TWI551793B - Ball screw device - Google Patents

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TWI551793B
TWI551793B TW103102760A TW103102760A TWI551793B TW I551793 B TWI551793 B TW I551793B TW 103102760 A TW103102760 A TW 103102760A TW 103102760 A TW103102760 A TW 103102760A TW I551793 B TWI551793 B TW I551793B
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Description

滾珠螺桿裝置
本發明是關於具有滾珠螺桿，及自由旋轉支撐在其滾珠螺桿之螺桿軸端部的軸承裝置的滾珠螺桿裝置。
滾珠螺桿，具備：在內周圍面形成有螺旋溝槽的螺帽；在外圍面形成有螺旋溝槽的螺桿軸；及配置在以螺帽的螺旋溝槽與螺桿軸的螺旋溝槽所形成的軌道的滾珠。
作為工作機械、射出成形機、半導體元件製造裝置等的精密傳動機構所使用的滾珠螺桿在高速、高循環使用時會變得高溫，在螺桿軸及螺帽產生熱變形(螺桿軸因熱膨脹而延伸)。伴隨著會產生滾珠的負載分佈異常或操作性的惡化，而使得作為傳動機構的定位精度惡化。為此，要求高定位精度的滾珠螺桿中，施以將配置在螺桿軸、螺帽及螺桿軸的端部的軸承裝置冷卻的對策。
專利文獻1中，揭示有在內嵌著自由旋轉支撐螺桿軸端部之滾動軸承的外圈的殼體與透過隔熱材固定於殼體的 主體框架之間，及螺帽與透過隔熱材固定在螺帽的移動體之間設置間隙，對各間隙送入冷卻用的空氣，將上述螺帽與滾動軸承冷卻。
並且，專利文獻2揭示在螺帽具備冷卻機構的滾珠螺桿。
[先前技術文獻] [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
[專利文獻3]日本特開20610307號公報
但是，專利文獻1揭示的技術中，在滾動軸承的冷卻效率的點仍有改善的餘地。具體為使殼體的外圍部冷卻，由於並非在發熱源的軸承裝置及其附近，所以不能有效冷卻的點。
為此，本發明是著眼於上述的問題點所研創而成，其目的為提供可自由旋轉支撐著滾珠螺桿的螺桿軸端部的滾動軸承，並可有效冷卻軸承裝置附近的滾珠螺桿裝置。
為達成上述目的，本發明之一樣態的滾珠螺桿裝置，具有：螺帽，在內周圍面形成有螺旋溝槽；螺桿軸，在外圍面形成有螺旋溝槽；滾珠螺桿，具備配置在以螺帽的螺旋溝槽與螺桿軸的螺旋溝槽所形成的軌道的滾珠；及軸承裝置，支撐上述螺桿軸的端部，其軸承裝置，具備：內圈，嵌合於上述端部和上述螺桿軸一體旋轉；外圈，透過配設在該內圈的外圍的複數個滾動體可旋轉地支撐上述內圈；及殼體，具有和上述外圈的外圍面抵接的內周圍面，可旋轉地支撐上述螺桿軸，貫穿上述殼體的兩端部，沿著上述殼體的軸向形成有複數個使冷卻媒體通過的冷卻用貫穿孔，在上述殼體的軸向的兩端面形成有連通上述冷卻用貫穿孔的溝槽部，具有限制上述複數個軸承的外圈朝軸向的移動的推壓蓋，並形成有上述冷卻用貫穿孔，及分別設置在上述殼體的軸向兩端部的上述溝槽部及上述推壓蓋所形成的流路構成的循環路徑，上述殼體的兩端部之中，在從上述殼體的上述螺帽遠離軸向側的端部，形成有在上述螺帽側連結殼體固定構件的突緣，在配置於從上述冷卻用貫穿孔的上述螺帽遠離側的端部的上述流路的一端及另一端，透過冷卻管連結有冷卻媒體循環裝置。
在此，上述滾珠螺桿裝置也可以使上述軸承裝置支撐著上述螺桿軸一方的端部。
又，上述螺桿軸裝置也可在支撐上述螺桿軸的一方端部的上述軸承裝置，沿著上述殼體的軸向形成有複數個貫穿上述殼體的兩端部，並使冷卻媒體通過的上述冷卻用貫 穿孔，並且在支撐上述螺桿軸的另一方端部的軸承裝置，不形成冷卻媒體通過的冷卻用貫穿孔。
又，上述滾珠螺桿裝置為上述軸承裝置也可以支撐上述螺桿軸兩方的端部。並且，也可分別在該等軸承裝置上，沿著上述殼體的軸向形成有複數個貫穿上述殼體的兩端部，並使冷卻媒體通過的上述冷卻用貫穿孔。
另外，上述冷卻用貫穿孔也可以沿著上述殼體的周圍方向均等地配置。
藉著如上述配置上述冷卻用貫穿孔，使用設置於較殼體的外側更接近滾動軸承之殼體內部的冷卻用貫穿孔在殼體的園周方向進行均勻的冷卻，所以比使得殼體外側空冷的專利文獻1的方法，更可有效地冷卻自由旋轉支撐著滾珠螺桿的螺桿軸端部的滾動軸承。
又，上述冷卻用貫穿孔也可形成3~6個。
上述冷卻用貫穿孔的數量越多越可提高冷卻效果，但會使得殼體的機械強度降低，也會增加加工成本。又，上述冷卻用貫穿孔為兩個的場合，即使在圓周方向等間隔配置，由於配置間隔大，所以容易產生溫度梯度而使得殼體熱變形為橢圓形。因此，以三個以上六個以下的範圍具有上述冷卻用貫穿孔為佳。
又，上述滾珠螺桿裝置也可在上述殼體設置散熱部。
並且，上述滾珠螺桿裝置也可在上述推壓蓋設置散熱部。
又，上述滾珠螺桿裝置也可在上述螺桿軸進行冷卻媒體通過之冷卻用通路的穿孔，其冷卻用通路被穿孔至上述螺桿軸的軸向之對應上述複數個軸承的位置為止。
另外，上述滾珠螺桿裝置也可以是設置在滾珠螺桿的螺桿軸兩端部的兩個軸承裝置之至少其中一方的軸承裝置，上述複數個軸承為DF型。
根據本發明的滾珠螺桿裝置，可有效地冷卻自由旋轉支撐著滾珠螺桿的螺桿軸端部的滾動軸承及軸承裝置的附近。
1‧‧‧滾珠螺桿裝置
10‧‧‧滾珠螺桿
101‧‧‧軸承裝置
110‧‧‧螺桿軸
120‧‧‧滾動軸承
121‧‧‧內圈
122‧‧‧滾動體
123‧‧‧外圈
130‧‧‧殼體
132‧‧‧突緣
140‧‧‧鎖緊螺帽
150‧‧‧軸環
160‧‧‧推壓蓋
170‧‧‧冷卻用貫穿孔
180‧‧‧溝槽部
190‧‧‧冷卻管
第1圖表示滾珠螺桿裝置之第1實施形態的構成的前視圖。
第2圖表示滾珠螺桿裝置的第1實施形態之軸承裝置的構成的前視圖。
第3圖為第2圖的a箭頭方向視圖。
第4圖為第2圖的b箭頭方向視圖。
第5圖為第4圖的V-V剖面圖。
第6圖表示構成第2圖的軸承裝置之推壓蓋的上視圖。
第7圖表示滾珠螺桿裝置的第1實施形態之其他例的構成的前視圖。
第8圖表示滾珠螺桿裝置的第2實施形態之軸承裝置的構成的前視圖。
第9圖表示滾珠螺桿裝置的第2實施形態之軸承裝置的構成的右側視圖。
第10圖表示滾珠螺桿裝置的第2實施形態之軸承裝置的構成的左側視圖。
第11圖為沿著表示滾珠螺桿裝置的第2實施形態之軸承裝置的構成的軸向的剖視圖。
第12圖為沿著表示滾珠螺桿裝置的第3實施形態之軸承裝置的構成的軸向的剖視圖。
第13圖表示滾珠螺桿裝置的第4實施形態之軸承裝置的構成的圖，(a)為前視圖，(b)為左側視圖，(c)為右側視圖。
第14圖表示滾珠螺桿裝置的第5實施形態之軸承裝置的構成的圖，(a)為前視圖，(b)為右側視圖，(c)為散熱部的右側視圖，(d)為散熱片的透視圖。
第15圖表示滾珠螺桿裝置的第6實施形態之軸承裝置的構成的圖，(a)為前視圖，(b)為右側視圖，(c)為設置散熱片之框體的右側視圖。
第16圖表示滾珠螺桿裝置的第7實施形態之構成的前視圖。
第17圖表示滾珠螺桿裝置的第7實施形態的構成的圖，(a)為非馬達側的軸承裝置的前視圖，(b)是沿螺桿軸的軸向的剖視圖及主要部放大圖，(c)為螺桿軸的 左側視圖。
第18圖為沿著表示滾珠螺桿裝置的第8實施形態之構成的軸向的剖視圖。
第19圖表示滾珠螺桿裝置的第9實施形態的構成的圖，(a)為滾珠螺桿裝置的前視圖，(b)為非馬達側的軸承裝置的前視圖，(c)為馬達側的軸承裝置的前視圖。
(第1實施形態)
以下，針對滾珠螺桿裝置的第1實施形態，參閱圖示加以說明。
該實施形態的滾珠螺桿裝置1是如第1圖表示，具有：滾珠螺桿10，及支撐該滾珠螺桿10的螺桿軸110的軸承裝置101。
於此，在螺桿軸110一方的端部(同圖右側的軸端)安裝有驅動滑輪60，透過動力傳達機構將電動馬達(未圖示)的旋轉運動傳達到此驅動滑輪60而驅動滾珠螺桿10。以下，有稱接近驅動滑輪60的一側(接近未圖示之電動馬達的一側)的軸承裝置101B為「馬達側的軸承裝置101B」，稱遠離驅動滑輪60的一側(從未圖示的電動馬達遠離的一側)的軸承裝置101A為「非馬達側的軸承裝置101A」。
<滾珠螺桿>
滾珠螺桿裝置1是由具有：螺桿軸110；螺帽20；及可自由滾動地填充於分別和螺桿軸110的外圍面及螺帽20的內周圍相對所形成的螺旋溝槽內的滾珠(未圖示)所成。並且，透過滾珠使栓鎖於螺桿軸110的螺帽20和螺桿軸110相對旋轉運動時，透過滾珠的滾動使得螺桿軸110與螺帽20在軸向相對移動。
滾珠螺桿裝置1透過軸承裝置101A、101B將滾珠螺桿10的螺桿軸110的至少一方端部自由旋轉地支撐在托架40上，並使螺帽20固定於架台50上。
<軸承裝置>
軸承裝置101是如第5圖表示，具有：自由旋轉支撐著滾珠螺桿10的螺桿軸110的至少一方的端部112的兩個滾動軸承120、120，及內嵌有兩滾動軸承120、120的外圈123、123的殼體130。又，軸承裝置101，具有：限制滾動軸承120、120的內圈212、121朝著軸向移動的軸環150及鎖緊螺帽140，及限制外圈123、123朝著軸向移動的推壓蓋160。另外，軸承裝置101是如第2圖~第5圖表示，具有：接頭構件176a~176d、177a~177d；複數個配管190；及將推壓蓋160固定於殼體130的螺栓195。
螺桿軸110的端部112是成為小徑部，在其 階差部與一方滾動軸承120A的內圈121之間配置有軸環150。另一方的滾動軸承120B的內圈121的外側(以另一方的滾動軸承120B為基準與設有一方滾動軸承120A之一側的相反側)也配置有軸環150，並在其外側配置有鎖緊螺帽140。滾動軸承120A、120B的外圈123、123被配置在殼體130內周圍面的大徑部。一方的滾動軸承120A的外圈123的端面是與階差面抵接，另一方的滾動軸承120B的外圈123則是與推壓蓋160的端面抵接。
如第2圖~第5圖表示，在殼體130的軸向一端形成有突緣132。在突緣132形成有栓鎖螺栓195的內螺紋132a，及插入安裝用的螺栓的螺栓孔132b。在殼體130又以等間隔在圓周方向形成有貫穿軸向的四個冷卻用貫穿孔171~174。各冷卻用貫穿孔171~174的兩端部，形成有管用錐形內螺紋部175。
如第6圖表示，推壓蓋160為具有遊動嵌入螺桿軸110大小的中心孔161的圓板狀構件，配置螺栓195的頭部側的螺栓孔162是以等間隔被形成在圓周方向的八處。該等的螺栓孔162是設置在對應殼體130的內螺紋132a的位置。並在推壓蓋160的外圍部，在對應殼體130的各冷卻用貫穿孔171~174的位置上，形成有凹部163。
組裝時，首先，將一方的軸環150與螺桿軸110的端部112的階差部接觸安裝之後，在殼體130與螺桿軸110的端部112之間安裝軸承120A、120B。接著，使推壓蓋160的中心孔161通過螺桿軸110，將推壓蓋 160配置在殼體130的突緣132側，從推壓蓋160的螺栓孔162插入螺栓195後栓鎖於突緣132的內螺紋132a。接著，將另一方的軸環150安裝在螺桿軸110的端部112，將鎖緊螺帽140鎖緊。藉此，將滾動軸承120A、120B的外圈123、123固定於殼體130，並將內圈121、121固定在螺桿軸110的端部112。
在此狀態下，使各接頭構件176a~176d、177a~177d從推壓蓋160的凹部163進入，如第5圖表示將其前端部(管用錐形內螺紋部)栓鎖在各冷卻用貫穿孔171~174的管用錐形內螺紋部175。藉此，如第2圖~第4圖表示，成為在殼體130的各冷卻用貫穿孔171~174的兩端，連結著各接頭構件176a~176d、177a~177d的狀態。
並且，以配管190連結突緣132側的接頭構件176a與接頭構件176b。在突緣132側的接頭構件176b連接冷卻媒體導入用配管190。在突緣132側的接頭構件176c連接冷卻媒體排出用配管190。在殼體130未形成有突緣132的一側，以配管190連結接頭構件177a與接頭構件177b，並以配管190連結接頭構件177c與接頭構件177d。
該實施形態的滾珠螺桿中，從冷卻媒體導入用配管190所導入的冷卻媒體是依據接頭構件176b→殼體130的冷卻用貫穿孔172→接頭構件177b→配管190→接頭構件177a→殼體130的冷卻用貫穿孔171→接頭構件176a→配管190→接頭構件176d→殼體130的冷卻用貫穿 孔174→接頭構件177d→配管190→接頭構件177c→殼體130的冷卻用貫穿孔173→接頭構件176c→冷卻媒體排出用配管190的順序流動。藉此冷卻媒體的流動冷卻殼體130。
因此，根據該實施形態的軸承裝置，由於在殼體130的圓周方向進行均勻冷卻，所以在周圍方向均勻地冷卻殼體130、滾動軸承120A、120B、螺桿軸110的端部112，抑制熱變形。伴隨此，可有效冷卻滾動軸承120A、120B，因此可防止滾動軸承120A、120B之滾珠的負載分佈異常或作動性的惡化。
在此，作為本實施形態的變形例，滾珠螺桿裝置1為軸承裝置101也可以支撐螺桿軸110的一方端部。並且，滾珠螺桿裝置1在支撐螺桿軸110的一方端部的軸承裝置101上，沿著殼體130的軸向形成有複數個貫穿殼體130的兩端部，使冷卻媒體通過的冷卻用貫穿孔171~174，也可在支撐桿軸110的另一方端部的軸承裝置，不形成冷卻媒體通過的冷卻用貫穿孔。
又，滾珠螺桿裝置1的軸承裝置101也可支撐螺桿軸110兩方的端部。並且，也可分別在該等軸承裝置101、101上，沿著殼體130的軸向形成有複數個貫穿殼體130的兩端部，使冷卻媒體通過的冷卻用貫穿孔171~174。
又，例如專利文獻2，僅在螺帽具備冷卻機構的滾珠螺桿中，螺桿軸的冷卻僅在螺帽的移動範圍進行，由於不能期待對螺桿軸端部的冷卻效果，所以併用上述的軸承裝 置為有用。
具體而言，如第7圖表示，滾珠螺桿裝置1具有滾珠螺桿10，及支撐該滾珠螺桿10的螺桿軸110的上述軸承裝置101。
在此，在螺桿軸10的螺帽20，在圓周方向以等間隔形成有使螺帽20貫穿軸向的複數個冷卻用貫穿孔21a~21d。螺帽20的各冷卻用貫穿孔21a~21d的兩端，分別連結接頭構件31a~31d、32a~32d。
並且，以配管33連結突緣22測的接頭構件31a與接頭構件31d。又在突緣22側的接頭構件31b連接冷卻液導入用配管34。並在突緣22側的接頭構件31c連接冷卻液導入用配管35。
另一方面，在未形成有螺帽20的突緣22的一側的端部，以配管36連結接頭構件32a與接頭構件32b，以配管37連結接頭構件32c與接頭構件32d。
形成以上構成的滾珠螺桿10藉著從冷卻液導入用配管34導入冷卻液，使其冷卻液依據接頭構件31b→冷卻用貫穿孔21b→配管36→接頭構件32a→冷卻用貫穿孔21a→接頭構件31a→配管33→接頭構件31d→冷卻用貫穿孔21d→配管37→冷卻用貫穿孔21c→接頭構件31c→冷卻液排出用配管35的順序流動。其結果，可藉此冷卻液的流動冷卻螺帽20。
(第2實施形態)
接著，針對滾珠螺桿裝置的第2實施形態參閱圖示加以說明。第8圖表示滾珠螺桿裝置的第2實施形態之構成的前視圖。又，第9圖表示滾珠螺桿裝置的第2實施形態之構成的右側視圖。並且，第10圖表示滾珠螺桿裝置的第2實施形態之構成的左側視圖。另外，第11圖為沿著表示滾珠螺桿的第2實施形態之構成的軸向的剖視圖。
如第8圖~第11圖表示，軸承裝置101具備：可旋轉支撐滾珠螺桿的螺桿軸110的複數列滾動軸承120，及收容滾動軸承120的殼體130。
<滾動軸承>
如第11圖表示，滾動軸承120具有嵌合於螺桿軸110的端部與螺桿軸110一體旋轉的兩個內圈121、121，在該等內圈121、121的內周圍面121a、121a，分別設有透過複數個滾動體122可旋轉支撐內圈121的外圈123、123。
滾動軸承120的內圈121是藉形成於螺桿軸110的階差部和鎖緊螺帽140而定位在預定位置。該鎖緊螺帽140被栓嵌於螺桿軸110的端部，在鎖緊螺帽140與內圈121之間的螺桿軸110的外圍，例如設有盤簧或線圈彈簧或縱彈性係數的金屬等所成的軸環150。
並且，滾動軸承120的內圈121藉著鎖定螺帽140的緊固力推壓於上述的階差部111，在該階差部111與內圈121之間的螺桿軸110的外圍，例如設有盤簧或線圈彈簧 或縱彈性係數的金屬等所成的軸環150。
再者，滾動軸承120的內圈121是藉形成於螺桿軸110的階差部111和鎖緊螺帽140而定位在預定位置。
<殼體>
殼體130是例如形成圓筒形狀。又如第11圖表示，殼體130的內周圍面130a嵌合於滾動軸承120的外圍面(外圈123的外圍面123a)。因此，殼體130成為可旋轉支撐螺桿軸110。
並且，如第11圖表示，殼體130的外圍面是與未圖示的軸承支架的內周圍面可滑動地嵌合。即，軸承支架(未圖示)透過殼體130支撐著滾動軸承120。
<推壓蓋>
滾動軸承120的外圈123藉著形成於殼體130的內周圍面130a的階差部131及第2推壓蓋160B定位在預定位置。該推壓蓋160A、160B是藉複數個螺桿200被安裝在殼體130軸向的端面130b、130b(參閱第11圖)。
<冷卻用貫穿孔>
殼體130形成有複數個軸向貫穿殼體130的兩端部(兩端面)的冷卻用貫穿孔170。該等冷卻用貫穿孔170是以沿著殼體130的外圍面，或配置在同一圓周上為佳，並以均等配置更佳。再者，該等冷卻用貫穿孔170是設置 用於冷卻媒體的通過。冷卻媒體是藉連結於複數個冷卻用貫穿孔170其中之一的冷卻管190來供應或排出。冷卻管190被連結在供應冷卻媒體，且回收冷卻媒體再度具備冷卻功能並再次供應的冷卻媒體循環裝置(未圖示)。
<溝槽部>
在殼體130的端面130b、130b，以沿著端面130b、130b的外圍形成有連通冷卻用貫穿孔170的開口部的溝槽部180為佳。如上述所設置的溝槽部180是透過墊圈185，藉第1推壓蓋160A或第2推壓蓋160B所密封，形成有和冷卻用貫穿孔170連通的流路B~D(參閱第9圖及第10圖)。採用形成有溝槽部180的形態，比在殼體130僅形成冷卻用貫穿孔170的形態更能夠減少用於供應通過冷卻用貫穿孔170之冷卻媒體的零組件數量，其結果可獲得成本的降低。
在此，如上述，流路雖是以溝槽部180及第1推壓蓋160A或第2推壓蓋160B所形成，但與第1推壓蓋160A及第2推壓蓋160B的溝槽部180相對的面是以平坦為佳。與第1推壓蓋160A及第2推壓蓋160B的溝槽部180相對的面上，形成有和溝槽部180對應的其他溝槽部時，會有因突緣的不同組等而有不能適當形成流路的場合，其理由為可降低加工成本，且製品管理也較容易。
[冷卻用貫穿孔的設置位置]
作為形成複數個冷卻用貫穿孔170的設置位置，以沿著殼體130的周圍方向均等配置為佳。但是，冷卻用貫穿孔170為兩個的場合，亦即，冷卻用貫穿孔170為均等配置(180°等配置)中，從冷卻用貫穿孔170離開的部份溫度會變高，所以會產生溫度梯度，滾動軸承120的外圈123的剖面形狀變成橄欖球狀。因此，使得滾動軸承120的外圈123的正圓度(圓筒度)降低，形成對滾動軸承120的不均一負荷而容易對作動性等造成影響，並不理想。
[冷卻用貫穿孔的個數]
又，增加冷卻用貫穿孔170的個數，獲得比滾動軸承120更大的冷卻效果，並可提高滾動軸承120的外圈123的正圓度(圓筒度)，但是，並不能過度地增加冷卻用貫穿孔170的個數。這是意味著冷卻用貫穿孔170個數的增加，也會使殼體130的強度降低，其結果，會導致使滾珠螺桿軸的支撐剛性降低。
此外，由於冷卻用貫穿孔170的加工為縱長比較大，所以加工費時會使得成本上升。
因此，本實施形態雖如第8圖~第10圖表示，設冷卻用貫穿孔170的個數為四個，但因構造將四個冷卻用貫穿孔170均等設置困難的場合也可設置三個。
[冷卻媒體的循環路徑]
如上述形成有冷卻用貫穿孔170的軸承裝置101是如第8圖~第10圖表示，從冷卻管191所供應的冷卻媒體在「A」部份流入連結於冷卻管191的冷卻用貫穿孔171，經過流路「B」流入冷卻用貫穿孔172，經過流路「C」流入冷卻用貫穿孔173，並經過流路「D」流入冷卻用貫穿孔174，從「E」部份所連結的冷卻管192排出。
如上述，軸承裝置101在殼體130設置複數個冷卻用貫穿孔170，使冷卻媒體流動於藉該等冷卻用貫穿孔170與溝槽部180及第1推壓蓋160A或者第2推壓蓋160B所形成的流路，可有效地冷卻發熱源的軸承最接近部。其結果，可抑制滾動軸承120的發熱，減少因熱膨脹導致滾珠螺桿與螺桿軸110之間的延伸，提升定位精度等。
又，均等地配置冷卻用貫穿孔170，可使溫度分佈接近均勻，抑制不均勻的熱變形，因此可防止滾動軸承120內部的滾珠(滾動體122)之負載分佈異常或動作性的惡化。在此，軸承裝置101中，也可將冷卻管190(191、192)配置在螺桿軸110的端部112側(未形成螺旋溝槽的部份)。又，軸承裝置101中，冷卻管190(191、192)也可配置在突緣132側。
冷卻管190(191、192)配置在螺桿軸110的端部112側，即冷卻用貫穿孔170配置在螺桿軸110的端部112側，藉此與冷卻用貫穿孔170配置在形成有螺桿軸110的螺旋溝槽側的場合比較，對滾珠螺桿的螺帽(未圖示)的移動範圍不會造成影響，因此可獲得滾珠螺桿的螺 帽(未圖示)大的移動範圍。
並在突緣132側配置冷卻管190(191、192)，即冷卻用貫穿孔170配置在突緣132側，可藉此在組裝冷卻管190(191、192)的狀態，將殼體130組裝於未圖示的殼體固定構件(例如，軸承支架等)。具體而言，將殼體130組裝於上述殼體固定構件時，在第11圖中，上述殼體固定構件相對於殼體130朝著箭頭的方向組裝。亦即，在殼體130未形成有突緣側132的一側(設有第1推壓蓋160A的一側)配置冷卻管190(191、192)時，在將殼體130組裝於上述殼體固定構件之後，有組裝冷卻管190(191、192)的必要。但是，冷卻管190(191、192)配置在突緣132側的樣態中，將殼體130組裝於上述殼體固定構件時，冷卻管190(191、192)不會干涉。因此，藉著冷卻管190(191、192)配置在突緣132側，在組裝著冷卻管190(191、192)的狀態，可將殼體130組裝於上述殼體固定構件。
(第3實施形態)
其次，針對滾珠螺桿裝置的第3實施形態參閱圖示加以說明。第12圖表示沿著滾珠螺桿裝置的第3實施形態之構成的軸向的剖視圖。本實施形態的滾珠螺桿裝置301是與第2實施形態大致相同的構成。以下，針對與第2實施形態相同的構成賦予相同的符號並省略或簡略其說明，以不同的構成為中心說明。
如第12圖表示，滾動軸承120具有嵌合於螺桿軸110的端部與螺桿軸110一體旋轉的兩個內圈121、121，在該等內圈121、121的內周圍面121a、121a，分別設有透過複數個滾動體122可旋轉支撐內圈121的外圈123、123。
滾動軸承120的外圈123是藉著形成於殼體130的內周圍面130a的階差部131及第2推壓蓋160B定位在預定位置。
滾動軸承120的內圈121是藉形成於螺桿軸110的螺桿軸外徑部111和鎖緊螺帽140透過軸環150定位在預定位置。鎖緊螺帽140被栓嵌於螺桿軸110的端部，藉此鎖緊螺帽140的緊固力對滾動軸承120的內圈121施以軸向的壓縮力，賦予滾動軸承120的預壓。
一般使用於滾珠螺桿裝置的滾動軸承不僅是半徑方向(徑向)，軸方向(軸向)負載也有負荷的必要，因此多使用角面接觸向心球軸承或圓錐滾子軸承。本實施形態是以滾動軸承120的組合形式，作為對滾動軸承120的內圈側施以軸向的壓縮力賦予預壓的方式的DB型(背面組合型)。本實施形態是表示在滾動軸承120組合兩個角面接觸向心球軸承來使用。
軸承裝置101中，藉冷卻使滾動軸承120外圈側的溫度變得比內圈側的溫度低。因此，滾動軸承120的外圈側朝著徑向收縮且軸向也收縮。DB型(背面組合型)是對滾動軸承120的內圈側施以軸向壓縮力以賦予其預壓，但 藉冷卻對滾動軸承120產生外圈側之徑向的收縮會導致預壓的增加之軸向的收縮而導致預壓的減少。藉此，即使藉冷卻仍可實施預壓變化少的滾珠螺桿裝置。
另一方面，以滾動軸承120的組合形式，作為對滾動軸承120的外圈側施加軸向的壓縮力以賦予預壓的方式之DF型(正面組合型)的場合說明。藉冷卻使滾動軸承120外圈側的溫度變得比內圈側的溫度低時，滾動軸承120的外圈側朝著徑向收縮且軸向也收縮。作為DF型(正面組合型)的場合，藉冷卻對滾動軸承120產生外圈側之徑向與軸向的收縮會一起導致預壓的增加。預壓上升時發熱量變大而會損及冷卻的效果。
本實施形態雖表示將兩個角面接觸向心球軸承組合在滾動軸承120使用，但軸承的組合形式只要是DB型(背面組合型)，則不限兩個而可使用任意個。又，本實施形態是將單列角面接觸向心球軸承使用於滾動軸承120，但只要是DB型(背面組合型)也可使用單列圓錐滾子軸承等其他的軸承。另外，也可以使用對內圈側施加軸向的壓縮力賦予負壓方式(DB型)的複數列角面接觸向心球軸承或複數列圓錐滾子軸承等的複數列軸承。
(第4實施形態)
接著，針對滾珠螺桿裝置的第4實施形態參閱圖示加以說明。第13圖表示滾珠螺桿裝置的第4實施形態之構成的圖，(a)為前視圖，(b)為左側視圖，(c)為右 側視圖。軸承裝置101是與第2實施形態大致相同的構成。以下，針對與第2實施形態相同的構成賦予相同的符號並省略或簡略其說明，以不同的構成為中心說明。
如第13(a)圖表示，軸承裝置101為提高冷卻效率，輔助冷卻用貫穿孔175與其他的冷卻用貫穿孔170同樣設有複數個。並且，該等輔助冷卻用貫穿孔175被連結在冷卻媒體流入其內部的冷卻管193及從輔助冷卻用貫穿孔175排出冷卻媒體的冷卻管194。又，輔助冷卻用貫穿孔175也可因應目的連結於冷卻用貫穿孔171~174，也可獨立於該等冷卻用貫穿孔171~174設置。
設置該冷卻用貫穿孔(輔助冷卻孔)175，進一步提升冷卻效率。
再者，輔助冷卻用貫穿孔175也可如第13(b)、(c)圖表示，以螺桿軸110的軸為基準設置成點對稱定位。
(第5實施形態)
接著，針對滾珠螺桿裝置的第5實施形態參閱圖示加以說明。第14圖表示滾珠螺桿裝置的第5實施形態之構成的圖，(a)為前視圖，(b)為右側視圖，(c)為散熱部的右側視圖，(d)為散熱片的透視圖。軸承裝置101是與第2實施形態大致相同的構成。以下，針對與第2實施形態相同的構成賦予相同的符號並省略或簡略其說明，以不同的構成為中心說明。
如第14(a)~(d)圖表示，軸承裝置101在殼體130設有散熱部200。該散熱部200具有在殼體130(例如突緣132)的外圍面以預定緊固量嵌合的框體201及在框體201的外圍面設有複數個的散熱片202。
散熱片202是如第14(d)圖表示，以設置在殼體130時與軸向垂直的方向(徑向)成細長形狀設置使儲存在殼體130內的熱容易散出。又，散熱片202是以受到空氣阻力，也不會妨礙螺帽移動的細的散熱片202前端為佳。又，散熱片202是以等配位配置在框體201的周圍方向為佳，並以鄰接散熱片202、202的設置位置與框體201的軸向所成的角度θ在15°~90°的範圍等配位設置更佳。
在此，框體201及散熱片202的材料可舉例如熱傳導性佳的鋁、黃銅、鈦等。該等之中，以框體201及散熱片202的加工容易，且熱傳導率高的鋁為佳。
(第6實施形態)
接著，針對滾珠螺桿裝置的第6實施形態參閱圖示加以說明。第15圖表示滾珠螺桿裝置的第6實施形態之構成的圖，(a)為前視圖，(b)為右側視圖，(c)為設置散熱片之框體的右側視圖。軸承裝置101是與第5實施形態大致相同的構成。以下，針對與第5實施形態相同的構成賦予相同的符號並省略或簡略其說明，以不同的構成為中心說明。
如第15(a)~(c)圖表示，軸承裝置101在殼體130設有散熱部200。該散熱部200具有在推壓蓋160B的外圍面以預定緊固量嵌合的框體201及在框體201的外圍面設有複數個的散熱片202。
(第7實施形態)
接著，針對滾珠螺桿裝置的第7實施形態參閱圖示加以說明。第16圖表示滾珠螺桿裝置的第7實施形態中所使用滾珠螺桿裝置的前視圖。又，第17圖表示滾珠螺桿裝置的第7實施形態的構成的圖，(a)為滾珠螺桿裝置之非馬達側的滾珠螺桿裝置的前視圖，(b)是沿螺桿軸的軸向的剖視圖及主要部放大圖，(c)為螺桿軸的左側視圖。
如第16圖表示，滾珠螺桿裝置1是將滾珠螺桿10的螺桿軸110的兩軸端透過軸承裝置101A、101B自由旋轉地支撐於托架30，並將螺帽20固定在架台40上。
並且，在螺桿軸110的一方端部(同圖右側的軸端)裝設有驅動滑輪50，將電動馬達(未圖示)的旋轉運動透過動力傳達機構傳達到此驅動滑輪50，使滾珠螺桿10成可驅動。以下，有稱接近驅動滑輪50的一側(接近未圖示之電動馬達的一側)的軸承裝置101B為「馬達側的軸承裝置101B」，並稱遠離驅動滑輪50的一側(從未圖示之電動馬達的遠離側)的軸承裝置101A為「非馬達側的軸承裝置101A」。又，本實施形態的軸承 裝置101A、101B是與上述軸承裝置101為相同構成的軸承裝置(參閱第17(a)圖)。
在此，滾珠螺桿是具有螺桿軸110、螺帽20，及可自由滾動填充於螺桿軸110的外圍面及螺帽20的內周圍面分別相對所形成的螺旋溝槽的滾珠所成。並且，透過滾珠使栓鎖於螺桿軸110的螺帽20與螺桿軸110相對旋轉運動時，螺桿軸110與螺帽20可透過滾珠的滾動而在軸向相對移動。
又如第16圖及第17(b)圖表示，在以螺桿軸110之非馬達側的軸承裝置101A所支撐側的端部附近，穿設有通過冷卻媒體的冷卻用通路113。該冷卻用通路113被穿孔至對應構成螺桿軸110軸向的非馬達側之軸承裝置101A的複數個軸承的位置為止。
具體而言，冷卻用通路113是從開口於螺桿軸110的非馬達側之軸承裝置101A端部的流入口113，穿孔至對應構成非馬達側之軸承裝置101A的複數個軸承的位置為止，於此在螺桿軸110的端部側迴折，和開口於其端部附近的側面的流出口113B連通。
並且，在螺桿軸110的非馬達側的軸承裝置101A的端部，透過流出側密封件61安裝著流入側密封件60。在該流入側密封件60，形成有和流入口113A連通的流入口60A，及與流出口113B連通的流出口60B，流入口60A及流出口60B透過配管被連接在未圖示的冷卻媒體循環裝置。再者，該冷卻媒體循環裝置也可以和上述冷卻媒體循 環裝置對應。
如上述，本實施形態是以「非馬達側的軸承裝置101A」的冷卻作為「螺帽冷卻」及「螺桿軸110內部的冷卻」，並以「馬達側的軸承裝置101B」的冷卻作為「螺帽冷卻」。這是由於螺桿軸110的馬達側的端部被連接在電動馬達(未圖示)，在螺桿軸110的其端部設置冷卻用貫穿孔，使螺桿軸110的內部冷卻困難的理由。因此，本實施形態是在非馬達側的軸承裝置101A所支撐一側的螺桿軸110的端部附近設置冷卻用貫穿孔。再者，本實施形態是將非馬達側的軸承裝置101A的冷媒溫度降低，以使得非馬達側的軸承裝置101A的固定力不致降低地提升比馬達側高之非馬達側的軸承裝置101A的冷媒溫度。
在此，專利文獻3中，具備貫穿滾珠螺桿軸的內部所形成，使冷卻用流體流動的滾珠螺桿軸內流路孔。
但是，由於具有軸內流路孔的螺桿軸為「貫穿的」中空軸，所以和實心軸比較，會因彎曲力矩使得撓曲變大。為此，具有軸內流路孔的螺桿軸和實心軸的螺桿軸比較，每一旋轉所產生的反覆剪應力大，所以具有軸內流路孔的螺桿軸和實心軸的螺桿軸比較會產生熱而變得高溫。將通過軸內流孔路的冷卻用流體(冷煤)加溫而喪失了冷卻效果。
相對於此，本實施形態的滾珠螺桿裝置是在螺桿軸 110穿設冷卻媒體通過的冷卻用貫穿孔，其冷卻用貫穿孔是穿孔至對應螺桿軸110軸向的複數個軸承的位置為止。藉此一構成，與習知在螺桿軸「貫穿」冷卻用貫穿孔比較相對於彎曲力矩可實現高剛性的效果。
因此，根據本實施形態，可提供驅動時降低彎曲力矩所導致螺桿軸的撓曲並可提升冷卻效率的滾珠螺桿裝置。
(第8實施形態)
接著，針對滾珠螺桿裝置的第8實施形態參閱圖示加以說明。第18圖為沿著表示滾珠螺桿裝置的第8實施形態之構成的軸向的剖視圖。軸承裝置101是與第2實施形態大致相同的構成。以下，針對與第2實施形態相同的構成賦予相同的符號並省略或簡略其說明，以不同的構成為中心說明。
如第18圖表示，本實施形態的滾珠螺桿裝置是以DF組合作為軸承101的組合。以往是舉例以消除螺桿軸110熱膨脹的方法並施以預加張力。該預加張力在將軸承101安裝於螺桿軸110時，為精度良好進行定位，賦予使螺桿軸110的溫度上升相當於2℃~3℃左右的預張力的作業。由於預加張力的施加會增加軸承110的負荷，而不可避免地發熱，其結果會將該熱傳達於螺桿軸110，造成螺桿軸110再度膨脹的主要原因。尤其只是將DB組合的軸承冷卻，在抑制熱膨脹的效果上困難。
為此，本實施形態的滾珠螺桿裝置，為緩和熱膨脹產 生的應力，將軸承101的組合作為DF組合冷卻。
(第9實施形態)
接著，針對滾珠螺桿裝置的第9實施形態參閱圖示加以說明。第19圖表示滾珠螺桿裝置的第9實施形態的構成的圖，(a)為滾珠螺桿裝置的前視圖，(b)為滾珠螺桿裝置之非馬達側的軸承裝置的前視圖，(c)為滾珠螺桿裝置之馬達側的軸承裝置的前視圖。並且，第19(a)圖中，省略流入側密封件60。軸承裝置101是與第7實施形態大致相同的構成。以下，針對與第7實施形態相同的構成賦予相同的符號並省略或簡略其說明，以不同的構成為中心說明。
如第19(a)~(c)圖表示，本實施形態的滾珠螺桿裝置是以DB型(DB組合)作為支撐滾珠螺桿的兩端之軸承的組合。藉此一構成，可實現螺桿軸不撓曲的效果。又，馬達側的軸承裝置101B因馬達的發熱使得軸承的溫度變高，所以必須使馬達側的軸承裝置101B的軸承溫度降低。因此，使得冷卻水的冷卻溫度比非馬達側的軸承裝置101A低，或者增加冷媒量。
又，作為軸承的組合，設馬達側的軸承裝置101B為DB型(DB組合)及DT型(DT組合)，設非馬達側的軸承裝置101A為DB型(DB組合)、DT型(DT組合)、DF型(DF組合)或單列。
另外，作為本實施形態的滾珠螺桿裝置所支撐的滾珠 螺桿，可舉例如終端導向式、管式、迴轉式、端蓋式。尤其設馬達側的軸承裝置的軸承為DB型(DB組合)，可實現螺桿軸不顫動不轉動的效果。
以上，針對滾珠螺桿裝置的各實施形態已作說明，但本發明不限於此，可進行種種的變更、改良。例如，上述實施形態雖例示複數列滾動軸承作為支撐滾珠螺桿的螺桿軸的軸承，但是不限於此，也可以是單列滾動軸承。又，各實施形態的滾珠螺桿裝置是以和冷卻螺帽的螺帽冷卻裝置併用為佳。滾珠螺桿的軸心冷卻雖也將螺桿軸內部形成有冷卻路徑用的軸承冷卻，但是在螺帽冷卻的場合僅螺帽移動的部份被冷卻，對於不能期待軸承的冷卻效果的場合則有效。因此，螺帽冷卻中軸承的冷卻也是必要。並且，可適當組合各實施形態。
本發明的冷卻冷媒，作為流體可使用各種的氣體、液體。氣體有空氣或壓縮空氣之外、氮、惰性氣體(氬等)、碳氫化合物(丁烷、異丁烷等)、氦、氨、二氧化碳等，並可使用該等的混合物。液體則有水之外、水中添加防銹劑的冷卻劑、水中加入各種添加劑的冷卻劑或是冷媒油也可使用各種的油。具體為可使用礦物油、動植物油、合成油。該等可因應使用環境等適當選擇即可。另外，以進行冷卻媒體的溫度管理，並管理流量為佳。尤其是在亂流狀態使用冷卻媒體為佳。
101‧‧‧軸承裝置
110‧‧‧螺桿軸
111‧‧‧階差部
112‧‧‧端部
120‧‧‧滾動軸承
121‧‧‧內圈
121a‧‧‧內周圍面
122‧‧‧滾動體
123‧‧‧外圈
123a‧‧‧外圍面
130‧‧‧殼體
130a‧‧‧內周圍面
130b‧‧‧端面
131‧‧‧階差部
132‧‧‧突緣
140‧‧‧鎖緊螺帽
150‧‧‧軸環
160A、160B‧‧‧推壓蓋
170‧‧‧冷卻用貫穿孔
180‧‧‧溝槽部
190‧‧‧冷卻管

Claims (13)

  1. 一種滾珠螺桿裝置，具有：螺帽，在內周圍面形成有螺旋溝槽；螺桿軸，在外圍面形成有螺旋溝槽；滾珠螺桿，具備配置在以上述螺帽的螺旋溝槽與上述螺桿軸的螺旋溝槽所形成的軌道的滾珠；及軸承裝置，支撐上述螺桿軸的端部，其軸承裝置，具備複數個軸承與殼體，上述軸承是由：嵌合於上述端部和上述螺桿軸一體旋轉的內圈，及透過配設在該內圈的外圍面的複數個滾動體可旋轉地支撐上述內圈的外圈所形成，上述殼體，具有和上述外圈的外圍面抵接的內周圍面，可旋轉地支撐上述螺桿軸，貫穿上述殼體的兩端部，沿著上述殼體的軸向形成有複數個使冷卻媒體通過的冷卻用貫穿孔，在上述殼體的軸向的兩端面形成有連通上述冷卻用貫穿孔的溝槽部，具有限制上述複數個軸承的外圈朝軸向的移動的推壓蓋，並形成有上述冷卻用貫穿孔，及分別設置在上述殼體的軸向兩端部的上述溝槽部及上述推壓蓋所形成的流路構成的循環路徑，上述殼體的兩端部之中，在從上述殼體的上述螺帽遠離軸向側的端部，形成有在上述螺帽側連結殼體固定構件的突緣，在配置於從上述冷卻用貫穿孔的上述螺帽遠離側的端 部的上述流路的一端及另一端，透過冷卻管連結有冷卻媒體循環裝置。
  2. 如申請專利範圍第1項記載的滾珠螺桿裝置，其中，上述軸承裝置支撐著上述螺桿軸一方的端部。
  3. 如申請專利範圍第2項記載的滾珠螺桿裝置，其中，在支撐上述螺桿軸的一方端部的上述軸承裝置，沿著上述殼體的軸向形成有複數個貫穿上述殼體的兩端部，並使冷卻媒體通過的上述冷卻用貫穿孔，在支撐上述螺桿軸的另一方端部的軸承裝置，不形成冷卻媒體通過的冷卻用貫穿孔。
  4. 如申請專利範圍第1項記載的滾珠螺桿裝置，其中，上述軸承裝置支撐上述螺桿軸兩方的端部。
  5. 如申請專利範圍第4項記載的滾珠螺桿裝置，其中，分別在上述軸承裝置上，沿著上述殼體的軸向形成有複數個貫穿上述殼體的兩端部，並使冷卻媒體通過的上述冷卻用貫穿孔。
  6. 如申請專利範圍第1項記載的滾珠螺桿裝置，其中，上述複數個軸承為DB型。
  7. 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項記載的滾珠螺桿裝置，其中，上述軸承為單列角面接觸向心球軸承、單列圓錐滾子軸承、複數列角面接觸向心球軸承、複數列圓錐滾子軸承的其中之一。
  8. 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項記載的滾珠螺桿裝置，其中，上述冷卻用貫穿孔是沿著上述殼體的 周圍方向均等地配置。
  9. 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項記載的滾珠螺桿裝置，其中，上述冷卻用貫穿孔形成3~6個。
  10. 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項記載的滾珠螺桿裝置，其中，上述滾珠螺桿裝置在上述殼體設置散熱部。
  11. 如申請專利範圍第1項記載的滾珠螺桿裝置，其中，在上述推壓蓋設置散熱部。
  12. 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項記載的滾珠螺桿裝置，其中，在上述螺桿軸穿設冷卻媒體通過的冷卻用通路，其冷卻用通路被穿孔至上述螺桿軸的軸向之對應上述複數個軸承的位置為止。
  13. 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項記載的滾珠螺桿裝置，其中，係設置於滾珠螺桿的螺桿軸兩端部的兩個軸承裝置之至少其中一方的軸承裝置，上述複數個軸承為DF型。
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