许多机械装置需要移动到使用者选定的位置，然后抵抗使该装置返回其初始位置的偏向力而保持在那里。这类装置通常用于座椅中的人体工程学支承，尤其是汽车座椅的腰靠。腰靠向座椅乘员的腰椎施加舒适的作用力。该力通过多种结构机械地施加，包括拱起、弯曲、拉紧、伸展或移动压力表面。压力表面同样具有多种形式，包括条带、扁板，“篮筐(basket)”、拱形表面、弓形表面等。这些装置必须允许使用者为压力表面选择理想的位置，随后在使用者释放所述装置后保持该位置，而联动装置用于将压力表面移动到选定位置。联动装置具有多种形式，包括杆、杠杆、弹簧、缆索，并且尤其是同轴拉索如波顿缆索(Bowden cable)。联动装置如波顿缆索在一端具有连接到腰靠的连接件，在另一端具有连接到致动器的连接件。致动器设置在使用者可操作的位置，通常位于座椅的边缘。
有多种致动器结构可用于这些目的，既有机械的也有电力的。它们的共同作用是将压力表面移动到选定位置，随后抵抗由座椅乘员的重量施加的力而将压力表面保持在该位置。所述力偏向为使压力表面返回其通常平坦的初始位置。最常用的联动装置— —波顿缆索具有柔性导管，也称为“套管”或“护套”，一同轴滑动的(金属)丝延伸通过该柔性导管。致动器具有用于套管端部的支座和用于丝端部的支座。丝和套管的相对端部连接到腰靠或其它人体工程学支承装置的不同部分，从而拉动丝使之通过套管移动可将压力表面移动到期望位置。因此，最常用的致动器设计成拉动波顿缆索丝使之通过波顿缆索套管移动。致动器必须施加拉动丝使之通过套管移动以致动腰靠所需的力。它们还必须抵抗由腰靠上的乘员重量所产生的将丝拉回套管的返回力而保持所述丝。此外，致动器还必须能够从丝上释放保持力，从而使用者可使人体工程学装置返回其初始位置或其它选定位置。
致动器可通过多种机构实现移动、保持和释放这些必要的功能。电力致动器常常采用连接至收线轮(take up wheel)或收线卷筒的齿轮来拉动波顿缆索丝。手动致动器也可采用齿轮和收线卷筒，但是更典型地包括制动器、棘轮或离合器。制动器、棘轮和离合器由使用者用手转动的杠杆或手轮来提供动力。
在本领域内不断需要减小组装后的致动器的尺寸和轮廓。在本领域内还不断需要使致动器部件的组装简单化和流水线化。最后，还不断需要减少要组装到致动器中的部件的数量以及费用。

本发明是一种具有输出齿轮、小齿轮、驱动轴、壳体和弹簧的致动器。输出齿轮适于接纳牵引元件。小齿轮与输出齿轮成驱动联接，并且驱动轴与小齿轮互连。壳体适于接纳输出齿轮和驱动轴。
弹簧围绕驱动轴并处在驱动轴和壳体之间的位置。在静态下，弹簧与壳体摩擦接合以防止驱动轴旋转。由于小齿轮连接到驱动轴，所以弹簧也防止小齿轮旋转。此外，由于小齿轮与输出齿轮接合，所以弹簧还防止输出齿轮旋转。然而，当动力作用在驱动轴上时，例如当驱动轴经由旋钮或杠杆而旋转时，弹簧被分离，从而允许驱动轴旋转，并因此允许小齿轮和输出齿轮旋转。由于弹簧在壳体和驱动轴上只施加公称应力/名义应力，因此壳体和驱动轴可由塑料制成。
所述致动器可用于操作人体工程学装置，例如腰靠。例如，输出齿轮可旋转以拉动或压缩牵引元件，从而调节人体工程学装置。当动力作用在驱动轴上时，弹簧从壳体摩擦地分离，以允许输出齿轮旋转，并因此允许牵引元件运动。当动力解除时，弹簧与壳体摩擦地接合，使得输出齿轮被锁定就位，从而防止牵引元件进一步运动。
从下面给出的详细说明将清楚看到本发明的其它应用领域。应当理解，尽管示出了本发明的优选实施例，但所述详细说明和具体示例仅用于例述的目的而并非限制本发明的范围。
附图说明
从详细说明和附图可更充分地理解本发明，在附图中：
图1是附装有本发明的致动器的人体工程学装置的透视图；
图2是第一实施例中的致动器的透视图；
图3是第一实施例的分解视图；
图4A是组装好的驱动轴和小齿轮的透视图；
图4B是组装好的驱动轴、小齿轮和弹簧的透视图；
图4C是组装好的驱动轴、小齿轮和弹簧的透视图；
图5是第一实施例的俯视图；
图6是沿图5中的6-6线截取的致动器的剖视图；
图7是沿图5中的7-7线截取的致动器的剖视图；
图8是第一实施例中的致动器壳体的仰视图；
图9是第二实施例中的致动器的透视图；以及
图10是第二实施例的分解视图。

下面对优选实施例的说明其实质仅仅是例示性的而决非限制本发明、其应用或使用。
图1示出典型的人体工程学装置。在所示实施例中，该人体工程学装置是安装有本发明的致动器10的腰靠100。腰靠100具有固定部分110和拱起部分112。拱起部分112沿附装在座椅框架(未示出)上的导轨114滑动。
拱起部分112经由牵引装置运动。在所示实施例中，所述牵引装置是波顿缆索116。波顿缆索116包括外部的柔性套管112，该套管保持和引导位于其内部的丝124(从图5可很好地看到)，丝124可同轴地滑入和滑出所述套管。波顿缆索116的第一端118附装在拱起部分112上，第二端120附装在致动器10上。当座椅乘员转动旋钮50时，致动器10向波顿缆索丝124施加牵引力。旋钮50可以是杠杆或提供机械优点的其它装置。该牵引力拉动波顿缆索丝124通过波顿缆索套管122，使拱起部分112沿导轨114运动，从而拱起部分112向外弯曲以提供支承腰部的拱形。
因此，显然任意致动器的最基本功能都是拉动波顿缆索丝124通过波顿缆索套管122移动，以用于操作人体工程学装置。如果选择可替换的牵引装置作为设计选择，则致动器的最基本功能将保持为在施加牵引力以致动人体工程学装置的方向上拉动牵引装置而不论它是杆、缆索或其它构件。本发明可用于任意这类牵引装置。在另一可替换的设计选择中，压缩压力可用于使可拱起的表面弯曲。本发明同样可用于驱动这种压缩机构。
图2-8示出致动器10的第一实施例。致动器10包括壳体12、盖14、小齿轮16、驱动轴18、输出齿轮20、齿轮轴22和弹簧24。在一些实施例中，壳体12包括多个安装耳部13。仅作为示例，壳体12和驱动轴18可由塑料制成，而盖14、小齿轮16和输出齿轮20可全部由金属制成。但本领域的技术人员可以理解，这些部件可全部由金属制成。盖14适于安装在壳体12上。在所示实施例中，盖14包括加强肋54以增加盖14的刚性。
如从图3可很好地看到，小齿轮16具有锁定部分30、齿轮部分32和支承部分34。锁定部分30设计成与驱动轴18的内部部分31(从图7可很好地看到)互锁。尽管在所示实施例中锁定部分30为锁眼形，但是也可采用其它形状。重要的是小齿轮16与驱动轴18互锁，从而使小齿轮16和驱动轴18一同旋转。此外，在一些实施例中，小齿轮16和驱动轴18可构造成一个部件。
齿轮部分32与输出齿轮20相配合。在所示实施例中，齿轮部分32具有与输出齿轮20的第二齿轮齿28啮合的第一齿轮齿26。在一些实施例中，可在第一齿轮齿26和第二齿轮齿28上涂敷润滑剂(未示出)，例如油脂。尽管在所示实施例中齿轮齿用于使小齿轮16与输出齿轮20配合，但是也可采用其它类似特征。重要的是小齿轮16与输出齿轮20锁定在一起，从而它们不能彼此独立地旋转。重要的是注意小齿轮16和输出齿轮20的布置提供了有效的齿轮减速。在所示实施例中，输出齿轮20每旋转一圈，小齿轮16旋转约4.5圈。这样，小齿轮16的高速但低转矩的旋转可用于使输出齿轮20旋转。
支承部分34支承小齿轮16。在所示实施例中，支承部分34具有圆柱形的形状。支承部分34由盖14内的第一空隙37接纳。在一些实施例中，可在第一空隙37中涂敷润滑剂如油脂，以减小盖14和支承部分34之间的摩擦。这样，小齿轮16和驱动轴18绕第一空隙37和支承部分34旋转。
输出齿轮或滑轮20绕齿轮轴22旋转，齿轮轴22固定在壳体12和盖14上。在一些实施例中，可在齿轮轴22上涂敷润滑剂，例如油脂。在所示实施例中，壳体12和盖14各自具有接纳齿轮轴22的相应端部的第二空隙35。这样，齿轮轴22锁定在壳体12和盖14之间。在所示实施例中，齿轮轴22具有5mm的直径。图3所示的输出齿轮20包括凹部33和位于凹部33中的止动部21。止动部21从输出齿轮20的中心沿径向延伸。止动部21和凹部33将在下面作更详细的说明。
驱动轴18在壳体12内旋转并滑动到小齿轮16之上，从而与之接合。驱动轴18包括安装表面29。可在安装表面29上安装一提供机械优点的装置。例如，可在安装表面29上安装旋钮50，使用者可通过旋钮50旋转驱动轴18。驱动轴18具有第一肩部23和引导面27。驱动轴18还包括第二肩部51。如从图6可很好地看到，第二肩部51使驱动轴18相对于壳体12定位。
弹簧24位于驱动轴18和壳体12之间。换言之，弹簧24围绕驱动轴18并靠近壳体12。在所示实施例中，弹簧24覆盖引导面27并靠置在第一肩部23上。弹簧24选择性地与壳体12的内表面52(见图7)接合。弹簧24具有与壳体12压配合的直径。在静态下，弹簧24与壳体12摩擦地接合以防止驱动轴18转动。由于小齿轮16连接到驱动轴18，所以弹簧24也防止小齿轮16转动。此外，由于小齿轮16与输出齿轮20接合，弹簧24还防止输出齿轮20转动。重要的是，由于小齿轮16和输出齿轮20的齿轮减速设置，仅需要弹簧24提供很小的制动转矩就可制动小齿轮16，并因此制动输出齿轮20。
在动态下，弹簧24与壳体摩擦地分离，从而允许驱动轴18旋转，并因此允许小齿轮16和输出齿轮20旋转。由于弹簧只在壳体12上施加分布的公称应力并且由于小齿轮16需要很小的制动转矩，因此壳体12可由塑料制成，从而降低致动器10的总成本。
图4A、4B和4C示出组装好的小齿轮16和驱动轴18，图4A只示出小齿轮16和驱动轴18。图4B和4C示出组装在一起的小齿轮16、驱动轴18和弹簧24。驱动轴18包括一切口19以接纳小齿轮16。当小齿轮16与驱动轴18组装在一起时还提供了第一间隙72和第二间隙74。弹簧24的第一接头/突出部(tab)60和第二接头62处在相应的间隙72、74中。
驱动轴18包括第一面64和第二面66。类似地，小齿轮16包括第三面68和第四面70。接头60、62靠在面64、66、68、70上以扩张或收缩弹簧24。在第一示例中，驱动轴18可沿第一方向旋转，使得第二面66接触第二接头62并沿第一方向移动接头62以减小弹簧24的直径。当小齿轮16沿第二方向旋转时，小齿轮16的第四面70接触第二接头62并沿第二方向移动第二接头62，从而增加弹簧24的直径。通过增加弹簧24的直径，弹簧24施加在壳体12上的压力的量增加，从而增加了两个表面之间的摩擦。这样，小齿轮16被有效地制动。
现在参照图5，波顿缆索116组装在致动器10上。致动器10包括第一通道46和第二通道48。在所示实施例中，第一通道46与第二通道48同轴，但是也可采用其它构型。每个通道46、48均具有通路36和槽38(从图2可很好地看到)。在一些实施例中，可在通道46、48中打制沉孔以便于接纳缆索套管122。相应的相对的第一通道46和第二通道48允许反向安装波顿缆索丝124，从而致动器10可安装成用于顺时针牵引或逆时针牵引，以便适应座椅设计的柔性，这例如在驾驶员侧和乘客侧的座椅外侧安装镜像的致动器时很有用。
输出齿轮20具有凹口42，用于接纳波顿缆索丝端部止动件126的安装。然后波顿缆索丝124可部分地围绕输出齿轮20卷绕并通过通路36之一个引出。输出齿轮20可包括接纳波顿缆索丝124的特征。例如，输出齿轮20可具有槽44以接纳波顿缆索丝124。在这种构型中，输出齿轮20的旋转进一步围绕输出齿轮20卷绕波顿缆索丝124，这在波顿缆索116的相对端部有效地缩短了波顿缆索丝124。这种缩短也拉动波顿缆索丝124通过波顿缆索套管122移动，从而向附装有波顿缆索丝124和波顿缆索套管122的另一端部的人体工程学装置施加期望的牵引力。
致动器10还包括开口40。为了将波顿缆索116组装到致动器10上，将波顿缆索丝端部止动件126通过开口40放入凹口42中。然后拉动波顿缆索丝124穿过槽38，直到波顿缆索套管122超出第一通道46或第二通道48的端部。随后将波顿缆索套管122安置在通路36中直到它接触壁56(见图6)。
图8示出壳体12的仰视图。在图8所示的实施例中，壳体包括第一面15和第二面17。面15、17可安装在壳体12上，但在所示实施例中，面15、17与壳体12成一体。面15、17将在下文中更详细地说明。
图9示出致动器10的第二实施例。除了第一通道46和第二通道48的布置之外，第二实施例与第一实施例非常相似。在图9所示的实施例中，第一通道46与第二通道48平行。为了适应这种构型，致动器10包括两个开口40，它们彼此相对并与每个通道46、48对应。
通常，致动器10用于限制人体工程学装置的操作。例如，如果人体工程学装置是腰靠，则致动器10可用于限制腰靠的行程，以防止其超程。这可通过多种方式实现。例如，如从图10可很好地看到，输出齿轮20可包括非齿轮部分/无齿部分80。当小齿轮16旋转时，最终它将遇到该非齿轮部分80。由于非齿轮部分80不包括齿轮齿，所以小齿轮16将不能在该部位与输出齿轮20啮合。这样，小齿轮16将阻止输出齿轮20的进一步旋转，并由此防止波顿缆索丝124的进一步运动。本领域的技术人员可以理解，人体工程学装置的运动与牵引元件例如波顿缆索的运动直接相关。因此，通过控制非齿轮部分80的宽度和位置，可限制人体工程学装置的运动。
或者，再次参照图2-8，壳体12可包括第一面15和第二面17。第一面15和第二面17处在输出齿轮20的凹部33中。位于凹部33中的止动部21限制输出齿轮20相对于第一面15或第二面17的旋转。换言之，输出齿轮20可沿第一方向旋转直到止动部21接合第一面15，或者输出齿轮20可沿第二方向旋转直到止动部21接合第二面17。例如，小齿轮16可使输出齿轮20沿第一方向旋转直到止动部21接合壳体12的第一面15。这样，第一面15将防止输出齿轮20进一步旋转，并由此防止波顿缆索丝124的进一步运动。本领域的技术人员可以理解，人体工程学装置的运动与牵引元件例如波顿缆索的运动直接相关。因此，通过控制第一面15、第二面17和止动部21的位置，可限制人体工程学装置的运动。
致动器10可通过以下步骤组装：提供壳体，将弹簧安置在驱动轴上，将弹簧和驱动轴插入壳体中，使小齿轮与驱动轴互锁，将齿轮轴插入壳体，以及将驱动齿轮安置在齿轮轴上并与小齿轮成从动关系。在一些实施例中，一个可选的步骤是将盖安装到壳体上。另一个步骤可以是将弹簧的接头安置在位于小齿轮和驱动轴之间的间隙内。
由于可对上面参照相应图示所述的例示性实施例作出各种修改而不会背离本发明的范围，因此包含在上述说明中和示出在附图中的所有内容都应当解释为例述性而非限制性的。这样，本发明的广度和范围不应当被上述例示性实施例所限制，而是仅应当由所附权利要求及其等效物来限定。
相关申请的交叉引用
不适用。