TWI400400B - 滾柱螺桿 - Google Patents

Description

滾柱螺桿

本發明為一種滾柱螺桿，尤指一種左右軸向負荷能力不同之滾柱螺桿。

按，精密機械中常有需要控制工作平台或加工元件移動之設計，且對於高負荷的傳動來說，使用者都會想利用滾柱螺桿進行精密的傳動，因為如此可大幅縮小設備的整體體積，相對可大幅降低製造成本及縮短工時。而滾柱螺桿就是因為滾柱與螺桿及螺帽所設置的螺紋槽為線接觸(而滾珠為點觸)，故滾柱的接觸面積一定大於滾珠的接觸面積，而接觸面積大相對負荷能力亦高，接觸面積小則反之；是以，以相同的負荷條件來說，使用滾柱作為螺帽與螺桿之間的傳動介質，就能大幅減少滾柱螺桿整體的體積(換言之，滾珠螺桿的體積會大於滾柱螺桿的體積)，相對亦能縮小整個設備的體積。再者，雖然目前滾柱螺桿之型態眾多，但皆未能順利供產業利用(原因有二，一、無法大量生產，滾柱螺桿結構複雜製造成本高；二、滾柱螺桿所產生的效能不符使用者需求)，而滾柱螺桿係以螺桿與螺帽間設置螺紋槽，而螺紋槽之間設置複數滾柱，其主要設計的態樣有下述幾種：

A.　利用一螺桿配合一螺帽並各設置一螺紋槽的結構設計，且以複數滾柱同向排列在螺紋槽中，此種單一螺紋槽的使用，所有的滾柱的滾動方向與角度完全相同，因此螺帽位移時，僅能藉由滾柱於螺紋槽滾動接觸之方向受力，故該種滾柱的排列方式僅能承受單方向的負載；但原本無受力之方向如有一軸向力產生時，就會造成滾柱螺桿的螺帽、螺桿的螺紋槽與滾柱以滑動方式運行，這樣會造成螺紋槽磨損，進而造成滾柱螺桿運行不順暢的問題產生；且該滾柱與螺桿及螺帽之間並無法設定預壓力(因為滾柱為同向排列的關係，且滾柱外徑大於滾柱長度)，而造成滾柱與螺紋槽之間有背隙(間隙)產生，是以，其定位精度不良且運行時容易產生振動，故無法運用於精度需求的機台上。

B.　利用一螺桿配合一螺帽並各設置一螺紋槽的結構設計，且螺紋槽中容置的滾柱以交錯方式的排列，該種滾柱以交錯方式的排列，雖然能夠達到平均受力與承受二方向受力的目的，但是每一方向能承受力量之滾柱僅剩總量的一半(因為該滾柱交叉排列)，所以仍然具有負載能力差的缺失，剛性亦隨之下降，且如果負荷較高時滾柱數量勢必增加，相對也增長螺帽之長度。

C.　利用一螺桿配合二螺帽並各設置一螺紋槽的結構設計，且以複數滾柱平行排列在螺紋槽中，該種單一螺紋槽配合二螺帽的使用，是利用二螺帽分別設置不同傾斜角度的滾柱循環滾動，以此方式使滾柱螺桿具有兩個方向受力之功效，但是此為雙螺帽之設計，故螺帽之整體長度在螺桿上也相對變長，使得螺帽於螺桿上的行程縮短，如要解決此問題又必須增加螺桿的總長，相對也使製造成本及物料成本增加，再者，二螺帽間的接觸面需要較高的表面精度及平行度，故於製造上需要藉由研磨來達到高精度之標準，才能使雙螺帽的設計達到一定水準，且雙螺帽之設計的裝配作業也非常繁雜，相對需花費較長的裝配時間，故前述之問題使得雙螺帽之設計的製造成本提高。

基於上述習知技術之問題點，本發明人經過研究改良後，終有確能達成以下發明之目的之發明誕生。

即，本發明首要目的在於，研發一種可大量生產之滾柱螺桿，且可應映需求來調整該滾柱螺桿左右軸向負荷能力，使滾柱螺桿之應用端更廣，例如：讓滾柱螺桿應用於左右軸向負荷能力不同之設備(如：全電式設出成形機、高速沖床、鎖模機構、合模機等...)，而這也是滾柱螺桿較常見的應用端。

為達上述之目的，本發明係為一種滾柱螺桿，係包含：複數個滾柱，各具一徑向面，該徑向面呈圓柱狀；一長軸，呈長條狀，其外表面呈圓柱狀被定義為外緣面，該外緣面設有螺旋狀之V型溝，其中該V型溝之兩側面分別被定義為第一軌道面及第二軌道面，該第一軌道面及第二軌道面之夾角概呈90度；一螺帽模組，其具有翻轉道、迴流道及供該長軸穿設之穿孔，該穿孔之孔壁被定義為內緣面，該內緣面上設有相對該V型溝之V型槽，其中該V型槽之兩側面分別被定義為第一接觸面及第二接觸面，該第一接觸面及第二接觸面之夾角概呈90度；其中該V型溝及該V型槽間係供該滾柱容置被定義為負荷路徑；其中，該翻轉道將該負荷路徑區隔為第一負荷路徑及第二負荷路徑，該第一負荷路徑及第二負荷路徑一端係分別銜接該翻轉道之一端，且該翻轉道跨越該外緣面；該迴流道之兩端係分別與該第一負荷路徑及第二負荷路徑另一端銜接；其中，該滾柱依序由第一負荷路徑進入該迴流道，再由該迴流道另一端進入第二負荷路徑，再由第二負荷路徑進入該翻轉道，再由該翻轉道另一端回到該第一負荷路徑；其中，該徑向面於該第一負荷路徑中係分別與該第一軌道面及第一接觸面接觸，而於該第二負荷路徑中係分別與該第二軌道面及第二接觸面接觸。

其中，該螺帽模組係包含：一螺帽、至少一迴流元件、一翻轉元件；其中，該翻轉道係設置於該翻轉元件；該迴流道係設置於該迴流元件；該穿孔係設置於該螺帽。

其中，該螺帽之外壁被定義為外緣面，該外緣面係設有兩安裝孔及一通孔，該安裝孔及通孔係與該穿孔連通；該迴流元件概呈ㄇ字型，其兩端分別插設於該安裝孔，該翻轉元件係容設於該通孔。

其中，該螺帽模組更具有一蓋設於迴流元件上之固定片，該固定片具有一固定槽，該固定槽係覆蓋該迴流元件，用以將該迴流元件定位。

其中，該通孔係設有朝該穿孔設置之承靠部，該翻轉元件係設有抵靠部，該翻轉元件係由該穿孔內置入於該通孔，並使該承靠部與抵靠部貼合。

其中，該通孔係設有朝該螺帽之外緣面設置之承靠部，該承靠部係設有一固定孔，該翻轉元件係設有貼合於該承靠部之抵靠部，該抵靠部係設有一貫穿孔，當該翻轉元件安裝至該通孔後，係藉由複數螺絲穿設於該貫穿孔後，該螺絲再與該固定孔螺合鎖固。

為了更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之實施方式說明及圖式，然而此實施方式及圖式僅供說明及參考用，而非用以對本發明做任何限制者。

請參閱第一圖至第十圖所示，係為本發明第一實施例，本發明係為一種滾柱螺桿，係包含：一長軸1，其呈長條狀，其外表面呈圓柱狀被定義為外緣面12，該外緣面12設有螺旋狀之V型溝11，其中該V型溝11之兩側面分別被定義為第一軌道面111及第二軌道面112，該第一軌道面111及第二軌道面112之夾角概呈90度；一螺帽模組，係包含一螺帽2、一迴流元件3、翻轉元件4及固定片6；該螺帽2設有供該長軸1穿設之穿孔21，該穿孔21之孔壁被定義為內緣面25，該內緣面25上設有相對該V型溝11之V型槽211，其中該V型 槽211之兩側面分別被定義為第一接觸面2111及第二接觸面2112，該第一接觸面2111及第二接觸面2112之夾角概呈90度，該V型溝11與V型槽211係構成一負荷路徑90；另該螺帽2之外壁面被定義為外緣面26，該外緣面26設有兩安裝孔22、一通孔23及複數個固定孔24，該安裝孔22及通孔23係與該穿孔21連通，並切斷該V型槽211使其為不連續之型態；該通孔23係設有朝該穿孔21設置之承靠部231；該迴流元件3，該迴流元件3概呈ㄇ字型，其兩端分別插設於該安裝孔22，該迴流元件3具有一迴流道31，且該迴流元件3之兩端部各設有朝該V型溝11凸伸之導引片32；該固定片6具有一固定槽62及複數貫穿孔61，該固定槽62係覆蓋該迴流元件3，另藉由複數螺絲7穿設於該貫穿孔61後與固定孔24鎖固，進而將固定片6定位於螺帽2，亦將該迴流元件3定位；該翻轉元件4，其係容設於該通孔23，該翻轉元件4係設有抵靠部43，該翻轉元件4之安裝方式係先將該翻轉元件4伸入該穿孔21內，再置入於該通孔23，並使該承靠部231與抵靠部43貼合，以限制該翻轉元件4向外緣面26之方向脫離螺帽2；該翻轉元件4係設有一翻轉道41，該翻轉道41將該負荷路徑90區隔為第一負荷路徑901及第二負荷路徑902，該第一負荷路徑901及第二負荷路徑902一端係分別銜接該翻轉道41之一端，且該翻轉道41跨越該外緣面12(如第十圖所示)；而該第一負荷路徑901及第二負荷路902另一端係分別與該迴流道31之兩端銜接，而構成一完整的循環路徑(請參閱第十二圖所示該循環路徑由第一負荷路徑901及第二負荷路徑902、迴流道31及翻轉道41所構成)；請特別參閱第三圖、第六圖、第八圖至第十圖所示，於圖中可見有複數滾柱5容設於該循環路徑，各該滾柱5具一徑向面51，該徑向面51呈圓柱狀，該滾柱5依序由第一負荷路徑901進入該迴流道31，再由該迴流道31另一端進入第二負荷路徑902，再由第二負荷路徑902進入該翻轉道41，再由該翻轉道41另一端回到該第一負荷路徑901；而該徑向面51於該第一負荷路徑901中係分別與該第一軌道面111及第一接觸面接觸2111，而於該第二負荷路徑902中係分別與該第二軌道面112及第二接觸面2112接觸。且為了讓該滾柱5進出該迴流道31及翻轉道41更為順暢，於該翻轉元件4之翻轉道兩端各設有朝該V型溝11凸伸之導引片42；而該導引片42及導引片32，係具有導引滾柱5進入翻轉道41及迴流道31之功能。

承上述，針對翻轉元件之重要性及所能產生效能，再詳細配合圖式說明如后：

首先，請參第三圖、第六圖、第八圖至第十圖及第十二圖所示，該迴流道之路徑311並不是一扭轉路徑(由第八圖及第九圖可清楚得知)，且該迴流道之路徑311係沿該負荷路徑90之導程角的方向做切線式的設計，讓第一負荷路徑901與第二負荷路徑902之一端與該迴流道31銜接更為平順，使該滾柱5不會與迴流元件3產生碰撞，讓滾柱5以平緩且無翻轉的狀態下運行通過迴流道31，達到最理想的滾動模式；然，只藉由該迴流元件3的設置該滾柱螺桿並無法順利運行，因為會造成滾柱螺桿軸方向兩邊的所能承受的負荷為浮動的，而為什麼會浮動呢？請參閱第十二圖(該圖係假設滾柱5位於第一負荷路徑901中)所示較方便清楚說明，該滾柱5之徑向面51於第一負荷路徑901係與第一軌道面111及第一接觸面2111接觸，而徑向面51與第一軌道面111及第一接觸面2111接觸之方向才具有負荷能力，故該滾柱螺桿只具有往軸方向P右邊的負荷F，而往軸方向P左邊則無任何負荷能力；是以，滾柱螺桿的負荷能力決定於滾柱5之徑向51面與V型溝11及V型槽211接觸的方向，故假使無設置翻轉元件4，則會造成兩種不同方向排列的滾柱5數量比例無法固定，相對也造成滾柱螺桿軸方向兩邊的所能承受的負荷為浮動的，且此種型態的滾柱螺桿並無法應用於產業。

承上述，請參閱第八圖及第九圖，本發明藉由翻轉元件4的設置，使兩種為不同方向排列的滾柱5數量比例能固定，因為該翻轉元件4之翻轉道之路徑411係朝一方向扭轉R(如圖式所示翻轉道之路徑411一定距離之截面之角度係為漸變)，能使經過翻轉道41的滾柱5翻轉一定角度，使兩種為不同方向排列的滾柱5數量比例能固定，也就是說，位於第一負荷路徑901的滾柱為相同方向排列，於第二負荷路徑902的滾柱為相同方向排列；且本發明之翻轉道41亦顧慮到當無負荷路徑(指的是迴流道31及翻轉道41)越長時，就會降低滾柱5迴流的順暢度，因為滾柱5於無負荷路徑時，是藉由負荷路徑90的滾柱5來推動無負荷路徑的滾柱5，使無負荷路徑的滾柱5能順利前進，相對的當無負荷路徑的長度較長時，其容納的滾柱5數量也相對變多，故要推動無負荷路徑裡面的滾柱5所要施以的力量則更大，是以，就會產生循環不順暢的問題；本發明藉由該翻轉元件4具有較短翻轉道41的特性，使翻轉道41中所容納的數量較少，亦使負荷路徑90中的滾柱5推動翻轉道41的滾柱5較為順暢。

再者，請參閱第三圖及第十一圖，本發明因為翻轉元件4的設計，故於該第一負荷路徑901與第二負荷路徑902之間具有一段無設置滾柱5的區域，將此定義為無負荷區域903，而該無負荷區域903可提供潤滑元件(無顯示)設置其中，使潤滑元件可直接潤滑負荷路徑90，使滾柱5能充分得到潤滑並效果提升；或裝設一冷卻元件(無顯示)於無負荷區域903，以帶走負荷路徑90與滾柱5摩擦所產生的熱能；而藉由上述兩元件的設置係可延長滾柱螺桿之使用壽命。另外，該翻轉元件4具有調整兩軸方向P之負荷能力之功能，因為該翻轉元件4的設置，使負荷路徑90區隔為第一負荷路徑901及第二負荷路徑902，而該第一負荷路徑901及第二負荷路徑902中之滾柱5係為不同方向排列，請參閱第三圖所示，該圖的F1係代表第一負荷路徑容納滾柱所能承受的負荷，F2係代表第二負荷路徑容納滾柱所能承受的負荷，因為該圖所顯示的第一負荷路徑容納滾柱數目較第二負荷路徑多，故負荷F1一定大於負荷F2，而此種型態之滾柱螺桿即可應用於左右軸向負荷能力不同之設備(如：全電式設出成形機、高速沖床、鎖模機構、合模機等...)；而本發明亦可依應用設備的需求來調整兩軸方向P的負荷能力，例如：要應用於兩軸方向P負荷能力相同的設備，則於製造前事先規劃該翻轉元件4之位置，使該第一負荷路徑及第二負荷路徑容納之滾柱數量相等，即可達到兩軸方向P負荷能力相等的需求，故本發明的設計相當符合各產業的需求，換言之，亦提升滾柱螺桿的通用性。且本發明之迴流元件與翻轉元件皆可使用模具射出成型，故可大批量生產，且螺帽之加工係由NC加工機即可成型，故具有相當高的量產性。

接著，請參閱第十三圖及第十四圖，係為本發明第二實施例，本實施例與第一實施例不同在於：該迴流元件3與螺帽2之裝配關係，該螺帽2設有一軸方向P並貫穿螺帽2兩端之迴流孔28，且於該穿孔21之內緣面25設有兩容置槽27，該容置槽27係位於該迴流孔28之兩端，兩該容置槽27係各提供一迴流元件3設置其中，其中一該迴流元件3之迴流道(未顯示)的兩端分別與該迴流孔28及第一負荷路徑之一端銜接，另一該迴流元件3之迴流道的兩端分別與該迴流孔28及第二負荷路徑之一端銜接，而翻轉元件4亦設置於該螺帽2之通孔23，其設置方式與第一實施例相同，而該翻轉道兩端也是分別銜接該第一負荷路徑及第二負荷路徑之另一端，而構成一完整的循環路徑。而其餘結構、組態及功效與第一實施例相同，在此不再多作贅述。

最後，請參閱第十五圖至第十七圖所示，係為本發明第三實施例，本實施例與第一實施例不同在於：該翻轉元件4的設置方式，係由螺帽2之外緣面26置入該螺帽2之通孔23中，而該通孔23之承靠部231係朝該螺帽之外緣面26設置，且該承靠部231係設有一固定孔2311，而該翻轉元件4亦設有貼合於該承靠部231之抵靠部43，而該抵靠部43係設有一貫穿孔431，當該翻轉元件4安裝至該通孔23後，再藉由複數螺絲7(本實施例為兩支螺絲)穿設於該貫穿孔431後，該螺絲7再與該固定孔2311螺合鎖固，以確實將該翻轉元件4定位於螺帽2上。而其餘結構、組態及功效與第一實施例相同，在此不再多作贅述。

綜所上述，所以本發明之『具有產業之可利用性』應已毋庸置疑，除此之外，在本案實施例所揭露出的特徵技術，於申請之前並未曾見於諸刊物，亦未曾被公開使用，不但具有如上所述功效增進之事實，更具有不可輕忽的附加功效，是故，本發明的『新穎性』以及『進步性』都已符合專利法規，爰依法提出發明專利之申請，祈請惠予審查並早日賜准專利，實感德便。

以上所述實施例之揭示係用以說明本發明，並非用以限制本發明，故舉凡數值之變化與等效元件之置換，仍應隸屬本發明之範疇。

1．．．長軸

11．．．V型溝

111．．．第一軌道面

112．．．第二軌道面

12．．．外緣面

2．．．螺帽

21．．．穿孔

211．．．V型槽

2111．．．第一接觸面

2112．．．第二接觸面

22．．．安裝孔

23．．．通孔

231．．．承靠部

2311、24．．．固定孔

25．．．內緣面

26．．．外緣面

27．．．容置槽

28．．．迴流孔

3．．．迴流元件

31．．．迴流道

311．．．迴流道之路徑

32．．．導引片

4．．．翻轉元件

41．．．翻轉道

411．．．翻轉道之路徑

42．．．導引片

43．．．抵靠部

431．．．貫穿孔

5．．．滾柱

51．．．徑向面

6．．．固定片

61．．．貫穿孔

62．．．固定槽

7．．．螺絲

90．．．負荷路徑

901．．．第一負荷路徑

902．．．第二負荷路徑

903．．．無負荷區域

R．．．扭轉

P．．．軸方向

F、F1、F2．．．負荷

第一圖係為本發明第一實施例滾柱螺桿外觀立體圖。

第二圖係為本發明第一實施例滾柱螺桿各元件之分解圖。

第三圖係為本發明第一實施例滾柱螺桿之立體圖，並於局部剖開螺帽可看見滾柱排列之型態。

第四圖係為本發明第一實施例滾柱螺桿之螺帽立體圖。

第五圖係為本發明第一實施例滾柱螺桿之螺帽另一視角立體圖。

第六圖係為本發明第一實施例滾柱螺桿將螺帽移除之立體圖。

第七圖係為本發明第一實施例滾柱螺桿將螺帽移除之端視圖。

第八圖係為本發明第一實施例滾柱螺桿將螺帽及迴流元件移除，顯示迴流元件之迴流道路徑圖。

第九圖係為本發明第一實施例滾柱螺桿將螺帽、迴流元件及轉向元件移除，顯示迴流元件之迴流道及翻轉元件之翻轉道的路徑圖。

第十圖係為本發明第一實施例滾柱螺桿將螺帽及轉向元件移除，顯示翻轉元件之翻轉道的路徑圖。

第十一圖係為本發明第一實施例滾柱螺桿之滾柱循環路徑圖。

第十二圖係為本發明第一實施例滾柱設置於負荷路徑之承受負荷方向之說明圖。

第十三圖係為本發明第二實施例係為滾柱螺桿之迴流元件各別裝設於螺帽之穿孔兩端之實施例。

第十四圖係為本發明第二實施例之滾柱螺桿的螺帽立體圖。

第十五圖係為本發明第三實施例之滾柱螺桿立體圖。

第十六圖係為本發明第三實施例之滾柱螺桿之分解圖。

第十七圖係為本發明第三實施例之滾柱螺桿的長軸與螺帽組合之立體圖。

1．．．長軸

11．．．V型溝

2．．．螺帽

3．．．迴流元件

31．．．迴流道

32．．．導引片

4．．．翻轉元件

41．．．翻轉道

42．．．導引片

5．．．滾柱

6．．．固定片

61．．．貫穿孔

62．．．固定槽

7．．．螺絲

Claims (6)

1. 一種滾柱螺桿，係包含：複數個滾柱，各具一徑向面，該徑向面呈圓柱狀；一長軸，呈長條狀，其外表面呈圓柱狀被定義為外緣面，該外緣面設有螺旋狀之V型溝，其中該V型溝之兩側面分別被定義為第一軌道面及第二軌道面，該第一軌道面及第二軌道面之夾角概呈90度；一螺帽模組，其具有翻轉道、迴流道及供該長軸穿設之穿孔，該穿孔之孔壁被定義為內緣面，該內緣面上設有相對該V型溝之V型槽，其中該V型槽之兩側面分別被定義為第一接觸面及第二接觸面，該第一接觸面及第二接觸面之夾角概呈90度；其中該V型溝及該V型槽間係供該滾柱容置被定義為負荷路徑；其中，該翻轉道將該負荷路徑區隔為第一負荷路徑及第二負荷路徑，該第一負荷路徑及第二負荷路徑一端係分別銜接該翻轉道之一端，且該翻轉道跨越該外緣面；該迴流道之兩端係分別與該第一負荷路徑及第二負荷路徑另一端銜接；其中，該滾柱依序由第一負荷路徑進入該迴流道，再由該迴流道另一端進入第二負荷路徑，再由第二負荷路徑進入該翻轉道，再由該翻轉道另一端回到該第一負荷路徑；其中，該徑向面於該第一負荷路徑中係分別與該第一軌道面及第一接觸面接觸，而於該第二負荷路徑中係分別與該第二軌道面及第二接觸面接觸。
2. 如請求項1所述之滾柱螺桿，其中，該螺帽模組係包含：一螺帽、至少一迴流元件、一翻轉元件；其中，該翻轉道係設置於該翻轉元件；該迴流道係設置於該迴流元件；該穿孔係設置於該螺帽。
3. 如請求項2所述之滾柱螺桿，其中，該螺帽之外壁被定義為外緣面，該外緣面係設有兩安裝孔及一通孔，該安裝孔及通孔係與該穿孔連通；該迴流元件概呈ㄇ字型，其兩端分別插設於該安裝孔，該翻轉元件係容設於該通孔。
4. 如請求項3所述之滾柱螺桿，其中，該螺帽模組更具有一蓋設於迴流元件上之固定片，該固定片具有一固定槽，該固定槽係覆蓋該迴流元件，用以將該迴流元件定位。
5. 如請求項3所述之滾柱螺桿，其中，該通孔係設有朝該穿孔設置之承靠部，該翻轉元件係設有抵靠部，該翻轉元件係由該穿孔內置入於該通孔，並使該承靠部與抵靠部貼合。
6. 如請求項3所述之滾柱螺桿，其中，該通孔係設有朝該螺帽之外緣面設置之承靠部，該承靠部係設有一固定孔，該翻轉元件係設有貼合於該承靠部之抵靠部，該抵靠部係設有一貫穿孔，當該翻轉元件安裝至該通孔後，係藉由複數螺絲穿設於該貫穿孔後，該螺絲再與該固定孔螺合鎖固。