CN1299329A - 联动多轴铰链及使用这种铰链的封口件 - Google Patents

Abstract

一种多轴铰链装置,其可在稳定开启态和闭合态之间产生速弹作用,当铰链经一个中位死点在稳定开启态和闭合态之间转动时,铰链上具有抗扭刚性的连接元件(33.1、33.2)所产生的弹性力施加到相邻的、例如为下体和顶盖元件的铰接部件上,弹性力通过靠近弯折区(34.1—34.4)或铰接薄片的连接/传递区(45.1、45.2)传递到远处的弹性变形能量蓄积区(40.1—40.3)。随着铰链经过中位死点,该能量被反方向输送回刚性连接元件中,来使得封口件具有速弹效果。封口件可作为一个整体单件产品进行注塑成型,并在其开启状态下进行浇注。

Description

联动多轴铰链及使用这种铰链的封口件

本申请主要涉及一种速弹铰链，尤其是用在整体注塑成型的封口件上的铰链。

对化装品、食物等消费材料的配送都需要有一种可实施配料的封口件，该种封口件应能经济便宜地制造出来，并在其闭合状态时能保持容器的完全密封。由于这种封口件通常被用于储放生活消费品的一次性容器中，所以它的成本是一个很重要的考虑因素，同时还希望能有一种封口件，其不但具有良好的使用便利性，还具有良好的操作手感。

在过去的设计中，许多第一种类型的封口件通常都采用了一种单主铰接连接件、或在同一条轴线上设置多个主铰链。某些这种铰链还采用了例如弹簧元件或松紧带等一个中间部件，用来形成一个中位死点位置，在该位置上时，封口件中的张力将驱使封口件或者完全打开、或者完全关闭，而不能停留保持在中位位置上。通常在这种类型的封口件设计中，希望能有这样的非稳平衡态，因为这样就使这种封口件对消费者而言具有良好的可操作感。但是，如本申请中的图3所示的那样：由于顶盖的简单运动，这种单主铰链类型的封口件甚至在设置了那样的中间部件的条件下，也需要将主铰链从封口件的轮廓线上偏移出相当大的一段距离。同时，由于在注塑成型过程中材料液体流动路径的不对称，这样的铰链还很难进行注塑成型。这样就使得铰链被完全布置在封口件的壳体之外，这样的情况在这种类型封口件中被认为是不理想的。这样的单主铰链类型的封口件还常常难于进行注塑成型。Weisinger所属的美国专利第4403712号和Beck等人所属的美国专利第4638916号中所公开的封口件就属于这种采用单主铰链的例子。

第二种铰链采用了一种多联接轴结构。但是，在这种类型的铰链中各个联接轴的闭合和转开是非联动的。Nozawa所属美国专利第5148912号中的非联动铰链就属于这种类型，其中的两个铰接部件通过两个弹性带相互连接在一起，这两个弹性带在它们的整个长度范围都是柔性或弹性的。在这样的封口件中，将铰接顶盖连接到封口件下体上的弹性带板在整个长度上发生弯曲或挠曲，从而产生一个驱使铰链转向一个单稳态的力矩，其它状态下铰链也持续地受到应力作用。由于在铰链的多个铰接轴之间缺乏联动，使得顶盖相对于封口件的运动轨迹并不确定，在封口件的各个部件之间没有联动的效果。

第三种铰链是一种联动的多轴铰链装置，它一般绕两个铰接轴进行回转，并设计了两个通常不受张力作用的稳定状态，在这两个稳定态之间设计了一个中位死点或一个非稳平衡位置。在这样的铰链中，一个经过中位点的作用力趋于使铰链从中位死点位置转向两个稳定状态中的其一。这种铰链被认为是本申请发明人的首创，并在名称为“铰链”的美国专利第5794308号中有很好的描述。虽然在5794308号发明被构思出来时，本申请图1中所示的理论模型还不是已知的，但基本可参照这样的模型对5794308号专利中的发明进行描述。这种铰链采用了一对铰接部件，并包括一个具有抗挠曲刚性的中间铰接部件4，它通过连接元件6、7连接到第一和第二铰接部件上，其中的第一和第二铰接部件通常是指封口件的下体和封口件的顶盖，当处于中位死点位置附近时，连接元件可产生弹性回复运动。

换句话说，在5794308号专利中，连接元件被直接连接到一个具有足够挠曲刚性的中间铰接部件上，并吸收弹性变形，从而当处于中位死点区域时可产生速弹作用力。尽管5794308号专利所公开的技术已经提供了一种非常优良的封口件，但在该发明专利之后，本申请的发明人还是发展了对该专利所公开的那种类型铰链进行性能改进和变型的多种其它方式。

相应地，本发明的目的是在前述的铰链基础上进行改进，其中的改进是通过这样的措施来实现的：将具有挠曲或扭曲刚性的中间部件或连接臂件所产生的变形力至少部分传递到一个或多个弹性区域中，以实现弹性势能的储存。其中的弹性区远离连接元件，或远离具有挠曲刚性的连接臂件所连接的那些区域。

本申请更进一步的目的是增加封口件从具有扭曲刚性的连接臂件上吸收弹性势能的能力，这是通过将部分或全部能量转移到不与弯曲变形区直接相邻的一些区域来实现的，其中连接臂件就连接在弯折区上，这样就增强了在某些特定几何形状的封口件、尤其是尺寸相对较小的封口件所能实现的弹性速弹作用力。

根据本申请的各个方面，第一和第二铰接部件通过至少两个连接臂件连接起来，这两个连接臂件相互分开，并经过弯折区和铰接部件连接起来。这些连接臂件具有足够的抗扭刚性，而且当封口件从一个稳定位置转向另一个稳定位置时，该连接臂件向第一和第二铰接部件中的一个或两个施加弹性作用力。这些弹性力随后再经连接区或传递区被传递到一个或多个弹性储能区上，弹性区将变形力以弯曲弹性势能的形式储存下来。尽管如5794308号申请所设计的那样，连接区或传送区自身也可以是有弹性的、并能进行储能，但本申请开创性的实施例则将部分或所有这些能量都传递到远离弯折区的弹性区内。

根据本发明的其他技术内容，铰链相对于封口件下体和封口件顶盖之间分型线的偏移量可进行变动，以实现最优的效果，例如在一个实施例中就形成了一个锁止机构，而在另一个实施例中，甚至在封口体上有一个突起部位或在封口盖上设计了非规则形状的条件下，(都可通过调节偏移量)使顶盖和下体在封闭过程中避免产生运动干涉。

根据本申请的其它方面，用于制造这种联动多轴铰链结构的模具可被设计成可补偿下体、顶盖和连接臂件在注塑过程中的收缩，并能形成理想的几何形状。对这种铰链来说，铰接薄片可作为理想的高效弯折区。

从下文的详细描述可完全地了解本申请上述的目的是如何实现的，由下文的描述，本发明的设计思路和保护范围对本领域的普通技术人员来讲就变得显而易见了，但应当认识到，此处所给出的具体实施例和描述只是本发明的示例，本发明的保护范围应唯一地由所附的权利要求书来限定。

由下文给出的详细描述及附图可对本发明有全面的理解，下文的描述和附图将不对权利要求书中所明确的发明范围具有限定作用。

图1表示了本申请的实施例中所采用的那种联动多轴铰链的机械学模型；

图2表示了图1中的多轴铰链装置的具体联动关系；

图3用一组连续轨迹线表示了多个点在空间中绕现有技术中的那种主铰链连接件转动时的典型运动路径；

图4a到图4c的一蔟曲线表示了图1和图2所示类型的多种联动多轴铰链装置的连续轨迹线；

图5示意地表示了根据本申请一种实施方式的一个封口件所采用的多轴铰链布置；

图6是对图5中示意实施例的局部放大图；

图7以更为详细地对图5和图6中的实施例进行了表示，表示了根据本申请的技术内容所设计的能量蓄积缓冲区；

图8表示了根据本申请的技术内容所设计的一个实施例，其采用了另一种等效的能量蓄积缓冲区；

图9表示了本中请的一种具有弧形弯折区的实施例；

图10a、10b表示了一种铰链上的某些具体点在空间的运动路径，其中某些路径迫使第一和第二铰接部件进入到相互干涉的路径(图10a)，而另一些路径则避免了发生干涉(图10b)；

图11和图12的轴测视图表示了根据本申请的其他实施方式，它们利用了参照附图10a和10b所阐述的设计原理；

图13是一个根据本申请的提示设计的另一种铰链实施方式的侧视图；

图14是本申请的另一种多轴铰链结构实施方式的侧视图，用来解释本发明制造过程中的热缩补偿原理，以及

图15a和15b的剖面视图分别表示了根据本申请的一个方面所制出的改进铰接薄片在打开状态(图15a)和闭合状态(图15b)时的情形。

通过仔细阅读下文的详细描述，可能会对本发明有一个更好的理解，对下文描述的审查可参照附图，附图提出了本文所描述发明的最佳实施例。应当说明的是，相同的部件在不同附图中基本以相同的数字标号进行指代。

在各种联动多转轴铰链的发展过程中，本发明人发现这种铰链可参照本申请图1中所示联动多轴铰链装置的机械学模型1进行描述。该多轴铰链装置的机械模型是由发明人发现的，并作为描述联动多轴铰链结构最一般或基本工作原理的方法。该联动多轴铰链装置的机械学模型1包括一个下部件或一个第一部件2、一个上部件或一个第二铰接部件3、以及至少一个连接臂件4，其将第一铰接部件2或下部件和第二铰接部件3或上部件通过第一、第二两条转轴5、6连接起来。应当注意到：在图1所示实施例的情况中，这两条转轴是平行的，但将这两条转轴在该平面两个坐标方向的任一方向上相互倾斜一定角度也是可能的。

一个联动装置7使得多轴铰链装置实现了各轴的联动。在图1所示的机械模型1中，该联动装置7包括两对啮合的伞齿轮8、9，以及一个传动箱或齿轮箱10，该齿轮箱可选择任何适当的传动比，使铰链绕第一、第二转轴5、6转动的比值可根据齿轮箱10所选定的传动比而发生变化。作为一种替代方案，如果希望实现某一特定的效果，齿轮箱10的传动比还可被设计成非线性的。但是，在本发明的构思范围内，上下铰接部件2、3相对连接臂件4的两个转动之间的关系却是确定的。

图2表示了根据本申请所公开的一种联动多轴铰链装置，下铰接部件2、连接臂件4和上铰接部件3之间是如何实现协同联动的。在图2所示的实施例中，联动装置7中齿轮箱10的传动比为1比1。图2a表示了多轴铰链装置1处于关闭位置，图2d表示了多轴铰链装置的上下铰接部件相互之间成180度夹角、处于完全打开位置。图2b和图2c表示了多轴铰链装置1处于中间位置。这些视图共同说明了联动装置7是如何实现了下铰接部件2和连接臂件4之间的一方面相对运动、与上铰接部件3和连接臂件4之间的另一方面相对运动始终保持相互联动关系的。

由于在图示的情况中齿轮箱10的传动比为1比1，因而使上铰接部件3绕轴线6的转动和下铰接部件2绕轴线5的转动是对称的。可使齿轮箱选择其它的传动比来改变转轴5、6转角差的比值。

和图1和图2所示的联动式多轴铰链装置的协同转动相反，非联动式多轴铰链装置由于至少有一个自由度是不确定的，因而是不稳定的。如果将联动装置7从多轴铰链上拆去，则两个铰接部件2、3相对于连接臂件4的相对运动就不能被确定了。上铰接部件3可能在下铰接部件2相对于连接臂件4发生转开之前就已经完全打开。因而，在这样的非联动装置中，各条运动轨迹就可能在空间内形成一个奇特的位置状态。

图3表示了在一个单铰链连接件21的约束条件下，一个矩形在空间的运动路径。用所谓的电影式连续表示法表示了矩形20在绕一个主铰链连接件21沿路径P1在空间内转动时，其上各点的运动情况。这种铰链代表了采用一个单铰链枢轴的第一种类型的铰链。在图3所示的实施例中，主铰链连接件21垂直于视图所在的纸面。这样，矩形20在从第一位置20.1转向20.2时，矩形20上的所有点的路径P1都是圆，在该实施例中，两个矩形20.1和20.2是直接通过主铰链连接件21连接在一起的。

在封口件的情况，如果希望将矩形20所代表的顶盖转开到一个远离封口件下体的开启位置，则在这种单铰链装置的条件下，主铰链连接件21必须离开容器足够的距离才能实现这样的转动。这样就会形成一个突出于封口件下体的明显凸起，这是这种单铰链封口件不理想的一个方面。

通过对图4a和图4c的研究可了解另一种完全不同的概念：联动式多轴铰链装置。相比于图3所示的单铰链连续电影式视图，这些视图中的连续电影式视图清楚地表示了一种联动式多轴铰链在功能上的先进性。

图4a表示了矩形22上的点在绕一个联动多轴铰链装置1转动180度时的第一种典型路径P2，其中的联动多轴铰链装置1例如是图1所示的那种装置。从图中可明显地看出，由于没有了主铰链，关闭位置22.1的矩形22通过联动多轴铰链装置1移动了相当大的一段距离后转到开启位置22.2。路径线P2显然不是圆线，因而，由这种实施例所设计的一种联动多轴铰链装置显然可被用来防止和某一其它元件发生运动干涉。

通过改变转动轴线5、6在空间的距离和联动装置7的传动比，可对路径线的形状产生主要的影响，并能实现几乎任何所需的路径形状。在图4b和4c中的连续式图线中表示了另两种可能的路径形状实例。特别重要的是，一般应当努力避免在上铰接部件和下铰接部件之间、或在实践的采用了图1所示铰链的一个封口件实施例中发生明显的接触，从而实现所希望的运动(但是，相比之下，图10a和11中则利用特意设置的干涉运动来形成一种锁止效应)。从图4b和图4c可看出，相比于图3中用连续方式表示的单主铰链连接件，通过调节此处所公开的联动式多轴铰链装置的参数可满足不同的技术要求。

图5示意性地表示了一个封口件30上的一种联动多轴铰链装置1的实施例。和本申请中所描述的其它实施例一样，多轴铰链装置的运动和联动都类似于上述针对图1中的机械模型所进行的描述。

图中所绘出的封口件30处于半开的位置，并用此来定义了描述本申请所用的一些技术术语。该封口件包括一个下体31，其对应于图1中的下铰接部件2，一个顶盖32，其对应于图1中的上铰接部件3，以及两个连接臂件33.1、33.2，它们对应于上述提到的美国专利文件第5794308号的实施例中的具有足够抗挠曲刚性的中间部件4，以及在我们的待批国际专利申请PCT/EP96/02780号中的连接元件5。

图5中的每个连接臂件33.1、33.2都通过弯折区34.1-34.4连接到封口件30的下体31和顶盖32的结合部位上，在一个最佳实施例中，弯折区34.1-34.4形成了一个铰接薄片。在该实施例中，弯折区34.1-34.4是这样布置的：使得每个连接臂件33.1、33.2都呈现梯形形状。虽然在图5中弯折区被表示成对称的，但在本发明的构思范围内，弯折区34.1-34.4的不对称的布置也是可能的，并也像图1中的机械模型中的联动装置7那样，通过改变的传动比也能同样产生一定的技术效果。铰接部件2、3间的联动是通过弯折区34.1-34.4在空间的物理结构布置和对连接元件33.1、33.2的设计来实现的。在这种样式的铰链中，可获得两种类型的协同动作。第一种联动就是如同已经描述过的那样，在各个铰接轴间的联动；第二种“联动”是指铰链的侧向稳定性和扭转稳定性随铰链在其设计路径上从开启位置转向关闭位置过程中，同步地增加。由于第二种形式的稳定性将有助于使封口件实现了自动合闭，所以第二种“联动”是非常重要的。如果缺乏侧边、扭曲稳定性，铰链将不会自动地定位在关闭位置上，封口件将不能应用在自动装填机和包装机上。关于这方面关系的详细内容将在下文进行解释。

图5所示的装置需要对图5中封口件30上的一个或多个零件的挠曲性或弹性值预先进行确定。如下文所描述的那样，该弹性值可根据美国专利第5794308号中的教导来确定，还可根据我们的待审专利申请PCT/EP96/02780的教导来进行设计，或根据本申请所提出的其它的教导来进行设计。为了利用这一弹性、并通过结构变形来储藏能量，弯折区34.1-34.4空间是以理想的方式进行布置的。由于这方面的设计被更加详细地描述在前述的、作为本文参考资料的现有专利和在审申请中，此处将不再对这些方面作进一步的解释。

当封口件被打开或关闭时，连接元件33.1、33.2的几何形状就会使铰接区域的结构发生某种特定的变形。封口件各个方面的几何形状变形的角度和程度取决于封口件的张开角α、角度ω和φ。在本申请的最佳实施例中，通常设计得使结构的变形在封口件30处于稳定位置时为零变形，在所示的实施例中，稳定位置为完全打开位置和完全关上位置，在完全关闭位置，张角α为零度，在完全打开位置，张角α为最大值。但是，也可设计成在封口件的任意位置产生结构变形以及相应的应力蓄积，例如在完全展开位置。

如果封口件被设计成在其处于完全张开位置时仍然受到驻留开启力的作用，则就可在开启时获得理想的、更大的速弹作用效果。另一方面，当希望封口件在完全关闭位置能更好地保持关闭状态，则设计得在闭合时也存在驻留闭紧力。

图6是对图5中实施例的局部放大视图。除了图5中那些在上述提到的PCT/EP96/02780中有更为详细解释的细节内容之外，图6更好地表示了那些在图6中的封口件发生动作的基础上产生的、使得封口件在某些部位发生结构变形的力。

连接元件33.1、33.2的形状最好是一个由截顶三角形所形成的梯形。两条短边36.1、36.2是用于对形成了梯形连接元件33.3、33.2的三角形进行截顶的两条边，这两条边要受到压应力作用，它们对这些压应力的抵抗，形成了变形力，在图中用35.3、35.4、35.5和35.8所示的变形力作用在封口件结构上的其它部位。类似地，每个连接元件的长边37.1、37.2在铰链封口件动作时都受到张力，并产生变形力35.1、35.2、35.6和35.7。因而，每个连接臂件33.1、33.2都对封口件结构的其它部分施加了作用力，这些作用力必须以某种方式通过弹性变形进行吸收。关于该弹性变形、以及封口件的下体31和顶盖32具有弹性的重要性，下文将参照图7和图8详细地进行描述。

根据本申请在此方面所公开的内容，连接元件33.1、33.2最好是具有相对较高的刚性，且此刚性应足够使沿短边36.1、36.2作用的挤压力35.3、35.4、35.5和35.6不能将短边或受压边36.1、36.2折弯，此外，最好还希望连接元件33.1、33.2具有一定的扭曲刚性。最好是，每个连接元件33.1、33.2沿图中的箭头cc方向所作的截面都具有足够的抗扭曲刚性。

封口件30的整体抗扭刚度可通过增加距离值B来改进，距离B是指两个顶点间的距离，通过拉大顶点间的尺寸B可实现封口件30整体抗扭刚度的增加，其中的顶点是由弯折区34.1、34.2、34.3和34.4相交而成的。最好是，为了使整个容器30的抗扭刚度在一个可以接受的数值水平上，顶点38.1和38.2应相互分开一段距离B，该距离的选定最好应至少为每个短边36.1、36.2长度的一半。通过增加B，铰链装置的稳定性和自动定位特性就可获得。但是，距离B不能无限度地增加，随着顶点间距离的增加，必须要增加夹角ω和/或夹角φ。与此相反，结构的数值B较小、或弯折区34.1、34.2、34.3和34.4所围成的三角形的两顶点38.1、38.2重合时，就会形成一种扭曲失稳且薄弱的铰链结构，其不足以在各个铰接部件之间产生联动作用，尤其是在完全打开的位置状态。

图7是对图6中实施例的进一步的解释，并突出地表示了本申请的具有显著创造性的特征。在阅读理解了上述提到过的5794308号专利中的工作原理之后，可更好地理解这些技术特征的重要性。例如在5794308号专利的图6所示的那样，每个铰接部件上一个具有足够挠曲刚性的中间部件4.1、4.2都通过上、下连接元件6.1、6.2、7.1、7.2连接到下体和顶盖上，这些连接元件大体对应于图7中封口件30的下体31上的连接部位或传递区域45.1、45.2。当然，根据本申请所公开的内容，在封口件30的顶盖32上也同样设置了和下体上的连接元件45.1、45.2等效的连接元件。

如5794308号专利所解释的那样，连接元件是具有弹性的伸延释力元件(elongation relieving element)。而连接部位或传递区域45.1、45.2在本申请中作为等效部位也可以是弹性的，在本申请中可将部分或所有的作用力传递到相邻的弹性区域，弹性区域包括位于连接部位或传递区45.1、45.2之间的弹性区40.2，以及在连接/传递区45.1、45.2相对两侧的弹性区域40.1、40.3。

因而如图7所示，根据本申请的技术内容至少有部分伴生的结构变形是经本实施例中的连接/传递区45.1、45.2传递到至少一个弹性区40.1-40.3中。这还产生另一个附带的优点：在5794308号专利中，连接元件6、7必须要被制造成弹性的，以吸收变形力。与此相反，在本申请中，这些连接/传递区45.1、45.2并不要求是造成弹性的，尽管它们可以是弹性的。根据本申请的技术内容，连接/传递区45.1、45.2而是可将部分或全部变形力传递到相邻的弹性区40.1-40.3。这就增加了铰链设计中的灵活性，并使得铰链设计者可将被吸收的变形能再传递回去，形成一个理想的速弹效果，驱使铰链转向其一个稳定位置。

图7中表示了变形力传递到弹性区40.1-40.3中某一区域的过程。重新参见图6，结构变形力在图中用箭头35.1-35.8来表示，在图7所示的情况中，这些力被如箭头50.1-50.4所示的那样从连接/传递区45.1、45.2传递出去。根据本申请所公开的内容，这些弹性区40.1-40.3单独地、或与连接/传递区45.1、45.2相配合一道来作为能量聚积缓冲区，来临时地储存结构变形所产生的能量，这些能量随后将被返送到铰链中，来产生使铰链打开或关闭到一个稳定位置的速弹作用。当能量被从弹性区40.1-40.3释放出来之后，它经过箭头50.1-50.4所示的同样的路径返送到铰链中，但显然是在相反的方向上进行输送。

根据本申请的设计，施加到铰链上、并驱使其从一个稳定位置转向另一个稳定位置的能量被伴生的结构变形所吸收。而在5794308号专利中，能量则完全是在连接/传递区45.1、45.2内进行吸收。而按照图7中的内容，部分或全部能量被传递到相邻的弹性区40.1-40.3，因而，如果设计者将连接/传递区45.1、45.2设计成基本是刚性的，则几乎所有的变形能量都被传递到相邻的弹性区40.1-40.3。作为本申请的设计构思范围内的另一种替代方案，设计者还可以将封口件设计成有一部分能量被缓冲在连接/传递区45.1、45.2中，而只有部分能量被传递到相邻的弹性区中。

这样的技术方案实现了这样的优点：可在更大面积的区域内传递和聚积能量，使得即使在连接/传递区45.1、45.2相对较小的情况下，也能产生足够的速弹作用力。因而，本申请的技术使得申请人例如公开在在先5794308号专利中的创造性的技术变得能更加灵活地应用，并能应用在更小的封口件上。

尽管在封口件制成之后，连接/传递区45.1、45.2和弹性区40.1-40.3在外观上是可以划分出来的，但并不要求必须是这样。出于设计上的原因，可能希望所有的封口件部件是完整的一个整体。尤其是在变形能量要在连接/传递区45.1、45.2和弹性区40.1-40.3之间进行传递的设计中，所有的区域应最好具有相同的壁厚。

储存在包括弹性区40.1-40.3的能量聚积缓冲区内的变形能最好被设计成具有“均匀”的线性应力-应变力学特性。如果与所受到的变形程度相比，弹簧元件的长度较长就可以很好地实现这样的特征，这样的平直特性可通过弯曲变形的能量储集最好地获得。因而，弹性区40.1-40.3最好是按照一个弹性元件来进行制造，以便于进行弯曲变形。在只具有一个主铰链转动轴的铰链装置中是不能实现所需的弯曲变形的，理解这一点是非常重要的，因为这样将会造成复杂的应力特性，这通常要产生上述所描述的那些问题。

从上述的描述显然可看出：弹性区40.1-40.3可显著地增加弹性元件经连接/传递区域45.1、45.2从连接元件33.1、33.2处吸收的能量值。因而，通过设置这样的区域，可获得改进的效果。

图8示意性地表示了本发明的另一种等效实施例。图8区别于图7的主要之处在于其连接元件33.1、33.2的长边缘51.1、51.2是一段空间曲线。这主要是为了在例如图13所示的具体封口件设计中改进设计的整体性。但是，在该实施例中，沿连接元件33.1、33.2外缘51.1、51.2的曲线区域也可被用作能量蓄积缓冲区，来产生额外的弯曲变形。在此条件下，沿边缘51.1、51.2的区域仍然被制造得具有足够的刚性，以避免发生折弯或如前所述的那样进行弯曲，由此来使得整个连接元件33.1、33.2都具有抗扭刚性。

在该实施例中，部分变形力同样也被传递到连接/传递区45.1、45.2，并进而传递到弹性区40.1-40.3。在该实施例中，连接/传递元件和弹性区相对于对方而言并没有很明显地标出，下体31上该位置的整个区域都作为能量蓄积缓冲区。类似地，应当理解：上文参照图7和图8进行的所有关于作用力传递的描述，尽管是针对封口件30的下体31进行具体描述的，但同样也适用于封口件30的顶盖31。应当说明的是：根据本申请的设计原理，并不需要在下体和顶盖中都蓄积能量。根据本申请的设计，而是只要在下体或顶盖或连接臂件中的至少一个上设置至少一个弹性区就可以了。

如果不借助一定的技术手段，单凭观察某一单个封口件来确定地区分开弹性区和连接/传递区并不是很容易的。然而，可通过任何现有的技术来确定出这些区域。确定这些区域最简单的方法可能就是通过使用有限元(FE)的分析方法，该方法可通过一些可购得的计算机辅助设计和分析软件来完成。

图9表示了本申请的封口件的另一种等效实施例，其中的弯折区34.1、34.2是一段曲线或一段弧线。同样，该实施例中的连接元件33.1也连接了封口件的下体31和顶盖32，该元件和一个分型面60相交，其中的分型面在该实施例中为阶梯形。图9中的实施例在其它方面基本类似于本发明的其它实施例。

图10表示了位于封口件30顶盖32背部上的两个点P′、P″的路径56.1、56.2，其中的封口件30对应于图11所示的实施例。在图11中，在封口件30的下体中示意性地表示了一个矩形54(见图11)。该矩形同样也被示意地表示在图10a中。图11中的箭头A指示了所进行观察的方向。封口件30分型面的位置在图10a中用直线60表示，在图11中该分型面被表示成中位分型线60.1。

矩形55示意性地表示了顶盖32的背部55上(在闭合位置时，该部分从顶盖32向下方延伸)点P′、P″所属区域分别在关闭位置(55.1)和打开位置(55.2)时的情形。两条虚线56.1和56.2表示了点P′和P″当封口件在打开位置和关闭位置之间运动时在空间的运动轨迹。很显然，矩形55的两个点P′、P″与矩形54发生了冲突。这意味着封口件30的顶盖32在这样的情况下将会和下体31发生干涉。根据本申请的设计，就可以避免出现这样的冲突。这可以通过如图4a到图4c中的连续电影式曲线所表示的那样、调节点P′、P″在合适的轨迹上进行运动来实现。

图10b表示了解决上述图10a所涉及问题的技术方案的最佳实施例，表示在图10b中的方案可防止下体31和顶盖32之间产生干涉。通过将点P′和P″在分型面60的上方、垂直向上移动一段距离E，并使它们倾斜一个角度δ(同样可参见图14)，两个点P′和P″就以完全不同的路径57.1、57.2运动，且不会和下方代表封口件30下体31的矩形54发生冲突。在此处点P′和P″的位置是这样布置的，使得它们可直接从代表下体31的矩形54轮廓处移动开去。这种技术方案的一个最佳实施例表示在图12中。

图11表示了一个具有联动多轴铰链装置1封口件30的最佳实施例。该封口件30包括一个下体31、一个顶盖32和两个连接臂件33.1、33.2，它们经弯折区34.1-34.4将下体31和顶盖32连接起来。封口件30的分型面60用数字60.1、60.2、60.3来指代。在该实施例中，点P′和P″位于分型面60上。

在该实施例中，连接臂件33.1、33.2被制造出一个较厚的受压部位和一个较薄的张力承受区。厚的受压区要有足够的厚度以防止在挤压载荷作用下发生折弯。在本实施例中，该区域不具有使封口件30产生速弹效果的功能。根据本申请的技术内容，连接元件的断面被制成具有抗扭刚性的结构。

在该实施例的环境中，连接/传递元件45.1、45.2可根据申请的设计要求聚积部分变形能量。连接/传递元件45.1、45.2此外还将部分或全部由多轴铰链装置1所产生的结构变形能量传递到相邻的弹性区40。弹性区单独或和其它元件一道来作为能量聚积缓冲区。因而，弹性区可以选择和连接/传递元件45.1、45.2配合来工作。在这些区域内，能量最好是通过弯曲变形临时进行储存。箭头50.1-50.5表示了该能量的传递过程。

图11中的封口件上还设置了一个锁止机构。点P′和P″可根据需要以可控的方式和下体发生运动干涉，从而使得联动多轴铰链装置被闭锁或止动。铰链可通过在靠近点P′1的部位挤压下体51的背部来放松锁止。锁止机构在1998年4月30日提交的瑞士专利申请第0981/98号中有详细的描述。

图12表示了设置了联动多轴铰链装置的封口件30的另一种最佳实施例。和上述描写的其它实施例相同，封口件包括一个下体31、一个顶盖、两个经弯折区34.1-34.4连接到下体31和顶盖32上的连接臂件33.1、33.2。在这一点上，应当记住的是，在本申请的任何实施例中，弯折区34.1-34.4都最好是按照铰接薄片的形式进行制造，使得包括下体和顶盖的整个封口件都可作为一个单体塑料构件来进行注塑成型。因而，很显然根据本申请设计的封口件可高效地制造出来。

封口件30的分型面在图12中用数字60.1、60.2和60.3来指示。在该实施例中，点P′和P″被设置在一个表面61上，这样，当表示在图14中，该表面距离分型面60的垂直高度为E，这一点从图10b和图14中可更清楚地看出。选择设置距离E是为了在任何时候，都不会使顶盖32和下体31之间发生运动干涉。如图10和14所示，平面61最好相对于分型面60倾斜一个角度δ。在封口件30的闭合状态，平面61和下体30上的平面62配合，实现了在二者间的无缝隙配合，并达到了最优设计。

在该实施例中，连接/传递区45.1-45.6传递结构变形，并将其伴生的、由多轴铰链装置1产生的能量传递到邻近的弹性区40.1-40.3。当然，传递区40.1-40.6也可以发生弹性变形以同样储存能量。弹性区40.1-40.3以及任何弹性的连接/传递区45.1-45.6被用作一个能量聚积缓冲区，在该区域中能量最好是通过弯曲变形被临时进行储存。然后该能量被返回到铰链上来形成具有速弹效果的封口件。

在图12中的粗黑箭头表示了上述参照图11所叙述的传递过程。图12和其它视图的区别在于：图12中的弹性区40.3不需要紧邻着多轴铰链装置1进行布置，而是可布置在封口件任何位置的部件上，只要能保证对结构变形的传递要求和伴生能量的储存要求就可以了。根据本申请的设计，通过采用已知的建模技术，弹性区的尺寸、在该区域中所储存的能量值、铰链所传出的力的大小、稳定状态的位置-事实上几乎所有铰链性能方面的参数都可以进行调节控制。

图2的实施例中的连接元件31.1、33.2是相对较厚的具有抗扭刚度的平板。连接元件33.1、33.2的两个表面上都相对较平，且它们的外部形状被设计成和封口件的外表相协调，从而使得连接元件33.1、33.2在视觉上和封口件的外表形状融为一体。当然，连接元件断面形状的设计必须要考虑抗扭刚度、张力和压力、以及所选择的几何形状的收缩性的要求。然而，只要遵循此处所描述的原理就能实现一种具有所需的各种性能的铰链。

图13表示了采用了本发明的联动多轴铰链装置1的封口件30的另一种最佳实施例。图13所示实施例中的封口件30区别于其它封口件之处主要在几个方面：首先，如封口件上的线60.1、60.2所示，封口件30的分型面60是阶梯形的；尽管这样可防止封口件顶盖像其它实施例一样由封口件下体发生一定程度的回缩，但如果需要实现一种例如象图13所示那样复杂形状的具体结构设计，这一点也许是必须的。

在该实施例中，多轴铰链装置1上设置了一个角度τ，当封口件处于打开位置时，该角度用于使顶盖的分型面60.1相对于下体的分型面60.2提高一定距离。设计该角度的目的是显而易见的，是为了使得封口件顶盖能清理封口件下体31上的凸起和很高的导出管65。

在该实施例中，如图10b和14所示，点P′和P″被设置在表面61上，该表面高出分型面60的距离为E。在该实施例中选择该距离E的目的是为了使顶盖和下体间不发生任何冲突。平面61相对于分型面60倾斜了一个角度δ，这一点上文已经参照图10b和图14进行了讨论。在封口件30的关闭状态，平面61和下体31上的表面62相配合，从而在该实施例中实现了无缝隙配合，达到了最佳的设计。

在该实施例中，弹性区40.1-40.3以上述针对其它实施例已经讨论过的方式用作能量聚积缓冲区。然而应当注意到，在该实施例中变形能量可从铰链部位传递到相当远处的盖帽部分，这样的传递也在本申请实施例的构思范围内。

图13中的实施例和其它实施例的不同之处在于：连接元件33.1、33.2上设置了一个空间曲线的“膝”状结构，因而它们的外部形状和下体31、顶盖32的外部设计实现协调。沿着较长膝状连接元件自由边37的一个区域通过连接元件31.1、31.2发生弯曲或膝弯，而可部分地作为一个能量聚积缓冲区，该区域被表示成弹性区40.3。因而，在该实施例中，在连接元件上采用了一种膝弯结构，用于实现速弹作用的能量中的部分通过铰链自身的弯曲变形储存在该区域中。

当然，在该实施例中连接元件较短的自由边36必须被设计得在所受到的挤压力作用下不会发生折弯或变形。此外，为了使铰链具有更好的速弹效果，连接元件33.1和33.2必须被设计得具有足够的扭曲刚度。

图14是从图11中的箭头A方向对封口件所作的的一个局部侧视图。图14除了表示了顶盖32处于打开状态之外，还包括一个对顶盖在闭合状态时的局部剖面视图，表示为32.2。在此视图中，点P′和P″被布置在表面61上，其高出分型面60的距离为E(如同参照图10b和图14所描述的一样)。选择距离E的原因仍然是为了避免在下体31和顶盖32之间发生运动干涉。同样，平面61也相对于分型面60倾斜角度δ，从而以上述已描述的方式实现了最佳的设计。

但是，图14中还展示出另一个优点。要制造一种具有精确的速弹作用的铰链非常困难的，这主要是由于结构设计上的许多几何限制条件以及材料收缩方面的问题。本中请中的联动多轴铰链装置提供了一种可补偿收缩并解决其它几何方面问题的技术。相对于附图中所表示的X-Y坐标系统，材料在模具中Y方向的收缩通常要大于在X方向的收缩，这可参照图14中的方向箭头进行理解。通过以开启状态来注塑封口件、并通过调节铰链的连接件来补偿收缩，收缩现象可很好地被补偿。这可通过调节图14中的尺寸K1和K2来实现。

图15表示了一种最佳设计的铰接薄片70的断面结构，其中的铰接薄片被用在本申请的一个最佳实施例中作为弯折区34.1-34.4，图15a表示了当封口件处于开启位置时的铰接薄片70，而图15b表示了当在闭合位置时的铰接片。邻近于铰接薄片70的是一个连接元件33和一个下体31以及一个顶盖32。从本申请上述已经讨论过的实施例可清楚地看到，下体31、顶盖32和连接元件33通常要进行弯曲，以实现所需的设计特性。铰接薄片70在设计中要始终考虑到这一点。铰接薄片应被设计得可精确地和可利用的空间相配合，并应当被设计得当模具打开时，可轻松地从模具中脱出。因而，铰接薄片的设计对几何形状的缺陷并不是敏感的，这一点是非常有意义的。

表示在图15a、15b中的铰接薄片包括一个内部部位，该部位由两个表面72、73限定而成，并相对于垂直方向倾斜一个角度x，从而使材料获得最好的流动路径，并实现最佳的载荷传递。夹角x应当在这样的范围，使得铰接薄片70最薄处的可能厚度74仍然能完整地注塑出来。

平面72、73由一个圆柱面78过渡连接起来，其构成了铰接薄片70的内侧。铰接薄片的外侧是由平面75构成的，其从一个第一外表面76引向一个第二外表面，在该实施例中这两个表面都是弯曲面。应当注意到第一外表面76也是连接元件33的外表面，而第二外表面77是下体31或顶盖32的外表面。如可从图15a中看出的那样，由于表面76、77的很小的曲率半径，平面75的宽度在铰接薄片70的中央部位处接近于零。但是，同样由于该弯曲曲率，在铰接薄片70的边缘部位处，该平面的宽度相当大。当然，铰接薄片的所有表面都应当抛光或磨平。

图15b表示了这种铰接薄片的另一个优点。在闭合状态，平面72基本和平面73对齐，并协助连接元件33的定位。此外，当铰接薄片在闭合状态时，该功能基本可增强铰接薄片。这在连接元件33的短边或内侧自由边处部位是尤其有用的。这样的作用在图中用箭头79来表示。当然，封口件30的下体31、顶盖32上的其它元件也可被用来协助连接元件33的定位。这例如在图中用箭头80表示。更显然的是，表面72、73并不需要一定是平面，也可以采用其它形状的表面，尽管这些表面最好在闭合状态下应当是形状一致的。

图15中的铰接薄片的其它的优点在于通过适当的设计铰接薄片可作为一个能量聚积缓冲区。例如，图9中的其它等效实施方式就通过铰链上的曲率来在铰链中蓄积能量。当然，其它的非线性铰链设计也可实现同样的设计目的。

从本发明上述的实施例中，很显然本领域中的任何一个普通技术人员都可在不超越本发明范围的前提下对其进行改进，其中本发明的范围应由所附的权利要求书来唯一确定。基于本发明的最佳实施例对该系统的改变或改进对本领域的普通技术人员来说是很显然的。因而，很显然本发明可在不超越其核心思路和范围的前提下有多种实施方式，而且所有这些改动都对本领域的普通技术人员都是显而易见的。相应地，本发明的恰当范围应当唯一地由所附的权利要求来进行限定。

Claims (29)

1．一种多轴铰链装置，其包括：一个第一铰接部件；一个第二铰接部件；至少两个分开一段距离的连接臂件，每个所说的连接臂件都是具有足够的抗扭刚度；以及几个弯折区，这些区域将所说的两个连接臂件中的每一个连接到所说的第一铰接部件和所说的第二铰接部件中的每一个上；至少在所说第一铰接部件和所说第二铰接部件二者之一上包括：

一个作为能量储存部位的弹性区，用来储存当所说铰链活动时、由所说连接臂件所产生的能量，其中的弹性区位于远离所说弯折区的部位，以及

几个位于至少一个所说弯折区和所说弹性区之间的传递区，传递区紧邻所说的弯折区，所说传递区将所说弯折区由于所说铰链活动而产生的作用力传递到所说的弹性区。

2．根据权利要求1所述的多轴铰链装置，其特征在于：所说的铰链装置具有一个铰链开启稳定位置和一个铰链闭合稳定位置，所说连接臂件在中间位置下对所说的弯折区施加扭曲力，其中的中间位置位于所说铰链开启稳定位置和铰链闭合稳定位置之间。

3．根据权利要求1所述的多轴铰链装置，其特征在于：所说的弹性区是通过其自身的弹性变形来储存能量的。

4．根据权利要求1所述的多轴铰链装置，其特征在于：所说弹性区被设置在所说第一、第二铰接部件中至少一个上、位于两个所说连接臂件的两个弯折区之间。

5．根据权利要求4所述的多轴铰链装置，其特征在于：其中邻近弯折区的传递区相比于弹性区具有足够的刚度来抵抗弯曲变形和扭曲变形。

6．根据权利要求1所述的多轴铰链装置，其特征在于：每个所说的连接臂件是由所说的弯折区和一个短边和一个长边围成的。

7．根据权利要求1所述的多轴铰链装置，其特征在于：所说的弹性区位于所说第一、第二铰接部件中至少一个上，且一个所说的传递区位于所说弹性区和所说的弯折区中的任一个之间。

8．根据权利要求6所述的多轴铰链装置，其特征在于：至少一个连接臂件的所说长边的轮廓形式无论所说铰链装置为开启位置还是闭合位置下大体是相同的，而当所说铰链装置处于中间状态时，长边相比于在开启、闭合两个位置下，曲率半径减小产生一定的弯折，连接臂件在短边处具有抗扭刚度。

9．根据权利要求1所述的多轴铰链装置，其特征在于：所说的连接臂件在闭合位置时将弹性力传回，以增强铰链在开启时的速弹效果。

10．根据权利要求1所述的多轴铰链装置，其特征在于：连接臂件的厚度基本保持恒定，其外表面基本和铰链装置的外表面相协调。

11．根据权利要求1所述的多轴铰链装置，其特征在于：连接臂件的短边处的厚度与长边处相比更厚，其外表面基本和铰链装置的外表面相协调。

12．根据权利要求1所述的多轴铰链装置，其特征在于：连接两个连接臂件到所说第一、第二铰接部件上的弯折区是沿铰接线布置的，铰接线将所说的连接臂件的弯折区相交到一个顶点处，在顶点之间的距离D是由所说两个连接臂件的铰接线确定的，并至少大致为其短边长度的一半。

13．根据权利要求1所述的多轴铰链装置，其特征在于：在铰链在开启和闭合位置之间运动时，第二铰接部件的至少一个部件和所说第一铰接部件上的一个部件相配合。

14．根据权利要求9所述的多轴铰链装置，其特征在于：所说第二铰接部件上的配合部件是一个突起的铰接区，它和第一铰接部件上的铰接区在一个点处相结合，在该点处所说铰接部件下边缘的轨迹曲线执行一种向铰接面之外的初始运动。

15．根据权利要求1所述的多轴铰链装置，其特征在于：其中的弯折区被设计成一种铰接薄片，其横截面是由内侧的一个圆弧曲线和外侧的一段直线围成的。

16．根据权利要求15所述的多轴铰链装置，其特征在于：在铰接薄片的内侧设置了一个支撑边缘，来约束铰接薄片在闭合位置的扭转运动，由此来增加传送到所说的弹性区的能量。

17．根据权利要求16所述的多轴铰链装置，其特征在于：支撑边缘是由一个非对称布置的曲线围成的，该曲线组成了所说铰接薄片的横截面，因而形成了一个倾斜于分型面、并向上朝向铰链装置内侧的边缘。

18．根据权利要求1所述的多轴铰链装置，其特征在于：其中至少一个弯折区是曲线形状。

19．一种弹性铰链装置，其包括：一个第一铰接部件；一个第二铰接部件，其相对于所说的第一铰接部件具有至少两个稳定的旋转位置；所说第二铰接部件的设置方式可使得其以弹性转动的方式在所说的至少两个稳定位置的转动位置之间回转；至少两个分开一段距离的连接臂件，每个所说的连接臂件都是具有足够的挠曲刚度；以及几个弯折区，弯折区将所说具有足够挠曲刚性的连接臂件连接到所说的第一铰接部件和所说的第二铰接部件上；至少在所说的第一铰接部件和所说的第二铰接部件二者之一上包括：

第一和第二结合区，它们通过所说弯折区被可动地连接到所说的连接臂件上；以及

一个或几个弹性区，它们连接到第一和第二柔性的结合元件上，但和所说的弯折区拉开一定的距离，以吸收弹性能量或挠曲变形，并增加驱使第一和第二铰接部件转向所说的至少两个稳定位置之一的作用力。

20．根据权利要求19所述的铰链装置，其特征在于：所说的第一铰接部件是一个封口件的下体，而第二铰接部件是一个盖在所说下体的开口上的顶盖。

21．根据权利要求20所述的铰链装置，其特征在于：所说第一铰接部件被固定在一个容器上。

22．根据权利要求19所述的铰链装置，其特征在于：每个连接臂件都具有一个短自由边和一个长自由边；所说铰链装置的弯折区与弯折线对齐，每个所说连接臂件的弯折线都相交于一个顶点，两个所说连接臂件的顶点分开一段距离D，该距离大于所说连接臂件的最短自由边长度的两倍。

23．根据权利要求19所述的铰链装置，其特征在于：每个所说连接臂件在所说铰链装置处于开启和闭合位置都基本为无应力状态。

24．一种多轴铰链装置，其包括：一个第一铰接部件；一个第二铰接部件；至少两个分开一段距离的连接臂件，每个所说的连接臂件都具有足够的抗扭刚度；以及几个弯折区，这些区域将所说的两个连接臂件都连接到所说的第一铰接部件和所说的第二铰接部件上；所说的第一铰接部件、所说的第二铰接部件与所说的至少二个连接臂件之间的几何关系至少可产生两个稳定的铰接位置，在这些位置上基本不受应力作用，当所说铰链装置处于所说的稳定位置之外的其它位置时，在所说弯折区内产生作用力，这些作用力被所说连接臂件上的弹性区弹性吸收。

25．根据权利要求24所述的多轴铰链装置，其特征在于：每个所说的连接臂件是由所说的弯折区和一个短边和一个长边围成的。

26．根据权利要求24所述的多轴铰链装置，其特征在于：所说的至少两个稳定位置分别对应于所说多轴铰链装置的开启位置和闭合位置。

27．根据权利要求26所述的铰链装置，其特征在于：其中一个所说的稳定位置位于超过所说铰链的闭合位置之外的运动设计范围，且铰链实际上并不能运动到那样的位置，这样所说铰链装置的闭合位置就会被闭合力偏离了一定距离。

28．根据权利要求26所述的铰链装置，其特征在于：其中一个所说的稳定位置是在闭合位置之前，在所说铰链达到其闭合位置的设计运动范围之内，因而在经过该稳定位置时的运动会产生应变，所说铰链装置的闭合位置被偏顶地速弹返回开启位置。

29．一种使多轴铰链装置产生速弹效应的方法，其中的铰链包括一个第一铰接部件；一个第二铰接部件；它们由至少两个连接臂件分隔开，连接臂件也相互分开一段距离的，每个所说的连接臂件都具有足够的抗扭刚度；连接臂件通过几个弯折区连接到所说的第一铰接部件和所说的第二铰接部件上，该方法包括如下的步骤：设置一个远离所说连接臂件的能量储存弹性区，作为所说第一铰接部件和所说的第二铰接部件至少二者之一上的一个部件，用来储存当所说铰链活动时由所说的连接臂件所给予的能量，以及

将所说弯折区的作用力经传递区域传递到所说的能量储存弹性区，其中的传递区域紧邻所说的弯折区设置。

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