TWI650492B - 直線滾動軸承及使用其之直線進給機構 - Google Patents

Abstract

一種直線滾動軸承，包含：外筒、保持套以及複數滾動件。外筒具有軸向通道、環繞軸向通道之內壁、沿軸向通道形成於內壁之複數開口槽。保持套包含：複數支架、具有第一通孔之第一檔板及具有第二通孔之第二檔板，其中複數支架分別嵌入複數開口槽，第一檔板及第二檔板分別固定於外筒之相對二側，第一通孔及第二通孔分別連通軸向通道。複數滾動件分別裝設於複數支架，各滾動件包含芯軸及可環繞芯軸轉動之軸環。本發明復提供一種使用上述直線滾動軸承之直線進給機構。

Description

直線滾動軸承及使用其之直線進給機構

本發明係關於一種直線軸承，且特別係關於一種可應用於高精密製程設備的直線滾動軸承及直線進給機構。

軸承是各種機器設備不可或缺的構件，以軸心相對於軸承的運動方式，軸承可區分為旋轉軸承及直線軸承。而依據軸心與軸承接觸方式，直線軸承可進一步區分為直線滑動軸承及直線滾動軸承，其中面接觸稱直線滑動軸承，點接觸或線接觸稱直線滾動軸承。近年來，直線軸承不斷創新改良而有多元化的應用領域，隨著電子及微機電元件微縮化趨勢，相關的高精密製程設備所使用的直線軸承不僅須要具有小體積、低摩擦、高負載、長使用壽命等特性，行程精度更須達到次微米公差的範圍內。

習知直線滾動軸承主要是由外筒及裝設有滾珠的導套所組成，導套設置於外筒及軸心之間，滾珠分別接觸軸心表面與外筒內壁，當軸心沿外筒的軸向進行直線運動時，藉由滾珠的滾動可大幅降低摩擦力。然而，一方面，此種直線滾動軸承的行程長度受限於導套及外筒的長度，另一方面，滾珠與軸心表面及外筒內壁為點接觸，滾珠長時間使用所產生的應力容易於軸心表面及外筒內壁上形成多道凹痕，導致軸心晃動而影響工作速度及精度。

為了改善上述直線滾動軸承的缺失，第20110137097及20110137098號韓國專利揭示一種直線循環滾柱導向器。第1A圖為前述 專利揭示的直線循環滾柱導向器的軸向剖視圖，第1B圖為第1A圖中I₁-I₁’段的徑向剖視圖。如第1A及1B圖所示，直線循環滾柱導向器1包含：外筒11、複數鏈條式保持架12、及複數滾柱13及導柱14。外筒11由金屬材料製成，具有多角形通道111及複數環形軌道112；鏈條式保持架12由樹脂材料製成，分別設置於環形軌道112；各滾柱13由高剛性的金屬材料製成，滾柱13的表面凸出於鏈條式保持架12而抵靠導柱14，當導柱14通過多角形通道111進行軸向直線運動時，導柱14帶動鏈條式保持架12於環形軌道112循環移動，藉此降低直線運動的摩擦力。

第1C及1D圖分別為第1A圖所示鏈條式保持架及滾柱的側視及局部(第1C圖中圓圈標示處)放大圖。如第1C及1D圖所示，滾柱13的二側分別嵌入鏈條式保持架12的裝設孔121。雖然直線循環滾柱導向器1具有高剛性及無限行程的特性，由於鏈條式保持架12與滾柱13為不同材料，直線循環滾柱導向器1運作一段時間後，導柱14的直線運動及鏈條式保持架12的循環運動所產生的應力、溫度及磨損使得鏈條式保持架12發生形變，滾柱13與滾柱13之間或滾柱13與裝設孔121之間的距離變化導致滾柱13及導柱14的晃動，進而影響滾柱13的負荷及導柱14的垂直度及行程精度。經實際測試，使用直線循環滾柱導向器1的工具機的行程精度最佳僅能達到數微米公差(2微米以上)，無法符合高精密製程的要求。

因此，如何解決現有直線滾動軸承的種種問題，提供可應用於高精密製程設備的直線滾動軸承及直線進給機構，即為發展本發明的主要目的。

為達上述目的，本發明提供一種直線滾動軸承，包含：外筒、保持套以及複數滾動件。外筒具有軸向通道、環繞軸向通道之內壁、沿軸向通道形成於內壁之複數開口槽。保持套包含：複數支架、具有第一通孔之第一檔板及具有第二通孔之第二檔板，其中複數支架分別嵌入複數開口槽，第一檔板及第二檔板分別固定於外筒之相對二側，第一通孔及第二通孔分別連通軸向通道。複數滾動件分別裝設於複數支架，各滾動件包含芯軸及可環繞芯軸轉動之軸環。

於一實施例，於垂直上述軸向通道之截面，上述開口槽之槽底之寬度大於上述開口槽之開口之寬度，各上述支架包含底板及相對之二側板，底板之寬度小於上述開口槽槽底之寬度而大於上述開口槽開口之寬度，二側板間之距離小於上述開口槽開口之寬度。。

於一實施例，上述二側板具有複數相對之裝設孔，上述芯軸之二端分別嵌入相對之裝設孔，上述軸環沿上述軸向通道排列且彼此相隔一間距。

於一實施例，上述內壁於上述開口槽間形成有複數凸牆，各凸牆具有相對之第一側面及第二側面、及朝向上述軸向通道且連接第一側面及第二側面之頂面；上述第一檔板及上述第二檔板分別固定於第一側面及第二側面；上述軸環之表面凸出於頂面。

於一實施例，上述支架、上述芯軸及上述軸環係由金屬材料製成。

於一實施例，上述滾動件復包含：設置於上述芯軸及上述軸環間之鏈條式滾柱，上述軸環與鏈條式滾柱為線接觸。

於一實施例，上述滾動件復包含：設置於上述芯軸及上述軸環間之塑料滑塊層，上述軸環與塑料滑塊層為面接觸。

於一實施例，上述滾動件復包含：設置於上述芯軸及上述軸環間之複數滾珠，上述軸環與各滾珠為點接觸。

為達上述目的，本發明復提供一種直線進給機構，包含：上述之直線滾動軸承以及導柱。導柱通過上述軸向通道接觸上述軸環，以進行直線運動。

於一實施例，上述導柱具有多角形表面。

於本發明之直線滾動軸承，外筒具有配合保持套構型的內壁，保持套的第一檔板及第二檔板可將支架緊固於開口槽，滾動件包含裝設於支架的芯軸及可環繞芯軸轉動的軸環可有效避免滾動件的膨脹形變，增加直線滾動軸承的使用壽命。相較於習知循環移動的滾珠導套及鏈條式滾柱，使用本發明之直線滾動軸承之直線進給機構即使長時間運作亦不會因直線運動發生膨脹形變，因此，其行程精度可達到次微米公差以內，符合高精密製程設備的要求。

以下配合圖式及元件符號對本發明的實施方式做更詳細的說明，俾使熟習本發明所屬技術領域中之通常知識者在研讀本說明書後可據以實施本發明。

第2A圖為本發明之直線滾動軸承之一實施例的爆炸圖，第2B圖為本發明之直線滾動軸承之一實施例的軸向剖視圖。如第2A及2B圖所示，直線滾動軸承2包含外筒21、保持套22以及複數滾動件23。外筒21具有軸向通道211、環繞軸向通道211的內壁212。保持套22包含複數支架221、具有第一通孔222a的第一檔板222及具有第二通孔223a的第二檔板223，其中複數支架221分別嵌入內壁212，第一檔板222及第二檔板223分別固定於外筒21的相對二側，第一通孔222a及第二通孔223a分別連通軸向通道211。複數滾動件23分別裝設於複數支架221，各滾動件23包含芯軸231及可環繞芯軸231轉動的軸環232。

第3A圖為本發明之直線滾動軸承之一實施例之外筒的立體側視圖，第3B圖為第3A圖所示外筒的徑向後視圖。如第3A及3B圖所示，複數開口槽2121沿軸向通道211形成於外筒21的內壁212，開口槽2121間形成複數凸牆2122，各凸牆2122具有相對的第一側面2122a及第二側面2122b、及朝向軸向通道211且連接第一側面2122a及第二側面2122b的頂面2122c，第一側面2122a及第二側面2122b分別具有用以固定第一檔板222及第二檔板223的複數內螺孔，各頂面2122c呈弧形而使軸向通道211大致呈圓柱形。於本實施例，外筒21表面位於第二檔板223一側進一步包含凸緣（Flange）213，凸緣213具有可將直線滾動軸承2固定於設備基座（未圖示）的複數螺孔。

如第2A及3B圖所示，於本實施例，垂直軸向通道211的截面（即徑向截面）上，開口槽2121槽底的寬度W1大於開口的寬度W2；各支架221包含底板2211及相對的二側板2212，底板2211的寬度略小於開口槽2121槽底的寬度W1而大於開口槽2121開口的寬度W2，二側板2212間的距離略小於開口槽2121開口的寬度W2，於支架221嵌入開口槽2121，開口槽2121槽底及凸牆2122分別卡合支架221的底板2211及二側板2212，可有效防止支架221發生徑向位移（晃動或轉動），確保直線運動的穩定性及行程精度。於其他實施例，可選擇將對應形狀的凸塊及滑溝（未圖示）分別設置於支架221的二側板2212及開口槽2121的側壁，亦可達到卡固支架221的效果。

第4A圖為本發明之直線滾動軸承之一實施例之保持套的側視圖，第4B圖為第4A圖所示保持套的徑向前（後）視圖。如第4A及4B圖所示，第一檔板222及第二檔板223具有外螺孔，其對應凸牆2122的第一側面2122a及第二側面2122b的內螺孔，第一檔板222的第一通孔222a及第二檔板223的第二通孔223a的截面為近似於圓形的多角形。於直線滾動軸承2實際運用於機器設備時，螺鎖件（例如：螺釘、螺栓等）將第一檔板222及第二檔板223固定於外筒21二側且夾合支架221二端，可有效防止支架221發生軸向位移；第一檔板222及第二檔板223具有潤滑油封（刮油片）的作用，第一通孔222a及第二通孔223a的截面略小於軸向通道211的截面，可有效防止填充於滾動件23或內壁212的潤滑油脂因導柱或軸心（未圖示）進行直線運動而濺出軸向通道211。

如第2B及4A圖所示，各支架221具有複數相對之裝設孔221a，滾動件23的芯軸231二端分別嵌入相對的裝設孔221a，複數軸環232沿軸向通道211排列且彼此相隔一間距，且各軸環232的表面凸出於頂面2122c。於直線滾動軸承2實際運用於機器設備時，支架221固持芯軸231，可有效避免軸環232發生晃動，確保軸環232滾動的循跡性；設置於同一支架221的軸環232間彼此獨立滾動，且潤滑油脂（未圖示）可於芯軸231與軸環232間、軸環232與軸環232間提供潤滑、散熱、防塵等作用，除可大幅降低滾動件23的摩擦阻力，還可增加滾動件23的使用壽命。為避免直線滾動軸承2運作一段期間後，因摩擦熱所引起的支架221或滾動件23膨脹形變，支架221、芯軸231及軸環232可選用相同或熱膨脹係數相近的金屬材料製作。

值得說明的是，滾動件是決定直線滾動軸承的剛性、摩擦阻力、行程精度及使用壽命等性質的主要元件，於本發明之直線滾動軸承，滾動件可視不同應用領域的機器設備增設降低摩擦阻力的構件，例如：鏈條式滾柱、滾珠、塑料滑塊，其中鏈條式滾柱及滾柱需配合潤滑油脂，而塑料滑塊屬自潤式材料通常不需另行添加潤滑油脂。

第5圖為本發明之直線滾動軸承之一實施例之滾動件的側視圖。如第5圖所示，於本實施例，滾動件23進一步包含設置於芯軸231及軸環232間的鏈條式滾柱233，鏈條式滾柱233包含高剛性金屬材料及/或樹脂材料所製成的環狀鏈帶2331及複數滾柱2332。相較於芯軸231與軸環232直接接觸的轉動方式，軸環232與滾柱2332間為線接觸，可降低軸環232環繞芯軸231滾動的摩擦阻力且維持滾動件23的剛性。於低粉塵汙染或高速運作的應用領域，可選擇於芯軸231及軸環232間進一步設置複數滾珠或滾珠導套，軸環232與各滾珠為點接觸，可進一步降低軸環232環繞芯軸231滾動的摩擦阻力且提高滾動件的轉速；於高粉塵汙染或低運作噪音要求的應用領域，可選擇於芯軸231及軸環232間進一步設置塑料滑塊層或精密陶瓷層，軸環232與塑料滑塊層或精密陶瓷層為面接觸，可降低軸環232環繞芯軸231滾動的摩擦阻力且延長滾動件的使用壽命。

由上述實施例的說明可知，於本發明之直線滾動軸承，外筒具有配合保持套構型的內壁，保持套的第一檔板及第二檔板可將支架緊固於開口槽，裝設於支架的芯軸及可環繞芯軸轉動的軸環可有效避免滾動件的膨脹形變，增加直線滾動軸承的使用壽命。相較於習知循環移動的滾珠導套及鏈條式滾柱，將本發明之直線滾動軸承應用於各種直線進給機構，可大幅提高行程精度，且長期間保持直線運動的穩定性。

第6A圖為本發明之直線進給機構之一實施例的側視圖，第6B圖為本發明之直線進給機構之一實施例的徑向後視圖。如第2A、2B、6A及6B圖所示，直線進給機構3包含上述直線滾動軸承2以及導柱30，導柱30由第一通孔222a進入軸向通道211，裝設於支架221的滾動件23包含芯軸231及軸環232，軸環232的表面凸出於內壁212而接觸導柱30表面。當導柱30沿軸向通道211進行軸向（如第6A圖所示箭頭方向）直線運動時，滾動件23可降低大幅導柱30的摩擦阻力，同時提供導柱30徑向及軸向應力；此外，由於支架221不隨導柱30的直線運動而移動，芯軸231固定於支架221，各軸環232環繞芯軸231獨立滾動，滾動件23即使長時間運作亦不會因導柱30的直線運動發生膨脹形變，所以直線進給機構3的行程精度可達到次微米公差以內，符合高精密製程設備的要求。於本實施例，導柱30具有多角形表面，以增加與軸環232的接觸面積且防止導柱30發生轉動；於其他實施例，導柱的表面可為圓柱形，以提高導柱30的運動速率。

綜上所述，由於本發明之直線進給機構所使用之直線滾動軸承包含：外筒、保持套以及複數滾動件，外筒具有配合保持套構型的內壁及開口槽，保持套包含嵌入開口槽的複數支架、及可緊固支架之第一檔板及第二檔板，各滾動件包含固定於支架之芯軸及可環繞芯軸轉動之軸環，滾動件可大幅降低直線運動的摩擦阻力，同時提供直線進給機構所需的負荷及應力，即使長時間運作，直線滾動軸承亦不會因直線運動發生膨脹形變且可保持直線運動的穩定性，因此，直線進給機構的行程精度可達到次微米公差以內，符合高精密製程設備的要求。

上述實施例僅例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項專業之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有此項專業知識者，在未脫離本發明所揭示之精神與技術原理下所完成之一切等效修飾或改變，仍應由本發明之申請專利範圍所涵蓋。

1‧‧‧直線循環滾柱導向器

11‧‧‧外筒

12‧‧‧鏈條式保持架

13‧‧‧滾柱

14‧‧‧導柱

111‧‧‧多角形通道

112‧‧‧環形軌道

121‧‧‧裝設孔

2‧‧‧直線滾動軸承

3‧‧‧直線進給機構

21‧‧‧外筒

22‧‧‧保持套

23‧‧‧滾動件

30‧‧‧導柱

211‧‧‧軸向通道

212‧‧‧內壁

213‧‧‧凸緣

221‧‧‧支架

222‧‧‧第一檔板

223‧‧‧第二檔板

231‧‧‧芯軸

232‧‧‧軸環

233‧‧‧鏈條式滾柱

2121‧‧‧開口槽

2122‧‧‧凸牆

2211‧‧‧底板

2212‧‧‧側板

2331‧‧‧環狀鏈帶

2332‧‧‧滾柱

221a‧‧‧裝設孔

222a‧‧‧第一通孔

223a‧‧‧第二通孔

2122a‧‧‧第一側面

2122b‧‧‧第二側面

2122c‧‧‧頂面

W1‧‧‧開口槽槽底寬度

W2‧‧‧開口槽開口寬度

第1A圖為習知直線循環滾柱導向器的軸向剖視圖，第1B為第1A圖中I ₁-I ₁’段的徑向剖視圖，第1C圖為第1A圖所示鏈條式保持架及滾柱的側視，第1D圖為第1C圖中圓圈所示鏈條式保持架及滾柱的局部放大圖； 第2A圖為本發明之直線滾動軸承之一實施例的爆炸圖，第2B圖為本發明之直線滾動軸承之一實施例的軸向剖視圖； 第3A圖為本發明之直線滾動軸承之一實施例之外筒的立體側視圖，第3B圖為第3A圖所示外筒的徑向後視圖； 第4A圖為本發明之直線滾動軸承之一實施例之保持套的側視圖，第4B圖為第4A圖所示保持套的徑向前（後）視圖； 第5圖為本發明之直線滾動軸承之一實施例之滾動件的側視圖；以及 第6A圖為本發明之直線進給機構之一實施例的側視圖，第6B圖為本發明之直線進給機構之一實施例的徑向後視圖。

Claims (9)

1. 一種直線滾動軸承，包含：外筒，具有軸向通道、環繞該軸向通道之內壁、沿該軸向通道形成於該內壁之複數開口槽；保持套，包含複數支架、具有第一通孔之第一檔板及具有第二通孔之第二檔板，其中該等支架分別嵌入該等開口槽，該第一檔板及該第二檔板分別固定於該外筒之相對二側，該第一通孔及該第二通孔分別連通該軸向通道，其中於垂直該軸向通道之截面，該開口槽之槽底之寬度大於該開口槽之開口之寬度，各該支架包含底板及相對之二側板，該底板之寬度小於該開口槽槽底之寬度而大於該開口槽開口之寬度，該二側板間之距離小於該開口槽開口之寬度；以及複數滾動件，分別裝設於該等支架，各該滾動件包含芯軸及可環繞該芯軸轉動之軸環。
2. 如申請專利範圍第1項所述直線滾動軸承，其中該二側板具有複數相對之裝設孔，該芯軸之二端分別嵌入相對之該裝設孔，該等軸環沿該軸向通道排列且彼此相隔一間距。
3. 如申請專利範圍第1項所述直線滾動軸承，其中該內壁於該等開口槽間形成有複數凸牆，各該凸牆具有相對之第一側面及第二側面、及朝向該軸向通道且連接該第一側面及該第二側面之頂面；該第一檔板及該第二檔板分別固定於該第一側面及該第二側面；該軸環之表面凸出於該頂面。
4. 如申請專利範圍第1項所述直線滾動軸承，其中該支架、該芯軸及該軸環係由金屬材料製成。
5. 如申請專利範圍第1項所述直線滾動軸承，其中該滾動件復包含：設置於該芯軸及該軸環間之鏈條式滾柱，該軸環與該鏈條式滾柱為線接觸。
6. 如申請專利範圍第1項所述直線滾動軸承，其中該滾動件復包含：設置於該芯軸及該軸環間之塑料滑塊層，該軸環與該塑料滑塊層為面接觸。
7. 如申請專利範圍第1項所述直線滾動軸承，其中該滾動件復包含：設置於該芯軸及該軸環間之複數滾珠，該軸環與各該滾珠為點接觸。
8. 一種直線進給機構，包含：如申請專利範圍第1項所述直線滾動軸承；以及導柱，通過該軸向通道接觸該軸環，以進行直線運動。
9. 如申請專利範圍第8項所述直線進給機構，其中該導柱具有多角形表面。