CN100378354C - 线性移动装置 - Google Patents

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Abstract

一种直接驱动装置，其中即使当用弹性体作为保持片材料时，通过抑制由于诸如润滑剂的油脂膨润的影响而导致的滚动件之间中心距的变化，也能以低成本进一步提高运转性能、低噪音性和耐久性。在包括置于循环方向上彼此相邻的各个钢珠B之间的弹性材料制成的保持片(100)的线性导向装置中，保持片(100)的凹面(101)在小于等于与保持片(100)邻接的钢珠B直径的50%的位置处接触钢珠B，制动件(100)的刚度设定在0.053-0.173N/μm的范围内。

Description

线性移动装置
技术领域
本发明涉及一种用在工业机器中的线性移动装置，诸如线性导向装置、滚珠螺旋装置、滚珠花键装置或者线性轴承装置。
背景技术
作为这种类型的现有线性移动装置，例如，如图9所示的一种线性导向装置已是公知的，其包括在轴向上纵向延伸的导轨(导轴)1和可动地跨越安装在导轨上的滑块(活动件)2。
轴向延伸的滚动件滚动槽(rolling member rolling groove)3分别形成在导轨1的两个横向侧面上，滑块2的滑块主体2A具有分别形成在与滚动件滚动槽3相对的两个套部4横向内表面的滚动件滚动槽(未示出)。
接着，作为滚动件的多个钢珠可旋转地装载在相对的滚动件滚动槽之间，而滑块2可以借助于钢珠的滚动运动在导轨1上轴向移动。随着该运动，置于导轨1和滑块2之间的钢珠引导滚动运动并且移动到滑块2的滑块主体2A的端部，为了轴向连续移动滑块2，钢珠必须连续地循环。
接着，在滑块主体2A约套部4中进一步形成轴向穿透的线性滚动件沟道(未示出)，端盖5形成在滑块主体2A的前端和后端上，弯曲成半弧形状与滚动件滚动槽和线性滚动件沟道都连通的滚动件循环R部分6(参照图10)形成于端盖5上，以构成一个滚动件连续循环轨道7。
此外，如图10所示，在滚动件连续循环轨道7中彼此相邻的各钢珠B之间，在与钢珠B相对的两个横向表面上具有凹面8的保持片9形成为该保持片9在其凹面8处与钢珠B接触。例如，如日本公开专利申请No.2000-120825中所示，已经提出一种保持片，其即使在间隔件(保持片)被置于所装载的球体之间的情况下也不会降低负载容量和刚度，而且其可以降低所装载的球体和间隔件之间的摩擦以提高间隔件的圆度。
然而，在现有的保持片中，由于滚动件连续循环轨道7包括线性滚动件沟道和弯曲的滚动件循环R部分6，并且保持片的刚度值也较大，在钢珠的微小移动量dx1和钢珠的微小移动量dx2之间产生差异，其中微小移动量dx1是从位于装载侧的线性滚动件沟道向位于非装载侧的弯曲的滚动件循环R部分6的细微移动，微小移动量dx2是从位于非装载侧的弯曲的滚动件循环R部分6向位于装载侧的线性滚动件沟道的细微移动，在几何关系上对应于微小移动量dx1，导致的问题是：该差异引起钢珠动摩擦的曲折现象或波动，以阻碍钢珠平滑转动(沿循环沟道的运动)，使得难以进一步提高其运转性能。
考虑到上文所述，为了通过消除微小移动量dx1和微小移动量dx2间的差异而进一步提高运转性能和低噪音性，本申请人先前提出的日本专利申请No.2000-203324的说明书中描述了保持片带有弹性，而且根据运转性能和耐久性，其刚度值优选为大于等于0.053N/μm并且小于等于0.175N/μm。
然而，在使用诸如HIGHTREL或PERPREN(由Toyo Boseki Co.生产的产品的商品名)的弹性材料的情况下，为了容易且低成本地使制动件获得上述值，保持片用诸如润滑剂的油脂膨润，以根据钢珠和保持片之间的接触位置使钢珠之间的中心距有较大波动。接着，波动可能改变一系列成排滚动件(包括滚动件和放入滚动件之间的保持片)中的间隙量，所述滚动件循环通过滚动件连续循环轨道7，导致的问题是：对运转性能和低噪音性有不利影响，并且在间隙量显著改变的情况下对于耐久性有不利影向。
为了克服这些缺点完成了本发明，其目的是提供一种即使在使用弹性材料作为保持片材料的情况下也能够抑制滚动件之间中心距波动的线性移动装置，而这种波动是由诸如润滑剂的油脂导致的膨润作用所引起的，由此可以以低成本且容易地进一步改善运转性能、低噪音性和耐久性。
发明内容
为了达到这一目的，本发明提供了一种线性移动装置，其包括带滚动件滚动槽和活动件的导轴，该活动件具有与导轴的滚动件滚动槽相对的滚动件滚动槽，该活动件借助插入滚动件滚动槽之间的多个滚动件的滚动运动由导轴引导相对地移动，该活动件具有滚动件连续循环轨道以连续循环滚动件，并且该活动件具有在循环方向上插入彼此相邻的每个滚动件之间的保持片(retaining piece)，其中保持片与邻接保持片的滚动件在小于等于滚动件直径50％的位置处接触，其中所述保持片的刚度值限定为大于等于0.053N/μm并小于等于0.175N/μm。
此外，其他方面的特征是在与保持片相邻的滚动件的直径30至50％的位置处，保持片与滚动件接触。
附图说明
图1是用于解释作为根据本发明实施例的示例的线性导向装置的保持片的解释性剖视图。
图2是图1的右视图。
图3是示出钢珠之间中心距变化量、天数和保持片与钢珠的接触位置之间关系的曲线。
图4A至4D是示出在将四种刚度值低于现有技术情况的保持片插入钢珠之间的情况下线性导向装置中动摩擦的波动的曲线。
图5是示出线性导向装置中动摩擦的波动的曲线，其中现有保持片被插入钢珠之间。
图6是示出尖锐元件(peaky component)的尺寸和保持片的刚度值之间关系的曲线。
图7是示出每个具有不同刚度值的保持片的移动距离和变化量之间关系的曲线。
图8是示出每个保持片的刚度值和变化量之间关系的曲线。
图9是用于解释线性导向装置的整体构造的解释性透视图。
图10是用于解释现有技术的保持片的解释性视图。
具体实施方式
将参照附图说明根据本发明实施例的示例。图1是用于解释作为根据本发明实施例的示例的线性导向装置的保持片的解释性剖视图，图2是图1的右视图，图3是示出钢珠之间中心距变化量、天数和保持片与钢珠的接触位置之间关系的曲线，图4A至4D是示出在将四种刚度值低于现有技术情况的保持片插入钢珠之间的情况下线性导向装置中动摩擦的波动的曲线，图5是示出线性导向装置中动摩擦的波动的曲线，其中现有保持片被插入钢珠之间，图6是示出尖锐元件的尺寸和保持片的刚度值之间关系的曲线，图7是示出每个具有不同刚度值的保持片的移动距离和变化量之间关系的曲线，图8是示出每个保持片的刚度值和变化量之间关系的曲线。由于该实施例的线性导向装置与图9所示的现有技术的线性导向装置不同之处仅仅在于：在滚动件连续循环轨道中彼此相邻的钢珠之间插入的保持片，因此将只针对不同的部分进行说明。
如图1所示，保持片100插入在滚动件连续循环轨道7中彼此相邻的钢珠B之间。保持片100形成为短圆柱形，例如用诸如HIGHTREL或PERPREN(由Toyo Boseki Co.生产的产品的商品名)的弹性材料制成，并且在两轴向端面上形成有具有预定曲率半径的凹面101。
随后，在该实施例中，保持片100的凹面101与钢珠B接触，钢珠B在钢珠B的直径A1的30-50％位置处(图2中A2/A1×100％是30至50％的位置)与保持片100相邻，并且保持片100的刚度值限定为大于等于0.054N/μm且小于等于0.175N/μm。这可以抑制由于诸如润滑剂的油脂引起的膨润效果导致的钢珠B之间中心距的波动，并且即使在使用弹性材料作为保持片100的材料的情况下也可以低成本且容易地使运转性能、低噪音性和耐久性得到进一步提高。
刚度值在此表示当保持片100被插入两球体B之间时“钢珠B之间中心距相对于施加到钢珠B之间的压缩力的变化比率”，即，刚度值(N/μm)＝施加在钢珠B之间的压缩力(N)/钢珠B之间中心距的变化量(μm)。
现在具体进行说明。
图3示出浸渍测试的结果，其中四种类型的测试保持片设置成使得钢珠和由弹性材料制成的保持片的凹面之间的接触位置分别设定为钢珠直径的70％，60％，50％和30％，以及示出了由润滑剂(Showa Shell AV2油脂)产生的膨润程度。图3中，纵坐标表示钢珠之间中心距的尺寸变化量，而横坐标表示在使用测试保持片的情况下经历的天数。
从图中可知，通过限制钢珠和保持片凹面之间的接触位置为小于等于钢珠直径的50％，即使在使用由弹性材料制成的保持片的情况下，也可以使得由诸如润滑剂的油脂导致的膨润所引起的钢珠间中心距随时间变化最小。
在钢珠间中心距变化量处于±10μm或以下的情况下，对于耐久性不再有不利影响，并且对运转性能和低噪音性的不利影响可以得到显著降低。此外，在钢珠之间中心距的变化量处于±5μm或以下的情况下，对于运转性能或者低噪音性不再有不利影响。因而，考虑到运转性能和低噪音性，钢珠之间中心距的变化量优选为±10μm或以下，钢珠之间中心距的变化量更优选为±5μm或以下。
此外，针对图3，当钢珠和保持片凹面之间的接触位置在30至50％之间时，由于接触点(接触位置)位移导致的钢珠之间中心距的变化量和由于厚度增加导致的钢珠之间中心距的变化量得以平衡，而且可最小化钢珠之间中心距的变化量，其中接触点的位移是由弹性材料制成的保持片的膨润引起的，厚度的增加是由材料自身膨润引起的。
如上所述，当保持片被调整为具有的凹陷形状使得邻近保持片的钢珠在小于等于钢珠直径50％的接触位置以提供钢珠之间的稳定中心距时，即使在用诸如弹性材料形成保持片的情况下，也可最小化钢珠之间中心距由于诸如润滑剂的油脂所引起的膨润效果导致的波动，并可防止由于成排钢珠中的间隙增加或减小所导致的运转性能、低噪音性和耐久性的下降。
下面将要描述将保持片刚度值确定为大于等于0.053N/μm并小于等于0.175N/μm的理由。
图4A至4D示出在插入刚度值小于常规的四种保持片a-d(刚度值为0.05，0.075，0.1，0.2N/μm)情况下的线性导向装置的动摩擦的波动，图5示出在钢珠之间插入现有保持片(刚度值为2N/μm)的情况下线性导向装置的动摩擦的波动，图6示出作为基于图4A至图4D和图5的数据(动摩擦的微小波动：波动越小运转性能越好)的运转性能量度的尖锐元件的大小和保持片的刚度值之间的关系。
如图6显而易见，刚度值小于等于0.175N/μm，其小于在使用现有保持片的情况下的1N的尖锐元件的大小，因而，可以看到运转性能在保持片的刚度值为小于等于0.175N/μm的区域中得以提高。此外，针对图6可以看见，保持片的刚度值越小，运转性能提高得越多，但是有时可能导致钢珠之间中心距变化量的问题，所述中心距变化量作为用于由循环R部分中的弯曲力和滚动运动过程中施加的反复性应力所导致的滚动件之间中心距的永久变形值和由于诸如润滑剂的油脂的膨润作用导致的变形量之和，即，作为保持片刚度值的耐久性越小。
图7示出各个保持片的移动距离和表示保持片a-d的耐久性的变形量之间的关系，图8示出钢珠之间中心距变化量和保持片在大约125km的移动距离处的刚度值之间的关系。在结合有保持片的常规线性导向装置中，当应该发生40μm或更大的变化量时，成排钢珠中间隙尺寸过大，以阻碍钢珠和保持片平滑转动，并使耐久性显著降低。因而，从图8可见对于保持片，刚度值必须大于等于0.053N/μm。
从上述内容可知，保持片的刚度值限定为大于等于0.053N/μm并小于等于0.175N/μm。
由于具有上述刚度值的保持片被置于滚动件之间，即使由于零件制造误差等导致的轨道长度分散而使得压缩力施加于成排滚动件的情况下，也可以确保运转性能和噪音特性处于与结合有现有保持片的线性导向装置等同的水平。
此外，当应用本发明时，尽管理想的是本发明的保持片置于所有钢珠之间，而且在本发明的保持片不置于一个或少量多个部分之间的情况下，可以优于不使用本发明保持片的现有产品而得到改善运转性能和噪音特性的效果。这种情况下，有效的是未插入本发明保持片的部分相对于成排钢珠是彼此对称的(从而未插入的部分不是邻接的)。
在上述实施例中，保持片的凹面形状限定为具有和钢珠半径相同曲率的R形状，但是并不局限于此。例如，在与钢珠接触的部分处的保持片凹面的形状可以为尖拱式(gothic)形状或圆锥形状，或球形，以使得可以在球形表面边缘和钢珠之间发生接触。对保持片的精确控制是重要的，其具有这种凹面形状以在与钢珠接触时提供钢珠之间稳定的中心距。此外，在使用线性导向装置的保持片的情况下，保持片可以单独分离或者彼此相联。
此外，在上述实施例中，使用了圆柱形保持片，但是并不限于此，例如也可以使用柱形保持片。
此外，尽管示出钢珠作为滚动件的示例，但其并非限制性的，其也可以为诸如陶瓷球的球体，或者发明也适用于使用辊子的情况。
此外，尽管利用将本发明应用于线性导向装置的示例作为实施例，但是其并非限制性的，本发明也可适用于线性移动装置，如滚珠螺旋装置、滚珠花键装置或者线性轴承装置。
工业应用性
如从前述说明显而易见，由于在使用弹性体作为保持片的材料的情况下，也可以抑制由于诸如润滑剂的油脂引起的膨润作用所导致的滚动件之间中心距的波动，所以可以低成本并且容易地获得对运转性能、低噪音性和耐久性的进一步改进。

Claims (2)

1.一种线性移动装置，其包括带有滚动件滚动槽和活动件的导轴，该活动件具有与该导轴的滚动件滚动槽相对的滚动件滚动槽，该活动件借助于插入所述滚动件滚动槽之间的多个滚动件的滚动运动由该导轴引导相对地移动，该活动件具有滚动件连续循环轨道以连续循环滚动件，并且该活动件具有插入循环方向上彼此相邻的每个滚动件之间的保持片，其中
所述保持片与邻接所述保持片的所述滚动件在小于等于所述滚动件直径50％的位置处接触，其中所述保持片的刚度值限定为大于等于0.053N/μm并小于等于0.175N/μm。
2.如权利要求1的线性移动装置，其中所述保持片与邻近所述保持片的所述滚动件在所述滚动件直径30至50％的位置处接触。
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