专利名称：具有强挺立度的卷尺的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可自动缩回的卷尺，尤其是涉及可自动缩回卷尺的尺带，该尺带水平拉出时，可藉由其本身的凹凸弯曲弧度构形支撑本身的重量及前端尺钩的重量，使其挺立度达到至少9ft以上。
背景技术：
可自动缩回的卷尺是建筑、装修、测量等行业的一种常用工具。该类型的卷尺通常具有一个壳体，壳体内设有一个转轮，转轮内预置有窝卷式弹簧带，弹簧带外端伸出转轮外，并且与尺带相互连接。尺带最前端有一个尺钩，尺带拉出于壳体外，其横切面呈有凹凸弯曲弧度的构形状，收卷于壳体内转轮上，则凹凸弯曲弧形状会被展开摊平成平面状，以利回收的顺畅。
对于专业人员尤其是建筑、装修行业的专业人员而言，卷尺的诸多特性中有两方面的特性显得尤为重要。一是尺带的预设长度，其关系到卷尺一次所能丈量的最大长度；二是尺带的挺立度。尺带的挺立度是指，尺带水平拉出时，可以利用其本身的凹凸弯曲弧度构形，来支撑本身的重量及前端尺钩的重量，并且保持挺立不崩落的特性。显然，如尺带具有较长的挺立度，则有利于使用者单人操作时方便地进行测量。再者，挺立度的长短现在也已经成为衡量尺带质量的一个重要指标，因而对尺带的挺立度，现在的诉求是越长越好。
基于对挺立度的诉求，Stanley公司的美国专利US 6,324,769公开了一项关于卷尺的尺带挺立度方面的技术解决方案，该专利将尺带的宽度(1.10”～1.5”)、高度(0.25”～0.40”)、厚度(0.0045”～0.0063”)、及弧度半径值(R1＝0.30”～0.60”；R2＝1.0”～5.0”)等等列出范围，诉求挺立度至少10.5ft(3.2m)以上，以及一个97％的弯曲比值。实际上满足这些条件的尺带，并不能保证挺立度一定10.5ft以上，例如取尺带宽度1.25”(31.75mm)，高度0.25”(6.35mm)，即使尺带厚度是取最厚的0.0063”(0.16mm)，所得出的尺带挺立度，也肯定无法达到10.5ft的长度。换句话说，Stanley所设定的宽度、高度、厚度等尺寸范围，根本跟挺立度10.5ft没有直接的关系，只是在这些范围内，存在挺立度满足10.5ft以上的一小部分区域。事实上，影响尺带挺立度的因素较多，尺带的凹凸弯曲弧度构形、尺带的厚度、硬度、尺钩重量等等均对尺带的挺立度有影响。
由上可见，很有必要对影响尺带挺立度的因素加以研究，以确定如何才能设计、生产出挺立度优异的卷尺来，以满足使用者对挺立度的要求。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题之一是针对现有技术现状而提供一种具有强挺立度的卷尺，该卷尺的尺带具有预设的弯曲弧度构形以确保其挺立度达到至少9英尺。
本实用新型所要解决的技术问题之二是针对现有技术现状而提供一种具有强挺立度的卷尺，该卷尺的尺带具有预设的弯曲弧度构形以确保其挺立度达到至少10英尺。
本实用新型所要解决的技术问题之三是针对现有技术现状而提供一种具有强挺立度的卷尺，该卷尺的尺带具有预设的弯曲弧度构形以确保其挺立度达到至少9英尺，同时还可确保尺带可顺畅地收卷于转轮上。
本实用新型所要解决的技术问题之四是针对现有技术现状而提供一种具有强挺立度的卷尺，该卷尺的尺带具有预设的弯曲弧度构形以确保其挺立度达到至少10英尺，同时还可确保尺带可顺畅地收卷于转轮上。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为该具有强挺立度的卷尺，它具有壳体，壳体内设有转轮，转轮内预置有窝卷式弹簧带，弹簧带的外端伸出转轮外，并且与尺带末端相互连接，尺带的最前端设有尺钩；尺带拉出于壳体外，呈有凹凸弧度的构形，而收卷于壳体内的转轮上，则被展开摊成平面状；尺带的构形呈两侧对称，其特征在于所述尺带拉出状态下的构形为尺带截面的中间部分为一段小半径圆弧，其具有半径值R1及展开角度2α，两侧对称延伸有直线段或一段大半径圆弧，其用半径R2及展开角度θ表示，直线段的情形则R2为无穷大，展开角度为0度；尺带底材钢带厚度T1为0.100mm≤T1≤0.145mm，并且尺带的总斜度参数C与尺带底材钢带厚度T1之间满足C≥108/(62+1200T1) (1)式(1)中总斜度参数C为C＝2(S1t1+S2t2)/W(2)式(2)中t1为小半径圆弧的中点A与小半径圆弧一侧的端点B连线所成线段AB的斜度t1＝tanβ1(3)式(2)中t2为所述端点B与所述直线段或大半径圆弧的另一端点C连线所成线段BC的斜度t2＝tanβ2(4)式(2)中S1为所述A点到B点的弧长S1＝R1α (5)式(2)中S2为所述B点到C点的弧长S2＝R2θ (6)或者，直线段的情形则S2为所述线段BC的长度S2＝W/2-S1(7)式(2)中W为所述尺带水平展开状态下的宽度W＝2(S1+S2)(8)式(3)中β1为线段AB与水平面的夹角；式(4)中β2为线段BC与水平面的夹角；
上述各式中各长度、宽度、弧长及半径参数的单位为mm，角度参数的单位为弧度。
所述总斜度参数C与尺带底材钢带厚度T1之间满足C≥120/(62+1200T1)。
所述总斜度参数C在尺带水平展开状态的宽度W下与尺带底材钢带厚度T1之间满足W/C≥15.5+300T1or C≤W/(15.5+300T1)。
参考图3，有助于了解上述的各个参数。由图3可见，尺带的弯曲弧度构形是两侧对称的，中间为一较小圆弧状的线段，具有一个半径值R1及展开的角度2α。两侧的延伸为对称的线段，可以是较大的圆弧状，用半径R2及展开角度θ来表示；也可以采用直线状的线段，也就是半径R2是无限大，展开角度θ是0度。再看参考图3所示，中间部份的小半径圆弧，半径为R1，圆心为O1，角度α就是线段O1A与线段O1B的夹角。对称的两侧延伸段的半径为R2，其圆心在O2上，角度θ就是线段O2B与线段O2C的夹角。S1表示的是从A点到B点具有半径R1的弧长，S2表示的是从B点到C点具有半径R2的弧长，如果是直线段，S2就是线段BC的长度。A点到B点的水平宽度即为W1，垂直高度为H1。B点到C点的水平宽度为W2；垂直高度为H2。H表示尺带弧度的总高度。另外，参考图4所示可知，W表示尺带在展开摊成平面构形时尺带的宽度，T表示尺带含烤漆或其它包覆层的总厚度，T1代表没有烤漆或其它包覆层的尺带底材钢带的厚度。
经研究，我们发现影响尺带挺立度的因素大概有尺带的宽度、厚度、硬度、尺钩重量、以及尺带的凹凸弧度构形。这里，我们将不讨论尺钩重量的影响，因为不同尺钩的重量一般没有太大的差别，对挺立度的影响较小，且挺立度的量测已经包括尺钩重量的部分。所以我们考察的重点就在尺带的宽度、厚度、及凹凸弧度构形这三个因素。其中最重要的部份就是尺带的凹凸弧度构形，也是我们诉求的重点。
也就是说，我们经研究发现影响尺带挺立度的因素中最重要的因素是尺带的凹凸弯曲弧度构形。理想的凹凸弧度构形可以强化挺立度，让挺立度达到令人满意的长度，当然这也有极限存在，这是因为尺带还需要被顺畅地回收，并且摊平收卷于转轮上面。所以除了强化挺立度是一个目标外，还需考虑到实用性，即需要让尺带还可以顺利地被回收收卷于转轮上。过高的挺立度，表示其凹凸弧度越弯曲，也就越难被收卷于转轮上。
我们经由研究、分析卷尺的尺带凹凸弧度构形的尺寸及参数，发现采用本实用新型尺带的凹凸弧度构形，在尺带底材钢带厚度T1一定的情况下，尺带的挺立度L跟上述定义的总斜度参数C的比值的变化非常小，基本为一常数。比如，在尺带底材钢带厚度T1为0.115mm情况下，该比值约等于200(T1以mm为单位，L以英寸inch为单位)。也就是说，在尺带底材钢带厚度T1为0.115mm情况下，如果要确保挺立度L达到至少是9ft以上，则只需所设计的尺带的凹凸弧度构形的总斜度参数C在0.54以上即可。类似地，在尺带底材钢带厚度T1为0.115mm情况下，如果要确保挺立度L达到至少是10ft以上，则只需所设计的尺带的凹凸弧度构形的总斜度参数C在0.6以上即可。
由此可见，总斜度参数C值可以用来预估尺带挺立度的长度。也就是说，假如我们希望制作出来的尺带的挺立度达到某一预设值，无需象以往那样，只有等到产品制作完成以后，经实际测量才能知晓其挺立度是否合格。而现在则在设计阶段即可根据设计的尺寸参数数据计算总斜度参数C值，看C值是否合乎要求，进而调整设计并适当更改参数数据即可达到目标，省去了烦琐的样品制作过程，尤其是减少了模具的浪费。一个实际的例子是我们使用W＝41.3mm、T1＝0.115mm的尺带，设定的挺立度11ft(L＝132”)。利用上面L/C的比值约等于200的条件，可以得出总斜度参数应该取C＝0.66。设计的尺带的尺寸参数数据如下R1＝15mm，α＝40.5°，R2＝75mm，θ＝7.68°，S1＝10.60mm，S2＝10.05mm，t1＝0.369，t2＝0.977，这样可以推算出总斜度参数为C＝0.665，利用L/C约等于200的比值推算其挺立度约133”。经生产试样，经过烤漆包覆后的尺带总厚度T约在0.15mm～0.16mm之间，实际量测出的尺带挺立度，长度值L约为132”，可见其预估准确性相当高。
另外，考虑挺立度时，如果排除尺带材料的厚度及硬度，这是不现实的，但是这两个因素可以调整的范围有限，按照现有的技艺，尺带底材钢带厚度T1几乎都在0.100mm～0.145mm的范围，硬度则约在HV510～HV570之间，比不上凹凸弧度构形来的重要。从另一个观点来看，生产时凹凸弧度是利用模具压出来的，意思就是凹凸弧度构形一但设定好，就不易更改，从经济性角度考虑，也不宜更改，但是材料的厚度及硬度，则可以视情况来调整，也就是相同的凹凸弧度模具，可以用来生产不同厚度及硬度的尺带。
下面我们将要讨论的是尺带底材钢带厚度T1对挺立度的影响。首先我们要说明的是为何我们只考虑尺带底材钢带厚度，而不是考虑控制尺带(含烤漆或包覆层)的总厚度，因为烤漆或其它包覆层的硬度远比底材钢带的硬度来得小，也就是烤漆或其它包覆层对挺立度的影响并不大，所以我们只需讨论底材钢带厚度的影响因素即可。经研究发现，相应于不同的尺带底材钢带厚度T1，只要尺带的总斜度参数C与T1之间满足C≥108/(62+1200T1)，则可确保尺带的挺立度为至少9ft，同理，如果要求尺带的挺立度为至少10ft，则只要尺带的总斜度参数C与T1之间满足C≥120/(62+1200T1)即可。该结论的得出最直接的方法就是实际测试。
首先，我们控制使用相同的尺带凹凸弧度构形、控制其硬度在相同的等级、同样地烤漆及尺钩重量等等，也就是只改变底材钢带的厚度。底下是两个测试的实例，一是宽度为25mm的尺带，底材钢带厚度为0.115mm时，量测出的挺立度约97”长，但底材钢带如果改用0.100mm厚度的等级，其尺带挺立度会变短到约88”左右。底材钢带如果改用0.130mm厚度的等级，其尺带挺立度会加长到约106”左右。很显然地，使用厚度0.115mm的底材钢带材料为基准，厚度减少或增加0.015mm(约为0.115mm的13％)，变成0.100mm或0.130mm时，其尺带挺立度相应约减少或增加9”的长度(约为98”的9％)。另一个实际例子是宽度41.3mm的尺带，如果使用厚度0.115mm的底材钢带材料，其挺立度约为132”左右，但是改用厚度为0.130mm或0.145mm的底材钢带材料时，其挺立度将加长12”或24”到约144”或156”的程度，同样地，以0.115mm厚度为准，厚度每增加约0.015mm(13％)时，挺立度相应约略会增加12”(9％)的长度。
两个实例可以简单归纳如下结果，就是尺带使用相同的凹凸弯曲弧度构形时，C值是固定的，当厚度T1是0.115mm时，L/C比值约为200，当厚度变化约13％，即增加或减少0.015mm时，挺立度会相对增加或减少约9％，表示L/C的比值也需要相对变化为218(增加9％)或182(减少9％)，这些条件利用数学的线性回归方法，可以得到考虑厚度因素时的L/C比值关系式，简单表示如下L/C＝62+1200T1orC＝L/(62+1200T1)由此可见，针对不同的尺带底材钢带厚度，如果同样需要挺立度至少9ft或10ft以上，那么总斜度参数C的值就应该需要进行相应的修正，这样就得到了尺带的总斜度参数C与T1之间需满足C≥108/(62+1200T1)或C≥120/(62+1200T1)的结论。
另外，我们还发现W/C值是一个重要的比值。首先我们来解释一下这个比值代表的意义，W是尺带展开摊平状态下的宽度，C是总斜度参数值，C值越大表示尺带凹凸弯曲弧度会越大，事实上C值在尺带底材钢带厚度一定的情况下是与尺寸无关的一个常数。前面我们已经发现，如果要求更高的挺立度，那么也就需要更大的C值。但是，对于宽度不够宽的尺带，如果其凹凸弧度构形的弯曲过大，则尺带根本无法被顺利的展开成平面构形，也就是尺带难以被顺畅地卷收于转轮上。基于这个理由，尺带要安全顺畅的被回收于壳体内，我们发现，在尺带底材钢带厚度为0.115mm情况下，W/C的比值应该不要小于50，过小的W/C值，将导致尺带难以被回收的危险性加大，这样设定之后，如希望尺带的挺立度至少9ft以上，或者说是C值至少0.54以上，则可以推论出尺带的平面构形宽度应该至少27mm以上，而如希望尺带的挺立度至少10ft以上，或者说是C值至少0.60以上，则可以推论出尺带的平面构形宽度应该至少30mm以上。因此，比值W/C不要小于某一定值的条件，基本上可以辅助我们找到更理想的尺带弧度，而不用担心因为弯曲弧度过大，以至于导致尺带难以顺畅且有效率的被收卷起来。
底下我们也有实际例子可以验证这一点，尺带凹凸弧度构型的各个尺寸参数如下宽度W＝35mm，T1＝0.115mm，中间部分半径R1＝11.5mm，夹角α＝45°，两侧半径R2＝45mm，夹角θ＝10.78°，可以推算S1＝9.03mm，S2＝8.47mm，t1＝0.414，t2＝1.208，这样的构形其总斜度参数是C＝0.798，挺立度长度几乎可以达到4m的长度。所以推算W/C的比值等于43.86。实际将尺带装配起来，可以发现尺带根本很难被完全摊平成平面状，转轮很难一圈一圈地将尺带平整的收卷好。
相同的道理，厚度是否也会影响尺带回收的顺畅度？实际上是，在相同的尺带凹凸弧度构形之下、相同的尺带烤漆或其它包覆层条件之下，尺带底材钢带厚度越厚，越难被展开成平面状，也就是越难以被顺利地收卷于转轮上。同样用底材钢带厚度为0.115mm的尺带为基准，我们设定要可以顺利回收尺带的条件是W/C比值不得小于50。当底材钢带的厚度增加时，它的摊平难度是增加的，已就是表示这个W/C的比值，应该相对地调整增加一些；当底材钢带厚度减少时，这个比值就可以再降低一些，同样地，我们可以利用底材钢带厚度和挺立度的变化关系，来处理因为底材钢带厚度变化时W/C值的调整。例如底材钢带厚度由0.115变为0.130时，增加0.015(约13％)，此时W/C的比值50会相对增加约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。因此而得出尺带水平展开状态下的宽度W与所述总斜度参数C的比值需满足W/C≥15.5+300T1或C≤W/(15.5+300T1)。事实上这个比值只是提供我们设计时的参考而已，避免因为一味的提高挺立度，而忽略尺带回收的问题。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于1、卷尺的尺带挺立度达到至少9英尺甚或至少10英尺，同时还可确保尺带可顺畅地收卷于转轮上；2、在尺带的尺带凹凸弧度构形为本实用新型所述构形情况下，可通过总斜度参数C值及W/C值的计算，调整具体的尺寸参数，使生产制作出的卷尺的尺带具有预设的弯曲弧度构形以确保其挺立度达到至少9英尺甚或至少10英尺，同时还可确保尺带可顺畅地收卷于转轮上。并且在尺带具体的尺带凹凸弧度也即具体的尺寸参数确定的情况下，还可通过具体生产过程中对尺带底材钢带厚度的选择，在同一模具上生产制作出具有不同尺带挺立度的卷尺，因而比较经济。
图1为本实用新型实施例卷尺的结构示意图；图2为图1所示卷尺的右视图；图3为图1中卷尺的尺带水平拉出状态下的横截面示意图；图4为图3中尺带展开摊平状态下的横截面示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
由图1、图2所示可见，本实用新型实施例卷尺具有壳体1，壳体1内设有转轮2(请在您提供的图中标出各部件名称，谢谢！)，转轮2内预置有窝卷式弹簧带3，弹簧带3的外端伸出转轮2外，并且与尺带4末端相互连接，尺带4的最前端设有尺钩5。参考图3、图4可见，尺带4拉出于壳体1外，呈有凹凸弧度的构形，而收卷于壳体1内的转轮2上，则被展开摊成平面状。由图3可见，尺带4的弯曲弧度构形是两侧对称的，中间为一较小圆弧状的线段，具有一个半径值R1及展开的角度2α。两侧的延伸为对称的较大的圆弧状，用半径R2及展开角度θ来表示；也可以采用直线状的线段，也就是半径R2是无限大，展开角度θ是0度。再看参考图3所示，中间部份的圆弧半径R1的圆心为O1，角度α就是线段O1A与线段O1B的夹角。对称的两侧延伸段的半径R2，其圆心在O2上，角度θ就是线段O2B与线段O2C的夹角。S1表示的是从A点到B点具有半径R1的弧长，S2表示的是从B点到C点具有半径R2的弧长，如果是直线段，S2就是线段BC的长度。A点到B点的水平宽度即为W1，垂直高度为H1。B点到C点的水平宽度为W2；垂直高度为H2。H表示弧度的总高度。另外，参考图4所示可知，W表示尺带4在展开摊成平面构形时尺带4的宽度，T表示尺带4含烤漆或其它包覆层6的总厚度，T1代表没有烤漆或其它包覆层6的尺带底材钢带7的厚度。
以下根据上述卷尺的结构针对尺带的构形提供了9个具体实施例及8个对比例，分别列于表1和表2中。
由表中可见，表1中所有具体实施例卷尺的挺立度均在9ft以上，长的达13ft，且经实际使用，其均可被顺畅地卷收于转轮上。
表2中所示对比例，经实际使用、测量，发现对比例中的对比例1～4，其虽然可被顺畅地卷收于转轮上，但挺立度不符合要求；对比例5则不仅挺立度稍有不足，而且根本不能被顺畅地卷收于转轮上；对比例6～8则虽然挺立度符合要求，但很难被顺畅地卷收于转轮上。
表1具体实施例
表2对比例
权利要求1.一种具有强挺立度的卷尺，它具有壳体，壳体内设有转轮，转轮内预置有窝卷式弹簧带，弹簧带的外端伸出转轮外，并且与尺带末端相互连接，尺带的最前端设有尺钩；尺带拉出于壳体外，呈有凹凸弧度的构形，而收卷于壳体内的转轮上，则被展开摊成平面状；尺带的构形呈两侧对称，其特征在于所述尺带拉出状态下的构形为尺带截面的中间部分为一段小半径圆弧，其具有半径值R1及展开角度2α，两侧对称延伸有直线段或一段大半径圆弧，其用半径R2及展开角度θ表示，直线段的情形则R2为无穷大，展开角度为0度；尺带底材钢带厚度T1为0.100mm≤T1≤0.145mm，并且尺带的总斜度参数C与尺带底材钢带厚度T1之间满足C≥108/(62+1200T1)(1)式(1)中总斜度参数C为C＝2(S1t1+S2t2)/W(2)式(2)中t1为小半径圆弧的中点A与小半径圆弧一侧的端点B连线所成线段AB的斜度t1＝tanβ1(3)式(2)中t2为所述端点B与所述直线段或大半径圆弧的另一端点C连线所成线段BC的斜度t2＝tanβ2(4)式(2)中S1为所述A点到B点的弧长S1＝R1α(5)式(2)中S2为所述B点到C点的弧长S2＝R2θ(6)或者，直线段的情形则S2为所述线段BC的长度S2＝W/2-S1(7)式(2)中W为所述尺带水平展开状态下的宽度W＝2(S1+S2)(8)式(3)中β1为线段AB与水平面的夹角；式(4)中β2为线段BC与水平面的夹角；上述各式中各长度、宽度、弧长及半径参数的单位为mm，角度参数的单位为弧度。
2.根据权利要求1所述的具有强挺立度的卷尺，其特征在于所述总斜度参数C与尺带底材钢带厚度T1之间满足C≥120/(62+1200T1)。
3.根据权利要求1或2所述的具有强挺立度的卷尺，其特征在于所述尺带水平展开状态下的宽度W与所述总斜度参数C的比值满足W/C≥15.5+300T1。
专利摘要本实用新型公开了一种具有强挺立度的卷尺，它具有壳体，壳体内设有转轮，转轮内预置有窝卷式弹簧带，弹簧带的外端伸出转轮外，并且与尺带末端相互连接，尺带的最前端设有尺钩；尺带拉出于壳体外，呈有凹凸弧度的构形，而收卷于壳体内的转轮上，则被展开摊成平面状；尺带的构形呈两侧对称，其特征在于所述尺带拉出状态下的构形为尺带截面的中间部分为一段小半径圆弧，两侧对称延伸有直线段或一段大半径圆弧，尺带底材钢带厚度T
文档编号G01B3/10GK2869762SQ200520116248
公开日2007年2月14日 申请日期2005年11月8日 优先权日2005年11月8日
发明者廖鍕燕 申请人:廖鍕燕