锁定机构的制作方法

专利名称：锁定机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种锁定机构，并且尤其涉及一种适用于普通应用但特 别适用于门的电控锁定机构。
背景技术：
己经存在很多希望利用较低能量改变机构状态但仍获得较强锁定 作用的应用。有很多电控可机械操作的锁具实例，并且这种锁具中压电
式致动器的应用已经在WO 2003/087503中有所描述。
在需要高强度和精确操作的地方，在锁定机构中使用磨光的钢球被 认为是一种好的实践。使用球轴承(ballbearing)作为锁定元件是公知 的，并且诸如孔销(pit pin)的器件在径向通道中使用多个球以与诸如 套筒的匹配件中的环形槽接合。将锁定销插入以迫使球进入环形槽并由 此获得无线锁定状态。
孔销型组件的释放可能会受到中央锁定销的强有力回缩的影响，该 中央锁定销产生有球可能会落入其中的空间，该空间减小了直径的影响 并且允许主销的回缩。孔销应用于航空中以紧急释放；并且应用于航海 中，其中即使在易于腐蚀的情况下这些孔销也能够工作。然而，无论主 销的吸引是否被自动完成，该孔销以及类似的机构经常需要手动操作以 改变其状态，并且涉及的力量相对较高，从而需要大的致动器。
提供一种电控的、球轴承锁定的机构以带来可靠性和外部控制的优 点将是有益的。更具体地说，考虑到这种器件的低能耗，提供压电式致 动器将是有益的。

发明内容
本发明提出了一种锁定机构，该机构具有位于圆柱状孔中的轴向运 动元件，该轴向运动元件设置有至少一个，并且优选地为多个，由金属 或任何其它适合的坚硬材料制成的可径向移动的球，该轴向运动元件和 圆柱状孔内表面之间的相对运动控制所述球的径向运动。
优选地，所述圆柱状孔具有由圆锥形截面连接起来的直径不同的两 个部分。该轴向运动元件为所述两个部分中较小部分的滑合座。
在所述可轴向移动的零件中还进一步提供有控制销，该控制销具有 两种不同的横截面形状，设计其中一种横截面形状以允许所述球适配在 所述轴向运动元件的圆周内，而其中较大的一种横截面形状足以使所述 球超出所述轴向运动元件的圆周之外，由此所述轴向运动元件及与其相 关联的控制销可以自由地在圆柱状孔的直径较大的部分内滑动，而不是 在直径较小的部分内。
控制销被弹性偏置以使得在其默认状态下，横截面较大的部分位于 所述球之下，并且在这种状态下，控制销和轴向运动元件的组件不能超 出圆柱状孔的圆锥形截面之外。
所述组件的轴向运动由可横向移动的锁定元件控制，该锁定元件限 制所述控制销的轴向运动以产生所述轴向运动元件和控制销之间的相 对运动，从而使球的径向移动取决于所述锁定元件的位置。
因此，本发明提供一种用于控制可往复运动元件行程的机构，其包 括设置有伸长凹槽的基体，位于所述凹槽内并从所述凹槽开口端延伸 的可往复运动元件，该可往复运动元件包括第一和第二可相对移动的零
件， 一个零件位于另一个零件内以进行往复运动，所述另一个零件设置 有可横向移动的突出元件，设计所述伸长凹槽的壁以使所述突出元件由 于所述另一个零件的往复运动而移动，并且设计所述一个零件的形状以 根据所述可往复运动元件的一个零件和另一个零件的相对位置而禁止 或者允许所述突出元件的横向移动，其中所述一个零件延伸超出所述另 一个零件之外，并且设计所述一个零件以与可横向移动的阻止销啮合， 该可横向移动的阻止销用于控制所述可往复运动元件的两个零件的相 对运动。


为了更好地理解本发明，下面参考附图来说明其实施例，其中
图1表示根据本发明的锁定机构的横截面视图2表示图1中所示的锁定机构中的元件的透视图3表示图1中所示的锁定机构中的一部分的第一种状态；以及
图4表示图3中所示的锁定机构中的相同部分的第二种状态；
具体实施例方式
本发明的优选实施例为电控机械锁定器件。该锁定器件基于一种结 构，其中可轴向滑动元件设置有一个或多个球轴承以使得该球轴承可以 沿横向于该可轴向滑动元件的移动轴向的方向进行移动，该可轴向滑动 元件位于成形的孔中。成形的控制元件嵌套于该可轴向滑动元件中，该 成形的控制元件相对于第一和第二位置之间的可轴向移动元件可移动， 在该第一和第二位置中，允许或禁止所述或者每个球轴承的横向移动。 所述两个元件之间的相对移动由锁定元件控制，该锁控元件优选地由压
电陶瓷致动器进行电动致动，该压电陶瓷致动器为u形或反向杠杆结构
的形式。
现在转到附图，图1示出了根据优选实施例的锁定机构的横截面视
图。该机构包括横截面通常为矩形的框架10。框架本身可以是合适的任
何特定的横截面形状，但在本实施例中假定所有零件都是圆形零件。可 以想象它们为某些其他形状，如正方形，但为方便起见，将所有零件描
述为圆形。框架10的一端20构成封闭的主轴箱，而另一端由具有孔径 12的元件11封闭，通过该孔径12延伸有该机构的从动轴14。
主轴箱20包括两个同轴的孔30和33，由此形成环形壁34。应当 注意的是，孔30的外部与框架IO分隔开。孔30的直径比孔33的直径 大，而且孔30由具有不同直径的两个轴向分隔的部分组成，该两个轴 向分隔的部分由它们之间的斜面过渡31连接。该斜面的角度并不特别 重要，但其通常为45。。该孔的直径较大的部分由图3和图4中的附图 标记40表示，而直径较小的部分由图3和图4中的附图标记50表示。 该孔的直径较小的部分终止于垂直端部55，并且应当注意的是，直径较 小的孔33延伸超过该端部55之外并且进一步进入主轴箱20的主体。 这里将较小直径的孔称为决定孔33。开关孔65以横向于孔30和孔33 的轴的方向延伸通过主轴箱20，并与孔33交叉。孔30的直径较大的部 分的开口端由元件36封闭。
与主轴箱连接的是被称为输入活塞60的组件，该活塞60包括四个 部分主体61、控制销62，多个球轴承63和偏置弹簧64。主体61由 图2详细示出，可以看到其一端由管状元件封闭，并且具有用于容纳控 制销62的轴向孔68。主体61的圆柱形壁设置有一个或多个径向孔79， 其中每个孔都被设计为容纳各自的球轴承，以允许所述球在各自的孔中 自由地运行。因此，径向孔的直径大致等于其所容纳的球轴承的直径。
容纳在孔68中的控制销62为圆柱形元件，其具有三个沿其长度轴 向设置的部分。第一部分构成尾部65，其直径使其成为孔33中的转合 座。并且其轴向长度使得在其外表面和孔30的较小直径部分50之间产 生空间，该空间为球轴承直径的两倍。控制销还具有构成该控制销的头 部67的部分。该部分为主体61的孔68中的转合座并且被设计为形成 用于偏置弹簧64 —端的弹簧座，该偏置弹簧64的另一端紧邻主体61 中孔68的封闭端。位于控制销62的头部和尾部之间的是中间部分，其 直径介于头部直径和尾部直径之间。该直径介于两个相邻部分的直径之 间并且比所述尾部直径大出大致所述球轴承的直径。在中间部分的外径 与尾部的外径之间具有斜面过渡。在装配状态下，偏置弹簧64作用于 主体61和控制销62之间，以使控制销沿着远离主体的孔68的封闭端 的方向运动。位于输入活塞中的多个球轴承被容纳在径向设置的孔69 中，并且主体的圆柱形壁的厚度小于所述球轴承的直径但大于这些球轴 承的半径。
在上述设置和尺寸下，很明显的是，在装配状态下，当控制销处于 其中间部分与轴承球相接触的位置时，该轴承球将突出超过主体61的 外径之外，而当控制销进一步处于其尾部与轴承球接触的位置时，该轴 承球能够收缩回主体61的外径内。这通过图3和图4可以清楚地示出。
当装配输入活塞60时，可以使用再一偏置弹簧将其插入到主轴箱 的孔30中，该偏置弹簧位于主体61的外部并且位于所述头部与该主轴 箱的孔30的封闭元件36之间。各个零件和弹簧的尺寸被设计为当将 输入活塞装配到主轴箱中时，存在有可用的被称为游动间隙(freeplay) 的轴向行程量，其在图1中用附图标记22表示。在器件的正常状态下， 输入活塞60的轴向运动将在自由行程的距离之内发生，而过了该点之 后，球轴承将接触到主轴箱孔30中的斜面过渡31。图3所示的控制销 处于其正常位置，这表示中间部分66与球轴承接触，并且由此防止球 轴承被容易地向内推动。该机构由此被锁定。应当注意的是，该控制销 尾部的自由端延伸进入并且超出与在这种状态下主轴箱中的开关孔60 的交叉点。然而，如果将开关销通过开关孔65插入到孔33中，则控制 销62不能进入这个空间。在这样的状态下，自由行程22足以防止已经 进入的控制销62的前进运动以使输入活塞径向孔69与控制销的尾部65 对准。在接触到主轴箱孔30的斜面过渡面31时，球因此被容易地推向 输入活塞60的入口并且进入主体61和控制销尾部65之间的空间，并
且不再阻止输入活塞60进入主轴箱40的减小的孔部分，这在图4中示 出。
因而，所述机构允许的行程量等于自由行程22并且实质上大于机 构中的任何空转。可用行程中的这种差异可以用来操作任何机械开关系 统，如锁具或触发机构。
因此，很明显地，通过开关销72的插入和移出而控制所述机构。 在本实施例中，使用压电陶瓷致动器80电动致动该控制销72，该压电 陶瓷致动器80位于主轴箱和框架10之间的空间中。可以操作致动器将 所述销提出控制销62的路径或者将其插入到该路径，由此使得器件能 够在通电上锁或通电解锁模式下操作。
所述压电致动器可以是压电悬臂形式，该压电悬臂为平面双压电晶 片元件或悬臂的形式。任何有效材料都可以用在类似的结构中，包括电 收缩材料(strictor)、磁收縮材料、磁形状记忆材料和压电感光硅材料。
权利要求
1. 一种用于控制可往复运动元件的行程的机构，包括设置有伸长凹槽(30，33)的基体(10)；位于所述凹槽内部并且从所述凹槽的开口端延伸的可往复运动元件(60)，所述可往复运动元件包括第一和第二可相对移动的零件(61，62)，其中一个零件(62)位于另一个零件(61)之中以进行往复运动，所述另一零件设置有可横向移动的突出元件(63)，设计所述伸长凹槽(30，33)壁的形状以使所述突出元件(63)由于所述另一个零件的往复运动而移动，并且设计所述一个零件(62)的形状以根据所述可往复运动元件的一个和另一个零件(61，62)的相对位置而禁止或者允许突出元件(63)的横向移动，其中，所述一个零件(62)延伸超出所述另一个零件(61)，并且设计所述一个零件(62)以与可横向移动的阻止销(72)啮合，该可横向移动的阻止销用于控制所述可往复运动元件中两个零件的相对运动。
2. 根据权利要求1所述的机构，其特征在于，将电控致动器(80) 连接到所述阻止销。
3. 根据权利要求2所述的机构，其特征在于，所述致动器为压电陶 瓷致动器。
4. 根据前述任一权利要求所述的机构，其特征在于，所述突出元件 为球轴承的形式。
5. 根据前述任一权利要求所述的机构，其特征在于，所述突出元件 为多个。
6. —种用于控制可往复运动元件的行程的机构，其基本上与此前参 照附图描述的结构相同。
全文摘要
本发明公开了一种用于控制可往复运动元件的行程的机构，该机构包括设置有伸长凹槽的基体，位于所述凹槽内部并从所述凹槽开口端延伸的可往复运动元件，该可往复运动元件包括第一和第二可相对移动的零件，其中一个零件位于另一个零件之中，所述另一个零件设置有可横向移动的突出元件，设计所述伸长凹槽的壁以使所述突出元件由于所述另一个零件的往复运动而移动，并且设计所述一个零件的形状以根据所述可往复运动元件的一个零件和另一个零件的相对位置而禁止或者允许所述突出元件的横向移动。
文档编号E05B63/12GK101384787SQ200780005707
公开日2009年3月11日 申请日期2007年1月18日 优先权日2006年1月18日
发明者S·鲍威尔 申请人:Pbt(Ip)有限公司