TW201402972A - 具有改良式末端轉向器的滾珠螺桿 - Google Patents

Abstract

於一種滾珠螺桿中，包含一螺軸、一經由數滾珠螺設於該螺軸上之螺帽，該等滾珠容置於該二部件之間所界定的一滾道內，一末端轉向器容置凹孔形成於其各軸端上以互補配合地容置一末端轉向器，該末端轉向器與該螺帽的一相對部分共同界定該滾道的一部分，其中該末端轉向器設有一對銜接爪鉤，其銜接形成於該螺帽上的螺紋之對應部分。藉此，可省去附接用的特定銜接特徵或其他配置需求，而仍可確保該螺帽與該末端轉向器之間的高度固緊及準確銜接。

Description

具有改良式末端轉向器的滾珠螺桿 發明領域

本發明係有關於一種包括透過數滾珠相互嚙合的螺軸及螺帽之滾珠螺桿，更詳言之，係有關於一種具有末端轉向器的滾珠螺桿，以供滾珠嵌合於螺帽的至少一端內。

發明背景

滾珠螺桿典型地包括一在其外環周上形成螺紋的螺軸、一具有一中心孔且在其內環周表面上界定對應於螺軸上螺紋的螺紋以界定一螺旋滾道之螺帽，以及數鋼滾珠，該等鋼滾珠容置於該滾道內以使該螺軸的轉動運動可以高效率及準確的方式被轉換成該螺帽的線性運動。從該滾道一端出去的滾珠必須典型地透過一滾珠回行孔通道回行至該滾道另一端，該滾珠回行孔通道可由一外管構件形成或形成於該螺帽本身內。於任一例中，一末端轉向器形成於該螺帽的各軸端內以使該等鋼滾珠自該滾道通過至該滾珠回行孔通道，反之亦然。

JP 2007-24305A揭示一種滾珠螺桿，其中由二件體構成的末端轉向器是利用螺絲附接於螺帽的各軸端上。 JP 2011-241852A揭示一種塑膠末端轉向器，其是簡單地嵌合於螺帽的各軸端上所形成之凹孔內。提及以一接合劑及一固持環可作為用以將該末端轉向器固定地保持於該凹孔內之機制。另揭示以一銜接特徵作為用以固持該末端轉向器的機制，該末端轉向器是組構為可自該螺帽的外環周表面嵌合於該螺帽的一凹孔內。

JP 2007-404691A揭示一種塑膠末端轉向器，其設有一彈性環周凸部，該凸部嵌合於該螺帽之一對應凹槽內，以產生一彈性扭力驅迫該末端轉向器抵於容置該末端轉向器之該凹孔的相對內環周表面。JP 4335222B揭示一種滾珠螺桿，其使用一固持環，來固定容置於螺帽的一末端轉向器容置凹孔內之一末端轉向器。

這些習用末端轉向器的固持結構需要高度複雜結構，或是可能無法適當緊固地及準確地固持該末端轉向器。因此，滾珠螺桿亟需要與一改良式配置結合以緊固一末端轉向器。

發明概要

鑒於習知的問題，本發明的一主要目的在於提供一種與一末端轉向器結合之滾珠螺桿，其結構簡單且容易組裝。

本發明的第二目的在於提供一種與一末端轉向器結合之滾珠螺桿，其能以有效且準確的方式操作。

本發明的第三目的在於提供一種與一末端轉向 器結合之滾珠螺桿，其是精省的。

根據本發明，上述目的可由提供一種滾珠螺桿來達成，該滾珠螺桿包含一具有形成於其外環周上的螺紋之螺軸、一具有一中心孔且於其一內環周表面上界定有對應於該螺軸上螺紋的螺紋以界定一螺旋滾道之螺帽，以及數容置於該滾道內之滾珠，該螺帽包括一形成於其至少一軸端處之末端轉向器容置凹孔，以互補配合地容置一末端轉向器，該末端轉向器與該螺帽的一相對部分共同界定該滾道的一部分，其中該末端轉向器設有一銜接爪鉤，其銜接形成於該螺帽上的螺紋之一部分。

利用該螺帽上該螺紋的槽來銜接該末端轉向器的對應爪鉤，可省去附接用的特定銜接特徵或其他配置需求，並且仍可確保該螺帽與該末端轉向器之間的高度固緊及準確銜接。

當該爪鉤包括一弧形輪廓，其與該螺帽的螺紋之一對應輪廓互補配合時，可達到在準確性及機械強度上之具體有利的銜接。

為使該銜接爪鉤能輕易地變形而不會對該爪鉤或該末端轉向器的周邊部分造成任何過度應力，該末端轉向器可設置一凹槽，其形成鄰近於該銜接爪鉤。

為便於該末端轉向器組裝於該螺帽，較佳地，該末端轉向器是組構為可軸向插入於該末端轉向器容置凹孔內，且該銜接爪鉤設有一軸向坡，其高度是朝向該銜接爪鉤的一前端減低。

根據本發明的一具體較佳實施例，該末端轉向器設有一扇形部，其包括順應於該螺帽的一內環周表面之一對徑向面、一外環周面及一內環周面。

如此不僅使得該末端轉向器能堅固地固持於該末端轉向器容置凹孔內，並且還能使該滾道提供該等滾珠進入及遠離該末端轉向器之有利的連續性。

該銜接爪鉤可設置於各徑向面上鄰近於該末端轉向器之內環周面，以使該末端轉向器穩定固持。為相似效用，該末端轉向器的外環周表面可設置一銜接特徵，其與設置於該末端轉向器容置凹孔的內表面的一對應部分上之一對應銜接特徵相配合。

當該末端轉向器之至少一該徑向面包括一徑向向內面對部，其抵靠該末端轉向器容置凹孔的相對內表面部時，即可更具體地準確達到該末端轉向器相對於徑向方向於該末端轉向器容置凹孔內之定位。

為更簡單的螺帽設計，該螺帽可設有一滾珠回行孔，同時該末端轉向器設有一導引凹孔，用以導引該等滾珠於該滾道與該滾珠回行孔之間。當該螺軸是以金屬材質製成，而該螺帽及該末端轉向器是以塑膠材質製成，可得到商業上更有利的效果。

1‧‧‧滾珠螺桿

2‧‧‧外螺紋

3‧‧‧螺軸

4‧‧‧內螺紋

6‧‧‧末端轉向器容置凹孔

6a‧‧‧底面

6b‧‧‧曲柄狀徑向表面

6c‧‧‧徑向表面

6d‧‧‧外環周表面

6e‧‧‧互補配合表面

7‧‧‧螺帽

8‧‧‧螺旋滾珠滾道

9‧‧‧鋼滾珠

10‧‧‧矩形凸緣

15‧‧‧滾珠回行孔

16‧‧‧圓形定位凹孔

17‧‧‧銜接凸部

17a‧‧‧上斜坡

21‧‧‧末端轉向器

21a‧‧‧內環周面

21b‧‧‧右徑向面

21c‧‧‧左徑向面

21d‧‧‧外環周面

21e‧‧‧徑向向內相對面

21f‧‧‧環周延伸部

22‧‧‧凸部或舌部

23‧‧‧環周導槽

23a‧‧‧實質垂直表面

25‧‧‧銜接凹孔

25a‧‧‧上坡部

26‧‧‧弧形壁部

27‧‧‧弧形槽

31‧‧‧第一銜接爪鉤

31a‧‧‧坡部

31b‧‧‧弧形輪廓

32‧‧‧第二銜接爪鉤

32a‧‧‧坡部

32b‧‧‧弧形輪廓

33,34‧‧‧凹槽

現將本發明配合參考圖式詳述如下，其中：圖1是實施本發明的滾珠螺桿之部分透視圖；圖2是該滾珠螺桿之部分縱剖圖； 圖3是該滾珠螺桿之分解透視圖；圖4是部分透視圖，顯示一末端轉向器如何嵌合於一螺帽的一末端轉向器容置凹孔內；圖5是部分透視圖，顯示該末端轉向器完全嵌合於該螺帽的末端轉向器容置凹孔內；圖6是該末端轉向器的底透視圖；圖7是該末端轉向器的後透視圖；圖8是該末端轉向器的縱剖圖；圖9a及9b是部分剖視圖，顯示將該末端轉向器嵌合於該末端轉向器容置凹孔內之過程；及圖10a及10b是其他部分剖視圖，顯示將該末端轉向器嵌合於該末端轉向器容置凹孔內之過程。

較佳實施例之詳細說明

茲將作為本發明的實施例之滾珠螺桿1說明如下。於以下說明中，該滾珠螺桿的各個不同部件的導向將以圖4所示的定義為基礎。

如圖3所示，該滾珠螺桿1包括一在其外環周上形成有一預設導程的外螺紋2之螺軸3，以及一螺帽7，該螺帽7為圓柱形且具有一中空內部，其內環周上形成有一內螺紋4(對應於該螺軸3的螺紋)。該螺帽7是與該螺軸3銜接，以於該螺帽7及該螺軸3的螺紋2與4之間界定一螺旋滾珠滾道8(圖2)。一末端轉向器容置凹孔6形成於該螺帽7的各軸端內以將一對應的末端轉向器21容置於內。一滾珠回行孔15以 軸向方向延伸於該螺帽7內。或者，此滾珠回行孔15亦可以利用一外部構件，如一管體來形成。該滾珠回行孔15的一部分可由該螺帽7與該等末端轉向器21共同來形成，此將容後說明。數個鋼滾珠9容置於該滾珠滾道8及該滾珠回行孔15內，該滾珠滾道8及該滾珠回行孔15接合形成該等鋼滾珠9的一無端環圈之路徑。因該二末端轉向器21實質上彼此相同，因此在以下說明大都僅論述其中一個末端轉向器21。

所述實施例的螺軸3是由一滾壓成型不鏽鋼構件所構成，且包括該等末端轉向器21之該螺帽7是由射出模製塑膠構件所構成。然而，該螺軸3亦可由一射出模製塑膠構件、一軸承鋼構件、一碳鋼構件或其他類似物所構成。該螺紋除了滾壓成型，亦可由射出模製、機械加工或類似者來形成。於所述實施例中，該螺帽7於其外環周上形成有一矩形凸緣10，用以附接一要被致動的構件。

如圖4所示，各末端轉向器容置凹孔6的左緣是由一實質徑向表面(或徑向延伸面)6c所界定，該徑向表面6c連接至其一具平滑曲面的外環周表面6d，而該轉向器凹孔6的右緣是由一曲柄狀徑向表面6b所界定，使得該右緣的外部較該右緣的內部更環周向前。與該左緣類似，該右徑向表面的外部連接至該末端轉向器容置凹孔6具平滑曲面的外環周表面6d。一圓形定位凹孔16形成於該末端轉向器容置凹孔6的底面6a之左端，而該滾珠回行孔15於該定位凹孔16的底面處向外開展以界定一環形肩部繞於該滾珠回行孔15的開放端。因此，該末端轉向器容置凹孔6是由一對徑向 表面6b和6c及一外環周表面6d所界定，且該末端轉向器容置凹孔6的內環周側是朝向該螺帽7的內中空部呈開放，以於該螺帽7的圓柱內環周表面界定一斷部(break)。

一銜接凸部17形成於該末端轉向器容置凹孔6的外環周表面6d上，該銜接凸部17包括一升高中間部、一上斜坡17a及一下陡坡，該上斜坡17a將該升高中間部以垂直向上方向平滑地連接至該外環周表面6d的基底部，該下陡坡亦將該升高中間部以垂直向下方向平滑地連接至該外環周表面6d的基底部。

最佳如圖4至8所示，該末端轉向器21設置有一概呈部分圓柱形或扇形，其可與該末端轉向器容置凹孔6互補配合。為以對應於該末端轉向器容置凹孔6的曲柄狀右徑向表面6b，該末端轉向器21於其右外部設有一環周延伸部21f。自該末端轉向器21底部的左端向下延伸一半圓柱形延伸部24，該延伸部24嵌合於該末端轉向器容置凹孔6底面6a之圓形定位凹孔16內，且抵靠繞於該滾珠回行孔15開口界定之該環狀肩部，同時與其一內環周表面界定該滾珠回行孔15之一延伸部。

該末端轉向器21的內環周面21a下部設有一環周導槽23，其將該滾道8與該滾珠回行孔15平滑地連接。該末端轉向器21的內環周面21a下部的左端設有一凸部或舌部22，其組構為可舀起或其他方式導引通過於該滾珠回行孔15與該滾道8之間的該等滾珠9。該導槽23的下部是由一實質垂直表面23a所界定，用以容許該末端轉向器21於製造過 程中能自模具中移出。

如圖7及8所示，該末端轉向器21的外環周面21d形成有一銜接凹孔25，其形成有一對應於該銜接凸部17的上斜坡17a之上坡部25a，且其與該銜接凸部17成實質地互補配合。如圖6及8所示，一與該末端轉向器21同心的弧形槽27是形成於該末端轉向器21的底面。於所示實施例中，此槽27與該銜接凹孔25底端連通，但此非本發明的要件。因此，一彈性可變形的弧形壁部26形成於該末端轉向器21的下外環周部之中間部。

最佳如圖6所示，一第一銜接爪鉤31形成於該末端轉向器21的左徑向面21c上鄰近於其內環周面的下角隅。此爪鉤31設有一坡部31a，該坡度31a向下延伸時將該爪鉤31的凸出部分與該左徑向面21c的其餘部分平滑地連接。該爪鉤31的上端形成有一弧形輪廓31b，以可與該螺帽7的螺紋4之槽互補配合。一凹槽33是自該末端轉向器21的內環周面21a切設於該爪鉤31底下，以使該爪鉤31能更輕易地彈性撓曲。

同樣地，一第二銜接爪鉤32形成於該末端轉向器21的右徑向面21b上鄰近於該內環周面21a的上角隅。此爪鉤32設有一坡部32a，其因該坡度32a向下延伸將該爪鉤32的凸出部分與該右面21b的其餘部分平滑地連接。該爪鉤32的上端亦形成有一弧形輪廓32b，以可與該螺帽7的螺紋4之槽互補配合。一凹槽34是自該末端轉向器21的內環周面21a切設於該爪鉤32底下，以使該爪鉤32能更輕易地彈性撓曲。

以下將參考圖4、9及10論述此末端轉向器21如何組裝於該螺帽7。

首先，將該末端轉向器21以圖4箭頭所指從上方嵌合於該末端轉向器容置凹孔6內。由於該末端轉向器21的外輪廓如平面圖所見對應於該末端轉向器容置凹孔6的內輪廓時，該末端轉向器21能不費力地迫入於該末端轉向器容置凹孔6內，直至該銜接凸部17的上斜坡17a抵靠該末端轉向器21的外環周面21d，如圖9a所示。藉由進一步下推該末端轉向器21，由於該末端轉向器21的彈性弧形壁部26之彈性或彈力變形，該末端轉向器21能完全迫入於該末端轉向器容置凹孔6內。圖9a顯示該弧形壁部26已經呈略撓曲狀態。設置該銜接凸部17的上斜坡17a與該弧形槽27可促進此過程進行。

並且，當該末端轉向器21以此方式被迫入於該末端轉向器容置凹孔6內時，該第一及第二爪鉤31及32被該末端轉向器容置凹孔6的相對表面彈性變形。設置該等槽33和34及該等坡部31a和32a可促進此過程進行。

一旦該末端轉向器21完全容置於該末端轉向器容置凹孔6內或該末端轉向器21底面已抵靠該末端轉向器容置凹孔6的底面6a時，一方面該末端轉向器容置凹孔6的銜接凸部17是完全嵌合於該末端轉向器21的銜接凹孔25內，如圖9b所示，且另一方面該第一及第二爪鉤31及32被該螺帽7的螺紋4之對應部分銜接，如圖10b所示。該第一及第二爪鉤31及32的弧形輪廓31b及32b確保該等爪鉤31及32 與該螺帽7的槽4對應部分之間的堅固與準確銜接。藉此，該末端轉向器21可堅固地固持於該末端轉向器容置凹孔6內，且可相對於軸向方向準確地定位於該末端轉向器容置凹孔6內。

於所示實施例中，該末端轉向器21的右徑向面21b是曲柄形，以使於該右徑向面21b的徑向中間部分界定一徑向向內相對面21e。一旦該末端轉向器21完全容置於該末端轉向器容置凹孔6內時，此徑向向內相對面21e會抵靠該末端轉向器容置凹孔6的一相對互補配合表面6e，以致於該末端轉向器21可相對於垂直軸向方向的方向準確地定位於該末端轉向器容置凹孔6內。

該末端轉向器21相對於該末端轉向器容置凹孔6之定位在為確保該螺帽7的螺紋與該導槽23之間的平滑連接，及該導槽23與該滾珠回行孔15之間的平滑連接尤其重要。

其後，將該等滾珠9充填於該滾道8及該滾珠回行孔15內，同時插入一外直徑略小於該螺軸3小(齒根圓)直徑之桿體(或一管體)(圖中未顯示)。之後將該螺軸3螺入該螺帽7內以將插入於該螺帽7內的該桿體推出，直至該桿體被完全推出於該螺帽7外。

或者，亦可在僅一個末端轉向器21嵌合於對應的末端轉向器容置凹孔6內且該螺軸3已經螺入於該螺帽7時，將該等滾珠充填於該滾道8及該滾珠回行孔15內。在所有滾珠9皆充填於該滾道8及該滾珠回行孔15內之後再將另 一個末端轉向器21嵌合於對應的末端轉向器容置凹孔6內。

該滾珠螺桿1典型地是使用於工具機、測量儀器等中的線性致動器之一部分。該螺軸3是連接於一轉動致動器，例如電動馬達及減速齒輪單元，而該螺帽7是藉由該凸緣10連接於要被致動的構件。當該螺軸3被轉動時，該螺帽7以及要致動的構件因該螺軸3與該螺帽7的螺紋之間經由該等滾珠9的螺接，會被線性致動。當該等滾珠9到達該滾道8的對應端時，該等滾珠9被其中一末端轉向器21舀起，並導引至該滾珠回行孔15內以經由該滾珠回行孔15放回至該滾道8的另一端。於所示實施例中，由於該螺帽7及該等末端轉向器21是以塑膠材質製成，因此不僅該滾珠螺桿1的總重量降低，並且因該等滾珠9於該滾道8及該滾珠回行孔15移位所產生的噪音亦可降低。

儘管已藉一實施例說明了本發明，對熟於此技藝者來說顯然可對此進行各種不同的變化及變更而仍不脫離本發明的範圍，本發明的範圍是由所附上申請專利範圍界定。舉例來說，可以一凸部17形成於該末端轉向器容置凹孔6的內環周表面6d同時以一對應凹孔形成於該末端轉向器21的外環周面21d，來取代該末端轉向器容置凹孔6的內環周表面6d之該凸部17，與該末端轉向器21的外環周面21d之該凹孔25，其具有相似效用。

主張巴黎公約優先權日之原日本專利申請案的內容，以及本申請案中所提及之前有技藝參考案的內容，以參考方式併入本申請案。

1‧‧‧滾珠螺桿

2‧‧‧外螺紋

3‧‧‧螺軸

4‧‧‧內螺紋

6‧‧‧末端轉向器容置凹孔

6a‧‧‧底面

7‧‧‧螺帽

8‧‧‧螺旋滾珠滾道

9‧‧‧鋼滾珠

10‧‧‧矩形凸緣

15‧‧‧滾珠回行孔

16‧‧‧圓形定位凹孔

21‧‧‧末端轉向器

Claims (10)

1. 一種滾珠螺桿，其包含：一螺軸，其具有形成於其一外環周上的螺紋、一螺帽，其具有一中心孔且於其一內環周表面上界定有對應於該螺軸上螺紋的螺紋以界定一螺旋滾道、以及複數個滾珠，其等容置於該滾道內，該螺帽包括一形成於其至少一軸端處之末端轉向器容置凹孔以互補配合地容置一末端轉向器，該末端轉向器與該螺帽的一相對部分共同界定該滾道的一部分，其中該末端轉向器設有一銜接爪鉤，其銜接形成於該螺帽上的螺紋之一部分。
2. 如申請專利範圍第1項所述之滾珠螺桿，其中該爪鉤包括與該螺帽的螺紋之一對應輪廓互補配合的一弧形輪廓。
3. 如申請專利範圍第1項所述之滾珠螺桿，其中該末端轉向器設有鄰近於該銜接爪鉤而形成的一凹槽。
4. 如申請專利範圍第1項所述之滾珠螺桿，其中該末端轉向器是組構以軸向插入於該末端轉向器容置凹孔內，且該銜接爪鉤設有一高度朝向該銜接爪鉤的一前端減低的軸向坡。
5. 如申請專利範圍第1項所述之滾珠螺桿，其中該末端轉向器設有一扇形部，其包括順應於該螺帽的一內環周表 面之一對徑向面、一外環周面及一內環周面。
6. 如申請專利範圍第5項所述之滾珠螺桿，其中該銜接爪鉤是設置於該等徑向面的每一者之上且鄰近於該末端轉向器之內環周面。
7. 如申請專利範圍第5項所述之滾珠螺桿，其中該末端轉向器的外環周表面設有一銜接特徵，其與設置於該末端轉向器容置凹孔的內表面的一對應部分上之一對應銜接特徵相配合。
8. 如申請專利範圍第5項所述之滾珠螺桿，其中該末端轉向器的該等徑向面其中至少一者包括一徑向向內面對部，其抵靠該末端轉向器容置凹孔的一相對內表面部。
9. 如申請專利範圍第1項所述之滾珠螺桿，其中該螺帽設有一滾珠回行孔，且該末端轉向器設有用以於該滾道與該滾珠回行孔之間導引該等滾珠的一導引凹孔。
10. 如申請專利範圍第1項所述之滾珠螺桿，其中該螺軸是以金屬材質製成，而該螺帽及該末端轉向器是以塑膠材質製成。