TWI512215B - Linear drive ball spline device - Google Patents

Description

線性傳動滾珠花鍵裝置

本發明係為一種線性傳動元件，尤指一種線性傳動滾珠花鍵裝置。

本發明是關於透過多數滾珠使花鍵軸和螺帽構件組合成相對直線運動之傳動元件，使用在工作機械或各種產業機械的直線引導部或產業用機器人的扭矩傳達部等的滾珠花鍵裝置。

習知，此種滾珠花鍵裝置已知有日本實開昭61-179414號專利案或特開昭58-137616號專利案，所揭示的滾珠花鍵裝置。該滾珠花鍵裝置，是由：具備有沿著長方向延伸的複數條滾動溝的花鍵軸；及透過多數滾珠組裝在上述花鍵軸的同時，具備有上述滾珠無限循環路徑的螺帽構件所構成，隨著滾珠的無限循環可使上述螺帽構件在花鍵軸的周圍沿著其長方向移動自如。

此外，螺帽構件所具備的滾珠無限循環路徑，是由：供滾珠設置的螺帽構件之滾動溝及花鍵軸之滾動溝所構成的負荷通道；與該負荷通道平行形成的滾珠返回通道；及與該等負荷通道和滾珠返回通道形成連結的U字型方向轉換道所構成。接著，藉由在負荷通道和滾珠返回通道的兩端配置上述方向轉換道以構成滾珠無限循環道。

上述文獻滾珠花鍵裝置是在形成圓筒狀的螺帽構件的內圍面和穿設於該內圍面的花鍵軸之間的間隙裝設合成樹脂製保持器，利用該保持器和螺帽構件的配合形成滾珠返回通道及方向轉換道。

此外，為了讓滾動在上述負荷通道的滾珠經由方向轉換移動至滾珠返回通道，需要讓該滾珠脫離花鍵軸的滾珠滾動溝槽。因此，習知的滾珠花鍵裝置是在上述保持器設有連續於上述方向轉換道的滾珠掏起部，使在上述滾珠滾動溝槽滾動過來的滾珠越過該掏起部從該滾珠滾動溝槽脫離，形成為收容在由保持器和螺帽構件合作形成的方向轉換道內。

但是，於上述說明的習知滾珠花鍵裝置，因是由保持器和螺帽構件配合形成滾珠返回通道，所以該滾珠返回通道至少是必須從花鍵軸朝其半徑方向空出保持器厚度量的距離。此外，於保持器形成有上述方向轉換道或滾珠返回通道，為了實現該複雜形狀是利用模具以合成樹脂射出成型製成。因此，習用的滾珠花鍵有以下問題點：設在螺帽構件內圍面的保持器若是變形，則該保持器就會接觸花鍵軸，導致妨礙螺帽構件的運動，所以保持器難以形成極端薄型。因此，就花鍵軸和螺帽構件之間收容著保持器的習知滾珠花鍵裝置而言，螺帽構件的外徑會受到保持器厚度的影響，以致在螺帽構件外徑尺寸變大。

習知滾珠花鍵裝置，利用上述保持器使滾珠得以無限循環，但該保持器為塑膠射出成型製成，其長度尺寸皆已固定，故無法 適用於不同長度的螺帽，通用性不高。

本發明是有鑒於上述問題點而為的發明，其目的是，提供一種能夠充分發揮原有功能，且螺帽構件外徑能夠極限小型化，並且組裝不費工時，能夠價廉並且簡便製造又能夠維持品質可靠性的滾珠花鍵裝置。

為達成上述之目的，本發明係為一種線性傳動滾珠花鍵裝置，係包含：一花鍵軸，其朝一方向延伸為長條狀結構，定義該延伸方向為軸方向，該花鍵軸之表面設有複數條沿軸方向延伸設置的滾動溝；一移動體，其包含本體、兩迴流件及複數滾動件，該本體係設有一供該花鍵軸套設之穿孔，該穿孔之內緣面設有相對該滾動溝之滾動槽，該滾動溝與滾動槽係構成一負荷路徑，且該穿孔之兩端分別設有一安裝孔，該安裝孔之直徑係大於該穿孔之直徑且兩者相互連通，該本體更設有數量相對該滾動槽且平行於該滾動槽設置之迴流孔，該迴流孔之兩端係與該安裝孔相連通，該迴流孔之截面係為一圓形；兩該迴流件係分別容置於兩該安裝孔，該迴流件係設有數量相對該滾動槽之迴流道，該迴流道輪廓係為一U形，其兩端係分別與該負荷路徑及迴流孔銜接而構成一循環路徑；該複數滾動件係設置於該循環路徑。

藉由上述之結構，於花鍵軸與本體之間無設置保持器故可縮小該本體之外徑，而該迴流件係設置於該本體之兩端的安裝孔， 當該本體只有軸方向之長度變化時，則該迴流件仍可通用於該本體，故提高了該迴流件之通用性。

再者，為使該滾動件於該循環路徑運行時獲得較佳的順暢度，本發明係針對最容易造成滾動件運行不順暢的迴流道，進行特殊路徑之設計，其說明如下：該迴流道區分為四段，該四段分別依序銜接為爬升段、第一迴轉段、第二迴轉段及銜接段；該迴流道之寬度係大於該滾動件之直徑。該爬升段係部分容設於該滾動溝，該爬升段係具有一爬升高度及爬升長度，該爬升高度係小於該爬升長度，且該爬升長度係符合此關係式：0.25倍滾動件之直徑≦爬升長度≦0.5倍滾動件之直徑。該第一迴轉段與第二迴轉段係構成一迴轉段，該迴轉段之內輪廓的半徑係符合此關係式：0.5倍滾動件之直徑≦內輪廓的半徑≦滾動件之直徑。該第一迴轉段與第二迴轉段由軸方向觀之，該第一迴轉段與第二迴轉段之底部輪廓係分別由第一圓弧段及第二圓弧段相互相切銜接構成，該第一圓弧段與第二圓弧段之圓心係相異；且該第一圓弧段之長度係符合此關係式：0.5倍第二圓弧段的長度<第一圓弧段之長度<0.8倍之第二圓弧段的長度；以及該第一圓弧段之半徑係小於該第二圓弧段之半徑。

本發明為穩定將該迴流件固定於該安裝孔，係於該安裝孔之內緣面凹陷設置有一環形之固定槽，該迴流件設置該安裝孔時，該迴流件之端面係與該固定槽之內側槽壁相切設置，一固定件係設置於該固定槽，該固定件係抵觸於該迴流件之端面。

1‧‧‧花鍵軸

11‧‧‧滾動溝

2‧‧‧本體

21‧‧‧穿孔

211‧‧‧滾動槽

22‧‧‧安裝孔

23‧‧‧固定槽

231‧‧‧內側槽壁

24‧‧‧迴流孔

3‧‧‧迴流件

31‧‧‧迴流道

32‧‧‧端面

A‧‧‧爬升段

B‧‧‧第一迴轉段

C‧‧‧第二迴轉段

D‧‧‧銜接段

B1‧‧‧第一迴轉段之底部輪廓

C1‧‧‧第二迴轉段之底部輪廓

Q‧‧‧相切點

T‧‧‧滾動件迴轉路徑

R1‧‧‧第一圓弧段之半徑

R2‧‧‧第二圓弧段之半徑

R3‧‧‧迴轉段之內輪廓半徑

U‧‧‧迴流道之寬度

H‧‧‧爬升高度

C‧‧‧爬升長度

90‧‧‧負荷路徑

100‧‧‧循環路徑

X‧‧‧軸方向

4‧‧‧滾動件

5‧‧‧固定件

D1‧‧‧穿孔之直徑

D2‧‧‧安裝孔之直徑

B2、C2‧‧‧圓心

第一圖係為本發明線性傳動滾珠花鍵裝置之系統圖。

第二圖係為本發明線性傳動滾珠花鍵裝置之組合圖。

第三圖係為第二圖A-A剖視圖。

第四圖係為本發明線性傳動滾珠花鍵裝置之迴流件的立體圖。

第五圖係為本發明迴流件之迴流道之路徑構成示意圖。

第六圖係為本發明迴流件之迴流道之路徑構成示意圖，由軸方向觀之。

第七圖係為第五圖B-B剖視圖，係說明迴流道之爬升段細部設計。

請參閱第一圖至第三圖所示係為本發明一較佳實施例，本發明係為一種線性傳動滾珠花鍵裝置，係包含：一花鍵軸(1)，其朝一方向延伸為長條狀結構，定義該延伸方向為軸方向(X)，該花鍵軸(1)之表面設有複數條沿軸方向(X)延伸設置的滾動溝(11)；一移動體，其包含本體(2)、兩迴流件(3)及複數滾動件(4)，該本體(2)係設有一供該花鍵軸(1)套設之穿孔(21)，該穿孔(21)之內緣面設有相對該滾動溝(11)之滾動槽(211)，該滾動溝(11)與滾動槽(211)係構成一負荷路徑(90)，且該穿孔(21)之兩端分別設有一安裝孔(22)，該安裝孔(22)之直徑(D2)係大於該穿孔(21)之直徑(D1)且兩者相互連通，該本體(2)更設有數量相對該滾動槽(211)且平行於該滾動槽(211)設 置之迴流孔(24)，該迴流孔(24)之兩端係與該安裝孔(22)相連通，該迴流孔(24)之截面係為一圓形，也就是說該迴流孔(24)徑方向為封閉型態；兩該迴流件(3)係分別容置於兩該安裝孔(22)，該迴流件(3)係設有數量相對該滾動槽(211)之迴流道(31)，該迴流道(31)輪廓係為一U形，其兩端係分別與該負荷路徑(90)及迴流孔(24)銜接而構成一循環路徑(100)；該複數滾動件(4)係設置於該循環路徑(100)。

本實施例為了固定該迴流件(3)，係於該安裝孔(22)之內緣面凹陷設置有一環形之固定槽(23)，當該迴流件(3)設置該安裝孔(22)時，該迴流件(3)之端面(32)係與該固定槽(23)之內側槽壁(231)相切設置，再藉由一固定件(5)設置於該固定槽(23)後，該固定件(5)係抵觸於該迴流件(3)之端面(32)，以限制該迴流件(3)之軸方向(X)自由度，而該固定件(5)於本實施例係為一由金屬製成之C型扣，藉此，該迴流件(3)於任意方向皆由金屬材質包覆住，請配合第二圖及第三圖所示，該迴流件(3)之徑方向係由該安裝孔(22)包覆，而該迴流件(3)之軸方向(X)一端係由該固定件(5)部分包覆該端面(32)，其包覆範圍超過該端面(32)的二分之一為最佳，另一端係面向該穿孔(21)設置，如此可避免滾珠花鍵裝置因不當使用等因素，而造成滾動件(4)衝擊該迴流道(31)之力道過大時，造成該迴流件(3)破裂損壞(註：因為該迴流件大部分皆由塑膠射出成型製造)，此時因為該迴流件(3)周圍有金屬阻擋即可避免 滾動件(4)掉出該迴流道(31)，即可避免安裝該滾珠花鍵裝置之設備，因為滾動件(4)完全脫離該本體(2)與花鍵軸(1)而使設備失去原本限制的自由度，而造成設備之相關部件相互撞擊而損壞，故本發明藉由該迴流件(3)的特殊固定結構之設計，因此具有主動防止爆珠(指滾動件)的安全效果以避免更大的損害發生。

再者，請參閱第三圖至第七圖所示，為使該滾動件(4)於該循環路徑(100)運行時獲得較佳的順暢度，故本發明將該迴流道(31)區分為四段，該四段分別依序銜接為爬升段(A)、第一迴轉段(B)、第二迴轉段(C)及銜接段(D)，其中，該爬升段(A)係與負荷路徑(90)銜接，該銜接段(D)係與迴流孔(24)銜接；請參閱第七圖所示，該爬升段(A)係部分容設於該滾動溝(11)，該爬升段(A)係具有一爬升高度(H)及爬升長度(C)，該爬升高度(H)係小於該爬升長度(C)，且該爬升長度(C)係符合此關係式：0.25倍滾動件之直徑≦爬升長度(C)≦0.5倍滾動件之直徑；該第一迴轉段(B)與第二迴轉段(C)係構成一迴轉段，該迴轉段之內輪廓的半徑(R3)係符合此關係式：0.5倍滾動件之直徑≦內輪廓的半徑(R3)≦滾動件之直徑，而該迴流道(31)之寬度(U)係大於該滾動件(4)之直徑。

請參閱第六圖，該第一迴轉段(B)與第二迴轉段(C)由軸方向(X)觀之，該第一迴轉段(B)與第二迴轉段(C)之底部輪廓係分別由第一圓弧段(B1)及第二圓弧段(C1)相互相切銜接構成，其具有一相切點(Q)，該第一圓弧段(B1 )與第二圓弧段(C1)之圓心(B2、C2)係相異、且該第一圓弧段(B1)之長度係符合此關係式：0.5倍第二圓弧段(C1)的長度<第一圓弧段(B1)之長度<0.8倍之第二圓弧段(C1)的長度【註：滾動件(4)至第一迴轉段(B)之前段時仍繼續爬升，故該第一圓弧段(B1)之長度必須大於第二圓弧段(C1)之長度，才能讓第一迴轉段(B)之前段爬升幅度較為平緩，而讓滾動件(4)順暢運行至第二迴轉段(C)，而獲得較平順的滾動件(4)之迴轉路徑(T)】、以及該第一圓弧段(B1)之半徑(R1)係小於該第二圓弧段(C1)之半徑(R2)；而本發明藉由上述的路徑設計，特別於滾動件(4)脫離該滾動溝(11)時所需爬升高度的設計，將其爬升高度分散至該爬升段(A)及第一迴轉段(B)之前段(前段之定義：從爬升段與第一迴轉段銜接點起算至小於第一迴轉段之總長度的二分之一之範圍)，讓滾動件(4)於爬升段(A)的爬升高度相較以往設計低，相對亦降低了其爬升的阻力，而使滾動件(4)脫離滾動溝(11)時能運行順暢。

綜所上述，所以本發明之『具有產業之可利用性』應已毋庸置疑，除此之外，在本案實施例所揭露出的特徵技術，於申請之前並未曾見於諸刊物，亦未曾被公開使用，不但具有如上所述功效增進之事實，更具有不可輕忽的附加功效，是故，本發明的『新穎性』以及『進步性』都已符合專利法規，爰依法提出發明專利之申請，祈請惠予審查並早日賜准專利，實感德便。

以上所述實施例之揭示係用以說明本發明，並非用以限制本發明，故舉凡數值之變化與等效元件之置換，仍應隸屬本發明之 範疇。

1‧‧‧花鍵軸

11‧‧‧滾動溝

2‧‧‧本體

21‧‧‧穿孔

211‧‧‧滾動槽

22‧‧‧安裝孔

23‧‧‧固定槽

231‧‧‧內側槽壁

24‧‧‧迴流孔

3‧‧‧迴流件

31‧‧‧迴流道

32‧‧‧端面

90‧‧‧負荷路徑

100‧‧‧循環路徑

X‧‧‧軸方向

4‧‧‧滾動件

5‧‧‧固定件

A‧‧‧爬升段

D1‧‧‧穿孔之直徑

D2‧‧‧安裝孔之直徑

Claims (2)

1. 一種線性傳動滾珠花鍵裝置，係包含：一花鍵軸，其朝一方向延伸為長條狀結構，定義該延伸方向為軸方向，該花鍵軸之表面設有複數條沿軸方向延伸設置的滾動溝；一移動體，其包含本體、兩迴流件及複數滾動件，該本體係設有一供該花鍵軸套設之穿孔，該穿孔之內緣面設有相對該滾動溝之滾動槽，該滾動溝與滾動槽係構成一負荷路徑，且該穿孔之兩端分別設有一安裝孔，該安裝孔之直徑係大於該穿孔之直徑且兩者相互連通，該本體更設有數量相對該滾動槽且平行於該滾動槽設置之迴流孔，該迴流孔之兩端係與該安裝孔相連通，該迴流孔之截面係為一圓形；兩該迴流件係分別容置於兩該安裝孔，該迴流件係設有數量相對該滾動槽之迴流道，該迴流道輪廓係為一U形，其兩端係分別與該負荷路徑及迴流孔銜接而構成一循環路徑；該複數滾動件係設置於該循環路徑其中，該迴流道區分為四段，該四段分別依序銜接為爬升段、第一迴轉段、第二迴轉段及銜接段；該迴流道之寬度係大於該滾動件之直徑；其中，該爬升段係部分容設於該滾動溝，該爬升段係具有一爬升高度及爬升長度，該爬升高度係小於該爬升長度，且該爬升長度係符合此關係式：0.25倍滾動件之直徑≦爬升長度≦0.5倍滾動件之直徑； 其中，該第一迴轉段與第二迴轉段係構成一迴轉段，該迴轉段之內輪廓的半徑係符合此關係式：0.5倍滾動件之直徑≦內輪廓的半徑≦滾動件之直徑；其中，該第一迴轉段與第二迴轉段由軸方向觀之，該第一迴轉段與第二迴轉段之底部輪廓係分別由第一圓弧段及第二圓弧段相互相切銜接構成，該第一圓弧段與第二圓弧段之圓心係相異；且該第一圓弧段之長度係符合此關係式：0.5倍第二圓弧段的長度<第一圓弧段之長度<0.8倍之第二圓弧段的長度；以及該第一圓弧段之半徑係小於該第二圓弧段之半徑。
2. 如請求項1所述之線性傳動滾珠花鍵裝置，其中，該安裝孔之內緣面凹陷設置有一環形之固定槽，該迴流件設置該安裝孔時，該迴流件之端面係與該固定槽之內側槽壁相切設置，一固定件係設置於該固定槽，該固定件係抵觸於該迴流件之端面。