TW201333338A - 滾珠螺桿之軸承裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種能夠有效率冷卻滾珠螺桿之軸承裝置或軸承裝置附近的冷卻機構。因此，滾珠螺桿之軸承裝置(101)，具備：嵌合在滾珠螺桿之螺桿軸(110)的端部形成和螺桿軸(110)一體旋轉的內圈(121)；透過該內圈(121)之外圍面(121a)所配設的複數滾動體(122)將內圈(121)支撐成可旋轉的外圈(123)；及具有與外圈(123)之外圍面(123a)抵接的內圍面(130a)將螺桿軸(110)支撐成可旋轉的殼(130)。於該殼(130)，貫通殼(130)之兩端部(130b、130b)沿著殼(130)的軸方向形成有可使冷卻媒體通過的複數冷卻用貫通孔(170)。

Description

滾珠螺桿之軸承裝置

本發明是關於具有滾動軸承和殼的滾珠螺桿之軸承裝置，其滾動軸承可將滾珠螺桿之螺桿軸的端部支撐成旋轉自如，其殼內嵌在該滾動軸承的外圈。

滾珠螺桿具備：於內圍面形成有螺旋溝槽的螺帽；於外圍面形成有螺旋溝槽的螺桿軸；及配設在由螺帽之螺旋溝槽和螺桿軸之螺旋溝槽所形成的軌道溝槽之間的滾珠。

做為工作機械、擠出成型機、半導體元件製造裝置等之精密進給機構使用的滾珠螺桿，當以高速、高週期使用時會變高溫，導致螺桿軸或螺帽產生熱變形(螺桿軸會因熱膨脹而伸長)。隨著熱變形，就會產生滾珠的負荷分佈異常或動作性變差，導致進給機構的定位精度變差。因此，對於定位精度要求高的滾珠螺桿，就需要施有可使螺桿軸、螺帽及配置在螺桿軸端部的軸承裝置冷卻的對策。

專利文獻1中，記載著於內嵌有可將螺桿軸的端部支撐成旋轉自如之滾動軸承之外圈的「殼」和隔著隔熱材固定在殼的「本體框架」之間，及於「螺帽」和隔著隔熱材固定在螺帽的「移動體」之間設有間隙，對各間隙輸入冷卻用空氣藉此使上述螺帽和滾動軸承冷卻的技術。

此外，專利文獻2中，記載著於螺帽具備冷卻機構的滾珠螺桿。

[先行技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本實開平01-117847號公報

專利文獻2：日本特開2011-17419號公報

然而，於專利文獻1所記載的技術中，對於滾動軸承的冷卻效率尚有改善的餘地。具體而言，該技術是使殼的外圍部冷卻，並非使發熱源即軸承裝置及其附近冷卻，因此並沒有執行有效率的冷卻。

於是，本發明是注目在上述問題點而為的發明，其目的是在於提供一種能夠有效率冷卻滾珠螺桿之螺桿軸其端部旋轉自如支撐用的滾動軸承或軸承裝置附近的滾珠螺桿之軸承裝置。

為了達成上述目的，本發明之一實施形態的滾珠螺桿之軸承裝置，其特徵為，具備：嵌合在滾珠螺桿之螺桿軸的端部藉此和上述螺桿軸成一體旋轉的內圈；透過配設在該內圈之外圍的複數滾動體將上述內圈支撐成可旋轉的外圈；及 具有要與上述外圈之外圍面抵接的內圍面藉此將上述螺桿軸支撐成可旋轉的殼，貫通上述殼的兩端部，沿著上述殼的軸方向形成有可使冷卻媒體通過的複數冷卻用貫通孔。

此外，上述滾珠螺桿之軸承裝置，是以上述冷卻用貫通孔連通用的溝槽部形成在上述殼的端面為特徵。

此外，上述冷卻用貫通孔是可構成為透過接頭構件利用配管連結在殼的外部。

另外，上述冷卻用貫通孔，也可沿著上述殼的圓周方向成均等配置。

藉由將上述冷卻用貫通孔配置成以上所述，是能夠使用設置在要比殼之外側還接近滾動軸承之殼的內部之冷卻用貫通孔執行殼之圓周方向的均勻冷卻，因此就能夠比冷卻殼外側的專利文獻1的方法還能夠有效率使滾珠螺桿之螺桿軸其端部旋轉自如支撐用的滾動軸承冷卻。

此外，上述冷卻用貫通孔也可形成3~6條。

上述冷卻用貫通孔的數量愈多是能夠使冷卻效果愈高，但殼的機械性強度會降低，加工成本也會增加。此外，上述冷卻用貫通孔為2個時，即使是等間隔配置在圓周方向但配置間隔大，因此會產生溫度梯度容易使殼熱變形成橢圓形。基於此，上述冷卻用貫通孔是以3個以上且6個以下的範圍為佳。

此外，上述冷卻用貫通孔又以配置在上述螺桿軸的端部側或凸緣側為佳。

根據本發明之一實施形態的滾珠螺桿之軸承裝置時，是能夠有效率冷卻滾珠螺桿之螺桿軸其端部旋轉自如支撐用的滾動軸承或軸承裝置的附近。

[發明之實施形態] (第1實施形態)

以下，針對滾珠螺桿之軸承裝置的第1實施形態參照圖面進行說明。

該實施形態的滾珠螺桿之軸承裝置，如第4圖所示，具有：要將滾珠螺桿之螺桿軸1的端部11支撐成旋轉自如的二個滾動軸承2a、2b；及要內嵌有滾動軸承2a、2b之外圈21a、21b的殼3。此外，該滾珠螺桿之軸承裝置又具有：要壓住滾動軸承2a、2b之內圈22a、22b防止內圈22a、22b往軸方向移動的軸環4及防鬆螺帽5；及要壓住外圈21a、21b防止外圈21a、21b往軸方向移動的壓蓋6。再加上，如第1圖~第4圖所示，該滾珠螺桿之軸承裝置又具有接頭構件71a~71d、72a~72d和配管73~77及要將壓蓋6固定在凸緣3用的螺栓8。

螺桿軸1的端部11為小徑部，在其段差部和一方滾動軸承2a的內圈22a之間配置有軸環4。於另一方滾動軸承2b之內圈22b的外側也配置有軸環4，在軸環4的 外側配置有防鬆螺帽5。

滾動軸承2a、2b的外圈21a、21b，是配置在殼3內圍面的大徑部。一方滾動軸承2a之外圈21b的端面抵接於段差面，另一方滾動軸承2b的外圈21b抵接於壓蓋6的端面。

如第1圖~第4圖所示，於殼3之軸方向一端形成有凸緣31。於凸緣31，形成有可使螺栓8螺合的內螺紋31a和要插入有安裝用螺栓的螺栓孔31b。於殼3，又在圓周方向以等間隔形成有朝軸方向貫通的4條冷卻用貫通孔32a~32d。於各冷卻用貫通孔32a~32d的兩端部，形成有管用錐形內螺紋部320。

如第5圖所示，壓蓋6，是圓板狀構件其具有螺桿軸2能夠遊嵌之大小的中心孔61，其要配置有螺栓8頭部側的螺栓孔62是以等間隔形成在圓周方向的8處。該等螺栓孔62，是設置在殼3之內螺紋31a所對應的位置。此外，於壓蓋6的外圍部，在殼3之各冷卻用貫通孔32a~32d所對應的位置形成有凹部63。

於組裝時，首先，是將一方的軸環4接觸安裝在螺桿軸1之端部11的段差部，然後在殼3和螺桿軸1的端部11之間安裝滾動軸承2a、2b。其次，使螺桿軸1穿通壓蓋6的中心孔61，將壓蓋6配置在殼3的凸緣31側，從壓蓋6的螺栓孔62插入螺栓8使螺栓8螺合在凸緣31的內螺紋31a。接著，將另一方的軸環4安裝在螺桿軸1的端部11，再將防鬆螺帽5鎖緊。如此一來，滾動軸承2a 、2b的外圈21a、21b就會固定在殼3，內圈22a、22b就會固定在螺桿軸1的端部11。

於該狀態下，從壓蓋6的凹部63放入各接頭構件71a~71d、72a~72d，如第4圖所示，將其前端部(管用錐形外螺紋部)螺合於各冷卻用貫通孔32a~32d的管用錐形內螺紋部320。

如此一來，如第1圖~第3圖所示，就會成為在殼3之各冷卻用貫通孔32a~32d的兩端連結有各接頭構件71a~71d、72a~72d的狀態。

接著，以配管73連結凸緣31側的接頭構件71a和接頭構件71d。將冷卻液導入用配管74連接在凸緣31側的接頭構件71b。將冷卻液排出用配管75連接在凸緣31側的接頭構件71c。於殼3之凸緣31未形成側，以配管76連結接頭構件72a和接頭構件72b，以配管77連結接頭構件72c和接頭構件72d。

於該實施形態的滾珠螺桿中，從冷卻液導入用配管74導入的冷卻液，是依照下述順序流動，即，接頭構件71b→殼3的冷卻用貫通孔32b→接頭構件72b→配管76→接頭構件72a→殼3的冷卻用貫通孔32a→接頭構件71a→配管73→接頭構件71d→殼3的冷卻用貫通孔32d→接頭構件72d→配管77→接頭構件72c→殼3的冷卻用貫通孔32c→接頭構件72c→冷卻液排出用配管75。利用該冷卻液的流動使殼3冷卻。

因此，根據該實施形態的軸承裝置時，是可直使殼3 的圓周方向均勻冷卻，基於此，殼3、滾動軸承2a、2b和螺桿軸1的端部11就可於周方向受到均勻冷卻，因此就能夠抑制熱變形。接著，由於能夠有效率冷卻滾動軸承2a、2b，因此就能夠防止滾動軸承2a、2b之滾珠的負荷分佈異常或動作性變差。

另，例如專利文獻2所示，只對螺帽具備有冷卻機構的滾珠螺桿，其螺桿軸的冷卻只執行在螺帽的移動範圍，因此螺桿軸的端部就無法獲得冷卻效果，若並用本實施形態的軸承裝置就能達到所期望的冷卻效果。

(第2實施形態)

其次，針對滾珠螺桿之軸承裝置的第2實施形態參照圖面進行說明。第6圖為表示滾珠螺桿之軸承裝置的第2實施形態其構成正面圖。此外，第7圖為表示滾珠螺桿之軸承裝置的第2實施形態其構成右側面圖。另外，第8圖為表示滾珠螺桿之軸承裝置的第2實施形態其構成左側面圖。又，第9圖為表示滾珠螺桿之軸承裝置的第2實施形態其構成沿軸方向切剖的剖面圖。

如第6圖~第9圖所示，本實施形態的滾珠螺桿之軸承裝置101，具備：要將滾珠螺桿的螺桿軸110支撐成可旋轉的複數列滾動軸承120；及滾動軸承120收容用的殼130。

<滾動軸承>

如第9圖所示，滾動軸承120，具有嵌合在螺桿軸110之端部藉此和螺桿軸110成一體旋轉的二個內圈121、121，於該等內圈121、121的外圍面121a、121a，分別設有透過複數滾動體122將內圈121支撐成可旋轉的外圈123、123。

滾動軸承120的內圈121，是由形成在螺桿軸110的段部111和防鬆螺帽140定位在指定位置。該防鬆螺帽140螺嵌在螺桿軸110的端部，於防鬆螺帽140和內圈121之間的螺桿軸110外圍，設有例如由盤簧或螺旋彈簧或縱彈性係數的金屬等形成的軸環150。

此外，滾動軸承120的內圈121，是由防鬆螺帽140的鎖緊力推壓至上述段部111，在該段部111和內圈121之間的螺桿軸110外圍，設有例如由盤簧或螺旋彈簧或縱彈性係數的金屬等形成的軸環150。

另，滾動軸承120的內圈121是由形成在螺桿軸110的段部111和防鬆螺帽140定位在指定位置。

<殼>

殼130，例如形成為圓筒形。此外，如第9圖所示，殼130的內圍面130a，是嵌合在滾動軸承120的外圍面(外圈123的外圍面123a)。因此，殼130，是將螺桿軸110支撐可旋轉。

此外，如第9圖所示，殼130的外圍面，是和未圖示之軸承支架的內圍面嵌合成可滑動。即，軸承支架(未圖 示)是透過殼130支撐著滾動軸承120。

<壓蓋>

滾動軸承120的外圈123，是由形成在殼130之內圍面130a的段部131及第2壓蓋162定位在指定位置。該壓蓋161、162，是由複數螺栓200安裝在殼130之軸方向的端面130b、130b(參照第9圖)。

<冷卻用貫通孔>

於殼130，複數形成有朝軸方向貫通殼130之兩端部(兩端面)的冷卻用貫通孔170。該等冷卻用貫通孔170，是以沿著殼130的外圍面配置或配置在同一圓周上為佳，若均等配置則更佳。另，該等冷卻用貫通孔170是為了讓冷卻流體通過而設置。冷卻流體是由連結在複數冷卻貫通孔170當中任一貫通孔的冷卻管190供應或排出。冷卻管190，是連結於供應冷卻媒體並且回收冷卻媒體藉此再度具備冷卻功能進行再度供應的冷卻媒體循環裝置(未圖示)。

<溝槽部>

於殼130的端面130b、130b，是以沿著端面130b、130b的外圍形成有冷卻用貫通孔170之開口部連通用的溝槽部180為佳。設置成上述的溝槽部180，是透過密封墊185由第1壓蓋161或第2壓蓋162密封著，藉此形成 有連通於冷卻貫通孔170的流路B~D(參照第7圖及第8圖)。採用形成有溝槽部180之形態時，是比殼130只形成有冷卻貫通孔170的形態還能夠減少貫通冷卻貫通孔170之冷卻媒體供應用的零件數量，其結果是可達到降低成本。

於此，如上述，流路是由溝槽部180和第1壓蓋161或第2壓蓋162形成，但第1壓蓋161及第2壓蓋162之相向溝槽部180的面是以平坦為佳。其理由是於第1壓蓋161及第2壓蓋162之相向溝槽部180的面，若形成有溝槽部180所對應之另一溝槽部，則有時凸緣的錯位組合等會造成無法形成有最佳流路，基於此，若形成為平坦還可降低加工成本，製品管理也較容易。

[冷卻用貫通孔的設置位置]

複數形成之冷卻用貫通孔170的設置位置是以沿著殼130的周方向成均等配置為佳。但是，當冷卻用貫通孔170為2條時，即，冷卻用貫通孔170的均等配置(180°均等配置)時，離開冷卻貫通孔170的部份其溫度會變高，因此就會產生溫度梯度，導致滾動軸承120的外圈123的剖面形狀變成橄欖球狀。如此一來，滾動軸承120之外圈123的正圓性(圓筒性)會降低，使施加在滾動軸承120的負荷不均勻造成容易影響到動作性，基於此冷卻用貫通孔170為2條時是不好的設置形態。

[冷卻用貫通孔的條數]

此外，增加冷卻用貫通孔170的條數，應該是能夠使滾動軸承120獲得更大的冷卻效果，並且應該能夠使滾動軸承120之外圈123的正圓性(圓筒性)提昇，但不應該無限制地增加冷卻用貫通孔170的條數。其理由是增加冷卻用貫通孔170的條數也意味著降低殼130的強度，其結果會導致滾珠螺桿軸的支撐剛性降低。

再加上，冷卻用貫通孔170的加工因縱長比較大，加工時比較費工時導致成本增加。

於是，本實施形態中，如第6圖~第8圖所示，冷卻用貫通孔170的條數為4條，但構造上難以均等設置4條冷卻用貫通孔170時也可均等設置3條冷卻用貫通孔170。

[冷卻媒體的循環路徑]

如上述形成有冷卻用貫通孔170的滾珠螺桿之軸承裝置101中，如第6圖~第8圖所示，從冷卻管191供應的冷卻媒體，在「A」部份流入冷卻管191所連結的冷卻用貫通孔171，經流路「B」流入冷卻用貫通孔172，經流路「C」流入冷卻用貫通孔173，經流路「D」流入冷卻用貫通孔174，從「E」部份所連結的冷卻管192排出。

如上述，滾珠螺桿之軸承裝置101，是在殼130設有複數冷卻用貫通孔170，於該等冷卻用貫通孔170和溝槽部180及第1壓蓋161或第2壓蓋162所形成的流路流動 有冷卻媒體，藉此就能夠有效率冷卻發熱源即軸承的最接近部。其結果，能夠抑制滾動軸承120的發熱，減少熱膨脹造成滾珠螺桿和螺桿軸110之間的伸長，能夠提昇定位精度等。

此外，均等配置冷卻用貫通孔170，是可使溫度分佈接近均勻，能夠抑制不均勻之熱變形，因此就能夠防止滾動軸承120之內部的滾珠(滾動體122)負荷分佈異常或動作性變差。

於此，本實施形態的滾珠螺桿之軸承裝置101，其冷卻管190(191、192)也可配置在螺桿軸110的端部112側(未形成有螺紋溝槽的部份)。此外，本實施形態的滾珠螺桿之軸承裝置101，其冷卻管190(191、192)也可配置在凸緣132側。

冷卻管190(191、192)配置在螺桿軸110的端部112側，即，冷卻用貫通孔170配置在螺桿軸110的端部112側，藉此與冷卻用貫通孔170配置在螺桿軸110之螺紋溝槽形成側的形態相比，是比較不會影響滾珠螺桿之螺帽(未圖示)的移動範圍，因此就能夠使滾珠螺桿之螺帽(未圖示)的移動範圍變大。

另外，冷卻管190(191、192)配置在凸緣132側，即，冷卻用貫通孔170配置在凸緣132側，藉此就能夠在組裝有冷卻管190(191、192)的狀態下，將殼130組裝在未圖示之殼固定構件(例如軸承支架等)。具體而言，要將殼130組裝在上述殼固定構件時，於第9圖中，對殼 130就能夠朝箭頭符號方向組裝上述殼固定構件。即，若要在殼130之凸緣132未形成側(第1壓蓋161設置側)配置有冷卻管190(191、192)時，是需要於殼130組裝在上述殼固定構件之後，才能組裝冷卻管190(191、192)。但是，冷卻管190(191、192)配置在凸緣132側的形態，當殼130要組裝在上述殼固定構件時，冷卻管190(191、192)不會造成干涉。因此，冷卻管190(191、192)配置在凸緣132側時，是能夠在組裝有冷卻管190(191、192)的狀態下將殼130組裝在上述殼固定構件。

以上，針對滾珠螺桿之軸承裝置的第2實施形態進行了說明，但本發明並不限於此，其可進行各種的變更、改良。例如：上述的實施形態中對於滾珠螺桿之螺桿軸支撐用的軸承是以複數列滾動軸承為例示，但並不限於此，其也可以是單列滾動軸承。此外，本實施形態的滾珠螺桿之軸承裝置，是以並用螺帽冷卻用的螺帽冷卻裝置為佳。對於滾珠螺桿的軸芯冷卻，因在螺桿軸內部形成有冷卻路徑所以軸承也會冷卻，但於螺帽冷卻時只有螺帽移動的部份才會冷卻，其理由是當無法期待有軸承之冷卻效果時才算達到有效冷卻。因此，對於螺帽冷卻也需要有軸承的冷卻。

1‧‧‧螺桿軸

11‧‧‧螺桿軸的端部

2a、2b‧‧‧滾動軸承

21a、21b‧‧‧外圈

22a、22b‧‧‧內圈

3‧‧‧殼

31‧‧‧凸緣

31a‧‧‧內螺紋

31b‧‧‧螺栓插入孔

32a~32d‧‧‧冷卻用貫通孔

320‧‧‧管用錐形內螺紋部

4‧‧‧軸環

5‧‧‧防鬆螺帽

6‧‧‧壓蓋

61‧‧‧中心孔

62‧‧‧螺栓孔

63‧‧‧凹部

71a~71d‧‧‧接頭構件

72a~72d‧‧‧接頭構件

73‧‧‧配管

74‧‧‧冷卻液導入用配管

75‧‧‧冷卻液排出用配管

76‧‧‧配管

77‧‧‧配管

8‧‧‧螺栓

101‧‧‧滾珠螺桿之軸承裝置

110‧‧‧螺桿軸

111‧‧‧段部

120‧‧‧滾動軸承

121‧‧‧內圈

122‧‧‧滾動體

123‧‧‧外圈

130‧‧‧殼

131‧‧‧段部

132‧‧‧凸緣

140‧‧‧防鬆螺帽

150‧‧‧軸環

161、162‧‧‧壓蓋

170‧‧‧冷卻用貫通孔

180‧‧‧溝槽部

190‧‧‧冷卻管

第1圖為表示滾珠螺桿之軸承裝置的第1實施形態正面圖。

第2圖為第1圖之軸承裝置的箭頭符號a方向視圖。

第3圖為第1圖之軸承裝置的箭頭符號b方向視圖。

第4圖為第3圖IV-IV剖線剖面圖。

第5圖為表示第1圖之軸承裝置構成用的壓蓋平面圖。

第6圖為表示滾珠螺桿之軸承裝置的第2實施形態其構成正面圖。

第7圖為表示滾珠螺桿之軸承裝置的第2實施形態其構成右側面圖。

第8圖為表示滾珠螺桿之軸承裝置的第2實施形態其構成左側面圖。

第9圖為表示滾珠螺桿之軸承裝置的第2實施形態其構成沿著軸方向切剖的剖面圖。

101‧‧‧滾珠螺桿之軸承裝置

110‧‧‧螺桿軸

111‧‧‧段部

112‧‧‧端部

120‧‧‧滾動軸承

121‧‧‧內圈

121a‧‧‧外圍面

122‧‧‧滾動體

123‧‧‧外圈

123a‧‧‧外圍面

130‧‧‧殼

130a‧‧‧內圍面

130b‧‧‧端部

131‧‧‧段部

132‧‧‧凸緣

140‧‧‧防鬆螺帽

150‧‧‧軸環

161、162‧‧‧壓蓋

170‧‧‧冷卻用貫通孔

180‧‧‧溝槽部

190‧‧‧冷卻管

200‧‧‧螺栓

Claims (6)

1. 一種滾珠螺桿之軸承裝置，其特徵為，具備：嵌合在滾珠螺桿之螺桿軸的端部藉此和上述螺桿軸成一體旋轉的內圈；透過配設在該內圈之外圍面的複數滾動體將上述內圈支撐成可旋轉的外圈；及具有與上述外圈之外圍面抵接的內圍面藉此將上述螺桿軸支撐成可旋轉的殼，貫通上述殼的兩端部，沿著上述殼的軸方向形成有可使冷卻媒體通過的複數冷卻用貫通孔。
2. 如申請專利範圍第1項所記載的滾珠螺桿之軸承裝置，其中，上述冷卻用貫通孔是透過接頭構件利用配管連結在殼的外部。
3. 如申請專利範圍第1項所記載的滾珠螺桿之軸承裝置，其中，上述冷卻用貫通孔連通用的溝槽部是形成在上述殼的端面。
4. 如申請專利範圍第1項至第3項任一項所記載的滾珠螺桿之軸承裝置，其中，上述冷卻用貫通孔是沿著上述殼的周圍方向成均等配置。
5. 如申請專利範圍第1項至第4項任一項所記載的滾珠螺桿之軸承裝置，其中，上述冷卻用貫通孔是形成為3~6條。
6. 如申請專利範圍第1項至第5項任一項所記載的滾珠螺桿之軸承裝置，其中，上述冷卻用貫通孔是配置在 上述螺桿軸的端部側或凸緣側。