CN1109518C - 可调式头带 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于防护帽的可调式头带，它有一具有不同阻力的棘轮机构。所述可调式头带采用一其上具有多个径向突伸齿(325)的齿圈组件(300)。齿圈组件(300)的每一突伸齿(325)具有第一齿侧和与第一齿侧不同的第二齿侧。例如，齿圈组件的每一齿最好在其第一侧上具有一第一齿角并且在其第二侧上具有一不同的第二齿角。从其上径向突伸出来的弹簧组件(150)与调节旋钮(100)相连。弹簧组件(150)定位得可以使至少一弹簧齿与齿圈组件(300)的齿相啮合，以提供抵抗调节旋钮(100)旋转的阻力。由于齿圈组件(300)的第一齿角与齿圈组件(300)的第二齿角不同并且最好小于第二齿角，因此，使调节旋钮(100)朝收紧头带方向旋转要比朝松开头带方向旋转基本上来得更为容易。

Description

可调式头带

                         本发明的领域

本发明涉及一种用于防护性安全帽的头带，特别涉及一种用于防护头盔的头带，它采用了一具有不同阻力的棘轮机构来对所述头带的周长加以调节。

                         本发明的背景

工人为防止受到下落物体的袭击而配戴的多种防护性安全帽都是藉助一悬挂系统而保持在工人的头上的。所述悬挂系统以及头盔本身都可以吸收下落物体撞击工人头时所产生的冲击。所述悬挂系统还可以用来将头盔保持在使用者头上。

通常，所述悬挂系统是一网状支承系统，它包括两个或多个彼此呈十字交叉设置的材料条。材料条的端部是在例如围绕头盔周缘的四个或多个点处相互连接起来的。然后将一头带与所述悬挂系统的四个或多个点相连，以使工人能戴上所述头盔。为了将头盔牢固地固定在工人的头上，重要的是可对所述头带的周长加以调节，以适应于不同的头部尺寸。通常将一颈背带条与所述头带的一端相连，以获得这些结果。

在目前可从宾夕法尼亚州匹兹堡市的Mine Safety Applicances Company买到并在美国专利No.3,500,474中描述的Staz-On^悬挂装置中，一可调式头带是由配戴者用手来调节的，所述专利的内容援引在本文中作为参考之用。所述颈背带条的两端藉助一狭槽-凸齿装置而彼此相连并保持在位。所述颈背带条的一端形成有彼此相互平行的凸缘或凸齿列。所述颈背带条的另一端形成有彼此相互平行的狭槽列。所述悬挂装置的尺寸可以通过将所述带条一端的凸齿按所要求的长度插入所述带条另一端内的各狭槽内而加以调节。

目前可从宾夕法尼亚州匹兹堡市的Mine Safety Applicances Company买到并在美国专利No.4,942,628中描述的Fas-Trac^悬挂装置具有一可调式头带，其中所述头带的两端藉助一棘轮机构而彼此相连、保持在位和调节，所述专利的内容援引在本文中作为参考之用。所述棘轮机构通常是藉助一齿轮-齿或齿条-小齿轮装置来进行工作的。所述棘轮机构的调节旋钮在一组齿轮齿的一端处与之相连。这些齿定位在所述颈背带条的一侧向部分内部。所述颈背带条的侧向部分沿其内的各狭槽形成有诸列齿。藉助使齿轮齿与所述狭槽相接触，通过往一个方向转动所述旋钮以将带条的两端拉近或朝另一方向转动旋钮以将两端部拉开，可以对所述颈背带条的尺寸进行调节。通常包括一弹簧驱动的棘爪机构，以阻止所述调节旋钮发生不希望有的旋转。

总之，由于在所述棘轮型悬挂装置戴在工人头上的时候就可以更方便地对所述棘轮型悬挂装置加以调节，因此，所述棘轮型悬挂装置优于狭槽-齿悬挂装置。但是，棘轮型悬挂装置仍具有一些缺点。例如，棘轮悬挂装置通常具有很多零部件，必须将这些零部件装配起来才能使所述棘轮工作。零部件的数量以及装配零部件所需的劳动力都需要耗费大量的成本。而且，通常还必须避免金属制零部件，以降低暴露于电线或电设备环境中的使用者遭到触电的危险。

最后，在使用者已对头带进行调节以适合于使用者的头部尺寸之后，棘轮型悬挂装置有时不能防止头带出现松动现象。在这方面，在正常使用中，防护性安全帽经常会受到趋于增大头带尺寸或松开头带的外力作用。除非所述棘轮型机构能对这些外力提供适当的阻力，所述头带将会松开，并且需要使用者经常加以调节。

因此，最好是能为一可调式头带设置一棘轮机构，这种头带制造和装配成本低廉并且可以很方便地收紧，同时仍可以提供适当的阻力，以防止在使用过程中头带松开。

                           本发明的概述

总的来说，本发明提供了一种用于安全帽的可调式头带。所述可调式头带包括一具有叠置的第一端和第二端的带子。所述第一端具有一第一细长狭槽，所述第二端具有一第二细长狭槽。当所述头带的第一端和第二端叠置时，所述第一细长狭槽和所述第二细长狭槽大体上是对齐的。所述第一细长狭槽的第一边缘内形成有第一列齿，在所述第二细长狭槽的第二边缘内形成有第二列齿。所述第一列齿和所述第二列齿最好是对置的。

所述可调式头带最好还包括一调节旋钮，所述调节旋钮在其第一端具有一抓紧件并且在其第二端具有多个径向突伸的齿轮齿。所述调节旋钮的第二端可以分别与第一、第二细长狭槽内的第一、第二列齿工作性连接，这样调节旋钮的旋转就可以使第一、第二细长狭槽相对于彼此侧向移动。

所述可调式头带还包括一罩壳，所述罩壳具有一适于容纳所述带子的第一端和第二端的弧形沟槽。所述罩壳具有一适于将一齿圈组件容纳在其内的凹腔，这样，基本上可以防止所述齿圈组件相对于所述罩壳旋转。所述罩壳还具有一能容纳所述调节旋钮的外开口以及一与所述沟槽连通的内开口。所述调节旋钮的齿轮齿通过所述内开口延伸入所述沟槽内，以与所述头带第一端上的第一列齿以及所述头带第二端上的第二列齿相啮合。

所述可调式头带还包括一齿圈组件。所述齿圈组件包括一其上具有多个径向突伸的齿的齿圈。一弹簧组件与所述调节旋钮和所述齿圈组件工作性相连，这样，所述弹簧组件可以提供一可抵抗旋钮旋转的恢复力。较佳的是，所述弹簧组件与所述调节旋钮相连，因此可基本上防止它相对于调节旋钮旋转。所述弹簧组件包括至少一径向突伸的弹簧齿。所述弹簧组件定位得能使至少一个弹簧齿与所述齿圈组件的径向突伸齿相啮合。所述弹簧组件最好包括两个非金属的、圆弧形弹簧，每一圆弧形弹簧均具有一径向突伸的齿。

所述齿圈组件的每一齿均具有一第一齿侧和一第二齿侧。所述第二齿侧不同于所述第一齿侧。例如，在一实施例中，多个齿中的每一齿最好在其第一齿侧上具有一第一齿角并且在其第二侧上具有一第二齿角。所述第二齿角不同于所述第一齿角。在另一实施例中，所述第一齿侧所具有的摩擦系数(相对于弹簧齿的材料而言)最好不同于所述第二齿侧的摩擦系数。

由于在齿圈组件内，第一齿侧不同于所述第二齿侧，因此更容易使所述调节旋钮朝一个方向旋转，而不是朝另一方向旋转。例如，如果所述齿圈组件的第一齿角小于所述齿圈组件的第二齿角，可以更容易使所述调节旋转朝着可使所述弹簧齿与所述齿圈组件的第二齿角相啮合的方向旋转，而不是使所述调节旋钮朝相反方向旋转。与此类似，如果第一齿侧的摩擦系数大于所述第二齿侧的摩擦系数，可以更容易使调节旋钮朝着使弹簧齿与齿圈组件的第二齿角相啮合的方向旋转，而不是使调节旋钮朝相反的方向旋转。

需要较大扭矩的旋转方向最好与松开所述头带所需的旋转方向相对应。以此方式，基本上可以防止所述头带出现不希望有的松开现象(通常是称之为“反向转动”，这例如是由于安全帽受到意外的侧向撞击而造成的)，同时还可以在所述头带戴在使用者头上时，使使用者很方便地对所述头带的尺寸加以调节。

                         附图简要说明

图1是本发明的一头带调节机构的一较佳实施例的立体图，它示出了所述头带调节机构的几个拆卸开来的构件。

图2是图1所示旋钮的侧视图。

图3是本发明的一弹簧组件的一实施例的前视图。

图4示出了本发明的一齿圈的一实施例。

图5示出了图4所示齿圈和图3所示弹簧组件的协作作用。

图6是图1所示调节机构的前视图，它示出了调节旋钮的轮齿和颈背头带两端部的轮齿的相互协作。

图7是图1所示的、装配好的头带调节机构。

                       本发明的具体描述

现请参阅图1和图2，棘轮机构10最好包括一调节旋钮100，以使使用者能很方便地对防护帽头带的松紧程度进行调节。旋钮100最好由一种弹性聚合材料模制而成，以具有两个整体部分。一第一端部分105设置有一适于被配戴者抓紧和转动的端件或抓手。旋钮100的第二端部分是一大体呈圆形的齿轮110，所述齿轮最好是轴向地模制于旋钮100上。设置在齿轮110和抓手105之间的最好是一弹簧组件150(从图3和图5中可以最清楚地看到)。

调节旋钮100最好设置在一包括一顶部210一底部220的棘轮罩200内部(参见图7)。棘轮罩200的顶部210和底部220最好由一种诸如聚碳酸酯之类的相对较坚硬的聚合材料制成。在图示的实施例中，棘轮罩200的底部220是顶部210的镜像。顶部210和底部220最好呈弧形。顶部210和底部220最好包括凹腔215和225，以分别容纳和定位一齿圈组件300。齿圈组件300最好由一种诸如聚碳酸酯之类的相对较坚硬的聚合材料制成。

齿圈组件300最好固定在棘轮罩200内部，这样，它就不能相对于棘轮罩200向前或向后(轴向)移动或旋转。齿圈组件300可以例如包括一些凸耳310，所述凸耳可以与形成在棘轮罩200的顶部210和底部220内的狭槽230相互作用。在图示的实施例中，齿圈组件300内还包括一通道315，从而能使齿轮110进入棘轮罩200内的弓形通道240内。齿圈组件300还包括一具有齿325的齿圈320，所述齿能与弹簧组件150上的至少一个弹簧齿155相互协作，以提供抵抗调节旋钮100旋转的阻力。较佳的是，设置至少两个对置的弹簧齿155。

虽然在图示的实施例中，径向向内突伸的齿圈齿325能与径向向外突伸的弹簧齿155相互协作，但是，对于本技术领域的熟练人员来说较清楚的是，也可以采用其它的相对取向。例如，一具有径向向内突伸的齿的弹簧可以与一具有径向向外突伸的齿的齿圈相互协作。

在对调节机构10进行装配时，将调节旋钮100的齿轮110定位在两个侧向狭槽420和425的内部，所述侧向狭槽分别形成在一颈背带条的第一端410和第二端415内。沿着侧向狭槽420的顶缘，有一列齿430切割形成在所述颈背带条内，以与齿轮110的齿相啮合。同样，沿着侧向凹槽425的底缘，形成有第二列齿435，它们也与齿轮100的齿相啮合。颈背带条的第一端和第二端410、415通过一通道240而呈彼此相互叠置的邻近啮合状态。狭槽420和425在叠置区域内大体上是对齐的。齿轮110的齿在叠置区域内分别与第一端410和第二端415的齿430和435相互啮合。

当将棘轮罩200的顶部210和底部220连接起来时，通道240最好是由顶部210内的沟槽240A和底部220内的沟槽240B所形成。顶部210和底部220(例如，如本技术领域中已知的那样采用胶合或声波粘合方法)固定地连接于棘轮罩200。图7中示出了装配好的棘轮罩200。

通过(i)朝着一个方向(例如顺时针方向)转动旋钮100以使第一带条端部410和第二带条端部415彼此更靠近(即，增大叠置面积)或者(ii)朝着反方向转动旋钮100以将第一带条端部410和第二带条端部415进一步拉开(即，减小叠置面积)可以对颈背带条以及头带(未示)的配合程度进行调节。

因弹簧齿155撞击在齿圈320上而由弹簧组件150产生的弹簧力可提供对于旋钮100以及齿轮110旋转的阻力，以改变安全帽悬挂装置的松紧程度。弹簧组件最好由一种诸如热塑性弹性材料之类的非金属聚合材料制成。较佳的是，弹簧组件150包括两个对置的圆弧形弹簧152和154，如图3和图5中最清楚示出的那样。对于小偏转来说，圆弧形弹簧可提供一基本线性的弹性。当旋钮100被转动时，弹簧齿155就藉助弹簧组件150的径向向内压紧作用而被紧压在齿圈320的齿325上。为此，当旋钮100被转动时，弹簧组件150就被径向向内压紧得如同弹簧齿155“骑跨”在齿325上。一旦弹簧齿155越过齿325，由于弹簧组件150的恢复力将弹簧齿155径向向外施力，因此弹簧齿155将进入各齿325之间的凹陷部内。为了转动旋钮100，使用者必须施加足够的扭矩才能克服弹簧组件150的作用力。

较佳的是，将安全帽悬挂装置放松所需的扭矩大于收紧安全帽悬挂装置所需的扭矩。以此方式，使用者可以很方便地调节松紧程度，但是，所述悬挂装置可防止在使用过程中出现不希望有的松开现象(例如因安全帽受到意外的侧向撞击而引起)。

总之，下式可以给出诸如齿圈组件300和弹簧组件150的组合件之类的锯齿状啮合/棘轮机构的抗扭能力：

                           T＝RFK

式中：

T是转动经过一棘爪所需的扭矩。

R是锯齿状啮合旋钮的有效半径。

F是弹簧复位机构的恢复力。

K是由齿角和摩擦系数决定的参数。

参见纽约(1959)McGraw-Hill Book Company出版的Product EngineeringDesign Manual中由Greenwood，D.C的Canick，L.N.撰写的“Serrated Clutchesand Detents”，该文献的内容援引在本文中作为参考之用。K的值可由下式给出：

              K＝(1+μtanθ)/(tanθ-μ)

式中：

μ是摩擦系数。

θ是齿面的角度(度)

根据作用在齿圈组件300的一齿上的作用力的平衡条件可得出下式：

                    T＝RF/((cosφ)/K-sinφ)

式中：

φ是压力角(度)

从以上等式中可见，转动旋钮100所需的扭矩T部分取决于齿角θ。这样，通过提供不同的齿角θ₁和θ₂以及相应的压力角φ₁和φ₂，可以具有不同的K(例如，K₁朝着收紧方向，K₂朝着松开方向)以及在朝着收紧方向与朝着相反的松开方向分别转动旋钮100时需要不同的扭矩，参见图3。正如本技术领域的熟练人员清楚可知的是，利用上述等式，可以很方便地设计出一具有理想收紧扭矩和一不同的理想松开扭矩的棘轮机构。

在一实施例中，弹簧齿155的材料和齿圈齿325的材料之间摩擦系数约为0.2，并且假定是恒定的。θ₁/θ₂约为1.25，φ₁/φ₂约为0.625。这些参数使得T_松开∶T_收紧之比约为1.7∶1(其中，T_松开是朝着松开方向转动调节旋钮100所需的扭矩，而T_收紧是朝着收紧方向转动调节旋钮100所需的扭矩)。较佳的是，T_松开∶T_收紧在近似1.5∶1至3∶1的范围内，更佳的是，T_松开∶T_收紧在近似1.5∶1至2.5∶1的范围内。

在本发明的另一实施例中，利用一仅具有单个齿角(即，θ₁＝θ₂)的齿圈组件可以获得相似的结果，但是，所述齿圈组件的每一齿的一侧面上的摩擦系数(相对于弹簧齿155的材料而言)与每一齿另一侧面上的摩擦系数是不同的。在所有其它方面，本发明的这个实施例最好与上文描述的基本相同。通过将齿圈齿的第一侧上的材料选择得与齿圈齿第二侧上的材料不同，可以使齿圈组件侧面上的摩擦系数互不相同。与此相似，所述齿圈齿也可以由一种材料制成，而使齿圈齿的第一侧面比齿圈齿第二侧面上欠光滑。正如对于本技术领域的熟练人员清楚知道的那样，朝着齿圈齿的第一侧(即，摩擦系数较小的那一侧面)来转动调节旋钮110所需的扭矩将小于朝齿圈组件的第二侧面来转动调节旋钮110所需的扭矩。利用不同齿角和摩擦系数的组合，可以进一步增大朝不同方向转动调节旋钮110所需的扭矩的差值。

虽然以上已结合上述几个例子对本发明作了具体描述，但是，应予理解的是，这些具体描述仅仅是说明性的，而且对于本技术领域的那些熟练人员来说，还可以对本发明作出种种不背离本发明精神的变化，本发明的精神可以由所附的权利要求书来限定。

Claims (15)

1.一种可调式头带，它包括：

a.一具有叠置的第一端和第二端的带子，所述第一端具有一第一细长狭槽，所述第二端具有一第二细长狭槽，所述第一细长狭槽的第一边缘内形成有第一列齿，在所述第二细长狭槽的第二边缘内形成有第二列齿，所述第一细长狭槽和所述第二细长狭槽大体上是对齐的，所述第一列齿与所述第二列齿是对置的；

b.一调节旋钮，在其第一端具有一抓紧件并且在其第二端具有多个齿轮齿，这样调节旋钮的旋转就可以使得所述齿轮齿旋转，所述齿轮齿与第一列齿和第二列齿相啮合，这样当旋转所述调节旋钮时，可使第一细长狭槽相对于第二细长狭槽作侧向移动；

c.一齿圈组件，它包括多个径向延伸的齿，其中，每一齿具有一第一齿侧和一第二齿侧，所述第一齿侧与所述第二齿侧是不同的；

d.一弹簧组件，它包括至少一个从其上径向突伸出来的弹簧齿，所述弹簧组件与所述调节旋钮相连并设置得能使至少一弹簧齿与齿圈组件的齿相啮合，所述弹簧组件可以借此提供一抵抗所述调节旋钮朝第一方向旋转的第一阻力和一能抵抗所述调节旋钮朝第二方向旋转的第二阻力。

2.如权利要求1所述的可调式头带，其特征在于，所述弹簧组件包括两个圆弧形弹簧，每一圆弧形弹簧均包括至少一个径向延伸的齿。

3.如权利要求2所述的可调式头带，其特征在于，每一所述圆弧形弹簧均包括一径向延伸齿，所述圆弧形弹簧设置得使径向延伸齿以近似180°隔开。

4.如权利要求2所述的可调式头带，其特征在于，所述圆弧形弹簧由一种热塑性弹性材料制成。

5.如权利要求1所述的可调式头带，其特征在于，它还包括一罩壳，所述罩壳包括一适于容纳所述带子的第一端和第二端的弧形沟槽，所述罩壳还包括一适于将所述齿圈组件容纳在其内的凹腔，这样，基本上可以防止所述齿圈组件相对于所述罩壳旋转，所述罩壳具有一能容纳所述调节旋钮的外开口，所述罩壳具有一与所述沟槽连通的内开口，所述齿轮齿延伸通过所述沟槽，以与所述沟槽内的第一列齿和第二列齿相啮合。

6.如权利要求1所述的可调式头带，其特征在于，所述第一齿侧相对于所述弹簧齿具有一第一摩擦系数，所述第二齿侧相对于所述弹簧齿具有一第二摩擦系数，所述第一摩擦系数与所述第二摩擦系数不同。

7.如权利要求1所述的可调式头带，其特征在于，所述第一齿侧具有一第一齿角，所述第二齿侧具有一第二齿角，所述第一齿角与所述第二齿角不同。

8.如权利要求1所述的可调式头带，其特征在于，收紧所述头带所需的扭矩与松开所述头带所需的扭矩之比是在近似1.5∶1至3∶1的范围内。

9.如权利要求8所述的可调式头带，其特征在于，收紧所述头带所需的扭矩与松开所述头带所需的扭矩之比是在近似1.5∶1至2.5∶1的范围内。

10.如权利要求7所述的可调式头带，其特征在于，所述弹簧组件包括两个圆弧形弹簧，每一圆弧形弹簧均包括至少一个径向延伸的齿。

11.如权利要求10所述的可调式头带，其特征在于，每一所述圆弧形弹簧均包括一径向延伸齿，所述圆弧形弹簧设置得使径向延伸齿以近似180°隔开。

12.如权利要求10所述的可调式头带，其特征在于，所述圆弧形弹簧由一种热塑性弹性材料制成。

13.如权利要求7所述的可调式头带，其特征在于，它还包括一罩壳，所述罩壳包括一适于容纳所述带子的第一端和第二端的弧形沟槽，所述罩壳还包括一适于将所述齿圈组件容纳在其内的凹腔，这样，基本上可以防止所述齿圈组件相对于所述罩壳旋转，所述罩壳具有一能容纳所述调节旋钮的外开口，所述罩壳具有一与所述沟槽连通的内开口，所述齿轮齿延伸通过所述沟槽，以与所述沟槽内的第一列齿和第二列齿相啮合。

14.如权利要求7所述的可调式头带，其特征在于，收紧所述头带所需的扭矩与松开所述头带所需的扭矩之比是在近似1.5∶1至3∶1的范围内。

15.如权利要求14所述的可调式头带，其特征在于，收紧所述头带所需的扭矩与松开所述头带所需的扭矩之比是在近似1.5∶1至2.5∶1的范围内。

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