具有強挺立度的捲尺的製作方法
2023-10-25 09:44:02 1
專利名稱：具有強挺立度的捲尺的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種可自動縮回的捲尺，尤其是涉及可自動縮回捲尺的尺帶，該尺帶水平拉出時，可藉由其本身的凹凸彎曲弧度構形支撐本身的重量及前端尺鉤的重量，使其挺立度達到至少9ft以上。
背景技術：
可自動縮回的捲尺是建築、裝修、測量等行業的一種常用工具。該類型的捲尺通常具有一個殼體，殼體內設有一個轉輪，轉輪內預置有窩卷式彈簧帶，彈簧帶外端伸出轉輪外，並且與尺帶相互連接。尺帶最前端有一個尺鉤，尺帶拉出於殼體外，其橫切面呈有凹凸彎曲弧度的構形狀，收卷於殼體內轉輪上，則凹凸彎曲弧形狀會被展開攤平成平面狀，以利回收的順暢。
對於專業人員尤其是建築、裝修行業的專業人員而言，捲尺的諸多特性中有兩方面的特性顯得尤為重要。一是尺帶的預設長度，其關係到捲尺一次所能丈量的最大長度；二是尺帶的挺立度。尺帶的挺立度是指，尺帶水平拉出時，可以利用其本身的凹凸彎曲弧度構形，來支撐本身的重量及前端尺鉤的重量，並且保持挺立不崩落的特性。顯然，如尺帶具有較長的挺立度，則有利於使用者單人操作時方便地進行測量。再者，挺立度的長短現在也已經成為衡量尺帶質量的一個重要指標，因而對尺帶的挺立度，現在的訴求是越長越好。
基於對挺立度的訴求，Stanley公司的美國專利US 6,324,769公開了一項關於捲尺的尺帶挺立度方面的技術解決方案，該專利將尺帶的寬度(1.10」～1.5」)、高度(0.25」～0.40」)、厚度(0.0045」～0.0063」)、及弧度半徑值(R1＝0.30」～0.60」；R2＝1.0」～5.0」)等等列出範圍，訴求挺立度至少10.5ft(3.2m)以上，以及一個97％的彎曲比值。實際上滿足這些條件的尺帶，並不能保證挺立度一定10.5ft以上，例如取尺帶寬度1.25」(31.75mm)，高度0.25」(6.35mm)，即使尺帶厚度是取最厚的0.0063」(0.16mm)，所得出的尺帶挺立度，也肯定無法達到10.5ft的長度。換句話說，Stanley所設定的寬度、高度、厚度等尺寸範圍，根本跟挺立度10.5ft沒有直接的關係，只是在這些範圍內，存在挺立度滿足10.5ft以上的一小部分區域。事實上，影響尺帶挺立度的因素較多，尺帶的凹凸彎曲弧度構形、尺帶的厚度、硬度、尺鉤重量等等均對尺帶的挺立度有影響。
由上可見，很有必要對影響尺帶挺立度的因素加以研究，以確定如何才能設計、生產出挺立度優異的捲尺來，以滿足使用者對挺立度的要求。
發明內容
本發明所要解決的技術問題之一是針對現有技術現狀而提供一種具有強挺立度的捲尺，該捲尺的尺帶具有預設的彎曲弧度構形以確保其挺立度達到至少9英尺。
本發明所要解決的技術問題之二是針對現有技術現狀而提供一種具有強挺立度的捲尺，該捲尺的尺帶具有預設的彎曲弧度構形以確保其挺立度達到至少10英尺。
本發明所要解決的技術問題之三是針對現有技術現狀而提供一種具有強挺立度的捲尺，該捲尺的尺帶具有預設的彎曲弧度構形以確保其挺立度達到至少9英尺，同時還可確保尺帶可順暢地收卷於轉輪上。
本發明所要解決的技術問題之四是針對現有技術現狀而提供一種具有強挺立度的捲尺，該捲尺的尺帶具有預設的彎曲弧度構形以確保其挺立度達到至少10英尺，同時還可確保尺帶可順暢地收卷於轉輪上。
本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為該具有強挺立度的捲尺，它具有殼體，殼體內設有轉輪，轉輪內預置有窩卷式彈簧帶，彈簧帶的外端伸出轉輪外，並且與尺帶末端相互連接，尺帶的最前端設有尺鉤；尺帶拉出於殼體外，呈有凹凸弧度的構形，而收卷於殼體內的轉輪上，則被展開攤成平面狀；尺帶的構形呈兩側對稱，其特徵在於所述尺帶拉出狀態下的構形為尺帶截面的中間部分為一段小半徑圓弧，其具有半徑值R1及展開角度2α，兩側對稱延伸有直線段或一段大半徑圓弧，其用半徑R2及展開角度θ表示，直線段的情形則R2為無窮大，展開角度為0度；尺帶底材鋼帶厚度T1為0.100mm≤T1≤0.145mm，並且尺帶的總斜度參數C與尺帶底材鋼帶厚度T1之間滿足C≥108/(62+1200T1) (1)式(1)中總斜度參數C為C＝2(S1t1+S2t2)/W (2)式(2)中t1為小半徑圓弧的中點A與小半徑圓弧一側的端點B連線所成線段AB的斜度t1＝tanβ1(3)式(2)中t2為所述端點B與所述直線段或大半徑圓弧的另一端點C連線所成線段BC的斜度t2＝tanβ2(4)式(2)中S1為所述A點到B點的弧長S1＝R1α(5)式(2)中S2為所述B點到C點的弧長S2＝R2θ(6)或者，直線段的情形則S2為所述線段BC的長度S2＝W/2-S1(7)式(2)中W為所述尺帶水平展開狀態下的寬度W＝2(S1+S2)(8)式(3)中β1為線段AB與水平面的夾角；式(4)中β2為線段BC與水平面的夾角；上述各式中各長度、寬度、弧長及半徑參數的單位為mm，角度參數的單位為弧度。
所述總斜度參數C與尺帶底材鋼帶厚度T1之間滿足C≥120/(62+1200T1)。
所述總斜度參數C在尺帶水平展開狀態的寬度W下與尺帶底材鋼帶厚度T1之間滿足W/C≥15.5+300T1or C≤W/(15.5+300T1)。
參考圖3，有助於了解上述的各個參數。由圖3可見，尺帶的彎曲弧度構形是兩側對稱的，中間為一較小圓弧狀的線段，具有一個半徑值R1及展開的角度2α。兩側的延伸為對稱的線段，可以是較大的圓弧狀，用半徑R2及展開角度θ來表示；也可以採用直線狀的線段，也就是半徑R2是無限大，展開角度θ是0度。再看參考圖3所示，中間部份的小半徑圓弧，半徑為R1，圓心為O1，角度α就是線段O1A與線段O1B的夾角。對稱的兩側延伸段的半徑為R2，其圓心在O2上，角度θ就是線段O2B與線段O2C的夾角。S1表示的是從A點到B點具有半徑R1的弧長，S2表示的是從B點到C點具有半徑R2的弧長，如果是直線段，S2就是線段BC的長度。A點到B點的水平寬度即為W1，垂直高度為H1。B點到C點的水平寬度為W2；垂直高度為H2。H表示尺帶弧度的總高度。另外，參考圖4所示可知，W表示尺帶在展開攤成平面構形時尺帶的寬度，T表示尺帶含烤漆或其它包覆層的總厚度，T1代表沒有烤漆或其它包覆層的尺帶底材鋼帶的厚度。
經研究，我們發現影響尺帶挺立度的因素大概有尺帶的寬度、厚度、硬度、尺鉤重量、以及尺帶的凹凸弧度構形。這裡，我們將不討論尺鉤重量的影響，因為不同尺鉤的重量一般沒有太大的差別，對挺立度的影響較小，且挺立度的量測已經包括尺鉤重量的部分。所以我們考察的重點就在尺帶的寬度、厚度、及凹凸弧度構形這三個因素。其中最重要的部份就是尺帶的凹凸弧度構形，也是我們訴求的重點。
也就是說，我們經研究發現影響尺帶挺立度的因素中最重要的因素是尺帶的凹凸彎曲弧度構形。理想的凹凸弧度構形可以強化挺立度，讓挺立度達到令人滿意的長度，當然這也有極限存在，這是因為尺帶還需要被順暢地回收，並且攤平收卷於轉輪上面。所以除了強化挺立度是一個目標外，還需考慮到實用性，即需要讓尺帶還可以順利地被回收收卷於轉輪上。過高的挺立度，表示其凹凸弧度越彎曲，也就越難被收卷於轉輪上。
我們經由研究、分析捲尺的尺帶凹凸弧度構形的尺寸及參數，發現採用本發明尺帶的凹凸弧度構形，在尺帶底材鋼帶厚度T1一定的情況下，尺帶的挺立度L跟上述定義的總斜度參數C的比值的變化非常小，基本為一常數。比如，在尺帶底材鋼帶厚度T1為0.115mm情況下，該比值約等於200(T1以mm為單位，L以英寸inch為單位)。也就是說，在尺帶底材鋼帶厚度T1為0.115mm情況下，如果要確保挺立度L達到至少是9ft以上，則只需所設計的尺帶的凹凸弧度構形的總斜度參數C在0.54以上即可。類似地，在尺帶底材鋼帶厚度T1為0.115mm情況下，如果要確保挺立度L達到至少是10ft以上，則只需所設計的尺帶的凹凸弧度構形的總斜度參數C在0.6以上即可。
由此可見，總斜度參數C值可以用來預估尺帶挺立度的長度。也就是說，假如我們希望製作出來的尺帶的挺立度達到某一預設值，無需象以往那樣，只有等到產品製作完成以後，經實際測量才能知曉其挺立度是否合格。而現在則在設計階段即可根據設計的尺寸參數數據計算總斜度參數C值，看C值是否合乎要求，進而調整設計並適當更改參數數據即可達到目標，省去了煩瑣的樣品製作過程，尤其是減少了模具的浪費。一個實際的例子是我們使用W＝41.3mm、T1＝0.115mm的尺帶，設定的挺立度11ft(L＝132」)。利用上面L/C的比值約等於200的條件，可以得出總斜度參數應該取C＝0.66。設計的尺帶的尺寸參數數據如下R1＝15mm，α＝40.5°，R2＝75mm，θ＝7.68°，S1＝10.60mm，S2＝10.05mm，t1＝0.369，t2＝0.977，這樣可以推算出總斜度參數為C＝0.665，利用L/C約等於200的比值推算其挺立度約133」。經生產試樣，經過烤漆包覆後的尺帶總厚度T約在0.15mm～0.16mm之間，實際量測出的尺帶挺立度，長度值L約為132」，可見其預估準確性相當高。
另外，考慮挺立度時，如果排除尺帶材料的厚度及硬度，這是不現實的，但是這兩個因素可以調整的範圍有限，按照現有的技藝，尺帶底材鋼帶厚度T1幾乎都在0.100mm～0.145mm的範圍，硬度則約在HV510～HV570之間，比不上凹凸弧度構形來的重要。從另一個觀點來看，生產時凹凸弧度是利用模具壓出來的，意思就是凹凸弧度構形一但設定好，就不易更改，從經濟性角度考慮，也不宜更改，但是材料的厚度及硬度，則可以視情況來調整，也就是相同的凹凸弧度模具，可以用來生產不同厚度及硬度的尺帶。
下面我們將要討論的是尺帶底材鋼帶厚度T1對挺立度的影響。首先我們要說明的是為何我們只考慮尺帶底材鋼帶厚度，而不是考慮控制尺帶(含烤漆或包覆層)的總厚度，因為烤漆或其它包覆層的硬度遠比底材鋼帶的硬度來得小，也就是烤漆或其它包覆層對挺立度的影響並不大，所以我們只需討論底材鋼帶厚度的影響因素即可。經研究發現，相應於不同的尺帶底材鋼帶厚度T1，只要尺帶的總斜度參數C與T1之間滿足C≥108/(62+1200T1)，則可確保尺帶的挺立度為至少9ft，同理，如果要求尺帶的挺立度為至少10ft，則只要尺帶的總斜度參數C與T1之間滿足C≥120/(62+1200T1)即可。該結論的得出最直接的方法就是實際測試。
首先，我們控制使用相同的尺帶凹凸弧度構形、控制其硬度在相同的等級、同樣地烤漆及尺鉤重量等等，也就是只改變底材鋼帶的厚度。底下是兩個測試的實例，一是寬度為25mm的尺帶，底材鋼帶厚度為0.115mm時，量測出的挺立度約97」長，但底材鋼帶如果改用0.100mm厚度的等級，其尺帶挺立度會變短到約88」左右。底材鋼帶如果改用0.130mm厚度的等級，其尺帶挺立度會加長到約106」左右。很顯然地，使用厚度0.115mm的底材鋼帶材料為基準，厚度減少或增加0.015mm(約為0.115mm的13％)，變成0.100mm或0.130mm時，其尺帶挺立度相應約減少或增加9」的長度(約為98」的9％)。另一個實際例子是寬度41.3mm的尺帶，如果使用厚度0.115mm的底材鋼帶材料，其挺立度約為132」左右，但是改用厚度為0.130mm或0.145mm的底材鋼帶材料時，其挺立度將加長12」或24」到約144」或156」的程度，同樣地，以0.115mm厚度為準，厚度每增加約0.015mm(13％)時，挺立度相應約略會增加12」(9％)的長度。
兩個實例可以簡單歸納如下結果，就是尺帶使用相同的凹凸彎曲弧度構形時，C值是固定的，當厚度T1是0.115mm時，L/C比值約為200，當厚度變化約13％，即增加或減少0.015mm時，挺立度會相對增加或減少約9％，表示L/C的比值也需要相對變化為218(增加9％)或182(減少9％)，這些條件利用數學的線性回歸方法，可以得到考慮厚度因素時的L/C比值關係式，簡單表示如下L/C＝62+1200T1or C＝L/(62+1200T1)由此可見，針對不同的尺帶底材鋼帶厚度，如果同樣需要挺立度至少9ft或10ft以上，那麼總斜度參數C的值就應該需要進行相應的修正，這樣就得到了尺帶的總斜度參數C與T1之間需滿足C≥108/(62+1200T1)或C≥120/(62+1200T1)的結論。
另外，我們還發現W/C值是一個重要的比值。首先我們來解釋一下這個比值代表的意義，W是尺帶展開攤平狀態下的寬度，C是總斜度參數值，C值越大表示尺帶凹凸彎曲弧度會越大，事實上C值在尺帶底材鋼帶厚度一定的情況下是與尺寸無關的一個常數。前面我們已經發現，如果要求更高的挺立度，那麼也就需要更大的C值。但是，對於寬度不夠寬的尺帶，如果其凹凸弧度構形的彎曲過大，則尺帶根本無法被順利的展開成平面構形，也就是尺帶難以被順暢地卷收於轉輪上。基於這個理由，尺帶要安全順暢的被回收於殼體內，我們發現，在尺帶底材鋼帶厚度為0.115mm情況下，W/C的比值應該不要小於50，過小的W/C值，將導致尺帶難以被回收的危險性加大，這樣設定之後，如希望尺帶的挺立度至少9ft以上，或者說是C值至少0.54以上，則可以推論出尺帶的平面構形寬度應該至少27mm以上，而如希望尺帶的挺立度至少10ft以上，或者說是C值至少0.60以上，則可以推論出尺帶的平面構形寬度應該至少30mm以上。因此，比值W/C不要小於某一定值的條件，基本上可以輔助我們找到更理想的尺帶弧度，而不用擔心因為彎曲弧度過大，以至於導致尺帶難以順暢且有效率的被收捲起來。
底下我們也有實際例子可以驗證這一點，尺帶凹凸弧度構型的各個尺寸參數如下寬度W＝35mm，T1＝0.115mm，中間部分半徑R1＝11.5mm，夾角α＝45°，兩側半徑R2＝45mm，夾角θ＝10.78°，可以推算S1＝9.03mm，S2＝8.47mm，t1＝0.414，t2＝1.208，這樣的構形其總斜度參數是C＝0.798，挺立度長度幾乎可以達到4m的長度。所以推算W/C的比值等於43.86。實際將尺帶裝配起來，可以發現尺帶根本很難被完全攤平成平面狀，轉輪很難一圈一圈地將尺帶平整的收卷好。
相同的道理，厚度是否也會影響尺帶回收的順暢度？實際上是，在相同的尺帶凹凸弧度構形之下、相同的尺帶烤漆或其它包覆層條件之下，尺帶底材鋼帶厚度越厚，越難被展開成平面狀，也就是越難以被順利地收卷於轉輪上。同樣用底材鋼帶厚度為0.115mm的尺帶為基準，我們設定要可以順利回收尺帶的條件是W/C比值不得小於50。當底材鋼帶的厚度增加時，它的攤平難度是增加的，已就是表示這個W/C的比值，應該相對地調整增加一些；當底材鋼帶厚度減少時，這個比值就可以再降低一些，同樣地，我們可以利用底材鋼帶厚度和挺立度的變化關係，來處理因為底材鋼帶厚度變化時W/C值的調整。例如底材鋼帶厚度由0.115變為0.130時，增加0.015(約13％)，此時W/C的比值50會相對增加約9％而已，即Δ(W/C)＝50×0.09＝4.5，由此推算出Δ(W/C)/ΔT1＝4.5/0.015＝300。因此而得出尺帶水平展開狀態下的寬度W與所述總斜度參數C的比值需滿足W/C≥15.5+300T1或C≤W/(15.5+300T1)。事實上這個比值只是提供我們設計時的參考而已，避免因為一味的提高挺立度，而忽略尺帶回收的問題。
與現有技術相比，本發明的優點在於1、捲尺的尺帶挺立度達到至少9英尺甚或至少10英尺，同時還可確保尺帶可順暢地收卷於轉輪上；2、在尺帶的尺帶凹凸弧度構形為本發明所述構形情況下，可通過總斜度參數C值及W/C值的計算，調整具體的尺寸參數，使生產製作出的捲尺的尺帶具有預設的彎曲弧度構形以確保其挺立度達到至少9英尺甚或至少10英尺，同時還可確保尺帶可順暢地收卷於轉輪上。並且在尺帶具體的尺帶凹凸弧度也即具體的尺寸參數確定的情況下，還可通過具體生產過程中對尺帶底材鋼帶厚度的選擇，在同一模具上生產製作出具有不同尺帶挺立度的捲尺，因而比較經濟。
圖1為本發明實施例捲尺的結構示意圖；圖2為圖1所示捲尺的右視圖；圖3為圖1中捲尺的尺帶水平拉出狀態下的橫截面示意圖；圖4為圖3中尺帶展開攤平狀態下的橫截面示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
由圖1、圖2所示可見，本發明實施例捲尺具有殼體1，殼體1內設有轉輪2(請在您提供的圖中標出各部件名稱，謝謝！)，轉輪2內預置有窩卷式彈簧帶3，彈簧帶3的外端伸出轉輪2外，並且與尺帶4末端相互連接，尺帶4的最前端設有尺鉤5。參考圖3、圖4可見，尺帶4拉出於殼體1外，呈有凹凸弧度的構形，而收卷於殼體1內的轉輪2上，則被展開攤成平面狀。由圖3可見，尺帶4的彎曲弧度構形是兩側對稱的，中間為一較小圓弧狀的線段，具有一個半徑值R1及展開的角度2α。兩側的延伸為對稱的較大的圓弧狀，用半徑R2及展開角度θ來表示；也可以採用直線狀的線段，也就是半徑R2是無限大，展開角度θ是0度。再看參考圖3所示，中間部份的圓弧半徑R1的圓心為O1，角度α就是線段O1A與線段O1B的夾角。對稱的兩側延伸段的半徑R2，其圓心在O2上，角度θ就是線段O2B與線段O2C的夾角。S1表示的是從A點到B點具有半徑R1的弧長，S2表示的是從B點到C點具有半徑R2的弧長，如果是直線段，S2就是線段BC的長度。A點到B點的水平寬度即為W1，垂直高度為H1。B點到C點的水平寬度為W2；垂直高度為H2。H表示弧度的總高度。另外，參考圖4所示可知，W表示尺帶4在展開攤成平面構形時尺帶4的寬度，T表示尺帶4含烤漆或其它包覆層6的總厚度，T1代表沒有烤漆或其它包覆層6的尺帶底材鋼帶7的厚度。
以下根據上述捲尺的結構針對尺帶的構形提供了9個具體實施例及8個對比例，分別列於表1和表2中。
由表中可見，表1中所有具體實施例捲尺的挺立度均在9ft以上，長的達13ft，且經實際使用，其均可被順暢地卷收於轉輪上。
表2中所示對比例，經實際使用、測量，發現對比例中的對比例1～4，其雖然可被順暢地卷收於轉輪上，但挺立度不符合要求；對比例5則不僅挺立度稍有不足，而且根本不能被順暢地卷收於轉輪上；對比例6～8則雖然挺立度符合要求，但很難被順暢地卷收於轉輪上。
表1具體實施例
表2對比例
權利要求
1.一種具有強挺立度的捲尺，它具有殼體，殼體內設有轉輪，轉輪內預置有窩卷式彈簧帶，彈簧帶的外端伸出轉輪外，並且與尺帶末端相互連接，尺帶的最前端設有尺鉤；尺帶拉出於殼體外，呈有凹凸弧度的構形，而收卷於殼體內的轉輪上，則被展開攤成平面狀；尺帶的構形呈兩側對稱，其特徵在於所述尺帶拉出狀態下的構形為尺帶截面的中間部分為一段小半徑圓弧，其具有半徑值R1及展開角度2α，兩側對稱延伸有直線段或一段大半徑圓弧，其用半徑R2及展開角度θ表示，直線段的情形則R2為無窮大，展開角度為0度；尺帶底材鋼帶厚度T1為0.100mm≤T1≤0.145mm，並且尺帶的總斜度參數C與尺帶底材鋼帶厚度T1之間滿足C≥108/(62+1200T1) (1)式(1)中總斜度參數C為C＝2(S1t1+S2t2)/W(2)式(2)中t1為小半徑圓弧的中點A與小半徑圓弧一側的端點B連線所成線段AB的斜度t1＝tanβ1(3)式(2)中t2為所述端點B與所述直線段或大半徑圓弧的另一端點C連線所成線段BC的斜度t2＝tanβ2(4)式(2)中S1為所述A點到B點的弧長S1＝R1α(5)式(2)中S2為所述B點到C點的弧長S2＝R2θ(6)或者，直線段的情形則S2為所述線段BC的長度S2＝W/2-S1(7)式(2)中W為所述尺帶水平展開狀態下的寬度W＝2(S1+S2)(8)式(3)中β1為線段AB與水平面的夾角；式(4)中β2為線段BC與水平面的夾角；上述各式中各長度、寬度、弧長及半徑參數的單位為mm，角度參數的單位為弧度。
2.根據權利要求1所述的具有強挺立度的捲尺，其特徵在於所述總斜度參數C與尺帶底材鋼帶厚度T1之間滿足C≥120/(62+1200T1)。
3.根據權利要求1或2所述的具有強挺立度的捲尺，其特徵在於所述尺帶水平展開狀態下的寬度W與所述總斜度參數C的比值滿足W/C≥15.5+300T1。
全文摘要
本發明公開了一種具有強挺立度的捲尺，它具有殼體，殼體內設有轉輪，轉輪內預置有窩卷式彈簧帶，彈簧帶的外端伸出轉輪外，並且與尺帶末端相互連接，尺帶的最前端設有尺鉤；尺帶拉出於殼體外，呈有凹凸弧度的構形，而收卷於殼體內的轉輪上，則被展開攤成平面狀；尺帶的構形呈兩側對稱，其特徵在於所述尺帶拉出狀態下的構形為尺帶截面的中間部分為一段小半徑圓弧，兩側對稱延伸有直線段或一段大半徑圓弧，尺帶底材鋼帶厚度T
文檔編號G01B3/10GK1760628SQ20051006146
公開日2006年4月19日 申請日期2005年11月8日 優先權日2005年11月8日
發明者廖鍕燕 申請人:廖鍕燕