CN102941514B - 具有改进的刀导向件的刀刃磨器 - Google Patents

Abstract

一种刀刃磨器，用于通过磨料刃磨、棒磨或修调刀片刃口来修整刀片刃口，所述刀刃磨器包括：至少一个刃口修整元件，以及用于控制刀片和其刀刃的刃面相对于所述至少一个刃口修整元件的角度的至少一个刀导向件；所述导向件包括：光源，用于引出至少一个光束，所述光束照射在刀片的至少一个刀面上；至少一个光检测器，用于俘获从刀面反射的光；以及指示器，其监视和显示从刀面反射的光的强度，所述光的强度取决于刀面角度，由此有助于使用者在刀刃与一个所述刃口修整元件接触的状态下将刀片移动通过所述刃磨器时维持恒定的刀片角度。

Description

具有改进的刀导向件的刀刃磨器

本申请是申请日为2007年2月20日、申请号为200780006472.6、发明名称为“具有改进的刀导向件的刀刃磨器”的发明专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用

本申请基于2006年2月23日递交的美国临时申请No.60/776,135。

背景技术

现代刀片刃磨器基于对刃磨角度的精确控制，以便获得最锋利的刀。通常，设有精密导向件，其确保刀片在所有和每一刃磨冲程中相对于刃磨磨料的平面或磨刀棒的平面保持在相同角度。为了产生最锋利刃口，重要的是刀片和研磨材料的表面在每个横跨磨料的刃磨冲程中保持恒定的角位置。

为了在刃面（刃面会合而产生刃口）接触刃磨或棒磨（steeling）元件时维持它们一致的角度，已经发现重要的是设置角度导向件，其对刀片的某些特征进行物理导向。方便且实用的方式是以刀面为基准来设置在接触点相对于刃磨或棒磨元件的表面平面的刀片刃口的刃面的角度。

接下来，在刃磨中通常将刀面抵靠在平面形单一导向表面上，并且滑动刀片以使刀面物理接触刃磨表面，同时刃口的刃面被研磨或棒磨元件修整。

将被刃磨的刀面作为基准来设置刀片刃面与磨料间的角度的物理导向件可能非常精确，这是因为大多数刀的刀面具有通常大且平坦的结构。然而，由于刀面必须被保持相对牢固接触平坦的平面形刃磨表面，因此需要保持刃磨表面清洁而没有异物，例如切屑和磨屑，以便避免某种划伤或磨伤刀面。由于刀面通常在工厂中沿着垂直于刃口的方向抛光，因此即使是平行于刃口的柔和磨料作用可能有时也会沿着刀面引起轻微磨伤。这并非导致干扰获得锋利刃口的功能性问题，但对于购买昂贵刀的刀收集者来说是一个美观问题。因此希望探寻改进的措施来消除这种后果。

减轻这种划伤和磨伤作用的措施已经被本发明人在以前披露过并且获得了专利。它们包括使用多辊，如描述于美国专利5,406,679和5,449,315；抵靠着竖直导向表面进行导向，带或不带辊，见美国专利5,390,431和5,582,535；表面塑料化辊，见美国专利5,449,315和5,404,679；由多个滚珠轴承产生导向平面，并且被导向的刃磨器沿着刀片刃口移动，见美国专利5,582,535。

虽然大多数前面披露的措施能够在刀面沿着物理导向件移动时减轻刀面的随机划伤或磨伤，因而被证明是实用的，但它们不能完全消除划伤和磨伤。结果，有些研究被启动，以图产生改进的措施和替代性方案，从而在更长时间内实质上消除前面描述的不良后果。

发明内容

本发明涉及一些新改进和先进的刀片导向措施，其在刀片刃口被研磨装置刃磨、被棒磨或组合研磨时，能完全消除划伤和磨伤，或将划伤/磨伤程度降低至可忽略的级别。

这里公开的改进的新颖装置可以在刀片接触平面形或其它导向件滑动移动时保护刀片的刀面或其它表面，或者说本发明的定位结构可以将刀刃口相对于刃磨、棒磨或修调装置精确地定位，其中包括：改进的基于辊的装置；光束导向件；图案化表面；以及刀导向表面上的专用纤维和泡沫接触材料，其提供了软表面，并且能够容纳和隐藏硬质异物颗粒，在其它情况下，这些颗粒可能会引起刀面或刀片的其它接触表面上被划伤或磨伤。

附图说明

图1示出了根据本发明的带有研磨元件的辊式导向件和刀；

图2示出了根据本发明的带有刷的辊式导向件；

图3示出了根据本发明的带有覆层的辊式导向件辊；

图4示出了根据本发明的带有覆层的辊式导向件辊；

图5示出了根据本发明的带有间隔环的辊式导向件辊；

图6示出了根据本发明的带有O型环的辊式导向件辊；

图7A示出了根据本发明的带有覆层的轴承或轮式导向件；

图7B示出了根据本发明的带有O型环的轴承或轮式导向件；

图8示出了根据本发明的用作导向件的被覆盖的轮和轴承的局部剖视图；

图9示出了根据本发明的滚珠轴承式导向件的正视图；

图10示出了根据本发明的刀导向件上的模制图案；

图11示出了根据本发明的模制图案的剖视图；

图12示出了根据本发明的倾斜导向件，其中表面上具有竖直纤维；

图13示出了根据本发明的带有植绒材料覆层的刚性导向件；

图14示出了根据本发明的位于刀片两侧的竖直纤维导向件；

图15示出了根据本发明的倾斜平面导向件和刀限位弹簧上的竖直纤维；

图15A示出了根据本发明的衬垫材料上的竖直纤维；

图16示出了根据本发明的带有光学刀导向件的刀刃磨器的俯视图；

图16A示出了图16的一部分的放大图；

图17示出了根据本发明的带有光学刀导向件的刀刃磨器的正视图；

图18示出了根据本发明的带有光电式刀导向件的刀刃磨器的俯视图；

图19示出了根据本发明的带有光电式刀导向件的刀刃磨器的正视图；

图20示出了图16至19中的刀刃磨器的仰视图，以表现底部容室。

具体实施方式

本发明人已经揭示过刀导向件包括一列辊，这些辊的圆周表面处在平面内对正关系，从而可以用作被刃磨刀片的刀面的导向平面。这一思想被本发明人披露并且获得美国专利5,404,679、5,390,431、5,582,535和5,449,315。如在先公开，辊可以由各式各样的材料制成，例如塑料或金属，并且辊可以被覆盖一或多种塑料的套筒。本发明人的最近的研究表明，为辊式结构所做的修改配置或最优化表面包层可以实质上消除划伤问题。

取决于辊的表面材料和表面粗糙度，在刀沿着辊表面产生的平面移动时，被手工抵靠着辊表面保持着的刀的摩擦牵引作用会带动辊转动。或者，辊可以被电机以适宜的低表面速度驱动，该速度被选择为排除或减小辊的表面和用手保持着的刀片的表面之间的相对运动。旋转辊之间可以维持小间隔，以便允许辊上的大多数散屑从导向辊之间掉落。最近的进展表明，如果刷状材料、擦拭器或织物被安置成在圆周方向位置（而非在导向平面内）略微接触移动的辊表面，则可以随着辊转动连续地将磨料和其它材料从辊表面移除。通过这些措施，辊保持清洁并且不划伤刀片。

图1示出了直线排列的一列圆柱形辊2，每个辊被低摩擦率轴向轴承支撑，其中辊表面相互对正以产生导向平面，刀片3的刀面在导向平面上滑动移动，刀片的刃面抵靠着刃口修整元件，刃口修整元件可以是研磨元件、棒磨元件或修调元件。出于解释的目的，该元件被显示为研磨元件5。刀片和研磨元件5之间角度关系是这样的，刀片刃口的刃面4被设置成精确对准研磨元件5的接触平面，以在期望角度珩磨刃面。如果辊的表面是抛光金属，则它们的表面将保持相对而言不易遇到由刃磨过程产生或从研磨元件断裂下来的硬碎屑。一些碎屑趋向于在以颗粒的形式接触刀片时从辊的表面脱落，而不划伤刀面。然而，作为对具有光滑均匀表面的辊的改造，圆柱形辊的表面可以被图案化，以包括隆起表面，例如包含隆起螺线以支撑刀面并且允许碎屑在螺线的各圈之间脱落。

如图2所示，显示了一种清洁机构，其形式为精细毛刷7或绒状织物，可被安置成与辊接触以去除或减少任何残留在辊表面上的碎屑，所述刷被布置在辊的后侧，或在除了由辊2建立的导向平面以外的位置上。

在图3中，辊上的包橡胶表面9提供了额外的摩擦牵引，以有助于在刀面滑动移动经过辊表面时转动辊2。刷或绒状织物7可被定位成与这种摩擦率更高的辊的后侧接触，如前所述并且示于图2，以去除碎屑。图3示出了辊2的局部剖视图，其中带有橡胶或其它类似弹性材料的包层或覆层。

更为惊人的是下面的改进：辊被覆盖由专用织物、软触感塑料膜或泡沫材料形成的层（图4）或套筒，以提供更软的表面，其对刀面而言是友好的，并且即使有些小碎屑嵌在织物11中也不会划伤刀面。对用于辊和静态导向件的最佳保护织物材料的选择和构造将在后文中讨论。图4中以局部剖视图显示的辊2具有由这种专用织物或泡沫材料11构成的包层，该包层软至足以通过将碎屑容纳于这种材料的平均接触表面下面而保护刀面。

任何所述用于圆柱体的专用包层材料可以以一层的形式施加在整个辊表面2上，或施加于围绕圆柱体的隆起间隔条或环13，如示于图5。

一种为辊提供改进表面的特别有效且新颖的措施是：一列辊2，它们的尺寸被设置成接纳间隔的O型环15，如图6所示，所述O型环由于它们的形状和间距而使得只有有限的面积接触刀面或线接触刀面。这是一种非常实用且有益的构造，因为容易获得各种尺寸和材料的O型环，并且O型环在防止刀面划伤方面的表现非常好。O型环的间距必须小至足以为待刃磨的最小刀片提供稳定支撑。这种结构的改型示于图7A、7B和8。图7A示出了静态轴16，其上安装着一系列带橡胶覆层17的自由旋转轴承21，这些轴承彼此略微间隔以允许任何碎屑落在各带橡胶覆层的轴承之间。图7B示出了静态轴16，其上安装着一系列自由旋转轴承21，每个轴承上设有至少一个O型环15。图8示出了轴16的其它改型，带有间隔的轴承21，每个轴承被覆盖着、织物、泡沫材料或软触感材料19。由多个示于图5、6、7A、7B和8的转轴单元形成的一列可被安装，以产生有效的刀面平面形导向件，其使得刀面的划伤最小化。

带有彼此间隔的如前所述的条形环材料或O型环的钢辊可以被磁化以吸引和保持由发生接触的刀片的刀面带到辊结构上的金属碎屑。如此在钢辊中建立的磁场可以吸引和保持留在刀片上的切屑。或者，磁体可以靠近钢辊或轴承安装，以吸引任何松散的铁磁性碎屑并将其从辊表面移除。

作为刀导向件的滚珠轴承

类似地排布在一个平面中的成列的滚珠轴承，例如公开于美国5,582,535（其全部内容以引用方式并入于此），可以被用于产生刀面的平面形导向表面。由于滚珠轴承必须被限位，因此它们通常被俘获在直线或圆形列中。对于平面形刀导向件，直线列的至少三个小轴承，例如National Bearings出售的轴承，可以被布置成沿平面形刀导向件的长轴的纵向或横向延伸。较小的滚珠轴承24是优选的，因为它们的中心之间的距离提供了"更流畅的"表面，这对非常小的刀片特别有益。滚珠24从维持滚珠彼此接触的壳体的开放表面延伸。一种优选的几何形状是至少三个横向列的平面结构，如示于图9。这种类型的列的优点是，轴承和刀面之间只有点接触，如此产生的结构可极大地减少划伤或磨伤刀面。碎屑趋向于收集在每列中的各个滚珠之间，或在彼此分开的滚珠之间以及彼此分开的列之间落到下面，因为这些列是沿着导向平面相互间隔的。

滚珠可以自由旋转，或者它们可以是固定的，然而它们优选以最小摩擦力自由旋转。

图案化静态表面导向件

通过机加工、铸造或模制平面形导向件的表面而产生的图案化表面可以模拟辊的线接触或滚珠轴承的点接触，并且可以被用作导向表面以减少刀面的划伤。利用精确的现代塑料成型技术，容易实现这种图案化表面。图10和11示出了示例性图案的俯视图和剖视图，该图案形成了图案化的平面形导向表面，以减少与刀片接触的面积或接触点23。凹槽25靠近接触点或接触线或接触区域设置，以收集碎屑并减少碎屑与刀片3的刀面的接触。一种更为简单的图案是模制在构成导向表面的塑料、橡胶或泡沫状材料上的成排的短竖直圆柱体或球点。这种类型的图案化导向表面可以例如使用塑料、金属、橡胶或皮革类材料而产生。这样的图案可以有助于任何形状的导向表面，包括平坦平面形表面或圆柱体导向表面。

用于刀导向件表面的专用表面、纤维和包层

本发明人已经发现，这里描述的新颖导向件的最有效的实施方式之一是竖直纤维27的阵列，如示于图12。这些纤维可以通过镶嵌成型过程而在其一端直接模制到塑料板导向件的表面中，或者可以通过植绒喷射而施加，或者施加或编制到容易通过粘合剂或压敏胶施加在导向表面29上的辅助性膜、织物或衬垫上。图12示出了当刀片沿着纤维滑动接触地移动时，竖直纤维27的阵列是如何能够保护刀片3的刀面31。刀刃口被显示为接触研磨元件33。

一种理想的无划伤表面是由紧密填装的大约0.025至0.1"长的挠性竖直纤维构成的垫层。这提供了一种垫层，其足够深而能够容纳典型的小硬质碎屑，例如刀刃磨环境中通常会产生的切屑（金属颗粒）和磨料颗粒。每根纤维的直径（通常小于0.001英寸）并不是很重要的因素，但它们应当是挠性的，同时还具有足够的硬度，并且足够密（以每单位面积中的纤维数表示），以便在刀片被拉过导向件时抵抗刀片的压力下的严重弯曲。如果纤维不够密或硬，则碎屑在被刀片接触时不容易以不划伤刀片的方式到达纤维的表面下面。纤维长度应当至少为碎屑尺寸的至少5被，优选为10倍。无论何时颗粒状碎屑临时安置在纤维和刀片之间，挠性竖直纤维故有的类似于弹簧的柔顺性或可屈服性本质都可防止随机碎屑在刀片的接触表面上施加额外高的力。通过这种方式，碎屑可以移动到纤维垫层的表面下面，在此碎屑可以相对于刀片的表面隐藏，并且因此不会损伤接触刀面。举例来说，我们发现，当在电机驱动的刃磨器中使用范围在100-300粒度（grit）的金刚石磨料时，刃磨碎屑的尺寸小于千分之3英寸。纤维长度为0.060英寸的绒状织物可以针对刀面优异地工作。在刀面被刃磨时经历了数千次冲程后，没有发现划伤或磨伤。更短的纤维也工作良好。

植绒、毡和泡沫材料也可以良好地用作刀导向件的保护包层。然而，已发现，在经历了长时间后，由随机定向的疏松粘结纤维形成的植绒和毡，同竖直纤维的绒状垫层相比，保护能力不那么好。

由于导向表面29上的植绒和毡32，如示于图13，具有垫子状结构，因此它们大体上必须以更深的层的形式施加，以便为硬质刃磨碎屑提供覆盖和缓冲。

泡沫材料层可能是有效的，如果它们相对软的话；并且它们优选为开放孔式的，以便为所收集的碎屑提供空间。泡沫材料可以喷射到平面形导向平面上，或者以片材的形式通过粘合剂衬层施加。它们可以还可以镶嵌成型在模制塑料导向件的表面上。

竖直纤维，不论是镶嵌成型的还是以割绒的形式连接到织物衬垫上，都工作良好。衬垫可以被涂覆压敏胶，以便容易安装到刀导向件上或从刀导向件移除。这里所用的术语竖直纤维指的是一个阵列的紧密排布的个体纤维，其名以上垂直于承载基板例如塑料或织物结构定向。割绒织物典型地具有理想的竖直纤维结构。圈绒织物也是有效的。

从织物衬垫延伸出来的形式为刷或竖直纤维的纤维也可以被使用，以有效地限定如示于图14的沟槽，以同时引导放置在沟槽中的刀片的两面。使用纤维来形成示于图14的沟槽，以在刀片如图所示竖直定向时同时推压刀片的两面，是特别便利的。如示于图15，在动力刃磨装置中，倾斜的平面形导向件用于一侧刀面，塑料弹簧推压在相反的刀面上以使刀片稳定，这种方式也工作良好。图15中的塑料弹簧35常被用于这种刃磨台中，在刀片3的一个刀面被沿着导向件手工拉动时，其刃口39与动力驱动或固定的研磨元件41接触，塑料弹簧将刀面轻柔地推压在倾斜导向件37上。倾斜导向件37和刀面保持弹簧35二者的表面上的竖直纤维结构27工作得非常好，因为在每次刃磨冲程中，刀片的两侧都可以同时被清除碎屑。经验表明，这种刀保持弹簧在不具备这种保护措施时可能偶然划伤和磨伤刀片的刀面。竖直纤维结构可以类似地用在可能被刀片的刀面或结构件接触的任何其它表面上。在图15中，研磨元件轮41通过轴43被电机驱动。然而，安置着磨料的非动力式刃磨器也可以采用这些相同类型的纤维结构，以有效地保护刀面不被划伤和磨伤。

如前所述，纤维结构可以镶嵌成型在刀片导向表面上，或被永久性粘合或安装在刀片导向表面上的织物承载。特别方便的是提供这样的纤维结构，其带有纺织或挠性衬垫，衬垫上可以被涂覆压敏胶，以便容易手工施加到刀导向表面和从刀导向表面移除。

通过压敏胶附装到刀导向件上的织物结构在被异物材料例如食物、油等弄脏时具有极大的优点。它们可以容易更换。同样，在被安装到刀导向件上长时间使用后，如果它们变得明显承载着刃磨碎屑，可以简单地将它们更换。

图15A是竖直纤维27的易安装结构的剖视图，显示了竖直纤维安装在衬垫材料40例如织物状结构、挠性膜状材料或金属刚性支撑体上，衬垫材料又被涂覆压敏胶44。类似的结构可以由毡、泡沫材料、非纺织纤维或软皮革状上层制成，以取代竖直纤维。这些可以容易地安装在导向件子结构上并且在必要时更换。

前面描述的实施方式的特点在于，提供了表面成形的刀导向结构，其使得刀片在进行持续的移动接触所述结构的导向表面时，其划伤、擦伤、磨伤或表面破坏最小化。导向表面是无磨削性的，并且具有允许刃口修整过程中产生的切屑和研磨材料的颗粒在被移动的刀片接触时移动到导向表面下面的装置。这样的装置可以是辊或滚珠的接触区域之间的间隙，或者，可以从挠性纤维或从导向表面上的材料获得。

用于对刀片导向的光学装置

本发明人研制出光学和光电式装置，以在刃磨过程中提供对刀片的角度控制，从而完全消除对导向件和被刃磨的刀面之间物理接触的需要。

在最简单的构思中，来自发光二极管或其它类型的光源45的光被刀片的一侧反射，如示于图16，16A和17。从发光二极管发出并被刀面反射的反射光被俘获，例如被示于图16、16A和17的一对聚光透镜53和两个光纤束47俘获，并且传输到设在刃磨器上的醒目位置上的指示器51，指示器可以容易地被使用者借助于光散射透镜观察到。刀的角位置必须被使用者精确维持，以使得在刀被刃磨时使用者从指示器51看到的从刀片反射的两个光束的相对强度相一致。通过使反射到每个光纤末端的光强度相一致，刀片刃面（靠近刀刃口）相对于研磨元件33的角度保持相对恒定。

或者，如示于图18和19，来自发光二极管（LED）45的光反射从刀片反射，然后可以被两个光敏检测器57俘获，并且被电子地比较。视频或音频信号可以被产生或显示在指示器55的位置，以有助于使用者将刀片竖直地对正角度。当反射光束的强度取得平衡时，指示器55处的指示光或声音的强度可以被最大化。

图16至19中的研磨元件33可以是静态列的研磨元件，例如交叉的研磨元件。相同的刀导向装置可被用于一系列动力磨轮。在图16至19中的示例性装置中，设有底侧容室59（图20），用于存放电池，或用于安装用于LED、光敏检测器以及视频或音频信号装置的电路。

Claims (4)

1.一种刀刃磨器，用于通过磨料刃磨、棒磨或修调刀片刃口来修整刀片刃口，所述刀刃磨器包括：至少一个刃口修整元件，以及用于控制刀片和其刀刃的刃面相对于所述至少一个刃口修整元件的角度的至少一个刀导向件；所述刀导向件包括：光源，用于引出至少一个光束，所述光束照射在刀片的至少一个刀面上；至少一个光检测器，用于俘获从刀面反射的光；以及指示器，其监视和显示从刀面反射的光的强度，所述光的强度取决于刀面角度，由此有助于使用者在刀刃与一个所述刃口修整元件接触的状态下将刀片移动通过所述刀刃磨器时维持恒定的刀片角度。

2.根据权利要求1的刀刃磨器，其中所述刃口修整元件在所述光源和所述指示器之间安置在所述刀刃磨器上。

3.根据权利要求2的刀刃磨器，其中所述光检测器包括一对透镜，以及光纤束，通过所述透镜和光纤束，当刀片的角度恒定时，两个反射光束的相对强度会相一致。

4.根据权利要求2的刀刃磨器，其中所述光源为发光二极管，所述光检测器包括光敏检测器，所述指示器包括视频或音频信号指示器，以使得当反射光束的强度取得均衡时，光/声音的强度被最大化。