CN101852282B - 滚动体丝杠装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够在螺母主体的外径部容易地形成嵌入循环部件的凹部的滚动体丝杠装置。在螺母主体(2)的直线通路(5)的两端部设有形成有方向转换路(6)的一对循环部件(8)，方向转换路(6)连接负载滚动体滚动路(3)与直线通路(5)。一对循环部件(8)嵌入形成于螺母主体(2)的外径部的一对凹部(15)中。各循环部件(8)的方向转换路(6)具有与负载滚动体滚动路(3)连接的曲线通路(22)。曲线通路(22)形成为，从螺母主体(2)的轴线方向观察时，在曲线通路中移动的滚动体(7)的中心的轨迹为圆弧状的曲线。

Description

滚动体丝杠装置

技术领域

本发明涉及一种滚动体丝杠装置，在丝杠轴与螺母主体之间存在多个能够滚转运动的滚动体。

背景技术

滚动体丝杠装置是将旋转运动变换为直线运动的机械要素。为了减少与丝杠轴相对旋转时对螺母的摩擦，在丝杠轴与螺母主体之间存在有能够滚转运动的多个滚珠、滚筒等滚动体。为了使滚动体在丝杠轴与螺母主体之间循环，在螺母上安装有循环部件。在循环部件使滚动体循环的方式中，有回管方式、端盖方式等各种方式。

回管方式是以安装在螺母主体的外径部的回管使滚动体循环的最普遍的循环方式。在螺母的外径部插入曲折成门形状的回管的两端部。在丝杠轴与螺母之间的负载滚动体滚动路上滚转的滚动体在滚转到负载滚动体滚动路的一端后，掬起到回管内，经由作为无负载返回路的回管后，再次返回到负载滚动体滚动路的另一端。

端盖方式是通过与螺母主体的轴线平行地延伸的直线通路和安装于螺母主体的轴线方向的两端面的一对端盖而使滚动体循环。在各端盖上形成有连接螺母主体的直线通路与负载滚动体滚动路的方向转换路。

在日本特公昭46-31564号公报中，作为采用端盖方式的循环方式的滚珠丝杠，揭示有通过在螺母主体中沿轴向延伸的滚珠返回用通路和设置于滚珠返回用通路的两端部的块部件及销来使滚珠循环的滚珠丝杠。在块部件上形成有连接螺母的负载滚珠滚动槽与滚珠返回用通路的方向转换路。滚转到负载滚珠用滚动路的一端的滚珠通过销的前端掬起到块部件内，通过块部件的方向转换路导向直线延伸的滚珠返回用通路。

但是，在日本特公昭46-31564号公报中所述的滚珠丝杠中，从螺母主体的轴线方向观察时，想要将在负载滚珠滚动路中移动的滚珠沿圆的切线方向掬起。因此，块部件的方向转换路配置在负载滚珠滚动路的切线方向上，块部件插入的孔也沿负载滚珠滚动路的切线方向穿开。并且，从螺母主体的轴线方向观察时，跟前侧的块部件的方向转换路的中心线与内侧的块部件的方向转换路的中心线交叉成“V”字形状(日本特公昭46-31564号公报，参照图2)，块部件插入的孔也从与螺母主体的外径部交叉的双向穿开。由于在从与螺母主体的外径部不同的双向穿孔时，即使使用复合车床，对应穿孔也必须抓住螺母主体或使螺母主体旋转，因此在加工中伴有困难。即使从双向穿孔，孔对应螺母主体的负载滚珠滚动槽的位置也可能偏移。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种能够容易地形成将循环部件嵌入螺母主体的外径部的凹部中的滚动体丝杠装置。

以下，说明本发明的一实施方式。

为解决上述问题，本发明的一实施方式为一种滚动体丝杠装置，其具有：丝杠轴，其在外周面具有螺旋状的滚动体滚动槽；螺母主体，其在内周面具有与所述丝杠轴的所述滚动体滚动槽对置的螺旋状的负载滚动体滚动槽；多个滚动体，排列在滚动体循环路中，该滚动体循环路包含在所述丝杠轴的所述滚动体滚动槽与所述螺母主体的所述负载滚动体滚动槽之间的负载滚动体滚动路；直线通路，其设于所述螺母主体，并由与所述螺母主体的轴线平行延伸的孔构成；一对循环部件，设于所述螺母主体的靠所述直线通路的两端部，并形成有将所述负载滚动体滚动路与所述直线通路连接的方向转换路，所述一对循环部件嵌入形成于所述螺母主体的外径部且与所述直线通路连接的一对凹部中，各循环部件的所述方向转换路具有与所述负载滚动体滚动路连接的曲线通路，从所述螺母主体的轴线方向观察时，所述曲线通路形成为，在所述曲线通路中移动的滚动体的中心的轨迹为圆弧状的曲线。

根据本发明的一实施方式，在设于螺母主体的直线通路的两端部的一对循环部件上形成有曲线通路，从螺母主体的轴线方向观察该曲线通路的中心线为圆弧状。从螺母主体的轴线方向观察时，与在负载滚动体滚动路的切线方向形成将滚动体掬起的方向转换路的现有的块部件相比，循环部件的从将滚动体掬起的位置到导入直线通路的长度能够缩短。因此，能够使设在螺母主体的直线通路的两端部的一对循环部件的凹部的嵌入方向为相同方向，对螺母主体的凹部的加工也变得容易。

附图说明

图1为本发明的第一实施方式的滚珠丝杠的立体图。

图2为滚珠丝杠的截面图。

图3为丝杠轴的滚珠滚动槽及螺母的负载滚珠滚动槽的截面图。

图4为滚珠丝杠的俯视图。

图5为螺母主体的俯视图。

图6为与安装有循环部件的螺母主体的轴线正交的截面图。

图7为表示滚珠循环路的图。

图8为在丝杠轴上展开的无负载返回路的立体图。

图9为表示从螺母的侧面方向观察的滚珠循环路的中心线的图。

图10为表示从螺母的轴线方向观察的无负载返回路的中心线的图。

图11为循环部件的立体图。

图12为从下方观察的循环部件的立体图。

具体实施方式

以下参照附图以举例的方式具体说明本发明的上述及其他部件和特征。

图1为表示作为本发明的第一实施方式的滚动体丝杠装置的滚珠丝杠的立体图。滚珠丝杠具有：丝杠轴1，其在外周面形成有螺旋状的作为滚动体滚动槽的滚珠滚动槽1a；螺母主体2，其在内周面形成有与滚珠滚动槽1a对置的螺旋状的作为负载滚动体滚动槽的负载滚珠滚动槽2a。在丝杠轴1的滚珠滚动槽1a与螺母主体2的负载滚珠滚动槽2a之间的负载滚珠滚动路3上，存在有多个能够滚转运动的作为滚动体的滚珠7(参照图3)。

在滚珠丝杠上设有使滚珠7循环的滚珠循环路。在本实施方式中，设有：在螺母主体2的轴线方向上位置错开的二回路、在螺母主体2的周向上位置错开的二回路共计四回路的滚珠循环路4。滚珠循环路4的回路数可以根据作用于滚珠丝杠的载荷和负载滚珠滚动路的条数而适当确定。

设置在螺母主体2的轴线方向上位置错开的二回路的滚珠循环路4是为了对滚珠丝杠施加预压，及为了减少每一回路的滚珠循环路4的回转数(巻数)。在增加滚珠循环路4的回转数的情况下，若滚珠滚动槽1a及负载滚珠滚动槽2a的加工精度或滚珠丝杠对关联部件的安装精度下降，则位于负载滚珠滚动路3的前后的滚珠7的移动速度稍微偏差，可能产生滚珠7彼此压合的现象。通过减少每一回路的回转数，从而能够回避该现象。

并且，通过设置在螺母主体2的周向上位置错开的二回路的滚珠循环路4，从而能够使各滚珠7在两条负载滚珠滚动路3中循环。通过将负载滚珠滚动路3设为两条，能够以高速度使螺母主体2移动，从而提高刚性。

各滚珠循环路4由螺旋状的负载滚珠滚动路3及无负载返回路9构成，负载滚珠滚动路3在丝杠轴1的滚珠滚动槽1a与螺母主体2的负载滚珠滚动槽2a之间，无负载返回路9连接负载滚珠滚动路3的一端与另一端。在负载滚珠滚动路3中，滚珠7夹在丝杠轴1的滚珠滚动槽1a与螺母主体2的负载滚珠滚动槽2a之间，受压缩载荷。在无负载返回路9中，滚珠7不受压缩载荷，在被后续的滚珠7按压的同时移动。

无负载返回路9由直线通路5及一对方向转换路6构成，直线通路5与螺母主体2的轴线平行地延伸，一对方向转换路6设置在直线通路5的两端部。直线通路5由从螺母主体2的端面与螺母主体2的轴线平行地穿开的孔构成，并形成于螺母主体2的内部。方向转换路6形成于作为安装于螺母主体2的外径部的循环部件的循环部件8内。一对循环部件8设置在各直线通路5的两端部。在现有的端盖方式的滚珠丝杠中，方向转换路6形成于安装在螺母的轴线方向的端面上的端盖(端面构件)。与此相对，在本实施方式的滚珠丝杠中，方向转换路6形成于安装在螺母主体2的外径部的循环部件8。形成于循环部件8的方向转换路6连接螺旋状的负载滚珠滚动路3的端部与直线通路5的端部。

图2表示丝杠轴1及螺母主体2的截面图。在丝杠轴1的外周面，通过切削加工或滚压加工形成有规定的导程的两条滚珠滚动槽1a。滚珠滚动槽1a的条数可以适当设定为一条、两条、三条等。如图3所示，滚珠滚动槽1a的截面形状为包含比滚珠7的半径稍大的半径的两个圆弧10的哥特式拱槽形状。哥特式拱槽的两个圆弧的中心C1位于远离滚珠7的中心C2的位置。滚珠7以两点接触哥特式拱槽形状的滚珠滚动槽1a。连结滚珠7的中心C2和哥特式拱槽的底12的线L1与连结接触点13和滚珠7的中心C2的线所成的接触角θ例如设定为40～50度，其中接触点13是圆弧10与滚珠7的接触点。滚珠滚动槽1a在进行热处理后进行磨削加工。

如图2所示，在螺母主体2的内周面，通过切削加工形成有规定的导程的两条螺旋状的负载滚珠滚动槽2a。在螺母主体2的轴线方向的一端部，形成有用于将螺母主体2安装于关联侧的机械部件上的凸缘2b。如图3所示，负载滚珠滚动槽2a的截面形状为包含比滚珠7的半径稍大的半径的两个圆弧10的哥特式拱槽形状。哥特式拱槽形状为与丝杠轴1的滚珠滚动槽1a相同。负载滚珠滚动槽2a在热处理后进行磨削加工。

为了对丝杠轴施加预压，使在螺母主体2的轴线方向上偏移配置的二回路的滚珠循环路4的负载滚珠滚动槽2a的相位偏移即可。即，在使左侧的负载滚珠滚动槽2a的导程与右侧的负载滚珠滚动槽2a的导程一致的基础上，使左侧的负载滚珠滚动槽2a相对于右侧的滚珠滚动槽在螺母主体2的轴线方向上偏移即可。通过偏移，左侧的负载滚珠滚动槽2a与右侧的负载滚珠滚动槽2a之间的距离为：L(导程)×n(自然数)±δ(偏移量)。

根据本实施方式，通过使用安装于螺母主体2的外径部的采用同一循环方式的一对循环部件8，从而能够在一个螺母主体2上设有在轴线方向上位置错开的二回路以上的滚珠循环路4。因此，容易施加预压。一对循环部件8的形状形成为同一形状。另外，通过将两个螺母主体在轴线方向上结合，在两个螺母主体之间放入隔离件，可以采用施加预压的所谓双螺母方式，通过将丝杠轴1侧的相位在中途偏移，可以采用施加预压的方式。

在本实施方式中，滚珠丝杠中设有合计四回路的滚珠循环路4。在螺母主体2上，对应四回路的滚珠循环路4形成有四条直线通路5。如图2所示，在螺母主体2中的一两条直线通路5以互相的中心线一致的方式沿螺母主体2的轴线方向排列。两条直线通路5通过钻头等从螺母主体2的一侧的端面到另一侧的端面穿开贯通孔而一次形成。通过使两条直线通路5的中心线重合，能够降低贯通孔的加工成本。另一两条直线通路5也同样地通过钻头等从一侧的端面到另一侧的端面穿开贯通孔而一次形成。

在螺母主体2的各直线通路5的两端部形成有从螺母主体2的侧面加工的凹部15。在该凹部15中嵌入有循环部件8(参照图4)。如图5的螺母主体2的俯视图所示，凹部15包括：循环部件8所就位的底面16、包围循环部件8的周围的内壁17、在底面开设的贯通孔18。在底面16上加工有用于安装循环部件8的阴螺纹(未图示)。在贯通孔18中插入有后述的循环部件8的插入部21。内壁17的平面形状形成为将角倒圆的大致矩形状。底面16从螺母主体2的外周面高度下降一级而平坦地形成。底面16与内壁17正交。如图6所示，在与螺母主体2的轴线正交的截面中，凹部15的内壁17与连结螺母主体2的轴线P1与直线通路5的中心P2的线L2平行。设置于直线通路5的两端部的一对凹部15的内壁17也互相平行地形成，以使一对循环部件8能够从螺母主体2的外侧沿线L2的方向嵌入到一对凹部15中。凹部15通过以下方式形成：使用在圆筒的外周及前端具有刀刃的立铣刀等铣刀刀具，使铣刀刀具进入螺母主体2的侧面，对铣刀刀具赋予旋转运动，对螺母主体2赋予进给运动。即使在螺母主体2的外径部加工多组凹部15时，无需抓住螺母主体2或使其旋转，而在螺母主体2的外径部从同一方向进行铣削加工即可，因此，容易进行多组的凹部15的加工。

并且，由于用于形成凹部15的加工量最小，因此加工精度容易得到，难以产生热处理导致的变形，并且能够使螺母旋转时的负载平衡最优。

另外，在图5的俯视图中，通过贯通孔18示出螺母主体2的内侧的负载滚珠滚动槽2a。贯通孔18内的圆形部分为螺母主体2的上侧的贯通孔18与下侧的贯通孔18的重叠部分。

若使丝杠轴1相对于螺母主体2旋转，则介装于螺母主体2与丝杠轴1之间的负载滚珠滚动路3的滚珠7滚转运动。由于丝杠轴1的滚珠滚动槽1a及螺母主体2的负载滚珠滚动槽2a具有规定的导程，因此螺母主体2通过丝杠轴1的旋转而在轴线方向上直线运动。如图7所示，滚转到负载滚珠滚动路3的一端的滚珠7被导入循环部件8的方向转换路6内。通过循环部件8的方向转换路6的滚珠7被导入螺母主体2的直线通路5中。通过螺母主体2的直线通路5的滚珠7被导入另一循环部件8的方向转换路6中，在此返回负载滚珠滚动路3的另一端。

图8表示在丝杠轴1上展开的无负载返回路9的立体图。通过与螺母主体2的轴线平行地设置直线通路5，使滚珠7与螺母主体2的轴线平行地循环，从而能够使从螺母主体2的轴线方向观察的无负载返回路9的入口与出口接近同一位置。因此，能够使负载滚珠滚动路3的回转数接近整数。并且，由于循环部件8的曲线通路22(详细后述)将滚珠7圆弧状地掬起，因此滚珠7能够顺畅地循环。

图9表示从螺母主体2的侧方观察的滚珠循环路的中心线(滚珠7的中心轨迹)，图10表示从螺母主体2的轴线方向观察的无负载返回路9的中心线(滚珠7的中心轨迹)。如图9所示，无负载返回路9分为直线通路5及直线通路5的两端的方向转换路6。方向转换路6分为曲线通路22及半径方向通路23。与曲线通路22连接的半径方向通路23的中心线在沿螺母主体2的半径方向延伸后，朝向螺母主体2的轴线方向的中央弯折为90度圆弧状，与直线通路5连接。从螺母主体2的侧方观察时，曲线通路22的中心线与螺母主体2的轴线2f正交。曲线通路22的中心线与导程重合而倾斜也可以。如图8所示，从螺母主体2的轴线方向观察时，曲线通路22与使滚珠7沿半径方向移动的半径方向通路23连接。

如图10所示，从螺母主体2的轴线方向观察时，曲线通路22朝向丝杠轴1而形成为凸的圆弧状的曲线，与圆形的负载滚珠滚动路3相切。曲线通路22与负载滚珠滚动路3的连结点P3成为拐点，曲线由凸变凹。在该连结点P3，曲线通路22的切线方向与负载滚珠滚动路3的切线方向连接。由此，滚珠能够顺畅地掬起。另外，从立体角度观察时，曲线通路22的中心线形成为圆弧，且以曲线通路22与螺旋状的负载滚珠滚动路3的连结点处的中心线的切线方向连续的方式，即，使曲线通路22与负载滚珠滚动路3的导程重合而倾斜也可以。

在现有的端盖方式的滚珠丝杠中，从螺母主体2的轴线方向观察时，在圆形状的负载滚珠滚动路3的切线方向上配置有方向转换路6。与此相对，在本实施方式的滚珠丝杠中，如线性引导地将滚珠7沿着圆弧的轨迹掬起。因此，与现有的切线方向掬起的滚珠丝杠相比，循环部件8能够将从负载滚珠滚动路3到掬起滚珠而导入直线通路5的距离α缩短(参照图6)。

图11及图12表示循环部件8的立体图。循环部件8具有：与凹部15的底面16及内壁17的形状吻合的主体部24、从主体部24垂下且插入凹部15的贯通孔18的插入部21。在主体部24上形成有连接直线通路5的半径方向通路23。在主体部24上形成有突出部24a，突出部24a具有螺钉等通过的通孔。循环部件8通过螺钉等紧固机构固定于螺母主体2的凹部15。

主体部24的平面形状与凹部15的底面16的平面形状相同。如图6所示，在与螺母主体2的轴线正交的截面上，主体部24的外壁24b与螺母主体2的凹部15的内壁17平行，且与连结螺母主体2的中心P1与直线通路5的中心P2的线平行。通过循环部件8的主体部24的外壁24b与螺母主体2的凹部15的内壁17接触，且循环部件8的插入部21嵌于凹部15的贯通孔18(参照图5)，从而确定在螺母主体2的俯视图中的循环部件8的XY方向的位置。并且，通过循环部件8的主体部24的底面24c与凹部15的底面16接触，从而确定循环部件8的Z方向的位置。通过将循环部件8相对于螺母主体2的负载滚珠滚动槽2a准确地定位，从而能够使滚珠7在负载滚珠滚动路3与无负载返回路9之间顺畅地移动。

在循环部件8的插入部21上形成有与负载滚珠滚动路3连接的曲线通路22。在该插入部21的下端部形成有掬起部21a，掬起部21a进入丝杠轴1的滚珠滚动槽1a内，并将在丝杠轴1的滚珠滚动槽1a上滚转的滚珠掬起到曲线通路22内。由于掬起部21a将滚珠7沿着与负载滚珠滚动路3相切的圆弧掬起，因此即使滚珠7与掬起部21a接触，传递到掬起部21a的冲击也较少。

该循环部件8例如为POM等树脂的成形品，可以由沿着无负载返回路9而一分为二的一对分割体构成，也可以由没有分割面的一体的零件构成。由于掬起部21a的材质采用树脂，因此掬起部21a容易变形，由滚珠7对掬起部21a施加的冲击进一步缓和。在此，一对循环部件8通过同一金属模形成同样形状。

另外，本发明不局限于上述实施方式，在不变更本发明的主旨的范围内能够进行各种变更。例如，设于螺母主体的滚珠循环路也可以为一回路。在设有二回路以上的滚珠循环路时，也可以使两条以上的负载滚珠循环槽的相位一致，不施加预压。

无负载返回路的曲线通路的中心线可以不为圆弧状的曲线，而为切线方向连续的回旋曲线。圆弧状的曲线除圆弧外还包括椭圆或回旋曲线等。

也可以在直线通路的内侧嵌入管，或与孔一体地将筒状的树脂插入成形。

作为滚动体，代替滚珠也可以使用滚筒，也可以使滚动体间存在防止滚动体彼此的接触的保持器。

作为一个循环部件使用了相同形状的循环部件，但也可以为不同形状。

本发明不局限于上述实施方式，在不脱离本发明的范围可以进行各种变更。

本发明基于在2009年3月31日申请的日本专利申请2009-085249号公报，本发明涉及其全部内容。

Claims (6)

1.一种滚动体丝杠装置，其中，具有：

丝杠轴，其在外周面具有螺旋状的滚动体滚动槽；

螺母主体，其在内周面具有与所述丝杠轴的所述滚动体滚动槽对置的螺旋状的负载滚动体滚动槽；

多个滚动体，该多个滚动体排列在滚动体循环路中，该滚动体循环路包含在所述丝杠轴的所述滚动体滚动槽与所述螺母主体的所述负载滚动体滚动槽之间的负载滚动体滚动路；

直线通路，其设于所述螺母主体，并由与所述螺母主体的轴线平行延伸的孔构成；

一对循环部件，该一对循环部件设于所述螺母主体的靠所述直线通路的两端部，并形成有将所述负载滚动体滚动路与所述直线通路连接的方向转换路，

其中，

所述一对循环部件从所述螺母主体的外侧沿着相同方向嵌入形成于所述螺母主体的外径部且与所述直线通路连接的一对凹部中，各循环部件的所述方向转换路具有与所述负载滚动体滚动路连接的曲线通路，

从所述螺母主体的轴线方向观察时，所述曲线通路形成为，在所述曲线通路中移动的滚动体的中心的轨迹为圆弧状的曲线，

所述一对凹部分别包括：所述循环部件所就位的底面、包围所述循环部件的周围的内壁。

2.根据权利要求1所述的滚动体丝杠装置，其特征在于，

在所述滚动体丝杠装置中在所述螺母主体的轴线方向上位置错开而设有二回路以上的滚动体循环路，

在所述螺母主体设有以互相的中心线一致的方式排列的两条以上的直线通路，在所述螺母主体的各直线通路的两端部设有所述一对循环部件。

3.根据权利要求2所述的滚动体丝杠装置，其特征在于，

在构成所述二回路以上的滚动体循环路的、所述螺母主体的两条以上的负载滚动体滚动槽中，相对于所述丝杠轴的所述滚动体滚动槽的一个负载滚动体滚动槽的相位从另一个负载滚动体滚动槽的相位偏移，由此对所述滚动体丝杠装置施加预压。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的滚动体丝杠装置，其特征在于，

所述丝杠轴的所述滚动体滚动槽及所述螺母主体的所述负载滚动体滚动槽的条数具有两条以上，

在所述螺母主体中，在所述螺母主体的轴线方向上位置重合而设有对应两条以上的条数的二回路以上的滚动体循环路，且在所述螺母主体的周向上位置错开而设有对应所述两条以上的条数的两条以上的直线通路，

在所述螺母主体的各直线通路的两端部设有所述一对循环部件。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的滚动体丝杠装置，其特征在于，

在所述螺母主体形成有从一个端面贯通到另一个端面的贯通孔，

所述贯通孔的一部分构成所述直线通路。

6.根据权利要求2或3所述的滚动体丝杠装置，其特征在于，

多个所述循环部件在所述螺母主体的轴线方向上排列成大致一排。