TWI391584B - 致動器 - Google Patents

Description

致動器

本發明係關於一種具備將旋轉驅動源之旋轉運動轉換成可從致動器本體突出之連桿(rod)的直線運動之轉換機構的致動器。

例如日本特開2004-211725號公報揭示藉由馬達之驅動力使連桿從致動器本體突出的電動致動器。如第六圖所示，電動致動器80具備：致動器本體81及配置於致動器本體81內之連桿82。在連桿82之內部***有小徑壓縮線圈彈簧83。在小徑壓縮線圈彈簧83連結有馬達84之旋轉軸84a。在小徑壓縮線圈彈簧83之外側配置有大徑壓縮線圈彈簧85。大徑壓縮線圈彈簧85之外周面固定於連桿82之內周面。

承件(retainer)86可向小徑壓縮線圈彈簧83之軸方向移動地收容於小徑壓縮線圈彈簧83的內側。承件86由承件本體86a及限制銷86b而形成。限制銷86b設於承件本體86a之兩端，且從承件本體86a之外周面突出於小徑壓縮線圈彈簧83之徑方向。限制銷86b位於小徑壓縮線圈彈簧83與大徑壓縮線圈彈簧85間之空間部87。空間部87中介有複數個滾動球88。滾動球88配置成與兩壓縮線圈彈簧83、85之螺旋線材83a、85a接觸。滾動球88以沿著兩螺旋線材83a、85a螺旋狀地排列，並且藉由限制銷86b而不致離散之方式保持。

在連桿82之內端固定有環狀之活塞90。活塞90支撐於致動器本體81。在活塞90之外緣部貫穿有延伸於致動器本體81之軸方向的引導棒89。引導棒89之兩端固定於致動器本體81。活塞90及引導棒89防止小徑壓縮線圈彈簧83與大徑壓縮線圈彈簧85一起轉動，因而避免大徑壓縮線圈彈簧85進行旋轉運動。

藉由電動致動器80而馬達84之旋轉運動經由旋轉軸84a傳達至小徑壓縮線圈彈簧83。藉此，小徑壓縮線圈彈簧83旋轉時，承件86亦旋轉並向小徑壓縮線圈彈簧83之軸方向移動。同時大徑壓縮線圈彈簧85不旋轉而直線性移動。結果連接於大徑壓縮線圈彈簧85之連桿82亦直線性移動。

連桿82之前端碰到對象物時，限制連桿82之移動。此時壓縮小徑壓縮線圈彈簧83及大徑壓縮線圈彈簧85而彈性變形，並在兩壓縮線圈彈簧83、85中貯存彈性力。藉由該彈性力以確保馬達84停止後將連桿82擠壓於對象物的必要推力。

然而日本特開2004-211725號公報之電動致動器80為了將馬達84之旋轉運動轉換成連桿82之直線運動，需要由小徑壓縮線圈彈簧83、大徑壓縮線圈彈簧85、承件86及複數個滾動球88構成之轉換機構。因而，轉換機構之構成複雜且成本高。電動致動器80還需要活塞90及引導棒89作為止轉機構。因而導致電動致動器80之內部構造亦複雜且成本更高。

本發明之目的為提供一種可以簡單的結構將旋轉驅動源之旋轉運動轉換成連桿的直線運動，並可降低成本之致動器。

為了解決前述目的，本發明第一態樣提供一種致動器，其具備將旋轉驅動源之旋轉運動轉換成可從致動器本體突出之連桿的直線運動之轉換機構。轉換機構具備：線圈彈簧，其外裝於連桿，且在藉由旋轉驅動源之旋轉力而旋轉的同時具有彈性力；及止轉部，其在連桿以與線圈彈簧之螺旋線材接觸的方式設置，且***形成於致動器本體之內周面的引導溝中。

[第一種實施形態]

以下，按照第一圖至第四圖說明將本發明之致動器具體化成電動致動器的第一種實施形態。

如第一圖及第二圖所示，電動致動器11具備在兩端具有開口部之筒狀的致動器本體12。致動器本體12之兩開口部藉由護蓋13a、13b堵塞。在致動器本體12之外面固定有作為旋轉驅動源之馬達14。藉由馬達14驅動之驅動軸14a由蝸形齒輪(worm gear)構成。驅動軸14a貫穿致動器本體12而導入致動器本體12內。

蝸輪(worm wheel)15經由軸承16可對致動器本體12旋轉而支撐於致動器本體12內。蝸輪15嚙合於驅動軸14a。驅動軸14a旋轉時蝸輪15亦旋轉。

第一旋轉構件17經由軸承18可對致動器本體12旋轉而支撐於致動器本體12內之一端。在蝸輪15之一端固定有第一線圈彈簧19之一端。第一線圈彈簧19之另一端固定於第一旋轉構件17。又，第二旋轉構件20經由軸承21可對致動器本體12旋轉而支撐於致動器本體12內之另一端。在蝸輪15之另一端固定有第二線圈彈簧22之一端。第二線圈彈簧22之另一端固定於第二旋轉構件20。第一及第二線圈彈簧19、22係使用等間距彈簧。

第一線圈彈簧19由螺旋線材19a而構成，第二線圈彈簧22由螺旋線材22a而構成。螺旋線材19a之卷繞方向與螺旋線材22a之卷繞方向相反。藉由馬達14而驅動軸14a旋轉，且蝸輪15旋轉，第一線圈彈簧19及第二線圈彈簧22同時旋轉。

在致動器本體12內設有形成筒狀之第一連桿24。第一連桿24沿著致動器本體12之軸方向而延伸。第一連桿24之開口端藉由頂蓋23a而堵塞。頂蓋23a中固定有第一夾構件(the first hand member)Ha。第一連桿24經由滑動軸承25a可對堵塞致動器本體12之一方開口端的護蓋13a滑動而支撐。第一連桿24之一端插穿於第一旋轉構件17內。第一連桿24之另一端插穿於蝸輪15內。

在致動器本體12內設有形成筒狀之第二連桿26。第二連桿26沿著致動器本體12之軸方向而延伸。第二連桿26之開口端藉由頂蓋23b堵塞。頂蓋23b中固定有第二夾構件Hb。第二連桿26經由滑動軸承25b可對堵塞致動器本體12之另一方開口端的護蓋13b滑動而支撐。第二連桿26之一端插穿於第二旋轉構件20內，第二連桿26之另一端***第一連桿24內。

第一連桿24之內徑比第二連桿26之外徑大。在第一連桿24內插著第二連桿26之端部。第一連桿24及第二連桿26可向兩連桿24、26之軸方向相對移動。

第一及第二連桿24、26分別設有一對支軸27。一對支軸27從第一及第二連桿24、26之周面上相對的位置向外徑方向分別突出。一對支軸27***螺旋線材19a、22a之間距間。作為第一旋轉體之進給輥28可旋轉而支撐於各支軸27。又，作為止轉部及第二旋轉體之止轉輥29可旋轉而支撐於各支軸27。進給輥28及止轉輥29彼此獨立可對支軸27旋轉而分別支撐。一對支軸27係以使一方之進給輥28的周面一部分隨時接觸於螺旋線材19a、22a，並使另一方之進給輥28的周面一部分隨時接觸於螺旋線材19a、22a的方式而支撐。亦即，一對進給輥28分別與各螺旋線材19a、22a隨時接觸，且被對應之螺旋線材19a、22a夾住於軸方向。藉此限制進給輥28向第一及第二線圈彈簧19、22之軸方向移動。

在致動器本體12之內面形成有沿著致動器本體12之軸方向的引導溝12a。引導溝12a分別設於致動器本體12內之相對的位置。各引導溝12a在致動器本體12之軸方向的全長直線狀延伸。在各引導溝12a內配置有止轉輥29。止轉輥29藉由與引導溝12a之內面接觸而旋轉。

藉由止轉輥29在引導溝12a內旋轉，防止第一線圈彈簧19與第一連桿24一起旋轉，且亦防止第二線圈彈簧22與第二連桿26一起旋轉。藉此，第一線圈彈簧19及第二線圈彈簧22之旋轉運動傳達至進給輥28，使進給輥28旋轉，第一連桿24及第二連桿26與進給輥28及支軸27等一起直線移動。如此，第一及第二線圈彈簧19、22之旋轉運動圓滑地轉換成第一連桿24及第二連桿26之直線運動。本實施形態係架構成從第一及第二線圈彈簧19、22與止轉輥29，將馬達14之旋轉運動轉換成第一及第二連桿24、26之直線運動的轉換機構。

馬達14旋轉於正方向時，如第四圖所示，第一及第二連桿24、26從致動器本體12突出，而配置於鬆開對象物W之鬆開位置。相反地，馬達14旋轉於反方向時，如第一圖所示，第一及第二連桿24、26縮進致動器本體12內而配置於夾緊位置。

如第一圖所示，在第一及第二連桿24、26縮進之狀態下，馬達14旋轉於正方向時，蝸輪15伴隨驅動軸14a之旋轉而旋轉，第一及第二線圈彈簧19、22向正方向旋轉。此時，第一及第二連桿24、26係沿著第一及第二線圈彈簧19、22之軸方向直線性移動，而配置於第四圖所示之鬆開位置。

而後，在第一及第二連桿24、26突出之狀態下，反方向驅動馬達14時，蝸輪15伴隨驅動軸14a之旋轉而旋轉，第一及第二線圈彈簧19、22向反方向旋轉。此時，第一及第二連桿24、26係沿著第一及第二線圈彈簧19、22之軸方向直線性移動，而配置於第一圖所示之夾緊位置。

而後，第一及第二夾構件Ha、Hb之內面碰到對象物W時，限制第一及第二連桿24、26之移動。此時，進給輥28壓接螺旋線材19a、22a，而第一及第二線圈彈簧19、22分別彈性變形時，螺旋線材19a、22a之傾斜角度比藉由進給輥28壓接之前小，依此，作用於與第一及第二連桿24、26之軸線大致正交方向的分力變小。結果在第一及第二連桿24、26上賦予夾緊推力。此時產生之分力係依據第一及第二線圈彈簧19、22之彈簧常數者。因而，藉由適宜設定第一及第二線圈彈簧19、22之彈簧常數，可獲得希望之夾緊推力。

馬達14繼續旋轉至賦予第一及第二連桿24、26之夾緊推力到達所需的充分值。而後，在獲得充分之夾緊推力的時刻，遮斷向馬達14之通電。因而，即使不在電動致動器11之外另行設置馬達制動器等保持機構，仍可在停止馬達14之驅動狀態下，保持將第一及第二夾構件Ha、Hb擠壓於對象物W之狀態。

又，即使遮斷對馬達14之通電，馬達14及第一及第二線圈彈簧19、22仍具有慣性能(慣性力)。因而儘管限制了第一及第二連桿24、26之移動，馬達14與第一及第二線圈彈簧19、22仍有向夾緊方向作用之旋轉力。但是，因為本發明係彈性壓縮第一及第二線圈彈簧19、22，所以可吸收馬達14及第一及第二線圈彈簧19、22之慣性能。

採用前述實施形態可獲得以下之效果。

(1)電動致動器11具備將馬達14之旋轉運動轉換成第一及第二連桿24、26之直線運動的轉換機構。該轉換機構由第一及第二線圈彈簧19、22與止轉輥29而形成。第一線圈彈簧19外裝於第一連桿24，第二線圈彈簧22外裝於第二連桿26。止轉輥29係與螺旋線材19a、22a接觸而設於各連桿24、26，並且***致動器本體12之引導溝12a中。

藉由前述結構，與由小徑壓縮線圈彈簧83、大徑壓縮線圈彈簧85、承件86及複數個滾動球88而組成之先前的轉換機構比較，可簡化轉換機構之結構，並可減少電動致動器11之成本。

(2)又，藉由前述轉換機構，在將馬達14之旋轉運動轉換成第一及第二連桿24、26之直線運動的同時，亦可進行第一及第二連桿24、26之止轉。因此，與止轉機構為具備活塞90與引導棒89之先前的轉換機構比較，可簡化電動致動器11之內部構造，並可進一步減少電動致動器11之成本。

(3)藉由前述轉換機構，而將第一及第二線圈彈簧19、22之旋轉運動經由進給輥28之旋轉而轉換成第一及第二連桿24、26之直線運動。因而，可使第一及第二線圈彈簧19、22圓滑地旋轉，亦可有效地將第一及第二線圈彈簧19、22之旋轉運動轉換成第一及第二連桿24、26之直線運動。

(4)支軸27從第一及第二連桿24、26之周面上相對的位置分別突設。又，支撐於一方支軸27之進給輥28的周面隨時接觸於螺旋線材19a、22a，且支撐於另一方支軸27之進給輥28的周面亦隨時接觸於螺旋線材19a、22a。換言之，一對進給輥28在對第一及第二線圈彈簧19、22之軸線對稱的位置分別與螺旋線材19a、22a接觸。藉此，從第一及第二線圈彈簧19、22對一對進給輥28平衡地施力。因而第一及第二連桿24、26可穩定地直線運動。

(5)又，藉由(4)之結構，一對進給輥28之各個與各螺旋線材19a、22a隨時接觸，並藉由對應之螺旋線材19a、22a而在軸方向夾住。藉此，限制進給輥28向第一及第二線圈彈簧19、22之軸方向移動。因而可抑制在進給輥28與第一及第二線圈彈簧19、22之間產生的晃動。

(6)為了進行第一及第二連桿24、26之止轉，係安裝可對支軸27旋轉之止轉輥29，並且將止轉輥29配置於致動器本體12內之引導溝12a中。藉由該結構，可將第一及第二線圈彈簧19、22之旋轉運動轉換成第一及第二連桿24、26之直線運動，止轉輥29可以支軸27為中心而在引導溝12a內旋轉。藉此，可減少滑接阻力，第一及第二連桿24、26可圓滑地移動。

(7)為了將馬達14之旋轉運動轉換成第一及第二連桿24、26之直線運動，係在第一及第二線圈彈簧19、22內***第一及第二連桿24、26，並且在第一及第二連桿24、26中設有進給輥28及止轉輥29。藉由該結構，與藉由馬達14而旋轉之構件採用滾珠螺桿或滑動螺絲時比較，可減少電動致動器之成本，亦可謀求重量減輕。

(8)電動致動器11係將馬達14之旋轉運動經由驅動軸14a及蝸輪15而轉換成第一及第二線圈彈簧19、22之旋轉運動。又，第一線圈彈簧19配置於與第二線圈彈簧22同軸上，並且第一線圈彈簧19之卷繞方向與第二線圈彈簧22之卷繞方向相反。因而，藉由蝸輪15旋轉使第一及第二線圈彈簧19、22兩者旋轉，第一連桿24及第二連桿26可以彼此接近或離開之方式直線運動。藉此，可使第一夾構件Ha與第二夾構件Hb彼此接近或離開，而可夾緊或鬆開對象物W。

[第二種實施形態]

其次，按照第五圖說明將本發明之致動器具體化成電動致動器的第二種實施形態。另外，就第二種實施形態中與第一種實施形態同樣之部分，省略其詳細說明。

如第五圖所示，電動致動器41具備兩端具有開口部之筒狀的致動器本體42。致動器本體42之一方開口端藉由護蓋43堵塞。在致動器本體42之另一端安裝有作為旋轉驅動源之馬達44。在馬達44之驅動軸44a上，經由連結構件45而固定線圈彈簧46之一端。線圈彈簧46之另一端經由滑動軸承53而支撐於護蓋43之內端面。

在致動器本體42內設有沿著致動器本體42之軸線方向而延伸的筒狀連桿48。連桿48之開口端藉由頂蓋47堵塞。連桿48經由滑動軸承49可對致動器本體42之護蓋43滑動地支撐。連桿48***線圈彈簧46內。在連桿48中設有一對支軸50。一對支軸50從連桿48之周面上相對的位置分別突出於外徑方向。作為第一旋轉體之進給輥51與作為止轉部及第二旋轉體之止轉輥52可旋轉地分別支撐於各支軸50。進給輥51及止轉輥52分別彼此獨立而可旋轉地支撐。一對支軸50係以使一方之進給輥51的後端面隨時接觸於線圈彈簧46之螺旋線材46a，使另一方之進給輥51的前端面隨時接觸於螺旋線材46a之方式而支撐。

在致動器本體42之內面形成有延伸於致動器本體42之軸方向的引導溝42a。引導溝42a分別設於致動器本體42內相對之位置。各引導溝42a在致動器本體42之軸方向的全長直線狀延伸。在各引導溝42a內配置有止轉輥52。

馬達44旋轉於正方向時，連桿48從致動器本體42突出，而配置於夾緊對象物W之夾緊位置。相反地，馬達44旋轉於反方向時，連桿48縮進致動器本體42內而配置於鬆開位置。又，滑動軸承53在支撐旋轉之線圈彈簧46的端面，並且從致動器本體42突出連桿48時，伴隨進給輥51之移動而承受賦予線圈彈簧46之負載。

因此，採由第二種實施形態可獲得與第一種實施形態中記載之(1)~(7)同樣的效果。

另外，前述實施形態亦可變更如下。

各種實施形態中，止轉部亦可並非如止轉輥29之旋轉體，而為可對引導溝12a、42a滑動之樹脂製的凸部。又，亦可將接觸於各線圈彈簧19、22、46而旋轉之進給輥28變更為樹脂製之構件。

各種實施形態中，亦可將等間距彈簧之各線圈彈簧19、22、46變更為不等間距彈簧。

第一種實施形態在馬達14旋轉於正方向時，第一及第二連桿24、26係從致動器本體12突出，不過，亦可與其相反地，在馬達14旋轉於正方向時，第一及第二連桿24、26縮進致動器本體12內。

第二種實施形態在馬達44旋轉於正方向時，連桿48係從致動器本體42突出，不過，亦可與其相反地，在馬達44旋轉於正方向時，連桿48縮進致動器本體42內。

旋轉驅動源除了馬達14、44之外，亦可使用氣動馬達或內燃機等。

11．．．電動致動器

12．．．致動器本體

12a．．．引導溝

13a、13b．．．護蓋

14．．．馬達

14a．．．驅動軸

15．．．蝸輪

16．．．軸承

17．．．第一旋轉構件

18．．．軸承

19．．．第一線圈彈簧

19a．．．螺旋線材

20．．．第二旋轉構件

21．．．軸承

22．．．第二線圈彈簧

22a．．．螺旋線材

23a、23b．．．頂蓋

24．．．第一連桿

25a,、25b．．．滑動軸承

26．．．第二連桿

27．．．支軸

28．．．進給輥

29．．．止轉輥

41．．．電動致動器

42．．．致動器本體

42a．．．引導溝

43．．．護蓋

44．．．馬達

44a．．．驅動軸

45．．．連結構件

46．．．線圈彈簧

46a．．．螺旋線材

47．．．頂蓋

48．．．連桿

49．．．滑動軸承

50．．．支軸

51．．．進給輥

52．．．止轉輥

53．．．滑動軸承

80．．．電動致動器

81．．．致動器本體

82．．．連桿

83．．．小徑壓縮線圈彈簧

83a．．．螺旋線材

84．．．馬達

84a．．．旋轉軸

85．．．大徑壓縮線圈彈簧

85a．．．螺旋線材

86．．．承件

86a．．．承件本體

86b．．．限制銷

87．．．空間部

88．．．滾動球

89．．．引導棒

90．．．活塞

Ha．．．第一夾構件

Hb．．．第二夾構件

W．．．對象物

第一圖係顯示配置於夾緊位置之電動致動器的剖面圖。

第二圖係顯示第一種實施形態之電動致動器的斜視圖。

第三圖係沿著第二圖之3-3線的剖面圖。

第四圖係顯示配置於鬆開位置之電動致動器的剖面圖。

第五圖係顯示第二種實施形態之電動致動器的剖面圖。

第六圖係顯示先前之電動致動器的剖面圖。

41．．．電動致動器

42．．．致動器本體

42a．．．引導溝

43．．．護蓋

44．．．馬達

44a．．．驅動軸

45．．．連結構件

46．．．線圈彈簧

46a．．．螺旋線材

47．．．頂蓋

48．．．連桿

49．．．滑動軸承

50．．．支軸

51．．．進給輥

52．．．止轉輥

53．．．滑動軸承

Claims (5)

1. 一種致動器，係具備將旋轉驅動源之旋轉運動轉換為可從致動器本體突出之連桿的直線運動之轉換機構，且前述轉換機構具備：線圈彈簧，其外裝於前述連桿，且在藉由前述旋轉驅動源之旋轉力而旋轉的同時具有彈性力；及止轉部，其在前述連桿以與前述線圈彈簧之螺旋線材接觸的方式設置，且***形成於前述致動器本體之內周面的引導溝中。
2. 如申請專利範圍第1項之致動器，其中前述止轉部具備：支軸，其設於前述連桿；第一旋轉體，其可對前述支軸旋轉而支撐，且與前述螺旋線材接觸而旋轉；及第二旋轉體，其可對前述支軸旋轉而支撐，且與前述引導溝之內面接觸而旋轉；前述第一旋轉體及前述第二旋轉體分別彼此獨立而可旋轉地支撐。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項之致動器，其中前述連桿具備：第一連桿；及第二連桿，其***前述第一連桿內，且可向前述第一連桿之軸方向移動而支撐；在第一及第二連桿之各前端分別設置夾構件，前述致動器進一步具備：第一線圈彈簧，其外裝於前述第一連桿；及第二線圈彈簧，其外裝於前述第二連桿；形成前述第一線圈彈簧之螺旋線材的卷繞方向與形成前述第二線圈彈簧之螺旋線材的卷繞方向相反。
4. 如申請專利範圍第2項之致動器，其中前述第一旋轉體與前述螺旋線材隨時接觸，同時藉由對應之螺旋線材而在軸方向夾住。
5. 如申請專利範圍第2項之致動器，其中前述支軸係一對支軸中的一個，前述一對支軸分別設於前述連桿之周面上相對的位置，各支軸上分別設前述第一旋轉體，各第一旋轉體配置於對前述線圈彈簧之軸線對稱的位置。