CN108691970A - 滚珠丝杠装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种滚珠丝杠装置。滚珠丝杠装置具备丝杠轴、螺母、由多个主滚珠构成的滚珠列、设置在滚珠列中的多个螺旋弹簧。通过丝杠轴的旋转在轴向力作用于螺母的状态下螺母从轴向一侧向轴向另一侧移动。多个螺旋弹簧在滚珠列的轴向一侧比轴向另一侧配置得密。

Description

滚珠丝杠装置
在2017年3月29日提出的日本专利申请2017-066087的公开，包括其说明书、附图及摘要作为参照而全部包含于此。
技术领域
本发明涉及滚珠丝杠装置。
背景技术
滚珠丝杠装置能够将旋转运动转换为直线运动，在各个领域被广泛使用(例如，参照日本特开2016-35322号公报)。图7是机动车的制动装置具有的滚珠丝杠装置的剖视图。该滚珠丝杠装置90具备丝杠轴91、螺母92、多个主滚珠93。螺母92设置在该丝杠轴91的外周侧。主滚珠93设置在丝杠轴91的螺旋槽91a与螺母92的螺旋槽92a之间。螺母92安装于有底筒形状的壳体94。在制动装置具有的筒部(缸)98内，壳体94设置成能够沿轴向移动且不能沿周向旋转。由此，当通过未图示的电动机使丝杠轴91旋转时，螺母92及壳体94前进(或后退)。在制动装置的情况下，在壳体94经由支承板95安装有制动块96。由于壳体94前进，而制动块96接触于与机动车的车轮一体旋转的制动盘100，能够产生制动力。
在这样的滚珠丝杠装置90中，在丝杠轴91的螺旋槽91a与螺母92的螺旋槽92a之间设有由多个主滚珠93构成的滚珠列。例如，如美国专利第20110162935号说明书的图2所示，存在有在该滚珠列中的各处设有螺旋弹簧的结构。
图8是表示在以往的滚珠丝杠装置中，将丝杠轴91的螺旋槽91a及螺母92的螺旋槽92a展开成平面的状态的说明图。在该滚珠丝杠装置中，在滚珠列97中等间隔地设有多个螺旋弹簧99。各螺旋弹簧99在滚珠丝杠装置的动作中，能够吸收主滚珠93的超前/延迟。
在图7所示的制动装置的情况下，使制动块96与制动盘100接触而产生制动力。为此，在滚珠丝杠装置90中，使丝杠轴91旋转而使螺母92及壳体94从轴向一侧向轴向另一侧(在图7中，从右侧向左侧)移动，将制动块96向制动盘100按压。此时，壳体94受到反力，比较大的轴向力作用于螺母92。在图8中，如上所述，在比较大的轴向力作用于螺母92的状态下，如果螺母92从轴向一侧向另一侧移动，则主滚珠93沿螺母92的螺旋槽92a滚动并朝向轴向一侧。于是，在滚珠列97中，在轴向一侧连续的多个(在图8的情况下为六个)主滚珠93a～93f相互摩擦。这成为阻力而成为滚珠丝杠装置的效率(滚珠丝杠效率)下降的原因。如图9所示，主滚珠93a～93f各自的滚动方向为相同方向(在图9中为逆时针方向)。因此，当这些主滚珠93a～93f特别是变得稍微停滞时，连续的主滚珠93a～93f中的一部分的滚珠，例如位于中央的相邻的主滚珠93b与主滚珠93c、及该主滚珠93c与主滚珠93d密接的状态下相互之间产生滑动而相互阻碍旋转。即，相互产生摩擦，成为阻力。
滚珠丝杠效率较大地受到导程角和摩擦系数的影响。即，如果增大导程角，则滚珠丝杠效率提高。而且，如果减小摩擦系数，则滚珠丝杠效率提高。因此，如果适当调整上述导程角及摩擦系数，则能够改善滚珠丝杠效率。
发明内容
本发明的目的之一在于使用适当调整导程角及摩擦系数以外的技术手段来提高滚珠丝杠效率。
本发明的一方式的滚珠丝杠装置具备在外周形成有第一螺旋槽的丝杠轴、设置在该丝杠轴的外周侧且在内周形成有第二螺旋槽的螺母、设置在所述第一螺旋槽与所述第二螺旋槽之间的由多个主滚珠构成的滚珠列、由螺旋弹簧或者直径比所述主滚珠小的滚珠构成且设置在所述滚珠列中的多个间隔构件，通过所述丝杠轴的旋转而在轴向力作用于所述螺母的状态下该螺母从轴向一侧向轴向另一侧移动，其结构上的特征在于，多个所述间隔构件在所述滚珠列的轴向一侧比轴向另一侧配置得密。
附图说明
前述及后述的本发明的特征及优点通过下面的具体实施方式的说明并参照附图而明确，其中，相同的标号表示相同的部件。
图1是表示制动装置的一例的剖视图。
图2是滚珠丝杠装置的分解立体图。
图3是滚珠丝杠装置的剖视图。
图4是表示将第一螺旋槽及第二螺旋槽展开成平面的状态的说明图。
图5是表示主滚珠和中间弹簧的配置的变形例的图。
图6是表示滚珠丝杠装置的变形例的说明图。
图7是机动车的制动装置具有的以往的滚珠丝杠装置的剖视图。
图8是表示在以往的滚珠丝杠装置中，将丝杠轴的螺旋槽及螺母的螺旋槽展开成平面的状态的说明图。
图9是表示以往的位于滚珠列的轴向一侧的主滚珠的说明图。
具体实施方式
本发明的滚珠丝杠装置例如使用于车辆(机动车)的制动装置。图1是表示制动装置5的一例的剖视图。制动装置5对于与机动车的车轮进行一体旋转的制动盘6施加基于摩擦的制动力。为了产生该制动力，制动装置5具备滚珠丝杠装置17。在图1中，制动装置5处于非制动状态。
制动装置5具备浮动类型的制动钳7和夹持制动盘的一对制动块8。制动钳7由未图示的关节等支承。一对制动块8夹持制动盘6。制动钳7具备第一主干9、第二主干10、罩11。第二主干10与该第一主干9成为一体。罩11安装于第一主干9。一侧(在图1中为右侧)的制动块8由在滚珠丝杠装置17具有的后述的壳体21安装的第一支承板12支承。另一侧(在图1中为左侧)的制动块8由在第二主干10安装的第二支承板13支承。
第一主干9具有包含筒主体部14和底板部15的筒形状(有底筒形状)，朝向制动盘6侧开口。在筒主体部14的内侧设有滚珠丝杠装置17。滚珠丝杠装置17具备丝杠轴18、螺母19、多个主滚珠20、壳体21。丝杠轴18的中心线C成为滚珠丝杠装置17的中心线，将与该中心线C平行的方向称为轴向。
在第一主干9的底板部15形成有贯通孔16。在该贯通孔16安装有滚动轴承22。丝杠轴18经由滚动轴承22由第一主干9支承为能够沿着绕中心线C的周向旋转且在轴向上不能移动。在壳体21与筒主体部14之间设有键24。壳体21相对于筒主体部14能够沿轴向往复移动，但是沿着绕中心线C的周向不能旋转。
螺母19与壳体21成为一体，在后文进行说明。当丝杠轴18向一方向旋转(正向旋转)时，螺母19和壳体21沿着丝杠轴18从轴向一侧(在图1中为右侧)向轴向另一侧(在图1中为左侧)移动。相对于此，当丝杠轴18向另一方向旋转(反向旋转)时，螺母19和壳体21沿着丝杠轴18从轴向另一侧向轴向一侧移动。在图1所示的制动装置5中，移动的壳体21作为活塞发挥功能。第一主干9(筒主体部14)作为收容壳体21而进行引导的缸发挥功能。
在筒主体部14的外侧设有电动机(电动马达)51和减速装置23。从控制单元52向电动机51输入指令信号，基于该指令信号而电动机51进行正向旋转、反向旋转、停止。减速装置23具有第一齿轮25、第二齿轮26、中间齿轮27。第一齿轮25固定于电动机51的输出轴。第二齿轮26固定于丝杠轴18的轴向另一侧的端部。中间齿轮27设于上述齿轮25、26之间。需要说明的是，减速装置23也可以是其他的结构。
通过以上的结构，当电动机51旋转时，螺母19及壳体21沿轴向移动。即，从电动机51经由减速装置23传递的丝杠轴18的旋转运动由滚珠丝杠装置17转换成螺母19(及壳体21)的轴向的直线运动。由此，一对制动块8夹持制动盘6而产生制动力。
图2是滚珠丝杠装置17的分解立体图。图3是滚珠丝杠装置17的剖视图。如图2及图3所示，滚珠丝杠装置17具备作为输入构件的丝杠轴18和在丝杠轴18的外周侧设置的作为输出构件的螺母19。本实施方式的滚珠丝杠装置17还具备壳体21。壳体21是包含筒部31和底部32的有底筒形状。壳体21在轴向另一侧即底部32侧能够收容丝杠轴18的轴向另一侧的端部33。并且，在壳体21的成为轴向一侧的开口侧安装有螺母19。为了将螺母19安装(固定)于壳体21，滚珠丝杠装置17具备与螺母19的轴向一侧的端面38接触的C形的挡圈28。
在图3中，壳体21的筒部31具有内周面35、环状面37、凹槽39。螺母19的外周面34嵌合于内周面35。环状面37与螺母19的轴向另一侧的端面36接触。挡圈28安装于凹槽39。在壳体21的内周面35嵌入螺母19，在凹槽39安装挡圈28。由此，螺母19成为由壳体21的环状面37和挡圈28沿轴向夹持的状态。由此，螺母19不能从壳体21的轴向一侧脱落。在壳体21的内周侧形成的空间由大径的孔部48和小径的孔部49构成。孔部48包含环状面37且从该环状面37位于轴向一侧(开口侧)。孔部49从环状面37(的内周缘)位于轴向另一侧。在大径的孔部48安装有螺母19。
如图2所示，螺母19的轴向另一侧的端部40的外周形状成为多边形。壳体21的内周面35的轴向一侧成为与螺母19的所述端部40的形状对应的多边形。通过以上所述，螺母19与壳体21成为一体。螺母19与壳体21不能相对旋转。
在图2及图3中，在丝杠轴18的外周形成有第一螺旋槽29。在螺母19的内周形成有第二螺旋槽30。丝杠轴18比螺母19在轴向上长，在比螺母19(第二螺旋槽30)在轴向上宽的范围上形成有第一螺旋槽29。由多个主滚珠20构成的滚珠列63设置在第一螺旋槽29与第二螺旋槽30之间。而且，在本实施方式中，在滚珠列63中，设置螺旋弹簧53作为设于主滚珠20、20间的间隔构件(参照图2)。以下，将各螺旋弹簧53称为中间弹簧53。中间弹簧53设置在滚珠列63中的各处，后文说明具体例。
图4是表示将丝杠轴18的第一螺旋槽29及螺母19的第二螺旋槽30展开成平面的状态的说明图。多个(在图4中为四个)中间弹簧53在滚珠列63的轴向一侧(在图4中为右侧)比轴向另一侧(在图4中为左侧)配置得密。需要说明的是，中间弹簧53的个数并不局限于四个而能够变更。
全部的主滚珠20(滚珠列63)处于收容在螺母19的内周侧的状态。在螺母19的内周侧(第二螺旋槽30)且在轴向两端部设有限动件61、62。轴向一侧的第一限动件61由直径比主滚珠20大的滚珠构成，不能移动地设于螺母19。轴向另一侧的第二限动件62由在螺母19的孔中固定的销构件构成，不能移动。上述第一限动件61及第二限动件62分别设置成不能从第二螺旋槽30脱落，成为用于阻止包含中间弹簧53的滚珠列63的脱落的构件。需要说明的是，第一限动件61及第二限动件62也可以分别为另外的方式。
而且，在螺母19的内周侧，在滚珠列63所包含的最靠轴向一侧的主滚珠20与第一限动件61之间设有第一端部弹簧64。在滚珠列63所包含的最靠轴向另一侧的主滚珠20与第二限动件62之间设有第二端部弹簧65。第一端部弹簧64及第二端部弹簧65分别由螺旋弹簧构成。这样，在本实施方式中，在螺母19的第二螺旋槽30的轴向一侧设有第一限动件61及第一端部弹簧64。在第二螺旋槽30的轴向另一侧设有第二限动件62及第二端部弹簧65。在第一端部弹簧64与第二端部弹簧65之间设有包含中间弹簧53的滚珠列63。在滚珠丝杠装置17未旋转的状态下，全部的中间弹簧53及端部弹簧64、65处于稍压缩的状态。
通过以上所述，本实施方式的滚珠丝杠装置17为主滚珠20不循环的非循环方式。在这样的滚珠丝杠装置17中，已知在螺母19沿轴向移动时会产生主滚珠20的超前/延迟。超前/延迟的产生由例如作用于滚珠丝杠装置17的力矩载荷(弯曲载荷)等偏载荷、或螺旋槽29、30的应变等引起。因此，在滚珠列63设置有中间弹簧53，通过中间弹簧53弹性变形，而能够在滚珠丝杠装置17的动作中吸收主滚珠20的超前/延迟，降低主滚珠20间的摩擦。
在图1所示的制动装置5中，如上所述，为了使制动块8与制动盘6接触来产生制动力，而在滚珠丝杠装置17中，使丝杠轴18旋转而使螺母19及壳体21从轴向一侧向轴向另一侧(在图1中，从右侧向左侧)移动，将制动块8按压于制动盘6。此时，壳体21受到反力，比较大的轴向力作用于螺母19。这样，在比较大的轴向力作用于螺母19的状态下，当螺母19从轴向一侧向另一侧移动时，在图4中，各主滚珠20要沿着第二螺旋槽30滚动并朝向轴向一侧移动。
这种情况下，以往如通过图8及图9说明那样，主滚珠93a～93f在轴向一侧变得稍微拥堵，相互摩擦，这成为阻力而成为滚珠丝杠效率下降的原因。相对于此，在本实施方式中(参照图4)，在滚珠列63中，在轴向一侧与轴向另一侧相比中间弹簧53配置得密。因此，在轴向一侧能够更有效地抑制主滚珠20变得稍微拥堵的情况。由此，相邻的主滚珠20、20间的摩擦得以缓和，能够提高滚珠丝杠效率。需要说明的是，虽然滚珠列63中的存在于轴向另一侧的多个主滚珠20也滚动并朝向轴向一侧移动，但是与存在于轴向一侧的主滚珠20相比慢，因此比较难以变得稍微停滞。因此，在滚珠列63的轴向另一侧，比较难以产生摩擦，即使不将中间弹簧53配置得密，也难以成为使滚珠丝杠效率下降的原因。
以下说明主滚珠20及中间弹簧53的配置的具体例。在滚珠列63中，将位于最靠轴向一侧(在图4中为最右侧)的主滚珠20称为“第一主滚珠20”。将与该第一主滚珠20的轴向另一侧(在图4中为左侧)相邻的主滚珠20称为“第二主滚珠20”。以下，同样地朝向轴向另一侧而称为“第三主滚珠20”“第四主滚珠20”“第五主滚珠20”…。关于滚珠列63包含的多个中间弹簧53，将位于最靠轴向一侧(在图4中为最右侧)的中间弹簧53称为“第一中间弹簧53”。将从该第一中间弹簧53开始的第一个位于轴向另一侧的相邻的中间弹簧53称为“第二中间弹簧53”。以下，同样地朝向轴向另一侧而称为“第三中间弹簧53”“第四中间弹簧53”“第五中间弹簧53”……。
在滚珠列63的轴向一侧变得稍微拥堵时，第一主滚珠20(在以往)可能会承受大的负载。在图4所示的本实施方式中，该第一主滚珠20由第一端部弹簧64与第一中间弹簧53夹持。因此，第一端部弹簧64和第一中间弹簧53进行弹性变形。由此，能够将前述那样的负载释放，第一主滚珠20能够顺畅地滚动。在第一中间弹簧53的轴向另一侧连续地设有两个主滚珠20，与其相邻地设有第二中间弹簧53。在该第二中间弹簧53的轴向另一侧连续地设有三个主滚珠20，与其相邻地设有第三中间弹簧53。以下，同样地朝向轴向另一侧而在一个中间弹簧53与位于其轴向另一侧的中间弹簧53之间连续设置的主滚珠20的个数增加。在滚珠列63的轴向另一侧，连续地设置比轴向一侧多的主滚珠20。通过以上所述，成为中间弹簧53在滚珠列63的轴向一侧比轴向另一侧配置得密的结构。需要说明的是，图4所示的主滚珠20的个数及中间弹簧53的个数为例示，例如根据滚珠丝杠装置17的型号(尺寸)能够变更。
图5(A)是表示主滚珠20和中间弹簧53的配置的变形例的图。在图5(A)中，在第一端部弹簧64与第一中间弹簧53之间设置的主滚珠20的个数(与图4所示的方式同样)为一个。在第一中间弹簧53与第二中间弹簧53之间设置的主滚珠20的个数也为一个。这样，夹着一个中间弹簧53(第一中间弹簧53)的两侧的主滚珠20的个数也可以相同。图5(B)是表示又一变形例的图。在图5(B)中，第一主滚珠20与第二主滚珠20连续地并列设置。在其轴向另一侧相邻地设有第一中间弹簧53。这样，在第一端部弹簧64与第一中间弹簧53之间设置的主滚珠20也可以不是仅为一个。
在图4及图5(A)(B)分别表示的各方式中，沿着成为螺旋状的滚珠列63而相邻的中间弹簧53、53间的主滚珠20的个数随着从轴向另一侧朝向轴向一侧(在各图中，从左侧向右侧)而减少。通过该结构，成为在滚珠列63的轴向一侧与轴向另一侧相比中间弹簧53配置得密的结构。
如以上所述，在所述各实施方式的滚珠丝杠装置17中，在通过丝杠轴18的旋转而轴向力作用于螺母19的状态下，螺母19从轴向一侧向轴向另一侧(在各图中，从右侧向左侧)移动。此时，呈螺旋状的滚珠列63沿着第二螺旋槽30滚动并朝向轴向一侧移动。如果在该滚珠列63的轴向一侧存在的多个主滚珠20变得稍微停滞而相互密接，则这些主滚珠20彼此相互容易摩擦。然而，如上所述，中间弹簧53在滚珠列63的轴向一侧比轴向另一侧配置得密。因此，通过各中间弹簧53进行弹性变形而能够抑制主滚珠20变得稍微停滞的情况，主滚珠20、20间的摩擦得以缓和。其结果是，能够提高滚珠丝杠效率。呈螺旋状的滚珠列63中的存在于轴向另一侧的多个主滚珠20如上所述比较难以变得稍微停滞。因此，难以产生摩擦，即使不将中间弹簧53配置得密，也难以成为使滚珠丝杠效率下降的原因。
如上所述，在通过丝杠轴18的旋转(正向旋转)而轴向力作用于螺母19的状态下，该螺母19从轴向一侧向轴向另一侧移动的时机在图1所示的制动装置5中是产生制动力时。相对于此，在制动装置5中解除制动力之际，只要使丝杠轴18反向旋转即可。这种情况下，螺母19从轴向另一侧向轴向一侧(在各图中，从左侧向右侧)移动。然而，在该移动的初期，作用于螺母19的所述轴向力消失，然后，轴向力几乎不作用于螺母19。
如图4及图5(A)(B)分别所示，在滚珠列63的轴向一侧设有第一端部弹簧64，在轴向另一侧设有第二端部弹簧65。由此，如上所述，在轴向力几乎未作用于螺母19的状态下，滚珠列63为大致中立位置，该滚珠列63的主滚珠20与螺母19(第二螺旋槽30)几乎不进行相对移动。并且，能够在滚珠列63的主滚珠20与丝杠轴18(第一螺旋槽29)之间产生滑动，并使螺母19朝向轴向一侧移动。前述中立位置是滚珠丝杠装置17不旋转的状态下的滚珠列63的位置。
在前述各方式中，说明了在滚珠列63中的各处设置由螺旋弹簧构成的中间弹簧53作为间隔构件的情况。然而，也可以取代中间弹簧(螺旋弹簧)53，如图6所示，设置直径比主滚珠20小的滚珠(间隔滚珠)66作为间隔构件。并且，多个间隔滚珠66在滚珠列63的轴向一侧比轴向另一侧配置得密。需要说明的是，与图5所示的中间弹簧53的情况同样，间隔滚珠66的配置只要在滚珠列63的轴向一侧配置得密即可，根据滚珠丝杠装置17的型式可以变更。
如以上所述，在通过丝杠轴18的旋转而轴向力作用于螺母19的状态下该螺母19从轴向一侧向轴向另一侧移动的滚珠丝杠装置中，在滚珠列63中的各处设置间隔构件。该间隔构件由螺旋弹簧(中间弹簧53)或者直径比主滚珠20小的滚珠(间隔滚珠66)构成。并且，这多个间隔构件(中间弹簧53或间隔滚珠66)在滚珠列63的轴向一侧比轴向另一侧配置得密。由此，以往容易产生的轴向一侧的主滚珠20的摩擦得以缓和，能够提高滚珠丝杠效率。
在前述各方式的滚珠丝杠装置17中，在滚珠列63中的轴向另一侧的区域中，与轴向一侧的区域相比，中间弹簧53(间隔滚珠66)的配置变得稀疏。这是为了防止滚珠丝杠装置17的负载容量减小。即，在轴向另一侧的区域中，取代主滚珠20而设置中间弹簧53(间隔滚珠66)，并在轴向另一侧也将中间弹簧53(间隔滚珠66)配置得密时，主滚珠20的个数减少。其结果是，滚珠丝杠装置17的负载容量减小。为了避免滚珠丝杠装置17的负载容量减小，而不减少主滚珠20的个数，在轴向另一侧也增加中间弹簧53的个数时，滚珠列63变长。这种情况下，滚珠丝杠装置17大型化。因此，在前述各方式中，为了维持负载容量，而且，为了防止大型化，而不变更主滚珠20及中间弹簧53(间隔滚珠66)的个数，使中间弹簧53(间隔滚珠66)偏向轴向一侧设置。
如以上所述公开的实施方式在全部的方面为例示而不是限制性的。即，本发明的滚珠丝杠装置并不局限于图示的方式而在本发明的范围内可以为其他的方式。前述实施方式的滚珠丝杠装置17为主滚珠20不循环的非循环方式，但也可以为循环方式。但是，在循环方式的情况下，需要使螺母19的移动行程小。位于滚珠列63的轴向一侧的主滚珠20需要在动作的前后整个期间位于轴向一侧。虽然说明了滚珠丝杠装置17使用于制动装置的情况，但是也可以适用于其他的设备。
根据本发明，在通过丝杠轴的旋转而轴向力作用于螺母的状态下该螺母从轴向一侧向轴向另一侧移动的滚珠丝杠装置中，间隔构件在轴向一侧配置得密。由此，以往容易产生的轴向一侧的主滚珠的摩擦得以缓和，能够提高滚珠丝杠效率。

Claims (5)

1.一种滚珠丝杠装置，具备在外周形成有第一螺旋槽的丝杠轴、设置在该丝杠轴的外周侧且在内周形成有第二螺旋槽的螺母、设置在所述第一螺旋槽与所述第二螺旋槽之间的由多个主滚珠构成的滚珠列、由螺旋弹簧或者直径比所述主滚珠小的滚珠构成且设置在所述滚珠列中的多个间隔构件，通过所述丝杠轴的旋转而在轴向力作用于所述螺母的状态下该螺母从轴向一侧向轴向另一侧移动，其中，
多个所述间隔构件在所述滚珠列的轴向一侧比在轴向另一侧配置得密。
2.根据权利要求1所述的滚珠丝杠装置，其中，
沿着成为螺旋状的所述滚珠列相邻的所述间隔构件间的所述主滚珠的数量随着从轴向另一侧朝向轴向一侧而减少。
3.根据权利要求1所述的滚珠丝杠装置，其中，
所述间隔构件由螺旋弹簧构成。
4.根据权利要求2所述的滚珠丝杠装置，其中，
所述间隔构件由螺旋弹簧构成。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的滚珠丝杠装置，其中，
在所述第二螺旋槽的轴向一侧设有：用于阻止所述滚珠列的脱落的第一限动件；位于所述滚珠列包含的最靠轴向一侧的所述主滚珠与该第一限动件之间的第一端部弹簧，
在所述第二螺旋槽的轴向另一侧设有：用于阻止所述滚珠列的脱落的第二限动件；位于所述滚珠列包含的最靠轴向另一侧的所述主滚珠与该第二限动件之间的第二端部弹簧。
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