操作手柄与被操作机构之间的非线性传输率的制作方法
【专利说明】操作手柄与被操作机构之间的非线性传输率
[0001] 本发明的背景
[0002] 单控制杆混合水龙头（singlelevermixerfaucets)通常包括阀芯 (cartridge)，阀芯可设定水流强度以及冷水和热水的相对混合物。阀芯可包括基部静止板 和能移动板。基部静止板包括两个入口以及第三开口，所述两个入口允许热水和冷水分别 进入阀芯，第三开口允许混合水的流出。能移动板包括单个开口，该单个开口在关闭位置中 不与任何入口交迭、且在打开位置中与入口中的一个或两者的至少一部分交迭。能移动板 通过阀芯的控制杆而相对于基部静止板移动。水流量通过在一个平面（在下文中，为流强 度控制平面，该平面使阀芯的控制杆倾斜）中移动龙头的手柄而被控制。
[0003] 现在对图1A以及图1B和1C进行参照，图1A是现有技术龙头100的阀芯140和 手柄110的示意性前视图，图1B和1C是分别处于关闭位置和打开位置中的龙头100沿图 1A上标记的轴线I-I截取的横截面视图。手柄110被牢固地固定于控制杆120。控制杆 120能围绕枢接点130转动。在关闭位置中，如图1B中所示，能移动板142的单个开口不 与静止板144的任何入口交迭。在打开位置中，如图1C所不，手柄110被抬起，控制杆120 转动，且能移动板142相对于关闭位置移位，并且能移动板142的单个开口与静止板144的 入口中的一个或两者的至少一部分交迭。能移动板142和静止板144可由陶瓷材料制成或 者包括陶瓷部件。附加地或可替换地，能移动板142和静止板144的部件可由多种材料制 成，或者可由诸如塑料板、橡胶环，特氟纶（Teflon)柱体等材料的组合制成。阀芯140可包 括基板146,该基板具有与静止板的开口匹配的一个刻面开口，所述静止板的开口穿过基板 146变成圆形开口，所述圆形开口与水源入口及龙头的出口匹配。
[0004] 现在参照图2,图2是相对于包括轴线x和y的Cartesian(直角坐标）轴系统示 出现有技术龙头的手柄和控制杆的示意图。线210代表手柄110,并且线220表示在图1A 和1B中示出的控制杆120。线210和220被示出在龙头的打开位置中，轴x被定位在当龙 头处于关闭位置中时线220所放置的位置处，并且轴y垂直于x轴。当手柄110从垂直于x 轴转动到a(alpha，阿尔法）的角度时，能移动板142移位了h=rsina，其中r是控制杆 120从控制杆120与能移动板142之间的连接部到枢接点230的长度。对于较小的a值， 例如对于小于30度或0. 52弧度的a值，sina~a，并且因此，h基本上是与a成比例 的。图3表示示例性现有技术龙头的与h和a相关的曲线图。显然，在所描述的范围内， 该关系基本上是线性的。
[0005] 因此可以假定，水的流速将与a(g卩，手柄110的转动角度）成比例。但是，由于受 龙头的入口处的水压影响的以及受开口的各种尺寸对水流的作用的影响的水流的动力学， 水的流速不是精确地与手柄的转动角度成比例。由于使用者的主观体验，这种效果被感知 为比实际情况的更大。因此，当手柄110以其从关闭位置开始的运动范围移位25%时，流速 被感知为非常强。当手柄110以其从关闭位置开始的运动范围移位50%时，流速被感知为 太强，以致于一般的用户都会认为此流速接近于最大的可用流速。当手柄110从其运动范 围的50%移位到100%时，水的流速的变化水平被用户感知为是不明显的。
[0006] 因此，根据阀芯和手柄的当前设计，为了对流速进行精细调节，仅使用手柄的从其 关闭位置开始的运动范围的25%至50%。通常，不使用剩余运动范围来对流速进行精细调 节，因为用户一般来说不需要在更高流速时进行精细调节。用户可能发现，因为较小的运动 范围被用于这些精细调节，所以难以在较低流速范围下进行精细调节。因为龙头的机械机 构的阻止运动的摩擦力以及使用者执行操作现有技术手柄所需的精细手部动作的固有困 难，这种困难进一步增加。
【发明内容】
[0007] 本发明的实施例提供了一种机械系统，该系统用于将手柄的转动移动非线性地转 换成操作装置的线性移动，例如，转换成龙头的阀芯的能移动板的线性移动。例如，实现操 作装置的一定幅度的线性移动所需要的手柄的移动幅度随着与操作装置相关的参数的值 改变而改变。例如，实现龙头的阀芯的能移动板的一定幅度的线性移动所需要的手柄的移 动幅度随着流过龙头的水的流速减小而增大，从而使得对于手柄的相同移动幅度来说，当 手柄靠近"关闭"位置被操作时，受控参数的变化较小，当手柄靠近"完全打开"位置被操作 时，受控参数的变化较大。
[0008] 附图的简要说明
[0009] 在本说明书的结论部分中特别地指出了视为本发明的主题并清楚地要求保护。但 是，通过参考以下详细说明（当阅读时结合附图），本发明（涉及操作的组织和方法、以及其 目的、特性和优点）将得到最好地理解，在附图中：
[0010] 图1A是不出了现有技术龙头的阀芯和手柄的不意性如视图；
[0011] 图1B和1C是分别处于关闭位置和打开位置中的图1A中所示的阀芯和手柄沿图 1A上所标记的轴线I-I截取的横截面视图；
[0012] 图2是示出了现有技术龙头的手柄和控制杆的示意性条形图；
[0013] 图3示出了与示例性现有技术龙头的h和a相关的曲线图；
[0014] 图4是示出了根据本发明实施例的手柄和移动变换组件的示意性条形图；
[0015] 图5A是示出了根据本发明实施例的龙头的阀芯、移动变换组件和手柄的示意性 前视图；
[0016] 图5B、5C和?是分别处于关闭位置、中间位置和完全打开位置中的图5A中所示 的阀芯、移动变换组件和手柄的沿图5A上所标记的轴线II-II截取的横截面视图；
[0017] 图6示出了与根据本发明实施例的示例性龙头的能移动板的移动以及手柄的转 动角度相关的曲线图，所述示例性龙头包括用于将手柄的转动移动非线性地转换成能移动 板的线性移动的机械系统。
[0018] 图7是根据本发明实施例的阀芯壳体以及相对于阀芯壳体转动了约90°的阀芯 的分解图；
[0019] 图8是示出了根据本发明实施例的被放置成抵靠壳体的开口（粗线）的阀芯的开 口的不意图；
[0020] 图9A、9B、9C和9D是示出了根据本发明实施例的偏转（diversion，导流）板的示 意图；
[0021] 图10A和10B分别是根据本发明实施例的变型基板的示意性等距前视图和后视 图；
[0022] 图11是根据本发明实施例的附加板的示意图；
[0023] 图12、13和14是示意性地示出了根据本发明实施例的图10A和10B的变型基板 以及图11的附加板的分解等距图；以及
[0024]图15是根据本发明实施例的组装后的偏转盘的示意性等距图。
[0025]图16示意性地示出了根据本发明附加实施例的适于提供90度转动偏转的偏转 板；
[0026] 图17和17A分别示意性地示出了根据本发明附加实施例的适于提供150度转动 偏转的偏转板以及通过偏转板截取的横截面AA;以及
[0027]图18示意性地示出了根据本发明附加实施例的适于提供180度转动偏转的偏转 板。
[0028] 应当理解，为了说明的简单和清楚，图中所示的元件不一定按比例绘制。例如，为 了清楚起见，其中一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大。此外，在认为适当的地方， 附图标记可能在附图中重复，以便指示出相应的或类似的元件。
[0029] 本发明实施例的详细描述
[0030] 在以下的详细描述中，阐述了很多具体的细节，以便提供对本发明的透彻理解。但 是，本领域的技术人员应理解的是，本发明可在没有这些具体细节的情况下实施。在其它情 形中，没有对公知的方法、过程和部件进行详细描述，以免使本发明难以理解。
[0031] 虽然本发明的实施例没有就此进行限定，但术语"多个"和"多数"在本文中使用时 可包括例如"若干"或"两个或更多个"。术语"多个"或者"多数"可被用在整个说明书中， 以描述两个或更多个部件、装置、元件、单元、参数等。除非明确说明，否则本文所描述的方 法实施例不限于特定的次序或顺序。另外，所述方法实施例或其