TWI622721B - Screw shaft and manufacturing method thereof, and ball screw device - Google Patents

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TWI622721B
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Kazunari Miyazaki
Keisuke Muto
Yutaka Nagai
Satoru Arai
Daisuke Maruyama
Masahiro Nobutomo
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Nsk Ltd
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Abstract

本發明係在將滾珠螺桿裝置之螺桿軸之至少一部分利用細絲捲繞法或片材捲繞法而製作之圓筒體之外周面，固定構成螺溝之金屬彈簧製之螺旋狀構件或分割螺旋狀構件。

Description

螺桿軸及其製造方法、以及滾珠螺桿裝置
本發明係關於一種用於工作機械、建設機械等，將旋轉運動變換為直線運動之滾珠螺桿裝置，以及其螺桿軸及螺桿軸之製造方法。
對於用於工作機械或建設機械等之滾珠螺桿裝置，通常係採用如高碳鉻軸承鋼或不銹鋼、表面硬化鋼之硬度高的金屬材料。然而，近年以來，輕量化之要求強烈，遂而業界乃進行將構成滾珠螺桿裝置之構件中佔大部分重量的螺桿軸從如前述之鋼材改為纖維強化塑膠(FRP)而謀求輕量化。
例如，在專利文獻1中記載有：在包含鋁或鐵之芯材上，使包含有機纖維之細絲束含浸於液狀熱硬化性樹脂且捲繞為螺旋捲或平行捲，並使其熱硬化而成為柱狀體，此後，將其切削加工為螺桿軸之形狀。
又，在專利文獻2中記載有滾動體滾動面附近由金屬材料構成，而其他部分由FRP構成之運動引導裝置。
進而，在專利文獻3中記載有：在使用於處理X線之機械裝置的運動引導裝置中，將軌道構件、移動構件及滾動體之至少一者設為X線透射材料之FRP，以及在滾動體滾動面上貼附鋼帶而謀求壽命之改善。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本發明專利第5146293號公報
專利文獻2：日本發明專利第4813373號公報
專利文獻3：日本發明專利第4842954號公報
然而，專利文獻1之螺桿軸係以其外周面將細絲束利用黏合劑樹脂而黏結者，故無法避免滾珠之滾動所導致之磨耗。又，其係殘留有芯材之狀態，故被期望能進一步之輕量化。
又，螺桿軸係長條狀，為了抑制撓曲而有必要保持高強度，但專利文獻2、3之螺桿軸係將強化纖維分散於樹脂的FRP，無法獲得充分之強度，故無法因應過長之螺桿軸。
鑒於如以上之問題，本發明之目的在於提供一種謀求進一步之輕量化，並且具有高強度且耐磨耗性亦較以往更優異之螺桿軸。
為了解決上述課題，本發明提供下述之螺桿軸及其製造方法、以及滾珠螺桿裝置。
(1)一種螺桿軸，其係構成滾珠螺桿裝置者，該裝置包含：螺桿軸，其於外周面形成有螺溝；複數個滾珠，其配置於前述螺溝上；及螺帽，其介隔前述滾珠而外嵌於前述螺桿軸；且前述螺帽在前述螺桿軸上移動；且特徵在於，前述螺桿軸之至少一部分具有：圓筒體，其在構成上具備包含強化纖維之細絲束之圓筒狀捲繞物、或包含強化纖維之細絲之片材的圓筒狀捲繞物、或包含前述片材之層與包含前述細絲束之層的積層體之圓筒狀捲繞物，及黏結前述圓筒狀捲繞物之樹脂；及金屬製之螺旋狀構件，其固定於前述圓筒體之外周面，且形成 前述螺溝。
(2)如上述(1)之螺桿軸，其中前述螺旋狀構件包含在螺旋之長度方向上被分割之複數個分割螺旋狀構件，且前述分割螺旋狀構件彼此在長度方向上隔開間隙而相連。
(3)如上述(2)之螺桿軸，其中前述分割螺旋狀構件彼此之螺旋之長度方向之間隙為前述滾珠之直徑的0.3%以上13%以下。
(4)如上述(1)~(3)中任1項之螺桿軸，其中前述圓筒體之外周面與前述螺旋狀構件或前述分割螺旋狀構件係藉由接著劑而固定。
(5)一種螺桿軸之製造方法，前述螺桿軸係構成滾珠螺桿裝置者，該裝置包含：螺桿軸，其於外周面形成有螺溝；複數個滾動體，其配置於前述螺溝上；及螺帽，其介隔前述滾動體而外嵌於前述螺桿軸；且前述螺帽在前述螺桿軸上移動；且該製造方法之特徵在於包含：圓筒體製造步驟，其使用強化纖維之細絲束，利用細絲捲繞法形成圓筒體，或使用包含前述細絲束之片材，利用片材捲繞法形成圓筒體，或將利用前述片材捲繞法形成之層與利用前述細絲捲繞法形成之層積層而形成圓筒體；及將形成前述螺溝之金屬製之螺旋狀構件固定於前述圓筒體之外周面的一體化步驟。
(6)如上述(5)之螺桿軸之製造方法，其中前述螺旋狀構件係在其長度方向上被分割之分割螺旋狀構件，且在前述一體化步驟中，將複數個前述分割螺旋狀構件在長度方向上隔開間隙而與前述圓筒體之外周面相連，且固定於該外周面。
(7)如上述(6)之螺桿軸之製造方法，其中將前述分割螺旋狀構件彼此之螺旋之長度方向之間隙設為前述滾珠之直徑之0.3%以上13%以下。
(8)如上述(5)~(7)中任1項之螺桿軸之製造方法，其中在前述一體化步驟中，利用接著劑將前述螺旋狀構件或前述分割螺旋狀構件接著於前述圓筒體之外周面。
(9)如上述(5)之螺桿軸之製造方法，其中在前述一體化步驟中，將前述螺旋狀構件配置於前述圓筒體之外周面，並加熱而使前述螺旋狀構件整體在其徑向上收縮。
(10)一種滾珠螺桿裝置，其包含：螺桿軸，其於外周面形成有螺溝；複數個滾珠，其配置於前述螺溝上；及螺帽，其介隔前述滾珠而外嵌於前述螺桿軸；且前述螺帽在前述螺桿軸上移動；且特徵在於，前述螺桿軸係如上述(1)~(4)中任1項之螺桿軸。
根據本發明，可獲得一種螺桿軸，其雖然更加輕量，但卻較以往強度更高、耐磨耗性亦更優異。又，本發明之滾珠螺桿裝置因具備如此之螺桿軸，故成為輕量且耐久性亦較以往更優異者。
1‧‧‧滾珠螺桿裝置
2‧‧‧螺桿軸
2a‧‧‧螺溝部
2b‧‧‧驅動側端部
2c‧‧‧反驅動側端部
3‧‧‧螺帽
3a‧‧‧筒狀部
3b‧‧‧凸緣
4a‧‧‧循環器
4b‧‧‧循環器
5‧‧‧圓筒體
6‧‧‧凹部
6a‧‧‧凹部
6b‧‧‧凹部
6c‧‧‧凹部
6d‧‧‧凹部
6e‧‧‧底面
7‧‧‧滾珠
8‧‧‧螺旋狀構件
8a‧‧‧螺旋狀構件
8a'‧‧‧延伸部
8b‧‧‧螺旋狀構件
8b'‧‧‧延伸部
8c‧‧‧前端/前端部
8d‧‧‧前端/前端部
10‧‧‧細絲束
18‧‧‧分割螺旋狀構件
19‧‧‧間隙
A‧‧‧點
a‧‧‧間隙
B‧‧‧點
Dw‧‧‧直徑
圖1係顯示滾珠螺桿裝置的平面圖。
圖2係顯示用於說明細絲捲繞法之裝置構成的模式圖。
圖3係說明細絲捲繞法之細絲束之捲繞方法的模式圖，圖3(a)係顯示螺旋捲、圖3(b)係顯示平行捲的圖。
圖4係用於說明片材捲繞法的模式圖。
圖5係顯示在第1實施形態中螺桿軸之一例的部分剖切平面圖。
圖6係說明在第1實施形態中，將螺旋狀構件利用細絲捲繞法而固定之方法的剖面圖。
圖7係說明在第1實施形態中，將螺旋狀構件利用細絲捲繞法而固定之其他方法的剖面圖。
圖8係顯示在第1實施形態中螺桿軸之其他例的部分剖切平面 圖。
圖9係顯示螺旋狀構件之剖面形狀之一例的剖面圖。
圖10係顯示螺旋狀構件之其他例的部分剖切平面圖。
圖11係說明將圖10所示之螺旋狀構件利用細絲捲繞法而固定之方法的剖面圖。
圖12係顯示螺旋狀構件之另一其他例的部分剖切平面圖。
圖13係顯示螺旋狀構件之又一其他例的部分剖切平面圖。
圖14係說明將圖12或圖13所示之螺旋狀構件利用細絲捲繞法而固定之方法的剖面圖。
圖15係顯示在第2實施形態中螺桿軸之一例的部分剖切平面圖。
圖16係用於說明分割螺旋狀構件間之間隙(a)與滾珠之直徑(Dw)之關係的模式圖。
圖17係顯示在第2實施形態中螺桿軸之其他例的部分剖切平面圖。
以下，關於本發明，參照圖式予以詳細說明。
(第1實施形態)
圖1係顯示滾珠螺桿裝置1的平面圖。如圖示般，滾珠螺桿裝置1具有棒狀之螺桿軸2、及外嵌於螺桿軸2之螺帽3。
螺桿軸2具有：於外周面形成有螺旋狀之螺溝的螺溝部2a；於螺溝部2a之一個端部連續形成之驅動側端部2b；及於螺溝部2a之另一端部連續形成之反驅動側端部2c。
螺帽3具有：螺桿軸2於內側穿過之筒狀部3a；及於筒狀部3a之一個端部一體地形成之凸緣3b。在筒狀部3a之內周面形成有與形成於螺溝部2a之螺溝對應的螺溝。
在筒狀部3a與螺溝部2a之間夾隔有複數個滾珠(參照圖4、圖5； 符號7)。
於在徑向上貫通螺帽3之筒狀部3a的貫通孔中，插入有使上述滾動體循環之循環器4a、4b。循環器4a、4b係由樹脂而形成，構成將形成於筒狀部3a之內側的螺溝之2個部位連接的通路，且構成滾珠所循環之無限循環路徑。
根據以上之構成，滾珠螺桿裝置1藉由螺桿軸2與螺帽3之相對旋轉，螺桿軸2與螺帽3在軸向上相對移動。
在本發明中，如以下所述般製造螺桿軸2之螺溝部2a。
首先，使用強化纖維之細絲束，利用細絲捲繞法製造圓筒體。或是，亦可使用包含強化纖維之細絲束之片材，利用片材捲繞法形成圓筒體。或者，亦可將利用片材捲繞法形成之層與利用細絲捲繞法形成之層積層而形成圓筒體。另外，在積層時，就強度而言，較佳者係將利用片材捲繞法形成之層作為下層，在其上利用細絲捲繞法進行捲繞。
圖2係顯示用於說明細絲捲繞法之裝置構成的模式圖，將複數根強化纖維細絲穿過貯存有液狀之黏合劑樹脂之樹脂槽，塗佈黏合劑樹脂或使其含浸於黏合劑樹脂而集束為一條細絲束，並將該強化纖維細絲束以特定之角度捲繞於旋轉之心軸(芯棒)。強化纖維細絲束藉由橫動裝置在心軸上往復移動。而後，在成為目的之捲繞厚度之時間點，連同心軸從裝置卸下，於硬化爐使黏合劑樹脂硬化，並在硬化後拔出心軸，藉此獲得將由強化纖維細絲束構成之圓筒狀捲繞物利用黏合劑樹脂黏結之圓筒體。又，為了使心軸之拔出變得容易，較佳者係預先在心軸上塗佈脫模劑。另外，如後述般，雖在圓筒體之外周面固定形成螺溝之螺旋狀構件，但亦可在固定螺旋狀構件之後拔出心軸。
強化纖維細絲束之捲繞方法可大致區分為：如圖3(a)所示般，以相對於下層之細絲束以某一角度(圖之例為θ=15°)交叉之方式捲繞的 螺旋捲；及如圖3(b)所示般，以相對於心軸成垂直之方式捲繞的平行捲；就強度而言，螺旋捲更為優異，故為較佳者。此外，螺旋捲之交叉角度(θ)以10°~85°為適宜者，45°尤佳。
在上述之細絲捲繞法中，亦可將圓筒體之端部設為平行捲，將端部以外設為螺旋捲。為了調整螺桿軸之軸長，有將圓筒體切斷之情形，但藉由將端部設為平行捲，從而切斷面成為與細絲束平行，故與設為螺旋捲之情形相比，可減少細絲束之切斷部位。若將端部亦設為螺旋捲，則會切斷整個細絲束。
又，片材捲繞法係如圖4所示般將預浸布利用旋轉輥捲繞於心軸之方法，該預浸布係將強化纖維編織為片材狀，且利用黏合劑樹脂黏結而形成為片材狀。藉由在黏合劑樹脂硬化後拔出心軸可獲得圓筒體。
進而，可在利用片材捲繞法形成之下層之上，利用細絲捲繞法捲繞以細絲束。
任一情形皆是以圓筒體之壁厚可使螺桿軸2獲得充分之強度之方式，考量螺桿軸之全長、螺桿軸所負載之荷重等，而根據細絲束或片材之捲繞數或積層數來調整厚壁。
形成細絲束及片材之強化纖維係抗拉強度為500MPa以上、較佳者為3920MPa以上，抗拉彈性率為30GPa以上、較佳者為235GPa以上的有機纖維或無機纖維。具體而言，可列舉下表所示之纖維，其中碳纖維(CF)以其輕量、高強度故為較佳者。另外，碳纖維可使用由來於PAN、由來於瀝青之任一者。
[表1]
另外，作為較佳之強化纖維，可列舉玻璃纖維(GF)、芳香族醯胺纖維(AF)、硼纖維(BF)、聚芳香族酯纖維(PARF)、聚(對-伸苯基苯并噁唑)纖維(PBOF)、超高分子量聚乙烯纖維(UHPEF)等。
又，強化纖維為了提高與黏合劑樹脂之接著性，利用聚胺基甲酸酯樹脂或環氧樹脂、丙烯酸樹脂、雙馬來醯亞胺樹脂等之上漿劑進行表面處理亦屬有利。
強化纖維之平均直徑較佳者為5~21μm，更佳者為7~15μm。若平均直徑較5μm細，則因每1根之強度低而穩定之製造變困難，成本大幅增加，故實用性低。若平均直徑較21μm粗，則每1根之強度變高，然而細絲束會變得過粗，故緻密之捲繞變困難。
另外，纖維中有短纖維與長纖維，長纖維與短纖維相比，在強度、耐衝擊、尺寸精度、導電性等方面優異，故為較佳者。
黏合劑樹脂可使用環氧樹脂或雙馬來醯亞胺樹脂、聚醯胺樹脂、酚樹脂等，可考量與強化纖維之接著性而選擇。例如，在碳纖維之情形下，可使用環氧樹脂。又，黏合劑樹脂之塗佈或含浸量相對於與強化纖維之細絲束或片材之合計量，較佳者為15~45質量%，更佳者為20~40質量%，進一步更佳者係24~33質量%。若黏合劑樹脂量較15%質量少，則細絲束或片材之黏結不充分，若較45%質量多，則強化纖維量過少而無法獲得充分之強度。另外，黏合劑樹脂量係所獲得之螺桿軸中之樹脂量，其餘部分係強化纖維量、或與上漿劑之合計量。
並且，如圖5所示般，在利用細絲捲繞法或片材捲繞法所製作之纖維強化塑膠製之圓筒體5的外周面，固定有相當於螺溝之金屬製之螺旋狀構件8。此時，較佳者係在圓筒體5之外周面將對應於螺溝之凹部6形成為螺旋狀，且將螺旋狀構件8之一部分(底部)外嵌於該凹部6而進行位置規制。凹部6可藉由切削加工或塑性加工而形成。
螺旋狀構件8因利用彈性力而保持一定之間隔，故即便不形成凹部6，亦可形成供滾珠7行走之一定間隔之軌道溝。然而，藉由形成凹部6而進行位置規制，滾珠7將更穩定地行走。
螺旋狀構件8係將金屬製之線材加工為螺旋狀者，可使用例如金屬彈簧。如圖5所示，該螺旋狀構件8在螺桿軸2之螺溝部2a之外周面，利用一對螺旋狀構件8a、8b形成1條螺溝，而成為滾珠7之滾動部。因此，重要的是，螺旋狀構件8係耐摩耗性優異之材料，以較滾珠7之材質耐摩耗性更優異之材料為較佳者，且表面硬度以在HV400以上為較佳者，可使用包含例如彈簧鋼或硬鋼線、鋼琴線、不銹鋼等之螺旋彈簧。又，可將螺旋狀構件8加工為如圖5所示之剖面形狀，或者後述之如圖7或圖9、圖11、圖14所示之剖面形狀，加工方法可藉由切削加工或磨削加工而實施。
另外，在將螺旋狀構件8加工為彈簧狀時，若殘存有殘留應力，則變得容易發生彈性減弱或折損。因此，較佳者係加工為彈簧狀後進行低溫退火而預先減少殘留應力。此外，處理溫度及處理時間係根據材料來進行各種設定。
作為螺旋狀構件8之固定方法，係將螺旋狀構件8外嵌於圓筒體5，並在兩者之抵接部之緣部塗佈接著劑，並使接著劑硬化。在將凹部6形成於圓筒體5時，在凹部6預先塗佈接著劑，朝其中埋入螺旋狀構件8之內周面之一部分，並使接著劑硬化。此外，較佳者係將接著劑設為與用於製作圓筒體5之細絲捲繞法或片材捲繞法中所使用之黏 合劑樹脂為同種。藉由將接著劑與黏合劑樹脂設為同種，螺旋狀構件8與圓筒體5之接著性變高。
且說，如圖1所示，在反驅動側端部2c(參照圖1)為自由端時，若螺桿軸2之溫度由於滾珠螺桿裝置1之驅動而上升，則反驅動側端部2c朝軸向外側伸長，伴隨於此，螺旋狀構件8亦在該長度方向上伸長。因此，由接著劑固定於反驅動側端部2c之附近之螺旋狀構件8將作比較大幅度地伸展，因此容易從螺桿軸2剝離。因此，較佳者係增多反驅動側端部2c之附近之接著劑量，具體而言，較驅動側端部2c之部分増量5%。
又，依滾珠螺桿裝置之不同，亦有驅動側端部2b與反驅動側端部2c均為固定端之情形。該情形下，因支持螺桿軸2之未圖示之軸承之旋轉及螺帽3之行走，螺桿軸2其軸向中央部伸縮。伴隨於此，由於螺旋狀構件8亦伸長，故與螺桿軸2之中央部接著之螺旋狀構件8容易剝離，故較佳者係將中央部之接著劑量設為較驅動側端部2b與反驅動側端部2c的接著劑多，具體而言係作増量5%。
又，作為固定方法，可在外嵌螺旋狀構件8之狀態下加熱整體，使螺旋狀構件整體在其徑向上收縮。螺旋狀構件8在徑向上收縮而牢固地捲繞於圓筒體5之外周面或凹部6，並維持該牢固之捲繞狀態。此時，可併用接著劑。
螺旋狀構件8係金屬製，其線膨脹係數為10~12×10-6mm/℃程度，相對於此，例如在碳纖維強化塑膠之情形下，圓筒體5之線膨脹係數為-1.3×10-6~0.4×10-6mm/℃程度，因此，若在螺旋狀構件8外嵌於圓筒體5之狀態下加熱整體，則圓筒體5沿細絲束收縮，且整體縮徑。相對於此，螺旋狀構件8在螺旋之長度方向上大幅度膨脹，與此同時在徑向上收縮而咬緊圓筒體5之外周面。其結果為，螺旋狀構件8被牢固地固定於圓筒體5之外周面。另外，加熱溫度在80℃前後為適 當。又，在將接著劑塗佈於圓筒體5之凹部6時，因圓筒體5收縮，故接著劑不會從凹部6露出。
或者，如圖6、7所示般，可在相鄰之螺旋狀構件彼此之間隙，利用細絲捲繞法再次捲繞細絲束。圖6係顯示其一例之剖面圖，以覆蓋螺旋狀構件8a、8b之下方部分之方式捲繞細絲束10。又，如圖7所示，可在螺旋狀構件8a、8b之下部設置分別朝向外方之延伸部8a'、8b'，並在延伸部8a'、8b'捲繞細絲束10。此時，可併用接著劑。
根據以上，可獲得本發明之螺桿軸2，其在包含圓筒體5之軸構件之外周面固定有成為螺溝之螺旋狀構件8。本發明之螺桿軸2與使強化纖維分散之纖維強化塑膠製之螺桿軸相比，強度大幅度提高，螺溝之耐摩耗性亦提高，故耐久性優異。
另外，圖5係形成將一對螺旋狀構件8a、8b固定於凹部6a、6b的1條螺溝之情形，但螺溝不限定於此，亦可形成為多條。例如，如圖8所示，亦可利用螺旋狀構件8a~8d形成2條螺溝。該情形下，在圓筒體5預先形成對應之凹部6a~6d。
又，有關螺旋狀構件8，係以滾珠7不與螺桿軸2之凹部6之底面6e(參照圖9)接觸之方式，調整其自螺桿軸2之突出高度、或滾珠7所滾動之面的傾斜角度。若滾珠7滾動而與凹部6之底面6e接觸，則纖維強化塑膠製之凹部6之底面6e會摩耗。因此，調整螺旋狀構件8之突出高度或傾斜面。例如，如圖9所示，藉由將螺旋狀構件8a、8b之滾珠7所滾動之面的傾斜角度相對於圓筒體5之外周面設定為45°，而能夠以點A、B之2點支持滾珠7，使其不與凹部6之底面6e接觸。
進而，螺旋狀構件8不限定於上述，例如圖10所示，亦可採用具有成為圓筒體5側之下半部分為圓弧狀、且越朝向上部越縮徑之大致「茄子型」之剖面形狀的構成。如圖示般，該剖面「茄子型」之螺旋狀構件8於兩側具有螺溝，且利用3根螺旋狀構件8形成2條螺溝。因 此，可減少螺旋狀構件8之數目，其結果為可實現輕量化。又，由於螺旋狀構件8之數目減少，故凹部6之數目亦減少，從而其加工部位亦減少，進而亦可減少接著劑之使用量，其結果為亦可降低製造成本。又，可縮窄螺旋狀構件8之間隔，而可相應地增加滾珠數，因此與利用一對螺旋狀構件8形成螺溝的螺桿軸相比，可增加負載容量。
並且，將該剖面「茄子型」之螺旋狀構件8乃如圖11所示般，係利用細絲捲繞法藉由細絲束10而固定於圓筒體5。或者，亦可利用接著劑，使上述構件熱收縮而固定於圓筒體5。
又，上述係利用一對螺旋狀構件8a、8b形成一條螺溝，但亦可如圖12所示般，採用具有由成為圓筒體5側之下方部分連結之「新月型」之剖面形狀的構成，而利用1個螺旋狀構件形成一條螺溝。該剖面「新月型」之螺旋狀構件8係兩前端8c、8c與滾珠7接觸。另外，由兩前端部8c、8c所形成之溝形狀除圓弧狀以外，亦可設為哥德式拱狀等。藉由該剖面「新月型」之螺旋狀構件8，可將其數目設置為最小限度，而可實現進一步之輕量化及低成本化。
進而，亦可使用該剖面「新月型」之螺旋狀構件8，如圖13所示般，形成多條螺溝。藉由形成為多條，且藉由増加有效捲數與減小滾珠尺寸，從而滾珠數目增加，可將上述螺溝設為既具備高引導性，且仍能保持高剛性、高負載容量。
另外，該剖面「新月型」之螺旋狀構件8亦如圖14所示般，可利用細絲捲繞法藉由細絲束10而固定於圓筒體5，或利用接著劑，使上述構件熱收縮而固定於圓筒體5。
又，即便螺帽3為金屬製亦屬無妨，但為了滾珠螺桿裝置整體之輕量化，較佳者係纖維強化塑膠製，進一步較佳者係與螺桿軸2相同地利用細絲捲繞法或片材捲繞法而製作。
(第2實施形態)
在圖15~17所示之本第2實施形態中，代替上述之第1實施形態之螺旋狀構件8而使用在其長度方向上分割之分割螺旋狀構件18。
又，圓筒體與第1實施形態相同，根據細絲捲繞法或片材捲繞法而製作。
並且，在圓筒體5之外周面，將該分割螺旋狀構件18在其長度方向上隔開間隙而連接，且作為一根螺旋狀構件8(例如8a或8b)而固定。如圖15顯示之連接狀態，在圖示之例中記載為各個分割螺旋狀構件18具有沿凹部6以螺旋狀繞圓筒體5大致2周之長度，但分割螺旋狀構件18之長度不限制於此。
在滾珠螺桿裝置1中，滾珠7藉由螺桿軸2之旋轉或螺帽3之移動而滾動，伴隨於此，發生溫度上升，螺桿軸2之徑膨脹或收縮。例如，對於一般之碳纖維強化塑膠，線膨脹係數為-1.3×10-6~0.4×10-6mm/℃程度。因此，如圖16所示，與螺桿軸2之膨脹或收縮對應，將分割螺旋狀構件間之間隙19之尺寸(a)設為滾珠7之直徑(Dw)之0.3%以上13%以下為較佳者，設為3%以上10%以下為更佳者。若(a/Dw)超過13%，則滾珠7之滾動性變差。若(a/Dw)較0.3%窄，則無法完全吸收膨脹部分從而與凹部6之固定狀態變差。作為一例，於表2顯示在Dw=3.175mm之情形下與a的關係。
Dw=3.175mm
為了製作螺桿軸2，將複數個分割螺旋狀構件18依次外嵌於圓筒體5，調整間隙19之尺寸且將該構件固定。此時，將分割螺旋狀構件 18之內周面之一部分埋入凹部6，並固定於凹部6。作為分割螺旋狀構件18之固定方法，係在凹部6預先塗佈接著劑，朝其中埋入分割螺旋狀構件18之內周面之一部分，並使接著劑硬化。此外，較佳者係將接著劑設為與用於製作圓筒體5之細絲捲繞法或片材捲繞法中所使用之黏合劑樹脂為同種。藉由將接著劑與黏合劑樹脂設為同種，分割螺旋狀構件18與圓筒體5之接著性變高。
又，考量支持螺桿軸2之未圖示之軸承之旋轉及螺帽3之行走而導致之發熱所引起的分割螺旋狀構件18之伸長，較佳者係將固定其長度方向中央部之接著劑量設為較間隙側之兩端部為多，具體而言，較佳者係増量5%。
或者，與圖6同樣地，可在將分割螺旋狀構件18之內周面之一部分埋入凹部6之狀態下，在與相鄰之分割螺旋狀構件18之間隙內，利用細絲捲繞法再次捲繞細絲束。又，與圖7同樣地，可在分割螺旋狀構件18之下部設置分別朝向外方之延伸部(圖7之8a'、8b')，並在該延伸部捲繞細絲束。
另外，圖15係形成將一對螺旋狀構件8a、8b固定於凹部6a、6b的1條螺溝之情形，但螺溝不限定於此，亦可形成為多條。例如，如圖17所示，亦可利用螺旋狀構件8a~8d形成2條螺溝。該情形下，在圓筒體5預先形成對應之凹部6a~6d。
又，與圖9相同地，對於分割螺旋狀構件18，亦可將滾珠滾動之面設為45°之傾斜面，使滾珠不與凹部之底面接觸。
甚者，可將分割螺旋狀構件18設為如圖10所示之剖面「茄子型」，亦可設為如圖12及圖13所示之剖面「新月型」。
本發明不限定於上述實施形態，可加工作各種變更。例如，雖顯示在將螺旋狀構件8之剖面形狀設為「新月型」之下，剖面設為哥德式拱狀之溝形狀，但該哥德式拱狀亦可應用於由一對螺旋狀構件 8a、8b所構成之螺溝。換言之，在例如圖9中，在將一對螺旋狀構件8a、8b之各個對向面(具有與滾珠7相接之點A、點B之側之面)在此兩者對向之狀態下，作為整體使其剖面成為哥德式拱狀。
又，上述係將螺旋狀構件8埋入圓筒體5之凹部6而進行位置規制，但亦可不在圓筒體5形成凹部6，而將螺旋狀構件8外嵌於該圓筒體。如上述般，螺旋狀構件8係金屬製之彈簧構件，能夠藉由彈性力保持大致一定之間隔。例如，圖7中螺旋狀構件8a、8b具備延伸部8a'、8b'，且包含延伸部8a'、8b'其圓筒體側之面(底部)為平坦，與圓筒體5之外周面之接觸面積寬廣。因此，即便不在圓筒體5之外周面形成凹部6，亦可在圓筒體5之外周面穩定地存在。因此，可削減用於在圓筒體5形成凹部6之溝加工，從而可降低製造成本。

Claims (8)

  1. 一種螺桿軸，其係構成滾珠螺桿裝置者，該裝置包含：螺桿軸，其於外周面形成有螺溝；複數個滾珠，其配置於前述螺溝上；及螺帽，其介隔前述滾珠而外嵌於前述螺桿軸；且前述螺帽在前述螺桿軸上移動；且特徵在於，前述螺桿軸之至少一部分具有：圓筒體，其在構成上具備包含強化纖維之細絲束之圓筒狀捲繞物、或包含強化纖維之細絲之片材的圓筒狀捲繞物、或包含前述片材之層與包含前述細絲束之層的積層體之圓筒狀捲繞物，及黏結前述圓筒狀捲繞物之樹脂；及金屬製之螺旋狀構件，其固定於前述圓筒體之外周面，且形成前述螺溝，前述螺旋狀構件包含在螺旋之長度方向上被分割之複數個分割螺旋狀構件，且前述分割螺旋狀構件彼此在長度方向上隔開間隙而相連。
  2. 如請求項1之螺桿軸，其中前述分割螺旋狀構件彼此之螺旋之長度方向之間隙為前述滾珠之直徑的0.3%以上13%以下。
  3. 如請求項1或2之螺桿軸，其中前述圓筒體之外周面與前述螺旋狀構件或前述分割螺旋狀構件係藉由接著劑而固定。
  4. 一種螺桿軸之製造方法，前述螺桿軸係構成滾珠螺桿裝置者，該裝置包含：螺桿軸，其於外周面形成有螺溝；複數個滾動體，其配置於前述螺溝上；及螺帽，其介隔前述滾動體而外嵌於前述螺桿軸；且前述螺帽在前述螺桿軸上移動；且該製造方法之特徵在於包含：圓筒體製造步驟，其使用強化纖維之細絲束利用細絲捲繞法形成圓筒體，或使用包含前述細絲束之片材利用片材捲繞法形成圓筒體，或將利用前述片材捲繞法形成之層與利用前述細絲捲繞法形成之層積層而形成圓筒體；及將形成前述螺溝之金屬製之螺旋狀構件固定於前述圓筒體之外周面的一體化步驟，前述螺旋狀構件係在其長度方向上被分割之分割螺旋狀構件，且在前述一體化步驟中，將複數個前述分割螺旋狀構件在長度方向上隔開間隙而於前述圓筒體之外周面上相連且固定於該外周面。
  5. 如請求項4之螺桿軸之製造方法，其中將前述分割螺旋狀構件彼此之螺旋之長度方向之間隙設為前述滾珠之直徑之0.3%以上13%以下。
  6. 如請求項4或5之螺桿軸之製造方法，其中在前述一體化步驟中，利用接著劑將前述螺旋狀構件或前述分割螺旋狀構件接著於前述圓筒體之外周面。
  7. 如請求項4之螺桿軸之製造方法，其中在前述一體化步驟中，將前述螺旋狀構件配置於前述圓筒體之外周面，並加熱而使前述螺旋狀構件整體在其徑向上收縮。
  8. 一種滾珠螺桿裝置，其包含：螺桿軸，其於外周面形成有螺溝；複數個滾珠，其配置於前述螺溝上；及螺帽，其介隔前述滾珠而外嵌於前述螺桿軸；且前述螺帽在前述螺桿軸上移動；且特徵在於，前述螺桿軸係如請求項1至3中任1項之螺桿軸。
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