TWI534371B - Planetary roller guide screw lifting mechanism - Google Patents

Description

行星式滾柱導螺桿升降機構

本發明是有關於一種升降機構，特別是指一種行星式滾柱導螺桿升降機構。

導螺桿，是一種應用於機械設備及精密儀器等產業上，用以直線往復滑動的結構設計。

現有一種如中華民國新型專利第M436109號所揭露的滾珠導螺桿，包含一螺桿、一滾珠螺帽座及複數滾珠。該滾珠螺帽座包含一螺帽及兩循環器。該螺帽具有一導螺孔、一導螺孔內壁的負荷軌，及一導螺孔旁的無負荷軌。該循環器包含一內端蓋、一外端蓋及一滾珠導件，且分別形成有一半循環軌，當該內端蓋、該外端蓋及該滾珠導件相互組合，就能組成一完整的循環軌，而且使該循環器組合在螺帽的端部，俾使該循環軌一端銜接於該負荷軌，另一端銜接於該無負荷軌，致使複數滾珠能收納在該負荷軌、該無負荷軌及該循環軌內滾動。

雖然藉由習知滾珠導螺桿能確實達到直線往復滑動的功效，但仍具有下述缺點：

一、因滾珠為循環式輪流受力，為了使該等滾 珠能於該循環軌內循序移動，軌道之間的間隙較大，造成該滾珠螺帽座與該螺桿的實際接觸面積較小，故能承受的耐衝擊能力及乘載能力無法有效提高。

二、由於該等滾珠於該循環軌內滾動時，所能承受的最大移動速度有限，若該螺桿的轉速過高時，可能因該等滾珠與該循環軌之間高頻率的的碰撞及摩擦而分別遭受損傷。此外，由於該等滾珠循環式的移動，將於使用時產生較大的噪音。

因此，本發明之目的，即在提供一種具有耐衝擊的高承載力、能高精度且高速移動、低震動噪音及具有較長使用壽命的行星式滾柱導螺桿升降機構。

於是，本發明行星式滾柱導螺桿升降機構，包含一動力單元，及一升降單元。

該動力單元包括一馬達。

該馬達具有一殼體，及一樞設於該殼體內的出力軸。

該升降單元連接於該動力單元，並包括一殼座、一導螺桿、一螺母、一防自旋裝置，及一活塞桿。

該殼座沿一參考軸線延伸，並具有一環繞界定出一容室的內壁面。

該導螺桿樞轉連接於該殼座且位於該參考軸線上，並具有一鄰近對應於該馬達的出力軸的樞轉端，及一相反該樞轉端設置且位於該容室內的遠端。

該螺母容置於該殼座的容室內且套設於該導螺桿上，並具有一螺母座，及複數環繞設置於該螺母座內，且與該導螺桿呈滾動接觸的滾柱，該等滾柱的轉動軸線分別平行於該參考軸線。

該防自旋裝置具有至少一沿該參考軸線設置於該殼座的內壁面的導引槽，及至少一連接設置於該螺母上，且與該導引槽呈凹凸互補的導引件。

該活塞桿沿該參考軸線設置於該殼座及該導螺桿之間，且與該螺母相連接，並具有一鄰近該螺母的螺母端、一相反於該螺母端的接頭端，及一自該螺母端朝該接頭端凹設，且能供該導螺桿容置的導螺桿室，藉由該馬達樞轉該導螺桿能驅動該螺母，並使該活塞桿相對於該殼座於一收合位置及一凸伸位置之間移動，在該收合位置時，該活塞桿的螺母端鄰近該導螺桿的樞轉端，在該凸伸位置時，該活塞桿的螺母端鄰近該導螺桿的遠端。

本發明之功效在於，藉由行星式環繞配置的該等滾柱，能改變與該導螺桿之間的接觸方式，進而達到耐衝擊的高承載力、能高精度且高速移動、低震動噪音及具有較長使用壽命的功效。

L‧‧‧參考軸線

2‧‧‧動力單元

21‧‧‧馬達

211‧‧‧殼體

212‧‧‧出力軸

213‧‧‧第一軸端

214‧‧‧第二軸端

22‧‧‧剎車器

221‧‧‧線圈座

222‧‧‧激磁線圈

223‧‧‧旋轉軸

224‧‧‧壓板

225‧‧‧彈力元件

226‧‧‧嚙合環

227‧‧‧來令片

23‧‧‧手轉裝置

231‧‧‧蝸輪

232‧‧‧手轉蝸桿

3‧‧‧升降單元

31‧‧‧殼座

311‧‧‧內壁面

312‧‧‧容室

32‧‧‧螺桿固定座

33‧‧‧導螺桿

331‧‧‧樞轉端

332‧‧‧遠端

34‧‧‧螺母

341‧‧‧螺母座

342‧‧‧環齒部

343‧‧‧滾柱

344‧‧‧行星齒部

345‧‧‧定位件

35‧‧‧防自旋裝置

351‧‧‧導引槽

352‧‧‧導引件

36‧‧‧活塞桿

361‧‧‧螺母端

362‧‧‧接頭端

363‧‧‧導螺桿室

37‧‧‧輔助裝置

371‧‧‧下擋緣

372‧‧‧上擋蓋

373‧‧‧彈簧

38‧‧‧防傾裝置

381‧‧‧限位刮油件

4‧‧‧轉向單元

41‧‧‧齒輪箱

42‧‧‧主動齒輪

43‧‧‧從動齒輪

44‧‧‧惰齒輪

5‧‧‧折彎機構

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一立體組合圖，說明本發明行星式滾柱導螺桿升降機構之一實施例； 圖2是一分解圖，說明該實施例的分解位置關係；圖3是一局部剖視圖，說明該實施例的一剎車器於一通電狀態時的狀態；圖4是類似於圖3的視圖，說明該剎車器於一斷電狀態時的狀態；圖5是一局部剖視圖，說明該實施例的一手轉裝置的位置關係；圖6是一局部剖視圖，說明該實施例於一收合位置時的狀態；圖7是一局部剖視圖，說明該實施例的一導螺桿、一螺母及一防自旋裝置之間的位置關係；圖8是一局部剖視圖，說明該實施例的該導螺桿與該螺母的位置關係；圖9是類似於圖6的視圖，說明該實施例於一凸伸位置時的狀態；圖10是一局部剖視圖，說明該實施例的該導螺桿與一防傾裝置的位置關係；及圖11是一局部剖視圖，說明該實施例的一轉向單元。

如圖1與圖2所示，本發明行星式滾柱導螺桿升降機構之實施例包含一動力單元2、一升降單元3、一轉向單元4，及一折彎機構5。

該動力單元包括一馬達21、一剎車器22，及一手轉裝置23。

該馬達21具有一殼體211，及一樞設於該殼體211內的出力軸212。該出力軸212具有朝兩相反側凸出於該殼體211的一第一軸端213，及一第二軸端214。該馬達21於通電時，該出力軸212能相對於該殼體211產生轉動。

如圖3、圖4及圖5所示，該剎車器22與該出力軸212的第二軸端214相連接，並具有一線圈座221、一環繞設置於該線圈座221內的激磁線圈222、一對應該激磁線圈222樞轉設置於該線圈座221內的旋轉軸223、一遠離該激磁線圈222設置於該旋轉軸223的另一側的壓板224、複數陣列凸設於該旋轉軸223上且恆頂抵於該壓板224的彈力元件225、複數嚙合於該出力軸212的第二軸端214且對應該旋轉軸223設置的嚙合環226，及複數設置在該等嚙合環226上的來令片227。

於本實施例中，該馬達21與該剎車器22能同步於一通電狀態(如圖4所示)及一斷電狀態(如圖3所示)之間切換。

於該通電狀態時，該旋轉軸223因該激磁線圈222的通電而激磁，進而能克服該等彈力元件225所產生的反向彈力而磁吸附該壓板224，且使該壓板224與相鄰的嚙合環226之間產生一間隙，此時，該馬達21亦因通電而能使該出力軸212樞轉。於本實施例中，該壓板224於該通電狀態時，僅略微遠離相對應且鄰近設置的嚙合環226，藉此達到快速切換的優點。

於該斷電狀態時，該激磁線圈222不通電，該 壓板224能藉由該等彈力元件225的彈力抵推於相鄰的嚙合環226上，進而能抑制該出力軸212與該旋轉軸223之間的相對轉動，此時，該馬達21亦為斷電狀態，該出力軸212能因外力而產生轉動，值得一提的是，該壓板224與相鄰的嚙合環226是藉由該等來令片227達到抑制該出力軸212與該旋轉軸223之相對轉動的功效，惟不以此為限。

值得說明的是，該手轉裝置23具有一固定於該旋轉軸223且能與該旋轉軸223同步轉動的蝸輪231，及一剎車能與該蝸輪231相嚙合，且一端自該剎車器22的線圈座221向外凸設的手轉蝸桿232。於該斷電狀態時，藉由扳轉該手轉蝸桿232能傳動樞轉該蝸輪231，並同步帶動該旋轉軸223的轉動，此時，由於該壓板224因該等彈力元件225的彈力而抵推於相鄰的嚙合環226上，進而能於該旋轉軸223轉動時，同步帶動該出力軸212的轉動。藉由以上說明，操作者能於該斷電狀態時，方便的扳轉該手轉蝸桿232，而同步樞轉該馬達21的出力軸212。

如圖2、圖6，及圖7所示，該升降單元3連接於該動力單元2，並包括一殼座31、一螺桿固定座32、一導螺桿33、一螺母34、一防自旋裝置35、一活塞桿36、一輔助裝置37，及一防傾裝置38。

該殼座31沿一參考軸線L延伸，並具有一環繞界定出一容室312的內壁面311。

該螺桿固定座32連接於該殼座31，且鄰近對應該馬達21之出力軸212的第一軸端213。

該導螺桿33藉由該螺桿固定座32樞轉連接於該殼座31，且位於該參考軸線L上，並具有一鄰近對應於該馬達21的出力軸212且樞轉設置於該螺桿固定座32上的樞轉端331，及一相反該樞轉端331設置且位於該殼座31的容室313內的遠端332。

該導螺桿33能藉由該動力單元2相對於該殼座31樞轉。於本實施例中，當該剎車器22的旋轉軸223在該通電狀態時，該導螺桿33能藉由該馬達21轉動，當該旋轉軸223在該斷電狀態時，該導螺桿33能藉由該手轉裝置23而帶動，藉此能讓操作者無論於通電或斷電狀態下，皆能安全且便利的使用。

如圖2、圖7及圖8所示，該螺母34容置於該殼座31的容室312內且套設於該導螺桿33上，並具有一螺母座341、複數滾柱343，及二定位件345。

該螺母座341呈中空筒狀，且具有二沿該參考軸線L間隔設置的環齒部342。

該等滾柱343環繞設置於該螺母座341內且與該導螺桿33呈滾動接觸，並分別具有二沿該參考軸線L間隔設置，且分別囓接於相對應環齒部342的行星齒部344。該等滾柱343的自身轉動軸線分別平行於該參考軸線L。藉由該環齒部342及該行星齒部344能使該等滾柱343與該螺母座341相囓接，並避免於樞轉該導螺桿33時，該等滾柱343相對於該螺母座341發生空轉現象，進而達到推動該螺母34相對於該導螺桿33升降移動的功效。

該等定位件345分別對應該環齒部342設置於該螺母座341內，且能限位固定該等滾柱343，並使該等滾柱343之間恆保持一不互相接觸的間隙。

於本實施例中，該導螺桿33及該等滾柱343分別於表面形成凹凸對應的螺紋，且牙角均為60°的標準牙。藉由標準牙便於加工的特性，該導螺桿33及該螺母34的導程能小於5mm，進而達到減速、提高載重能力，及提高負載時所能承受之扭矩的功效。惟該等螺紋也能是鋸齒型螺紋、愛克姆螺紋、惠氏螺紋等易於加工的標準螺牙形狀。

該防自旋裝置35具有二沿該參考軸線L間隔設置於該殼座31的內壁面311的導引槽351，及二連接設置於該螺母34上，且與該導引槽351呈凹凸互補的導引件352。藉由該防自旋裝置35，除了能避免該螺母34相對於該導螺桿33產生自轉，也能將該螺母34承受的側向力分散承抵於該殼座31上，進而避免該導螺桿33受到損傷。於本實施例中，該等導引件352為滑鍵，且與該螺母34的螺母座341為分開製造。惟該等導引件352也能與該螺母座341呈一體成型的製造。

該活塞桿36沿該參考軸線L設置於該殼座31及該導螺桿33之間，且與該螺母34相連接，並具有一鄰近該螺母34的螺母端361、一相反於該螺母端361且與該折彎機構5相連接的接頭端362，及一自該螺母端361朝該接頭端362凹設，且能供該導螺桿33容置的導螺桿室363。 該活塞桿36能借由該折彎機構5連接驅動一外部載物(圖未示)。

於本實施例中，該防自旋裝置35的該等導引件352為連接設置於該螺母34上，惟該等導引件352也能組裝設置或直接一體成型於該活塞桿36上。

藉由該馬達21樞轉該導螺桿33能驅動該螺母34，並使該活塞桿36相對於該殼座31於一收合位置(如圖6所示)及一凸伸位置(如圖9所示)之間移動，在該收合位置時，該活塞桿36的螺母端361鄰近該導螺桿33的樞轉端331，在該凸伸位置時，該活塞桿36的螺母端361鄰近該導螺桿33的遠端332。

該輔助裝置37具有一自該殼座31向外凸設的下擋緣371、一自該活塞桿36的接頭端362向外凸設且與該下擋緣371間隔設置的上擋蓋372，及一設置於下擋緣371及該上擋蓋372之間的彈簧373。

藉由該彈簧373能恆提供該上檔蓋372一沿該參考軸線L推抵遠離該下擋緣371的彈力，除了能增加該活塞桿36的荷重能力外，也能避免該活塞桿36於忽然斷電後，且該剎車器22的旋轉軸223尚未切換到該斷電狀態時，因該外部載物的重量及自身的重量而產生的些微下墜現象，達到安全且精密使用的優點。

如圖6、圖10及圖11所示，該防傾裝置38具有一凸出設置在該導螺桿33的遠端332，且位於該活塞桿36的導螺桿室363內，並與該活塞桿36呈接觸設置的限位 刮油件381。藉由該限位刮油件381與該螺母34於該參考軸線L上的間隔配置，除了能避免該活塞桿36於升降移動時產生旋轉晃動及傾倒現象之外，亦能避免潤滑油脂累積堆疊於該導螺桿室363的特定位置，進而便於與該活塞桿36恆保持滑動接觸，達到較佳的潤滑功效。惟該限位刮油件381也能置換為類似於滾珠花鍵、給油襯套、或無給油襯套等能輔助支撐的元件。

該轉向單元4能與該動力單元2的馬達21及該升降單元3的導螺桿33相嵌接，並包括一齒輪箱41、一樞設於該齒輪箱41內且與該馬達21之出力軸212的第一軸端213相嵌接的主動齒輪42、一能受該主動齒輪42的驅動而轉動且與該導螺桿33的樞接端331相嵌接的從動齒輪43，及一樞設於該齒輪箱41內且位於該主動齒輪42及該從動齒輪43之間，並分別與該主動齒輪42及該從動齒輪43相嚙合的惰齒輪44。

於本實施例中，該主動齒輪42及該從動齒輪43具有相同的齒數，且能借由裝設該惰齒輪44達到同向轉動及縮小該齒輪箱41之體積的功效。惟也能不裝設該惰齒輪44而使該主動齒輪42直接囓接於該從動齒輪43。該主動齒輪42及該從動齒輪43也能是不同齒數，藉此達到不同的增減速比。

此外，於本實施例中，該馬達21之出力軸212的旋轉軸線與該升降單元3的導螺桿33的旋轉軸線呈互相平行，且兩者皆位於該轉向單元4的相同側。惟該出力軸 212的旋轉軸線也能與該導螺桿33的旋轉軸線呈垂直設置，或不裝設該轉向單元4，而使該動力單元2直接連接於該升降單元3(圖未示)。

該折彎機構5連接設置於該活塞桿36的接頭端362，於本實施例中，該折彎機構5能相對於該活塞桿36朝該動力單元2的方向彎折，藉此於收折時達到節省空間的功效。

通過上述結構組成，可以將本發明的優點與功效歸納如下：

一、由於該導螺桿33及該螺母34的牙角均為60°，而非習知滾珠導螺桿所揭露的圓弧面，因此能方便地進行精密加工，進而達到細微之精密傳動。此外，操作者於調整該導螺桿33及該螺母34的導程時，由於無需考慮如習知滾珠導螺桿的該等滾珠的外徑尺寸，而僅需設計變動該導螺桿33及該螺母34的螺距便能改變移動時的導程，除了能縮小該導螺桿33及該螺母34的體積之外，也具有彈性配置及便於加工的優點。

二、藉由該等滾柱343能提高與該導螺桿33與該螺母34之間的接觸面積，相較於習知滾珠導螺桿具有較佳的承載能力和剛性，且因滾柱為非循環式連續受力，相較於習知滾珠導螺桿的輪流受力，可以承受的衝擊力量較大。此外，該導螺桿33及該螺母34於螺旋升角相同的情況下，傳動中沒有相對滑動，而皆屬於滾動摩擦，故可大幅減少傳動之摩擦阻力，進而增加傳動效率，且因滾動摩 擦產生的磨耗極小，故能同時大幅提高本發明行星式滾柱導螺桿升降結構的使用壽命。

三、相較於習知滾珠導螺桿於傳遞時因該等滾珠的不連續接觸而產生的碰撞噪音，本發明行星式滾柱導螺桿升降結構能藉由該等滾柱343的非循環式連續接觸，進而大幅降低傳動時所產生的噪音與震動現象，且因該等滾柱343僅與該導螺桿33呈行星運動，因而無需考量如習知滾珠導螺桿的該等滾珠於傳動需考慮的循環問題，除了能縮小該螺母34的體積之外，也能承受更高的轉速。於本實施例中，該導螺桿的轉速能至少達到5000rpm。

四、藉由設置該剎車器22及該手轉裝置23，能便於操作者於通電狀態下利用該馬達21進行驅動，並於斷電時手動進行該升降單元3的升降移動，除了能達到自動化運轉的功效，也能藉由不需額外電力的手驅動升降，達到節能減碳的優點。

綜上所述藉由行星式環繞配置的該等滾柱343，能改變與該導螺桿33之間的接觸方式，進而達到耐衝擊的高承載力、能高精度且高速移動、低震動噪音及具有較長使用壽命的功效，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

L‧‧‧參考軸線

2‧‧‧動力單元

21‧‧‧馬達

211‧‧‧殼體

212‧‧‧出力軸

213‧‧‧第一軸端

214‧‧‧第二軸端

22‧‧‧剎車器

23‧‧‧手轉裝置

3‧‧‧升降單元

31‧‧‧殼座

311‧‧‧內壁面

312‧‧‧容室

32‧‧‧螺桿固定座

33‧‧‧導螺桿

331‧‧‧樞轉端

332‧‧‧遠端

34‧‧‧螺母

341‧‧‧螺母座

343‧‧‧滾柱

35‧‧‧防自旋裝置

351‧‧‧導引槽

352‧‧‧導引件

36‧‧‧活塞桿

361‧‧‧螺母端

362‧‧‧接頭端

363‧‧‧導螺桿室

37‧‧‧輔助裝置

371‧‧‧下擋緣

372‧‧‧上擋蓋

373‧‧‧彈簧

38‧‧‧防傾裝置

4‧‧‧轉向單元

41‧‧‧齒輪箱

42‧‧‧主動齒輪

43‧‧‧從動齒輪

44‧‧‧惰齒輪

5‧‧‧折彎機構

Claims (8)

1. 一種行星式滾柱導螺桿升降機構，包含：一動力單元，包括一馬達及一剎車器，該馬達具有一殼體，及一樞設於該殼體內的出力軸，該出力軸具有朝兩相反側凸出於該殼體的一第一軸端及一第二軸端，該剎車器與該出力軸的第二軸端相連接，並具有一線圈座、一環繞設置於該線圈座內的激磁線圈、一對應該激磁線圈樞轉設置於該線圈座內的旋轉軸、一遠離該激磁線圈設置於該旋轉軸的另一側的壓板、複數陣列凸設於該旋轉軸上且恆頂抵於該壓板的彈力元件，及複數嚙合於該出力軸的第二軸端且對應該旋轉軸設置的嚙合環，該馬達與該剎車器能同步於一通電狀態及一斷電狀態之間切換，該旋轉軸因該激磁線圈的通電而激磁，進而能克服該等彈力元件所產生的反向彈力而磁吸附該壓板，且使該壓板與相鄰的嚙合環之間產生一間隙，此時，該馬達亦因通電而能使該出力軸樞轉，於該斷電狀態時，該激磁線圈不通電，該壓板能藉由該等彈力元件的彈力抵推於相鄰的嚙合環上，進而能抑制該出力軸與該旋轉軸之間的相對轉動，此時，該馬達亦為斷電狀態，該出力軸能因外力而產生轉動；及一升降單元，連接於該動力單元，並包括：一殼座，沿一參考軸線延伸，並具有一環繞界定出一容室的內壁面， 一導螺桿，樞轉連接於該殼座且位於該參考軸線上，並具有一鄰近對應於該馬達的出力軸的樞轉端，及一相反該樞轉端設置且位於該容室內的遠端，一螺母，容置於該殼座的容室內且套設於該導螺桿上，並具有一螺母座，及複數環繞設置於該螺母座內，且與該導螺桿呈滾動接觸的滾柱，該等滾柱的旋轉軸線分別平行於該參考軸線，一防自旋裝置，具有至少一沿該參考軸線設置於該殼座的內壁面的導引槽，及至少一連接設置於該螺母上，且與該導引槽呈凹凸互補的導引件，及一活塞桿，沿該參考軸線設置於該殼座及該導螺桿之間，且與該螺母相連接，並具有一鄰近該螺母的螺母端、一相反於該螺母端的接頭端，及一自該螺母端朝該接頭端凹設，且能供該導螺桿容置的導螺桿室，藉由該馬達樞轉該導螺桿能驅動該螺母，並使該活塞桿相對於該殼座於一收合位置及一凸伸位置之間移動，在該收合位置時，該活塞桿的螺母端鄰近該導螺桿的樞轉端，在該凸伸位置時，該活塞桿的螺母端鄰近該導螺桿的遠端。
2. 如請求項1所述的行星式滾柱導螺桿升降機構，其中，該動力單元還包括一手轉裝置，該手轉裝置具有一固定於該旋轉軸上的蝸輪，及一貫穿於該剎車器且與該蝸輪相嚙合的手轉蝸桿，當該旋轉軸於該斷電狀態時，藉由扳轉該手轉蝸桿能同步轉動該馬達的出力軸。
3. 如請求項1所述的行星式滾柱導螺桿升降機構，其中，該剎車器還具有複數設置在該等嚙合環上的來令片。
4. 如請求項1所述的行星式滾柱導螺桿升降機構，還包含一能與該動力單元的馬達及該升降單元的導螺桿相嵌接的轉向單元，該馬達之出力軸的旋轉軸線平行於該參考軸線，且與該升降單元的導螺桿位於該轉向單元的相同側。
5. 如請求項4所述的行星式滾柱導螺桿升降機構，其中，該轉向單元包括一齒輪箱、一樞設於該齒輪箱內且與該馬達之出力軸的第一軸端相嵌接的主動齒輪，及一能受該主動齒輪的驅動而轉動，且與該導螺桿的樞接端相嵌接的從動齒輪。
6. 如請求項5所述的行星式滾柱導螺桿升降機構，其中，該轉向單元還包括一樞設於該齒輪箱內且位於該主動齒輪及該從動齒輪之間，並分別與該主動齒輪及該從動齒輪相嚙合的惰齒輪。
7. 如請求項1所述的行星式滾柱導螺桿升降機構，其中，該升降單元還包括一輔助裝置，該輔助裝置具有一自該殼座向外凸設的下擋緣、一自該活塞桿的接頭端向外凸設且與該下擋緣間隔設置的上擋蓋，及一設置於下擋緣及該上擋蓋之間的彈簧。
8. 如請求項1所述的行星式滾柱導螺桿升降機構，其中，該升降單元還包括一防傾裝置，該防傾裝置具有一凸出設置在該導螺桿的遠端，且位於該活塞桿的導螺桿室 內，並與該活塞桿呈接觸設置的限位刮油件。