TWI473948B - 螺桿裝置 - Google Patents

Description

螺桿裝置

本發明係關於一種在螺桿軸外周面的螺旋狀滾動體滾動溝、與螺帽內周面的螺旋狀負載滾動體滾動溝之間，介設可進行滾動運動之複數滾動體的螺桿裝置。

滾珠螺桿係將旋轉運動轉換為直線運動的機械元件。為可減輕使螺桿軸對螺帽進行相對旋轉時的摩擦，而在螺桿軸外周面的滾珠滾動溝、和與其相對向螺帽內周面的負載滾珠滾動溝間之負載滾珠滾動路徑中，介設可滾動運動的複數滾珠。

為使在螺桿軸與螺帽間進行滾動的滾珠能循環，而在螺帽中安裝回流管。在回流管中形成將螺帽的螺旋狀負載滾珠滾動溝一端與另一端相連接的無負載回流路徑。在螺桿軸與螺帽間進行滾動的滾珠，經滾動至螺帽的負載滾珠滾動溝一端後，則被撈起於回流管的無負載回流路徑內，再經由無負載回流路徑後，重返螺帽的負載滾珠滾動溝另一端。

螺帽的負載滾珠滾動溝一端與另一端，當從螺桿軸的軸線方向觀視，在圓周方向相隔180度。因此，負載滾珠滾動路徑的圈數為2.5圈、3.5圈等。若形成此種圈數，從螺桿軸的軸線方向觀視，設置有回流管的螺帽上半側之滾珠個數、與未設置有回流管的螺帽下半側之滾珠個數相異。因為螺帽上半側與螺帽下半側所能負載的載重不同，因此滾珠螺桿的負載均衡會變差。

若可將負載滾珠滾動路徑的圈數接近2圈、3圈、4圈等整數，則可解決此種問題。專利文獻1揭示有負載滾珠滾動路徑的圈數接近整數的滾珠螺桿。

專利文獻1所記載滾珠螺桿中，使滾珠進行循環的循環零件係由朝螺帽軸線方向延伸之回流道(return tube)、及在回流道的軸線方向二端部所安裝的一對套筒構成。套筒係將在負載滾珠滾動路徑中移動的滾珠朝螺桿軸半徑方向撈起，並朝回流道移動。回流道係平行於螺桿軸的軸線而配置。從螺桿軸的軸線方向觀視，近前側套筒將滾珠撈起的位置、與內側套筒將滾珠撈起的位置呈現一致。因此，可將負載滾珠滾動路徑的圈數達到整數。

(專利文獻1)日本專利實公平6-37227號公報

但是，在專利文獻1所記載的滾珠螺桿中，因為在螺桿軸外周面進行滾動的滾珠會碰撞到套筒，導致其移動方向朝半徑方向急激地變化，因此會有無法圓滑地循環之問題。而且，因為循環零件係由回流道及在回流道長度方向二端部設置的一對套筒所構成，因此亦會有零件數量變多的問題。亦即，雖專利文獻1所記載的滾珠螺桿可實現整數繞圈，但就滾珠的圓滑循環、循環零件製造上的問題而言，難謂可實用的滾珠螺桿。

因此，本發明目的在於提供一種可實現整數繞圈之高實用性螺桿裝置。

以下，針對本發明進行說明。

為解決上述問題，本發明一態樣的螺桿裝置，其具備有：螺桿軸，其外周面具有螺旋狀滾動體滾動溝；螺帽，其內周面設有與上述螺桿軸之上述滾動體滾動溝相對向的螺旋狀負載滾動體滾動溝，同時具有連接於上述負載滾動體滾動溝一端與另一端的無負載回流路徑；及複數滾動體，排列於由上述螺桿軸之上述滾動體滾動溝與上述螺帽之上述負載滾動體滾動溝間之負載滾動體滾動路、及上述無負載回流路徑所構成的循環路徑而可進行循環；而上述無負載回流路徑具備有撈起通路，當從上述螺帽的軸線方向觀視時其中心線形成圓弧狀，並沿圓弧狀軌道撈起在上述負載滾動體滾動路中移動的上述滾動體；及軸線方向通路，其中心線形成為平行於上述螺帽之軸線，並使上述滾動體平行於上述螺帽之軸線而進行移動。

根據本發明一態樣，因為可將在螺桿軸外周面移動的滾動體沿圓弧狀軌道撈起，因此可使滾動體圓滑地進行循環。此外，藉由在無負載回流路徑設置平行於螺帽軸線的軸線方向通路，並使滾珠平行於螺帽軸線進行循環，可使當從螺帽軸線方向觀看到的無負載回流路徑入口與出口靠近於相同位置處，可使負載滾動體滾動路的圈數接近整數。

圖1係表示作為本發明第一實施形態螺桿裝置之滾珠螺桿立體圖。滾珠螺桿係具備有：螺桿軸1，外周面具有成為螺旋狀滾動體滾動溝的滾珠滾動溝1a；該螺帽2，內周面具有與滾珠滾動溝1a相對向而成為螺旋狀負載滾動體滾動溝的負載滾珠滾動溝2a，同時具有連接負載滾珠滾動溝1a一端與另一端之無負載回流路徑；及複數滾珠3(參照圖4)，為滾動體，並介設在由螺桿軸1的滾珠滾動溝1a與螺帽2的負載滾珠滾動溝2a間之負載滾珠滾動路徑、及無負載回流路徑所構成的循環路徑中，而可進行循環。

在螺桿軸1外周面利用磨削加工或軋製加工形成既定導程的滾珠滾動溝1a。如圖4所示，滾珠滾動溝1a的剖面形狀係形成哥德式(Gothic arc)溝形狀，其含有半徑僅些微大於滾珠3半徑之二個圓弧4。二個圓弧中心C1係位於遠離滾珠3中心C2的位置處。滾珠3二點接觸於哥德式溝形狀滾珠滾動溝1a。滾珠3中心C2與哥德式溝的底5相連結的線L、及圓弧4與滾珠3之接觸點6與滾珠3中心C2相連結的線所形成接觸角θ，係設定為例如40~50度。滾珠滾動溝1a係經熱處理後而進行磨削加工。滾珠滾動溝1a二側邊緣亦可施行圓弧狀倒角7，亦可在哥德式溝底5形成磨削時餘隙之餘隙溝。

圖2與圖3係表示拆卸螺桿軸1後狀態之螺帽2立體示意圖。螺帽2係由：內周面形成螺旋狀負載滾珠滾動溝2a的螺帽本體9、及裝接於螺帽本體9的循環零件8構成。螺帽本體9開設有供螺桿軸1貫通的貫通孔2e。在螺帽本體9內周面利用磨削加工形成既定導程之螺旋狀負載滾珠滾動溝2a。如圖4所示，負載滾珠滾動溝2a的剖面形狀係形成哥德式溝形狀，其含有半徑僅些微大於滾珠3半徑之二個圓弧4。哥德式溝形狀係與螺桿軸1的滾珠滾動溝1a相同。負載滾珠滾動溝2a經熱處理後，再進行磨削加工。

在螺帽本體9軸線方向一端部，形成有將螺帽本體9安裝於對象機械零件的凸緣2b。在螺帽本體9的外周面形成平坦的扁平部2c。在扁平部2c裝接循環零件8。在循環零件8形成有連接於螺帽本體9的負載滾珠滾動溝一端與另一端之無負載回流路徑10(參照圖6)。

圖5係表示循環零件8與螺帽本體9的立體示意圖。循環零件8之無負載回流路徑10在其長度方向二端部具有一對撈起通路22，將在螺桿軸1的滾珠滾動溝1a與螺帽本體9的負載滾珠滾動溝2a間之負載滾珠滾動路徑12內進行滾動的滾珠3，撈起於無負載回流路徑10內。在各撈起通路22中形成有接觸於在負載滾珠滾動路徑中移動的滾珠3，並將其導引於無負載回流路徑10內的撈起部14。在螺帽本體9的扁平部2c開設有一對貫通孔15，該等貫通孔15從螺帽本體9的外面貫通至內面，且嵌合循環零件8之一對撈起部14。貫通孔15係沿螺帽本體9的負載滾珠滾動溝2a延伸。在一對貫通孔15之間，形成有朝螺帽本體9軸線方向延伸的缺口溝16。缺口溝16係具有扁平溝底16a、及從該溝底16a立起之一對相對向的扁平內壁面16b。溝底16a係平行於扁平部2c的平面，且平行於螺帽本體9的軸線。內壁面16b係平行於螺帽本體9的軸線，且正交於包含溝底16a的平面。

螺帽本體9的貫通孔15與缺口溝16中嵌合循環零件8。循環零件8的外形形狀係具有：含有一對撈起部14的一對端部8a、及一對端部8a間的本體部8b。端部8a係沿螺帽本體9的負載滾珠滾動溝2a細長延伸。端部8a的剖面形狀係與貫通孔15的剖面形狀相一致。本體部8b朝螺帽本體9的軸線方向延伸。本體部8b的剖面形狀係四角形與半圓形的組合形狀。在本體部8b的側面形成有對應於缺口溝16內壁面16b之一對扁平外壁面17。本體部8b的底面19係形成對應於缺口溝16之溝底16a的平面。

該循環零件8係結合沿無負載回流路徑10分割為二的一對分割體18而成者。圖中元件符號24a為分割面。一對分割體18係形成相同形狀，藉由對共通模具射出成形樹脂而製得。一對分割體18係利用雷射焊接等焊接、熔接、或黏著方式進行結合。循環零件8由沿無負載回流路徑10分割為二的一對分割體18構成，可削減零件數量。

如圖2所示，當將循環零件8裝接於螺帽本體9時，循環零件8的一對端部8a嵌合於螺帽本體9的一對貫通孔15。而且，循環零件8的本體部8b嵌合於螺帽本體9的缺口溝16。如圖3所示，循環零件8本體部8b之上部20從缺口溝16中突出。本體部8b上部20由按壓構件21所按壓。按壓構件21係由配合本體部8b上部而彎曲呈U狀的本體按壓部21a、及在本體按壓部21a二側所設置的安裝座21b構成。按壓構件21係藉由將金屬板進行彎曲加工而製得。安裝座21b中開設有通孔21c。在通孔21c中通入螺栓，並螺入螺栓於螺帽本體9的螺孔中，而將按壓構件21安裝於螺帽本體9上。循環零件8係夾置於按壓構件21與螺帽本體9的缺口溝16間，而固定在螺帽本體9。

如圖5所示，循環零件8嵌入於螺帽本體9的缺口溝16，循環零件8的本體部8b底面19接觸於螺帽本體9之缺口溝16溝底16a，可在與螺帽本體9軸線相正交之平面，定位循環零件8之X方向位置。又，循環零件8的本體部8b外壁面接觸於螺帽本體9的缺口溝16內壁面16b，而在該平面上定位循環零件8之Y方向位置。然後，循環零件8端部8a嵌入於螺帽本體9之貫通孔15，而在螺帽本體9的軸線方向定位循環零件8的Z方向位置。亦即，循環零件8嵌入於螺帽本體9，藉此可將循環零件8相對於螺帽本體9正確地進行定位，且可將循環零件8的撈起部14相對於螺帽本體9的負載滾珠滾動溝2a正確地進行定位。藉此，可使滾珠3圓滑地在無負載回流路徑10與負載滾珠滾動路徑12間進行移動。此外，藉由將循環零件8夾置於缺口溝16的內壁面16b間，可防止經分割為二的循環零件8之分割面24a錯開。

圖6係表示滾珠螺桿之滾珠循環路徑。在螺桿軸1的滾珠滾動溝1a、與螺帽本體9的負載滾珠滾動溝2a之間，形成螺旋狀負載滾珠滾動路徑12。為可使滾珠3從負載滾珠滾動路徑12一端移動至另一端進行循環，而於負載滾珠滾動路徑12一端與另一端連接無負載回流路徑10。在由負載滾珠滾動路徑12與無負載回流路徑10所構成之循環路徑中，排列‧收容多數滾珠3。如上述，無負載回流路徑10形成於循環零件8。無負載回流路徑10以負載滾珠滾動路徑12的圈數為接近諸如2圈、3圈、4圈等整數的方式，設有平行於螺帽2軸線的軸線方向通路24。在軸線方向通路24二端部形成有連接通路23與撈起通路22。

圖7係表示從螺帽2側邊所觀視的循環路徑中心線(滾珠3中心之軌道)，圖8係表示從螺帽2軸線方向所視的無負載回流路徑10中心線(滾珠3中心的軌道)。無負載回流路徑10可分成一對撈起通路22、一對連接通路23、及軸線方向通路24。如圖8所示，當從螺帽2之軸線方向觀看，撈起通路22中心線形成圓弧狀，並將在負載滾珠滾動路徑12中移動的滾珠3沿圓弧狀軌道撈起。此處，所謂「圓弧狀」係包含圓弧、橢圓、克羅梭曲線在內。習知滾珠螺桿中，當從螺帽2的軸線方向觀看時，係朝圓形狀負載滾珠滾動路徑12的切線方向，沿直線狀軌道撈起滾珠3。對此，本實施形態的滾珠螺桿係沿圓弧狀軌道撈起滾珠3。當從螺帽2的軸線方向觀看時，在負載滾珠滾動路徑12中心線與撈起通路22中心線的連接點P1(撈起點)中，該等中心線的切線方向相一致，而使滾珠3可從負載滾珠滾動路徑12圓滑地移動至撈起通路22。

如圖7所示，當從螺帽2側邊觀看時，撈起通路22中心線係正交於螺帽2的軸線2f。連接撈起通路22與軸線方向通路24的連接通路23之中心線，係形成圓弧狀。連接通路23使滾珠3朝半徑方向移動，同時使滾珠3朝螺帽2的內向移動。連接通路23朝軸方向彎曲至90度後，中心線連接至平行於螺帽2軸線2f的軸線方向通路24。軸線方向通路24使滾珠3在螺帽2中與軸線相平行移動。在軸線方向通路24中移動的滾珠3經由對向側的連接通路23與撈起通路22，再度返回負載滾珠滾動路徑12中。如圖8所示，近前側的撈起通路22與內側的撈起通路22形成以螺帽2中心線2g為界線的線對稱。另外，從螺帽2側邊所觀看到的撈起通路22中心線，亦可配合負載滾珠滾動路徑12的導程而傾斜形成。藉由配合導程而形成傾斜，可使滾珠更圓滑地移動。

圖9(a)係表示在螺桿軸1上展開的無負載回流路徑10之立體圖。在循環零件8的無負載回流路徑10設有與螺帽2軸線相平行的軸線方向通路24，藉由使滾珠3平行於螺帽2的軸線進行循環，可將從螺帽2軸線方向所觀看到的無負載回流路徑10之入口與出口接近於相同位置處。因此，可使負載滾珠滾動路徑12的圈數接近為整數。此外，因為循環零件8的撈起通路22係將滾珠3沿圓弧狀軌道撈起，因此可使滾珠3圓滑地循環，同時可使負載滾珠滾動路徑12的圈數更接近為整數。

如圖9(b-1)所示，在無負載回流路徑10的撈起通路22中設有非直線區域22a，該非直線區域22a當從螺帽2的軸線方向觀看時，其中心線形成圓弧狀，且如圖9(b-2)所示，當從螺帽2側邊觀看時，其中心線形成圓弧狀。若經由直線區域連接從螺帽2軸線方向觀看時形成圓弧狀的撈起通路22、與從螺帽2側邊觀看時形成圓弧狀的連接通路23，則螺帽2半徑方向尺寸會變大。在撈起通路22形成從螺帽2的軸線方向觀看或從螺帽2的側邊觀看均為圓弧狀非直線區域，藉此可縮小螺帽2的半徑方向尺寸。另外，可將撈起通路22一部分設為非直線區域22a，亦可將撈起通路22整體設為非直線區域22a。

圖10與圖11係表示螺桿軸1與循環零件8。在螺桿軸1上展開的無負載回流路徑10係形成於循環零件8中。循環零件8的無負載回流路徑10係形成包圍滾珠3周圍的圓形狀。在循環零件8的無負載回流路徑10設有入口10a與出口10b。入口10a係連接於負載滾珠滾動路徑12的一端，而出口10b則連接於負載滾珠滾動路徑12另一端。循環零件8沿無負載回流路徑10中心線而分割為二。如圖10所示，無負載回流路徑10的軸線方向通路24透過與螺桿軸1軸線平行的分割面24a而分割為二，如圖11所示，當從螺桿軸1的軸線方向觀看時，無負載回流路徑10的連接通路23與撈起通路22以沿該等中心線的分割面24b而分割為二。為防止其被撈起通路22的撈起部14分割，撈起部14分別形成分割為二的分割體。

圖12與圖13係表示安裝於螺帽本體9之循環零件8詳細圖。在循環零件8的撈起通路22，形成將在負載滾珠滾動路徑12中滾動的滾珠3撈起之撈起部14。如圖13所示，當從螺桿軸1的軸線方向觀看時，撈起部14之背面14a係平行於連接通路23之中心線。撈起部14之內周面14b形成圓弧狀曲面。撈起部14隨靠近螺桿軸1而其壁厚逐漸變厚。藉由將撈起部14下端的壁厚設為較厚，可提高滾珠3碰撞撈起部14之強度。

如圖13所示，在循環零件8之撈起通路22端部，形成與螺桿軸1的滾珠滾動溝1a相對向的拘束部28。拘束部28連接於螺帽本體9之負載滾珠滾動溝2a。拘束部28在滾珠3行進方向的正交面內之剖面形狀，係形成配合螺帽本體9之負載滾珠滾動溝2a剖面形狀之哥德式溝形狀。夾置在螺桿軸1的滾珠滾動溝1a與循環零件8的拘束部28間的滾珠3游隙，係較小於具封閉曲線剖面的無負載回流路徑10中滾珠3之游隙。藉由設置拘束部28，可使在無負載回流路徑10與負載滾珠滾動路徑12間移動的滾珠3軌道呈穩定。

循環零件8的撈起部14在滾珠3行進方向的正交面內之剖面形狀，係形成由曲率半徑僅些微大於滾珠3半徑的單一圓弧所構成之圓弧溝形狀。循環零件8的連接通路23與軸線方向通路24之剖面形狀，係形成半徑僅些微大於滾珠3半徑的圓形狀。

圖14與圖15係表示循環零件8的無負載回流路徑10之剖面形狀變化。在(1)至(2)的區域(即，負載滾珠滾動路徑12及循環零件8的拘束部28區域)中，該等剖面形狀係形成哥德式溝形狀。從(2)至(3)的區域(即，撈起通路22區域)中，撈起通路22外側的剖面形狀係從配合拘束部28的哥德式溝形狀，而逐漸變化至圓弧溝形狀。撈起通路22內側的撈起部14剖面形狀係形成圓弧溝形狀。從(3)至(4)的區域(即，連接通路23與軸線方向通路24的區域)中，該等剖面形狀係形成圓形狀。從(4)至(5)區域的無負載回流路徑10剖面形狀，係與從(2)至(3)的區域相同。從(5)至(6)區域的無負載回流路徑10之剖面形狀，係與(1)至(2)的區域相同。

圖16係表示從(2)至(3)區域的撈起通路22之剖面詳細圖。撈起通路22中，螺帽本體9側(拘束部28側)的剖面形狀係形成由二個圓弧R1構成的哥德式溝形狀。另一方面，靠螺桿軸1側(撈起部14側)的剖面形狀係形成由單一圓弧R2構成的圓弧溝形狀。

如圖13所示，在負載滾珠滾動路徑12中，滾珠3夾置於螺桿軸1的滾珠滾動溝1a與螺帽本體9之負載滾珠滾動溝2a間，其一邊承受壓縮載重一邊進行滾動運動。另一方面，在循環零件8的無負載回流路徑10中，於滾珠3與無負載回流路徑10間有些微游隙，滾珠3可在不承受負載的情況下，一邊受後續滾珠3按壓一邊進行移動。

習知滾珠螺桿中，滾珠3之循環路徑有存在無負載區域的無負載回流路徑10、與負載區域的負載滾珠滾動路徑12二種。對此，本實施形態的滾珠螺桿中，在無負載區域的無負載回流路徑10與負載區域的負載滾珠滾動路徑12間，設有拘束部28且存在有游隙較小的中間區域。該中間區域中，並非利用後續滾珠3進行壓入，而是利用螺桿軸1的旋轉，將滾珠3引入至負載滾珠滾動路徑12。因此，滾珠3便可圓滑地從無負載區域移動至負載區域。此外，當滾珠3從負載滾珠滾動路徑12朝無負載回流路徑10移動時，亦在循環零件8的拘束部28與螺桿軸1間受導引，因此可使滾珠3圓滑地朝無負載回流路徑10內方移動。

再者，形狀循環零件8的無負載回流路徑10之拘束部28剖面為配合螺帽本體9的負載滾珠滾動溝2a剖面形狀之哥德式溝形狀，可使經拘束部28而正確整齊的滾珠3圓滑地朝負載滾珠滾動溝2a移動。拘束部28的滾珠3游隙形成隨靠近負載滾珠滾動路徑12而逐漸變小，藉此可使滾珠3更圓滑地移動。

如圖17所示，習知滾珠螺桿中，循環零件8的無負載回流路徑10剖面形狀係形成圓弧溝形狀。另一方面，螺帽本體9的負載滾珠滾動溝2a剖面形狀係形成哥德式溝形狀。因此，必須對螺帽本體9的負載滾珠滾動溝2a接縫施以剖面形狀連續的倒角29加工。相對於此，如本實施形態，由於將循環零件8的拘束部28剖面形狀形成為哥德式溝形狀，即使未對螺帽施以倒角加工，滾珠3亦可輕易地從無負載回流路徑10跨至負載滾珠滾動溝2a。

如圖13所示，滾珠3會碰撞到撈起部14。若將撈起部14的剖面形狀形成哥德式溝形狀，則滾珠3所碰撞到的撈起部14前端容易產生稜邊。藉由將撈起部14剖面形狀形成圓弧溝形狀，並將撈起部14前端圓化呈圓弧狀，可防止撈起部14前端發生稜邊之情形。此外，藉由形成無負載回流路徑10的連接通路23與軸線方向通路24的剖面形狀為圓形狀，可輕易地利用模具來製造分割體18。

圖18係表示實現完全整數繞圈的循環路徑。當從螺帽2的軸線方向觀看時，從螺桿軸1中心S1與循環零件8軸線方向通路24中心(連接通路23之中心線)相連結的線L1(中心線)，至螺桿軸1中心S1、與螺帽本體9的負載滾珠滾動溝與循環零件8的撈起通路22間之界線B1(參照圖13，循環開始點)相連結的線L2，負載滾珠滾動路徑12在滾珠3中心圓弧狀軌道上的距離α，係設為大於0、且為滾珠直徑的1.5倍以下。因為距離α越短則越難進行迴轉，因此亦可將撈起通路22的中心線設計成當超越螺帽2中心線L1後，再度返回螺帽2中心線L1上的狀態。

若距離α為0，則當從螺桿軸1的軸線方向觀看時，在撈起滾珠3的位置處，由於近前與內部的滾珠3相重疊，承受負載的滾珠3數將較負載滾珠滾動路徑12的其他部分多一個。另一方面，若圓弧狀距離α為1‧Da(直徑)以上，則在撈起滾珠3的位置處，反而承受負載的滾珠3數會較其他部分少一個。但，因為迴轉距離變長，因此可使滾珠3的迴轉趨於容易。經考慮接近整數繞圈情況及滾珠3迴轉容易度，而將距離α設為大於0、且為滾珠直徑的1.5倍以下。藉由將圓弧狀距離α設為滾珠直徑的0.4倍以上且0.6倍以下、較佳設為0.5倍，可如圖19所示，當從螺桿軸1的軸線方向觀看時，可將位於近前側與內側的二個滾珠3排列成相接觸，可在負載滾珠滾動路徑12無間隙地排列滾珠3。換言之，在近前側將滾珠3從負載滾珠滾動路徑12中撈起之同時，在內側使滾珠3重返負載滾珠滾動路徑12中。因此，可獲得實現完全整數繞圈的螺桿裝置。

圖20係表示本發明第二實施形態的滾珠螺桿立體圖。本實施形態的滾珠螺桿中，負載滾珠滾動路徑33的圈數亦接近整數。與上述第一實施形態之滾珠螺桿同樣地，亦在螺桿軸31形成滾珠滾動溝31a，且在螺帽本體44中形成負載滾珠滾動溝32a。

圖21與圖22係表示安裝有循環零件34的螺帽32。在循環零件34形成連接於負載滾珠滾動路徑33一端與另一端的無負載回流路徑35。無負載回流路徑35係由沿圓弧狀軌道撈起在負載滾珠滾動路徑33中移動的滾珠的撈起通路36(參照圖22)、使所撈起的滾珠朝半徑方向移動的連接通路37(參照圖22)、及使滾珠平行於螺帽32軸線移動的軸線方向通路38(參照圖21)構成。

如圖23所示，循環零件34係結合沿螺帽32軸線而分割為二的一對分割體39而成者。

如圖24所示，螺帽本體44開設從其外側貫通至內側的一對貫通孔32b。一對貫通孔32b排列在螺帽本體44之軸線方向。

圖25與圖26係表示循環零件34之詳細圖。於一對分割體39分別形成撈起部40，將在負載滾珠滾動路徑33移動的滾珠沿圓弧軌道撈起。

圖27係表示撈起部40之詳細圖。在循環零件34之無負載回流路徑35長度方向端部中，在連接於螺帽本體44之負載滾珠滾動溝32a的部分形成拘束部42。在該拘束部42與螺桿軸31間夾置滾珠41。拘束部42的剖面形狀係形成配合螺帽本體44的負載滾珠滾動溝32a剖面形狀之哥德式溝形狀。另一方面，循環零件34的撈起部40剖面形狀係形成半徑較大於滾珠41半徑的圓弧溝形狀。

圖28與圖29係表示在循環路徑中循環的滾珠41。若使螺桿軸31相對螺帽32進行旋轉，則滾珠41在螺桿軸31與螺帽本體44間的負載滾珠滾動路徑33中進行滾動運動。經移動至負載滾珠滾動路徑33一端的滾珠41，透過循環零件34的撈起部40沿圓弧狀軌道被撈起。通過循環零件34的撈起通路36、連接通路37、及軸線方向通路38的滾珠41，係經由對向側的連接通路37、撈起通路36，而再度返回負載滾珠滾動路徑33中。當滾珠41返回負載滾珠滾動路徑33時，藉由螺桿軸31的旋轉，夾置在螺桿軸31與循環零件34之拘束部42間的滾珠41，引入於負載滾珠滾動路徑12。因此，可使滾珠41圓滑地進行移動。

圖30係表示本發明第三實施形態的滾珠螺桿。圖中，(a)係表示滾珠螺桿的剖視圖，(b)係表示前視圖。與上述第一及第二實施形態不同處在於使滾珠進行循環的循環零件構造，作為循環零件的端面片54係裝接於螺帽本體53軸線方向之端面53a。

在螺桿軸51外周面形成螺旋狀滾珠滾動溝51a。本實施形態中，滾珠滾動溝51a的條數係二條。在螺帽52的螺帽本體53內周面形成與螺桿軸51之滾珠滾動溝51a相對向的螺旋狀負載滾珠滾動溝52a。於螺桿軸51的滾珠滾動溝51a與螺帽本體53的負載滾珠滾動溝52a間，構成螺旋狀負載滾珠滾動路徑55。在螺帽本體53內部設有與其軸線呈平行的貫通孔56。該貫通孔56構成無負載回流路徑的軸線方向通路。另外，如本實施形態，螺帽的貫通孔56本身可構成軸線方向通路，亦可由插入貫通孔56的管構成軸線方向通路。

如圖31所示，在螺帽本體53的端面53a形成凹處53b，在凹處53b嵌入作為循環零件的端面片54。凹處53b連通於貫通孔56，並在貫通孔56長度方向二端部設置有一對端面片54。在端面片54形成撈起通路與連接通路。撈起通路與連接通路之構成係與上述第一實施形態之滾珠螺桿相同。此外，在端面片54設有螺桿通孔54a。於螺桿通孔54a通入螺桿，藉由將螺桿螺鎖於螺帽本體53，可將端面片54固定於螺帽本體53。端面片54可沿撈起通路與連接通路分割為二，亦可不將其分割為二。

圖32係表示在端面片54的撈起通路58中移動之滾珠59軌道。在負載滾珠滾動路徑55中移動的滾珠59藉由撈起通路58之撈起部61撈起。撈起通路58之中心線係形成連續於負載滾珠滾動路徑55中心線的圓弧狀。滾珠59係沿圓弧狀軌道被撈起。該滾珠螺桿中，亦與上述第一與第二實施形態的滾珠螺桿同樣地，可沿負載滾珠滾動路徑55所相接的圓弧狀軌道加以撈起、可增加有效滾珠數、可提升撈起部強度、且可提升負載均衡。

圖33係表示本發明第四實施形態之滾珠螺桿。本實施形態的滾珠螺桿，在螺帽本體73外周一體設置有軸承74。亦如圖34軸承74剖視圖所示，軸承74係由：與螺帽本體73呈一體的內輪75、配置於內輪75外側的外輪76、及在內輪75與外輪76間排列的複數列滾動體列(例如二列滾子列)所構成。

在內輪75外周面形成剖面為V字狀的二列滾子滾動面75a。在外輪76如凸緣般加工有將外輪76安裝於對象零件的複數埋頭孔76b。外輪76內周面形成與內輪75的滾子滾動面75a相對向而剖面為V字狀的二列滾子滾動面76a。在內輪75之滾子滾動面75a與外輪76之滾子滾動面76a間，形成剖面為正方形的二列環狀滾子滾動路徑。在滾子滾動路徑排列複數滾子77。滾子77側面形狀呈略四角形，且其直徑些微大於軸線方向長度。在各列的滾子滾動路徑中，當從滾子77行進方向觀看時，以鄰接的滾子77之軸線相正交的方式，十字排列複數滾子77。藉由十字排列滾子77，軸承74成為可負載螺帽72軸線方向載重(圖中(1)與(2)方向的載重)及半徑方向載重的角接觸軸承。另外，亦可在一列滾子滾動路徑，平行排列複數滾子77而僅可負載圖中(1)方向之載重，而在另一列滾子滾動路徑，則平行排列複數滾子77而僅可負載圖中(2)方向載重。此時一列滾子滾動路徑之接觸角線如圖中(3)所示，而另一列滾子的接觸角線則如圖中(4)所示。所謂「平行排列」係指相鄰滾子以軸線呈大致平行之狀態進行排列。此外，在十字排列滾子時，滾子的列數亦可為一列。

如圖33所示，在螺桿軸71外周面形成螺旋狀滾珠滾動溝71a。本實施形態中，形成有二條滾珠滾動溝71a。在螺帽本體73內周面形成與螺桿軸71之滾珠滾動溝71a相對向的負載滾珠滾動溝。由螺桿軸71之滾珠滾動溝71a與螺帽本體73之負載滾珠滾動溝間而構成螺旋狀負載滾珠滾動路徑。在螺帽本體73內部形成與螺帽本體73軸線相平行的軸線方向通路。在螺帽本體73之軸線方向通路長度方向二端部，裝接作為循環零件用的一對側面片80。在各側面片80形成撈起通路與連接通路。當從螺帽軸線方向觀看時，撈起通路中心線形成圓弧狀。當從螺帽側邊觀看時，連接通路中心線形成圓弧狀，並連接撈起通路與軸線方向通路。側面片80嵌入於螺帽本體73外徑部所設置的凹處。由負載滾珠滾動路徑、撈起通路、軸線方向通路及連接通路而構成循環路徑。關於循環路徑的個數與排列將於後述。

圖35係表示第四實施形態具軸承之滾珠螺桿之使用方法一例。螺桿軸71二端部經由支撐部而81結合平台82。軸承74之外輪76被固定於未圖示之基座。若利用馬達使螺帽本體73相對軸承74外輪76進行旋轉，則螺桿軸71朝軸線方向移動，平台82進行移動。為可將移動中的平台82正確定位，軸承74不僅為導引旋轉的機構，且亦需要高剛性。藉由形成為使用滾子77的角接觸軸承，而可提高軸承74的剛性。

關於滾珠螺桿的使用方法，一般係將平台固定於螺帽，使二端部可旋轉地支撐於基座的螺桿軸進行旋轉，使螺帽朝螺桿軸軸線方向移動。第一至第三實施形態的滾珠螺桿係採用一般的使用方法。

圖36係表示第四實施形態滾珠螺桿之循環路徑84。在本實施形態中，在螺桿軸軸線方向錯開位置而設置二列循環路徑84。此外，對應二條螺桿軸71而設置二條循環路徑84。合計循環路徑84的個數係以列數與條數的乘積表示。本實施形態中，依二列×二條而合計設置四個循環路徑。四個循環路徑的無負載回流路徑85如圖36(a)所示，當從螺桿軸71之軸線方向觀看時，其在圓周方向隔開90度以均等間隔排列。此外，調整螺帽本體73的第一列負載滾珠滾動溝與第二列負載滾珠滾動溝間的距離β，而可對滾珠螺桿賦予預壓。第一列負載滾珠滾動溝及第二列負載滾珠滾動溝相對於螺桿軸71的滾珠滾動溝71a，其相位僅些微偏移。

根據本實施形態的滾珠螺桿，因為負載滾珠滾動路徑的圈數接近整數，且未承受負載的滾珠個數減少，因此可使螺帽內滾珠珠體之載重均勻化。以下針對此進行說明。圖37(b)係表示習知回流管方式的滾珠珠體載重分佈。當安裝圖36(a)虛線所示之回流管87時，未有承受螺桿軸71軸線方向負載的滾珠的部分89存在多處。因此，如圖37(b)所示，循環路徑內的珠體載重隨滾珠位置不同，會有變大、或變小的現象。理由係當承受螺桿軸71軸線方向負載的滾珠個數較少時、即滾珠位於圖36(a)的負載滾珠滾動路徑90上部時，珠體載重會變大。另一方面，若承受螺桿軸71軸線方向負載的滾珠個數較多時、即滾珠位於圖36(a)的負載滾珠滾動路徑90下部時，珠體載重會變小。對此，由於未有承受負載之滾珠部分減少，如圖37(a)所示，可使螺帽內的滾珠珠體載重達均勻化。另外，圖中橫軸係指負載滾珠滾動路徑90內之滾珠位置。

再者，根據本實施形態的滾珠螺桿，拉長螺帽72的軸線方向長度，並在螺帽72設置複數列循環路徑84，而可提升平均化效果，可減輕螺帽72的搖晃情形。

更進一步，根據本實施形態的滾珠螺桿，藉由將四個無負載回流路徑85在螺帽72圓周方向隔開均等間隔進行排列，可減輕滾珠從負載滾珠滾動路徑90朝無負載回流路徑85進出時的影響，可減少使螺帽72旋轉時的扭矩變動。藉由對滾珠螺桿賦予預壓，可更進一步減少扭矩的變動。

更進一步，根據本實施形態的滾珠螺桿，由於使用比較小徑的滾珠，並設置二條螺桿，可提升滾珠螺桿的軸方向剛性。

另外，本發明並不受限於上述實施形態，在不變更本發明主旨之範圍內可進行各種變更。例如滾動體使用滾子來取代滾珠。

無負載回流路徑的撈起通路、連接通路及軸線方向通路的中心線，亦可非由複數圓弧與直線構成，而是由切線方向呈連續的複數克羅梭曲線構成。

哥德式溝形狀亦可非由二個圓弧構成，若為可與滾珠二點接觸的曲線下，亦可由二個雲規曲線(spline curve)、二個克羅梭曲線等構成。

循環零件的拘束部剖面形狀並不受限於哥德式溝形狀，在可減少滾珠游隙下，亦可形成由單一圓弧所構成的圓弧溝形狀。

當不必為完全整數繞圈的情況，亦可將圓形狀軌道上的距離α設在直徑Da的0.4倍以上且0.6倍以下之外範圍。

1、31、51、71．．．螺桿軸

1a、31a、51a、71a．．．滾珠滾動溝(滾動體滾動溝)

2、32、52、72．．．螺帽

2a、32a、52a．．．負載滾珠滾動溝(負載滾動體滾動溝)

2b．．．凸緣

2c．．．扁平部

2e、15、32b、56．．．貫通孔

2f．．．軸線

2g．．．螺帽中心線

3、41、59．．．滾珠(滾動體)

4．．．圓弧

5．．．哥德式溝的底

7、29．．．倒角

8、34．．．循環零件

8a．．．端部

8b．．．本體部

9、44、53、73．．．螺帽本體

10、35、85．．．無負載回流路徑

10a．．．入口

10b．．．出口

12、55．．．負載滾珠滾動路徑(負載滾動體滾動路)

14、40、61．．．撈起部

14a．．．撈起部的背面

14b．．．內周面

16．．．缺口溝

16a．．．溝底

16b．．．內壁面

17．．．外壁面

18、24a、24b、39．．．分割體

19．．．底面

20．．．上部

21．．．按壓構件

21a．．．本體按壓部

21b．．．安裝座

21c．．．通孔

22、36、58．．．撈起通路

22a．．．非直線區域

23、37．．．連接通路

24、38．．．軸線方向通路

28、42．．．拘束部

33、90．．．負載滾珠滾動路徑

53a．．．端面

53b．．．凹處

54．．．端面片(循環零件)

54a．．．螺桿通孔

74．．．軸承

75．．．內輪

75a、76a．．．滾子滾動面

76．．．外輪

76b．．．埋頭孔

77．．．滾子

80．．．側面片

82．．．平台

84．．．循環路徑

87．．．回流管

89．．．部分

B1．．．界線

C1．．．圓弧中心

C2．．．滾珠中心

L、L1、L2．．．線

P1．．．連接點

S1．．．中心

α、β．．．距離

圖1為本發明第一實施形態滾珠螺桿之立體圖。

圖2為螺帽之立體圖。

圖3為循環零件之放大圖。

圖4為螺桿軸的滾珠滾動溝及螺帽之負載滾珠滾動溝之剖視圖。

圖5為拆卸循環零件後之螺帽立體圖。

圖6為表示滾珠螺桿循環路徑之立體圖。

圖7為表示從螺帽側邊所觀看到循環路徑之中心線之圖。

圖8為表示從螺帽軸線方向所觀看到無負載回流路徑之中心線之圖。

圖9為在螺桿軸上所展開的無負載回流路徑之立體圖(圖中(a)表示立體示意圖，(b-1)表示前視圖，(b-2)表示側視圖)。

圖10為螺桿軸及循環零件之立體圖。

圖11為螺桿軸及循環零件之前視圖。

圖12為螺帽中所安裝循環零件之立體圖。

圖13為螺帽中所安裝循環零件之前視圖(含部分剖面)。

圖14為表示循環零件無負載回流路徑剖面形狀變化之圖。

圖15為表示循環零件無負載回流路徑剖面形狀變化之圖。

圖16為撈起通路剖面之詳細圖。

圖17為表示習知滾珠螺桿倒角加工之概念圖。

圖18為實現完全整數繞圈之循環路徑前視圖。

圖19為在螺桿軸頂點排列二個滾珠狀態之前視圖。

圖20為本發明第二實施形態之滾珠螺桿立體圖。

圖21為螺帽之側視圖。

圖22為螺帽之前視圖。

圖23為螺帽之俯視圖。

圖24為經拆卸循環零件後之螺帽俯視圖。

圖25為循環零件分割體之立體圖。

圖26為循環零件之立體圖。

圖27為循環零件之撈起部詳細圖(圖26之IIXVI部)。

圖28為循環路徑之立體圖。

圖29為循環路徑之側視圖。

圖30為表示本發明第三實施形態滾珠螺桿之圖(圖中(a)表示沿螺桿軸軸線之剖視圖，(b)表示前視圖)

圖31為表示在螺帽端面所裝接的端面片之立體圖。

圖32為表示在端面片移動滾珠之剖視圖。

圖33為本發明第四實施形態滾珠螺桿之立體圖。

圖34為軸承之剖視圖。

圖35為表示本發明第四實施形態滾珠螺桿使用方法一例之圖。

圖36為表示本發明第四實施形態滾珠螺桿循環路徑之圖(圖中(a)表示前視圖，(b)表示側視圖)。

圖37為表示滾珠位置與珠體載重關係之圖(圖中(a)為本發明例，(b)為使用回流管之習知例)。

1．．．螺桿軸

1a．．．滾珠滾動溝(滾動體滾動溝)

2．．．螺帽

2a．．．負載滾珠滾動溝(負載滾動體滾動溝)

3．．．滾珠(滾動體)

8．．．循環零件

10．．．無負載回流路徑

14．．．撈起部

14a．．．撈起部的背面

14b．．．內周面

18．．．分割體

22．．．撈起通路

23．．．連接通路

24．．．軸線方向通路

28．．．拘束部

B1．．．界線

Claims (8)

1. 一種螺桿裝置，其具備有：螺桿軸，其外周面具有螺旋狀滾動體滾動溝；螺帽，其內周面具有與上述螺桿軸之上述滾動體滾動溝相對向的螺旋狀負載滾動體滾動溝，同時具有連接於上述負載滾動體滾動溝一端與另一端的無負載回流路徑；及複數滾動體，排列於由上述螺桿軸之上述滾動體滾動溝與上述螺帽之上述負載滾動體滾動溝間之負載滾動體滾動路、及上述無負載回流路徑所構成的循環路徑而可進行循環；而上述無負載回流路徑具備有：撈起通路，當從上述螺帽的軸線方向觀視時其中心線形成圓弧狀，並沿圓弧狀軌道撈起在上述負載滾動體滾動路中移動的上述滾動體；及軸線方向通路，其中心線形成為平行於上述螺帽之軸線，並使上述滾動體平行於上述螺帽之軸線而進行移動；上述撈起通路具有非直線區域，該非直線區域係當從上述螺帽軸線方向觀看時，其中心線形成圓弧狀，且當從上述螺帽側面方向觀看時，其中心線形成圓弧狀；上述螺帽具備有：螺帽本體，其內周面形成上述負載滾動體滾動溝；及循環零件，裝接於上述螺帽本體，形成有上述無負載回流 路徑。
2. 如申請專利範圍第1項之螺桿裝置，其中，上述循環零件係結合沿上述無負載回流路徑分割為二的一對分割體而成者。
3. 一種螺桿裝置，其具備有：螺桿軸，其外周面具有螺旋狀滾動體滾動溝；螺帽，其內周面具有與上述螺桿軸之上述滾動體滾動溝相對向的螺旋狀負載滾動體滾動溝，同時具有連接於上述負載滾動體滾動溝一端與另一端的無負載回流路徑；及複數滾動體，排列於由上述螺桿軸之上述滾動體滾動溝與上述螺帽之上述負載滾動體滾動溝間之負載滾動體滾動路、及上述無負載回流路徑所構成的循環路徑而可進行循環；而上述無負載回流路徑具備有：撈起通路，當從上述螺帽的軸線方向觀視時其中心線形成圓弧狀，並沿圓弧狀軌道撈起在上述負載滾動體滾動路中移動的上述滾動體；及軸線方向通路，其中心線形成為平行於上述螺帽之軸線，並使上述滾動體平行於上述螺帽之軸線而進行移動；上述撈起通路具有非直線區域，該非直線區域係當從上述螺帽軸線方向觀看時，其中心線形成圓弧狀，且當從上述螺帽側面方向觀看時，其中心線形成圓弧狀；上述螺帽具備有： 螺帽本體，其內周面形成上述負載滾動體滾動溝，同時形成上述軸線方向通路；及循環零件，裝接於上述螺帽本體之上述軸線方向端面或外徑部，並形成上述撈起通路。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之螺桿裝置，其中，上述滾動體為滾珠，當從上述螺帽軸線方向觀看時，從上述螺桿軸中心與上述軸線方向通路中心相連結的線起，至上述撈起通路與上述負載滾動體滾動路之界線間，上述負載滾動體滾動路中上述滾珠中心軌道上距離設定為比0大、且在上述滾珠直徑之1.5倍以下。
5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之螺桿裝置，其中，當從上述螺桿軸的軸線方向觀看時，在上述撈起通路中心線與上述負載滾動體滾動路中心線的連接點中，上述撈起通路中心線之切線方向與上述負載滾動體滾動路中心線之切線方向實質上相一致。
6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之螺桿裝置，其中，上述螺帽係具備有：螺帽本體，其內周面形成上述負載滾動體滾動溝；內輪，與上述螺帽本體一體設置，且其外周面具有滾動體滾動面；外輪，配置於上述內輪之外周側，且其內周面具有滾動體 滾動面；及複數滾子，配置於上述內輪之上述滾動體滾動面與上述外輪之上述滾動體滾動面間而可進行滾動運動；而由上述內輪、上述外輪及上述複數滾子所構成的軸承，為可負載上述螺帽軸線方向載重及半徑方向載重的角接觸軸承。
7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之螺桿裝置，其中，在上述螺桿軸軸線方向錯開位置設有二列以上列數的循環路徑，同時對應二條以上之上述螺桿軸條數，而設置二條以上條數之循環路徑，循環路徑的合計個數以列數與條數的乘積來表示，當從上述螺桿軸之軸線方向觀看時，合計個數的循環路徑之無負載回流路徑，在上述螺桿軸的圓周方向均以等間隔進行排列。
8. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之螺桿裝置，其中，在上述螺帽本體形成有貫通孔，該貫通孔嵌合有上述循環零件之撈起部；上述貫通孔係沿上述螺帽本體的上述負載滾動體滾動溝延伸。