TWI801368B - 用於機械式地耦接一陶瓷件至一桿的零件的套件以及用於一輸送系統的輸送輥總成 - Google Patents

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Abstract

用於機械式地耦接一陶瓷件(1)至一桿的零件的套件包括一金屬製外表面，其中：該陶瓷件(1)包括一圓柱形陶瓷孔(2)，其係由一圓柱形孔壁界定並沿一縱軸X1延伸，其中該圓柱形孔壁包括至少一個凹部(4)，及其中該桿包括：一外管(8)，其包括鄰近一***部分(8i)的一突出部分(8p)，且進一步包括：●一金屬製外管壁，其與該圓柱形陶瓷孔相配，●一外管孔，其包括一圓柱形部分，至少一個凸出構件(7b、7p)，其具有可***該陶瓷件的該至少一個凹部(4)中的幾何形狀，一內心軸(5)，其沿一軸延伸且具有適於被***該外管孔中的徑向尺寸，該外管的該***部分(8i)可被***該陶瓷孔中，而該至少一個凸出構件(7b、7p)嚙合於該至少一個凹部(4)中，及該突出部分(8p)自該陶瓷件(1)向外突出，及其中該內心軸可被***該外管孔中，使得該至少一個凸 出構件(7b、7p)藉由該內心軸的一穩定部分(5s)彈性地穩定於該至少一個凹部中，及該桿因而機械式地耦接至該陶瓷件，因為該外管無法相對於該陶瓷孔沿該縱軸X1平移，其中該內心軸(5)的該穩定部分(5s)係徑向彈性，使得當於該外管施加大於用於將該金屬桿自該陶瓷件去耦接所需的預定臨限力的力時，該至少一個凸出構件(7b、7p)即被驅出該至少一個凹部(4)。

Description

用於機械式地耦接一陶瓷件至一桿的零件的套件以及用於一輸送系統的輸送輥總成
本發明係關於一種用於機械式耦接一桿至一陶瓷件的套件。一桿若無法沿其相對於陶瓷件的縱軸平移，則機械式耦接至該陶瓷件。在較佳實施例中，一機械式耦接亦避免桿繞著其相對於陶瓷件的縱軸自由轉動。例如此等實施例係關於在高溫應用中使用的陶瓷材料製轉動傳送輥。
常需要陶瓷件與金屬零件間的機械式耦接，尤其是在高溫應用中。在此類應用中，相較於金屬零件，陶瓷件常暴露於較高溫，因為其在高溫下的化學與物理穩定性較高。因此，陶瓷件較不可能因溫度變化而彎曲。陶瓷材料暴露於高溫的表面亦較不可能氧化或剝落。
但陶瓷材料較金屬難被塑形為複雜的幾何形狀，且因其易碎性而無法以過高的應力將其箝制於其他組件。在許多應用中，暴露於高溫的陶瓷件需與一總成的其他組件如用於平移及/或轉動陶瓷件的驅動機械裝置相互作用。因而常需陶瓷件至金屬桿的耦接。桿可被鎖定至陶瓷件，因而形成剛性系統，使得在耦接斷連前施加至系統的所有力均不致造成兩者間的平移及/或轉動。或者，該耦接可形成一彈性系統，其中金屬桿在施加於系統的力達到臨限值時脫離，且較佳在力降低時再度鎖定。彈性系統保護陶瓷件免於斷裂。
機械式耦接一金屬桿至一陶瓷件並非易事。一方面，金屬與陶瓷材料間機械性質差異會導致無法承受的應力集中，使得陶瓷件形成裂縫及斷裂。另一方面，陶瓷材料的熱膨脹係數(CTE)與金屬的CTE相較非常低。這對於高溫應用是一重要問題，其中在溫度自室溫升高至服務溫度時或針對暴露於溫度變動的應用而言，金屬桿相較陶瓷件膨脹得多。
文件US 5,695,675揭示一種耐火材料製的塞棒，用於控制冶金設備中熔融金屬自中間包的流動。該塞棒經一延伸金屬桿連接至一起降裝置，用於垂直起降該塞棒。在所揭示的配置中，塞棒藉由倚於塞棒中的一孔穴壁而穩定的阻擋件機械式上移耦接金屬桿，及藉由旋緊於金屬桿的螺旋部分的螺母在下降方向上耦接，並緊密靠在塞棒上緣。
需要自金屬桿至陶瓷件的轉矩傳輸的應用示例可見於一傳送設備，用於傳送物體經過例如用於玻璃退火或回火或金屬或玻璃製薄板熱處理的烘爐。包括轉動陶瓷輥的傳送器總成係用於輸送物體，其中至少一些輥係機動的。此類輥總成一般包括多個例如熔融石英製的陶瓷輥，其藉由機械式耦接於輥末端的金屬轉軸轉動 安裝於支架上。轉軸係藉由構成傳送器的零件的傳輸機械裝置轉動，例如藉由鍊條或齒輪，及轉動係藉由兩者間的機械耦接傳輸至陶瓷輥。先前技術傳送器設備的陶瓷輥一般具有沿著輥的縱軸自一端延伸至另一端的貫通通道。一金屬軸被導入並機械式耦接至貫通通道，且該系統被安裝於支架上。金屬軸轉動耦接至一驅動機械裝置，及金屬軸的轉矩經傳輸至陶瓷輥，因而驅動陶瓷輥的轉動。但沿著陶瓷輥全長的貫通通道的加工係一精細過程，且重要者係其使得陶瓷輥更易斷裂。導入陶瓷輥的貫通通道的金屬軸暴露在與陶瓷件類似的溫度下，此限制可施行此系統的應用，及/或需要使用特定及價昂的高級金屬。
文件EP 1 693 635揭示一種傳送器輥，其包括一端耦接至一金屬蓋的一陶瓷閥芯，其中一公差環(tolerance ring)被***陶瓷閥芯與金屬蓋之間。陶瓷閥芯與金屬蓋間的機械式轉動耦接因而僅係基於陶瓷閥芯、公差環與金屬蓋間的摩擦力。但若暴露於高溫度梯度下，金屬蓋與公差環(亦係金屬製)會膨脹超出陶瓷閥芯末端，導致耦接鬆脫。
US2013/0330120揭示一金屬外殼與一中空結構間的鎖定機械裝置，其係利用中空結構內的桿，徑向推壓凸出構件，因而確保中空結構固定至外殼。桿係徑向剛性的，而軸向推動構件確保了斷開。這些緊固器係農用設備的零件，用於室溫下。此種機械裝置不適合於高溫使用，推壓構件如彈簧或橡膠製品無法耐高溫。 此外，當陶瓷材料被組合於金屬件內時，須額外注意考量金屬與陶瓷材料間熱膨脹係數的巨大差異及陶瓷的不良抗拉強度。
US5141355揭示另一種在協作棒與套管間的鎖定與釋放機械裝置。可利用徑向彈性耦接微調抓力。桿係徑向剛性，且目標應用係在室溫下。
本發明的一目的係提供用於陶瓷件與金屬桿間機械式耦接的配置。機械式耦接須可至少能平移，較佳轉動，構成剛性系統，其中金屬桿被鎖定至陶瓷件，或彈性系統，其中金屬桿的可逆式脫離係當施加於系統的力超過臨限值時發生。機械式耦接易於安裝且在廣泛的應用溫度下有效，且無需陶瓷件中的貫通通道，但適用於具有盲孔的陶瓷件。
本發明係定義於隨附獨立請求項中。較佳實施例係定義於隨附獨立請求項中。特別言之，本發明係關於一種用於機械式地耦接一陶瓷件至一桿的零件的套件，其包括一金屬製外表面，其中：該陶瓷件包括一圓柱形陶瓷孔，其係由一圓柱形孔壁界定並沿一縱軸X1延伸，其中該圓柱形孔壁包括至少一個凹部，及其中該桿包括：一外管，其包括鄰近一***部分的一突出部分，且進一步包括：●一金屬製外管壁，其界定該桿的外表面，其中 該***部分的該外管壁的一部分係圓柱形，自該突出部分的一近端沿一管軸延伸至該***部分的一遠端，且具有半徑R8，與該圓柱形陶瓷孔相配，●一外管孔，其較佳包括半徑R8b的一圓柱形部分，該外管孔自該近端沿該管軸延伸且遍及該突出部分的全長，並進一步延伸遍及該***部分的至少部分長度，至少一個凸出構件，其包括具有可***該陶瓷件的該至少一個凹部中的幾何形狀的一凸出部分，一內心軸，其沿一軸延伸且具有適於被***該外管孔中的徑向尺寸，及較佳包括半徑R5
Figure 107108869-A0202-12-0005-36
R8b的一圓柱形部分，其中該外管的該***部分可被***該陶瓷孔中，而該至少一個凸出構件的該凸出部分嚙合於該至少一個凹部中，及該突出部分自該陶瓷件向外突出，及其中該內心軸可自該外管的該近端被***該外管孔中，使得該至少一個凸出構件的該凸出部分藉由該內心軸的一穩定部分彈性地穩定於該至少一個凹部中，及該桿因而機械式地耦接至該陶瓷件，因為該外管無法相對於該陶瓷孔沿該縱軸b平移，其中該內心軸的該穩定部分係徑向彈性，使得當於該外管施加大於用於將該金屬桿自該陶瓷件去耦接所需的預定臨限力的力時，該至少一個凸出構件能被驅出該至少一個凹部。
該內心軸的此彈性尤其適用的應用在於其中一轉矩可於金屬桿與陶瓷件間傳輸，及其中此經傳輸的轉矩不能超過一給定臨限值，以免陶瓷件斷裂。在一有利實施例中，該內心軸的穩定部分可具有界定一可彈性形變結構的幾何形狀。該內心軸的穩定部分可替代或另外包括一可彈性形變材料。
在一有利實施例中，該至少一個凸出構件及該至少一個凹部的該等幾何形狀使得當該凸出構件嚙合並穩定於該至少一個凹處中時，該桿機械式地耦接於該陶瓷件，使得該外管無法相對於該陶瓷孔繞該縱軸X1旋轉。在此結構設計中，一轉矩可藉由轉動外管而自金屬桿傳輸至陶瓷件。
在一有利實施例中，該桿包括三個以上凸出構件，該圓柱形陶瓷孔壁包括三個以上凹部，且該三個以上凹部在垂直於該縱軸X1的一橫向平面P1上的凸出係均勻分布於該橫向平面P1上的該圓柱形陶瓷孔的一凸出的一圓周。在此結構設計中，金屬桿可自行位於圓柱形陶瓷孔中心，使得陶瓷件與金屬桿機械式耦接時，於相同縱軸X1上對齊。該三個以上凹部可位於垂直於該縱軸X1或可與縱軸方向偏移的一相同橫向平面中。
在一有利實施例中，●該至少一個凸出構件包括具有一球直徑D的一實質上圓球，及●該外管的該***部分包括至少一個圓形穿孔，其具有大於該球直徑D的一直徑。
在此實施例中，該內心軸包括：●一圓柱形近端部分(5p)，其具有一半徑R5且包含該穩定部分，●一圓柱形遠端部分，其具有一半徑R5d<R5，及●夾於該等圓柱形近端與遠端部分間的一截頭圓錐形的中間部分，及其中該球直徑D使得R8b<(D+R5d)<(R8+δ)=R2，其中δ係該外管與該圓柱型陶瓷壁間的公差，δ=(R2-R8)。
在此實施例中，該內心軸的該穩定部分包括至少一個縱向帶，其係可彈性形變且在該至少一個縱向帶的一第一及/或一第二端處耦接至該內心軸，及其中該至少一個縱向帶的一中央部分較佳界定一半徑R5s，其中在靜置時R5s
Figure 107108869-A0202-12-0007-33
R5，使得D
Figure 107108869-A0202-12-0007-34
(R24-R5s)，其中R24係該縱軸X1與該至少一個凹部之底部間的距離，及其中當暴露於彎曲應力時，該縱軸可彎曲，諸如減少該半徑R5s<R5，較佳至少至一值R5s
Figure 107108869-A0202-12-0007-35
(R24-D)。
在一替代實施例中，該至少一個凸出構件係由一突部組成，該突部於徑向自一尖端至一基底延伸一高度Dp，該基底剛性耦接至一彈性可撓縱向帶，該彈性可撓縱向帶形成該***部分的該外管壁的一部分，及其中(Dp+R8)較佳係被涵括於R24的90與105%間，其中R24係該縱軸X1與該至少一個凹部的一封閉端間的距離。
在另一替代實施例中，依本發明的零件的套 件使得：●其進一步包括一中間管，其包括一近端部分、一遠端部分、一中間管壁及一中間管孔，其中該中間管的該遠端部分可自該外管的該近端***該外管孔中該至少一個凸出構件係由一突部組成，●該突部於徑向自一尖端至一基底延伸一高度Dp，該基底剛性耦接至一彈性可撓縱向帶，該彈性可撓縱向帶形成該中間管的該遠端部分中的該中間管壁的一部分，及其中(Dp+R8b)較佳係被涵括於R24的90與105%間，其中R24係該縱軸X1與該至少一個凹部的一封閉端間的距離，●該外管的該***部分包括至少一個圓形穿孔，其具有允許該至少一個突部通過嚙合的一直徑，及●一旦該外管的該***部分被***該陶瓷孔中，且該中間管嚙合於該外管孔中，而該至少一個突部嚙合於該至少一個圓形穿孔中及該至少一個凹部中，該內心軸具有一直徑R5，使得其可自該中間管的該近端部分被***該中間管孔中，以穩定該至少一個突部於該至少一個凹部中。
該圓柱形陶瓷孔係在該陶瓷件中的一盲孔，或者替代地，可形成兩端開放的一穿道。
該陶瓷件較佳包括熔融石英。
在一有利實施例中，該陶瓷件係用於輸送暴露於或處於至少200℃、較佳至少500℃、更佳至少800℃的高溫的產品的一輸送系統的輸送輥，及其中該外管的 該***部分暴露於至少150℃、較佳至少200℃、更佳至少300℃、且較佳不高於500℃、更佳不高於400℃的溫度。
本發明亦係關於一種用於輸送暴露於或處於至少200℃的高溫的產品的用於一輸送系統的輸送輥總成，該輸送輥包括：(a)陶瓷製且沿一縱軸X1延伸的一圓柱體，其包括一第一端與一第二端，該等第一與第二端的每一者具有一圓柱形陶瓷孔，其係由一圓柱形孔壁界定並沿一縱軸X1延伸，其中該圓柱形孔壁包括至少一個凹部，(b)一第一與第二桿，其沿該縱軸延伸且彈性耦接於該等第一與第二圓柱形陶瓷孔的每一者，該等第一與第二桿的每一者包括：(c)一外管，其包括被***該對應圓柱形陶瓷孔中的一***部分，其相鄰於自該對應圓柱形陶瓷孔突出向外的一突出部分，且進一步包括：●一金屬製外管壁，其界定該桿的外表面，其中該***部分的該外管壁的一部分係圓柱形，具有半徑R8，與該圓柱形陶瓷孔相配，●一外管孔，其包括半徑R8b的一圓柱形部分，該外管孔自該近端沿該縱軸X1延伸且遍及該突出部分的全長，並進一 步延伸遍及該***部分的至少部分長度，(d)至少一個凸出構件，其包括嚙合於該陶瓷件的該至少一個凹部中的一凸出部分，(e)一內心軸，其自該外管的該近端被***該外管孔中，使得該至少一個凸出構件的該凸出部分藉由該內心軸的一穩定部分彈性地穩定於該至少一個凹部中，及該桿因而機械式地耦接至該陶瓷件，因為該外管無法相對於該陶瓷孔沿該縱軸X1平移， 其中該內心軸的該穩定部分係徑向彈性，使得當於該外管施加大於用於將該金屬桿自該陶瓷件去耦接所需的預定臨限力的力時，該至少一個凸出構件即被驅出該至少一個凹部。
1‧‧‧陶瓷件
2‧‧‧陶瓷孔
4‧‧‧凹部
5‧‧‧內心軸
5i‧‧‧內心軸的***表面
5L‧‧‧內心軸的鎖定表面
5p‧‧‧內心軸的圓柱形近端部分
5s‧‧‧穩定部分
6i‧‧‧內心軸的縱向帶
7‧‧‧凸出構件
7b‧‧‧作為凸出構件的球
7p‧‧‧作為凸出構件的突部
8‧‧‧外管
8c‧‧‧外管的圓柱形部分
8i‧‧‧外管的***部分
8p‧‧‧外管的突出部分
9‧‧‧外管中的穿孔
10‧‧‧內心軸的遠端部分
11‧‧‧夾於心軸的圓柱形近端與遠端部分間的內心軸的截頭圓錐形的中間部分
14‧‧‧法蘭
58‧‧‧中間管
58s‧‧‧中間管的可撓縱向帶
58b‧‧‧中間管孔
58d‧‧‧中間管的遠端部分
58p‧‧‧中間管的近端部分
D‧‧‧球直徑
Dp‧‧‧突部高度
X1‧‧‧縱軸
R2‧‧‧圓柱形陶瓷孔半徑
R24‧‧‧陶瓷縱軸X1與凹部4封閉端間距離
R8b‧‧‧外管孔的圓柱形部分半徑
R8‧‧‧外管壁界定的圓柱形部分半徑
R5‧‧‧心軸的圓柱形近端部分半徑
R5L‧‧‧內心軸的鎖定表面的徑向尺寸
R5i‧‧‧內心軸的***表面的徑向尺寸
R5s‧‧‧內心軸的穩定部分半徑
R5d‧‧‧圓柱形遠端部分10半徑
R58b‧‧‧中間管孔半徑
P1‧‧‧垂直於縱軸X1的橫向平面
δ‧‧‧外管與圓柱形陶瓷壁間公差，δ=(R2-R8)
將藉由示例並參考隨附圖式解釋本發明的這些及進一步態樣，其中：第1圖概略顯示機械式耦接前的依本發明的套件的陶瓷件與金屬桿；第2圖顯示第1圖的套件的陶瓷件與金屬桿；第3圖顯示包含嵌套在一陶瓷件的一凹部中的一凸出構件的剖面圖，其中(a)凸出構件係依本發明的套件的一獨立構件，及(b)&(c)該凸出構件係依本發明的套件的一組件的組合部分；第4-6圖顯示示例1中所述零件的套件的實施例； 第7圖顯示示例2中所述零件的套件的實施例；第8圖顯示示例3中所述零件的套件的實施例；第9圖顯示示例4中所述零件的套件的實施例；該等圖式並未按比例繪示
本發明係關於用於機械式耦接陶瓷件1至包括金屬製外表面的桿的零件的套件。陶瓷件一般可係用於高溫應用的配置的組件。例如陶瓷件可為用於控制熔融金屬自中間包流動至模具中的塞棒；塞棒部分浸於熔化的金屬中，溫度高於1400℃。或者，陶瓷件可被傳送設備的傳送器輥驅動，該傳送設備係用以傳輸如玻璃或金屬薄板的負載經過用於該薄板的熱處理的熔爐。陶瓷件可係由適於所設計的應用的任何已知陶瓷材料製成。特別言之，陶瓷件可係由熔融石英、石墨、鋁、電熔融材料等製成。除了高溫傳送器輥外，陶瓷件可於各種應用中使用，包含處於高溫應用的結構零件如冶金設備中的中間包的塞棒；玻璃彎曲配件，高溫液體如熔融金屬或玻璃中的攪拌器及除沫器等。
如第1圖所示，陶瓷件1包括至少一個陶瓷孔2，其包括一圓柱形部分。為簡明之故，以下的「圓柱形陶瓷孔」係指「包括一圓柱形部分的陶瓷孔」。圓柱形陶瓷孔可係盲孔或穿孔，形成兩端開放的貫通通道。圓柱形陶瓷孔沿一縱軸X1延伸，且由圓柱形孔壁界定。在圓柱形陶瓷孔壁中，包含至少一個凹部4。此凹部的優點在於一封閉端孔穴如在陶瓷孔壁中的中空部、 缺口或槽。但在一些實施例中，凹部可係大致相對於縱軸X1徑向延伸的穿孔。
如第1&2圖所示，可將金屬桿2***圓柱形陶瓷孔中，用於將之機械式耦接至陶瓷件。桿包括一外管8，其具有金屬製外管壁。外管包括一***部分8i，其包括適於被***圓柱形陶瓷孔中的圓柱形部分8c，及適於耦接至外部部件如平移及/或轉動驅動系統的突出部分8p。
***部分8i係當耦接陶瓷件至金屬桿時被***圓柱形陶瓷孔2中的外管的部分。***部分包括一圓柱形部分8c，其半徑R8與圓柱形陶瓷孔半徑R2匹配。該***部分因而可***圓柱形槽孔中，且外管8可藉由以下將詳述的機構機械式耦接至陶瓷件1，使得外管無法沿縱軸X1相對於陶瓷件自由移動。對於令人滿意的機械式耦接而言，不應允許桿在服務溫度下在圓柱形陶瓷孔內撥動。藉由確保在所欲服務溫度下，在公差δ內的外管半徑R8實質上等於圓柱形陶瓷孔2半徑R2(及較R2小δ)，可避免桿撥動。
考量陶瓷材料與金屬的CTE差異，對於依本發明的零件的套件的高溫應用，在室溫下(=20℃)的圓柱形部分8c半徑R8一般將實質上較圓柱形陶瓷孔2半徑R2小(δ+(△R8-△R2))的值，1使得在室溫下的***部分8i可被寬鬆***圓柱形陶瓷孔中，但在升高的服務溫度下 吻合在公差δ內。
Figure 107108869-A0202-12-0012-1
1 R2(ST)-R8(ST)=δ
Figure 107108869-A0202-12-0012-16
(R2(RT)+△R2)-(R8(RT)+△R8)=δ
Figure 107108869-A0202-12-0012-17
R2(RT)-R8(RT)=δ+(△R8-△R2)，其中△Ri=α i Ri(RT)△T(i=2或4)；ST=服務溫度、RT=室溫、α=CTE。
外管8的突出部分8p係在***部分8i被***圓柱形陶瓷孔2時外管自陶瓷件1突出的部分。突出部分8p可係圓柱形，但可為適於與總成的其他組件相互作用的任何形狀，諸如與桿耦接的驅動機構，其舉例如多邊形剖面。如第1與2圖所示。
外管8中空且包括外管孔，其包括半徑R8b的圓柱形部分，R8b小於***部分8i的半徑R8，該外管孔延伸於突出部分8p的全長及***部分8i的至少部分長度。外管孔係本發明的關鍵處，因為其係用以容納桿的其他元件，用以機械式耦接桿至陶瓷件。
當組成依本發明的零件的套件時，桿2的外管8被***圓柱形陶瓷孔中，如第2圖所示。但其須機械式耦接至陶瓷件，使其無法相對於陶瓷件沿著縱軸X1自由平移或繞著X1轉動。為了機械式耦接外管至陶瓷件，依本發明的零件的套件亦包括至少一個凸出構件7，其包括可***該陶瓷件的至少一個凹部4的凸出部分。凸出構件可係套件的獨立組件7b，如第3(a)圖所示，或者其可係套件的一元件的整體部分7p，諸如外管8或下述中間管58(比較第3(b)、6與7圖)。在任何情況下，一旦組合依本發明的零件的套件，該至少一個凸出構件7b、7p即藉由下述各種機械裝置嚙合於圓柱形陶瓷孔的至少一個對應凹部中，且金屬桿機械耦接至外管8。
由於該至少一個凸出構件在無緊固件下被***對應凹部中，其亦可能會自凹部脫出，且外管接著將 不再機械耦接至陶瓷件。因此須將該至少一個凸出構件鎖定於對應凹部中。此可藉由將內心軸5***外管孔中達成。內心軸包括圓柱形部分，其半徑R5小於或實質上等於外管孔半徑R8b(R5
Figure 107108869-A0202-12-0014-31
R8b)。內心軸的整體或一部分可由金屬或其他材料如彈性體材料製成，取決於在使用桿時欲將其暴露的服務溫度而定。一剛體或依本發明的一較佳實施例，在對應凹部中的凸出構件的彈性鎖定可藉由選擇內心軸的幾何形狀及/或材料達成。
在一實施例中，外管的***部分8i包括穿孔9，其允許至少一個以上的凸出構件7b、7p的每一者沿徑向向外移動，以嚙合於圓柱形陶瓷孔2的對應的一個以上凹部4中，且因而機械式耦接外管至陶瓷件。凸出構件7b、7p較佳係由金屬製成，但其可由陶瓷材料或視所欲服務溫度由聚合物材料製成，及甚至由彈性材料如彈性體製成。
在此實施例中，凸出構件7b可係套件的獨立組件。例如第3(a)、5與6圖中所示，凸出構件7b可係直徑D的球形，其可隨著外管被***圓柱形陶瓷孔中而嵌套於外管中，且一但穿孔9面向對應凹部4，則球可被沿徑向外推穿過對應穿孔9進入凹部，同時仍跨越穿孔9並靜置於心軸的外表面上，尤其是在心軸的穩定部分5s上。
或者，如第7圖所示，凸出構件可係由一突部7p組成，該突部7p於徑向自一尖端至一基底延伸一高度Dp，該基底剛性耦接至一彈性可撓縱向帶，該彈性 可撓縱向帶形成中間管58的一部分。該高度Dp使得(Dp+R8b)較佳係被涵括於R24的90與105%間，其中R24係縱軸X1與該至少一個凹部4的一封閉端間的距離。每一凸出構件7p均包括一凸出部分，其較佳具有直徑D的球狀蓋幾何形狀。
在外管壁中的穿孔9尺寸須大到足以允許凸出構件7b、7p的凸出部分經由穿孔9***凹部4，且須小到足以使得一旦與對應凹部嚙合，凸出構件即與穿孔壁接觸，實質上遍及穿孔的所有周邊。按此方式，外管在縱向方向X1上機械耦接至陶瓷件未被卡住。如此一來，至少一個凸出構件7b、7p的凸出部分、至少一個凹部4及至少一個穿孔9的優點在於沿著縱軸X1的實質上延伸空間相同。此舉使得陶瓷件1、凸出構件7與外管8間不會發生沿縱軸X1的相對軸向移動。
在第3(b)與8圖中所示替代實施例中，外管不包括任何穿孔。取而代之者，凸出構件7p係外管的一整體部分。凸出構件的凸出部分優點在於自外管壁突出，使得其在外管8的圓柱形部分8c被***陶瓷孔2中時，可被***凹部4中。在此情況下，亦因前述段落所揭，至少一個凸出構件7p的凸出部分與至少一個凹部4的優點在於沿縱軸X1的延伸空間實質上相同。凸出構件高度低於第7圖中所示實施例，且實質上等於凹部深度(R24-R2)。
在組合依本發明的零件的套件期間，內心軸5因而係自外管8或中間管58的近端被直接***外管孔中，或者若中間管已被***外管孔中，則係被***中間管孔中。藉由內心軸的穩定部分5s，內心軸可用以穩定至少一個凸出構件7b、7p的凸出部分於至少一個凹部4中。心軸5的穩定部分5s因而需具有的幾何形狀及尺寸係使得一旦被***中間管58的外管孔的圓柱形部分8c中，凸出構件7b、7p即被夾於該穩定部分與凹部4壁間。
當凸出構件7b係套件的一獨立部件時，且當外管8包括用以容納此凸出構件7b的穿孔9時，凸出構件7b可具有的外型與尺寸使得當其被***凹部4中時，其突出於外管孔內。在此情況下，心軸的穩定部分5s因而具有的半徑R5s，實質上小於外管孔半徑，但大至足以在所欲服務溫度下徑向緊貼著穩定凸出構件於穿孔9及凹部4中。
當凸出構件7p係外管8或中間管58的一整體部分(比較第7&8圖)並自外管壁或中間管壁突出時，內心軸5的穩定部分的優點在於係圓柱形且具半徑R5。若凸出構件7p係外管8的一整體部分，則R5可實質上等於在所欲服務溫度下的外管孔的圓柱形部分8c半徑R8b。類似地，凸出構件7p係中間管58的一整體部分，則R5可實質上等於在所欲服務溫度下的中間管孔半徑R58b。在凸出構件彈性鎖定於對應凹部的情況下，穩定部分5s具有彈性結構及/或包括一彈性材料且半徑R5s>R5，使得在所欲服務溫度下，當凸出構件嚙合於凹部中並與其背壁接觸時，5s係徑向壓縮並於徑向內壓直到半徑R5。
當內心軸5被***外管孔或中間管孔中時，藉由內心軸5的穩定部分，至少一個凸出構件7b、7p的凸出部分穩定於至少一個凹部4中，且金屬桿因而機械耦接至陶瓷件1，其中外管無法相對於陶瓷孔2沿縱軸X1平移。重要處在於注意當至少一個凸出構件7b、7p的凸出部分被***至少一個凹部4中時，機械式耦接的平移係沿縱軸X1的兩方向達成。因此，金屬桿無法沿縱軸X1平移或滑進或滑出陶瓷孔2。
耦接較佳具彈性，且心軸的穩定部分5s可具有彈性結構及/或包括彈性材料。彈性係(黏性)彈性材料形變時吸收能量並於卸載時釋放至少部分該能量的能力。彈性可見於在施加的應力低於降伏應力下(高於降伏應力材料會被塑性形變)或低於斷裂應力下(高於斷裂應力材料會斷裂)的彈性材料。黏彈性材料的行為係視溫度及應變率而變。若黏彈性材料在較高應變率及/或較低溫下形變，則其行為較像前述彈性材料。若其在較低應變率及/或較高溫下形變，則其行為較像黏性材料。形變的黏性分量愈高，材料可釋放的在形變期間吸收的能量並回復到其初始組態的比率愈低。
續言之，術語「力」、「應力」及「轉矩」可依本文內容使用。所有這些術語均與「力」有關。轉矩τ係轉動力且其大小係力向量F與距離向量r(力施加點與轉動點或軸間距)的乘積(τ[Nm]=F x r)。應力σ係由力F除以該力所施加的面積A計算而得(σ[Pa]=F/A)。不論何時使用術語「轉矩」或「應力」，均易於回 溯參考「力」，且此限於其等的使用較使用術語力更為精確的特定實施例。
當施加應力於外管8時，該應力藉由嚙合於陶瓷件孔的至少一個凹部中的至少一個凸出構件傳遞至陶瓷件。凸出構件被傳遞至其的施加於外管8的應力迫出凹部外，但被內心軸5的穩定部分5s固持住。使外管8自陶瓷件去耦接的臨限力或應力可藉由將內心軸的穩定部分5s設計成足以在所施加的應力等於所欲臨限應力(用於使至少一個凸出構件被驅出該至少一個凹部且因而將外管8自陶瓷件去耦接)時形變而預定義。臨限應力較佳經選擇為低於陶瓷件的斷裂阻力，高於斷裂阻力則陶瓷件會斷裂。按此方式，若施加高於陶瓷件斷裂阻力的應力至外管，則外管藉由穩定部分的形變驅出該至少一個凸出構件而自陶瓷件去耦接，因而避免陶瓷件斷裂。接著將穩定部分5s視為彈性。相對地，若臨限力高陶瓷件的斷裂阻力，則穩定部分5s被視為剛性，因外管將不會自陶瓷件去耦接。且陶瓷材料將發生斷裂。在本發明中，穩定部分具彈性較佳。
在一較佳實施例中，臨限應力低於彈性穩定部分5s的降伏應力或斷裂應力。按此方式，當施加於於外管8的應力小於臨限應力時，彈性穩定部分回復或接近其初始形狀，因而將至少一個凸出構件嚙合於至少一個凹部中。這在外管傳遞轉矩至陶瓷件的應用中極具優勢。在轉矩峰值高於臨限應力的情況下，外管自陶瓷件去耦接，因而避免陶瓷件斷裂。當轉矩降至低於臨限應 力時，外管自動再度耦接至陶瓷件並可恢復傳遞轉矩至陶瓷件。這在陶瓷件係圓柱形傳遞元件的應用中尤具優勢。
若臨限應力高於穩定部分5s的降伏應力或斷裂應力，則在應力峰值高於陶瓷件的斷裂阻力時，陶瓷件可免於斷裂，但由於穩定部分5s永久形變或斷裂，即使應力降至低於臨限應力，其亦無法恢復外管與陶瓷件間的耦接。在此情況下，內心軸充作類似犧牲熔絲，替代陶瓷件斷裂。須以新的內心軸置換永久形變或斷裂的內心軸，以恢復外管對陶瓷件的耦接。
在本發明的一示例中，陶瓷件1的圓柱形孔壁2可包括環狀凹部，形成在該圓柱形孔壁中的周圍槽。在此結構設計中，獲得沿縱軸X1的陶瓷件1與金屬桿間平移中的機械式耦接。具有環狀凹部4並忽略任何摩擦力，但金屬桿可自由繞其縱軸X1轉動。因而可獲得金屬桿與陶瓷件間平移中的機械式耦接，但無顯著轉矩自金屬桿傳遞至陶瓷件。
若除了平移中機械式耦接外，亦欲有轉動中機械式耦接，陶瓷件1的圓柱形孔壁包括至少一個凹部4，其在相對於縱軸X1的周圍方向中尺寸受限，且***此凹部4中的凸出構件7b、7p的凸出部分實質上與相對於縱軸X1的周圍方向中的凹部尺寸相同。在第3(a)、5、6與8圖中所示情況中，其中凸出構件7b、7p經穿孔9嚙合於凹部中，接著穿孔9的優點在於相對於縱軸X1的周圍方向中的尺寸，允許凸出構件透過實質上穿孔的 整體周邊接觸穿孔壁。在此結構設計中，一旦凸出部分藉由心軸5的穩定部分5s穩定於凹部中，金屬桿在平移與轉動兩者中機械式耦接至陶瓷件1，則外管8不會相對於陶瓷件沿著縱軸X1滑動或繞其轉動。轉矩因而可藉由轉動外管而自金屬桿傳遞至陶瓷件。
在本發明的一示例中，圓柱形陶瓷孔壁包括三個以上凹部4，且在垂直於縱軸X1的橫向平面P1上的三個以上凹部的凸出在橫向平面P1上均勻分布於該圓柱形陶瓷孔的凸出的周圍上。對此結構設計尤感興趣，因為具有繞縱軸X1均勻分布的至少三個凹部4，金屬桿可自行位於圓柱形陶瓷孔中心，使得陶瓷件1與金屬桿機械式耦接時，於相同縱軸X1上對齊。這在轉動中機械式耦接金屬桿至陶瓷件時尤為重要，其中金屬桿的縱軸X1須與陶瓷件的所欲轉軸同軸。
該三個以上凹部4可屬於垂直於縱軸X1的圓柱形孔壁2的相同橫向平面。在另一結構設計中，三個以上凹部可相對於縱軸X1具軸向偏移而分布。此對薄陶瓷結構是有利的，因為在圓柱形陶瓷孔的相同周圍上對齊的三個以上凹部可能減弱陶瓷件的機械性質。
在本發明外的一實施例中，內心軸5的穩定部分5s可係徑向剛性。此處的剛性穩定部分特徵在於在所欲服務溫度下具有至少0.1GPa的壓縮或撓曲模數。在本發明的此示例中，至少一個凸出構件的凸出部分剛性穩定於至少一個凹部中。如此一來，在施加平移或轉動應力於外管8與陶瓷件1間時，即無法將凸出構件7b、 7p的凸出部分自凹部4驅出，不會中斷機械式耦接。
在本發明的替代實施例中，內心軸5的穩定部分5s具徑向彈性，使得凸出構件7b、7p的凸出部分可向下壓縮至彈性部分上，且因而在施加於外管8的力大於預定臨限力時即被驅出凹部4。此尤其適用於轉矩可於金屬桿與陶瓷件1間傳遞且此經傳遞轉矩不會超過一給定臨限以免陶瓷件斷裂的應用。例如陶瓷件1可為一傳送系統的一系列傳送器輥，其係由馬達驅動而轉動，允許負載的傳送。在負載高於所允許範圍或物品被遮擋而無法在輥的轉動下移動的情況下，此阻礙會在物品與傳送器間產生非所欲的摩擦，可能使一些輥斷裂。當達到轉矩的給定臨限時，藉由將凸出構件沿徑向下壓至心軸的徑向彈性穩定部分5s上，凸出構件的凸出部分被驅出凹部，使得金屬桿相對於陶瓷件轉動而不損及任何組件。在障礙移除時，凸出構件最後可再度面向凹部，並可將之嚙合以重新建立轉動中機械式耦接。觸發金屬桿自陶瓷件去耦接的轉矩的預定臨限，可藉由改變心軸的穩定部分的彈性(剛性)位準而調整。
在本發明的一示例中，內心軸5可包括一徑向彈性穩定部分，其具有界定彈性形變結構的幾何形狀。如第4至6圖中所示，此幾何形狀可由例如至少一個縱向帶6i界定，該縱向帶6i可彈性形變並在至少縱向帶的第一與第二端耦接至內心軸。在此結構設計中，臨限力或轉矩的值可藉由選擇具適當抗撓剛度(flexural stiffness)的材料及/或藉由改變帶厚度而調整。帶的撓曲 模數約可為不高於0.1GPa，較佳不高於0.01GPa。如第4至6圖中所示，在縱向帶的下方並可在其側邊具中空，以在達到轉矩臨限值時提供縱向帶彈性形變的空間。
在一替代實施例中，心軸5的穩定部分5s可呈中空管形式，而心軸壁尺寸可彈性形變，以在所施加力高於臨限力時將凸出構件自對應凹部驅出。
在本發明的其他示例中，內心軸5可為全圓柱體，其包括彈性材料製穩定部分，諸如在所欲服務溫度下的彈性體材料。藉由彈性材料，亦及壓縮模數不高於0.1GPa，較佳不高於0.01GPa的材料。在此結構設計中，臨限力或轉矩值可藉由選擇具適當彈性的材料及/或該材料厚度而調整，該材料可圍繞剛性材料製圓柱形核心。
[實施例]
示例1
在第4至6圖中，呈現依本發明的用於機械式耦接陶瓷件1至金屬桿的零件的套件的一實施例。在此套件中，圓柱形孔壁包括三個凹部4，其等位於垂直於縱軸X1的相同橫向平面中，該三個凹部均勻分布於該圓柱形陶瓷孔的周圍上。凸出構件7b包括三個球直徑D的實質上圓球，其可經由位在外管壁的圓柱形部分8c中的三個對應穿孔9嚙合於陶瓷件的凹部4中。該三個穿孔9直徑大於球直徑D。該三個球因而可隨著外管被***圓柱形陶瓷孔中而被驅入外管孔內，並可在穿孔面相對應的凹部時經由穿孔嚙合於對應凹部中。在本發明的 此示例中，凸出構件係球7b，凹部4的優點在於是實質上球狀且曲率半徑小於或較佳實質上等於圓球7b的半徑D/2。在一較佳實施例中，凹部及實質上圓球曲率半徑相同。
如第5與6圖所示，內心軸5具特定幾何形狀，其包括三個不同部分：●半徑R5且包含穩定部分的圓柱形近端部分5p，●半徑R5d<R5的圓柱形遠端部分10，及●夾於圓柱形近端與遠端部分間的截頭圓錐形的中間部分11。
該球直徑D使得R8b
Figure 107108869-A0202-12-0023-27
(D+R5d)
Figure 107108869-A0202-12-0023-28
(R8+δ)=R2，其中R8b係外管孔半徑，R8係外管的***部分8i的外徑，R2係圓柱形陶瓷孔半徑，及δ係該外管與該圓柱型陶瓷壁間的公差，δ=(R2-R8)。球較佳係金屬製，但其可由陶瓷材料製成，或者視所欲服務環境由聚合物材料製成，及甚至係彈性材料如彈性體。
在本發明的此實施例中，金屬桿的耦接至陶瓷件1進行如後。先將內心軸5導入外管孔中直到深度達到半徑R5d的圓柱形遠端部分10面向該外管8的穿孔9。球7b可經穿孔9導至靜置於圓柱形遠端部分10上。球不可經對應穿孔9突出外管壁外超過公差δ=(R2-R8)，使得外管、內心軸與球組成的總成可被***圓柱形陶瓷孔中。因此，球直徑D
Figure 107108869-A0202-12-0023-29
(R2-R5d)。另一方面，球不應自內心軸的遠端部分10自由轉出，因內心軸係在外管孔內。因此，球直徑D
Figure 107108869-A0202-12-0023-30
(R8b-R5d)。因此，直徑定 義為(R8b-R5d)
Figure 107108869-A0202-12-0024-24
D
Figure 107108869-A0202-12-0024-25
(R2-R5d)的球被徑向阻擋在靜置於內心軸的遠端部分10上並被嵌套於對應穿孔9中的一位置中。球可被暫時徑向緊固在嵌套於穿孔9中的此位置中，用於將外管***圓柱形陶瓷孔2中所需時間，此係利用磁鐵，藉由塗覆潤滑脂於其上，使之附著於相接觸表面，或利用在外管周圍纏繞黏著帶至穿孔的高層。
外管8的***部分可被***圓柱形陶瓷孔中直到穿孔面向對應凹部4，其中內心軸嚙合於外管孔中，而球7b靜置於內心軸的遠端部分10上並被嵌套於每一對應穿孔9中。法蘭14優點在於位於外管的***部分8i與突出部分8p間。當外管中的穿孔面向陶瓷孔中凹部時，此法蘭因此鄰接倚於陶瓷件。外管相對於凹部位置的角度方位可由外管(例如法藍)與陶瓷件兩者上的適當標誌指示。
在此階段中，內心軸可被推壓得更深入管孔中。由於前述的直徑D，球無法隨著內心軸被推向前而自穿孔移出。因此，球沿著內心軸的遠端部分的表面滾動直到抵達截頭圓錐形的中間部分11，球在該處隨著滾上由截頭圓錐形的中間部分11形成的斜坡而沿徑向向外移動，直到抵達內心軸的圓柱形近端部分5p，並止於穩定部分5s處。如前述，穩定部分5s半徑R5s
Figure 107108869-A0202-12-0024-26
R5，其中R5係內心軸的圓柱形近端部分的半徑。若內心軸的穩定部分為剛性，則R5s=R5，或者在所遇服務溫度下測量僅略高些而在公差範圍δ內。若穩定部分係彈性，則R5s可大於R5，而穩定部分可隨著球壓縮彈性部分而形變直 到R5s=R5。
若穩定部分5s係彈性，則其可包括一彈性體材料，其在所欲服務溫度下具所需壓縮性。如前述，其可具半徑R5s，等於內心軸的圓柱形近端部分的半徑R5，或者半徑R5s可大於R5。在此情況下，彈性穩定部分可形成一凸塊，並可界定用以容納球的托架。當所施加的應力高於預定臨限時，彈性穩定部分即可進一步形變直到其界定的半徑小於或等於R2-D，使得外管可沿縱軸X1平移或繞其轉動。
或者，穩定部分的彈性可係結構性達成。例如第4至6圖中所示，心軸5係中空圓柱形且心軸的穩定部分5s包括可彈性形變的縱向帶6i。縱向帶於其第一與第二端耦接至內心軸。至少一個縱向帶的中心部分界定半徑R5s，其中在靜置時，R5s
Figure 107108869-A0202-12-0025-23
R5。若半徑R5s大於內心軸的圓柱形近端部分的半徑R5，則靜置下的縱向帶形成界定該半徑R5s的拱形，其可因球而形變直到縱向帶界定的半徑等於R5。當所施加的應力一高於預定臨限時，縱向帶即可進一步形變直到界定一小於或等於R2-D的半徑，使得外管可沿縱軸X1平移或繞其轉動。
示例2
在第7圖所示的替代實施例中，套件進一步包括一中間管58，其係由中間管壁界定且具有遠端部分58d，該中間管58可自外管8的近端被***外管孔中。中間管包括突部7p，其自一尖端徑向延伸至剛性耦接至一彈性可撓縱向帶58s的基底一高度Dp，該彈性可撓縱 向帶形成該中間管壁的一部分並以懸臂耦接至中間管的近端部分58p。突部的徑向高度Dp較佳定義為(Dp+R8b)，其被涵括於R24的90與105%間，其中R8b係外管孔半徑及R24係該縱軸X1與凹部4的底部間的距離。外管8與示例1中所述外管相同。外管8的***部分8i因而包括環形穿孔9，其所具直徑允許突部7p穿越其的嚙合。
在本發明的實施例中，金屬桿至陶瓷件1的耦接進行如下。外管的***部分8i先被***陶瓷孔2中直到穿孔面向陶瓷孔的凹部4。再者，法藍14的優點在於介於外管的***部分8i與突出部分8p間。當外管中的穿孔面向陶瓷孔中凹部時，此法蘭因此鄰接倚於陶瓷件。外管相對於凹部位置的角度方位可由外管(例如法藍)與陶瓷件兩者上的適當標誌指示。
中間管58的遠端部分58d接著嚙合於外管孔中，而縱向帶58s包括向內彎曲的突部7p，如第7(b)圖所示，使得突部適配於外管孔內，直到達到穿孔的高層。在此階段中，縱向帶上的彎曲應力隨著突部沿徑向向上移動穿越穿孔並嚙合於凹部中而釋放，如第7(c)圖所示。一旦突部7p嚙合於環形穿孔中與凹部4中，半徑R5實質上等於中間管孔半徑R58b的內心軸5即可自該中間管58的近端部分58p被***中間管孔58b中。突部7p因而穩定於凹部4中。
再者，若內心軸的穩定部分係剛性，則在外管與陶瓷件間形成剛性機械式耦接。若內心軸的穩定部 分係可彈性彎曲，則在所施加的應力一高於臨限值時，突部即可因縱向帶的彎曲而自凹部退出。臨限值可藉由選擇內心軸的壓縮率而控制。如參考示例1所述，穩定部分的彈性可藉由選擇彈性材料及/或藉由設計一彈性結構而達成。
示例3
如第8圖所示，在一本發明的零件的套件的一替代實施例中，外管8不包括任何穿孔，但包括突部7p，其自一尖端徑向延伸至剛性耦接至彈性可撓縱向帶8s的基底一高度Dp，該彈性可撓縱向帶8s形成外管的***部分8i的外管壁的一部分並以懸臂耦接至外管的近端部分8p。突部的徑向高度Dp較佳定義為(Dp+R8)，其被涵括於R24的90與105%間，其中R8係外管壁半徑及R24係該縱軸X1與凹部4的底部間的距離。
在本發明的此實施例中，金屬桿至陶瓷件1的耦接進行如下。外管的***部分8i先被***陶瓷孔2中直到包括突部7p的縱向帶被向內彎曲，如第8(b)圖所示，使得突部適配於圓柱形陶瓷2孔內，直到達到凹部4的高層。在此階段中，縱向帶上的彎曲應力隨著突部沿徑向向上移動嚙合於凹部中而釋放，如第8(c)圖所示。再者，法藍14的優點在於介於外管的***部分8i與突出部分8p間。當外管中的穿孔面向陶瓷孔中凹部時，此法蘭因此鄰接倚於陶瓷件。外管相對於凹部位置的角度方位可由外管(例如法藍)與陶瓷件兩者上的適當標誌指示。
一旦突部7p嚙合於凹部4中，半徑R5實質上等於外管孔半徑R8b的內心軸5即可自該外管8的近端部分8p被***外管孔8b中。突部7p因而穩定於凹部4中。再者，若內心軸的穩定部分係剛性，則在外管與陶瓷件間形成剛性機械式耦接。若內心軸的穩定部分係可彈性彎曲，則在所施加的應力一高於臨限值時，突部即可因縱向帶的彎曲而自凹部退出。臨限值可藉由選擇內心軸的壓縮率而控制。如參考示例1所述，穩定部分的彈性可藉由選擇彈性材料及/或藉由設計一彈性結構而達成。
示例4
在第9圖中，呈現依本發明的用於機械式耦接陶瓷件1至金屬桿的零件的套件的一實施例。在此套件中，圓柱形孔壁包括三個凹部4，其等位於垂直於縱軸X1的相同橫向平面中，該三個凹部均勻分布於該圓柱形陶瓷孔的周圍上。外管8與示例1&2中所述外管相同，而圓柱形部分8c包括三個穿孔9。凸出構件7b包括三個球直徑D的實質上圓球，其可經由外管壁的三個對應穿孔9嚙合於陶瓷件的凹部4中。該三個穿孔9直徑大於球直徑D。該三個球因而可隨著外管被***圓柱形陶瓷孔中而被驅入外管孔內，並可在穿孔面相對應的凹部時經由穿孔嚙合於對應凹部中。類似於本發明的示例1，其中凸出構件係球7b，凹部4的優點在於是實質上球狀且曲率半徑小於或較佳實質上等於圓球7b的半徑D/2。在一較佳實施例中，凹部及實質上圓球曲率半 徑相同。
如第9(c)圖所示，內心軸5具有一特定幾何形狀，其包括一穩定部分5s，其剖面並非旋轉的幾何形狀，而較佳係相對於內心軸的縱軸軸向對稱。對於包括N個球7b的系統，穩定部分5s的剖面包括徑向尺寸R5L的N個鎖定表面5L，及徑向尺寸R5i<R5L的N個***表面5i。在第9圖中，N=3。這些鎖定表面5L及***表面5i以交替序列均勻分布於該內心軸的5的周圍上。
球直徑D使得R8b<(D+R5i)<R2，其中R8b係外管孔半徑及R2係圓柱形陶瓷孔2半徑，如上述。球較佳係由金屬製成，但其可由陶瓷材料或視所欲服務溫度由聚合物材料製成。
在本發明的此實施例中，金屬桿至陶瓷件1的耦接進行如下。內心軸5先被導入外管孔中直到深度達到心軸的穩定部分5s面向該外管的穿孔9，及角度定向使得穩定部分5d的***表面5i面向穿孔9。球7b接著可經由穿孔9被導至靜置於對應的三個***表面5i上。球不可經對應穿孔9突出外管壁外超過公差δ=(R2-R8)，使得外管、內心軸與球組成的總成可被***圓柱形陶瓷孔中。因此，球直徑D
Figure 107108869-A0202-12-0029-19
(R2-R5i)。另一方面，球不應自內心軸的***表面自由滾動，因內心軸係在外管孔內。因此，球直徑D
Figure 107108869-A0202-12-0029-20
(R8b-R5i)。因此，直徑定義為(R8b-R5i)
Figure 107108869-A0202-12-0029-21
D
Figure 107108869-A0202-12-0029-22
(R2-R5i)的球被阻擋在***表面與其等被嵌套的穿孔間，並可因此不自***部分5s移出。球可被徑向緊固在嵌套於穿孔9中的此位置中，用於將外管、 內心軸及球***圓柱形陶瓷孔中所需時間，此係利用磁鐵，藉由塗覆潤滑脂於其上，使之附著於相接觸表面，或利用在外管周圍纏繞黏著帶至穿孔的高層。
外管8的***部分可被***圓柱形陶瓷孔中直到穿孔面向對應凹部4，其中內心孔嚙合於外管孔中，而球7b靜置於穩定剖面的***表面5i上並被嵌套於每一對應穿孔9中。法蘭14優點在於位於外管的***部分8i與突出部分8p間。當外管中的穿孔面向陶瓷孔中凹部時，此法蘭因此鄰接倚於陶瓷件。外管相對於凹部位置的角度方位可由外管(例如法藍)與陶瓷件兩者上的適當標誌指示。
在此階段中，內心軸可相對於外管孔繞縱軸X1旋轉。由於前述的直徑D，球無法隨著內心軸被轉動360°/2N的角度而自穿孔移出。在第9圖中有N=3個球，內心軸可轉動角度為60°。內心軸5的轉動係用以將球自***表面5i帶至內心軸的穩定部分5s的鎖定表面5L上。***部分的剖面須使得球7b可隨著正被轉動的內心軸而自***表面滾動至鎖定表面。因此在***表面與相鄰鎖定表面間的過渡區較佳係平滑的，且不應具有大於R5L的半徑尺寸，以免撞擊凹部底部表面的球會阻擋內心軸的轉動。在內心軸轉動期間，隨著球自與縱軸X1間隔距離R5i的***表面滾動至與縱軸X1間隔距離R5L>R5i的鎖定表面，球沿徑向向外移動並嚙合於凹部中。具有R2<(R5L+D)
Figure 107108869-A0202-12-0030-18
R24，隨著球靜置於對應鎖定表面上，球嚙合於凹部中並被嵌套於外管的穿孔中，因而 機械式耦接外管至陶瓷件。
再者，若內心軸的穩定部分係剛性，則在外管與陶瓷件間形成剛性機械式耦接。若內心軸的穩定部分係可彈性彎曲，則在所施加的應力一高於臨限值時，突部即可因縱向帶的彎曲而自凹部退出。臨限值可藉由選擇內心軸的壓縮率而控制。如參考示例1所述，穩定部分的彈性可藉由選擇彈性材料及/或藉由設計一彈性結構而達成。
結語
如前述，本發明提供多種結構設計的機械式耦接金屬桿至陶瓷件的可靠解決方案。特別言之，其允許平移及/或轉動中機械式耦接。機械式耦接可為剛性或彈性，可簡單藉由控制內心軸的穩定部分5s的幾何形狀及/或材料為之。此允許簡易控制用於可逆式去嚙合金屬桿與陶瓷件的機械式耦接所需的臨限力。
本發明適用於任何陶瓷件，不論其包括穿孔或盲孔均可。利用盲孔的機械式耦接優點在於易於達成，且隔離金屬桿與使用陶瓷件的任何高溫環境，因此降低桿用金屬上的熱需求。傳送系統的陶瓷輥的一典型示例示如第4圖，用於傳送物品經過高溫爐。藉由限制金屬桿穿透陶瓷輥兩端至一縮減長度，金屬桿可離開爐的高溫區。類似地，在用於控制熔融金屬自中間包的流動的塞棒中，金屬桿無須穿透至陶瓷塞棒中深入熔融金屬液面，因而降低其所暴露的溫度。
爰此，本發明亦係關於零件的套件，其中該 陶瓷件係傳送系統的傳送器輥1，用於傳送暴露於或處於至少200℃，較佳至少500℃，更佳至少800℃高溫的產品，及其中桿的***部分暴露的溫度係至少150℃，較佳至少200℃，更佳至少300℃，且較佳不高於500℃，更佳不高於400℃。
1‧‧‧陶瓷件
5‧‧‧內心軸
6i‧‧‧內心軸的縱向帶
7b‧‧‧作為凸出構件的球
8‧‧‧外管
14‧‧‧法蘭

Claims (21)

  1. 一種用於機械式地耦接一陶瓷件至一桿的零件的套件，其包括一金屬製外表面，其中：該陶瓷件包括一圓柱形陶瓷孔，其係由一圓柱形孔壁界定並沿一縱軸X1延伸，其中該圓柱形孔壁包括至少一個凹部，及其中該桿包括：一外管，其包括鄰近一***部分的一突出部分，且進一步包括：●一金屬製外管壁，其界定該桿的外表面，其中該***部分的該外管壁的一部分係圓柱形，自該突出部分的一近端沿一管軸延伸至該***部分的一遠端，且具有半徑R8，與該圓柱形陶瓷孔相配，●一外管孔，該外管孔自該近端沿該管軸延伸且遍及該突出部分的全長，並進一步延伸遍及該***部分的至少部分長度，至少一個凸出構件，其包括具有可***該陶瓷件的該至少一個凹部中的幾何形狀的一凸出部分，一內心軸，其沿一軸延伸且具有適於被***該外管孔中的徑向尺寸，其中該外管的該***部分可被***該陶瓷孔中，而該至少一個凸出構件的該凸出部分嚙合於該至少一個凹部中，及該突出部分自該陶瓷件向外突出，及其中該內心軸可自該外管的該近端被***該外管孔 中，使得該至少一個凸出構件的該凸出部分藉由該內心軸的一穩定部分彈性地穩定於該至少一個凹部中，及該桿因而機械式地耦接至該陶瓷件，因為該外管無法相對於該陶瓷孔沿該縱軸X1平移，其特徵在於該內心軸的該穩定部分係徑向彈性，使得當於該外管施加大於用於將該金屬桿自該陶瓷件去耦接所需的預定臨限力的力時，該至少一個凸出構件能被驅出該至少一個凹部。
  2. 如請求項1之零件的套件，其中該外管孔包括半徑R8b的一圓柱形部分，以及該內心軸包括半徑R5
    Figure 107108869-A0305-02-0040-1
    R8b的一圓柱形部分。
  3. 如請求項2之零件的套件，其中該至少一個凸出構件及該至少一個凹部的該等幾何形狀使得當該凸出構件嚙合並穩定於該至少一個凹部中時，該桿機械式地耦接於該陶瓷件，使得該外管無法相對於該陶瓷孔繞該縱軸X1旋轉。
  4. 如請求項2或3之零件的套件，其中該桿包括三個以上凸出構件，且其中該圓柱形陶瓷孔壁包括三個以上凹部，且其中該三個以上凹部在垂直於該縱軸X1的一橫向平面P1上的凸出係均勻分布於該橫向平面P1上的該圓柱形陶瓷孔的一凸出的一圓周。
  5. 如請求項4之零件的套件，其中該三個以上凹部位於垂直於該縱軸X1的一相同橫向平面中。
  6. 如請求項2之零件的套件，其中該內心軸的該穩定部分具有界定一可彈性形變結構的一幾何形狀。
  7. 如請求項6之零件的套件，其中該內心軸的該穩定部分係呈一中空管的形式。
  8. 如請求項2之零件的套件，其中該內心軸的該穩定部分包括一可彈性形變材料。
  9. 如請求項2之零件的套件，其中：●該至少一個凸出構件包括具有一球直徑D的一實質上圓球，及●該外管的該***部分包括至少一個圓形穿孔，其具有大於該球直徑D的一直徑。
  10. 如請求項8之零件的套件，其中該內心軸包括：●一圓柱形近端部分，其具有一半徑R5且包含該穩定部分，●一圓柱形遠端部分，其具有一半徑R5d<R5，及●夾於該等圓柱形近端與遠端部分間的一截頭圓錐形的中間部分，及其中該球直徑D使得R8b<(D+R5d)<(R8+δ)，其中δ係該外管與該圓柱型陶瓷壁間的公差，δ=(R2-R8)。
  11. 如請求項9之零件的套件，其中該內心軸的該穩定部分包括至少一個縱向帶，其係可彈性形變且在該至少一個縱向帶的一第一端及一第二端的至少一者處耦接至該內心軸。
  12. 如請求項11之零件的套件，其中該至少一個縱向帶的一中央部分界定一半徑R5s，其中在靜置時RSs
    Figure 107108869-A0305-02-0041-2
    R5，使得D
    Figure 107108869-A0305-02-0041-3
    (R24-R5S)，其中R24係該縱軸X1與該至少一個凹部之底部間的距離，及其中當暴露於 彎曲應力時，該縱向帶可彎曲以減少該半徑R5s<R5。
  13. 如請求項12之零件的套件，其中該縱向帶可彎曲以減少該半徑R5s至少至一值R5s
    Figure 107108869-A0305-02-0042-4
    (R24-D)。
  14. 如請求項2之零件的套件，其中該至少一個凸出構件係由一突部組成，該突部於徑向自一尖端至一基底延伸一高度Dp，該基底剛性耦接至一彈性可撓縱向帶，該彈性可撓縱向帶形成該***部分的該外管壁的一部分。
  15. 如請求項14之零件的套件，其中(Dp+R8)係被涵括於R24的90與105%間，其中R24係該縱軸X1與該至少一個凹部的一封閉端間的距離。
  16. 如請求項2之零件的套件，其中：●其進一步包括一中間管，其包括一近端部分、一遠端部分、一中間管壁及一中間管孔，其中該中間管的該遠端部分可自該外管的該近端被***該外管孔中，●該至少一個凸出構件係由一突部組成，該突部於徑向自一尖端至一基底延伸一高度Dp，該基底剛性耦接至一彈性可撓縱向帶，該彈性可撓縱向帶形成該中間管的該遠端部分中的該中間管壁的一部分，●該外管的該***部分包括至少一個圓形穿孔，其具有允許該至少一個突部通過嚙合的一直徑，及●一旦該外管的該***部分被***該陶瓷孔中，且該中間管嚙合於該外管孔中，而該至少一個突部嚙合於該至少一個圓形穿孔中及該至少一個凹部中，該 內心軸具有一直徑R5，使得其可自該中間管的該近端部分被***該中間管孔中，以穩定該至少一個突部於該至少一個凹部中。
  17. 如請求項16之零件的套件，其中(Dp+R8b)較佳係被涵括於R24的90與105%間，其中R24係該縱軸X1與該至少一個凹部的一封閉端間的距離。
  18. 如請求項2之零件的套件，其中該圓柱形陶瓷孔係在該陶瓷件中的一盲孔。
  19. 如請求項3之零件的套件，其中該陶瓷件係用於輸送暴露於或處於至少200℃的高溫的產品的一輸送系統的輸送輥，及其中該外管的該***部分暴露於至少150℃。
  20. 如請求項19之零件的套件，其中該外管的該***部分暴露於不高於500℃的溫度。
  21. 一種用於輸送暴露於或處於至少200℃的高溫的產品的用於一輸送系統的輸送輥總成，該輸送輥包括：(a)陶瓷製且沿一縱軸X1延伸的一圓柱體，其包括一第一端與一第二端，該等第一與第二端的每一者具有一圓柱形陶瓷孔，其係由一圓柱形孔壁界定並沿一縱軸X1延伸，其中該圓柱形孔壁包括至少一個凹部，(b)一第一與第二桿，其沿該縱軸延伸且彈性耦接於該等第一與第二圓柱形陶瓷孔的每一者，該等第一與第二桿的每一者包括：(c)一外管，其包括被***該對應圓柱形陶瓷孔中的一 ***部分，其相鄰於自該對應圓柱形陶瓷孔突出向外的一突出部分，且進一步包括：●一金屬製外管壁，其界定該桿的外表面，其中該***部分的該外管壁的一部分係圓柱形，具有半徑R8，與該圓柱形陶瓷孔相配，●一外管孔，其包括半徑R8b的一圓柱形部分，該外管孔自該近端沿該縱軸X1延伸且遍及該突出部分的全長，並進一步延伸遍及該***部分的至少部分長度，(d)至少一個凸出構件，其包括嚙合於該陶瓷件的該至少一個凹部中的一凸出部分，(e)一內心軸，其自該外管的該近端被***該外管孔中，使得該至少一個凸出構件的該凸出部分藉由該內心軸的一穩定部分彈性地穩定於該至少一個凹部中，及該桿因而機械式地耦接至該陶瓷件，因為該外管無法相對於該陶瓷孔沿該縱軸X1平移，其特徵在於該內心軸的該穩定部分係徑向彈性，使得當於該外管施加大於用於將該金屬桿自該陶瓷件去耦接所需的預定臨限力的力時，該至少一個凸出構件即被驅出該至少一個凹部。
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