TWI669457B - 具徑向力量感測器之滾珠螺桿 - Google Patents

Abstract

一種具徑向力量感測器之滾珠螺桿，包括一螺桿、一螺帽、多個滾珠以及一力量感測器。螺帽具有一孔洞，孔洞自螺帽的一外表面沿一徑向延伸。力量感測器配置於螺帽的孔洞內，且包含一固定座及一彈性元件。固定座包含一位移限制器且彈性元件包含一接觸端及一固定端。位移限制器耦合於孔洞，以限制固定座在徑向上的位移，進而使固定座固定於孔洞內。固定端連接固定座且接觸端接觸孔洞的一底面，用以感測一徑向的力量。

Description

具徑向力量感測器之滾珠螺桿

本發明是有關於一種滾珠螺桿，且特別是有關於一種具徑向力量感測器之滾珠螺桿。

滾珠螺桿是一種將鋼珠安裝於螺帽與螺桿之間，並將螺帽內鋼珠的迴轉運動轉換為直線運動的傳動機械組件。滾珠螺桿具有精度高、使用壽命長等特性以及可做高速正向傳動、逆向傳動等功能。

基於現有複合式加工機的各種精密、微小的加工需求而言，能夠即時監控滾珠螺桿預壓力變化，已成為研發下一代智慧型滾珠螺桿的關鍵技術。因為滾珠螺桿的控制器在自動取得滾珠螺桿預壓力變化的即時資訊後，即能使滾珠螺桿進行高精密度的進給控制及對滾珠螺桿進行故障預測。

現有的滾珠螺桿透過安裝在螺帽內的力量感測器感測滾珠螺桿的預壓力，並藉此判斷滾珠螺桿的精度是否產生偏差。由於馬達的推力方向與滾珠螺桿預壓力感測軸向相同，使得螺帽內 的軸向力量感測器僅能量測到馬達推力與滾珠螺桿預壓力的合成力，而無法分別求得出馬達的推力值與滾珠螺桿的預壓力值。這將影響滾珠螺桿之預壓力的量測準確度。

本發明提供一種具徑向力量感測器之滾珠螺桿，可避免外部產生的軸向推力影響滾珠螺桿對於徑向預壓力的感測，進而提高滾珠螺桿的預壓力的量測準確度。

本發明的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，包括一螺桿、一螺帽、多個滾珠以及一力量感測器。螺桿的外表面具有一外溝槽，且螺桿沿一軸向延伸。螺帽具有一內表面及一外表面。螺帽的內表面具有一內溝槽且螺帽具有一孔洞，孔洞自螺帽的外表面沿一徑向延伸。螺帽套設於螺桿上，以使螺帽可沿軸向移動。多個滾珠配置於外溝槽與內溝槽之間。力量感測器配置於螺帽的孔洞內，且包含一固定座及一彈性元件。固定座包含有一位移限制器。彈性元件包含有一接觸端及一固定端，至少一應變感測器，設置於彈性元件上。位移限制器耦合於孔洞，以限制固定座在徑向上的位移，進而使固定座固定於孔洞內。固定端連接固定座且接觸端接觸孔洞的一底面，用以感測一滾珠螺桿的預壓力。

本發明的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，包括一螺桿、一螺帽、多個滾珠以及一力量感測器。螺桿的外表面具有一外溝槽，且螺桿沿一軸向延伸。螺帽具有一內表面及一外表面。螺帽 的內表面具有一內溝槽且螺帽具有一孔洞，孔洞自螺帽的外表面沿一徑向延伸。螺帽套設於螺桿上，以使螺帽可沿軸向移動。多個滾珠配置於外溝槽與內溝槽之間。力量感測器配置於螺帽的孔洞內，且包含一固定座及一彈性元件。固定座包含有一位移限制器及多個擴張部。彈性元件包含有一接觸端、一固定端以及一緊迫部，至少一應變感測器，設置於彈性元件上。位移限制器耦合於孔洞，以限制固定座在徑向上的位移，進而使固定座固定於孔洞內。當彈性元件與固定座耦合時，緊迫部會抵觸擴張部，進而使擴張部牴觸孔洞的一側面。固定端連接固定座且接觸端接觸孔洞的一底面，用以感測一滾珠螺桿的預壓力。

本發明的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，包括一螺桿、一螺帽、多個滾珠以及一力量感測器。螺帽具有一內表面及一外表面。螺桿的外表面具有一外溝槽，且螺桿沿一軸向延伸。螺帽的內表面具有一內溝槽且螺帽具有一孔洞，孔洞自螺帽的外表面沿一徑向延伸。孔洞包含一側面及一底面，孔洞的側面具有一內螺紋，螺帽套設於螺桿上，以使螺帽可沿軸向移動。多個滾珠配置於外溝槽與內溝槽之間。力量感測器配置於螺帽的孔洞內，且包含一固定座及一彈性元件。固定座包含至少一位移限制器、至少一轉動限制器以及多個擴張部，且至少一位移限制器為一外螺紋。彈性元件包含一接觸端、一固定端以及一緊迫部，至少一應變感測器，設置於彈性元件上。接觸端接觸孔洞的底面且固定端連接固定座。固定座沿徑向的剛性大於彈性元件沿徑向的剛性。 當彈性元件與固定座耦合時，外螺紋可與內螺紋耦合，以限制固定座在徑向上的位移，進而使固定座固定於孔洞內。至少一轉動限制器可與彈性元件耦合，以防止彈性元件依徑向轉動，緊迫部會抵觸擴張部，進而使擴張部牴觸孔洞的側面。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧具徑向力量感測器之滾珠螺桿

110‧‧‧螺桿

120‧‧‧螺帽

130‧‧‧滾珠

140a、140c、140d、140e、140f、140g‧‧‧力量感測器

141a、141c、141d、141e、141f、141g‧‧‧固定座

142a、142c、142d、142e、142f、142g‧‧‧彈性元件

E1‧‧‧接觸端

E2‧‧‧固定端

143a、143d、143e、143f、143g‧‧‧位移限制器

144c、144d、144f、144g‧‧‧擴張部

145c、145d、145g‧‧‧轉動限制器

145d’‧‧‧隙縫

146c、146d、146f‧‧‧緊迫部

147a、147d、147e‧‧‧第一應變感測器

148a、148d、148e‧‧‧第二應變感測器

149e、149f‧‧‧連接部

150‧‧‧感測部

151‧‧‧柱狀結構

BS‧‧‧底面

BO1‧‧‧第一盲孔

BO2‧‧‧第二盲孔

BH‧‧‧盲孔

BP‧‧‧凸塊

F‧‧‧預壓力

Fz、Fx‧‧‧分力

L‧‧‧馬達推力

H‧‧‧止擋部

IS‧‧‧內表面

IG‧‧‧內溝槽

OP‧‧‧孔洞

OS1、OS2‧‧‧外表面

OG‧‧‧外溝槽

OE‧‧‧開放端

NS‧‧‧側面

PH、PH1‧‧‧貫穿孔

PG‧‧‧通道

T1、T2‧‧‧位置

TS‧‧‧傾斜面

TH‧‧‧穿孔

HP‧‧‧中空部

SN1、SN2‧‧‧溫度感測器

SP‧‧‧實心部

X‧‧‧軸向

Z‧‧‧徑向

R‧‧‧定位柱

圖1A是本發明之一實施例的一種具徑向力量感測器之滾珠螺桿的示意圖。

圖1B繪示圖1A之具徑向力量感測器之滾珠螺桿的局部放大示意圖。

圖2A是圖1A之具徑向力量感測器之滾珠螺桿採用另一實施例的力量感測器固定於螺帽內的局部放大示意圖。

圖2B繪示圖2A之力量感測器沿AA截面的示意圖。

圖2C是本發明之另一實施例的力量感測器採用其它位移限制器與轉動限制器的元件組合示意圖。

圖3A是本發明之另一實施例的力量感測器的元件組合示意圖。

圖3B繪示圖3A之力量感測器的元件分解示意圖。

圖4A是本發明之另一實施例的力量感測器的元件組合示意 圖。

圖4B繪示圖4A之力量感測器的元件分解示意圖。

圖5A是本發明之另一實施例的力量感測器的元件組合示意圖。

圖5B繪示圖5A之力量感測器的元件分解示意圖。

圖1A為一種具徑向力量感測器之滾珠螺桿的示意圖，為本發明之一實施例。圖1B繪示圖1A之具徑向力量感測器之滾珠螺桿的局部放大示意圖。

參考圖1A及圖1B，本發明的具徑向力量感測器之滾珠螺桿100包括螺桿110、螺帽120、多個滾珠130以及力量感測器140a。螺桿110的外表面OS1上具有外溝槽OG，且螺桿110沿軸向X直線延伸。螺桿110例如是採用金屬材質所製成。舉例而言，外溝槽OG例如是螺旋凹陷在螺桿110的外表面OS1上的外螺紋，外溝槽OG延伸至螺桿110的兩端(圖中未示出)。

螺帽120可轉動地套設於螺桿110上。螺帽120具有孔洞OP。孔洞OP凹陷成形於螺帽120中，且孔洞OP自螺帽120的外表面OS2沿垂直於軸向X的徑向Z延伸。螺帽120的內表面IS上具有內溝槽IG。舉例而言，內溝槽IG例如是螺旋凹陷在內表面IS上的內螺紋。螺帽120的內溝槽IG對應於螺桿110的外溝槽OG，以使內溝槽IG與外溝槽OG共同構成通道PG。進一步 而言，回流元件配置螺帽120中且具有對應於通道PG的第一開口及第二開口(圖中未示出)。

多個滾珠130配置於外溝槽OG與內溝槽IG之間，且各個滾珠分別抵靠接觸螺桿110的外溝槽OG與螺帽120的內溝槽IG。當外力沿軸向X作用於具徑向力量感測器之滾珠螺桿100並使螺帽120與螺桿110產生相對轉動時，各個滾珠130適於在通道PG中相對滾動，並從第一開口(第二開口)進入回流元件，再由第二開口(第一開口)離開回流元件，以使多個滾珠130能在通道PG中持續滾動。因此，螺帽120通過多個滾珠130持續在通道PG中的滾動，於轉動時可沿著軸向X而在螺桿110上直線移動。

參考圖1A及圖1B，力量感測器140a配置於螺帽120的孔洞OP內。力量感測器140a包含固定座141a及彈性元件142a。固定座141a包含位移限制器143a，且位移限制器143a耦合於孔洞OP的側面NS，以限制固定座141a在徑向Z上的位移，進而使固定座141a固定於螺帽120的孔洞OP內。彈性元件142a包含有接觸端E1及固定端E2。彈性元件142a藉由固定端E2而連接於固定座141a，且接觸端E1接觸孔洞OP的底面BS。詳細而言，當螺帽120及螺桿110夾固各個滾珠130時，各個滾珠130會產生相應的預壓力(preload)F。此預壓力F會在各個滾珠130與螺帽120的接觸處形成分力Fx、Fz，其中分力Fz將傳遞至螺帽120。多個分力Fz會造成螺帽120產生徑向Z上的變形。藉由量測螺帽120在徑向Z上的變形，即可以求出預壓力的大小。在本實施例 中，由於彈性元件142a的接觸端E1沿徑向Z接觸孔洞OP的底面BS，且固定端E2連接於固定座141a，故能用以感測預壓力F的分力Fz。

依據本發明的實施例，力量感測器140a的固定座141a及彈性元件142a可分別採用不同材質。舉例而言，由於固定座141a固定於螺帽120的孔洞OP中，以防止產生徑向Z的位移，故固定座141a可採用剛性較高的金屬材質。由於彈性元件142a抵靠於孔洞OP的底面BS，所以預壓力F的分力Fz可透過螺帽120作用於彈性元件142a，而使彈性元件142a產生變形。因此，力量感測器140a可依據彈性元件142a的變形量而求得預壓力F的分力Fz大小。此外，為了增加力量感測器140a的量測靈敏度，故彈性元件142a需採用徑向剛性較低的材質而固定座141a需採用徑向剛性較高的材質。因此，當固定座141a沿徑向Z的剛性大於彈性元件142a沿徑向Z的剛性時，力量感測器140a可以量測到數值較小的預壓力。

在另一實施例中，固定座141a與彈性元件142a具有相同的材料性質，且固定座141a與彈性元件142a為一體成型構件。舉例而言，此一體成型構件可以是採用射出成型、轉注成型、熱壓成型或其它成型方法而製成。在此包含一體成型構件的實施例中，為了增加力量感測器140a的靈敏度，可使彈性元件142a沿徑向Z的剛性小於固定座141a沿徑向Z的剛性。例如，彈性元件142a可以是沿徑向的中空結構或管壁上具有孔洞的管狀結構且固 定座141a可以是實心的結構。

為了更詳細說明力量感測器140a的功能，請參考圖1B。在此實施例中，力量感測器140a固定於螺帽120的孔洞OP內。固定座141a包含可將力量感測器140a固定於孔洞OP內的位移限制器143a。位移限制器143a與孔洞OP耦合時，可以限制固定座141a於徑向Z的位移。舉例而言，位移限制器143a可以是環繞在固定座141a上位置T1的外螺紋(圖未示)。此外，螺帽120的孔洞OP的側面NS上位置T2具有內螺紋(圖未示)。當固定座141a與孔洞OP耦合時，固定座141a上位置T1的外螺紋會與孔洞OP的側面NS上位置T2的內螺紋耦合，進而限制固定座141a於徑向Z的位移，進而使固定座141a固定於螺帽120的孔洞OP內。

具體而言，力量感測器140a包括第一應變感測器147a以及第二應變感測器148a。第一應變感測器147a可配置在彈性元件142a的外表面上。第二應變感測器148a可配置於彈性元件142a底部的內表面上。當螺帽120承受預壓力F的分力Fz時，第一應變感測器147a或第二應變感測器148a可以感測螺帽120在徑向Z上的變形量，並將此變形量轉換成電性訊號，傳輸給特殊應用積體電路(ASIC)晶片(圖未示)，以計算預壓力F的大小。

圖2A是本發明另一實施例的局部放大示意圖。圖2A中的具徑向力量感測器之滾珠螺桿(圖未示)與圖1B的具徑向力量感測器之滾珠螺桿相同。但圖2A中的力量感測器140c與圖1B的力量感測器140a不同。圖2B繪示圖2A沿AA截面的力量感測器 140c的結構示意圖。

參考圖2A，本實施例的力量感測器140c的與圖1B的力量感測器140a的結構大致相同。不同處在於彈性元件142c另包含緊迫部146c且固定座141c另包含多個擴張部144c。當彈性元件142c與固定座141c耦合時，緊迫部146c會抵觸多個擴張部144c，進而使擴張部144c牴觸孔洞OP的側面NS。詳細而言，多個擴張部144c為沿著徑向Z延伸的多個柱體，且各個柱體之間具有空隙。緊迫部146c為沿徑向Z延伸且具有傾斜面TS的結構。當固定座141c與彈性元件142c耦合時，具傾斜面TS的結構會抵觸柱體，並透過具傾斜面TS的結構的傾斜面TS導引多個柱體，進而使多個柱體向外擴張而緊迫孔洞OP的側面NS。如此，力量感測器140c可以更牢固的固定於孔洞OP內，以防止固定座141c上的外螺紋(圖未示)與孔洞OP的側面NS上的內螺紋(圖未示)在耦合後產生容易鬆脫的現象。

固定座141c包含至少一轉動限制器145c。在本實施例中，至少一轉動限制器145c的數量為三個且配置在相應的擴張部144c上。在另一實施例中，依據設計的不同，至少一轉動限制器145c的數量可以為一個、二個或多個。在本實施例中，三個轉動限制器145c可與彈性元件142c相耦合，可以防止彈性元件142c沿徑向Z產生轉動，進而避免彈性元件142c因沿徑向Z的轉動而產生沿徑向Z的位移。若彈性元件142c因沿徑向Z的轉動而產生沿徑向Z的位移，將會造成力量感測器140c無法量測到滾珠 螺桿正確的預壓力F。換言之，轉動限制器145c與彈性元件142c耦合後，可以提升力量感測器140c量測預壓力F的準確度。

圖2C是本發明之另一實施例的力量感測器採用其它位移限制器與轉動限制器的元件組合示意圖。

請參考圖2C的實施例，力量感測器140g的結構與圖2A的力量感測器140c的結構相近。不同處在於，力量感測器140g的固定座141g包含了不同的位移限制器143g與不同的轉動限制器145g。舉例而言，在本實施例中，位移限制器143g可以是一止擋部。當固定座141g耦合於螺帽120的孔洞OP時，止擋部接觸螺帽120的外表面，因而限制了固定座141g在逕向上的位移，進而使力量感測器140g固定於孔洞OP內。此外，為了使固定座141g的止擋部143g不在螺帽120的外表面產上滑動，可利用黏著劑或螺絲將固定座141g固定於螺帽120的外表面上。

另一方面，在本實施例中，轉動限制器145g包括貫穿孔PH1或盲孔BH。貫穿孔PH1或盲孔BH設置於在擴張部144g的內側且位在彈性元件142g的外圍。此外，彈性元件142包括兩定位柱R。於本實施例中，兩定位柱R分別與轉動限制器145g的貫穿孔PH1或與盲孔BH相耦合，藉此防止彈性元件142g沿徑向Z產生轉動，進而避免彈性元件142g因沿徑向Z的轉動而產生沿徑向Z的位移。

圖3A是本發明之另一實施例的力量感測器的元件組合示意圖。圖3B繪示圖3A之力量感測器的元件分解示意圖。

參考圖1B與圖3A、3B，本實施例的力量感測器140d的結構與圖1B的力量感測器140b的結構大致相同。不同處在於固定座141d包含至少一轉動限制器145d以及位移限制器143d。在本實施例中，至少一轉動限制器的數量為多個且為成形在多個擴張部144d之間的多個隙縫145d’或凹槽(圖未示)。多個隙縫145d’具有開放端OE。彈性元件142d包含環繞配置的多個具有傾斜面TS的結構的緊迫部146d與設置於緊迫部146d上的多個凸塊BP。當彈性元件142d與固定座141d耦合時，各個凸塊BP由各個開放端OE進入固定座141d並牴觸固定座141d。各凸塊BP卡合於相應的隙縫145d’中，以防止彈性元件142d產生沿徑向Z的轉動。當彈性元件142d與固定座141d耦合後，可將力量感測器140d耦合至螺帽120的孔洞OP中，以感測預壓力。更仔細地說，力量感測器140d可透過固定座的位移限制器143d位置T1的外螺紋與孔洞OP側面E位置T2的內螺紋進行耦合，使力量感測器140d固定於孔洞OP內。此外，各個緊迫部146d也會抵觸多個擴張部144d，迫使多個擴張部144d牴觸孔洞OP的側面NS，以使力量感測器140d更加牢固於孔洞OP中。

請參考圖3B，於本實施例中，力量感測器140d包括彈性元件142d、第一應變感測器147d、第二應變感測器148d以及一溫度感測器SN1。第一應變感測器147d置於彈性元件142d的第一區域且第二應變感測器148d置於彈性元件142d的第二區域。當螺帽120承受預壓力F時，第一區域的徑向應變值大於第 二區域的徑向應變值。

詳細而言，彈性元件142d包含一低徑向剛性的中空部HP及高徑向剛性的實心部SP。穿孔TH設置於中空部HP，以使中空部HP的徑向剛性更加降低。本實施例中，第一區域為彈性元件142d的中空部HP，第二區域為彈性元件142d的實心部SP。第一應變感測器147d用於感測彈性元件142d在徑向Z上的變形量。第二應變感測器148d用於感測彈性元件142d因溫度變化而產生的熱變形量。因此，第一應變感測器147d可設置於中空部HP(徑向應變值較大的區域)，例如彈性元件靠近穿孔TH的區域，以增加量測徑向Z的變形量時的靈敏度。第二應變感測器148d可設置於實心部SP(徑向應變值較小的區域)，例如彈性元件靠近接觸端E1的區域，以增加量測熱變形量的準確度。溫度感測器SN1置於彈性元件142d的實心部SP。溫度感測器SN1用以感應彈性元件142d的溫度變化。第一應變感測器147d、第二應變感測器148d以及溫度感測器SN1可將個別量測到應變量、熱變形量及溫度變化量轉換成電性訊號，再分別傳輸至特殊應用積體電路(ASIC)晶片(圖未示)，以精確計算出預壓力F的大小。

圖4A是本發明之另一實施例的力量感測器的元件組合示意圖。圖4B繪示圖4A之力量感測器的元件分解示意圖。

參考圖3B及圖4A、4B，本實施例的力量感測器140e的與圖3B的力量感測器140d的結構大致相同。不同處在於，力量感測器140e的第一應變感測器147e、及第二應變感測器148e以 及溫度感測器SN2皆設置於彈性元件142e的感測部150。第一應變感測器147e置於彈性元件142d的第一區域且第二應變感測器148d置於彈性元件142d的第二區域。當螺帽120承受預壓力F時，第一區域的徑向應變值大於第二區域的徑向應變值。感測部150可與彈性元件142e的連接部149e耦合，以使感測部150可以成為彈性元件142e的一部份，其中第一區域為感測部150的一圓形區域，且第二區域為感測部150的複數個環形區域。此外，在本實施例中，固定座141e上的位移限制器143e為螺紋。

感測部150包含多個長方體型的柱狀結構151及多個圓形的貫穿孔PH，溫度感測器置於感測部150的其中一柱狀結構151上。連接部149e包含相互對應的第一盲孔BO1與貫穿孔PH對應的第二盲孔BO2。當感測部150與連接部149e耦合時，各柱狀結構151進入相應的第一盲孔BO1，以使感測部150與連接部149e正確的對接。換言之，柱狀結構151進入第一盲孔BO1為一種定位結構。此外，多個螺絲(圖未示)可個別穿過貫穿孔PH而進入具有內螺紋的第二盲孔BO2，以將感測部150固定於彈性元件142e的連接部149e。藉著上述的結構設計及組裝步驟，可將第一應變感測器147d及第二應變感測器148d組裝至彈性元件142e的步驟大幅簡化。如此便能降低力量感測器140d的組裝時程及製造成本。

圖5A是本發明之另一實施例的力量感測器的元件組合示意圖。圖5B繪示圖5A之力量感測器的元件分解示意圖。

參考圖4B及圖5A、5B，本實施例的力量感測器140f與 圖4B的力量感測器140e的結構大致相同。不同處在於固定座141f的多個擴張部144f內形成多個止擋部H。彈性元件142f的緊迫部146f具有傾斜面TS，用以導引多個擴張部144f的止擋部H牴觸至彈性元件142f的連接部149f，使得固定座141f可與彈性元件142f的緊迫部146f耦合。在本實施例中，固定座141f上的位移限制器143f為螺紋。

請參考圖1A及圖1B，當實際應用時，由馬達的扭力轉換而來的馬達推力L作用於具徑向力量感測器之滾珠螺桿100。馬達推力L沿著軸向X在螺帽120內傳遞，而不會產生沿著徑向Z的分力。相對地，具徑向力量感測器之滾珠螺桿100內的預壓力的分力Fz是沿著徑向Z傳遞，因此安裝於螺帽120內的力量感測器140a能感測沿徑向傳遞的預壓力的分力Fz。由於力量感測器140a之力量感測方向與馬達推力L的傳遞方向垂直，力量感測器140a因而能正確感測到預壓力的分力Fz，而不會受到馬達推力L的影響。進一步而言，為了精確量測到預壓力的分力Fz，力量感測器140a之彈性元件的接觸端接觸螺帽120的孔洞內的徑向表面，且力量感測器140a的固定座固定於螺帽120內，以限制固定座產生徑向位移。

綜上所述，本發明的具徑向力量感測器之滾珠螺桿可用以感測徑向預壓力分力的大小，進而求出準確的預壓力值。本發明的具徑向力量感測器之滾珠螺桿可避免所求出的預壓力值包含軸向馬達推力，藉以提高預壓力感測的準確度。進一步而言，本 發明的具徑向力量感測器之滾珠螺桿的力量感測器包含固定部及彈性部。固定部將力量感測器固定於螺帽中並限制固定部產生徑向位移，進而使設置於彈性部的應變感測器夠穩定且準確地感測徑向預壓力的大小及變化。此外，透過力量感測器持續的監測滾珠螺桿的預壓力大小及預壓力變化，可避免滾珠螺桿因安裝不良所造成的損壞，進而延長滾珠螺桿使用壽命及降低滾珠螺桿的維修成本。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims (35)

1. 一種具徑向力量感測器之滾珠螺桿，包括：一螺桿，該螺桿的一外表面具有一外溝槽，且該螺桿沿一軸向延伸；一螺帽，該螺帽的一內表面具有一內溝槽且該螺帽具有一孔洞，其中該孔洞自該螺帽的一外表面沿一徑向延伸，該螺帽套設於該螺桿上，以使該螺帽可沿該軸向移動；多個滾珠，配置於該外溝槽與該內溝槽之間；以及一力量感測器，配置於該孔洞內，且包含：一固定座，包含：一位移限制器；以及一彈性元件，包含：一接觸端，接觸該孔洞的一底面；以及一固定端，連接該固定座；至少一應變感測器，設置於該彈性元件上；其中，該位移限制器耦合於該孔洞，以限制該固定座在該徑向上的位移。
2. 如申請專利範圍第1項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，其中該固定座沿該徑向的剛性大於該彈性元件沿該徑向的剛性。
3. 如申請專利範圍第2項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，其中該固定座與該彈性元件具有相同的材料性質且該固定座與該彈性元件為一體成型的結構件。
4. 如申請專利範圍第1項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，其中該位移限制器為一外螺紋且該孔洞的一側面具有一內螺紋，該外螺紋可與該內螺紋耦合以限制固定座於該徑向的位移，進而使該固定座固定於該孔洞內。
5. 如申請專利範圍第1項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，其中該位移限制器為一止擋部，當該位移限制器耦合於該孔洞時，該止擋部接觸該螺帽的該外表面。
6. 如申請專利範圍第1項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，其中該固定座另包含至少一轉動限制器，該至少一轉動限制器可與該彈性元件耦合，以防止該彈性元件沿著該徑向轉動。
7. 如申請專利範圍第6項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，其中該至少一轉動限制器包含至少一隙縫。
8. 如申請專利範圍第6項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，其中該至少一轉動限制器包含至少一貫穿孔。
9. 如申請專利範圍第6項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，其中該至少一轉動限制器包含至少一盲孔。
10. 如申請專利範圍第6項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，其中該彈性元件另包含至少一緊迫部且該固定座另包含多個擴張部，當該彈性元件與該固定座耦合時，該至少一緊迫部會抵觸該些擴張部，以使該些擴張部抵觸該孔洞的一側面。
11. 如申請專利範圍第10項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，其中該些擴張部為沿著該徑向延伸的多個柱體且每一該至少一緊迫部為沿徑向延伸的一具傾斜面的結構，每一該些柱體與每一該些柱體之間具有該至少一隙縫，當該固定座與該彈性元件耦合時，該具傾斜面的結構會抵觸該柱體，進而使該些柱體向外擴張而緊迫該孔洞的一側面。
12. 如申請專利範圍第1項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，其中該至少一應變感測器包括至少一第一應變感測器及至少一第二應變感測器，該第一應變感測器置於該彈性元件的一第一區域，該第二應變感測器置於該彈性元件的一第二區域，當該螺帽承受一預壓力時，該第一區域的一徑向應變值大於該第二區域的一徑向應變值。
13. 如申請專利範圍第12項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，其中該第一區域為該彈性元件的一中空部，該第二區域為該彈性元件的一實心部。
14. 如申請專利範圍第13項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，另包含至少一溫度感測器，其中該至少一溫度感測器置於該彈性元件的該實心部。
15. 如申請專利範圍第12項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，該彈性元件另包含一感測部，其中該第一區域為該感測部的一圓形區域，該第二區域為該感測部的複數個環形區域。
16. 如申請專利範圍第15項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，另包含至少一溫度感測器，其中該感測部另包含至少一個柱狀結構，該至少一溫度感測器置於該至少一個柱狀結構。
17. 一種具徑向力量感測器之滾珠螺桿，包括：一螺桿，該螺桿的一外表面具有一外溝槽，且該螺桿沿一軸向延伸；一螺帽，該螺帽的一內表面具有一內溝槽且該螺帽具有一孔洞，其中該孔洞自該螺帽的一外表面沿一徑向延伸，該螺帽套設於該螺桿上，以使該螺帽可沿該軸向移動；多個滾珠，配置於該外溝槽與該內溝槽之間；以及一力量感測器，配置於該孔洞內，且包含：一固定座，包含：一位移限制器；以及多個擴張部；一彈性元件，包含：一接觸端，接觸該孔洞的一底面；一固定端，連接該固定座；以及至少一緊迫部；以及至少一應變感測器，設置於該彈性元件上；其中，該位移限制器耦合於該孔洞，以限制該固定座在該徑向上的位移，當該彈性元件與該固定座耦合時，該至少一緊迫部會抵觸該些擴張部，以使該些擴張部牴觸該孔洞的一側面。
18. 如申請專利範圍第17項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，其中該固定座沿該徑向的剛性大於該彈性元件沿該徑向的剛性。
19. 如申請專利範圍第18項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，其中該固定座與該彈性元件具有相同的材料性質且該固定座與該彈性元件是一體成型的的結構件。
20. 如申請專利範圍第17項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，其中該位移限制器為一外螺紋且該孔洞的一側面具有一內螺紋，該外螺紋可與該內螺紋耦合以限制固定座於該徑向的位移，進而使該固定座固定於該孔洞內。
21. 如申請專利範圍第17項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，其中該位移限制器為一止擋部，當該位移限制器耦合於該孔洞時，該止擋部接觸該螺帽的該外表面。
22. 如申請專利範圍第17項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，其中該些擴張部為沿著該徑向延伸的多個柱體且每一該至少一緊迫部為沿徑向延伸的一具傾斜面的結構，每一該些柱體與每一該些柱體之間具有該至少一隙縫，當該固定座與該彈性元件耦合時，該具傾斜面的結構會抵觸該柱體，進而使該些柱體向外擴張而緊迫該孔洞的一側面。
23. 如申請專利範圍第17項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，其中該至少一應變感測器包括至少一第一應變感測器及至少一第二應變感測器，該第一應變感測器置於該彈性元件的一第一區域，該第二應變感測器置於該彈性元件的一第二區域，當該螺帽承受一預壓力時，該第一區域的一徑向應變值大於該第二區域的一徑向應變值。
24. 如申請專利範圍第23項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，其中該第一區域為該彈性元件的一中空部，該第二區域為該彈性元件的一實心部。
25. 如申請專利範圍第24項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，另包含至少一溫度感測器，其中該至少一溫度感測器置於該彈性元件的該實心部。
26. 如申請專利範圍第23項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，該彈性元件另包含一感測部，其中該第一區域為該感測部的一圓形區域，該第二區域為該感測部的複數個環形區域。
27. 如申請專利範圍第26項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，另包含至少一溫度感測器，其中該感測部另包含至少一個柱狀結構，該至少一溫度感測器置於該至少一個柱狀結構。
28. 一種具徑向力量感測器之滾珠螺桿，包括：一螺桿，該螺桿的一外表面具有一外溝槽，且該螺桿沿一軸向延伸；一螺帽，套設於該螺桿上，以使該螺帽可沿該軸向移動，其中該螺帽的一內表面具有一內溝槽且該螺帽具有一孔洞，該孔洞自該螺帽的一外表面沿一徑向延伸，該孔洞包含一側面與一底面，其中該側面具有一內螺紋；多個滾珠，配置於該外溝槽與該內溝槽之間；以及一力量感測器，配置於該孔洞內，包含：一固定座，包含：至少一位移限制器，該位移限制器為一外螺紋；至少一轉動限制器；以及多個擴張部；一彈性元件，包含：一接觸端，接觸該底面；一固定端，連接該固定座；以及至少一緊迫部；以及至少一應變感測器，設置於該彈性元件上；其中，該固定座沿該徑向的剛性大於該彈性元件沿該徑向的剛性，該外螺紋可與該內螺紋耦合，以限制該固定座在該徑向上的位移，當該彈性元件與該固定座耦合時，該至少一轉動限制器可與該彈性元件耦合以防止該彈性元件依該徑向轉動，該至少一緊迫部會抵觸該些擴張部，以使該擴張部牴觸該孔洞的該側面。
29. 如申請專利範圍第28項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，其中該至少一轉動限制器包含至少一隙縫。
30. 如申請專利範圍第29項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，其中該些擴張部為沿著該徑向延伸的多個柱體且每一該至少一緊迫部為沿徑向延伸的一具傾斜面的結構每一該些柱體與每一該些柱體之間具有該至少一隙縫，當該固定座與該彈性元件耦合時，該具傾斜面的結構會抵觸該柱體，進而使該些柱體向外擴張而緊迫該孔洞的該側面。
31. 如申請專利範圍第28項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，其中該至少一應變感測器包括至少一第一應變感測器及至少一第二應變感測器，該第一應變感測器置於該彈性元件的一第一區域，該第二應變感測器置於該彈性元件的一第二區域，當該螺帽承受一預壓力時，該第一區域的一徑向應變值大於該第二區域的一徑向應變值。
32. 如申請專利範圍第31項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，其中該第一區域為該彈性元件的一中空部，該第二區域為該彈性元件的一實心部。
33. 如申請專利範圍第32項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，另包含至少一溫度感測器，其中該至少一溫度感測器置於該彈性元件的該實心部。
34. 如申請專利範圍第31項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，該彈性元件另包含一感測部，其中該第一區域為該感測部的一圓形區域，該第二區域為該感測部的複數個環形區域。
35. 如申請專利範圍第34項所述的具徑向力量感測器之滾珠螺桿，另包含至少一溫度感測器，其中該感測部另包含至少一個柱狀結構，該至少一溫度感測器置於該至少一個柱狀結構。