CN111247358A - 能够检测预压的丝杠装置 - Google Patents

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Abstract

关于在两个螺母之间夹设垫片而成的丝杠装置，提供一种能够检测预压的丝杠装置。能够检测预压的丝杠装置具备两个螺母(2、3)、夹在两个螺母(2、3)之间而被压缩的垫片(4)、将两个螺母(2、3)以不能彼此相对旋转的方式连结的连结部(25、26)、以及用于检测预压的力传感器(31)。在两个螺母(2、3)中的至少一方(2)的与垫片(4)接触的接触面(11)以与连结部(25、26)分离的方式设置有凹部(12)，以使减小接触面积。在凹部(12)的附近的、垫片(4)的外表面(P1‑1)安装力传感器(31)。

Description

能够检测预压的丝杠装置
技术领域
本发明涉及在两个螺母之间夹设有用于施加预压的垫片、且能够检测预压的丝杠装置。
背景技术
丝杠装置具备丝杠轴、螺母、以及夹设于丝杠轴与螺母之间的多个滚珠等滚动体。若使丝杠轴以及螺母中的任一方旋转，则另一方进行直线运动。丝杠装置被用作将旋转转换为直线运动或者将直线运动转换为旋转的机械要素。存在如下那样的特征，在丝杠轴旋转的期间，滚动体进行滚动运动，因此能够减小摩擦阻力，从而能够提高效率。
作为以往的丝杠装置，已知有在两个螺母之间夹设有用于施加预压的垫片的双螺母的丝杠装置。垫片夹在两个螺母之间而被压缩。两个螺母通过作为连结部的键而以不能彼此相对旋转的方式连结。通过将两个螺母以不能旋转的方式连结，从而能够保持由两个螺母压缩着垫片的状态。由于来自垫片的反作用力，对两个螺母以无轴向间隙的方式施加预压。通过施加预压，从而能够提高丝杠装置的刚性以及定位精度。
作为能够检测预压的丝杠装置，在专利文献1中公开了如下那样的丝杠装置：使两个螺母的轴向的端面彼此对置，在两个螺母的一方的端面设置有凸部，在另一方的端面设置有收容凸部的凹部。通过按压螺钉将凸部向圆周方向按压，并使一方的螺母的绕轴的相位相对于另一方的螺母错开，从而施加预压。在两个螺母之间未夹设有垫片，在两个螺母之间夹着力传感器。能够通过该力传感器来检测对两个螺母作用的轴向的预压。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-223493号公报
发明内容
发明要解决的课题
若长时间使用丝杠装置，则滚动体、丝杠轴、螺母发生磨损，对两个螺母施加的预压降低，由此丝杠装置的定位精度以及刚性降低。如果能够对预压进行检测，则能够在定位精度以及刚性降低之前更换丝杠装置。但是，在以往的夹设有垫片的丝杠装置中，存在难以检测预压这样的课题。这是因为，即使假设在垫片的外表面安装有检测轴向力的力传感器(例如应变计)，但由于垫片的轴向的变形量较小，因此力传感器的输出也较小。因此，存在力传感器的输出容易受到噪声的影响，力传感器的测定量功能低等课题。
在专利文献1所记载的丝杠装置中，由于在两个螺母之间夹着力传感器，因此能够增大力传感器的输出。但是，由于在两个螺母之间未夹设有垫片，因此存在预压不稳定，且螺母的刚性变低这样的课题。
为此，本发明的目的在于，提供一种在两个螺母之间夹设有垫片的丝杠装置中能够检测预压的丝杠装置。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题，本发明的一方案是一种能够检测预压的丝杠装置，其具备：丝杠轴，其具有螺旋状的外表面槽；两个螺母，它们安装于所述丝杠轴，且具有与所述外表面槽对置的螺旋状的内表面槽；多个滚动体，它们夹设于所述丝杠轴的所述外表面槽与所述两个螺母各自的所述内表面槽之间；垫片，其夹在所述两个螺母之间而被压缩，连结部，其将所述两个螺母以不能彼此相对旋转的方式连结；以及力传感器，其用于检测预压，在所述两个螺母中的至少一方的与所述垫片接触的接触面、以及/或者所述垫片的与所述两个螺母中的至少一方接触的接触面以与所述连结部分离地方式设置凹部，以使减小接触面积，在所述凹部的附近的、所述垫片的外表面以及/或者所述两个螺母中的至少一方的外表面安装所述力传感器。
为了解决上述课题，本发明的另一方案是一种能够检测预压的丝杠装置，其具备：丝杠轴，其具有螺旋状的外表面槽；两个螺母，它们安装于所述丝杠轴，且具有与所述外表面槽对置的螺旋状的内表面槽；多个滚动体，它们夹设于所述丝杠轴的所述外表面槽与所述两个螺母各自的所述内表面槽之间；垫片，其夹在所述两个螺母之间而被压缩，连结部，其将所述两个螺母以不能彼此相对旋转的方式连结；以及力传感器，其用于检测预压，在所述垫片以与所述连结部分离的方式设置至少一个孔，在所述孔的附近的、所述垫片的外表面安装所述力传感器。
发明效果
根据本发明的一方式，在螺母与垫片接触的接触面设置凹部以使减小接触面积，因此能够局部地增大由力/接触面积表示的应力(应力＝力/接触面积)。通过在凹部的附近的、增大了应力的垫片的外表面以及/或者螺母的外表面安装力传感器，从而能够增大力传感器的输出。另外，在连结部作用有旋转的力，因此通过将凹部与连结部分离，从而能够防止由力传感器检测重叠于预压的旋转的力，能够清楚地检测预压。
根据本发明的另一方式，能够在将垫片整体的刚性确保为一定程度的状态下，局部地降低孔的附近的、垫片的外表面的刚性。在局部地降低了刚性的垫片的外表面安装力传感器，从而能够增大力传感器的输出，能够进行更高分辨率的预压检测。另外，在连结部作用有旋转的力，因此通过将凹部与连结部分离，从而能够防止由力传感器检测重叠于预压的旋转的力，能够清楚地检测预压。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的能够检测预压的丝杠装置的分解立体图。
图2是第一实施方式的能够检测预压的丝杠装置的侧视图。
图3是图2的IV-IV线向视图。
图4是第一实施方式的能够检测预压的丝杠装置的螺母的分解立体图。
图5是第一实施方式的能够检测预压的丝杠装置的示意侧视图。
图6是本发明的第二实施方式的能够检测预压的丝杠装置的分解立体图。
图7的(a)至(c)是示出FEM解析的结果的图。
图8是示出试验结果的曲线图。
图9是本发明的第三实施方式的能够检测预压的丝杠装置的分解立体图。
图10是第三实施方式的能够检测预压的丝杠装置的侧视图。
图11是第三实施方式的能够检测预压的丝杠装置的螺母的分解立体图。
图12是第三实施方式的能够检测预压的丝杠装置的垫片的立体图。
图13是图10的XIII-XIII线向视图。
图14是第三实施方式的能够检测预压的丝杠装置的示意侧视图。
图15是本发明的第四实施方式的能够检测预压的丝杠装置的垫片的立体图。
图16是第四实施方式的能够检测预压的丝杠装置的垫片的局部侧视图。
图17是本发明的第五实施方式的能够检测预压的丝杠装置的分解立体图。
图18的(a)至(c)是示出FEM解析的结果的图。
图19是示出试验结果的曲线图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式的能够检测预压的丝杠装置(以下，简称为丝杠装置)进行详细说明。其中，本发明的丝杠装置能够以各种方式具体实现，并不限定于本说明书所记载的实施方式。本实施方式是为了通过说明书的充分公开而使本领域技术人员能够充分理解发明的范围而提供的。
(第一实施方式)
图1示出本发明的第一实施方式的丝杠装置的分解立体图，图2示出侧视图。本实施方式的丝杠装置是所谓双螺母的滚珠丝杠，具备丝杠轴1、两个螺母2、3、夹在两个螺母2、3之间的垫片4、以及夹设于丝杠轴1与两个螺母2、3各自之间的作为滚动体的滚珠5、6。
在丝杠轴1的外表面形成有螺旋状的外表面槽1a。滚珠5、6在该外表面槽1a中滚动。外表面槽1a的剖面形状呈尖拱形状或者圆拱形状。
在丝杠轴1安装两个螺母2、3。螺母2、3呈大致筒状。在螺母2、3的内表面形成有与丝杠轴1的外表面槽1a对置的内表面槽2a、3a。内表面槽2a、3a的剖面形状呈尖拱形状或者圆拱形状。在一方的螺母3设置有用于安装于对象部件的凸缘3b。在另一方的螺母2未设置凸缘。
如图2所示，在丝杠轴1的外表面槽1a与螺母2的内表面槽2a之间形成螺旋状的通路7。在该通路7中排列有滚珠5(参照图1)。在螺母2中设置有将该通路7的一端与另一端连接的返回路8，以使得滚珠5能够循环。在图2中，用单点划线示出螺旋状的通路7、返回路8的中心线。在该实施方式中，返回路8由设置于螺母2的贯通孔8a、以及将贯通孔8a与通路7相连的一对方向转换路8b构成。方向转换路8b在安装于螺母2的轴向的端面的循环部9a、9b中形成。循环部9a、9b将在通路7中滚动的滚珠5从丝杠轴1的外表面槽1a铲起，并导向贯通孔8a。经过了贯通孔8a的滚珠5从相反一侧的循环部9a、9b再次返回通路7。对于螺母3，也同样地形成通路7、贯通孔8a、方向转换路8b。由于这些结构相同，因此标注相同的附图标记并省略其说明。
如图3的螺母2、3的分解立体图所示，螺母2的轴向的端面、即螺母2的与垫片4接触的接触面11形成为大致圆环状。在该大致圆环状的接触面11设置有供循环部9a插入的凹部12(参照图1)。在垫片4的与螺母2对置的接触面13未设置凹部。
凹部12具有底面12b和侧壁12a。在本实施方式中，在轴向观察时，凹部12形成为大致圆弧状，并且在螺母2的内表面和外表面开口(也参照图4)。由于该凹部12，在接触面11的外周侧形成半径方向的厚度减薄了的薄壁部14。
如图2所示，在螺母2的轴向的另一方的端面也设置有凹部15。凹部15的形状和使螺母2绕着与图2的纸面成直角的轴旋转180度后的凹部12的形状相同。同样地，在螺母3的与垫片4接触的接触面16也设置有凹部17(参照图1)。另外，在螺母3的轴向的另一方的端面也设置有凹部18(参照图3)。
如图1所示，螺母2的与垫片4相反一侧的端面由环状的盖21封闭。同样地，螺母3的与垫片4相反一侧的端面也由环状的盖22封闭。盖21、22通过螺钉等紧固构件安装于螺母2、3。
如图2所示，在本实施方式中，使两个螺母2、3的贯通孔8a的圆周方向的相位一致。在图2的侧视下，相邻的一方的螺母2的循环部9a与另一方的螺母3的循环部9b彼此错开地配置，即一方的螺母2的循环部9a主要配置于比贯通孔8a靠下侧处，另一方的螺母3的循环部9b主要配置于比贯通孔8a靠上侧处。
如图3所示，在螺母2、3的对置端部的外表面形成有键槽23、24。在该键槽23、24嵌合有将两个螺母2、3以不能相对旋转的方式连结的作为连结部的键25、26(参照图1)。在垫片4上也形成有供键25、26嵌合的键槽27。
如图1所示，垫片4被夹在两个螺母2、3之间。垫片4的外径比螺母2、3的外径小(参照图4)。垫片4呈环状，具有中心角呈大致180度的圆弧状的一对分割垫片4a、4b。在分割垫片4a、4b的外表面的圆周方向的中央部形成有供键25、26嵌合的键槽27。在分割垫片4a的键槽27的圆周方向的两侧形成有一对平坦面P1-1、P1-2。分割垫片4a的内表面形成为半圆筒状。在分割垫片4b的键槽27的圆周方向的两侧形成有一对平坦面P2-1、P2-2。分割垫片4b的内表面形成为半圆筒状。需要说明的是，也可以不将垫片4分割，而由单一部件构成垫片4。
如图4的垫片4的轴向观察那样，在螺母2的接触面设置凹部12，因此螺母2与垫片4接触的接触面积变小与凹部12的面积相应的量。使用斜线来表示螺母2与垫片4接触的接触面积。
在垫片4的凹部12的附近的外表面安装力传感器31。具体地说，在分割垫片4a的两个平坦面P1-1、P1-2中的一方P1-1安装力传感器31。力传感器31通过粘结剂粘贴于平坦面P1-1。如果将力传感器31安装于平坦面P1-1，则能够防止在力传感器31上产生应力。需要说明的是，也可以如图中单点划线所示那样，将力传感器31′安装于分割垫片4b的平坦面P2-1。如图1所示，这是因为，平坦面P2-1配置于螺母3的凹部17的附近。
如图5所示，垫片4夹在两个螺母2、3之间而被压缩。力传感器31检测轴向力、即预压。力传感器31是例如应变计，并具备埋入树脂基座31c和树脂基座31c、且对垫片4的应变进行测定的受感部31a、31b。受感部31a、31b与未图示的引线连接。受感部31a、31b具备检测轴向力的第一受感部31a、以及检测圆周方向力的第二受感部31b。通过测定轴向力与圆周方向力之差，从而能够抵消由于热膨胀而产生的轴向力。
如图4所示，在沿螺母的轴向观察时，由力传感器31的受感部31a、31b划分的螺母2的第一扇形假想区域(由单点划线围起的中心角θ1的扇形区域，以下称作θ1)被包含于由凹部12划分的螺母2的第二扇形假想区域(由双点划线围起的中心角θ2的扇形区域，以下称作θ2)中。在此，第一扇形假想区域θ1是由将螺母2的假想轴线C与受感部31a、31b的圆周方向的一端连结的线L1、以及将假想轴线C与受感部31a、31b的圆周方向的另一端连结的线L2划分、且中心角小于180度的扇形区域。第二扇形假想区域θ2是由将假想轴线C与凹部12的圆周方向的一端连结的线L3、以及将假想轴线C与凹部12的圆周方向的另一端连结的线L4划分、且中心角小于180度的扇形区域。
如图5所示，垫片4夹在两个螺母2、3之间而被压缩。通过来自垫片4的反作用力而对两个螺母2、3施加轴向的预压。预压由力传感器31检测。力传感器31与未图示的放大器基板连接。放大器基板输出将电压信号数字化而得的输出数据。输出数据被输入未图示的故障诊断系统。故障诊断系统能够通过将力传感器31的输出数据与规定的阈值进行比较来判断故障，也能够通过对力传感器31的输出数据进行机器学习来判断故障，还能够通过对力传感器31的输出数据进行使用了人工智能的深度学习(Deep Learning)来判断故障。另外，也可以导入IoT，通过发送机将力传感器31的输出数据经由因特网线路发送给云服务器。
以下，对本实施方式的丝杠装置的效果进行说明。
在螺母2的与垫片4接触的接触面11设置凹部12以减小接触面积，因此，能够局部增大由力/接触面积表示的应力(应力＝力/接触面积)。通过在凹部12的附近的、增大了应力的垫片4的外表面安装力传感器31，从而能够增大力传感器31的输出。另外，由于在键25、26作用有旋转的力，因此通过使凹部12与键25、26分离，从而能够防止力传感器31检测叠加于预压的旋转的力，能够清楚地检测预压。
根据丝杠装置的FEM解析、试验结果(详情后述)，可知与设置有凹部12的螺母2的外表面相比，在未设置凹部的垫片4的外表面以更大的面积产生较大的应力。通过在垫片4的外表面安装力传感器31，从而与在螺母2的外表面安装力传感器的情况相比，能够进一步增大力传感器31的输出。
在沿着螺母2的轴向观察时，由力传感器31的受感部31a、31b划分的螺母2的第一扇形假想区域θ1被包含于由凹部12划分的螺母2的第二扇形假想区域θ2中，因此能够在力传感器31的受感部31a、31b的整个范围增大应力，能够增大力传感器31的输出。
由于使垫片4的外径比螺母2的外径小，因此能够进一步增大对垫片4的外表面作用的应力。若假设使垫片4的外径比螺母2的外径大，则虽然能够增大对垫片4的内部作用的应力，但无法增大对垫片4的外表面作用的应力。
凹部12是用于使滚珠5循环的循环部9a用的凹部12，因此能够增大凹部12的面积，从而能够增大对垫片4的外表面作用的应力。
将垫片4分割成两份，并将键25、26分别于一对分割垫片4a、4b，因此与将垫片4形成为环状的情况相比，更容易组装，且能够减小从键25、26对一对分割垫片4a、4b作用的旋转的力。
力传感器31具备检测垫片4的轴向力的第一受感部31a、以及检测垫片4的圆周方向力的第二受感部31b，因此能够测定轴向力与圆周方向力之差，从而能够抵消由于热膨胀而产生的轴向力。
(第二实施方式)
图6示出本发明的第二实施方式的丝杠装置的分解立体图。第二实施方式的丝杠装置也具备丝杠轴1、两个螺母42、43、夹在两个螺母42、43之间的垫片4、以及夹在丝杠轴1与两个螺母42、43之间的滚珠5、6。丝杠轴1、垫片4、滚珠5、6的结构与第一实施方式相同，因此标注相同的附图标记并省略其说明。
在第一实施方式中，使用与螺母2的接触面11的凹部12嵌合的循环部9a来使滚珠5循环，但在第二实施方式中，例如使用两个返回管42a来使滚珠5循环。在螺母42的外表面形成有扁平部42b，在扁平部42b装配有返回管42a。返回管42a将两端部弯折而形成为门形。返回管42a的两端部将螺母42沿轴向贯通。返回管42a的一端部与螺母42的内表面槽一端相连，返回管42a的另一端部与螺母42的内表面槽的另一端相连。在丝杠轴1的外表面槽1a与螺母42的内表面槽之间的螺旋状的通路中滚动的滚珠5在返回管42a的一端部被铲起，并经过返回管42a之后，从返回管42a的另一端部再次返回通路。对于螺母43也同样地装配返回管43a。
在螺母42的与垫片4接触的接触面44设置有与第一实施方式的丝杠装置的凹部12同样的凹部45。在该凹部45中未插入循环部，凹部45内为空洞。通过在螺母42的与垫片4接触的接触面44设置凹部45，从而与第一实施方式的丝杠装置同样地，能够增大安装于垫片4的外表面的力传感器31的输出。
需要说明的是，本发明并不局限于以上述实施方式来具体实现，能够在不变更本发明的主旨的范围变更为其他实施方式。
在上述实施方式中，在螺母的与垫片接触的接触面设置有凹部，但也能够在垫片的与螺母接触的接触面设置凹部。
在上述实施方式中，在垫片的外表面安装有力传感器，但由于在螺母的凹部的附近的外表面也产生较大的应力，因此也能够在螺母的外表面安装力传感器(参照后述的实施例1)。在螺母的外表面安装力传感器的情况下，将力传感器安装在比丝杠轴的外表面槽与螺母的内表面槽之间的螺旋状的通路靠垫片侧。
在上述实施方式中，力传感器的受感部具备检测轴向力的第一受感部、以及检测圆周方向力的第二受感部，但也可以是，力传感器的受感部仅具备检测轴向力的第一受感部，将检测圆周方向力的力传感器设置于其他平坦面。
(第三实施方式)
图9示出本发明的第三实施方式的丝杠装置的分解立体图，图10示出侧视图。本实施方式的丝杠装置是所谓双螺母的滚珠丝杠，具备丝杠轴51、两个螺母52、53、夹在两个螺母52、53之间的垫片54、以及夹设于丝杠轴51与两个螺母52、53各自之间的作为滚动体的滚珠55、56。
在丝杠轴51的外表面形成有螺旋状的外表面槽51a。滚珠55、56在该外表面槽51a中滚动。外表面槽51a的剖面形状呈尖拱形状或者圆拱形状。
在丝杠轴51组装两个螺母52、53。螺母52、53呈大致筒状。在螺母52、53的内表面形成有与丝杠轴51的外表面槽51a对置的内表面槽52a、53a。内表面槽52a、53a的剖面形状呈尖拱形状或者圆拱形状。在一方的螺母53设置有用于安装于对象部件的凸缘53b。在另一方的螺母52未设置凸缘。
如图10所示，在丝杠轴51的外表面槽51a与螺母52的内表面槽52a之间形成螺旋状的通路57。在该通路57中排列有滚珠55(参照图9)。在螺母52中设置有将该通路57的一端与另一端连接的返回路58，以使得滚珠55能够循环。在图10中，用单点划线示出螺旋状的通路57、返回路58的中心线。在该实施方式中，返回路58由设置于螺母52的贯通孔58a、以及将贯通孔58a与通路57相连的一对方向转换路58b构成。方向转换路58b在安装于螺母52的轴向的端面的循环部59a、59b中形成。循环部59a、59b将在通路57中滚动的滚珠55从丝杠轴51的外表面槽51a铲起，并导向贯通孔58a。经过了贯通孔58a的滚珠55向相反一侧的循环部59b、59a再次返回至通路57。对于螺母53也同样地形成通路57、贯通孔58a、方向转换路58b。这些结构相同，因而标注相同的附图标记并省略其说明。
如图11的螺母52、53的分解立体图所示，螺母52的轴向端面、即螺母52的与垫片54接触的接触面61形成为大致圆环状。在该大致圆环状的接触面61设置有供循环部59a插入的凹部62(参照图9)。垫片54的与螺母52接触的接触面63是平坦面。
如图10所示，在螺母52的轴向的另一方的端面也设置有供循环部59b插入的凹部65。凹部65的形状和使螺母52绕与图10的纸面成直角的轴旋转180度旋转后的凹部62的形状相同。在螺母53的与垫片54接触的接触面66也设置有供循环部59b插入的凹部67(参照图9)。另外，在螺母53的轴向的另一方的端面也设置有供循环部59a插入的凹部68(参照图11)。
如图9所示，螺母52的与垫片54相反一侧的端面由环状的盖71封闭。同样地，螺母53的与垫片54相反一侧的端面也由环状的盖72封闭。盖71、72通过螺钉等紧固构件安装于螺母52、53。
如图10所示，在本实施方式中，使两个螺母52、53的贯通孔58a的圆周方向的相位一致。在图10的侧视下，相邻的一方的螺母52的循环部59a与另一方的螺母53的循环部59b彼此错开地配置，即一方的螺母52的循环部59a主要配置于比贯通孔58a靠下侧处，另一方的螺母53的循环部59b主要配置于比贯通孔58a靠上侧处。
如图11所示，在螺母52、53的对置端部的外表面形成有键槽73、74。如图9所示，在该键槽73、74嵌合有将两个螺母52、53以不能相对旋转的方式连结的作为连结部的键75、76。在垫片54上也形成有供键75、76嵌合的键槽77。
如图12所示，垫片54呈环状，具备中心角呈大致180度的圆弧状的一对分割垫片54a、54b。垫片54的外径比螺母52、53的外径小(参照图13)。在分割垫片54a、54b的外表面的圆周方向的中央部形成有供键75、76嵌合的键槽77。在分割垫片54a的键槽77的圆周方向的两侧形成有一对平坦面P1-1、P1-2。在分割垫片54b的键槽77的圆周方向的两侧形成有一对平坦面P2-1、P2-2。需要说明的是，也可以不将垫片54分割，而由单一部件构成垫片54。
在各分割垫片54a、54b设置有沿垫片54的轴向延伸的多个轴向的孔82a、82b、82c。具体地说，在各分割垫片54a、54b的各平坦面P1-1、P1-2、P2-1、P2-2的里侧设置有多个例如三个孔82a、82b、82c。孔82a、82b、82c从垫片54的轴向的一端面贯通至另一端面。孔82a、82b、82c呈圆筒状。
如图13的垫片54的轴向观察那样，在孔82a、82b、82c的附近的、垫片54的外表面安装力传感器81。具体地说，在分割垫片54b的两个平坦面P2-1、P2-2中的一方P2-1安装有力传感器81。平坦面P2-1位于螺母53的凹部67(参照图9)的附近。需要说明的是，也可以如图中用单点划线所示出那样，将力传感器81′安装于分割垫片54a的平坦面P1-1。如图9所示，平坦面P1-1位于螺母52的凹部62的附近。力传感器81通过粘结剂粘贴于平坦面P2-1。如果将力传感器81安装于平坦面P2-1，则能够防止在力传感器81上产生应力。
如图14所示，力传感器81是例如应变计，并具备埋入树脂基座81c和树脂基座81c、且对垫片54的应变进行测定的受感部81a、81b。受感部81a、81b与未图示的引线连接。受感部81a、81b具备检测轴向力的第一受感部81a、以及检测圆周方向力的第二受感部81b。通过测定轴向力与圆周方向力之差，从而能够抵消由于热膨胀而产生的轴向力。
如图13所示，在沿垫片54的轴向观察时，孔82a、82b、82c以距平坦面P2-1大致恒定的深度h的方式与平坦面P2-1大致平行地排列。力传感器81的受感部81a、81b的横向宽度W1比位于力传感器81的里侧的孔82a、82b、82c的区域的横向宽度W2小。另外，力传感器81的受感部81a、81b的横向宽度W1比各孔82a、82b、82c的直径d大。各孔82a、82b、82c的直径d大致相同。
如图14所示，垫片54夹在两个螺母52、53之间而被压缩。通过来自垫片54的反作用力而对两个螺母52、53施加轴向的预压。预压由力传感器81检测。力传感器81与未图示的放大器基板连接。放大器基板输出将电压信号数字化而得的输出数据。输出数据被输入未图示的故障诊断系统。故障诊断系统能够通过将力传感器81的输出数据与规定的阈值进行比较来判断故障，也能够通过对力传感器81的输出数据进行机器学习来判断故障，还能够通过对力传感器81的输出数据进行使用了人工智能的深度学习(Deep Learning)来判断故障。另外，也可以导入IoT，通过发送机将力传感器81的输出数据经由因特网线路发送给云服务器。
以下，对本实施方式的丝杠装置的效果进行说明。
在垫片54上与键75、76分离地设置孔82a、82b、82c，因此能够在一定程度上确保垫片54整体的刚性的情况下，局部地降低孔82a、82b、82c的附近的、垫片54的平坦面P2-1的刚性。由于在局部地降低了刚性的平坦面P2-1安装力传感器81，因此能够增大力传感器81的输出，能够进行更高分辨率的预压检测。另外，由于在键75、76作用有旋转的力，因此通过使孔82a、82b、82c与键75、76分离，从而能够防止力传感器81检测叠加于预压的旋转的力，能够清楚地检测预压。
孔82a、82b、82c沿垫片54的轴向延伸，因此能够防止与预压相关的垫片54整体的轴向的刚性降低。另外，孔82a、82b、82c在垫片54的外表面不显现，因此容易在垫片54的外表面确保力传感器81的安装空间。
在螺母53的与垫片54接触的接触面66设置凹部67，因此，能够局部增大由力/接触面积表示的应力(应力＝力/接触面积)。通过在螺母53的凹部67的附近的、增大了应力的垫片54的平坦面P2-1安装力传感器81，从而能够增大力传感器81的输出。
由于将垫片54分割成两份，并对一对分割垫片54a、54b分别设置孔82a、82b、82c，因此能够使垫片54的刚性在圆周方向上大致均匀。
(第四实施方式)
图15示出本发明的第四实施方式的丝杠装置的垫片83。丝杠轴51、两个螺母52、53的结构与第三实施方式相同，因而省略图示。
如图15所示，第四实施方式的垫片83与第三实施方式的垫片54同样地具备中心角呈大致180度的圆弧状的一对分割垫片83a、83b。在分割垫片83a、83b的外表面的圆周方向的中央部形成有供键75、76嵌合的键槽84。在分割垫片83a的键槽84的圆周方向的两侧形成有一对平坦面P1-1、P1-2。在分割垫片83b的键槽84的圆周方向的两侧形成有一对平坦面P2-1、P2-2。
在各分割垫片83a、83b形成有沿垫片83的平坦面P1-1、P1-2，P2-1、P2-2的直角方向延伸的多个直角方向的孔85a、85b、85c。在该实施方式中，在各分割垫片83a、83b的各平坦面P1-1、P1-2，P2-1、P2-2设置有多个、例如三个孔85a、85b、85c。孔85a、85b、85c在各平坦面P1-1、P1-2，P2-1、P2-2上沿与垫片83的轴线成直角的方向排列。孔85a、85b、85c的直径大致相同。孔85a、85b、85c从垫片83的外表面贯通至内表面。孔85a、85b、85c呈圆筒状。
如图16的垫片83的局部侧视图(从与平坦面P2-1正交的方向观察的侧视图)所示那样，在垫片83的平坦面P2-1安装力传感器86a、86b。具体地说，在垫片83的圆周方向上的孔85a、85b、85c的旁边、且在垫片83的轴向上的与孔85a、85b、85c大致相同的位置安装力传感器86a、86b。该力传感器86a、86b检测轴向力(即压缩应变)。力传感器86a、86b配置于孔85a与孔85b之间、以及孔85b与孔85c之间。另外，在轴向上，在孔85b的旁边配置力传感器87a、87b。该力传感器87a、87b检测垫片83的圆周方向力(即圆周方向应变)。
根据第四实施方式的丝杠装置，起到以下的效果。
由于孔85a、85b、85c沿垫片83的平坦面P2-1的直角方向延伸，从而能够使平坦面P2-1的刚性降低。通过在降低了刚性的平坦面P2-1安装力传感器86a、86b、87a、87b，从而能够增大力传感器86a、86b、87a、87b的输出。
在垫片83的圆周方向上的孔85a、85b、85c的旁边、且在垫片83的轴向上的与孔85a、85b、85c大致相同的位置配置力传感器86a、86b，因此，能够在平坦面P2-1的特别是使刚性降低了的部分配置力传感器86a、86b(参照后述的实施例2)。因此，能够增大检测轴向力的力传感器86a、86b的输出。
由于设置检测轴向力的力传感器86a、86b、以及检测圆周方向力的力传感器87a、87b，因此能够测定轴向力与圆周方向力之差，从而能够抵消由于热膨胀而产生的轴向力。
(第五实施方式)
图17示出本发明的第五实施方式的丝杠装置的分解立体图。第五实施方式的丝杠装置也具备丝杠轴51、两个螺母92、93、夹在两个螺母92、93之间的垫片54、以及夹设于丝杠轴51与两个螺母92、93之间的滚珠55、56。丝杠轴51、垫片54、滚珠55、56的结构与第三实施方式相同，因而标注相同的附图标记并省略其说明。
在第三实施方式中，使用嵌合螺母52、53的轴向的端面的凹部62、65、67、68的循环部59a、59b来使滚珠55、56循环，但在第五实施方式中，使用装配于螺母92、93的返回管92a、93a来使滚珠55、56循环。在螺母92的外表面形成扁平部92b，在扁平部92b装配返回管92a。返回管92a将两端部弯折而形成为门形。返回管92a的两端部沿轴向贯通螺母92。返回管92a的一端部与螺母92的内表面槽92c的一端相连，返回管92a的另一端部与螺母92的内表面槽92c的另一端相连。在丝杠轴51的外表面槽51a与螺母92的内表面槽92c之间的螺旋状的通路中滚动的滚珠55在返回管92a的一端部被铲起，并在经过了返回管92a之后，从返回管92a的另一端部再次返回通路。同样地，在螺母93也形成扁平部93b，在扁平部93b装配返回管93a。
需要说明的是，本发明并不局限于以上述实施方式来具体实现，能够在不变更本发明的主旨的范围变更为其他实施方式。
在上述第三至第五实施方式中，轴向的孔为贯通孔，直角方向的孔为贯通孔，但也能够将它们设为不贯通的孔、即有底孔。
在上述第三实施方式中，力传感器的受感部具备检测轴向力的第一受感部、以及检测圆周方向力的第二受感部，但也可以是，力传感器的受感部仅具备检测轴向力的第一受感部，将检测圆周方向力的力传感器设置于其他平坦面。
在第三实施方式中，在垫片设置轴向的孔，在第四实施方式中，在垫片设置直角方向的孔，但也可以同时采用这两种孔。
实施例1
在使用图1所示的螺母2、3并施加了压缩力时，对作用于螺母2、3和垫片4的应力进行FEM解析。在图7中示出FEM解析的结果。
如图7的(a)所示，压缩力为6000N。如图7的(b)所示，产生较大的应力的部位是，垫片4的、螺母2、3的凹部12、17(参照图1)的附近的外表面、即平坦面P1-1、P2-1。由于对两个螺母2、3分别设置凹部12、17，因此产生较大的应力的部分夹设于两个位置。可以认识到，如果在两个位置的平坦面P1-1、P2-1中的一方安装力传感器31，则能够增大力传感器31的输出。需要说明的是，在螺母2的、凹部12的附近的外表面P3也产生了较大的应力。可以认识到，通过在该部分安装力传感器31也能够增大力传感器31的输出。图7的(c)示出将图7的(b)绕轴旋转了180度的状态。可以认识到，在与凹部12、17分离的垫片4的外表面、即平坦面P1-2、P2-2不产生较大的应力。
图8示出将应变计作为力传感器31安装于垫片4时的试验结果。ch1-1、ch2-1表示在两个位置的平坦面P1-1、P2-1安装了应变计时的应变计的输出，ch1-2、ch2-2表示在两个位置的平坦面P1-2、P2-2安装了应变计时的输出。图8的横轴是对两个螺母施加的轴向载荷(kN)，图8的纵轴是应变计的输出(V)。通过在平坦面P1-1、P2-1安装应变计，从而与在平坦面P1-2、P2-2安装应变计的情况相比，能够使应变计的输出变为大约2倍。需要说明的是，应变计的输出为负意味着是压缩应变。
实施例2
在使用图9所示的螺母52、53、垫片54、图15所示的垫片83，且施加了6000N的压缩力时，对作用于垫片54、83的应力进行FEM解析。在图18中示出FEM解析的结果。
图18的(a)是在垫片未设置孔的以往例，图18的(b)是在垫片54设置有轴向的孔82a、82b、82c的发明例(1)(第三实施方式的垫片54)，图18的(c)是在垫片83设置有直角方向的孔85a、85b、85c的(发明例(2)(第四实施方式的垫片83)。
如图18的(b)所示，在发明例(1)中，可知在垫片54的平坦面P2-1的、里侧轴向的孔82a、82b、82c所存在的大致整个区域，压缩应变变大。可知若在平坦面P2-1安装力传感器81，则能够力传感器81的输出。如图18的(c)所示，在发明例(2)中，在孔85a与孔85b之间、以及在孔85b与孔85c之间产生了较大的压缩应变。可知若在该位置安装力传感器86a、86b，则能够增大力传感器86a、86b的输出。
图19示出在垫片54、83安装了应变计作为力传感器81、86a、86b时的试验结果。图19的横轴是对螺母52、53施加的轴向载荷(kN)，图19的纵轴是应变计的输出(V)。在发明例(1)中，与以往例相比，能够使应变计的输出增加约30％。在发明例(2)中，与以往例相比，能够使应变计的输出增加约400％。
本说明书基于2017年10月19日申请的日本特愿2017-202681以及2017年10月19日申请的日本特愿2017-202682。其内容全部包含于此。
附图标记说明：
1…丝杠轴；1a…外表面槽；2、3、42、43…螺母；2a、3a…内表面槽；4…垫片；4a、4b…分割垫片；5、6…滚珠(滚动体)；9a、9b…循环部；12…凹部；11、44…接触面；12、45…凹部；25、26…键(连结部)；27…键槽；31…力传感器；31a…第一受感部(受感部)；31b…第二受感部(受感部)；P1-1…平坦面(垫片的外表面)θ1…第一扇形假想区域；θ2…第二扇形假想区域；51…丝杠轴；51a…外表面槽；52、53、92、93…螺母；52a、53a、92c…内表面槽；54、83…垫片；54a、54b、83a、83b…分割垫片；55、56…滚珠(滚动体)；75、76…键(连结部)；81、86a、86b…力传感器；81a…第一受感部(受感部)；81b…第二受感部(受感部)；82a、82b、82c…轴向的孔；85a、85b、85c…直角方向的孔；P2-1…垫片的平坦面(垫片的外表面)；W1…力传感器的受感部的横向宽度；W2…多个孔的区域的横向宽度。

Claims (12)

1.一种能够检测预压的丝杠装置，其中，
所述能够检测预压的丝杠装置具备：
丝杠轴，其具有螺旋状的外表面槽；
两个螺母，它们安装于所述丝杠轴，且具有与所述外表面槽对置的螺旋状的内表面槽；
多个滚动体，它们夹设于所述丝杠轴的所述外表面槽与所述两个螺母各自的所述内表面槽之间；
垫片，其夹在所述两个螺母之间而被压缩，
连结部，其将所述两个螺母以不能彼此相对旋转的方式连结；以及
力传感器，其用于检测预压，
在所述两个螺母中的至少一方的与所述垫片接触的接触面、以及/或者所述垫片的与所述两个螺母中的至少一方接触的接触面以与所述连结部分离地方式设置凹部，以使减小接触面积，
在所述凹部的附近的、所述垫片的外表面以及/或者所述两个螺母中的至少一方的外表面安装所述力传感器。
2.根据权利要求1所述的能够检测预压的丝杠装置，其特征在于，
在沿着所述螺母的轴向观察时，所述螺母的由所述力传感器的受感部划分出的第一扇形假想区域被包含于所述螺母的由所述凹部划分出的第二扇形假想区域。
3.根据权利要求1或2所述的能够检测预压的丝杠装置，其特征在于，
在所述垫片的外表面安装所述力传感器，
在所述两个螺母中的至少一方的与所述垫片接触的接触面设置所述凹部，
所述垫片的外径比所述两个螺母的外径小。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的能够检测预压的丝杠装置，其特征在于，
在所述凹部插入用于使所述滚动体循环的循环部。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的能够检测预压的丝杠装置，其特征在于，
所述垫片具备圆弧状的一对分割垫片，
在所述一对分割垫片形成有供作为所述连结部的一对键嵌合的一对键槽。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的能够检测预压的丝杠装置，其特征在于，
所述力传感器具备检测所述垫片以及/或者所述螺母的轴向力的第一受感部、以及检测所述垫片以及/或者所述螺母的圆周方向力的第二受感部。
7.一种能够检测预压的丝杠装置，其中，
所述能够检测预压的丝杠装置具备：
丝杠轴，其具有螺旋状的外表面槽；
两个螺母，它们安装于所述丝杠轴，且具有与所述外表面槽对置的螺旋状的内表面槽；
多个滚动体，它们夹设于所述丝杠轴的所述外表面槽与所述两个螺母各自的所述内表面槽之间；
垫片，其夹在所述两个螺母之间而被压缩，
连结部，其将所述两个螺母以不能彼此相对旋转的方式连结；以及
力传感器，其用于检测预压，
在所述垫片以与所述连结部分离的方式设置至少一个孔，
在所述孔的附近的、所述垫片的外表面安装所述力传感器。
8.根据权利要求7所述的能够检测预压的丝杠装置，其特征在于，
所述孔具备沿所述垫片的轴向延伸的至少一个轴向的孔。
9.根据权利要求8所述的能够检测预压的丝杠装置，其特征在于，
在沿所述垫片的轴向观察时，所述力传感器的受感部的横向宽度比位于所述力传感器的里侧的所述多个孔的区域的横向宽度小。
10.根据权利要求7所述的能够检测预压的丝杠装置，其特征在于，
所述孔具备沿供所述力传感器安装的所述垫片的平坦面的直角方向延伸的至少一个直角方向的孔。
11.根据权利要求10所述的能够检测预压的丝杠装置，其特征在于，
所述力传感器在所述垫片的圆周方向上的所述孔的旁边、且所述垫片的轴向上的与所述孔大致相同的位置处安装。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的能够检测预压的丝杠装置，其特征在于，
所述垫片具备圆弧状的一对分割垫片，
在所述一对分割垫片分别设置有所述孔。
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