DE112008002285B4

DE112008002285B4 - Bewegungsvorrichtung und sich bewegende Vorrichtung

Info

Publication number: DE112008002285B4
Application number: DE112008002285.2T
Authority: DE
Inventors: Makoto Iizumi; Akimasa Yoshida; Shinji Aoki
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2008-08-26
Publication date: 2022-11-10
Anticipated expiration: 2028-08-27
Also published as: TWI443270B; WO2009028482A1; JP2013079729A; TW200928143A; KR101490541B1; CN101784805A; JPWO2009028482A1; DE112008002285T5; KR20100046031A; CN101784805B; US8469595B2; US20110041629A1; JP5526247B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bewegungsvorrichtung und eine sich bewegende Vorrichtung, wobei die Gesamtgröße in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung eines Bahnelements auf äußerst geringe Großen verringert werden kann und eine Miniaturisierung erzielt werden kann. Eine Bewegungsvorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung umfasst ein Bahnelement 2 und sich bewegende Elemente 3, die in das Bahnelement 2 eingesetzt sind und so geführt werden, dass sie sich in einer Längsrichtung des Bahnelements 2 hin und her bewegen können, wobei an Enden der sich bewegenden Elemente 3 zylindrische Vorsprunge 6a, die in der Längsrichtung L vorstehen und in das Bahnelement 2 eingesetzt sind, ausgebildet sind, um an Lagern 7 schwenkbar unterstützt werden zu können, und wobei die Gesamtgröße um das Bahnelement 2 in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung L der Vorsprunge 6a kleiner ist als jene der sich bewegenden Elemente 3.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bewegungsvorrichtung und auf eine sich bewegende Vorrichtung, die sich bewegende Elemente längs eines länglichen Bahnelements wie etwa einer Kugelnutspindel [engl.: ball spline], einer Kugelumlaufspindel und einer Führung relativ bewegen.
Stand der Technik
Bisher werden, um ein Werkstück oder ein Werkzeug mit hoher Genauigkeit in einer Maschinenanlage wie etwa einer Werkzeugmaschine und verschiedenen industriellen Maschinen zu bewegen oder um bewegliche Elemente mit hoher Genauigkeit in Präzisionsinstrumenten oder dergleichen zu betreiben, gemäß verschiedenen Anwendungen Bewegungsvorrichtungen wie etwa Kugelumlaufspindeln, Kugelnutspindeln und Führungen mit unterschiedlichen Größen verwendet. Insbesondere ist seit kurzem entsprechend der zunehmenden Kompaktheit von Maschinen oder Mechanismen zunehmend die Kompaktheit der Bewegungsvorrichtungen selbst, die die Maschinen bilden, erwünscht.
Im Allgemeinen umfasst die Bewegungsvorrichtung ein Bahnelement, das so installiert ist, dass es in Längsrichtung verläuft, und sich bewegende Elemente, die in das Bahnelement eingesetzt sind und in der Erstreckungsrichtung beweglich unterstützt sind. Da an den inneren Abschnitten der sich bewegenden Elemente Wälzelemente einschließlich mehrerer Kugeln oder dergleichen unterstützt sind, können sich die sich bewegenden Elemente und das Bahnelement über die Wälzelemente relativ zueinander gleichmäßig bewegen. Außerdem werden die sich bewegenden Elemente und das Bahnelement relativ zueinander bewegt, wodurch ein an der Bewegungsvorrichtung befestigtes Organ dazu veranlasst wird, sich zu bewegen.
Um die Wälzelemente an den inneren Abschnitten der sich bewegenden Elemente zu halten, sind beide Enden der Bahnelemente in Längsrichtung mit zwei Deckeln in Kontakt, so dass sie verengt und verschlossen sind, wobei beide Enden und die beiden Deckel einteilig miteinander ausgebildet sind. Im Allgemeinen erfolgt die Befestigung der Deckel an den sich bewegenden Elementen durch eine Schraubbefestigung. Weiterhin werden Schrauben in Gewindebohrungen geschraubt, die in einer Richtung senkrecht zu den Kontaktoberflächen der Deckel und der sich bewegenden Elemente verlaufen und installiert sind, und werden befestigt, um die Wälzelemente in den sich bewegenden Elementen einzuschließen.
Ferner ist in der Patentschrift 1 eine Bewegungsvorrichtung beschrieben, in der die sich bewegenden Elemente angenähert zylindrische Formen haben, wobei die äußeren Umfangsoberflächen an Lagern schwenkbar unterstützt sind. Die Bewegungsvorrichtung ist in der Weise konfiguriert, dass sich die Lager und das Bahnelement in Längsrichtung des Bahnelements relativ zueinander bewegen können und daher in der Lage sind, sich selbst in einer Umfangsrichtung der sich bewegenden Elemente relativ zueinander zu drehen. Daher wird der Freiheitsgrad der Bewegung erhöht, so dass es möglich ist, in verschiedenen Anwendungen verwendet zu werden. Weiterhin sind innere Umfänge von Kugeln (Lagerwälzelementen), die in die Lager einzubauen sind, nicht durch den inneren Rand der Lager aufgenommen, sondern sind durch Umfangsnuten (Wälzoberflächen eines Lagerwälzelements), die an den äußeren Umfangsoberflächen der sich bewegenden Elemente ausgebildet sind, unterstützt und werden wälzend angetrieben, so dass die Gesamtgröße der Vorrichtung in Durchmesserrichtung auf eine geringe Größe verringert ist.
[Patentschrift 1]: Japanische Offenlegungsschrift Nr. JP S58 142021 A .
Offenbarung der Erfindung
Technisches Problem
Die sich bewegenden Elemente und die Deckel sind jedoch in Gewindebohrungen, die sich in der Längsrichtung des Bahnelements erstrecken, unter Verwendung von Schrauben geschraubt und darin befestigt. Somit ist es an der Kontaktoberfläche (Seitenoberfläche) hiervon erforderlich, einen Oberflächenbereich mit mehr als einer bestimmten Größe vorzusehen, um die Gewindebohrungen bereitzustellen. Aus diesem Grund kann die Gesamtgröße der sich bewegenden Elemente und der Deckel in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung nicht mit Abmessungen gebildet werden, die kleiner oder gleich einem bestimmten Betrag sind, weshalb bezüglich der Miniaturisierung eine Beschränkung besteht. Insbesondere ist in einer Bewegungsvorrichtung, die in einer Präzisionsanlage oder dergleichen verwendet wird, entsprechend der Kompaktheit der Anlage eine erneute Zunahme der Kompaktheit der Bewegungsvorrichtung selbst erforderlich, wobei das Problem entsteht, wie die Gesamtgröße der Vorrichtung zu verringern und zu miniaturisieren ist.
Ferner sind selbst in einer Bewegungsvorrichtung, in der die äußeren Umfangsoberflächen der sich bewegenden Elemente durch die Lager schwenkbar unterstützt sind, wie in der Patentschrift 1 beschrieben ist, die sich bewegenden Elemente und Lager integriert und miniaturisiert, wobei dies jedoch nach wie vor unzureichend geschieht, so dass ein neues Miniaturisierungsverfahren erforderlich ist. Daher besteht ein Problem, wie die Gesamtgröße klein gehalten werden kann. Ferner ist selbst in einer sich bewegenden Vorrichtung, in der die Bewegungsvorrichtung mit einer Antriebsquelle kombiniert ist, eine Miniaturisierung in ähnlicher Weise erforderlich.
Die US 4 456 312 A offenbart eine Kombination zwischen drehender und linearer Bewegungsvorrichtung. Es ist eine Rückhaltevorrichtung mit Kugelführungen vorhanden, in die einzelne Kugeln eingesetzt sind.
Die AT 1 112 E offenbart ein drehbewegliches Führungselement mit unbegrenzter Beweglichkeit durch Kugelberührung auf einer glatten Welle mit einer äußeren Hülse, einem frei drehbeweglichen rohrförmigen inneren Käfig, der axial gegenüber der Hülse festgehalten ist und Kugelbahnen in Form in sich geschlossener Umlaufwege auf jeweils zwei längsgerichteten, die Wandung des Käfig durchsetzenden geraden Stücken und Endschleifen, die die geraden Stücke verbinden.
Aus JP 05 047541 U ist eine Bewegungsvorrichtung bekannt, bei der das zylindrische bewegte Element komplett den Kugelumlaufpfad aufweist, und keine Deckel offenbart sind, die etwaige Richtungsänderungspfade enthalten. Zudem fehlen äußere Organe welche nicht vorhandene Deckel abdecken könnten. Das zylindrische Element enthält zwei Sicherungsringe um das Rausfallen der Kugeln zu verhindern, jedoch enthalten diese keinerlei Richtungsänderungspfade.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Bewegungsvorrichtung und eine sich bewegende Vorrichtung zu schaffen, die die Gesamtgröße in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Bahnelements auf äußerst kleine Größen verringern können und eine Miniaturisierung erzielen können. Weiterhin ist es eine Aufgabe, den Außendurchmesser der Vorrichtung möglichst klein zu gestalten.
Technische Lösung
Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, schlägt die vorliegende Erfindung die folgenden Strukturen vor. Das heißt, die vorliegende Erfindung ist auf eine Bewegungsvorrichtung bezogen, die die Merkmale von Anspruch 1 aufweist.
Vorzugsweise können bei der Bewegungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung Vorsprünge so installiert sein, dass sie an Lagern schwenkbar unterstützt werden können. Die Gesamtgröße in der Richtung senkrecht zu der Längsrichtung des Bahnelements wird somit verringert, beispielsweise um im Wesentlichen 50 % im Vergleich zu einem herkömmlichen Fall, indem die Lager an den äußeren Oberflächen der sich bewegenden Elemente schwenkbar unterstützt sind. Da somit die Bewegungsvorrichtung durch äußerst kleines Ausbilden der Gesamtgröße miniaturisiert werden kann, ist es möglich, sie auf viele verschiedene Anwendungen und viele verschiedene Wünsche anzuwenden. Weiterhin sind durch Installieren der Lager in der Bewegungsvorrichtung die Lager und das Bahnelement in der Weise geformt, dass sie sich nicht nur in der Längsrichtung des Bahnelements relativ zueinander bewegen können, sondern sich auch selbst in der Umfangsrichtung um das Bahnelement relativ zueinander drehen können. Da somit der Freiheitsgrad der Bewegungsrichtung erhöht ist, ist es möglich, sie auf nochmals weitere Anwendungen anzuwenden.
Weiterhin sind vorzugsweise in der Bewegungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung an den äußeren Oberflächen der Vorsprünge Wälzoberflächen eines Lagerwälzelements ausgebildet, um die in die Lager einzubauenden Lagerwälzelemente wälzend anzutreiben. Im Ergebnis sind an den äußeren Oberflächen der Vorsprünge Lager nicht getrennt ausgebildet, sondern es sind Wälzoberflächen eines Lagerwälzelements wie etwa Nuten für die Unterstützung von Lagerwälzelementen einschließlich Kugeln oder dergleichen, die in die Lager einzubauen sind, an der Innenseite hiervon installiert.
Weiterhin sind die Wälzelemente in den inneren Abschnitten der sich bewegenden Elemente durch Deckel, die an den Enden in Längsrichtung der sich bewegenden Elemente installiert sind, eingeschlossen.
In der Bewegungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind die sich bewegenden Elemente und die Deckel in Längsrichtung mittels des äußeren Organs, das installiert ist, um die sich bewegenden Elemente um die Deckel abzudecken, eng aneinander befestigt. Daher besteht im Gegensatz zu einer herkömmlichen Bewegungsvorrichtung kein Bedarf an der Befestigung der sich bewegenden Elemente und der Deckel durch Verschrauben in Gewindebohrungen, die senkrecht zu der Kontaktoberfläche verlaufen und installiert sind. Somit besteht in der Kontaktoberfläche kein Bedarf an der Reservierung eines bestimmten Oberflächenbereichs, um Gewindebohrungen zu bilden. Daher kann in der Bewegungsvorrichtung die Gesamtgröße der sich bewegenden Elemente in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung des Bahnelements äußerst stark verringert und miniaturisiert werden. Daher kann die Bewegungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Anwendungen und für verschiedene Wünsche verwendet werden.
Vorzugsweise sind in der Bewegungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung die äußeren Organe an beiden Enden der sich bewegenden Elemente entgegengesetzt angeordnet, sind konvexe Abschnitte und konkave Abschnitte an den Enden einander zugewandt ausgebildet und können die konvexen Abschnitte und die konkaven Abschnitte so angeordnet sein, dass sie miteinander in Eingriff gelangen. Auf diese Weise sind die konvexen Abschnitte und die konkaven Abschnitte jedes äußeren Organs, die einander entgegengesetzt angeordnet sind, miteinander in Eingriff. Selbst wenn daher beispielsweise die Länge in Längsrichtung des Bahnelements gering ist, können die äußeren Elemente die Länge in Längsrichtung annehmen. Aufgrund der Länge können die sich bewegenden Elemente und die Deckel stark befestigt werden. Ferner können sich die äußeren Organe, die einander entgegengesetzt angeordnet sind, an relativen gegenseitigen Positionen in der Umfangsrichtung um das Bahnelement mittels der konvexen Abschnitte und der konkaven Abschnitte, die miteinander in Eingriff gelangen sollen, positionieren.
Weiterhin kann in der Bewegungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung die Befestigung der sich bewegenden Elemente und der Deckel durch die äußeren Organe durch Kleben erfolgen. Auf diese Weise erfolgt die Befestigung durch einen Klebstoff, der auf die äußeren Oberflächen der sich bewegenden Elemente und/oder auf die Deckel und/oder auf die inneren Oberflächen der äußeren Organe aufgebracht wird. Im Gegensatz zu der herkömmlichen Vorrichtung besteht daher nicht der Nachteil, dass die Schrauben, die für die Befestigung der sich bewegenden Elemente und der Deckel verwendet werden, verloren gehen oder verschleißen können, was eine Verschlechterung der Bearbeitbarkeit oder eine Verringerung der Produktivität hervorrufen würde. Weiterhin erleichtert die Befestigung durch den Klebstoff eine Automatisierung einer Produktion.
Außerdem können in der Bewegungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung die äußeren Organe einteilig mit den Deckeln ausgebildet sein und so angeordnet sein, dass sie die sich bewegenden Elemente abdecken. Die sich bewegenden Elemente und die Deckel können aneinander mittels der äußeren Organe befestigt werden. Im Ergebnis kann, da die Anzahl der Komponenten, die die Bewegungsvorrichtung bilden, weiter reduziert werden kann, die Anzahl der Montageprozesse verringert werden, außerdem kann die Produktivität verbessert werden.
Ferner kann die vorliegende Erfindung eine sich bewegende Vorrichtung sein, die die oben beschriebene Bewegungsvorrichtung und eine Antriebsquelle zum Antreiben der Bewegungsvorrichtung in Längsrichtung des Bahnelements umfasst. Als Antriebsquelle kann beispielsweise ein Linearmotormechanismus verwendet werden. Falls ferner die Antriebsquelle parallel zu der Bewegungsvorrichtung in der Längsrichtung kombiniert ist, ist es möglich, eine sich bewegende Vorrichtung zu bilden, deren Gesamtgröße in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Bahnelements äußerst klein ist. Ferner besitzt die sich bewegende Vorrichtung eine ausgezeichnete Bewegungssteuerbarkeit und Positionierungsgenauigkeit. Daher kann die sich bewegende Vorrichtung der vorliegenden Erfindung in vielen verschiedenen Anwendungen verwendet werden.
Vorteilhafte Wirkungen
Mit der Bewegungsvorrichtung und der sich bewegenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Gesamtgröße in der Richtung senkrecht zu der Längsrichtung des Bahnelements auf eine äußerst kleine Größe verringert, so dass eine Miniaturisierung erzielt werden kann. Daher kann die sich bewegende Vorrichtung unabhängig bewegt werden.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die eine schematische Struktur einer Kugelnutspindel als eine Bewegungsvorrichtung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Draufsicht, die eine schematische Struktur einer Kugelnutspindel als eine Bewegungsvorrichtung in einer Ausführungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine Draufsicht, die eine schematische Struktur eines zweiten abgewandelten Beispiels einer Kugelnutspindel zeigt.
4 ist eine Draufsicht, die eine schematische Struktur eines dritten abgewandelten Beispiels einer Kugelnutspindel zeigt.
5 ist eine Draufsicht, die eine schematische Struktur eines vierten abgewandelten Beispiels einer Kugelnutspindel zeigt.

Bezugszeichenliste

1: KUGELNUTSPINDEL (BEWEGUNGSVORRICHTUNG)
2: KEILWELLE (BAHNELEMENT)
3: SICH BEWEGENDES ELEMENT
4: DECKEL
4a: RICHTUNGSÄNDERUNGSPFADE DER WÄLZELEMENTE
4b: DECKEL
5: WÄLZELEMENTE
6: KAPPEN (ÄUSSERE ORGANE)
6a: VORSPRÜNGE
6b: ÄUSSERE UMFANGSOBERFLÄCHEN (ÄUSSERE OBERFLÄCHEN)
6c: WÄLZNUTEN DES LAGERWÄLZELEMENTS (WÄLZOBERFLÄCHE DES LAGERWÄLZELEMENTS)
6d: ABDECKUNG (ÄUSSERES ORGAN)
6e: KONVEXE ABSCHNITTE
6f: KONKAVE ABSCHNITTE
7: LAGER
7a: LAGERWÄLZELEMENTE
8: LINEARMOTORMECHANISMUS (ANTRIEBSQUELLE)
11: KUGELNUTSPINDEL (BEWEGUNGSVORRICHTUNG)
21: KUGELNUTSPINDEL (BEWEGUNGSVORRICHTUNG)
31: KUGELNUTSPINDEL (BEWEGUNGSVORRICHTUNG UND SICH BEWEGENDE VORRICHTUNG)
L: ACHSENRICHTUNG DER KEILWELLE (LÄNGSRICHTUNG)

Beste Art zur Ausführung der Erfindung
Im Folgenden werden mit Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die eine schematische Struktur einer Kugelnutspindel als eine Bewegungsvorrichtung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine Draufsicht, die eine schematische Struktur der Kugelnutspindel in 1 zeigt. Die 3 bis 5 sind Draufsichten, die schematische Strukturen abgewandelter Beispiele der Kugelnutspindel zeigen.
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, umfasst eine Kugelnutspindel 1 als eine Bewegungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Keilwelle (Bahnelement) 2 mit einer länglichen runden Stangen- oder Rohrform, wobei an der äußeren Umfangsoberfläche der Keilwelle 2 zwei Wälzelement-Wälznuten (Wälzelement-Wälzoberflächen) 2a ausgebildet sind, die sich in einer axialen Richtung (Längsrichtung) L hiervon erstrecken. Die beiden Wälzelement-Wälznuten 2a sind außerdem in Durchmesserrichtung der Keilwelle 2 einander gegenüber angeordnet. Weiterhin ist ein zylindrisches sich bewegendes Element 3 so installiert, dass es in die Keilwelle 2 eingesetzt ist. An einer inneren Umfangsoberfläche des sich bewegenden Elements 3 sind eine Wälznut (Wälzoberfläche des Lastwälzelements) 3a von zwei Lastwälzelementen so ausgebildet, dass sich jede von ihnen gegenüber der Wälzelement-Wälznut 2a befindet.
Wie in 2 gezeigt ist, ist ein geradlinig geformter Raum, der in der axialen Richtung L durch die Wälzelement-Wälznut 2a und die Wälznuten 3a des Lastwälzelement gebildet ist, ein Wälzpfad 3b des Lastwälzelements, der durch das sich bewegende Element 3 in der axialen Richtung L verläuft. Weiterhin sind, wie in 1 gezeigt ist, zwischen der inneren Umfangsoberfläche und der äußeren Umfangsoberfläche des sich bewegenden Elements 3 geradlinig geformte Wälzelement-Rückkehrpfade 3c installiert, die sich angenähert parallel zu den Wälzpfaden 3b des Lastwälzelements erstrecken und auf ähnliche Weise durch das sich bewegende Element 3 verlaufen. Ferner sind an der äußeren Umfangsoberfläche des sich bewegenden Elements mehrere mit Klebstoff gefüllte Nuten 3d in einer Umfangsrichtung ausgebildet.
Weiterhin sind, wie in 2 gezeigt ist, an beiden Enden des sich bewegenden Elements in der axialen Richtung L ringförmige Deckel 4 jeweils in die Keilwelle 2 eingesetzt und mit dem sich bewegenden Element 3 in Kontakt. Die Größen des Außendurchmessers der Deckel 4 sind angenähert gleich jenen des sich bewegenden Elements 3. Ferner umfassen die Deckel 4 Richtungsänderungspfade 4a des Wälzelements in der Umgebung der Oberflächen, die mit den Stirnflächen des sich bewegenden Elements 3 in Kontakt sind. Die Richtungsänderungspfade 4a des Wälzelements sind halbkreisförmige, ringförmige Räume, die die Wälzpfade 3b des Lastwälzelements mit Wälzelement-Rückkehrpfaden 3c, die benachbart zu den Wälzpfaden 3b des Lastwälzelements angeordnet sind, verbinden. In angenähert ovalen ringförmigen oder kreisförmigen Räumen, die durch die Wälzpfade 3b des Lastwälzelements, die Wälzelement-Rückkehrpfade 3c und die Richtungsänderungspfade 4a des Wälzelements gebildet sind, sind mehrere Wälzelemente 5, die durch Kugeln gebildet sind, in frei umlaufender Weise aufgenommen.
Im Ergebnis werden die Wälzelemente 5, die in den Wälzpfaden 3b des Lastwälzelements rollen, von einem Ende der Wälzpfade 3b des Lastwälzelements in dem Richtungsänderungspfad 4a des Wälzelements eingeführt, außerdem werden die einander zugewandten Richtungen umgedreht, was eine Richtungsänderung zur Folge hat. Danach rollen die Wälzelemente 5 in die Wälzelement-Rückkehrpfade 3c und werden in den Richtungsänderungspfad 4a des Wälzelements vom anderen Ende eingeführt. Dann werden die Richtungen des Wälzelements 5 geändert. Dadurch können die Wälzelemente 5 in das andere Ende der Wälzpfade 3b des Lastwälzelements erneut eintreten und darin rollen, so dass ein Endlosumlauf möglich ist. Weiterhin sind, wenn die Wälzelemente 5 rollen, das sich bewegende Element 3 und die Keilwelle 2 in der axialen Richtung L relativ zueinander gleichmäßig beweglich.
Weiterhin sind an den Außenseiten der Deckel 4 in der axialen Richtung L im Wesentlichen mehrstufige zylindrische Kappen (äußeres Organ) 6 jeweils einander gegenüber angeordnet und in die Keilwelle 2 lose eingesetzt. Die inneren Umfangsoberflächen von zylindrischen Abschnitten der Kappen 6 in einer Durchmesserrichtung sind etwas größer festgelegt als der Außendurchmesser des sich bewegenden Elements 3 und der Deckel 4. Somit sind das sich bewegende Element 3 und die Deckel 4 so ineinander eingesetzt, dass sie in die innere Umfangsoberfläche der Kappen 6 einbeschrieben sind. Weiterhin sind an den Enden der Kappen 6, die einander zugewandt sind, konvexe Abschnitte 6e und konkave Abschnitte 6f so angeordnet, dass sie in Umfangsrichtung abwechselnd miteinander in Eingriff sind.
Ferner ist auf die äußeren Umfangsoberflächen des sich bewegenden Elements 3 und/oder auf die Deckel 4 und/oder auf die inneren Umfangsoberflächen der Kappen 6 im Voraus Klebstoff aufgebracht worden. Somit sind das sich bewegende Element 3, die Deckel 4 und die Kappen 6 durch Klebstoff fixiert, so dass sie in der axialen Richtung L eng aneinander haften. Weiterhin sind Klebstoffbefüllungsnuten 3d, die an der äußeren Umfangsoberfläche des sich bewegenden Elements 3 installiert sind, ausgebildet, um den Klebstoff zu halten und um die Klebeeigenschaften zu verbessern. Ferner ist es mit Bezug auf den Klebstoff bevorzugt, dass der Klebstoff nicht dick zwischen die Oberflächen, über die das sich bewegende Element 3 mit den Deckeln 4 in Kontakt ist, eingebracht wird, so dass die Wälzelemente 5, die darin gehalten werden, zufrieden stellend rollen können. Auf diese Weise sind die Deckel 4 auf beiden Stirnflächen des sich bewegenden Elements 3 angeordnet und Kappen 6 sind einander gegenüber an den äußeren Seiten der Deckel 4 in der axialen Richtung L angeordnet. Die Kappen 6 sind in der Weise befestigt, dass die Deckel 4 an dem inneren sich bewegenden Element 3 von außen eng anhaften.
Weiterhin sind die zylindrischen Abschnitte der Kappen 6, die mit kleinen Durchmessern ausgebildet sind, Vorsprünge 6a, die von jenen Seiten der Deckel 4 vorstehen, die sich gegenüber den dem sich bewegenden Element 3 zugewandten Seiten befinden. Die Durchmesser der inneren Umfangsoberflächen der Vorsprünge 6a sind etwas größer als der Außendurchmesser der Keilwelle 2. Die äußeren Umfangsoberflächen (äußere Oberflächen) 6b der Vorsprünge 6a sind in der Weise konfiguriert, dass der Außendurchmesser der Vorsprünge 6a kleiner ist als das sich bewegende Element 3 und die Deckel 4. Die Lager 7 sind in die äußeren Umfangsoberflächen 6b so eingesetzt, dass sie die Vorsprünge 6a schwenkbar unterstützen. Die Lager 7 sind so fixiert, dass sie in der axialen Richtung L nicht beweglich sind, außerdem sind ihre Außendurchmesser etwas größer als jene der Kappen 6.
Bei der Kugelnutspindel 1 dieser Ausführungsform sind das sich bewegende Element 3 und die Deckel 4 mittels der Kappen 6, die angeordnet sind, um das sich bewegende Element 3 und die Deckel 4 abzudecken, in der axialen Richtung L fixiert, so dass sie eng aneinander haften. Daher besteht im Gegensatz zu einer herkömmlichen Kugelnutspindel kein Bedarf an der Schaffung von Gewindebohrungen, die sich in der axialen Richtung L senkrecht zu den Kontaktoberflächen des sich bewegenden Elements 3 mit den Deckeln 4 erstrecken, um das sich bewegende Element 3 und die Deckel 4 durch Verschrauben zu befestigen. Daher besteht kein Bedarf, mehr als einen bestimmten Oberflächenbereich vorzusehen, um die Gewindebohrungen auf den Kontaktoberflächen des sich bewegenden Elements 3 mit den Deckeln 4 zu schaffen. Daher können die Außendurchmesserabmessungen des sich bewegenden Elements 3 und der Deckel 4 stark verringert werden, wodurch die Kugelnutspindel 1 miniaturisiert werden kann.
Weiterhin ist die Kugelnutspindel 1 in der Weise konfiguriert, dass die Vorsprünge 6a, die an den äußeren Enden der Kappen 6 in der axialen Richtung L installiert sind, in Bezug auf ihren Durchmesser weiter als das sich bewegende Element 3 und die Deckel 4 verkleinert sind. Ferner sind die Lager 7 an den äußeren Umfangsoberflächen 6b der Vorsprünge 6a angeordnet und sind die Vorsprünge 6a durch die Lager 7 schwenkbar unterstützt. Daher sind die Außendurchmesserabmessungen der Lager 7, die die Abschnitte mit maximalem Durchmesser der Vorrichtung sind, um etwa 50 % im Vergleich zu dem herkömmlichen Fall, in dem die Lager 7 außerhalb des sich bewegenden Elements 3 in Durchmesserrichtung angeordnet und daran schwenkbar unterstützt sind, verringert. Daher kann der Außendurchmesser der Keilnut 1 stark verringert werden und eine Miniaturisierung wird erreicht. Daher kann die Kugelnutspindel 1 auch in vielen verschiedenen Anwendungen und für viele verschiedene Wünsche verwendet werden. Weiterhin sind die Lager 7 in der Kugelnutspindel 1 installiert. Die Lager 7 und die Keilwelle 2 werden nicht nur in der axialen Richtung L der Keilwelle 2 relativ zueinander bewegt, sondern auch in der Umfangsrichtung um die Keilwelle 2 relativ zueinander gedreht. Dadurch wird der Freiheitsgrad in der Bewegungsrichtung der Kugelnutspindel 1 erhöht, wodurch die Anwendung der Kugelnutspindel 1 vergrößert wird.
Weiterhin ist die Kugelnutspindel 1 in der Weise konfiguriert, dass die Befestigung des sich bewegenden Elements 3 und der Deckel 4 durch die Kappen 6 mittels eines Klebstoffs erfolgt, der auf die äußeren Umfangsoberflächen des sich bewegenden Elements 3 und/oder auf die Deckel 4 und/oder auf die inneren Umfangsoberflächen der Kappen 6 aufgebracht wird. Somit besteht im Gegensatz zu einer herkömmlichen Kugelnutspindel nicht der Nachteil, dass die Schrauben, die für die Befestigung des sich bewegenden Elements und der Deckel 4 verwendet werden, verloren gehen oder verschleißen können, was eine Verschlechterung der Bearbeitbarkeit oder eine Verringerung der Produktivität zur Folge hätte. Weiterhin erleichtert die Befestigung durch den Klebstoff die Automatisierung der Produktion.
Weiterhin ist die Kugelnutspindel 1 in der Weise konfiguriert, dass jeder der konvexen Abschnitte 6e und der konkaven Abschnitte 6f der Kappen 6, die einander gegenüber angeordnet sind, miteinander in Eingriff sind. Selbst wenn daher die Längen der Kappen 6 in der axialen Richtung L gering sind, ist genügend Länge in der axialen Richtung L vorhanden, um das sich bewegende Element 3 und die Deckel 4 zu befestigen, so dass das sich bewegende Element 3 und die Deckel 4 stark aneinander befestigt werden können. Ferner können sich die Kappen 6, die einander gegenüber angeordnet sind, relativ zueinander in der Umfangsrichtung um die Keilwelle 2 mit hoher Genauigkeit mittels der konvexen Abschnitte 6e und der konkaven Abschnitte 6f, die miteinander in Eingriff sind, positionieren.
Weiterhin ist die in 3 gezeigte Kugelnutspindel 11 ein zweites abgewandeltes Beispiel der vorliegenden Ausführungsform. In der Kugelnutspindel 11 sind Wälznuten (Wälzoberflächen eines Lagerwälzelements) 6c des Lagerwälzelements in Umfangsrichtung der äußeren Umfangsoberflächen 6b der Vorsprünge 6a vorgesehen. Ferner sind die inneren Umfangsseiten der Lagerwälzelemente 7a, die in den Lagern 7 gebildet sind, um die Vorsprünge 6a schwenkbar zu unterstützen, durch die Wälznuten 6c des Lagerwälzelements statt durch innere Randorgane der Lager 7 unterstützt. Folglich sind die Vorsprünge 6a und die Lager 7 einteilig ausgebildet. Bei der oben beschriebenen Struktur kann der Außendurchmesser der Lager 7 weiter verringert werden. Ferner ist die Anzahl der Komponenten der Kugelnutspindel 11 verringert, so dass die Anzahl der Montageprozesse verringert werden kann, was eine Verbesserung der Produktivität zur Folge hat. Weiterhin können, wie in 3 gezeigt ist, die Kappen 6 in der Weise konfiguriert sein, dass die oben beschriebenen konvexen Abschnitte 6e und konkaven Abschnitte 6f nicht an den einander zugewandten Enden ausgebildet sind.
Eine Kugelnutspindel 21, die in 4 gezeigt ist, ist ein drittes abgewandeltes Beispiel der vorliegenden Ausführungsform. In der Kugelnutspindel 21 erstrecken sich die Vorsprünge 6a von den Deckeln 4 in der axialen Richtung L nach außen. Weiterhin sind an den äußeren Umfangsoberflächen 6b der Vorsprünge 6a Wälznuten 6c des Lagerwälzelements installiert. Die Wälznuten 6c des Lagerwälzelements unterstützen die inneren Umfangsseiten der Lagerwälzelemente 7a der Lager 7, um die Vorsprünge 6a mit den Wälznuten 6c des Lagerwälzelements statt die inneren Randelemente der Lager 7 schwenkbar zu unterstützen. Daher sind die Vorsprünge 6a und die Lager7 einteilig ausgebildet. Da somit die Deckel 4 und die Lager7 einteilig in der Kugelnutspindel 21 gebildet sind, ist die Anzahl der Komponenten reduziert, um die Anzahl der Montageprozesse zu verringern, außerdem wird die Produktivität verbessert.
Die Kugelnutspindel 31, die in 5 gezeigt ist, ist ein viertes abgewandeltes Beispiel der vorliegenden Ausführungsform. Die Deckel 4 besitzen angenähert mehrstufige zylindrische Formen, wobei zylindrische Abschnitte, die an den Seiten der Deckel 4 gebildet sind und große Außendurchmesser haben, zu Abdeckungen (äußeren Organen) 6d werden, um die äußere Umfangsoberfläche des sich bewegenden Elements 3 mit den inneren Umfangsoberflächen der Abdeckungen 6d abzudecken. Die Deckel 4 haften eng an dem sich bewegenden Element 3 und sind daran befestigt. Weiterhin sind die Abdeckungen 6d einander gegenüber an beiden Seiten in der axialen Richtung L angeordnet, wobei das sich bewegende Element 3 darin eingebettet ist. Die Abdeckungen 6d sind durch konvexe Abschnitte 6e und durch konkave Abschnitte 6f gebildet, wobei die konvexen Abschnitte 6e und die konkaven Abschnitte 6f in Umfangsrichtung abwechselnd miteinander in Eingriff sind.
Weiterhin sind an beiden Enden der Deckel 4 in der axialen Richtung L Vorsprünge 6a ausgebildet. Wälznuten 6c des Lagerwälzelements sind an den äußeren Umfangsoberflächen 6b der Vorsprünge 6a ausgebildet. Die Wälznuten 6c des Lagerwälzelements unterstützen die inneren Umfangsseiten der Lagerwälzelemente 7a der Lager 7, die die Vorsprünge 6a schwenkbar unterstützen. Weiterhin sind die Vorsprünge 6a und die Lager 7 einteilig ausgebildet. Somit sind die Deckel 4 und die Lager 7 einteilig ausgebildet. Weiterhin werden in dem vierten abgewandelten Beispiel die oben beschriebenen Kappen 6 nicht verwendet. Ferner besitzen die Deckel 4b, die gegenüber den Seiten der Vorsprünge 6a in der axialen Richtung L der sich bewegenden Elemente 3 angeordnet sind, im Wesentlichen zylindrische Formen, außerdem sind die Vorsprünge 6a wie etwa die Deckel 4 nicht installiert. Außerdem sind, wie in 5 gezeigt ist, Anordnungen A, die die sich bewegenden Elemente 3, die Deckel 4 und 4b, die Wälzelemente 5 und die Lager 7 umfassen, auf der Keilwelle 2 einander gegenüber angeordnet. Zwei Gruppen von Vorsprüngen 6a sind in Auswärtsrichtung in der axialen Richtung L angeordnet.
Ferner ist in dem vierten abgewandelten Beispiel die Keilwelle 2 aus einem im Wesentlichen rohrförmigen nicht magnetischen Material gebildet. In dem inneren Abschnitt des im Wesentlichen rohrförmigen Teils ist ein Magnet 8a enthalten, dessen Polaritäten in der axialen Richtung L abwechseln. Weiterhin ist zwischen zwei Deckeln 4b, die an der Keilwelle 2 einander gegenüber angeordnet sind, eine zylindrische Spule 8b installiert, die mit beiden Stirnflächen der Deckel 4b in Kontakt ist. Ferner sind die zwei Anordnungen A und die Spule 8b einteilig ausgebildet und auf frei bewegliche Weise in der axialen Richtung L der Keilwelle 2 angeordnet. Die Spule 8b ist durch Wickeln um das Spulenorgan gebildet und kann mittels eines elektrisch angeschlossenen Steuerabschnitts (nicht gezeigt) beide Magnetpole erzeugen. Weiterhin ist ein Linearmotormechanismus (Antriebsquelle 8), der den Magneten 8a und die Spule 8b enthält, gebildet. Die Spule 8b kann in der axialen Richtung L zusammen mit den zwei Anordnungen A, die mit beiden Enden in Kontakt sind und daran befestigt sind, mittels des Linearmotormechanismus 8 angetrieben werden.
Gemäß der Kugelnutspindel 31 sind die jeweiligen konvexen Abschnitte 6e und konkaven Abschnitte 6f der Abdeckungen 6d, die einander gegenüber angeordnet sind, miteinander in Eingriff. Wenn daher beispielsweise die Längen der Abdeckungen 6d in der axialen Richtung L kurz sind, ist in der axialen Richtung L ausreichend Länge vorhanden, um die sich bewegenden Elemente 3 und die Deckel 4 und 4b zu befestigen. Dadurch können die sich bewegenden Elemente 3 und die Deckel 4 und 4b stark befestigt werden. Weiterhin können die einander gegenüber angeordneten Abdeckungen 6d relativ zueinander in der Umfangsrichtung um die Keilwelle 2 mittels der konvexen Abschnitte 6e und der konkaven Abschnitte 6f, die miteinander in Eingriff sind, präzise positioniert werden.
Weiterhin sind die Vorsprünge 6a und die Lager 7 einteilig ausgebildet und sind die Vorsprünge 6a an den Deckeln 4 installiert. Ferner sind Abdeckungen 6d an den Deckeln 4 installiert, wobei alle Organe einteilig ausgebildet sind. Somit kann die Anzahl der die Kugelnutspindel 31 bildenden Komponenten weiter reduziert werden, um die Anzahl der Montageprozesse zu verringern, was eine Verbesserung der Produktivität zur Folge hat.
Weiterhin ist der Linearmotormechanismus (Antriebsquelle) 8 wie in dem vierten abgewandelten Beispiel in die Kugelnutspindel (Bewegungsvorrichtung) eingebaut, so dass eine sich bewegende Vorrichtung mit einer äußerst geringen Außendurchmesserabmessung gebildet werden kann. Ferner besitzt die Bewegungsvorrichtung eine ausgezeichnete Bewegungssteuerbarkeit und Positionierungsgenauigkeit, so dass sie in verschiedenen Anwendungen verwendet werden kann.
Weiterhin ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb des Schutzbereichs auf verschiedene Weise abgewandelt werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Beispielsweise sind in den vorliegenden Ausführungsformen die Bewegungsvorrichtungen unter Verwendung von Kugelnutspindeln 1, 11, 21 und 31 beschrieben worden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf eingeschränkt; es können andere Bewegungsvorrichtungen wie etwa eine Kugelumlaufspindel oder eine Führung verwendet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Bewegungsvorrichtung beschrieben worden, in der die Wälzelemente 5 umlaufen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf eingeschränkt; die Vorrichtung kann auch auf eine Bewegungsvorrichtung angewendet werden, in der die Wälzelemente 5 nicht umlaufen und die Bewegungsrichtung der Wälzelemente 5 beschränkt ist. Weiterhin wurden in der Beschreibung Kugeln als Wälzelemente 5 verwendet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf eingeschränkt; es können Rollen oder dergleichen verwendet werden.
Weiterhin braucht die Keilwelle (Bahnelement) keine geradlinige Form haben, sondern kann in eine gekrümmte Form ausgebildet sein. Ferner sind ihre Querschnittsform und die Anzahl der Wälznuten 2a der Wälzelemente nicht auf die vorliegende Ausführungsform eingeschränkt.
Ferner können die Deckel 4 unterteilt sein; beispielsweise kann der Deckel 4 durch die inneren Umfangsführungsabschnitte, die die inneren Umfangsseiten der Wälzelemente 5 unterstützen, und die äußeren Umfangsführungsabschnitte, die die äußeren Umfangsseiten der Wälzelemente 5 unterstützen, gebildet sein.
Obwohl ferner beschrieben worden ist, dass die Kappen 6 durch einen Klebstoff befestigt sind, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf eingeschränkt. Beispielsweise können die Kappen 6 und die sich bewegenden Elemente 3 jeweils durch einen Metallwerkstoff gebildet sein und durch Schweißen befestigt sein, alternativ können sie von außen nach innen in Durchmesserrichtung der Kappen 6 durch Schrauben befestigt sein.
Weiterhin sind, wie in den 1 bis 5 gezeigt ist, die geformten Grundmaterialien (äußeres Organ und Abdeckung oder dergleichen) der Vorsprünge 6a nicht beschränkt.
Industrielle Anwendbarkeit
Die Bewegungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann miniaturisiert und unabhängig bewegt werden, wodurch die Bewegungssteuerbarkeit und die Positionierungsgenauigkeit ausgezeichnet sind, wobei die Bewegungsvorrichtung in verschiedenen Anwendungen verwendet werden kann.

Claims

Bewegungsvorrichtung (1, 11, 21, 31) aufweisend: ein Bahnelement (2), und ein sich bewegendes Element (3), das in das Bahnelement (2) eingesetzt ist und geführt wird, damit es sich in der Längsrichtung (L) des Bahnelements (2) hin und her bewegen kann, wobei das sich bewegende Element (3) Wälzelemente (5) hält, die Wälzelemente (5) in inneren Abschnitten des sich bewegenden Elements (3) durch Deckel (4), die an Enden des sich bewegenden Elements (3) in der Längsrichtung (L) installiert sind und Richtungsänderungspfade (4a) für die Wälzelemente (5) aufweisen, eingeschlossen sind, äußere Organe (6) installiert sind, um das sich bewegende Element (3) und die Deckel (4) abzudecken, und das sich bewegende Element (3) und die Deckel (4) aneinander durch die äußeren Organe (6, 6d) befestigt sind.
Bewegungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei zylindrische Vorsprünge (6a,) in die das Bahnelement (2) eingesetzt ist, an Enden des sich bewegenden Elements (3) ausgebildet sind und die in der Längsrichtung (L) vorstehen um an Lagern (7) schwenkbar unterstützt werden zu können, und ein äußerer Durchmesser von jedem der Vorsprünge (6a) in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung (L) des Bahnelements (2) kleiner ist als ein äußerer Durchmesser des sich bewegenden Elements (3) in diese Richtung, und die Vorsprünge (6a) einstückig mit den äußeren Organen (6, 6d) ausgebildet sind.
Bewegungsvorrichtung (1, 11, 21, 31) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wälzoberflächen (6c) des Lagerwälzelements (7) für rollende Lagerwälzelemente (7a), die in die Lager (7) einzubauen sind, an äußere Oberflächen (6b) der Vorsprünge (6a) ausgebildet sind und die Vorsprünge (6a) und die Lager (7) einteilig ausgebildet sind.
Bewegungsvorrichtung (1, 11, 21, 31) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die äußeren Organe (6) an beiden Enden des sich bewegenden Elements (3) einander gegenüber angeordnet sind, an den einander zugewandten Enden konvexe Abschnitte (6e) und konkave Abschnitte (6f) ausgebildet sind und die konvexen Abschnitte (6e) und die konkaven Abschnitte (6f) so angeordnet sein können, dass sie miteinander in Eingriff sind.
Bewegungsvorrichtung (1, 11, 21, 31) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Befestigung des sich bewegenden Elements (3) und der Deckel (4) durch die äußeren Organe (6) durch Kleben erfolgt.
Bewegungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die äußeren Organe (6d) einteilig mit den Deckeln (4) ausgebildet sind und daher so angeordnet sind, dass sie das sich bewegende Element (3) abdecken, und das sich bewegende Element (3) und die Deckel (4) aneinander mittels der äußeren Organe (6d) befestigt sind.
Sich bewegende Vorrichtung (1, 11, 21, 31), die die Bewegungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 enthält, wobei eine Antriebsquelle (8) zum Antreiben der Bewegungsvorrichtung (1, 11, 21, 31) in der Längsrichtung (L) des Bahnelements (2) vorgesehen ist.