CN101517270B - 转动体螺杆装置 - Google Patents

Abstract

转动体螺杆装置，其具有随着旋转侧部件的旋转，使保持器环14相对于旋转侧部件的旋转相位保持恒定关系的状态下旋转，并使其对应于螺旋槽11a和12a的螺旋升角在轴向上移动的动力传递机构。此动力传递机构由形成于螺杆部件11上的外齿17、形成于螺母部件12上的内齿18、在与外齿17和内齿18分别啮合的状态下可保持在保持器环14的周向给定位置上旋转的多个行星齿轮19构成，其中，外齿17不与形成于螺杆部件11上的螺杆侧螺旋槽11a重叠、内齿18不与形成于螺母部件12上的螺母侧螺旋槽12a重叠地形成。通过这一结构，可以得到能够使保持器环的向轴向两侧的移动量一直保持恒定的转动体螺杆装置。

Description

转动体螺杆装置

技术领域

本发明涉及转动体螺杆装置。具体地说，本发明涉及使用保持器环并具有防止此保持器环偏移的机构的类型的转动体螺杆装置的改进。

背景技术

传统上，将设置于螺杆部件的外周面的螺杆侧螺旋槽和设置于螺母部件的内周面的螺母侧螺旋槽之间的多个转动体在自由转动状态下进行设置，在该螺杆部件和该螺母部件之间将扭矩转换为推力、将推力转换为扭矩而构成的转动体螺杆装置，已经为人所知。而且，在这种转动体螺杆装置之中，设置了将转动体保持在螺杆部件和螺母部件之间的保持器环，通过此保持器环使转动体对准从而实现了稳定的扭矩-推力的转换的装置已经存在。

下面说明使用如上所述的保持器环的类型的转动体螺杆装置的工作。例如，转动体螺杆装置的螺母部件旋转时，设置在螺母部件和螺杆部件之间的转动体转动的同时，通过此转动的转动体来促压使其保持在转动体凹穴内的保持器环，从而使保持器环也以同转动体的公转速度相一致的速度与螺母部件同样地旋转并沿轴向移动。

而且，在这样的工作过程中，如果转动体纯粹地转动而不发生不规则的滑动，则保持器环可以与转动体的理论公转速度相同的速度旋转，并对应于旋转数和螺旋槽螺旋升角在轴向上移动。然而，保持器环具有相对于螺母部件的旋转相位给定量有延迟的性质，根据一般的滚动轴承上的保持器环的旋转工作理论，这是公知的事实。

但是，实际上，转动体并不是纯粹地转动，而是也会发生不规则的滑动，与此对应地，保持器环的旋转相位相对于上述理想相位会有超前或延迟。特别地，这一超前延迟量由于螺母部件的轴向的移动方向和移动量等的不同而各不相同。

因此，在正反向上反复变换螺母部件的旋转方向，保持器环的旋转相位的超前和延迟量会累积，就会发生保持器环向轴向的任何一侧偏移的现象。如果此偏移现象发展下去，则保持器环的转动体凹穴将从螺母部件的一侧的轴端突出出来，其结果为，发生转动体从保持器环的转动体凹穴脱落的情形。

因此，在传统技术中，例如在螺杆部件中，螺母部件的移动行程范围的两端位置上，需要安装限制保持器环的轴向移动范围的销和止动环等止动器部件各一个。

但是，在利用止动器部件限制保持器环的轴向移动范围的结构中，保持器环相对于止动器部件靠接时，保持器环停止下来，转动体不公转但自转并滑动，因此存在着此滑动发生时螺母部件的驱动扭矩显著地上升、螺母部件不能流畅地移动的问题。

因此，作为解决上述问题的方法，提出了下述的特许文献1中记载的技术。即，在下述的特许文献1中提出了在使用保持器环的类型的转动体螺杆装置中，在消除沿保持器环的轴向向一侧偏移的现象的同时，解决了传统技术中存在的上述问题的技术。为了具体地说明，下述的特许文献1记载的技术，如图6所示，是利用保持器环104的类型的滚珠螺杆装置，其特征包括具有动力传递机构，此动力传递机构由设置在与螺母部件101的螺旋槽101a相邻的脊面上的内齿107、在与螺杆部件102的螺旋槽102a相邻的脊面上沿螺旋方向等间隔地设置的外齿108、在与这些内齿107和外齿108分别啮合的状态下可以保持在保持器环104的周向给定位置旋转的行星齿轮109构成。

于是，在下述的特许文献1中，通过在滚珠螺杆装置上设置上述结构的动力传递机构，行星齿轮109与内齿107或外齿108啮合并移动，因此保持器环104可以相对于旋转侧部件(即，螺母部件101或螺杆部件102)的旋转相位保持恒定的关系，能够一直保持器环104的向轴向两侧的移动量恒定。也就是说，根据下述特许文献1中记载的技术，作为限制保持器环104的轴向移动的方法，不使用传统技术的止动器部件，能够避免传统技术的问题，即保持器环靠接到止动器部件时会出现驱动扭矩上升的现象，能够实现动作的顺滑化等以及能够提高可靠性。

特许文献1：特开2002-323108号公报

发明内容

本发明解决的问题

然而，上述特许文献1中记载的技术在设计上有各种各样的制约，因此其具有不能简单地应用在所有的转动体螺杆装置上的问题。具体地说，在上述特许文献1中记载的技术中，与行星齿轮109啮合的内齿107和外齿108形成于与螺旋槽101a和102a相邻的脊面上。在这样的脊面上进行切齿，对反复受到来自滚珠的滚动负荷和滑动负荷的螺旋槽101a和102a产生不良影响，同时也使转动体螺杆装置本身的刚性降低了。这一事实，对于维持刚性的同时设置动力传递机构来说，表明在设计上的制约变大了、上述特许文献1中记载的技术的应用范围非常地窄。

此外，在上述特许文献1中记载的技术中，为了设置行星齿轮109而减少滚珠的设置个数，因此有不得不在滚珠之间在旋转方向上设置间隔这一设计上的制约。这一结构也会使转动体螺杆本身的刚性降低。进一步地，在螺母部件101的内周侧形成螺旋槽101a、并在与螺旋槽101a相邻的脊面上形成内齿107，这也会在加工技术方面伴有困难，因此有采用上述特许文献1中记载的技术的转动体螺杆装置的制造成本必然地将变高的问题。

本发明是鉴于上述的课题的存在而产生的，其目的是，能够提供一种技术，此技术能够不损失装置的可靠性、廉价地简单地实现一种结构，此结构能够避免传统技术中存在的保持器环靠接到止动器部件上时驱动扭矩上升的现象，并且能够使应用时设计上的制约少，并能够一直使保持器环的向轴向两侧的移动量保持恒定。

解决课题的手段

本发明的转动体螺杆装置具有在外周面形成有螺杆侧螺旋槽的螺杆部件；在内周面形成有螺母侧螺旋槽的螺母部件；在该螺杆侧螺旋槽和该螺母侧螺旋槽之间设置为自由转动的多个转动体；在该螺杆部件和该螺母部件的相对的环形空间中设置的、保持该多个转动体在给定位置自由转动的保持器环；以及将该螺杆部件或该螺母部件的一个作为旋转侧部件时，随着此旋转侧部件的旋转，使该保持器环在相对于该旋转侧部件的旋转相位保持恒定关系的状态下旋转的同时，使其对应于该螺杆侧螺旋槽及该螺母侧螺旋槽的螺旋升角在轴向上移动的动力传递机构。该动力传递机构由在该螺杆部件上形成的外齿、在该螺母部件上形成的内齿以及与该外齿和该内齿分别啮合的状态下能够保持在该保持器环的周向给定位置处旋转的行星齿轮构成，并且，其特征为，该外齿不与形成于该螺杆部件上的螺杆侧螺旋槽重叠，而是形成于该螺杆侧螺旋槽的轴向的其它区域，该内齿不与形成于该螺母部件上的螺母侧螺旋槽重叠，而是形成于该螺母侧螺旋槽的轴向的其它区域。

本发明的转动体螺杆装置中，可能的是，螺杆部件由形成有螺杆侧螺旋槽的螺杆部件本体部和形成有外齿的外齿形成部构成，螺母部件由形成有螺母侧螺旋槽的螺母部件本体部和形成有内齿的内齿形成部构成。

另外，本发明的转动体螺杆装置中，外齿、内齿及行星齿轮的齿轮角与螺杆侧螺旋槽及螺母侧螺旋槽的螺旋升角对应地形成是适宜的。

进一步地，本发明的转动体螺杆装置中的行星齿轮的中心轴线可以配置在多个转动体的节距圆上。

另外，上述发明的概要没有列举本发明的所有的必要的特征，通过这些特征群的子组合也可以获得本发明。

发明的效果

根据本发明，能够提供转动体螺杆装置，此装置能够避免传统技术中存在的当保持器环靠接到止动器部件上时出现驱动扭矩上升的现象，并且能够使应用时在设计上的制约较少，并能够一直使保持器环的向轴向两侧的移动量保持恒定。另外，根据本发明，能够不损失装置的可靠性、廉价地简单地制造转动体螺杆装置。

附图说明

图1是说明本实施例的转动体螺杆装置的整体结构的斜视外观透视图。

图2是说明本实施例的转动体螺杆装置的结构的斜视部件展开图。

图3是说明本实施例的保持器环的结构的外观斜视图。

图4是例示了本实施例的螺杆部件的优选的改进的图。

图5是例示了本实施例的螺母部件的优选的改进的图。

图6是显示了所引用的特许文献1中记载的传统的滚珠螺杆装置的结构的展开说明图。

具体实施方式

以下，利用附图来说明实施本发明的优选的实施例。另外，以下的实施例不限定各权利要求涉及到的发明，并且，实施例中所说明的全部的特征的组合也不一定是发明的解决方法所必需的。

图1是说明本实施例的转动体螺杆装置的整体结构的斜视外观透视图。另外，图2是说明本实施例的转动体螺杆装置的结构的斜视部件展开图。

图1及图2中所示的本实施例的转动体螺杆装置，其大致具有在其外周面上形成有螺杆侧螺旋槽11a的螺杆部件11；在内周面上形成有螺母侧螺旋槽12a的螺母部件12；作为在螺杆侧螺旋槽11a和螺母侧螺旋槽12a之间设置为自由转动的多个转动体的滚珠13；以及在相对的螺杆部件11和螺母部件12的环形空间中设置的、保持多个滚珠13在给定位置自由转动的保持器环14。这样的结构构成所谓的非循环式的有限行程结构的转动体螺杆装置，其通过保持器环14使多个滚珠13保持可以转动而不使其循环。

螺杆部件11的一端侧(图1及图2中纸面的左下侧)的部分形成为仅为轴，作为驱动源的马达连接到此部分，或在此部分安装作为作用对象的部件。另外，与该轴部相连的中央部分成为形成有螺杆侧螺旋槽11a的滚珠容纳部，并且在与其相连的另一端侧的部分上形成有外齿17。

螺母部件12具有在内周面内的一端侧(图1及图2中纸面的左下侧)的部分上形成有螺母侧螺旋槽12a，并且与其相连的另一端侧的部分上形成有内齿18的结构。在螺母部件12上，安装有作为作用对象的部件，或连接有作为使螺母部件12旋转的驱动源的马达等。

外齿17不与形成于螺杆部件11上的螺杆侧螺旋槽11a重叠，而是形成于螺杆侧螺旋槽11a的轴向上的其它区域，另外，内齿18不与形成于螺母部件12上的螺母侧螺旋槽12a重叠，而是形成于螺母侧螺旋槽12a的轴向上的其它区域。此外，形成于螺杆部件11的外周面的螺杆侧螺旋槽11a和形成于螺母部件12的内周面的螺母侧螺旋槽12a构成为具有相同的螺旋升角。另一方面，形成于螺杆部件11的外周面的外齿17和形成于螺母部件12的内周面的内齿18构成为具有与保持器环14和螺母部件12的移动差相对应的齿数。

保持器环14是将树脂加工成圆筒形状所形成的，其能够使其圆筒面上的多处的滚珠13保持在自由转动状态。为了详细地说明此保持器环14的结构，利用图3进行说明。在这里，图3是说明本实施例的保持器环的结构的外观斜视图。

如图3中详细地所示的，在保持器环14的圆筒面的多处，设置有可以在其上分别保持一个滚珠13的滚珠凹穴14a。此滚珠凹穴14a形成为具有比滚珠13的外形尺寸稍大的直径，可以实现滚珠13在滚珠凹穴14a内的流畅的转动运动。

另外，保持器环14在另一端侧(图3中纸面的右上侧)的部分上，具有多个(在本实施例中为3个)齿轮凹穴14b。齿轮凹穴14b形成为在保持器环14的径向上内外贯通，可以容纳在外齿17和内齿18之间以可旋转的状态啮合的行星齿轮19。

此外，行星齿轮19的两端上，设置有小直径轴部19a和19a(如图2所示)，行星齿轮19构造为可以这些小直径轴部19a和19a为旋转中心而旋转。

另外，此行星齿轮19的中心轴线配置成与螺杆部件11及螺母部件12的中心线平行的同时，在多个滚珠13的节距圆上或其附近位置配置。根据这一结构，行星齿轮19及保持器环14与滚珠13基本上以同一速度螺旋移动，因此，滚珠13难以与保持器环14的滚珠凹穴14a之间产生干涉。

而且，齿轮凹穴14b按照与从平面所见到的行星齿轮19的形状大致符合的形状而形成，并且，此齿轮凹穴14b上沿周向方向的中间位置的宽度较宽部的轴向宽度设定为比行星齿轮19的小直径轴部19a和19a的长度尺寸稍大，此外，齿轮凹穴14b上沿周向方向的两端的宽度较窄部的轴向宽度设定为比行星齿轮19的厚度尺寸大得多。

通过以上的结构，保持器环14相对于行星齿轮19仅有很小的在轴向上的偏移运动，行星齿轮19与齿轮凹穴14b的宽度较窄部的内壁没有接触。并且，行星齿轮19的直径设定为比保持器环14的厚度大，因此行星齿轮19成为从齿轮凹穴14b沿径向向内、外突出的状态。

如上所述，本实施例中的转动体螺杆装置具有形成于螺杆部件上的外齿17、形成于螺母部件上的内齿18，以及在与外齿17和内齿18分别啮合的状态下可以保持在保持器环14的周向给定位置旋转的多个(在本实施例中为3个)行星齿轮19。此外，这些外齿17、内齿18以及行星齿轮19构成动力传递机构。通过此动力传递机构的作用，在本实施例的转动体螺杆装置上，保持器环14在轴向的两侧的移动量可以一直保持恒定。即，在本实施例中，通过设置由外齿17、内齿18及行星齿轮19构成的上述动力传递机构，将螺杆部件11或螺母部件12中的一个作为旋转侧部件时，随着此旋转侧部件的旋转，在使保持器环14相对于旋转侧部件的旋转相位保持恒定关系的状态下旋转的同时，可以使保持器环14对应于螺杆侧螺旋槽11a及螺母侧螺旋槽12a的螺旋升角在轴向上移动。

接下来，对具有上述结构的本实施例的转动体螺杆装置的工作进行说明。并且，在以下的说明中，还将举例说明在螺杆部件11的一端侧的轴的部分上连接马达的同时，螺母部件12在旋转方向的运动受限制的状态下与作用对象物体连接的情形。

首先，通过驱动图中未示出的马达来使螺杆部件11旋转，此螺杆部件11的旋转动力通过多个滚珠13传递到螺母部件12，螺母部件12向着螺杆部件11的向轴向一侧直线地移动。另一方面，驱动此电动机使其与前一情形相反的方向旋转时，螺杆部件11与前述方向相反的方向旋转，因此螺母部件12将在与前述情形相反的方向上直线地移动。这样，通过在正反两个方向驱动电动机，可以使螺母部件在轴向上往复移动。

另外，在使螺杆部件11旋转的同时使螺母部件12沿轴向移动的话，则与形成于能够旋转但轴向上不移动的螺杆部件11上的外齿17和形成于能够不旋转但轴向上可移动的螺母部件12上的内齿18相啮合的行星齿轮19，将在螺杆部件11的外周侧和螺母部件的内周侧相对地公转。此时，通过滚珠13的移动，保持器环14将旋转并在轴向上移动，因此行星齿轮19也可以在螺杆部件11的轴向上移动。

也就是说，在上述保持器环14和行星齿轮19工作时，保持器环14对应于螺杆侧螺旋槽11a和螺母侧螺旋槽12a的螺旋升角而在轴向上移动，同时相对于螺杆部件11的旋转相位仅有恒定的相位角延迟地绕螺杆部件11旋转。

如上所述，在本实施例中，使行星齿轮19相对于螺杆部件11和螺母部件12啮合，保持器环14相对于此行星齿轮19而被支撑，因此尽管螺母部件12在轴向上往复移动，螺母部件12的旋转相位和保持器环14的旋转相位一直可以保持恒定的关系，并且保持器环14的向轴向两侧的移动量也一直恒定。相应地，螺母部件12在给定的移动行程范围内往复移动的过程中，为了使保持器环14的滚珠凹穴14a不从相对的螺杆部件11和螺母部件12的环形空间飞出，将保持器环14相对于螺杆部件11的旋转延迟量设计为预先设定，这样，就能够可靠地防止滚珠13从螺杆部件11和螺杆侧螺旋槽11a和螺母部件12的螺母侧螺旋槽12a之间飞出的现象。

另外，本实施例最大的特征点在于，可以使得转动体螺杆装置所具有的外齿17不与形成于螺杆部件11上的螺杆侧螺旋槽11a重叠，而是形成于螺杆侧螺旋槽11a的轴向上的其它区域，另一方面，内齿18不与形成于螺母部件12上的螺母侧螺旋槽12a重叠，而是形成于螺母侧螺旋槽12a的轴向上的其他区域。这一结构同时消除了传统技术和所引用的特许文献1的弱点，因为外齿17和内齿18形成于对受到滚珠13负荷的螺旋槽完全没有影响的位置处，从而使得在设置外齿17和内齿18时在设计上的制约少，使得本发明也可以应用于各种形式的转动体螺杆装置。

另外，本实施例中的外齿17和内齿18，如所引用的特许文献1中记载的技术一样，由于不需要设置在与螺旋槽相邻的脊面上，这使得加工非常地容易，借助于此，与特许文献1中记载的技术相比，可以显著地降低制造成本。

顺带地说，为了进一步地降低制造成本，可以对外齿17和内齿18的形成方法进行改进。利用图4和图5来说明此改进方法。如图4所示，优选的是，螺杆部件11由形成有螺杆侧螺旋槽11a的螺杆部件本体部11b和形成有外齿17的外齿形成部11c等其它部件的组合而构成，另一方面，如图5所示，优选的是，螺母部件12由形成有螺母侧螺旋槽12a的螺母部件本体部12b和形成有内齿18的内齿形成部12c等其它部件的组合而构成。通过采用图4及图5中所示的其它部件组合而成的结构，可以使加工变得容易，并廉价地制造转动体螺杆装置。特别地，螺母侧螺旋槽12a需要形成于螺母部件12的内周面这样非常难以加工的部位上，因此通过另外地设置内齿形成部12c这样的部件，使得削减制造成本的效果得以发挥。

进一步地，在本实施例的转动体螺杆装置中，通过增加或减小外齿17和内齿18的形成范围，可以设定其行程量到所期望的值。这样的情况成为可能，是因为采用了外齿17和内齿18形成为不与螺杆侧螺旋槽11a和螺母侧螺旋槽12a重叠的结构，可以在任意范围内规定行程量而不影响承载负荷的滚珠13的设置处的结构，是极为优选的。

另外，与为了设置行星齿轮109而必然具备不得不减少滚珠的设置个数的结构这一特许文献1中记载的技术相比，上述优点也是有优势的，通过本实施例的转动体螺杆装置，可以维持装置的刚性的同时设置动力传递机构。

以上说明了本发明的优选的实施例，上述实施例中记载的范围并不限定本发明的技术范围。可以对上述实施例进行各种变更或改进。

例如，上述实施例的转动体螺杆装置采用滚珠13作为多个转动体，也可以采用滚子等其它的转动体。

另外，作为外齿17和内齿18的形成条件，尽管仅记载了具有与保持器环14和螺母部件的移动差相对应的齿数的结构是可以的，然而，外齿17、内齿18及行星齿轮19的齿轮角与螺杆侧螺旋槽17及螺母侧螺旋槽18的螺旋升角对应地形成也是优选的。通过采用这一结构，可以极大地抑制外齿17和行星齿轮19以及内齿18和行星齿轮19之间的滑动量，从而可以实现进一步提高可靠性的转动体螺杆装置。

进一步地，在上述的实施例中，行星齿轮19的个数设置为3个，行星齿轮19的个数设置为大于1个为较好，其设置为2个或以上也可以实现本发明的转动体螺杆装置。

更进一步地，在上述实施例中，尽管举例说明了保持器环14由树脂所构成的情况，但是其也可由金属材料构成。这种情况下的保持器环14可以通过将金属板做成圆筒形状而形成。

这样的变更或改进的方式也包含在本发明的技术的范围内，这从所附的权利要求将变得清楚。

Claims (4)

1.一种转动体螺杆装置，包括：

在外周面形成有螺杆侧螺旋槽的螺杆部件；

在内周面形成有螺母侧螺旋槽的螺母部件；

在所述螺杆侧螺旋槽和所述螺母侧螺旋槽之间设置为自由转动的多个转动体；

保持器环，其设置于相对的所述螺杆部件和所述螺母部件的环形空间，并且适于保持所述多个转动体在给定位置自由转动；

动力传递机构，在将所述螺杆部件或所述螺母部件的其中一个作为旋转侧部件时，随着所述旋转侧部件的旋转，所述动力传递机构使所述保持器环相对于所述旋转侧部件的旋转相位保持恒定关系的状态，并使所述保持器环对应于所述螺杆侧螺旋槽及所述螺母侧螺旋槽的螺旋升角而在轴向上移动，其中，所述动力传递机构包括：

形成于所述螺杆部件上的外齿；

形成于所述螺母部件上的内齿；

在与所述外齿和所述内齿分别啮合的状态下能够保持在所述保持器环的周向给定位置旋转的多个行星齿轮，其中，

所述外齿不与形成于所述螺杆部件上的螺杆侧螺旋槽重叠，而是形成于所述螺杆侧螺旋槽的轴向上的其他区域，

所述内齿不与形成于所述螺母部件上的螺母侧螺旋槽重叠，而是形成于所述螺母侧螺旋槽的轴向上的其它区域。

2.根据权利要求1所述的转动体螺杆装置，其特征在于，所述螺杆部件由形成有所述螺杆侧螺旋槽的螺杆部件本体部和形成有所述外齿的外齿形成部构成，所述螺母部件由形成有所述螺母侧螺旋槽的螺母部件本体部和形成有所述内齿的内齿形成部构成。

3.根据权利要求1或2所述的转动体螺杆装置，其特征在于，所述外齿、所述内齿及所述行星齿轮的齿轮角与所述螺杆侧螺旋槽及所述螺母侧螺旋槽的螺旋升角对应地形成。

4.根据权利要求1或2所述的转动体螺杆装置，其特征在于，所述行星齿轮的中心轴线配置在所述多个转动体的节距圆上。

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