CN102003509A - 旋转-直线运动变换机构以及致动器 - Google Patents

Abstract

本发明提供旋转-直线运动变换机构以及致动器，能够同时完成小型化和大的动作量这样相矛盾的两个技术课题。旋转-直线运动变换机构(3)具备行星齿轮机构(5)、第一、第二螺丝杆(8、32)、传动部件(7)、主轴(9)和套筒(33)。行星齿轮机构(5)通过电机(4)驱动太阳齿轮(20)，使行星齿轮(24)旋转并公转。第一螺丝杆(8)与传动部件(7)合为一体，使主轴(9)直线运动。第二螺丝杆(32)和行星齿轮轴(23)合为一体。传动部件(7)随着行星齿轮(24)的公转而旋转并沿着第二螺丝杆(32)直线运动。罩子(2B)使套筒(33)不发生旋转并使其滑动自如地与传动部件(7)合为一体做直线运动。

Description

旋转-直线运动变换机构以及致动器

技术领域

本发明涉及将旋转变换成直线运动的旋转-直线运动变换机构以及使用该旋转-直线运动变换机构的致动器。

背景技术

通常，作为将旋转运动变换成直线运动(直线运动)的一般的旋转-直线运动变换机构使用螺纹，也有例如专利文献1公开的对螺纹作为减速齿轮机构而组合了行星齿轮机构的构成。行星齿轮机构具备驱动轴(输入轴)、从动轴(输出轴)、固定轴、固定轴共通的基本轴，在为行星式的情况下，由太阳齿轮(输出轴)、内齿轮(固定轴)、行星齿轮、和通过行星齿轮的公转运动传递扭矩、旋转的行星架(输出轴)构成。

上述专利文献1所公开的行星差动螺纹式旋转-直线运动变换机构，装入用于调整内燃机的吸气阀的阀升降量的致动器，使控制轴移动，具备太阳轴、螺母、行星轴、固定器、和使螺母旋转的驱动电机，采用将螺母的旋转变换成太阳轴的直线运动由此使控制轴在轴向上移动的构造。

【专利文献1】日本特开2007-187228号公报

但是，上述现有的行星差动螺纹式旋转-直线运动变换机构，通过太阳轴的动作量来确保控制轴的冲程，所以如果控制轴的最大冲程长，则太阳轴的全长也变长，动作量变大，因此存在在动作方向变得大型化这样的问题。此外，在加快太阳轴的直线运动的情况下，能够通过提高螺母的旋转速度来加以应对，但如果过度提高旋转速度，则还存在螺母、行星轴、太阳轴的螺纹部磨耗而易于产生豁口进而导致耐久性降低的问题。

发明内容

本发明是为了上述现有问题而研发的，其目的在于提供一种旋转-直线运动变换机构和致动器，能够同时达成小型化和大的动作量这样相矛盾的两个技术课题，而且即使在高速旋转的情况下也能够减少齿轮、螺纹的磨耗和豁口。

为了实现上述目的，本发明涉及的旋转-直线运动变换机构具备收纳在壳体内的行星齿轮机构、第一螺丝杆、第二螺丝杆、传动部件、主轴和套筒，上述行星齿轮机构具有：由电机驱动的太阳齿轮；固定在上述壳体内的内齿轮；行星齿轮，其设置在行星齿轮轴上，与上述太阳齿轮和上述内齿轮啮合而进行旋转并进行公转；旋转自如的行星架，其旋转自如地支承上述行星齿轮轴；上述第一螺丝杆和上述传动部件合为一体，上述第二螺丝杆和上述行星齿轮轴合为一体并螺合贯通上述传动部件，上述传动部件随着上述行星齿轮的公转而旋转，并且沿着上述第二螺丝杆直线运动，上述套筒限制上述主轴旋转并支承其滑动自如，所述主轴随着上述第一螺丝杆的旋转而直线运动。

本发明涉及的旋转-直线运动变换机构，在上述发明中，上述行星齿轮和上述行星齿轮轴至少为两个。

本发明涉及的旋转-直线运动变换机构，在上述发明中，在上述电机的输出轴和上述太阳齿轮之间具备过负载防止用的离合器。

本发明涉及的致动器，具备上述发明涉及的旋转-直线运动变换机构。

在本发明中，通过和行星齿轮轴合为一体的第二螺丝杆使传动部件直线运动，通过和传动部件合为一体的第一螺丝杆使主轴直线运动，将传动部件和主轴的直线运动量的和作为旋转-直线运动变换机构的动作量，换言之，使传动部件和主轴分担旋转-直线运动变换机构的动作量，因此与使一个部件直线运动的情况相比能够缩短旋转-直线运动变换机构的轴向的长度，能够实现小型且得到大的动作量。此外，由于使负载分散到行星齿轮轴和第一螺丝杆，因此即使在高速旋转的情况下也能够减少齿轮、螺纹的磨耗、豁口，提高耐久性。

此外，在本发明中，具备至少两个行星齿轮和行星齿轮轴，从而能够进一步分散负载，因此能够将齿轮、螺纹的磨耗和豁口等抑制得更小。

此外，在本发明中，具备过负载防止用的离合器，因此当行星齿轮机构停止而处于过负载状态时，切断旋转传递，能够预先防止行星齿轮机构、传动部件、第一、第二螺丝杆等的破损。

此外，在本发明中，由于具备该旋转-直线运动变换机构而能够实现小型且得到大冲程，也能够高速动作，因此优选用于使阀的阀轴直线运动的致动器等。

附图说明

图1是表示本发明涉及的致动器的一实施方式的主视图。

图2是致动器的剖视图。

图3是旋转-直线运动变换机构的立体图。

图4是图1的A-A线剖视图。

图5是图1的B-B线剖视图。

图6(a)、(b)、(c)是表示旋转-直线运动变换机构的动作状态的剖视图。

图7是表示本发明涉及的致动器的其他实施方式的主视图。

图8是致动器的剖视图。

图9是图7的A-A线剖视图。

图10是图7的B-B线剖视图。

符号说明

1、1’…致动器；2…壳体；3、3’…旋转-直线运动变换机构；4…电机；5、5’…行星齿轮机构；7…传动部件；8…第一螺丝杆；9…主轴；20…太阳齿轮；21…内齿轮；22…行星架；23…行星齿轮轴；24…行星齿轮；25…输出轴；27…离合器；32…第二螺丝杆；33…套筒。

具体实施方式

以下，基于附图表示的实施方式对本发明进行详细说明。

在图1～图5中，本实施方式表示适用于对阀进行开闭控制的致动器。致动器1具备收纳在壳体2内的旋转-直线运动变换机构3。

壳体2由分别形成为圆筒状的壳体主体2A和罩子2B构成，罩子2B的后端侧开口部通过外螺纹6a和内螺纹6b的螺合与壳体主体2A的前端侧开口部一体地结合。

旋转-直线运动变换机构3具备：收纳于壳体主体2A的电机4、由该电动机4驱动的行星齿轮机构5、收纳于罩子2B的传动部件7、第一螺丝杆8、主轴9、第二螺丝杆32和套筒33等。

电机4借助安装板10收纳在壳体主体2A内，外部软线11的一端与端子12连接。外部软线11从在壳体主体2A的背面形成的软线用孔13通过夹紧部件14导出到外部，与电源连接。安装板10被多个止动螺钉15固定在电机4的前面，以旋转被阻止的状态嵌入固定于在壳体主体2A的前面侧开口部的内周面形成的环状槽16内。

行星齿轮机构5由行星式的行星齿轮机构构成，具备太阳齿轮20、内齿轮21、行星架22、两个行星齿轮轴23以及安装在各行星齿轮轴23上的两个行星齿轮24。

太阳齿轮20一体地具有在外周面形成有正齿轮26的齿轮主体20A、设置于该齿轮主体20A的一端侧的圆筒部20B、和连结齿轮主体20A和圆筒部20B的圆板部20C，齿轮主体20A保持微小的间隙且可旋转地套装于电机4的输出轴25，经由过负载防止用的离合器27与输出轴25结合。

离合器27具备固定于输出轴25的第一磁铁27A、和设置在太阳齿轮20的圆筒部20B的内周面、包围第一磁铁27A的外周的第二磁铁27B，在通常的动作时，利用第一、第二磁铁27A、27B的磁力磁性结合太阳齿轮20和输出轴25，由此来传递扭矩、旋转，当向太阳齿轮20侧施加超过基于上述磁力的结合力的过大负载而使太阳齿轮20停止时，输出轴25和第一磁铁27A相对于太阳齿轮20空转，切断旋转。另外，作为离合器27，并不局限于磁铁离合器，也可以使用摩擦离合器等其他型式的离合器。

内齿轮21与安装板10和轴承29一起嵌合插入于壳体主体2A的环状槽16，通过紧固壳体主体2A和罩子2B的外螺纹6a和内螺纹6b，由此被安装板10和轴承29夹持固定。此外，内齿轮21形成为圆筒状，具有和内周面中间部合为一体的环状的正齿轮部21A，在该正齿轮部21A的内侧插入太阳齿轮20的齿轮主体20A和行星齿轮24。进而，在内齿轮21的内部空间中，在比正齿轮部21A更靠后方侧的空间28a定位离合器27和太阳齿轮20的圆筒部20B，在比正齿轮部21A更靠前方侧的空间28b配设有借助轴承29自如旋转的上述行星架22。另外，太阳齿轮20被第一磁铁27A和行星架22限制轴向的移动。

行星架22形成为圆板状，旋转自如地轴支承上述行星齿轮轴23。因此，在靠行星架22的外周附近，两个轴承孔30在周方向上分离180°而形成，各行星齿轮轴23插通到上述轴承孔30中，被轴承31旋转自如地轴支承。各行星齿轮轴23的后端部向行星架22的后方突出，行星齿轮24分别被压入其突出端部，通过螺钉等被固定。

在此，在通常的行星齿轮机构中，齿轮架具有限制行星齿轮的位置并且传递扭矩和旋转的功能，但在本实施方式中，通过在行星齿轮轴23上设置第二螺丝杆32来赋予推力和直线运动的功能，通过脱离行星架22的功能而设置传动部件7，从而使行星架22仅具有作为限制行星齿轮轴23和行星齿轮24的位置的支承体的功能。

行星齿轮24与太阳齿轮20的正齿轮26和内齿轮21的正齿轮部21A啮合。因而，若通过电机4的驱动使太阳齿轮20与输出轴25一体地旋转，则行星齿轮24在通过太阳齿轮20而旋转的同时围绕太阳齿轮20公转。由此，行星架22旋转，行星齿轮轴23旋转并且公转。

传动部件7旋转自如地配设在主轴9和行星架22之间，具有供上述第二螺丝杆32螺合贯通的螺纹孔39，随着上述行星齿轮24的公转而旋转并且沿着上述第二螺丝杆32作直线运动。即，当行星齿轮24公转时，行星齿轮轴32也与行星齿轮24一体地公转，由此传动部件7以及行星架22旋转。此外，传动部件7与第二螺丝杆32螺合，因而随着第二螺丝杆32的旋转而进退(直线运动)。

第一螺丝杆8的基端部(后端部)8a压入固定于传动部件7的中心孔40，前端部8b延伸至罩子2B的前端侧开口部43附近，在外周面遍及全长形成有外螺纹44。

主轴9形成为两端开放的筒状体，在基端部(后端部)侧内周面形成有与第一螺丝杆8的外螺纹44螺合的内螺纹45，该主轴9在插入到套筒33内的状态下配设在传动部件7的前面侧。此外，主轴9被阻止旋转而滑动自如地贯通套筒33，前端与套筒33一起从罩子2B的前端侧开口部43向外部突出，与省略了图示的阀的阀轴50连结。

第二螺丝杆32用于将行星齿轮24的公转(行星架22的旋转)传递给上述传动部件7，使该传动部件7旋转并且进退(直线运动)，该第二螺丝杆32一体地突出设置于上述行星齿轮轴23的前端，螺合贯通上述传动部件7的螺纹孔39。此外，第二螺丝杆32具有足够的长度，遍及全长形成有与传动部件7的螺纹孔39螺合的外螺纹32a，并且插入到套筒33中。

套筒33由筒体构成，在前端面具有供主轴9滑动自如地贯通的插通孔51，在后端侧开口部，该套筒33在轴向的移动被阻止的状态下与一体地突设于传动部件7的前端面的筒部52旋转自如地连结。为此，套筒33在后端部外周面具有在周方向上隔开等间隔而突出设置的多根(例如4根)旋转防止用销53，上述销53的外端部贯通套筒33而滑动自如地卡入于在罩子2B的内周面沿轴向形成的长槽55，由此相对于罩子2B被限制旋转，内端部也同样地贯通套筒33而滑动自如地卡入在所述筒部52形成的环状槽54，由此相对于传动部件7被限制轴向的移动。

接着，参照图6对由上述构造构成的致动器1的动作进行说明。图6(a)是表示冲程为零的初始状态(非驱动状态)的图，(b)是表示传动部件以及主轴直线运动的状态的图，(c)是表示传动部件以及主轴直线运动为最大冲程后停止的状态的图。在图6(a)所示的初始状态下，传动部件7后退而保持在与行星架22接触的初始位置状态。在该状态下，套筒33与传动部件7一体地后退而没入罩子2B内，保持前端部从罩子2B的前端侧开口部43稍微突出的状态。此外，主轴9也后退而保持前端部从套筒33稍微突出、后端与传动部件7的前面抵接的状态。

在上述的初始状态下，若驱动电机4使输出轴25朝正向旋转，则该旋转经由离合器27传递到太阳齿轮20。因此，太阳齿轮20与输出轴25一体地旋转，使行星齿轮24旋转。若行星齿轮24旋转，则与其一体的行星齿轮轴23以及第二螺丝杆32也旋转，通过该第二螺丝杆32的旋转使传动部件7直线运动(前进)。若传动部件7沿着第二螺丝杆32直线运动，则套筒33也与传动部件7一体地前进，从罩子2B的前端侧开口部43向外部渐渐地突出。

此外，由于行星齿轮24在旋转的同时绕太阳齿轮20公转，因而通过该公转使传动部件7和行星架22旋转。

若传动部件7旋转，则与其一体的第一螺丝杆8也旋转。因此，主轴9沿着第一螺丝杆8直线运动，向套筒33的外部渐渐地突出。图6(b)表示该状态。

传动部件7若直线运动为最大冲程，则通过在套筒33的外周面后端部设置的止动部56与罩子2B的内壁面57抵接而停止。若传动部件7停止，则行星架22、行星齿轮轴23、行星齿轮24和太阳齿轮20也停止，行星齿轮机构5成为停止状态。因此，成为过负载状态，输出轴25和第一磁铁27A相对于太阳齿轮20空转，旋转传递被切断。

若旋转传递被切断而传动部件7不旋转，则第一螺丝杆8也不旋转，因此主轴9在该位置停止。图6(c)表示该状态。另外，当使传动部件7和主轴9恢复到原来的初始位置状态时，只要使电机4向与上述相反的方向驱动即可。

在这样的致动器1中，由传动部件7和主轴9构成直线运动部件，通过第一螺丝杆8和第二螺丝杆32的两轴分别使传动部件7和主轴9直线运动，因此旋转-直线运动变换机构3的动作量为传动部件7的移动量与主轴9的移动量相加而得的值，能够增大动作量。此外，第一螺丝杆8和第二螺丝杆32在旋转-直线运动变换机构3的初始状态下，并列收纳在壳体2内，因此能够缩短旋转-直线运动变换机构3的轴向的长度，能够实现小型化。进而，各由2个构成、即具备行星齿轮轴23和行星齿轮24、第一、第二螺丝杆8、32，使负荷分散到这些部件，因而即使在高速旋转的情况下也能够减少齿轮、螺纹的磨耗、豁口等，提高耐久性。

图7～图10是表示本发明涉及的致动器的其他实施方式的图。

在本实施方式中，致动器1’的旋转-直线运动变换机构3’具备：太阳齿轮20、内齿轮21、行星架22、由三个行星齿轮轴23和三个行星齿轮24构成的行星齿轮机构5’、传动部件7、第一螺丝杆8、主轴9、第二螺丝杆32、和套筒33等。即，在本实施方式中，仅在分别增加一个行星齿轮轴23、行星齿轮24和第二螺丝杆32的数目这一点上与上述实施方式中的致动器1不同，其他的结构则完全相同，因此对相同的结构部件、部分标注相同的符号，并省略其说明。

根据这样的致动器1’，由于使行星齿轮轴23和行星齿轮24和第二螺丝杆32的数目增加，所以能够使负载进一步分散，与上述实施方式的致动器1相比能够进一步减少齿轮、螺纹的磨耗、豁口等。

Claims (4)

1.一种旋转-直线运动变换机构，其特征在于，具备，

收纳在壳体内的行星齿轮机构、第一螺丝杆、第二螺丝杆、传动部件、主轴和套筒，

所述行星齿轮机构具有：由电机驱动的太阳齿轮；固定在所述壳体内的内齿轮；行星齿轮，其设置在行星齿轮轴上，与所述太阳齿轮和所述内齿轮啮合而进行旋转并进行公转；旋转自如的行星架，其旋转自如地支承所述行星齿轮轴，

所述第一螺丝杆和所述传动部件合为一体，

所述第二螺丝杆和所述行星齿轮轴合为一体并螺合贯通所述传动部件，

所述传动部件随着所述行星齿轮的公转而旋转，并且沿着所述第二螺丝杆直线运动，

所述套筒限制所述主轴旋转并支承其滑动自如，所述主轴随着所述第一螺丝杆的旋转而直线运动。

2.根据权利要求1所述的旋转-直线运动变换机构，其特征在于，所述行星齿轮和所述行星齿轮轴至少为两个。

3.根据权利要求1或2所述的旋转-直线运动变换机构，其特征在于，所述电机的输出轴和所述太阳齿轮之间具备过负载防止用的离合器。

4.一种致动器，其特征在于，具备权利要求1、2、3中任一项所述的旋转-直线运动变换机构。

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