CN102066783A - 使用滚动板弹簧的直线轴承 - Google Patents

Abstract

直线轴承在个人护理器具中是有用的，并且包括伸长的中心构件(14)，中心构件(14)在其每个末端具有末端元件(20、22)，中心构件具有在其自由端具有工件(18)的臂(16)。两组正交的板弹簧(24、38)定位在中心组件的末端附近，每组中的每个板弹簧的一个末端连接到关联的末端构件，每组中的每个板弹簧的另一个末端连接到固定位置构件(26、40)，比如器具的外壳(37)。

Description

使用滚动板弹簧的直线轴承

技术领域

本发明总体上涉及直线轴承，更具体涉及直线弹簧轴承。

背景技术

直线轴承已被并正被用于各种应用中，包括直线驱动电机，其用于各种小型器具中。通常类型的直线轴承是球轴承和轴衬。尽管这些类型的轴承中的每一种都有其自身的优点，并且在特定应用中有用，但它们在很多应用中也具有很大的缺点，包括少量的游隙，这导致有噪声的操作，特别是在较高频率的往复运动下。这样的轴承还通常具有很大的摩擦量，这在一些应用中可以通过使用润滑剂来减轻，但是在比如涉及谐振系统的其他应用中，产生很大的效率损失。

还通常使用弹簧轴承来克服传统直线轴承的一些缺点。弹簧轴承通常具有极小的游隙并且没有摩擦。然而，弹簧轴承具有实质的弹簧率以及取决于弹簧尺寸的运动范围。弹簧轴承在很多应用中使用的谐振系统中不是特别有用，因为例如由系统上的负载的变化引起的弹簧率的变化将引起系统的谐振响应的变化，这是不期望的。然而任何补偿弹簧率变化的布置将必定增加总体系统的复杂度和成本。

因此，期望具有一种直线轴承，其没有明显的游隙或摩擦，具有期望的运动范围，并且几乎没有弹簧率。这样的直线轴承在比如牙刷或者剃须器的往复直线驱动器具中是特别期望的。

发明内容

因此，公开了一种直线轴承，其包括：中心构件组件，其具有安装于其上的工件组件；一组板弹簧，每个板弹簧的一个末端连接到中心构件组件，其另一末端连接到固定位置构件，其中板弹簧布置为使得其两个末端之间有大约180度的弯折；以及(a)弹簧构件、或者(b)连接到中心构件组件的另一末端的另一组板弹簧、或者(c)轴衬，其支持中心构件的另一末端，并且连接到所述固定位置构件，或者连接到另一固定位置构件，其中在工作中，所述一组板弹簧以及弹簧构件或者所述另一组板弹簧，连同所述中心构件组件以及工件组件，以往复直线运动前后移动。

附图说明

图1A和图1B是本发明的直线轴承的一个实施方式的纵向和横向横截面图。

图2是图1A和图1B的直线轴承的一部分的简化透视图。

图3是使用图1的直线轴承的牙刷应用的正视图。

图4是图3的结构的一部分的正视图。

图5是直线轴承的单个弹簧部分的简化图。

图6A和图6B是替换实施方式的纵向和横向横截面图。

图7A和图7B是另一替换实施方式的纵向和横向横截面图。

图8A和图8B是另一实施方式的纵向和横向横截面图。

图9A和图9B是另一实施方式的纵向和横向横截面图。

图10A到图10D示出直线轴承的弹簧构件部分的各种形状。

具体实施方式

图1A和图1B以及图2示出了文中公开的直线轴承的一个实施方式，通常指的是10。图3和图4示出在电动牙刷应用中的直线轴承10。然而，应当理解，直线轴承在各种其他个人护理应用中具有应用，比如剃须器和电子牙线和剪发器。图5示出直线轴承的单个弹簧部分的操作。直线轴承10包括中心安装组件14，其进而包括两个相对的实质上相同的末端构件20和22。从安装组件14的一个末端构件20延伸的是工件臂16，在该工件臂的末端安装了刷头18(图3)，其设计并布置为适合于刷人的牙齿。

在图1、图2A、图2B和图3-图4中，安装组件14大约50mm长并且由钢或者类似的坚固材料制成。连接在每个末端构件(例如20)和附接到器具外壳的相关联的固定地点构件26之间的是板弹簧构件24-24，也称为滚轴板弹簧。地构件26-26也可以是外壳的一个集成部分或者是外壳本身。在示出的实施方式中，有四个这样的处于正交位置(即间隔90度)的板弹簧构件，用于每个末端构件。在示出的实施方式中，板弹簧构件由直条弹性材料比如易弯的弹簧钢制成。可以使用其他高弹性的材料，包括钢以外的金属或者塑料。

正交的弹簧布置具有对于直线轴承必要的在所有方向上所要求的弹簧刚度。在示出的实施方式中，用于牙刷应用的弹簧构件的厚度是0.01到0.3mm，优选厚度是0.05mm。弹簧的宽度是1到5mm，优选的宽度是3mm，而长度是5到30mm，优选的长度是10mm。

每个板弹簧构件(尽管在其与所示布置分开的松弛位置处是直的)在其工作位置弯折了180度以提供包括图5的图中所示的形状。弹簧构件的变形是有弹性的，使得一旦放松弹簧将回到其原始平坦形状。在操作中，如图1中的箭头所示的安装组件14的轴向移动，以及由此的末端构件20的移动，将使得弹簧的区域30弯折，伴随着弹簧在弹簧区域32中变形即滚动(rolling)。弹簧将在弹簧区域34中松弛。

在示出的实施方式中，类似的一组四个正交的弹簧构件38-38附接到相对的末端构件22以及相对的地点构件40-40，该地点构件40-40也可以附接到外壳或者形成外壳的一部分。在示出的实施方式中，两组地构件26-26和40-40连接到外壳，因而事实上连接在一起。如上面所指示并且如图中所示，两个末端构件20和22也由中心构件41连接在一起。工件臂16可以是中心构件41的延伸。构件41、20、22和16也可以是整体的、单件的组件。

在该双端弹簧布置中，利用在安装组件14的两端的一组四个板弹簧，系统往复运动所需的理论净能量为零，产生了零弹簧率。这对于许多商业应用具有优点，特别是谐振应用，包括牙刷，因为在常规刷洗中发生的、刷头上不同的负载，将不影响直线轴承系统的弹簧率，因此不影响系统的谐振操作。示出的系统也具有很强的横向刚性，同时允许相对大范围的轴向运动，这对于牙刷应用是期望的，而不需要过大的弹簧。此外，由于弹簧在其中心区域变形，而不在其末端附接处变形，所以在弹簧系统中常见的弹簧在末端附接处断裂机会相对较小。还应当理解，这里公开的弹簧系统可以为不同应用制成各种尺寸，从较小到相当大。

直线轴承可以由各种布置驱动，包括磁性布置，其在图2和图3中对于牙刷应用示出，其在图2中包括外壳37，驱动链组件39、电池40以及电子驱动器/控制器43。驱动链组件39包括在外壳37内提供的相对的电磁体42、44，其与位于安装组件14上的永磁体45相互作用。随着电磁体由AC信号源(电子驱动器/控制器)43驱动，得到的与永磁体45的相互作用产生如上所述布置的安装组件14以及前和后直线轴承47、48的前后(直线)动作，由箭头所示。将安装组件14的后端连接到外壳的是谐振弹簧49。谐振弹簧49与安装组件14的惯量之比定义了器具的谐振频率。该布置的一个额外优点是其可以在谐振模式以音频工作，例如以高效率在250Hz到270Hz的范围内工作。

单个的弹簧构件可以具有各种轮廓结构，比如图10A-图10D中所示。图10A中的弹簧50类似图1-图5中所示的弹簧，即具有直边的弹簧。图10B示出替代的弹簧形状51，其中弹簧在其中心比在其末端在宽度上稍大一些，还是具有直边。这样的弹簧像复原弹簧一样工作，允许长的行程而没有任何额外的游隙。图10C示出与其末端相比在其中心具有减小的宽度的弹簧56，其直边从弹簧中心向末端延伸。该弹簧形状对于工件产生偏心运动，集中于工件行程的一侧或另一侧。图10D示出另一结构，其中弹簧58具有直边，其中弹簧的宽度从一个末端朝另一末端增加。弹簧还可以具有弯曲的边。通过修改板弹簧的形状和/或改变其厚度，各种弹簧响应曲线是可能的。每个特定组中的弹簧不需要都是同一形状，但是优选是同一形状，特别是相对的弹簧。

图6A、图6B示出一实施方式，其中单个组的四个板弹簧61附接到安装组件63的一个末端62，而传统的单个平板弹簧64处于安装组件的另一末端，连接在其相应的末端构件68和地点构件70之间，地点构件70连接到外壳72。在另一布置中，该组板弹簧61的位置和传统板弹簧64的位置也可以与图6A和图6B中示出的相反。

图7A和图7B示出另一实施方式，其中单组四个板弹簧80附接到安装组件的一个末端82，以及轴衬84位于其另一个末端86。轴衬84安装在附接到外壳88的地构件88中。

图8A、图8B和图9A、图9B示出其他实施方式。在图8A和图8B中，使用三个弹簧90-90而不是四个，并且其以均等间隔的120度的位置定位。该结构提供与四弹簧实施方式基本类似的效果。图9A、图9B示出双弹簧结构，其中弹簧94-94以相互90度放置。这具有一点不同的动作，因为两个弹簧并不相对，但是其仍然具有其他实施方式的很多优点。

所有上述替换弹簧结构可以以双重组实施(在安装构件的两个末端)，或者以在安装构件的一个末端的单个组实施，而安装构件在另一末端具有传统轴承构件(平板弹簧或者轴衬)。

因此，公开了一种直线轴承，其在各种商业应用中是有用的。直线轴承具有极小的游隙并且在工作中基本上没有摩擦。此外，使用多个滚轴板弹簧的轴承具有基本为零的弹簧率。这样的轴承是方便的并且在多种个人护理器具应用中是有用的，特别是电动牙刷。

尽管为了示例说明而公开了本发明的优选实施方式，应当理解在不偏离所附权利要求书限定的本发明的精神的情况下各种改变、修改和替换可以并入实施方式中。

Claims (15)

1.一种直线轴承，包括：

中心构件组件(14)，其具有安装于其上的工件组件(16，18)；

一组板弹簧(24)，每个板弹簧的一个末端连接到所述中心构件组件，其另一个末端连接到固定位置构件(26)，其中板弹簧布置为使得其两个末端之间有大约180度的弯折；以及

(a)弹簧构件(64)、或者(b)连接到所述中心构件组件的另一个末端的另一组板弹簧(38)、或者(c)轴衬(84)，其支持所述中心构件的另一末端，并且连接到所述固定位置构件，或者连接到另一固定位置构件(40)，其中在工作中，所述一组板弹簧以及弹簧构件或者所述另一组板弹簧，连同所述中心构件组件以及所述工件组件，以往复直线运动前后移动。

2.根据权利要求1的直线轴承，其中每组板弹簧包括四个正交的板弹簧。

3.根据权利要求1的直线轴承，其中至少一组板弹簧包括三个相等间隔的板弹簧(90)。

4.根据权利要求1的直线轴承，其中至少一组板弹簧包括以相对于彼此成90度定位的两个板弹簧(94)。

5.根据权利要求1的直线轴承，其中板弹簧具有在0.01-0.3mm范围内的厚度，在5-30mm范围内的长度，以及在1-5mm范围内的宽度。

6.根据权利要求1的直线轴承，其中至少一些板弹簧(50)具有直的侧边并从末端到末端具有相同宽度。

7.根据权利要求1的直线轴承，其中至少一些板弹簧(58)具有从末端到末端宽度上增加的直侧边。

8.根据权利要求1的直线轴承，其中至少一些板弹簧(51)在中点比在其相应末端更宽。

9.根据权利要求1的直线轴承，其中至少一些板弹簧(56)在中点比在其相应末端更窄。

10.一种个人护理器具，包括：

外壳(37)；

中心构件组件(14)，其具有安装于其上的工件组件(16，18)；

一组板弹簧(24、47)，其中每个板弹簧的一个末端连接到中心构件组件，另一个末端连接到固定位置构件(26)或连接到外壳，其中所述板弹簧布置为使得其两个末端之间有大约180度的弯折；以及

(a)弹簧构件；或者(b)连接到所述中心构件组件的另一个末端的另一组板弹簧(48)；或者轴衬，其支持所述中心构件组件的另一末端，并且连接到所述固定位置构件，或者连接到另一固定位置构件或者外壳，其中在工作中，所述中心构件组件由驱动组件前后移动，该驱动组件以往复直线运动移动所述一组板弹簧以及弹簧组件或者所述另一组板弹簧。

11.根据权利要求10的个人护理器具，其中所述个人护理器具是电动牙刷。

12.根据权利要求10的个人护理器具，其中每组板弹簧包括四个正交的板弹簧。

13.根据权利要求10的个人护理器具，其中至少一组板弹簧包括三个相等间隔的板弹簧。

14.根据权利要求10的个人护理器具，其中至少一组板弹簧包括以相对于彼此成90度定位的两个板弹簧。

15.根据权利要求10的个人护理器具，其中板弹簧具有在0.01-0.3mm范围内的厚度，在5-30mm范围内的长度，以及在1-5mm范围内的宽度。

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