TWM458492U - 滾珠螺桿裝置 - Google Patents

Description

滾珠螺桿裝置

本創作係關於一種滾珠螺桿裝置。

旋轉式的滾珠螺桿為一種廣泛應用在許多機械設備中的裝置，其設置的目的在於提供精密的傳動功能，能達到機械操作中的旋轉運動與直線運動，進而使承載的機台或物件於直線方向上進行作動。

在習知技術之旋轉式的滾珠螺桿中，主要係包括一螺桿、一螺帽、複數滾珠以及二軸承套。二軸承套皆套設於螺帽的外周緣，而螺帽外表面係具有一外滾珠溝槽，並與二軸承套的內滾珠溝槽形成一第一滾珠通道。螺桿表面係具有螺旋式溝槽，螺帽之內表面亦具有螺旋式內溝槽，能與螺桿間形成一第二滾珠通道。第一滾珠通道及第二滾珠通道均設置複數滾珠。滾珠能分別輔助螺帽與螺桿，以及軸承套與螺帽的相對轉動，如此，能使旋轉式滾珠螺桿承載的機械組件沿螺桿的軸向直線移動，且還因為旋轉式的滾珠螺桿同時實現了旋轉以及直線移動之運動行為，故提供了螺桿不固定、螺帽固定，或是螺帽不固定、螺桿固定等兩種不同的設置選擇。

然而，不論設置方式為何，滾珠螺桿通常是應用在半導體、機械組裝等需要高精密度及高穩定度的產業，運作過程中稍有晃動都會造 成產品上的缺陷。其中，尤以滾珠在滾珠通道中的運行是否順暢為造成晃動的主要影響因素，但滾珠通道又是由不同組件所組合而成，故每個組件之間必須精準地相互配合，事實上，二個軸承套與螺帽組合後，要能具有無段差或幾近無段差之滾珠通道，方得以維持滾珠運行的順暢度。

因此可知，軸承套的加工精度是維持旋轉式滾珠螺桿運行時穩定度的重點。然，目前軸承套的製造方法，係分次各別研磨加工二個軸承套的外表面及內滾珠溝槽，而這會造成二個軸承套組裝時的誤差。例如二個軸承套組裝後的外表面有高低不平整的情形，而與承載的機台或物件組合產生誤差，或是內滾珠溝槽與螺帽的外滾珠溝槽形成段差，進而造成滾珠螺桿運行上的不穩定而有噪音，甚至發生危險。

因此，如何提供一種滾珠螺桿裝置，其透過元件結構的設計，實現製程的改良，使二個軸承套與螺帽組裝後，軸承套整體的外表面不會有高低不平整的情形，且內在還可形成完整無段差或幾近無段差之滾珠通道，以確保應用時整體裝置能進行精密及穩定的作動，已成為重要課題之一。

有鑑於上述課題，本創作之目的為提供一種滾珠螺桿裝置，其透過元件結構的設計，實現製程的改良，使二個軸承套與螺帽組裝後，軸承套整體的外表面不會有高低不平整的情形，且內在還可形成完整無段差或幾近無段差之滾珠通道，以確保應用時整體裝置能進行精密及穩定的作動。

為達上述目的，依據本創作之一種滾珠螺桿裝置包括一螺 桿、一螺帽、二軸承套、複數彈簧插銷以及一預壓調整元件。螺帽套設於螺桿，且螺帽與螺桿間具有一第一滾珠通道以容置複數第一滾珠，螺帽之外表面具有複數外滾珠溝槽。二軸承套套設於螺帽，各二軸承套具有複數插銷孔，並包括一內滾珠溝槽，內滾珠溝槽與對應之外滾珠溝槽形成複數第二滾珠通道，以容置複數第二滾珠。複數彈簧插銷穿設於二軸承套間對應的插銷孔。預壓調整元件夾設於二軸承套之間。

在本創作一較佳實施例中，滾珠螺桿裝置更包括複數防塵件以及複數端蓋。複數防塵件裝設於螺帽。複數端蓋裝設於螺帽。

在本創作一較佳實施例中，端蓋具有一迴流管道。

在本創作一較佳實施例中，螺帽、防塵件、二軸承套、預壓調整元件之間形成有複數油料容置空間。

在本創作一較佳實施例中，滾珠螺桿裝置更包括一滾珠保持器，套設於螺帽，且具有複數孔洞，複數孔洞容置第二滾珠。

在本創作一較佳實施例中，預壓調整元件具有至少一注油孔。

在本創作一較佳實施例中，第二滾珠與內滾珠溝槽或外滾珠溝槽至少其中之一之槽面具有複數接觸點，且複數接觸點與第二滾珠之圓心之連線具有一夾角，其角度係介於60度至120度之間。

在本創作一較佳實施例中，二軸承套及預壓調整元件係以複數螺絲螺鎖固定。

在本創作一較佳實施例中，複數螺絲為皿頭螺絲。

在本創作一較佳實施例中，螺帽包括二彈簧插銷，且其中之 一的尺寸大於其中另一。

承上所述，依據本創作之滾珠螺桿裝置，因設計有彈簧插銷及插銷孔，故在加工製程中，可藉由彈簧插銷穿設於插銷孔，以定位二軸承套以及預壓調整元件，再藉由螺絲鎖固，固定二軸承套以及預壓調整元件，使得二軸承套得以以一個組合組件的形式進行研磨作業，從而形成內滾珠溝槽，更甚至可以同時研磨二軸承套之外表面。

以組合組件的形式進行作業有多項優勢。其一，可避免習知技術中軸承套分次置放、使用不同治具或分次研磨所產生之誤差，從而導致組裝後表面或連接處有高低參差不齊的情形，故以本創作所形成之滾珠螺桿裝置外表面精度較高，與機台或其他物件組合時，能相互緊密的配合，以維持設備運行時的穩定。另外，以組合組件的形式進行研磨，同樣可減少不同軸承套的內滾珠溝槽分次研磨導致之高度誤差的情形，進而減少軸承套與螺帽組裝後，內部組件間形成段差的問題，以強化滾珠螺桿裝置的整體精度，提升滾珠螺桿裝置整體的穩定性，並更能一定程度地縮短生產時程。

〔習知〕

無

〔本創作〕

1‧‧‧滾珠螺桿裝置

11‧‧‧螺桿

111‧‧‧螺旋狀溝槽

12‧‧‧螺帽

121‧‧‧外滾珠溝槽

122‧‧‧通孔

123‧‧‧螺旋狀溝槽

124‧‧‧油料通道

13a、13b‧‧‧軸承套

131a、131b‧‧‧內組裝面

132a、132b‧‧‧外表面

133a、133b‧‧‧內壁面

134a、134b‧‧‧內滾珠溝槽

14‧‧‧預壓調整元件

141‧‧‧側組裝面

142‧‧‧注油孔

15‧‧‧彈簧插銷

151‧‧‧插銷孔

16‧‧‧第一滾珠

17‧‧‧第二滾珠

18‧‧‧防塵件

19‧‧‧端蓋

191‧‧‧迴流路徑

20‧‧‧滾珠保持器

A‧‧‧組合組件

H‧‧‧油料容置空間

O‧‧‧圓心

P‧‧‧傳動連接件

S1‧‧‧螺絲

S2‧‧‧螺孔

T‧‧‧接觸點

θ‧‧‧夾角

圖1為依據本創作一實施例之一種滾珠螺桿裝置的示意圖。

圖2為圖1所示之滾珠螺桿裝置的分解示意圖。

圖3為圖2所示之滾珠螺桿裝置的剖面示意圖。

圖4為圖3所示之局部放大示意圖。

圖5A為圖2所示之滾珠螺桿裝置於製程過程中形成組合組件時的外觀 示意圖。

圖5B為圖5A所示之組合組件之部分省略的剖面示意圖。

以下將參照相關圖式，說明依據本創作實施例之一種滾珠螺桿裝置，其中相同的元件將以相同的符號加以說明。

圖1為依據本創作一實施例之一種滾珠螺桿裝置的示意圖，圖2為圖1所示之滾珠螺桿裝置的分解示意圖，圖3為圖2所示之滾珠螺桿裝置的剖面示意圖，圖4為圖3所示之局部放大示意圖。請同時參照圖1至圖4所示，滾珠螺桿裝置1包括一螺桿11、一螺帽12、二軸承套13a、13b、複數彈簧插銷15以及一預壓調整元件14。

詳細而言，螺帽12套設於一螺桿11，且螺帽12與螺桿11間形成一第一滾珠通道。螺桿11係為一圓柱狀桿體，且其外表面具有一沿縱軸連續纏繞的螺旋狀溝槽111。螺帽12為一環狀柱體，其中央具有一通孔122，且螺帽12之內表面具有螺旋狀溝槽123，其係對應於螺桿11之螺旋狀溝槽111，且兩者可以共同形成一第一滾珠通道。第一滾珠通道係為螺桿11與螺帽12之間之滾珠循環運動的主要部分，容置有複數第一滾珠16，使螺帽12能以螺桿11之軸心為縱軸轉動，再將轉動運動轉換為直線運動。而需另外說明的是，本創作實現滾珠在第一滾珠通道之循環迴流的方式不限於外循環式、內循環式或端蓋循環式，在本實施例中，僅係以端蓋循環式為實例代表，然非以此為限。

在本實施例中，滾珠螺桿裝置1可更具有複數防塵件18及複數端蓋19，並裝設於螺帽12。兩個端蓋19分別具有一迴流路徑191，其 均與第一滾珠通道相連接，而形成一密閉的滾珠循環路徑。另外，螺帽12之一外側可組設一傳動連接件P，以接受動力供應。當然，在其他實施例中，傳動連接件亦可以組接於滾珠螺桿裝置之其他元件上，例如與端蓋組接，本創作在此不限。

另外，二軸承套13a、13b套設於螺帽12，螺帽12具有二外滾珠溝槽121，二條外滾珠溝槽121與二條內滾珠溝槽134a、134b形成二條第二滾珠通道。外滾珠溝槽121之形成方向是與螺桿11之軸向相互垂直，當然，於其他實施態樣中，外滾珠溝槽121亦可以係相對於螺桿11之軸向傾斜而具有一夾角之方式設置，本創作在此不限。當軸承套13a、13b套設於螺帽12時，內滾珠溝槽134a、134b能與外滾珠溝槽121形成二條第二滾珠通道，以供容置複數第二滾珠17，使螺帽12能相對於軸承套13a、13b旋轉。因為第二滾珠通道共有二條，且相互對稱，如此具有較佳的平衡效果，有利於裝置提升承載力及穩定運作。而滾珠螺桿裝置1可更具有一滾珠保持器20，其具有複數孔洞，能輔助第二滾珠17以穩定地容置於第二滾珠通道，避免滾珠螺桿裝置1在組裝前或拆解時發生第二滾珠17掉落的情況，更可進一步輔助複數第二滾珠17固定位置，以減少不必要的晃動。

需額外說明的是，雖本實施例是以二軸承套13a、13b為不完全相同之規格為例，但在其他實施例中，亦可以使用二個完全相同之軸承套，本創作於此不限。

軸承套13a、13b以及預壓調整元件14具有對應的複數插銷孔151，可供彈簧插銷15穿設，藉以定位軸承套13a、13b以及預壓調整元件14。實作上，彈簧插銷15先受到外力擠壓，縮小體積後穿設二軸承套 13a、13b以及預壓調整元件14之插銷孔151，之後，藉由釋放彈簧插銷15自身具有的彈力或形變能力，使彈簧插銷15可以擴張並充滿插銷孔151，提供非軸向上(即非螺桿延伸方向上)的壓力，於非軸向上(尤其是側向上)擠壓二軸承套13a、13b以及預壓調整元件14之插銷孔151，有助於對位，並避免三者產生相對位移，滿足定位的需求。

彈簧插銷15還可以具有以下特點。由於彈簧插銷15具有彈性或形變能力，故可以吸收二軸承套13a、13b以及預壓調整元件14製造加工時之誤差或變形量。另外說明的是，彈簧插銷15可以設計為其中之一的尺寸大於其中另一彈簧插銷15，而軸承套13a、13b以及預壓調整元件14對應具有之一大一小的插銷孔151，藉此達到防呆的效果(即可以避免使用者插設錯誤，或者無須詳細比對就可使用)。當然，彈簧插銷15及插銷孔151之數量可以是二個或以上，只需要彈簧插銷15及插銷孔151之尺寸及數量對應設置即可，本實施例僅以二個為例，而非限制。

軸承套13a、13b以及預壓調整元件14具有對應的複數螺孔S2，可供複數螺絲S1穿設，以固定軸承套13a、13b以及預壓調整元件14。具體言之，軸承套13a、13b與預壓調整元件14係以螺鎖方式提供強而有力的軸向壓力，以達成相互固定的目的，為此，當然軸承套13a、13b與預壓調整元件14上各螺孔S2的位置係要相互對應。當上述組件依上述位置關係組裝後，再經由螺絲S1將軸承套13a、13b與預壓調整元件14相互鎖固，提供軸向外力，便可以穩定該些組件之間的相對位置。預壓調整元件14較佳係以剛性鐵製成，以提供較佳的剛性與韌性，有利於製造過程中控制軸承套13a、13b之間的壓力，增加滾珠螺桿裝置1整體的運作穩定性。 另外說明的是，螺絲S1可以是皿頭螺絲，而螺孔S2可以是沉頭螺孔。

進一步說明的是，滾珠螺桿裝置1之預壓調整元件14可更具有至少一注油孔142。而在此實施例中，預壓調整元件14之二相對位置(即上端點與下端點)上係分別具有一注油孔142為例，而螺帽12、軸承套13a、13b、預壓調整元件14、第二滾珠17、防塵件18、滾珠保持器20或其他鄰設之元件組裝後形成的密閉空間則可作為複數油料容置空間H。由於注油孔142外露，故油料能經由注油孔142添加，並沿著各元件之間進入到各油料容置空間H中。此外，螺帽12上也可配合注油孔142具有油料通道124，透過預壓調整元件14給予的壓力，能讓油料較為順利的進入油料通道124，從而供應螺帽12與螺桿11間的轉動使用。如此一來，無須經過拆解等動作即對各個內部元件進行潤滑或保養。

圖4為圖3之局部放大示意圖。請參照如圖4所示，外滾珠溝槽121之槽面為哥德式弧形，使得每個第二滾珠17與外滾珠溝槽121之槽面具有複數接觸點T，若以立體角度觀之，第二滾珠17與外滾珠溝槽121之槽面可具有四個接觸點T，但在圖4之剖面圖中僅顯示出二接觸點T。當然，在其他實施例中，內滾珠溝槽之槽面也可以為哥德式弧形，於此並不限制。

詳細再對哥德式弧形繼續說明。基於槽面為哥德式弧形的設計，外滾珠溝槽121與第二滾珠17之圓心O之連線，與水平面相垂直並通過圓心O之一垂直線間可具有一夾角θ，而此夾角θ係介於45度~90度之間，較佳地，夾角θ係為45度，以達到較佳的支撐與定位效果。夾角θ可稱之為接觸角，其形成有利於增加滾珠螺桿裝置1的負載能力及提升剛性。 基於上述，換言之，二接觸點T與第二滾珠17之圓心O之連線所形成之夾角，其角度可介於60度~120度之間，當然，較佳還是為90度(兩個夾角θ相加)。

藉由上述元件及結構的設計，本創作之滾珠螺桿裝置得以改良製程，特別是組合軸承套以及預壓調整元件形成一組合組件，再一同進行研磨加工的步驟。圖5A為圖2所示之滾珠螺桿裝置於製程過程中形成組合組件時的外觀示意圖，圖5B為圖5A所示之組合組件之部分省略的剖面示意圖。請參照圖2、圖5A及圖5B所示，在滾珠螺桿裝置的製程中，組裝軸承套13a、13b以及預壓調整元件14後可形成一組合組件A(如圖5A所示)。詳細而言，組裝軸承套13a、13b與預壓調整元件14係將預壓調整元件14與軸承套13a、13b對位，再將其夾設於二軸承套13a、13b之間(如圖5B所示)。另外說明的是，在組裝三者前可先將軸承套13a、13b之內組裝面131a、131b與預壓調整元件14之側組裝面141研磨而其平整化，所以三者相互抵接時，能平順無間隙地接合。

於實際操作上，軸承套13a、13b可為金屬材質，於模具中澆鑄成型並再經車床加工後，形成內組裝面131a、131b，但此時內組裝面131a、131b為粗糙不平整，故需藉由研磨方法使其平整化。又，內組裝面131a、131b研磨的方法可以砂輪進行，且研磨之前還可另外進行基礎研磨(或簡稱基磨)二個軸承套13a、13b之外表面132a、132b，以使外表面132a、132b具有一定的平滑度與精度，而作為後續研磨其他部分的基準，有利於降低整體加工製程的公差。至於實現研磨的手段係為本創作所屬技術領域中具有通常知識者所能理解者，於此不再贅述。

研磨內組裝面131a、131b後再接著研磨預壓調整元件14之二側組裝面14，使二側組裝面141平整化。由於二個軸承套13a、13b與預壓調整元件14係透過側組裝面141與內組裝面131a、131b的接觸而相互配合，故經研磨加工後，可以顯著地提升組合後的精度，減少誤差。當然，在其他實施例中，亦可以先研磨預壓調整元件之二側組裝面，再研磨二軸承套之外表面，兩者順序無一定關係，又或者可以同時進行。

接著，將研磨完成之二個軸承套13a、13b與預壓調整元件14組合成組合組件A，其步驟可分為二：第一，先將軸承套13a、13b與預壓調整元件14對位，再以彈簧插銷穩定三者之相對位置；第二，以螺絲S1將軸承套13a、13b與預壓調整元件14相互鎖固，形成組合組件A。

軸承套13a、13b與預壓調整元件14相互定位並鎖固後可以視為一體，具有相同的基準，故可以組合組件A的方式，取代各別軸承套13a、13b，進行內壁面133a、133b的研磨，以分別在各軸承套13a、13b內形成一內滾珠溝槽134a、134b，且較佳的，係同時研磨二內壁面133a、133b，以同時形成內滾珠溝槽134a、134b。以組合組件A之形式進行研磨，可避免不同放置作業或不同治具可能帶來的誤差，另外，同時研磨還可進一步地避免分次研磨之軸承套13a、13b組合後，內滾珠溝槽134a、134b可能有高度誤差的情形，進而使得軸承套13a、13b與螺帽12組裝後，組件與組件之間產生段差的情形能夠減少，並一定程度地縮短生產時程。

另外，在其他實施例中，於組成組合組件A之後、研磨內壁面133a、133b之前，還可以包括研磨軸承套13a、13b之外表面132a、132b的加工步驟(相對於基磨，因為再進行更為精緻的研磨，故此步驟可 稱之為精磨)。同樣地，研磨外表面132a、132b可以同時或分別進行，但不論同時或分別進行，由於軸承套13a、13b及預壓調整元件14等已組合成組合組件A，故在研磨時，不會有基準不同的情況發生，有效地維持研磨加工的精確度。換言之，習知技術的軸承套在分別研磨時，必須研磨完成一個，再放置另一個，或者分別將兩個軸承套放置於不同治具上。明顯地，每次放置作業、不同治具或者不同次的研磨加工都會有誤差產生，加總後足以影響產品良率。本創作因為以組合組件A進行研磨，不會有多次放置或者不同治具的問題，且較佳的，係同時研磨外表面132a、132b，達到高精度的需求。

上述外表面132a、132b包括軸承套13a、13b的全部或部分外周緣，而研磨軸承套13a、13b的外表面132a、132b可使軸承套13a、13b與機台或其他物件組合時，能相互緊密的配合，當然，如同前述，同時研磨可進一步地避免分次研磨而可能產生之段差，減少誤差的產生，以強化滾珠螺桿裝置1運行時的穩定。

又需特別說明的是，由於研磨加工時組合組件A所承受的主要是來自於縱向的外力，故相較於習知軸承套之間僅用螺絲水平鎖緊固定而言，以彈簧插銷15提供非軸向(尤其是側向)的壓力，可以避免軸承套與預壓調整元件之間發生縱向位移，有助於維持精度水準。

綜上所述，依據本創作之滾珠螺桿裝置，因設計有彈簧插銷及插銷孔，故在加工製程中，可藉由彈簧插銷穿設於插銷孔，以定位二軸承套以及預壓調整元件，再藉由螺絲鎖固，固定二軸承套以及預壓調整元件，使得二軸承套得以以一個組合組件的形式進行研磨作業，從而形成內 滾珠溝槽，更甚至可以同時研磨二軸承套之外表面。

以組合組件的形式進行作業有多項優勢。其一，可避免習知技術中軸承套分次置放、使用不同治具或分次研磨所產生之誤差，從而導致組裝後表面或連接處有高低參差不齊的情形，故以本創作所形成之滾珠螺桿裝置外表面精度較高，與機台或其他物件組合時，能相互緊密的配合，以維持設備運行時的穩定。另外，以組合組件的形式進行研磨，同樣可減少不同軸承套的內滾珠溝槽分次研磨導致之高度誤差的情形，進而減少軸承套與螺帽組裝後，內部組件間形成段差的問題，以強化滾珠螺桿裝置的整體精度，提升滾珠螺桿裝置整體的穩定性，並更能一定程度地縮短生產時程。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本創作之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧滾珠螺桿裝置

11‧‧‧螺桿

111‧‧‧螺旋狀溝槽

12‧‧‧螺帽

121‧‧‧外滾珠溝槽

122‧‧‧通孔

123‧‧‧螺旋狀溝槽

124‧‧‧油料通道

13a、13b‧‧‧軸承套

131a、131b‧‧‧內組裝面

132a、132b‧‧‧外表面

133a、133b‧‧‧內壁面

134a、134b‧‧‧內滾珠溝槽

14‧‧‧預壓調整元件

141‧‧‧側組裝面

142‧‧‧注油孔

15‧‧‧彈簧插銷

151‧‧‧插銷孔

16‧‧‧第一滾珠

17‧‧‧第二滾珠

18‧‧‧防塵件

19‧‧‧端蓋

191‧‧‧迴流路徑

20‧‧‧滾珠保持器

P‧‧‧傳動連接件

S1‧‧‧螺絲

S2‧‧‧螺孔

Claims (10)

1. 一種滾珠螺桿裝置，包括：一螺桿；一螺帽，套設於該螺桿，且該螺帽與該螺桿間具有一第一滾珠通道以容置複數第一滾珠，該螺帽之外表面具有複數外滾珠溝槽；二軸承套，套設於該螺帽，各該二軸承套具有複數插銷孔，並包括一內滾珠溝槽，該些內滾珠溝槽與對應之該些外滾珠溝槽形成複數第二滾珠通道，以容置複數第二滾珠；複數彈簧插銷，穿設於該二軸承套間對應的該些插銷孔；以及一預壓調整元件，夾設於該二軸承套之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之滾珠螺桿裝置，更包括：複數防塵件，裝設於該螺帽；以及複數端蓋，裝設於該螺帽。
3. 如申請專利範圍第2項所述之滾珠螺桿裝置，其中各該些端蓋具有一迴流管道。
4. 如申請專利範圍第2項所述之滾珠螺桿裝置，其中該螺帽、該些防塵件、該二軸承套、該預壓調整元件之間形成有複數油料容置空間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之滾珠螺桿裝置，更包括：一滾珠保持器，套設於該螺帽，且具有複數孔洞，該些孔洞容置該些第二滾珠。
6. 如申請專利範圍第1項所述之滾珠螺桿裝置，其中該預壓調整元件具有至少一注油孔。
7. 如申請專利範圍第1項所述之滾珠螺桿裝置，其中該些第二滾珠與該些內滾珠溝槽或該些外滾珠溝槽至少其中之一之槽面具有複數接觸點，且 該些接觸點與該第二滾珠之圓心之連線具有一夾角，其角度係介於60度至120度之間。
8. 如申請專利範圍第1項所述之滾珠螺桿裝置，其中該二軸承套及該預壓調整元件係以複數螺絲螺鎖固定。
9. 如申請專利範圍第8項所述之滾珠螺桿裝置，其中該些螺絲為皿頭螺絲。
10. 如申請專利範圍第1項所述之滾珠螺桿裝置，其中該螺帽包括二該些彈簧插銷，且其中之一的尺寸大於其中另一。