TWI221512B - Ball screw mechanism - Google Patents

Description

1221512 五、發明說明（1) [發明所屬之技術領域] 本發明有關一種球螺桿機構，其用以於軸向上位移一 旋緊於球螺桿軸上之螺帽構件，而藉著旋轉式驅動源驅動 該球螺桿軸。 [先前技術] 傳統上，螺絲部份係刻在滑動螺旋軸之外圓周表面 上，而滑動螺旋軸係可在諸如馬達等之旋轉式驅動源之旋 轉作用下旋轉。金屬材料之螺帽構件係旋緊於該滑動螺桿 之螺絲部份上。母螺絲部份係形成在該螺帽構件中，用於 旋緊至該滑動螺旋軸之螺絲部份上。該螺帽構件於旋轉方 向上之位移受到限制，且該滑動螺旋軸之旋轉運動轉換成 螺帽構件之直線運動。如此，螺帽構件可於軸向上位移。 然而，於上面所述之習知滑動螺桿中，當該螺帽構件 係在滑動螺旋軸之軸向上位移時，該位移是在滑動螺旋軸 之螺絲部份與螺帽構件之母螺絲部份嚙合時產生。因此， 摩擦阻抗出現於螺絲部份及母螺絲部份之間，以致當滑動 螺旋軸之旋轉運動轉換成螺帽構件之直線運動時，傳動效 率低。 再者，滑動螺旋軸及螺帽構件係由於摩擦阻抗而磨 損。因此，多年使用之結果降低其耐用性。 在另一方面，為了改良耐用性及傳動效率，以由一滑 動螺旋軸傳送驅動力量至螺帽構件，已有人採用一種球螺 桿，其中鋼珠置入螺絲部份及母螺絲部份之間，而取代以 上所述之滑動螺桿。於此案例中，吾人必須研磨該螺帽構

314582.ptd 第6頁 1221512 五、發明說明（2) 件之母螺絲部份之溝槽，而鋼珠係配置在溝槽上，以改良 表面精密度。 再者，為了減少球螺桿軸之螺絲部份之磨損，吾人必 須加熱球螺桿轴，以硬化球螺桿軸之表面。於熱處理期 間，可能由於熱量而相對於球螺桿轴或類似者之轴.中心出 現一些應變。因此，吾人進一步必須補正球螺桿軸之應變 或類似者。 亦即，當採用球螺桿時，相較於滑動螺桿時，吾人再 一次需要譬如：研磨、加熱、及補正應變。因此，生產步 驟係變得複雜，且因此使成本增加。 再者，當螺帽構件相對於球螺桿軸之螺絲部份在軸向 上位移時，鋼珠中發生滾動阻抗。為此緣故，潤滑劑用來 減少滾動阻抗。然而，吾人必須定期地供給潤滑劑，且定 期之維修操作係變得複雜。 [發明内容] 本發明之一般性目的係提供一種球螺桿機構，其藉著 可位移地旋緊樹脂材料之螺帽構件至球螺桿軸上，而使得 降低成本及改良耐用性成為可能。 當參照隨附圖示時，本發明之上述及其他目的、特 徵、及優點將由以下之敘述而變得更明顯，其中藉由說明 性範例來顯示本發明之一較佳實施例。 [實施方式] 參考第1及2圖，參考數字1 0表示根據本發明之一具體 實施例之球螺桿機構。

314582.ptd 第7頁 1221512 五、發明說明(3) 球螺桿機構丨〇包含球螺桿軸丨 接至》疋轉式驅動源1 2之羅動 _球螺桿轴同軸地連 =構件而形成母螺絲部份二;，帽構件18，貫穿 用來/、球螺桿軸1 4旋緊；及板構件 2圖），螺帽構件 之安裝孔2 8，詳述如後。 ’其關閉螺帽構件1 8 ^第2圖所示，由金屬材料所形 刻在外圓周表面上之公螺絲部份2 2。 球螺桿軸1 4包含 部份24a，24b，連接部份設置在兩# ^螺桿軸14包含連接 預定之長度，以連接至旋轉式驅動源且其直徑縮減一 槽（第一螺桿溝槽）26a係設在該公铲，類似者。螺桿溝 溝槽2 6 a具有一大致上呈半圓形之橋截P知2 2上。該螺桿 3 0可配置在螺桿溝槽上。 、面’如此複數鋼珠 螺帽構件18具有藉著射出成形樹 形部份3 1，及設在該圓柱形部份3丨之二1料所形成之圓柱 3 3。安裝孔2 8設在該圓柱形部份3丨之外=點之凸緣部份 孔2 8中設有通道3 2，以在螺帽構件丨8之* =表面中。安裝 沿著通道移動。大致上呈長方形之板構=f f間使鋼珠30 構件34固定至安裝孔28，且如此安梦 猎者一對螺絲 圖）。設置安裝至安裝孔2 8之板構件2 〇，關閉（簽照第1 圓周表面大致上與螺帽構件1 8之圓周表面赢板構件2 0之外 金屬材料製成的複數個鋼珠3 〇可於球二=。 絲部份22之螺桿溝槽26a及螺帽構件18之母軸14之公螺 螺桿溝槽（第二螺桿溝槽）26b之間滾動及/ :=部份16之 桿溝槽2 6b具有一大致上呈半圓形橫 ，滑動。該螺 七、戮面，使複數鋼珠

314582.ptd 1221512 五、發明說明（4) 3 0配置在螺桿溝槽上。 〜 位 面 著 14及螺帽構件18之個 =:;〇連續地排列於球螺桿柏 〖立移時，該複數個鋼乂 = 滾動及/或滑動。於;，26a，26b之圓周表 -未顯示之固定機制限制；進之螺帽構件Η藉 旋轉方向上之位移。 八、，"°者球螺桿軸1 4之中心的 通道3 2具有一大致上呈、 開 20所關閉。在通道32一端點上^ \的一輪截面，並由板構件 桿軸14之螺桿溝槽26a。同理，之^弟一開口 36開放朝向球螺 _放朝向球螺桿軸14之螺又在另一端，上之第二 36, 38與通道32相通。第一及第—曰26a。第一及第二 使得當第一開口 36正好定位在弟—開口 36, 38的配置， 開口 3 8係亦正好定。干溝才曰2 6 a上面時，第二 亦即，當:=δ溝槽…之另-部份上面。 累中自構件1 8在球螺桿幸 配置在螺桿溝才曹26a上之鋼王朱 4之軸向中位移％， 道32’而螺桿溝槽26a設置於位 ：：6進給=通 置在通道32中之鋼珠3〇被由第—方。事先酉9己 鋼珠3〇所壓進，且鋼珠繼第 1給進人通道32之 方向上之後方之螺桿溝槽26a。 38供給至設置於位移 以此配置，通道3 2藉著板 入通道32之鋼珠淋會掉= ^因此，進^進 其可能譬如輕易地對通道3 件20拆開時： 3 0之替換操作。 订、、隹修，並進行鋼珠 傳統上由金屬材料所形成之螺帽構件係由具有低表面

1221512 五、發明說明（5) 桿 滾 諸 以 料所形成。於是’當螺帽構件18"-- 移時，施加在球螺桿軸1 4上之έ # /7> / 口者埭螺 力運動期間減輕。因此，可以具涵载（例如慣性）於 :輕金屬或低碳鋼(例如幻形成球：屬椅料， 球螺桿轴14之重量及施加在旋匕由“。因此，可 負；。如此，可以實現尺寸小巧上之驅 當螺㈣4致u 疋I式驅動源。 形成二構件18由具有相當低的表面硬卢之斤丄 π i 如相較於金屬材料之習知螺帽&二i 料所 “之公螺絲部份22表面之時，可以降低 由執“： 增加表面硬度。再·，亦不需孽如：： ·、'處理所造成球螺桿軸14之軸中心之應礙。3如補正 ^ )^ΓΛ2 〇#' # # ^ ^ ρ Β ^ τ ^ . Ψ s, 34安壯，曰材料射出成形所形成。板構件20藉著蟫呼構件 女衣至螺帽構件1 8之安裝孔28。 系4構件 桿溝：^圖所：，環狀之！油# 40設在螺帽構件18之螺 面2 26b上。環狀之集油槽40沿著螺桿溝槽26b之 ^伸’並由螺桿溝槽26b之底部隔開—段預定周表 $珠30配置在螺桿溝槽上。集油4 、度’而 圓周表面凹入一段預定深度。“槽 如油叱、 阳彳日4 υ兄兩/閲滑油42 (嬖 曰）°當潤滑油42於螺帽構件丨8之位移中塗 g

☆ 薄膜可形成在鋼珠3°之表面上：此I 表’T'此夠平滑地滾動及/或滑動在螺桿溝槽26b之圓周 上。藉著射出成形可輕易地製成集油槽4 〇。 ' 潤滑油42包含稀烴基油脂。稀烴基油脂適合於樹脂材

1221512 五、發明說明（6) ^ ' —--~—- 料。因此，可以適當地潤滑由 …藉此，可以在鋼珠： = 成之螺帽構件 因此：可以減少磨，並可以改善耐；；地形成油薄膜。 當做為潤滑油42之烯烴基油脂的運 vlscosw)不小於 2〇_斯（cstM 運^黏度（kinetlc 备^加在球螺桿機構J 〇中之鋼珠 ’、 、VL萎4罢i曰、塞4抵Ο γ» 之負载小時’鋼珠3 0 螺朴溝槽26a，26b滑動。當施加在該鋼珠3〇上之 大吟，鋼珠30沿著該螺桿溝槽26a，26b滾動。、 、 之運=螺^之習知油脂或類似者具有大約麵斯 I連動黏度。因此，形成在掘秦本 ik A '# . 、 乂 上之油薄膜薄。當鋼 ίίΐ:Γ 這些表面將用完油薄…逐漸 2〇〇二t發明中，做為潤滑油42之油脂之運動黏度不小於 斯，且形成在該鋼珠30表面上之油薄膜厚。於是， 二鋼珠30沿著螺桿溝槽26a，26b滑動時，且當鋼珠3〇沿著 &桿溝槽26a，26b滾動時，於兩案例中可藉著潤滑油“有 效地潤滑。因此，可以適當地改善球螺桿機構ι〇之耐用 性。 再者，間隙44設在螺桿溝槽26b之底部。當鋼珠3〇配 置在螺桿溝槽26b上時，間隙44稍微由鋼 面凹入。於是，間隙4 4亦以與集油槽4 〇中相同之之外/周二 =油42。可以在鋼珠30之表面上以潤滑油42適；= ，由溥膜。 根據本發明之具體實施例，球螺桿機構丨〇基本上如以

1221512 五、發明說明（7) 上所述製成。其次將說明其操作、功 备電信唬係由未顯示之動力源供給至=效。、 寸，連接至未顯示驅動軸之球螺桿轴i 4為^式驅動源 圖所示，當球螺桿輛14在箭頭a之方向：：旋轉。如第1 球螺桿轴14上之螺帽構件18在軸向（箭頭/疋轉時，旋鎖至 移，因為螺帽構件18受到限制而抵 3方向）上位 3 8相 不 ί幵J 1 供給至設置於位移方向上之後方之螺桿溝槽26; 亦即’重複各步驟’使得當螺帽構件丨8在軸向 時’鋼珠3 0由弟一開口 3 6進給進入該通道3 2，且鋼殊 於此製程期間’如第2圖所示，配H向上之位移。 之鋼珠30於與螺帽構件18之前進方向（箭桿溝槽26a上 之方向（箭頭D之方向）上經由通道32由螺俨^之方向=反 開口 3 6前後相繼地饋入。先前設置在通道目件1 8之第一 著由螺桿溝槽2 6a進給之鋼珠3 〇而壓進。去从一之鋼殊3 〇藉 好定位在螺桿溝槽26a上方時，第二開口 “: : : : 36剛均 螺桿溝槽2 6 a之另一螺距上方。因此。於此配置义伋在 在螺桿溝槽2 6 a上之鋼珠3 0由第一開口 3 6進給進’配薏 3 2，而螺桿溝槽2 6 a設置於螺帽構件丨8之位移方〇通道 方。先前配置在通道3 2中之鋼珠3 〇被由第一開口向3上之前 入通道3 2之鋼珠3 0所壓進，且鋼珠由第 6遣给ί 璣土也 移 … > «-VO -XJ- ιΛ 第二開口 3 8連續地供給至設置於前進方向之後方之 3 〇由 槽2 6a。於是，於結構中，當鋼珠3〇，該鋼珠3〇即螺迎椁溝 動滾動及/或滑動。 $壤移 螺桿溝槽26a中之鋼珠30藉著集油槽4〇中之潤#、 %〉、由 4 2

1221512 ' -~. 五、發明說明（8) 適當地潤滑，隼 ~~一~ 因此，螺帽構^ j ^，在螺帽構件1 8之螺桿溝槽26a上。 施行任何複雜之枳^軸向上更平順地位移。再者，不需

當由未顯示二動力二ΐί!地將潤滑油42塗至鋼珠3〇。 性與以上所逑相反時，f至旋轉式驅動源12之電流特 (見第1圖）。當球螺桿軸14τ在桿轴u在箭頭β之方向上旋轉 於球螺桿轴14上之前頭β之方向上旋轉時，扭進 之方向）上位移。 '目8在與上述相反之軸向（箭頭D 亦即，配晉^\ 1 8之螺桿溝槽26^之虫^轴3= 螺^籌槽26則帽構件 26a及螺桿溝槽恤 “及/或滑動在虫累捍溝槽 螺桿箭頭^之方^ I移螺帽構件18在球 球螺桿轴14在外圓例中，金屬材料之 :於螺帽構件18及球螺桿軸1‘螺r i :ί帽構件18藉 30而扭進。當樹脂材料之螺1 2 3=:溝槽26a間之鋼 上位移時，太lL 構件1 8藉著鋼珐9 心 制，可以^此螺帽構件18於旋轉方向上之位i在軸向 及螺帽構件丨8 力及/或α動期間減少球蟫庐u， 移螺帽構：間之阻抗。因此，可以於轴向上G 14 捍轴14之如與滑動螺桿之習知結構做比♦月位 以改1 # =轉運動轉換成螺帽構件18之直^ #又，當球螺 Q傳動效率。 、、泉運動時，亦可 1 〇之予=中目構件1 8由樹脂材料所形成時，可、、、 2 “及/或滑動期間施加在以;：咸少於鋼珠 3 再件1 8扭進旋緊之 五 球 桿 生 、發明說明（9) 螺桿軸1 4上之負載。因此， , p； , , +而力ϋ熱至目前受力之被虫罗 釉，以增加球螺桿軸之表 則又刀之竦蜍 向 之熱量，亦不需補正譬如目前二：：由於熱處理所產 因此，可以進一步改善產量。 部份Π::8:，材料所形成時，不需研州 複雜之步驟〜：螺；：：i6r"。研磨操作是-項 帽構件1 8之重量。 v改善產量，並可以減少螺 球螺桿轴1 4可ώ且士 ^ + 輕金屬或低碳鋼（例如紹）/因;；之$屬材料所形成，諸如 重量，並可以減少施力…轉式驅= = = 當充滿潤滑油4 2之隹、山描^ 碑1 2上之驅動負載。 18之螺桿溝槽26b上時，$由a :及間隙44形成在螺帽構件 42適當地形成在鋼珠3〇之外、转者集油槽40中之潤滑油 維修操作，以定期地供仏冰、1 、面上。因此。不需實施 I -欠，夂去g J 滑油42至鋼珠30。 具-人，蒼考弟4圖及 本發明之具體實施例之球=产二續不—致動器100,根據 II fλ 5¾ 1 ηη^ ^ η /累才干機構10安裝於該致動器。 1〇Λ以第=^機架（機體川2;旋轉式驅動源 丄u D ’共以弟一；&而板1 Q私車 機構1〇充當一可相對機^丨機^ 102之一端點，球螺桿 機架m之軸向上；=!送之驅動力量往復運動於 架102引導滑動裝置11〇。 112a，112b’其用於沿著機

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1221512 五、發明說明αο) — 一一-~~~ - —第一端板104藉著未顯示之螺絲構件連接至機宇〗02之 端點。豬者電信號所驅動之旋轉式 端板1。4之實質上的中心部份。 至： I板1 04之實質上的中心部份。 妯牙δ又過弟一鈿 1 1 fi扞入π、Ρ! ! 7 1 旋心式15動源1 0 6之驅動軸 I連Γ至第=t配置在機架102上之外殼（機體）_ 1 0 6之側面相而π，側面，此側面與連接旋轉式驅動源 106之側面相向。設在外殼118中之孔 104之孔洞114a相通。轴 冰、弟鳊板 1 14b〇 铒仟1 Z Ua文1至外殼1 1 8之孔洞 第二端板（機體）1 2 2#蕻凑觀-I述相同之方式連接至機二：；:1:;螺絲構件以與上 I安裝至設於第二端板122之實:而點。軸承構件120b I 1 1 4 C。 貝貝上的中心部份中孔洞 球螺桿機構1 〇之球螺桿 η 8中之軸承構件12()政H之連接部份24a受到外殼 |合構件108同轴地連接至支$。連接部份24a藉著福 I亦即，球螺桿軸14可藉著；^式驅動源106之驅動軸116。 一起旋轉。 9 疋軺式驅動源1 〇 6隨同驅動軸1 i 6 圓盤形轴承固持構件1 I防止軸承構件1 2 0 a由外殼1 1 8 端板1 2 2之 件1 2 0 a之端點表面之間。竑；球螺桿軸1 4及軸承構 |孔洞1 1 4b之外徑。因此λ〜7固持構件1 24之外徑係大於 |解開。球螺桿軸14之另— -- |軸承構件120b之可旋轉支撐。邛份2扑受到第 螺帽構件1 8插入滑動^ 、1 1 0 ’使凸緣部份3 3設置在 1221512

第16頁 1221512 五、發明說明（12) 高度精確地線性移動- 阻尼器138a，13 8b安裝至滑動裝置11〇之 分別面朝外殼118及第二端板122。當滑動裝置"丨^面，並 上位移時（見第4圖），阻尼138a，138b能吸收滑動轴= 在位移末端位置所產生之衝擊。 、置1 1 〇 之 操作 致動器1 00基本上如以上所述而製成 具體實施例之球螺桿機構10裝至致動哭。直根據本發明 作、功能，及功效。 。/、久將說明其 之 田仏、、口月匕里至未顯示之動力源時，旋輕4 旋轉式驅動力量經由耦合構件i 〇 輅式驅動源1 06 球嫘桿軸14在預定方向上旋轉，並藉二球螺桿軸14。 絲部份1 6而扭進。因此， :=巾目構件1 8之母螺 ⑴在導引轴U2a，112fe引導作^構件U之滑動裝置 上隨同螺帽構件18_起位移。杏、& : #於機架102之軸向 電流特，藉著未顯示之控制器ς ς =二轉式驅動源106之 沿著機架1 0 2之軸往復運動。 、守，滑動裝置1 1 0可 因f，球螺桿軸1 4用於旋轉軸， 桿軸上^旋t，且螺帽構件2著：，件18在球螺 。方、疋如相較於習知螺桿处^！ 3 0在轴向上位 成Γ5構件18之直線；動時=桿轴14之旋轉 率。因=由旋轉式驅動源106所傳、，亦可以改善傳動效 率地轉換成滑動裝置1 1 0之往復4 1 =之驅動力量可有效 球螺桿轴1何由材料硬度Λ運動。 諸如1呂。於是，可以減少球螺桿：：f材料所形成， 重夏，並可以減少

1221512 五、發明說明（13) 施加在旋轉式驅動源1 0 6上之驅動負載。因此，旋轉式驅 動源1 0 6可製成小巧。再者，可以實現尺寸小巧及重量輕 之致動器1 0 0。 當欲充滿潤滑油4 2之集油槽4 0及間隙4 4形成在螺帽構 件1 8之螺桿溝槽2 6 b上時，油薄膜係藉著潤滑油4 2形成在 鋼珠3 0之外圓周表面上。因此，不需實施維修操作，以定 期地供給潤滑油4 2至鋼珠3 0。 當螺桿溝槽26b之間隙44及集油槽40中之潤滑油42為 烯烴基油脂，且烯烴基油脂之運動黏度不小於2 0 0 0厘斯 時，於兩案例中可藉著潤滑油4 2有效地潤滑，即當鋼珠3 0 沿著螺桿溝槽2 6 a，2 6 b滑動時，且當鋼珠3 0沿著螺桿溝槽 2 6 a，2 6 b滾動時，在此時螺帽構件1 8沿著球螺桿軸1 4之軸 位移。因此，可以適當地改善球螺桿機構1 0之耐用性。 雖然吾人已參考特別顯示及敘述本發明之較佳具體實 施例，應了解：在不脫離申請專利範圍所界定之發明精神 和範疇的前提下，一般熟習此技術者可對本發明做出各種 變化和修正。

314582.pid 第18頁 1221512 圖式簡單說明 [圖式簡單說明] 第1圖係一透視圖，其說明根據本發明之一具體實施 例之球螺桿機構； 第2圖係一縱向剖面圖，其說明第1圖所示之球螺桿機 構； 第3圖係一放大之縱向剖面圖，其說明第2圖所示螺帽 構件之母螺絲部份； 第4圖係一橫側剖面圖，其說明一致動器，而第1圖所 示之球螺桿機構係裝配至該致動器；及 第5圖係一縱向剖面圖，其說明第4圖所示之致動器。 10 球 螺 桿 機 構 ^ 12,106 旋 轉 式 驅 動源 14 球 螺 桿 轴 16 母 螺 絲 部 份 18 螺 帽 構 件 20 板 構 件 22 公 螺 絲 部 份V 24 連 接 部 分 26a, 26b 螺 桿 溝 槽 28 安 裝 孔 30 鋼 珠 32 通 道 34 螺 絲 構 件 36 第 一 開 口 38 第 二 開 XJ 40 集 油 槽 42 潤 滑 油 44 間 隙 100 致 動 器 102 機 架 104 第 — 端 板 108 搞 合 構 件 110 滑 動 裝 置 112a，1 1 2b 導 引軸 116 驅 動 轴 118 外 殼

314582.pid 第19頁 1221512 圖式簡單說明 1 2 0 a，1 2 0 b軸承構件 128132 安裝孔 球軸襯 122130 第二端板 穿透孔 314582.ptd 第20頁

Claims (1)

1221512 申请專利範圍 • 種球螺捍機構，包含 在其：由金屬材料製成，〜 —贤巾-i羞Ϊ f —螺桿溝槽（26a);及有刻 螺捍轴4目)上經由珠，二樹脂材料製成’並;^ 第-球螺桿溝扭進旋緊，該滚珠：:球 诂破』 再^ C ^ 6 )及設於該螺帽槿丛,衣位於該 表東τ'桿溝槽（26b)之間； 毒件（18)中之第二 其中該螺帽構件（18)之 〜 :冓：（is)係可於該球螺桿軸（ι:):ς:: ’且該螺帽 ::二專利範圍第丨項之球螺桿機構，向龙位移。 ^ >4)係由輕金屬或低碳鋼所形成。一中，該球螺捍 二f )ί Ϊ範圍第1項之球螺桿機構，发中1 a (18)具有一在該螺帽構件（18)之圓周、中，该螺帽構 女羞孔（2 8 )，且該安裝孔（2 荽。表面上打通之 關閉。 μ稭者一板構件（2〇)所 請專利範圍第1項之球螺桿機構，发Φ 構件（18)之第二球螺桿溝槽（26 ”中，在該螺帽 (40)。 宁形成一集油槽 如申請專利範圍第1項之球螺 球螺桿溝槽（26b)及該第二球曰’其中，於該第二 (30)之間形成一間隙（44)。、干’槽（26b)中之滾珠 如申請專利範圍第1項之球螺桿 件（1 8 )係藉著射出成形所擎成 ’其中，該螺帽構 如申請專利範圍第4項之球螺桿機構，其中，該集油

1221512 六、申請專利範圍 槽（4 0 )係充滿潤滑油（4 2 )，且該潤滑油（4 2 )包含具有 運動黏度不小於2 0 0 0厘斯（c s t)之烯烴基油脂。 8.如申請專利範圍第1項之球螺桿機構，其中，該球螺桿 轴（1 4 )係由致動器（1 0 0 )之機體（1 0 2 )支撐成可旋轉之 形態，該螺帽構件（1 8 )係藉著一旋轉式驅動源（1 0 6 )之 旋轉而可於該軸向位移，且該螺帽構件（1 8 )係連接至 一滑動裝置（1 1 0 )。

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