具有防反向驱动特征的一体式平开窗操作器及锁的制作方法

本申请要求于2017年8月21日提交的题目为“integratedcasementwindowoperatorandlockwithanti-backdrivefeature(具有防反向驱动特征的一体式平开窗操作器及锁)”的美国临时专利申请no.62/548,260的权益，并且还要求于2018年4月19日提交的题目为“integratedcasementwindowoperatorandlockwithanti-backdrivefeature(具有防反向驱动特征的一体式平开窗操作器及锁)”的美国临时专利申请no.62/660,135的权益，所述两个申请均通过参引全部并入本文中。

本发明涉及平开窗，特别是用于平开窗的操作器及锁。

背景技术：

平开窗是其窗扇通过铰链附接至框架使得窗扇能够摆进摆出以关闭或打开由框架限定的开口的窗。平开窗相比于滑动窗比如双悬窗或侧向滑动窗具有一定的优势。特别是，滑动窗可能难以密封来防止空气渗透，这是因为窗扇必须靠着空气密封垫圈或挡风雨条滑动。这通常意味着滑动窗扇不能紧密配合，并且选择用于密封的材料以避免过度摩擦和磨损。然而，平开窗扇可以摆动到与密封件接触，从而避免任何摩擦并且使得密封件的磨损最小。

然而，平开窗的缺点是通常必须使用操作器。在美国专利no.7,464,619中公开了与平开窗一起使用的典型操作器的示例，所述专利在此通过引用全部并入本文中。这种复杂的操作器增加了窗的费用和复杂性。此外，平开窗通常具有独立的锁定系统，以提供阻止未经授权的进出的安全性。这些系统会增加窗操作的复杂性以及费用。这些因素导致平开窗在低成本建筑中的使用频率降低。

已经进行了先前的尝试以提供一种简单的一体式平开窗操作器，该一体式平开窗操作器在单个装置中结合了操作和锁定功能。示例为题目为“integratedcasementwindowoperatorandlock(一体式平开窗操作器及锁)”的美国专利申请no.15/403466中描述的装置，该专利申请在此通过引用全部并入本文中。然而，该装置的缺点在于它易于反向驱动，从而能够通过窗而进行未经授权的进出，并且用于固定锁定点的钩装置减损了装置的美学外观。

行业中仍然需要一种将锁定功能结合在一个装置中并解决上述缺点的简单的平开窗操作器。

技术实现要素：

本发明的各实施方式解决了行业中的需求，即提供了一种包括提供防反向驱动特征的简单的平开窗操作器，该平开窗操作器将锁定功能结合在一个装置中并且解决了上述缺点。根据一个实施方式，一体式平开窗操作器及锁包括齿轮机构，该齿轮机构包括壳体、可旋转地安装至壳体的小齿轮、以及包括臂和窗扇接合连杆的臂组件。臂限定齿条部分和相邻的拱形齿轮部分，臂可滑动地且可旋转地安装至壳体，其中，小齿轮与齿条部分和拱形齿轮部分接合。小齿轮限定穿过小齿轮的星形孔口，该星形孔口由多个面向内的表面限定，面向内的表面中的每个面向内的表面包括位于中央脊状部的相反两侧的一对支承表面。齿轮还限定一对间隔开的槽，该槽从面向内的表面中的一个面向内的表面的所述一对支承表面中的独立的一个支承表面向外延伸。壳体限定弧形槽，其中，在弧形槽的相反的两个端部处具有凹口。

该装置还包括一对防反向驱动销组件，所述一对防反向驱动销组件中的每个防反向驱动销组件可滑动地设置在齿轮的间隔开的槽中的独立的一个槽中并包括防反向驱动销，防反向驱动销中的每个防反向驱动销接合在弧形槽中。手柄限定方形轴部分，该方形轴部分接纳在齿轮的星形孔口中，其中，手柄能够选择性地移动以使小齿轮旋转，使得臂在窗完全关闭位置与窗完全打开位置之间移位，其中，当臂处于完全关闭位置时，所述一对防反向驱动销组件中的第一防反向驱动销组件的销接合在弧形槽的凹口中的一个凹口中，以阻止臂的反向驱动，并且当臂处于完全打开位置时，所述一对防反向驱动销组件中的第二防反向驱动销组件的销接合在弧形槽的凹口中的另一个凹口中，以阻止臂的反向驱动。手柄的方形轴部分能够在齿轮的星形孔口中旋转，以使防反向驱动组件移位成与凹口脱离接合。

在实施方式中，至少一个偏压弹簧布置成促使防反向驱动销与凹口接合。至少一个偏压弹簧可以是板簧。

在实施方式中，一对偏压弹簧布置成促使防反向驱动销与凹口接合。所述一对偏压弹簧中的每个偏压弹簧可以是螺旋弹簧，或者所述一对偏压弹簧可以形成为致动环的一部分。

在实施方式中，防反向驱动销组件可以包括随动部分和销部分。随动部分可以具有楔形端部。

在实施方式中，手柄的方形轴部分限定四个面，所述四个面中的一个面限定一对间隔开的凹口，随动部分的楔形端部能够接合在所述面中的凹口中。

在实施方式中，平开窗包括限定开口的框架、窗扇以及窗操作器及锁，其中，所述窗扇被接纳在框架中并铰接至框架以选择性地关闭开口。窗操作器及锁包括齿轮机构，该齿轮机构包括壳体、可旋转地安装至壳体的小齿轮、以及包括臂和窗扇接合连杆的臂组件。臂限定齿条部分和相邻的拱形齿轮部分，臂可滑动地且可旋转地安装至壳体，其中，小齿轮与齿条部分和拱形齿轮部分接合。小齿轮限定穿过小齿轮的星形孔口，该星形孔口由多个面向内的表面限定，面向内的表面中的每个面向内的表面包括位于中央脊状部的相反两侧的一对支承表面。齿轮还限定一对间隔开的槽，该槽从面向内的表面中的一个面向内的表面的所述一对支承表面中的独立的一个支承表面向外延伸。壳体限定弧形槽，其中，在弧形槽的相反的两个端部处具有凹口。

操作器还包括一对防反向驱动销组件，所述一对防反向驱动销组件中的每个防反向驱动销组件可滑动地设置在齿轮的间隔开的槽中的独立的一个槽中并包括防反向驱动销，防反向驱动销中的每个防反向驱动销接合在弧形槽中。手柄限定方形轴部分，该方形轴部分接纳在齿轮的星形孔口中，其中，手柄能够选择性地移动以使小齿轮旋转，使得臂在窗完全关闭位置与窗完全打开位置之间移位，其中，当臂处于完全关闭位置时，所述一对防反向驱动销组件中的第一防反向驱动销组件的销接合在弧形槽的凹口中的一个凹口中，以阻止臂的反向驱动，并且当臂处于完全打开位置时，所述一对防反向驱动销组件中的第二防反向驱动销组件的销接合在弧形槽的凹口中的另一个凹口中，以阻止臂的反向驱动。手柄的方形轴部分能够在齿轮的星形孔口中旋转，以使防反向驱动组件移位成与凹口脱离接合。

以上概述不旨在描述每个所示的实施方式或其主题的每个实现方案。所附的附图和详细描述更具体地举例说明了各种实施方式。

附图说明

参照附图考虑各个实施方式的下列详细描述，可以更完全地理解本发明的主题，在附图中：

图1a描绘了根据本发明的实施方式的平开窗及一体式操作器；

图1是图1a中所描绘的一体式操作器的局部分解图；

图2是处于窗打开位置的图1中描绘的一体式操作器的侧视图；

图3是图1中描绘的一体式操作器的壳体的部分的侧视图；

图4是处于窗关闭位置的图1的一体式操作器的侧视图，其中，齿轮部分自由旋转；

图5是处于窗关闭位置的图1的一体式操作器的侧视图，其中，与防反向驱动机构接合的齿轮部分被接合成防止旋转；

图6是图1的一体式操作器的齿轮部分的侧视图；

图7是图1的一体式操作器的齿轮部分的侧视图，其中，防反向驱动机构被接合成防止旋转；

图8是图1的一体式操作器的齿轮部分的侧视图，其中，防反向驱动机构被脱离接合；

图9是图1的一体式操作器的盖的后侧部的等距视图；

图10是图9中描绘的一体式操作器的盖的局部侧视截面图；

图11是图1的一体式操作器的等距视图，其中，盖用虚线描绘；

图12是图11的一体式操作器的局部截面图，其描绘了盖与壳体的接合；

图13是图1的一体式操作器的局部侧视图，其描绘了壳体与窗成型件的接合；

图14是图1的一体式操作器的局部侧视图，其描绘了壳体的处于缩回位置的接合凸部；

图15是图1的一体式操作器的局部侧视图，其描绘了壳体的处于伸展位置的接合凸部；

图16是图1的一体式操作器的后视等距视图，其中，接合凸部处于缩回位置；

图17是图1的一体式操作器的后视等距视图，其中，接合凸部处于伸展位置；

图18是图1的一体式操作器的局部等距视图，其中，壳体的一部分用虚线描绘以示出臂在壳体中的槽中的接合；

图19是图1的一体式操作器的壳体的一部分的局部等距视图；

图20是图1的一体式操作器的手柄组件的等距视图；

图21是图1的一体式操作器的局部截面图；

图22是一体式操作器的替代性实施方式的分解图，其中，防反向驱动销由单个板簧迫压；

图23描绘了图22的实施方式的齿轮部分；

图24是本发明的另一替代性实施方式的齿轮部分的平面图；

图25是图24的实施方式的分解图；

图26是图24的实施方式的手柄轴的等距视图；

图27是图24的实施方式的局部等距视图，其中，齿轮部分被省略以示出装置的致动环；

图28是处于窗关闭及锁定位置的所描绘的图24的实施方式的局部等距视图；

图29是图28中描绘的机构的齿轮部分的近视图；

图30是处于窗户关闭及解锁位置的所描绘的图24的实施方式的局部等距视图；

图31是图30中描绘的机构的齿轮部分的近视图；

图32是所描绘的图24的实施方式的局部等距视图，其中，窗打开并且由防反向驱动销固定在适当位置；

图33是图32中描绘的机构的齿轮部分的近视图；

图34是图24的实施方式的壳体半部中的一个壳体半部的局部等距视图，其中，齿轮被省略以示出致动环紧固到壳体半部；以及

图35是图24的实施方式的壳体半部中的一个壳体半部的局部等距视图，其中省略了齿轮和致动环。

虽然各个实施方式可修改为各种改型和替代形式，但各个实施方式的细节已经在附图中通过示例示出并且将被详细描述。然而，应该理解，目的不在于将所要求保护的发明限于所描述的特定实施方式。相反，目的在于涵盖落入由权利要求所限定的主题的精神和范围内的所有改型、等同物和替代物。

具体实施方式

在图1a中，描绘了具有根据本发明的实施方式的一体式操作器及锁12的典型平开窗10。平开窗10总体上包括框架14和窗扇16。框架14限定开口18。窗扇16通过铰链(未描绘)安装至框架14，并且能够选择性地摆动以打开和关闭开口18。

在图1至图21中描绘了一体式操作器及锁12。一体式操作器及锁12总体上包括齿轮机构20、手柄22和盖24。齿轮机构20总体上包括壳体101、小齿轮104和臂组件106，其中，壳体101包括壳体半部100、102。壳体半部100限定通道108和导引销110。壳体半部102可以限定与通道108对应的通道(未描绘)和与导引销110对应的孔口109。

壳体半部100还限定弧形通道112，并且壳体半部102限定对应的弧形通道(未描绘)。由壳体半部100限定的配合销114被接纳在壳体半部100中的孔口116中。弧形通道112在每个端部处具有凹口118。

齿轮104沿着周缘122的部分限定齿部120。星形孔口124由面向内的表面123限定成穿过齿轮104的中央。参照图6和图23，孔口124的拐角126被削减，从而在孔口124的边130和边132中的每个边中形成中央脊状部128。平行槽134从孔口124朝向周缘122向外延伸。在中央脊状部128的相反两侧形成有支承表面135。

防反向驱动特征设置成穿过防反向驱动组件134a。防反向驱动组件134a总体上包括防反向驱动销136、偏压弹簧142以及随动块144。防反向驱动组件134a被接纳在槽134中，其中，防反向驱动销136从齿轮104的每个面138、140向外伸出。偏压弹簧142设置成使防反向驱动销136朝向孔口124偏压。偏压弹簧142可以是如图1所描绘的螺旋弹簧，或者可以是对偏压销136起作用的任何其他类型的偏压元件，比如图22和图23中描绘的板簧143。随动块144设置在每个槽134的内端部上并且随动块144由于防反向驱动销136遵循弹簧142的偏压或抵抗弹簧142的偏压而能够在槽134中滑动。防反向驱动销136在壳体半部100和/或壳体半部102的弧形通道112中滑行(ride)。

臂组件106总体上包括臂本体146，该臂本体146限定长形孔口148。齿轮齿部150沿着周缘边缘152的部分被限定。导引销154向外伸出并且在壳体半部100的通道156中滑行。壳体半部100的导引销110延伸穿过长形孔口148。臂延伸部158通过铆钉160固定地联接至臂本体146，并且限定凸台162。

手柄22总体上包括手指抓持部164和方形轴166，方形轴166具有支承面168。方形轴166延伸穿过齿轮104的星形孔口124并且通过螺钉170和垫圈172紧固到位。将理解的是，支承面168接触中央脊状部128，但是星形孔口124使轴166在支承面168接触支承表面135之前能够在孔口124内在每个方向上略微旋转。在优选的实施方式中，该旋转的量为大约7.5度。

一体式操作器及锁12与可旋转地接纳在壳体半部100与壳体半部102之间的齿轮104组装在一起，如图1中描述的。防反向驱动销136被接纳在弧形通道112中。臂组件106被接纳在壳体半部100与壳体半部102之间，其中，导引销110穿过长形孔口148并且导引销154被接合在通道156中。齿轮齿部150与齿轮104的齿部120啮合。

在使用中，一体式操作器及锁12安装在窗10的框架14上，其中，臂延伸部158的端部174联接至窗扇16。在如图5、图18和图21中描绘的窗关闭及锁定位置中，臂延伸部158的凸台162被牵引(drawn)至通道108中，由此阻止臂106向外摆动并且阻止将窗扇16锁定在框架14中的关闭位置中。如图7中描绘的，防反向驱动销136中的一个防反向驱动销136通过弹簧142的偏压而停留在凹口118中，由此防止齿轮104的旋转以打开窗扇16，除非如将在下文描述的通过手柄22的旋转来触发齿轮104的旋转。

当手柄22沿图8中所描绘的逆时针方向旋转时，方形轴166在星形孔口124内旋转直到支承面166接触支承表面135为止。轴166的另一支承面168支承抵靠于随动块144并且促使防反向驱动销136离开凹口118并且抵抗弹簧142的偏压而进入弧形通道112。随着手柄22沿着逆时针方向进一步旋转，齿轮104随着在弧形通道112中滑行的防反向驱动销136而旋转。随着齿轮104旋转，臂组件106通过齿轮104与齿轮齿部150的啮合而被向下迫压。一旦凸台162从通道108露出，窗扇16不再被锁定在框架14内。随着手柄22进一步旋转，并且齿轮104到达臂106的弯曲部分170，臂106在如图2中描绘的导引销154的导引下向外摆动，从而促使窗扇16到达打开位置。当处于完全打开位置时，防反向驱动销136中的另一防反向驱动销在弹簧142中的另一弹簧的迫压下落入凹口118中的另一凹口中，由此防止齿轮104的旋转，直到手柄22沿顺时针方向旋转为止。为了关闭窗扇16，手柄22的旋转方向被反向。

当然，应该理解的是，一体式操作器及锁12可以安装成使得在打开操作期间臂106的运动方向从向下方向反向为向上方向，并且手柄22的旋转方向从逆时针方向反向为顺时针方向。而且，将理解的是，尽管上文描述了方形手柄轴和星形齿轮孔，但是可以使用其他形状的轴和其他形状的齿轮孔来实现相同的原理和功能操作。而且，辅助臂178可以联接至臂106以实现附加的远程锁定点的操作。

在图13至图17中描绘了本发明的各实施方式的另一特征。特别地，壳体101可以通过由紧固件182驱动的安装凸部180而安装在中空构件框架14中。在凸部180处于如图14中描绘的缩回位置中的情况下，一体式操作器及锁12可以插入穿过在中空框架构件中切割出的孔口。一旦到位，紧固件182如图15中描绘的被拧紧，类似地同时使凸部180向上伸出和移动以将中空框架14的壁184夹持在凸部180与凸缘186之间，从而将壳体101紧固到位。该特征使得将与一体式操作器及锁12配装的窗成型件的数量从单个壁的铝成型件增大到具有间隔开的两个壁的聚乙烯成型件。

在图9至图12中，描绘了本发明的实施方式的另一特征。特别地，可以设置有卡扣盖190，该卡扣盖190具有弹簧钩192。弹簧钩192可以与凹口194接合以使得盖24能够卡扣在壳体101上以及离开壳体101。

在图24至图35中描绘了包括替代性防反向驱动装置的另一实施方式。在该实施方式中，防反向驱动组件200总体上包括随动块202、防反向驱动销204以及致动器环206、208。随动块202具有楔形端部210，并且防反向驱动销204被承载在随动块202的相反的端部中。如针对上述实施方式所描述的，防反向驱动组件200被接纳在齿轮104的槽134中，其中，防反向驱动销204从齿轮104的每个面138、140向外伸出并且在壳体半部100和/或壳体半部102的弧形通道112中滑行。

如图34和图35中最佳描绘的，致动器环206、208总体上包括圆形本体部分211，圆形本体部分211限定了一对相反的板簧臂212、214。在每个板簧臂212、214与内本体部分216之间分别为槽218、220，槽218、220具有限定在槽的外端部处的凹口222、224。每个致动器环206、208通过凸台226和指示键228而相对于相应的壳体半部100、102被固定在旋转位置中。

在该实施方式中，如图26和图27中描绘的，手柄22的方形轴166具有限定在支承面168中的一个支承面中的凹口230。凹口230被定形状成接纳随动块202的楔形端部210，并且有助于使随动块202如下文进一步描述的进行移位。

在使用中，通过如图28和图29中描绘的处于关闭及锁定位置的一体式操作器，弹簧臂214迫压防反向驱动销204中的一个防反向驱动销进入凹口224和118，由此将被联接的随动块202的楔形端部210接合到位于手柄22的方形轴166中的凹口230中的一个凹口中。在该位置中，臂组件106不能被反向驱动以使手柄22旋转，并且由此不能使窗解锁和打开，因为防反向驱动销204被保持在凹口224和118两者中而不旋转并且通过弹簧臂214而促使防反向驱动销204与凹口224和118接合。

从如图30和图31中所描绘的该位置开始，当手柄22相对于附图逆时针旋转时，楔形端部210沿着凹口230的渐缩表面滑动，从而抵抗弹簧臂214的偏压而向外迫压随动块202。因此，防反向驱动销204被移位成与凹口224和118脱离接合并且进入弧形通道112，其中，手柄和机构可以随着手柄22沿任一方向自由地移位。

如图32和图33中描绘的，手柄22的另一逆时针旋转将致使臂组件106向外摆动，由此使平开窗10的窗扇16打开，并且将致使防反向驱动销204中的另一防反向驱动销接触位于弧形通道112的另一端部处的凹口222和118，并且由此通过弹簧臂212而导引和促使防反向驱动销204中的另一防反向驱动销与凹口222和凹口118接合。在该位置中，臂组件106不能通过风或其他力来反向驱动以使手柄22旋转，因为防反向驱动销204被保持在凹口222和凹口118两者中，并且在弹簧臂212的作用下被迫压成与凹口222和118接合。当期望关闭平开窗10时，手柄可以顺时针旋转，由此使上述顺序反向。

本发明的各个实施方式的优点可以如下：

当操作器处于完全打开位置以及处于完全关闭及锁定位置时，由处于窗户打开位置和关闭位置的防反向驱动销组件提供的形状配合止动件(positivedetent)可以提供可听到的咔哒声。

当装置处于完全打开位置时，防反向驱动特征可以防止风冲击而使窗砰地关闭。

所描述的安装方法使得操作器能够应用于宽范围的窗成型件。

所描述的安装方法使得螺钉能够从操作器被安装在切割部中所在同一侧而被驱动至窗中。

所描述的安装方法使得能够在窗已经变得卡住关闭的硬件失效的情况下触及螺钉头而不需要切割窗框架成型件。

代替在齿轮臂上的钩和在支架上的凸耳，在操作器的本体内的锁定特征减少了使保持器脱开紧固凸耳的机会。

代替在齿轮臂上的钩和在支架装置操作器上的凸耳，在操作器的本体内的锁定特征适合更宽范围的窗成型件。

盖和手柄可以是可移除的以容易地改变美观，并且盖可以在没有工具的情况下卡扣配合和分离。

手柄使用标准紧固件被螺接上，标准紧固件将手柄保持得更紧，与使用弹簧相比，手柄较小可能越出。

防反向驱动特征沿两个方向工作。该防反向驱动特征防止在锁定位置中未授权的进入，并且还防止在打开位置中如例如由于风而使窗砰地关闭。

在文中已经描述了系统、装置和方法的各个实施方式。这些实施方式仅以示例的方式给出并且不用于限制所要求保护的发明的范围。此外，应该理解的是，已经描述的各实施方式的各种特征可以以各种方式组合以给出多种附加的实施方式。此外，虽然对于所公开的实施方式已经描述用于使用的各种材料、尺寸、形状、构型和位置等，但除了那些公开的之外的其他材料、尺寸、形状、构型和位置等可以在不超过所要求保护的发明的范围的情况下被采用。

相关领域中的普通技术人员将意识到，本发明的主题可以包括与上文描述的任一独立的实施方式中所示的特征相比更少的特征。文中描述的实施方式不意味排他性的方式呈现，其中，本发明的主题的各个特征可以被组合。因此，各实施方式不是特征的互相排他的组合；相反，各个实施方式可以包括选自不同独立的实施方式的如本领域技术人员将理解的不同的独立特征的组合。此外，相对于一个实施方式描述的元件可以在其他实施方式中实施，即使当在这种实施方式中没有描述时也可以实施，除非另有指示。

尽管从属权利要求可以指的是权利要求中具有一个或更多个其他权利要求的特定组合，其他实施方式还可以包括从属权利要求与每个其他从属权利要求的主题的组合，或者一个或更多个特征与其他从属权利要求或独立权利要求的组合。除非陈述了特定组合是不期望的，否则在文中推荐这种组合。

上文通过文献的参引的任何结合被限制成使得与文中明确的公开内容相反的主题不能被结合。上文通过文献的参引的任何结合还被限制成使得包含在文献中的权利要求不能通过参引并入本文。上文通过参引文献的任何结合还被限制成使得在文献中提供的任何限定不通过参引并入本文，除非文中明确地包括。

为了解释权利要求的目的，明确指出的是：除非在权利要求中记载了特定术语“用于……的装置(meansfor)”或“用于……的步骤(stepfor)”，否则不援引35u.s.c.§112(f)的规定。