DE112019007419T5

DE112019007419T5 - Kugelumlaufspindelmechanismus und linear bewegliche Vorrichtung

Info

Publication number: DE112019007419T5
Application number: DE112019007419.9T
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2022-02-17
Also published as: WO2020240743A1; JPWO2020240743A1; JP6804783B1; US11808329B2; CN113892003A; CN113892003B; US20220260140A1

Abstract

Bereitgestellt wird ein Kugelumlaufspindelmechanismus, bei dem die Rückkehr einer Kugel, wie bei einer herkömmlichen zirkulierenden Kugelumlaufspindel, nicht berücksichtigt zu werden braucht und der Schwingungen und Geräusche verhindern kann und eine Zunahme der Wärme vermeiden kann, indem er eine glatte Bewegung einer Kugel gewährleistet, ohne einen Kugelstau oder dergleichen einer Kugel auf einer Spindelwelle zu verursachen. Die vorliegende Erfindung umfasst eine Spindelwelle 2, die eine Spiralnut 2a umfasst und sich linear erstreckt, ein Gehäuse 30, das den Rand der Spindelwelle 2 umgibt, und eine Vielzahl von Kugeln 4 und Kugellagern 5, die den Schub der Spindelwelle 2 auf das Gehäuse 30 übertragen. Jedes Kugellager 5 umfasst einen äußeren Ring 7, der in regelmäßigen Abständen entlang der Spiralnut 2a der Spindelwelle 2 an dem Gehäuse 30 befestigt und fixiert ist, und einen inneren Ring 6, der mit einer konkaven sphärischen Kontaktfläche 5a in Kontakt mit der Kugel 4 auf einer Seitenfläche, die der Spindelwelle 2 gegenüber liegt, versehen ist. Jeder innere Ring 6 ist um die Drehachsen N1bis N4, die sich senkrecht zu einer Drehachse O der Spindelwelle 2 2 erstrecken, herum drehbar angeordnet. Die Kugeln 4 sind jeweils in regelmäßigen Abständen zueinander in der Spiralnut 2a der Spindelwelle 2 einander benachbart in Kontakt mit der Kontaktfläche 5a jedes der Kugellager 5 angeordnet.

Description

Fachgebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet eines Kugelumlaufspindelmechanismus unter Verwendung einer Spindelwelle und einer Kugel.
Stand der Technik
Herkömmlicherweise sind verschiedene Kugelumlaufspindeln bekannt.
Zum Beispiel gibt es einen nichtzirkulierenden Typ, bei dem eine Kugel an einem in einer Mutter vorhandenen Gleitlager fixiert ist und die Mutter bewegt, während sie auf einer Spindelwelle rollt, und ein zirkulierender Typ, bei dem eine große Zahl von Kugeln in einer Kugelmutter auf einer Kugelumlaufspindelwelle 1,5- bis 3,5-mal um eine Spindelwelle herum gewunden sind, die zu einem Mutterauslass geschickten Kugeln durch eine Führung, wie ein Rohr oder eine Rückführungsnut, zu einem ursprünglichen Muttereinlass zurückgeführt werden und die Kugeln in der Mutter zirkuliert werden.
Die herkömmlichen zirkulierenden Kugelumlaufspindeln haben jedoch verschiedene Probleme, die im Folgenden beschrieben und bisher ungelöst sind. Wenn zum Beispiel eine Kugel zu einem Rohr oder dergleichen zurückgeführt wird, um zu zirkulieren, gibt es das Problem, dass sie unterwegs eingeklemmt wird oder dass die Kugel aufgrund des Klemmverhaltens der Kugel zum Zeitpunkt der Antriebsumkehr aufreitet. Insbesondere in einer zirkulierenden Kugelumlaufspindel, die eine Hochgeschwindigkeitsrotation durchführt, sind die Schwankungen der Kugelbelastung groß, und es tritt das Problem der Verstopfung in einem Rückführungsrohr auf.
Wenn es notwendig ist, das Spiel aufgrund der Verwendung eines Servomotors oder dergleichen zu reduzieren, ist es zur Beseitigung des Spiels einer großen Anzahl von Kugeln in einer Mutter außerdem notwendig, Lücken zwischen den Kugeln zu entfernen und so viel wie möglich Nuten zu folgen und die Kugeln in engen Kontakt zueinander zu bringen. In einigen Fällen wird somit eine Gruppe von übergroßen Kugeln eingesetzt.
Infolgedessen ist der reibungslose Rücklauf der Kugeln behindert, und die Kugeln stoßen aneinander, was eine Erhöhung von Schwingungen, Geräuschen und Wärme verursacht, was ebenfalls den reibungslosen Rücklauf der Kugeln behindert.
Weiterhin sind in den herkömmlichen zirkulierenden Kugelumlaufspindeln Kollisionen zwischen Kugeln strukturell schwierig zu vermeiden. Insbesondere um das Spiel zu reduzieren oder die Starrheit einer Kugelumlaufspindel zu erhöhen, werden die Kugeln, wenn unter Verwendung einer Mutter, in die eine Gruppe von übergroßen Kugeln eingearbeitet sind, oder eines Paars von Muttern, die axial gegeneinander versetzt sind, eine Vorlast in einer Kugelumlaufspindel ausgeübt wird, stark gegeneinander gepresst, und die Rotationsrichtung einer Kontaktfläche der Kugeln wird relativ umgekehrt, wodurch ein Verlust bewirkt wird. Aus diesem Grund kann eine Abnahme der Kraftübertragungseffizienz nicht vermieden werden.
Um dieses Problem zu verhindern, wurden herkömmlicherweise Lager ersonnen, in die Halter bzw. Käfige eingearbeitet sind, aber im Unterschied zu allgemeinen Lagern gibt es das schwierige Problem, dass die Struktur wegen zurückkehrender Kugeln kompliziert wird.
Wenn außerdem die belasteten Umdrehungen (die Anzahl der Umdrehungen einer Kugel) zunehmen, akkumuliert sich auch der Steigungsfehler und nimmt entsprechend zu, so dass eine Einseitigkeit im Lastverteilungsverhältnis einer Kugel auftritt, und es ist sehr schwierig, die Einseitigkeit zu unterdrücken.
Weiterhin besteht in den herkömmlichen zirkulierenden Kugelumlaufspindeln der Rahmen einer Mutter aus Legierungsstahl mit einer hohen Festigkeit, die Härte einer Kugellaufbahn beträgt etwa HRC 60, und die Tiefenverteilung der Härte muss der Stärke einer Kontaktbeanspruchung mit einer Kugel standhalten (die Härte einer Stahlkugel beträgt HRC 60 oder mehr).
Liste der Entgegenhaltungen
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP 2015-96752 A
Patentliteratur 2: JP 2016-114181 A
Patentliteratur 3: JP 2016-125661 A

Kurzbeschreibung der Erfindung
Technisches Problem
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht solcher Probleme von herkömmlichen Methoden fertiggestellt, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Kugelumlaufspindelmechanismus bereitzustellen, bei dem die Rückkehr einer Kugel, wie bei einer herkömmlichen zirkulierenden Kugelumlaufspindel, nicht berücksichtigt zu werden braucht und der Schwingungen und Geräusche verhindern kann und eine Zunahme der Wärme vermeiden kann, indem er eine glatte Bewegung einer Kugel gewährleistet, ohne einen Kugelstau oder dergleichen einer Kugel auf einer Spindelwelle zu verursachen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Kugelumlaufspindelmechanismus bereitzustellen, der die Kraftübertragungseffizienz verbessern kann, indem er den Kontakt zwischen Kugeln auf einer Spindelwelle vermeidet und einen Kraftübertragungsverlust während des Betriebs unterdrückt.
Außerdem besteht ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung darin, einen Kugelumlaufspindelmechanismus bereitzustellen, der die belastete Umdrehung einer Kugel auf einer Spindelwelle reduzieren und einen akkumulierten Steigungsfehler reduzieren und dadurch eine Einseitigkeit im Lastverteilungsverhältnis einer Kugel verhindern kann.
Weiterhin besteht ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung darin, einen kompakten, leichten und kostengünstigen Kugelumlaufspindelmechanismus bereitzustellen, der den Wert des Spiels reduzieren kann, ohne ein hochgradig genaues Element zu verwenden.
Lösung des Problems
Die vorliegende Erfindung, die die obigen Probleme lösen soll, betrifft einen Kugelumlaufspindelmechanismus, umfassend: eine Spindelwelle, die eine Spiralnut umfasst und sich linear erstreckt; ein beweglicher Körper, der ein Gehäuse umfasst und so angeordnet ist, dass er den Rand der Spindelwelle umgibt; und einen Kraftübertragungsmechanismus, der den Schub der Spindelwelle auf das Gehäuse des beweglichen Körpers überträgt und dadurch den beweglichen Körper in einer axialen Richtung der Spindelwelle bewegt, wobei der Kraftübertragungsmechanismus eine Vielzahl von Kugellagern und eine Vielzahl von Kugeln, die jeweils den Kugellagern entsprechen, umfasst und die Kugellager jeweils, wobei eine Seitenfläche der Spindelwelle zugewandt ist, einen äußeren Ring, der in regelmäßigen Abständen entlang der Spiralnut der Spindelwelle an dem Gehäuse des beweglichen Körpers befestigt und fixiert ist, und einen inneren Ring mit einer konkaven sphärischen Kontaktfläche, die auf einer der Spindelwelle zugewandten Seitenfläche gebildet ist, umfassen, wobei die konkave sphärische Kontaktfläche mit den Kugeln in Kontakt steht und jeder der inneren Ringe um eine Drehachse in einer Richtung orthogonal zu einer Drehachse der Spindelwelle herum drehbar angeordnet ist und die Kugeln jeweils in regelmäßigen Abständen in der Spiralnut der Spindelwelle einander benachbart in Kontakt mit der Kontaktfläche angeordnet sind.
Die vorliegende Erfindung ist auch wirksam, wenn die Spindelwelle eine hohle Struktur aufweist.
Die vorliegende Erfindung ist auch wirksam, wenn eine Vielzahl der Kraftübertragungsmechanismen verwendet wird und der Abstand in der Richtung der Spindelwelle zwischen einem Paar entsprechender Kugeln der Kraftübertragungsmechanismen so eingestellt wird, dass es sich um einen Wert handelt, der dadurch erhalten wird, dass man einen Wert, der dem Spiel entspricht, während Schub von den Kugeln auf die Spindelwelle wirkt, von einem Wert, der einer Anzahl von Gängen zwischen den Spiralnuten der Spindelwelle, auf der das Paar von Kugeln angeordnet ist, äquivalent ist, subtrahiert.
Die vorliegende Erfindung ist auch wirksam, wenn drei oder mehr der Kugellager und der Kugeln pro Steigung der Spindelwelle bereitgestellt werden.
Die vorliegende Erfindung ist auch wirksam, wenn eine Kugel mit einem Durchmesser von 8 bis 16 mm verwendet wird, wenn eine Kugel des Kugellagers einen Durchmesser von 4 mm aufweist.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine linear bewegliche Vorrichtung, umfassend: einen der oben beschriebenen Kugelumlaufspindelmechanismen; ein Paar Trägerblöcke, die die Spindelwelle des Kugelumlaufspindelmechanismus drehbar lagern; einen Tisch, der an dem Gehäuse des Kugelumlaufspindelmechanismus befestigt ist; und einen linearen Bewegungsmechanismus, der ein Paar Führungsschienen, die parallel zur Spindelwelle des Kugelumlaufspindelmechanismus angeordnet sind, und bewegliche Blöcke, die an dem Tisch befestigt und an den Führungsschienen montiert sind, um sich jeweils linear entlang der Führungsschienen zu bewegen, umfasst.
Die vorliegende Erfindung ist auch wirksam, wenn in dem linearen Bewegungsmechanismus die Führungsschiene eine Führungsnut aufweist, die sich linear entlang der Führungsschiene erstreckt, und die beweglichen Blöcke ein Gehäuse umfassen, das so angeordnet ist, dass es beiden Seitenflächen der Führungsschiene zugewandt ist, die Kugellager jeweils, wobei eine Seitenfläche der Führungsnut der Führungsschiene zugewandt ist, entlang der Führungsnut der Führungsschiene an dem Gehäuse der beweglichen Blöcke befestigt sind, und die Führungsnut einen Querschnitt aufweist, der bogenförmig oder spitzbogenförmig ist, und die Kugellager jeweils, wobei eine Seitenfläche der Führungsschiene zugewandt ist, einen äußeren Ring, der in regelmäßigen Abständen entlang der Führungsnut an dem Gehäuse der beweglichen Blöcke befestigt und fixiert ist, und einen inneren Ring mit einer konkaven sphärischen Kontaktfläche, die auf einer der Führungsschiene zugewandten Seitenfläche ausgebildet ist, umfassen, die konkave sphärische Kontaktfläche mit den Kugeln in Kontakt steht und jeder der inneren Ringe in einer Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung der Führungsschiene um eine Drehachse herum drehbar angeordnet ist und die Kugeln jeweils in Kontakt mit der Kontaktfläche in vorbestimmten Abständen einander benachbart in der Führungsnut der Führungsschiene angeordnet sind.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Im Falle der vorliegenden Erfindung ist eine Vielzahl von Kugeln in einer Spiralnut einer Spindelwelle angeordnet, jeweils in Kontakt mit einer konkaven sphärischen Kontaktfläche eines inneren Rings jeweils einer Vielzahl von Kugellagern, und befindet sich in einem Gehäuse eines beweglichen Körpers, und wenn sich die Spindelwelle um eine Drehachse dreht, wird die Kugel durch Schub und Drehimpuls, die an einem Kontaktteil zwischen der Spiralnut der Spindelwelle und einer Kugeloberfläche und an einem Kontaktteil zwischen einer Kontaktfläche des inneren Rings des Kugellagers und der Kugeloberfläche erzeugt werden, angeschoben, so dass sie auf der Spiralnut der Spindelwelle rollt, die Oberfläche der Kugel in einem kleinen elliptischen Bereich mit der Kontaktfläche des inneren Rings des Kugellagers in Kontakt steht, sich der innere Ring jedes Kugellagers durch eine an der Kontaktfläche des inneren Rings der Kugellager erzeugte Reibungskraft in einer Richtung orthogonal zu der Drehachse der Spindelwelle um eine Drehachse N herum dreht und sich die Spiralnut der Spindelwelle gemäß dem Prinzip einer Schraube in einer axialen Richtung der Spindelwelle vorwärtsbewegt.
Als Ergebnis empfängt ein äußerer Ring des Kugellagers, das entlang der Spiralnut der Spindelwelle an dem Gehäuse des beweglichen Körpers befestigt und fixiert ist, über eine Kugel des Kugellagers eine Schubkomponente in Richtung der Drehachse der Spindelwelle, und die Schubkomponente wird über das Kugellager auf das Gehäuse des beweglichen Körpers übertragen, wodurch bewirkt wird, dass sich der bewegliche Körper in Richtung der Drehachse der Spindelwelle bewegt.
Wie oben beschrieben, weist die vorliegende Erfindung keinen Mechanismus zum Zurückführen und Umwälzen einer Kugel wie eine herkömmliche zirkulierende Kugelumlaufspindel auf, und damit ist es möglich, eine reibungslose Bewegung einer Kugel ohne Auftreten eines Kugelstaus oder dergleichen auf einer Spindelwelle, wenn eine Kugel zurückkehrt, was in einer herkömmlichen zirkulierenden Kugelumlaufspindel aufgetreten ist, zu gewährleisten.
Da außerdem im Falle der vorliegenden Erfindung die Kugeln jeweils in regelmäßigen Abständen in der Spiralnut der Spindelwelle einander benachbart in Kontakt mit der Kontaktfläche des inneren Rings der Kugellager angeordnet sind, kommen die Kugeln auf der Spindelwelle nicht miteinander in Kontakt.
Als Ergebnis ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, Schwingungen und Geräusche, die durch den in einer herkömmlichen zirkulierenden Kugelumlaufspindel erzeugten Kontakt zwischen den Kugeln verursacht werden, zu verhindern, eine Zunahme der Wärme zu vermeiden und einen während des Betriebs durch den Kontakt zwischen den Kugeln auf der Spindelwelle verursachten Kraftübertragungsverlust zu unterdrücken, so dass die Kraftübertragungseffizienz verbessert werden kann.
Weiterhin können in der vorliegenden Erfindung zum Beispiel drei oder mehr der Kugellager und der Kugeln pro Steigung der Spindelwelle bereitgestellt werden, das heißt, wenn die Bedingungen einer herkömmlichen zirkulierenden Kugelumlaufspindel verwendet werden, kann die Anzahl der Umdrehungen der Kugel auf der Spindelwelle eine Umdrehung sein.
Als Ergebnis kann gemäß der vorliegenden Erfindung, da die Anzahl der Umdrehungen der Kugel reduziert werden kann, ein akkumulierter Steigungsfehler, der in einer herkömmlichen zirkulierenden Kugelumlaufspindel entsteht, reduziert werden, und es kann verhindert werden, dass das Lastverteilungsverhältnis der Kugel einseitig ist.
Außerdem wird in der vorliegenden Erfindung durch Verwendung einer Kugel mit einem Durchmesser, der zum Beispiel zweimal so groß oder mehr wie der Durchmesser (zum Beispiel 8 bis 16 mm) einer Kugel einer herkömmlichen zirkulierenden Kugelumlaufspindel ist, die Lastkapazität der Kugel so erhöht, dass sie größer oder gleich dem Durchmesserverhältnis ist. Daher kann die Anzahl der Kugeln im Vergleich zu einer herkömmlichen zirkulierenden Kugelumlaufspindel eine sehr kleine Zahl (zum Beispiel drei oder mehr) sein, wodurch es möglich wird, einen kompakten, leichten und kostengünstigen Kugelumlaufspindelmechanismus bereitzustellen.
Wenn in diesem Fall eine hohle Struktur als Spindelwelle angenommen wird, kann zum Beispiel eine Antriebswelle eines anderen Antriebsmechanismus, wie eines Roboters, durch ein durchgehendes Loch der Spindelwelle reichen, was es ermöglicht, eine kompaktere Vorrichtungskonfiguration zu erhalten.
Wenn weiterhin eine Vielzahl der Kraftübertragungsmechanismen verwendet wird und der Abstand zwischen einem Paar entsprechender Kugeln der Kraftübertragungsmechanismen in der Richtung der Spindelwelle so eingestellt wird, dass es sich um einen Wert handelt, der dadurch erhalten wird, dass man einen Wert, der dem Spiel entspricht, während Schub von den Kugeln auf die Spindelwelle wirkt, von einem Wert, der einer Anzahl von Gängen zwischen den Spiralnuten der Spindelwelle, auf der das Paar von Kugeln angeordnet ist, äquivalent ist, subtrahiert, kann das Spiel leicht reduziert werden (oder einschließlich einer Vorlast 0 betragen), indem man das Gehäuse zum Beispiel einfach spanend bearbeiten lässt.
Figurenliste

1(a) ist eine partielle Querschnittsvorderansicht, die eine Gesamtkonfiguration eines Kugelumlaufspindelmechanismus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; 1(b) ist eine partielle Querschnittsseitenansicht, die die Gesamtkonfiguration des Kugelumlaufspindelmechanismus zeigt;
1(c) ist eine partielle Querschnittsvorderansicht, die eine Konfiguration eines Kugellagers des Kugelumlaufspindelmechanismus zeigt; und 1(d) ist eine erläuternde Ansicht, die die Abmessungsverhältnisse des Kugelumlaufspindelmechanismus zeigt.
2(a) ist eine partielle Querschnittsvorderansicht, die eine Gesamtkonfiguration gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
und 2(b) ist eine partielle Querschnittsseitenansicht, die die Gesamtkonfiguration gemäß der Ausführungsform zeigt.
3 ist eine erläuternde Ansicht, die die Abmessungsverhältnisse einer Kugelumlaufspindel gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
4(a) ist eine erläuternde Ansicht, die einen Abstand zwischen Löchern eines Gehäuses eines beweglichen Körpers gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt; und 4(b) ist eine perspektivische Ansicht, die das Gehäuse des beweglichen Körpers zeigt.
5(a) ist eine partielle Querschnittsvorderansicht, die eine Gesamtkonfiguration mit einer Spindelwelle mit einer hohlen Struktur gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und 5(b) ist eine partielle Querschnittsseitenansicht, die die Gesamtkonfiguration gemäß der Ausführungsform zeigt.
6 ist eine entwickelte erläuternde Ansicht, die die Anordnung von Kugeleinheiten pro Steigung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
7(a) ist eine partielle Querschnittsvorderansicht, die eine Gesamtkonfiguration gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
und 7(b) ist eine partielle Querschnittsseitenansicht, die die Gesamtkonfiguration gemäß der Ausführungsform zeigt.
8 ist eine entwickelte erläuternde Ansicht, die die Anordnung von Kugeleinheiten pro Steigung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
9 ist eine entwickelte erläuternde Ansicht, die eine Modifikation gemäß der Ausführungsform zeigt.
10(a) ist eine partielle Querschnittsvorderansicht, die eine Gesamtkonfiguration gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
und 10(b) ist eine partielle Querschnittsseitenansicht, die die Gesamtkonfiguration gemäß der Ausführungsform zeigt.
11(a) ist eine Draufsicht, die einen Hauptteil einer linear beweglichen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt; und 11(b) ist eine partielle Längsschnittansicht, die den Hauptteil der linear beweglichen Vorrichtung zeigt.
12(a) ist eine Seitenansicht, die eine Konfiguration eines linearen Bewegungsmechanismus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und 12(b) ist eine Querschnittsvorderansicht, die die Konfiguration gemäß der Ausführungsform zeigt.
13(a) ist eine Seitenansicht, die eine Konfiguration des linearen Bewegungsmechanismus gemäß einer Modifikation der Ausführungsform zeigt; und
13(b) ist eine Querschnittsvorderansicht, die die Konfiguration gemäß der Modifikation zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Die 1(a) bis 1(d) zeigen eine Kugelumlaufspindel gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1(a) ist eine partielle Querschnittsvorderansicht, die eine Gesamtkonfiguration zeigt, 1(b) ist eine partielle Querschnittsseitenansicht, die die Gesamtkonfiguration zeigt, 1(c) ist eine partielle Querschnittsvorderansicht und eine Draufsicht, die eine Konfiguration eines Kugellagers zeigt, und 1(d) ist eine erläuternde Ansicht, die die Abmessungsbeziehung zwischen einer Spindelwelle und einer Kugel zeigt.
Wie in 1(a) gezeigt, umfasst ein Kugelumlaufspindelmechanismus 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Spindelwelle 2, die sich linear erstreckt, einen beweglichen Körper 3, der um die Spindelwelle 2 herum angeordnet ist, und einen Kraftübertragungsmechanismus 10, der Schub von der Spindelwelle 2 auf den beweglichen Körper 3 überträgt und den beweglichen Körper 3 entlang der Spindelwelle 2 bewegt.
Die Spindelwelle 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat eine massive Struktur und kann aus einem ähnlichen Material wie eine allgemeine Spindelwelle bestehen.
Die Spindelwelle 2 wird durch einen Motor (nicht gezeigt) so angetrieben, dass sie sich um eine Drehachse O herum dreht, und in regelmäßigen Abständen wird eine Spiralnut 2a mit einer Spitzbogenform gebildet.
Der bewegliche Körper 3 umfasst ein Gehäuse 30, das zum Beispiel aus einem quaderförmigen Element besteht, und ein durchgehendes Loch 3a mit einem inneren Durchmesser, der etwas größer ist als der der Spindelwelle 2, wird in einem zentralen Teil des Gehäuses 30 gebildet. Die oben beschriebene Spindelwelle 2 ist so angeordnet, dass sie durch das durchgehende Loch 3a hindurch verläuft.
Wie in der später zu besprechenden 11 gezeigt ist, ist zum Beispiel ein Tisch 42 oberhalb des Gehäuses 30 befestigt, und der Tisch 42 ist auf einem Paar beweglicher Blöcke 44 fixiert, die auf einem Paar Führungsschienen 43 eines linearen Bewegungsmechanismus 45 montiert sind. Als Ergebnis dreht sich das Gehäuse 30 nicht um die Drehachse O, selbst wenn die Spindelwelle 2 um die Drehachse O herum angetrieben wird.
Mit anderen Worten, ähnlich wie eine herkömmliche zirkulierende Kugelumlaufspindel bewegt sich der bewegliche Körper 3 der vorliegenden Erfindung in dieselbe Richtung wie eine Kugel 4, indem sich die Kugel 4 mit der Rotation der Spindelwelle 2 in einer ersten Richtung P1 oder einer zweiten Richtung P2 bewegt.
Das Gehäuse 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann aus einer leichten Legierung mit hoher Festigkeit bestehen.
Beispiele für eine solche leichte Legierung sind eine Aluminium(AI)-Legierung, eine Zink(Zn)-Legierung und eine Titan(Ti)-Legierung.
Außerdem kann je nach Anwendung zum Beispiel ein technisches Harz, wie ein Polyacetalharz, als Material des Gehäuses 30 verwendet werden.
Der Kraftübertragungsmechanismus 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Vielzahl von Kugellagern 5 und eine Vielzahl von Kugeln 4, die den jeweiligen Kugellagern 5 entsprechen.
Dabei können ähnlich wie bei einer allgemeinen zirkulierenden Kugelumlaufspindel Stahlkugeln als Kugeln 4 verwendet werden. Kugeln aus Keramik können ebenfalls verwendet werden. Im Falle der vorliegenden Erfindung haben die Kugeln 4 einen größeren Durchmesser als die später zu beschreibenden Kugeln 8 der Kugellager 5.
Andererseits sind in der vorliegenden Ausführungsform, wie in den 1(a) und 1(b) gezeigt ist, vier der Kugellager 5 an dem Gehäuse 30 des beweglichen Körpers 3 befestigt.
In diesem Fall sind die Kugellager 5 in regelmäßigen Abständen entlang der Spiralnut 2a der Spindelwelle 2 angeordnet, wobei jeweils eine Seitenfläche davon der Spindelwelle 2 zugewandt ist.
Jedes der Kugellager 5 hat eine Grundkonfiguration, die zu der eines allgemeinen Rillenkugellagers äquivalent ist und einen inneren Ring 6, einen äußeren Ring 7 und die Kugeln 8 in Kontakt mit dem inneren Ring 6 und dem äußeren Ring 7 umfasst (siehe 1(c)).
Ähnlich wie ein Rillenkugellager und ein Schrägkugellager hat das Kugellager 5 eine Struktur, bei der der innere Ring 6 nicht leicht heraustritt und sich auf eine Antilastseite bewegt in Bezug auf eine axiale Belastung (Belastung in einer axialen Richtung).
Die Kugellager 5 sind so angeordnet, dass sie um ihre jeweiligen Drehachsen N₁ bis N₄, die sich in einer Richtung senkrecht zu der Drehachse O der Spindelwelle 2 erstrecken, drehbar sind. Dabei wird jedes der Kugellager 5 in einen Lochteil 50, der sich in dem Gehäuse 30 befindet, eingesetzt, so dass man eine äußere Randfläche des äußeren Rings 7 erhält, die mit einer Fixierschraube 9 an dem beweglichen Körper 3 fixiert werden kann, und ist so konfiguriert, dass sich der innere Ring 6 um die Drehachsen N₁ bis N₄ in der Richtung senkrecht zur Drehachse O der Spindelwelle 2 drehen kann.
Im Falle der vorliegenden Erfindung hat die Kugel 4 einen Durchmesser, der erheblich größer ist als der der Kugel 8 des Kugellagers 5. Dadurch soll eine kompaktere und praktischere Vorrichtung erhalten werden, indem man die Lastbilanz zwischen der Kugel 4 und dem Kugellager 5 ausgleicht.
Mit anderen Worten, in der vorliegenden Ausführungsform, wie später noch beschrieben wird, drückt der durch ein Antriebsmoment (von einer Antriebsquelle ausgeübtes Drehmoment) der Spindelwelle 2 erzeugte Schub auf die Kugel 4, und eine an einem Kontaktteil zwischen der Kugel 4 und einer Kontaktfläche 5a des inneren Rings 6 des Kugellagers 5 erzeugte Reibungskraft dreht den inneren Ring 6 des Kugellagers 5, und die Kugel 8 innerhalb des Kugellagers 5 dreht sich ebenfalls.
In der vorliegenden Erfindung kann eine glatte Kraftübertragung dadurch realisiert werden, dass man eine Kugel mit einem Durchmesser verwendet, der eine geringere Trägheitskraft für die Kugel 8 des Kugellagers 5 aufweist.
Mit anderen Worten, wenn eine Kugel, die denselben Durchmesser wie die Kugel 4 aufweist, als Kugel 8 des Kugellagers 5 verwendet wird, sind wenigstens sechs oder mehr Kugeln 8 zwischen dem inneren Ring 6 und den äußeren Ringen 7 des Kugellagers 5 anzuordnen, das heißt, eine für die Beschleunigung zwischen der Kugel 4 und dem inneren Ring 6 erforderliche Reibungskraft erfordert gleichzeitig, dass eine Reibungskraft ein Objekt mit einer Masse beschleunigt, die sechsmal so groß ist wie die Masse der Kugel 4. Da es praktisch unmöglich ist, so eine große Reibungskraft auszuüben, kann die Kugel 8 aufgrund des von dem inneren Ring 6 ausgehenden Schlupfes der Beschleunigung/Verzögerung des Kugelumlaufspindelmechanismus 1 nicht folgen. Ein solcher Schlupfbetrieb des Kugellagers verursacht Verschleiß, Schwingungen, Wärmeerzeugung und dergleichen, was für eine Positionsmessvorrichtung und eine Werkzeugmaschine fatal und nicht praktikabel ist.
Andererseits ermöglicht der Ausgleich der Lastbilanz zwischen der Kugel 4 und dem Kugellager 5 die Bereitstellung eines kompakteren und in hohe Maße praktikablen Kugelumlaufspindelmechanismus 1.
Zum Beispiel können die grundlegenden Spezifikationen der dynamischen axialen Belastung für die Kugel 4 und das Kugellager 5 auf äquivalente Werte eingestellt werden, und der Schub des Kugelumlaufspindelmechanismus 1 kann gemäß dem kleineren Wert eingestellt werden.
In der vorliegenden Erfindung unterliegt der Durchmesser der Kugel 4 keiner besonderen Einschränkung, aber unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung der Praktikabilität ist es bevorzugt, eine Kugel mit einem Durchmesser zu verwenden, der zweimal oder mehr und viermal oder weniger so groß ist wie der Durchmesser der Kugel 8 des Kugellagers 5. Insbesondere wenn der Durchmesser der Kugel 8 des Kugellagers 5 vier mm beträgt, ist es bevorzugt, die Kugel 4 mit einem Durchmesser von 8 bis 16 mm zu verwenden.
In der vorliegenden Ausführungsform befindet sich die in jede Kugel 4 eingravierte Kontaktfläche 5a auf einer Seitenfläche des inneren Rings 6 des Kugellagers 5 (siehe 1(c)). Die Kontaktfläche 5a besteht aus einer ringförmigen konkaven Kugelfläche und ist in einer Spitzbogenform ausgebildet.
Die Kugeln 4 sind in regelmäßigen Abständen einander benachbart in der Spiralnut 2a der Spindelwelle 2 jeweils in Kontakt mit der Kontaktfläche 5a jedes Kugellagers 5 angeordnet. Mit einer solchen Konfiguration kann sich in jedem Kugellager 5 der innere Ring 6 frei um die Drehachsen N₁ bis N₄ in Bezug auf die äußeren Ringe 7 drehen.
Wenn sich die Spindelwelle 2 dreht, kann sich jede Kugel 4 in verschiedene Richtungen drehen (auf der Spiralnut 2a rollen), während sie durch die Spiralnut 2a und die Kontaktfläche 5a des inneren Rings 6 des Kugellagers 5 gehalten wird.
Im Falle der vorliegenden Erfindung beträgt der Kontaktwinkel α₁, unter dem eine Oberfläche jeder Kugel 4 und die Spiralnut 2a der Spindelwelle 2 miteinander in Kontakt stehen, wenn Schub von der Kugel 4 auf die Spindelwelle 2 ausgeübt wird, zweckmäßigerweise 45 bis 55 Grad, wie bei einer allgemeinen zirkulierenden Kugelumlaufspindel (siehe 1(d)).
Außerdem ist die Spiralnut 2a der Spindelwelle 2 mit einer Lücke ΔSp₁ (zum Beispiel 0,5 mm bis 1 mm) zu der Kugel 4 angeordnet, so dass eine Beeinträchtigung der Kugel 4 zum Absorbieren eines Steigungsfehlers und eines Befestigungsfehlers verhindert werden kann, wodurch jede Kugel 4 so bearbeitet wird, dass sie in einer axialen Richtung der Spindelwelle 2 beweglich ist. Der Grund dafür ist, zu verhindern, dass die Kugel 4 aufgrund des Einflusses einer radialen Last oder dergleichen in der axialen Richtung gleichzeitig mit der vorderen und hinteren Spindelfläche der Spiralnut 2a in Kontakt kommt.
Außerdem entsteht in einem unteren Teil der Spiralnut 2a ein unterer Nutteil 2b, um einen Kontakt mit der Kugel 4 zu vermeiden und zu verhindern, dass der Kontaktwinkel α₁ zwischen der Kugel 4 und der Spiralnut 2a 60 Grad oder mehr wird.
Andererseits beträgt im Falle der vorliegenden Erfindung der Kontaktwinkel α₂ zwischen der Oberfläche jeder Kugel 4 und der Kontaktfläche 5a des Kugellagers 5, wenn eine von der Kugel 4 ausgehende Kraft auf die Spindelwelle 2 wirkt, zweckmäßigerweise 45 bis 55 Grad, wie bei einer allgemeinen zirkulierenden Kugelumlaufspindel.
Im Falle der vorliegenden Erfindung unterliegt es zwar keiner besonderen Einschränkung, doch unter dem Gesichtspunkt, dass man die in die Kontaktfläche 5a gravierte Kugel 4 frei auf der Kontaktfläche 5a rollen lässt, ist es bevorzugt, den Durchmesser der Kugel 4 und den Krümmungsradius der Kontaktfläche 5a so einzustellen, dass die Lücke ΔSp₂ zwischen der Kugel 4 und der Kontaktfläche 5a zum Beispiel 0,01 bis 0,5 mm beträgt (siehe 1(c)).
Mit anderen Worten, indem man den Durchmesser der Kugel 4 und den Krümmungsradius der konkaven Kugelfläche der Kontaktfläche 5a so einstellt, dass die Lücke ΔSp₂ zwischen der Kugel 4 und der Kontaktfläche 5a des Kugellagers 5 0,01 bis 0,5 mm beträgt, nimmt die Kontaktfläche zwischen der Kugel 4 und der Kontaktfläche 5a zu, und der zulässige Oberflächendruck nimmt zu.
Die andere Seitenfläche des inneren Rings 6 des Kugellagers 5 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist mit einem Kugelschmierloch 5b für die Zuführung von Schmieröl (Schmiere) versehen, um die Reibung zwischen der Kugel 4 und dem Kugellager 5 während des Betriebs zu reduzieren.
Ein Schraubenloch 90 mit einem Durchmesser, der etwas größer ist als der Durchmesser des Kugellagers 5, befindet sich in einem Teil auf einer anderen Seite der Spindelwelle 2 in Bezug auf jedes Kugellager 5, und die Fixierschraube 9 wird auf das Schraubenloch 90 (siehe 1(b)) geschraubt. Als Fixierschraube 9 kann zum Beispiel eine Innensechskantschraube verwendet werden.
In der vorliegenden Beschreibung werden die Kugel 4, das Kugellager 5 und die oben beschriebene Fixierschraube 9 als Kugeleinheit 11 als eine einzige Elementbaugruppe bezeichnet. Der Kugelumlaufspindelmechanismus der vorliegenden Erfindung umfasst wenigstens drei oder mehr (vier in der vorliegenden Ausführungsform) Kugeleinheiten 11.
In der vorliegenden Ausführungsform, die eine solche Konfiguration aufweist, zum Beispiel wenn ein Antriebsmotor 60, der in 11 gezeigt ist, so angetrieben wird, dass die Spindelwelle 2 um die Drehachse O rotierend angetrieben wird, bewegt sich ihre Spiralnut 2a in einer Spiralform entlang einer Bahn einer Steigung und bewegt sich zum Beispiel in der ersten Richtung P1 vorwärts. Eine Oberfläche jeder Kugel 4 auf einer Seite der zweiten Richtung P2 und auf einer Seite der Spindelwelle 2 befindet sich in einem kleinen elliptischen Bereich in Kontakt mit der Spiralnut 2a der Spindelwelle 2 und empfängt eine Schubkomponente in der ersten Richtung P1 ausgehend von der Spiralnut 2a der Spindelwelle 2.
Aufgrund dieser Schubkomponente schneidet jede Kugel 4 auf einer Achse in einer Richtung, die um den Kontaktwinkel α₁ in Bezug auf eine Richtung senkrecht zur Drehachse O der Spindelwelle 2 (siehe 1(d)) geneigt ist.
Dann wird die Kugel 4 durch Schübe und Drehmomente, die an einem Kontaktteil zwischen der Spiralnut 2a der Spindelwelle 2 und der Oberfläche der Kugel 4 und dem Kontaktteil zwischen der Kontaktfläche 5a des inneren Rings 6 des Kugellagers 5 und der Oberfläche der Kugel 4 erzeugt werden, so angeschoben, dass sie auf der Spiralnut 2a der Spindelwelle 2 rollt.
Wenn sich die Kugel 4 weiterhin in der ersten Richtung P1 fortbewegt, kommt die Oberfläche der Kugel 4 auf einer Seite der ersten Richtung P1 und auf einer Seite des Kugellagers 5 in einem kleinen elliptischen Bereich in Kontakt mit der Kontaktfläche 5a des Kugellagers 5 und empfängt somit die Schubkomponente in der ersten Richtung P1 ausgehend von der Oberfläche der Kugel 4.
Eine zu diesem Zeitpunkt gegen die Kontaktfläche 5a des inneren Rings 6 des Kugellagers 5 erzeugte Reibungskraft bewirkt, dass sich der innere Ring 6 jedes Kugellagers 5 um die Drehachsen N₁ bis N₄ dreht und sich die Spiralnut 2a der Spindelwelle 2 gemäß dem Prinzip einer Schraube in der ersten Richtung P1 vorwärtsbewegt, wodurch bewirkt wird, dass die äußeren Ringe 7 des Kugellagers 5 die Schubkomponente in der ersten Richtung P1 durch die Kugel 8 empfangen.
Wie oben beschrieben, wird in der vorliegenden Ausführungsform der Schub in der ersten Richtung P1 der Spindelwelle 2 über den Kraftübertragungsmechanismus 10 (Kugel 4 und Kugellager 5) auf das Gehäuse 30 des beweglichen Körpers 3 übertragen, wodurch sich der bewegliche Körper 3 in die erste Richtung P1 bewegt.
Man beachte, dass dann, wenn sich der bewegliche Körper 3 in der zweiten Richtung P2, die der ersten Richtung P1 entgegengesetzt ist, bewegt, ein Betrieb, der dem oben beschriebenen Betrieb entgegengesetzt ist, durchgeführt werden kann.
Die oben beschriebene vorliegende Ausführungsform hat keinen Mechanismus zum Zurückführen und Zirkulierenlassen einer Kugel wie eine herkömmliche zirkulierende Kugelumlaufspindel, und somit ist es möglich, eine glatte Bewegung einer Kugel ohne Auftreten eines Kugelstaus oder dergleichen auf einer Spindelwelle, wenn eine Kugel zurückkehrt, was in einer herkömmlichen zirkulierenden Kugelumlaufspindel aufgetreten ist, zu gewährleisten.
Da weiterhin in der vorliegenden Erfindung die Kugeln 4 jeweils in Kontakt mit der Kontaktfläche 5a des inneren Rings 6 des Kugellagers 5 in regelmäßigen Abständen einander benachbart in der Spiralnut 2a der Spindelwelle 2 angeordnet sind, kommen die Kugeln 4 auf der Spindelwelle 2 nicht miteinander in Kontakt.
Als Ergebnis ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, Schwingungen und Geräusche, die durch Kontakt zwischen den Kugeln, was in einer herkömmlichen zirkulierenden Kugelumlaufspindel vorkommt, verursacht werden, zu verhindern, eine Zunahme der Wärme zu vermeiden und einen während des Betriebs durch den Kontakt zwischen den Kugeln auf der Spindelwelle verursachten Kraftübertragungsverlust zu unterdrücken, so dass die Kraftübertragungseffizienz verbessert werden kann.
Weiterhin können in der vorliegenden Ausführungsform zum Beispiel drei oder mehr der Kugellager 5 und der Kugeln 4 pro Steigung der Spindelwelle 2 bereitgestellt werden, das heißt, wenn die Bedingungen einer herkömmlichen zirkulierenden Kugelumlaufspindel verwendet werden, kann die Anzahl der Umdrehungen der Kugel 4 auf der Spindelwelle 2 eine Umdrehung sein.
Als Ergebnis kann gemäß der vorliegenden Erfindung, da die Anzahl der Umdrehungen der Kugel 4 reduziert werden kann, ein akkumulierter Steigungsfehler, der in einer herkömmlichen zirkulierenden Kugelumlaufspindel entsteht, reduziert werden, und es kann verhindert werden, dass das Lastverteilungsverhältnis der Kugel 4 einseitig ist.
Außerdem wird in der vorliegenden Ausführungsform durch Verwendung einer Kugel mit einem Durchmesser, der zum Beispiel zweimal so groß oder mehr wie der Durchmesser (zum Beispiel 8 bis 16 mm) einer Kugel einer herkömmlichen zirkulierenden Kugelumlaufspindel ist, die Lastkapazität der Kugel so erhöht, dass sie größer oder gleich dem Durchmesserverhältnis ist. Daher kann die Anzahl der Kugeln 4 im Vergleich zu einer herkömmlichen zirkulierenden Kugelumlaufspindel eine sehr kleine Zahl (zum Beispiel drei oder mehr) sein.
Wenn zum Beispiel eine Spezifikation der dynamischen Belastung für eine zirkulierende Kugelumlaufspindel, die einen Nenndurchmesser von 25 mm, einen Kugeldurchmesser von 4,762 mm, einen Führungswinkel von 10,6 Grad und eine Anzahl von Umdrehungen einer Kugel von zwei aufweist, mit einer Spezifikation der dynamischen Belastung für den Kugelumlaufspindelmechanismus gemäß der vorliegenden Ausführungsform, bei dem vier Kugeln mit einem Durchmesser von 10 mm in gleichmäßigem Abstand angeordnet sind, verglichen wird, ist die vorliegende Ausführungsform, bei der vier Kugeln angeordnet sind, eher etwas größer.
Dies bedeutet, dass in dem Kugelumlaufspindelmechanismus 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Spezifikation der dynamischen Last äquivalent zu 34 Kugeln ist, was zweimal so viel wie die Anzahl von 17 Kugeln pro Steigung ist, und dies zeigt, dass Wirkungen des Kugeldurchmesserverhältnisses groß sind. Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform ist es möglich, einen Kugelumlaufspindelmechanismus 1 bereitzustellen, der kompakt, leicht und kostengünstig ist.
2(a) ist eine partielle Querschnittsvorderansicht, die eine Gesamtkonfiguration gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Im Folgenden werden Abschnitte, die denjenigen der ersten Ausführungsform entsprechen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und eine ausführliche Beschreibung derselben wird weggelassen.
Wie in 2(a) gezeigt ist, weist ein Kugelumlaufspindelmechanismus 1A gemäß der zweiten Ausführungsform eine Vielzahl (zwei in der zweiten Ausführungsform) von Kraftübertragungsmechanismen (erster und zweiter Kraftübertragungsmechanismus 10A bzw. 10B) auf, die sich in dem Gehäuse 30 befinden.
Der erste und der zweite Kraftübertragungsmechanismus 10A und 10B weisen jeweils eine Konfiguration auf, die zu der des oben beschriebenen Kraftübertragungsmechanismus 10 äquivalent war, und umfassen eine Vielzahl (vier in der zweiten Ausführungsform) von Kugeleinheiten 11 (siehe 2(b)).
Im Falle der zweiten Ausführungsform übt der erste Kraftübertragungsmechanismus 10A einen Schub in der ersten Richtung P1 parallel zur Drehachse O der Spindelwelle 2 auf den beweglichen Körper 3 aus, während der zweite Kraftübertragungsmechanismus 10B einen Schub in der zweiten Richtung P2, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, auf den beweglichen Körper 3 ausübt (siehe 2(a)).
In diesem Fall ist die erste Richtung P1 zum Beispiel eine Richtung der Bewegung aus einer Ruheposition zu einer Zielposition, und die zweite Richtung P2 ist eine Richtung der Bewegung aus der Zielposition zu der Ruheposition.
3 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Abmessungsbeziehung des Kugelumlaufspindelmechanismus gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt, 4(a) ist eine erläuternde Ansicht, die den Abstand zwischen Löchern eines Gehäuses eines beweglichen Körpers gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt, und 4(b) ist eine perspektivische Ansicht, die das Gehäuse des beweglichen Körpers zeigt.
Wie in 3 gezeigt ist, wird in der zweiten Ausführungsform der Abstand in der Richtung der Spindelwelle 2 zwischen einem Paar Kugeln 4, die den oben beschriebenen ersten und zweiten Kraftübertragungsmechanismus 10A und 10B entsprechen, so eingestellt, dass es sich um einen Wert handelt, der dadurch erhalten wird, dass man einen Wert ΔSt, der dem Spiel mit Schüben von den Kugeln 4, die auf die Spindelwelle 2 wirken, entspricht, von einem Abstand 3p, bei dem es sich um einen Abstand zwischen den Spiralnuten 2a der Spindelwelle 2, in der das Paar Kugeln 4 angeordnet ist, handelt, subtrahiert, das heißt 3p - ΔSt.
In der vorliegenden Erfindung, wie zum Beispiel in den 4(a) und 4(b) gezeigt ist, befinden sich Lochteile 50A und 50B und Schraubenlöcher 90A und 90B, die zu dem oben beschriebenen Lochteil 50 und dem Schraubenloch 90 äquivalent sind, auf jeder der Seitenflächen 31 bis 34 des Gehäuses 30 des oben beschriebenen beweglichen Körpers 3 in einem Abstand von 3p - ΔSt, und die Kugeleinheit 11 (Kugel 4, Kugellager 5 und Fixierschraube 9), die in 2(a) gezeigt ist, ist an jedem der Lochteile 50A und 50B und Schraubenlöcher 90A und 90B befestigt, wodurch die in 3 gezeigte Konfiguration ermöglicht wurde.
Indessen hat in der ersten Ausführungsform, wie oben beschrieben, die Nutbreite der Spiralnut 2a der Spindelwelle 2 eine vorbestimmte Lücke ΔSp₁ mit der Oberfläche der Kugel 4, um eine Störung der Kugel 4 zu verhindern (siehe 1(d)).
Andererseits befindet sich auf der konkaven Kugelfläche 5a des Kugellagers 5 eine geringfügige Lücke ΔSp₂, die kleiner ist als die Lücke ΔSp₁, zwischen dem Kugellager 5 und der Kugel 4 (siehe 1(c)).
Wenn diese Lücken ΔSp₁ und ΔSp₂ summiert werden, gibt es einen Spielraum von ΔSp = ΔSp₁ + ΔSp₂ zwischen der Spindelwelle 2 und dem Gehäuse 30 des beweglichen Körpers 3.
Herkömmlicherweise werden einige Vorrichtungen, bei denen eine zirkulierende Kugelumlaufspindel verwendet wird, durch eine Werkzeugmaschine oder einen Servomotor gesteuert, und es gibt einen Fall, bei dem es erforderlich ist, den Spielraum ΔSp auf Null zu eliminieren.
In diesem Fall wird in einer allgemeinen zirkulierenden Kugelumlaufspindel ein Doppelmuttersystem eingesetzt, um den Abstand zwischen den Muttern um den Betrag des Spielraums zu reduzieren.
Es werden zwei Muttern bereitgestellt, weil in regelmäßigen Abständen Spiralnuten in eine Innenfläche einer Mutter aus Lagerstahl geschnitzt werden müssen, und es ist nicht leicht, die Ganghöhe der Spiralnuten von der Mitte her zu verändern (obwohl es kompliziert ist, haben einige Vorrichtungen Maßnahmen, um eine Doppelgewindeschraube mit einer verschobenen Ganghöhe zu verwenden).
Andererseits wird im Falle der vorliegenden Erfindung ein einziges Gehäuse 30 mit der erforderlichen Anzahl von Lochteilen 50A und Schraubenlöchern 90A auf einer Bahn einer Steigung, die eine Last in einer normalen Rotationsrichtung empfängt, bereitgestellt, und die Kugeleinheit 11, die durch die Kugel 4, das Kugellager 5 und die Fixierschraube 9 aufgebaut wird, wird zusammengesetzt und ist als Kraftübertragungsmechanismus 10A aufgebaut.
Dann werden in einem identischen Gehäuse 30 die erforderliche Anzahl von Lochteilen 50B und Schraubenlöchern 90B auf der Bahn der Steigung, die eine Last in einer umgekehrten Rotationsrichtung empfängt, bereitgestellt, und die oben beschriebene Kugeleinheit 11 wird zusammengesetzt und ist als Kraftübertragungsmechanismus 10B aufgebaut.
Da der Referenzabstand zwischen den beiden Kraftübertragungsmechanismen 10A und 10B ein ganzzahliges Vielfaches einer Ganghöhe p ist und im Falle des in 3 gezeigten Beispiels dreimal so groß wie die Ganghöhe p ist, kann der Spielraum zwischen der Spindelwelle 2 und dem Gehäuse 30 des beweglichen Körpers 3 beseitigt werden, so dass er null beträgt, indem man dafür sorgt, dass der Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Lochteils 50A und dem Schraubenloch 90A des Kraftübertragungsmechanismus 10A bzw. dem Mittelpunkt des Lochteils 50B und dem Schraubenloch 90B des Kraftübertragungsmechanismus 10B den Betrag 3P - ΔSt aufweist, das heißt, dafür sorgen, dass der Abstand zwischen den entsprechenden nahe beieinander liegenden Löchern der oben beschriebenen Lücke ΔSt entspricht.
Außerdem kann der Spielraum zwischen der Spindelwelle 2 und dem Gehäuse 30 des beweglichen Körpers 3 negativ gemacht werden, um eine Vorlast zu erzeugen.
Da gemäß der zweiten Ausführungsform der Lochteil 50A und das Schraubenloch 90A dadurch angeordnet werden können, dass man den einen Kraftübertragungs-mechanismus 10A gegenüber dem anderen Kraftübertragungsmechanismus 10B um das durch die obige Gleichung berechnete Spiel ΔSt verschiebt, kann eine spanende Bearbeitung leicht durchgeführt werden, und die Kostensituation ist gut.
5(a) ist eine partielle Querschnittsvorderansicht, die eine Gesamtkonfiguration gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 5(b) ist eine partielle Querschnittsseitenansicht, die die Gesamtkonfiguration gemäß der dritten Ausführungsform zeigt. 6 ist eine entwickelte erläuternde Ansicht, die die Anordnung von Kugeleinheiten pro Steigung gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.
Im Folgenden werden Schnitte, die solchen der ersten Ausführungsform entsprechen, durch identische Bezugszeichen bezeichnet, und eine ausführliche Beschreibung derselben wird weggelassen. Wie in den 5(a) und 5(b) gezeigt ist, weist ein Kugelumlaufspindelmechanismus 1B gemäß der dritten Ausführungsform die Spindelwelle 2 mit einer hohlen Struktur auf. Mit anderen Worten, ein durchgehendes Loch 20, das sich in Längsrichtung erstreckt, ist in der Spindelwelle 2 ausgebildet.
In der dritten Ausführungsform ist der Querschnitt des Gehäuses 30 des beweglichen Körpers 3 in einer regelmäßigen sechseckigen Form ausgebildet, und drei Kugeleinheiten 11 befinden sich in dem Gehäuse 30, wodurch der Kraftübertragungsmechanismus 10 gebildet wird.
In diesem Fall sind, wie in 6 gezeigt ist, drei Kugeleinheiten 11 (Kugel 4, Kugellager 5 und Fixierschraube 9) pro Steigung (Ph) in regelmäßigen Abständen entlang der Spiralnut (Steigungsbahn) 2a der Spindelwelle 2 befestigt. Als Spindelwelle 2 wird eine eingewindige Schraube verwendet.
7(a) ist eine partielle Querschnittsvorderansicht, die eine Gesamtkonfiguration gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 7(b) ist eine partielle Querschnittsseitenansicht, die die Gesamtkonfiguration der vierten Ausführungsform zeigt.
8 ist eine entwickelte erläuternde Ansicht, die die Anordnung von Kugeleinheiten pro Steigung gemäß der vierten Ausführungsform zeigt, und 9 ist eine entwickelte erläuternde Ansicht, die eine Modifikation gemäß der vierten Ausführungsform zeigt. Im Folgenden werden Schnitte, die solchen der ersten Ausführungsform entsprechen, durch identische Bezugszeichen bezeichnet, und eine ausführliche Beschreibung derselben wird weggelassen.
Wie in den 7(a) und 7(b) gezeigt ist, weist ein Kugelumlaufspindelmechanismus 1C gemäß der vierten Ausführungsform eine Spindelwelle 2 mit einer hohlen Struktur auf, und das durchgehende Loch 20, das sich in Längsrichtung erstreckt, ist in der Spindelwelle 2 ausgebildet.
In der vierten Ausführungsform ist der Querschnitt des Gehäuses 30 des beweglichen Körpers 3 in einer regelmäßigen sechseckigen Form ausgebildet, und sechs Kugeleinheiten 11 befinden sich in dem Gehäuse 30, wodurch der Kraftübertragungsmechanismus 10 gebildet wird.
In diesem Fall sind sechs Kugeleinheiten 11 (Kugel 4, Kugellager 5 und Fixierschraube 9) in regelmäßigen Abständen pro Steigung entlang der Spiralnut (Steigungsbahn) 2a der Spindelwelle 2 befestigt. Als Spindelwelle 2 wird eine eingewindige Schraube verwendet.
Da gemäß den in den 5(a) und 5(b) bis 8 und 10 gezeigten Ausführungsformen die Spindelwelle 2 mit einer hohlen Struktur versehen ist, kann eine Antriebswelle eines anderen Antriebsmechanismus, wie eines Roboters, durch das durchgehende Loch 20 der Spindelwelle 2 hindurch verlaufen, wodurch es möglich wird, eine kompakte Gerätekonfiguration zu erhalten.
Gemäß diesen Ausführungsformen kann eine Kugeleinheit irgendwo ohne einen Rückkehrmechanismus einer herkömmlichen zirkulierenden Kugelumlaufspindel, was technisch schwierig ist, installiert werden, und somit kann die Kugeleinheit 11 leicht an dem Gehäuse 30 angeordnet und befestigt werden, auch wenn die hohle Spindelwelle 2 eine willkürliche Dicke aufweist.
Da zum Beispiel in einer fünften Ausführungsform, die in 10 gezeigt ist, die Spindelwelle 2 erheblich dick ist (zum Beispiel beträgt der Wellendurchmesser etwa 82 mm), beträgt der zulässige Schub etwa 1/5 des Schubs einer allgemeinen zirkulierenden Kugelumlaufspindel (Anzahl der Umdrehungen: 3), aber die axiale Länge beträgt 1/2. Daher können die Gestaltungsoptionen ausgeweitet werden.
Im Allgemeinen nehmen das Antriebsmoment und der Schub mit zunehmendem Wellendurchmesser einer zirkulierenden Kugelumlaufspindel zu, aber das Antriebsmoment kann je nach den Anwendungen klein sein, auch wenn der Wellendurchmesser erhöht ist, und das Antriebsmoment und der Schub gemäß dem Wellendurchmesser erhöht sind, tritt wahrscheinlich eine ausgezeichnete Qualität auf.
Insbesondere im Falle einer langen Spindelwelle kann der Wellendurchmesser erhöht sein, um ein Abknicken und kritische Geschwindigkeiten zu verhindern. In einem solchen Fall kann eine hohle Spindelwelle Formeffekte gegen das Knicken erhöhen, und es ist leicht, die Ablenkung bei kritischen Geschwindigkeiten zu unterdrücken, so dass eine wirksame Reaktion erfolgen kann. Außerdem ist eine Gewichtsreduktion im Sinne der Kompaktheit und Effektivität bei Umgebungsbelastungen vorteilhaft.
Da insbesondere das Antriebsmoment und der Schub nicht proportional zum Wellendurchmesser der Spindelwelle zunehmen oder abnehmen, können das Antriebsmoment und der Schub in der vorliegenden Erfindung eingestellt werden, indem man die Anzahl der Kugeleinheiten pro Steigung verändert.
Die 7(a) und 7(b) zeigen ein Beispiel, bei dem die Anzahl der Kugeleinheiten 11 gemäß der in 5 gezeigten dritten Ausführungsform verdoppelt ist (3 → 6), um das Antriebsmoment zu verdoppeln.
Andererseits kann zu diesem Zeitpunkt das Spiel reduziert werden, ohne das Antriebsmoment zu verdoppeln. Wie in Bezug auf 3 beschrieben wurde, ist dies dadurch möglich, dass man in den Kraftübertragungsmechanismen 10A und 10B die Anordnung der Kugeln 4 in eine Seite mit normaler Rotation und eine Seite mit umgekehrter Rotation unterteilt und eine davon um ΔSt in axialer Richtung der Spindelwelle 2 verschiebt.
Wie zum Beispiel weiterhin in 9 gezeigt ist, können benachbarte Kugeleinheiten 11 in gestaffelter Weise angeordnet und um einen vorbestimmten Abstand (hier ΔSt) in der axialen Richtung der Spindelwelle 2 (die erste Richtung P1 oder die zweite Richtung P2) verschoben sein.
Insbesondere wenn alle Kugeleinheiten 11 in einer 360-Grad-Drehung um die Spindelwelle 2 herum angeordnet sein können, wie es zum Beispiel in den 7(a) und 7(b) gezeigt ist, wenn man aus einer Richtung senkrecht zur Richtung der Spindelwelle 2 schaut, gibt es keine Überlappung zwischen den Kugeleinheiten 11, und eine Schublast auf jede der Kugeln 4 und die Kugellager 5 auf der Basis eines Schubs gegen den beweglichen Körper 3 ist gleichmäßig auf diese verteilt, so dass die Ermüdungsfestigkeit verbessert werden kann.
Das vorliegende Beispiel mit einer solchen Konfiguration ermöglicht Gewichtsreduktion, Kompaktheit, leichte Herstellbarkeit und Gestaltungsoptimierung einer Vorrichtung.
10(a) ist eine partielle Querschnittsvorderansicht, die eine Gesamtkonfiguration gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 10(b) ist eine partielle Querschnittsseitenansicht, die die Gesamtkonfiguration gemäß der Ausführungsform zeigt.
Im Folgenden werden Schnitte, die solchen der ersten Ausführungsform entsprechen, durch identische Bezugszeichen bezeichnet, und eine ausführliche Beschreibung derselben wird weggelassen.
Wie in den 10(a) und 10(b) gezeigt ist, weist ein Kugelumlaufspindelmechanismus 1D gemäß der fünften Ausführungsform die Spindelwelle 2 mit einer hohlen Struktur auf, und das durchgehende Loch 20, das sich in Längsrichtung erstreckt, ist in der Spindelwelle 2 ausgebildet.
In der fünften Ausführungsform ist das Gehäuse 30 des beweglichen Körpers 3 in einer zylindrischen Querschnittsform ausgebildet, und acht Kugeleinheiten 11 befinden sich in dem Gehäuse 30, das den Kraftübertragungsmechanismus 10 bildet.
Obwohl es in diesem Fall nicht im Detail gezeigt ist, sind acht Kugeleinheiten 11 (Kugel 4, Kugellager 5 und Fixierschraube 9) pro Steigung in regelmäßigen Abständen entlang der Spiralnut (Steigungsbahn) 2a der Spindelwelle 2 befestigt. Als Spindelwelle 2 wird eine eingewindige Schraube verwendet.
Wenn man gemäß der fünften Ausführungsform mit einer solchen Konfiguration, wie sie oben beschrieben ist, aus der Richtung senkrecht zur Richtung der Spindelwelle 2 schaut, gibt es keine Überlappung zwischen den Kugeleinheiten 11, und eine axiale Last auf jeder der Kugeln 4 und der Kugellager 5 auf der Basis des Schubs gegen den beweglichen Körper 3 ist gleichmäßig auf diese verteilt, so dass die Ermüdungsfestigkeit verbessert werden kann.
Da außerdem in der fünften Ausführungsform mehr Kugeleinheiten 11 in 360 Grad (eine Führung) in dem Gehäuse 30 des beweglichen Körpers 3 vorhanden sein können, kann die geteilte Last auf die Kugeln 4 der Kugeleinheiten 11 unter den Kugeln 4 ausgeglichen werden, und die Kraftübertragungseffizienz von der Spindelwelle 2 auf den beweglichen Körper 3 kann im Vergleich zu einer zirkulierenden Kugelumlaufspindel verbessert werden.
Die 11(a) und 11(b) sind Ansichten, die einen Hauptteil einer linearen beweglichen Vorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform zeigen, wobei 11(a) eine Draufsicht ist und 11(b) eine partielle Längsschnittansicht ist.
Wie in den 11(a) und 11(b) gezeigt ist, umfasst eine linear bewegliche Vorrichtung 40 gemäß der fünften Ausführungsform zum Beispiel den Kugelumlaufspindelmechanismus 1A, der in den 2(a) und 2(b) gezeigt ist.
Dabei ist bei dem Kugelumlaufspindelmechanismus 1A die Spindelwelle 2 in horizontaler Richtung orientiert und durch ein Paar Trägerblöcke 41 gestützt, und die Spindelwelle 2 wird durch den Antriebsmotor 60 in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung gedreht.
Der Tisch 42 ist auf dem Gehäuse 30A des Kugelumlaufspindelmechanismus 1A fixiert. Der lineare Bewegungsmechanismus 45 befindet sich auf beiden Seiten des Kugelumlaufspindelmechanismus 1A.
Der lineare Bewegungsmechanismus 45 umfasst das Paar Führungsschienen 43, die parallel zu der Spindelwelle 2 verlaufen, und die beweglichen Blöcke 44, die jeweils entlang dieser Führungsschienen 43 beweglich sind.
Der Tisch 42, der horizontal auf dem Gehäuse 30A des Kugelumlaufspindelmechanismus 1A befestigt ist, ist auf den beweglichen Blöcken 44 des linearen Bewegungsmechanismus 45 fixiert.
Gemäß der fünften Ausführungsform mit einer solchen Konfiguration ist es möglich, die linear bewegliche Vorrichtung 40 einschließlich des kompakten, leichten und kostengünstigen Kugelumlaufspindelmechanismus 1 bereitzustellen, die eine glatte Bewegung der Kugel 4 auf der Spindelwelle 2 gewährleisten kann, um Schwingungen und Geräusche zu verhindern, eine Erhöhung der Wärme zu vermeiden und eine hohe Kraftübertragungseffizienz aufrechtzuerhalten, und die einen akkumulierten Steigungsfehler zwischen dem Mutterteil, das die Kugel und die Spindelwelle hält, reduzieren kann, indem man dafür sorgt, dass die Anzahl der Umdrehungen der Kugel 4 auf der Spindelwelle 2 eins beträgt, und die weiterhin den Wert des Spiels reduzieren kann.
Die 12(a) und 12(b) sind Ansichten, die eine Konfiguration eines linearen Bewegungsmechanismus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei 12(a) eine Seitenansicht ist und 12(b) eine Querschnittsvorderansicht ist.
Die 13(a) und 13(b) sind Ansichten, die eine Konfiguration des linearen Bewegungsmechanismus gemäß einer Modifikation der vorliegenden Ausführungsform zeigen, bei dem 13(a) eine Seitenansicht ist und 13(b) eine Querschnittsvorderansicht ist.
Im Folgenden werden Schnitte, die solchen der ersten Ausführungsform entsprechen, durch identische Bezugszeichen bezeichnet, und eine ausführliche Beschreibung derselben wird weggelassen.
Wie in den 12(a) und 12(b) gezeigt ist, verwendet die vorliegende Ausführungsform den im Folgenden beschriebenen linearen Bewegungsmechanismus 45 in der linear beweglichen Vorrichtung 40, die in den 11(a) und 11(b) gezeigt ist.
Dabei umfasst der lineare Bewegungsmechanismus 45 die Führungsschiene 43 und den beweglichen Block 44, der ein Gehäuse 47 aufweist, das so angeordnet ist, dass es die Führungsschiene 43 umgibt.
Die Führungsschiene 43 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist in einer im Querschnitt rechteckigen Form ausgebildet und so angeordnet, dass sie sich in horizontaler Richtung erstreckt. Auf beiden Seitenteilen der Führungsschiene 43 befinden sich Führungsnuten 46, die im Querschnitt in Bogen- oder Spitzbogenform ausgebildet sind und die sich in horizontaler Richtung erstrecken.
Andererseits befinden sich in der Modifikation, die in den 13(a) und 13(b) gezeigt ist, die Führungsnuten 46, die in Spitzbogenform ausgebildet sind und sich in horizontaler Richtung erstrecken, auf beiden Seitenteilen der Führungsschiene 43.
In einem unteren Teil jeder der Führungsnuten 46 ist ein unterer Nutenteil 48 ausgebildet, um den Kontakt mit der Kugel 4 zu vermeiden und zu verhindern, dass der Kontaktwinkel zwischen der Kugel 4 und der Führungsnut 46 60 Grad oder mehr beträgt.
Das Gehäuse 47 ist in einem U-förmigen Querschnitt ausgebildet und so angeordnet, dass innere Teile beider Seitenteile, die sich in vertikaler Richtung erstrecken, den Führungsnuten 46 auf beiden Seitenflächen 43a der Führungsschiene 43 gegenüber liegen.
In der vorliegenden Ausführungsform befinden sich auf jedem Seitenteil des Gehäuses 47 zwei der oben beschriebenen Kugellager 5.
Dabei liegt bei jedem der Kugellager 5 eine Seitenfläche der Führungsnut 46 der Führungsschiene 43 gegenüber, der äußere Ring 7 ist in regelmäßigen Abständen entlang der Führungsnut 46 an dem Gehäuse 47 des beweglichen Blocks 44 befestigt und fixiert, und der innere Ring 6 weist die konkave sphärische Kontaktfläche 5a auf, die sich in Kontakt mit jeder der Kugeln 4 befindet, die auf einer Seitenfläche, die der Führungsschiene 43 gegenüber liegt, ausgebildet sind.
Weiterhin ist in jedem Kugellager 5 jeder innere Ring 6 in einer Richtung orthogonal zur Längsrichtung der Führungsschiene 43 um die Drehachsen N₅ und N₆ drehbar angeordnet, und die Kugeln 4 sind in der Führungsnut 46 der Führungsschiene 43 in vorbestimmten Abständen (hier in regelmäßigen Abständen) einander benachbart jeweils in Kontakt mit der Kontaktfläche 5a des inneren Rings 6 des Kugellagers 5 angeordnet, wodurch bewirkt wird, dass das Gehäuse 47 des beweglichen Blocks 44 über die Kugeln 4 durch die Führungsnut 46 der Führungsschiene 43 gestützt wird.
Wenn in dem linearen Bewegungsmechanismus 45 mit einer solchen Konfiguration gemäß der vorliegenden Ausführungsform in einer Richtung, in der sich die Führungsschiene 43 erstreckt, eine Kraft auf das Gehäuse 47 ausgeübt wird, wirkt eine Kontaktkraft auf jede Kugel 4 ausgehend von der Kontaktfläche 5a des inneren Rings 6 des Kugellagers 5 über die äußeren Ringe 7 und die Kugel 8 des Kugellagers 5, und eine Reaktionskraft ausgehend von einer Nutoberfläche der Führungsnut 46 der Führungsschiene 43 gegen die Kontaktkraft wirkt über die Kugel 4 auf die Kontaktfläche 5a des inneren Rings 6 des Kugellagers 5.
Durch Wirkungen dieser Kräfte rollt jede Kugel 4 in der Führungsnut 46 der Führungsschiene 43, und der bewegliche Block 44 bewegt sich in horizontaler Richtung (die erste Richtung P1 oder die zweite Richtung P2), während sich der innere Ring 6 jedes Kugellagers 5 um die Drehachsen N₅ und N₆ dreht.
Mit dem linearen Bewegungsmechanismus 45 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie er oben beschrieben ist, treten Kugelstaus und Kontakt zwischen Kugeln, wenn eine Kugel zurückkehrt, was in einem herkömmlichen linearen Bewegungsmechanismus, der eine Kugel zirkulieren lässt, aufgetreten ist, nicht auf, wodurch es ermöglicht wird, eine glatte Bewegung einer Kugel zu gewährleisten und die Kraftübertragungseffizienz zu verbessern.
Wenn also der obige lineare Bewegungsmechanismus 45 auf die linear bewegliche Vorrichtung 40, die in den 11(a) und (b) gezeigt ist, angewendet wird, ist eine glattere Fortbewegung möglich.
Man beachte, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und dass verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können.
Zum Beispiel umfasst die zweite Ausführungsform, die in den 2(a) und 2(b) gezeigt ist, die Kraftübertragungsmechanismen 10A und 10B, die mit dem Kraftübertragungsmechanismus 10 identisch sind, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt und kann zum Beispiel einen Kraftübertragungsmechanismus, der eine andere Anzahl von Kugeleinheiten 11 aufweist, umfassen.
Mit einer solchen Konfiguration ist es möglich, einen Kugelumlaufspindelmechanismus bereitzustellen, der ein optimales Antriebsmoment auf die Spindelwelle 2 gemäß einer Bewegungsrichtung des beweglichen Körpers 3 ausüben kann.
Bezugszeichenliste

1: Kugelumlaufspindelmechanismus
2: Spindelwelle
3: beweglicher Körper
4: Kugel
5: Kugellager
6: innerer Ring
7: äußerer Ring
8: Kugel
9: Fixierschraube
10: Kraftübertragungsmechanismus
11: Kugeleinheit
20: durchgehendes Loch
30: Gehäuse
40: linear bewegliche Vorrichtung
45: linearer Bewegungsmechanismus

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2015096752 A [0010]
JP 2016114181 A [0010]
JP 2016125661 A [0010]

Claims

Kugelumlaufspindelmechanismus, umfassend: eine Spindelwelle, die eine Spiralnut umfasst und sich linear erstreckt; ein beweglicher Körper, der ein Gehäuse umfasst und so angeordnet ist, dass er den Rand der Spindelwelle umgibt; und einen Kraftübertragungsmechanismus, der den Schub der Spindelwelle auf das Gehäuse des beweglichen Körpers überträgt und dadurch den beweglichen Körper in einer axialen Richtung der Spindelwelle bewegt, wobei der Kraftübertragungsmechanismus eine Vielzahl von Kugellagern und eine Vielzahl von Kugeln, die jeweils den Kugellagern entsprechen, umfasst und die Kugellager jeweils, wobei eine Seitenfläche der Spindelwelle zugewandt ist, einen äußeren Ring, der in regelmäßigen Abständen entlang der Spiralnut der Spindelwelle an dem Gehäuse des beweglichen Körpers befestigt und fixiert ist, und einen inneren Ring mit einer konkaven sphärischen Kontaktfläche, die auf einer der Spindelwelle zugewandten Seitenfläche gebildet ist, umfassen, wobei die konkave sphärische Kontaktfläche mit den Kugeln in Kontakt steht und jeder der inneren Ringe um eine Drehachse in einer Richtung orthogonal zu einer Drehachse der Spindelwelle herum drehbar angeordnet ist und die Kugeln jeweils in regelmäßigen Abständen in der Spiralnut der Spindelwelle einander benachbart in Kontakt mit der Kontaktfläche angeordnet sind.
Kugelumlaufspindelmechanismus gemäß Anspruch 1, wobei die Spindelwelle eine hohle Struktur aufweist.
Kugelumlaufspindelmechanismus gemäß Anspruch 1 oder 2, der eine Vielzahl der Kraftübertragungsmechanismen umfasst, der Abstand in der Richtung der Spindelwelle zwischen einem Paar entsprechender Kugeln der Kraftübertragungsmechanismen so eingestellt wird, dass es sich um einen Wert handelt, der dadurch erhalten wird, dass man einen Wert, der dem Spiel entspricht, während Schub von den Kugeln auf die Spindelwelle wirkt, von einem Wert, der einer Anzahl von Gängen zwischen den Spiralnuten der Spindelwelle, auf der das Paar von Kugeln angeordnet ist, äquivalent ist, subtrahiert.
Kugelumlaufspindelmechanismus gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei drei oder mehr der Kugellager und der Kugeln pro Steigung der Spindelwelle bereitgestellt werden.
Kugelumlaufspindelmechanismus gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Kugel mit einem Durchmesser von 8 bis 16 mm verwendet wird, wenn eine Kugel des Kugellagers einen Durchmesser von 4 mm aufweist.
Linear bewegliche Vorrichtung umfassend: den Kugelumlaufspindelmechanismus gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4; ein Paar Trägerblöcke, die die Spindelwelle des Kugelumlaufspindelmechanismus drehbar lagern; einen Tisch, der an dem Gehäuse des Kugelumlaufspindelmechanismus befestigt ist; und einen linearen Bewegungsmechanismus, der ein Paar Führungsschienen, die parallel zur Spindelwelle des Kugelumlaufspindelmechanismus angeordnet sind, und bewegliche Blöcke, die an dem Tisch befestigt und an den Führungsschienen montiert sind, um sich jeweils linear entlang der Führungsschienen zu bewegen, umfasst.
Linear bewegliche Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei in dem linearen Bewegungsmechanismus die Führungsschiene eine Führungsnut aufweist, die sich linear entlang der Führungsschiene erstreckt; und die beweglichen Blöcke ein Gehäuse umfassen, das so angeordnet ist, dass es beiden Seitenflächen der Führungsschiene zugewandt ist, die Kugellager jeweils, wobei eine Seitenfläche der Führungsnut der Führungsschiene zugewandt ist, entlang der Führungsnut der Führungsschiene an dem Gehäuse der beweglichen Blöcke befestigt sind, und die Führungsnut einen Querschnitt aufweist, der bogenförmig oder spitzbogenförmig ist, und die Kugellager jeweils, wobei eine Seitenfläche der Führungsschiene zugewandt ist, einen äußeren Ring, der in regelmäßigen Abständen entlang der Führungsnut an dem Gehäuse der beweglichen Blöcke befestigt und fixiert ist, und einen inneren Ring mit einer konkaven sphärischen Kontaktfläche, die auf einer der Führungsschiene zugewandten Seitenfläche ausgebildet ist, umfassen, die konkave sphärische Kontaktfläche mit den Kugeln in Kontakt steht und jeder der inneren Ringe in einer Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung der Führungsschiene um eine Drehachse herum drehbar angeordnet ist und die Kugeln jeweils in Kontakt mit der Kontaktfläche in vorbestimmten Abständen einander benachbart in der Führungsnut der Führungsschiene angeordnet sind.