專利名稱：線性滑軌的滑塊制造方法及以此方法制成的滑塊的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種線性滑軌的滑塊制造方法及以此方法制成的滑塊，特別指一種應用于線性滾珠滑軌或線性滾柱滑軌上的滑塊。
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。其主要功用在于應用滾珠(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，同時由于磨擦減少，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，并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，由于其滑塊(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，因此結構上相對復雜，加工的程序亦繁瑣，導致成本相對提高。
圖1是習知線性滾珠滑軌的立體分解圖(例如美國專利6042269或6085420號專利)，該線性滾珠滑軌30的滑塊31設有一滑槽315，該滑槽315可供一滑軌34穿樞，從而使滑塊31嵌設于滑軌34上，由于需要設置提供滾動元件(滾珠351)承載的機能，在滑塊31上需設置滾動溝311，滾動溝311是滾動元件滾動的軌道，用以承載機構的負荷，因此滾動溝311表面需要具有很高的硬度(通常在HRC58以上)以達到材料的耐磨性的需求，同時滾動溝311附近的材質也需要具有相當的降伏強度(Yielding Strength)以避免材料疲勞破壞；另外，為了使滾動元件(滾珠351)可以反向移動以達到無限循環滾動的目的，在滑塊31上另需設置回流孔312，回流孔312為一通孔，由滑塊31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312的尺寸必需比滾動元件大，以容許滾動元件(滾珠351)通過，由于該回流孔312不易加工，如圖1所示，其先在滑塊31上鉆出數個圓穿孔317，再將一已具備回流孔312、翼形溝313的塑膠件316塞于其中，由于回流孔312必需同時容許滾動元件(滾珠351)及保持鏈條35通過，因此其回流孔312在圓形截面的兩側需要另外設置一翼形溝313，翼形溝313用以容許保持鏈條35的上、下凸緣352、353通過；然而，此方式不只制程復雜，且塑膠的強度遠低于鋼鐵材料，故滑塊31的結構強度也降低，此外在滑塊31的兩端面上也需要以加工的方式加工出螺孔314，螺孔314用以固定裝設在滑塊31兩端面上的端蓋(圖未示)，加工螺孔雖然并不困難，但是每一個螺孔314和回流孔312都有嚴格的相對位置要求，因此加工的困難也因而大增，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31品質不合格情形發生。
在線性滾柱滑軌方面，請參閱圖2所示，其為習知線性滾柱滑軌的立體分解圖(例如USP6109789號，USP6390678號)，該線性滾柱滑軌20的滑塊21設有一滑槽215，該滑槽215可供一滑軌24穿樞，從而使滑塊21嵌設于滑軌24上，由于滑塊21上需要設置提供滾動元件(滾柱251)承載的機能，在滑塊21上同樣需要設置滾動溝211，滾動溝211是滾動元件(滾柱251)滾動的軌道，用以承載機構的負荷，為了使滾動元件(滾柱251)可以反向移動以達到無限循環滾動的目的，在滑塊21上也需設置回流孔212，回流孔212為一通孔，但是需要制成方形，由于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；目前的做法是先鉆出數個圓穿孔217，再將一已具備方形回流孔212、翼形溝213的塑膠件216塞于其中，回流孔212必需同時容許滾動元件(滾柱251)及保持鏈條25通過，翼形溝213用以容許保持鏈條25的上凸緣252通過，另外，在滑塊21的滾動溝211上面也需要對應地設置一逃溝218以容許保持鏈條25的凸緣252通過；然而，此方式不只制程復雜，且塑膠的強度遠低于鋼鐵材料，故滑塊21的結構強度也降低；此外，在滑塊21的兩端面上也需要以加工的方式加工出螺孔214，螺孔214同樣有相對位置被嚴格要求的問題，滑塊21所面對的加工困難度相當的高。
因此，習知的線性滑軌的滑塊及其制作方法仍有需要再改進的地方；目前業界所改良的方向，分別有下列幾種方法1、為了使制造成本下降，鑄造是首先被考慮的項目，但是傳統的鑄造方式，由于模具的精度及金屬由液態變成固態的過程相當難以掌握，因此其尺寸控制困難，而鑄造后的成品仍仍需經過多道次的加工，且非圓形截面的孔加工十分困難，因此鑄造后的加工修整也很困難。
2、粉末冶金制程，其尺寸精度較高，但深孔的沖壓難度高，且材料易脆，品質風險高。
因此上述兩種將滑塊上的回流孔、滾動溝、翼形溝、逃溝等結構，在滑塊成型時一體制出的方法，各有其優缺點，并非一最佳的方法，而尚有待業界改良。

發明內容
本發明主要欲解決的技術問題在于提供一種制造容易、成本低，且硬度、精密度及降伏強度良好的線性滑軌的滑塊制造方法及以此方法制成的滑塊。
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軌的滑塊，其上至少設有滾動溝及回流孔，且該滑塊以金屬射出成型方式制造。
該回流孔的剖面為方形；且在回流孔上，平行于該回流孔可設有翼形溝。
該滾動溝上可設有逃溝。
該金屬射出成型所使用的金屬粉末包含兩種不同公稱直徑的粉末；且其公稱直徑可相差三至六倍；另外，該兩種粉末的較小尺寸的金屬粉末的重量含量比在3％以下，且其較小尺寸的金屬粉末為球形的金屬粉末；而較大尺寸的金屬粉末為形狀不規則的水噴式金屬粉末。
所述的滑塊兩端面上還可設有螺孔。
所述滑塊的密度達材料密度的98％以上。
一種線性滑軌滑塊的制造方法，其步驟包含1)將金屬粉末及結合劑混合；2)以射出成型的方式，將上述的金屬粉末及結合劑混合物制造成滑塊雛型，滑塊雛型中包含回流孔；3)將滑塊雛型加熱到結合劑液化溫度以上，以去除滑塊雛型中的結合劑；4)將滑塊雛型燒結，使金屬顆粒間產生再結晶而形成細密化組織。
該金屬粉末包含兩種不同公稱直徑的粉末；且其公稱直徑可相差三至六倍。另外，兩種粉末的較小尺寸的金屬粉末的重量含量比在3％以下；且較小尺寸的金屬粉末為球形的金屬粉末；而較大尺寸的金屬粉末為形狀不規則的水噴式金屬粉末。
采用上述方案后，由于本發明以射出成型技術配合模具取代鉆孔、研磨等繁復的機械加工技術，借助攪拌均勻的兩不同顆粒尺寸金屬粉末中的小圓形金屬顆粒填補大金屬顆粒間的間隙，使成型后的滑塊同時具備回流孔、滾動溝、翼形溝、逃溝等結構，且該等結構及四周的材質皆具有良好的硬度、精密度及降伏強度。
因此本發明具以下的優點一、因本發明的線性滑軌的滑塊，是使用金屬射出成型制程，由于在整個金屬射出成型制程中，金屬并不全面液化后再凝結，因此尺寸可以正確控制。
二、因本發明的線性滑軌的滑塊，是使用金屬射出成型制程，滑塊上的滾動溝、回流孔、翼形孔、逃溝、螺孔等結構的精密度可以提高，且其相關位置可以被準確的定位，其回流孔及翼形孔、逃溝等不需再加工，從而降低制造的因難度及成本，尤其對大量生產時的效益更加明顯。
三、因本發明是以大小比例為公稱直徑1比0.225的兩金屬粉末混合均勻后，再以金屬射出成型技術配合模具成型出滑塊，從而使經繞結后的滑塊的結晶結構密度增大，進而使滾動溝、回流孔的內壁硬度增高，同時提高滾動溝、回流孔四周材質的降伏強度。
四、本發明不需另外加工出一個大回流孔，再以大量的塑膠件填充回流孔，因此本發明的線性滑軌的滑塊也不會有習知滑塊的結構強度降低的問題。


圖1是習知線性滾珠滑軌的立體分解圖；圖2是習知線性滾柱滑軌的立體分解圖；圖3是材料結晶格子中的六面最密結構的示意圖；圖4是圖3的A-A剖視圖；圖5是本發明滑塊的結晶格子示意圖；圖6是以本發明的技術方法制出的線性滾珠滑軌的滑塊示意圖；圖7是以本發明的技術方法制出的線性滾柱滑軌的滑塊示意圖。
圖中20 線性滾柱滑軌21 滑塊 211 滾動溝212 回流孔 213 翼形溝214 螺孔215 滑槽216 塑膠件217 貫穿孔218 逃溝24 滑軌 25 保持鏈條251 滾柱252 凸緣 30 線性滑軌31 滑塊311 滾動溝312 回流孔313 翼形溝 314 螺孔 315 滑槽34 滑軌35 保持鏈條 351 滾珠352 上凸緣 353 下凸緣41 結晶球42 結晶球 43 結晶球44 結晶球45 結晶球 51 滑塊 61 滑塊511 滾動溝 611 滾動溝512 回流孔612 回流孔 513 翼形溝613 翼形溝
514 螺孔614 螺孔618 逃溝具體實施方式
本發明的實施例可應用于線性滾珠滑軌或線性滾柱滑軌的滑塊，當其應用于線性滾珠滑軌時，則設有滾動溝、圓形回流孔、翼形溝及螺孔等結構；當其應用于線性滾柱滑軌時，則設有滾動溝、方形回流孔、逃溝及螺孔等結構，其制造時是以下列的步驟完成一、先將金屬粉末和結合劑混合，做成粒狀的混合顆粒；其中的金屬粉末至少包含兩種不同粒度的金屬粉末，其中至少一種粉末是球形的金屬粉末，此球形的金屬粉末用以填充在另一種金屬粉末的接合空隙中；該大顆粒的金屬粉末以3-6倍的倍數大于小顆粒金屬粉末的公稱直徑，其中，兩金屬粉末的顆粒大小比例以公稱直徑比1比0.225為最佳，該小顆粒金屬粉末的重量以占總重的1％左右(0.225的三次方是0.011)最為理想；其中，小顆粒的金屬粉末以氣噴式(gasatomization)方法所制成，而概呈球形的外觀，該小顆粒的球形金屬粉末的直徑愈小，價格亦愈高，因此細的球形金屬粉末含量的重量比以不超過3％為佳；另，該大顆粒的金屬粉末可以水噴式(wateratomization)制成的不規則形狀的金屬粉末取代，以降低材料成本。由于金屬粉末在制造上是有公差的，且即使在同一包金屬粉末中，其每一顆金屬粉末的直徑也會有些微差異，因此在上面的說明中，公稱直徑用以表示一包金屬粉末中具有代表性的直徑。
二、利用金屬射出成型技術配合模具，將上述混合均勻的兩不同大小顆粒的金屬粉末及結合劑成型出滑塊雛型，滑塊雛型上可同時已包含滾動溝、回流孔、也可設置螺孔及翼形溝、逃溝等結構，其中，該回流孔可成型為圓形或方形。
三、將滑塊雛型加熱到結合劑氣化或液化溫度以上，以去除滑塊雛型中的結合劑。
四、將滑塊雛型再經過燒結，使粉末態的金屬顆粒間產生再結晶而形成細密化組織。
利用上述步驟所制成的滑塊，如圖6、7所示，其滑動51及61上具有滾動溝511、611，回流孔512、612等結構，也可設置螺孔514、614及翼形溝513、613，逃溝618等結構；由于在整個制程中，金屬粉末并不全面液化后再凝結，因此本發明的滑塊尺寸可以正確控制；而本實施例滑塊的密度亦可相對提高；請配合參閱圖5所示，本實施例滑塊的結晶結構以圖5所示的結晶結構呈現，其解決了圖3、4所示的結晶結構密度不佳的問題，該圖3、4所示是材料結晶格子中的六面最密結構的示意圖，圖中三個結晶球41、42、43呈正三角形排列，在三個結晶球41、42、43中心的正上方再置放一個結晶球44，此結構為相同大小結晶球的最密排列結構，但是由幾何的計算得知，其密度只有球體密度的74％；雖然在金屬射出成型的過程中，金屬顆粒在高溫時會軟化、變形及結晶，而且一般的粉末中也會包含一些不同尺寸的顆粒，可能有一些小顆粒可以填充在兩個大顆粒的夾縫中而增加密度；但習知的結晶結構的密度仍不夠理想；而使用顆粒較細的金屬顆粒是一般使用的提高材料密度的方法，其原理是在結晶成長的過程中，小顆粒成長到晶粒間相密合的變形量較小；但是如不考慮球體變形時，不管球體的尺寸為多少，其密度都只有原材料的74％，而目前即使使用很小粒度的粉末，其密度仍難達到原材料的98％。原材料的98％以下的密度對一般的機械結構可能足夠，但是線性滑軌的滑塊，由于其滾動溝需要承受類似點狀的集中負荷，密度較低仍會使其疲勞強度降低，是以習知以四個結晶球排列所形成的結晶結構，所制成的滑塊強度并不足以承受滾珠或滾柱的類似點狀的負荷。
請繼續配合參閱圖4所示，圖4是圖3的A-A剖視圖，圖中顯示沿A-A剖面，只有剖到結晶球42及44，而剖過結晶球41及43的切點。本發明借助大小不同顆粒的金屬粉末充分混合，以小顆粒球形金屬粉末增加堆積的密度，本發明在四個結晶球41、42、43、44的中央填補入一顆較小而和上述四顆結晶球相切的小結晶球45(參閱圖5)，由幾何的計算求得小結晶球45的直徑約是前述四顆結晶球直徑的0.225倍時，小結晶球45正好和相鄰的四個結晶球41、42、43、44相切，而圖5的密度約比圖3所示的結晶結構增加2.5％，此結晶排列結構使以金屬射出成型后的材料密度可達原材料的98％以上。
權利要求
1.一種線性滑軌的滑塊，其特征在于其上至少設有滾動溝及回流孔，且該滑塊以金屬射出成型方式制造。
2.如權利要求1所述線性滑軌的滑塊，其特征在于該回流孔的剖面為方形。
3.如權利要求1或2所述線性滑軌的滑塊，其特征在于該回流孔上，平行于該回流孔設有翼形溝。
4.如權利要求2所述線性滑軌的滑塊，其特征在于該滾動溝上設有逃溝。
5.如權利要求1所述線性滑軌的滑塊，其特征在于該金屬射出成型所使用的金屬粉末包含兩種不同公稱直徑的粉末。
6.如權利要求5所述線性滑軌的滑塊，其特征在于該兩種不同尺寸的粉末的公稱直徑相差三至六倍。
7.如權利要求5所述線性滑軌的滑塊，其特征在于該兩種粉末的較小尺寸的金屬粉末的重量含量比在3％以下。
8.如權利要求5所述線性滑軌的滑塊，其特征在于該兩種粉末的較小尺寸的金屬粉末為球形的金屬粉末。
9.如權利要求8所述線性滑軌的滑塊，其特征在于該兩種粉末的較大尺寸的金屬粉末為形狀不規則的水噴式金屬粉末。
10.如權利要求1所述線性滑軌的滑塊，其特征在于該滑塊兩端面上設有螺孔。
11.如權利要求1所述線性滑軌的滑塊，其特征在于該滑塊的密度達材料密度的98％以上。
12.一種線性滑軌的滑塊制造方法，其步驟包含1)將金屬粉末及結合劑混合；2)以射出成型的方式，將上述的金屬粉末及結合劑混合物制造成滑塊雛型，滑塊雛型中包含回流孔；3)將滑塊雛型加熱到結合劑液化溫度以上，以去除滑塊雛型中的結合劑；4)將滑塊雛型燒結，使金屬顆粒間產生再結晶而形成細密化組織。
13.如權利要求12所述線性滑軌的滑塊制造方法，其特征在于該金屬粉末包含兩種不同公稱直徑的粉末。
14.如權利要求13所述線性滑軌的滑塊制造方法，其特征在于該兩種粉末的公稱直徑相差三至六倍。
15.如權利要求13所述線性滑軌的滑塊制造方法，其特征在于該兩種粉末的較小尺寸的金屬粉末的重量含量比在3％以下。
16.如權利要求13所述線性滑軌的滑塊制造方法，其特征在于該兩種粉末的較小尺寸的金屬粉末為球形的金屬粉末。
17.如權利要求16所述線性滑軌的滑塊制造方法，其特征在于該兩種粉末的較大尺寸的金屬粉末為形狀不規則的水噴式金屬粉末。
全文摘要
本發明公開了一種線性滑軌的滑塊制造方法及以此方法制成的滑塊；其主要是將兩不同顆粒大小的金屬粉末予以混合均勻，再以射出成型技術及配合模具，制成一具有回流孔、滾動溝、翼形溝、逃溝等結構的滑塊，借助圓形的較小金屬顆粒填補大金屬顆粒間的間隙，及金屬粉末完全液化與同時產生一再結晶的現象，除了使滑塊的制造更為簡易、快速，同時使制成滑塊的回流孔、滾動溝、翼形溝、逃溝等結構及其四周的材質具有較佳的硬度、精密度及降伏強度。
文檔編號F16C29/06GK1696522SQ20041003899
公開日2005年11月16日 申請日期2004年5月12日 優先權日2004年5月12日
發明者許淑女, 郭長信 申請人:上銀科技股份有限公司