TWI711779B - 滾珠螺桿 - Google Patents

Abstract

一種滾珠螺桿，適於偵測一冷卻液，包括一螺桿、一螺母、複數個密封件、一感測器、一訊號處理單元以及一蓋板。螺母包括一本體以及一端面，本體上設置有一貫孔以及一流道，螺母透過貫孔螺設於螺桿上，端面上設置有複數個開口，且這複數個開口連通於流道。這複數個密封件配置於這複數個開口內。感測器配置於這複數個密封件的其中之一密封件上用以感測冷卻液的一壓力，並輸出一原始訊號。訊號處理單元電性連接於感測器，用以接收原始訊號，並將原始訊號轉換為一數位訊號。蓋板配置於感測器上且固設於螺母。

Description

滾珠螺桿

本發明是關於一種滾珠螺桿，且特別是關於一種可藉由配置在密封件上的感測器偵測冷卻液流量或壓力的滾珠螺桿。

螺桿是一種工業領域中相當常見的機構裝置。一般而言，當螺桿以及配置於螺桿上的螺母作動時，彼此之間的相對運動容易產生大量的熱量，因此操作人員通常會預先在螺桿上澆注潤滑液減少構件之間的摩擦阻力，或者是在螺母內部設置流道，並透過冷卻液的流動不斷地帶走熱量。然而，倘若冷卻液的流量不足則無法順利地將產生的熱量帶走而有構件溫度持續升高的風險，而冷卻液過多時則會爆管並波及到其它需要保持乾燥的構件。因此，確認冷卻液的即時流量便成為一個重要的課題。

為了解決上述問題，在現有技術中有著在螺帽內部配置感測器的設計，例如台灣專利公告第TW I572797號揭露了一種在環狀可變形平台的底端配置環狀力量感測器以感測預壓力的雙螺帽滾珠螺桿，可透過兩螺帽的相對面擠壓而偵測到流體的壓力。然而，無論是環狀可變形平台或是環狀力量感測器在加工上都較為困難，因此製作成本也隨之提高。

本發明提供一種滾珠螺桿，藉由配置在密封件的感測器即時偵測冷卻液的流量或壓力，且感測器無需經過複雜加工，可節省工業上的成本。

本發明的滾珠螺桿，適於偵測一冷卻液，包括一螺桿、一螺母、複數個密封件、一感測器、一訊號處理單元以及一蓋板。螺母包括一本體以及一端面，本體上設置有一貫孔以及一流道，螺母透過貫孔螺設於螺桿上，端面上設置有複數個開口，且這複數個開口連通於流道。這複數個密封件配置於這複數個開口內。感測器配置於這複數個密封件的其中之一密封件上用以感測冷卻液的一壓力，並輸出一原始訊號。訊號處理單元電性連接於感測器，用以接收原始訊號，並將原始訊號轉換為一數位訊號。蓋板配置於感測器上且固設於螺母。

較佳地，上述的其中之一密封件更包括一凸部，且感測器配置於凸部上。藉此，使冷卻液反饋給該密封件的壓力能更有效地傳遞至該感測器。

較佳地，上述的凸部在蓋板上的正投影面積為感測器在蓋板上的正投影面積的60%至70%。藉此，能最符合感測器的有效感測面積並提高其感測的靈敏度及準確度。

較佳地，滾珠螺桿還包括一控制單元以及一記憶單元，其中感測器、訊號處理單元、控制單元以及記憶單元彼此電性連接，訊號單元輸出數位訊號至控制單元，且記憶單元儲存數位訊號，以對冷卻液的壓力或流量進行更完整的追蹤。

較佳地，滾珠螺桿還包括一提示單元，提示單元電性連接於控制單元，當數位訊號與一預定訊號的一誤差量介於預定訊號的±20%閾值內時，提示單元輸出一第一提示訊號，當誤差量介於預定訊號的20%至40%閾值或-20%至-40%閾值時，提示單元輸出一第二提示訊號，且當誤差量超過預定訊號的±40%閾值時，提示單元輸出一第三提示訊號。藉此，能即時提示使用者目前冷卻液的流量狀態。

較佳地，上述的感測器為一壓阻感測器，用以接收來自於密封件的壓力並產生對應的一電阻訊號。

較佳地，上述的複數個密封件沿螺母的一周向對稱排列，且蓋板的一表面與端面共平面。藉此，可提昇本發明整體外觀的平整度，且不易與其它構件產生碰撞或干涉。

10:滾珠螺桿

100:螺桿

200:螺母

210:本體

220:端面

300:密封件

310:凸部

320:蓋部

330:連接部

340:密封部

350:墊圈

400:感測器

500:蓋板

510:表面

600:訊號處理單元

700:控制單元

800:記憶單元

900:提示單元

C:流道

H:貫孔

O:開口

R:間隙

W:壁面

第1圖為本發明的一實施例的滾珠螺桿的立體示意圖；第2圖為第1圖的滾珠螺桿的部分元件分解圖；第3圖為第2圖的密封件的立體示意圖；第4圖為第3圖的密封件的側視圖；第5圖為第2圖的滾珠螺桿沿著A-A截面的剖視圖；第6圖為第5圖中區域B的局部放大圖；第7圖為第1圖的滾珠螺桿的電子元件方塊圖； 第8圖為第7圖的滾珠螺桿偵測冷卻液的步驟流程圖。

有關本發明之前述及其它技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚地呈現。以下實施例所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明，而非對本發明加以限制。

第1圖為本發明的一實施例的滾珠螺桿的立體示意圖，第2圖為第1圖的滾珠螺桿的部分元件分解圖，請參考第1圖及第2圖。本實施例的滾珠螺桿10包括一螺桿100、一螺母200、複數個密封件300、一感測器400以及一蓋板500。 螺母包括一本體210以及一端面220，其中本體210上設置有一貫孔H以及一流道，端面220上設置有複數個開口O，且這複數個開口O連通於流道，這複數個密封件300配置於這複數個開口O內；感測器400配置於這複數個密封件300的其中之一密封件300上，而蓋板500配置於感測器400上且固設於螺母200。

詳細而言，螺母200透過貫孔H螺設於螺桿100上，其中貫孔H的內側設置有螺紋，因此螺母200可透過貫孔H內側的螺紋與螺桿100進行相對移動。由於兩者在相對移動的過程當中會產生高熱，因此螺母200的流道內配置有冷卻液以降低螺母200的溫度。因為開口O連通於流道，且這複數個密封件300配置於這複數個開口O內，所以冷卻液所產生的壓力將會直接反饋給密封件300。如第2圖所示，密封件300的形狀對應於開口O，且為了防止密封件300密封不完全導致冷卻液洩漏，密封件300上還配置有墊圈350藉此與開口O更緊密地結合。在密封件300完成配置後，為了偵測冷卻液的流量，會將感測器400配置於這複數個密 封件300的其中之一密封件300上，用以感測冷卻液反饋給密封件300的壓力。待感測器400完成配置後，再將蓋板500配置於感測器400上，並透過螺絲等鎖固件將蓋板500固設於螺母200。

值得一提的是，如圖2所示，本實施例的複數個密封件300沿螺母200的周向對稱排列，這樣的配置可以減少冷卻液因不同位置的密封程度差異而產生的壓力變化。

第3圖為第2圖的密封件的立體示意圖，第4圖為第3圖的密封件的側視圖，請參考第3圖及第4圖。在本實施例中，這複數個密封件300各具有一蓋部320、一連接部330以及一密封部340，其中連接部330連接蓋部320以及密封部340，且密封件300是以密封部340朝向開口O的方式配置於開口O內。當密封件300配置於開口O內部時，墊圈350配置於蓋部320以及密封部340之間，為此，連接部330的尺寸設計得較蓋部320以及密封部340略小，可使墊圈350套設於蓋部320以及密封部340之間的連接部330時不會因為上下滑移而脫離密封件300。換言之，當密封件300完成配置時，連接部330在蓋板500上的正投影面積小於蓋部320以及密封部340在蓋板500上的正投影面積。

值得一提的是，如第4圖所示，密封部340的外環面設計為一錐面，這樣的設計能使得當冷卻液流速增加時，密封件300能更緊密地貼合於開口O的壁面，以達到更加的防漏效果，相關細節將於後文中詳述。

在本實施例中，感測器400為一壓阻感測器，能夠接收來自於密封件300的壓力產生對應的電阻訊號。為了能使冷卻液反饋給密封件300的壓力更有 效地傳遞至感測器400，在本實施例中，配置感測器400的密封件300更包括一凸部310，且感測器400配置於凸部310上。經實驗測試結果，當凸部310的大小設計為感測器400的60%至70%時，能最符合感測器400的有效感測面積並提高其感測的靈敏度及準確度。因此，當密封件300以及感測器400完成配置時，凸部310在蓋板500上的正投影面積為感測器400在蓋板500上的正投影面積的60%至70%，這樣的配置相較於以整個蓋部320的表面與感測器400接觸有著更良好的感測結果。

為了能更清楚地描述密封件300以及感測器400配置於螺母200內的樣態，請參考第5圖及第6圖，第5圖為第2圖的滾珠螺桿沿著A-A截面的剖視圖，第6圖為第5圖中區域B的局部放大圖。如第5圖及第6圖所示，流道C連通於開口O，而密封件300以及感測器400配置於開口O內，且感測件400配置於凸部310以及蓋板500之間。藉此，當冷卻液流動產生壓力並反饋給密封件300時，由於凸部310的大小對應於感測器400的有效感測面積，因此感測器400能立即偵測到流體壓力以及對應流速的細微變化。除此之外，由於感測器400為壓阻感測器，且與密封件300之間為單純的層疊關係，所以感測器400無須複雜的加工，可節省工業上大量製造時所需的時間以及成本。

值得一提的是，由於密封部340的外環面設計為一錐面，當密封件300配置於開口O內時，密封部340以及對應的開口的壁面W之間具有一間隙R，且間隙R的大小由密封部340朝蓋部320的方向遞減。藉此，當冷卻液的流速增加時，密封部340靠近連接部330的部分會向外擴張，使得密封部340的外環面與壁面W之間的接觸面積增加，進而能更確實地達到防漏效果。

另一方面，如第6圖所示，當各個元件完成配置後，蓋板500的表面510與端面220共平面，如此一來可提昇滾珠螺桿10整體外觀的平整度，且不易與其它構件產生碰撞或干涉。

第7圖為第1圖的滾珠螺桿的電子元件方塊圖，第8圖為第7圖的滾珠螺桿偵測冷卻液的步驟流程圖，請參考第7圖及第8圖。除了上述的構件之外，本實施例的滾珠螺桿10還包括一訊號處理單元600、一控制單元700、一記憶單元800以及一提示單元900，其中感測器400、訊號處理單元600、控制單元700以及記憶單元800彼此電性連接，而提示單元900電性連接於控制單元700。當滾珠螺桿10啟動後(步驟S01)，流體會在流道C內流動並對應產生壓力(步驟S02)，此時感測器400感測上述壓力並輸出一原始訊號至訊號處理單元600(步驟S03)。在本實施例中，訊號處理單元600包括一訊號放大器以及一類比-數位轉換器，可將感測器400量測到的原始訊號放大並且採樣轉換為數位訊號，以利於後續的訊號處理流程。在訊號處理單元600接收原始訊號，經過上述的處理、轉換後，將輸出一處理後的數位訊號至控制單元700(步驟S04)，在此同時，記憶單元800會儲存此數位訊號(步驟S05)，以便對冷卻液的壓力或流量進行更完整的追蹤。

為了讓使用者能夠在冷卻液流量發生異常時即時得知，本實施例的提示單元900會依據數位訊號以及系統預設的一預定訊號間的誤差量與預定訊號的關係(步驟S06)，判斷輸出的提示訊號類型。當數位訊號與預定訊號的誤差量介於預定訊號的±20%閾值內，也就是誤差量的絕對值小於預定訊號量值的20%時，代表冷卻液的流量以及對應壓力處於正常範圍，此時控制單元700會控制提示單元900輸出一第一提示訊號(步驟S07)，例如為綠色燈號，提示使用者目前冷卻液的流量為正常狀態；當數位訊號與預定訊號的誤差量介於預定訊號的 20%至40%閾值或-20%至-40%閾值，也就是誤差量的絕對值介於預定訊號量值的20%至40%時，代表冷卻液的流量以及對應壓力有過大或過小的風險，此時控制單元700會控制提示單元900輸出一第二提示訊號(步驟S08)，例如為黃色燈號，提示使用者目前冷卻液的流量為需要注意的狀態；而當數位訊號與預定訊號的誤差量超過預定訊號的±40%閾值，也就是誤差量的絕對值大於預定訊號量值的40%時，代表冷卻液的流量以及對應壓力發生異常，此時控制單元700會控制提示單元900輸出一第三提示訊號(步驟S09)，例如為紅色燈號，提示使用者目前冷卻液的流量為危險狀態，需要立即處理冷卻液或停止裝置。

綜上所述，本發明的滾珠螺桿藉由在密封件上配置感測器，可即時偵測流道內冷卻液的流量以及對應壓力，並透過訊號處理單元將原始訊號轉換為數位訊號利於處理。此外，由於感測器、密封件以及蓋板之間為單純的層疊關係，因此感測器可使用簡單且靈敏的壓電感測器或壓阻感測器，節省製作所需的成本並提高感測的精度。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10:滾珠螺桿

100:螺桿

200:螺母

210:本體

220:端面

500:蓋板

510:表面

Claims (7)

1. 一種滾珠螺桿，適於偵測一冷卻液，該滾珠螺桿包括：一螺桿；一螺母，包括一本體以及一端面，該本體上設置有一貫孔以及一流道，該螺母透過該貫孔螺設於該螺桿上，該端面上設置有複數個開口，且該複數個開口連通於該流道；複數個密封件，配置於該複數個開口內；一感測器，配置於該複數個密封件的其中之一密封件上用以感測該冷卻液的一壓力，並輸出一原始訊號；一訊號處理單元，電性連接於該感測器，該訊號處理單元用以接收該原始訊號，並將該原始訊號轉換為一數位訊號；以及一蓋板，配置於該感測器上且固設於該螺母。
2. 如請求項1所述的滾珠螺桿，其中該其中之一密封件更包括一凸部，且該感測器配置於該凸部上。
3. 如請求項2所述的滾珠螺桿，其中該凸部在該蓋板上的正投影面積為該感測器在該蓋板上的正投影面積的60%至70%。
4. 如請求項1所述的滾珠螺桿，還包括一控制單元以及一記憶單元，其中該感測器、該訊號處理單元、該控制單元以及該記憶單元彼此電性連接，該訊號處理單元輸出該數位訊號至該控制單元，且該記憶單元儲存該數位訊號。
5. 如請求項4所述的滾珠螺桿，還包括一提示單元，該提示單元電性連接於該控制單元，當該數位訊號與一預定訊號的一誤差量介於該預定訊號的±20%閾值內時，該提示單元輸出一第一提示訊號，當該誤差量介於該預定訊號的20%至40%閾值或-20%至-40%閾值時，該提示單元輸出一第二提示訊號，且當該誤差量超過該預定訊號的±40%閾值時，該提示單元輸出一第三提示訊號。
6. 如請求項1所述的滾珠螺桿，其中該感測器為一壓阻感測器。
7. 如請求項1所述的滾珠螺桿，其中該複數個密封件沿該螺母的一周向對稱排列，且該蓋板的一表面與該端面共平面。

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