CN100580264C - 滚珠链条 - Google Patents

Abstract

一滚珠链条由一列多颗前后排列的滚珠及一轴向延伸的间隔链所构成；间隔链提供多个前后排列的凹洞，滚珠就位于其中。间隔链包含多个间隔块，间隔块位于滚珠之间将滚珠两两相隔；至少两条轴向延伸细长型的弹性带以及横向延伸弹性连结条。弹性连结条两端连结弹性带，中间与间隔块做弹性连结；并保持弹性连结条具有最大长度以及足够的弹性，可以更自由地前后左右弯曲，间隔块亦可以经由弹性连结相对于弹性连结条作各方向的旋转倾斜。此一滚珠链条因此有足够的自由度得以在三度空间改变方向的循环信道中以很小的阻力下平顺地运行。

Description

滚珠链条

技术领域

本发明为一滚珠链条设计，使用于线性运动机构中如滚珠丝杆，线性滑轨，滑套等；是由一列多颗前后排列的滚珠及一轴向延伸的间隔链所构成；间隔链将滚珠两两相隔及保持于间隔链内；滚珠链条可以沿着在三维空间弯曲延伸的轨道上低噪音，低阻力且平稳地运行。

背景技术

一运动机构中，有一运动件以及一导引件；运动件与导引件上有至少一列的轨道相互对正，在每列配对的轨道上皆有一列多个滚珠滚动运行并且传递负荷；运动件并提供回流通道以及回转道与轨道连接，而形成循环信道；滚珠在循环信道内循环运行，使得运动件得以在导引件上不限行程地运行。为避免滚珠之间相互碰撞以减低磨损及噪音的产生，在美国专利第5927858号中，于滚珠之间提供间隔块的设计；由于间隔块与滚珠之间的间隙，使得间隔块容易倾斜，偏移，而与循环信道互相干涉造成无法平顺地运行。

在美国专利第5947605，6155718号等揭露滚珠连接链设计，滚珠连接链有两条轴向排列的细长条并将间隔块以轴向排列方式连接起来，滚珠被置于间隔块之间并被保持住，由于滚珠连接链成扁长条状，藉由扁长条的可挠性，滚珠连接链可以垂直于由两条细长条构成的平面亦即扁平方向(以下简称为滚珠连接链面)无阻碍地弯曲，但是在垂直方向有较大的刚性，往此方向弯曲时会产生阻力。此设计因此只适合于循环信道完全位于垂直滚珠连接链面的平面上，亦及滚珠连接链在二维空间上弯曲运行。当循环信道不完全在此平面上时，滚珠连接链必须往倾斜于滚珠连接链面方向弯曲，亦及必须克服往垂直方向弯曲的阻力，此设计因此将产生阻抗及运行不顺畅。

为克服循环信道不在滚珠连接链垂直面上时的线性运动机构，如滚珠丝杆及一些线性滑轨的设计，美国专利第5,593,064号所揭露的设计中，提供一滚珠连接条，包括了一成列的滚珠被安排在预定的间隔内，一连接带由四条细长形子带延着滚珠圆形外表构成，这些并于细长形子带相互连接于滚珠之间，连接处与滚珠直径相较下成缩小状。由于滚珠被四条子带包围而被完全的保持在内，另外于连接处成缩小状，因而滚珠连接条在此处可以更自由地弯曲及旋转扭曲，因此，此设计提供滚珠连接条更多弯曲的自由度，因而得以在循环信道不在滚珠连接链垂直面上时的线性运动机构上平稳地运行。此四条细长形子带成圆形状，而只有位于顶端部分才能位于循环信道所提供的导引凹槽内；由于循环信道为一封闭型的回路，是由至少两件以上的部件构成，因而有结合处，结合处会产生不对正的偏差，因此每次滚珠进出此结合处，滚珠连接条的四条细长形子带必须重新对正循环信道所提供的导引凹槽，因而容易造成卡住不顺的情形；另一方面，作为间隔滚珠功用的结合处，为保持其可弯曲与可扭曲性而越小越好，也因此结合处与滚珠接触的面积减少而增加磨损，而不利于滚珠连接条的寿命；亦或者结合处越长越好，也因此将增加滚珠之间的距离而减少负荷能力。

同样地在美国专利第6,247,846B1号所揭露的设计中，提供一滚动体保持间隔块，包括了一保持部份，于两端面成一圆弧形并位于两滚动体之间；以及弯曲部份，连接一对保持部份，而滚动体则位于其中。经由弯曲部份的弯曲，连接的一对保持部份可以相互倾斜；另一方面滚动体保持间隔块之间互相独立，因而可以在滚动体转弯时，可以调整之间的角度，以达到滚动体保持间隔块在循环信道不位于滚珠连接链垂直面上的线性运动机构上平稳地运行所需的自由度。由于每个滚动体保持间隔块单独运行循环信道内，每个滚动体保持间隔块进出结合处时，必须重新对正循环信道所提供的导引凹槽，因而容易造成卡住不顺的情形。

发明内容

本发明的目的在于，提供一滚珠链条设计具有足够的弯曲倾斜自由度，可以使用在循环信道倾斜于滚珠连接链垂直面上时的线性运动机构，如滚珠丝杆及一些线性滑轨的设计，低噪音，低阻力且平顺地运行。根据上述的目的本发明的设计提供一滚珠链条，滚珠链条是由一列多颗前后排列的滚珠，及一轴向延伸的间隔链所构成；间隔链提供了多个前后排列的凹洞，而滚珠就位于其中。间隔链包含了多个间隔块，间隔块位于滚珠之间并且将滚珠两两相隔，避免碰撞；两条轴向延伸细长型的弹性带以及包含横向延伸弹性连结条，弹性连结条两端连结弹性带并于中间处与间隔块做弹性连结；藉由弹性连结横向延伸弹性连结条，可以具有最大的长度以及足够的弹性，可以更自由地前后左右弯曲，经由弹性连结间隔块亦可以相对于连结点作各方向旋转倾斜，同时，间隔块可以在不大于滚珠直径下设计与滚珠有更大的接触面以降低与滚珠的接处压力，另外间隔块具有让凹槽，其大小足够让弹性连结条在所需的弯曲下不会与之干涉。

循环信道内至少有一导引凹槽，滚珠链条轴向延伸细长型的弹性带位则于凹槽内，藉由凹槽的导引滚珠链条，在循环信道内平行于导引凹槽所构成的导引面并沿着循环信道运行；当循环信道弯曲时其导引面的垂直面在同一平面上，则细长型的弹性带只需沿着导引面，在二维空间中弯曲运行，藉由细长型弹性带的弹性，滚珠链条即可以很容易地弯曲，以达到在循环轨道中低阻力且平顺地运行。

当循环信道弯曲时导引面的垂直面不是在同一平面上，而有位移，倾斜时，如滚珠丝杆及一些线性滑轨的设计，滚珠链条在此循环信道内运行时，亦必须沿着循环信道同时弯曲及位移或倾斜，以及在三维空间中弯曲运行；弹性带及连接条之间亦因此必须作相对应的弯曲及位移或倾斜，此时间隔块则仍必须保持与滚珠的相对应位置及方向，使得间隔块与滚珠接触面因此得以与滚珠保持对正；由于弹性带，连接条及间隔块三者之间不同的对应，因而在运行时必须能够产生相对位置改变。由于弹性带与连接条本身的弹性以及与间隔块之间的弹性连结，使得三者之间的位置可以在低阻力下做弹性变形，以达到在三维空间中弯曲运行中之间所需的相对应的弯曲及位移或倾斜的自由；也因此间隔块可以位于滚珠之间，随着并对正于滚珠运行，而细长型弹性带则位于循环信道所提供的导引凹槽内，以保持滚珠链条沿着凹槽导引面在循环信道内平稳地运行得以实现。

附图说明

图1为一线性滑轨设计，其中循环信道中回流通道不在负荷区滚珠间隔链垂直面T1上的正视剖面图；

图2为图1的A-A剖面图；

图3a为本发明所揭露的间隔链设计在图1中回流通道，回转道及负荷区信道时的正视图；图3b为图3a G-G方向视图；

图4a为本发明所揭露的间隔链设计在图1中回流通道，回转道及负荷区信道时的上视图；图4b为图4a D-D方向视图；图4c为图4a E-E方向视图；

图5为本发明所揭露的间隔链设计的第一种实施例的a正视图，b左视图，c F-F剖面视图，d上视图，e K-K剖面视图，f斜角视图；

图6为本发明所揭露的间隔链设计的第二种实施例的a正视图，bL-L剖面视图，c细部放大图N，d M-M剖面视图，e斜角视图；

图7为本发明所揭露的间隔链设计的第三种实施例的a正视图，b左视图，c细部放大图R，d P-P剖面视图，e Q-Q剖面视图，f斜角视图；

图8为本发明所揭露的间隔链设计的第四种实施例的a正视图，b左视图，c U-U剖面视图，d V-V剖面视图，e H-H剖面视图，f斜角视图；

图9为本发明所揭露的滚珠间隔链设计运用于滚珠丝杆设计，a滚珠链条于滚珠丝杆中运行示意图，b W-W剖面视图，e O细部放大图，d间隔链设计第二种实施例的正视图。

【图号说明】

运动件01，110，导引件02，120，滚珠链条03，130，轨道11，21，111，121，回流通道12，回转道13，循环信道15，导引凹槽16，轨道21，间隔链30，40，50，60，70，滚珠31，41，51，61，71，间隔块32，间隔瓣42a，42b，52a，52a，62a，62b，72a，72b，弹性带33，43，53，63，73，弹性连结条34，44，54，64，74，滚珠接触面35，45，55，65，让槽56，弧状弹性连结条46，连结块48，结合条68，容纳滚珠空间49间隔链，两端独立的间隔瓣142a，142b。

具体实施方式

一运动机构设计如图1及图2所示的线性滑轨；包括一运动件01，一导引件02，以及多列的滚珠链条03；运动件上提供多列轴向延伸的轨道11，邻近于轨道11旁有一大约轴向延伸的回流通道12，轨道11与回流通道12两端进出口各由一回转道13衔接起来；导引件02上对应于运动件上的轨道11亦提供一轨道21而形成一负荷区信道14；回流通道12，回转道13以及负荷区信道14形成了一循环信道15；滚珠链条03是由一列多颗前后排列的滚珠31及一轴向延伸的间隔链30所构成，间隔链30提供了多个前后排列的凹洞，而滚珠31就位于其中并且被两两相隔及保持。滚珠链条03在循环信道15内循环运行，滚珠31在负荷区信道14中承受负荷并在轨道11，21内滚动，在回转道13内回转以及在回流通道12内回流而形成一循环运动，运动件01也因此得以在导引件02上沿着轨道21无限距离地运行。如图1所示循环信道15内有导引凹槽16，导引凹槽16在负荷区信道中构成了导引面H1，在回流通道12内构成H2，为使回流通道12能有最佳设计位置，回流通道12不一定要在导引面H1的垂直面T1上，而回流通道12的滚珠31中心点与轨道11，12中的滚珠31中心点所形成的平面C1与导引面的垂直面T1形成一角度Φ1，因此负荷区信道导引面的垂直面T1与回流通道导引面的垂直面T3产生位移Δ。如图3，图4所示为滚珠链条03从负荷信道区11，12经回转道13转入回流通道12的前视图及上视图及各个方向视图。滚珠链条间隔链30包含了多个间隔块32，间隔块32位于滚珠31之间，间隔块与滚珠接触面35保持与滚珠31对正；轴向延伸细长型的弹性带33以及横向延伸弹性连结条34。弹性带33位于循环信道导引凹槽16内，沿着导引凹槽16运行如图1所示，因此弹性带33与弹性连结条34与循环信道凹槽导引面H在同一平面；方向视图G-G所示X轴为沿间隔链30运行的方向，Y轴为间隔链导引面H上垂直X轴的方向，Z轴为垂直间隔链导引面H的方向，XYZ轴与间隔链导引面H随着循环信道的导引凹槽16弯曲而弯曲；当滚珠链条间隔链30在负荷信道区14与回流通道12时弹性带33与弹性连结条34互相垂直，且间隔块32与弹性连结条34互相平行；当滚珠链条间隔链30进入回转道13内时弹性带33与弹性连结条34在Z轴上互相旋转倾斜成一角度Φ3如图3所示，同时间隔块32与弹性连结条34在Z轴上互相旋转倾斜成一角度Φ4如图4方向视图E-E所示，并在Y轴上互相旋转倾斜成一角度Φ5如图4所示以及在X轴上互相旋转倾斜成一角度Φ6如方向视图D-D所示；由于弹性带33与滚珠列31平行运行于循环信道15内，当弹性连结条34在间隔链导引面上互相平行时，角度Φ3和图1所示回流通道滚珠中心点与负荷区信道滚珠中心点所形成的平面C1与导引面的垂直面T1形成角度Φ1相同，同时由于间隔块对正于滚珠列31，故亦和角度Φ4相同；因此当如图1所示负荷区信道导引面的垂直面T1与回流通道导引面的垂直面T3所产生的位移Δ越大，滚珠链条间隔链30在Φ3，Φ4角度倾斜所需的自由度越大。

为使得滚珠链条间隔链30进入回转道13很容易地产生上述的变形并且保持低阻力平顺地运行，如图5所示为本发明的第一种实施例；一滚珠链条间隔链30包含了轴向延伸细长型的弹性带33以及包含横向延伸弹性连结条34，多个前后排列的间隔块32，间隔块32位于滚珠31之间，并与前后排列滚珠31相邻的面35为圆弧面，该圆弧面直径近似滚珠直径；其中间隔块32与弹性连结条34的连结处36大小小于间隔块的直径，由于连结处36的缩小减少了间隔块32与弹性连结条34之间的刚性亦及增加了弹性，使得间隔块32与弹性连结条34可以低阻力地弹性变形而达到如图3所示在Z轴上互相旋转倾斜成一角度Φ4，并在Y轴上互相旋转倾斜成一角度Φ5以及在X轴上互相旋转倾斜成一角度Φ6；同时连结处36的缩小，增加了弹性连结条34的长度以及弹性，另一方面，细长型的弹性带33以及横向延伸弹性连结条34连结处36近似于弹性带33截面积的大小，使得弹性带33以及弹性连结条34可以低阻力地弹性变形而达到在Z轴上互相旋转倾斜成一角度Φ3，滚珠链条间隔链30因此更容易地低阻力地沿着循环信道内导引凹槽构成的导引面运行；连结处的大小随着倾斜角Φ3的大小所需的弹性而决定。

图6所示为本发明的第二种实施例，一滚珠链条间隔链40包含了轴向延伸细长型的弹性带43，横向延伸弹性连结条44以及多个间隔块42a，42b，间隔块42a，42b位于滚珠41之间；其中间隔块42a，42b与弹性连结条44的弹性连结处46由一弹性横条47构成，弹性横条47穿过于弹性带43与弹性连结条44所构成的平面H，两端连结被平面H分为独立两块的间隔块42a，42b，中间则连结弹性连结条44；两独立的间隔块与前后排列滚珠41相邻的面45为圆弧面其直径近似滚珠直径，藉由弹性横条47的挠性更增加了间隔块42a，42b与弹性连结条44之间的弹性变形能力，同时降低了如图3所示滚珠链条间隔链40进入回转道13所产生阻力而达到平顺地运行。滚珠链条间隔链40两端的间隔块142a，142b的外端面各由一连结块48将两独立的间隔块142a，142b连结成一体，间隔块42a，42b之间容纳滚珠的空间49近似于滚珠41的大小；当所有空间49都装满滚珠41时，所有两独立的间隔块42a，42b将被滚珠41限制而无法随意往外张开，可因此避免与循环信道15产生干涉。与轴向延伸细长型的弹性带43两端相接的弹性连结条成弧型状46向后退缩，使得连结块48成为滚珠链条间隔链40两端的导引块。

图7所示为本发明的第三种实施例，一滚珠链条间隔链50包含了轴向延伸细长型的弹性带53，横向延伸弹性连结条54以及多个间隔块52a，52b，间隔块52a，52b位于滚珠51之间，被经弹性连结条54并与弹性带53与弹性连结条54所构成的平面的垂直面S分为前后独立两块间隔块52a，52b，前面的独立间隔块与前面的滚珠51相邻，后面的独立间隔块与后面的滚珠51相邻，相邻的面45为圆弧面其直径近似滚珠直径，两独立间隔块52a，52b与弹性连结条54的弹性连结是一由弹性横条57构成，弹性横条57穿过弹性带53与弹性连结条54所构成的平面H在两端各与两独立间隔块52a，52b的一端连结，中间则与弹性连结条54连结，两独立间隔块52a，52b与弹性连结条54之间有足够的让槽56，让间隔块52a，52b倾斜时不会与弹性连结条54产生干涉；藉由弹性横条57的挠性更增加了间隔块52a，52b与弹性连结条54之间的弹性变形能力，同时降低了如图3所示滚珠链条间隔链50进入回转道13所产生阻力而达到平顺地运行。

图8所示为本发明的第四种实施例，一滚珠链条间隔链60包含了轴向延伸细长型的弹性带63，横向延伸弹性连结条64以及多个间隔块62a，62b，间隔块62a，62b位于滚珠61之间；其中间隔块62a，62b与弹性连结条64的弹性连结是由一弹性横条67构成，弹性横条67穿过于弹性带63与弹性连结条64所构成的平面H，两端连结被平面H分为独立两块的间隔块62a，62b，中间则连结弹性连结条64；两独立的间隔块62a，62b与前后排列滚珠61相邻的面65为圆弧面其直径近似滚珠直径，其中为避免间隔块62a，62b向外张开造成外缘大于滚珠61直径而与循环信道15产生干涉，两独立的间隔块62a，62b由至少一结合条68相结合成一体；藉由弹性横条67的挠性更增加了间隔块62a，62b与弹性连结条64之间的弹性变形能力，同时降低了如图3所示滚珠链条间隔链60进入回转道13所产生阻力而达到平顺地运行。

一运动机构设计如图9所示的滚珠丝杆；包括一环状的运动件110一圆棒状导引件120以及至少一列的滚珠链条130；运动件于环状内孔上提供至少一列螺旋状轴向延伸的轨道111，邻近于轨道111，导引件120上对应于运动件上的轨道111亦于圆棒状外圆提供一螺旋状轨道121而形成一负荷区信道140并以螺旋方式轴向延伸；滚珠链条130是由一列多颗前后排列的滚珠71及一轴向延伸的间隔链70，由本发明的第二种实施例所构成，间隔链70提供了多个前后排列的凹洞，而滚珠71就位于其中并且被两两相隔及保持。当运动件110旋转时，藉由滚珠链条130沿着导引件螺旋状轨道121运行，运动件110也因此得以在导引件120上轴向运行。滚珠链条间隔链70在自由状态时约成一直线，当在负荷区信道140运行时则为螺旋状，相同于在线性滑轨机构中其中循环信道弯曲时导引面的垂直面不是在同一平面上的设计，滚珠链条在回转信道区的情形，如图3所示，轴向延伸细长型的弹性带73位于运动件110环状内孔与导引件120圆棒状外圆之间并被导引，间隔块72则保持与滚珠71对正故与弹性带73平行，弹性连结条74与弹性带73，间隔块72因此互相倾斜成一角度Φ3，Φ4；随着螺距的增加或减少角度Φ3，Φ4亦会随着增加或减少。如图6所示本发明的第二种实施例藉由弹性横条77的挠性，而增加了间隔块72与弹性连结条74之间的弹性变形能力而得以低阻力达到互相倾斜成一角度Φ4；另一方面连结处76大小远小于间隔块的直径因此增加了弹性连结条74的长度还有弹性带73以及弹性连结条74连结处近似于弹性带73截面积的大小，弹性带73与弹性连结条74因而得以低阻力达到互相倾斜成一角度Φ3，因此本发明的第二种实施例间隔链70设计可以在滚珠丝杆的运动机构设计中低阻力地，平稳地运行。

Claims (5)

1、一种滚珠链条，主要包括一列复数个前后排列的滚珠及一轴向延伸的间隔链，其中间隔链包含了两条轴向延伸的弹性带，以及复数条横向延伸的弹性连结条与弹性带形成连结，两弹性连结条之间，界定而形成轴向排列的凹洞，而滚珠设于该凹洞间；以及多个间隔块位于滚珠之间并且将滚珠两两相隔，其中该间隔块与弹性连结条形成连结；其结合处小于间隔块的直径，其中该间隔块与弹性连结条由结合处延伸出一垂直于间隔链，且形成平面的两方向延伸的横条，横条两端各连结一独立的间隔块，藉由横条与弹性连结条相连结，而间接形成间隔块与弹性连结条连结。

2、如权利要求1所述的滚珠链条，其中该横条两端所各连结的独立的间隔块，该二间隔块的相对面与两间隔链所形成平面形成平行。

3、如权利要求1所述的滚珠链条，其中该间隔块与滚珠相邻的面为圆弧面。

4、如权利要求1所述的滚珠链条，其中该间隔块的直径约与滚珠直径相当。

5、如权利要求1所述的滚珠链条，其中横向延伸的弹性连结条与弹性带的连结点大小相似于弹性带截面积的大小。

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