CN102292568A - 直线运动执行器及叉车 - Google Patents

Abstract

本发明的直线运动执行器具有：螺纹轴(1)；以螺旋状形成于螺纹轴的外周的螺纹牙(10)；沿螺纹牙在螺纹轴的周向彼此隔开间隔配置、借助于滚动面(2c)在螺纹牙的螺纹面(1a)上滚动的多个辊(2)，将多个辊分别可自转地收纳、当多个辊滚动时与螺纹轴相对旋转的辊保持架(3)。将辊的中心轴(26)，以使其自身假想延长后的直线与螺纹轴交叉的姿势、且向螺纹牙侧倾斜的姿势，固定于辊保持架。由此能够抑制辊和螺纹轴之间产生大的滑动，因此能够提供具有高的动力传递效率和耐久性的直线运动执行器。

Description

直线运动执行器及叉车

技术领域

本发明涉及在螺纹轴和辊保持架(ロ一ラケ一ジ)间产生相对直线运动的直线运动执行器和具有该直线运动执行器的叉车。

背景技术

近年来，作为环境问题、气候变暖对策之一环，取代以往的液压执行器，利用电动执行器作为各种机械和器具的执行器的意向正在增长。这是因为，利用电动执行器，不使用液压机械和器具中所必须的工作油本身即是一种环境对策，同时其还追求如下目标：通过电动化提高效率而能够减少所消耗的动力，再加上有效地利用动力再生而能够进一步使所消耗的动力减少；通过将能源从内燃机的燃油改变成电力，能够降低执行器运转现场的局部环境负荷；并且，借助于蓄电池利用深夜电力使得能够有效地利用广大地区的能量，等等。这股潮流也波及到了多用于建筑机械等设备的液压缸那样的产生大推力的直线运动执行器领域，承受大推力的电动直线运动执行器的需求正在增长。

作为电动直线运动执行器中使用的旋转运动—直线运动转换机构，有滚珠丝杠，其利用小球作为配置在螺纹轴与螺母部件的缝隙中的滚动体。然而在此技术中，螺纹轴及螺母部件与小球的接触为点接触，由于产生大的赫兹(ヘルツ)应力而导致发生剥落，在用于大推力、要求寿命长的情况下难以保证具有充分的耐久性。

作为谋求解决这种课题的技术，有一种取代滚珠丝杠的小球而采用圆锥形的辊作为滚动体的技术(参照日本特开2004-190767号公报等)。即，通过使用这样的圆锥形辊，使辊与螺纹轴及螺母部件之间成为线接触或者近乎线接触的接触状态，以期降低接触应力，改善对抗剥落问题的耐久性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-190767号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在上述技术中，当螺母部件相对于螺纹轴移动时，圆锥形辊自身也会相对于螺母部件移动。因此，为了不使圆锥形辊被排出到螺母部件的外部，与滚珠丝杠的情况相同，需要设置使圆锥形辊循环的路径。不过，圆锥形辊不同于球，由于呈现具有方向性的形状，实际当中在其循环路径上维持线接触的姿势，使其在循环路径上顺畅地循环是非常困难的。而且，由于收纳于螺母部件的圆锥形辊的平均直径有相对变小的趋势，所以需要用许多辊来传递推力。还有，要使各辊作为滚动体均等地分担载荷，各圆锥形辊、螺纹轴及螺母部件都必须以高精度制作，这一点也是难以实现的。

本发明的目的在于提供具有高的动力传递效率和耐久性的直线运动执行器。

用于解决课题的手段

为了实现上述目的，本发明具有：螺纹轴；以螺旋状形成于该螺纹轴的外周的螺纹牙；沿该螺纹牙在所述螺纹轴的周向彼此隔开间隔配置且通过滚动面在所述螺纹牙的螺纹面上滚动的多个辊；和将该多个辊分别能自转地收纳，并且当所述多个辊滚动时绕所述螺纹轴相对于所述螺纹轴进行相对旋转的辊保持架，所述辊的中心轴，以使该中心轴假想延长后的直线与所述螺纹轴交叉的姿势、且向所述滚动面所接触的所述螺纹面侧倾斜的姿势，被固定于所述辊保持架。

发明效果

根据本发明，由于能够抑制辊与螺纹轴之间产生大的滑动，所以能够提供具有高的动力传递效率和耐久性的直线运动执行器。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的直线运动执行器的侧截面图。

图2是从图1中的II方向看到的直线运动执行器的正面图。

图3是本发明的第2实施方式的直线运动执行器的侧截面图。

图4是本发明的第3实施方式的直线运动执行器的侧截面图。

图5是表示在图4中点P1处的各部分的滚动距离的图。

图6是表示在图4中点P3处的各部分的滚动距离的图。

图7是本实施方式中以使摩擦损失最小化为目的的设计理论的说明图。

图8是图4中平面C中的辊2的滚动部2e附近的截面图。

图9是图4中平面C中的轴承14的圆锥滚子14a附近的截面图。

图10是本发明的第4实施方式的直线运动执行器的侧截面图。

图11是具有本发明的直线运动执行器的叉车的侧面图。

图12是图11的叉车中的起重桅杆(マスト)附近的放大图。

具体实施方式

以下，用附图说明本发明的实施方式。

图1是本发明的第1实施方式的直线运动执行器的侧截面图，图2是从图1中的II方向看到的直线运动执行器的正面图。

这些图中所示的直线运动执行器主要设有螺纹轴1、多个辊2和辊保持架3。

螺纹轴1的外周设有以螺旋状形成的螺纹牙10。螺纹牙10的螺纹面1a、1b相对于螺纹轴1的中心轴倾斜。本实施方式中的螺纹牙10具有梯形形状的截面，螺纹轴1的径向外侧的面与螺纹轴1的中心轴大致平行。并且，呈倾斜状的螺纹面1a、1b从该平行面的两端朝着螺纹轴1扩展开去。由这样形成的螺纹牙10在螺纹轴1的外周形成了螺纹沟，螺纹轴1成为外螺纹。另外，以下随意地将图1中右侧的螺纹面称为右螺纹面1a，左侧的螺纹面称为左螺纹面1b。

辊保持架3上形成有与螺纹轴1的外螺纹相对应的内螺纹部31，螺纹轴1借助于内螺纹部31插在辊保持架3中。此外，如图2所示，辊保持架3具有向螺纹轴1的径向外侧(更具体地说是各辊2的中心轴方向)突出的大致圆筒状的多个突出部3a、3b、3c。这里，在图2中，以从近前到纸面里侧的顺序将其称为突出部3a、突出部3b、突出部3c。突出部3b被配置在使突出部3a向图1中右方(螺纹轴1的轴向)移动螺纹轴1的导程L的3分之1，且绕螺纹轴1的中心轴旋转120度(3分之2π)后的位置，突出部3c被配置在从该突出部3b的位置向图1中的右方移动导程L的3分之1，且绕螺纹轴1的中心轴旋转120度后的位置。基于这种关系，图1中的突出部3a、3c，本来应该使其相对于突出部3b(示于图1的中央部)向左、右旋转120度错开导程L的3分之1进行图示，但是为了将所有的突出部3a、3b、3c表示在同一平面上，出于方便，而错开导程L的4分之1进行了图示。此外，同样为了谋求方便，在图1中的突出部3a、3c的截面中，关于辊2、圆柱滚子轴承4、5、及盖6，图示了包含辊2的中心轴26的平面中的截面，关于辊保持架3的内螺纹部31，图示了包含螺纹轴1的中心轴的平面中的截面。

在突出部3a、3b、3c中借助于滚动轴承(将在下文中叙述的圆柱滚子轴承4、5)分别可自转地收纳有辊2，突出部3a、3b、3c的开口部分别由盖6闭塞。盖6通过螺栓等固定装置(未图示)被固定在辊保持架3上。辊保持架3与螺纹轴1仅通过收纳于辊保持架3中的多个辊2的滚动面2c接触着，其他部分为非接触状态。多个辊2滚动时，辊保持架3即绕螺纹轴1与螺纹轴1相对旋转，在螺纹轴1与辊保持架3之间产生相对直线运动。另外，在本实施方式的辊保持架3中，出于使生产容易性优先的考虑，设置了用于收纳3个辊2的3个突出部3a、3b、3c，突出部的数量(即，辊2的数量)也可根据使其作用的轴向推力的大小等情况酌情增减。

内螺纹部31形成为：在辊2(滚动面2c)与右螺纹面1a接触的图1的状态下(如前所述，出于方便，作为含有螺纹轴1的中心轴的平面的截面图示了图1中的内螺纹部31附近)，较之左螺纹面1b与内螺纹部31之间形成的缝隙，右螺纹面1a与内螺纹部31之间形成的缝隙相对大一些。

这样形成内螺纹部31时，在轴向推力Fth作用在图1所示的方向(图1中的右方向)的情况下，一定能够通过辊2将该轴向推力Fth传递给辊保持架3。所以，像上述那样形成内螺纹部31，能够以摩擦损失小的滚动副进行螺纹轴1与辊保持架3之间的相对旋转和轴向移动。另外，只要像上述那样形成内螺纹部31，那么即便轴向推力Fth在与图1相反的方向(即，图1中的左方向)作用的时候，由于与内螺纹部31间的缝隙小的左螺纹面1b即刻与内螺纹部31接触，所以也能够把因轴向推力Fth而产生的喀哒声控制在较小程度。

各辊2设有：以中心轴26为中心进行自转并在右螺纹面1a上滚动的滚动部2e；从滚动部2e突出，并在其中心具有中心轴26的旋转轴2a；作为滚动部2e中的螺纹轴1侧的端面的内侧端面2d；作为旋转轴2a中的盖6侧的端面的外侧端面2b。在滚动部2e的圆周方向，设有与右螺纹面1a接触的滚动面2c，滚动部2e借助于该滚动面2c在右螺纹面1a上滚动。

各辊2的中心轴26，以保持将中心轴26假想延长后的直线与螺纹轴1交叉的姿势的方式，相对于辊保持架3被固定。此外，换言之，也可以这样表达：辊2的中心轴26，位于以大致等于螺纹牙10的导程角γ’(参照图1)的角度γ与螺纹轴1的中心轴交叉的平面A上。这里，之所以将平面A与螺纹轴1的中心轴交叉的角度γ说成“大致”等于导程角γ’，是基于下面的理由。导程角γ’可以从距螺纹轴1的中心轴的距离固定的规定的圆柱面与右螺纹面1a的交叉线求得。但是，由于右螺纹面1a在螺纹轴1的径向上存在于从螺纹轴1的中心轴起规定的范围(即，螺纹牙10的高度的量)内，所以导程角γ’也就基于选择右螺纹面1a上的某个部位而成为具有规定范围的值。因此，使角度γ与导程角γ’严密地对应是一件困难的事。

此外，由于导程角γ’是图1中以点划线B表示的右螺纹面1a的切线和垂直于螺纹轴1的中心轴的直线所成的角，所以点划线B与平面A大致正交。即，平面A大致与右螺纹面1a正交。另外，突出部3a、3b中的辊2的中心轴26，也与突出部3b中的辊2同样，落在与螺纹轴1的中心轴以γ角度交叉的平面内。

一边以上述那样的姿势保持着中心轴26，一边与右螺纹面1a接触，如此形成滚动面2c，则在右螺纹面1a与滚动面2c接触的部分处，能够使各自的接近中心轴的部分彼此接触，并且能够使各自的远离中心轴的部分彼此接触。由此能够抑制在辊2与螺纹牙10之间产生滑动。

此外，本实施方式中的各辊2的中心轴26，一边保持上述姿势，一边以向滚动面2c所接触着的螺纹牙10侧倾斜的姿势被保持着。即，中心轴26在平面A中向滚动面2c与右螺纹面1a的接触部侧倾斜。由于如此使中心轴26向右螺纹面1a侧倾斜，能够在与滚动面2c所接触着的螺纹牙10隔开1螺距份间隔的螺纹牙10的外侧(图1的突出部3a中的辊2处的上方)配置辊2的内侧端面2d，所以，与不使中心轴26倾斜的情况相比，能够加大辊2的滚动部2e的直径(更具体地说是内侧端面2d的直径)。由此，由于能够使，例如，内侧端面2d的直径比螺纹牙10的螺距(本实施方式中也相当于导程L)大，所以能够使内侧端面2d对着与滚动面2c所接触着的螺纹牙10相邻的螺纹牙10。因此，若如上所述以使辊2的中心轴26向螺纹牙10侧倾斜的姿势将其保持，则由于能够加大滚动部2e的直径，所以能够降低在滚动面2c和右螺纹面1a产生的接触应力。

另外，如上所述将滚动部2e的直径加大到使内侧端面2d对着螺纹牙10的程度的情况下，优选像本实施方式这样在内侧端面2d形成研钵状的凹部。若像这样在内侧端面2d形成凹部，则能够避免内侧端面2d与螺纹牙10接触的情况。此外，像这样在内侧端面2d形成凹部，即便使辊2的中心轴26向螺纹牙10侧倾斜时的倾斜量小，也可以避免与下一螺距处的螺纹牙10发生干涉的情况。像这样使中心轴26的倾斜量较小时，即使滚动部2e的直径相同，也能够将辊保持架3的外径控制得较小。

各辊2的滚动面2c形成为：在中心轴26方向的固定范围内与右螺纹面1a接触。像这样使右螺纹面1a与滚动面2c接触，能够降低接触应力，改善对抗剥落的耐久性。这里，像本实施方式这样螺纹牙10的右螺纹面1a相对于螺纹轴1的中心轴倾斜的情况下，可以以如下方式形成各辊2：在其中心轴26方向的固定范围内，滚动部2e的直径随着逐渐接近螺纹轴1而配合着右螺纹面1a的形状逐渐变小。像这样形成辊2，能够使辊2和螺纹轴1各自远离中心轴的部分彼此间及接近中心轴的部分彼此间相互接触，能够在二者相接触的任意点处使滑动变得微小。

另外，优选确保滚动部2e与右螺纹面1a的接触部分尽可能长而使二者线接触。关于这一点，本实施方式的滚动部2e的直径，在中心轴26方向的固定范围内，随着逐渐接近螺纹轴1而配合着螺纹牙10的形状(即梯形)以固定的比例变小，滚动部2e以圆锥co(参照图1)的一部分形成。即，滚动面2c以圆锥co的侧面的一部分形成，滚动部2e与右螺纹面1a在其全域内线接触。

这里，在图1中，将滚动面2c所定义的圆锥co的顶角记为2β，将滚动面2c和右螺纹面1a的接触线，与螺纹轴1的中心轴成的角记为α(α也表示在含有该接触线的平面处的截面中右螺纹面1a的倾斜方向。另外，虽然严格地说图1中作为螺纹牙10的轮廓而表示的螺纹面1a和螺纹轴1的中心轴所成的角度并不为α，但是在角度γ的值较小的情况下它近似地等于α)。这里，如图1所示的辊2那样，角度α和角度β之和的角度小于π/2时，能够使辊2的中心轴26向滚动面2c和右螺纹面1a的接触部侧倾斜。此时，由于辊2的内侧端面2d的外圈相对于中心轴26成直角，所以，辊2的内侧端面2d的外圈相对于螺纹轴1的中心轴倾斜。这样，使中心轴26向接触部侧倾斜时，能够如前所述加大滚动部2e的直径，能够降低在滚动面2c和右螺纹面1a处产生的接触应力。

借助于可承受作用于辊2的径向载荷的向心滚动轴承4和可承受作用于辊2的推力载荷的推力滚动轴承5，各辊2由辊保持架3支撑。

本实施方式中的向心滚动轴承4，是所谓的圆柱滚子轴承，其由从旋转轴2a的周向将该旋转轴2a围起来那样成圆状排列的多个圆柱滚子(滚动体)形成。向心滚动轴承4由辊的旋转轴2a和突出部3a、3b、3c的内壁夹着。另一方面，本实施方式中的推力滚动轴承5，与轴承4相同，是圆柱滚子轴承，其由在外侧端面2b的外缘部成圆状排列的多个圆柱滚子(滚动体)形成。推力滚动轴承5由辊2的外侧端面2b和盖6夹着。结果，作用在支撑辊2的各滚动轴承4、5上的径向载荷和推力载荷，最终都由辊保持架3所承受。另外，由于如上所述滚动轴承4、5的圆柱滚子直接进行滚动，所以优选对辊2的旋转轴2a、外侧端面2b的表面实施热处理，提高表面硬度。

那么，像本实施方式这样螺纹牙10的螺纹面1a、1b相对于螺纹轴1的中心轴倾斜的情况下，在辊2的滚动面2c和右螺纹面1a的接触部，定义一条与该右螺纹面1a正交的假想直线。此时，优选将向心滚动轴承4固定于这样的位置：使该假想直线穿过由形成轴承4的多个滚动体所围起来的圆筒状的空间内的位置。以下，关于这一点进行说明。

图1中，由从辊2的滚动面2c和右螺纹面1a的接触部的中央部向右螺纹面1a垂直延伸的箭头，表示从滚动面2c向右螺纹面1a作用的接触力F₁’、F₂’、F₃’。接触力F₁’、F₂’、F₃’是根据作用和反作用的关系，由作用在图1中的螺纹轴1的左端面和辊保持架3的右端面的轴向推力Fth而产生的。另外，由于本实施方式中的滚动面2c和右螺纹面1a进行线接触，所以严格地说其接触力为线分布载荷，但是这里出于方便以其合力代表接触力。另一方面，根据作用和反作用的关系，从右螺纹面1a向滚动面2c作用有上述接触力F₁’、F₂’、F₃’的接触反力F₁、F₂(未图示)、F₃。图1所示的F₁和F₃是与F₁’和F₃’大小相等、方向相反的力。所以，F₁、F₂、F₃穿过滚动面2c和螺纹面1a的接触部的中央，作用在与该接触部垂直的作用线上，即前述假想直线上。

这里如上所述，在前述假想直线穿过由多个圆柱滚子围起来的圆筒状的空间内的位置配置向心滚动轴承4，则由于接触反力F₁、F₂、F₃的作用线穿过前述圆筒状的空间内，所以接触反力F₁、F₂、F₃不会成为向心滚动轴承4的悬臂载荷(オ一バ一ハング荷重)。由此，无需另外设置用于承受悬臂载荷的径向分量的轴承，所以仅以1个向心滚动轴承4就能承受作用在辊2上的F₁、F₂、F₃的径向分量(径向载荷F_1r、F_2r(未图示)、F_3r)。

此外，由于此时接触反力F₁、F₂、F₃的推力方向(轴向)分量(推力载荷F_1a、F_2a(未图示)、F_3a)能够以由辊2的外侧端面2b和盖6夹着的推力滚动轴承5承受，所以能够以1个向心滚动轴承4和1个推力滚动轴承5承受作用在辊2上的接触反力F₁、F₂、F₃。由此，能够抑制用于支撑辊2的轴承的数量，所以能够抑制直线运动执行器的制造成本。另外，如果滚动轴承4采用可承受径向载荷和推力载荷二者的轴承，则能够进一步减少轴承的数量。详细情况将在下文中叙述。

那么，在上述情况中，进一步优选可以像本实施方式这样，以前述假想直线在向心滚动轴承4的宽度方向中央与辊2的中心轴26交叉的方式配置向心滚动轴承4。像这样构成向心滚动轴承4，能够在前述假想直线和中心轴26的交点将接触反力F₁、F₂、F₃分解成径向载荷F_1r、F_2r、F_3r和推力载荷F_1a、F_2a、F_3a。由此，能够使径向载荷F_1r、F_2r、F_3r作用于向心滚动轴承4的辊宽度的中央，并且能够使推力载荷F_1a、F_2a、F_3a作用在推力滚动轴承5的中央。即，能够将作用在辊2上的接触反力F₁、F₂、F₃，分别用一个承受径向载荷用的轴承4和一个承受推力方向载荷用的轴承5合理地承受。此外，像这样配置向心滚动轴承4，由于能够使推力载荷F_1a、F_2a、F_3a作用于推力滚动轴承5的中央，所以与前述假想直线仅仅从向心滚动轴承4中穿过那样进行的设计情况相比，能够提高推力滚动轴承5的寿命，这一点也是这种配置方案的优点。

在像上述那样构成的螺纹轴1、辊2及辊保持架3中，将螺纹轴1和辊保持架3中的任意一方的构件制成可通过滑键等使其仅沿轴向移动而不绕轴旋转，将另外一方的构件构成为通过推力轴承等对其进行约束，使其不沿轴向移动而可绕轴旋转，则能够使螺纹轴1及辊保持架3作为直线运动执行器发挥功能。也就是说，在螺纹轴1和辊保持架3中，旋转驱动可旋转的一方的构件，就能够使另一构件上产生轴向推力。另外，在上述说明中，只要在轴向驱动可沿轴向移动的一方构件，就能够旋转驱动可旋转的另一方构件。

接下来就本实施方式的效果进行说明。

在如上所述构成的直线运动执行器中，各辊2的中心轴26，以将中心轴26假想延长后的直线与螺纹轴1交叉的姿势，且向滚动面2c所接触的螺纹面1a侧倾斜的姿势，被固定于辊保持架3，辊2的滚动面2c在辊2的中心轴26方向的固定范围内与螺纹面1a接触着。

首先，如上所述，以这样的方式将辊2固定：使滚动面2c与螺纹面1a接触的同时，以将中心轴26假想延长后的直线与螺纹轴1交叉的姿势被保持。这样，能够避开辊2的中心轴26被与螺纹轴1的中心轴相互平行地配置的情况，所以在滚动面2c和右螺纹面1a接触的部分处，能够使各自的接近中心轴的部分彼此接触，并且能够使各自的远离中心轴的部分彼此接触。由此，在辊2和螺纹牙10的接触部分的任意一点上，都能够抑制滑动的产生。

而且，除此之外，像上述那样以中心轴26向螺纹面1a侧倾斜的姿势被保持的方式将辊2固定，能够使辊2的内侧端面2d配置在与滚动面2c所接触着的螺纹牙10隔着1个螺距份间隔的螺纹牙10的外侧。由此，与不使中心轴26倾斜的情况相比，能够加大辊2的滚动部2e的直径，所以能够降低在滚动面2c和右螺纹面1a产生的接触应力，提高辊2的耐久性。

所以，根据如上所述构成的本实施方式，能够抑制辊2和螺纹轴1之间产生大的滑动，并且能够降低二者之间产生的接触应力，因此能够使直线运动执行器的动力传递效率和耐久性得到提高。

此外，能够像上述那样加大滚动部2e的直径，则能够增大每个辊2可承受的载荷，因此与现有技术相比，能够减少承受固定的轴向推力所必须的辊2的个数。进而，像上述那样接触应力降低，则螺纹轴1、辊2的滚动面2c处所需要的硬度变低，所以产生了能够省去以往所必须的淬火等热处理、降低制造成本的可能性。

另外，像本实施方式这样使与螺纹牙10接触的辊2的数量为3个，与设置了4个以上辊2的情况相比，即使构成零件中多少存在尺寸误差，也能够使所有的辊2与螺纹牙10可靠地接触来承受载荷，所以生产变得容易。而且，由此，因产品的质量好、坏而产生的动力传递效率、耐久性的波动也不易发生。

接下来，就本发明的第2实施方式进行说明。本实施方式相当于将第1实施方式中的滚动轴承4、5置换成其他轴承(圆锥滚子轴承14)的情况。

图3是本发明的第2实施方式的直线运动执行器的侧截面图。另外，对与前面的图相同的部分赋予相同的标记并省略其说明(后面的图也做同样处理)。

该图所示的各辊2仅借助于1个圆锥滚子轴承14而被可旋转地支撑在辊保持架3中。由于与由圆柱滚子构成的圆柱滚子轴承4不同，圆锥滚子轴承14由以圆锥状形成的多个滚动体(圆锥滚子)构成，所以不仅能够承受接触反力F₁、F₂、F₃的径向分量(径向载荷F_1r、F_2r、F_3r)，而且也能够承受推力方向分量(推力载荷F_1a、F_2a、F_3a)。此外，圆锥滚子轴承14，以在辊2和螺纹面1a的接触部处与螺纹面1a正交的假想直线穿过由圆锥滚子围起来的空间内的方式，借助于挡圈15被固定在辊保持架3内。即，由于本实施方式中的接触反力F₁、F₂、F₃的作用线穿过由圆锥滚子围起来的前述空间内，所以能够仅用1个圆锥滚子轴承14支撑辊2。

如上所述，利用能够承受径向载荷和推力载荷二者的滚动轴承作为支撑辊2的轴承，能够比第1实施方式的情况进一步减少轴承的数量，所以能够进一步抑制直线运动执行器的制造成本。

另外，在本实施方式中，接触反力F₁、F₃的作用线与辊2的中心轴26的交点，作为圆锥滚子轴承14中的载荷的作用点被配置在产品目录(カタログ)等中所表示的位置的附近。这样进行配置，能够仅以1个圆锥滚子轴承14合理地承受力F₁及F₃的径向载荷分量F_1r、F_3r和推力载荷分量F_1a、F_3a。此外，在本实施方式中，作为可承受径向载荷和推力载荷二者的滚动轴承，举出了圆锥滚子轴承14的例子，除此之外，利用深沟球轴承、向心止推球轴承(アンギユラ玉軸受)等也是可以的。

此外，在设于本实施方式的辊2内侧端面2d的凹部中收纳有螺纹牙10的前端部分。像这样在辊2中收纳螺纹牙10，能够减小辊保持架3的尺寸。

接下来，就本发明的第3实施方式进行说明。本实施方式涉及辊2的滚动部2e和螺纹牙10的螺纹面1a的大小，其旨在通过使它们的大小最合适来抑制在辊2和螺纹牙10之间产生滑动。

图4是本发明的第3实施方式的直线运动执行器的侧截面图。另外，该图4中所示的直线运动执行器相当于省去图3中所示的直线运动执行器的一部分后的直线运动执行器。

如该图所示，设属于右螺纹面1a和滚动面2c的接触部、位于螺纹轴1的径向最外周侧的点为外周接触点P1，设属于前述接触部、位于螺纹轴1的径向最内周侧的点为内周接触点P3，设属于前述接触部、位于外周接触点P1和内周接触点P3的中央的点为中央接触点P2，设位于圆锥滚子轴承14的圆锥滚子14a和内圈14b的接触部的中央的点为中央接触点P4，设由通过P1和P3的直线和中心轴26所定义的圆锥co的顶点为圆锥顶点P5(即，P5是通过P1及P3的直线和中心轴26的交点)，这些点分别以实心圆点表示。

此外，设以螺纹轴1的中心轴为中心、通过P1的1个导程份的螺旋为螺旋Lso，设以螺纹轴1的中心轴为中心、通过P3的1个导程份的螺旋为螺旋Lsi，设以中心轴26为中心、通过P1的滚动面2c上的圆为圆Lso，设以中心轴26为中心、通过P3的滚动面2c上的圆为圆Lri，这些曲线分别以虚线表示。

进一步，设从螺纹轴1的中心轴到P1的半径距离为Ro，设从螺纹轴1的中心轴到P3的半径距离为Ri，设从圆锥顶点P5到P1的距离为lo，设从圆锥顶点P5到P3的距离为li，设螺纹轴1的中心轴与圆锥顶点P5的偏位量为δ。这里，设δ为正值时P5向该中心轴的下方偏位(即，圆锥顶点P5超过螺纹轴1的中心轴)，设δ为负值时P5向该中心轴的上方偏位(即，圆锥顶点P5不超过螺纹轴1的中心轴)。在图4中所示的直线运动执行器中，由辊2的滚动部2e形成的圆锥co的顶点P5向螺纹轴1的中心轴的下方偏位，δ值为正。图4中还以点划线示出了含有P2及P4、垂直于纸面的平面C和平面D。

图5是表示在图4中点P1处的各部分的滚动距离的图，图6是表示在图4中点P3处的各部分的滚动距离的图。图5中，将图4中的螺旋Lso展开成平面，示意性地表示了圆Lso在螺旋Lso上滚动的情形。同样，图6中，将图4中的螺旋Lsi展开成平面，示意性地表示了圆Lri在螺旋Lsi上滚动的情形。

在该图5及图6中，设螺旋Lso的长度为lso，螺旋Lsi的长度为lsi，圆Lso的长度为Lso，圆Lri的长度为lri，则要使P1和P3这2点处的滚动同时成为几乎没有滑动的滚动，只要使下式(1)成立即可。

【数学式1】

l_so∶l_si＝l_ro∶l_ri    ...(1)

这里，将上述式(1)的右边，变形为下述式(2)并进一步变形为式(3)。

【数学式2】

l_ro∶l_ri＝2πl_osinβ∶2πl_isinβ＝l_o∶l_i    ...(2)

【数学式3】

l_o∶l_i＝losinα∶l_isinα＝(R_o+δ)∶(R_i+δ)  ...(3)

也就是说，从上述式(1)及式(3)可以导出，为了使P1和P3这2点处的滚动同时成为几乎没有滑动的滚动，作为条件式只要使下述式(4)成立即可。

【数学式4】

l_so∶l_si≒(R_o+δ)∶(R_i+δ)      ...(4)

图7是本实施方式中以使摩擦损失最小化为目的的设计理论的说明图。

下面解释一下利用该图计算出满足式(4)的δ值的过程。图7中所示的曲线图的横轴x表示螺旋配置半径R(即，从螺旋到螺纹轴1的中心轴的距离)，纵轴y表示具有任意的螺旋配置半径R和导程L的螺纹轴的1个导程份(1个螺距份)的螺旋长度ls。这里，ls可以通过将任意的螺旋配置半径R和螺纹轴1的导程L的值代入下述式(5)求得。

【数学式5】

$l_s=\sqrt{{\left(2\mathrm{\πR}\right)}^2+L^2}...\left(5\right)$

另外，图7中将导程L固定为20mm，将ls作为关于R的函数曲线化。此时，ls可以被表述为这样一条曲线：即使R＝0，ls也具有一个导程L的值(即，R＝0时，ls＝20＞0)，R值小的时候曲率大，R值变大的时候曲率变小。但是，在R值充分大的区间，ls可以如图7所示以直线近似表示。图7中，基于从Ri＝15mm到Ro＝20mm的区间将ls近似为直线，并以虚线表示该直线(近似直线)。这里，在图7的曲线图中，若将近似直线与横轴的截距记为Rx，则上述近似直线可以用下面的式(6)表示，而且，若在式(6)中-Rx＝δ，则上述近似直线可以用式(7)表示。

【数学式6】

l_s＝const×(R-R_x)      ...(6)

【数学式7】

l_s＝const×(R+δ)      ...(7)

这里，显然在含有Ri和Ro的区间，若存在式(7)的关系，则式(4)成立。图7中，由于Rx是约为-0.6mm的负值，所以δ具有正值。此外，根据式(5)，显然R＝0时的ls(＝导程L)取正值，因此，可以考虑Rx为负值，δ始终保持正值，这并不局限于图7的情况。即，在式(1)成立的情况下，可知由滚动部2e形成的圆锥co的圆锥顶点P5，始终位于超过螺纹轴1的中心轴的位置(即，相对于螺纹轴1的中心轴，圆锥顶点P5位于辊2的相反侧)。换句话反过来说，要使在滚动面2c和右螺纹面1a的任意接触点都几乎不发生滑动，条件就是相对于螺纹轴1的中心轴使圆锥顶点P5位于辊2的相反侧。所以，像图4中所示的本实施方式的直线运动执行器这样，以使右螺纹面1a和滚动部2e接触的方式设置辊2，并且以使圆锥顶点P5相对于螺纹轴1的中心轴位于辊2的相反侧的方式设置辊2，能够使辊2几乎不发生滑动地滚动。所以，若如上所述构成直线运动执行器，则能够提高动力传递效率。

这里，就本实施方式中的辊2和螺纹牙10的接触状态、轴承14中的圆锥滚子14a和内圈14b的接触状态进行说明。

图8是图4中平面C处的辊2的滚动部2e附近的截面图，图9是图4中平面C处的轴承14的圆锥滚子14a附近的截面图。

图8中以大致直线表示的右螺纹面1a在垂直于纸面的方向上也不具有曲率，作为赫兹(ヘルツ)接触模型，可以将其考虑为平面。另一方面，与右螺纹面1a成为一对的辊2的滚动面2c，可以如前所述近似为具有大的半径的圆柱面。右螺纹面1a和滚动面2c的接触状态严格地说是线接触，但是由于一方(右螺纹面1a)为平面，另一方(滚动面2c)的曲率较小，所以二者的接触状态近乎面接触状态，可以容易地推断接触应力的发生受到了抑制。

在图9中，相对较小的圆表示圆锥滚子14a，相对较大的圆为内圈14b。圆锥滚子14a和内圈14b的接触，虽然可以近似为圆柱和圆柱的接触，但也是凸面和凸面的接触。由于一方(圆锥滚子14a)的圆柱的曲率大，所以通过用多个圆锥滚子14a使载荷分散而避免接触应力变大的情况。换言之，圆锥滚子轴承14借助于多个圆锥滚子14a所承受的载荷，以图8的右螺纹面1a和滚动面2c在一处的接触部来传递是完全可以的。

接下来就本发明的第4实施方式进行说明。与上述各实施方式相比，本实施方式的特征在于：不仅具有与螺纹牙10的右螺纹面1a接触的多个辊2(第1辊族)，而且具有与螺纹牙10的左螺纹面1b接触的多个辊(第2辊族)。

图10是本发明的第4实施方式的直线运动执行器的侧截面图。另外，出于方便，该图中的辊保持架3的内螺纹部31A(下文叙述)的附近，作为含有螺纹轴1的中心轴的平面处的截面进行了图示。

该图中所示的直线运动执行器设有：由多个辊2构成的第1辊族51，这些辊2沿螺纹牙10的右螺纹面1a在螺纹轴1的周向彼此隔开间隔配置，并借助于滚动面2c在右螺纹面1a上滚动；由多个辊2A构成的第2辊族52，这些辊2A沿螺纹牙10的左螺纹面1b在螺纹轴1的周向彼此隔开间隔配置，并借助于滚动面2Ac在左螺纹面1b上滚动；在辊保持架3的内周部与螺纹轴1的螺纹牙10相对地形成的内螺纹部31A。

包含在第1辊族51中的辊2，与上述各实施方式的辊2同样地构成，其被收纳于辊保持架3的突出部3a、3b(未图示)、3c(未图示)中，与螺纹牙10的右螺纹面1a接触并滚动。此外，第1辊族51的各辊2，将从螺纹轴1的左端面向右方向作用、与图示于辊保持架3的右端面的力相平衡的轴向推力F_th-R的一部分传递给辊保持架3。虽然在图10中，出于方便，仅记载了收纳于突出部3a的辊2，但是与上述各实施方式同样，其他突出部3b、3c相对于突出部3a在螺纹轴1的周向以120度间隔、在螺纹轴1的轴向以导程L的3分之1的间隔配置。

包含在第2辊族52中的辊2A被收纳在设于辊保持架3的突出部3d、3e(未图示)、3f(未图示)中，其与螺纹牙10的左螺纹面1b接触并滚动。虽然与突出部3b、3c同样没有被图示，突出部3e被配置在使突出部3d向图10中的左方向移动了螺纹轴1的导程L的3分之1，且绕螺纹轴1的中心轴旋转了120的位置，突出部3f被配置在从该突出部3e的位置向图10中的左方向移动导程L的3分之1，且绕螺纹轴1的中心轴旋转120度的位置。即，突出部3d对应于突出部3a，突出部3e对应于突出部3b，突出部3f对应于突出部3c。并且，收纳在处于这样的对应关系中的突出部的辊，关于螺纹轴1的中心轴上的点构成为点对称。如上所述构成的第2辊族52的各辊2A，将从螺纹轴1的右端面向左方向作用、与图示于辊保持架3的左端面的力相平衡的轴向推力F_th-L的一部分传递给辊保持架3。

内螺纹部31A以如下方式形成：在第1辊族51的各辊2与右螺纹面1a接触，同时第2辊族52的各辊2A与左螺纹面1b接触的状态下，使右螺纹面1a和内螺纹部31A之间形成的缝隙，和，左螺纹面1b和内螺纹部31A之间形成的缝隙，充分大。

根据如上所述构成的本实施方式的直线运动执行器，无论轴向推力从螺纹轴1的轴向的哪一方向作用，都能够借助于第1辊族51和第2辊族52中的任意一方的辊族将该轴向推力传递给辊保持架3。即，根据本实施方式，由于能够利用滚动副使各辊族51、52与螺纹牙10始终接触，所以无论轴向推力的作用方向如何，始终都能降低摩擦损失。此外，根据本实施方式，即使在轴向推力的作用方向固定、扭矩或者横向载荷作用的情况下，各辊族51、52与螺纹牙10接触着的部分也都是滚动副，所以同样能够降低摩擦损失。

另外，虽然本实施方式中的辊2、2A是通过圆锥滚子轴承14进行支撑的，但是不言而喻，通过前述的圆柱滚子轴承等进行支撑也是可以的。

接下来对本发明的第4实施方式进行说明。

图11是具有本发明的直线运动执行器的叉车的侧面图，图12是图11的叉车中的起重桅杆70附近的放大图。

图11中，这些图所表示的叉车设有：安装上了行驶装置及转向装置的车体60、设于车体60的前方的起重桅杆70、安装于起重桅杆70的内框72(参照图12)的货叉80。

图12中，起重桅杆70设有：安装于车体60的前方的外框71；设于外框71的内侧、沿外框71进行升降的内框72；使内框72进行升降的直线运动执行器73。直线运动执行器73设有：固定于外框71的螺纹轴1；辊保持架3；旋转驱动螺纹轴1的马达(驱动源)74。辊保持架3通过安装于内框72的支架75从下方支撑着内框72。另外，本实施方式中的马达74通过多个齿轮76将驱动力传递给螺纹轴1。

在如上所述构成的叉车中，利用转向装置驱动马达74，则螺纹轴1被旋转驱动，辊保持架3沿螺纹轴1移动。由此，支撑于辊保持架3的内框72进行升降，因此能够使货叉80进行升降。这样，在上述各实施方式中进行了说明的直线运动执行器能够作为叉车的货叉80的高度调节机构加以利用。即，根据本实施方式，能够利用电动执行器作为现有技术中主要利用了液压执行器的叉车的执行器。

(附图标记说明)

1...螺纹轴；1a...右螺纹面；1b...左螺纹面；2...辊；2a...旋转轴；2b...外侧端面；2c...滚动面；2d...内侧端面；2e...滚动部；3...辊保持架；3a...突出部；3b...突出部；3c...突出部；3d...突出部；3e...突出部；3f...突出部；4...向心滚动轴承(圆柱滚子轴承)；5...推力滚动轴承(圆柱滚子轴承)；6...盖；10...螺纹牙；14...圆锥滚子轴承；14a...圆锥滚子；14b...内圈；15...挡圈；26...辊2的中心轴；31...内螺纹部；51...第1辊族；52...第2辊族；60...车体；70...起重桅杆；71...外框；72...内框；73...直线运动执行器；74...马达；80...货叉。

Claims (15)

1.一种直线运动执行器，具有：

螺纹轴；

以螺旋状形成于该螺纹轴的外周的螺纹牙；

沿该螺纹牙在所述螺纹轴的周向彼此隔开间隔配置、借助于滚动面在所述螺纹牙的螺纹面上滚动的多个辊；和

辊保持架，所述辊保持架以使该多个辊分别能自转的方式收纳该多个辊，当所述多个辊滚动时绕所述螺纹轴相对于所述螺纹轴进行相对旋转，其特征在于：

所述辊的中心轴，以使将该中心轴假想延长后的直线与所述螺纹轴交叉的姿势、且朝所述滚动面所接触的所述螺纹面侧倾斜的姿势，被固定于所述辊保持架。

2.如权利要求1所述的直线运动执行器，其特征在于：

所述辊的滚动面在所述辊的中心轴方向上的固定范围内与所述螺纹面接触。

3.如权利要求1所述的直线运动执行器，其特征在于：

所述辊的中心轴，位于以大致等于所述螺纹牙的导程角的角度与所述螺纹轴的中心轴交叉的平面上，且在该平面内向所述滚动面与所述螺纹面的接触部倾斜。

4.如权利要求1所述的直线运动执行器，其特征在于：

距离所述螺纹轴最近的部分处的所述辊的直径，比所述螺纹牙的螺距大，

所述辊中的所述螺纹轴侧的端面，对着与所述滚动面所接触的所述螺纹牙隔着1个螺距份的间隔的螺纹牙。

5.如权利要求4所述的直线运动执行器，其特征在于：

在所述辊中的所述螺纹轴侧的端面形成有凹部，该凹部用于避免该面接触与所述螺纹牙隔着1个螺距份的间隔的螺纹牙。

6.如权利要求1所述的直线运动执行器，其特征在于：

所述螺纹牙的螺纹面相对于所述螺纹轴的中心轴倾斜，

所述辊，为了使所述滚动面与所述螺纹面进行线接触，在所述辊的中心轴方向上的固定范围内，所述辊的直径随着接近所述螺纹轴而配合所述螺纹牙的形状逐渐变小。

7.如权利要求6所述的直线运动执行器，其特征在于：

所述辊的直径，在所述辊的中心轴方向上的固定范围内，随着接近所述螺纹轴而配合具有所述倾斜的螺纹面的所述螺纹牙以固定的比例变小，

所述辊的滚动面由圆锥的侧面的一部分形成。

8.如权利要求1所述的直线运动执行器，其特征在于：

设属于所述辊和所述螺纹面的接触部且位于所述螺纹轴的径向最外周侧的点为外周接触点；

设属于所述辊和所述螺纹面的接触部且位于所述螺纹轴的径向最内周侧的点为内周接触点，

当由通过所述外周接触点和所述内周接触点的直线与所述辊的中心轴定义出圆锥时，

所述辊，以使所述圆锥的顶点超过所述螺纹轴的中心轴的方式形成。

9.如权利要求1所述的直线运动执行器，其特征在于：

所述螺纹牙的螺纹面相对于所述螺纹轴的中心轴倾斜，

所述辊保持架，通过能对作用在所述辊上的径向载荷进行支撑的滚动轴承支撑所述辊，

所述滚动轴承由在所述辊的旋转轴的周向排列的多个滚动体形成，

所述滚动轴承，以使在所述滚动面和所述螺纹面的接触部与所述螺纹面正交的假想直线在由所述多个滚动体围起来的空间内穿过的方式，被固定在所述辊保持架内。

10.如权利要求9所述的直线运动执行器，其特征在于：

所述滚动轴承是能对作用在所述辊上的径向载荷和推力载荷双方进行支撑的1个滚动轴承，

所述辊保持架通过所述1个滚动轴承支撑所述辊。

11.如权利要求9所述的直线运动执行器，其特征在于：

所述滚动轴承是能对作用在所述辊上的径向载荷进行支撑的1个滚动向心轴承，

所述辊保持架，通过所述滚动向心轴承和1个能对作用在所述辊上的推力载荷进行支撑的滚动推力轴承支撑所述辊。

12.如权利要求1所述的直线运动执行器，其特征在于：

所述辊的数量是3个，

该3个辊，以使各自在所述螺纹轴的轴向上的位置各错开所述螺纹轴的导程的3分之1的方式，沿所述螺纹牙以等间隔配置，且各自在所述螺纹轴的周向上的位置彼此错开3分之2π。

13.一种直线运动执行器，具有：

螺纹轴；

以螺旋状形成在该螺纹轴的外周的螺纹牙；

第1辊族，所述第1辊族由沿该螺纹牙的右螺纹面在所述螺纹轴的周向彼此隔开间隔配置、并借助滚动面在所述右螺纹面上滚动的多个辊构成；

第2辊族，所述第2辊族由沿所述螺纹牙的左螺纹面在所述螺纹轴的周向彼此隔开间隔配置、并借助滚动面在所述左螺纹面上滚动的多个辊构成；和

辊保持架，该辊保持架将所述第1辊族及所述第2辊族中的各辊分别能自转地收纳，当所述第1辊族及所述第2辊族中的各辊滚动时，该辊保持架绕所述螺纹轴相对于所述螺纹轴进行相对旋转，其特征在于：

所述第1辊族及所述第2辊族中的各辊的中心轴，分别以使该中心轴假想延长后的直线与所述螺纹轴交叉的姿势、且向所述滚动面所接触的所述右螺纹面侧或所述左螺纹面侧倾斜的姿势，被固定于所述辊保持架。

14.如权利要求13所述的直线运动执行器，其特征在于：

所述第1辊族及所述第2辊族中的各辊的滚动面，分别在所述辊的中心轴方向上的固定范围内与所述右螺纹面或所述左螺纹面接触。

15.一种叉车，其特征在于：具有权利要求1至14中的任意一项所记载的直线运动执行器，所述直线运动执行器被当作货叉的高度调节机构。

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