專利名稱：用于旋轉(zhuǎn)動作的彈簧部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及彈簧，更具體地涉及設(shè)計用于旋轉(zhuǎn)動作的彈簧。
旋轉(zhuǎn)彈簧指這樣一種彈簧，其可在力的作用下沿一個方向扭轉(zhuǎn)，存儲能量，然后在力撤去時回到其原始位置或朝向其原始位置運動。這種旋轉(zhuǎn)彈簧大體上是眾所周知的，有大量的設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)基本的旋轉(zhuǎn)動作。雖然不一定如此，然而通常希望在一些應(yīng)用中旋轉(zhuǎn)彈簧具有對稱的彈簧剛度(在順時針和逆時針方向上)，同時制造成本較低且容易制造。本發(fā)明為一種具有對稱的彈簧剛度的低成本的旋轉(zhuǎn)彈簧。
因此，本發(fā)明是一種適用于旋轉(zhuǎn)動作的彈簧，包括可連接到器具主體上的第一部件；與第一部件間隔開并可容納驅(qū)動件的第二部件，其中當(dāng)驅(qū)動件運動過選定的運動范圍時，第二部件可響應(yīng)于該運動而旋轉(zhuǎn)；以及至少兩個將第一和第二部件相連的支腳件，其中當(dāng)驅(qū)動件運動到其運動范圍的終點、并且已使其上連接有支腳件的第二部件旋轉(zhuǎn)時，存儲在彈簧內(nèi)的能量趨向于使彈簧回到其原始位置。
在一個有些不同的彈簧裝置中，未設(shè)置第一部件，但支腳件在其自由端處具有可將彈簧可靠地連接到器具主體上的部分，以便提供所需的旋轉(zhuǎn)動作。


圖1是顯示了旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的電動牙刷領(lǐng)域中的本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)彈簧的側(cè)視圖。
圖2是顯示了三支腳式結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)彈簧的簡化視圖。
圖3是顯示了本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)彈簧的另一種設(shè)置的簡化視圖。
圖1和2顯示了本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)彈簧，其中圖1顯示了一種特定的應(yīng)用，即旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的電動牙刷。然而應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)彈簧并不限于用在電動牙刷上。其中工具或頭部件可來回地旋轉(zhuǎn)過有限圓弧的任何類似器具均可以是這里所顯示和介紹的旋轉(zhuǎn)彈簧的可能備選物。
在圖1和2所示的實施例中，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)彈簧10包括環(huán)狀底部件11、圓形板或盤的上部件12，以及多個在底部件11和板件12之間延伸的支腳件14。在本發(fā)明中，旋轉(zhuǎn)彈簧10包括至少兩個支腳件14，然而目前優(yōu)選使用三個基本上等距隔開的支腳件。然而應(yīng)當(dāng)理解，也可使用超過三個支腳件。
底部件11具有可變的直徑，這取決于底部件將固定到其上的物體。底部件的截面結(jié)構(gòu)也可以變化。該截面結(jié)構(gòu)可以是圓形、方形、矩形、橢圓形或其它一些結(jié)構(gòu)。底部件11可在彈簧的旋轉(zhuǎn)動作期間保持固定。參見圖1，底部件11顯示為環(huán)形結(jié)構(gòu)，其靠在電動牙刷的刷柄部分18的上表面19上。
多個連接件20(在圖2中未示出)從圖1所示的底部件11中向下延伸出來，其牢固地安裝到刷柄18的主體內(nèi)。連接件可以卡扣到刷柄上，或者通過一些其它類似的方式固定住，這就能夠?qū)⒌撞考煽康囟ㄎ辉谒⒈?8(或另一器具的上部)中。連接件20的數(shù)量及其排列可以變化。雖然連接件顯示為支腳件的延伸部分，但這并不是必須的。它們可從底部件11的任意部分上延伸出來。另外，也可使用其它連接機構(gòu)來將底部件固定在刷柄上。然而，重要的是底部件11和刷柄18之間的連接應(yīng)當(dāng)是可靠的，這是因為如上所述，當(dāng)彈簧旋轉(zhuǎn)時底部件11必須保持固定，然而在一些情況下，這種設(shè)置會使得存在著一定的“空轉(zhuǎn)”，即底部件11在被固定住之前會先轉(zhuǎn)動較少的量。
另外，在另一特定實施例中，底部件11可以僅為牙刷(或其它器具)的頭部和器具主體之間的密封件。支腳端部處的連接件20提供了與器具主體的牢固連接。在這種情況下，彈簧包括有從動件(圖1和2中的零件12)和至少兩個從中延伸出來的支腳，支腳在其端部處具有連接件，以便與器具主體形成牢固的連接。
圖1顯示了牙刷刷柄18的主體，其通常包括電動機22和由圓形軸承26所支撐的驅(qū)動軸24。驅(qū)動軸24可在操作中旋轉(zhuǎn)過預(yù)定的圓弧。驅(qū)動軸24向上延伸穿過環(huán)形底部件11的中心。然而，圖1所示的作為電動牙刷的一部分的裝置僅用于說明的目的，以便闡明本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)彈簧的操作，它并不限制本發(fā)明的范圍。
上部件12是較薄的盤狀件，其帶有中心開口30(在圖2中清楚地示出)，以便容納使用了該彈簧的器具、例如圖1所示牙刷的驅(qū)動軸24。開口30設(shè)計成可與驅(qū)動軸24的截面結(jié)構(gòu)相匹配，并通?？赏ㄟ^壓入配合來安裝到驅(qū)動軸上，因此驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)便可帶動上部件12旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動軸的截面結(jié)構(gòu)和部件12中的開口的結(jié)構(gòu)可以是方形、六邊形或其它有助于相互間轉(zhuǎn)動的結(jié)構(gòu)。上部件12增加了旋轉(zhuǎn)彈簧的慣性，并可對彈簧的整體撓曲產(chǎn)生部分影響，因此便可吸收在彈簧旋轉(zhuǎn)期間由驅(qū)動件如驅(qū)動軸24的動作所產(chǎn)生的能量。
如上所述，支腳件14在底部件11和上部件12之間直接地延伸并將它們相連。雖然上部件12的直徑通常選擇成盡可能接近底部件11的直徑(在一些情況下它們可具有相同的直徑)，然而上部件的直徑通常小一些，因此支腳件14在底部件11和上部件12之間向內(nèi)傾斜成一定的角度，如圖1和2所示。與底部件11的截面結(jié)構(gòu)類似，支腳件的截面結(jié)構(gòu)也可以變化，例如為圓形、方形、矩形或橢圓形。各種形狀具有有些不同的功能特性。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，相對于旋轉(zhuǎn)彈簧的組合式扭轉(zhuǎn)和彎曲負載來說，大致橢圓形的結(jié)構(gòu)是最佳的。圓形結(jié)構(gòu)趨向于降低扭轉(zhuǎn)負載中的應(yīng)力，而矩形結(jié)構(gòu)趨向于降低彎曲型負載中的應(yīng)力。
如上所述，可以使用不同數(shù)量的支腳，然而支腳最少應(yīng)當(dāng)有兩個。支腳可在上部件和底部件之間岔開。支腳的長度(取決于部件11和12之間的距離以及它們的相對直徑)有助于確定旋轉(zhuǎn)彈簧10的彈簧剛度。彈簧剛度將隨彈簧長度的增加而下降。雖然支腳件14通常是直的，然而它們也可以一定程度地彎曲。它們的尺寸或截面可保持恒定，或者是可沿其長度存在一定程度的變化，這可用于沿著支腳的長度調(diào)節(jié)張緊量。
支腳件14通常固定地連接在底部件11和上部件12上，然而可利用其它不同類型的連接來產(chǎn)生不同的效果。例如可以使用銷接(在任一端處)，銷的軸線與彈簧運動的軸線共面。這就使得彈簧可產(chǎn)生無彎曲的運動。用于支腳件的軸承式支撐可實現(xiàn)無扭轉(zhuǎn)的運動；這種支撐也可用在支腳件的任一端上。另外，可使用鍵孔(槽)設(shè)置，其可允許在彈簧運動的整個范圍內(nèi)存在一定的自由度，即支腳的端部可在支腳上的扭轉(zhuǎn)動作開始之前跟從驅(qū)動軸的初始動作而自由地運動一段很短的距離。當(dāng)未設(shè)置槽時，扭轉(zhuǎn)始于驅(qū)動軸的初始動作。
底部件和上部件以及支腳件可由多種材料制成。例如，它們可由金屬制成，或者由塑料如注塑彈性體材料制成。然而，任何所使用的材料必須具有在其沿一個方向扭轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)之后可重復(fù)地回到其原始位置或朝向其原始位置運動的能力。它必須提供一致且長期有效的動作。
部件11和12可以是平行的，因此自由端的部件(圖1中的部件12)將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動。它們也可以是不平行的，在這種情況下自由端的部件將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動或平移運動。在另一種形式中，彈簧可以是在這兩個部件之間為大致管形，或者是例如如圖1和2所示的錐形。這將影響彈簧旋轉(zhuǎn)期間的彈簧剛度和支腳件上的負載。
在圖1和2中，底部件11通過連接件固定在刷柄18上，上部件12由驅(qū)動軸24驅(qū)動并可在操作中旋轉(zhuǎn)，使支腳件14被扭轉(zhuǎn)。然而，底部件可以是可旋轉(zhuǎn)的從動件，而上部件可以是固定件。這顯示于圖3中。上部件40是環(huán)形的并由零件42固定地支撐住，零件42圍繞或部分地圍繞著上部件40。底部件44可自由旋轉(zhuǎn)，并被可擺動的驅(qū)動軸46所驅(qū)動。底部件和上部件通過支腳件48相連。因此，圖3顯示了上部件和底部件分別是可固定的或可被驅(qū)動的。
在牙刷的實施例中，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)彈簧10為牙刷的可動頭部的一部分。這種設(shè)置可在牙刷的多個可能的特殊結(jié)構(gòu)特征方面提供優(yōu)點。例如參見圖1，可在刷柄中的連接件20的底部處使用彈性電阻(或壓電)襯墊21，以檢測彈簧組件上的無功負載，或者可在連接件中設(shè)置電接頭，以允許與頭部中的諸如微芯片的元件進行通信?？蓮囊r墊21中將壓力信息路由到刷柄18中的微處理器(未示出)或類似的器件中，以提供關(guān)于彈簧10上的負載的指示。另外，在頭部中可設(shè)有用于流體路徑29的空間，流體路徑29從刷柄中的容槽中(未示出)經(jīng)由彈簧的內(nèi)部(驅(qū)動軸附近)而通到刷毛部分25中?？稍谒⒚糠?5中設(shè)置止回閥27以控制流體的排出。還可在彈簧結(jié)構(gòu)(或周邊元件)內(nèi)嵌入微芯片31，其可提供關(guān)于頭部識別的信息。電線連接件33從芯片31中穿過支腳件14向下延伸到連接件20中的電接頭上。
在圖1所示的彈簧裝置的操作中，電動機22使驅(qū)動軸24沿一個旋轉(zhuǎn)方向朝向其原始位置旋轉(zhuǎn)過一定的選定圓弧。之后，彈簧10通過釋放所存儲的力而往回旋轉(zhuǎn)過相同的圓弧。在一些裝置中，彈簧將完全回到其原始位置。如上所述，底部件在這一動作期間保持固定，但在一些裝置中可能存在一些空轉(zhuǎn)。上部件將隨驅(qū)動軸24和旋轉(zhuǎn)彈簧10的各零件(除底部件11外)的扭轉(zhuǎn)而稍稍上下運動。扭轉(zhuǎn)量取決于所施加的旋轉(zhuǎn)力的量。然而，上部件12最好保持成與底部件的平面基本上平行，即它不會傾斜于或偏離Z軸(垂直軸線)。通常來說，上部件將圍繞中心節(jié)點在±7°到±10°的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而提供了整體為14-20°的圓弧。如上所述，當(dāng)彈簧圍繞其Z軸扭轉(zhuǎn)時，它不會產(chǎn)生到X-Y平面內(nèi)的運動，并且不會圍繞X-Y軸線彎曲。奇數(shù)數(shù)量的支腳會將刷毛部分25(或其它工具)定位在一個方向上。而偶數(shù)數(shù)量的支腳可允許多種定向。
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)彈簧圍繞著彈簧的驅(qū)動件。在一個實施例中，彈簧是整體式的。它可以是分段式的。通過選擇彈簧的材料和彈簧的尺寸以及支腳的數(shù)量就可以改變彈簧剛度?？稍谥_件上使用彈性體的或其它重疊模制出的部分，以便為彈簧提供外殼，從而形成器具的完整的頭部。
圍繞著驅(qū)動件的本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)彈簧消除了在典型的旋轉(zhuǎn)彈簧裝置中必須圍繞驅(qū)動軸而運動的多個彈簧。本發(fā)明的彈簧能夠?qū)崿F(xiàn)對稱的彈簧剛度并提供可靠且一致的操作，它的成本較低并易于制造。
雖然在上文中已經(jīng)為說明的目的而公開本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，然而可以理解，在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神的前提下，可以進行各種變化、修改和替換。
權(quán)利要求
1.一種適用于旋轉(zhuǎn)動作的彈簧，包括可連接到器具主體上的第一部件；與所述第一部件間隔開并可容納驅(qū)動件的第二部件，其中當(dāng)所述驅(qū)動件運動過選定的運動范圍時，所述第二部件可響應(yīng)于所述運動而旋轉(zhuǎn)；和至少兩個將所述第一和第二部件相連的支腳件，其中當(dāng)所述驅(qū)動件運動到其運動范圍的終點、并且已使其上連接有所述支腳件的所述第二部件旋轉(zhuǎn)時，存儲在所述彈簧內(nèi)的能量趨向于使所述彈簧回到其原始位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈簧，其特征在于，所述第一部件是基本上包圍了所述驅(qū)動件的下方環(huán)件，所述第二部件是具有中心開口的上方盤件，所述驅(qū)動件可緊密地安裝在所述開口中，因此當(dāng)所述驅(qū)動件運動時，所述第二部件隨之運動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的彈簧，其特征在于，所述第一部件是基本上包圍了所述驅(qū)動件的上方環(huán)件，所述第二部件是具有中心開口的下方盤件，所述驅(qū)動件可緊密地安裝在所述開口中，因此當(dāng)所述驅(qū)動件運動時，所述第二部件隨之運動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈簧，其特征在于，所述第一部件和第二部件基本上平行，并且在所述彈簧的旋轉(zhuǎn)期間基本上保持平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈簧，其特征在于，所述第一部件和第二部件是不平行的，使得所述第二部件可響應(yīng)于所述驅(qū)動件的運動而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動和平移運動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈簧，其特征在于，所述支腳件包括三個等距隔開的支腳件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈簧，其特征在于，所述驅(qū)動件的運動為旋轉(zhuǎn)運動。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈簧，其特征在于，所述支腳件是直的并且為管形。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈簧，其特征在于，所述支腳件在結(jié)構(gòu)上為弧形。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈簧，其特征在于，所述支腳件在所述上方件和下方件之間岔開。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈簧，其特征在于，所述支腳件的大小沿其長度以預(yù)定的方式變化。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈簧，其特征在于，所述第二部件的直徑小于所述第一部件的直徑。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈簧，其特征在于，所述支腳件和所述第一部件的截面為圓形。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈簧，其特征在于，所述支腳件和所述第一部件的截面為橢圓形。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈簧，其特征在于，所述支腳件以槽設(shè)置的方式與所述第一部件相連，使得所述支腳件在所述支腳件開始扭轉(zhuǎn)的點處運動一段較短的距離而到所述槽的端部。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈簧，其特征在于，所述彈簧包括連接件，其從所述第一部件中延伸出來并包括將所述第一部件固定地連接到所述器具主體上的部分。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈簧，其特征在于，所述彈簧具有管形結(jié)構(gòu)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈簧，其特征在于，所述彈簧具有錐形結(jié)構(gòu)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈簧，其特征在于，所述彈簧形成了電動牙刷的頭部的一部分，該部分包括有從所述彈簧中延伸穿過的流體管線。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈簧，其特征在于，所述彈簧形成了電動牙刷的頭部的一部分，所述彈簧包括將所述彈簧與所述牙刷的刷柄部分相連的連接件，以及與所述連接件相關(guān)的用于檢測所述彈簧上的負載的元件。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的彈簧，其特征在于，所述彈簧形成了電動牙刷的頭部的一部分，所述彈簧包括可識別所述頭部的存儲裝置，以及將所述存儲裝置與所述牙刷的刷柄部分相連的導(dǎo)電裝置。
22.一種適用于旋轉(zhuǎn)動作的彈簧，包括可容納來自器具主體的驅(qū)動件的從動件；其中當(dāng)所述驅(qū)動件運動過選定的運動范圍時，所述從動件可響應(yīng)于所述運動而旋轉(zhuǎn)；和至少兩個從所述驅(qū)動件中延伸出來的支腳件，其包括位于其端部處的連接件，用于將所述支腳件以及所述驅(qū)動件與所述器具主體相連，因此當(dāng)所述驅(qū)動件運動到其運動范圍的終點、并且已使第二部件及相連的所述支腳件旋轉(zhuǎn)時，存儲在所述彈簧內(nèi)的能量趨向于使所述彈簧回到其原始位置。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的彈簧，其特征在于，所述支腳件包括三個等距隔開的支腳件。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的彈簧，其特征在于，所述驅(qū)動件的運動為旋轉(zhuǎn)運動。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的彈簧，其特征在于，所述支腳件是直的并且為管形。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的彈簧，其特征在于，所述彈簧包括可將所述彈簧密封在所述器具主體上的密封件。
全文摘要
一種旋轉(zhuǎn)彈簧，包括形式為環(huán)件的底部件，并包括用于將其固定地連接到器具如電動牙刷的主體上的零件，該電動牙刷包括驅(qū)動件如電動機的驅(qū)動軸部分。該旋轉(zhuǎn)彈簧還包括形式為盤件的上部件，其具有可安裝驅(qū)動軸的中心開口，因此該盤件可隨驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。三個支腳件在上方盤件和底部環(huán)件之間延伸。彈簧由一定的材料制成，并構(gòu)造并設(shè)置成在順時針和逆時針旋轉(zhuǎn)方向上具有對稱的彈簧剛度。
文檔編號F16F1/02GK1604999SQ02825083
公開日2005年4月6日 申請日期2002年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月20日
發(fā)明者S·E·哈爾, B·E·塔伯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司