TWI435986B - 滾子螺桿及滾子螺桿之滾子循環方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於在螺桿軸與螺帽間介設著可進行滾動運動之滾子的滾子螺桿。
近年,有開發出在螺桿軸與螺帽間介設著可滾動運動之滾子的滾子螺桿。因為滾子與滾子滾道面係進行線接觸,因而滾子螺桿相較於滾珠螺桿之下,具有可增加能負荷之荷重的優點。但是,相較於能朝四面八方任一方向滾動的滾珠,因為滾子前進方向僅限於單一方向,因而有使滾子循環極為困難的問題。
滾子螺桿的循環路徑係由螺旋狀負荷滾子滾道路徑、以及無負荷返回路徑構成。該負荷滾子滾道路徑係形成於螺桿軸外周面的螺旋狀滾子滾道面、與螺帽內周面的螺旋狀負荷滾子滾道面之間。該無負荷返回路徑係將負荷滾子滾道路徑的一端與另一端相連接。無負荷返回路徑係形成於在螺帽上所安裝的循環構件中。若使螺桿軸對螺帽進行相對地旋轉,循環構件便將滾動至負荷滾子滾道路徑一端的滾子捧起,在通過無負荷返回路徑後,便返回負荷滾子滾道路徑另一端。藉由循環構件的設置,便可輕易地形成無負荷返回路徑。
習知滾子螺桿中,負荷滾子滾道路徑的繞圈數係設定為2~3圈以上。當循環構件係使用回流管(return pipe)時,負荷滾子滾道路徑的繞圈數係設定為例如2.5圈、3.5圈等(參照專利文獻1)。使用端蓋(end pipe)方式循環構件時,負荷滾子滾道路徑的繞圈數係設定為例如3.8圈、4.8圈等(參照專利文獻2)。
專利文獻1:日本專利特開2001-241527號公報
專利文獻2:日本專利特開2006-118649號公報
當從負荷滾子滾道路徑一端捧起的滾子返回負荷滾子滾道路徑另一端時,必需使滾子姿勢與負荷滾子滾道路徑的截面形狀呈一致。就此項需求,循環構件的無負荷返回路徑便在無負荷返回路徑內呈可使滾子姿勢旋轉的方式進行扭轉。但是,無負荷返回路徑的扭轉量越大,便頗難利用無負荷返回路徑使滾子圓滑地移動。相反的,若無負荷返回路徑的扭轉量越少,便可使滾子之移動變良好。此外,滾子的循環路徑越長,滾子發生傾斜(所謂偏斜)的可能性越高。
發明者發現無負荷返回路徑的扭轉量與負荷滾子滾道路徑的繞圈數間具有相關關係。本發明係根據此種發現而完成,其目的在於提供能減少無負荷返回路徑扭轉量的滾子螺桿、及滾子螺桿的滾子循環方法。
以下,針對本發明進行說明。
為解決上述問題,申請專利範圍第1項所記載發明的滾子螺桿,係具備有:螺桿軸、螺帽、循環構件、及複數滾子;該螺桿軸係於外周面設有螺旋狀滾子滾道面;該螺帽係在內周面設有與上述螺桿軸的上述滾子滾道面呈相對向的螺旋狀負荷滾子滾道面;該循環構件係設置於上述螺帽中,且設有將上述螺帽未滿一圈的上述負荷滾子滾道面一端與另一端相連接之無負荷返回路徑;該等複數滾子係排列於一圈滾子循環路徑中,該一圈滾子循環路徑係由在上述螺桿軸的上述滾子滾道面與上述螺帽的上述負荷滾子滾道面間、且未滿一圈的負荷滾子滾道路徑,以及上述循環構件的無負荷返回路徑所構成;而其中,使上述螺桿軸對上述螺帽進行相對旋轉時,上述循環構件係將滾動至上述未滿一圈負荷滾子滾道路徑一端的滾子導引於上述無負荷返回路徑中,並返回上述未滿一圈負荷滾子滾道路徑的另一端。
申請專利範圍第2項所記載的發明係在申請專利範圍第1項所記載的滾子螺桿中,上述循環構件的上述無負荷返回路徑係具有依包圍上述滾子周圍狀態而封閉的截面;上述循環構件係在上述無負荷返回路徑的長度方向二端部,具有將在上述負荷滾子滾道路徑中移動的滾子,捧起於上述無負荷返回路徑內的捧起部。
申請專利範圍第3項所記載的發明係在申請專利範圍第2項所記載的滾子螺桿中,上述循環構件的上述無負荷返回路徑係截面呈對應於滾子側面形狀的四角形,並且依能使在上述無負荷返回路徑中進行移動的滾子姿勢可旋轉的方式而扭轉;上述循環構件係使在截面呈四角形的無負荷返回路徑對角線位置處被二分割的分割體相結合。
申請專利範圍第4項所記載的發明係在申請專利範圍第1至3項中任一項所記載的滾子螺桿中,上述未滿一圈負荷滾子滾道路徑的繞圈數係超過0.5圈。
申請專利範圍第5項所記載的發明係在申請專利範圍第1至4項中任一項所記載的滾子螺桿中,在上述螺帽中開設有對應於上述循環構件的形狀,而從上述螺帽外周面貫穿至內周面、並且從上述未滿一圈負荷滾子滾道面之一端細長延伸至另一端的裝設孔;上述循環構件係裝設於上述螺帽的上述裝設孔內。
申請專利範圍第6項所記載發明的滾子螺桿之滾子循環方法,係在螺桿軸外周面的螺旋狀滾子滾道面、與螺帽內周面的螺旋狀負荷滾子滾道面間,將移動至所形成未滿一圈負荷滾子滾道路徑之一端的滾子,導引於上述循環構件的無負荷返回路徑中,並返回未滿一圈的上述負荷滾子滾道路徑之另一端。
若能減少無負荷返回路徑的扭轉量,便可使滾子圓滑地移動。根據申請專利範圍第1項所記載的發明,由於負荷滾子滾道路徑的繞圈數係設定為未滿一圈,因而可將在負荷滾子滾道路徑中移動的滾子,依原姿勢(正確而言係幾乎未使姿勢旋轉)移動至相鄰負荷滾子滾道路徑中。因此,可減少無負荷返回路徑的扭轉量。此外,由於負荷滾子滾道路徑的繞圈數未滿一圈,因而不易受到螺桿軸的滾子滾道面及螺帽的負荷滾子滾道面之加工精度影響,且由於在負荷滾子滾道路徑中所排列的滾子個數亦變少,因而可防止在負荷滾子滾道路徑中滾子從既定姿勢發生傾斜(所謂滾子偏斜)情況。
根據申請專利範圍第2項所記載的發明,側面呈四角形的滾子不會接觸到螺桿軸的螺牙,可返回一圈前的螺桿軸之滾子滾道面。所以,滾子可在無負荷返回路徑中圓滑地移動。
根據申請專利範圍第3項所記載的發明,由於分割體在依無負荷返回路徑的對角線位置進行分割,因而分割體不會發生底切情形。所以,分割體的製造趨於容易。
根據申請專利範圍第4項所記載的發明,可增加滾子螺桿的負荷容量。
根據申請專利範圍第5項所記載的發明,在螺帽上安裝循環構件將趨於容易。
根據申請專利範圍第6項所記載的發明,由於負荷滾子滾道路徑的繞圈數係設定為未滿一圈,因而可將在負荷滾子滾道路徑中移動的滾子,依原姿勢(正確而言係幾乎未使姿勢變化)移動至相鄰負荷滾子滾道路徑中。所以,可減少無負荷返回路徑的扭轉量。此外,由於負荷滾子滾道路徑的繞圈數未滿一圈,因而不易受螺桿軸的滾子滾道面及螺帽的負荷滾子滾道面之加工精度影響,且由於在負荷滾子滾道路徑中所排列的滾子個數亦減少,因而可防止在負荷滾子滾道路徑中滾子從既定姿勢發生傾斜(所謂滾子偏斜)情形。
圖1至圖3所示係本發明第一實施形態的滾子螺桿。圖1所示係滾子螺桿的立體圖,圖2所示係俯視圖,圖3所示係從螺桿軸軸線方向所觀看到的前視圖。
滾子螺桿係具備有螺桿軸1與螺帽2。該螺桿軸1係在外周面形成螺旋狀滾子滾道面1a。該螺帽2係在內周面形成與滾子滾道面1a呈相對向的螺旋狀負荷滾子滾道面2a。在螺桿軸1的滾子滾道面1a與螺帽2的負荷滾子滾道面2a之間,設有未滿一圈的複數負荷滾子滾道路徑6(參照圖14)。在螺帽2中就為使滾子進行循環的循環構件,係設置有將負荷滾子滾道路徑6一端與另一端相連接的偏向板(deflector)7。本實施形態中,由於設置複數(例如三個)滾子循環路徑,因而便設置複數(例如三個)偏向板7。複數偏向板7係朝螺帽2軸線方向位置偏移,且裝設於在螺帽2圓周方向上相隔均等間隔而配置的裝設孔2b內。
螺桿軸1係在諸如碳鋼、鉻鋼、或不鏽鋼等棒鋼的外周面上,將具有既定筘的螺旋狀滾子滾道面1a利用切削及研削加工或滾軋加工而形成者。螺桿軸1的滾子滾道面1a之截面係呈V字狀且其張開角度約90度。本實施形態中,在螺桿軸1外周面形成二條滾子滾道面1a。螺桿軸1的支數係可設定為一支、二支、三支等各種支數。
螺帽2係在諸如碳鋼、鉻鋼、或不鏽鋼等圓筒內周面上,將具有既定筘的螺旋狀負荷滾子滾道面2a利用切削及研削加工或淀軋加工而形成者(參照圖5)。負荷滾子滾道面2a的截面係呈V字狀且其張開角度約90度。在螺帽2外周的軸線方向端部形成用以將螺帽2安裝於對象零件上用的凸緣2c。
如圖3所示,在螺帽2中開設從外周面貫穿至內周面的複數裝設孔2b。該等複數裝設孔2b係在螺帽2軸線方向上偏離位置,且在螺帽2圓周方向上相隔均等間隔而配置。裝設孔2b係由對應於偏向板7外形形狀的細長延伸長孔而構成。螺帽2的俯視圖中,裝設孔2b係呈角度α傾斜於螺桿軸軸線方向(參照圖2)。裝設孔2b係將螺帽2內周面的未滿一圈負荷滾子滾道面之一端與另一端相連接。在裝設孔2b內形成有安裝偏向板7的凸緣11用之安裝座2b1。
在裝設孔2b中埋藏著偏向板7。使偏向板7的凸緣11配座於安裝座2b1上,藉由將諸如螺絲、螺栓等結合手段螺入安裝座2b1中,便將偏向板7安裝於螺帽2上。在偏向板7中形成將螺帽2的未滿一圈負荷滾子滾道面2a之一端與另一端相連接的無負荷返回路徑。
利用螺桿軸1的滾子滾道面1a與螺帽2的負荷滾子滾道面2a間之負荷滾子滾道路徑6、及偏向板7的無負荷返回路徑8,形成一圈滾子循環路徑(參照圖14)。負荷滾子滾道路徑6的繞圈數係設定為超過0.5圈,例如0.6~0.8圈。在滾子循環路徑中排列著多數滾子。
圖4所示係夾設於螺桿軸1的滾子滾道面1a、與螺帽2的負荷滾子滾道面2a間的滾子4一例。滾子4係呈圓筒形狀,且其直徑與長度略相等。從側面所觀看到的滾子4形狀係接近正方形。滾子4的端面4a施行圓弧狀或球面狀截角。在負荷滾子滾道路徑6中,依相鄰接滾子4的軸線幾乎平行之方式平行排列著滾子4,或依正交的方式呈十字排列。在相鄰接滾子4間亦可介設著為避免滾子間相接觸的扣件。
滾子4係由接觸到螺桿軸1的滾子滾道面1a、及螺帽2的負荷滾子滾道面2a之側面4c負荷著荷重,但其端面4a則未負荷荷重。所以,各滾子4僅螺桿軸1軸線方向之單一方向可負荷荷重。將滾子4呈十字排列時,可負荷相反二方向((1)及(2)方向)的荷重,而當滾子4呈平行排列時,僅能負荷單一方向((1)或(2)方向)的荷重。當欲負荷相反二方向((1)及(2)方向)荷重時,亦可使在複數滾子循環路徑彼此間呈平行排列的滾子4軸線4b方向呈互異。
圖6所示係偏向板7的立體圖,圖7所示係偏向板7的前視圖。偏向板7係由沿無負荷返回路徑進行二分割的一對分割體7a、7b構成。在偏向板7中設有供將偏向板7安裝於螺帽2上用的凸緣11。如圖7所示,在偏向板7下面的寬度方向二端部,形成朝螺桿軸1的滾子滾道面1a突出之捧起部9。捧起部9係將在負荷滾子滾道路徑6中移動的滾子4捧起,並導引於無負荷返回路徑。此外,偏向板7下面的寬度方向中央部10,為能避開與螺桿軸1的螺牙間之干涉而凹陷呈弓形狀。
圖8至圖10所示係分割體其中一方7a。圖8所示係立體圖,圖9所示係前視圖,圖10所示係仰視圖。在分割體7a中形成無負荷返回路徑8的一半。無負荷返回路徑8的截面形狀係對應於滾子4側面形狀的四角形,並且為能使在無負荷返回路徑8中移動的滾子4姿勢旋轉而扭轉。偏向板7係在截面呈四角形的無負荷返回路徑之對角線位置處進行二分割。無負荷返回路徑8係由直線狀中央部8a、與曲線狀二端部8b構成。無負荷返回路徑8的中央部8a呈扭轉。分割體7a係設有:對應於無負荷返回路徑8中央部8a之扭轉的厚壁部7a1、與薄壁部7a2。分割體7a的無負荷返回路徑8下側亦設有壁部12。由分割體7a、7b相結合而獲得的無負荷返回路徑8,係具有依能包圍滾子4周圍方式而封閉的截面。如圖10的仰視圖所示,在壁部12中亦形成對應於無負荷返回路徑8之扭轉的厚壁部12a與薄壁部12b。
圖11至圖13所示係分割體另一者7b。圖11所示係立體圖,圖12所示係前視圖,圖13所示係仰視圖。該分割體7b亦是形成無負荷返回路徑8的一半。由於無負荷返回路徑8呈扭轉,因而分割體7b亦具備有對應於無負荷返回路徑8之扭轉的厚壁部7b1與薄壁部7b2。依成為使無負荷返回路徑8的截面呈封閉之截面的方式,在分割體7b的無負荷返回路徑8下側亦形成壁部14。如圖13的仰視圖所示,壁部14亦形成對應於無負荷返回路徑8之扭轉的厚壁部14a與薄壁部14b。
偏向板7的分割體7a、7b係利用樹脂或金屬的切削加工或射出成形而製得。藉由將偏向板7在涵蓋無負荷返回路徑8全長的對角線位置進行二分割,便不會產生拔模死角(undercut),因而使分割體7a、7b的製造趨於容易。另外,在一對分割體其中一者7a上設置定位梢16(參照圖8),並在另一者7b上開設定位梢16嵌合用的定位孔17(參照圖11)。使用定位梢16與定位孔17將一對分割體7a、7b施行定位後,再將該等利用螺絲等結合手段進行結合。
圖14所示係螺桿軸1與偏向板7。該圖14係以為能觀看在無負荷返回路徑8中移動的滾子4之方式,便圖示著分割體7a的無負荷返回路徑8。如上述,在螺帽2的未滿一圈負荷滾子滾道面2a、與螺桿軸1的滾子滾道面1a間,形成未滿一圈的負荷滾子滾道路徑6。移動至負荷滾子滾道路徑6一端的滾子4將被偏向板7的捧起部9捧起。由於無負荷返回路徑9的截面呈封閉,因而滾子4便不會接觸到螺桿軸1的螺牙,而進入無負荷返回路徑8中。在無負荷返回路徑8中移動的滾子4,於移動中僅使其姿勢稍微旋轉。移動至無負荷返回路徑8端處的滾子4,將從偏向板7的捧起部9返回負荷滾子滾道路徑6之另一端。利用無負荷返回路徑8稍微使滾子姿勢旋轉的理由,係為使滾子4的姿勢合致於負荷滾子滾道路徑6的截面形狀。
圖15所示係在分割體另一者中移動的滾子4姿勢。得知滾子4係依照在分割體的無負荷返回路徑8中之移動,而使其姿勢旋轉。
藉由負荷滾子滾道路徑6的繞圈數減少為未滿一圈,便可盡可能地減少無負荷返回路徑8的扭轉量。此外,藉由使負荷滾子滾道路徑6的繞圈數設為未滿一圈,便可減少受到螺桿軸1的滾子滾道面1a及螺帽2的負荷滾子滾道面2a之加工精度影響,且可使負荷滾子滾道路徑6中所排列的滾子4本身數量減少,藉以便可防止滾子4從既定軸線發生傾斜(所謂滾子4偏斜)情形。
再者,由於循環構件係由偏向板7構成,相較於採用習知之端蓋方式循環構件的情況下,可減少零件數量。藉此便可減少因零件間的間隙、段差而發生的滾子4被卡住情況。
圖16所示係無負荷返回路徑8的中心線軌道21與螺桿軸1間之關係。圖16(A)之螺桿軸1的俯視圖中,無負荷返回路徑8的直線狀中央部8a係相對螺桿軸1的軸線1c呈既定角度α而傾斜。無負荷返回路徑8的曲線狀二端部8b係利用圓弧而與配合筘呈傾斜的負荷滾子滾道路徑6相連繫。圖16(B)所示螺桿軸1的前視圖中,無負荷返回路徑8的二端部8b係配置於負荷滾子滾道路徑6的接線方向上。無負荷返回路徑8的中央部8a與二端部8b係利用圓弧相連繫。
圖17所示係無負荷返回路徑8的滾子4之軸線軌跡。圖中元件符號22係指無負荷返回路徑8的中央部8a軌跡,元件符號23係指二端部8b的軌跡。藉由將負荷滾子滾道路徑6設為未滿一圈,便可減少無負荷返回路徑8中央部8a的扭轉量,可將移動至負荷滾子滾道路徑6一端的滾子4以保持原姿勢而返回一圈前的負荷滾子滾道路徑6另一端。另外,本實施形態中,由於螺桿軸1的滾子滾道面1a係二條,因而在螺桿軸1的滾子滾道面1a中移動的滾子4並非返回相鄰滾子滾道面1a,而是返回相隔一個的滾子滾道面1a中。
圖18所示係本發明第二實施形態的滾子螺桿。上述第一實施形態的滾子螺桿係當在一圈滾子循環路徑中將滾子4平行排列時,僅能負荷著螺桿軸1軸線方向單一方向的荷重。為能負荷著螺桿軸1軸線方向相反二方向的荷重,本實施形態滾子螺桿的螺帽26係將二個分割螺帽24、25在軸線方向相結合。在各分割螺帽24、25中如同上述實施形態的螺帽2,設置複數一圈滾子循環路徑,並且設有複數偏向板7。偏向板7的構造由於係如同上述第一實施形態,因此賦予相同元件符號且省略其說明。
在分割螺帽24的滾子循環路徑中,依能負荷螺桿軸1軸線方向的單一方向荷重之方式,將複數滾子平行排列。在分割螺帽25的滾子循環路徑中,依能負荷著螺桿軸1軸線方向的相反方向荷重之方式,將複數滾子平行排列。在一對分割螺帽24、25間,依配合相位而可將該等相結合的方式,介設著填隙片27。一對分割螺帽24、25係利用螺栓等結合手段相結合。
在螺桿軸1中形成二條滾子滾道面1a。在其中一分割螺帽24的滾子循環路徑中循環的滾子,係在螺桿軸1的二條滾子滾道面中之一條滾子滾道面中滾動。在另一分割螺帽25的滾子循環路徑中循環的滾子,係在螺桿軸1的二條滾子滾道面中其餘的一條滾子滾道面1a中滾動。
另外,本發明並不僅侷限於上述實施形態,在不變更本發明主旨的範疇內將可進行各種變更。例如針對一個螺帽的一圈滾子循環路徑個數係只要1個以上便可,其數量係可設定為2個、3個等各種數量。於滾子亦可取代圓筒滾子,改為使用側面賦予斜度的推拔滾子。
本說明書係以2007年11月30日提出申請的日本申請案特願2007-309609號為基礎。該案的內容均全部涵蓋於本案中。
1...螺桿軸
1a...滾子滾道面
1c...軸線
2、26...螺帽
2a...負荷滾子滾道面
2b...裝設孔
2b1...安裝座
2c、11...凸緣
4...滾子
4a...端面
4b...軸線
4c...側面
6...負荷滾子滾道路徑
7...偏向板(循環構件)
7a、7b...分割體
7a1、7b1、12a、14a...厚壁部
7a2、7b2、12b、14b...薄壁部
8...無負荷返回路徑
8a...中央部
8b...二端部
9...捧起部
10...中央部
12、14...壁部
16...定位梢
17...定位孔
21...軌道
22...無負荷返回路徑8的中央部8a軌跡
23...二端部8b的軌跡
24、25...分割螺帽
27...填隙片
圖1為本發明第一實施形態的滾子螺桿立體圖。
圖2為上述滾子螺桿的俯視圖。
圖3為從螺桿軸軸線方向所觀看到的上述滾子螺桿前視圖。
圖4為表示在螺桿軸的滾子滾道面與螺帽的負荷滾子滾道面間所介設的滾子剖視圖。
圖5為螺帽的立體圖。
圖6為偏向板的立體圖。
圖7為偏向板的前視圖。
圖8為偏向板其中一方之分割體的立體圖。
圖9為偏向板其中一方之分割體的前視圖。
圖10為偏向板其中一方之分割體的仰視圖。
圖11為偏向板另一方之分割體的立體圖。
圖12為偏向板另一方之分割體的前視圖。
圖13為偏向板另一方之分割體的仰視圖。
圖14為表示螺桿軸與偏向板的立體圖。
圖15為表示另一方之分割體的前視圖(表示在無負荷返回路徑中移動的滾子姿勢變化圖)。
圖16為表示無負荷返回路徑中心線軌道與螺桿軸間之關係圖(圖中(A)係螺桿軸的俯視圖,圖中(B)係螺桿軸的軸線方向前視圖)。
圖17為無負荷返回路徑中表示滾子軸線軌跡立體圖。
圖18為本發明第二實施形態的滾子螺桿立體圖。
1...螺桿軸
1a...滾子滾道面
2...螺帽
2a...負荷滾子滾道面
2b...裝設孔
2c...凸緣
7...偏向板(循環構件)
Claims (4)
- 一種滾子螺桿,係具備有:螺桿軸,其乃在外周面設有螺旋狀滾子滾道面;螺帽,其乃在內周面設有與上述螺桿軸的上述滾子滾道面相對向的螺旋狀負荷滾子滾道面;循環構件,其乃設置於上述螺帽中,且設有將上述螺帽的未滿一圈上述負荷滾子滾道面之一端與另一端相連接之無負荷返回路徑;複數滾子,其乃排列於一圈滾子循環路徑中,該一圈滾子循環路徑係由上述螺桿軸的上述滾子滾道面與上述螺帽的上述負荷滾子滾道面間之未滿一圈的負荷滾子滾道路徑,以及上述循環構件的無負荷返回路徑所構成;其中,在使上述螺桿軸對上述螺帽進行相對旋轉時,上述循環構件係將滾動至上述未滿一圈負荷滾子滾道路徑一端的滾子,導引至上述無負荷返回路徑,並返回上述未滿一圈負荷滾子滾道路徑的另一端,上述循環構件的上述無負荷返回路徑係具有以可包圍上述滾子周圍的狀態而被封閉的截面,其截面呈對應於滾子的側面形狀的四角形,並且由直線狀的中央部及曲線狀的二端部所構成,上述無負荷返回路徑直線狀的上述中央部,係以能使在上述無負荷返回路徑中進行移動的滾子姿勢旋轉的方式而扭 轉,上述循環構件係以不會產生拔模死角的方式,由在涵蓋截面呈四角形的無負荷返回路徑全長的對角線位置處被二分割的分割體相結合而成。
- 如申請專利範圍第1項之滾子螺桿,其中,上述循環構件係在上述無負荷返回路徑長度方向的二端部,具有將在上述負荷滾子滾道路徑移動的滾子,捧起於上述無負荷返回路徑內的捧起部。
- 如申請專利範圍第1或2項之滾子螺桿,其中,上述未滿一圈負荷滾子滾道路徑的繞圈數係超過0.5圈。
- 如申請專利範圍第1或2項之滾子螺桿,其中,在上述螺帽中開設有裝設孔,其乃對應於上述循環構件的形狀,從上述螺帽的外周面貫穿至內周面,並且從上述未滿一圈負荷滾子滾道面之一端細長地延伸至另一端;上述循環構件係裝設於上述螺帽的上述裝設孔內。
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