CN102472376A - 直线运动执行元件 - Google Patents

Abstract

本发明防止在直线运动执行元件的螺母部件上发生的偏负载，以螺母部件的长寿命化为目的。用具有相互大致正交的两个旋转轴的接触力均匀化机构连结螺母部件和被驱动部件，吸收螺母部件和被驱动部件的微小倾斜，防止边缘荷载的发生，并且通过将两个旋转轴在螺旋轴方向上投影时的交点位置相对于螺母部件设定在最佳负载作用点上，从而使从被驱动部件传递的外力作用于该作用点上，将作用于螺母部件与螺旋轴的各接触部上的负载均匀化，防止在螺母部件上发生的偏负载。

Description

直线运动执行元件

技术领域

本发明涉及使用了具有螺旋轴和螺母部件的旋转直动变换机构的直线运动执行元件。

背景技术

基于效率提高得到的耗费电力的削减及环境负荷的降低的观点，推进液压系统的电动化。最近，使用这种电动化的技术，将以往使用了液压缸的推力生成装置替换成电动直线运动执行元件的动向推高。

对于如液压缸那样需要产生大的推力的电动直线运动执行元件，要求承受大的推力，且长寿命。

作为电动直线运动执行元件所需要的旋转直动变换机构，虽然滚珠丝杠已被实用化，但是在将电动直线运动执行元件替换成液压缸来使用的情况下，在螺母部件发生的偏负载使滚珠丝杠的寿命降低，成为大的课题。

该偏负载是由于螺母部件和与驱动对象物连结的被驱动部件因加工和/或安装的误差或可动部的晃动等相对地微小倾斜进而接触部向外周方向偏移而发生的。

并且，若发生偏负载，则作用于螺旋轴和螺母部件的多个接触部上的负载变得不均匀，作用于一部分的接触部上的负载增大。

电动直线运动执行元件所使用的旋转直动变换机构的大多数如滚珠丝杠中的滚珠那样借助于滚动体使螺旋轴和螺母部件接触，但是若在螺母部件上发生偏负载，则在其接触部上发生的赫兹应力增大，提前发生制动，使旋转直动变换机构的寿命降低。

因此，需要防止在螺母部件发生的偏负载，即、要求使作用于螺旋轴和螺母部件的各接触部上的负载均匀化。

对于防止在螺母部件上发生的偏负载，以往考虑了以下的对策。

专利文献1所记载的技术是，由联轴器连结驱动部件与被驱动部件，该联轴器由分别配置成轴相互正交的圆柱状的配合部件和滑动自如地保持该配合部件的圆形孔构成，并由联轴器吸收驱动部件与被驱动部件的微小倾斜。

另外，专利文献2的“滚珠丝杠式移动装置”、专利文献3的“滚珠丝杠”、以及专利文献4的“滚珠丝杠装置及注塑成型机的电动型开闭装置”所记载的技术是在滚珠丝杠式直线运动执行元件的螺母部件与被驱动部件之间安装有具有自动调心功能的部件。

特别地，利用在专利文献2中加工成凸曲面的部件、在专利文献3及专利文献4中加工成球面的部件，吸收螺母部件与被驱动部件的倾斜，防止偏负载。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开平03-228538号公报

专利文献2：特开2003-307264号公报

专利文献3：实开平05-066360号公报

专利文献4：特开2002-327826号公报

发明内容

发明所要解决的课题

这些现有技术能够吸收螺母部件和被驱动部件的微小倾斜并使负载作用于螺旋轴的中心轴上。然而，尽管如此可知：却不能使作用于螺旋轴和螺母部件之间的多个接触部上的负载均匀化。

为了进一步延长旋转直动变换机构的寿命，需要进一步降低该残留的不均匀性，进一步降低该残留的不均匀性对在大推力用的电动直线运动执行元件所使用的旋转直动变换机构特别有效。

在由螺旋轴和螺母部件构成的一般的旋转直动变换机构中，作用于螺母部件的外力作用于螺旋轴的中心轴上，此时，假设从螺旋轴与螺母部件的多个接触部作为反作用力作用于螺母部件上的接触力是均匀的。

在从轴向观察，该多个接触部在大致同心圆上以大致等间隔配置在圆周方向上的情况下，各接触力的轴向成分的合力的作用点大致在螺旋轴的中心轴上，由于大小及作用线都一致，因此该接触力与作用于螺母部件上的外力大致平衡。

然而，由于螺旋轴与螺母部件的接触部配置成螺旋状，并位于相互在轴向偏移的位置上，因此，由于各接触部的接触力的轴直角方向成分，在螺母部件上发生绕与螺旋轴的中心轴正交的轴的力矩，其作为不平衡力矩而残留。

即、在外力作用于螺旋轴的中心轴上的情况下，各接触部的接触力以均匀的状态进行平衡是不成立的，与假设矛盾。

因此，当外力作用于螺旋轴的中心轴上时，各接触部的接触力不均匀，会在螺母部件上发生偏负载(力矩负载)，降低旋转直动变换机构的寿命。

本发明在使用了旋转直动变换机构的直线运动执行元件中，通过使作用于螺旋轴与螺母部件的各接触部上的负载均匀化，从而实现承受大推力而且能确保长寿命的直线运动执行元件。

用于解决课题的方案

作为防止或降低该不平衡力矩也就是偏负载的一个对策，考虑了使作用于螺母部件上的外力从螺旋轴的中心轴上向预定的径向偏移预定距离的方案。认为理想的是作用于最佳负载作用点上。

如果多个接触点的负载均匀，则作为反作用力从螺旋轴作用到螺母部件的接触力的轴向成分的合力的作用点大致在螺旋轴的中心轴上。

因此，通过使外力的作用位置从螺旋轴的中心轴偏移，从而形成力偶，能够利用该偏移距离和偏移方向来调整该力偶的大小和力矩的方向，由此，能够抵消力偶和不平衡力矩。

此时，就螺母部件而言，各接触点的负载以均匀的状态进行着平衡。也就是说各接触点的负载均匀。

完全抵消该不平衡力矩的力偶(外力)的作用点是最佳负载作用点，该最佳负载作用点能够从螺旋轴与螺母部件的接触部的配置状态定量地算出。

为了使各接触点的负载均匀，本发明采用以下结构。

作为本发明的方案之一的直线运动执行元件，具有：螺旋轴；与螺旋轴螺纹结合的螺母部件；与驱动对象物连结的被驱动部件；以及连结螺母部件和被驱动部件且具有相互大致正交的两个旋转轴的接触力均匀化机构(联轴器)，利用相对于螺旋轴的相对旋转运动，使螺母部件在轴向上进行进退运动，利用螺母部件的进退运动，并借助于联轴器及被驱动部件，对驱动对象物给与直动运动。

并且，上述直线运动执行元件的特征在于，将接触力均匀化机构的两个旋转轴在螺旋轴的方向上投影时的交点位置从螺旋轴的旋转轴向径向偏移。

该应偏移的径向(距离中心轴的方向)及距离大致由螺旋轴与螺母部件的接触部的配置状态决定。

这样使交点位置在径向上偏移，使接触力均匀化机构的两个旋转轴进行旋转运动(摆动运动)，从而能够吸收螺母部件和被驱动部件之间的微小倾斜。

并且，将两个旋转轴在螺旋轴的方向上投影时的交点位置成为相对于螺母部件固定的外力作用点，使该作用点与由螺旋轴和螺母部件的接触部的配置状况决定的最佳负载作用点一致。

由此，能够抵消在螺母部件上发生的不平衡力矩，能使作用于各接触部的负载均匀化，能够防止或降低在螺母部件上发生的偏负载。

另外，作为本发明的方案之一的直线运动执行元件，以如下方式使用：在螺母部件与被驱动部件之间传递负载时，传递压缩方向的负载，不传递拉伸方向的负载。

也就是，作为本发明的方案之一的直线运动执行元件假想为例如以如下方式使用：螺母部件相对于螺旋轴在上下方向上驱动。

另外，即使在水平方向上使用直线运动执行元件的情况下，假想为从直线运动执行元件的一个方向利用弹簧等作用负载的机构、或在直线运动执行元件的一方形成有L字手柄的机构。

通过如此地使用这种直线运动执行元件，从而螺母部件和被驱动部件传递单向的外力，负载方向不会不同，螺母部件的最佳负载作用点的位置固定，在这样固定的最佳负载作用点上作用外力。

另外，在水平方向上使用这种直线运动执行元件的情况下，优选在螺母部件的进退方向的两侧连结两个接触力均匀化机构，两个接触力均匀化机构与同一被驱动部件连结。

另外，即使在水平方向上不使用直线运动执行元件的情况下，对于对直线运动执行元件作用双方向的负载的情况下，优选在螺母部件的进退方向的两侧连结两个接触力均匀化机构，这两个接触力均匀化机构与同一被驱动部件连结。

通过具有这种结构，即使在螺母部件的最佳负载作用点因外力的方向而不同的情况下，也能根据外力的方向改变传递该外力的接触力均匀化机构所作用的力的位置(方向)，无论外力的方向如何，都能够使外力作用于最佳负载作用点上。

另外，作为本发明的方案之一的直线运动执行元件，特别优选螺旋轴和螺母部件通过旋转支撑在螺母部件上的多个滚柱来接触，构成利用了滚动副的滚柱丝杠机构。

由于具有这种滚柱丝杠机构，与在小滚珠的点接触部上发生大的赫兹应力的滚珠丝杠相比较，滚柱的接触部为线接触的滚柱丝杠能够降低赫兹应力。

也就是，如果滚柱丝杠的大小为与滚珠丝杠为相同程度，则能够承受更大的推力，如果耐推力为相同程度则能够更加小型化。

在此使用的滚柱丝杠优选向螺旋轴传递来自单向的推力负载的滚柱的数量是三个，将其在轴向上各错开螺旋导程的大致1/3，配置成在圆周方向上错开2π(rad)/3。

这样，由于螺旋轴与螺母部件的接触部为三个，即使在构成部件上略微存在寸法误差，全部滚柱也能够可靠地与螺旋轴接触并支撑负载。

另外，使用滚柱的数量为三个的滚柱丝杠，将螺旋轴的旋转轴规定为Z轴、将通过三个滚柱中的配置在轴向中央的滚柱与螺旋轴的接触部中心并与上述Z轴正交的轴规定为Y轴、将与上述Z轴和上述Y轴双方正交的轴规定为X轴、将螺旋轴的导程规定为L(mm)、将通过滚柱与螺旋齿侧面的接触部的螺旋导程角规定为γ(rad)、将使YZ平面绕Y轴旋转γ后的平面上的螺旋齿侧面与滚柱的接触部的中央附近的切线与XZ平面所成的角度规定为α(rad)。

这种情况下，优选将接触力均匀化机构的两个旋转轴在螺旋轴的方向上投影时的交点位置在径向上距Z轴大致是如下距离：

数学式1

$\frac{\sqrt{3}L}{9\sin \mathrm{\α}}\sqrt{{\tan }^2\mathrm{\γ}+{\cos }^2\mathrm{\α}}\left[\mathrm{mm}\right]$ …(数1)，

绕Z轴的角度距X轴大致是如下角度：

数学式2

${\tan }^{-1}\frac{-\cos \mathrm{\α}}{\sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\γ}}-\frac{\mathrm{\π}}{2}\left[\mathrm{rad}\right]$ …(数2)。

通过这样设定交点位置，使作用于螺母部件上的外力作用于最佳负载作用点的近傍，能够将螺旋轴与三个滚柱的接触力基本上完全均匀化。

也就是，使用了三个滚柱的情况的最佳负载作用点的意思是指三个滚柱所作用的负载均匀的点。

这种直线运动执行元件在螺旋轴的导程大的情况下特别有效。

此外，作为本发明的方案之一的直线运动执行元件能够用于电动叉式升降车的升降。

本发明的效果如下。

利用本发明的使用了旋转直动变换机构的直线运动执行元件，使作用于螺旋轴与螺母部件的各接触部的负载均匀化，从而能够实现承受大推力而且能确保长寿命的直线运动执行元件。

附图说明

图1是直线运动执行元件的外观图。

图2是图1所示的直线运动执行元件的主视图。

图3是图1所示的直线运动执行元件所使用的滚柱丝杠的左侧视图、主视图及A-A剖视图。

图4是表示图1所示的直线运动执行元件所使用的螺旋轴和三个滚柱的左侧视图、主视图、俯视图及B-B剖视图。

图5是使作用于图1所示的直线运动执行元件所使用的螺旋轴和螺母部件的各接触部的负载变得均匀的接触力均匀化机构的外观图。

图6是图5中的接触力均匀化机构的各部品的分离图。

图7是图5中的接触力均匀化机构的俯视图及仰视图。

图8是实施例2中的直线运动执行元件的外观图。

图9是表示图8所示的直线运动执行元件所使用的螺旋轴和六个滚柱的左侧视图及主视图。

图10是实施例3中的直线运动执行元件的外观图。

图11是搭载了直线运动执行元件的叉式升降车的侧视图。

图12是图11所示的叉式升降车中的装卸装置的放大图。

具体实施方式

以下，参照附图对用于实施发明的最佳实施方式进行说明。

图1、图2、图3、图4分别表示实施例1的直线运动执行元件，图8、图9分别表示实施例2的直线运动执行元件，图10表示实施例3的直线运动执行元件。

图5、图6、图7是在这些直线运动执行元件中表示使作用于螺旋轴和螺母部件的各接触部上的负载变得均匀的接触力均匀化机构的图。

图11、图12是表示搭载了直线运动执行元件的叉式升降车及装卸装置的图。

实施例1

本实施例中的直线运动执行元件假设是以下情况：例如螺旋轴设置在与地面垂直或接近垂直的方向上，螺母部件克服重力抬起被驱动部件那样的、在螺母部件上作用单向负载。

也就是，假设螺母部件相对于螺旋轴上下驱动那样的情况。

图1是表示实施例1中的直线运动执行元件的外观图。

本实施例中的直线运动执行元件具有：在外周面形成有螺旋槽的螺旋轴1；以及螺母部件11，该螺母部件11以三个滚柱31、32、33(滚柱33在图1中处于死角、未图示)、以及通过滚动轴承4旋转支撑各滚柱的滚柱保持架2为构成要素。

螺母部件11通过三个滚柱31、32、33与螺旋轴1螺纹结合。

直线运动执行元件作为构成要素还具有接触力均匀化机构12，该接触力均匀化机构12用于防止螺母部件11和螺旋轴1的多个滚动部中的接触力不均匀。

此外，接触力均匀化机构12作为构成要素还具有中间部件5及滑动部件6。

螺旋轴1和螺母部件11通过在它们之间施加相对的旋转运动，从而构成生成相对的直动运动的旋转直动变换机构。

例如，在螺旋轴1由未图示的马达的输出轴旋转驱动的情况下，如果是螺母部件11的旋转保持阻止的状态，则螺母部件11被直动驱动。

就直线运动执行元件而言，螺母部件11通过接触力均匀化机构12与被驱动部件8连接，被阻止旋转。由此，螺母部件11被直动驱动。

图2是表示图1所示的直线运动执行元件的主视图。

也就是，本实施例中的直线运动执行元件在图2中在左右进行驱动，在图2中，从右侧朝向左侧作用力，在螺母部件11与被驱动部件8之间传递负载时，传递压缩方向的负载。

此外，在图2中使用的符号表示与图1中使用的符号相同的构成要件。

图3表示图1所示的直线运动执行元件所使用的滚柱丝杠(Roller Screw)的左侧视图(a)、主视图(b)及A-A剖视图(c)。也就是，表示具有本实施例的螺旋轴1和螺母部件11的滚柱丝杠。

如图3(a)所示，螺母部件11的三个滚柱31、32、33分别在轴向上各错开导程的大致1/3，其结果，配置成在圆周方向上错开2π/3。

如图3(b)所示，假定作用于螺旋轴1和螺母部件11的接触部上的负载均匀，便能够计算在螺母部件11上发生的力矩。

作用于螺母部件11上的单向负载F通过接触力均匀化机构12均匀地作用在螺母部件11和螺旋轴1的接触部上，通过滚柱保持架2、滚动轴承4传递到各滚柱上。

如图3(c)所示，该滚柱丝杠以如下各部作为构成要素：在外周形成梯形截面的螺旋槽的螺旋轴1；与作为该螺旋槽的一方倾斜面的、梯形状截面的朝向螺旋槽的右上方向的右齿侧面1a接触而滚动的三个滚柱31、32、33(滚柱32、33在图3(c)中未图示)；以及通过滚动轴承4旋转支撑各滚柱的滚柱保持架2。

就各滚柱而言，将固定在滚柱保持架2上的各滚柱的自转轴配置在以螺旋轴1的螺旋槽的导程角与螺旋轴1的中心轴相交的平面内，并在该平面内向朝向外周方向各滚柱和螺旋轴1滚动的接触部侧倾斜。

并且，各滚柱和螺旋轴1的滚动距离的大的部分彼此滚动、滚动距离小的部分彼此滚动，但在各滚柱和螺旋轴1的接触线上的任一点上滑动微小，可以进行完全接近的滚动。

另外，使各滚柱的端面相对于螺旋轴1的中心轴倾斜，从而供各滚柱滚动的螺纹牙和相邻螺距的螺纹牙不易干涉。

再有，通过将各滚柱的滚动面做成越过包含各滚柱所滚动的齿侧面的螺纹牙的相邻(下一个)螺距的螺纹牙并占据螺旋轴1的轴向范围的结构，从而扩大各滚柱的赫兹接触部的曲率半径，降低赫兹应力，提高滚动部的耐久性。

而且，通过在各滚柱的与滚动部邻接的端面上形成凹部，从而即使在使各滚柱的自转轴向朝向外周方向各滚柱和螺旋轴1滚动的接触部侧倾斜时的倾斜量小的情况下，也能够避免在下一螺距的螺纹牙与各滚柱端面的干涉。

在该倾斜量小、各滚柱的滚动部的直径相同的情况下，能够将螺母部整体的外径抑制得较小。

图5、图6、图7是表示使作用于在本实施例中的直线运动执行元件所形成的螺旋轴和螺母部件的各接触部上的负载变得均匀的接触力均匀化机构12的图。

此外，在图6、图7中使用的符号表示与在图5中使用的符号相同的构成要素。

图5是表示使作用于图1所示的直线运动执行元件所使用的螺旋轴和螺母部件的各接触部上的负载变得均匀的接触力均匀化机构的外观图。

在图5中，接触力均匀化机构12以四个滑动部件6和中间部件5为构成要素，该滑动部件6由凸曲面部(圆筒曲面部)6a和平面部6d构成，为大致半圆柱形状且在凸曲面部6a上具有滑动面，该中间部件5做成在圆盘状的构件上开有用于使螺旋轴1通过的圆筒形的孔而成的环状，且具有与滑动部件6的凸曲面部6a对应的凹曲面部5a。

此外，在滑动部件6上形成有连接螺母部件11的滚柱保持架2或被驱动部件8的连结销部件7。

该滑动部件6采用其截面为大致半圆形状，且在曲面部分与中间部件5接触而在平面部分不与中间部件5接触的结构，从而会传递压缩方向的负载，不传递拉伸方向的负载。这样，利用滑动部件6的截面为半圆形状的结构，能够将接触力均匀化机构12形成得较薄，并且利用在滑动部件6上不作用剪切负载而是作用压缩负载的结构，从而提高接触力均匀化机构12的强度。

接触力均匀化机构12配置成滑动部件6的凸曲面部6a与中间部件5的凹曲面部5a接触及滑动，通过在圆弧的圆周方向滑动来进行摆动动作。

中间部件5的凹曲面部5a在上表面5b、下表面5c的各面上各形成有两个，在同一面上的两个凹曲面部5a形成为配置在那里的滑动部件6的摆动轴6b(与上表面5b对应)或摆动轴6c(与下表面5c对应)相同，也就是分别形成于同一摆动轴上。

图6表示图5中的接触力均匀化机构12的各部件(构成要素)的分离图。

在滑动部件6的平面部6d上设有将连结销部件7插入的孔，供连结销部件7插入。

同样地，在滚柱保持架2及被驱动部件8上也设有连结销部件7的插入孔。

通过将插入到滑动部件6的平面部6d的连结销部件7插入滚柱保持架2及被驱动部件8，从而滑动部件6和滚柱保持架2、以及滑动部件6和被驱动部件8在径向上不偏移地形成。

由此，螺母部件11通过接触力均匀化机构12连结到被驱动部件8，螺母部件11及被驱动部件8处于能进行绕与螺旋轴1成直角的轴的摆动而另一方面不能进行绕螺旋轴1的轴的相对旋转的状态。

螺母部件11及被驱动部件8以能够与螺旋轴1的旋转轴大致平行(轴向)地进行直动、但不能绕螺旋轴1的旋转轴旋转的方式，被未图示的直线导轨等限制。

其结果，若螺旋轴1通过马达(未图示)的输出而旋转，则螺母部件11相对于螺旋轴1相对地进行直动动作，被驱动部件8与螺旋轴1大致平行地进退。

图7表示图5中的接触力均匀化机构12的俯视图(a)及仰视图(b)。

配置在中间部件5的上表面5b上的滑动部件6的摆动轴6b和配置在中间部件5的下表面5c上的滑动部件6的摆动轴6c处于相互交叉(正交)或扭转的位置上，将两个摆动轴6b、6c在螺旋轴1的方向上投影时的交点6e存在于从中间部件5的中心6d仅离开距离Ld的位置。

这种接触力均匀化机构12能够利用两个摆动轴吸收微小倾斜，通过将滑动部件6的截面做成半圆形状，从而能够将接触力均匀化机构12形成得较薄并且还能提高强度。

以下，算出螺母部件11的最佳负载作用点(交点6e)。

图4是表示图1所示的直线运动执行元件所使用的螺旋轴和三个滚柱的左侧视图(a)、主视图(b)、俯视图(c)及B-B剖视图(d)。

本实施例中的螺母部件11的最佳负载作用点能够以如下方式算出。首先，为了求出最佳负载作用点，假设作用于螺旋轴1和螺母部件11的接触部上的负载均匀，计算在螺母部件11上发生的力矩。

作用于螺母部件11上的单向负载F(图3(b)所示的负载)通过滚柱保持架2、滚动轴承4传递到各滚柱。

图4表示各滚柱31、32、33从螺旋轴1受到的线分布负载的合力F1、F2、F3、和这些合力所作用的代表点P1、P2、P3。

为了容易地进行以下的说明，在图4中表示三点中位于轴向中央的点P1处于XY平面上那样的X轴、Y轴、Z轴。

此时，点P1、P2、P3的位置由下式表示。

(数学式3)

$P1=(0,\frac{D}{2},0),P2=(-\frac{\sqrt{3}D}{4},-\frac{D}{4},\frac{L}{3}),P3=(\frac{\sqrt{3}D}{4},-\frac{D}{4},-\frac{L}{3})$

…(数3)

在此，D是各点P1、P2、P3的配置直径(参照(a))、L是螺旋轴1的导程(参照(b))。

合力F1在相对于螺旋轴1的中心轴偏移了导程角γ(参照(c))的平面内，作用于与相对于XZ平面倾斜了角度α(参照(d))的接触部切线成对的法线方向。

合力F2、F3也同样，合力F1在Z轴方向各错开导程L的1/3，以在螺旋轴1的圆周方向上各旋转了120°的状态发挥作用。

合力F1、F2、F3各自的X成分、Y成分、Z成分在作用于接触部上的负载为均匀的条件的基础上，使各自的力的大小相等且设为Fn，如下表示。

(数学式4)

F1_X＝-Fnsinαsinγ…(数4)

(数学式5)

F1_Y＝Fncosα      …(数5)

(数学式6)

F1_Z＝-Fnsinαcosγ    …(数6)

(数学式7)

${F2}_X=\mathrm{Fn}(\sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\γ}-\sqrt{3}\cos \mathrm{\α})/2$ …(数7)

(数学式8)

${F2}_Y=-\mathrm{Fn}(\sqrt{3}\sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\γ}+\cos \mathrm{\α})/2$ …(数8)

(数学式9)

F2_Z＝-Fnsinαcosγ    …(数9)

(数学式10)

${F3}_X=\mathrm{Fn}(\sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\γ}+\sqrt{3}\cos \mathrm{\α})/2$ …(数10)

(数学式11)

${F3}_Y=\mathrm{Fn}(\sqrt{3}\sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\γ}-\cos \mathrm{\α})$ …(数11)

(数学式12)

F3_Z＝-Fnsinαcosγ    …(数12)

由于作用于螺母部件11上的单向负载F与作用在三个接触部上的力的Z成分的和相等，

(数学式13)

F1_Z+F2_Z+F3_Z＝F       …(数13)

因此Fn为以下。

(数学式14)

$\mathrm{Fn}=\frac{F}{3\sin \mathrm{\α}\cos \mathrm{\γ}}$ …(数14)

由合力F1、F2、F3这三个力产生的力矩M(参照(a))作为绕X轴的力矩Mx和绕Y轴的力矩My的合成如下表示。

(数学式15)

$\mathrm{Mx}=-{F2}_Y\frac{L}{3}+F{3}_Y\frac{L}{3}+{F1}_Z\frac{D}{2}-{F2}_Z\frac{D}{2}\sin \frac{\mathrm{\π}}{6}-{F3}_Z\frac{D}{2}\sin \frac{\mathrm{\π}}{6}$ …(数15)

(数学式16)

$\mathrm{My}={F2}_X\frac{L}{3}-{F3}_X\frac{L}{3}+{F2}_Z\frac{D}{2}\cos \frac{\mathrm{\π}}{6}-{F3}_Z\frac{D}{2}\cos \frac{\mathrm{\π}}{6}$ …(数16)

(数学式17)

$M=\sqrt{{\mathrm{Mx}}^2+{\mathrm{My}}^2}$ …(数17)

将合力F1、F2、F3的各成分及Fn代入上式求出以下。

(数学式18)

$\mathrm{Mx}=\frac{\sqrt{3}\mathrm{FL}\tan \mathrm{\γ}}{9},\mathrm{My}=-\frac{\sqrt{3}\mathrm{FL}}{9\tan \mathrm{\α}\cos \mathrm{\γ}},M=\frac{\sqrt{3}\mathrm{FL}}{9\sin \mathrm{\α}}\sqrt{{\tan }^2\mathrm{\γ}+{\cos }^2\mathrm{\α}}$

…(数18)

另外，力矩M的旋转轴的方向θ_M(参照(a))为：

(数学式19)

${\mathrm{\θ}}_M={\tan }^{-1}\frac{\mathrm{My}}{\mathrm{Mx}}={\tan }^{-1}\frac{-\cos \mathrm{\α}}{\sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\γ}}$ …(数19)

螺母部件11的最佳负载作用点P0(参照(a))为抵消螺母部件11上所发生的力矩M的负载作用点，若用距Z轴的距离r(参照(a))和绕Z轴的角度θ(参照(a))表示则能够如下求出。

(数学式20)

$r=\frac{M}{F}=\frac{\sqrt{3}L}{9\sin \mathrm{\α}}\sqrt{{\tan }^2\mathrm{\γ}+{\cos }^2\mathrm{\α}}$ …(数20)

(数学式21)

$\mathrm{\θ}={\mathrm{\θ}}_M-\frac{\mathrm{\π}}{2}$ …(数21)

优选接触力均匀化机构12的中心6d(参照图7)配置在螺旋轴1的中心轴上，图7中的寸法Ld与图4中的距离r一致。

另外，接触力均匀化机构12以图7中的6e相对于滚柱保持架2为角度θ的方向的方式由连结销部件7安装在螺母部件11上。

即、作用于螺母部件11上的外力通过接触力均匀化机构12传递，由于此时外力作用于作为最佳负载作用点P0的交点6e，因此作用于螺旋轴1和螺母部件11这三个接触部上的负载几乎完全被均匀化。

另外，利用接触力均匀化机构12具有的两个摆动轴的摆动运动，能够吸收螺母部件11和被驱动部件8之间的微小倾斜，即使是微小倾斜，最佳负载作用点P0也与交点6e大致重合。

此外，通过使最佳负载作用点P0与交点6e一致，能够得到较大的效果(例如，直线运动执行元件的耐用年数15年)，即使最佳负载作用点P0与交点6e不一致、偏移，有也能得到预定的效果(例如，直线运动执行元件的耐用年数10年)的场合。

也就是，通过将交点6e设定在离开中间部件5的中心6d的位置(从螺旋轴1的旋转轴向径向偏移)，并且将交点6e设定得稍微靠近存在最佳负载作用点P0的方向，从而可得到预定的效果。

因此，如图1所示，实施例1所示的直线运动执行元件具有：螺旋轴1；与螺旋轴1螺纹结合且具有通过旋转支撑的三个滚柱31、32、33与螺旋轴1接触的滚柱丝杠机构的螺母部件11；与驱动对象物连结的被驱动部件8；以及连结螺母部件11和被驱动部件8，且如图5所示，具有处于相互扭转的位置关系的两个旋转轴(6b、6c)的接触力均匀化机构12。

并且，通过相对于螺旋轴1的相对旋转运动，使螺母部件11在螺旋轴1的方向上进行进退运动，由螺母部件11的进退运动，并通过接触力均匀化机构12和被驱动部件8，对驱动对象物给与直动运动。

因此，实施例1所示的直线运动执行元件的特征在于，将接触力均匀化机构12的两个旋转轴在螺旋轴1的方向上投影时的交点位置(6e)在从螺旋轴1的旋转轴向相对于螺母部件11的行进方向位于三个滚柱中最前的滚柱的位置的大致方向偏移。

在此，进退运动的行进方向是图4(b)所示的Z轴的正方向(图中从左侧向右侧)。也就是，向滚柱31、32、33倾斜的角度为锐角的方向行进。

另外，实施例1所示的直线运动执行元件的特征在于，将接触力均匀化机构12的两个旋转轴在螺旋轴1的方向上投影时的交点位置(6e)在从螺旋轴1的旋转轴向相对于螺母部件11的后退方向位于三个滚柱中最后的滚柱的位置的大致方向偏移。

在此，进退运动的后退方向是图4(b)所示的Z轴的负方向(图中从右侧向左侧)。也就是，向滚柱31、32、33倾斜的角度为钝角的方向后退。

由此，能够大致防止作用于螺旋轴1与螺母部件11的三个接触部上的负载的不均匀。

通过使用本实施例中的将作用于螺母部件上的外力均匀地作用于螺母部件与螺旋轴的各接触部上的旋转直动变换机构，从而抑制作用于螺旋轴与螺母部件的多个滚动部上的接触力不均匀。

因此，能够实现使用了旋转直动变换机构的直线运动执行元件的长寿命化，其次还能够防发生噪音。

以下，对搭载了本实施例所示的直线运动执行元件的叉式升降车进行说明。

图11表示搭载了直线运动执行元件的叉式升降车的侧视图。

在图11中，叉式升降车具备装配有行驶装置及装卸操作装置等的车身9和设置在车身9的前方的装卸装置90。

装卸装置90具有：支撑货物等的叉95；以及作为用于上下驱动叉95的支柱的外杆91。

图12表示图11所示的叉式升降车中的装卸装置的放大图。

在图12中，装卸装置90具备：外杆91；设置在外杆91的内侧且沿外杆91升降的内杆92；设置在内杆92的上部的链轮93；通过链轮93将一端连接在外杆91上、将另一端连接在叉95上的升降链94；以及使内杆92上下运动(升降)的直线运动执行元件。

并且，装卸装置90具有设置在内杆92上且与内杆92的上下运动连动地进行升降的叉95。

直线运动执行元件具有：可旋转地支撑在外杆91上的螺旋轴1；与螺旋轴1螺纹结合的螺母部件11；固定在内杆92上的被驱动部件8；以及设置在螺母部件11与被驱动部件8之间的接触力均匀化机构12。

螺旋轴1通过多个齿轮96与马达97连接，螺旋轴1由马达97的驱动力进行旋转。

螺母部件11通过接触力均匀化机构12与被驱动部件8连结，且连结为不能绕螺旋轴1的旋转轴旋转。

因此，螺母部件11随着螺旋轴1的旋转而进行直动运动。螺母部件11的直动运动通过接触力均匀化机构12及被驱动部件8传递到内杆92。

因此，螺母部件11由马达97的驱动力进行直动运动，能够随着螺母部件11的直动运动使内杆92升降。

若内杆92升降，则链轮93也同时升降。由于链轮93作为动滑轮起作用，因此与内杆92的速度相比较，叉95以两倍的速度升降。

这种装卸装置90通过驱动马达97，能够使叉95升降，这种装卸装置90能够用于叉式升降车。

在叉95上搭载装卸对象物，则内杆92因装卸对象物的自重而微小倾斜，固定在内杆92上的被驱动部件8也微小倾斜，螺母部件11也与被驱动部件8一起微小倾斜。

但是，该微小倾斜由接触力均匀化机构12吸收，不会在螺母部件11发生边缘荷载等。

另外，由于由接触力均匀化机构12使从被驱动部件8传递到螺母部件11的负载作用于螺母部件11的最佳负载作用点上，因此作用于螺母部件11与螺旋轴1的接触部上的负载均匀，不会对一部分接触部施加过大负荷。

由此，可实现直线运动执行元件的长寿命化。

即、如本实施例那样，作为以往主要利用液压驱动器的叉式升降车的驱动器，能够利用电动直线运动执行元件。

这样，在叉式升降车上使用了电动直线运动执行元件的情况下，认为有以下那样的优点。

·与液压驱动器相比，能够提高机械效率，因此节省能源。

·电动直线运动执行元件能够进行动力再生，因此节省能源。

·电动直线运动执行元件能够实现无油的叉式升降车，因此能够降低污染等的环境负荷，可应用到食品工厂等的液压驱动器的使用困难的环境。

另外，搭载了本实施例所示的也就是使用了接触力均匀化机构的直线运动执行元件的叉式升降车具有以下那样的优点。

·通过使用接触力均匀化机构，能够使均匀的负载作用在各滚柱上，因此可实现长寿命化。

·通过使用接触力均匀化机构，与不使用的情况相比，能够进一步提高机械效率，因此节省能源。

实施例2

以下，使用图8对实施例2进行说明。

图8表示实施例2中的直线运动执行元件的外观图。

直线运动执行元件具有：在外周面形成有螺旋槽的螺旋轴1；螺母部件13，该螺母部件13与螺旋轴1螺纹结合，以六个滚柱31、32、33及31′、32′、33′(滚柱33′在图8中处于死角而未图示)、和通过滚动轴承4及4′旋转支撑各滚柱的滚柱保持架20为构成要素；以及防止在螺母部件13上发生的偏负载的接触力均匀化机构(偏负载防止机构)12及12′。

此外，接触力均匀化机构(偏负载防止机构)12及12′分别具备中间部件5及5′以及滑动部件6及6′。

螺旋轴1和螺母部件13通过在它们之间给与相对的旋转运动，从而构成生成相对的直动运动的旋转直动变换机构。

螺旋轴1与未图示的马达的输出轴连接，螺母部件13通过接触力均匀化机构12及12′与被驱动部件80连接。

接触力均匀化机构12及12′与实施例1中说明的接触力均匀化机构相同。

通过这样构成，即使在螺母部件13上作用双方向负载的情况下，也能够防止或降低偏负载。

图9是表示图8所示的直线运动执行元件所使用的螺旋轴和六个滚柱的左侧视图(a)及主视图(b)。

图9表示螺旋轴1与螺母部件13的关系，但为了便于说明，省略滚柱保持架20、滚动轴承4及4′来图示。

螺母部件13是设置有两个实施例1中的螺母部件11而成的部件。

使一方螺母部件相对于另一方螺母部件绕作为垂直于螺旋轴1的方向的X轴或绕Y轴旋转180°，也就是将两个螺母部件设置成面对面。

再有，将两个螺母部件绕螺旋轴1的中心轴旋转β地设置(参照(a))。

配置成，六个滚柱中的一方的三个滚柱31、32、33与螺旋轴1的右齿侧面1a接触，另一方的三个滚柱31′、32′、33′与螺旋轴1的左齿侧面1b接触(参照(b))。

通过这样配置，螺母部件13在进退的双方向(例如在前后、左右那样的平面上的移动)能够支撑负载，因此还能够用于两个方向的负载作用于被驱动部件80上的情况。

另外，在图8中，在向左的负载F作用于被驱动部件80上的情况下，负载从被驱动部件80通过接触力均匀化机构12传递到螺母部件13，三个滚柱31、32、33使负载作用于螺旋轴1上。

此时，滑动部件6′与中间部件5′未连结，接触力均匀化机构12′仅传递压缩负载，因此不会从被驱动部件80通过接触力均匀化机构12′向螺母部件13传递负载。

在图8中，在向右的负载F′作用于被驱动部件80上的情况下，负载从被驱动部件80通过接触力均匀化机构12′传递到螺母部件13，三个滚柱31′、32′、33′使负载作用于螺旋轴1上。

此时，滑动部件6与中间部件5不连结，接触力均匀化机构12仅传递压缩负载，因此不会从被驱动部件80通过接触力均匀化机构12向螺母部件13传递负载。

从一方的三个滚柱31、32、33与螺旋轴1的接触状态如实施例1所示那样求出最佳负载作用点P0，从另一方的三个滚柱31′、32′、33′与螺旋轴1的接触状态如实施例1所示那样求出最佳负载作用点P0′。

就这两个最佳负载作用点(P0、P0′)而言，实施例1中的表示最佳负载作用点的距离r和角度θ中的距离r相等，但并不限于角度θ也相等，在多数情况下角度θ不同。

因此，在一方的三个滚柱31、32、33承受负载的情况、即向左的负载F作用于被驱动部件80上的情况下，和另一方的三个滚柱31′、32′、33′承受负载的情况、即向右的负载F′作用于被驱动部件80上的情况下，最佳负载作用点不同。

因此，在本实施例中，为了使负载作用于因负载的方向而不同的最佳负载作用点上，在螺母部件13的两侧分别配置传递压缩负载的两个接触力均匀化机构。

利用这种结构，无论作用于被驱动部件80上的负载的方向如何，都能够防止或降低在螺母部件13上发生的偏负载。

此外，本实施例所示的、也就是使用了接触力均匀化机构的直线运动执行元件并不限于叉式升降车，能够替换为现有的液压缸来使用。能够在工程机械例如动力铲的形成于悬臂前端且驱动铲斗的机构中使用这种直线运动执行元件。

此外，本实施例中的直线运动执行元件适合于例如螺旋轴1设置在水平方向、螺母部件13在水平方向驱动的情况。例外，适合于螺母部件13相对于螺旋轴1从进退两个方向承受负载的情况。

实施例3

以下使用图10对实施例3进行说明。

图10表示实施例3中的直线运动执行元件的外观图。

实施例3是将实施例1中的滚柱丝杠替换为滚珠丝杠的结构。

也就是，将实施例1中的螺母部件11替换为滚珠丝杠用螺母部件14，将螺旋轴1替换为滚珠丝杠用螺旋轴10的结构。

即使在直线运动执行元件上使用一般的滚珠丝杠的情况下，也能使用实施例1所示的方法，由作为滚动体的滚珠(球)与滚珠丝杠用螺旋轴10的接触状态算出最佳负载作用点。

此外，在算出使用了滚珠丝杠的情况的最佳负载作用点时，由于各滚珠一点一点地作用于滚珠丝杠用螺旋轴10，因此考虑滚珠丝杠用螺旋轴10的每一周的滚珠数来算出。

在实施例3中，接触力均匀化机构(偏负载防止机构)12也能够使负载作用于滚珠丝杠用螺母部件14的最佳负载作用点，并安装在被驱动部件81与滚珠丝杠用螺母部件14之间。

符号说明

1、10-螺旋轴，2、20-滚柱保持架，4、4′-滚动轴承，5、5′-中间部件，6、6′-滑动部件，7-连结销部件，8、80、81-被驱动部件，9-车身，11、13、14-螺母部件，12、12′-接触力均匀化机构，31、31′、32、32′、33、33′-滚柱，90-装卸装置，91-外杆，92-内杆，93-链轮，94-升降链，95-叉，96-齿轮，97-马达。

Claims (9)

1.一种直线运动执行元件，具有：螺旋轴；与上述螺旋轴螺纹结合的螺母部件；与驱动对象物连结的被驱动部件；以及连结上述螺母部件和上述被驱动部件的联轴器，

通过相对于上述螺旋轴的相对旋转运动，使上述螺母部件在轴向上进行进退运动，利用上述螺母部件的进退运动，并通过上述联轴器及上述被驱动部件，从而在轴向上驱动上述驱动对象物，上述直线运动执行元件的特征在于，

上述联轴器具有相互大致正交的两个旋转轴，将这两个旋转轴在上述螺旋轴的方向上投影时的交点位置从上述螺旋轴的中心轴向径向偏移。

2.根据权利要求1所述的直线运动执行元件，其特征在于，

上述螺旋轴和上述螺母部件通过旋转支撑在上述螺母部件上的多个滚柱而接触，构成利用滚动副的滚柱丝杠机构。

3.根据权利要求2所述的直线运动执行元件，其特征在于，

在螺旋轴上传递来自单向的推力负载的滚柱的数量为三个，将这三个滚柱在轴向上错开螺旋导程的大致1/3，配置成在圆周方向上各错开2π(rad)/3。

4.根据权利要求3所述的直线运动执行元件，其特征在于，

在将螺旋轴的旋转轴规定为Z轴、将通过三个滚柱中的配置在轴向中央的滚柱与螺旋轴的接触部中心并与上述Z轴正交的轴规定为Y轴、将与上述Z轴和上述Y轴双方正交的轴规定为X轴、将螺旋轴的导程规定为L(mm)、将通过滚柱与螺旋齿侧面的接触部的螺旋导程角规定为γ(rad)、将使YZ平面绕Y轴旋转γ后的平面上的螺旋齿侧面与滚柱的接触部的中央附近的切线与XZ平面所成的角度规定为α(rad)的情况下，

将上述联轴器的两个旋转轴在上述螺旋轴的方向上投影时的交点位置，在径向距上述Z轴大致是如下距离：

数学式1 $\frac{\sqrt{3}L}{9\sin \mathrm{\α}}\sqrt{{\tan }^2\mathrm{\γ}+{\cos }^2\mathrm{\α}}\left[\mathrm{mm}\right],$

绕上述Z轴的角度距上述X轴大致是如下角度：

数学式2 ${\tan }^{-1}\frac{-\cos \mathrm{\α}}{\sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\γ}}-\frac{\mathrm{\π}}{2}\left[\mathrm{rad}\right].$

5.一种电动叉式升降车，其特征在于，

将权利要求1所述的直线运动执行元件用于升降。

6.根据权利要求1所述的直线运动执行元件，其特征在于，

在上述螺母部件与上述被驱动部件之间传递负载时，传递压缩方向的负载，不传递拉伸方向的负载。

7.根据权利要求1所述的直线运动执行元件，其特征在于，

在上述螺母部件的进退方向的两侧连结两个联轴器，两个联轴器与同一被驱动部件连结。

8.一种直线运动执行元件，具有：螺旋轴；与上述螺旋轴螺纹结合且具有通过旋转支撑的三个滚柱而与上述螺旋轴接触的滚柱丝杠机构的螺母部件；与驱动对象物连结的被驱动部件；以及连结上述螺母部件和上述被驱动部件的联轴器，

通过相对于上述螺旋轴的相对的旋转运动，使上述螺母部件在轴向上进行进退运动，利用上述螺母部件的进退运动，并通过上述联轴器及上述被驱动部件，从而对上述驱动对象物给与直动运动，上述直线运动执行元件的特征在于，

上述联轴器具有处于相互扭转的位置关系的两个旋转轴，将这两个旋转轴在上述螺旋轴的方向上投影时的交点位置在从上述螺旋轴的旋转轴向相对于上述螺母部件的行进的方向位于上述三个滚柱中最前的滚柱的位置的方向上偏移。

9.一种电动叉式升降车，其特征在于，

将权利要求8所述的直线运动执行元件用于升降。

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