具体实施方式

图1至图28示出了根据本文所述实施例的具有铰接枢转部的风挡刮水器系统及其部件。在说明书、附图或权利要求书中使用或示出的方向性参考，例如顶、底、上、下、向上、向下、纵向、横向、左、右等，是为便于描述而使用的相对的术语，并不旨在在任何方面限制本发明的范围。此外，示出铰接枢转部的横截面视图，以说明其层和部件，但此类视图不一定按比例缩放。参考附图，在几个视图中，相似的附图标记表示相似或相对应的零件。

图1示出了用于车辆(未示出)的风挡刮水器系统10的立体图，风挡刮水器系统10具有马达14，马达14联接到刮水器连杆系统18以驱动非铰接枢转组件22和铰接枢转组件64旋转。马达14使驱动轴32旋转，驱动轴32使马达驱动杆36旋转。马达驱动杆36与一个或更多个连杆40、44可旋转地联接。连杆40与枢转杆48可旋转地联接，枢转杆48还与非铰接枢轴52固定联接。连杆44与铰接枢转杆76可旋转地联接，铰接枢转杆76还与铰接枢轴72固定联接。可以使用适合预期应用的铰接枢转组件64和/或非铰接枢转组件22的任何组合。例如，风挡刮水器系统10可以具有铰接枢转组件64，铰接枢转组件64定位在车辆的驾驶员侧、车辆的乘客侧和/或沿风挡(未示出)的下部中途处于中间位置。各个铰接枢转组件64可以构造有适合特定的车辆位置和特定的车辆应用的任何数量的铰接部。例如，风挡刮水器系统10可以包括两个铰接枢转组件64、64′，如图24所示。当风挡刮水器系统10包括两个铰接枢转组件64、64′时，如果期望刮擦特定的风挡，一个铰接枢转组件64可以具有与第二铰接枢转组件64′相同数量、更多数量或更少数量的铰接部。可替换地，风挡刮水器系统10可以包括唯一的铰接枢转组件64(即，具有单个铰接枢转组件64的风挡刮水器系统10，如图25所示)。图1中还一般性地示出了X轴、Y轴和Z轴，以供参考。

通常，刮水器臂组件(未示出)可操作地联接到每个枢轴52，使得枢轴52的旋转使刮水器臂移动通过大体弧形的路径，以清洁具有轮廓化的玻璃表面的风挡(未示出)。典型的刮水器臂组件(未示出)包括与刮水器刮片联接的刮水器臂。刮水器刮片具有橡胶元件，橡胶元件在风挡上刮擦以清洁玻璃表面。刮擦循环包括将刮水器臂组件从第一位置移动到第二位置，并且将刮水器臂组件返回到第一位置。刮擦图案是当刮水器臂在刮擦循环中移动时由刮水器刮片清洁的玻璃表面的区域。刮水器攻角是刮水器系统的操作参数，并且被定义为刮水器刮片橡胶元件相对于玻璃表面的定向的角度。刮水器系统设计枢转定向是刮水器系统的主要设计特征，影响刮片在整个刮擦图案中相对于玻璃表面形成的攻角。在刮水器臂(刮片的中心)处测得的攻角从驻车向内刮擦到向外刮擦变化，从在向内刮擦时的正3到5度(目标)变化到在向外刮擦时的-3到-5度(目标)。橡胶元件相对于玻璃表面形成的角度会在刮擦图案反转(向内刮擦和向外刮擦)时，导致元件橡胶下部本体在其铰接处翻转。正向到负向的向内刮擦到向外刮擦有助于橡胶下部本体反转，并且便于良好的刮擦质量。

处于目标攻角范围之外的刮擦风挡的刮片更倾向于出现刮擦缺陷，刮擦缺陷包括较差的刮擦质量和不利的噪音影响。攻角量级过大(正或负)会使刮片倾倒至橡胶元件的非刮擦区域可以接触玻璃表面的程度。刮水器元件的过大倾倒会导致污渍和锐音。在反转处过小的倾倒会导致橡胶竖立，并且导致当刮水器刮片在玻璃表面上移动时刮水器刮片抖动。

攻角范围通常基于刮水器图案(其中，刮片在玻璃表面上移动以执行刮擦功能)的形状、枢轴定向和刮擦图案区域中的玻璃的形状来确定。考虑到玻璃表面由车辆制造商提供和控制，并且需要清洁的玻璃表面的区域/刮擦图案由联邦法规控制，因此有效设计和控制攻角和攻角范围的唯一方法是选择最适合的枢轴定向。

如图1所示，非铰接枢转组件22具有固定的枢轴52定向。对于某些玻璃表面，单一轴定向不允许可行的可工作设计，其中用于系统的攻角/上升和下降在可接受的范围内以用于所期望的功能。对于这些玻璃表面，铰接枢转组件64，也如图1所示，允许有效地利用枢轴角度的范围，提高刮水器系统在高度包裹的玻璃表面上作用的能力。根据本发明的实施例，铰接枢转组件64具有基于铰接枢轴72的旋转位置而改变的枢轴72定向。铰接枢轴72的旋转位置由杆76的位置表现，杆76与连杆44中的一个可旋转地联接，并且与铰接枢轴72固定联接。图2示出了，当马达14将马达驱动杆36旋转到第二位置以将连杆40、44移动到第二位置并且将枢轴52、72旋转到第二旋转位置时，铰接枢轴72定向的变化。当比较图1和图2时，铰接枢轴72的轴定向的变化是明显的。在图1和图2中，非铰接枢轴52保持单一轴定向。相比之下，当比较图1和图2时，铰接枢轴72具有不同的轴定向。

图3和图4示出了铰接枢轴72在第一旋转位置84和第二旋转位置90相对于纵向地穿过铰接枢转组件64的代表性轴线94的相应定向。在图3A和图4A中分别示出了铰接枢轴72处于第一位置和第二位置的铰接枢转组件64的剖视图。参考图3A，铰接枢转组件64包括枢轴组件130、组装在枢转壳体158内的上轴承134和下轴承150。枢轴组件130包括枢轴72、杆76、以及与枢轴72固定联接的上枢转球164和下枢转球166，杆76与枢轴72固定联接并且具有球头销160，球头销160具有固定附接到杆76的销部162。

如图5的分解图中所示，枢转壳体158包括前壳体168和齿条壳体174。同样地，上轴承134包括前轴承部和后轴承部180、186。前轴承部180具有一个或更多个切口和/或凸起188。当前上轴承部和后上轴承部180、186组装以形成上轴承134时，前轴承部180的一个或更多个切口和/或凸起188与后轴承部186中的相对应的一个或更多个凸起和/或切口190匹配地接合。类似地，下轴承150包括前轴承部198和齿条轴承部206。前下轴承部198具有一个或更多个切口和/或凸起210。当前下轴承部和齿条下轴承部198、206组装以形成下轴承150时，前下轴承部198的一个或更多个切口和/或凸起210与齿条轴承部206中的相对应的一个或更多个凸起和/或切口212匹配地接合。

同样如图5所示，在组装铰接枢转64时，一个或更多个紧固件218将前壳体168与齿条壳体174机械固定。前壳体和齿条壳体168、174可选地具有一个或更多个凹陷区域和/或凸起234A、234B，一个或更多个凹陷区域和/或凸起234A、234B与相应的上轴承部和下轴承部180、186、198中的凸起和/或凹陷区域248A、248B匹配地接合。齿条轴承部206具有与齿条壳体174的内轮廓266匹配地接合的外轮廓260，这将在图6-图10中更详细地示出。

图6示出了齿条壳体174的内部立体图。齿条壳体174具有一个或更多个凸起和/或凹部234A，一个或更多个凸起和/或凹部234A构造为与上轴承和下轴承134、150的外部表面上的凹部和/或凸起匹配地接合。齿条壳体174还具有构造为保持上后轴承部186的第一腔室286和构造为保持齿条轴承部206的第二腔室292。第三腔室298形成用于枢轴72的通道。

图7示出了穿过图6的齿条壳体174的第二腔室292的横截面图，示出了内表面316和外部表面320的轮廓。内表面316的轮廓通常包括第一弯曲区段330、两个凹陷区段336、340、第二弯曲区段344以及相邻的区段330、336、340、344之间的过渡部350、352、354。可以使用适合预期应用的其他轮廓。

图8和图9示出了齿条下轴承206的外部立体图和内部立体图。在图10中示出了齿条下轴承206的横截面。图11A示出了前下轴承198的立体图。在图11B-11D中分别示出了前下轴承198的横截面俯视图、横截面侧视图和侧视图。

组装前下轴承198和齿条下轴承206以形成下轴承150。如图9所示，齿条下轴承206具有在大体周向方向上突出的一个或更多个大体矩形的凸耳210，凸耳210构造为与前下轴承198(见图11A)中的一个或更多个大体矩形的切口212匹配地接合。可以使用适合预期应用的将齿条下轴承206与前下轴承198组装的其他形状、构造和方法。

通常，齿条壳体174中的第二腔室的内表面316的轮廓构造为与齿条轴承部206的外部表面356匹配地接合。前壳体和齿条壳体168、174中的第一腔室和第二腔室286、292的内轮廓构造为与相对应的轴承部180、186、198、206的外表面匹配地接合。因此，齿条壳体174的内表面316的轮廓(由图7所示的区段344、354、340、352、336、350和330表示)构造为与齿条轴承206的外部表面356的轮廓(由图10所示的区段344A、354A、340A、352A、336A、350A和330A表示)匹配地接合。前壳体168中的第二腔室(未示出)构造为与前下轴承198的外部表面356匹配地接合。前下轴承198可选地具有从外部表面356径向突出的大体圆柱形的突起248B。前壳体168在第二腔室中具有大体圆柱形的凹部(未示出)，该凹部构造为与前下轴承198的圆柱形的突起248B匹配地接合。周向的凸耳/切口210、212保持齿条轴承206和前下轴承198之间的对齐。齿条下轴承206和前下轴承198的外轮廓356、358突起248B、336A、340A与壳体168、174中的第二腔室的内部表面轮廓316和凹部234B、336、340之间的接合在与枢转壳体158组装时限制下轴承组件150的旋转。可以使用适合预期应用的匹配地接合特征的其他组合。

如图10所示，非线性齿条360形成在齿条轴承206的内部轮廓中，并且构造为与下枢转球166可操作地接合，以在枢轴72通过杆76旋转时铰接枢轴72。应了解，可以使用适合预期应用的任何齿条几何形状，包括线性齿条。在图10所示的示例性实施例中，非线性齿条360包括多个齿364A-364D，每对齿由相应的切口366A-366C隔开。切口366A-366C的根部沿轮廓化的齿根线368定位。类似地，每个齿364A-364D的齿顶沿轮廓化的齿顶线370定位。滚线372示出了非线性齿条360和齿条轴承206之间的接合线。本领域技术人员可以基于枢轴72的期望的铰接路径选择特定的非线性齿条360轮廓。齿条轴承206和非线性齿条360之间的接合将在下面参考图17和图21-23进行讨论。

上轴承组件134包括前上轴承部180和后上轴承部186，如图5所示。可选地，前上轴承180和后上轴承186可以包括例如图12A-12F所示的大体相同的部件。图12A和图12B分别示出了上轴承部180、186的立体图和侧视图。在图12C和图12D中分别示出了上轴承部180、186的俯视图和横截面图。在图12E和图12F中分别示出了前视图以及第二横截面图。如在附图中一般性地示出的，上轴承组件134通常为截断的空心球形轴承。

虽然附图中未具体示出，但上轴承部180、186的外部表面390的轮廓构造为与壳体168、174的上轴承腔室286的内部表面匹配地接合。进一步，上轴承部180、186具有从轴承部180、186的外部表面390向外突出的大体圆柱形的凸起248A(见图12A)，凸起248A构造为与壳体168、174中的凹部234A匹配地接合。应了解，可以使用适合预期应用的任何形状的凸起248A。类似地，凸起(未示出)可以从壳体168、174突出并且与上轴承部180、186上的凹部(未示出)匹配地接合。圆柱形的凸起248A和凹部234A的接合将轴承部180、186在壳体168、174内对齐，并且当组装为铰接枢转组件64的一部分时，可以防止上轴承组件在壳体168、174内旋转。

如图5所示，两个上轴承部180、186被组装以形成上轴承组件134。如图5和图12A-12F所示，上轴承部180、186具有在大体周向方向上突出的大体矩形的凸耳190，凸耳190构造为与上轴承部180、186中的大体矩形的切口188匹配地接合。因此，第一上轴承部180的矩形的凸耳190与第二上轴承部186的矩形的切口188匹配地组装，以形成上轴承组件134。应了解，可以使用凸耳、切口的任何构造或其他已知的组装方法，以对齐上轴承组件134的两个半部180、186。可替换地，前上轴承部180和后上轴承部186可以是不相同的部件。

参考图13，枢轴组件130包括大体为圆柱形的轴72，轴72具有一个或更多个花键区段398和/或螺纹区段404。枢轴72可以具有一个或更多个区段410、420，其中区段410、420的直径适合预期应用和/或有助于组装。上枢转球164、杆76和下枢转球166与枢轴72组装。上枢转球164通常为球形。下枢转球166通常为球形，其中一个或更多个轮齿426、430、434从球形表面径向地突出。

应了解，一个或更多个轮齿426、430、434可以从下枢转球166、上枢转球164的球形表面径向突出，和/或可以从枢轴72的一个或更多个区段410、420的圆柱形的表面径向地突出。进一步，虽然未具体示出，但一个或更多个轮齿426、430、434可以由凹入上枢转球164、下枢转球166和/或枢轴72中的一个或更多个的表面的切口形成。此外，虽然杆76被示出为在上枢转球164和螺纹端部区段404之间的位置与轴72固定联接，但杆76可以选择性地固定联接在沿枢轴72的适合预期应用的任何点处，包括在下枢转球166和枢轴72的下端398之间。将容易理解，关于沿枢轴72的相对位置的“上”和“下”的描述是任意的，即，上枢转球164和下枢转球166可以分别称为第一枢转球164和第二枢转球166。进一步，第一枢转球164和第二枢转球166的相对位置可以相对于与螺纹轴区段404的距离而改变。例如，第一枢转球164和第二枢转球166可以固定联接到枢轴72，使得第二枢转球166定位在第一枢转球164和螺纹轴区段404之间。

杆76可以包括具有花键通孔444的第一区段440，花键通孔444构造为与枢轴72的花键区段398中的一个组装。第二杆区段448可以从第一杆区段440以一定角度突出，如图13所示。可替换地，第二杆区段448和第一杆区段440可以对齐。球头销160与第二杆区段448机械地结合。穿过球头销160的纵轴线以一定角度相对于穿过枢轴72的纵轴线突出。可替换地，球头销160纵轴线和枢轴72纵轴线可以彼此平行。应了解，可以使用适合预期应用的杆76和球头销160的任何定向、形状和位置。

在图14中示出杆76和从下枢转球166突出的轮齿426、430、434的相对位置和定向。参考面452由枢轴72纵轴线和球160的中心限定。轮齿426、430、434的位置、尺寸和数量基于在枢轴72旋转时所期望的铰接进行选择。在图15中示出了下枢转球166的横截面图，示出了轮齿426、430、434的尺寸和相对于参考面452的定向。还示出了具有内部花键的内部通孔456，内部花键构造为与枢轴72上的外部花键398匹配地接合。在图16A-图16C中示出了各个轮齿426、430、434的横截面图，示出了在下枢转球166上的相对尺寸和定向。应了解，基于枢轴72的期望的铰接路径选择下枢转球上的轮齿426、430、434的形状、数量和位置。应了解，可以使用适合预期应用的轮齿426、430、434的定向、形状和位置的任何组合。同样地，各个轮齿426、430、434的尺寸可以大体相同。进一步，按照预期应用的期望，轮齿426、430、434可以选择性地定位在上枢转球164和/或枢轴72上。虽然未具体示出，轮齿426、430、434可以由枢转球164、166和/或枢轴72中的一个或更多个的表面上的切口形成，使得轮齿424、430、434由切口的侧部形成。可替换地，轮齿426、430、434可以选择性地包括远离表面的突出齿和凹入表面的切口的组合。

下枢转球166上的轮齿426、430、434与集成在齿条轴承206内的非线性齿条360啮合地接合，如图17所示。处于第一定向84和第二定向90的枢轴72的纵轴线由穿过图17所示的横截面的纵轴线84、90的相对位置表示。当下枢转球166处于与纵轴线84对齐的位置时，轮齿436与切口366A啮合地接合。当枢轴72朝向与纵轴线90对齐的位置旋转时，由元件166′表示的下枢转球沿齿条360旋转，使得轮齿436′与切口366A分离，并且轮齿426′与切口366C啮合地接合。应了解，可以使用适合预期应用的轮齿426、430、434的形状、定向、数量和位置，以及齿条360滚线372、各个切口轮廓、切口366A、366B、366C的数量和定向，以便按照期望铰接枢轴72。

在图18和图19中分别示出上枢转球164的立体图和侧视图。上枢转球164具有大体球形的形状，其可以在一端或两端被截断。上枢转球164可以具有从上枢转球164延伸的大体圆柱形的突起464以及构造有内部花键472的中心通道468。应了解，可以基于预期应用选择上枢转球164的大体形状和尺寸。进一步，上轴承180、186的内部轮廓构造为在被组装到铰接枢转64中时与上枢转球164的外部轮廓匹配地接合。

在图20中示出铰接枢转组件64的剖视图，示出了枢转壳体158、下轴承组件150、下枢转球166、枢轴72和杆76的大体对齐。图20所示的铰接枢转组件64的位置大体地示出了图3的铰接枢转组件64和图1的风挡刮水器系统10的位置。组装齿条下轴承206和前下轴承198以形成下轴承组件150。下轴承组件150具有大体椭圆形的形状，其中非线性齿条集成在下轴承组件150的一侧中。组装前壳体168和齿条壳体174以形成枢转壳体158。下轴承组件150的外轮廓与枢转壳体158的内部匹配地接合。下枢转球166上的轮齿426、430、434是非圆形小齿轮，并且当杆76旋转时对齐以与下轴承组件150中的非线性齿条366A、366B、366C啮合。应了解，轮齿426、430、434可以是适合预期应用的任何数量、尺寸或定向的齿，并且还可以是圆形或非圆形小齿轮。

在图21-图23中一般性地示出了当杆76旋转时枢轴72的铰接。为了清楚起见，已经省略了枢转壳体158。图21所示的枢轴72的位置大体与图1和图3中枢轴72的位置匹配。下枢转球166上的第一齿426与非线性齿条360中的第一切口366A啮合地接合。当杆76朝向中点旋转时，第一齿426从第一切口366A分离，并且第二齿430与第二切口366B啮合，如图22所示。将下枢转球166和上枢转球166的相对位置在图21和图22之间进行比较，示出了当杆76旋转时枢轴72的铰接。

在图23中示出了下枢转球166的位置，其中第三齿434与第三切口366C啮合地接合。图23所示的枢轴72的位置大体与图2和图4中的枢轴72的位置匹配。还示出了上枢转球164以及枢轴72的螺纹端404。将下枢转球166和上枢转球166的相对位置在图21、图22和图23之间进行比较，进一步示出了当杆76旋转时枢轴72的铰接。当杆76的旋转反向(即从图23所示的位置以顺时针方向运动)时，下枢转球166朝向中间位置(图22)并且朝向图21所示的第一位置旋转。此运动将枢轴72的铰接从图4所示的位置改变为图3所示的位置。

枢轴72上的旋转的上枢转球164提供三个自由度的运动。铰接的下枢转球166提供四个自由度，并且通过齿轮和齿条系统将X、Y和Z轴线的铰接绑定到枢轴72的旋转。齿轮由下枢转球166上的齿426、430、434表示。齿条由集成在下轴承150中的非线性齿条360表示。通过控制下枢转球166中心的X、Y和Z铰接，枢轴72的定向在整个刮擦循环中改变。枢轴72相对于玻璃表面的定向的改变使玻璃上的攻角改变。

图24和图25示出了具有一个或更多个铰接枢转组件64、64′的风挡刮水器系统10的替代实施例。应了解，可以使用适合预期应用的铰接枢转组件64、64′和/或非铰接枢转组件22的任何组合。同样，可以使用适合预期应用的任何数量和/或构造的连杆40、44、杆48、76、76′和铰接枢转组件64、64′(包括上枢转球和下枢转球164、166和齿条360)的内部构造。图24示出了根据本发明另一实施例的用于车辆(未示出)的风挡刮水器系统10的立体图，风挡刮水器系统10具有马达14，马达14联接到刮水器连杆系统18，以驱动第一铰接枢转组件64和第二铰接枢转组件64′的旋转。马达14使驱动轴32旋转，驱动轴32使马达驱动杆36旋转。马达驱动杆36与一个或更多个连杆40、44可旋转地联接。连杆40与第一枢转杆76′可旋转地联接，第一枢转杆76′进一步与第一铰接枢轴72′固定联接。连杆44与第二铰接枢转杆76可旋转地联接，第二铰接枢转杆76还与第二铰接枢轴72固定联接。

图25示出了根据本发明另一实施例的用于车辆(未示出)的风挡刮水器系统10的立体图，风挡刮水器系统10具有联接到刮水器连杆系统18的马达14，以驱动单个铰接枢转组件64的旋转。马达14使驱动轴32旋转，驱动轴32使马达驱动杆36旋转。马达驱动杆36与连杆44可旋转地联接。连杆44与枢转杆76可旋转地联接，枢转杆76进一步与铰接枢轴72固定联接。

图26-图28示出了铰接枢转组件64A的替代实施例，铰接枢转组件64A具有铰接枢转杆76A，铰接枢转杆76A与铰接枢轴72A的下端固定联接，其中枢轴72A穿过枢转壳体组件158A。虽然未具体示出，但枢转组件64A的构造类似于图5所示的枢转组件64，即枢转壳体组件158A包括前壳体168和齿条壳体174A。在图28中示出齿条壳体174A。此外，如在第一实施例中，枢转壳体组件158A具有插入前壳体168和齿条壳体174A中的第一轴承腔室和第二轴承腔室286A、292A中的第一轴承和第二轴承134、150(未示出)。

如图27所示，枢轴72A是铰接枢轴组件130A的一部分，铰接枢轴组件130A具有与枢轴72A固定联接的第一球164A和第二球166A。铰接枢转杆76A与枢轴72A的下端固定联接。铰接枢转杆76A可以固定联接在沿铰接枢轴72A的任何点处。此外，第一球164A、第二球166A和枢轴72A可以形成为集成的单元。

枢轴72A具有从圆柱形的轴表面72A径向突出的一个或更多个轮齿426A、430A、434A，如图27所示。第一球164A和第二球166A大体为球形，并且没有齿和/或切口。

在图28中示出齿条壳体组件174A的内部轮廓。轴承腔室286A、292A的轮廓被设计为保持相应的轴承(未示出)，与第一实施例中类似。中央腔室298A具有形成齿条的一个或更多个齿364-1、364-2、364-3，并且构造为在枢轴72A旋转时与枢轴72A上的一个或更多个轮齿426A、430A、434A匹配地接合。虽然未具体示出，但具有集成的齿条的第三轴承可以被插入中央腔室298A中，使得一个或更多个轮齿426A、430A、434A与集成在第三轴承内的齿条匹配地接合。

可替换地，枢轴72A可以在轴表面72A上具有切口(未示出)，切口与从枢转壳体组件158A的内部表面298A和/或从壳体轴承(未示出)的内部表面突出的齿364-1、364-2、364-3匹配地接合，其中壳体轴承与图10所示的轴承206类似。

具有一个或更多个铰接枢轴的刮水器系统的一个优点是提高了对高度包裹的玻璃的刮擦性能。第二个优点是动态地调节刮水器刮片橡胶元件相对于玻璃表面的定向的角度。另一个优点是将刮片攻角保持在用于高度弯曲的玻璃表面的所期望的范围内。此外，非线性齿条滚线与枢转壳体内包含的非圆形小齿轮轮廓相组合，允许调节枢轴的铰接，以适应各种弯曲的玻璃表面。应了解，可以使用适合预期应用的线性或非线性齿条与圆形或非圆形小齿轮的任何组合，即，线性齿条节线与圆形小齿轮轮廓组合可以导致用于特定应用的枢轴的所期望的铰接。同样，应了解，可以在单个风挡刮水器系统内使用一个或更多个铰接枢转组件和可选的非铰接枢转组件的任何组合以适合预期应用。

本发明已以说明性方式进行了描述，并且应理解，所使用的术语旨在具有描述文字的性质，而非限制性。根据上述教导，本发明的许多修改和变型是可能的。因此，应当理解，在所附权利要求的范围内，本发明可以以与具体的描述不同的方式实施。