TWI766466B - 迴轉座及迴轉工作台 - Google Patents

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何育賢
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Abstract

本發明係關於一種迴轉座，包含：一座體，包含一容納槽和一外表面，該容納槽於該外表面包含一第一開口，該容納槽用以容納一轉盤，該座體的材質為金屬；以及一複合材料層，用以附著於該座體的至少部分的該外表面，該複合材料層的材質包含纖維和樹脂。藉此，讓迴轉座達到輕量化的目的。本發明亦關於一種迴轉工作台，包含：該迴轉座；一驅動該迴轉座旋轉之驅動裝置；以及一可旋轉地設置於該座體的容納槽的轉盤。

Description

迴轉座及迴轉工作台
本發明涉及一種迴轉工作台，特別是指一種具纖維材質的輕量化迴轉座及迴轉工作台。
現有的迴轉工作台大多是採用金屬(例如鑄鐵、鑄鋁)製成的迴轉座(或稱鞍座)來承載轉盤。由於金屬製的迴轉座的重量較重，使得迴轉座的重心相對於迴轉工作台的驅動裝置的旋轉軸的重心距也較大，從而需要驅動裝置提供較大的驅動力才能使迴轉座相對於驅動裝置旋轉。
因此，如何兼顧降低對驅動裝置的驅動力大小的需求，又能讓迴轉座的旋轉符合應用的需求，是當前需克服的課題。
為此，本發明的主要目的是提供一種具纖維材質的輕量化迴轉座及迴轉工作台。
本發明根據一實施例所提供的一種迴轉座，包含：一座體，包含一容納槽和一外表面，該容納槽於該外表面包含一第一開口，該容納槽用以容納一轉盤，該座體的材質為金屬；以及一複合材料層，用以附著於該座體的至少部分的該外表面，該複合材料層的材質包含纖維和樹脂。
本發明根據一實施例所提供的一種迴轉工作台，包含：上述的迴轉座；一驅動裝置，可旋轉地連接該迴轉座，並用以帶動該迴轉座旋轉；以及一轉盤，可旋轉地設置於該迴轉座的該容納槽。
藉此，本發明所提供的迴轉座可達到輕量化的目的。
10,30,50:迴轉工作台
11,51:驅動裝置
111:殼體
112:出力軸
12,22,42,52:迴轉座
121,221,421,521:座體
121A,522B:連接部
121B:承載部
122,222,322,422,522:複合材料層
13:轉盤
131:盤體
522A:基座
BM:底部
C1,C2:旋轉中心
CH1,CH2,CH3,CH4,CH5,CH6,CH7,CH8:拼接片
D1,D2,D21,D22,D23,D24,D25,D26,D27,D28,D3:軸線方向
G:凹角
LA:側面
OP1:第一開口
OP2:第二開口
OP3:第三開口
Q:容納槽
R1,R2:凹陷區
S:外表面
SF1:堆疊層
SF2:補強層
θ:夾角
FB1,FB2:纖維
FR:螺絲
在結合以下附圖研究了詳細描述之後，將發現本發明的其他方面及其優點：圖1為根據本發明一實施例的迴轉工作台的立體圖；圖2為圖1的迴轉工作台的分解圖；圖3為圖1的迴轉座的分解圖；圖4和圖5為根據本發明另一實施例不同視角的迴轉座的立體圖；圖6為圖4的迴轉座的分解圖；圖7為根據本發明另一實施例的迴轉工作台的立體圖；圖8和圖9為根據本發明再一實施例不同視角的迴轉座的立體圖；圖10為根據本發明再一實施例的迴轉工作台的分解圖；圖11為根據本發明一實施例的堆疊層的示意圖，用以呈現其纖維的朝向；圖12為根據本發明一實施例的多個堆疊層的纖維的軸線方向的示意圖，用以呈現這些軸線方向呈對稱配置；以及圖13為根據本發明一實施例的補強層的示意圖，用以呈現其纖維的朝向。
在下面的詳細描述中，闡述了許多具體細節以便提供對本發明的透徹理解。但是，本領域普通技術人員將理解，可以在沒有這些具體細節的情況下實踐本發明。在其他情況下，沒有詳細描述眾所周知的方法，過程和/或元件，以免使本發明不清楚。
請參考圖1至圖3和圖11，本發明根據一實施例提供的一種迴轉工作台10包含一驅動裝置11、一迴轉座12和一轉盤13。驅動裝置11係安裝於一地面或一外部機台上，驅動裝置11包含一殼體111以及一設於殼體111內之第一轉矩馬達(Torque Motor)，該第一轉矩馬達的出力軸112係穿出殼體111並連接迴轉座12以帶動迴轉座12旋轉。轉盤13可旋轉地組裝於迴轉座12。迴轉座12的旋轉中心C1與轉盤13的旋轉中心C2不平行；例如，旋轉中心C1和旋轉中心C2實質上相互垂直。
迴轉座12包含一座體121和一複合材料層122。座體121的材質為金屬。複合材料層122的材質包含纖維和樹脂。纖維可例如為碳纖維(carbon fiber)、玻璃纖維(fiberglass)、硼纖維(boron fiber)、石墨纖維(graphite fiber)、碳化矽纖維(silicon carbide fiber)、玄武岩纖維(basalt fiber)、克維拉纖維(Kevlar fiber)或其任一組合。樹脂可例如為環氧樹脂(epoxy)、熱固塑膠(thermoset)、熱塑塑膠(thermoplastic)、氰酸酯(cyanate ester)、聚酯(polyester)、芳族聚醯胺(aramid)、氯氟烴(chlorofluorocarbon)或其任一組合。座體121包含至少一連接部121A和一承載部121B。承載部121B可拆卸地或一體成形地連接連接部121A。承載部121B與連接部121A之間的夾角θ大於0度。連接部121A連接該第一轉矩馬達的出力軸112並受出力軸112的驅動進行旋轉。座體121的承載部121B包含一容納槽Q。容納槽Q於座體121 的外表面S上包含一第一開口OP1。因此，轉盤13可從第一開口OP1置入容納槽Q中，於本實施例中，轉盤13包含一盤體131以及一驅動盤體131轉動的第二轉矩馬達(Torque Motor)，該第二轉矩馬達係安裝於容納槽Q中，盤體131係位於第一開口OP1的位置。
複合材料層122用以附著於座體121的至少部分的外表面S。複合材料層122包含一第二開口OP2。第二開口OP2重疊第一開口OP1，因此第二開口OP2可暴露出複合材料層122下的座體121的內部。複合材料層122也包含一第三開口OP3。第三開口OP3裸露連接部121A與驅動裝置11的第一轉矩馬達的出力軸112相接處。複合材料層122的體積可佔座體121和複合材料層122的體積總和達20%至50%。
複合材料層122包含多個堆疊層SF1，例如8個堆疊層SF1。複合材料層122是由這些堆疊層SF1沿軸線方向D1(第一軸線方向)向上堆疊而成的一堆疊結構，如圖2、11所示。這些各個堆疊層SF1的纖維FB1是以平行於軸線方向D2(第二軸線方向)的方式排列。軸線方向D1垂直於座體121的外表面S(為平面或弧面)，並且軸線方向D1垂直於軸線方向D2。並且，這些堆疊層SF1中至少其中二個堆疊層SF1的軸線方向D2不平行，可使複合材料層122的結構強化。在本實施例中，這些堆疊層SF1的纖維FB1的軸線方向D2例如是在軸線方向D1上而呈對稱設置。以複合材料層122具有沿軸線方向D1堆疊的8個堆疊層SF1為例來說，如圖11、12所示，位於第一層的堆疊層SF1的纖維FB1的軸線方向為D21，位於第二層的堆疊層SF1的纖維FB1的軸線方向為D22，位於第三層的堆疊層SF1的纖維FB1的軸線方向為D23，位於第四層的堆疊層SF1的纖維FB1的軸線方向為D24，位於第五層的堆疊層 SF1的纖維FB1的軸線方向為D25，位於第六層的堆疊層SF1的纖維FB1的軸線方向為D26，位於第七層的堆疊層SF1的纖維FB1的軸線方向為D27，位於第八層的堆疊層SF1的纖維FB1的軸線方向為D28；位於第一層和第八層的堆疊層SF1的纖維FB1的軸線方向D21和D28相同，位於第二層和第七層的堆疊層SF1的纖維FB1的軸線方向D22和D27相同，位於第三層和第六層的堆疊層SF1的纖維FB1的軸線方向D23和D26相同，位於第四層和第五層的堆疊層SF1的纖維FB1的軸線方向D24和D25相同。
在本實施例或其他實施例中，作為堆疊結構的複合材料層122還可包含至少一補強層SF2，補強層SF2的材料相同於堆疊層SF1。補強層SF2的纖維FB2是以平行於軸線方向D3(第三軸線方向)的方式排列，如圖2、3及13所示，並且補強層SF2的纖維FB2的軸線方向D3相同於其中一個堆疊層SF1的纖維FB1的軸線方向D2。藉此，補強層SF2便可在軸線方向D3上進行補強。補強層SF2和上述多個堆疊層SF1是沿軸線方向D1向上堆疊，且補強層SF2可安插在這些堆疊層SF1之間或設置於這些堆疊層SF1的最外側或最內側。所有的補強層SF2於外表面S上所占的總面積小於所有堆疊層SF1於外表面S上所占的總面積。座體121的外表面S在設置補強層SF2的位置相較於只有設置堆疊層SF1的位置上為凹設。補強層SF2的設置位置可為迴轉座12上應力集中的區域，以防止複合材料層122彎折翹曲。舉例來說，如圖3所示，承載部121B的相對兩側邊在與連接部121A的連接處分別設有一凹陷區R1，和/或者連接部121A的背面(與上述的第一轉矩馬達相接的區域)在連接上述第二轉矩馬達的位置靠近承載部121B的一側設有一凹陷區R2；在形成複合材料層122的過程中，複合材料層122的半成品上對應此凹 陷區R1(和/或凹陷區R2)的區域內，可先沿軸線方向D1堆疊補強層SF2，然後再堆疊上述多個堆疊層SF1，使補強層SF2位於凹陷區R1(和/或凹陷區R2)與上述多個堆疊層SF1之間；而複合材料層122的半成品上的其餘區域則只需堆疊上述多個堆疊層SF1。在此範例中，補強層SF2和多個堆疊層SF1的堆疊方式和纖維排列方式可參考圖11至13的相關說明，於此不再贅述。因此，即便加入補強層SF2，整個迴轉座12仍可維持其表面平坦度。另外，由於凹陷區R1及R2係分別設置在承載部121B以及連接部121A靠近承載部121B處，因此座體121的重心相較於沒設置凹陷區R1及R2的座體121的重心靠近第一轉矩馬達的出力軸112的軸心，可減少旋轉重心距進而減低旋轉慣量，使第一轉矩馬達的耗能降低。
在本實施例中，複合材料層122是一體式、由複合材料製成的外罩，並且以黏貼的方式附著於座體121的外表面S，如圖3所示，此外罩的形狀是根據預設要附著在座體121的各個區域的形狀設計。然而，本發明並不限於此。在本發明的其他實施例中，如圖4至圖6所示，迴轉座22的複合材料層222是多片式的組合結構，由多個拼接片CH1至CH8根據其形狀逐一拼貼黏合至座體221的外表面S，各別的拼接片的形狀是根據預設要附著在座體221的一特定區域的形狀設計。這些拼接片CH1至CH8分佈於外表面S且彼此相接觸。
在本實施例，複合材料層122除了用黏貼的方式固定於外表面S以外，還可以用鎖固的方式固定於外表面S。例如圖7所示，迴轉座30的複合材料層322是以螺絲FR鎖固的方式組裝於座體的外表面。
並且，為了使本發明的迴轉座達到更輕量化的目的，在不影響迴轉座的承載強度及座體的容納空間的情況下，迴轉座的金屬座體可削減其體積。舉例來說，如圖8和圖9所示，迴轉座42的底部BM和側面LA之間可形成凹角G，且側面LA是迴轉座42與驅動裝置的轉矩馬達的出力軸相接處的外表面。雖然金屬材質的座體421的重量佔比較外部的複合材料層422為高，但藉由結構削減進而改變結構重心位置，可減少旋轉重心距來降低旋轉慣量，使迴轉工作台的工作效率提升。並且，將金屬的座體421輕量化(結構削減)雖會對結構強度、剛性略有影響，但藉由在座體表面披覆上述的複合材料層422，複合材料層的高比強度(Specific strength)、高比剛性(Specific rigidity)可補足座體輕量化的影響。
此外，雖然上述各實施例是以迴轉座只具有一個連接部(亦即迴轉座呈L字形)作為範例來說明，然而本發明並不限於此。在其他實施例中，如圖10所示，迴轉工作台50的迴轉座52包含座體521和複合材料層522，複合材料層522除了基座522A還可包含位於基座522A相對兩側的二連接部522B，使迴轉座52的形狀呈凹字形，因此這兩個連接部522B可分別可旋轉地組裝至二驅動裝置51。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然而這些實施例並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動、潤飾與各實施態樣的組合，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。
10:迴轉工作台
11:驅動裝置
111:殼體
112:出力軸
12:迴轉座
121:座體
121A:連接部
121B:承載部
122:複合材料層
13:轉盤
131:盤體
C1,C2:旋轉中心
D1:軸線方向
OP1:第一開口
OP2:第二開口
Q:容納槽
R1,R2:凹陷區
S:外表面
θ:夾角

Claims (10)

  1. 一種迴轉座，包含： 一座體，包含一容納槽和一外表面，該容納槽於該外表面包含一第一開口，該容納槽用以容納一轉盤，該座體的材質為金屬；以及 一複合材料層，用以附著於該座體的至少部分的該外表面，該複合材料層的材質包含纖維和樹脂。
  2. 根據請求項1所述的迴轉座，其中該複合材料層為一堆疊結構且包含多個堆疊層，該多個堆疊層沿垂直於該外表面的一第一軸線方向堆疊，各該堆疊層的該纖維以平行一第二軸線方向的方式排列，該多個堆疊層中至少二堆疊層的該二第二軸線方向不平行，且該第二軸線方向垂直於該第一軸線方向。
  3. 根據請求項2所述的迴轉座，其中該多個堆疊層的該些第二軸線方向在該第一軸線方向上呈對稱設置。
  4. 根據請求項3所述的迴轉座，其中該座體的該外表面設有至少一個凹陷區，該複合材料層更包含至少一補強層，該至少一補強層以及該多個堆疊層堆疊貼附於該至少一凹陷區，且該至少一補強層位於該至少一凹陷區與該多個堆疊層之間，該至少一補強層之纖維以平行一第三軸線方向的方式排列，且該至少一補強層之該纖維的該第三軸線方向相同於其中一該堆疊層的該纖維的該第二軸線方向。
  5. 根據請求項1所述的迴轉座，其中該複合材料層包含多個拼接片，該多個拼接片分佈於該外表面且彼此相接觸。
  6. 根據請求項1所述的迴轉座，其中該複合材料層以黏貼或鎖固的方式固定於該外表面。
  7. 根據請求項1所述的迴轉座，其中該座體包含至少一連接部和一承載部，該承載部連接該至少一連接部，該容納槽位於該承載部，該連接部用以可旋轉地連接一驅動裝置，該複合材料層包含一第三開口，該第三開口裸露該連接部與該驅動裝置的相接處。
  8. 根據請求項1所述的迴轉座，其中該座體包含至少一連接部和一承載部，該承載部連接該連接部，該承載部與該連接部之間的夾角大於0度，該容納槽位於該承載部，該連接部用以可旋轉地連接一驅動裝置。
  9. 根據請求項1所述的迴轉座，其中該複合材料層的體積佔該座體和該複合材料層的體積總和20%至50%。
  10. 一種迴轉工作台，包含： 如請求項1至9中任一項所述的迴轉座； 一驅動裝置，連接該迴轉座並用以帶動該迴轉座旋轉；以及 一轉盤，可旋轉地設置於該迴轉座的該容納槽。
TW109142988A 2020-12-07 2020-12-07 迴轉座及迴轉工作台 TWI766466B (zh)

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