CN102652232B - 滚珠丝杠装置 - Google Patents

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Abstract

提供具有即便导程角和循环圈数小也能够将舌片部和与舌片部连接的脚部的不均等的分割抑制在最小限度、且能确保舌片部的强度的循环部件的滚珠丝杠装置。为此，滚珠丝杠装置的循环部件(40)具备具有将滚珠在与螺旋轨道的切线方向大致一致的方向舀起的舌片部(44)的一对脚部(41、41)和连接这一对脚部(41、41)的主体(42)。并且，具有分别沿着滚珠循环路径(R)的路径方向分割一对脚部(41、41)的第一分割面(A、C)和沿着滚珠循环路径(R)的路径方向分割主体(42)的第二分割面(B)。该第二分割面(B)由滚珠循环路径(R)的上部侧的分割面(B1)和下部侧的分割面(B2)构成，该上部侧的分割面(B1)和下部侧的分割面(B2)形成为：在从螺母(20)的平坦面(20a)方向观察的情况下，上部侧的分割面(B1)和下部侧的分割面(B2)交叉。

Description

滚珠丝杠装置
技术领域
本发明涉及例如在机床或注射模塑成形机等各种机械装置中使用的滚珠丝杠装置，特别是涉及具备管状的循环部件的滚珠丝杠装置。
背景技术
作为以往的这种滚珠丝杠装置，公开有专利文献1中所记载的滚珠丝杠装置。对于专利文献1中所公开的滚珠丝杠装置，为了实现滚珠(滚动体)的顺畅的舀起，将树脂制的循环部件(未图示)分割成两部分，并配置成使与螺母的循环孔嵌合的循环部件的脚部内的循环路径的中心轴线与两条螺纹槽的切线方向以及导程角方向大致一致(与螺旋轨道的切线方向大致一致)。
但是，对于专利文献1中所公开的滚珠丝杠装置，由于循环部件沿着滚珠循环路径的中心轴线在径向被分割成两部分，因此，直到将滚珠舀起的舌片(tongue)部为止都被分割，担心舌片部的强度下降。
因此，为了避免这种舌片部的分割，公开有专利文献2中所记载的滚珠丝杠装置。
图6是示出专利文献2中所记载的以往的滚珠丝杠装置的结构的图，(a)为俯视图，(b)为从丝杠轴的轴向观察循环部件的图。如图6的(a)、(b)所示，对于专利文献2中所公开的滚珠丝杠装置101，丝杠轴110在外周面具有螺旋状的螺纹槽111，螺母120在内周面具有与螺纹槽111对应的螺旋状的螺纹槽(未图示)，该螺母120螺合于丝杠轴110。多个滚珠(未图示)以能够滚动的方式装填在螺纹槽111与螺母120的螺纹槽之间的螺旋轨道K中。
并且，在螺母120的周面形成有平坦面120a，在该平坦面120a穿孔形成有2组与螺旋轨道K相通的一对循环孔122、122。循环部件140以两端部与这一对循环孔122、122嵌合的方式设置，形成从一个循环孔122将滚珠引导至螺母120的外部、并使滚珠从另一个循环孔122返回螺旋轨道K的滚珠循环路径。循环部件140由一对脚部141、141和连接这一对脚部141、141的主体142构成，一对脚部141、141在各自的末端具有舌片部144，该舌片部144在与螺旋轨道K的切线方向大致一致的方向将在螺旋轨道K中滚动的滚珠舀起。循环部件140具备一对脚部141、141和连接一对脚部141、141的主体142，内部形成为滚珠循环路径R，该循环部件140通过将沿着该滚珠循环路径R的路径方向以点对称的方式分割成两部分而得到的分割体140a、140a在分割面相互接合而构成，在各个分割体140a的分割面形成有构成滚珠循环路径R的循环槽143。
进而，构成滚珠循环路径R的循环槽143具有第一弯曲部R1、第二弯曲部R2、第三弯曲部R3以及第四弯曲部R4。第一弯曲部R1是将由一对脚部141、141中的一个脚部141的舌片部144从螺旋轨道K舀起的滚珠的行进方向引导至螺母120的外部侧的方向、且是与循环孔122的轴线方向大致一致或者具有预定的角度的方向的部分。第二弯曲部R2是将通过第一弯曲部R1之后的滚珠朝另一个脚部141的方向引导的部分。第三弯曲部R3是将通过第二弯曲部R2之后的滚珠经由主体142朝另一个脚部141的内部引导的部分。第四弯曲部R4是将通过第三弯曲部R3之后的滚珠引导至另一个脚部141的舌片部144的位置的部分。
专利文献1：美国专利第2851897号说明书
专利文献2：日本特开2006-125581号公报
但是，对于专利文献2的滚珠丝杠装置中所记载的循环部件，在应用于导程角和循环圈数少的滚珠丝杠装置的情况下，存在滚珠循环路径R丧失的可能性，或者，存在如果想要防止滚珠循环路径R的丧失则无法避免舌片部以及与舌片部连接的脚部的不均等的分割的可能性。具体地说，如图7的(a)、(b)所示，当滚珠丝杠装置的循环圈数为2.5圈时，无需不均等地分割舌片部144以及与舌片部144连接的脚部141就能够制作适当地形成有滚珠循环路径R的分割体140a。但是，如图7的(c)、(d)所示，当滚珠丝杠装置的循环圈数小(例如1.5圈)时，分割体140a的切断面B相对于螺母120的轴向所成的角度ψ变大，在D点处会出现滚珠循环路径R丧失的情况。即，在导程角以及循环圈数小的滚珠丝杠装置中，存在不将舌片部144和与舌片部144连接的脚部141不均等地分割就无法制作形成有滚珠循环路径R的分割体140a的情况。因此，在导程角和循环圈数小的滚珠丝杠装置中，必须不均等地分割舌片部和与舌片部144连接的脚部141，结果，舌片部144的强度降低，因此存在对这些情况进行改善的余地。
发明内容
因此，本发明就是着眼于上述的问题点而完成的，其目的在于提供一种如下的滚珠丝杠装置：即便导程角和循环圈数小也能够将舌片部和与舌片部连接的脚部的不均等的分割抑制在最小限度，能够确保舌片部的强度，并且，由于能够均等地分担形成循环路径，因此能够实现更顺畅的滚珠的循环。
用于解决上述课题的本发明的一个实施方式所涉及的滚珠丝杠装置具备：丝杠轴，该丝杠轴在外周面具有螺旋状的螺纹槽；螺母，该螺母在内周面具有与该丝杠轴的所述螺纹槽对应的螺旋状的螺纹槽，并且该螺母与所述丝杠轴螺合；多个滚珠，所述多个滚珠以能够滚动的方式装填在所述两个螺纹槽之间的螺旋轨道中；以及循环部件，在所述螺母的周方向的侧面形成有平坦面，在该平坦面沿与该螺母的轴线大致正交的方向穿孔形成有一对循环孔，该循环部件在内部形成有滚珠循环路径，且该循环部件的两端部与所述各个循环孔嵌合，所述滚珠循环路径将在所述螺旋轨道中滚动的所述滚珠从所述一对循环孔中的一个循环孔引导至该螺母的外部、并使所述滚珠从另一个循环孔返回所述螺旋轨道，
所述循环部件在两端部与所述螺母的所述循环孔嵌合，并且，所述循环部件具备：一对脚部，这一对脚部在各自的末端具有舌片部，该舌片部将在所述螺旋轨道中滚动的所述滚珠沿与该螺旋轨道的切线方向大致一致的方向舀起；以及主体，该主体连接这一对脚部，
所述循环部件具有：第一分割面，该第一分割面沿着所述滚珠循环路径的路径方向分割所述一对脚部；以及第二分割面，该第二分割面沿着所述滚珠循环路径的路径方向分割所述主体，该第二分割面形成为：第二分割面包括所述滚珠循环路径的上部的分割面和所述滚珠循环路径的下部的分割面，在从所述螺母的平坦面方向观察所述循环部件的情况下，所述上部的分割面和所述下部的分割面交叉。
根据本发明的一个实施方式所涉及的滚珠丝杠装置，能够提供如下的滚珠丝杠装置：即便导程角和循环圈数小，也能够将舌片部和与舌片部连接的脚部的不均等的分割抑制在最小限度，能够确保舌片部的强度，并且，由于能够均等地分担形成循环路径，因此能够实现更顺畅的滚珠的循环。
附图说明
图1是本发明所涉及的滚珠丝杠装置的一个实施方式的俯视图。
图2是图1的右侧视图。
图3是示出本发明所涉及的滚珠丝杠装置的一个实施方式中的循环部件的分割体的立体图。
图4是从螺母的平坦面方向观察本发明所涉及的滚珠丝杠装置的一个实施方式中的循环部件的分割体的图。
图5是示出本发明所涉及的滚珠丝杠装置的一个实施方式中的循环部件的分割体的图，(a)是从图4的箭头Y方向观察的图，(b)是从图4的箭头X方向观察的图，(c)是从丝杠轴的轴向观察的图(从与图4的箭头X方向相反的方向观察的图)。
图6是示出以往的滚珠丝杠装置的结构的图，(a)为俯视图，(b)为从丝杠轴的轴向观察循环部件的图。
图7是示出以往的循环部件的分割体的图，(a)是从螺母的平坦面方向观察2.5圈的循环部件的图，(b)是从(a)的箭头Z方向观察的图，(c)是从螺母的平坦面方向观察1.5圈的循环部件的图，(d)是从(c)的箭头Z方向观察的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本实施方式的滚珠丝杠装置进行说明。
图1是示出本实施方式的滚珠丝杠装置的结构的俯视图。图2是图1的右侧视图。图3是示出本实施方式的滚珠丝杠装置的循环部件的分割体的立体图。图4是从螺母的平坦面方向观察本实施方式的滚珠丝杠装置的循环部件的分割体的图。图5是示出本实施方式的滚珠丝杠装置的循环部件的分割体的图，(a)是从图4的箭头Y方向观察的图，(b)是从图4的箭头X方向观察的图，(c)是从丝杠轴的轴向观察的图。
<滚珠丝杠装置的结构>
如图1和图2所示，对于滚珠丝杠装置1，丝杠轴10在外周面具有螺旋状的螺纹槽11，螺母20在内周面具有与螺纹槽11对应的螺旋状的螺纹槽21，螺母20与丝杠轴10嵌合，螺母20的螺纹槽21和丝杠轴10的螺纹槽11相互对置，从而在二者之间形成承受负载的螺旋轨道。
作为滚动体的多个滚珠30以能够滚动的方式装填于该螺旋轨道，通过丝杠轴10(或者螺母20)的旋转，螺母20(或者丝杠轴10)经由滚珠30的滚动在轴向移动。
在螺母20的周面的一部分形成有平坦面20a，循环部件40由按压件50例如通过固定螺钉60固定于该平坦面20a。
该循环部件40具备一对脚部41和连接一对脚部41的主体42，从而内部形成为滚珠循环路径R，该循环部件40通过将沿着该滚珠循环路径R的路径方向以点对称的方式分割成两部分而得到的分割体40a(参照图3)在分割面相互接合而构成，在分割体40a的分割面形成有构成滚珠循环路径R的循环槽43。
由此，能够通过接合相同形状的2个分割体40a容易地组装循环部件40，并且，分割体40的成型模具可以为一种，因此能够实现成本降低。另外，在该实施方式中，配置2个循环部件40从而形成2个循环回路。
一对脚部41以在丝杠轴10的轴向相互离开、且在丝杠轴10的径向相互离开的方式配置，在各个脚部41的末端设置有舌片部44，该舌片部在与螺旋轨道的切线方向大致一致的方向将在螺纹槽11、21之间的螺旋轨道中滚动的滚珠30舀起。
这些脚部41与一对循环孔22嵌合，这一对循环孔22以与螺纹槽11、21之间的螺旋轨道连通的方式在与螺母20的轴线大致正交的方向穿孔设置于螺母20的平坦面20a。一对循环孔22以轴心从丝杠轴10的轴线相互朝相反方向离开相同尺寸的方式配置。另外，循环部件40的分割体40a的未设有舌片部44的一侧的脚部41的末端形成有退让部45(参照图5)，以免与丝杠轴10接触。
进而，利用该循环部件40形成如下的滚珠的无限循环轨道：将在螺纹槽11、12之间的螺旋轨道中滚动的滚珠30从一个脚部41舀起而引导至螺母20外部的主体42内，并使滚珠30从另一个脚部41返回上述的螺旋轨道。
此处，在该实施方式中，参照图5的(b)和图5的(c)，循环部件40内的滚珠循环路径R具有：第一弯曲部R1，该第一弯曲部R1将由一对脚部41中的一个脚部41的舌片部44从螺旋轨道舀起的滚珠30的行进方向引导至螺母20的外部侧的方向、且是与循环孔22的轴线方向大致一致或者具有预定的角度的方向；第二弯曲部R2，该第二弯曲部R2将通过该第一弯曲部R1之后的滚珠30朝另一个脚部41的方向引导；第三弯曲部R3，该第三弯曲部R3将通过该第二弯曲部R2之后的滚珠30经由主体42朝另一个脚部41的内部引导；以及第四弯曲部R4，该第四弯曲部R4将通过该第三弯曲部R3之后的滚珠30引导至另一个脚部41的舌片部44的位置。
并且，循环部件40在避开一对脚部41的各个舌片部44的位置沿着滚珠循环路径R的路径方向以点对称方式被分割成两部分。具体地说，如图3～图5所示，该循环部件40以循环部件40(分割体40a)的分割面内的分割脚部41的第一分割面A和第一分割面C与包括第一弯曲部R1和第四弯曲部R4处的滚珠循环路径R的中心轴线的平面(包括各个弯曲部处的滚珠循环路径R的中心轴线的法线组的平面：沿着图5的(b)的纸面的面)大致正交的方式被分割。进而，循环部件40(分割体40a)的分割面内的分割主体42的第二分割面B具有分割面B1和分割面B2。分割面B1和分割面B2分别通过图5的(a)的路径中心72，且在连接分割面A和分割面C的方向进行分割。
<循环部件的结构>
以下，参照图3～图5对循环部件(分割体)进行详细叙述。另外，在图4和图5中，标号70是一个脚部的滚珠舀起位置，71是另一个脚部的滚珠舀起位置，72是滚珠循环路径R的中间点，73是滚珠循环路径R的中心轴线，K是螺旋轨道(负载圈)处的滚珠中心轨迹。此处，当滚珠30在一个脚部41侧被舀起的情况下，滚珠舀起位置71作为滚珠返回位置发挥功能，当滚珠30在另一个脚部41被舀起的情况下，滚珠舀起位置70作为滚珠返回位置发挥功能。以下，对滚珠30在一个脚部41侧被舀起的情况进行说明。
首先，参照图4和图5，按照滚珠30在循环部件40内的滚珠循环路径R中的行进进行说明。此处，如图5的(c)所示，丝杠轴10在从轴向观察的视图中朝顺时针方向旋转。
在作为负载圈的螺旋轨道中在螺纹槽11、21之间滚动的滚珠30在一个脚部41的滚珠舀起位置70处由舌片部44在螺旋轨道的大致切线方向舀起而从螺旋轨道脱离，并进入滚珠循环路径R内。
此处，图5的(c)中的θ为用于获得负载能力的视在舀起角度，形成为0°＜θ≤90°(实质上为大约20°～45°)的范围。
从滚珠舀起位置70进入滚珠循环路径R的滚珠30沿着滚珠循环路径R内的第一弯曲部R1将行进方向改变成与循环孔22的轴线方向大致相同的方向、即朝向循环部件40的主体42的方向。
通过第一弯曲部R1而朝循环部件40的主体42的方向行进的滚珠30的方向由第二弯曲部R2改变成朝向另一个脚部41的方向，然后，通过循环部件40的主体42内的滚珠循环路径R到达该滚珠循环路径R的中间点72。
从滚珠循环路径R的中间点72到第三弯曲部R3以及第四弯曲部R4、进一步到达另一个脚部41的滚珠舀起位置71的循环路径形成为与从一个滚珠舀起位置70到滚珠循环路径R的中间点72的路径点对称的形状。
这样，循环部件40内的滚珠循环路径R具有第一弯曲部R1(或者第四弯曲部R4)，该第一弯曲部R1(或者第四弯曲部R4)将由一对脚部41中的一个脚部41的舌片部44从螺旋轨道舀起的滚珠30的行进方向引导至朝向螺母20的外部侧的方向、且是与循环孔的轴线方向大致一致的方向，由此，与将第一弯曲部R1(或者第四弯曲部R4)的部位形成为直线状的情况相比较，能够缩小循环孔22，由此，不会过度地增大循环孔22，能够具有用于获得负载能力的视在舀起角度θ。
结果，能够容易地实现滚珠30朝向与螺旋轨道的切线方向大致一致的方向的舀起，并且，能够具有用于获得负载能力的视在舀起角度θ，并且能够防止螺母20的循环孔22与相邻的负载圈的螺纹槽21干涉，进一步，不会过分地延长螺母20全长，能够在一个螺母20配置多个循环回路。
另外，通过第一弯曲部R1之后的滚珠30的行进方向并非必须是沿着循环孔22的轴线的方向，也可以在第一弯曲部R1与第二弯曲部R2之间或者在各个弯曲部的拐折点、以及第三弯曲部R3与第四弯曲部R4之间或者在各个弯曲部的拐折点处，以滚珠30的行进方向与循环孔22的轴线所成的角度为0°以上、且不足视在舀起角度θ的范围的方式倾斜。
通过以这种方式使第一弯曲部R1的通过结束的时刻的滚珠30的行进方向(滚珠循环路径R的方向)相对于螺母20的循环孔22的轴线倾斜，能够进一步增大第一弯曲部R1和第二弯曲部R2的弯曲R，由此，滚珠30通过时的滚珠30的离心力减少，能够防止由离心力引起的循环部件40的磨损或破损，并且，能够使滚珠30的循环自身更加顺畅。
并且，螺母20的循环孔22可以是圆孔，但是，优选是长圆形或椭圆形等的长度尺寸比宽度尺寸大的孔、且长度方向为大致沿着螺纹槽11、21之间的螺旋轨道的方向。
通过形成为这种循环孔22，即便是在像导程小的滚珠丝杠装置或者多条的滚珠丝杠装置那样相邻的螺纹槽21相互接近的滚珠丝杠装置中，也能够防止循环孔22与相邻的负载圈的螺纹槽21干涉。
<分割体的结构>
接着，对具有上述的滚珠循环路径R的循环部件40、以及构成该循环部件40的分割体40a的结构进行说明。
如图3和图4所示，沿着滚珠循环路径R的方向将循环部件40分割成两部分而成的分割体40a、40a的各自的分割面具有：包括主体42的端部的一个脚部41的第一分割面A；包括主体42的端部的另一个脚部41的第一分割面C；以及主体42的中间部的第二分割面B。
[第一分割面A、C]
第一分割面A是与包括第一弯曲部R1处的滚珠循环路径R的中心轴线的平面(包括弯曲部R1处的滚珠循环路径R的中心轴线的法线组的平面：沿着图5的(b)的纸面的面)大致正交的平面。由此，第一分割面A不会不均等地分割舌片部44和与舌片部44连接的脚部41，能够防止该舌片部44的强度下降。进而，第一分割面C是当点对称地接合2个分割体40a时与第一分割面A相接的面。
[第二分割面B]
第二分割面B是连接第一分割面A和第一分割面C的面，第二分割面B由上部侧的分割面B1和下部侧的分割面B2构成，当在将循环部件40固定于螺母20的平坦面20a的状态下从平坦面20a的方向观察的情况下，上部侧的分割面B1和下部侧的分割面B2相互交叉。并且，在图示例中，分割面B1包括滚珠循环路径R的中心轴线。分割面B1和分割面B2中的一方或者双方(在该例中为一方)与滚珠循环路径R内的滚珠中心轨迹73在该滚珠循环路径R的中间点72处分别交叉。分割面B1与分割面B2所成的交叉角度超过0°且小于90°，优选在45°以下。另外，在图示例中，分割面B1与滚珠循环路径R的中心轴线73一致。
并且，通过将第二分割面B形成为在从螺母20的平坦面20a的方向观察的情况下滚珠循环路径R的上部的分割面和下部的分割面相互交叉的结构，即便是在导程角和循环圈数小的滚珠丝杠装置中，也不用尽量不均等地分割舌片部44和与舌片部44连接的脚部41，能够确保舌片部44周围的形状，因此，能够确保循环部件40的强度，并且能够大致均等地分割主体42的上表面的平面，并使循环部件40的固定压力在固定区域整体大致均等，由此，固定时的弹性变形变得大致均等，能够使滚珠30的循环顺畅。并且，通过使滚珠循环路径R的分割在该路径的整个区域均等，能够使滚珠30的循环更加顺畅。另外，对于具有这种结构的循环部件40，例如通过应用于导程角在4°以下、圈数小于2.5圈的滚珠丝杠装置，能够起到特别显著的效果。
并且，如图5的(c)所示，在形成为一个脚部的舌片部44比第一分割面A突出的形状的情况下，可以在第一分割面A处的舌片部44的根部设置弯曲部80。借助该弯曲部80，能够以不会使舌片部44周围的强度不稳定的方式分割循环部件40。在该情况下，在第一分割面C侧也设置弯曲部81等，以免与第一分割面A的弯曲部80干涉。
另外，本发明并不限定于上述的实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围进行适当变更。
例如，在上述实施方式中，将循环部件40经由按压件50固定于螺母20的平坦面20a，但是，也可以不使用按压件50而利用固定螺钉等将循环部件40直接固定于螺母20的平坦面20a。
此外，对于在上述实施方式中举例示出的螺纹槽、丝杠轴、螺母、滚珠、循环孔、滚珠循环路径、循环部件、舌片部、脚部、主体、第一弯曲部、第二弯曲部、第三弯曲部以及第四弯曲部等的材质、形状、尺寸、形态、数量、配置部位等，只要能够达成本发明的目的即可，可以是任意的，并无限定。
标号说明
1：滚珠丝杠装置；10：丝杠轴；11：螺纹槽；20：螺母；21：螺纹槽；22：循环孔；30：滚珠；40：循环部件；41：脚部；42：主体；R：滚珠循环路径；R1：第一弯曲部；R2：第二弯曲部；R3：第三弯曲部；R4：第四弯曲部；A：第一分割面；B：第二分割面；B1：第二分割面B中的滚珠循环路径R的上部侧的分割面；B2：第二分割面B中的滚珠循环路径R的下部侧的分割面；C：第一分割面。

Claims (1)

1.一种滚珠丝杠装置，其特征在于，
所述滚珠丝杠装置具备：丝杠轴，该丝杠轴在外周面具有螺旋状的螺纹槽；螺母，该螺母在内周面具有与该丝杠轴的所述螺纹槽对应的螺旋状的螺纹槽，并且该螺母与所述丝杠轴螺合；多个滚珠，所述多个滚珠以能够滚动的方式装填在所述两个螺纹槽之间的螺旋轨道中；以及循环部件，在所述螺母的周方向的侧面形成有平坦面，在该平坦面沿与该螺母的轴线大致正交的方向穿孔形成有一对循环孔，该循环部件在内部形成有滚珠循环路径，且该循环部件的两端部与所述各个循环孔嵌合，所述滚珠循环路径将在所述螺旋轨道中滚动的所述滚珠从所述一对循环孔中的一个循环孔引导至该螺母的外部、并使所述滚珠从另一个循环孔返回所述螺旋轨道，
所述循环部件在两端部与所述螺母的所述循环孔嵌合，并且，所述循环部件具备：一对脚部，这一对脚部在各自的末端具有舌片部，该舌片部将在所述螺旋轨道中滚动的所述滚珠沿与该螺旋轨道的切线方向大致一致的方向舀起；以及主体，该主体连接这一对脚部，
所述循环部件通过第一分割面和第二分割面被分割成点对称配置的两个相同形状的分割体，该第一分割面沿着所述滚珠循环路径的路径方向分割所述一对脚部；该第二分割面沿着所述滚珠循环路径的路径方向分割所述主体，该第二分割面形成为：第二分割面包括所述滚珠循环路径的上部的分割面和所述滚珠循环路径的下部的分割面，在从所述螺母的平坦面方向观察所述循环部件的情况下，所述上部的分割面和所述下部的分割面交叉。
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