線性滑塊及其製造方法
2023-05-22 06:09:01
專利名稱：線性滑塊及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種線性滑塊及其製造方法，即用以導引運動機構移動方向的線性滑軌的滑塊，其中的線性滑軌包含線性滾珠滑軌及線性滾柱滑軌。
背景技術：
線性滑軌是重要的機械元件，目前已被廣泛的使用到精密機械、自動化產業、半導體產業、醫療設備及航太工業等領域中。其主要功用在於應用滾珠(ball)或是滾柱(roller)的滾動來降低機構移動時的磨擦阻力，使機構移動時更為省力，而且節約能源，同時由於磨擦減少，接觸面的磨損及升溫減少，使得機構的精度及壽命雙雙提升，並且機構的移動速度極限也大幅向前提升，因此線性滑軌可稱得上是近年來十分重要的機械傳動元件。通常線性滑軌可分為兩類，其一是使用滾珠傳動，稱為線性滾珠滑軌；另一類是使用滾柱傳動，稱為線性滾柱滑軌；然而不管是滾珠或滾柱滑軌，由於其滑塊(slider)上需要具有提供滾動元件(滾珠或滾柱)承載及循環回流等機能，因此結構上相對複雜，而加工的道次及成本高。
線性滾珠滑軌的滑塊(參考圖10)，由於其滑塊8上需要設置提供滾動元件(滾珠)承載的機能，在滑塊8上需設置滾動溝81，滾動溝81是滾動元件流動的軌道，用以承載機構的負荷，因此滾動溝81表面需要具有很高的硬度(通常在HRC 58以上)以達到材料的耐磨性的需求，同時滾動溝81附近的材質也需要具有相當的降伏強度(YieldingStrength)以避免材料疲勞破壞。另外，為了使滾動元件可以反向移動以達到無限循環滾動的目的，在滑塊8上另需設置回流孔82，回流孔82為一通孔，一般的回流孔是以機械加工(鑽孔)的方式加工出一個圓形截面的孔，由滑塊的一端面貫穿到另一端面，以使滾動元件可以通過，因此回流孔82的尺寸必需比滾動元件大，以容許滾動元件可以通過，並且也不能太大以避免滾動元件在回流孔82中擠塞而導致運動不順暢；因為滑塊8的長度必需夠長以提供足夠的承載負荷，故回流孔82的深度也會較大，通常孔的深度在孔徑的十倍左右，加工上具有相當的難度，且鑽孔的鑽頭只要略有變化，即會導致鑽孔偏移，使回流孔82在滑塊8兩端面上的出口位置不同；近來有一種加裝保持鏈條(retainer)的線性滾珠滑軌設計(例如美國專利6042269或6085420號專利)，由於其回流孔必需同時容許滾動元件及保持鏈條通過，因此其回流孔在圓形截面的兩側需要另外設置一翼形溝821，該翼形溝821用以容許保持鏈條(未顯示)通過；由於翼形溝821的加工非常困難(傳統上需要使用成形的拉刀拉制)，因此目前製造方法為在滑塊8上方先加工出一個大通孔84，在熱處理硬化後，先經過研磨，再用精密射出成形的專利製造方法在大通孔84中成形一個塑膠材質的塑膠填充塊85，這種製造方式複雜且難度高，並且在滑塊8的有限空間中鑽設的孔越大則滑塊的結構越差，因此在滑塊8中鑽設大通孔84必將降低滑塊8的結構強度。此外在滑塊8的兩端上也需要以加工的方式加工出螺孔83，螺孔83用以固定裝設在滑塊8兩端面上的端蓋(未顯示)，加工螺孔雖然並不困難，但是每一個螺孔83和回流孔82都有嚴格的相對位置要求，因此加工的困難度也因而增加，且因為機器的精度或刀具的因素，也常常會導致加工出來的相對位置錯誤，而造成滑塊品質不合格情形發生。
另一方面，對於線性滾柱滑軌來說(參考圖11)，由於其滑塊9上需要設置提供滾動元件(滾柱)承載的機能，在滑塊9上同樣需設置滾動溝91，該滾動溝91是滾動元件滾動的軌道，用以承載機構的負荷，因此滾動溝91表面及附近的材質也需要具有相當的硬度及降伏強度，以避免材料磨耗及疲勞破壞。另外，為了使滾動元件可以反向移動以達到無限循環滾動的目的，在滑塊9上也需設置回流孔92，回流孔92為一通孔，但是由於需要配合滾柱的側面輪廓，因此回流孔92的截面必需設計成方形，圓形截面的孔較容易加工，而方形截面的孔則加工的困難度及成本很高；目前使用的做法是先在滑塊9上面鑽設一個圓形的大通孔94，再以一塑膠填充塊95塞於其中(例如USP6109798號)，故和線性滾珠滑軌的情形一樣有結構強度降低的情形；此外，當線性滾柱滑軌使用保持鏈條時，由於其回流孔必需同時容許滾動元件及保持鏈條通過，因此其回流孔92靠近滾動溝91的一側需另外設置一翼形溝921，翼形溝921用以容許保持鏈條通過，另外，在滑塊的滾動溝91上面也需要對應地設置一逃溝911以容許保持鏈條通過；習知的製造方式也是先在滑塊9上鑽出一個大通孔94，再以預先成形的塑膠填充塊95填充其中(例如USP6390678號)，該製造方法不只製程複雜，且塑膠的強度遠低於鋼鐵材料，故滑塊的結構強度也將降低。此外，在滑塊9的兩端面上也需要以加工的方式加工出螺孔93，螺孔93同樣有相對位置的問題，因此加工的困難度高。
因此，習知的線性滑塊及其製作方式實仍有需要再改進的地方。
為了使製造成本下降，鑄造、熱鍛及熱擠都是可以考慮的製程方式，但是傳統的鑄造、熱鍛及熱擠等方式，對於回流孔的成型都有困難，而使成形後的成品仍需經過多道次的加工，因此製造成本難以下降。
脫臘鑄造是一種精度較高的鑄造方法，其尺寸精度較高，因此脫臘鑄造可能是一個解決線性滑塊製造問題的方法。但是脫臘鑄造對於孔的製造能力不佳，對於通孔(前後貫穿的孔)其孔深(因為是通孔，孔深即孔的全長)和孔徑比只能做到四倍以內，但是不幸地，通常線性滑塊回流孔的孔深孔徑比在十倍左右，最少也不會小於五倍，此造成脫臘鑄造並無法做為含有回流孔的線性滑塊的製造方法。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於提供一種製造容易、成本低，容易生產製造的線性滑塊，其可避免回流孔因為鑽孔不良而偏離的情形。
本發明另一要解決的技術問題在於提供一種製造線性滑塊的方法，以避免在回流孔中填充大量塑膠件而降低滑塊的結構強度。
為解決上述技術問題，本發明的技術解決方案是一種線性滑塊，其上設有提供滾動元件循環回流用的回流孔，該回流孔為一通孔，且其中間部分的孔徑小於兩端出口處的孔徑。
該回流孔的剖面為方形。
該回流孔上，平行於該回流孔設有翼形溝。
所述滑塊的滾動溝上設有逃溝。
該回流孔包含有一錐度段；且該錐度段的全錐角在1度以上。
該回流孔包含階級段；而其中間還可包含錐度段。
該滑塊兩端面上設有螺孔。
一種線性滑塊的製造方法，所述線性滑塊設有提供滾動元件循環回流用的回流孔，該回流孔中間部分的孔徑小於兩端出口處的孔徑，且以脫臘鑄造的方法製造，其中脫臘鑄造中所使用的臘模包含右模及左模，而右模及左模的合模線設置在回流孔的中間位置。
該回流孔的中間部分在脫臘鑄造後再經鑽孔加工。
採用上述方案後，由於本發明將滑塊的回流孔設置成中間部分的孔徑小於兩端出口處的孔徑，其可方便臘模脫模。經過研究發現，脫臘鑄造在通孔製造上的主要問題在於臘模的脫模過程，由於臘是相對較軟的材料，在臘模脫模時容易傷及臘的表面。為了使用脫臘鑄造來製造線性滑塊，本發明將回流孔中間部分的孔徑設計成較小，即只要可以容許線性滑塊的滾動元件通過即可；而在兩端出口處的孔徑較大，如此可以方便臘模的脫模。對於本發明回流孔的設計，主要採用的手段為在回流孔中設置錐度段或階級段設置錐度段時，回流孔的錐度可以方便脫臘鑄造過程中臘模的脫模；而設置階級段可將一個回流孔分成幾段不同的孔徑，使得單獨一段階級段的長度並不大於孔徑的四倍，因此方便臘模的脫模。因此，具有錐度段的回流孔或(及)具有階級段設計的回流孔，配合脫臘鑄造方式，可以方便線性滑塊的製造，不只製造成本降低，而製品尺寸的穩定度也高。
此外，配合本發明中回流孔的設計，本發明同時也提出一種臘模的新型式設計，即使臘模的合模線設計在線性滑塊的回流孔中段，以利脫模，如此可使線性滑塊的回流孔的孔深可以達到回流孔最小孔徑的五倍以上。
正是由於本發明的線性滑塊為一體加工而成，因此製造容易、成本低，不存在回流孔因為鑽孔不良而偏離的情形，同時也可避免在回流孔中填充大量塑膠件而降低滑塊的結構強度。
圖1是本發明線性滾珠滑塊第一實施例的立體示意圖；圖2是圖1中滑塊回流孔的一種剖視圖；圖3是圖1中滑塊回流孔的另一種剖視圖；圖4是圖3的臘模脫模示意圖；圖5是圖1中滑塊回流孔的第三種結構剖視圖；圖6是圖1中滑塊回流孔的第四種結構剖視圖；圖7為圖5中階級段附近的組合剖視圖；圖8是本發明線性滾珠滑塊第二實施例的立體示意圖；圖9是本發明線性滾柱滑塊的立體示意圖；圖10是習知線性滾珠滑塊的立體示意圖；圖11是習知線性滾柱滑塊的立體示意圖。
圖中1滑塊 11滾動溝12回流孔121翼形溝 122錐度段 123錐度段124直孔段 125階級段 126階級段12螺孔2滑塊 21滾動溝211逃溝 22回流孔221翼形溝23螺孔41右模 42左模43合模線 51轉向件52轉向件8滑塊 81滾動溝82回流孔821翼形溝 83螺孔 84大通孔85塑膠填充塊 9滑塊 91滾動溝911逃溝 92回流孔921翼形溝93螺孔94大通孔95塑膠填充塊具體實施方式
如圖1所示，其為本發明線性滾珠滑塊第一實施例的立體示意圖，圖中的滑塊1上設置有兩條滾動溝11，滾動溝11是滾動元件(滾珠)滾動的軌道，用以承載機構的負荷，因此滾動溝11表面需要具有很高的硬度以達到材料的耐磨性的需求，同時滾動溝11附近的材質也需要具有相當的降伏強度以避免材料疲勞破壞。另外，為了使滾動元件可以反向移動以達到無限循環滾動的目的，在滑塊1上，配合每一條滾動溝11各設置一個回流孔12，回流孔12為一通孔，且其孔深是孔徑的五倍以上，由滑塊1的一端面貫穿到另一端面，其尺寸比滾動元件略大，以容許滾動元件可以通過，且不會在孔內擠塞而導致不順暢；為將滑塊1兩端面上的端蓋(未顯示)固定，在滑塊1的兩端面上各設置有螺孔13以固定端蓋。為方便線性滾珠滑塊1的製造，本發明的線性滾珠滑塊1使用脫臘鑄造的做法製造，但為了配合脫臘鑄造的製造方法，本發明將回流孔中間部分的孔徑設計成較小，即只要可以容許線性滑塊的滾動元件通過即可；而在兩端出口處的孔徑較大，如此以方便臘模的脫模。
圖2是本發明線性滾珠滑塊回流孔的一種剖視圖，在回流孔12中包含一錐度段122及另一錐度段123，由於錐度段122及另一錐度段123具有錐度，因此可以方便脫臘鑄造過程中臘模的脫模；圖3是本發明線性滾珠滑塊回流孔的另一種剖視圖，回流孔12由一錐度段122、另一錐度段123及一直孔段124組合而成，其中錐度段122及另一錐度段123具有錐度，因此可以方便脫臘鑄造過程中臘模的脫模，而直孔段124則用以增加回流孔12的總長度(孔深)。
圖4是圖3的臘模脫模示意圖，其中脫臘鑄造所使用的臘模是由右模41及左模42組合而成，而右模41及左模42間的合模線43設置在回流孔12的中間位置，並且其中的錐度段122及另一錐度段123都具有錐度，該錐度正好形成模具脫模的脫模角，如此可以方便右模41及左模42的脫模。為了容易脫模，錐度段的錐度可設計在全錐角1度以上，以利脫模，且全錐角在2度左右效果較佳。對於有些設計需要很深的回流孔時，可用脫臘鑄造出具錐度段122及另一錐度段123的線性滾珠滑塊後，再以鑽孔加工的方式加工出直孔段124，由於直孔段124的功用只是容許滾動元件通過即可，沒有配合上的精度及定位精度要求，故在回流孔已具錐度段的情形下，直孔段124的加工相對容易。
圖5是本發明線性滾珠滑塊回流孔的第三種結構剖視圖，圖中的回流孔12除包含一錐度段122及另一錐度段123外，還另包含有兩個階級段125及126；其中錐度段122及另一錐度段123具有錐度，其可以方便脫臘鑄造過程中臘模的脫模，而階級段125及126由於孔徑加大，臘的強度增加，故不容易在脫模的過程中產生不良，而階級段125及126的設置也可增加回流孔12的總長度(孔深)。圖6是本發明線性滾珠滑塊回流孔的第四種結構剖視圖，圖中的直孔段124的設置可增加回流孔12的總長度(孔深)。
圖7為圖5中階級段附近的組合剖視圖，圖中在階級段126中插設有提供滾動元件轉向的轉向件51及52，轉向件51及52用以使滾動元件改變運動方向，而本發明的階級段126和轉向件51及52設計和習知技術中的大通孔84是有差別的習知技術中的大通孔84是一個貫穿的孔，對結構強度的下降影響很大，而階級段126僅設置在回流孔12兩端的一小部分，對結構強度的下降影響不大。
圖8是本發明線性滾珠滑塊第二實施例的立體示意圖，圖中增加翼形溝121的設置，由於本發明是以脫臘鑄造方式製作滑塊1，因此增設翼形溝121不會明顯增加製作的困難度。
圖9是本發明線性滾柱滑塊的立體示意圖，和線性滾珠滑塊相同，滑塊2上設置有四條滾動溝21，滾動溝21是滾動元件滾動的軌道，用以承載機構的負荷，因此滾動溝21表面及附近的材質也需要具有相當的硬度及降伏強度，以避免材料磨耗及疲勞破壞；另外，為了使滾動元件可以反向移動以達到無限循環滾動的目的，在滑塊2上也對應每一條滾動溝21設置一回流孔22，該回流孔22為一個四方形剖面的通孔，以配合滾柱的側面輪廓，其可容許滾柱平順的通過；為將滑塊2兩端面上的端蓋(未顯示)固定，在滑塊2的兩端面上各設置有兩個螺孔23以固定端蓋；此外，當線性滾柱滑軌使用保持鏈條時，由於其回流孔必需同時容許滾動元件及保持鏈條通過，因此其回流孔22靠近滾動溝21的一側需另外設置一翼形溝221，翼形溝221平行於回流孔22，用以容許保持鏈條通過，但當線性滾珠滑軌不使用保持鏈條時，則不需要設置翼形溝221；此外，為了使保持鏈條不和滾動溝21產生幹涉，在滑塊的滾動溝21上面也需要對應地設置一和滾動溝21平行的逃溝211以容許保持鏈條通過。滑塊2的製造方法和本發明的線性滾珠滑塊相同，也是使用脫臘鑄造方法製作，並且其回流孔22也設計成中間部分的孔徑比兩端小的形態，以利於臘模的脫模；而將回流孔22設計成中間部分的孔徑比兩端小，也可使用錐度段及階級段的設計方式。
本發明的線性滑塊及其製造方法使用脫臘鑄造的製程，因此製造方便而成本下降；由於本發明將回流孔中間部分的孔徑設計成較小，因此在整個脫臘鑄造製程中，臘模脫模沒有問題，且只要臘模的尺寸正確則脫臘鑄造後的成品尺寸重現性高，可避免加工變異的問題。此外，在本發明中並不需加工出一個大通孔，再以大量的塑膠填充塊填充，因此本發明線性滑軌的滑塊也不會有習知滑塊結構強度降低的問題。
權利要求
1.一種線性滑塊，其上設有提供滾動元件循環回流用的回流孔，該回流孔為一通孔，其特徵在於所述回流孔中間部分的孔徑小於兩端出口處的孔徑。
2.如權利要求1所述的線性滑塊，其特徵在於該回流孔的剖面為方形。
3.如權利要求1或2所述的線性滑塊，其特徵在於該回流孔上，平行於該回流孔設有翼形溝。
4.如權利要求2所述的線性滑塊，其特徵在於所述滑塊的滾動溝上設有逃溝。
5.如權利要求1所述的線性滑塊，其特徵在於該回流孔包含有一錐度段。
6.如權利要求5所述的線性滑塊，其特徵在於該錐度段的全錐角在1度以上。
7.如權利要求1所述的線性滑塊，其特徵在於該回流孔包含階級段。
8.如權利要求7所述的線性滑塊，其特徵在於該回流孔兩端為階級段，而中間包含錐度段。
9.如權利要求1所述的線性滑塊，其特徵在於該滑塊兩端面上設有螺孔。
10.一種線性滑塊的製造方法，所述線性滑塊設有提供滾動元件循環回流用的回流孔，其特徵在於所述回流孔中間部分的孔徑小於兩端出口處的孔徑，且以脫臘鑄造的方法製造，其中脫臘鑄造中所使用的臘模包含右模及左模，而右模及左模的合模線設置在回流孔的中間位置。
11.如權利要求10所述線性滑塊的製造方法，其特徵在於該回流孔的中間部分在脫臘鑄造後再經鑽孔加工。
全文摘要
本發明公開了一種線性滑塊及其製造方法，其線性滑塊設有滾動溝及回流孔，而且回流孔的剖面可以為方形。為了方便線性滑塊的製造，本發明使用脫蠟鑄造的製造方法製造滑塊，並配合錐度段及階級段的設計，使回流孔的製造變成更為容易，而且穩定性高。
文檔編號F16C33/64GK1683801SQ20041003328
公開日2005年10月19日 申請日期2004年4月14日 優先權日2004年4月14日
發明者許淑女, 郭長信 申請人:上銀科技股份有限公司