TWI644035B - Method for manufacturing combined screw with composite structure - Google Patents

Abstract

本發明提出一種具複材結構之組合式螺桿之製造方法，包括一組合式螺桿，該組合式螺桿由多片組合部組裝而成，該組合式螺桿的內部為一內螺紋結構，外部具有一凹槽結構，該凹槽結構積層一複材結構。

Description

具複材結構之組合式螺桿之製造方法

本發明係關於一種具複材結構之組合式螺桿之製造方法，尤其是關於一種具有內螺紋結構的組合式螺桿。

螺紋加工主要有切削加工和滾壓加工兩類，切削係利用成形刀具或磨具在工件上加工螺紋的方法，主要有車削、銑削、攻絲、套絲、磨削、研磨和旋風切削等。車削、銑削和磨削螺紋時，工件每轉一轉，機床的傳動鏈保證車刀、銑刀或砂輪沿工件軸向準確而均勻地移動一個導程。在攻絲或套絲時，刀具與工件作相對旋轉運動，並由先形成的螺紋溝槽引導著刀具(或工件)作軸向移動。

螺紋滾壓係利用成形滾壓模具使工件產生塑性變形以獲得螺紋的加工方法。螺紋滾壓一般在滾絲機、搓絲機或在附裝自動開合螺紋滾壓頭的自動車床上進行，適用於大批量生產標準緊固件和其他螺紋聯接件的外螺紋。滾壓一般不能加工內螺紋，但對材質較軟的工件可用無槽擠壓絲錐冷擠內螺紋。

但在垂直傳動領域，例如通信(如升降天線桅桿)、消防救援(如升降梯、升降探照燈)、廣播媒體(如升降影像處理裝備)、警察保全(如移動式之監控通信)等領域都需要具有內螺紋的長形螺桿 結構，然而，不論是用上述何種方式加工，對於長形金屬材料，要加工成具有內螺紋的螺桿結構都有其加工上的困難、精度不易控制、量測不易等缺點。同時長螺桿結構也需要對其重量、勁度與強度做優化考量，以及在傳動性上做考量，另外若要加上複材結構，習知的加工方式在管件之脫模及內孔精度上都有不易控制的缺點。

故基於上述理由，本發明提出一種具有內螺紋的長螺桿結構以及其製法，所述長螺桿結構為組合式螺桿結構以及具有成化的複材結構。

有鑑於上述問題，本發明提出一種具複材結構之組合式螺桿及其製造方法，包括一組合式螺桿，該組合式螺桿由多片組合部組裝而成，該組合式螺桿的內部為一內螺紋結構，外部具有一凹槽結構，該凹槽結構積層一複材結構。

在本發明一實施例中，上述具複材結構之組合式螺桿，該組合式螺桿包括一第一組合部和一第二組合部，該第一組合部和該第二組合部具有一接觸面，該第一組合部在該接觸面側具有一第一定位單元，該第二組合部在該接觸面側具有一第二定位單元，其中該第一定位單元和該第二定位單元為相對應的結構。

在本發明一實施例中，上述具複材結構之組合式螺桿，該第一組合部內側具有一第一內螺紋，該第二組合部內側具有一第二內螺紋，該第一定位單元和該第二定位單元相結合時，該第一內 螺紋和該第二內螺紋組合成該內螺紋結構，其中該內螺紋結構具有連續的螺旋線。

在本發明一實施例中，上述具複材結構之組合式螺桿，該第一組合部外側具有一第一凹槽，該第二組合部外側具有一第二凹槽，該第一定位單元和該第二定位單元相結合時，該第一凹槽和該第二凹槽間形成一容置空間用以容納積層的該複材結構。

在本發明一實施例中，上述具複材結構之組合式螺桿，其中該第一定位單元包含一凸部，該第二定位單元包含一凹部。

在本發明一實施例中，上述具複材結構之組合式螺桿，其中該第一定位單元包含一定位孔，該第二定位單元包含一定位銷。

在本發明一實施例中，上述具複材結構之組合式螺桿，其中該些組合部為金屬材料。

在本發明一實施例中，上述具複材結構之組合式螺桿，該金屬材料為耐磨合金材料。

在本發明一實施例中，上述具複材結構之組合式螺桿，其中該複材結構包括纖維材料和補強高分子樹脂材料。

在本發明一實施例中，上述具複材結構之組合式螺桿，其中該纖維材料係選自由碳纖維、玻璃纖維或克維拉纖維所構成群組之一。

在本發明一實施例中，上述具複材結構之組合式螺桿，其中該纖維材料為單方向連續纖維或編織布。

在本發明一實施例中，上述具複材結構之組合式螺桿，其中 該螺桿長度大於1公尺。

本發明提出一種具複材結構之組合式螺桿，該螺桿包括一第一組合部、一第二組合部和一第三組合部，其中該第一組合部具有一第一定位單元，該第二組合部具有一第二定位單元，該第三組合部具有一第三定位單元，其中該第一定位單元、該第二定位單元和該第三定位單位為相互對應的結構。

本發明提出一種具複材結構之組合式螺桿的方法，包括下列各步驟，對第一組合部的內側加工形成第一內螺紋，在該第一組合部的的一面加工形成第一定位單元，在該第一組合部的外側加工形成第一凹槽；對第二組合部的內側加工形成第二內螺紋，在該第二組合部的一面加工形成第二定位單元，在該第二組合部的外側形成第二凹槽；將該第一組合部和該第二組合部透過該第一定位單元和該第二定位單元相結合後形成該組合式螺桿，該第一內螺紋和該第二內螺紋形成具有連續螺旋線的內螺紋結構；該第一凹槽和該第二凹槽形成該凹槽結構；在該凹槽結構積層複合材料；進爐成化為複材結構。

在本發明一實施例中，上述製造具複材結構之組合式螺桿的方法，其中該第一組合部內表面以機械加工形成該第一內螺紋和該第一定位單元；在該第二組合部內表面以機械加工形成該第二內螺紋和該第二定位單元。

在本發明一實施例中，上述製造具複材結構之組合式螺桿的方法，其中該第一定位單元和該第二定位單元以螺絲鎖固、銲接、 熔接、膠合方式中之任一種方式相結合後形成該組合式螺桿。

在本發明一實施例中，上述製造具複材結構之組合式螺桿的方法，還包括對該內螺紋結構以刀具加工方式之細部加工。

在本發明一實施例中，上述製造複材結構的方法，還包括對該組合式螺桿外部形成的該複材結構以車製或銑製方式之細部加工。

1、3‧‧‧具複材結構之組合式螺桿

11、21、31‧‧‧組合式螺桿

13、33‧‧‧複材結構

111、211、311‧‧‧第一組合部

113、213、313‧‧‧第二組合部

215‧‧‧第三組合部

15、35‧‧‧內螺紋結構

151、351‧‧‧第一內螺紋

153、353‧‧‧第二內螺紋

17、37‧‧‧接觸面

19、39‧‧‧環型容納空間

1119、3119‧‧‧第一凹槽結構

1139、3139‧‧‧第二凹槽結構

1113、3113‧‧‧第一定位單元

1133、3133‧‧‧第二定位單元

圖1為本發明一實施例具複材結構之組合式螺桿的示意圖；圖2為圖1所述實施例中組合式螺桿的示意圖；圖3和圖4為圖1所述實施例中第一組合部和第二組合部沿接觸面的剖面示意圖；圖5為本發明另一實施例，由三個組合部所組裝之具複材結構之組合式螺桿的示意圖；圖6為本發明另一實施例，有複數環型容納空間之具複材結構之組合式螺桿的示意圖；圖7為圖6所述實施例中組合式螺桿的示意圖；圖8和圖9為圖6所述實施例中第一組合部和第二組合部沿接觸面的剖面示意圖。

以下請參考各圖所示，詳細描述本發明的各實施方式，儘管此等實施方式已經足夠詳細地描述以使熟習此項技術者能夠實踐本發明，但應理解的是，此等實施方式並非限制本發明所欲保護 之範圍，只要在不偏離本發明所描述實施方式的精神及範疇下，所做的替代、修改、等效改變都包含在本發明所欲保護的申請專利範圍內。

本發明主要是透過將長金屬材料沿軸向分割成數個可組合的部件，分別針對各個部件作加工，使各個部件內側形成具有部分的內螺紋結構，以外在外側形成部分的凹槽結構，再將該些部件組裝而成內部具有連續螺旋線的內螺紋結構的組合式螺桿，所述組合式螺桿外壁形成具有可容置複合材料的凹槽結構，待整體進爐成化後，再加工外形尺寸，即獲得具有複材結構及內螺紋結構的長金屬組合式螺桿。

如圖1所示，為本發明具複材結構之組合式螺桿1的示意圖，所述具複材結構之組合式螺桿1包括組合式螺桿11和外部積層有複材結構13。如圖2所示，為圖1中組合式螺桿11的示意圖，組合式螺桿11係由多片組合部組裝而成，在本實施方式中，為由兩片組合部組裝而成，包括由第一組合部111和第二組合部113組裝而成，第一組合部111和第二組合部113具有一接觸面17，當第一組合部111和第二組合部113組合後，組合式螺桿11形成一中空圓柱狀結構，內部具有連續螺旋線的內螺紋結構15，組合式螺桿11外部形成可以容納複材結構13的環型容納空間19，在所述環型容納空間19積層複合材料，並進爐成化後形成較高比勁度及高比強度的混成結構件。

請再參照圖3和圖4所示，為圖1沿接觸面17的剖面示意圖， 圖3所示為第一組合部111的剖面示意圖，圖4所示為第二組合部113的剖面示意圖。如圖3所示，第一組合部111呈工字形，在中空圓柱狀結構的內壁具有第一內螺紋151，所述第一內螺紋151為一半的內螺紋結構15，第一組合部111的外壁形成一第一凹槽結構1119，第一凹槽結構1119為自邊緣沿軸的方向形成一容納空間可以容置複材結構13。如圖4所示，第二組合部113呈現和第一組合部111相應的工字形結構，第二組合部113內壁具有第二內螺紋153結構，所述第二內螺紋153為一半的內螺紋結構15，第二組合部113的外壁形成一第二凹槽結構1139，第二凹槽結構1139為自邊緣沿軸向形成一容納空間可以容置複材結構13。第一組合部111在接觸面17側具有第一定位單元1113，第二組合部113在接觸面17側具有第二定位單元1133，第一定位單元1113和第二定位單元1133為相對應的結構，一定位單元1113和第二定位單元1133相結合時，第一內螺紋151和第二內螺紋153組合成內螺紋結構15，其中所述內螺紋結構15具有連續的螺旋線。

所述第一定位單元1113可以為凸部或定位銷，所述第二定位單元1133可以為凹部或定位孔，第一定位單元1113和該第二定位單元1133為相對應的結構，當第一組合部111和第二組合部113組裝時，透過定位單位的定位，可以容易安裝，使所述內螺紋結構15具有連續的螺旋線。可以理解的，本發明所描述的定位單元並不以此為限，只要能達成在組裝時定位容易，且使組合件在結合時，能夠使各組合件的螺紋結構對齊，即為本發明所要保護的定 位單位。可以理解的，本發明所描述的定位單元其位置不以在邊緣為限，亦可以設置在中間管部的內壁上，只要能達成定位的功能，本發明所要保護的定位單位。

本實施方式所述具複材結構之組合式螺桿1，其中所述之第一組合部111和第二組合部113為金屬材料，金屬材料可以為耐磨合金材料。在其它的實施方式中，所述之組合部亦可以為塑膠材料，只要是在螺桿領域中，運用多片組合部組裝而成的概念，都屬於本發明精神所欲保護的概念。

本發明所揭露的具複材結構之組合式螺桿1，主要應用在垂直傳動領域，例如通信(如升降天線桅桿)、消防救援(如升降梯、升降探照燈)、廣播媒體(如升降影像處理裝備)、警察保全(如移動式之監控通信)等領域等，需要具有內螺紋的長形螺桿結構，其長度為大於1公尺以上，由於其長度較一般螺桿結構長，要加工成具有內螺紋的螺桿結構都有其加工上的困難、精度不易控制、量測不易等缺點。

可以理解的，本發明所述具複材結構之組合式螺桿1，係由多片組合部組裝而成，多片組合部的數量可以依實際需求而有不同，在其它的實施例中，如圖5所示，組合式螺桿21，係由3片組合部組裝而成，組合式螺桿21包括第一組合部211、第二組合部213和第三組合部215組裝而成。第一組合部211、第二組合部213和第三組合部215分別具有相對應的定位單元(圖未示)，所述定位單元可以分別為凸部或定位銷，不論是同一組合部具有相同的定位結 構，或是同一組合部具有相應的定位結構，可以理解的，只要所述三個組合部能彼此結合定位，使第一組合部211、第二組合部213和第三組合部215組裝時，透過該些定位單位的定位，可以容易安裝，使所述內螺紋結構15具有連續的螺旋線。

如圖6所示，為本發明又一實施方式之具複材結構之組合式螺桿3的示意圖，所述具複材結構之組合式螺桿3包括組合式螺桿31和外部積層有複材結構33。如圖7所示，為圖6中合式螺桿31的示意圖，組合式螺桿31由多片組合部組裝而成，在本實施方式中，為由兩片組合部組裝而成，包括第一組合部311和第二組合部313組裝而成，第一組合部311和第二組合部313具有一接觸面37，當第一組合部311和第二組合部313組合後，組合式螺桿31形成一中空圓柱狀結構，內部具有連續螺旋線的內螺紋結構35，組合式螺桿31外部形成可以容納複材結構33的環型容納空間39，積層複合材料並進爐成化後形成較高比勁度及高比強度的混成結構件，和前述實施方式不同處在於，在本實施方式中，組合式螺桿31的外壁為自邊緣沿軸向具有多個環型容納空間39，所述多個環型容納空間39可以彼此不連通。不同的環型容納空間39可以容置相同複合材料的複材結構33或是不相同複合材料的複材結構33。組合式螺桿31外部積層有複合材料，進爐成化後形成較高比勁度及比強度的混成結構件。

如圖8和圖9所示，為圖6沿接觸面37的剖面示意圖，圖8所示為第一組合部311的剖面示意圖，圖9所示為第二組合部313的剖面 示意圖。如圖8所示，第一組合部311呈王字形，在中空圓柱狀結構的內壁具有第一內螺紋351，所述第一內螺紋351為一半的內螺紋結構35，第一組合部311的外壁形成一山字形的第一凹槽結構3119，第一凹槽結構3119為自邊緣沿軸向形成兩個容納空間可以容置複材結構33。如圖9所示，第二組合部313呈現和第一組合部311相應的王字形結構，第二組合部313內壁具有第二內螺紋353，第二組合部313的外壁形成一山字形第二凹槽結構3139，第二凹槽結構3139為自邊緣沿軸向形成兩個容納空間可以容置複材結構33。第一組合部311在接觸面37側具有複數個第一定位單元3113，第二組合部313在接觸面37側具有複數第二定位單元3133，第一定位單元3113和第二定位單元3133為相對應的結構，第一定位單元3113和第二定位單元3133相結合時，第一內螺紋351和第二內螺紋353組合成內螺紋結構35，其中所述內螺紋結構35具有連續的螺旋線。可以理解的，上述定位單元的數量和位置並非要限制本發明所欲保護範圍，在其它的實施方式中，定位單元的數量、位置和形式可以做修改，只要能符合本發明所述達到定位的功能。另外，可以理解的，組合部的數量也可依實際加工的需求設計切割的數量。

本發明提出一種對長形螺桿結構之加工方法，組合式螺桿11、21、31由多片組合部組裝而成，在加工前先設計分割的數量及其結構，將組合式螺桿11切割成數個組合部，以本圖1的實施方式為例，將組合式螺桿11切割成第一組合部111和第二組合部 113，再分別針對第一組合部111和第二組合部113加工，將第一組合部111的內側加工成形第一內螺紋151、在接觸面17側加工第一定位單元1111，將第二組合部113的內側加工成具有第二內螺紋153，在接觸面17側加工第二定位單元1133，再將所述第一組合部111和第二組合部113透過第一定位單元1113和第二定位單元1133結合，結合方式可以為螺絲鎖固、銲接、熔接、膠合等方式組合，第一內螺紋151和第二內螺紋153組合而成為具有內螺紋結構15的組合式螺桿11，使用本發明由多片組合部組裝而成可以容易製造長度較長的螺桿結構，透過對各別組合部分開加工，可以將內螺紋加工轉換為外螺紋加工，具有製作容易、內螺紋精度易控制、內螺紋尺寸可量測等優點。

製造具複材結構之組合式螺桿1之方法，包括下列各步驟，在該第一組合部111內表面形成該第一內螺紋151和該第一定位單元1113，在外表面形成可以容納複合材料的第一凹槽結構1119；在該第二組合部113內表面形成該第二內螺紋153和該第二定位單元1133，在外表面形成可以容納複合材料的第二凹槽結構1139；將該第一定位單元1113和該第二定位單元1133相結合後形成組合式螺桿11，在組合式螺桿11的外部積層成化該積層複材結構13。

上述之具複材結構之組合式螺桿，其中該積層複合材料包括纖維材料和補強高分子樹脂材料。纖維材料係選自由碳纖維、玻璃纖維、克維拉纖維、或上述混合纖維。纖維材料型態可為單方向連續纖維或各型式編織布。

本發明所述製造具複材結構之組合式螺桿的方法，可以為機械加工或化學加工方式等加工方式，組合件的結合方式可以為用螺絲鎖固、銲接、熔接、膠合方式中之任一種方式相結合後形成該螺桿。在具複材結構之組合式螺桿成形後，還包括對該內螺紋結構以刀具加工方式之細部加工。以及對該螺桿的外部的該積層複合材料以車製或銑製方式之細部加工。

由於長度較長的螺桿結構在使用的領域上多會考量其結構強勁度的需求，本發明對長形螺桿結構之加工方法包括設計複材混成結構件的厚度，可獲得較全內螺紋金屬件重量輕、可獲得較高比勁度與比強度，由於重量輕、高勁度、高強度，螺桿傳動性較佳也沒有複材管件之脫模及內孔精度問題。各別組合部分開加工時，亦可以在各別組合部外部加工可以容納複合材料的凹槽，在組合式螺桿的各個組合件結合固定後，於組合式螺桿外部疊製複材結構厚度，並進爐成化後積層成化該積層複合結構。

Claims (15)

1. 一種具複材結構之組合式螺桿之製造方法，該組合式螺桿由多片組合部組裝而成，該組合式螺桿的內部為一內螺紋結構，外部具有一凹槽結構，該凹槽結構積層一複材結構，該組合式螺桿包括一第一組合部和一第二組合部，該第一組合部和該第二組合部具有一接觸面，該第一組合部在該接觸面側具有一第一定位單元，該第二組合部在該接觸面側具有一第二定位單元，該第一定位單元和該第二定位單元為相對應的結構，該第一組合部內側具有一第一內螺紋，該第二組合部內側具有一第二內螺紋，該第一定位單元和該第二定位單元相結合時，該第一內螺紋和該第二內螺紋組合成該內螺紋結構，該內螺紋結構具有連續的螺旋線，該製造方法包括下列各步驟：對第一組合部的內側加工形成第一內螺紋，在該第一組合部的一面加工形成第一定位單元，在該第一組合部的外側加工形成第一凹槽；對第二組合部的內側加工形成第二內螺紋，在該第二組合部的一面加工形成第二定位單元，在該第二組合部的外側形成第二凹槽；將該第一組合部和該第二組合部透過該第一定位單元和該第二定位單元相結合後形成該組合式螺桿，該第一內螺紋和該第二內螺紋形成具有連續螺旋線的內螺紋結構；該第一凹槽和該第二凹槽形成該凹槽結構；在該凹槽結構積層複合材料；進爐成化為複材結構。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具複材結構之組合式螺桿之製造方法，該第一組合部外側具有一第一凹槽，該第二組合部外側具有一第二凹槽，該第一定位單元和該第二定位單元相結合時，該第一凹槽和該第二凹槽間 形成一容置空間用以容納該複材結構。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具複材結構之組合式螺桿之製造方法，其中該第一定位單元包含一凸部，該第二定位單元包含一凹部。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具複材結構之組合式螺桿之製造方法，其中該第一定位單元包含一定位孔，該第二定位單元包含一定位銷。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具複材結構之組合式螺桿之製造方法，其中該些組合部為金屬材料。
6. 如申請專利範圍第5項所述之具複材結構之組合式螺桿之製造方法，該金屬材料為耐磨合金材料。
7. 如申請專利範圍第1項所述之具複材結構之組合式螺桿之製造方法，其中該複材結構包括纖維材料和補強高分子樹脂材料。
8. 如申請專利範圍第7項所述之具複材結構之組合式螺桿之製造方法，其中該纖維材料係選自由碳纖維、玻璃纖維或克維拉纖維所構成群組之一。
9. 如申請專利範圍第7項所述之具複材結構之組合式螺桿之製造方法，其中該纖維材料為單方向連續纖維或編織布。
10. 如申請專利範圍第1項所述之具複材結構之組合式螺桿之製造方法，其中該組合式螺桿長度大於1公尺。
11. 如申請專利範圍第1項所述之具複材結構之組合式螺桿之製造方法，該螺桿包括一第一組合部、一第二組合部和一第三組合部，其中該第一組合部具有一第一定位單元，該第二組合部具有一第二定位單元，該第三組合部具有一第三定位單元，其中該第一定位單元、該第二定位單元和該第三定位單位為相互對應的結構。
12. 如申請專利範圍第1項所述之具複材結構之組合式螺桿之製造方法，其中該第一組合部內表面以機械加工形成該第一內螺紋和該第一定位單元；在該第二組合部內表面以機械加工形成該第二內螺紋和該第二定位單元。
13. 如申請專利範圍第12項所述之具複材結構之組合式螺桿之製造方法，其中該第一定位單元和該第二定位單元以螺絲鎖固、銲接、熔接、膠合方式中之任一種方式相結合後形成該組合式螺桿。
14. 如申請專利範圍第12項所述之具複材結構之組合式螺桿之製造方法，還包括對該內螺紋結構以刀具加工方式之細部加工。
15. 如申請專利範圍第12項所述之具複材結構之組合式螺桿之製造方法，還包括對該組合式螺桿外部形成的該複材結構以車製或銑製方式之細部加工。