CN109804219B - 具有紧凑的收回系统的卷尺 - Google Patents

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Abstract

示出了一种包括基于弹簧的收回系统的工具、比如卷尺。各种基于弹簧的收回系统实施方式构造成减小弹簧在卷尺壳体内所占据的尺寸，这因此减小了卷尺壳体尺寸，从而提供了更紧凑的卷尺。各种基于弹簧的收回系统实施方式构造成以减少弯折或者控制尺带片收回的方式来控制卷尺的收回。一些收回系统实施方式利用减速齿轮系，并且其他收回系统实施方式利用压缩弹簧和传动系统，该传动系统将尺带卷轴的旋转运动转换成对弹簧进行压缩的轴向运动。

Description

具有紧凑的收回系统的卷尺
相关专利申请的交叉引用
本申请要求于2016年10月5日提交的美国临时申请No.62/404,635的权益和优先权，该美国临时申请的全部内容通过参引并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及工具领域。本发明具体地涉及包括紧凑的弹簧收回系统的卷尺、测尺、可收回式尺等。
发明内容
本发明的一个实施方式涉及一种卷尺，该卷尺包括基于弹簧的收回系统。卷尺包括尺带卷轴和卷绕在该尺带卷轴上的测尺。尺带片或尺带卷轴联接至弹簧，使得弹簧在尺带片从卷尺壳体伸放期间储存能量并且在尺带收回期间释放能量以驱动尺带片吸收到尺带卷轴上。
在一个实施方式中，卷尺包括齿轮系，该齿轮系将尺带卷轴以可旋转的方式联接至弹簧。在具体实施方式中，该弹簧是螺旋弹簧，该螺旋弹簧联接至柱(例如，中心柱、轴等)使得该螺旋弹簧在尺带伸放期间绕柱卷绕。在一些这种实施方式中，齿轮系构造成在尺带卷轴与弹簧之间提供齿轮减速，使得弹簧在卷绕期间经历的转数小于尺带卷轴在尺带伸放期间经历的转数。在各种实施方式中，齿轮减速比大于2比1，并且更具体地是至少3比1。在具体实施方式中，与不带齿轮减速的常规的卷尺相比，齿轮减速允许以较低的弹簧长度(并且在螺旋弹簧的情况下是较低的最大直径)实现给定的弹簧扭矩水平。
在各种实施方式中，齿轮系是行星齿轮系，并且行星齿轮系包括：中央(“太阳”)齿轮，该中央齿轮刚性地联接至尺带卷轴；齿圈，该齿圈刚性地联接至围绕螺旋弹簧的弹簧卷筒，使得齿圈与弹簧卷筒一起旋转；齿轮架，该齿轮架刚性地固定至中心柱；以及至少两个行星齿轮，所述至少两个行星齿轮由齿轮架支承，使得旋转运动在尺带卷轴与弹簧卷筒之间被转化。在具体实施方式中，齿轮架和行星齿轮位于尺带卷轴和弹簧卷筒中的至少一者内并且被尺带卷轴和弹簧卷筒中的至少一者包围。在具体实施方式中，太阳齿轮和齿圈围绕中心柱、弹簧卷筒和/或尺带卷轴中的至少一者并且与中心柱、弹簧卷筒和/或尺带卷轴中的至少一者同轴。在具体实施方式中，行星齿轮绕中心柱且与中心柱等距间隔开。
在另一实施方式中，弹簧是螺旋弹簧，该螺旋弹簧定位成绕弹簧轴线卷绕，并且螺旋弹簧位于尺带卷轴的外部且处于弹簧轴线与尺带卷轴的旋转轴线不平行的位置处。在具体实施方式中，弹簧轴线垂直于尺带卷轴的旋转轴线。在各种实施方式中，卷尺包括齿轮系，该齿轮系改变尺带卷轴的旋转运动的方向，以驱动螺旋弹簧绕弹簧轴线旋转。在具体实施方式中，齿轮系包括与尺带卷轴接合的第一锥齿轮和垂直于第一锥齿轮的第二锥齿轮。在这种实施方式中，第二锥齿轮在尺带伸放期间由第一锥齿轮驱动以绕弹簧轴线旋转，并且第二锥齿轮联接至螺旋弹簧。
在另一实施方式中，弹簧是压缩弹簧，并且卷尺包括传动系统，该传动系统联接在尺带卷轴与压缩弹簧之间。该传动系统将尺带卷轴的旋转运动转换成压缩弹簧的非旋转(例如，轴向)压缩。在一个实施方式中，压缩弹簧位于尺带卷轴内并且围绕尺带卷轴的中心轴线，并且传动系统包括与压缩弹簧的端部相接触的板。尺带卷轴的旋转使该板在沿着中心轴线的方向上平移，从而引起压缩弹簧的压缩。在具体实施方式中，板包括沿着其外边缘的齿轮齿，该齿轮齿与沿着尺带卷轴的内表面形成的配合齿轮齿接合，并且板还包括螺纹中央开口，该螺纹中央开口与沿着中心柱的配合螺纹接合。在具体实施方式中，中心柱与压缩弹簧和尺带卷轴同轴。在另一实施方式中，板包括沿着板的外周缘边缘形成的螺旋形螺纹，并且尺带卷筒的内表面包括与板的螺旋形螺纹接合的螺旋形螺纹表面。
另一实施方式涉及一种卷尺。该卷尺包括：壳体；轴，该轴联接至壳体；尺带卷轴，该尺带卷轴绕轴以可旋转的方式安装在壳体内，并且该尺带卷轴包括径向面向外的表面和限定内部卷轴腔的径向面向内的表面。卷尺包括长形尺带片，该长形尺带片围绕尺带卷轴的径向面向外的表面卷绕，并且该长形尺带片具有当从壳体伸放时呈凹形轮廓的上表面。卷尺包括螺旋弹簧，该螺旋弹簧至少部分地位于内部卷轴腔内，并且该螺旋弹簧在径向方向上至少部分地被长形尺带片包围。螺旋弹簧联接在尺带卷轴与轴之间，使得：当长形尺带片从尺带卷轴解绕以从壳体伸放时螺旋弹簧储存能量，并且螺旋弹簧释放能量从而驱动长形尺带片重新卷绕到尺带卷轴上。卷尺包括减速齿轮系，该减速齿轮系将螺旋弹簧以可旋转的方式联接至尺带卷轴，使得在长形尺带片从壳体伸放期间，尺带卷轴的每圈完整旋转被转换成弹簧的不足一圈完整旋转。卷尺包括联接至长形尺带片的外端部的尺钩组件。
另一实施方式涉及一种卷尺。该卷尺包括壳体和尺带卷轴，该尺带卷轴以可旋转的方式安装在壳体内。尺带卷轴包括径向面向外的表面和限定内部卷轴腔的径向面向内的表面。卷尺包括长形尺带片，该长形尺带片围绕尺带卷轴的径向面向外的表面卷绕。长形尺带片包括金属芯和涂层，并且金属芯具有平均横截面积TA。卷尺包括弹簧，该弹簧联接至尺带卷轴，使得：当长形尺带片从尺带卷轴解绕以从壳体伸放时弹簧储存能量，并且弹簧释放能量从而驱动长形尺带片重新卷绕到尺带卷轴上。该弹簧具有平均横截面积SA，其中，TA/SA小于0.9。
另一实施方式涉及一种卷尺。该卷尺包括壳体和尺带卷轴，该尺带卷轴以可旋转的方式安装在壳体内，并且该尺带卷轴包括径向面向外的表面和限定内部卷轴腔的径向面向内的表面。卷尺包括长形尺带片，该长形尺带片围绕尺带卷轴的径向面向外的表面卷绕，其中，该长形尺带片具有最大伸放长度TL。卷尺包括弹簧，该弹簧联接至尺带卷轴，使得：当长形尺带片从尺带卷轴解绕以从壳体伸放时弹簧储存能量，并且弹簧释放能量从而驱动长形尺带片重新卷绕到尺带卷轴上。卷尺包括总的螺旋弹簧长度SL，并且TL/SL大于2.52。
另一实施方式涉及一种卷尺。该卷尺包括壳体和尺带卷轴，该尺带卷轴以可旋转的方式安装在壳体内。尺带卷轴包括径向面向外的表面和限定内部卷轴腔的径向面向内的表面。尺带卷轴包括位于尺带卷轴的径向面向外的表面内的卷轴面积RA。卷尺包括长形尺带片，该长形尺带片围绕尺带卷轴的径向面向外的表面卷绕，并且该长形尺带片具有最大伸放长度TL。TL/RA大于6.6。
另一实施方式涉及一种卷尺，该卷尺包括壳体、轴和尺带卷轴，该尺带卷轴绕轴以可旋转的方式安装在壳体内。尺带卷轴包括径向面向外的表面和限定内部卷轴腔的径向面向内的表面。卷尺包括长形尺带片，该长形尺带片围绕尺带卷轴的径向面向外的表面卷绕。卷尺包括螺旋弹簧，该螺旋弹簧联接在尺带卷轴与轴之间，使得：当长形尺带片从尺带卷轴解绕以从壳体伸放时弹簧储存能量，并且螺旋弹簧释放能量从而驱动长形尺带片重新卷绕到尺带卷轴上。卷尺包括转动差动机构，该转动差动机构将螺旋弹簧以可旋转的方式联接至尺带卷轴，使得在长形尺带片从壳体伸放期间尺带卷轴的每圈完整旋转被转换成弹簧的不足一圈完整旋转。当最大量的长形尺带片围绕尺带卷轴的径向面向外的表面卷绕时，卷尺处于收回状态，并且当最小量的长形尺带片围绕尺带卷轴的径向面向外的表面卷绕时，卷尺处于伸放状态。尺带卷轴从收回状态至伸放状态沿第一方向旋转多次，即，卷轴圈数，其中，螺旋弹簧的第一端部绕轴旋转多次，即，弹簧圈数，并且其中，尺带卷轴圈数/弹簧圈数大于0.94。
另一实施方式涉及一种卷尺，该卷尺包括壳体、轴和尺带卷轴，该尺带卷轴绕轴以可旋转的方式安装在壳体内。尺带卷轴包括径向面向外的表面和限定内部卷轴腔的径向面向内的表面。尺带卷轴包括长形尺带片，该长形尺带片围绕尺带卷轴的径向面向外的表面卷绕，并且该长形尺带片包括惯性矩MIT。卷尺包括螺旋弹簧，该螺旋弹簧联接在尺带卷轴与轴之间，使得：当长形尺带片从尺带卷轴解绕以从壳体伸放时弹簧储存能量，并且螺旋弹簧释放能量从而驱动长形尺带片重新卷绕到尺带卷轴上，并且螺旋弹簧包括惯性矩MIS。卷尺包括转动差动机构，该转动差动机构将螺旋弹簧以可旋转的方式联接至尺带卷轴，使得在长形尺带片从壳体伸放期间尺带卷轴的每圈完整旋转被转换成弹簧的不足一圈完整旋转。MIT/MIS小于0.8。
另一实施方式涉及一种卷尺，该卷尺包括壳体和尺带卷轴，该尺带卷轴以可旋转的方式安装在壳体内。尺带卷轴包括径向面向外的表面和限定内部卷轴腔的径向面向内的表面。卷尺包括长形尺带片，该长形尺带片围绕尺带卷轴的径向面向外的表面卷绕。卷尺包括螺旋弹簧，该螺旋弹簧联接在尺带卷轴与轴之间，使得：当长形尺带片从尺带卷轴解绕以从壳体伸放时弹簧储存能量，并且螺旋弹簧释放能量从而驱动长形尺带片重新卷绕到尺带卷轴上。卷尺包括长形尺带片，该长形尺带片包括金属芯和涂层，并且该金属芯具有平均厚度TT，并且螺旋弹簧具有平均厚度ST。TT/ST小于0.73。
另一实施方式涉及一种卷尺，该卷尺包括壳体和尺带卷轴，该尺带卷轴以可旋转的方式安装在壳体内。尺带卷轴包括径向面向外的表面和限定内部卷轴腔的径向面向内的表面。卷尺包括长形尺带片，该长形尺带片围绕尺带卷轴的径向面向外的表面卷绕。卷尺包括尺带卷轴，该尺带卷轴包括横过尺带卷轴的径向面向外的表面测量的直径D，其中，长形尺带片具有总的最大伸放长度TL，其中，TL/D大于237。
附加的特征和优点将在以下详细描述中阐述，并且根据描述内容，这些特征和优点中的部分特征和优点对于本领域技术人员而言将是明显的，或者通过实施如本发明的书面描述内容和权利要求书以及附图中所描述的实施方式将认识到这些特征和优点中的部分特征和优点。应当理解的是，以上概要描述以及下面的详细描述均为说明性的。
包括有附图以提供进一步的理解，并且附图被包括在该说明书中并且构成该说明书的一部分。附图示出了一个或更多个实施方式，并且附图与描述内容一起用于说明各种实施方式的原理和操作。
附图说明
图1是根据说明性实施方式的卷尺的第一分解图。
图2是根据说明性实施方式的图1的卷尺的第二分解图。
图3是根据说明性实施方式的图1的卷尺的局部剖视图，其示出了齿轮系。
图4是根据另一说明性实施方式的包括齿轮系的卷尺卷轴和收回系统的立体图。
图5是根据说明性实施方式的图4的卷尺卷轴和收回系统的立体图，其中，螺旋弹簧被移除。
图6是根据另一说明性实施方式的卷尺的分解图。
图7是根据说明性实施方式的图6的卷尺的卷尺卷轴和收回系统的立体图。
图8是根据另一说明性实施方式的卷尺卷轴和收回系统的立体图，其中，该卷尺卷轴和收回系统包括压缩弹簧、螺纹压缩板和内螺纹尺带卷轴。
图9是根据说明性实施方式的图8的螺纹压缩板的立体图。
图10是根据说明性实施方式的图1的卷尺的横截面图。
图11是根据说明性实施方式的图1的卷尺的尺带片的横截面图。
图12是根据说明性实施方式的图1的卷尺的尺带片、尺带卷轴和螺旋弹簧的立体图。
具体实施方式
总体上参照附图，示出了卷尺的各种实施方式。本文中所论述的卷尺的各种实施方式包括创新的收回系统，该收回系统设计成提供各种期望的收回特性，所述各种期望的收回特性包括受控的收回速度、减少在尺片收回期间经历的弯折(whip)量(例如，卷尺片在快速收回期间有在自身上弯曲或折回的倾向)、和/或提供在不牺牲尺带长度或收回性能的情况下实现更紧凑的卷尺的收回系统。
如通常将理解的，在一些卷尺设计中，在尺带片伸放期间弹簧存储能量，而在尺带片收回期间弹簧对卷轴施加力从而致使尺带片卷回到卷轴上。弹簧设计的各个方面——比如弹簧能量、扭矩曲线、弹簧常数等——被选择成确保弹簧的操作能够引起满意程度的尺带收回。在这种卷尺中，弹簧设计是与卷尺片的收回相关的各种参数的函数，其中，所述各种参数包括卷尺片的宽度、长度、形状及材料、卷尺卷筒(spool)/收回系统内的摩擦力、弹簧能量转换成尺带片的收回的机械效率、在收回期间卷尺片的期望速度/加速度等等。因而，对于一组给定的卷尺机械参数和给定的期望收回速度/加速度而言，卷尺内的弹簧系统需要在尺带收回期间存储和释放给定量的能量。
在典型的卷尺设计中，螺旋弹簧用于提供收回能量，并且在这种设计中，螺旋弹簧的长度、宽度和/或厚度是典型的弹簧参数，其被调节成提供如对于特定设计所需的更多或更少的收回能量。例如，在这种常规的卷尺中，较厚的螺旋弹簧通常用于产生较长的卷尺片、较重的卷尺片、较快的收回速度、较宽的尺带片、具有较深曲率的尺片等所需的收回力。如本文所论述的，申请人已经开发了各种创新的卷尺片收回系统，该卷尺片收回系统在利用相对短的或小的体积的弹簧的同时提供了期望水平的弹簧能量，同时保持相对小的卷尺壳体(例如，卷尺外径)，并且/或者同时提供期望的收回特性。在某些情况下，在卷轴上具有较小外径的卷绕尺片相对于具有较大外径的尺片是有利的，这是由于卷尺的壳体可以被相应地减小。较小的壳体通常有利于舒适地配合在使用者的手内。
在这些实施方式中，弹簧构造成尽管其尺寸小但仍递送高水平的扭矩，从而允许相对小尺寸的弹簧引起相对长的尺带片的收回。因此，本文中所论述的申请人的卷尺设计被认为实现了在现有设计中未实现的(对于给定的尺带长度而言的)高度紧凑的卷尺。在这种实施方式中，对于给定的尺带长度，高扭矩且紧凑的弹簧通常比被认为可通过现有设计实现的弹簧更厚、更短、更宽，具有更大的横截面积，并且/或者占据卷尺内的更小的空间。
一些现有的卷尺设计使用串联联接的多个螺旋弹簧以实现紧凑的设计。然而，在这种设计中，虽然卷尺的弹簧区域的直径被减小，但是弹簧长度的总量仍然相对高并且被简单地转移到宽度方向上，并且弹簧腔的宽度增加。因此，在一些实施方式中，本文中所论述的卷尺利用单个螺旋弹簧实现了高度紧凑的卷尺，并且在至少一些实施方式中，申请人认为：甚至与这些多弹簧卷尺设计相比，这种设计改善了紧凑性的各种度量(例如，尺带长度与弹簧长度的比率、尺带金属厚度与弹簧厚度的比率、尺带金属横截面积与弹簧横截面积的比率、尺带钢惯性矩与弹簧惯性矩的比率、尺带长度与尺带卷轴直径的比率、尺带长度与尺带卷轴面积的比率、尺带卷轴圈数与弹簧圈数的比率等)。在替代性实施方式中，可以使用(例如，串联和/或并联的)多个螺旋弹簧。
在具体实施方式中，本文中所论述的卷尺使用高扭矩、紧凑的螺旋弹簧并且包括位于尺带卷轴与螺旋弹簧之间的转动减速机构(例如，减速齿轮系)，该转动减速机构促成了现有卷尺设计中未实现的高度紧凑的卷尺。在这种实施方式中，减速齿轮系减小了螺旋弹簧在尺带伸放时对于尺带卷轴的每圈旋转所经历的转数。在这种实施方式中，本文中所论述的卷尺实施方式的螺旋弹簧利用如对于特定长度/尺寸的卷尺所需的弹簧宽度、厚度、材料等而不是弹簧长度来产生用以提供特定水平的收回速度、加速度等所需的给定扭矩水平/能量水平。对于给定的尺带长度，通过减小弹簧长度可以减小弹簧在卷尺内占据的空间的尺寸/直径(即，能量密度增加)，这进而提供了高度紧凑的卷尺。
此外，与利用传动装置的一些现有的尺带设计(例如，长度长的尺带、大于50英尺长的尺带、扁平尺带、基于曲柄的手动收回尺带等)相比，在至少一些实施方式中，本文中所论述的紧凑的设计应用于具有高度结实的、高突出度的、凹形的/凸形的金属尺带片的卷尺中。类似地，与一些这种现有的齿轮传动卷尺相比，本文中所论述的金属尺带片是相对宽的从而实现了良好的数字/标记可读性和突出度，并且还可以配备有固定至金属尺带片的端部的结实的尺钩组件。因此，申请人认为，现有的卷尺设计不能在利用这种类型的金属尺片的自收回式卷尺中实现高水平的紧凑性。
在另一实施方式中，卷尺包括压缩弹簧(例如，螺旋压缩弹簧、波形弹簧等)和用于将尺带卷轴的旋转运动转换成弹簧压缩的传动系统。在这种实施方式中，压缩弹簧可以以下述方式定位在卷尺壳体内：允许期望水平的能量被储存在弹簧内，同时还减小了总的卷尺尺寸(例如，与标准螺旋弹簧设计相比)。在这种实施方式中，卷尺的部件比如尺带卷轴的中心柱或内表面包括螺纹，该螺纹在尺带收回期间将尺带卷轴的旋转运动转换成对压缩弹簧进行压缩的板的平移或轴向运动。
参照图1、图2、图10和图11，示出了根据说明性实施方式的卷尺、测尺、可收回式尺等，比如卷尺10。通常，卷尺10包括壳体12，该壳体12具有第一部件14和第二部件16。卷尺10包括尺带片18，并且在图1和图2中所示出的收回位置中，尺带片18卷绕或盘绕在尺带卷轴20上。通常，尺带片18是包括多个带刻度的测量标记的长形材料带，并且在具体实施方式中，尺带片18是长形金属材料(例如，钢材料)带，其最外端联接至尺钩组件21。尺带片18还具有如图11中所示的改善突出度/刚性的凹形/凸形轮廓。如通常所理解的，尺带片18在从壳体12伸放时具有凹形/凸形轮廓，但是在绕卷轴20卷绕时具有大致平坦的轮廓/形状。
在各种实施方式中，壳体12可以是蛤壳式壳体。如图1中所示，壳体12包括允许尺带片18进入和离开壳体的开口。在各种实施方式中，卷尺10包括锁定机构比如滑动锁或自动锁，该锁定机构根据使用者需要将尺带片18锁定在期望的伸放位置处。
通常，尺带卷轴20以可旋转的方式安装至示出为轴或柱22的轴，该轴由壳体12支承。在一个实施方式中，柱22相对于壳体12刚性地连接(例如，旋转地固定)，并且在另一实施方式中，柱22以可旋转的方式连接至壳体12使得柱22被允许在尺带伸放或收回期间相对于壳体12旋转。
卷尺10包括示出为螺旋弹簧24的弹簧。通常，螺旋弹簧24联接在柱22与尺带18(或尺带卷轴20)之间，使得：螺旋弹簧24在尺带18伸放期间进行盘绕或卷绕以储存能量，并且在尺带18收回期间解绕从而释放能量以驱动尺带18重新卷绕到尺带卷轴20上。在具体实施方式中，螺旋弹簧24安装在弹簧卷筒26内，并且如下面更详细地说明的，弹簧卷筒26包括带齿部分，该带齿部分用作减速齿轮系的一部分。在利用弹簧卷筒26的实施方式中，弹簧24的内端部联接至柱22，并且弹簧24的外端部直接联接至弹簧卷筒26。在这种实施方式中，弹簧24经由与弹簧卷筒26和与如下面论述的齿轮系的连接而联接至尺带卷轴20。在具体实施方式中，卷尺10仅包括位于弹簧卷筒内的螺旋弹簧。在另一实施方式中，卷尺10包括两个或更多个螺旋弹簧以用于驱动尺带收回。
如图1中最佳所示，在一个实施方式中，卷尺10包括示出为周转齿轮系或行星齿轮系30的减速齿轮系，该减速齿轮系联接在尺带卷轴20与螺旋弹簧24之间。在这种实施方式中并且如将在下面更详细地论述的，齿轮系30实现了与被认为将通过现有的卷尺设计而实现的卷尺相比的卷尺10的更具紧凑性(如通过本文中所论述的各种紧凑性度量所测量的)。通常，卷尺10的减速齿轮系在尺带卷轴20与螺旋弹簧24之间提供齿轮减速，使得对于尺带卷轴20的每圈旋转(例如，在尺带伸放期间)螺旋弹簧24经历少于一圈的卷绕旋转。在具体实施方式中，由齿轮系30提供的齿轮减速比为至少1.5比1，具体地为至少2比1，更具体地为至少3比1，并且更具体地为1.8比1至9比1之间。
在具体实施方式中，当最大量的尺带片18围绕尺带卷轴20的径向面向外的表面卷绕时，卷尺10处于收回状态。当最小量的尺带片18围绕尺带卷轴20的径向面向外的表面卷绕时，卷尺10处于伸放状态。尺带卷轴从收回状态至伸放状态沿第一方向旋转多次，即，尺带卷轴圈数。螺旋弹簧的第一端部在完全松弛状态与完全收回状态之间绕柱22旋转多次，即，弹簧圈数，其中，在完全松弛状态下，弹簧24未在柱22与弹簧卷筒26之间施加扭矩(即，弹簧24未被预加载)。在包含这些圈数的比率的各种实施方式中，尺带卷轴圈数/弹簧圈数大于0.94。在各种实施方式中，尺带卷轴圈数/弹簧圈数大于1.0。在各种实施方式中，尺带卷轴圈数/弹簧圈数大于1.7。在各种实施方式中，尺带卷轴圈数/弹簧圈数大于1.8。在各种实施方式中，尺带卷轴圈数/弹簧圈数大于1.9。在各种实施方式中，尺带卷轴圈数/弹簧圈数大于2.0。在各种实施方式中，尺带卷轴圈数/弹簧圈数大于2.5。在各种实施方式中，尺带卷轴圈数/弹簧圈数大于3.0。
在具体实施方式中，齿轮系30的齿轮减速比和尺带卷轴圈数与弹簧圈数比率通过下述方式来确定：确定在尺带片18完全伸放(即，从完全收回位置伸放至完全伸放位置)期间尺带卷轴20经历的转数；确定弹簧24的端部从完全松弛位置(即，在完全松弛位置中，弹簧24未被预张紧)至完全收回位置(即，在完全收回位置中，尺带片18完全伸放或者弹簧24抵靠内部卷轴腔124的壁完全卷绕)绕柱22转动的次数；并且利用这些转数来计算尺带卷轴圈数与弹簧圈数的比率。在说明性实施方式中，弹簧圈数是尺带卷轴20可以在其中弹簧24绕柱22牢固地卷绕的状态与其中弹簧24已完全展开到内部卷轴腔124的壁中的状态(例如，假设尺带片18的长度不允许阻止弹簧24完全展开)之间旋转的次数。通常，弹簧圈数的测量值通过下述方式进行测量：使弹簧24的外端部(其联接至弹簧卷筒26)绕柱22旋转进而使弹簧24绕柱22盘绕从而处于完全收回位置的次数进行计数。如通常所理解的，给定了螺旋弹簧24的特定扭矩曲线，在尺带伸放期间螺旋弹簧24经历的圈数可以在不同点处变化(例如，对于一些弹簧设计，该关系是非线性的)，并且因此，通过基于用以实现完全伸放所经历的圈数来计算尺带卷轴圈数与弹簧圈数的比率，从而提供了齿轮系30的操作的一致测量。
如通常所理解的，给定了螺旋弹簧24的特定扭矩曲线，在尺带伸放期间螺旋弹簧24经历的圈数可以在不同点处变化(例如，对于一些弹簧设计，该关系是非线性的)，并且因此，通过基于用以实现完全伸放所经历的圈数来计算尺带卷轴圈数与弹簧圈数的比率，从而提供了齿轮系30的操作的一致测量。
申请人已经发现，通过在尺带卷轴20与螺旋弹簧24之间提供齿轮减速，在减小螺旋弹簧24的总长度时，螺旋弹簧24的扭矩/能量可以提供期望水平的扭矩。在具体实施方式中，相对于在不使用如本文中所论述的齿轮减速的卷尺中的具有类似扭矩/能量的螺旋弹簧24，通过减小螺旋弹簧24的总长度，可以减小螺旋弹簧24和弹簧卷筒26的直径。这种减小针对给定的尺带长度实现了相比于被认为可通过现有的卷尺设计和螺旋弹簧设计实现的卷尺而言的更紧凑的卷尺。
除了弹簧长度减小之外，申请人已经开发出定位在壳体12内和/或相对于卷尺10的各种部件(例如，相对于柱22、弹簧24、尺带卷轴20、弹簧卷筒26等)定位的弹簧和齿轮系布置结构，该弹簧和齿轮系布置结构进一步提供了紧凑的卷尺设计。在一个这种紧凑的设计中，如图3中所示，齿轮系30定位成使得齿轮系30的一个或更多个部件环绕尺带卷轴20的旋转轴线和/或弹簧24的卷绕轴线、绕尺带卷轴20的旋转轴线和/或弹簧24的卷绕轴线旋转、或者与尺带卷轴20的旋转轴线和/或弹簧24的卷绕轴线同轴。具体地，齿轮系30定位成使得齿轮系30的一个或更多个部件环绕柱22、绕柱22旋转、或者与柱22同轴。另外，齿轮系30的部件位于尺带卷轴20和/或弹簧卷筒26内并且被尺带卷轴20和/或弹簧卷筒26包围。
此外，如图10中最佳所示，螺旋弹簧24和齿轮系30沿卷尺10的宽度方向定位以提供紧凑的卷尺。例如，如图10中所示，齿轮系30的至少一个齿轮定位在尺带卷轴20和/或尺带片18下面/内，使得齿轮系30的至少一个齿轮在尺带卷轴20的径向方向(即，图10的取向的竖向方向)上至少部分地被尺带卷轴20和/或尺带片18包围。在具体实施方式中，齿轮系30的所有齿轮都定位在尺带卷轴20和/或尺带片18的下面/内，使得齿轮系30的所有齿轮都在尺带卷轴20的径向方向上至少部分地被尺带卷轴20和/或尺带片18包围。
类似地，如图10中所示，尺带卷轴20限定了径向面向外的表面120和径向面向内的表面122。面向外的表面120是卷轴20的下述表面：尺带片18围绕该表面卷绕，并且面向内的表面122限定出内部卷轴腔124，螺旋弹簧24(及弹簧卷筒26)被接纳在该内部卷轴腔124内。如图10中所示，螺旋弹簧24至少部分地定位在内部卷轴腔124内，并且螺旋弹簧24在尺带卷轴20的径向方向(即，图10的取向的竖向方向)上也至少部分地被尺带卷轴20和/或尺带片18包围。在具体实施方式中，所有螺旋弹簧24都定位在内部卷轴腔124内，并且所有螺旋弹簧24在尺带卷轴20的径向方向上被尺带卷轴20和/或尺带片18包围。在这种实施方式中，螺旋弹簧24的任何部分都不在宽度方向上延伸超过尺带片18的侧向最边缘和/或尺带卷轴20的侧向最边缘。申请人认为，与至少一些现有的卷尺设计相比，通过将齿轮系30和螺旋弹簧24两者都配装在尺带卷轴20内和/或在尺带片18内，从而提供了具有紧凑的宽度尺寸的卷尺同时仍然为尺带片收回提供了期望水平的弹簧扭矩。
仍然参照图10，在所示的具体实施方式中，弹簧卷筒26包括径向面向内的表面126，该径向面向内的表面126限定内部弹簧卷筒腔128。在该布置结构中，弹簧卷筒26至少部分地被接纳在弹簧卷筒腔128内，并且螺旋弹簧24至少部分地位于弹簧卷筒腔128内。在具体实施方式中，螺旋弹簧24完全位于弹簧卷筒腔128内，使得螺旋弹簧24的任何部分都不沿侧向(例如，在宽度方向上)延伸超过弹簧卷筒26的侧向边缘。
主要参照图1和图3，示出并描述了齿轮系30的细节，并且如图3中所示，尺带卷轴20的左端壁48(在图1的取向上)被移除以示出完全组装的齿轮系30的部件。齿轮系30包括中心齿轮或太阳齿轮40、外齿圈42、齿轮架44和至少两个行星齿轮46。
如图2和图3中最佳所示，太阳齿轮40刚性地联接至尺带卷轴20，并且外齿圈42刚性地联接至弹簧卷筒26。在所示的具体实施方式中，太阳齿轮40是从尺带卷轴20的左端壁48的内表面向内延伸的齿轮结构，并且外齿圈42由从弹簧卷筒26的大致筒形的内表面径向向内延伸的齿轮齿形成。在一些这种实施方式中，太阳齿轮40和尺带卷轴20由相接且连续的单件材料一体地形成，并且齿圈42和弹簧卷筒26由相接且连续的单件材料一体地形成。在这些实施方式中，申请人已经发现，通过将齿轮系30的这些部件与卷尺10的某些部件一体地形成，可以减小齿轮系30的复杂性和/或尺寸。
行星齿轮46以可旋转的方式安装至齿轮架44的柱50，并且行星齿轮46在径向方向上位于太阳齿轮40与齿圈42之间。如将被理解的，行星齿轮46转换在尺带卷轴20与弹簧卷筒26之间的旋转运动，并且太阳齿轮40和齿圈42中的至少一者沿围绕中心柱22的路径旋转。在这种实施方式中，太阳齿轮40和齿圈42中的至少一者刚性地联接至尺带卷轴20。如本文中所使用的，刚性联接是指部件联接在一起使得部件之间的相对旋转不会发生。
具体地，参照图3中的取向，在尺带18沿箭头52的方向伸放期间，尺带卷轴20绕柱22沿逆时针方向旋转，并且类似地，太阳齿轮40(其刚性地连接至尺带卷轴20)绕柱22沿逆时针方向旋转。齿轮架44通过位于齿轮架44的中央处的方形开口54之间的旋转固定接合而安装至柱22，并且柱22的方形外周缘形状防止齿轮架44在柱22上旋转，这进而允许齿轮系30如本文中所论述的那样操作。因此，太阳齿轮40的逆时针旋转驱动行星齿轮46围绕每个柱50沿顺时针方向旋转。行星齿轮46的旋转驱动齿圈42绕柱22沿顺时针方向旋转，并且由于齿圈42与弹簧卷筒26之间的刚性联接，弹簧卷筒26也绕柱22沿顺时针方向旋转。
由于螺旋弹簧24的第一/内端部与柱22之间以及螺旋弹簧24的第二/外端部与弹簧卷筒26之间的联接，由齿轮系30驱动的弹簧卷筒26的旋转使弹簧24绕柱22卷绕，从而将能量储存在螺旋弹簧24内。在具体实施方式中，螺旋弹簧24的第二/外端部机械地紧固至弹簧卷筒26的外壁的内表面。如通常所理解的，当尺带18在伸放之后被释放时(例如，在释放制动机构之后)，螺旋弹簧24展开，从而驱动齿轮系30的部件沿与以上所论述的关于尺带伸放的方向相反的方向旋转，这进而驱动尺带卷轴20沿顺时针方向旋转从而将尺带片18卷绕到尺带卷轴20上。
应当理解的是，在其他实施方式中，齿轮系30可以以各种不同的方式布置，以提供本文中所论述的尺寸减小和齿轮减速。在这种实施方式中，弹簧卷筒26相对于卷尺壳体12刚性地固定，并且因此齿圈42相对于卷尺壳体12刚性地固定，并且中心柱22以可旋转的方式联接至壳体12。在这种实施方式中，支承行星齿轮46的齿轮架随着中心柱22旋转沿齿圈42与太阳齿轮40之间的路径移动，从而使弹簧24从其联接至中心柱22的内端部卷绕。
如上所述，申请人已经确定了与卷尺的紧凑性相关或者测量卷尺的紧凑性的多个度量。如本文中所论述的，利用卷尺紧凑性的这些度量，申请人能够证明，对于给定的尺带片长度，本文中所论述的设计实现了相比于被认为可通过现有的卷尺设计实现的卷尺而言的更紧凑的卷尺。申请人认为，能够实现这些高水平的紧凑性而不牺牲收回性能。另外，应当理解的是，虽然将参照利用行星齿轮系30的卷尺10来论述卷尺紧凑性度量，但是本文中所论述的高度紧凑的卷尺不限于利用行星齿轮系30的卷尺，并且本文中所论述的高度紧凑的卷尺可以通过利用可以根据本文中包含的教示开发的各种其他卷尺设计来实现。例如，卷尺10的转动减速机构还可以包括一个或更多个滑轮、马达(比如，电动马达)、或其他转动减速部件，并且这些部件可以单独使用或与减速齿轮系结合使用。
在本文中所论述的各种实施方式中，紧凑的高扭矩弹簧比如螺旋弹簧24用于向卷尺10提供收回。在这种设计中，本文中所论述的卷尺的弹簧通过比常规卷尺的弹簧更坚硬但长度更短的弹簧来提供附加的扭矩。申请人已经发现，对于给定长度的尺带，这种设计提供了足够的收回力同时允许弹簧占据卷尺内的更小的体积，这进而实现了更紧凑的卷尺。
申请人已经确定，对于给定的卷尺，可以测量紧凑度的一种方式是通过将尺带片18的长度TL相对于收回弹簧(例如，弹簧24)的总长度SL进行评估。如本文中所使用的，TL是尺带片18的可以从卷尺壳体12伸放的最大长度。SL是用于驱动尺带卷轴20收回的弹簧的总线性长度。关于SL，在螺旋弹簧比如弹簧24的情况下，SL是弹簧的金属材料的在联接至中心柱22的内端部与联接至弹簧卷筒26的外端部之间测量的总线性长度，并且SL等于形成螺旋弹簧的金属的直条带的长度。在一些情况下，SL可以被称为弹簧的“有效长度”。在具有多于一个弹簧(例如，多个螺旋弹簧)的卷尺设计的情况下，SL是驱动尺带卷轴20收回的螺旋弹簧中的一个螺旋弹簧的线性长度。
在具体实施方式中，TL/SL的比率大于2.52，具体地在3至15之间，并且更具体地在3.3至6之间。在一些实施方式中，TL/SL大于3，大于3.7，大于4，大于5。在具体实施方式中，TL在6英尺至50英尺之间，并且SL在5.3英尺至22.7英尺之间。在具体实施方式中，TL在15英尺至40英尺之间，并且在甚至更具体的实施方式中，TL是35英尺、30英尺、25英尺、或16英尺。在具体实施方式中，卷尺10是25英尺卷尺，其中，TL是25英尺，该25英尺卷尺具有3.36-3.73的TL/SL比率。在具体实施方式中，卷尺10是35英尺卷尺，其中，TL是35英尺，该35英尺卷尺具有4-4.5并且具体地4.3的TL/SL比率。在具体实施方式中，卷尺10是40英尺卷尺，其中，TL是40英尺，该40英尺卷尺具有4.67-5.84的TL/SL比率。在具体实施方式中，卷尺10是50英尺卷尺，其中，TL为50英尺，该50英尺卷尺具有13-16的TL/SL比率，具体地14至15的TL/SL比率，并且更具体地14.74的TL/SL比率。
申请人知晓的现有技术的商业卷尺设计中的TL/SL比率在1.26-2.52之间，包括单弹簧设计和多弹簧设计，在多弹簧设计中，SL是多个弹簧的长度的和。申请人知晓的现有技术的商业多弹簧系列卷尺设计中的TL/SL比率在3.02-3.64之间，其中，SL是弹簧中的一个弹簧的长度。
在一些实施方式中，卷尺10包括多个弹簧，并且SL是多个弹簧中的一个弹簧的长度。在另一实施方式中，卷尺10包括多个弹簧，并且SL是加起来的总弹簧长度SL，并且尺带片18具有最大伸放长度TL，其中，TL/SL大于1.75。
在各种实施方式中，由弹簧24提供的扭矩水平由形成弹簧24的较厚的金属材料提供，而不是由增加的长度提供，并且在这种实施方式中，卷尺10的紧凑度可以通过将弹簧24的金属材料的厚度相对于尺带片18的金属材料的厚度进行评估来测量。如图11中所示，在一些实施方式中，尺带片18具有金属芯130和涂层比如聚合物涂层132。尺带片18的金属芯130具有平均厚度TT。如图10中所示，弹簧24具有平均厚度ST。在各种实施方式中，由于弹簧24比典型的卷尺弹簧更厚(并且因此更刚性)，因此相比于典型的卷尺，卷尺10的TT/ST比率更低。在各种实施方案中，TT/ST小于0.72，具体地在0.1至0.7之间，并且更具体地在0.43至0.61。在各种实施方式中，TT/ST小于0.73，小于0.70，小于0.70，小于0.60，小于0.50，小于0.40，小于0.30，小于0.20，或者小于0.10。
在具体实施方式中，卷尺10是25英尺卷尺，其中，TL是25英尺，该25英尺卷尺具有0.55-0.64的TT/ST比率。在具体实施方式中，卷尺10是35英尺卷尺，其中，TL是35英尺，该35英尺卷尺具有0.4-0.45并且具体地0.43的TT/ST比率。在具体实施方式中，卷尺10是40英尺卷尺，其中，TL是40英尺，该40英尺卷尺具有0.4-0.45并且具体地0.43的TT/ST比率。在具体实施方式中，卷尺10是50英尺卷尺，其中，TL是50英尺，该50英尺卷尺具有0.3-0.35并且具体地0.33的TT/ST比率。
申请人知晓的现有技术的单弹簧商业卷尺设计中的TT/ST比率在0.88-1.15之间。申请人知晓的现有技术的多弹簧商业卷尺设计中的TT/ST比率在0.73-0.76之间。
在各种实施方式中，尺带片18具有平均尺带宽度TW。在各种实施方式中，TW大于10mm，具体地大于13mm并且具体地13mm-32mm。申请人认为，利用本文中所论述的设计的卷尺10尽管具有相对高的宽度的尺带片但仍是紧凑的并且易于读取尺带片18，并且即使具有相对宽的尺带片且尽管弹簧24的尺寸很小，但是弹簧24仍具有尺带收回的能力。因此，本文中所论述的卷尺实施方式提供了高水平的紧凑性(如通过本文中所论述的紧凑性度量中的一个或更多个紧凑性度量来测量)，同时提供了具有足够扭矩的弹簧以将相对宽的(例如，13mm-32mm)尺带片收回。这与通过使用非常窄的尺带片来提供紧凑的壳体的一些紧凑的卷尺相反。
如通常所理解的，弹簧24的刚度不仅是弹簧厚度ST的函数而且是弹簧宽度的函数，并且因此，由弹簧24施加的扭矩不仅是弹簧厚度ST的函数而且是弹簧宽度的函数。因此，卷尺10的紧凑性可以通过将尺带片18的金属芯130的平均横截面积TA与弹簧24的平均横截面积SA(例如，平均弹簧宽度乘以平均弹簧厚度)相比较来评估。在各种实施方式中，由于弹簧24比常规的卷尺弹簧厚和/或宽，因此TA/SA的比率小于常规的卷尺弹簧的TA/SA的比率。在各种实施方式中，TA/SA小于0.9，具体地小于0.75，并且更具体地在0.4至0.65之间。
在具有并联联接的多个弹簧的卷尺的情况下，SA是所有弹簧的横截面积的和，但是在具有串联联接的多个弹簧的卷尺的情况下，SA是弹簧中的一个弹簧的横截面积。在各种实施方式中，TA/SA小于0.98，小于0.7，小于0.6，小于0.5。在具体实施方式中，卷尺10是25英尺卷尺，其中，TL是25英尺，该25英尺卷尺具有0.42-0.63的TA/SA比率。在具体实施方式中，卷尺10是35英尺卷尺，其中，TL是35英尺，该35英尺卷尺具有0.4-0.5并且具体地0.47的TA/SA比率。在具体实施方式中，卷尺10是40英尺卷尺，其中，TL是40英尺，该40英尺卷尺具有0.4-0.5并且具体地0.46的TA/SA比率。在具体实施方式中，卷尺10是50英尺卷尺，其中，TL是50英尺，该50英尺卷尺具有0.2-0.3并且具体地0.27的TA/SA比率。
申请人知晓的现有技术的单弹簧商业卷尺设计中的TA/SA比率在0.98-1.55之间。当SA是弹簧中的一个弹簧的横截面积时，申请人知晓的现有技术的多弹簧系列商业卷尺设计中的TA/SA比率在1.28-1.35之间。当SA是每个弹簧的横截面积的和时，申请人知晓的现有技术的多弹簧系列商业卷尺设计中的TA/SA比率在0.64-0.68之间。
如通常所理解的，尺带片18的金属芯130以及弹簧24的惯性矩与厚度的立方(和宽度)有关，并且因此尺带片18的金属芯130的惯性矩MIT与弹簧24的惯性矩MIS的比率提供了卷尺10的紧凑性的指示。在各种实施方式中，MIT/MIS小于0.68，具体地小于0.3，并且更具体地在0.09至0.22之间。在各种实施方式中，MIT/MIS小于0.8，小于0.73，小于0.70，小于0.70，小于0.60，小于0.50，小于0.40，小于0.30，小于0.20，或者小于0.10。在具体实施方式中，惯性矩通过假设弹簧和尺带片两者在平坦时操作为矩形梁来计算。使用的公式是I≈(wt^3)/12，其中，I是惯性矩，w是梁的宽度，并且t是梁的厚度。
申请人知晓的现有技术的商业卷尺设计中的MIT/MIS比率在0.80-1.85之间。申请人知晓的现有技术的多弹簧商业卷尺设计中的MIT/MIS比率在0.69-0.79之间。
参照图10和图12，对于给定的尺带长度，由于弹簧24相比于常规的卷尺弹簧具有更短的长度，因此定尺寸成保持弹簧24的内部卷轴腔124小于标准卷尺设计中的内部卷轴腔。内部卷轴腔124的尺寸可以以与评估卷尺10的紧凑性相关的各种方式来测量。如图10和图12中所示，内部卷轴腔124的尺寸与尺带卷轴20的横过径向面向外的表面120的相对部分测量的较小直径D有关。类似地，如图12中可以看到的，内部卷轴腔124的尺寸与尺带卷轴20内的位于径向面向外的表面120内的区域的横截面积RA有关。
在各种实施方式中，卷尺10的紧凑性可以通过将尺带片18的长度TL与尺带卷轴20的表面120的直径D进行比较来评估。在各种实施方式中，TL/D大于165，并且在一个这种实施方式中，仅存在位于尺带卷轴20内的单个收回螺旋弹簧。在一些实施方式中，TL/D大于196。在具体实施方式中，卷尺10是25英尺卷尺，其中，TL为25英尺，该25英尺卷尺具有大于165并且具体地194.59-213.19的TL/D比率。在具体实施方式中，卷尺10是35英尺卷尺，其中，TL是35英尺，该35英尺卷尺具有240-250并且具体地243.29的TL/D比率。在具体实施方式中，卷尺10是40英尺卷尺，其中，TL是40英尺，该40英尺卷尺具有265-275并且具体地约271.38的TL/D比率。在具体实施方式中，卷尺10是50英尺卷尺，其中，TL是50英尺，该50英尺卷尺具有455-465并且具体地约460.38的TL/D比率。
申请人知晓的现有技术的单弹簧25英尺商业卷尺设计具有在约157.95-164.62之间的TL/D比率。申请人知晓的一种现有技术的商业卷尺设计具有194.80(25英尺)-236.77(35英尺)的TL/D比率，但是这种现有技术的卷尺包括驱动尺带卷轴收回的串联联接的两个螺旋收回弹簧。现有技术的40英尺可商购卷尺具有217.33的TL/D比率。
在一些实施方式中，TL小于29英尺，并且具体地小于27英尺。在各种实施方式中，TL/D大于195。在各种实施方式中，TL/D大于237。在各种实施方式中，TL/D大于240。在各种实施方式中，TL/D小于250。
在各种实施方式中，卷尺10的紧凑性可以通过将尺带片18的长度TL与尺带卷轴20的表面120内的面积RA进行比较来评估。在各种实施方式中，TL/RA大于5，并且在一个这种实施方式中，仅存在位于尺带卷轴20内的单个收回螺旋弹簧。在一些实施方式中，TL/RA大于6.2，并且在一些这种实施方式中，卷尺10包括单个弹簧。在各种实施方式中，TL/RA大于6.6。在各种实施方式中，TL/RA大于6.6，大于6.7或大于7。在各种实施方式中，TL/RA小于7或小于7.5。在具体实施方式中，卷尺10是25英尺卷尺，其中，TL是25英尺，该25英尺卷尺具有6.18-7.42的TL/RA比率。在具体实施方式中，卷尺10是35英尺卷尺，其中，TL是35英尺，该35英尺卷尺具有6.7-7.2并且具体地6.95的TL/RA比率。在具体实施方式中，卷尺10是40英尺卷尺，其中，TL是40英尺，该40英尺卷尺具有6.2-67并且具体地6.58的TL/RA比率。在具体实施方式中，卷尺10是50英尺卷尺，其中，TL是50英尺，该50英尺卷尺具有15-20并且具体地17.5的TL/RA比率。
申请人知晓的现有技术的单弹簧商业卷尺设计中的TL/RA比率在约3.08至5.00之间。申请人知晓的一种现有技术的商业卷尺设计具有6.22(25英尺)-6.6(35英尺)的TL/RA比率，但是这种现有技术的卷尺包括驱动尺带卷轴收回的串联联接的两个螺旋收回弹簧。
参照图11，与利用传动装置的一些现有的尺带设计(例如，长度长的尺带、例如大于50英尺的尺带、扁平尺带、基于曲柄的手动收回尺带等)相比，在至少一些实施方式中，本文中所论述的紧凑的设计应用于具有高度结实的、高突出度的、凹形的/凸形的金属尺带片的卷尺中。如图11中所示，尺带片18通常限定具有凹形轮廓形状的上表面和/或具有凸形轮廓形状的下表面，以及金属芯130和聚合物涂层132两者通常限定具有凹形轮廓形状的上表面和/或具有凸形轮廓形状的下表面。这种形状通常提供增加的尺带片刚度和尺带片突出度，并且在一些实施方式中，这种形状将卷尺10与具有平坦的卷尺片的非常长的卷尺或手动曲柄型卷尺区分开。在具体实施方式中，尺带片18具有至少4英尺，或至少6英尺，或至少8英尺的突出度(例如，当从卷尺壳体12伸放时进行自支承的尺带的长度)。另外，尺带片18具有位于金属芯130的外表面与聚合物涂层132之间的一个或更多个墨层或标记层134，所述一个或更多个墨层或标记层134在尺带片18上提供各种刻度线和测量数字。
在具体实施方式中，由于如本文中所论述的弹簧24的紧凑性，因此与具有给定长度的尺带片的卷尺相比，卷尺壳体12的尺寸是紧凑的。在具体实施方式中，卷尺壳体12具有45mm-63mm的最大宽度(图10中所示的水平尺寸)，69mm-103mm的最大高度(图10中所示的竖向尺寸)，以及78mm-110mm的最大长度(垂直于宽度和高度两者的尺寸)。在一个实施方式中，尺带片18具有25英尺的最大伸放长度TL，并且壳体12具有45mm至63mm的宽度，69mm至89mm的高度，以及78mm至96mm的长度。在一个实施方式中，尺带片18具有35英尺的最大伸放长度TL，并且壳体12具有45mm至63mm的宽度，79mm至101mm的高度，以及89mm至110mm的长度。
在下面表1中示出了由申请人开发的卷尺10的各种说明性实施方式的各种尺寸。
表1
Figure BDA0002008681830000181
Figure BDA0002008681830000191
在各种实施方式中，尺带片18的金属芯130由钢材料形成，并且弹簧24由钢材料形成。在各种实施方式中，金属芯130和/或弹簧24由合金弹簧钢、合金高强度钢等形成。在一个实施方式中，金属芯130和/或弹簧24的钢具有在50RHC-54RHC之间的硬度。在另一实施方式中，金属芯130和/或弹簧24的钢具有在45RHC-60RHC之间的硬度。在具体实施方案中，聚合物涂层132是尼龙材料，并且在具体实施方式中，可以应用涂层132作为层压材料、尼龙挤压件、附着有粘合剂的膜、或者关于涂层的粉末/喷剂。
参照图4和图5，示出了根据另一说明性实施方式的卷尺卷轴和收回系统。通常，图4和图5的收回系统是可以包括在卷尺10中的替代性机构。在该实施方式中，齿轮系60联接在尺带卷轴20与螺旋弹簧62之间。在各种实施方式中(并且类似于齿轮系30)，齿轮系60在尺带卷轴20与螺旋弹簧62之间提供了齿轮减速，使得尺带卷轴20每旋转一圈引起螺旋弹簧62旋转少于一圈。在各种实施方式中，由齿轮系60提供的齿轮减速比是至少2比1，并且具体地是3比1或更大。在具体实施方式中，由齿轮系60提供的齿轮减速比是在3比1至4比1之间，并且具体地是3.2比1。
另外，齿轮系60构造成对尺带卷轴20的旋转运动的方向进行改变，以便卷绕不位于尺带卷轴20内的螺旋弹簧62。如图4中所示，尺带卷轴20限定了旋转轴线64，尺带卷轴20在伸放和收回期间绕该旋转轴线64旋转，并且螺旋弹簧62限定了旋转轴线66，弹簧62在尺带伸放期间绕该旋转轴线66卷绕。在各种实施方式中，齿轮系60构造成使得尺带卷轴旋转轴线64和弹簧旋转轴线66彼此不平行，并且在具体实施方式中，尺带卷轴旋转轴线64和弹簧旋转轴线66彼此垂直。相比于其中尺带卷轴的旋转轴线与弹簧的旋转轴线平行的卷尺或者相比于螺旋弹簧位于尺带卷轴20内的卷尺，由齿轮系60提供的尺带卷轴20和弹簧62的相对定位允许结合有该收回机构的卷尺10的总高度更低。
在具体实施方式中，齿轮系60包括刚性地联接至尺带卷轴20的第一齿轮70，并且包括围绕旋转轴线64的齿轮齿。第一齿轮70与第一锥齿轮72接合并且驱动第一锥齿轮72，该第一锥齿轮72又与第二锥齿轮74接合并且驱动第二锥齿轮74。如图5中所示，第二锥齿轮74垂直于第一锥齿轮70定位并且包括中心柱76。螺旋弹簧62的内端部联接至柱76，并且螺旋弹簧62的外端部联接至相对于相关联的卷尺的壳体的固定位置。在该布置结构中，中心柱76刚性地固定至第二锥齿轮72，使得柱76限定弹簧旋转轴线66。在尺带伸放期间，由于第二锥齿轮74由尺带卷轴20通过齿轮70和齿轮72驱动，因此第二锥齿轮74和柱76旋转，这进而卷绕螺旋弹簧62。在释放尺带时，弹簧62通过齿轮74、72和70驱动卷轴20从而驱动尺带片收回到尺带卷轴20上。
参照图6至图9，示出并描述了包括基于压缩弹簧的收回系统的卷尺10的各种实施方式。在图6和图7中所示的一个说明性实施方式中，卷尺10包括收回系统80，并且收回系统80包括示出为螺旋压缩弹簧82的压缩弹簧(例如，轴向压缩弹簧、螺旋压缩弹簧、波形弹簧、片簧、锥形弹簧、中凹形螺旋弹簧、筒形弹簧等)和用于将尺带卷轴20的旋转运动(例如，在尺带伸放期间)传递成弹簧82的非旋转(例如，轴向)压缩的系统。在这种实施方式中，申请人认为，对于给定尺寸的尺带片或者对于给定能量水平的弹簧，使用包括压缩弹簧的收回系统80实现了更紧凑的卷尺。
如图6和图7中所示，收回系统80包括与弹簧82的一个端部接合的板84。尺带卷轴20的内表面包括齿轮齿86，该齿轮齿86与形成在板84的外周缘上的配合齿轮齿88接合，使得在尺带伸放期间尺带卷轴20的旋转运动被传递至板84。收回系统80包括示出为螺纹柱90的传动系统，该传动系统将尺带卷轴20的旋转运动转换成弹簧82的轴向压缩。
板84包括螺纹中央开口92，该螺纹中央开口92与沿着螺纹柱90的外表面定位的螺纹94接合。在板84经由齿轮齿86与齿轮齿88之间的接合而旋转时，板84沿着柱90的长度轴向移动，使得板84在尺带伸放期间压缩弹簧82。当尺带片(例如，尺带片18)被释放时，弹簧82展开，从而沿相反方向驱动部件以使尺带卷轴20卷绕尺带片。
如将理解的，螺纹94的螺距决定了板84的旋转运动与轴向运动之间的转换度。因此，螺纹94的螺距决定了对于尺带卷轴20的每圈旋转弹簧所经受的压缩度或压缩量。因此，在各种实施方式中，螺纹94的螺距被选择成提供期望水平的弹簧压缩，并且因此提供期望水平的收回力，这进而可以限制尺带弯折并限制与尺带弯折相关联的潜在的尺带损坏。
参照图8和图9，示出并描述了包括基于压缩弹簧的收回系统比如收回系统100的卷尺10的另一实施方式。通常，收回系统100与以上所论述的收回系统80除了本文中所论述的差异外基本相同。类似于系统80，收回系统100构造成将尺带卷轴20的旋转运动(例如，在尺带伸放期间)传递成弹簧82的非旋转(例如，轴向)压缩。
系统100包括压缩板102和沿着尺带卷轴20的内表面定位的螺纹104。压缩板102包括外周缘壁或侧壁106，该外周缘壁或侧壁106在相对的主表面或面108与主表面或面110之间延伸。压缩板102包括沿着外侧壁106定位的外螺纹112。通常，外螺纹112定尺寸成与内螺纹104相配合，使得在卷轴20旋转时(例如，在尺带伸放期间)，螺纹104与螺纹112之间的相互作用沿着轴114轴向地驱动板102从而使弹簧82被压缩。如将理解的，通常，板102以可旋转的方式联接至轴114，使得板102被允许绕轴114旋转并且也被允许沿着轴114平移。在具体实施方式中，轴114具有圆形横截面形状并且被接纳穿过板102中的圆形中央安装孔。如将理解的，一旦尺带片被释放，则弹簧82就展开抵靠在板102上，该板102进而驱动尺带卷轴20沿相反方向旋转，从而使尺带片(例如，尺带片18)收回并卷绕到尺带卷轴20上。在具体实施方式中，轴114被固定，并且当尺带卷轴20在卷尺壳体内绕轴114转动时，板102沿着轴114线性地移动。
如图8和图9中所示，螺纹104是沿着尺带卷轴20的内表面形成螺旋模式的凹螺纹。螺纹112是从侧壁106向外延伸并且形成为与螺纹104的螺旋模式相匹配的螺旋模式的外螺纹。以这种方式，螺纹112在尺带伸放和收回期间随着板102沿着轴114平移而在螺纹104内行进。
应当理解的是，附图详细地示出了说明性实施方式，并且应当理解的是，本申请不限于该描述内容中所阐述的或者附图中所示出的细节或方法。还应当理解的是，术语只是出于描述的目的，而不应当被认为是限制性的。
鉴于本说明书，本发明的各个方面的进一步改型和替代性实施方式对于本领域技术人员而言将是明显的。因此，该描述内容应当被解释为仅起说明作用。各种示例性实施方式中示出的构造和布置结构仅是说明性的。尽管在本公开中仅详细地描述了一些实施方式，但能够进行许多修改(例如，在各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置结构、材料的使用、颜色、取向等方面的变型)而不会在实质上脱离本文中所描述的主题事物的新颖教示和优点。示出为一体形成的一些元件可以由多个部件或元件构造而成，可以颠倒或者以其他方式改变元件的位置，并且离散元件或位置的性质或数目可以改变或变化。根据替代性实施方式，任何过程、逻辑算法或者方法步骤的顺序或次序可以改变或者重新排序。在不脱离本发明的范围的情况下还可以对各种说明性实施方式的设计、操作状况和布置结构进行其他的替换、修改、改变和省略。
除非另有明确说明，否则决不意味着本文中阐述的任何方法被解释为要求其步骤以特定的次序执行。因此，在方法权利要求实际上不叙述其步骤所遵循的顺序或者在权利要求或描述内容中没有另外具体阐述步骤被限制为特定顺序的情况下，决不意味着能够推断出任何特定的顺序。另外，如本文中所使用的，冠词“一”意在包括一个或更多个部件或元件，并且并不意在被解释为仅意味着一个。如本文中所使用的，刚性联接是指两个部件以使得当受到力作用时能够以固定的位置关系一起移动的方式相联接。
本发明的各种实施方式涉及任何特征的任何组合，并且在本申请或将来的申请中可以要求保护特征的任何这种组合。上述任何说明性实施方式的任何特征、元件或部件可以单独使用，或者与上述任何其他实施方式的任何特征、元件或部件结合使用。

Claims (23)

1.一种卷尺，包括：
壳体；
轴，所述轴联接至所述壳体；
尺带卷轴，所述尺带卷轴绕所述轴以可旋转的方式安装在所述壳体内，所述尺带卷轴包括径向面向外的表面和限定内部卷轴腔的径向面向内的表面；
长形尺带片，所述长形尺带片围绕所述尺带卷轴的所述径向面向外的表面卷绕，所述长形尺带片具有当从所述壳体伸放时呈凹形轮廓的上表面；
螺旋弹簧，所述螺旋弹簧至少部分地位于所述内部卷轴腔内，并且所述螺旋弹簧在径向方向上至少部分地被所述长形尺带片包围，所述螺旋弹簧联接在所述尺带卷轴与所述轴之间，使得：当所述长形尺带片从所述尺带卷轴解绕以从所述壳体伸放时所述螺旋弹簧储存能量，并且所述螺旋弹簧释放能量从而驱动所述长形尺带片重新卷绕到所述尺带卷轴上；
减速齿轮系，所述减速齿轮系将所述螺旋弹簧以可旋转的方式联接至所述尺带卷轴，使得在所述长形尺带片从所述壳体伸放期间所述尺带卷轴的每圈完整旋转被转换成所述弹簧的不足一圈完整旋转；
尺钩组件，所述尺钩组件联接至所述长形尺带片的外端部；
总的螺旋弹簧长度，其中，所述长形尺带片具有在6英尺至50英尺之间的长度，其中，所述长形尺带片的长度与所述总的螺旋弹簧长度的比率大于2.52；并且
其中，所述壳体具有45mm至63mm的最大外部宽度尺寸，具有69mm至103mm的最大外部高度尺寸，并且具有78mm至110mm的最大外部长度尺寸。
2.根据权利要求1所述的卷尺，其中，所述减速齿轮系中的至少一个齿轮位于所述尺带卷轴的径向内侧，使得所述至少一个齿轮在径向方向上至少部分地被所述长形尺带片包围，其中，所述长形尺带片具有大于10mm的平均宽度TW。
3.根据权利要求1所述的卷尺，其中，所述减速齿轮系是行星齿轮系，所述行星齿轮系包括：
太阳齿轮；
齿圈，所述齿圈围绕所述太阳齿轮；以及
行星齿轮，所述行星齿轮位于所述太阳齿轮与所述齿圈之间。
4.根据权利要求3所述的卷尺，其中，所述太阳齿轮和所述齿圈中的至少一者沿绕所述轴的路径旋转。
5.根据权利要求4所述的卷尺，其中，所述行星齿轮绕处于相对于所述轴的固定位置处的轴线旋转。
6.根据权利要求3所述的卷尺，其中，所述太阳齿轮和所述齿圈中的一者刚性地联接至所述尺带卷轴。
7.根据权利要求6所述的卷尺，其中，所述螺旋弹簧的内端部联接至所述轴。
8.根据权利要求7所述的卷尺，其中，所述轴以可旋转的方式联接至所述壳体，使得所述轴在所述长形尺带片的伸放或重新卷绕期间旋转。
9.根据权利要求8所述的卷尺，还包括弹簧卷筒，所述弹簧卷筒包括限定内部弹簧卷筒腔的径向面向内的表面，其中，所述弹簧卷筒至少部分地位于所述内部卷轴腔内，并且所述螺旋弹簧位于所述内部弹簧卷筒腔内，其中，所述螺旋弹簧的内端部联接至所述轴，并且所述螺旋弹簧的外端部联接至所述弹簧卷筒。
10.根据权利要求1所述的卷尺，其中，所述长形尺带片的长度与所述总的螺旋弹簧长度的比率在3至15之间。
11.根据权利要求1所述的卷尺，其中，所述减速齿轮系提供齿轮减速，使得所述螺旋弹簧绕所述轴旋转完整一圈引起所述尺带卷轴绕所述轴旋转至少1.5圈。
12.根据权利要求11所述的卷尺，其中，所述减速齿轮系提供齿轮减速，使得所述螺旋弹簧绕所述轴旋转完整一圈引起所述尺带卷轴绕所述轴旋转1.8圈至3.5圈之间。
13.根据权利要求1所述的卷尺，其中，所述长形尺带片包括金属芯和涂层，并且所述金属芯具有平均厚度TT，并且所述螺旋弹簧具有平均厚度ST，其中，TT/ST小于0.72。
14.根据权利要求13所述的卷尺，其中，TT/ST在0.1至0.7之间。
15.根据权利要求1所述的卷尺，其中，仅存在位于所述内部卷轴腔内的一个螺旋弹簧。
16.根据权利要求1所述的卷尺，其中，所述尺带卷轴包括横过所述尺带卷轴的所述径向面向外的表面测量的直径D，其中，所述长形尺带片具有总的最大伸放长度TL，其中，TL/D大于165。
17.根据权利要求16所述的卷尺，其中，TL小于29英尺。
18.根据权利要求16所述的卷尺，其中，TL小于27英尺。
19.根据权利要求16所述的卷尺，其中，TL/D大于195。
20.根据权利要求16所述的卷尺，其中，TL/D大于237。
21.根据权利要求16所述的卷尺，其中，TL/D大于240。
22.根据权利要求16所述的卷尺，其中，TL/D小于250。
23.根据权利要求16所述的卷尺，其中，仅存在位于内部卷轴腔内的一个螺旋弹簧。
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