滾珠螺桿模塊及其循環裝置的制作方法

專利名稱：滾珠螺桿模塊及其循環裝置的制作方法
技術領域：
本發明是提供一種滾珠螺桿模塊，特別是一種具有循環裝置的滾珠螺 桿模塊，該循環裝置設置于螺帽。
背景技術：
滾珠螺桿的原理，是在螺桿與螺帽之間加入鋼珠，以鋼珠滾動運動，
取代傳統艾克姆螺桿(ACME)的滑動摩擦傳動，大大降低摩擦耗損，有助于 維持高效率與高精度。
滾珠的使用使得螺桿的移動更為順暢，然而，相鄰的滾珠在滾動過程 中，容易彼此碰撞并發出很大的噪音，這樣的碰撞使得滾珠壽命縮短，連 帶影響整體螺桿裝置的壽命。
為了改善此一問題，先前技術提出以鏈條固定滾珠的裝置，美國公告 專利5， 993， 064更進一步提供一種改良式的滾珠鏈條，該滾珠鏈條是以具 有彈性的材料制成，并包含四個帶狀物固定滾珠的四周，使該鏈條可任意 方向地自由彎折，而滾珠仍固定在相同的位置，該滾珠鏈條并可應用在線 性滑軌以及滾珠螺桿等裝置中。
然而，在滾珠螺桿模塊中，尚需設有一循環路徑，導引滾珠回流至螺 旋狀溝槽中，以形成不斷循環的滾珠軌道。使用滾珠鏈條時，當行經上述 的循環路徑時，鏈條必須改變運動方向，才能形成回流。然，若此循環路 徑未經良好設計，則鏈條難以順暢地通過并改變行進方向，因此已知的設 計，其鏈條因為不當地扭轉及拉扯而產生斷裂。請參見圖1，前述美國公 告專利5, 993， 064雖提及其滾珠鏈條可以應用在螺桿裝置，并在螺帽內設 有循環裝置供滾珠鏈條回流，然而，卻未提及如何讓滾珠鏈條順暢通過循 環裝置的設計，在實際應用上，由于鏈條的兩側在從螺旋軌道進到循環裝置時，會進行三維回轉，若回轉路徑未經過特殊角度的設計，則鏈條的內 側會被擠壓，而外側會被拉扯，兩側因變形量的不同，而產生斷裂。故目 前雖有設有滾珠鏈條的線性滑軌上市，但是設有滾珠鏈條的滾珠螺桿卻一 直無法被設計及制造出來。

發明內容
為了解決前述問題，本發明主要目的在于提供一種滾珠螺桿模塊，可 使滾珠鏈條在螺帽內順暢的運動，使滾珠螺桿模塊達到高效率與高精度。 本發明的另一目的在于提供一種滾珠螺桿模塊，其設有循環裝置于螺
帽內供滾珠鏈條回流，以形成不中斷的循環路徑(endless track)。
本發明的循環裝置至少具有I導引溝以引導滾珠鏈條的方向，通常設 計兩導引溝，以穩定地引導滾珠鏈條順利地回流。設計重點在于使導引溝 在每一段區域內的長度和循環路徑的中心線的長度近似，使循環路徑轉折 時，滾珠鏈條的中心線長度近似于其側面(或兩側)的導引溝長度，避免 因為兩者在某一區域內的長度差異偏大而使滾珠鏈條發生擠壓或拉扯。因 此，滾珠鏈條可以順暢地通過并且不會被不當的擠壓或拉扯。
本發明的滾珠螺桿模塊主要包含有螺桿、螺帽、滾珠鏈條、以及循 環裝置。螺桿的外表面具有螺旋狀的第一滾動溝槽；螺帽是套設于螺桿外， 其內表面具有一螺旋狀的第二滾動溝槽，與上述的第一滾動溝槽具有一對 應關系，可對合形成一螺旋狀的第一滾動軌道，第一滾動軌道沿第一螺旋 方向排列。所謂螺旋方向是指螺旋的型式是右旋或是左旋，所謂右旋是指 螺旋的旋轉方向是以右手的四支非拇指彎曲的方向旋轉時，螺旋是向右手 的拇指方向前進；反的，所謂左旋是指螺旋的旋轉方向是以左手的四支非 拇指彎曲的方向旋轉時，螺旋是向左手的拇指方向前進。滾珠鏈條是于第 一滾動軌道內移動，主要包含多個滾珠與承載滾珠的保持器。保持器進一 步包含多個間隔部、至少一鏈接組件。為使保持器的強度更佳，可設計二 鏈接組件，即第一鏈接組件及第二鏈件組件。間隔部是用以固定并間隔滾 珠，第一鏈接組件與(或)第二鏈接組件用以串連多個間隔部，且第一鏈 接組件并與第二鏈接組件具有一間距，使滾珠穩定地置于間隔部、第一鏈 接組件與第二鏈接組件之間。循環裝置是設置于螺帽，主要包含一循環路徑，該循環路徑兩端與前述的第一滾動軌道相連，循環路徑的截面半徑略 大于滾珠的半徑，用以提供滾珠鏈條通過。為了導引滾珠鏈條順暢移動， 循環路徑進一步包含中間路徑、與該中間路徑兩端連通的接續路徑，該接 續路徑的另一端與該第一滾動軌道連通、以及一條沿循環路徑設置的導引 溝。而當保持器設有二鏈接組件時，則導引溝的數量也需為二。導引溝是 用以引導滾珠鏈條的第一鏈接組件與(或)第二鏈接組件，依據本發明所提 出的導引溝是經3D幾何的分析，引導滾珠鏈條在接續路徑中相對循環路 徑中心線以第二螺旋方向旋轉，其中，第二螺旋方向恰相反于第一滾動軌 道排列的第一螺旋方向。也就是說，如果第一螺旋方向為右旋，則第二螺
旋方向是呈左旋；反的，若第一螺旋方向為左旋，則第二螺旋方向是呈右 旋。同時，導引溝并引導滾珠鏈條在中間路徑相對循環路徑中心線以第三 螺旋方向旋轉，其中，第三螺旋方向相同于上述的第一螺旋方向。當滾珠 鏈條依序通過接續路徑、中間路徑與接續路徑后，可完成順暢的轉向與回 流的動作。
本發明相較于己知的滾珠螺桿模塊，具有下列優點本發明滾珠螺桿 模塊中的循環裝置，具有特殊的導引溝，且導引溝在上述接續路徑與中間 路徑會沿循環路徑中心線做不同旋向的螺旋旋轉，以引導滾珠鏈條完成轉 向回流的動作，并且因循環路徑兩側(或一)側的導引溝的長度和循環路徑 的長度盡可能相等，使得滾珠鏈條的鏈接組件在通過上述的循環路徑時， 不會造成不當的拉扯或擠壓。


由于本發明是揭露一種滾珠導螺桿裝置及其螺帽與循環裝置，其中所 利用的機構傳動原理，已為相關技術領域具有通常知識者所能明了，故以 下文中的說明，不再作完整描述。同時，以下文中所對照的附圖，是表達 與本創作特征有關的結構示意，并未亦不需要依據實際尺寸完整繪制，需 事先說明，其中
圖1是一剖面圖，顯示已知技術滾珠螺桿模塊與滾珠鏈條的構造。 圖2是一立體圖，顯示本發明所提出的滾珠螺桿模塊的螺帽與螺桿外觀。
6圖3是一剖面圖，顯示本發明所提出的滾珠螺桿模塊的滾珠鏈條與循 環裝置。
圖4是一剖面圖，顯示本發明所提出的滾珠螺桿模塊的螺帽內表面的 第二滾動溝槽。
圖5是一剖面圖，顯示本發明所提出的滾珠螺桿模塊的第一滾動軌道。 圖6是一立體圖，顯示本發明所提出的滾珠螺桿模塊的滾珠鏈條。 圖7是一立體圖，顯示本發明所提出的滾珠螺桿模塊的滾珠鏈條的保
持器，以及該保持器在循環路徑中沿導引溝扭轉的旋向。
圖8A是一立體圖，顯示本發明所提出的滾珠螺桿模塊的螺帽與循環裝置。
圖8B是一立體圖，顯示本發明所提出的滾珠螺桿模塊的循環裝置下 半部剖面圖。
圖8C是一立體圖，顯示本發明所提出的滾珠螺桿模塊的循環裝置上 半部剖面圖、且由下往上看的視圖。
圖9A是一分解示意圖，顯示本發明所提出的滾珠螺桿模塊的內循環 式滾珠螺桿模塊。
圖9B是一剖面圖，顯示本發明所提出的滾珠螺桿模塊的內循環式滾 珠螺桿模塊的螺帽內部，其滾珠鏈條與循環裝置的配合狀態。
圖IOA是一分解示意圖，顯示本發明所提出的滾珠螺桿模塊的端塞式 滾珠螺桿模塊。
圖IOB是一立體圖，顯示本發明所提出的滾珠螺桿模塊的循環裝置端 塞式滾珠螺桿模塊的螺帽內部。
具體實施例方式
請參見圖2、圖3、圖4與圖5。是根據本發明所提出的第一較佳實施 例，為一種滾珠螺桿模塊200，主要包含有螺桿210、螺帽220、滾珠鏈 條300、以及循環裝置400。螺桿210的外表面具有一螺旋狀的第一滾動 溝槽212;螺帽220是套設于螺桿210外，其內表面具有一螺旋狀的第二 滾動溝槽222，與上述的第一滾動溝槽212具有一對應關系，可對合形成 一螺旋狀的第一滾動軌道230，使滾珠鏈條300可在第一滾動軌道230中運動，且第一滾動軌道230沿第一螺旋方向Si/M!排列，即當螺帽220是 沿圖3中的第一旋轉方向Si旋轉時，則螺帽220是朝第一運動方向Md亍 進，于此實施例中，該第一螺旋方向SjMi是為右旋。其中，循環裝置400 可為一個或多個。
請參見圖5、圖6與圖7。滾珠鏈條300的構造主要包含多個滾珠310 與用以承載滾珠310的保持器320。保持器320進一步包含多個間隔部322 及鏈接組件。在此實施例中，為使保持器320的強度更佳，故設計兩鏈接 組件，即第一鏈接組件324與第二鏈接組件326。該兩鏈接組件均沿螺桿 210的外(徑)表面及螺帽220的內(？L)表面設置，使其運動時可順暢的沿 螺桿210及螺帽220間之間隙運動，而不需在螺桿210或螺帽220上額外 加工一供該兩鏈接組件運動的空間。間隔部322是用以間隔該滾珠310， 第一鏈接組件324與一第二鏈接組件326用以串連該多個間隔部322，且 第一鏈接組件324與第二鏈接組件326具有一間距W，此間距W大約等于 滾珠310的直徑，可使滾珠310平穩地置于間隔部322、第一鏈接組件324 與第二鏈接組件326之間。滾珠鏈條300可于第一滾動軌道230內移動， 其中，為達精密傳動的效果，第一滾動軌道230的截面半徑略等于滾珠310 的半徑較佳。
請參見圖3、圖5、圖8A、圖8B與圖8C。為引導滾珠鏈條300回流 至第一滾動軌道230中，滾珠螺桿模塊200包含了循環裝置400，其設置 于螺帽220，具有一循環路徑410與前述的第一滾動軌道230相連，以形 成一不中斷的循環路徑(endless track)。其中，該循環路徑410的截面 寬度以略大于所述滾珠310的直徑較佳。循環路徑410具有一中間路徑412 與該中間路徑兩端的接續路徑414。其中，該中間路徑412大致呈一直線， 且該中間路徑412的中心線是與該螺桿210的軸線成不相交的歪斜。該循 環路徑410的中間路徑412與接續路徑414進一步形成有兩個導引溝416， 用以供滾珠鏈條300的第一鏈接組件324與第二鏈接組件326通過。其中， 該兩導引溝416在每一小區段內的長度與循環路徑410中心線長度盡可能 相等。
請參見圖3、圖5、圖7、圖8A、圖8B與圖8C。為了使滾珠鏈條300 通過循環裝置400再回流至螺旋狀的第一滾動軌道230中，導引溝416必須先引導并改變滾珠鏈條300在原有第一滾動軌道230的行進方向，再導 引該滾珠鏈條300接續回第一滾動軌道230的行進方向。其原理如下
當上述的導引溝416導引該滾珠鏈條300通過該接續路徑414時，為 了使導引溝416的外側長度減少而內側長度增加，以使在接續路徑414進 入中間路徑412的轉彎過程中，兩側的導引溝416和循環路徑410中心線 長度盡可能相等，該導引溝416導引該滾珠鏈條300相對循環路徑的中心 以第二螺旋方向S2/M2旋轉，即滾珠鏈條300是沿第二運動方向M2行進時， 滾珠鏈條300沿第二旋轉方向S2旋轉，其中，該第二螺旋方向S2/M2相反 于第一滾動軌道230排列的第一螺旋方向Si/M!，于此實施例中，該第二 螺旋方向S2/M2是為左旋。因為接續路徑414及中間路徑412概呈一剖面 為圓形的三維路徑，導引溝416刻意向轉彎的內側傾斜可以減少導引溝 416的長度，而導引溝416如果刻意向轉彎的外側傾斜則可以增加導引溝 416的長度，故本發明使用此三維的空間特性，調整兩導引溝416的長度。 當上述的導引溝416導引該滾珠鏈條300通過該中間路徑412時，該導引 溝416導引該滾珠鏈條300相對循環路徑的中心沿第三螺旋方向S3/M3運 動，即滾珠鏈條300沿第三運動方向M3行進時其同時沿第三旋轉方向S3 旋轉，其中，該第三螺旋方向S3/M3相同于第一滾動軌道230排列的第一 螺旋方向Si/M"于此實施例中，該第三螺旋方向Ss/M3是為右旋。
上述的滾珠螺桿模塊是以保持器承載滾珠并以固定間距間隔開來，使 得滾珠不會在行進中彼此碰撞，延長滾珠的壽命。此外，循環裝置內的導 引溝設計，可引導滾珠鏈條在循環裝置中沿特定路徑改變行進方向，而達 到回流的目地。又因滾珠鏈條兩側的導引溝的長度相等，約等于循環路徑 的中心線長度，使得滾珠鏈條的第一鏈接組件與第二鏈接組件不會因轉彎 部位造成不當的拉扯或擠壓，使滾珠鏈條可順暢地在此滾珠螺桿模塊中移 動，達到良好的運作效能。
請參見圖8A、圖8B與圖8C，本發明進一步提供第二較佳實施例，為 一種循環裝置400，供使用于滾珠螺桿模塊的螺帽220，每個螺帽220可 以裝設一個、二個或多個循環裝置400。于此實施例中，螺帽220進一步 包含多個貫穿該螺帽本體的安裝孔224，是用以安裝該循環裝置400，并 使該循環裝置400的一部分固定于于該螺帽220外緣。循環裝置400具有一循環路徑410。循環路徑410具有一中間路徑412與該中間路徑兩端的 接續路徑414。該循環路徑410的中間路徑412與接續路徑414進一步形 成有兩個導引溝槽416。此循環裝置400的特征如前述第一較佳實施例的 循環裝置400所述。
請參見圖9A、與圖9B，本發明進一歩提供第三較佳實施例，為一種 循環裝置400，供裝設于滾珠螺桿模塊的螺帽220內部，尤其是內循環式 滾珠螺桿模塊的螺帽。于此實施例中，螺帽220的內表面進一步包含第一 通孔226，使循環裝置400可設置于該第一通孔226中。此循環裝置400 的主要特征如前述第一較佳實施例的循環裝置400所述。
請參見圖IOA與圖IOB，本發明進一步提供第四較佳實施例，為一種 循環裝置，供裝設于滾珠螺桿模塊的螺帽220，尤其是端塞式滾珠螺桿模 塊的螺帽。螺帽220包含有兩安裝槽227、 228，以及第二通孔229，用以 連通該兩安裝槽227、 228。循環裝置包含有兩端塞401、 402，是設置于 該兩安裝槽中227、 228。此循環裝置具有一循環路徑，且循環路徑具有一 中間路徑與該中間路徑兩端的接續路徑。其中，中間路徑設置于第一通孔 中229，接續路徑分別設置于兩端塞401、 402中。此循環裝置的主要特征 如前述第一較佳實施例的循環裝置400所述。
以上，本發明已由各個實施例及其相關附圖而清楚載明。然而，熟習 該項技術者當了解的是，本發明的各個實施例在此僅為例示性而非為限制 性，亦即，在不脫離本發明實質精神及范圍之內，上述所述及的各組件的 變化例及修正例均為本發明所涵蓋。緣此，本發明是由權利要求范圍所加 以界定。
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權利要求
1、一種滾珠螺桿模塊，其包含一螺桿，其外表面具有一螺旋狀的第一滾動溝槽；一螺帽，套設于該螺桿外，且該螺帽的內表面具有一螺旋狀的第二滾動溝槽，其中該第二滾動溝槽與該第一滾動溝槽具有一對應關系，可對合形成一螺旋狀的第一滾動軌道，該第一滾動軌道沿第一螺旋方向排列；一滾珠鏈條，于該第一滾動軌道內移動，其包含多個滾珠與承載該多個滾珠的保持器，該保持器主要包含多個間隔部，用以間隔該多個滾珠；與一鏈接組件，用以串接該多個間隔部；一循環裝置，設置于該螺帽，具有一循環路徑，用以提供該滾珠鏈條通過，該循環路徑主要包含一中間路徑以及與該中間路徑兩端連通的接續路徑，該接續路徑的另一端與該第一滾動軌道連通；其特征在于該循環路徑的中間路徑及兩端的接續路徑形成有一導引溝，該導引溝導引該滾珠鏈條在該兩接續路徑中以第二螺旋方向旋轉，該導引溝導引該滾珠鏈條在該中間路徑以第三螺旋方向旋轉，其中，該第二螺旋方向相反于該第一螺旋方向，且該第三螺旋方向相同于該第一螺旋方向。
2、 如權利要求1所述的滾珠螺桿模塊，其特征在于，該中間路徑進 一步包含一直線段，且該直線段的中心線與該螺桿的軸線呈不相交的歪 斜。
3、 如權利要求1所述的滾珠螺桿模塊，其特征在于，該第一滾動軌 道的截面之輪廓包覆所述滾珠，使所述滾珠可從該第一滾動軌道通過。
4、 如權利要求1所述的滾珠螺桿模塊，其特征在于，該循環路徑的 截面半徑大于所述滾珠的半徑。
5、 如權利要求1所述的滾珠螺桿模塊，其特征在于，該導引溝在每 一段區域內的長度和循環路徑的中心線的長度近似。
6、 如權利要求1所述的滾珠螺桿模塊，其特征在于，該螺帽可迸一 步包含多個貫穿該螺帽本體的安裝孔，所述安裝孔用以安裝該循環裝置， 并使該循環裝置的一部分固定于于該螺帽外緣。
7、 如權利要求1所述的滾珠螺桿模塊，其特征在于，該螺帽的內表 面可進一步包含一第一通孔，使該循環裝置設置于該第一通孔中。
8、 如權利要求1所述的滾珠螺桿模塊，其特征在于，該螺帽進一步包含兩安裝槽，設于該螺帽內緣的兩端；一第二通孔，用以連通該兩安裝槽。
9、 如權利要求8所述的滾珠螺桿模塊，其特征在于，該循環裝置可 進一步包含兩端塞，設置于該兩安裝槽中，其中，該中間路徑設置于該第 二通孔中，所述接續路徑分別設置于所述端塞中。
10、 如權利要求1所述的滾珠螺桿模塊，其特征在于，該鏈接組件沿 該螺桿的外表面及該螺帽的內表面設置，使其運動時沿該螺桿及該螺帽間 之間隙運動。
全文摘要
一種滾珠螺桿模塊，主要包含有一螺桿、一螺帽、一滾珠鏈條與一設置于螺帽的循環裝置。其中，螺桿與螺帽形成有第一滾動軌道，第一滾動軌道沿第一螺旋方向排列。循環裝置與第一滾動軌道相連，具有一循環路徑，循環路徑包含一中間路徑、中間路徑兩端的接續路徑、以及至少一導引溝。導引溝導引滾珠鏈條于接續路徑以第二螺旋方向旋轉，其中，第二螺旋方向相反于上述的第一螺旋方向。所述導引溝導引滾珠鏈條于中間路徑以第三螺旋方向旋轉，其中，該第三螺旋方向相同于上述的第一螺旋方向。
文檔編號F16C29/06GK101676577SQ20081016083
公開日2010年3月24日 申請日期2008年9月16日 優先權日2008年9月16日
發明者郭長信 申請人:上銀科技股份有限公司