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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kugelumlaufspindel, bei welcher eine Spindelwelle und eine Spindelmutter miteinander über die Vermittlung einer großen Anzahl an Kugeln verbunden sind, um eine relative Linearbewegung durchzuführen, und die zum Einsatz in Linearführungsabschnitten in Werkzeugmaschinen und verschiedenen Industriemaschinen, in Drehmomentübertragungsabschnitten in Industrierobotern, und dergleichen dient, und betrifft spezieller eine Vorgehensweise zur wirksamen Bewirkung einer Drehmomentübertragung zwischen der Spindelwelle und der Spindelmutter.
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Bekannte, herkömmliche Beispiele einer Kugelumlaufspindel dieser Art sind beschrieben in der
JP S58-137616 A , in der
JP S61-179414 U usw. Jede dieser Kugelumlaufspindeln weist eine Spindelwelle auf, die mit mehreren Bahnen von Kugelwälzoberflächen versehen ist, die in Längsrichtung verlaufen, und eine Spindelmutter, die mit der Spindelwelle über die Einwirkung einer großen Anzahl an Kugeln zusammengebaut ist, und mit Endlos-Umlaufwegen für die Kugeln versehen ist, wobei sich die Spindelmutter frei um die Spindelwelle in deren Längsrichtung drehen kann, wenn die Kugeln einen Endlosumlauf durchführen.
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Ferner ist aus der
US 2 908 152 A ein Gleitschlitten bekannt, bei dem drei gleichmäßig beabstandete Drehmomentübertragungsnuten an einer äußeren Umfangsfläche einer Spindelwelle vorgesehen sind. Jede dieser Drehmomentübertragungsnuten weist beidseitig eine Lastabrollfläche für eine Vielzahl an Kugeln auf. Gegenüberliegend sind an einer inneren Umfangsfläche einer Spindelmutter entsprechende Lastabrollflächen für die Kugeln ausgebildet.
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Eine Kugelumlaufspindel zeichnet sich nicht nur dadurch aus, dass die Spindelmutter frei eine Linearbewegung entlang der Spindelwelle durchführen kann, sondern auch dadurch, dass eine gegenseitige Drehmomentübertragung zwischen der Spindelwelle und der Spindelmutter in Bezug auf die Umfangsrichtung der Spindelwelle möglich ist. Bei der Kugelumlaufspindel, die in der
JP S61-179414 U beschrieben wird, sind zu dem Zweck, die Übertragung eines höheren Drehmoments zwischen der Spindelmutter und der Spindelwelle zu ermöglichen, in Längsrichtung verlaufende Rippenabschnitte an drei Umfangspositionen der Spindelwelle vorgesehen, die eine im Wesentlichen zylindrische Schnittform aufweist, und sind an der Basis jedes Rippenabschnitts zwei Kugelwälzoberflächen an beiden Seiten des Rippenabschnitts vorgesehen. Bei der Kugelumlaufspindel, die in der
JP S58-137616 A beschrieben wird, weist die Spindelwelle selbst eine im Wesentlichen rechteckige Schnittform auf, und sind in ihren beiden Seitenoberflächen in Längsrichtung verlaufende, breite Nutabschnitte vorgesehen, wobei ein Paar von Kugelwälzoberflächen in Bezug auf die Ecken dieser Nutabschnitte vorhanden ist.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
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Wie voranstehend erwähnt, sind Rippenabschnitte und Nutabschnitte auf der Umfangsoberfläche einer Spindelwelle vorgesehen, so dass zur Ausbildung einer langen Spindelwelle häufig Ziehen durchgeführt wird. Die Schnittform einer Spindelwelle wird daher durch Ziehen hergestellt, und dann werden durch Schleifen Kugelwälzoberflächen an vorbestimmten Positionen ausgebildet. Allerdings wird darauf hingewiesen, dass dann, wenn Rippenabschnitt an drei Umfangspositionen einer runden Welle vorgesehen sind, dies bedeutet, dass Nutabschnitte, deren Breite größer ist als jene der Rippenabschnitte, zwischen den benachbarten Rippenabschnitten ausgebildet werden, so dass das Schnittflächenverringerungsverhältnis des Wellenmaterials infolge des Ziehens relativ groß ist, was zu einem relativ schlechten Bearbeitungswirkungsgrad führt. Das gleiche Problem tritt in jenem Fall auf, bei welchem breite Nutabschnitte in beiden Seitenoberflächen eines Stangenmaterials mit im Wesentlichen rechteckiger Schnittforn vorgesehen sind.
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Wenn eine Spindel im Gebrauch ist, werden darüber hinaus beide Enden der Spindelwelle durch andere Anordnungen gehaltert, so dass es erforderlich ist, dort eine Endbearbeitung in Abhängigkeit von der Art der Lagerung durchzuführen; wenn die Schnittform der Spindelwelle nicht zylindrisch ist, sondern rechteckig, wird für die Endbearbeitung, die auf den Wellenenden durchgeführt werden muss, eine erheblich längere Zeit benötigt, was zu relativ hohen Herstellungskosten führt.
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Andererseits ist bei der Kugelumlaufspindel, wie sie in der
JP S61-179414 U beschrieben wird, in Bezug auf die Reihen von Kugeln, die auf einem Paar von Kugelwälzoberflächen ablaufen, die an beiden Seiten jedes Rippenabschnitts der Spindelwelle vorgesehen sind, die Kontaktstruktur für die Reihen der Kugeln in Bezug auf die Kugelwälzoberflächen ähnlich der Kontaktstruktur bei der Duplexkonstruktion mit einander zugewandten Oberflächen (DF-Typ) eines Schrägkugellagers. Wenn eine Drehmomentübertragung zwischen der Spindelmutter und der Spindelwelle erfolgt, kann daher die Spindelmutter in Umfangsrichtung der Spindelwelle verschoben werden, und kann im Falle der Übertragung eines hohen Drehmoments eine unzureichende Steifigkeit zwischen der Spindelwelle und der Spindelmutter auftreten.
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Im Gegensatz hierzu ist bei der Kugelumlaufspindel, wie sie in der
JP S58-137616 A beschrieben wird, in Bezug auf vier Reihen von Kugeln, die auf den Kugelwälzoberflächen ablaufen, die auf der Spindelwelle vorgesehen sind, die Kontaktstruktur für diese Kugelreihen in Bezug auf die Kugelwälzoberflächen ähnlich der Kontaktstruktur der Duplexkonstruktion mit Rückseite an Rückseite (DB-Typ) des Schrägkugellagers. Im Vergleich zur voranstehend geschilderten Kugelumlaufspindel, wie sie in der
JP S61-179414 U beschrieben wird, wird daher ermöglicht, ein ausreichendes Ausmaß an Steifigkeit zwischen der Spindelwelle und der Spindelmutter sicherzustellen. Andererseits kann im Vergleich zum Falle einer Spindelwelle mit einer kreisförmigen Schnittform, im Falle einer Spindelwelle mit einer im Wesentlichen rechteckigen Schnittform die Schnittfläche nicht anders als klein ausgebildet werden, wenn der maximalen Durchmesser gleich ist, und ist das geometrische Trägheitsmoment erheblich kleiner, was in der Hinsicht nachteilig ist, was die Biegesteifigkeit der Spindelwelle betrifft.
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der voranstehenden Probleme beim Stand der Technik entwickelt. Ein Vorteil der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Kugelumlaufspindel, bei welcher sich die Bearbeitung der Spindelwelle durch Ziehen einfach durchführen lässt, und bei welcher es möglich ist, eine Verringerung der Herstellungskosten zu erzielen.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Kugelumlaufspindel, bei welcher ermöglicht wird, ausreichend die Steifigkeit zwischen der Spindelwelle und der Spindelmutter zum Zeitpunkt der Übertragung von Drehmoment zu erhöhen, und bei welcher es ebenfalls möglich ist, ein ausreichendes Niveau der Biegesteifigkeit für die Spindelwelle sicherzustellen.
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MITTEL ZUR LÖSUNG DER PROBLEME
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Daher umfasst eine Kugelumlaufspindel gemäß der im unabhängigen Patentanspruch 1 definierten Erfindung:
- eine Spindelwelle, die eine kreisförmige Schnittform aufweist, und die in ihrer Außenumfangsoberfläche mehrere Bahnen in Längsrichtung verlaufender Drehmomentübertragungsnuten aufweist, die in gleichen Abständen angeordnet sind, wobei Kugelwälzoberflächen auf Seitenoberflächen von Stegteilen vorgesehen sind, die zwischen den Drehmomentübertragungsnuten angeordnet sind, sodass die Kugelwälzoberflächen an beiden Seiten in Richtung der Breite jeder der Drehmomentübertragungsnuten vorgesehen sind;
- eine Spindelmutter, die als ein Zylinder mit einem hohlen Loch ausgebildet ist, in welches die Spindelwelle eingepasst ist, und auf einer Innenumfangsoberfläche des hohlen Loches mehrere Bahnen von Lastwälzoberflächen, die benachbart in Umfangsrichtung sind, gegenüberliegend den Kugelwälzoberflächen der Spindelwelle aufweist; und
- eine große Anzahl von Kugeln, die derart ausgebildet sind, dass sie abrollen, während eine Last im Lastbereich aufgenommen wird, wobei die Kugelwälzoberflächen der Spindelwelle und die Lastwälzoberflächen der Spindelmutter sich gegenüberliegen, wobei
- die Entfernung zwischen einem Paar von Reihen von Kugeln, die auf den Kugelwälzoberflächen abrollen, die an beiden Seiten jedes der Stegteile vorgesehen sind, größer gewählt ist als die Entfernung zwischen einem Paar von Reihen von Kugeln, die auf den Kugelwälzoberflächen an beiden Seiten jeder der Drehmomentübertragungsnuten abrollen, und
- in der Spindelmutter Kugelrückkehrkanäle parallel zu den Lastbereichen vorgesehen sind, wobei diese Kugelrückkehrkanäle in den Kontaktnormalen der Kugeln und der Kugelwälzoberflächen liegen.
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Bei der Kugelumlaufspindel gemäß der vorliegenden Erfindung mit der voranstehend geschilderten Konstruktion wird, wenn die Spindelwelle durch Ziehen hergestellt wird, ermöglicht, dass Schnittflächenverringerungsverhältnis des Wellenmaterials infolge des Ziehens zu verringern, wodurch ermöglicht wird, den Bearbeitungswirkungsgrad beim Ziehen zu erhöhen. Weiterhin weist die Spindelwelle eine im Wesentlichen kreisförmige Schnittform auf, so dass das Ziehen unter Verwendung einer runden Welle als Material durchgeführt werden kann, und die Endbearbeitung, die bei der Spindelwelle nach dem Ziehen durchgeführt werden muss, wirksam durchgeführt werden kann.
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Bei der voranstehend geschilderten, vorliegenden Erfindung kann die Anzahl an Drehmomentübertragungsnuten, die im Umfang der Spindelwelle vorgesehen sind, gleich zwei oder mehr sein. Unter dem Gesichtspunkt des Gleichgewichts bei der Übertragung von Drehmoment zwischen der Spindelwelle und der Spindelmutter, und unter dem Gesichtspunkt der Vergleichförmigung der Lastkapazität für die Radiallast, die auf die Spindelmutter in Umfangsrichtung der Spindelmutter einwirkt, ist es jedoch vorzuziehen, dass die Anzahl an Drehmomentübertragungsnuten gleich drei ist.
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Die Spindelmutter kann vom Typ mit unbegrenztem Hub sein, der mit einem Endlos-Umlaufweg für die Kugeln versehen ist, oder vom Typ mit begrenztem Hub, der keinen derartigen Endlos-Umlaufweg aufweist. Bei beiden Typen ist es unter dem Gesichtspunkt, zu verhindern, dass die Kugeln in Kontakt miteinander gelangen, um Schwankungen des Gleitwiderstands der Spindelmutter zu unterdrücken, und die Erzeugung von Geräuschen zu unterdrücken, wünschenswert, dass die Kugeln in einer Reihe in vorbestimmten Abständen auf einem Kupplungsband angeordnet sind. Es ist wünschenswert, dass das Kupplungsband aus einem flexiblen Material, beispielsweise Harz besteht; wenn die Spindelmutter vom Typ mit begrenztem Hub ist, der voranstehend erwähnt wurde, kann sie aus einem Material ohne Flexibilität bestehen, beispielsweise aus einer Metallplatte.
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Wenn die Spindelmutter mit einem Endlos-Umlaufweg für die Kugeln versehen ist, ist es unter dem Gesichtspunkt, eine Verringerung der Abmessungen der Spindelmutter zu erzielen, wünschenswert, dass sich die beiden Endlos-Umwälzwege, die an beiden Seiten jeder Drehmomentübertragungsnut der Spindelwelle angeordnet sind, gegenseitig kreuzen, so dass ein Endlos-Umlaufweg durch den anderen Endlos-Umlaufweg hindurchgeht, wodurch die Endlos-Umlaufwege kompakt in Bezug auf die Spindelmutter ausgebildet werden.
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Weiterhin ist es, um eine kompakte Kugelumlaufspindel durch Verringerung der radialen Wanddicke der Spindelmutter zu erzielen, wünschenswert, dass die Endlos-Umlaufwege für die Kugeln in einer Tangentialebene in Bezug auf die Außenumfangsoberfläche der Spindelwelle liegen.
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Die Kugeln können in Kontakt mit der spindelwelle in jeder Richtung gehalten werden. Berücksichtigt man allerdings die Steifigkeit der Spindelmutter in Bezug auf die Spindelwelle, so ist es in Bezug auf das Paar der Kugelreihen, die auf beiden Seitenoberflächen von Stegteilen der Spindelwelle ablaufen, wünschenswert, dass der Schnittpunkt der Kontaktnormalen in Bezug auf die Kugelwälzoberflächen an der anderen Seite jener Linie liegt, welche die Zentren dieser Kugelreihen verbindet, in Bezug auf die Radialrichtung der Spindelwelle. Bei dieser Konstruktion ist die Kugelkontaktstruktur in Bezug auf die Spindelwelle ähnlich jener des Schrägkugellagers des DB-Typs, wodurch ermöglicht wird, eine Verbesserung in Bezug auf die Steifigkeit zwischen der Spindelmutter und der Spindelwelle zum Zeitpunkt der Drehmomentübertragung zu erzielen.
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Bei der Kugelumlaufspindel gemäß der vorliegenden Erfindung mit der voranstehend geschilderten Konstruktion wird bei der Herstellung der Spindelwelle durch Ziehen das Schnittflächenverringerungsverhältnis der Welle in Bezug auf die Bearbeitung verringert, so dass ermöglicht wird, den Bearbeitungswirkungsgrad beim Ziehen zu erhöhen. Wenn die Endbearbeitung der Spindelwelle nach dem Ziehen durchgeführt wird, kann darüber hinaus die Endbearbeitung effizient durchgeführt werden, wodurch ermöglicht wird, eine Verringerung der Herstellungskosten zu erreichen.
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Durch Ausbildung der Spindelwelle mit im Wesentlichen kreisförmiger Schnittform wird darüber hinaus ermöglicht, ein hohes geometrisches Trägheitsmoment zu erzielen, während eine Erhöhung des Durchmessers vermieden wird, und wird ermöglicht, in ausreichendem Ausmaß die Biegesteifigkeit der Spindelwelle sicherzustellen, während eine Erhöhung der Abmessungen der Kugelumlaufspindel vermieden wird.
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Weiterhin ist bei der Kugelumlaufspindel gemäß der vorliegenden Erfindung die Kugelkontaktstruktur in Bezug auf die Spindelwelle ähnlich jener eines Schrägkugellagers des DB-Typs, wodurch ermöglicht wird, ausreichend die Steifigkeit zwischen der Spindelwelle und der Spindelmutter zum Zeitpunkt der Drehmomentübertragung zu erhöhen.
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Figurenliste
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- 1: Eine Perspektivansicht einer Kugelumlaufspindel gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2: Eine Schnittansicht entlang der Linie II-II von 1.
- 3: Eine Schnittansicht entlang der Linie III-III von 2.
- 4: Eine Aufsicht und eine Seitenansicht eines Kugelverbindungsteils mit darauf angeordneten Kugeln.
- 5: Eine Schnittansicht von vorn einer Kugelumlaufspindel gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 6: Eine Schnittansicht von vorn einer Kugelumlaufspindel gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 7: Eine Schnittansicht von vorn einer Kugelumlaufspindel gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 8: Eine Schnittansicht von vorn einer Kugelumlaufspindel gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kugelumlaufspindel,
- 10
- Spindelwelle,
- 11a, 11b
- Kugelwälzoberfläche,
- 12
- Drehmomentübertragungsnut,
- 13
- Stegteil,
- 20
- Spindelmutter,
- 21a, 21b
- Lastwälzoberfläche,
- 22
- Kugelrückkehrkanal,
- 23
- Richtungsänderungskanal,
- 30
- Kugel.
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BESTE ART UND WEISE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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Nachstehend wird die Kugelumlaufspindel gemäß der vorliegenden Erfindung im Einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 und 2 sind Schnittansichten von vorn, die eine Kugelumlaufspindel gemäß der ersten Ausführungsform zeigen, bei welcher die vorliegende Erfindung eingesetzt wird. Die Kugelumlaufspindel 1 weist eine Spindelwelle 10 auf, die mit mehreren Bahnen in Längsrichtung verlaufender Kugelwälzoberflächen 11a, 11b versehen ist, und eine Spindelmutter 20, die im wesentlichen als ein Zylinder mit einem hohlen Loch 21 ausgebildet ist, in welches die Spindelwelle 10 eingepasst ist.
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Die Spindelwelle 10 weist eine im Wesentlichen kreisförmige Schnittform auf, und ist in ihrer Außenumfangsoberfläche mit drei Bahnen von in Längsrichtung verlaufenden Drehmomentübertragungsnuten 12 versehen. Die Drehmomentübertragungsnuten 12 sind so angeordnet, dass sie gleichmäßig die Außenumfangsoberfläche der Spindelwelle 10 in drei Abschnitte unterteilen, wobei jede Drehmomentübertragungsnut 12 so hergestellt ist, dass die Außenumfangsoberfläche der Spindelwelle 10 bogenförmig ausgeschnitten wird. Auf der Außenumfangsoberfläche der Spindelwelle 10 sind Stegabschnitte 13 vorgesehen, die zwischen den benachbarten Drehmomentübertragungsnuten 12 angeordnet sind. In jenem Fall, in welchem die Breite der Stegteile 13 der Breite der Drehmomentübertragungsnuten 12 verglichen wird, ist die Breite der Stegteile 13 so gewählt, dass sie größer ist als die Breite der Drehmomentübertragungsnuten 12.
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Wenn die Kugelumlaufspindelwelle 10 auf diese Art und Weise mit im Wesentlichen kreisförmiger Schnittform ausgebildet wird, wird ermöglicht, die Schnittfläche größer zu wählen als jene einer Spindelwelle mit im Wesentlichen quadratischer Schnittform, wenn der maximale Durchmesser gleich ist, so dass ermöglicht wird, das geometrische Trägheitsmoment der Spindelwelle 10 erheblich größer auszubilden, wodurch ermöglicht wird, die Biegesteifigkeit der Spindelwelle zu erhöhen.
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An beiden Seiten in Richtung der Breite jeder Drehmomentübertragungsnut 12 sind die Nutwände im Wesentlichen senkrecht zur Außenumfangsoberfläche der Spindelwelle 10, und an diesen Positionen sind die Kugelwälzoberflächen 11a, 11b vorgesehen. Ein Paar von Kugelwälzoberflächen 11a, 11b ist daher an Positionen an beiden Seiten jeder Drehmomentübertragungsnut 12 vorgesehen; bei der Spindelwelle 10 gemäß dieser Ausführungsform sind drei Paare vorhanden, also sechs Bahnen insgesamt, von Kugelwälzoberflächen 11a, 11b. Die Schnittoberflächen der Kugelwälzoberflächen 11a, 11b sind als gekrümmte Oberflächen ausgebildet, deren Krümmung etwas größer ist als jene der Kugeln, die dort ablaufen.
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Ein hohles Loch 21, das in der Spindelmutter 20 vorgesehen ist, weist eine Schnittform auf, die im Wesentlichen an die Schnittform der Spindelwelle 10 angepasst ist, die so in das hohle Loch 21 eingeführt wird, dass dazwischen ein kleiner Spalt verbleibt. Die Spindelmutter 20 weist Lastwälzoberflächen 21a, 21b gegenüberliegend den Kugelwälzoberflächen 11a, 11b der Spindelwelle 10 auf. Eine große Anzahl an Kugeln 30 ist zwischen den Kugelwälzoberflächen 11a, 11b und den Lastwälzoberflächen 21a, 21b angeordnet, und die Kugeln sind so ausgebildet, dass sie abrollen, während eine Last zwischen den Kugelwälzoberflächen 11a, 11b und den Lastwälzoberflächen 21a, 21b aufgenommen wird. Die Kugelwälzoberflächen 11a, 11b der Spindelwelle 10 und die Lastwälzoberflächen 21a, 21b der Spindelmutter 20 sind daher einander gegenüberliegend angeordnet, wodurch Lastbereiche ausgebildet werden, an welchen die Kugeln 30 abrollen, während sie eine Last aufnehmen.
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Die Richtung, in welche Last auf jede Kugel 30 einwirkt, die in dem Lastbereich abrollt, also die Kontaktnormalen n der Kugeln in Bezug auf die Kugelwälzoberflächen 11a, 11b der Spindelwelle 10 ist bzw. sind so gewählt, dass sie im Wesentlichen senkrecht zur Radialrichtung der Spindelwelle 10 verlaufen, und die Drehmomentübertragung zwischen der Spindelwelle 10 und der Spindelmutter 20 effizient durchgeführt wird. Weiterhin werden, wenn die Kontaktnormalen n der Kugeln 30 in Bezug auf die Kugelwälzoberflächen 11a, 11b so eingestellt sind, bei der Durchführung einer Drehmomentübertragung zwischen der Spindelwelle 10 und der Spindelmutter 20, die Kugeln 30 nicht in Radialrichtung der Spindelwelle 10 auf den Kugelwälzoberflächen 11a, 11b verschoben, so dass ermöglicht wird, die Spindelmutter 20 mit der Spindelwelle 10 mit hoher Steifigkeit in Bezug auf die Umfangsrichtung der Spindelwelle 10 zusammenzubauen.Wenn die Spindelwelle 10 gedreht wird, wird daher ermöglicht, exakt den Drehwinkel auf die Spindelmutter 20 zu übertragen. Es ist nicht immer erforderlich, dass die Kontaktnormalen n der Kugeln 30 in Bezug auf die Kugelwälzoberflächen 11a, 11b im Wesentlichen senkrecht zur Radialrichtung der Spindelwelle 10 eingestellt sind.
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Unter den Kugeln 30, die auf dem Paar der Kugelwälzoberflächen 11a, 11b abrollen, die an beiden Seiten jeder Drehmomentübertragungsnut 12 der Spindelwelle 10 vorgesehen sind, nehmen die Kugeln, die auf einer Kugelwälzoberfläche 11a abrollen, ein im Gegenuhrzeigersinn auf die Spindelmutter einwirkendes Drehmoment auf, und nehmen die Kugeln, die auf der anderen Kugelwälzoberfläche 11b abrollen, ein Drehmoment im Uhrzeigersinn auf.
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Die Kugeln 30, die das Drehmoment im Uhrzeigersinn aufnehmen, und die Kugeln 30, die das Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn aufnehmen, liegen einander gegenüber, wobei das Stegteil 13 der Spindelwelle 10 dazwischen liegt; der Schnittpunkt P der Kontaktnormalen n der Kugeln 30 liegt an der Außenseite der Linie m, welche die Zentren dieser Kugeln verbindet, in Bezug auf die Radialrichtung der Spindelwelle 10. Daher haltern die Kugelreihen, die an beiden Seiten jedes Stegteils 13 der Spindelwelle 10 angeordnet sind, das Stegteil 13 so, dass es zur Außenseite in Radialrichtung der Spindelwelle 10 gedrückt wird; dies allein unterstützt die Aufrechterhaltung einer hohen Steifigkeit zwischen der Spindelwelle 10 und der Spindelmutter 20, wodurch ermöglicht wird, die Verschiebung der Spindelmutter 20 auf ein Minimum zu unterdrücken, wenn eine Last oder ein Drehmoment in Radialrichtung dort einwirkt.
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Weiterhin sind in der Spindelmutter 20 Kugelrückkehrkanäle 22 vorgesehen, durch welche die Kugeln 30 im unbelasteten Zustand abrollen. Die Kugelrückkehrkanäle 22 sind parallel zu den Lastbereichen vorgesehen, und liegen in den Kontaktnormalen n der Kugeln 30 und den Kugelwälzoberflächen 11a, 11b. Um die Kugeln 30, die über die Lastbereiche abgerollt sind, in die Kugelrückkehrkanäle 22 zu schicken, sind darüber hinaus die Lastbereiche und die Kugelrückkehrkanäle 22 durch bogenförmige Richtungsänderungskanäle 23 verbunden. Wie in 3 gezeigt, sind die Richtungsänderungskanäle 23 bei der vorliegenden Ausführungsform im Wesentlichen gekrümmt mit einer im ! Wesentlichen festen Krümmung ausgebildet. Allerdings ist dies nicht als einschränkend zu verstehen; sie können beispielsweise auch mit einer Form einschließlich eines geradlinigen Abschnitts versehen sein.
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Wie in 3 gezeigt, wird die Spindelmutter 20 durch einen Mutternhauptkörper 20a und ein Paar von Endkappen 20b gebildet, die an den Enden in Axialrichtung des Mutternhauptkörpers 20a angebracht sind; die Lastwälzoberflächen 21a, 21b und die Kugelrückkehrkanäle 22 sind in dem Mutternhauptkörper 20a vorgesehen, und die Richtungsänderungskanäle 23 sind in den Endkappen 20b vorgesehen. Durch Anbringung der Endkappen 20b an den Enden in Axialrichtung des Mutternhauptkörpers 20a wird jede Lastwälzoberfläche 21a mit dem entsprechenden Kugelrückkehrkanal 22 verbunden, wodurch ein Endlos-Umlaufweg für den Umlauf der Kugeln 30 geschlossen wird, die durch den Lastbereich abgerollt sind, erneut zum Lastbereich hin. Wenn die Spindelmutter 20 sich entlang der Spindelwelle 10 bewegt, laufen daher die Kugeln 30 durch die Endlos-Umlaufwege um, wodurch ermöglicht wird, dass die Spindelmutter 20 frei eine Hin- und Herbewegung mit frei wählbarem Hub entlang der länglichen Spindelwelle 10 durchführt.
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Die Kugeln 30 füllen nicht die Endlos-Umlaufwege unverändert, sondern sind, wie in 4 gezeigt, in einer Reihe auf einem Kupplungsband 40 angeordnet, das aus einem flexiblen Kunstharz besteht, so dass sie in den Endlos-Umlaufweg zusammen mit dem Kupplungsband 40 eingeführt werden. Das Kupplungsband 40 wird durch mehrere scheibenförmige Abstandsstücke 41 gebildet, die zwischen den benachbarten Kugeln 30 vorgesehen sind, und durch ein flaches Bandteil 42, das die scheibenförmigen Abstandsstücke 41 verbindet, und jede Kugel 30 wird drehbar durch ein Paar in Längsrichtung benachbarter Abstandsstücke 41, 41 gehaltert. Wenn das Kupplungsband 40 aus dem Endlos-Umlaufweg der Spindelmutter 20 herausgezogen wird, lösen sich daher die Kugeln 30 nicht von dem Kupplungsband 40, was die Handhabung der Kugeln 30 erleichtert.
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Wenn die Kugeln 30 auf dem wie geschildert konstruierten Kupplungsband 40 angeordnet sind, kann das Kupplungsband 40 frei nur in Richtung senkrecht zur Oberfläche des Bandteils 42 gebogen werden, jedoch sind, wie in 2 gezeigt, die Richtungsänderungskanäle 23 so ausgebildet, dass sie die Kontaktnormalen n der Kugeln 30 und die Kugelwälzoberflächen 11a, 11b überlappen, so dass das Kupplungsband 40 durch den Endlos-Umlaufweg umlaufen kann, während es sich von selbst biegt.
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Allerdings wird darauf hingewiesen, dass es zur Verringerung des Widerstands, der dem Umlauf des Kupplungsbandes 40 entgegengesetzt wird, erforderlich ist, dass der Krümmungsradius des Richtungsänderungskanals 23, welcher den Lastbereich und die Kugelrückkehrkanal 22 verbindet, groß gewählt wird; aus diesem Grund ist es erforderlich, dass die Entfernung zwischen dem Lastbereich und dem Kugelrückkehrkanal 22, die parallel zueinander verlaufen, groß gewählt wird. Bei der Kugelumlaufspindel 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Kontaktrichtung der Kugeln 30 in Bezug auf die Kugelwälzoberflächen 11a, 11b der Spindelwelle 10 eine Richtung senkrecht zur Radialrichtung der Spindelwelle 10, so dass anders ausgedrückt, die Kontaktrichtung auf der Tangentialebene der Außenumfangsoberfläche der Spindelwelle 10 liegt; weiterhin ist der Richtungsänderungskanal 23 so angeordnet, dass er die Kontaktnormalen n der Kugeln 30 und die Kugelwälzoberflächen 11a, 11b überlappt, so dass selbst dann, wenn die Entfernung zwischen dem Lastbereich und dem Kugelrückkehrkanal 22 groß gewählt ist, der Kugelrückkehrkanal 22 nicht stark nach außen in Radialrichtung der Spindelmutter 20 vorsteht, und ermöglicht wird, eine Erhöhung des Außendurchmessers der Spindelmutter 20 entsprechend zu unterdrücken.
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Wenn die Entfernung zwischen dem Lastbereich und dem Kugelrückkehrkanal 22 groß gewählt ist, besteht die Befürchtung einer gegenseitigen Störung zwischen dem Richtungsänderungskanal 23 des Endlos-Umlaufweges für die Kugeln 30, welche ein Drehmoment im Uhrzeigersinn der Spindelmutter 20 aufnehmen, und jenem des Endlos-Umlaufweges für die Kugeln 30, welche das Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn aufnehmen. Bei der Kugelumlaufspindel gemäß der vorliegenden Ausführungsform weicht jedoch die Anordnungsposition eines Endlos-Umlaufweges in Axialrichtung der Spindelmutter 20 von der Anordnungsposition des anderen Endlos-Umlaufweges ab, und geht ein Endlos-Umlaufweg durch den anderen Endlos-Umlaufweg hindurch, wodurch eine gegenseitige Störung der Richtungsänderungskanäle 23 verhindert wird, welche die Endlos-Umlaufwege bilden. Wenn daher, wie in 2 gezeigt, die Spindelmutter 20 in Axialrichtung betrachtet wird, kreuzen sich der Richtungsänderungskanal 23 für die Kugeln 30, die das Drehmoment im Uhrzeigersinn aufnehmen, und der Richtungsänderungskanal 23 für die Kugeln 30, welche das Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn aufnehmen, gegenseitig; allerdings weichen sie, wie in 3 gezeigt, voneinander in Bezug auf die Axialrichtung der Spindelmutter 20 ab, und stören sich nicht gegenseitig. Dies ermöglicht es weiterhin, dass bei der Kugelumlaufspindel 1 gemäß dieser Ausführungsform eine Verringerung der Abmessungen der Spindelmutter 20 erzielt werden kann.
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Bei dem Mutternhauptkörper 20a, der ein Teil der Spindelmutter 20 bildet, sind an beiden Seiten der Lastwälzoberflächen 21a, 21b Kugelhalteabschnitte 24, 25 vorgesehen, die aus Kunstharz bestehen. Die Kugelhalteabschnitte 24, 25 verhindern, dass die Kugeln 30, die in den Lastbereichen angeordnet sind, von der Spindelmutter 20 herunterrollen, wenn die Spindelmutter 20 von der Spindelwelle 10 abgenommen wird. Um zu verhindern, dass die Kugeln 30 Geräusche verursachen, wenn sie durch die Kugelrückkehrkanäle 22 im unbelasteten Zustand rollen, sind darüber hinaus die Innenumfangsoberflächen der Kugelrückkehrkanäle 22 mit Kanalausbildungsabschnitten 26 abgedeckt, die aus Kunstharz bestehen. Weiterhin sind in den Kugelhalteabschnitten 24, 25 und den Kanalausbildungsabschnitten 26 in Axialrichtung Führungsnuten zum Führen der Bandteile 42 vorgesehen, und die Kupplungsbänder 40 laufen über feste Wege ab, ohne eine Meanderbewegung, in den Endlos-Umlaufwegen.
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Die Kugelhalteabschnitte 24, 25 und die Kanalausbildungsabschnitte 26, die beide aus Kunstharz bestehen, werden durch Einsetzformen unter Verwendung eines Metallblockabschnitts 27 mit den Lastwälzoberflächen 21a, 21b als Kern hergestellt. Weiterhin sind, wie in 3 gezeigt, an den Endoberflächen in Axialrichtung des Metallblockabschnitts 27 Endformabschnitte 28 aus Kunstharz zum Anbringen der Endkappen 20b vorgesehen, und sind die Endformabschnitte 28 durch die Kugelhalteabschnitte 24, 25 und die Kanalausbildungsabschnitte 26 verbunden. Die Kugelhalteabschnitte 24, 25, die Kanalausbildungsabschnitte 26, und die Endformabschnitte 28 werden daher vereinigt ausgeformt, so dass sie den Metallblockabschnitt 27 umgeben, und werden fest mit dem Metallblockabschnitt 27 verbunden. Durch derartiges Ausformen des Mutternhauptkörpers 20a durch Spritzgießen von Kunstharz wird ermöglicht, eine Verringerung des Gewichts des Mutternhauptkörpers 20a zu erreichen; darüber hinaus werden die Bearbeitung und der Zusammenbau des Mutternhauptkörpers 20a erleichtert.
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5 zeigt eine Kugelumlaufspindel gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die Kugelumlaufspindel 2 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der Kugelumlaufspindel gemäß der ersten Ausführungsform in Bezug auf die Form der Drehmomentübertragungsnuten 12, die in der Spindelwelle 10 vorgesehen sind; die Tiefe der Drehmomentübertragungsnuten 12 ist geringer. Bei der vorliegenden Erfindung kann daher die Konfiguration der Drehmomentübertragungsnuten 12 der Spindelwelle 10 frei wählbar geändert werden. Wenn die Kontaktrichtung der Kugeln 30 in Bezug auf die Spindelwelle 10 und die Anzahl an Kugelreihen gleich sind, wird desto stärker, je geringer die Abmessungen der Drehmomentübertragungsnuten 12 sind, die Steifigkeit der Spindelwelle 10 in Bezug auf eine Radialbelastung erhöht.
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Daher ist die Steifigkeit in Bezug auf eine Radialbelastung höher bei der Kugelumlaufspindel 2 gemäß der zweiten Ausführungsform, als bei der Kugelumlaufspindel 1 gemäß der ersten Ausführungsform. In der Zeichnung werden die gleichen Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform verwendet.
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6 zeigt eine Kugelumlaufspindel gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die Kugelumlaufspindel 3 gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von der Kugelumlaufspindel 1 gemäß der ersten Ausführungsform nur in der Hinsicht, dass die Anzahl an Drehmomentübertragungsnuten 12, die in der Spindelwelle 10 vorgesehen sind, gleich zwei ist. Daher sind in der Außenumfangsoberfläche der Spindelwelle 10 zwei Bahnen von Drehmomentübertragungsnuten 12 in entgegengesetzten Richtungen vorgesehen; ein Paar von Kugelwälzoberflächen 11a, 11b ist an beiden Enden in Richtung der Breite jeder der Drehmomentübertragungsnuten 12 vorgesehen. Die Kontaktrichtung der Kugeln 30 in Bezug auf die Kugelwälzoberflächen 11a, 11b ist die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform. Wenn eine Belastung oder ein Drehmoment in radialer Richtung auf die Spindelmutter 20 einwirkt, ist daher die Anzahl an Kugelreihen, die abrollen, während sie diese Belastung aufnehmen, gleich vier, was bedeutet, dass diese Kugelumlaufspindel geeigneter ist für Einsätze mit geringerer Belastung als die Kugelumlaufspindel 1 gemäß der ersten Ausführungsform. In der Zeichnung werden die gleichen Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform verwendet.
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Da die Anzahl an Drehmomentübertragungsnuten 12 nur zwei bei der Spindelwelle 10 gemäß der dritten Ausführungsform beträgt, ist darüber hinaus der Bearbeitungswirkungsgrad beim Ziehen noch zufrieden stellender.
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Zwar wird bei den voranstehend geschilderten Ausführungsformen eine Verringerung der Abmessungen der Spindelmutter 20 dadurch erzielt, dass so vorgegangen wird, dass sich der Endlos-Umlaufweg für die Kugeln 30, welche ein Drehmoment im Uhrzeigersinn aufnehmen, und der Endlos-Umlaufweg für die Kugeln 30, welche das Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn aufnehmen, gegenseitig kreuzen, jedoch ist, wenn eine Erhöhung der Abmessungen der Spindelmutter 20 zulässig ist, es ebenfalls möglich, wie bei der in 7 gezeigten, vierten Ausführungsform und der in 8 gezeigten, fünften Ausführungsform, nicht ein Paar von Endlos-Umlaufwegen 50, 50 zur gegenseitigen Kreuzung zu veranlassen, wobei die Kugelrückkehrkanäle 20, 22 der Endlos-Umlaufwege 50, 50 nahe aneinander an Positionen angeordnet sind, an welchen sie jeden Drehmomentübertragungsweg 12 der Spindelwelle 10 auf zwei Teile unterteilen. Wenn auf diese Art und Weise die benachbarten Endlos-Umlaufwege 50, 50 nicht zur gegenseitigen Kreuzung veranlasst werden, ist es nicht erforderlich, die Ausbildungsposition eines Endlos-Umlaufweges 50 in Axialrichtung der Spindelmutter 20 von der Ausbildungsposition des anderen Endlos-Umlaufweges 50 abweichen zu lassen, wodurch ermöglicht wird, eine Erhöhung der Länge in Axialrichtung der Spindelmutter 20 zu unterdrücken, verglichen zu jener bei der Kugelumlaufspindel 1 gemäß der ersten Ausführungsform.
