TWI420032B - 滾珠螺桿之迴流裝置 - Google Patents

Description

滾珠螺桿之迴流裝置

本發明係一種應用於線性傳動的滾珠螺桿，尤指係使用滾珠且具有鏈條的「滾珠螺桿」，針對該鏈條的撓曲與彎曲加以改良設計。

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，而為了能夠精確且小摩擦係數的掌控移動進給量，該移動都利用滾珠螺桿進行精密的傳動，而滾珠螺桿上設有一螺桿及一螺帽，為了減少摩擦力的產生因此該螺桿與螺帽間使用有複數滾珠配合，滾珠並配合在螺帽內重複的循環滾動，該循環滾動是利用設置循環系統於螺帽上的循環系統所完成，如第6圖所示，係美國專利公告號第US6089117號的專利案，該案滾珠螺桿之迴流元件50兩端部設有一銜接部51、一彎曲部52以及一中間部53，內部相對設有一銜接部流道54、一彎曲部流道55以及一中間部流道56，該些流道係相互連接成一迴流道A，該迴流道A與該負荷路徑銜接形成一循環路徑B，該迴流道A內徑之兩側設有兩導引槽57，該銜接部流道54之導引槽57即於短短之距離內必須於該流道54內徑壁面上螺旋轉約90度角之弧度，一滾動模組60於其中滾動迴流，該滾動模組60係以一鏈條61供複數滾動件62設置組成，該鏈條61之兩側邊具有連結部610位於該銜接部流道54之導引槽57配合產生角度扭轉。

然，該鏈條61於該銜接部流道54內短短的距離就需扭轉約90度，故該鏈條61之連結部610於該極短距離內就需做大幅度的扭轉，此一短距離的大幅度扭轉，即極易該連結部610與導引槽57間的摩擦，而且，速度快極易造成摩擦生熱之材質熱應變，所以該鏈條61在此高溫的環境下，多次數的大幅度的強力扭轉後會造成該鏈條60快速老化而斷裂，且於扭轉時該鏈條61會與該導引槽57產生磨擦而影響鏈條運行的順暢度；

若因此而增加該銜接部51以及內部該迴流道A之長度，將會增加迴流元件50以及與之相關結構之尺寸大小，即配合該迴流元件50之螺帽尺寸必須要隨之放大，造成不必要的成本浪費以及加工成本上之耗費者；

故如此設計的迴流道A對於目前之滾珠螺桿還是不適用的，故還是有改良之必要。

目前習知滾珠螺桿之迴流元件，該鏈條於該銜接部流道就需扭轉約90度，故該鏈條係於極短距離內就需做大幅度的扭轉，該鏈條進行重複扭轉後，會有嚴重干涉摩擦迅速造成該鏈條的老化而斷裂，且於扭轉時該鏈條會與該導引槽產生磨擦，進而影響鏈條運行的順暢度，如何能在不增加該迴流元件的長度以及配合構件之尺寸，而仍在有限的距離內扭轉一角度，此乃欲解決之技術問題點。

本發明係提供一種滾珠螺桿，係包括：一桿軸、一螺帽、一迴流元件及一滾動組，該桿軸周緣設有一螺旋狀之滾動溝，該滾動溝之間具有一牙峰，該螺帽設有一供該桿軸穿套之穿孔，該穿孔內徑設有相對該滾動溝之滾動槽，該滾動槽呈螺旋狀，其之間具有一牙峰，該桿軸與該螺帽之牙峰係構成一導引空間，該滾動溝及滾動槽係配合形成一負荷路徑，另該螺帽外緣設有連通該穿孔之容置槽，該迴流元件，係具有兩導引部、兩彎曲部及一連接部，該迴流元件之兩端為該導引部，該兩導引部一端與該兩彎曲部之一端連接，該兩彎曲部另一端與該連接部連接，該導引部係插設於該容置槽，該迴流元件內徑中空依序設有一導引部流道、一彎曲部流道、一連接部流道、一彎曲部流道與一導引部流道，相互連接成一迴流道，該迴流道與該負荷路徑銜接形成一循環路徑，該迴流道內徑之兩側設有兩導引槽，於該導引部流道之該兩導引槽相對於該負荷路徑之端部係與該導引空間銜接，該滾動組係包含一鏈條及複數滾動件，其中該鏈條係具有複數間隔體以及設置於該間隔體兩側之連結部，各該間隔體之間係形成供該滾動件設置之容置空間，該滾動組係設置於該循環路徑中，該連結部於該負荷路徑係位於該導引空間，而該連結部於該迴流道係各位於該導引槽中，該滾動組由導引空間和導引槽之銜接處運動經該彎曲部流道至連接部流道前，以長距離扭轉一約九十度之角度。

本發明具鏈條式滾珠螺桿主要目的，其利用一滾動組於一桿軸、一螺帽及一迴流元件形成的循環路徑滾動時，在該迴流元件內部由中段位置依序向兩端設有一連接部流道兩端連接兩彎曲部流道以及兩導引部流道整體連接成一迴流道，該迴流道設有兩導引槽，該滾動組由導引空間和導引槽之銜接處經導引部流道與彎曲部流道至該連接部流道前，扭轉一約九十度之角度，並於該連接部流道保持平行，該使該滾動組連結部的扭曲幅度延伸分佈在該導引部流道與該彎曲部流道，減緩該迴流元件內的兩導引槽彎曲扭轉幅度，使該鏈條的彎折幅度降到最小，令該滾動組於該迴流道的滾動更為順暢與降低鏈條發生斷裂，並減少因過度扭轉發生干涉之情事者。

為使　貴審查委員對本發明之目的、特徵及功效能夠有更進一步之瞭解與認識，以下茲請配合圖式及圖號詳述如后：

首先，先請由第1、2、3圖所示觀之，該螺桿係包括：

一桿軸10，周緣設有一螺旋狀之滾動溝11，該滾動溝11之間具有一牙峰12；

一螺帽20，設有一供該桿軸10穿套之穿孔21，該穿孔21內徑設有相對該滾動溝11之滾動槽22，該滾動槽22呈螺旋狀，其之間具有一牙峰23，該桿軸10與該螺帽20之牙峰12,23係構成一導引空間C，該滾動溝11及滾動槽22係配合形成一負荷路徑D，另該螺帽20外緣設有連通至該穿孔21之容置槽24；

一迴流元件30，係具有兩導引部31、兩彎曲部32，以及一連接部33，該迴流元件30之兩端為該導引部31，該兩導引部31一端與該兩彎曲部32之一端連接，該兩彎曲部32另一端與該連接部33之兩端連接，該導引部31係插設於該容置槽24，該迴流元件30內徑中空處對應於前述之兩導引部31、兩彎曲部32，以及一連接部33設有導引部流道34、彎曲部流道35及連接部流道36，並相互連接成一迴流道A，該迴流道A與該負荷路徑D銜接形成一循環路徑B，該迴流道A內徑之兩側設有兩導引槽340,350,360，於該導引部流道34之該兩導引槽340相對於該負荷路徑D之端部係對準該導引空間C銜接；以及

一滾動組40，係包含一鏈條41及複數滾動件42，其中該鏈條41係具有複數間隔體410以及設置於該間隔體410兩側之連結部411，各該間隔體410之間係形成供該滾動件42設置之容置空間412，該滾動組40係設置於該循環路徑B中，該連結部411於該負荷路徑D係位於該導引空間C處，而該連結部411於該迴流道A係各位於該導引槽340,350,360中。

其中，該迴流道A之兩側導引槽340,350,360設計，係於該導引部流道34至彎曲部流道35區間內由對準該導引空間C之狀態扭轉約有90度角之扭轉角度，即該滾動組40由導引空間C和導引槽340之銜接處運動至該連接部流道36時，扭轉該約九十度角之扭轉角度，使該一扭轉角度在該導引部流道34與彎曲部流道35足夠的長距離中分佈而非集中在極短的區域中，而該扭轉角度為80度至100度，其中又以90度使用為最佳角度；

該迴流道A之導引部流道34與彎曲部流道35兩側之該導引槽340,350扭轉角度的分佈，係於該導引部流道34內之該導引槽340由啣接該導引空間C處至彎曲部流道35前扭轉約80度角度，而該位於彎曲部流道35內之該導引槽350由連接該導引部流道34至該連接部流道36端部係扭轉約10度角度左右，即使該滾動組40由導引空間C和導引槽340之銜接處運動至該連接部流道36時，整體扭轉90度使用為最佳角度，而該滾動組40於該導引部流道34之該兩導引槽340內隨該兩導引槽340扭轉80度，至該彎曲部流道35之該兩導引槽350則扭轉該滾動組40約10度左右，完成整體之扭轉者。

另，該滾動組40於該導引部31及該彎曲部32所運行之路徑為一連續且可微分之曲線。

又，該滾動組40於該導引部流道34與該彎曲部流道35所運行之路徑為一連續且可微分之曲線。

習知的具有導引槽的滾珠螺桿設計，其在導引槽和負荷路徑之間，以及在導引部和彎曲部之間的接續點雖呈連續狀態，但是其微觀的斜率並不完成相同，使在該接續點上的兩端斜率不同而使曲線該點上無法微分，而鏈條因此容易斷裂。本發明有鑑於習知之鏈條斷裂之問題，將該導引部31及該彎曲部32間設計成連續且可微分，且在連結部411和該該導引部流道34間也成連續且可微分，接著導引部流道34和彎曲部流道35設計成連續且可微分，因為鏈條的運動路徑完全呈連續且可微分，使鏈條可平順的運動避免斷裂。

整體結構的動作，參閱第3、4、5圖所示，當該桿軸10轉動，係同時帶動該滾動組40在該循環路徑B滾動時，以使該螺帽20在該桿軸10上直線運動，當該滾動組40滾動到該負荷路徑D末端，係接設該迴流元件30入口端進入迴流道A，最後由該迴流元件30出口端滾出，俾回到該負荷路徑D起始端，在該循環路徑B內完成一循環滾動，以接著重覆進行下一循環，該滾動組40於該負荷路徑D移動，係以連結部411在該導引空間A配合該桿軸10滾動，在移動到該迴流元件30入口端位置連接進入該導引部流道34的導引槽340，接著以扭轉一約90度角之角度經過該導引部流道34通過該彎曲部流道35而進入該連接部流道36，再通往另一端出口依序經過對應的該彎曲部流道35與該導引部流道34，同時扭轉約90度角之角度轉動，在完成一循環。

藉上述具體實施例之結構，可得到下述之效益：

1.將該滾動組40扭轉之幅度有效的分散分佈：藉由該滾動組40之扭轉分散於該迴流道A之導引部流道34與彎曲部流道35兩部份，如此，即可使該滾動組40於該兩部份的距離內扭轉，可將單位距離內之扭轉幅度降低，有效的減緩該滾動組40因在過短的距離內過度扭轉而產生破壞，而達到延長使用壽命之目的者。

2.減少干涉與不當的應力產生：即該迴流道A之該導引槽340,350,360於扭轉角度的設置係分佈在導引部流道34與彎曲部流道35內，該滾動組40單位距離扭轉之幅度小，即可保持在最佳的順暢度進行扭轉，同時可避免不當的干涉者。

習式部份：

50‧‧‧迴流元件

51‧‧‧銜接部

52‧‧‧彎曲部

53‧‧‧中間部

54‧‧‧銜接部流道

55‧‧‧彎曲部流道

56‧‧‧連接部流道

57‧‧‧導引槽

A‧‧‧迴流道

B‧‧‧循環路徑

60‧‧‧滾動組

61‧‧‧鏈條

62‧‧‧滾動件

610‧‧‧連結部

本發明部份：

10‧‧‧桿軸

11‧‧‧滾動溝

12‧‧‧牙峰

20‧‧‧螺帽

21‧‧‧穿孔

22‧‧‧滾動槽

23‧‧‧牙峰

C‧‧‧導引空間

24‧‧‧容置槽

D‧‧‧負荷路徑

30‧‧‧迴流元件

31‧‧‧導引部

32．．．彎曲部

33．．．連接部

34．．．導引部流道

35．．．彎曲部流道

36．．．連接部流道

340,350,360．．．導引槽

A．．．迴流道

B．．．循環路徑

41．．．鏈條

410．．．間隔體

411．．．連結部

42．．．滾動件

412．．．容置空間

41．．．滾動組

第1圖：係本發明的立體組合圖。

第2圖：係本發明的立體分解圖。

第3圖：係本發明的前視組合示意圖一。

第4圖：係本發明的前視組合示意圖二。

第5圖：係本發明的前視組合示意圖三。

第6圖：係習式結構的彎曲旋轉示意圖。

10．．．桿軸

11．．．滾動溝

12．．．牙峰

20．．．螺帽

22．．．滾動槽

23．．．牙峰

A．．．導引空間

24．．．容置槽

D．．．負荷路徑

30．．．迴流元件

31．．．導引部

32．．．彎曲部

33．．．連接部

34．．．導引部流道

35．．．彎曲部流道

36．．．連接部流道

340,350,360．．．導引槽

A．．．迴流道

B．．．循環路徑

41．．．鏈條

410．．．間隔體

411．．．連結部

42．．．滾動件

412．．．容置空間

41．．．滾動組

Claims (4)

1. 一種滾珠螺桿，係包括：一桿軸，周緣設有一螺旋狀之滾動溝，該滾動溝之間具有一牙峰；一螺帽，設有一供該桿軸穿套之穿孔，該穿孔內徑設有相對該滾動溝之滾動槽，該滾動槽呈螺旋狀，其之間具有一牙峰，該桿軸與該螺帽之牙峰係構成一導引空間，該滾動溝及滾動槽係配合形成一負荷路徑，另該螺帽外緣設有連通該穿孔之容置槽；一迴流元件，係具有兩導引部、兩彎曲部，以及一連接部，該迴流元件之兩端為該導引部，該兩導引部一端與該兩彎曲部之一端連接，該兩彎曲部另一端與該連接部連接，該導引部係插設於該容置槽，該迴流元件內徑中空依序設有一導引部流道、一彎曲部流道、一連接部流道、一彎曲部流道與一導引部流道，相互連接成一迴流道，該迴流道與該負荷路徑銜接形成一循環路徑，該迴流道內徑之兩側設有兩導引槽，於該導引部流道之該兩導引槽相對於該負荷路徑之端部係與該導引空間銜接，且該導引槽於該迴流道之導引部流道與彎曲部流道內之扭轉角度係為80度至100度；以及一滾動組，係包含一鏈條及複數滾動件，其中該鏈條係具有複數間隔體以及設置於該間隔體兩側之連結部，各該間隔體之間係形成供該滾動件設置之容置空間，該滾動組係設置於該循環路徑中，該連結部於該負荷路徑係位於該導引空間，而該連結部於該迴流道係位於該導引槽中，且該滾動組由導引空間和導引槽之銜接處運動至該連接部流道時，扭轉角度為80度至100度；且該滾動組於該導引部及該彎曲部所運行之路徑為一連續且可 微分之曲線。
2. 如申請專利範圍第1項所述之滾珠螺桿，該導引槽於導引部流道與彎曲部流道係扭轉約90度之扭轉角度，且該滾動組由導引空間和導引槽之銜接處運動至該連接部流道前係扭轉約90度之扭轉角度。
3. 如申請專利範圍第1項所述之滾珠螺桿，其中，該導引槽於該迴流道之導引部流道與彎曲部流道內之扭轉角度係為90度，該滾動組由導引空間和導引槽之銜接處運動至該連接部流道時，扭轉角度為90度。
4. 如申請專利範圍第1項所述之滾珠螺桿，其中，位於該導引部流道之該兩導引槽為扭轉80度，位於該彎曲部流道之該兩導引槽為扭轉10度。