CN101874167B - 滚柱丝杠及滚柱丝杠中滚柱的循环方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够减少无负荷返回通路的扭转量的滚柱丝杠及滚柱丝杠中滚柱的循环方法。滚柱丝杠具备：螺纹轴(1)，其在外周面具有螺旋状的滚柱滚道面(1a)；螺母，其在内周面具有与螺纹轴(1)的滚柱滚道面(1a)对置的螺旋状的负荷滚柱滚道面(2a)；循环构件(7)，其设置于螺母(2)，具有连接螺母(2)的不足一圈的负荷滚柱滚道面(2a)的一端和另一端的无负荷返回通路(8)；多个滚柱(4)，在一圈的滚柱循环路径中排列，该滚柱循环路径由负荷滚柱滚道路(6)及无负荷返回通路(8)构成。循环构件(7)将滚动到不足一圈的负荷滚柱滚道路(6)一端的滚柱(4)向无负荷返回通路(8)引导，使滚柱返回到不足一圈的负荷滚柱滚道路(6)的另一端。由于将负荷滚柱滚道路(6)的圈数设定为不足一圈，因此能够将在负荷滚柱滚道路(6)中移动的滚柱(4)以原姿势移动到相邻的负荷滚柱滚道路(6)。

Description

滚柱丝杠及滚柱丝杠中滚柱的循环方法
技术领域
本发明涉及一种将滚柱能够滚动地夹在螺纹轴与螺母之间的滚柱丝杠。
背景技术
近几年，开发出将滚柱能够滚动地夹在螺纹轴与螺母之间的滚柱丝杠。由于滚柱与滚柱滚道面线接触，因此与滚珠丝杠相比，滚柱丝杠具有能够负担的载荷大的优点。但是，由于与能够向四面八方中的任一方向滚动的滚珠相比，滚柱的行进方向被限定为一个方向，因此存在很难使滚柱循环的问题。
滚柱丝杠的循环路径由螺旋状的负荷滚柱滚道路和无负荷返回通路构成，其中负荷滚柱滚道路形成在螺纹轴外周面的螺纹状的滚柱滚道面与螺母内周面的螺旋状的负荷滚柱滚道面之间，无负荷返回通路连接负荷滚柱滚道路的一端与另一端。无负荷返回通路由安装于螺母的循环构件形成。若使螺纹轴相对于螺母进行相对旋转，则循环构件使滚动到负荷滚柱滚道路一端的滚柱顶起，使其通过无负荷返回通路后返回到负荷滚柱滚道路的另一端。通过设置循环构件，变得容易形成无负荷返回通路。
在以往的滚柱丝杠中，将负荷滚柱滚道路的圈数设定为2～3圈以上。在使用回管作为循环构件时，将负荷滚柱滚道路的圈数设定为例如2.5圈、3.5圈等(参照专利文献1)。在使用端隙方式的循环构件时，将负荷滚柱滚道路的圈数设定为例如3.8圈、4.8圈等(参照专利文献2)。
专利文献1：日本特开2001-241527号公报；
专利文献2：日本特开2006-118649号公报。
发明内容
在使顶起的滚柱从负荷滚柱滚道路一端返回负荷滚柱滚道路另一端时，需要使滚柱的姿势与负荷滚柱滚道路的截面形状一致。根据该要求，循环构件的无负荷返回通路以在无负荷返回通路内能够使滚柱的姿势旋转的方式扭转。但是，无负荷返回通路的扭转量越大，在无负荷返回通路中越难使滚柱顺利地移动。若相反，无负荷返回通路的扭转量越小，滚柱越能够良好地移动。另外，滚柱的循环路径越长，滚柱倾斜(所谓偏斜)的可能性越高。
本发明者发现无负荷返回通路的扭转量与负荷滚柱滚道路的圈数存在相关关系。本发明基于上述见解，其目的在于提供一种能够减少无负荷返回通路的扭转量的滚柱丝杠及滚柱丝杠中滚柱的循环方法。
以下，对本发明进行说明。
为了解决上述课题，技术方案1所述的发明为滚柱丝杠，所述滚柱丝杠具备：螺纹轴，其在外周面具有螺旋状的滚柱滚道面；螺母，其在内周面具有与所述螺纹轴的所述滚柱滚道面对置的螺旋状的负荷滚柱滚道面；循环构件，其设置于所述螺母，具有连接所述螺母的不足一圈的所述负荷滚柱滚道面的一端和另一端的无负荷返回通路；多个滚柱，在一圈的滚柱循环路径中排列，该滚柱循环路径由所述螺纹轴的所述滚柱滚道面与所述螺母的所述负荷滚柱滚道面之间的不足一圈的负荷滚柱滚道路及所述循环构件的无负荷返回通路构成，在使所述螺纹轴相对于所述螺母进行相对旋转时，所述循环构件将滚动到所述不足一圈的负荷滚柱滚道路一端的滚柱向所述无负荷返回通路引导，使滚柱返回所述不足一圈的负荷滚柱滚道路的另一端。
技术方案2所述的发明在技术方案1所述的滚柱丝杠的基础上，其特征在于，所述循环构件的所述无负荷返回通路具有以能够包围所述滚柱周围的方式闭合的截面，所述循环构件在所述无负荷返回通路的长度方向两端部具有顶起部，该顶起部将在所述负荷滚柱滚道路中移动的滚柱顶起到所述无负荷返回通路内。
技术方案3所述的发明在技术方案2所述的滚柱丝杠的基础上，其特征在于，所述循环构件的所述无负荷返回通路的截面为与滚柱的侧面形状对应的四边形，并且所述无负荷返回通路扭曲成使在所述无负荷返回通路中移动的滚柱的姿势能够旋转，所述循环构件通过对在截面为四边形的无负荷返回通路的对角线位置分割成两部分的分割体进行结合而形成。
技术方案4所述的发明在技术方案1至3中任一项所述的滚柱丝杠的基础上，其特征在于，所述不足一圈的负荷滚柱滚道路的圈数超过0.5圈。
技术方案5所述的发明在技术方案1至4中任一项所述的滚柱丝杠的基础上，其特征在于，在所述螺母上与所述循环构件的形状对应从所述螺母的外周面贯通到内周面地开设有安装孔，并且该贯通孔从所述不足一圈的负荷滚柱滚道面的一端细长地延伸到另一端，所述循环构件安装在所述螺母的所述安装孔内。
技术方案6所述的发明为滚柱丝杠中滚柱的循环方法，其中，将移动到不足一圈的负荷滚柱滚道路一端的滚柱向所述循环构件的无负荷返回通路引导，使滚柱返回所述不足一圈的所述负荷滚柱滚道路的另一端，其中，所述负荷滚柱滚道路形成在螺纹轴外周面的螺旋状滚柱滚道面与螺母内周面的螺旋状负荷滚柱滚道面之间。
发明效果
若能够缩小无负荷返回通路的扭转量，则能够使滚柱顺利地移动。根据技术方案1所述的发明，由于将负荷滚柱滚道路的圈数设定为不足一圈，因此，能够将在负荷滚柱滚道路中移动的滚柱以原姿势(正确地说，使姿势不过度旋转)移动到相邻的负荷滚柱滚道路。因此，能够减少无负荷返回通路的扭转量。并且，由于负荷滚柱滚道路的圈数不足一圈，因此螺纹轴的滚柱滚道面及螺母的负荷滚柱滚道面的加工精度不易受到影响，在负荷滚柱滚道路中排列的滚柱个数也变少，由此能够防止负荷滚柱滚道路中滚柱从规定姿势倾斜(所谓滚柱偏斜)。
根据技术方案2所述的发明，能够使侧面为四边形的滚柱在与螺纹轴的螺纹牙不接触的情况下返回一圈前的螺纹轴的滚柱滚道面。因此，使滚柱在无负荷返回通路中顺利地移动。
根据技术方案3所述的发明，由于分割体在无负荷返回通路的对角线的位置分割，因此分割体不产生根切。因此，分割体的制造容易。
根据技术方案4所述的发明，能够使滚柱丝杠的负荷容量变大。
根据技术方案5所述的发明，容易将循环构件安装于螺母。
根据技术方案6所述的发明，由于将负荷滚柱滚道路的圈数设定为不足一圈，因此，能够将在负荷滚柱滚道路中移动的滚柱以原姿势(正确地说，使姿势不过度旋转)移动到相邻的负荷滚柱滚道路。因此，能够减少无负荷返回通路的扭转量。并且，由于负荷滚柱滚道路的圈数不足一圈，因此螺纹轴的滚柱滚道面及螺母的负荷滚柱滚道面的加工精度很难受到影响，在负荷滚柱滚道路中排列的滚柱个数也变少，由此能够防止负荷滚柱滚道路中滚柱从规定的姿势倾斜(所谓滚柱偏斜)。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的滚柱丝杠的立体图。
图2是上述滚柱丝杠的俯视图。
图3是从螺纹轴的轴线方向观察到的上述滚柱丝杠的主视图。
图4是示出夹在螺纹轴的滚柱滚道面与螺母的负荷滚柱滚道面之间的滚柱的剖视图。
图5是螺母的立体图。
图6是偏导装置的立体图。
图7是偏导装置的主视图。
图8是偏导装置的一个分割体的立体图。
图9是偏导装置的一个分割体的主视图。
图10是偏导装置的一个分割体的仰视图。
图11是偏导装置的另一分割体的立体图。
图12是偏导装置的另一分割体的主视图。
图13是偏导装置的另一分割体的仰视图。
图14是示出螺纹轴与偏导装置的立体图。
图15是示出另一分割体的主视图(示出在无负荷返回通路中移动的滚柱姿势的变化的图)。
图16是示出无负荷返回通路的中心轴的滚道与螺纹轴的关系的图(图中(A)是螺纹轴的俯视图，图中(B)是螺纹轴的轴线方向的主视图)。
图17是示出无负荷返回通路中滚柱的轴线轨迹的立体图。
图18是本发明第二实施方式的滚柱丝杠的立体图。
符号说明：
1  螺纹轴
1a  滚柱滚道面
2、26  螺母
2a  负荷滚柱滚道面
2b  安装孔
4  滚柱
6  负荷滚柱滚道路
7  偏导装置(循环构件)
7a、7b  分割体
8  无负荷返回通路
8a  中央部
8b  两端部
具体实施方式
图1至图3示出本发明的第一实施方式的滚柱丝杠。图1表示滚柱丝杠的立体图，图2表示俯视图，图3表示从螺纹轴的轴线方向观察到的主视图。
滚柱丝杠具备在外周面形成有螺旋状的滚柱滚道面1a的螺纹轴1和在内周面形成有与滚柱滚道面1a对置的螺旋状的负荷滚柱滚道面2a的螺母2。在螺纹轴1的滚柱滚道面1a与螺母2的负荷滚柱滚道面2a之间设置有不足一圈的多个负荷滚柱滚道路6(参照图14)。在螺母2设置有连接负荷滚柱滚道路6的一端与另一端的偏导装置7来作为用于使滚柱循环的循环构件。在本实施方式中，由于设置有多个(例如三个)滚柱循环路径，因此设置有多个(例如三个)偏导装置7。多个偏导装置7沿螺母2的轴向方向错开位置，并且安装在安装孔2b内，其中，该安装孔2b在螺母2的周向上隔开均等间隔配置。
螺纹轴1通过对在碳素钢、铬钢或不锈钢等棒钢的外周面具有规定的导程的螺旋状的滚柱滚道面1a进行切削及研磨加工或轧制加工而形成。螺纹轴1的滚柱滚道面1a的截面为V字形状，其张开角度约为90度。在本实施方式中，在螺纹轴1的外周面形成有两条滚柱滚道面1a。螺纹轴1的条数可以设定为一条、两条、三条等。
螺母2通过对在碳素钢、铬钢或不锈钢等的圆筒的内周面具有规定的导程的螺旋状的负荷滚柱滚道面2a进行切削及研磨加工或轧制加工而形成(参照图5)。负荷滚柱滚道面2a的截面为V字形状，其张开角度约为90度。在螺母2外周的轴线方向端部形成有用于将螺母2安装于对方部件的凸缘2c。
如图3所示，在螺母2上开设有从外周面到内周面贯通的多个安装孔2b。该多个安装孔2b沿螺母2的轴线方向错开位置且在螺母2的周向隔开均等间隔而配置。安装孔2b由与偏导装置7的外形形状对应的细长地伸长的长孔构成。在螺母2的俯视图中，安装孔2b从螺纹轴的轴线方向倾斜角度α(参照图2)。安装孔2b连接螺母2内周面的不足一圈的负荷滚柱滚道面的一端和另一端。在安装孔2b内形成有安装偏导装置7的凸缘11的安装座2b1。
在安装孔2b内埋入有偏导装置7。使偏导装置7的凸缘11落座于安装座2b1，并通过将螺钉、螺栓等结合机构拧入安装座2b1，将偏导装置7安装于螺母2。在偏导装置7中形成有无负荷返回通路，该无负荷返回通连接螺母2的不足一圈的负荷滚柱滚道面2a的一端和另一端。
由螺纹轴1的滚柱滚道面1a与螺母2的负荷滚柱滚道面2a之间的负荷滚柱滚道路6及偏导装置7的无负荷返回通路8形成一圈滚柱循环路径(参照图14)。将负荷滚柱滚道路6的圈数设定为超过0.5圈，例如为0.6～0.8圈。在滚柱循环路径中排列有多个滚柱。
图4表示夹在螺纹轴1的滚柱滚道面1a与螺母2的负荷滚柱滚道面2a之间的滚柱4的一例。滚柱4为圆筒形状，其直径与长度大致相等。从侧面观察时滚柱4的形状接近正方形。在滚柱4的端面4a施有圆弧状或球面状的倒角。在负荷滚柱滚道路6中以相邻的滚柱4的轴线形成大致平行的方式平行排列滚柱4，或以相邻的滚柱4的轴线正交的方式交叉排列滚柱4。也可以将用于避免滚柱彼此接触的挡圈夹在相邻的滚柱4之间。
滚柱4由与螺纹轴1的滚柱滚道面1a及螺母2的负荷滚柱滚道面2a接触的侧面4c负担载荷，但是其端面4c不负担载荷。因此，各滚柱4只能够负担螺纹轴1的轴线方向一个方向的载荷。在将滚柱4交叉排列时，能够负担相反的两个方向((1)及(2)方向)的载荷，但是在将滚柱4平行排列时，仅能够负担一个方向((1)或(2)方向)的载荷。在要负担相反方向的两个方向((1)及(2)方向)的载荷时，可以使在多个滚柱循环路径中彼此平行排列的滚柱4的轴线4b的方向相互不同。
图6表示偏导装置7的立体图，图7表示偏导装置7的主视图。偏导装置7由沿着无负荷返回通路分割成两部分的一对分割体7a、7b组成。在偏导装置7设置有用于将偏导装置7安装于螺母2的凸缘11。如图7所示，在偏导装置7的下表面的宽度方向两端部形成有向螺纹轴1的滚柱滚道面1a突出的顶起部9。顶起部9将在负荷滚柱滚道路6中移动的滚柱4顶起而将其向无负荷返回通路引导。并且，偏导装置7下表面的宽度方向的中央部10凹陷成拱状，避免与螺纹轴1的螺纹牙干涉。
图8至图10表示一个分割体7a。图8表示立体图，图9表示主视图，图10表示仰视图。在分割体7a形成有无负荷返回通路8的一半。无负荷返回通路8的截面形状为与滚柱4的侧面形状对应的四边形，并且以使在无负荷返回通路8中移动的滚柱4的姿势能够旋转的方式扭转。偏导装置7在截面为四边形的无负荷返回通路的对角线位置被分割成两部分。无负荷返回通路8由直线状的中央部8a和曲线状的两端部8b构成。无负荷返回通路8的中央部8a扭转。分割体7a具有与无负荷返回通路8的中央部8a的扭曲对应的厚壁部7a1和薄壁部7a2。在分割体7a的无负荷返回通路8的下侧也具有壁部12。结合分割体7a、7b而得到的无负荷返回通路8以能够包围滚柱4的周围的方式具有闭合的截面。如图10的仰视图所示，在壁部12也形成有与无负荷返回通路8的扭曲对应的厚壁部12a和薄壁部12b。
图11至图13表示另一个分割体7b。图11表示立体图，图12表示主视图，图13表示仰视图。在该分割体7b也形成有无负荷返回通路8的一半。由于无负荷返回通路8扭转，因此分割体7b也具有与无负荷返回通路8的扭曲对应的厚壁部7b1和薄壁部7b2。为了使无负荷返回通路8的截面形成闭合的截面，在分割体7b的无负荷返回通路8的下侧也形成有壁部14。如图13的仰视图所示，在壁部14也形成有与无负荷返回通路8的扭曲对应的厚壁部14a和薄壁部14b。
偏导装置7的分割体7a、7b通过树脂或金属的切削加工或注射模塑成型而制造。通过将偏导装置7在无负荷返回通路8的对角线位置分割成两部分，而变得不产生根切，使得分割体7a、7b的制造容易。此外，在一对分割体的一方7a形成有定位销16(参照图8)，在另一方7b开设有与定位销16嵌合的定位孔17(参照图11)。使用定位销16和定位孔17将一对分割体7a、7b定位后，通过上述螺钉等结合机构结合。
图14表示螺纹轴1和偏导装置7。在该图14中示出分割体7a的无负荷返回通路8，使得能够看到在无负荷返回通路8中移动的滚柱4。如上述所示，在螺母2的不足一圈的负荷滚柱滚道面2a与螺纹轴1的滚柱滚道面1a之间形成有不足一圈的负荷滚柱滚道路6。移动到负荷滚柱滚道路6一端的滚柱4由偏导装置7的顶起部9顶起。由于无负荷返回通路8的截面闭合，因此滚柱4不与螺纹轴1的螺纹牙接触而进入无负荷返回通路8中。在无负荷返回通路8中移动的滚柱4在移动中使其姿势略微旋转。移动到无负荷返回通路8一端的滚柱4从偏导装置7的顶起部9返回到负荷滚柱滚道路6的另一端。在无负荷返回通路8中使滚柱7的姿势略微旋转是为了使滚柱4的姿势与负荷滚柱滚道路6的截面形状一致。
图15表示在一个分割体中移动的滚柱4的姿势。可知随着滚柱4在分割体的无负荷返回通路8中移动而使其姿势旋转。
通过使负荷滚柱滚道路6的圈数变小到不足一圈，能够尽量缩小无负荷返回通路8的扭转量。并且，通过使负荷滚柱滚道路6的圈数不足一圈，螺纹轴1的滚柱滚道面1a及螺母2的负荷滚柱滚道面2a的加工精度的影响或在负荷滚柱滚道路6中排列的滚柱4自身的个数减少，由此，能够防止滚柱4从规定的轴线倾斜(所谓滚柱4偏斜)。
并且，通过由偏导装置7构成循环构件，与采用以往的端隙方式的循环构件的情况相比，能够减少部件个数。由此，能够减少由部件间的间隙、阶梯差引起的滚柱4的卡挂。
图16表示无负荷返回通路8的中心线的滚道21与螺纹轴1的关系。在图16(A)的螺纹轴1的俯视图中，无负荷返回通路8的直线状的中央部8a相对于螺纹轴1的轴线1c倾斜规定角度α。无负荷返回通路8的曲线状的两端部8b通过圆弧与负荷滚柱滚道路6相连，其中，负荷滚柱滚道路6与无负荷返回通路8的两端部8b的导程一致地倾斜。在图16(B)的螺纹轴1的主视图中，无负荷返回通路8的两端部8b沿负荷滚柱滚道路6的切线方向配置。无负荷返回通路8的中央部8a与两端部8b通过圆弧相连。
图17表示无负荷返回通路8中的滚柱4的轴线轨迹。图中符号22表示无负荷返回通路8的中央部8a的轨迹，符号23表示两端部8b的轨迹。通过使负荷滚柱滚道路6形成为不足一圈，也可以减少无负荷返回通路8的中央部8a的扭曲量，移动到负荷滚柱滚道路6一端的滚柱4可以以原姿势返回到一圈前的负荷滚柱滚道路6的另一端。此外，在本实施方式中，由于螺纹轴1的滚柱滚道面1a为两条，因此在螺纹轴1的滚柱滚道面1a移动的滚柱4不返回相邻的滚柱滚道面1a，而返回隔着一个的滚柱滚道面1a。
图18表示本发明第二实施方式的滚柱丝杠。在上述第一实施方式的滚柱丝杠中，在一圈的滚柱循环路径平行排列滚柱4时，仅能够负担螺纹轴1的轴线方向一个方向的载荷。为了负担螺纹轴1的轴线方向的相反两个方向的载荷，本实施方式的滚柱丝杠的螺母26通过沿轴线方向结合两个分割螺母24、25而形成。在各分割螺母24、25中设置有与上述实施方式的螺母2同样的多个一圈的滚柱循环路径，并且设置有多个偏导装置7。由于偏导装置7的结构与上述第一实施方式相同，因此附加同一符号并省略其说明。
在分割螺母24的滚柱循环路径以能够负担螺纹轴1的轴线方向一个方向的载荷的方式平行排列多个滚柱。在分割螺母25的滚柱循环路径以能够负担螺纹轴1的轴线方向的相反方向载荷的方式平行排列多个滚柱。将垫片27夹在一对分割螺母24、25之间，以使其相位对合而能够使上述分割螺母结合。一对分割螺母24、25通过螺栓等接合机构结合。
在螺纹轴1形成有两条滚柱滚道面1a。在一个分割螺母24的滚柱循环路径中循环的滚柱在螺纹轴1的两条滚柱滚道面中一条的滚柱滚道面滚动。在另一个分割螺母25的滚柱循环路径循环的滚柱在螺纹轴1的两条滚柱滚道面中的剩余一条的滚柱滚道面1a滚动。
此外，本发明不局限于上述实施方式，在不变更本发明主旨的范围内能够进行各种变更。例如，相对于一个螺母的一圈的滚柱循环路径的个数既可以为一个以上，也可以设定为两个、三个等。对于滚柱，也可以代替圆筒滚柱而使用侧面带有锥度的圆锥滚柱。
本说明书基于2007年11月30日申请的日本特愿2007-309609。其内容全部包括于此。

Claims (4)

1.一种滚柱丝杠，其具备：
螺纹轴，其在外周面具有螺旋状的滚柱滚道面；
螺母，其在内周面具有与所述螺纹轴的所述滚柱滚道面对置的螺旋状的负荷滚柱滚道面；
循环构件，其设置于所述螺母，具有连接所述螺母的不足一圈的所述负荷滚柱滚道面的一端和另一端的无负荷返回通路；
多个滚柱，在一圈的滚柱循环路径中排列，该滚柱循环路径由所述螺纹轴的所述滚柱滚道面与所述螺母的所述负荷滚柱滚道面之间的不足一圈的负荷滚柱滚道路及所述循环构件的无负荷返回通路构成，
在使所述螺纹轴相对于所述螺母进行相对旋转时，所述循环构件将滚动到所述不足一圈的负荷滚柱滚道路一端的滚柱向所述无负荷返回通路引导，使滚柱返回所述不足一圈的负荷滚柱滚道路的另一端，
所述循环构件的所述无负荷返回通路具有以能够包围所述滚柱周围的方式闭合的截面，该截面为与滚柱的侧面形状对应的四边形，并且所述无负荷返回通路具备直线状的中央部和曲线状的两端部，
所述无负荷返回通路的所述中央部扭曲成使在所述无负荷返回通路中移动的滚柱的姿势能够旋转，
所述循环构件通过对以不产生根切的方式在截面为四边形的扭曲的无负荷返回通路的对角线位置分割成两部分的分割体进行结合而形成。
2.根据权利要求1所述的滚柱丝杠，其中，
所述循环构件在所述无负荷返回通路的长度方向两端部具有顶起部，该顶起部将在所述负荷滚柱滚道路中移动的滚柱顶起到所述无负荷返回通路内。
3.根据权利要求1或2所述的滚柱丝杠，其中，
所述不足一圈的负荷滚柱滚道路的圈数超过0.5圈。
4.根据权利要求1或2所述的滚柱丝杠，其中，
在所述螺母上与所述循环构件的形状对应从所述螺母的外周面贯通到内周面地开设有安装孔，并且该贯通孔从所述不足一圈的负荷滚柱滚道面的一端细长地延伸到另一端，
所述循环构件安装在所述螺母的所述安装孔内。
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