成或分别形成。
后部224可包括其上带滚花面256的后圆柱部分，用于接收后套216。该后套可压装至滚花面上，或以无滚花的压装配、或用键式连接装配方式固定在位。也可采用卷边，打桩，铆接，螺纹或任何其它适用的固定机构进行固定。在前和后套214和216替换为基本是在主体220长度上延伸的单个套情况下，可用一保持盘件或其它方式装在后部224上，以保持该套在本体向后方向上。
套214的外周面可为滚花或设置有纵向肋或其它凸起，以便操作者牢固地抓握它。与之类似，后套216外周面，如需要也可滚花或设置肋。前和后套可由如上所述的适宜材料制作。
套214内表面限定三头内螺纹258A，258B和258C。该螺纹为方螺纹型式。螺母260包括三头外螺纹262A，262B和262C，它们分别纳入螺纹258A，258B和258C中。下文中会更详细地描述，螺母260旋转地固定到本体220上。因此，前套214绕本体的转动在套内轴向驱动螺母260。套的螺纹258A，258B和258C及螺母螺纹262A，262B和262C提供了沿套长度一个螺距的结构，其中套214与螺母260之间相对转动一整圈即在套内使螺母轴向移动约一英寸。
采用三头的内外螺纹允许采用相对窄的螺母。就是说，优选地，螺母螺纹大致绕该螺母整个外周延伸，以便在卡头操作中螺母保持平衡。在采用单头内/外螺纹对时，环绕螺母外周的外螺纹会要求使用比用三头螺纹结构时轴向尺寸更长的螺母。尽管如此，应该知道，本发明包括其它的螺纹结构，如单头，双头和四头的螺纹布置。
螺母260以可滑动方式套置于推动板266的本体部分264上。一盘状物268从板主体264径向向外延伸且形成一凸缘270，其上接纳轴承组件272。轴承组件272包括第一滚道274，它具有在其后表面上绕其径向外边缘形成的凹槽276。相对的滚道278包括从其轴向向前延伸的套筒280。该套筒形成有许多弹簧臂282，它们轴向朝前推压向垫片274，以使形成在臂282末端的接头(tab)284啮合于相应的凹槽276。如下文所述，当螺母262相对于推力板266转动时，垫片274和推力板266间、以及垫片278与螺母260之间的摩擦力克服由接头284在凹槽276内啮合所提供的垫片278和274间的接合。这样，弹簧臂282被偏移致使每个接头284移出其凹槽276而进入到下一个凹槽。螺母260相对推力板的继续转动会移动接头284进出后续的凹槽，发出提醒操纵者卡头接近全闭合位置的卡搭声。
另一实施例中，垫片274在其后面上包括径向对正的凹槽，致使每个轴承滚珠286被容纳在相应的凹槽中。弹簧臂282被省略了。当螺母260与推力板266间相对转动产生垫片278和274间相对转动时，各滚珠286滚出其凹槽并进入到下一个凹槽中。继续的转动持续滚珠进入后序的凹槽的运动，发出提醒操作者该卡头接近全闭合位置的卡搭声响，如下文所述。
螺母260由扭簧290相对于推力板266以旋转方式被把持着。扭簧290包括端部292和294，它们分别被容纳于相对孔296和298中。
根据容放该扭簧端部的孔296和298，棘爪球300被装在推力板主体部264内的三个凹陷302任一个内，以便球300被容放进螺母260内径上的槽304中。球300设置一抵靠该槽304边缘的挡块，因此限定了螺母260可相对该推力板转动的范围。在卡头靠近刀柄前的正常操作过程中，球300优选地座靠于槽304的一侧边，以使当卡头闭合碰到刀柄时，允许螺母260转过槽304的整个角宽度。应该知道，槽304的长度按要求可作修整，以适应螺母260相对推力板266有更大范围的转动。例如，在一优选实施例中，该槽304角宽度约为240°。
还参见图11，推力板266包括三个等角度隔开、大体为T型的径向槽306。每个卡爪18的端部308形成为相配的T型，以使槽306能滑动地接纳相应的卡爪。该槽允许卡爪端部随着推力板于开和闭位置间移动卡爪而作径向运动。在该卡爪端部和/或槽306上可以施用干式润滑剂涂层以助于这种运动。卡爪端与槽306间的协作可维持卡爪相对推力板有正确的角度，以便在装配好的卡头中使这些卡爪保持在爪通道中的对正。槽306还可以是圆柱形，例如是如图13中所示实施例中的那样，而每个爪端部308可作成相配的半圆形，以便槽306可接收相应的卡爪。
仍见图7和10，本体突出部222包括螺纹310，它与在套214前端处的螺纹312啮合。在图示的实施例中，螺纹312环绕金属嵌件314的内表面形成。嵌件314的外表面在316处滚花并在318处以压装配方式被接纳于套214的前端。螺纹310和312形成了比由螺纹258与262间构成的主螺纹张紧机构有更密螺距的次螺纹张紧机构。
由于卡爪18被装在爪通道232内，这些卡爪被阻止围绕卡头的轴线转动。由槽306接纳的卡爪端308使推力板266相对卡头本体220保持转动固定。当卡头处在其全开位置和全关位置时，在此卡头卡爪彼此闭合，或卡爪闭合在工具柄上，螺母螺纹262与螺纹258之间的摩擦尚不足以抵抗扭簧290的力以拧动螺母。从而，在参见图8的操作状态下，以顺时针方向转动套214(自卡头200前方观察)则相对该套轴向向前移动螺母260，如箭头318所示的那样。螺母260通过轴承组件272向前压靠推力板266，相对本体220向前移动该轴承组件。接着，推力板266驱动卡爪18在它们的通道232内轴向向前，因此移动卡头至闭合位置。反向转动套214则相对该套轴向向后移动螺母260，如箭头320所示。因螺母260相对推力板264轴向向后方向上被卡环314所约束，螺母就带着推力板266和卡爪18轴向向后至卡头打开的位置。因此，在开和闭方向上，通过套和螺母间的相对旋转，套214轴向驱动卡爪。即，套通过螺纹258和262以驱动的方式啮合卡爪。
随着套214转动，套螺纹312也绕本体螺纹310旋转。螺纹312在螺纹258的相反方向，并且螺纹310在螺纹262的相反方向。从而，随套214沿闭合(顺时针)方向转动，套214则相对本体轴向向前沿方向318在螺纹310上移动。当套反向转动时，套在螺纹310上沿方向320朝后移动。
于是，在闭合方向转动套214时，螺母260在套中沿方向318向前移动，而套214相对本体以方向318在本体螺纹310上也同时向前移动。由于螺纹312和310确定了比螺纹258和262更密的螺距，螺母260相对套的前移比套214相对本体的前移更快。例如，如图8中所示的单头结构中，将螺母260从其相对该套的最后位置移至图7所示的它的最前位置需要套214大约转动两整圈，在这两圈中，套214在本体220上只前移了十六分之一英寸。
现参见图9，转动套214以使卡爪18闭合到工具柄322上时，卡爪18、推力板266和螺母260将不能继续轴向向前运动。于是，套214继续转动就会使螺纹258紧紧抵靠住螺纹262。螺纹258与262间的摩擦力超过了扭簧290的阻力，并且螺母260与套214一起相对推力板和卡头本体转动。这种转动带着套214在本体螺纹310上向前，由此通过轴承组件272将螺母260向前压靠到推力板266上。接着，该推力板又进一步将卡爪18向下压到工具柄322上。如前所述，螺母260与推力板266之间的转动发出来自轴承272的卡搭声，并且被螺母260上的槽304的角宽度的限制(图10)。
随螺纹312张紧在螺纹310上，套214抵靠螺母260的向前力会进一步拧紧螺纹258和262。操作者松开套214时，该套和螺母即保持在它们相对卡头体的拧紧的旋转位置上。
因此，卡头200包括主张紧机构和次张紧机构。主张紧机构，即螺纹258和262，快速将卡爪18径向朝向及远离卡头轴线移动。然而，这些螺纹的疏螺距在卡爪张紧至工具上时，提供了相对低的机械性能(advantage)。通过密螺距螺纹312和310则可提供较好的机械性能，并且正是副张紧机构最终将卡爪18夹紧到刀柄上。
如上所述，该主螺纹是1螺距螺纹，而副螺纹为32螺距的螺纹。但是应该知道，该螺距值，及螺距比，根据给定卡头的结构的需要而改变。一般来说，该主螺距为当卡爪相互闭合或闭合到工具上时，卡头迅速地打开或关闭，以及在闭合方向上是转动锁定的，即，当卡爪闭合时，操作者不能在闭合方向上使两螺纹相对转动；副螺距为当卡爪闭合时，该螺纹表现出足够好的机械性能，即在闭合方向上操作者可继续使螺纹作相对转动。
为使卡头打开，操作者要在打开方向转动套214。套214相对卡头体220在方向320上于螺纹310上轴向后移。这就松开了螺纹258和262间的楔紧作用，由此使扭力弹簧290带动螺母回到相对推力板266和卡头本体的初始旋转位置。套214的继续转动使螺母、推力板和夹爪轴向向后移动并远离工具柄。
图12和13示出了卡头200的再一个实施例。该卡头是单套卡头，且套214的外表面延伸至卡头体220的后部。盖板324用卡环326和328轴向保持在本体220上。套螺纹312和本体螺纹310(图7)可以用螺母260内周表面上的螺纹330和推力板266的本体部分外周表面上的螺纹332所替代。轴承组件272设置在套214与本体推力环236之间。卡环334在轴向向前方向上将套214固定在本体220上。
在此实施例中，螺纹258和262为8-螺距结构。螺母260绕其外周形成两头螺纹262A和262B。套214的内表面形成分别接纳螺纹262A和262B的两个螺纹258A和258B。螺纹330和332形成为32-螺距。
螺纹258和262间的摩擦通常不足以克服保持螺母和推力板一起转动的扭簧290的力。于是，当卡头200在全开与全闭位置之间时，套214顺时针方向(从卡头200的前方看去)的转动则在318方向上相对套214和本体220轴向朝前驱动螺母260。用螺纹330和332将螺母260轴向固定到推力板268上。这样，在方向318上螺母260的运动也会移动推力板266，从而将通道232中的卡爪18朝向该卡头轴线移动。
当卡爪夹在工具上时，卡爪18通过推力板266和螺母260施加一向后的力到套214上。套214的继续转动遂楔紧螺纹258和262。虽然在螺纹330和332间也会形成楔紧作用，但是被套214作用到螺母上的旋转力，由于螺纹258和262很疏的螺距，而比由螺纹330和332所提供的阻力要大，旋转力还超过弹簧290的阻力(约5至10英寸磅)。从而，螺母抵抗着弹簧而在螺纹332上与该套一起开始旋转。
螺纹330与螺纹258的方向相同，而螺纹332与螺纹262的方向相同。从而，在闭合方向上螺母260与套214一起转动使螺母在螺纹332上转动，以使该螺母与推力板彼此轴向移开。由于轴承组件272和本体推力环阻止套和螺母向后移动，该旋转逼迫推力板266轴向向前，从而进一步将卡爪18下压到工具柄上。继续的转动会楔紧螺纹330和332。该楔紧力克服扭力弹簧290的力，致使操作者松开套时，该卡头维持在全张紧位置之上。
为打开卡头，操作者要在打开方向(逆时针方向)上转动套214。这使螺母260相对推力板266在打开方向上转动，移动推力板266，进而卡爪18，从刀柄上轴向移开。当该螺母回到推力板上其初始转动位置时，套214的进一步转动就会使螺母、推力板以及卡爪轴向向后移动，从工具上移开。
应该知道，各种卡爪结构，包括在图2中所示的结构，都可用于图7-13的卡头。
尽管已经描述了一个或多个本发明实施例，不难懂得，任何本发明的等价实施方案都被包括在其宗旨及范围之内。所描述的这些实施例只作为示例并非用于限制本发明。例如，尽管图7-13中所示实施例中的套构成该卡头的外表面，但根据本发明的卡头可以包括作为内部元件的套，该套相对于本体转动而驱动卡爪。因此，本领域技术人员应理解，本发明不为这些实施例所限是因为其可作出诸多的修改。所以，可以推断本发明包括了任何的和全部的这些实施例，只要它们落入所附权利要求书所严格描述的及其等同的范围之内。
权利要求
1.一种卡头，用于与具有可转动驱动轴的手动或机动驱动器一同使用，所述卡头包括大致为圆柱形的本体，其具有突出部和后部，所述后部被配置成与所述驱动轴一起转动，而所述突出部具有在其内形成的轴孔；多个卡爪，它们相对所述本体可朝向及远离所述轴孔移动地设置；驱动连接于所述各卡爪的大致为圆柱形的套，致使所述套在闭合方向上相对于所述本体的旋转使所述各卡爪移向所述卡头轴线，而所述套在打开方向上相对于所述本体的旋转则使所述各卡爪远离所述卡头轴线移动；第一组相互啮合的螺纹，通过其所述套与所述本体和所述卡爪之一啮合，致使所述第一组螺纹之间的相对转动使所述卡爪移向或移开所述卡头轴线；以及第二组相互啮合的螺纹，通过它们所述套与所述本体和所述卡爪之一啮合，致使所述第二组螺纹之间的相对转动使所述卡爪移向或移开所述卡头轴线，其中所述第一组螺纹确定了第一螺距，致使当所述各卡爪闭合时，所述第一组螺纹在闭合方向上转动锁定；以及所述第二组螺纹确定了比所述第一螺距更密的第二螺距，致使当所述各卡爪闭合时，所述第二组螺纹在所述闭合方向上可以相对转动。
2.如权利要求1所述的卡头，其特征在于，所述套限定了所述卡头的外表面。
3.如权利要求2所述的卡头，包括推力板，其绕所述本体设置成可轴向移动且与所述各卡爪驱动连接，致使所述推力板相对于所述本体的轴向运动，根据所述的轴向方向使所述各卡爪移向及移开所述卡头轴线，包括相对所述推力板轴向固定并转动受约束的螺母，其中所述第一组螺纹被设置在所述螺母的外表面上及所述套的内表面上，以及所述第二组螺纹被设置在所述套和所述本体上。
4.如权利要求3所述的卡头，其特征在于，所述第二组螺纹被形成在所述套的前部和所述本体的所述突出部上。
5.如权利要求3所述的卡头，其特征在于，所述套是由聚合物材料制成，并且包括其上形成有所述第二组螺纹的金属嵌件。
6.如权利要求5所述的卡头，其特征在于，所述金属嵌件是被压装在所述套中的。
7.如权利要求3所述的卡头，其特征在于，所述螺母相对于所述推力板是可旋转的。
8.如权利要求7所述的卡头，其特征在于，包括连接至所述螺母和所述推力板的弹簧，所述弹簧被偏压而在所述闭合方向上抵抗所述螺母与所述推力扳间的相对转动。
9.如权利要求8所述的卡头，其特征在于，所述螺母可以抵抗所述弹簧而在有限的转动范围内相对于所述推力板转动。
10.如权利要求8所述的卡头，其特征在于，所述螺母确定了绕所述螺母内表面延伸的圆周槽，并且所述推力板确定了延伸进所述槽的挡块，以限制所述螺母在所述转动范围内的转动。
11.如权利要求1所述的卡头，其特征在于，所述第一螺距是在1～8的范围内。
12.如权利要求1所述的卡头，其特征在于，所述第二螺距为32。
13.如权利要求2所述的卡头，包括推力板，其绕所述本体设置成可轴向移动且与所述各卡爪驱动连接，致使所述推力板相对于所述本体的轴向运动，根据所述运动的轴向方向使所述各卡爪移向和移开所述卡头轴线，包括绕所述推力板设置的螺母，其中所述第一组螺纹被设置在所述螺母的外表面以及所述套的内表面上，以及所述第二组螺纹被设置在所述螺母和所述推力板上，致使所述螺母在所述第二螺纹上相对于所述推力板的转动使所述螺母相对于所述推力板轴向移动。
14.如权利要求13所述的卡头，其特征在于，所述套轴向固定于所述本体上。
15.如权利要求13所述的卡头，其特征在于，包括连接到所述螺母和所述推力板上的弹簧，所述弹簧被偏压而在闭合方向上抵抗所述螺母与所述推力板间的相对旋转。
16.一种卡头，用于与具有可转动驱动轴的手动或动力驱动器一同使用，所述卡头包括大致为圆柱形的本体，其具有突出部和后部，所述后部被配置成与所述驱动轴一起转动，而所述突出部具有其内形成的轴孔以及多个通过其形成并与轴孔相交的成角度设置的通道；多个卡爪，其配置于所述通道中可朝向及远离所述轴孔移动；大致为圆柱形、限定了所述卡头外表面的套，其中所述套驱动连接于所述各卡爪，致使所述套在闭合方向上相对于所述本体的旋转会将所述各卡爪移向所述卡头轴线，而所述套在打开方向上相对于本体的旋转则将所述各卡爪远离所述卡头轴线移动；围绕所述本体轴向可移动地设置并与所述各卡爪驱动连接的推力板，以便所述推力板相对于所述本体的轴向移动，根据所述移动的轴向方向，使所述各卡爪移向或移开所述卡头轴线；轴向固定并相对所述推力板可转动的螺母；连接至所述螺母和所述推力板的弹簧，所述弹簧被偏压而在闭合方向上抵抗所述螺母与所述推力板间的相对旋转；设置在所述螺母和所述套上的相互啮合的第一组螺纹，致使所述套和所述螺母间的相对转动使所述螺母和所述推力板相对于本体轴向移动；以及设置在所述套和所述本体上的相互啮合的第二组螺纹，致使所述套和所述本体间的相对转动使所述套相对于所述本体作轴向移动，其中所述第一组螺纹限定了第一螺距，致使当所述各卡爪闭合时，所述套和所述螺母在闭合方向上转动锁定，以及其中所述第二组螺纹限定了比所述第一螺距密的第二螺距，致使当所述各卡爪闭合时，所述套和所述本体在闭合方向上可相对转动。
17.如权利要求16所述的卡头，其特征在于，包括在所述螺母与所述推力板间可操纵地设置的轴承。
18.如权利要求17所述的卡头，其特征在于，所述第二组螺纹形成在所述套的前部和所述本体的所述突出部上。
19.如权利要求16所述的卡头，其特征在于，所述螺母可以克服所述弹簧在有限的转动范围内相对于所述推力板转动。
20.如权利要求16所述的卡头，其特征在于，所述第一螺距是在1～8的范围之内。
21.如权利要求16所述的卡头，其特征在于，所述第二螺距为32。
22.一种卡头，用于与具有可转动驱动轴的手动或机动驱动器一同使用，所述卡头包括大致为圆柱形的本体，其具有突出部和后部，所述后部被配置成与所述驱动轴一起转动，而所述突出部具有在其内形成的轴孔，以及多个通过其形成并与所述轴孔相交的成角度设置的通道；可朝向及远离所述轴孔移动地配置于所述通道中的多个卡爪；大致为圆柱形、限定了所述卡头外表面的套，其中所述套驱动连接于所述各卡爪，致使所述套在闭合方向上相对于所述本体的旋转将所述各卡爪移向所述卡头轴线，而所述套在打开方向上相对于所述主体的旋转则将所述各卡爪自所述卡头轴线移开；围绕所述本体轴向可移动地设置并与所述各卡爪驱动连接的推力板，以便所述推力板相对于所述本体的轴向移动，根据所述移动的轴向方向，使所述各卡爪移向或移开所述卡头轴线；绕所述推力板设置的螺母；连接到所述螺母和所述推力板的弹簧，所述弹簧偏压而在所述闭合方向上抵抗所述螺母与所述推力板间的相对转动；设置在所述螺母和所述套上的相互啮合的第一组螺纹，致使所述套与所述螺母间的相对转动会使所述螺母和所述推力板相对于所述主体作轴向移动；以及设置在所述螺母和所述推力板上的相互啮合的第二组螺纹，致使所述螺母在所述第二螺纹上相对所述推力板的转动使所述螺母相对于所述推力板轴向移动，其中所述第一螺纹限定了第一螺距，致使当所述各卡爪闭合时，所述套和所述螺母在闭合方向上转动锁定，以及其中所述第二螺纹限定了比第一螺距密的第二螺距，以使当所述各卡爪闭合时，所述套和所述本体在闭合方向上可相对转动。
23.如权利要求22所述的卡头，其特征在于，包括可操纵地设置于所述套和所述本体间的轴承。
24.如权利要求22所述的卡头，其特征在于，所述第一螺距是在1～8的范围之内。
25.如权利要求22所述的卡头，其特征在于，所述第二螺距为32。
全文摘要
一种卡头,包括本体,相对于本体可朝向及远离轴孔移动的多个卡爪和套。该套通过第一组啮合螺纹与本体或卡爪接合,使得该第一组螺纹间的相对转动驱使卡爪移向或移开卡头轴线。由第二组啮合螺纹使套与本体或卡爪接合,使第二组螺纹间的相对转动驱使卡爪移向或离开卡头轴线。第一、二组螺纹确定了第一螺距和比第一螺距密的第二螺距,使得卡爪闭合时第一组螺纹在闭合方向上转动锁定,而第二组螺纹在闭合方向上可相对转动。
文档编号B23B5/22GK1328892SQ01117309
公开日2002年1月2日 申请日期2001年3月10日 优先权日2000年3月10日
发明者威廉·H·奥尔特曼, 罗伯特·A·格罗根 申请人:动力工具霍德尔斯公司