CN113892003B - 滚珠丝杠机构和直线移动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种滚珠丝杠机构，该滚珠丝杠机构无需考虑常规的循环式滚珠丝杠那样的滚珠的返回，通过确保滚珠的顺利移动而不会发生滚珠在丝杠轴上的卡住等，可以防止振动或噪音并避免热量增大。本发明包括：丝杠轴(2)，具有螺旋槽(2a)并呈直线状延伸；壳体(30)，包围丝杠轴(2)的周围；以及多个滚珠(4)和滚珠轴承(5)，将丝杠轴(2)的推力传递到壳体(30)。各滚珠轴承(5)具有外圈(7)和内圈(6)，外圈(7)沿丝杠轴(2)的螺旋槽(2a)以恒定间隔分别安装固定在壳体(30)处，内圈(6)在与丝杠轴(2)相对的侧表面处设置有与滚珠(4)接触的凹球面状的接触面(5a)，各内圈(6)以与丝杠轴(2)的旋转轴(O)正交的方向的旋转轴N₁至N₄为中心可旋转地配设，并且各滚珠(4)在与各滚珠轴承(5)的接触面(5a)接触的状态下在丝杠轴(2)的螺旋槽(2a)内邻接地以恒定间隔配置。

Description

滚珠丝杠机构和直线移动装置

技术领域

本发明涉及使用丝杠轴和滚珠的滚珠丝杠机构的技术。

背景技术

常规上，作为滚珠丝杠，已知有各种滚珠丝杠。

例如，存在以下方式的非循环式滚珠丝杠和循环式滚珠丝杠，在非循环式滚珠丝杠中，将滚珠固定在设置于螺母内的滑动轴承处并使滚珠在丝杠轴上转动的同时使螺母移动，在循环式滚珠丝杠中，在位于滚珠丝杠轴上的滚珠螺母内，将多个滚珠围绕丝杠轴缠绕1.5次至3.5次，将送到螺母排出口的滚珠通过管或返回槽等引导件返回到原来的螺母入口，使滚珠在螺母内循环。

然而，在常规的循环式滚珠丝杠中具有如下所述的各种问题，目前无法解决。

例如，当滚珠要循环而返回到管等的时候，发生在途中卡住的问题、或由驱动反转时的滚珠的咬合行为引起的滚珠的越过。

特别是在进行高速旋转的循环式滚珠丝杠中，滚珠的载荷变动较大，因而产生在返回管中堵塞的问题。

此外，在伺服电机的利用等需要减小齿隙(backlash)的情况下，为了在一个螺母中消除多个滚珠的齿隙，需要尽可能消除滚珠与轨道槽之间的间隙，使滚珠之间紧密接触来填装。因此，根据情况装入了一组超大尺寸的滚珠。

结果，阻碍了滚珠的顺利返回，并且产生滚珠之间的相互撞击，导致振动、噪音、热量的增大，这也阻碍了滚珠的顺利返回。

另外，在常规的循环式滚珠丝杠中，在结构上滚珠之间的相互碰撞不可避免，特别是为了实现滚珠丝杠的齿隙的减小或刚性的增大，在使用装入了一组超大尺寸的滚珠的螺母、或相互朝轴向位移的一对螺母来对滚珠丝杠内施加预压的情况下，滚珠之间的相互挤压变强，而且滚珠的接触面的旋转方向变得相反，因而产生损失，因此无法避免动力传递效率的降低。

为了防止该问题，常规上也提出了装入有保持器的方案，但与一般的轴承不同，由于存在滚珠的返回，因而发生结构变得复杂的难题。

另外，当螺母的有效回路数(滚珠的圈数)增加时，累积后螺距(pitch)误差也随之增大，因而滚珠的载荷分担率发生偏差，对其进行抑制是非常困难的。

另外，在常规的循环式滚珠丝杠中，螺母的框架使用强度高的合金钢，转动表面的硬度在HRC60左右，硬度的深度分布也必须能够承受与滚珠(钢球HRC60以上的硬度)的表面压强。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-96752号公报

专利文献2：日本特开2016-114181号公报

专利文献3：日本特开2016-125661号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明是考虑这种现有技术的问题而作出的，其目的在于提供一种滚珠丝杠机构，该滚珠丝杠机构无需考虑常规的循环式滚珠丝杠那样的滚珠的返回，通过确保滚珠的顺利移动而不会发生滚珠在丝杠轴上的卡住等，可以防止振动或噪音并避免热量增大。

本发明的另一目的在于提供一种滚珠丝杠机构，该滚珠丝杠机构可以避免丝杠轴上的滚珠之间的接触，抑制操作时的动力的传递损失并提高动力传递效率。

此外，本发明的另一目的在于提供一种滚珠丝杠机构，该滚珠丝杠机构可以减小丝杠轴上的滚珠的圈数，减小累积螺距误差而不会使滚珠的载荷分担率发生偏差。

此外，本发明的另一目的在于提供一种紧凑、轻量且廉价的滚珠丝杠机构，该滚珠丝杠机构可以在不使用高精度部件的情况下减小齿隙的值。

用于解决问题的手段

为解决上述问题而作出的本发明是一种滚珠丝杠机构，包括：丝杠轴，具有螺旋槽并呈直线状延伸；移动体，具有设置成包围所述丝杠轴的周围的壳体；以及动力传递机构，将所述丝杠轴的推力传递到所述移动体的壳体，使该移动体在所述丝杠轴的轴向移动，所述动力传递机构具有多个滚珠轴承和与所述多个滚珠轴承分别对应的多个滚珠；所述多个滚珠轴承具有外圈和内圈，所述外圈分别在一个侧表面与所述丝杠轴相对的状态下，沿所述丝杠轴的螺旋槽以恒定间隔分别安装固定在所述移动体的壳体处，所述内圈在与所述丝杠轴相对的侧表面处分别形成有与所述多个滚珠接触的凹球面状的接触面，该各内圈以与所述丝杠轴的旋转轴正交的方向的旋转轴为中心分别可旋转地配设，并且所述多个滚珠在与所述接触面分别接触的状态下在所述丝杠轴的螺旋槽内邻接地以恒定间隔配置，并且在所述丝杠轴的螺旋槽的底部分处设置有用于避免与所述滚珠的接触的槽部。

在本发明中，在以下情况下也是有效的：所述丝杠轴是空心结构。

在本发明中，在以下情况下也是有效的：所述滚珠丝杠机构构成为具有多个所述动力传递机构，并且该动力传递机构的对应的一对滚珠之间的所述丝杠轴方向的距离是从与配置有该一对滚珠的所述丝杠轴的螺旋槽间的螺距数相当的值减去与在来自所述滚珠的推力作用于所述丝杠轴的情况下的齿隙对应的值而得到的值。

在本发明中，在以下情况下也是有效的：在所述丝杠轴的每一导程设置有三个以上的所述滚珠轴承和所述滚珠。

此外，本发明是一种直线移动装置，具有：上述任一滚珠丝杠机构；一对支撑块，可旋转地支撑所述滚珠丝杠机构的丝杠轴；工作台，安装在所述滚珠丝杠机构的壳体处；以及直线移动机构，具有一对导轨和移动块，所述一对导轨与所述滚珠丝杠机构的丝杠轴平行配置并呈直线状延伸，所述移动块安装在所述工作台处，并且装设在所述导轨处并沿该导轨分别进行直线移动。

在本发明中，在以下情况下也是有效的：在所述直线移动机构中，所述导轨具有沿该导轨呈直线状延伸的引导槽，并且，所述移动块具有设置成与所述导轨的两侧表面相对的壳体，所述多个滚珠轴承分别在一个侧表面与所述导轨的引导槽相对的状态下沿所述导轨的引导槽安装在所述移动块的壳体处，并且所述引导槽的截面形成为圆弧状或哥特式拱状，所述多个滚珠轴承具有外圈和内圈，所述外圈分别在一个侧表面与所述导轨相对的状态下，沿所述引导槽以恒定间隔分别安装固定在所述移动块的壳体处，所述内圈在与所述导轨相对的侧表面处形成有与所述多个滚珠分别接触的凹球面状的接触面，该各内圈以与所述导轨的长度方向正交的方向的旋转轴为中心分别可旋转地配设，并且所述多个滚珠在与所述接触面分别接触的状态下在所述导轨的引导槽内邻接地以恒定间隔配置。

发明的效果

在本发明的情况下，多个滚珠在与设置于移动体的壳体处的多个滚珠轴承的内圈的凹球面状的接触面分别接触的状态下配置在丝杠轴的螺旋槽内，并且在使该丝杠轴以旋转轴为中心旋转时，利用在丝杠轴的螺旋槽与滚珠表面的接触部分、以及在滚珠轴承的内圈的接触面与滚珠表面的接触部分处产生的推力和旋转扭矩按压滚珠，使滚珠在丝杠轴的螺旋槽上转动，并且滚珠的表面与滚珠轴承的内圈的接触面以椭圆状的少许面积接触，利用在滚珠轴承的内圈的接触面处产生的摩擦力使各滚珠轴承的内圈以与丝杠轴的旋转轴正交的方向的旋转轴N为中心分别旋转，并且根据丝杠原理，丝杠轴的螺旋槽在丝杠轴的轴向上前进。

结果，沿丝杠轴的螺旋槽分别安装固定在移动体的壳体处的滚珠轴承的外圈通过滚珠轴承的滚珠承受丝杠轴的旋转轴方向的推力分量，该推力分量通过滚珠轴承被传递到移动体的壳体，从而移动体在丝杠轴的旋转轴方向上移动。

这样，本发明不具有如常规的循环式滚珠丝杠那样的使滚珠返回并循环的机构，因此，不会发生在常规的循环式滚珠丝杠中发生的滚珠返回时在丝杠轴上的卡住等，可以确保滚珠的顺利移动。

此外，在本发明的情况下，由于多个滚珠在与滚珠轴承的内圈的接触面分别接触的状态下在丝杠轴的螺旋槽内邻接地以恒定间隔配置，因而在丝杠轴上滚珠之间不会接触。

结果，根据本发明，可以防止在常规的循环式滚珠丝杠中产生的由滚珠之间的接触引起的振动或噪音并避免热量的增大，并且可以抑制由丝杠轴上的滚珠之间的接触引起的动作时的动力的传递损失，因而可以提高动力传递效率。

另外，在本发明中，可以通过例如在丝杠轴的每一导程设置三个以上的滚珠轴承和滚珠来构成，即，如果使用常规的循环式滚珠丝杠的术语，则丝杠轴上的滚珠的圈数可以由一圈构成。

结果，根据本发明，由于可以减小滚珠的圈数，因而可以减小在常规的循环式滚珠丝杠中产生的累积螺距误差，并且不会使滚珠的载荷分担率发生偏差。

此外，在本发明中，通过使用比常规的循环式滚珠丝杠的滚珠的直径大例如两倍以上的直径(例如8mm至16mm)的滚珠，滚珠的负载能力提高到直径比以上，因而与常规的循环式滚珠丝杠相比，可以由非常少的数量(例如三个以上)的滚珠构成，由此可以提供紧凑、轻量且廉价的滚珠丝杠机构。

在该情况下，如果作为丝杠轴采用空心结构的丝杠轴，则可以使例如与机器人等其他驱动机构的驱动轴通过丝杠轴的贯通孔内，由此可以得到更紧凑的装置结构。

另外，如果构成为具有多个动力传递机构，并且该动力传递机构的对应的一对滚珠之间的丝杠轴方向的距离是从与配置有该一对滚珠的丝杠轴的螺旋槽间的螺距数相当的值减去与在来自滚珠的推力作用于丝杠轴的情况下的齿隙对应的值而得到的值，则例如通过对壳体施加简单的加工，可以容易地减小齿隙(或包括预压在内为零)。

附图说明

图1中的(a)是示出根据本发明的滚珠丝杠机构的实施方式的整体结构的主视局部剖视图，图1中的(b)是示出该滚珠丝杠机构的整体结构的侧视局部剖视图，图1中的(c)是示出该滚珠丝杠机构的滚珠轴承的结构的主视局部剖视图和俯视图，图1中的(d)是示出该滚珠丝杠机构的尺寸关系的说明图。

图2中的(a)是示出本发明的另一实施方式的整体结构的主视局部剖视图，图2中的(b)是示出该实施方式的整体结构的侧视局部剖视图。

图3是示出本实施方式的滚珠丝杠的尺寸关系的说明图。

图4中的(a)是示出本实施方式中的移动体的壳体的孔间距离的说明图，图4中的(b)是示出该移动体的壳体的立体图。

图5中的(a)是示出本发明的另一实施方式的整体结构的主视局部剖视图，具有空心结构的丝杠轴，图5中的(b)是示出该实施方式的整体结构的侧视局部剖视图。

图6是示出本实施方式中的每一导程的滚珠单元的配置的展开说明图。

图7中的(a)是示出本发明的另一实施方式的整体结构的主视局部剖视图，图7中的(b)是示出该实施方式的整体结构的侧视局部剖视图。

图8是示出本实施方式中的每一导程的滚珠单元的配置的展开说明图。

图9是示出该实施方式的变形例的展开说明图。

图10中的(a)是示出本发明的另一实施方式的整体结构的主视局部剖视图，图10中的(b)是示出该实施方式的整体结构的侧视局部剖视图。

图11中的(a)是示出本实施方式的直线移动装置的主要部分的俯视图，图11中的(b)是示出直线移动装置的主要部分的纵局部剖视图。

图12中的(a)是示出根据本发明的直线移动机构的实施方式的结构的侧视图，图12中的(b)是示出该实施方式的结构的主视剖视图。

图13中的(a)是示出该实施方式的直线移动机构的变形例的结构的侧视图，图13中的(b)是示出该变形例的结构的主视剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。

图1中的(a)至图1中的(d)示出了根据本发明的滚珠丝杠的实施方式，图1中的(a)是示出整体结构的主视局部剖视图，图1中的(b)是示出整体结构的侧视局部剖视图，图1中的(c)是示出滚珠轴承的结构的主视局部剖视图和俯视图，图1中的(d)是示出丝杠轴和滚珠的尺寸关系的说明图。

如图1中的(a)所示，本实施方式的滚珠丝杠机构1具有：丝杠轴2，呈直线状延伸；移动体3，设置在该丝杠轴2的周围；以及动力传递机构10，将丝杠轴2的推力传递到移动体3而使移动体3沿丝杠轴2移动。

本实施方式的丝杠轴2具有实心结构，并且可以使用由与一般的丝杠轴相同的材料制成的丝杠轴。

丝杠轴2通过未图示的电机以旋转轴O为中心被驱动旋转，并且以恒定间隔形成有哥特式拱状的螺旋槽2a。

移动体3具有例如由长方体的部件制成的壳体30，在该壳体30的中央部分处形成有内径稍大于丝杠轴2的贯通孔3a。而且，上述的丝杠轴2配设成对贯通孔3a进行贯通。

而且，例如如后面参照的图11所示，壳体30在其上方安装有工作台42，该工作台42固定在装设于直线移动机构45的一对导轨43上的一对移动块44的上部处。结果，即使在使丝杠轴2以旋转轴O为中心驱动旋转的情况下，也可以不使壳体30围绕旋转轴O旋转。

即，本发明的移动体3与常规的循环式滚珠丝杠一样，伴随丝杠轴2的旋转，滚珠4朝第一方向P1或第二方向P2移动，由此朝与滚珠4相同的方向移动。

本实施方式的壳体30可以使用由强度高的轻合金制成的壳体。

作为这种轻合金，例如可列举铝(Al)合金、锌(Zn)合金、钛(Ti)合金。

此外，根据用途，作为壳体30的材料，也可以使用例如聚缩醛树脂等的工程树脂。

本实施方式的动力传递机构10具有多个滚珠轴承5和与各滚珠轴承5对应的多个滚珠4。

在此，滚珠4可以与一般的循环式滚珠丝杠一样使用由钢球制成的滚珠。也可以使用由陶瓷制成的滚珠。

此外，在本发明的情况下，滚珠4使用直径大于后述的滚珠轴承5的滚珠8的滚珠。

另一方面，在本实施方式中，如图1中的(a)、图1中的(b)所示，四个滚珠轴承5安装在移动体3的壳体30处。

在该情况下，滚珠轴承5分别以一个侧表面与丝杠轴2相对的状态，沿丝杠轴2的螺旋槽2a以恒定间隔配置。

各滚珠轴承5具有与一般的深槽滚珠轴承相同的基本结构，并且具有内圈6、外圈7以及与这些内圈6和外圈7接触的滚珠8(参照图1中的(c))。

此外，该滚珠轴承5与深槽滚珠轴承或角接触滚珠轴承一样，具有内圈6相对于轴向载荷(轴方向的载荷)容易向负载相反侧脱落而不移动的结构。

各滚珠轴承5以在与丝杠轴2的旋转轴O正交的方向上延伸的旋转轴N₁至N₄为中心分别可旋转地配置。

在此，各滚珠轴承5构成为，插入设置在壳体30处的孔部50内，外圈7的外周表面通过固定螺丝9固定在移动体3处，并且内圈6可以以与丝杠轴2的旋转轴O正交的方向的旋转轴N₁至N₄为中心旋转。

在本发明的情况下，滚珠4使用直径远大于滚珠轴承5的滚珠8的滚珠。

这是为了通过使滚珠4和滚珠轴承5的负载平衡相等来提供更紧凑且实用的装置。

即，在本实施方式中，如后所述构成为，由丝杠轴2的驱动扭矩(从驱动源提供的扭矩)产生的推力按压滚珠4，通过在滚珠4与滚珠轴承5的内圈6的接触面5a之间的接触部分处产生的摩擦力，滚珠轴承5的内圈6旋转，并且滚珠轴承5的内部的滚珠8也旋转。

在本发明中，滚珠轴承5的滚珠8的直径使用惯性力更小的滚珠直径，由此可以实现顺利的动力传递。

即，在作为滚珠轴承5的滚珠8假设使用与滚珠4相同直径的滚珠的情况下，在滚珠轴承5的内圈6与外圈7之间配置最低6个以上的滚珠8，而这意味着，在滚珠4与内圈6之间加速所需要的摩擦力，需要同时对滚珠4的质量的六倍质量的物体进行加速的摩擦力，施加这样大的摩擦力事实上是不可能的，因而导致滚珠8在滚珠丝杠机构1的加速/减速时无法跟随而相对于内圈6滑动。

由于这种滚珠轴承的滑动动作会产生磨损、振动、发热等，因而对于位置测量装置和机床来说是致命的，不适于实用。

另一方面，通过使滚珠4与滚珠轴承5的负载平衡相等，可以提供更紧凑且实用性高的滚珠丝杠机构1。

例如，可以将滚珠4与滚珠轴承5的基本动态额定载荷设为相同的值，根据较小的值来设定滚珠丝杠机构1的推力。

在本发明的情况下，滚珠4的直径没有特别限定，但从提高实用性的观点出发，优选的是使用具有滚珠轴承5的滚珠8的直径的2倍以上且4倍以下的直径的滚珠轴承。

具体而言，在滚珠轴承5的滚珠8的直径为4mm的情况下，优选的是使用直径为8mm至16mm的滚珠4。

在本实施方式中，在滚珠轴承5的内圈6的一个侧表面处设置有与各滚珠4内接的接触面5a(参照图1中的(c))。

该接触面5a由环状的凹球面构成，并且形成为哥特式拱形状。

而且，各滚珠4在与各滚珠轴承5的接触面5a分别接触的状态下，在丝杠轴2的螺旋槽2a内邻接地以恒定间隔配置。

通过这样的结构，在各滚珠轴承5中，内圈6可以相对于外圈7以上述旋转轴N₁至N₄为中心自由旋转。

此外，在丝杠轴2旋转的情况下，各滚珠4可以在由螺旋槽2a和滚珠轴承5的内圈6的接触面5a保持的状态下向各个方向旋转(在螺旋槽2a上转动)。

在本发明的情况下，在来自滚珠4的推力作用于丝杠轴2的情况下的各滚珠4的表面与丝杠轴2的螺旋槽2a接触的接触角α1与一般的循环式滚珠丝杠一样，分别为45度至55度是合适的(参照图1中的(d))。

此外，丝杠轴2的螺旋槽2a配置成在与滚珠4之间设置有间隙ΔSp₁(例如0.5mm至1mm)，以可以防止与滚珠4干涉并可以吸收螺距误差或安装误差，由此各滚珠4被加工成可以在丝杠轴2的轴向上移动。

其原因是为了防止由于径向载荷等的影响而滚珠4与螺旋槽2a的轴向前后的丝杠表面同时接触。

此外，在螺旋槽2a的底部分处形成有用于避免与滚珠4接触的槽底部2b。

另一方面，在本发明的情况下，在来自滚珠4的力作用于丝杠轴2的情况下的各滚珠4的表面与滚珠轴承5的接触面5a之间的接触角α2与一般的循环式滚珠丝杠一样，分别为45度至55度是合适的。

在本发明的情况下，尽管没有特别限制，但是从能够使与接触面5a内接的滚珠4在接触面5a上自由转动的观点出发，优选的是，将滚珠4的直径和接触面5a的曲率半径设定成使滚珠4与接触面5a之间的间隙ΔSp₂为例如0.01mm至0.5mm(参照图1中的(c))。

即，通过将滚珠4的直径和接触面5a的凹球面的曲率半径设定成使滚珠4与滚珠轴承5的接触面5a之间的间隙ΔSp₂为0.01mm至0.5mm，滚珠4与接触面5a的接触面积变大，并且容许表面压力变大。

在本实施方式的滚珠轴承5的内圈6的另一侧表面处设置有滚珠给油孔5b，该滚珠给油孔5b用于供给润滑油(润滑脂)，以减小动作时的滚珠4与滚珠轴承5之间的摩擦。

另外，相对于各滚珠轴承5，在丝杠轴2的外侧的部分处设置有直径略大于滚珠轴承5的直径的螺纹孔90，从而将固定螺丝9螺纹固定在该螺纹孔90中(参照图1中的(b))。

作为该固定螺丝9，例如可以使用内六角紧固螺钉。

在本说明书中，将上述的滚珠4、滚珠轴承5和固定螺丝9作为一个部件集合体而称为滚珠单元11。

本发明的滚珠丝杠机构具有至少三个以上(在本实施方式中为四个)的滚珠单元11。

在具有这种结构的本实施方式中，例如当驱动图11所示的驱动电机60来使丝杠轴2以旋转轴O为中心驱动旋转时，该螺旋槽2a沿着导程的轨道以螺旋状移动并且例如向第一方向P1前进，各滚珠4的第二方向P2侧且丝杠轴2侧的表面与丝杠轴2的螺旋槽2a以椭圆状的少许面积接触，从丝杠轴2的螺旋槽2a承受第一方向P1方向的推力分量。

利用该推力分量，各滚珠4在相对于与丝杠轴2的旋转轴O正交的方向倾斜了接触角α1的方向的轴线上相交(参照图1中的(d))。

并且，利用在丝杠轴2的螺旋槽2a与滚珠4表面的接触部分、以及在滚珠轴承5的内圈6的接触面5a与滚珠4表面的接触部分处产生的推力和旋转扭矩，按压滚珠4而使滚珠4在丝杠轴2的螺旋槽2a上转动。

此外，通过滚珠4向第一方向P1前进，滚珠4的第一方向P1侧且滚珠轴承5侧的表面与滚珠轴承5的接触面5a以椭圆状的少许面积接触，由此从滚珠4的表面承受第一方向P1方向的推力分量。

利用此时产生的相对于滚珠轴承5的内圈6的接触面5a的摩擦力，各滚珠轴承5的内圈6以旋转轴N₁至N₄为中心分别旋转，并且随着丝杠轴2的螺旋槽2a根据丝杠原理向第一方向P1方向前进，由此滚珠轴承5的外圈7通过滚珠8承受第一方向P1的推力分量。

这样，在本实施方式中，丝杠轴2的第一方向P1的推力通过动力传递机构10(滚珠4和滚珠轴承5)被传递到移动体3的壳体30，由此移动体3向第一方向P1侧移动。

另外，在使移动体3向与第一方向P1相反方向的第二方向P2移动的情况下，只要执行与上述的操作相反的操作即可。

上述的本实施方式不具有常规的循环式滚珠丝杠那样的使滚珠返回并循环的机构，因此，不会发生在常规的循环式滚珠丝杠中发生的滚珠在返回时在丝杠轴上的卡住等，可以确保滚珠的顺利移动。

此外，在本发明中，由于多个滚珠4在与滚珠轴承5的内圈6的接触面5a分别接触的状态下在丝杠轴2的螺旋槽2a内邻接地以恒定间隔配置，因而在丝杠轴2上滚珠4之间不会接触。

结果，根据本实施方式，可以防止在常规的循环式滚珠丝杠中产生的由滚珠之间的接触引起的振动或噪音并避免热量的增大，并且可以抑制由丝杠轴上的滚珠之间的接触引起的动作时的动力的传递损失，因而可以提高动力传递效率。

另外，在本实施方式中，例如可以通过在丝杠轴2的每一导程设置三个以上的滚珠轴承5和滚珠4来构成，即，如果使用常规的循环式滚珠丝杠的术语，则丝杠轴2上的滚珠4的圈数可以由一圈构成。

结果，根据本实施方式，由于可以减小滚珠4的圈数，因而可以减小在常规的循环式滚珠丝杠中产生的累积螺距误差，并且不会使滚珠4的载荷分担率发生偏差。

此外，在本实施方式中，通过使用比常规的循环式滚珠丝杠的滚珠的直径大例如两倍以上的直径(例如8mm至16mm)的滚珠，滚珠的负载能力提高到直径比以上，因而与常规的循环式滚珠丝杠相比，可以由非常少的数量(例如三个以上)的滚珠4构成。

例如，在将公称直径25mm、滚珠直径4.762mm、导程角10.6度、滚珠圈数2的循环式滚珠丝杠的动态额定载荷，与以等螺距排列4个直径10mm的滚珠而得到的本实施方式的滚珠丝杠机构的动态额定载荷进行比较时，滚珠为4个的本实施方式稍大一些。

由此可知，在本实施方式的滚珠丝杠机构1中，1圈17个滚珠的两倍即34个滚珠与动态额定载荷相等，滚珠直径比的效果大。

而且，根据这样的本实施方式，可以提供紧凑、轻量且廉价的滚珠丝杠机构1。

图2中的(a)是示出本发明的另一实施方式的整体结构的主视局部剖视图。

以下，对与上述实施方式对应的部分标注相同的附图标记并省略其详细说明。

如图2中的(a)所示，本实施方式的滚珠丝杠机构1A构成为，在壳体30处设置有多个(在本实施方式中为两个)动力传递机构(第一和第二动力传递机构10A、10B)。

这些第一和第二动力传递机构10A、10B分别具有与上述的动力传递机构10相同的结构，并且具有多个(在本实施方式中为四个)滚珠单元11(参照图2中的(b))。

在本实施方式的情况下，第一动力传递机构10A构成为对移动体3施加与丝杠轴2的旋转轴O平行的第一方向P1的推力，另一方面，第二动力传递机构10B构成为对移动体3施加与第一方向相反的方向即第二方向P2的推力(参照图2中的(a))。

在该情况下，第一方向P1例如是从原位置移动到目标位置的方向，第二方向P2是从目标位置移动到原位置的方向。

图3是示出本实施方式的滚珠丝杠机构的尺寸关系的说明图，图4中的(a)是示出本实施方式中的移动体的壳体的孔间距离的说明图，图4中的(b)是示出该移动体的壳体的立体图。

如图3所示，在本实施方式中，上述的第一和第二动力传递机构10A、10B的对应的一对滚珠4之间的丝杠轴2方向的距离构成为，从配置有该一对滚珠4的丝杠轴2的螺旋槽2a之间的距离即螺距3p减去与在来自滚珠4的推力作用于丝杠轴2的情况下的齿隙对应的值ΔSt后的值，即3p-ΔSt。

在本发明中，例如如图4中的(a)、图4中的(b)所示，在移动体3的壳体30的各侧表面31至34处，以上述3p-ΔSt的距离设置上述的孔部50以及与螺纹孔90同等的孔部50A、50B以及螺纹孔90A、90B，并且在这些孔部50A、50B以及螺纹孔90A、90B处分别安装图2中的(a)所示的滚珠单元11(滚珠4、滚珠轴承5和固定螺丝9)，从而可以得到图3所示的结构。

另外，在上述实施方式中，如上所述，丝杠轴2的螺旋槽2a的槽宽为了防止与滚珠4的干涉而在与滚珠4的表面之间设置有预定间隙ΔSp₁(参照图1中的(d))。

另一方面，在滚珠轴承5的凹球面5a处，在与滚珠4之间设置有比间隙ΔSp₁小的微小间隙ΔSp₂(参照图1中的(c))。

当将这些间隙ΔSp₁、ΔSp₂相加时，在丝杠轴2与移动体3的壳体30之间存在ΔSp＝ΔSp₁+ΔSp₂的游隙。

常规上，在使用循环式滚珠丝杠的装置中也存在由机床或伺服电机进行控制的装置，有时要求消除该游隙ΔSp并使其为零。

在该情况下，在一般的循环式滚珠丝杠中，采用双螺母方式，按游隙的量缩小螺母间的距离。

设置两个螺母的原因是因为，需要在轴承钢的螺母的内表面处以恒定间隔刻出螺旋槽，并且从中途不能容易地改变螺旋槽的螺距(虽然复杂，但也存在采用两条螺丝来错开螺距的设计方法)。

与此相对，在本发明的情况下，在一个壳体30处承受正转方向的载荷的导程的轨道上设置所需数量的孔部50A和螺纹孔90A，将由滚珠4、滚珠轴承5和固定螺丝9构成的滚珠单元11进行组装，将其用作动力传递机构10A。

接下来，在同一壳体30处，在承受反转方向的载荷的导程的轨道上设置所需数量的孔部50B和螺纹孔90B，将上述的滚珠单元11进行组装，将其用作动力传递机构10B。

两个动力传递机构10A、10B之间的基准距离是螺距p的整数倍，并且在图3所示的示例的情况下是螺距p的三倍，因而通过使动力传递机构10A的孔部50A和螺纹孔90A的中心点与动力传递机构10B的孔部50B和螺纹孔90B的中心点之间的距离为3P-ΔSt，即，使对应的孔间的距离以上述的间隙ΔSt分别接近，可以消除丝杠轴2与移动体3的壳体30之间的游隙并使其为零。

此外，为了施加预压，也可以使丝杠轴2与移动体3的壳体30之间的游隙为负。

根据本实施方式，只要将一个动力传递机构10A向另一动力传递机构10B侧错开由按上述式计算出的齿隙量ΔSt来配置孔部50A、螺纹孔90A即可，因而也可以简单地进行加工，性价比良好。

图5中的(a)是示出本发明的另一实施方式的整体结构的主视局部剖视图，图5中的(b)是示出该实施方式的整体结构的侧视局部剖视图。

此外，图6是示出本实施方式中的每一导程的滚珠单元的配置的展开说明图。

以下，对与上述实施方式对应的部分标注相同的附图标记并省略其详细说明。

如图5中的(a)、图5中的(b)所示，本实施方式的滚珠丝杠机构1B具有空心结构的丝杠轴2。即，在丝杠轴2处形成有在长度方向上延伸的贯通孔20。

在本实施方式中，移动体3的壳体30的截面形成为正六边形形状，并且在该壳体30处设置有三个滚珠单元11，由此构成动力传递机构10。

在该情况下，如图6所示，沿丝杠轴2的螺旋槽(导程的轨道)2a，针对每一导程(Ph)以恒定间隔安装有三个滚珠单元11(滚珠4、滚珠轴承5和固定螺丝9)。

另外，作为丝杠轴2，使用一条丝杠。

图7中的(a)是示出本发明的另一实施方式的整体结构的主视局部剖视图，图7中的(b)是示出该实施方式的整体结构的侧视局部剖视图。

此外，图8是示出本实施方式中的每一导程的滚珠单元的配置的展开说明图，图9是示出该实施方式的变形例的展开说明图。

以下，对与上述实施方式对应的部分标注相同的附图标记并省略其详细说明。

如图7中的(a)、图7中的(b)所示，本实施方式的滚珠丝杠机构1C具有空心结构的丝杠轴2，并且在该丝杠轴2处形成有在长度方向上延伸的贯通孔20。

在本实施方式中，移动体3的壳体30的截面形成为截面正六边形形状，并且在该壳体30处设置有六个滚珠单元11，由此构成动力传递机构10。

在该情况下，沿丝杠轴2的螺旋槽(导程的轨道)2a，针对每一导程以恒定间隔安装有六个滚珠单元11(滚珠4、滚珠轴承5和固定螺丝9)。

另外，作为丝杠轴2，使用一条丝杠。

根据图5中的(a)、图5中的(b)至图8、图10所示的实施方式，由于设置有空心结构的丝杠轴2，因而可以使例如与机器人等其他驱动机构的驱动轴通过丝杠轴2的贯通孔20内，由此可以得到紧凑的装置结构。

而且，根据本实施方式，由于可以在任何地方设置而不通过在技术上困难的常规的循环式滚珠丝杠的返回机构，因而即使是任意粗细的空心的丝杠轴2，也可以容易地将滚珠单元11配置并安装在壳体30处。

例如在图10所示的实施方式中，由于丝杠轴2相当粗(例如轴径约82mm)，因而容许推力为一般的循环式滚珠丝杠(圈数3)的约1/5，但由于轴向长度为1/2，因而可以扩大设计的选择范围。

此外，通常循环式滚珠丝杠的轴径越粗，驱动扭矩和推力就越大，但在根据用途使得即使轴径粗驱动扭矩也可以较小的情况下，驱动扭矩和推力与轴径相应地增大容易成为过剩品质。

特别是在长尺寸的丝杠轴的情况下，有时使轴径变粗以防止屈曲或危险速度。在这种情况下，空心的丝杠轴可以增大针对屈曲的形状效果，并且针对危险速度，也容易抑制挠曲，因而能够有效地应对。此外，可以实现轻量化这一点对紧凑化和环保性具有有效性。

即，由于驱动扭矩或推力不与丝杠轴的轴径成比例地增减，因而在本发明中，可以通过改变每一导程的滚珠单元的数量来调整驱动扭矩和推力。

此外，图7中的(a)和图7中的(b)是使图5所示的实施方式的滚珠单元11的数量成倍(3→6)而使驱动扭矩成倍的示例。

另一方面，此时也可以不使驱动扭矩成倍而减小齿隙。这如对图3所说明的那样，在动力传递机构10A、10B中，通过将滚珠4的配置分为正转侧和反转侧并将任一方在丝杠轴2的轴向上错开ΔSt而成为可能。

此外，例如如图9所示，也可以将邻接的滚珠单元11在丝杠轴2的轴向(第一方向P1或第二方向P2)上错开预定距离(这里为ΔSt)而配置成锯齿状。

特别是，如果可以在绕丝杠轴2旋转360度一圈中配置所有的滚珠单元11，则例如如图7中的(a)和图7中的(b)所示，在从与丝杠轴2方向正交的方向透视时滚珠单元11之间没有重叠，并且基于对移动体3的推力的对各滚珠4和滚珠轴承5的推力载荷被均等地分配给它们，因而可以提高疲劳强度。

根据具有这种结构的本示例，具有可以实现装置的轻量化和紧凑化、易于制造且优化设计的效果。

图10中的(a)是示出本发明的另一实施方式的整体结构的主视局部剖视图，图10中的(b)是示出该实施方式的整体结构的侧视局部剖视图。

以下，对与上述实施方式对应的部分标注相同的附图标记并省略其详细说明。

如图中的10(a)、图10中的(b)所示，本实施方式的滚珠丝杠机构1D具有空心结构的丝杠轴2，并且在该丝杠轴2处形成有在长度方向上延伸的贯通孔20。

在本实施方式中，移动体3的壳体30形成为截面圆筒形状，并且在该壳体30处设置有八个滚珠单元11，由此构成动力传递机构10。

在该情况下，尽管未图示细节，然而沿丝杠轴2的螺旋槽(导程的轨道)2a针对每一导程以恒定间隔安装有八个滚珠单元11(滚珠4、滚珠轴承5和固定螺丝9)。

另外，作为丝杠轴2，使用一条丝杠。

根据具有这种结构的本实施方式，如上所述，在从与丝杠轴2方向正交的方向透视时滚珠单元11之间没有重叠，并且基于对移动体3的推力的对各滚珠4和滚珠轴承5的轴向载荷被均等地分配给它们，因而可以提高疲劳强度。

此外，在本实施方式中，由于可以在移动体3的壳体30处在360度(1导程)之间设置更多的滚珠单元11，因而可以使对各滚珠单元11的滚珠4的分担载荷均等，并且与循环式滚珠丝杠相比，可以提高从丝杠轴2向移动体3的动力传递效率。

图11中的(a)、图11中的(b)是示出本实施方式的直线移动装置的主要部分的图，图11中的(a)是俯视图，图11中的(b)是纵局部剖视图。

如图11中的(a)、图11中的(b)所示，本实施方式的直线移动装置40具有例如图2中的(a)、图2中的(b)所示的滚珠丝杠机构1A。

这里，滚珠丝杠机构1A具有丝杠轴2，该丝杠轴2由一对支撑块41支撑而处于朝向水平方向的状态，该丝杠轴2构成为通过驱动电机60在正反方向上旋转。

在滚珠丝杠机构1A的壳体30A的上部处固定有工作台42。

在滚珠丝杠机构1A的两侧部处设置有直线移动机构45。

该直线移动机构45具有与丝杠轴2平行设置的一对导轨43和可沿这些导轨43分别移动的移动块44。

在直线移动机构45的移动块44的上部处固定有工作台42，该工作台42朝向水平方向安装在滚珠丝杠机构1A的壳体30A的上部处。

根据具有这种结构的本实施方式，可以提供一种具有紧凑、轻量且廉价的滚珠丝杠机构1的直线移动装置40，其确保滚珠4在丝杠轴2上的顺利移动，防止振动或噪音并避免热量增大，并且可以保持高的动力传递效率，而且通过将丝杠轴2上的滚珠4的圈数由一圈构成，可使保持滚珠的螺母部分与丝杠轴之间的累积螺距误差相对较小，而且可以减小齿隙值。

图12中的(a)、图12中的(b)是示出根据本发明的直线移动机构的实施方式的结构的图，图12中的(a)是侧视图，图12中的(b)是主视剖视图。

此外，图13中的(a)、图13中的(b)是示出本实施方式的直线移动机构的变形例的结构的图，图13中的(a)是侧视图，图13中的(b)是主视剖视图。

以下，对与上述实施方式对应的部分标注相同的附图标记并省略其详细说明。

如图12中的(a)、图12中的(b)所示，在本实施方式中，在图11中的(a)、图11中的(b)所示的线性移动装置40中使用了以下所示的直线移动机构45。

这里，直线移动机构45具有上述导轨43和移动块44，该移动块44具有设置成包围导轨43的周围的壳体47。

本实施方式的导轨43的截面形成为矩形状，并且设置成在水平方向上延伸。

而且，在导轨43的两侧部处设置有形成为截面圆弧状或哥特式拱状并在水平方向上延伸的引导槽46。

另一方面，在图13中的(a)、图13中的(b)所示的变形例中，在导轨43的两侧部处设置有形成为哥特式拱状并在水平方向上延伸的引导槽46。

此外，在引导槽46的底部分处形成有槽底部48，该槽底部48用于避免与滚珠4接触并且使滚珠4与引导槽46之间的接触角不会成为60度以上。

壳体47形成为截面“U”字状，并且在竖直方向上延伸的两侧部的内侧部分配置成分别与导轨43的两侧表面43a的引导槽46相对。

在本实施方式中，在壳体47的两侧部处设置有两个上述滚珠轴承5。

这里，各滚珠轴承5在各自的一个侧表面与导轨43的引导槽46相对的状态下，外圈7沿引导槽46以恒定间隔分别安装固定在移动块44的壳体47处，并且内圈6在与导轨43相对的侧表面处形成有与多个滚珠4分别接触的凹球面状的接触面5a。

另外，在各滚珠轴承5中，各内圈6以与导轨43的长度方向正交的方向的旋转轴N_5,6为中心分别可旋转地配设，并且多个滚珠4在与滚珠轴承5的内圈6的接触面5a分别接触的状态下在导轨43的引导槽46内邻接地以预定间隔(这里为恒定间隔)配置，由此移动块44的壳体47通过滚珠4被导轨43的引导槽46支撑。

在具有这种结构的本实施方式的直线移动机构45中，当在导轨43的延伸方向上对壳体47施加力时，接触力通过滚珠轴承5的外圈7和滚珠8从滚珠轴承5的内圈6的接触面5a作用于各滚珠4，并且来自导轨43的引导槽46的槽面相对于该接触力的反作用力通过滚珠4作用于滚珠轴承5的内圈6的接触面5a。

并且，通过这些力的作用，各滚珠4在导轨43的引导槽46内转动，并且在各滚珠轴承5的内圈6以上述旋转轴N₅、N₆为中心旋转的同时，移动块44在水平方向(第一方向P1或第二方向P2)上移动。

根据这种本实施方式的直线移动机构45，不会发生在常规的使滚珠循环的方式的直线移动机构中发生的滚珠在返回时的卡住或滚珠之间的接触，由此可以确保滚珠的顺利移动，并且可以提高动力传递效率。

因此，如果将这种直线移动机构45应用于图11中的(a)和图11中的(b)所示的直线移动装置40，则能够进行更顺利的运行。

另外，本发明不限于上述的实施方式，可以进行各种修改。

例如，在图2中的(a)、图2中的(b)所示的实施方式中，作为动力传递机构10A、10B，构成为具有相同的动力传递机构10，但本发明不限于此，例如也可以由滚珠单元11的数量不同的动力传递机构构成。

根据这样的结构，可以提供一种能够根据移动体3的移动方向对丝杠轴2施加最佳的驱动扭矩的滚珠丝杠机构。

附图标记说明

1 滚珠丝杠机构 2 丝杠轴

3 移动体 4 滚珠

5 滚珠轴承 6 内圈

7 外圈 8 滚珠

9 固定螺丝 10 动力传递机构

11 滚珠单元 20 贯通孔

30 壳体 40 直线移动装置

45 直线移动机构

Claims (7)

1.一种滚珠丝杠机构，包括：

丝杠轴，具有螺旋槽并呈直线状延伸；

移动体，具有设置成包围所述丝杠轴的周围的壳体；以及

动力传递机构，将所述丝杠轴的推力传递到所述壳体，使所述移动体在所述丝杠轴的轴向移动，

所述动力传递机构具有多个滚珠轴承、与所述多个滚珠轴承分别对应的多个第一滚珠、以及与所述多个滚珠轴承中的不与所述丝杠轴相对的侧表面分别抵接的固定螺丝，

所述壳体具有供多个滚珠轴承分别插入的多个孔部，

所述多个滚珠轴承具有外圈、内圈以及与所述外圈和所述内圈接触的第二滚珠，所述外圈分别在一个侧表面与所述丝杠轴相对的状态下，沿所述螺旋槽以恒定间隔分别安装固定在所述壳体处，所述内圈配置在所述外圈的内部，在与所述丝杠轴相对的侧表面处分别形成有与所述多个第一滚珠接触的凹球面状的接触面，

所述各内圈以与所述丝杠轴的旋转轴正交的方向的旋转轴为中心分别可旋转地配设，并且所述多个第一滚珠在与所述接触面分别接触的状态下在所述螺旋槽内邻接地以恒定间隔配置，

在所述螺旋槽的底部分处设置有用于避免与所述第一滚珠接触的槽部，

所述第二滚珠设置在所述外圈的内周表面和所述内圈的外周表面处分别相对形成的凹部处，由此沿着所述外圈和所述内圈的径向被夹持，

所述外圈被所述孔部的底部和所述固定螺丝沿所述内圈的旋转轴方向被夹持，

所述内圈的形成有所述接触面的侧端部的内径大于所述第一滚珠的直径。

2.根据权利要求1所述的滚珠丝杠机构，其中，所述丝杠轴是空心结构。

3.根据权利要求1所述的滚珠丝杠机构，其中，所述滚珠丝杠机构构成为具有多个所述动力传递机构，并且该动力传递机构的对应的一对第一滚珠之间的所述丝杠轴方向的距离是从与配置有该一对第一滚珠的所述丝杠轴的螺旋槽间的螺距数相当的值减去与在来自所述第一滚珠的推力作用于所述丝杠轴的情况下的齿隙对应的值而得到的值。

4.根据权利要求2所述的滚珠丝杠机构，其中，所述滚珠丝杠机构构成为具有多个所述动力传递机构，并且该动力传递机构的对应的一对第一滚珠之间的所述丝杠轴方向的距离是从与配置有该一对第一滚珠的所述丝杠轴的螺旋槽间的螺距数相当的值减去与在来自所述第一滚珠的推力作用于所述丝杠轴的情况下的齿隙对应的值而得到的值。

5.根据权利要求1所述的滚珠丝杠机构，其中，在所述丝杠轴的每一导程设置有三个以上的所述滚珠轴承和所述第一滚珠。

6.一种直线移动装置，具有：

权利要求1所述的滚珠丝杠机构；

一对支撑块，可旋转地支撑所述滚珠丝杠机构的丝杠轴；

工作台，安装在所述滚珠丝杠机构的壳体处；以及

直线移动机构，具有一对导轨和移动块，所述一对导轨与所述滚珠丝杠机构的丝杠轴平行配置并呈直线状延伸，所述移动块安装在所述工作台处，并且装设在所述导轨处并沿该导轨分别进行直线移动。

7.根据权利要求6所述的直线移动装置，其中，

在所述直线移动机构中，所述导轨具有沿该导轨呈直线状延伸的引导槽，并且，

所述移动块具有设置成与所述导轨的两侧表面相对的壳体，

所述多个滚珠轴承分别在一个侧表面与所述导轨的引导槽相对的状态下沿所述导轨的引导槽安装在所述移动块的壳体处，并且所述引导槽的截面形成为圆弧状或哥特式拱状，

所述多个滚珠轴承具有外圈和内圈，所述外圈分别在一个侧表面与所述导轨相对的状态下，沿所述引导槽以恒定间隔分别安装固定在所述移动块的壳体处，所述内圈在与所述导轨相对的侧表面处形成有与所述多个第一滚珠分别接触的凹球面状的接触面，该各内圈以与所述导轨的长度方向正交的方向的旋转轴为中心分别可旋转地配设，并且所述多个第一滚珠在与所述接触面分别接触的状态下在所述导轨的引导槽内邻接地以恒定间隔配置。