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卷绕弹簧式遮光操作器
    【技术领域】

    本发明涉及用于操作并定位一遮光帘的装置，更具体地说，涉及一手动操作的、结合有一卷绕弹簧式离合器系统的遮光定位系统。

    背景技术

    已经发展出多种用于操作遮光帘的卷绕弹簧式离合器系统，它们对本技术领域中的熟练人士来说是较为熟悉的。这些离合器系统通常采用：一固定的圆柱形中心轴或柱螺栓，其周围安置有一螺旋弹簧；一旋转式驱动构件，该驱动构件可以控制螺旋弹簧的内径；以及一衬套，该衬套可确保轴、弹簧和旋转式构件的啮合。在典型的卷绕弹簧式系统的操作过程中，旋转式驱动构件的旋转会增加卷绕弹簧的内径，这将使中心轴与卷绕弹簧之间的摩擦力减小，藉此随意地降低或升高遮光帘。

    1988年10月25日授权于Wilk的美国专利No.4,779,662是在已有技术中发现的遮光帘的卷绕弹簧式离合器系统的一典型示例。Wilk的专利揭示了卷绕有一螺旋弹簧的一静止柱螺栓，其中卷绕弹簧通常紧靠或捆扎于柱螺栓。将一驱动构件以滑轮的形式定位在柱螺栓和卷绕弹簧的周围，因而一旦滑轮旋转，滑轮的内孔可以与卷绕弹簧的一径向延伸的柄脚接触放置。一“柄脚”是从弹簧的圆周中径向延伸的卷绕弹簧的端部。在操作的过程中，借助一球链来手动旋转滑轮。滑轮的手动旋转使滑轮内孔与一第一卷绕弹簧柄脚接触。继续旋转滑轮，使弹簧柄脚分开，藉此扩大弹簧的有效内径，使弹簧滑动并围绕中心轴旋转。卷绕弹簧与相接触的柄脚相对的部分沿中心轴构件滑动，产生一摩擦阻力，该摩擦阻力可以在操作过程中稳定地升高和降低遮光帘。

    虽然摩擦阻力有助于平稳地移动卷绕弹簧式离合器系统，然而它通常无法消除急拉运动，该急拉运动通常是卷绕弹簧式离合器系统的操作固有的。当离合器系统以“超限”模式运行时，通常会发生这种固有的急拉运动，其中一超限负荷的重力(例如一遮光物)扭转驱动构件的方向与驱动构件施加的扭矩方向相同。该超限负荷可使系统的卷绕弹簧在离合器的运行过程中间断地存储和释放能量。这种间断的能量传送所产生的一急拉运动有时被称作“阶梯状”，在该急拉运动的过程中，超限负荷在下落一有限的较小距离后中断，然后重新开始下落(类似于物体下降一级楼梯的运动)。

    先前对于减少卷绕弹簧式离合器系统中的阶梯状效应的尝试并未取得多大成效。例如，1984年2月28日授权于E.Rude等人的美国专利4,433,765试图通过使用置于两共轴安装的圆柱形元件之间的多种弹簧的一弹簧式离合器系统来消除阶梯状效应，其中将弹簧设计成可滑动式，以使所有的弹簧可支承超限负荷。Rude专利的有效运行取决于设计者确定弹簧与中心轴之间的有效滑动转矩的能力，该处的滑动转矩值将随着轴的外径与松弛的弹簧的内径至中心轴的直径比之间的干扰而发生变化。然而Rude专利的局限之处是它忽视了由于通常为避免腐蚀所需的多种退火和电镀过程来控制弹簧公差的困难。金属弹簧的退火和电镀通常会使弹簧的尺寸和部件之间的绝对硬度缺乏均匀性。缺乏均匀性的弹簧会使正确地计算所需的滑动转矩、以确保系统在设计参数中运行十分困难。因此，多种弹簧系统的弹簧很少会根据设计者的计算结果进行展开。这种无法预测的弹簧性能经常会不均匀地夹住弹簧，通常使固有的阶梯状态增加。

    已有技术还展现了发明者在卷绕弹簧式离合器设计中使用非金属卷绕弹簧，试图消除阶梯状效应的尝试。例如，1997年9月23日授权于J.Nisenson等人的美国专利No.5,669,432中指出了一种避免卷绕弹簧式离合器系统的结构中使用金属的方法。为了有助于消除离合器系统地阶梯状效应，Nisenson专利在中心轴和卷绕弹簧构件的结构中使用模制塑料。Nisenson专利通过控制卷绕弹簧和柱螺栓的化学成分，试图改进弹簧与柱螺栓构件之间的摩擦啮合，以寻求消除阶梯状效应的方法。Nisenson指出结合在塑料中的特定化学添加剂可影响塑料的物理特性，例如硬度、疲劳强度、磨损、伸展和压缩系数。Nisenson专利的局限之处在于它使用一塑料的卷绕弹簧结构，该结构通常无法像使用金属弹簧的离合器系统那样在持续的操作时期中坚固可靠。坚固性和可靠性的缺乏是塑料弹簧所固有的，通常会增加持续使用的松弛的弹簧内径，并因而使阶梯状效应增加。

    因此，需要一种可减少阶梯状效应的卷绕弹簧式离合器系统，其中离合器系统使用一单个弹簧，并且因此不再依赖于卷绕弹簧的均匀性和公差。卷绕弹簧式离合器系统还需要在卷绕弹簧与柱螺栓构件之间具有改进的摩擦啮合，这也会使系统具有必需的坚固性和可靠性，以经受持续使用。

    【发明内容】

    一种操作遮光帘的卷绕弹簧式离合器系统，该系统在弹簧与柱螺栓构件之间具有改进的摩擦啮合，其中，系统在其结构中应用了一单个弹簧，并且在保持持续使用的坚固性和可靠性的同时，基本消除了“阶梯状”。卷绕弹簧式离合器系统包括：具有一固定的圆柱形柱螺栓的一外壳部件；围绕在柱螺栓周围的一金属螺旋弹簧，该弹簧具有基本上从弹簧中心轴处向外延伸的诸柄脚，其中弹簧的内径充分松弛，以使弹簧紧靠或捆扎于柱螺栓；安装于中心轴和弹簧，并围绕该中心轴和弹簧旋转的一旋转式驱动构件，该驱动构件适于调整弹簧的内径；以及一衬套，该衬套可确保柱螺栓、弹簧和旋转式构件的确实啮合。可手动操作该卷绕弹簧式离合器系统。

    将一离合器装置设置在旋转式驱动构件与柱螺栓之间的柱螺栓上，以使卷绕弹簧施加于柱螺栓的摩擦力可阻止衬套和旋转式构件的自由旋转。一负荷(例如一遮光物)的重力趋向于增加弹簧与柱螺栓之间的啮合，而手动操作离合器系统可使驱动构件旋转，并减少弹簧与柱螺栓之间的离合作用。中止系统的手动操作，使离合器重新啮合，藉此使遮光物保持在理想位置中。

    【附图说明】

    现在将结合附图对本发明进行叙述，其中相同的标号代表相同的元件，以及；

    图1示出了安装在一示范性的传统窗框中的本发明；

    图2示出了本发明的遮光操作器的一较佳实施例的分解的左视图；

    图3示出了本发明的卷绕弹簧的一较佳实施例的详细示意图；

    图4示出了本发明的卷绕弹簧的另一个实施例的详细示意图；

    图5示出了本发明的遮光操作器的一较佳实施例的分解的右视图；

    图6示出了本发明的遮光操作器的一较佳实施例的主视图；

    图7示出了本发明的遮光操作器的另一个实施例的分解的左视图；

    图8示出了本发明的遮光操作器的另一个实施例的分解的第二左视图；

    图9示出了本发明的遮光操作器的另一个实施例的主视图；

    图10示出了本发明的一较佳实施例，其中衬套的弧形壁与本发明的卷绕弹簧的柄脚啮合；以及

    图11示出了本发明的一较佳实施例，其中滑轮与弹簧柄脚的内表面啮合，藉此增加本发明的弹簧内径。

    【具体实施方式】

    较佳的本发明包括一卷绕弹簧式离合器系统，该系统可用来控制任何物体、装置、材料、遮光物、门和/或类似物体的定位，其中系统基本消除或降低了系统操作过程中的阶梯状效应。根据图1，该图示出了安装在窗中的系统的较佳实施例的正视图。该较佳实施例通常包括：一遮光操作器1，它具有用于操作遮光操作器1的一链条2；一遮光物5，遮光操作器1的旋转运动可随意地使该遮光物升高或降低；一线轴4，遮光物5可以卷绕在该线轴上；以及一后支架3，该后支架可以在本发明的操作过程中将线轴4保持在遮光操作器1与支架3之间。遮光辊4、遮光物5和后支架3最好是传统的结构，并且被配合定位在传统的窗框中。

    虽然本发明的一较佳实施例描述了一遮光帘的操作，但本技术领域中的熟练人士应予理解的是，本发明还可使用在需要升高和/或降低任何物体、装置、材料、门和/或类似物体的任何实施例中。根据遮光物的较佳实施例，本文使用的“遮光物”包括任何诸如布、兽皮、金属、塑料、植物物质和/或类似材料，可使用一卷绕弹簧式离合器压辊系统来升高或降低所述材料。

    现在请参见图2，该图示出了一较佳遮光操作器1左侧的分解立体图。根据图2，较佳的遮光操作器1包括：用来固定圆柱轴14的一安装板10；用来固定圆柱轴14的一圆形柱螺栓16；一双向金属螺旋弹簧20，它可以配合在圆形柱螺栓16的周围；在圆形柱螺栓16和弹簧20的周围旋转的一圆形滑轮30；一毂套致动器的支承衬套50，它可以确保弹簧20和滑轮30的适当啮合，并且可以在操作期间与柄脚22啮合；一挡圈60，它可确保弹簧20、滑轮30和衬套50的适当保持；用来固定安装板10的一前外壳盖70；以及用来将外壳盖70紧固在安装板10上的装置，例如螺钉72。本技术领域中的普通技术人员应当理解的是：可固定轴14的安装板10可以是任何尺寸、材料或形状。例如，安装板10可由适当的塑料或合金构成。

    较佳的圆形柱螺栓16由任何具有摩擦特性的材料组成，以便在材料与弹簧20啮合时，增加弹簧20的内径以使弹簧在柱螺栓16的周围平稳旋转。因此，柱螺栓16可由任何适当的合金或塑料构成。例如，在一较佳实施例中，圆形柱螺栓16可由一自润滑的金属构成，例如含油的辛硫砷铜钢。在另一实施例中，圆形柱螺栓16可由一自润滑的塑料材料构成，该材料具有足够低的摩擦系数，以使弹簧20平稳旋转，塑料材料具有足够的硬度，以抵制弹簧20的旋转所产生的“切槽作用”。“切槽作用”是弹簧20在圆形毂套16周围旋转产生的结果，其中弹簧20切削或磨损圆形柱螺栓16的表面。例如，用于圆形毂套20的一适当塑料可由代瑞(delryn)中的5-10％特氟隆或类似塑料材料构成。本技术领域中的一个普通技术人员应予理解的是，为毂套16所选择的材料将直接影响毂套16与弹簧20之间的摩擦系数，藉此影响弹簧20围绕毂套16旋转所产生的摩擦阻力的程度。

    请继续参见图2，弹簧20可由任何适当的材料构成，但最好是由横截面呈正方形的弹簧钢构成，其柄脚22分别从弹簧20最外面的螺旋处向外突伸。选择弹簧20的内径，使其略小于毂套16的直径，以使弹簧20被安装在毂套16上时，必须通过伸展弹簧柄脚22来加压弹簧，使弹簧20的内径增加，以便将该弹簧插在毂套16上。例如，内径为0.510英寸的弹簧适合直径为0.518英寸的毂套。

    现在请参见图3，该图描述了弹簧20的一较佳实施例，其中弹簧20的柄脚22由一基本上径向向外的突出部构成。弹簧20的相对两端处的每一柄脚可以是任何结构，包括弧形或“L”形或其中的任意结合。然而，为示范性附图的简单起见，图中所示的柄脚22的结构与每一附图相同。更具体地说，柄脚22由一第一柄脚部分19和一第二柄脚部分17构成，其中第二柄脚部分17从弹簧20的圆周切向延伸，而且第二柄脚部分17的终端位于第一柄脚部分19的原点。第一柄脚部分19从第二柄脚部分17的终端处以一基准角θ₂向外突起，其中基准角θ₂是基准线R₂和基准线R₃构成的，基准线R₂是与第二柄脚部分17的主投影共轴绘制的，基准线R₃是与第一柄脚部分19的主投影共轴绘制的。此外，如图3所示，从弹簧20的中心轴向第二柄脚部分17的原点绘制基准线R₁，以使基准线R₁的交点形成基准角θ₁。请继续参见图3，从第二柄脚部分19的原点向弹簧20的圆周上的一点绘制基准线R₄，以使R₄与弹簧20的圆周正交。

    请继续参见图3，基准角θ₁、θ₂的尺寸和基准线R₄与弹簧20和毂套16之间选择的摩擦系数直接相关。也就是说，根据毂套16所选择的材料，随着弹簧20与毂套16之间的摩擦系数的减小，基准角θ₁、θ₂和基准线R₄的尺寸也将减小。例如，在图3的较佳实施例中，弹簧20与毂套16之间的摩擦系数使基准角θ₁和θ₂的尺寸为钝角，基准线R₄在弹簧20的螺旋周长与第一柄脚部分19的原点之间形成一正交距离。

    图4中描述了弹簧20的另一实施例，其中图3的相同标号在图4中代表相同的元件。图4描述了一系统使用的弹簧结构，该系统在弹簧20与毂套16之间的摩擦系数低于应用图3的较佳实施例的系统中的摩擦系数。图4示出了使用在摩擦系数低于图3实施例的系统中的弹簧的较佳实施例。摩擦系数的降低使接触并沿柱螺栓16的表面拖动的弹簧20的表面积增加。在图4的较佳实施例中，最好使更多的第二柄脚部分17与毂套16相接触，这将使与毂套16相接触的弹簧20的表面积增加，也将使沿毂套16的表面的摩擦阻力增加。与毂套16相接触的第二柄脚部分17的表面积的增加会使基准线R₄的长度减少，这将确保图4的较佳实施例的基准角θ₁比图3的较佳实施例的基准角θ₁更尖锐。另外，图4示出了基本向外弯曲的柄脚22，以使基准线R₂基本上与基准线R₃平行。本技术领域中的一个普通技术人员应予理解的是柄脚22的曲率可使基准角θ₂的尺寸基本为锐角。最好将图4描述的弹簧20的结构使用于具有适当塑料成分的圆形毂套，但本技术领域中的一个熟练人士还应理解的是该弹簧结构可使用于具有适当金属成分或任何其它元素成分的毂套。

    图3和4描述了卷绕弹簧20的较佳实施例，其中基准角θ₁、θ₂的尺寸和基准线R₄与弹簧20和选定的毂套16之间的摩擦系数直接相关地发生变化。本技术领域中的一个普通技术人员应予理解的是：螺旋的数量、宽度、金属丝弹簧的标准规格以及自润滑毂套的密度将影响需要沿毂套拖动的弹簧表面积的数量，从而防止遮光物在放置该遮光物的任何位置上自由旋转。例如，毂套的密度越轻，应当使用的弹簧的标准规格就越轻，选定的弹簧设计可确保更多的弹簧表面积与毂套相接触。

    现在请回到图2，滑轮可由高冲击强度的塑料、尼龙或类似成分构成。滑轮设有一围绕其外周缘的导轨39，该导轨可用来提供与球链40的确实啮合，该球链卷绕滑轮30的周围，并悬挂在该滑轮上，以便手动操作。本技术领域中的一个熟练人士应当了解的是：球链40可以包括任何适当的软线、导线或任何其它用于旋转滑轮的装置。球链40的结构在本技术领域中是众所周知的，因此本文不再进行讨论。

    滑轮30最好还设有一中心孔34，以及一共轴的弧形中心凹部36，该中心凹部通过滑轮30从滑轮面32上部分地突起，其中弧形的中心凹部36所成的角度足以基本适合于弹簧柄脚22的圆周运动。更具体地说，内部的弧形中心凹部36形成一角度，该角度的尺寸为钝角。突起部38从弧形的中心凹部36处向内突起，该突起部可以在滑轮30旋转时，与弹簧柄脚22共同运动。

    请继续参见图2，衬套50基本上呈圆形，该衬套具有可装配在适当的配合遮光辊中的一衬套头部51，其中衬套头部51有一中心孔52以容纳轴14。一圆形肩部54从衬套头部51的第一端处伸出。图5描述了上述较佳的遮光操作器1右侧的分解立体图，其中可以较好地看到圆形肩部54。约280度的弧形壁55从圆形肩部54处伸出，该弧形壁的外径尺寸可与滑轮30的中心孔34相配合，其内径足以与毂套16和弹簧20相配合，以使圆形肩部54的表面58靠在滑轮30的表面32上。弧形壁55具有径向的端部56和57，所述端部互相隔开，当衬套50旋转时，它们将交替地包围弹簧柄脚22。

    现在请回到图2，借助一C形垫圈60使滑轮30、弹簧20和衬套50都保持在毂套16上，该垫圈配合在轴14的末端处的配合槽12中。将滑轮30、弹簧20和衬套50保持在轴14上的另一种方法在本技术领域中是众所周知的，例如使用防松螺母或其它装置。

    如图6所示，外壳盖70将整个构件密封起来，该外壳盖与滑轮30的周缘相配合，以便形成一用于球链40的槽33。在外壳盖和背板10中设置合适的孔，以便通过适当的装置(例如螺钉72)将盖和背板紧固在一起。如图5所示，外壳盖70还设有用于球链20的引出通道74。

    图7示出了遮光操作器1的另一较佳实施例左侧的分解立体图。在该实施例中，圆形毂套16固定于外壳盖70，其中毂套16包括一毂套中心孔31，以使毂套中心孔31贯穿外壳盖70。现在请参见图8，该图示出了上述可替代实施例右侧的分解立体图。衬套50基本上呈圆形，并且具有一衬套中心孔35，该衬套中心孔可用来容纳遮光辊的配合端部。约280度的弧形壁55从衬套表面58处伸出，该弧形壁的内径足以与毂套16和弹簧20相配合，其外径尺寸可配合在滑轮30的中心孔34内，以使衬套表面58靠在滑轮表面32上。弧形壁55具有径向端部56和57，所述端部互相隔开，当衬套50旋转时，它们将交替地包围弹簧柄脚22。另外，衬套的圆形突起部59与衬套中心孔35共轴地从衬套表面58处突起，以使衬套中心孔35贯穿衬套的圆形突起部59，衬套的圆形突起部59的外径使其配合在图7所示的中心孔31内，以使衬套表面58靠在滑轮表面32上。在外壳盖70和背板10中设置合适的孔，以便通过适当的装置(例如螺钉72)将盖和背板紧固在一起。在紧固外壳盖70和背板10时，滑轮30、弹簧20和衬套50都保持在毂套16上。如图9所示，外壳盖70与滑轮30的周围相配合，以便在盖70与滑轮30之间形成一槽33，并为球链40设置引出通道74。

    结合图1，在使用时，以传统的方式利用螺钉或一些其它的适当方法将遮光辊1安装在窗框中。用于安装遮光辊系统的装置在本技术领域中是众所周知的，本文不再对其进行叙述。此外，将空载的端支架3安装在窗框的相对端上，以使空载的端支架3的旋转轴与遮光辊1的旋转轴相配合。空载的端支架3和类似组件的结构在本技术领域中也是众所周知的，该结构没有包括本发明的一部分，它可以是传统的结构。空载的端支架3的结构包括可插入遮光辊4的一插入通道。遮光辊4适合与遮光操作器1相配合，以便支承遮光辊4并使其旋转。请参见图2，在一较佳实施例中，遮光辊4的配合部分可包括一插入通道，该插入通道可用来与衬套头部51相配合。在另一实施例中，遮光辊4的配合部分可包括一图8所示的突起部，该突起部可用于插入衬套中心孔35。尽管上面叙述了用来支承遮光辊4的装置，但本技术领域中的一个熟练人士应予理解的是：存在多种用于支承遮光操作器1与空载的端支架3之间的遮光辊4的适当装置，它们都是众所周知的。如下文将要解释的那样，可通过手动操作遮光操作器1来随意地升高或降低装有上述遮光操作系统的遮光物5。

    在弹簧离合器的遮光操作系统的技术领域中可较好理解的是：可通过位于旋转式驱动装置中的弹簧座周围的卷绕弹簧圈数的摩擦啮合，将遮光物保持在任何展开的范围内。更具体地说(并结合图2)，例如，卷绕弹簧20的圈数与毂套16的摩擦啮合可保持遮光物的定位。如图10所示，遮光物的重力向弧形壁55的外径向端部56或57中的一个施加一转矩。该转矩趋向于对毂套16周围的弹簧20加压，从而增加弹簧与毂套之间的摩擦力，以防止弹簧20、滑轮30和衬套50旋转。

    如图11所示，通过球链40来手动操作滑轮30，使滑轮突起部38与弹簧柄脚22的内表面之一相接触。施加于一个内表面上的作用力使弹簧20略微地弯曲展开，从而降低弹簧20与毂套16之间的摩擦力。因而弹簧围绕毂套16旋转，而且相接触的弹簧柄脚22驱动弧形壁55的适当径向端部56或57，藉此使衬套50旋转，从而适当地升高或降低遮光物。在达到所需高度时，滑轮运动的中止可消除施加于弹簧20的手动转矩，使弹簧20松弛至其正常结构，再次紧密地夹住柱螺栓16，并且基本上防止遮光物旋转。

    当遮光物降低时，遮光物的重力将提供另外的转矩，其中遮光物的重力使滑轮的扭转方向与施加于滑轮的转矩方向相同。通过控制弹簧20与毂套16之间的摩擦啮合，本发明显著地消除了附加转矩所产生的阶梯状效应。请继续参见图2，在本发明的一较佳实施例中，弹簧柄脚22的形状可改变与轴16相接触的弹簧表面积的数量，藉此更好地控制弹簧旋转时产生的摩擦阻力。如图8所示，在另一实施例中，弹簧柄脚22的形状可使与毂套16接触的弹簧表面积增加，导致弹簧20与毂套16之间的摩擦阻力增加。除了上面提到的弹簧结构以外，本发明利用了一自润滑毂套，其摩擦特性可使卷绕弹簧平稳地旋转，以便消除在已有技术中看到的阶梯状效应。因此，在较佳实施例中使用的特定弹簧结构将取决于毂套的选择以及足够克服阶梯状效应的摩擦阻力的程度。例如，如果最好有一增加的摩擦阻力使遮光物保持在理想位置中，然后最好采用图4的较佳实施例，该实施例具有增加的、与毂套接触的表面积。此外，如果最好有一减少的摩擦阻力使卷绕弹簧围绕毂套平稳地旋转，最好采用图3所示的弹簧的实施例。

    虽然已结合了附图和说明书中的较佳实施例对本发明作了说明，但应予理解的是，本发明并不局限于此。例如，可将其它尺寸、形状、材料和构件结合在该装置中。在不背离所附权利要求书中阐明的本发明的范围的情况下，可以对诸构件和材料进行种种的修改、选择和设置。