TW201312024A - 滾珠螺桿 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種滾珠螺桿，滾珠掉落時可將制動螺帽的制動元件共用在不同導程的滾珠螺桿間。本發明係，於產生滾珠11掉落的情形時，螺桿軸4的公螺紋槽2與螺帽7的母螺紋槽5之間的嚙合脫落，使螺帽7及被驅動元件41由於重力而掉落。然而，若螺帽7向下方稍微移動，鎖固柱32的頂端32a將會抵接以間隙S1相對的公螺紋槽2，由於公螺紋槽2的內周沿著頂端32a滑動而使螺桿軸4往圖中左方移動。如此一來，螺桿軸4的螺紋頂3便會抵接以間隙S2相對的圓弧狀突部33的鎖固面34，進而被鎖固，制動環30與螺桿軸4之間的相對移動便由於鎖固柱32而阻止。藉此，相對於螺桿軸4之螺帽7的軸方向移動便不會發生，而能確實制動螺帽7以及被驅動元件41。

Description

滾珠螺桿

本發明係關於一種滾珠掉落時自動制動螺帽之滾珠螺桿，更詳細而言，係關於使得供制動的制動元件在不同的導程(lead)的滾珠螺桿間共用化之技術。

滾珠螺桿係產業機械及機器人等所使用的機械要素元件，具備外周面有公螺紋槽之螺桿軸、內周有母螺紋槽之螺帽、收納於依公螺紋槽與母螺紋槽所界定的滾動通道內之複數個滾珠(一般為鋼珠)，擁有高動力傳達效率和位置精度而進行旋轉運動向直線運動之變換(或者直線運動向旋轉運動之變換)。在滾珠螺桿上需要設置使滾珠循環的循環通道，為形成此循環通道而採用循環管或轉向器等循環零件。不過，循環零件雖是藉由螺固或壓入與螺帽成一體化，但若施加外力等則會有脫落的可能性。並且，若循環零件脫落一旦使滾珠掉落，則螺桿軸與螺帽的嚙合被鬆脫解除，具有組裝的滾珠螺桿之裝置就會有產生無法預料的作動(被驅動體的掉落等)之虞。

因此，作為滾珠掉落時自動制動螺帽之滾珠螺桿，已提出有 以下發明：係將具有母螺紋牙之安全螺帽安裝在螺帽的端部，滾珠掉落時藉由安全螺帽的母螺紋牙與螺桿軸的母螺紋槽對接，對於螺桿軸，螺帽自動被制動之發明(參照專利文獻1、2)，及替代母螺紋牙之線圈狀定位環固著在螺帽的母螺紋槽的端部之發明(參照專利文獻3)；於螺帽本身形成與專利文獻1、2相同的母螺紋牙之發明(參照專利文獻4)；將具有複數個細縫之圓筒狀制動空間與將此制動空間向縮減直徑方向施壓之伸縮環，安裝於螺帽之一端之發明(參照專利文獻5)等。

【專利文獻1】日本專利特開平11-82665號公報

【專利文獻2】日本實用新案登錄第3074720號公報

【專利文獻3】日本專利特開2000-18361號公報

【專利文獻4】日本專利特開平11-173394號公報

【專利文獻5】日本專利特開2004-353725號公報

上述專利文獻1~3的滾珠螺桿中，作為安全螺帽的母螺紋牙及定位環，需要對應螺桿軸的公螺紋槽之部分(即具有相同的導程者)，所以會產生以下所述問題。一般而言，滾珠螺桿中，雖使用相同直徑、但根據需求規格的差異而使用導程不同的多種螺桿軸，但此情形，滾珠螺桿之間無法共用安全螺帽或定位環。專利 文獻1、2的安全螺帽係滾珠螺桿的附屬零件，因此利用MIM(Metal Injection Molding：金屬粉末射出成型)法或脫蠟(lost wax)鑄造法等低成本製造較符合期望，但若是分別需要有對應不同的導程，則安全螺帽用的成形模具的製造成本就變得相當高。又，關於專利文獻3的定位環，也是在導程不同的螺帽間，與安全螺帽相同無法共用，故其製造及管理繁雜。

另一方面，專利文獻4的滾珠螺桿中，於單一螺帽同軸形成母螺紋槽與母螺紋牙，但進行此種加工在現實上有難度，例如即使可能但製程等也非常繁雜。又，專利文獻5的滾珠螺桿中，藉由在端部附加制動空間使螺帽全長度變長，就無法避免具有已裝配滾珠螺桿之裝置的體積變大之情形。

本發明目的鑑於上述背景，係提供一種滾珠螺桿，滾珠掉落時制動螺帽的制動元件可共用在不同導程的滾珠螺桿間之技術。

本發明之第1型態為，一種滾珠螺桿(1)，其具備在外周面形成公螺紋槽(2)之螺桿軸(4)、在內周形成與該公螺紋槽對向的母螺紋槽(5)之螺帽(7)、收納於由該公螺紋槽與該母螺紋槽所形成的滾動通道(8)之複數個滾珠(11)、固著在該螺帽且抑制在滾珠掉落時之該螺桿軸與該螺帽之間的相對移動之制動元件(30)，該制動元件係具有：其頂端(32a)進入該公螺紋槽且該 頂端以所設定的間隙與該公螺紋槽相對之鎖固柱(32)、在與該鎖固柱不同位置以所設定的間隙與該螺桿軸的螺紋頂(3)相對之鎖固面(34)，該鎖固柱的頂端形成為以下形狀：假定其為單體，則能以該鎖固柱的軸心作為轉動中心，於該公螺紋槽內以所設定角度轉動。

又，本發明之第2型態為，該鎖固柱的頂端，形成具有小於該公螺紋槽的圓弧徑(Rs)的半徑(Rp)之半球狀。

又，本發明之第3型態為，該制動元件具有鎖緊於該螺帽之圓環狀的本體部31，該鎖固柱突出設置在該本體部的內周，該鎖固面形成於該本體部的內周。

又，本發明之第4型態為，於該本體部的內周，以該螺桿軸的軸方向視角，突出設置至少一呈圓弧狀的圓弧狀凸部33，該鎖固面形成於該圓弧狀凸部。

根據本發明之第1形態，若滾珠掉落時，鎖固柱的頂端嚙合於公螺紋槽，另一方面，藉由鎖固面抵接螺紋頂，抑制螺桿軸與螺帽之間的相對移動。又，鎖固柱的頂端係形成為以下形狀：假定其為單體，則能以該鎖固柱的軸心作為轉動中心，於該公螺紋槽內以 所設定角度轉動。因此，即使導程不同，對於外徑及公螺紋槽的寬度相同之螺桿軸，也可使用相同的制動元件。另，根據第2型態，即使螺桿軸的導程不同，滾珠掉落時也可以因鎖固柱與公螺紋槽相同且具穩固的嚙合狀態進行嚙合。此外，根據第3型態，即使高承載負重鎖固柱與鎖固面之間也難以分開，實現確實的制動。再者，根據第4型態，本體部未形成圓弧狀凸部的部位，其具有潤滑油貯存槽機能，可長時間維持滾珠螺桿的良好潤滑。

以下參照圖式，詳細說明適用本發明之滾珠螺桿之一實施型態。再者，實施型態的說明在圖1中依箭頭所示標示其前後，位置及方向按此表記。

《實施型態之結構》

如圖1~圖3所示，本實施型態之滾珠螺桿1是由：在外周形成公螺紋槽2及螺紋頂3之螺桿軸4、在內周形成對應公螺紋槽2的母螺紋槽5且在軸方向中央的外周具有凸緣(flange)6之螺帽7、收納於藉由公螺紋槽2與母螺紋槽5所界定的滾動通道8之複數個滾珠11、在螺帽7的前後端藉由螺釘12鎖緊之一對轉向器(deflector)13、在螺帽7的前端面藉由螺釘12鎖緊之制動環30(制動元件)、在螺帽7的後端面以及制動環30的前端面藉由 螺釘15鎖緊之一對潤滑油(grease)維持器16所構成。

如圖2、圖3所示，潤滑油維持器16係於薄鋼板加壓成型品的內罩17以及外罩18內，內裝兩片樹脂製的唇形油封(lip seal)19，藉由唇形油封19的內周緣滑接螺桿軸4的公螺紋槽2或螺紋頂3，防止儲封入滾珠螺桿1的潤滑油20之外漏。

制動環30係由MIM法或脫蠟鑄造法所製造，其如圖4所示，具有呈圓環狀之本體部31、在本體部31內周所突出設置之圓柱狀的鎖固柱32、在與鎖固柱32的相對位置(旋轉相位移動180°之位置)突出設置在本體部31內周之圓弧狀凸部33，圓弧狀凸部33的內周成為鎖固面34。鎖固柱32的頂端32a呈其半徑Rp小於公螺紋槽2的圓弧徑Rs若幹之半球狀，在滾珠螺桿1的組合狀態中，如圖3所示，該頂端32a以極小的間隙S1(例如約0.2mm左右)與螺桿軸4的公螺紋槽2相對。另一方面，鎖固面34也在滾珠螺桿1的組合狀態中，如圖3所示，以極小的間隙S2(例如約0.2mm左右)與螺桿軸4的螺紋頂3相對。由於鎖固柱32的頂端32a呈其半徑Rp小於公螺紋槽2的圓弧徑Rs若幹之半球狀，故假定其為單體，則能以鎖固柱32的軸心Cp作為轉動中心，於該公螺紋槽2內以360°的角度範圍轉動。

《實施型態之作用》

滾珠螺桿1係在產業機械或機器人等之中作為直線驅動機構之要素組裝，如圖5所示，螺帽7的凸緣6鎖緊於被驅動部件41的端面，螺桿軸4與馬達或減速器等所形成之(圖中未顯示的)旋轉驅動裝置連接。又，若藉由旋轉驅動裝置驅動螺桿軸4旋轉時，公螺紋槽2與母螺紋槽5藉由滾珠11螺合，隨著螺帽7的轉入，在圖5中被驅動元件41往上方或下方被直線驅動。此時，如圖3所示，鎖固柱32的頂端32a與公螺紋槽2之間存在有間隙S1，而鎖固面34與螺紋頂3之間存在有間隙S2，因此滾珠螺桿1的作動並不會受制動環30阻礙。此外，在本實施型態中，雖在制動環30中的本體部31的內周，突出設置一圓弧狀凸部33，但藉由在內周其餘部位形成為潤滑油貯存槽35，與不具備制動環30者相較，可以儲封入的潤滑油20的量變多，使滾珠螺桿1的耐久性提高。

(滾珠掉落時)

在滾珠螺桿1因為轉向器13的脫落等原因而產生滾珠11掉落之情形，如圖6所示，螺桿軸4的公螺紋槽2與螺帽7的母螺紋槽5之間的嚙合將斷開，螺帽7以及被驅動元件41則會由於重力而掉落。然而，在本實施型態的情形，若螺帽7向下方移動若幹量，鎖固柱32的頂端32a將與以間隙S1相對的公螺紋槽2對接，由於公螺紋槽2的內周沿著頂端32a滑動而使螺桿軸4往圖中左方移動。如此一來，螺桿軸4的螺紋頂3便會抵接以間隙S2 相對的圓弧狀突部33的鎖固面34，進而被鎖固，制動環30與螺桿軸4之間的相對移動便由於鎖固柱32而阻止。藉此，相對於螺桿軸4之螺帽7的軸方向移動便不會發生，而能確實制動螺帽7以及被驅動元件41(亦即防止掉落)。

另一方面，本實施型態之制動環30，由於鎖固柱32的頂端32a形成半球狀(亦即，以鎖固柱32的軸心Cp作為轉動中心，以單體便可於公螺紋槽2內以360°的角度範圍轉動)，因此若公螺紋槽2的圓弧徑大略相同，則如圖7(a)所示，既可以使用在螺桿軸4的公螺紋槽2的導程較小的滾珠螺桿1，也可以如圖7(b)所示，使用在螺桿軸4的公螺紋槽2的導程較大的滾珠螺桿1。並且，不論在何種情形中，在滾珠11掉落時，藉由鎖固柱32的頂端32a與圓弧狀凸部33的鎖固面34(未示於圖7(a)、(b))，使制動環30與螺桿軸4嚙合，便可以確實地制動螺帽7以及被驅動元件41。在本實施型態中，如此不需根據螺桿軸4的導程而準備許多制動環30，因此，除因減少成形金屬模具等而降低製造成本外，庫存及製造的管理也變得容易。

(制動環的部分變化實施例)

圖8所示之部分變化實施例的制動環30，係在本體部31的內周具有一對圓弧狀凸部33，該等圓弧狀凸部33的內周形成鎖固面34。在此部分變化實施例中，在滾珠11掉落時，在三處(鎖固柱 32的頂端32a以及兩個圓弧狀凸部33的鎖固面34)制動環30與螺桿軸4嚙合，因此螺帽7相對於螺桿軸4不易傾斜，可以達到穩定的制動。又，與實施型態相同，由於本體部31的內周之未設置圓弧狀凸起33的部位，形成潤滑油貯存槽35、36，因此本發明與不具備制動環30者相比，可以儲封入的潤滑油20的量變多，使滾珠螺桿1的耐久性提高。

圖9所顯示的部分變化實施例的制動環30，係不具有圓弧狀凸部，本體部31的內周全體形成鎖固面34。在此部分變化實施例中，與本案實施型態或上述部分變化實施例相比，由於本體部31的強度及剛性變高，因此，即使在被驅動元件的重量較大時也不易發生制動環30的變形等情形。

雖然本發明之具體實施型態如前述所載，但本發明並不限於上述實施型態，而可以大幅度變化實施。例如，上述實施型態或部分變化實施例中，雖然僅在滾珠螺桿的一端安裝制動環，但也可在兩端安裝制動環。又，上述實施型態或部分變化實施例中，雖然在本體部的內周設置一個或二個圓弧狀凸部，但亦可設置三個以上的圓弧狀凸部。另外，在上述實施型態或部分變化實施例中，雖將鎖固柱的頂端形成半球狀，但是，本發明並不限定於此，只要假定其為單體，能以鎖固柱的軸心作為轉動中心，相對於公螺紋槽以所設定角度(例如90°)進行旋轉的話，鎖固柱的頂端可為 半橢圓體形狀或長圓體形狀等，亦可為長方體形狀或六角柱形狀等。其他，關於滾珠螺桿的具體構造或各構成部件的具體形狀等，在不脫離本發明主旨的範圍下，可做適當的變化。

1‧‧‧滾珠螺桿

2‧‧‧公螺紋槽

3‧‧‧螺紋頂

4‧‧‧螺桿軸

5‧‧‧母螺紋槽

6‧‧‧凸緣

7‧‧‧螺帽

8‧‧‧滾動通道

11‧‧‧滾珠

16‧‧‧潤滑油維持器

30‧‧‧制動環

31‧‧‧本體部

32‧‧‧鎖固柱

32a‧‧‧頂端

33‧‧‧圓弧狀凸部

34‧‧‧鎖固面

41‧‧‧被驅動元件

Cp‧‧‧鎖固柱的軸心

Rp‧‧‧鎖固柱的頂端的半徑

Rs‧‧‧公螺紋槽的圓弧徑

S1‧‧‧鎖固柱的頂端與公螺紋槽之間的間隙

S2‧‧‧鎖固面與螺桿軸的螺紋頂之間的間隙

圖1係本發明實施型態之滾珠螺桿之要部立體圖。

圖2係本發明實施型態之滾珠螺桿之分解立體圖。

圖3係本發明實施型態之制動環之立體圖。

圖4係本發明實施型態之滾珠螺桿之要部縱剖面圖。

圖5係表示本發明實施型態之滾珠螺桿在一般時的作動之縱剖面圖。

圖6係表示本發明實施型態之滾珠螺桿在滾珠掉落時的作動之縱剖面圖。

圖7(a)、(b)係表示本發明實施型態之制動環使用於具有導程不同的螺桿軸之滾珠螺桿之狀態之縱剖面圖。

圖8係表示制動環之部分變化實施例之立體圖。

圖9係表示制動環之部分變化實施例之立體圖。

2‧‧‧公螺紋槽

3‧‧‧螺紋頂

5‧‧‧母螺紋槽

6‧‧‧凸緣

7‧‧‧螺帽

8‧‧‧滾動接觸通道

11‧‧‧滾珠

16‧‧‧潤滑油維持器

30‧‧‧制動環

32‧‧‧鎖固柱

32a‧‧‧頂端

33‧‧‧圓弧狀凸部

34‧‧‧鎖固面

41‧‧‧被驅動元件

Claims (4)

1. 一種滾珠螺桿，其具備在外周面形成公螺紋槽之螺桿軸、在內周形成與該公螺紋槽對向的母螺紋槽之螺帽、收納於由該公螺紋槽與母螺紋槽所形成的滾動通道之複數個滾珠、固著在該螺帽且抑制在該滾珠掉落時之該螺桿軸與該螺帽之間的相對移動之制動元件；其中，該制動元件係具有：其頂端進入該公螺紋槽且該頂端以所設定的間隙與該公螺紋槽相對之鎖固柱、在與該鎖固柱不同位置以所設定的間隙而與該螺桿軸的螺紋頂相對之鎖固面，該鎖固柱的頂端形成為以下形狀：假定其為單體，則能以該鎖固柱的軸心作為轉動中心，於該公螺紋槽內以所設定角度轉動。
2. 如申請專利範圍第1項所述之滾珠螺桿，其中，該鎖固柱的頂端，係形成具有小於該公螺紋槽的圓弧徑的半徑之半球狀。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之滾珠螺桿，其中，該制動元件具有鎖緊於該螺帽之圓環狀的本體部，該鎖固柱突出設置在該本體部的內周，該鎖固面形成於該本體部的內周。
4. 如申請專利範圍第3項所述之滾珠螺桿，其中，於該本體部的內周，以該螺桿軸的軸方向視角，突出設置至少一呈圓弧狀的圓弧狀凸部，該鎖固面形成於該圓弧狀凸部。