TW201945651A

TW201945651A - 滾珠螺桿

Info

Publication number: TW201945651A
Application number: TW108113947A
Authority: TW
Inventors: 岡渓太郎
Original assignee: 日商日本精工股份有限公司
Priority date: 2018-04-24
Filing date: 2019-04-22
Publication date: 2019-12-01
Also published as: KR102411226B1; CN112313430A; US20220090659A1; ES2955722T3; EP3792523A1; WO2019208510A1; TWI705208B; JP6954220B2; KR20210002561A; CN112313430B; US11391350B2; JP2019190562A; EP3792523A4; EP3792523B1

Abstract

本發明的課題為提供一種滾珠螺桿，具備可以使滾珠通過滾珠回流通路時之進出變動小的循環部。
其解決手段為滾珠螺桿，具有：螺桿軸(10)，在外圍面形成有螺旋狀的第1螺紋槽(11)；螺帽(20)，配置在螺桿軸(10)的周圍，在內周圍面形成有螺旋狀的第2螺紋槽(21)；複數滾珠(30)，收容在以相對的兩螺紋槽(11、21)所形成的滾動路(23)內；及循環偏轉塊(40)，構成使複數滾珠(30)在一捲繞以下之滾動路(23)循環用的滾珠回流通路(42)。並且，以使用導程(L)、滾珠直徑(Da)、導程角(β)的式，算出滾珠回流通路(42)的最大傾斜角度(α)，減小進出變動。

Description

滾珠螺桿

本發明是關於滾珠螺桿，更詳細而言，關於使複數滾珠在形成於螺桿軸與螺帽之間的滾動路循環之內部循環方式的滾珠螺桿。

滾珠螺桿是為了實現精密定位的裝置，運用於工具機或產業機械等的搬運裝置或工作台傳動裝置、汽車的操縱裝置等。又，內部循環方式的滾珠螺桿之中，使用循環偏轉塊的偏轉塊式的滾珠螺桿在各種滾珠螺桿之中，具有可最為小型化的長處。

專利文獻1中，揭示有一種滾珠螺桿裝置，具備：配置成水平狀態旋轉的螺桿軸；外嵌於該螺桿軸的螺帽；可滾動地填充於藉螺桿軸及螺帽的滾珠滾動槽所形成之軌道內的複數滾珠；及具有滾珠回流槽而內設於螺帽的複數循環偏轉塊。複數循環偏轉塊是在螺帽的軸向以一列，且各循環偏轉塊的相位大致為上地配置，經常在滾珠回流槽內生成間隙以防止滾珠的堵塞現象，抑制滾珠通過週期之動作扭矩的變動，謀求伴隨動作扭矩的變動致不順暢的抑制。

並且，專利文獻2中，在各滾珠間隔著彈性體，限定作用於循環部一端的滾珠與另一端的滾珠之間的滾珠進出方向之彈性體的彈性係數，藉此吸收循環部內之滾珠的進出變動的滾珠螺桿已為人知。
[先前技術文獻]
[專利文獻]

[專利文獻1] 日本特開2012-47333號公報
[專利文獻1] 日本特開2004-108395號公報

[發明概要]
[發明所欲解決之課題]

但是，球體排列在槽或圓筒等形成的曲線路移動時，會有球體列的全長根據曲線路的球體的位置變化的現象產生。例如，球體B填充在如第14圖的曲線路的場合，第14圖的(a)與(b)在球體B的位置會有差，其全長有微妙地不同。這是起因於連結球體B的中心的線S1從槽的中心線S2脫離成短程，而其短程量會依球體B的位置變更。亦即，球體列通過如第14圖的槽之中時，其全長L1、L2會產生伸縮。

一旦，無限連續的球體列通過曲線路時，即使產生伸縮使得球體B前後不能延伸，而使得球體B本身彈性變形抵銷其延伸。其結果，在延伸的時間點球體B會彼此推壓而阻滯，不能順利通過曲線路。但是，伸縮量會依曲線路的曲率半徑或曲線的長度變化，所以只要得知伸縮量變小的曲線形狀即可實現順暢之球體B的通過。
並且，球體列伸縮時在曲線路的進出口，會有球體B進到入口的量與從出口出來的量不同而使得伸縮的量不同。因此，稱此現象為進出變動，有稱此伸縮量為進出變動量的場合。

偏轉塊式滾珠螺桿是在循環偏轉塊的內部具有複雜的三維曲線形狀的循環路，使球體列通過其中的構造。亦即，如第14圖表示，以一定曲率的曲線描繪滾珠回流通路的場合，其進出變動量雖可藉計算式求得，但是循環偏轉塊的滾珠回流通路並非以一定曲率的曲率所構成，而是三維曲線形狀(參閱第2圖)，因此以計算求得進出變動量困難。其結果，會有不能使進出變動量小球體在滾珠回流通路內順利循環的課題。

又，根據專利文獻1記載的滾珠螺桿裝置時，有在螺帽設置嵌合循環偏轉塊用的孔或槽的必要，而有螺帽的熱處理時容易變形之生產上的課題。並且，位在循環偏轉塊內的滾珠不能承受負荷，使得各滾珠的負荷平衡不良，其結果，有使得滾珠螺桿裝置的壽命降低的可能性。

又，專利文獻2記載的滾珠螺桿中，因滾珠間隔著彈性體的量，有減少滾珠數量的必要。因此，降低滾珠螺桿的負荷容量。並且，組裝時的滾珠填充作業變得繁雜，並有以柔軟性高的材質構成之彈性體的強度或耐磨損性的疑慮，在高速旋轉條件的使用困難。

本發明是有鑒於上述的課題所研創而成，其目的為提供一種滾珠螺桿，具備可以使滾珠通過滾珠回流通路時之進出變動小的循環部。

[用於解決課題的手段]

本發明的上述目的是藉下述的構成來達成。
(1) 滾珠螺桿，具有：螺桿軸，在外圍面形成有螺旋狀的螺紋槽；
螺帽，配置在上述螺桿軸的周圍，在內周圍面形成有螺旋狀的螺紋槽；
複數滾珠，收容在以相對的上述兩螺紋槽所形成的滾動路內；及
循環部，構成使該複數滾珠在一捲繞以下之上述滾動路循環用的滾珠回流通路，其特徵為：
上述循環部的滾珠回流通路是設導程為L、滾珠直徑為Da、導程角為β時，形成使上述滾珠回流通路的最大傾斜角度α符合下述(c1)~(c3)的其中之一。

(2) 上述循環部是由循環偏轉塊所構成為特徵之(1)記載的滾珠螺桿。

[發明效果]

根據本發明的滾珠螺桿，循環部的滾珠回流通路是形成符合上述(c1)~(c3)的其中之一之滾珠回流通路的最大傾斜角度α，可藉此減小滾珠通過滾珠回流通路時的進出變動。

以下，根據圖示詳細說明本發明相關的滾珠螺桿之一實施形態。
第1圖為本發明相關之滾珠螺桿的透視圖，第2圖是表示通過循環路的鋼球列、螺桿軸及循環偏轉塊的透視圖。

該滾珠螺桿1是具備螺桿軸10、螺帽20、複數滾珠30及作為循環部的複數循環偏轉塊40所構成。螺桿軸10是形成以中心軸CL為中心的圓筒形狀，在其外圍面形成有預定的導程的螺旋狀的第1螺紋槽11。

螺帽20是呈大致圓筒狀，其內徑是形成比螺桿軸10的外徑大，以預定的間隙外嵌於螺桿軸10。在螺帽20的一端部設有與引導對象結合用的突緣25。在螺帽20的內周圍面具有與螺桿軸10的第1螺紋槽11相等的導程，形成有與第1螺紋槽11相對的第2螺紋槽21。並且，藉螺桿軸10的第1螺紋槽11與螺帽20的第2螺紋槽21形成剖面大致圓形的滾動路23。在此滾動路23內填充配置有可滾動的複數滾珠30。

又，在螺帽20的內周圍面安裝有使滾珠30返回跟前之滾動路23用的複數循環偏轉塊40。各循環偏轉塊40形成有連結滾動路23的一端與一捲繞跟前之滾動路23的另一端的滾珠回流通路42。藉此滾珠回流通路42，將朝各循環偏轉塊40在滾動路23滾動而來的滾珠30朝著螺桿軸10的徑向掬起，並越過螺桿軸10的螺紋12，回到一捲繞跟前(一導程跟前)的滾動路23而可以使滾珠30循環。

並且，藉此滾珠回流通路42及滾動路23在螺桿軸10的外側形成有大致圓環狀的無限循環路24。藉此，伴隨著相對於螺帽20之螺桿軸10的相對旋轉，使複數滾珠30在無限循環路24內無限循環，藉以使螺帽20可相對於螺桿軸10在螺桿軸10的軸向相對地直線運動。

接著，針對各循環偏轉塊40參閱第3圖詳細說明。循環偏轉塊40是例如藉燒結合金所形成，平面顯示為大致小橢圓形的構件，在其內面形成有大致S字型的滾珠回流通路42。

正交於螺桿軸10之中心軸CL的面S與在滾珠回流通路42內的滾珠30的軌跡T₂ 所成的傾斜角度是使循環偏轉塊40的經路上之偏轉塊中心C的角度成為最大傾斜角度α。並且，在螺桿軸10上的滾珠30的軌跡T₁ 與正交於螺桿軸10之中心軸CL的面S所成的角度是成為螺紋槽11、21的導程角β。

在此，發明人致力研究的結果，根據解析進出變動量得出，確立進出變動變小的循環偏轉塊40的設計。
循環偏轉塊40的滾珠回流通路42只要決定最大傾斜角度α與滾珠回流通路42的曲率半徑R即大致可決定其形狀。因此，在該等兩個值的設計中為重要。本實施形態是在種種的諸條件的滾珠螺桿1中，為了獲得進出變動變小的滾珠回流通路42的最大傾斜角度α與曲率半徑R，設計進出變動小的滾珠回流通路42時，只須如何設定最大傾斜角度α與曲率半徑R已然明確。
並且，計算的結果，為了獲得小的進出變動量，得知重要的是比曲率半徑R設定使最大傾斜角度α成為某值。詳細說明如下。

並且，在此的曲率半徑R，嚴格上，滾珠回流通路42並非從第3圖(b)記載的方向看時的曲率半徑，而是如第4圖表示，將在直徑與滾珠中心圓相同的圓筒面上所描繪的滾珠回流通路42展開成平面時得到的曲率半徑。另一方面，最大傾斜角度α是從第3圖(b)記載的方向看去所得到的值。

首先，設滾珠回流通路42的曲率半徑R為一定，變更滾珠回流通路42的最大傾斜角度α計算進出變動時，如第5圖表示，得知變化進出變動量有使得進出變動成為最小的最大傾斜角度α存在。(第5圖中，α=32°周邊。並且，此例是設軸徑為40mm、曲率半徑R為12mm。)

接著，在軸徑32mm~63mm的種種的滾珠螺桿中使滾珠回流通路42的曲率半徑R除以滾珠直徑Da的值R/Da在1.5~2.2之間變化，彙整進出變動成為最小時之滾珠回流通路42的最大傾斜角度α時，成為如第6圖表示。並且，R/Da在1.5~2.2之間變化是由於R/Da小於1.5時，如第10圖表示進出變動不易變小，R/Da比2.2大時，滾珠回流通路42的全長變長使得循環偏轉塊變大。

另外，設第6圖的縱軸並非最大傾斜角度α，而是角度γ(γ=α+導程角β)時，如第8圖表示線重疊，分成三個群組。在此，確認各個群組的共通項時，可得知線重疊的滾珠螺桿的導程/滾珠直徑成為大致相同的值。第7圖表示三個群組的各導程/滾珠直徑。

如第6圖及第7圖表示，可得知即使變更滾珠回流通路42的曲率半徑R進出變動為最小的角度γ幾乎不會改變。由於γ=α+導程角β，所以只要規定最大傾斜角度α即可與曲率半徑R不相關地決定進出變動成為最小的循環偏轉塊40之滾珠回流通路42的形狀。這是表示循環偏轉塊40的滾珠回流通路42不根據從第4圖(a)看去時的曲線的曲率半徑R，只須以最大傾斜角度α即可決定進出變動成為最小滾珠回流通路42的形狀。

又，進出變動成為最小的最大傾斜角度α是從第7圖，可得知只要滾珠螺桿1的導程/滾珠直徑相同，即可成為大致相同。例如，下述3種類A~C的滾珠螺桿1不論軸徑為何，進出變動成為最小的最大傾斜角度α幾乎相同。
A：導程20mm、滾珠直徑6.35mm
B：導程15mm、滾珠直徑4.7625mm
C：導程10mm、滾珠直徑3.175mm

針對22種的滾珠螺桿求得進出變動成為最小的γ時，如第8圖表示，得知γ是以導程/滾珠直徑的關係表示。
在此，進出變動成為最小的最大傾斜角度α是如第7圖表示，根據曲率半徑R有稍微的變動。在此，第8圖中，尋求R/Da=1.5~2.2之間所獲得進出變動成為最小的最大傾斜角度α的平均值，從其平均值算出γ的值來使用。
從第8圖，以符合以下的式的最大傾斜角度α設計循環偏轉塊40時，可以使進出變動小。式中，L為導程，Da為滾珠直徑。

亦即，

又，進出變動量的值只要是0.1mm以下為佳，可確認相對於變動量成為最小的最大傾斜角度α的值大約進入±5°的範圍即可達成變動量為0.1mm以下。其例為第9圖(a)表示軸徑為50mm、曲率半徑R為12.5mm時的滾珠螺桿、第9圖(b)表示軸徑為40mm、曲率半徑R為12mm時的滾珠螺桿。藉此，達成進出變動量為0.1mm以下，因此使用上述的式(b1)~(b3)，得到以下的式(c1)~(c3)。

另外，進出變動量只要是0.06mm以下為佳。因此，從第9圖(a)及第9圖(b)在上式(c1)~(c3)中將±5°設成3.5°，即可達成0.06mm以下。

但是，循環偏轉塊40的設計是最大傾斜角度α越小滾珠回流通路42的全長變短，可將循環偏轉塊40大小抑制成小的，相反地最大傾斜角度α大時，會有增大第3圖表示之循環偏轉塊40的外圍與滾珠回流通路42之間的壁厚T的優點。因此，有使得循環偏轉塊40的大小或壁厚T優先的必要，有僅考慮進出變動量大多不能設定最大傾斜角度α的場合。為此，現實上考慮相對於式(b1)~(b3)設進入±5°左右之範圍的式(c1)~(c3)。
因此，在最大傾斜角度α的設定中，除進出變動量以外，考慮循環偏轉塊40的大小，或循環偏轉塊40的外圍與滾珠回流通路42之間的壁厚T等，選擇式(c1)~(c3)的其中之一。

第10圖是表示使滾珠回流通路42的曲率半徑R/滾珠直徑Da與進出變動量成為最小的方式設定最大傾斜角度α時之進出變動量的值的關係。由此圖得知設曲率半徑R/滾珠直徑Da為1.5以上時可獲得小的進出變動量。由此從螺桿軸徑看滾珠回流通路42時的曲率半徑R即使在滾珠回流通路42的任一部分是以設定成曲率半徑R/滾珠直徑Da＞1.5為佳。

又，如第11圖表示，在滾珠回流通路42與螺帽20的第2螺紋槽21的接縫J有段差s時，這也是成為進出變動產生的要因。第12圖表示在接縫J有段差s時之循環路內的滾珠列。在此，為形成小的接縫J的段差s，尋求將循環偏轉塊40與螺帽20的第2螺紋槽21可精度良好地定位。精度良好定位的方法是例如第13圖表示，有在循環偏轉塊40設置與螺帽20嵌合用的突出部46的方法。

又，滾珠回流通路42的寬度相對於循環偏轉塊40內的滾珠30較寬時，滾珠30會從滾珠回流通路42的中心偏離，使滾珠30的排列變得不穩定，也會影響在循環偏轉塊40內之滾珠30的軌跡T₂ 。如設計的滾珠30，由於排列於滾珠回流通路42的中央附近，因此如第3圖(b)表示，滾珠回流通路42的寬度W是以設成滾珠30的直徑×1.07以下為佳，並以設成滾珠30的直徑×1.05以下更佳。

如以上說明，根據本實施形態的滾珠螺桿1，具有：外圍面形成有螺旋狀的第1螺紋槽11的螺桿軸10；配置在螺桿軸10的周圍，內周圍面形成有螺旋狀的第2螺紋槽21的螺帽20；收容在以相對的兩螺紋槽11、21所形成的滾動路23內的複數滾珠30；及構成使複數滾珠30在一捲繞以下之滾動路23循環用的滾珠回流通路42的循環偏轉塊40。並且，循環偏轉塊40的滾珠回流通路42設導程為L、滾珠直徑為Da、導程角為β時，形成使滾珠回流通路42的最大傾斜角度α符合下述(c1)~(c3)的其中之一。

藉此，可減小滾珠30通過滾珠回流通路42時的進出變動。

再者，本發明不限於上述的實施形態，可適當變形、改良等。
滾珠回流通路42是形成使滾珠30在一捲繞以下的滾動路23循環，可採用任意的形式。例如，本實施形態雖是藉著配設在螺帽20的內面的循環偏轉塊40形成滾珠回流通路42，但不限於循環偏轉塊40，將滾珠回流通路一體形成於內周圍面的螺帽(參閱日本國特開2003-307623)也可以是構成循環部。此時，由於滾珠回流通路為一體化，因此滾珠回流通路與螺帽的螺紋槽為無段差地形成，滾珠30不致為段差阻滯，可實現順暢的動作。

又，滾珠回流通路也可以從螺桿軸的外圍面隔離滾珠，僅藉著循環偏轉塊使滾珠30循環(參閱日本國特開1993-10412)，或者，滾珠回流通路也可形成隧道狀(參閱日本國特許第4462458)。並且，循環偏轉塊也可具有進入螺桿軸之螺紋槽內的槽部份。

1‧‧‧滾珠螺桿

10‧‧‧螺桿軸

11‧‧‧第1螺紋槽(螺紋槽)

20‧‧‧螺帽

21‧‧‧第2螺紋槽(螺紋槽)

23‧‧‧滾動路

30‧‧‧滾珠

40‧‧‧循環偏轉塊(循環部)

42‧‧‧滾珠回流通路

Da‧‧‧滾珠直徑

L‧‧‧導程

R‧‧‧滾珠回流通路的曲率半徑

S‧‧‧相對於螺桿軸的軸向垂直的面

α‧‧‧滾珠回流通路之經路上的偏轉塊中心的角度(最大傾斜角度)

β‧‧‧螺紋槽的導程角

第1圖為本發明相關之滾珠螺桿的透視圖。

第2圖是表示通過循環路的鋼球列、螺桿軸及循環偏轉塊的透視圖。

第3圖(a)是表示螺桿軸的螺紋槽與循環偏轉塊之滾珠回流通路的模式圖，(b)是表示循環偏轉塊之滾珠回流通路的形狀的平面圖，(c)是沿著(a)的滾珠回流通路中心線的剖面圖。

第4圖是表示將在直徑與滾珠中心圓相同的圓筒面上所描繪之滾珠回流通路平面成展開狀態所算出的滾珠回流通路之曲率半徑的說明圖。

第5圖是表示進出變動量與偏轉塊中心的經路角度α的關係的圖表。

第6圖是表示經路的半徑R/滾珠直徑Da在1.5~2.2之間變化時的經路變動成為最小之最大傾斜角度α的圖表。

第7圖是表示經路的半徑R/滾珠直徑Da在1.5~2.2之間變化時的經路變動成為最小的γ的圖表。

第8圖是表示導程/滾珠直徑與γ的關係的圖表。

第9圖(a)是表示進出變動量與偏轉塊中心的經路角度α的關係的圖表，(b)是表示進出變動量與偏轉塊中心的經路角度α的關係的圖表。

第10圖是表示使經路的半徑R/滾珠直徑Da與進出變動量成為最小的方式設定最大傾斜角度α時之進出變動量的值的關係的圖表。

第11圖(a)及(b)是說明槽的接縫用的側面圖與內側剖面圖。

第12圖是表示具有段差時的滾珠列的圖。

第13圖是表示具有定位用的突出部之循環偏轉塊的平面圖。

第14圖(a)及(b)是表示根據球體的位置之球體列全長的變化的圖。

Claims

一種滾珠螺桿，具有：螺桿軸，在外圍面形成有螺旋狀的螺紋槽；螺帽，配置在上述螺桿軸的周圍，在內周圍面形成有螺旋狀的螺紋槽；複數滾珠，收容在以相對的上述兩螺紋槽所形成的滾動路內；及循環部，構成使該複數滾珠在一捲繞以下之上述滾動路循環用的滾珠回流通路，其特徵為：上述循環部的滾珠回流通路是設導程為L、滾珠直徑為Da、導程角為β時，形成使上述滾珠回流通路的最大傾斜角度α符合下述(c1)~(c3)的其中之一，。
如申請專利範圍第1項記載的滾珠螺桿，其中，上述循環部是由循環偏轉塊所構成。