TWI788197B - 形成用於捲尺之可變應力彈簧的方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種工具，例如捲尺，其包括基於彈簧之回縮系統。基於彈簧之回縮系統係藉由螺旋彈簧驅動，螺旋彈簧具有沿著彈簧長度之可變預應力曲線。

Description

形成用於捲尺之可變應力彈簧的方法

本發明大抵關於工具之領域。本發明更明確地是關於捲尺、可回縮尺、等等，其包括可變應力之彈簧回縮系統。

本發明之一實施例關於一種捲尺，捲尺包括螺旋彈簧，耦合於捲尺片與捲尺殼體之間，以致使當捲尺片從殼體伸出時，彈簧儲存能量，並且釋放能量以驅動捲尺片回縮。應力度(例如，以自由線圈直徑測量)係沿著螺旋彈簧之長度改變。

在特定實施例中，螺旋彈簧具有內端、外端、延伸於內端與外端之間的長度、及鄰近於外端之第一 長度段。以自由線圈直徑測量之第一長度段內的應力是沿著第一長度段之長度減小。在此實施例中，因為自由線圈直徑係反比於彈簧內之應力，故自由線圈直徑沿著第一長度段之長度增加。在特定實施例中，自由線圈直徑是在朝向螺旋彈簧外端之方向上增大。

其他特徵及優點記載於文後之詳細說明中，而且部分可在習於此技者審讀說明後瞭解，或藉由實施說明及其申請專利範圍、以及附圖中所示之實施例後瞭解。應該瞭解的是以上之概述及文後之詳述乃舉例說明。

附圖係涵蓋用於提供進一步瞭解並且併入及構成本申請書之一部分。圖中揭示一或多個實施例並且連同說明以闡釋諸實施例之原理及操作。

10:捲尺

14:捲尺片

18:殼體

22:延伸段

26:鉤具組件

30:外端部

34:捲軸

38:軸線

42:回縮機構

46:捲尺鎖扣件

50:第一側壁

54:第二側壁

58:周邊壁面

62:內凹穴

66:圓形輪廓

70:殼體緩衝墊

74:支撐腿

78:下部

82:槽孔

86:前部

90:帶口

94:拱形

98:手指防護組件

100:(螺旋)彈簧

102:防護件

104:彈簧捲筒

106:防護件支撐構件

108:桿柱

110:(螺旋)彈簧材料

112:第一端部

114:第二端部

116:中央主體段

120:減低應力段

130:中央段

140:曲線圖

200:系統

202:供料

204:金屬帶

206:壓延輥

208:加熱站

210:衝壓站

212:輥

214:應力站

216:桿棒

218:箭頭方向

220:心軸

222:逆時針方向

224:順時針方向

[圖1]係根據示範實施例之捲尺之左側立體圖。

[圖2]係根據示範實施例之圖1之捲尺之右側立體圖。

[圖3]係根據示範實施例之圖1之捲尺之分解圖，揭示可變應力螺旋彈簧。

[圖4]係根據示範實施例之用於形成可變應力螺旋彈簧的金屬帶之俯視圖。

[圖5]係示意圖，揭示根據示範實施例之可變應力螺旋彈簧的製造。

[圖6]係根據示範實施例之可變應力螺旋彈簧在自由狀態的示意圖。

[圖7]係根據示範實施例之可變應力螺旋彈簧比較於一般捲尺彈簧的扭力矩曲線。

請大致參閱圖式，圖中揭示根據示範實施例之一種用於捲尺回縮系統之可變應力螺旋彈簧及相關製造方法。本文內所述之捲尺之許多實施例包括一創新之回縮系統，回縮系統包括一可變應力螺旋彈簧，設計用於提供許多所需之回縮特徵，包括減低捲尺回縮速度及捲尺加速度。

大致上可以瞭解的是，在特定之捲尺設計中，一彈簧在捲尺片回縮期間儲存能量，並且施力於一捲軸，在捲尺片回縮期間造成捲尺片在一捲軸上回捲。彈簧設計之許多態樣，像是彈簧能量、扭力矩曲線、彈簧常數、等等，其選擇用於確保彈簧之操作造成令人滿意之捲尺回縮程度。在此捲尺中，彈簧設計係相關於捲尺片回縮之許多參數的函數，包括捲尺片寬度、長度、形狀與材料、捲尺軸/回縮系統內之摩擦、彈簧能量轉換成捲尺片回縮之機械效率、回縮期間所想要的捲尺速度/加速度、等等。因此，對於一組給定之捲尺機械參數及一給定之所需回縮速度/加速度而言，在捲尺回縮期間，捲尺內之彈簧系統必須儲存及釋放一給定量之能量。

在一般捲尺設計中，一螺旋彈簧用於提供回縮能量，並且在諸此設計中，螺旋彈簧長度及/或寬度為調整用於提供特殊設計所需之較多或較少回縮能量的一般彈簧參數。例如，在此習知捲尺中，較長或較寬之螺旋彈簧通常用來產生較長捲尺片、較重捲尺片、較快回縮速度、等等所需之回縮力。

如本文內所述，申請人已設計出許多創新之捲尺片回縮系統，其使用具有沿著螺旋彈簧長度而改變預誘發或預應力程度的螺旋彈簧。特別是，在鄰近於捲軸或彈簧殼體之螺旋彈簧段中的預應力程度減小。申請人相信藉由減小捲尺螺旋彈簧之若干部位中之預應力程度，例如外段，則由彈簧送出之最大扭力矩可以減小且扭矩曲線之斜率可以減小，同時送出足夠高的啟始或預負載扭矩。

可以瞭解的是，彈簧之預應力部位之自由線圈直徑係反比於由預應力彈簧部位送出之扭力矩。因此，在本文內所述之實施例中，螺旋彈簧具有一自由線圈直徑，其在鄰近於彈簧之最外端(外殼端)的彈簧段中增大，此形成一比外端處附近無減小應力程度之標準捲尺彈簧者有較低最大扭力矩及較平坦扭力矩曲線的螺旋彈簧。申請人相信此配置方式減低最大回縮速度，進而減小了捲尺片鉤擊捲尺殼體之力並且也可以減少/消除捲尺回縮之最後幾呎中所發生的抽打。

請參閱圖1及圖2，一長度測量裝置(例如，捲尺10)係根據示範實施例揭示。捲尺10包括一可捲繞之 捲尺片14及一殼體18。大致上，捲尺片14係長條形材料，其包括複數個標示之測量標記，並且在特定實施例中，捲尺片14係長條形金屬材料(例如，鋼材)，其包括一最外端部，耦合於一鉤具組件(例如，鉤具組件26)。捲尺片14可包括許多塗層(例如，聚合物塗層)，以協助保護捲尺片14及/或捲尺片之標示標記。

如圖1中所示，捲尺片14之一可變長度延伸段22可以從殼體18回縮及伸出。如文後所詳述，捲尺片14之回縮係藉由一可變預應力之螺旋彈簧提供。一鉤具組件26固定地耦合於捲尺片14之一外端部30。

如圖2中所示，捲尺片14之非延伸部纏繞在一捲軸34上，捲軸由殼體18圍繞。捲軸34可旋轉地設置於捲尺10之一軸線38周圍及一回縮機構42耦合於捲軸34且建構成驅動捲軸34繞著軸線38，進而提供捲尺片14之動力回縮。回縮機構42包括一長形螺旋彈簧，提供回縮能量給回縮機構42，容後詳述，螺旋彈簧可沿著其長度變化應力。一捲尺鎖扣件46設置成選擇性結合捲尺片14，用於限制回縮機構42，以致使捲尺片14之延伸段22留存至所想要的長度。

請參閱圖1，殼體18包括第一側壁50、第二側壁54、及連接第一側壁50與第二側壁54的周邊壁面58，第一側壁50、第二側壁54、及周邊壁面58界定一內凹穴62，如圖2中所示，將捲軸34及回縮機構42罩覆於其中。請參閱圖1，第一側壁50及第二側壁54具有一概呈圓形輪 廓66。在其他實施例中，側壁可以是長方形、多邊形、或任意其他所想要的形狀。殼體18之許多部位可以由彈性材料共同模製或個別形成，像是天然或人造橡膠。在揭示之構造中，殼體18係由殼體緩衝墊70及一支撐腿74形成，支撐腿是從周邊壁面58之一下部78延伸。

一槽孔82係沿著周邊壁面58之一前部86界定。槽孔82提供捲尺殼體中之一開口，以容許捲尺鎖扣件46伸入殼體18。此外，槽孔82提供一長度，足以容許捲尺鎖扣件46在鎖合與解鎖位置之間相對於殼體18而移動。

在槽孔82下方，一帶口90設置於周邊壁面58中。帶口90具有拱形94，係對應於捲尺片14之拱形截面輪廓。帶口90容許捲尺片14回縮及伸出殼體18內所界定之內凹穴62。

如圖1及2所示，捲尺10包括一手指防護組件98。手指防護組件98包括一防護件102及一防護件支撐構件106。如圖1所示，殼體18外側之防護件102之部位概呈U形並且從殼體18朝下延伸。如圖2所示，當捲尺片14在回縮位置時，鉤具組件26之一後表面抵靠於防護件102。如文後所詳述，在至少一些實施例中，回縮系統42之螺旋彈簧係藉由可變預應力建構成在鉤具組件26接近防護件102時之回縮期間減小施加於捲軸34/捲尺片14的最大扭力矩及/或扭力矩斜率。最大扭力矩之此項減小造成捲尺片14之較低最大回縮速度，進而減小當捲尺片14完全回縮時鉤具組件26接觸到防護件102時鉤具組件26所承受之力。

請參閱圖3，揭示根據示範實施例之圖1之捲尺10之分解圖。捲尺10包括一彈簧，如圖中所示之螺旋彈簧100。大致上，螺旋彈簧100耦合於一桿柱108與捲尺片14(或捲軸34)之間，以致使螺旋彈簧100在捲尺片14伸出期間儲存能量，並且在捲尺片14回縮期間釋放能量以驅動捲尺片14纏繞在捲軸34上。在一些實施例中，螺旋彈簧100安裝於定位在捲軸34內之一彈簧捲筒104內。在其他實施例中，螺旋彈簧100直接安裝於捲軸34內。

請參閱圖4，揭示用於形成螺旋彈簧100的彈簧材料110的一預應變線圈。螺旋彈簧材料110係長條或帶狀之彈性材料(例如，金屬材料、鋼料、等等)，具有一延伸於第一端部112與第二端部114之間的中央主體段116。可以瞭解的是，當組裝到捲尺殼體18內時，螺旋彈簧100纏繞於彈簧捲筒104或捲軸34內，以致使第一端部112耦合於捲尺片14或捲軸34，且第二端部114耦合於桿柱108(或耦合於殼體18)。如圖4所示，第一端部112具有耳片形狀，有助於摩擦耦合於捲尺片14或捲軸34中之承接孔或槽孔，相似地，第二端部114具有耳片形狀，有助於摩擦耦合於桿柱108中之承接孔或槽孔。

如圖4所示，彈簧材料110形成以致使金屬材料具有沿著其長度之至少部分而改變的減低預應力度，其揭示成減低應力段120。圖4藉由彈簧材料110(及必然是彈簧100)內所形成之預應力度來揭示減低應力段120，係在沿著其長度之不同部位處的自由線圈直徑測量，即靠近第 一端部112處(當安裝到捲軸34中時，其即成為彈簧100之外端)。如圖4所示，減低應力段120具有在位置1的自由線圈直徑13mm、在位置2的13.13mm、在位置3的13.26mm、在位置4的13.39mm、及在位置5的13.52mm。在此特定實施例中，位置5鄰近於第一端部112，位置4是在沿彈簧100之長度的位置5朝內側處，等等。

在其他實施例中，靠近彈簧100之外端的自由線圈直徑大致上大於彈簧100之主體或中央部位的自由線圈直徑。在一些實施例中，鄰近於彈簧100之外端的彈簧100之至少一段的自由線圈直徑係2倍、4倍、5倍、20倍、50倍、75倍、或100倍於彈簧100之主體或中央部位的自由線圈直徑。在特定實施例中，在彈簧100之第一端部112之1米內的一段的自由線圈直徑為20mm、50mm、100mm、及1000mm。在特定實施例中，在彈簧100之外第一端部112之1米內的彈簧100之一段的自由線圈直徑是在20mm與1000mm之間、50mm與1000mm之間、20mm與100mm之間、或50mm與500mm之間。在諸此實施例中，彈簧100之中央部位的自由線圈直徑是在10mm與20mm之間，較明確說為13mm與15mm之間。在諸此實施例中，這些確定的自由線圈直徑為沿著彈簧100之第一端部112之1米內的彈簧段的長度的平均自由線圈直徑。在其他實施例中，這些確定的自由線圈直徑為沿著彈簧100之第一端部112之1米內的彈簧段的長度的至少一位置所測量到預估自由線圈直徑。

在許多實施例中，彈簧100之中央部位的長度大於具有較低、減低預應力的彈簧100之區段的長度。在許多實施例中，中央部位的長度係至少5倍、較明確說為至少10倍且更明確說為至少50倍於鄰近第一端部112之具有較低、減低預應力的彈簧100之區段的長度。

請參閱圖5，揭示根據示範實施例之用於形成一可變應力螺旋彈簧(例如彈簧100)的系統200及相關方法。系統200包括金屬片(例如，金屬帶)或帶狀材料204之供料202。金屬帶204偏離供料202並且移動通過一整平站，揭示成相對立之壓延輥206。接著，金屬帶204在一加熱站208中加熱，且耳片形第一端部112與第二端部114在一衝壓站210形成帶狀204。

接著，金屬帶204繞過一輥212及移動到一應力站214。應力站214建構成當金屬帶通過站214時，其即在金屬帶204之不同部位形成不同程度之預應力。在所示之實施例中，應力站214包括一桿棒216，桿棒在不同位置接觸金屬帶204，而在金屬帶204中造成不同程度之變形。此不同程度之變形相關於當彈簧100纏繞在捲尺殼體18內時沿著彈簧長度所形成之可變應力度。

在此實施例中，桿棒216在箭頭方向218相對於金屬帶204移動。當金屬帶204繞過桿棒216時，桿棒216朝向金屬帶204移動，以減小金屬帶204中所生之彎曲半徑。經由桿棒216減小彎曲半徑即增加金屬帶204之變形，因此，增加了在金屬帶204之特定長度方向部位中所形成 之應力，以致使金屬帶204之較高變形部位具有較低之自由線圈直徑(亦即，較緊密纏繞)。反之，當桿棒216移動離開金屬帶204時，金屬帶204繞過桿棒216時在金屬帶204中所生之彎曲半徑增大。經由桿棒216增大彎曲半徑即減少變形，因此，減少了在金屬帶204之特定長度方向部位中所形成之應力，以致使金屬帶204之較低變形部位具有較低之自由線圈直徑(亦即，較不緊密纏繞)。因此，在本實施例中，藉由改變桿棒216相對於金屬帶204之位置，不同的應力度即沿著金屬帶204之長度在長度方向位置形成。

在應力站214之後，金屬帶204接著纏繞在一環繞於心軸220之儲存裝置內，形成彈簧材料110。在圖5之示意圖中，金屬帶204是在相反於應力站214內由桿棒216造成之彎曲方向上纏繞於心軸220。因此，在圖5之方位中，金屬帶204依箭頭所示之逆時針方向222彎繞過桿棒216，並且依箭頭所示之順時針方向224纏繞於心軸220。

請參閱圖6，彈簧100揭示為在纏繞於捲軸34前之自由或鬆弛狀態。如圖6所示，彈簧100具有一中央段130，中央段具有一大致上固定之自由線圈直徑，並且佔去彈簧100之大部分長度。如圖6所示，低應力區120具有一明顯大於中央段130者之自由線圈直徑。

圖7揭示一標準捲尺彈簧之扭力矩曲線圖，具有一如曲線圖140所示之固定自由線圈直徑，及彈簧100之一示意扭力矩曲線圖。在所示之實施例中，曲線圖140 所代表之彈簧係與彈簧100相同(例如，相同材料、寬度、厚度、長度、等等)，不同的是如本文內所述之變化降低應力度。從圖7可以看出，彈簧100所施加之最大扭力矩小於曲線圖140所代表之彈簧之最大扭力矩，且彈簧100所施加之扭力矩曲線之斜率小於曲線圖140者。

應該瞭解的是，圖式詳細揭示示範實施例，並且應該瞭解的是本申請案不限於說明書所述或圖中所示之細節或方法。亦應瞭解的是術語用於說明，不應視為限制。

本發明之許多態樣之進一步修改及替代實施例將藉由本說明書供習於此技者瞭解。據此，本說明書應僅解讀成揭示。許多示範實施例中所示之構造及配置方式亦僅為揭示。儘管本文中僅詳述幾個實施例，但是在實質上不悖離本文內所述標的之新穎教義與優點下，其仍可達成許多修改(例如，許多元件之尺寸、體積、結構、形狀及部位、參數值、安裝配置、材料使用、顏色、方位、等等的變化)。揭示為形成一體之一些元件可由多數個組件或元件構成，元件之位置可以相反或改變，且非連續式元件之性質或數量可以變化或改變。任意過程之順序或序列、邏輯演算、或方法步驟可依替代實施例變化或改變。其他替代方式、修改、變化及省略也可以在示範實施例之設計、操作狀態及配置方式中達成，而不悖離本發明之範疇。

除非另有說明，本文內所述之任意方法應解 讀成其步驟要以特定順序執行。據此，儘管一方法請求項並未確實列出其步驟所依循之順序，或是在請求項或說明書中未明確指出步驟應限於一特定順序，不代表應推斷有任何特定順序。此外，本文內所用之冠詞「a」應包括一或多個組件或元件，不應解讀成僅一個。本文內所用之堅固耦合是指兩組件耦合成當一力施加於其上時，組件以因定位置關係一起移動。

本發明之許多實施例關於任一意特徵之任意組合，且特徵之此任意組合可在本申請案或未來申請案中聲明。上述任一示範實施例之特徵、元件、或組件之任一者可以單獨使用或與上述其他實施例之特徵、元件、或組件之任一者組合使用。

110:彈簧材料

200:系統

202:供料

204:金屬帶

206:壓延輥

208:加熱站

210:衝壓站

212:輥

214:應力站

216:桿棒

218:箭頭方向

220:心軸

222:逆時針方向

224:順時針方向

Claims (8)

1. 一種形成用於捲尺之可變應力彈簧的方法，包含： 提供一金屬片彈簧材料至整平站； 移動該金屬片彈簧材料而通過該整平站； 移動該金屬片彈簧材料而通過應力站，其中該應力站使該金屬片彈簧材料變形，使得不同程度的應力沿著該金屬片彈簧材料之長度形成；以及 在該應力站之後，在儲存設備內繞著心軸纏繞該金屬片彈簧材料。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包括： 使該金屬片彈簧材料變形，其中，該金屬片彈簧材料之第一部位經由與桿棒的接觸而變形，該桿棒被建構成當該金屬片彈簧材料繞著該桿棒移動時，將第一彎曲半徑引入該金屬片彈簧材料的該第一部位。
3. 如申請專利範圍第2項之方法，進一步包括： 將該桿棒遠離該金屬片彈簧材料移動一段距離，使得該桿棒與該金屬片彈簧材料的第二部位之間的接觸引起與該第一彎曲半徑不同的第二彎曲半徑。
4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該金屬片彈簧材料之該第一部位具有第一級預應力，且該金屬片彈簧材料之該第二部位具有第二級預應力； 其中該第二級預應力不同於該第一級預應力並沿著該第二部位的長度變化；且 其中該第一級預應力是由第一自由線圈直徑所測量，而該第二級預應力是由第二自由線圈直徑所測量，其中該第一自由線圈直徑小於該第二自由線圈直徑。
5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該整平站包含一對壓延輥。
6. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包括： 在該整平站之後，加熱該金屬片彈簧材料。
7. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包括： 在衝壓站於該金屬片彈簧材料上形成耳片形端部。
8. 如申請專利範圍第7項之方法，進一步包括： 在該衝壓站之後，使該金屬片彈簧材料繞過一輥。

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