TWI785172B - 滾珠螺桿裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明為具有充分的載重負荷能力且螺帽構件可小型化的所謂多條螺紋式的滾珠螺桿裝置，該滾珠螺桿裝置，具備：設有N條(N為2以上的整數)具有相同導程之滾動槽(20)的螺桿軸(2)；在上述滾動槽(20)滾動的滾珠(4)；及透過上述滾珠(4)組裝於上述螺桿軸(2)，並具有一至複數的使上述滾珠(4)圍繞上述螺桿軸(2)的周圍一循環之無限循環路(40)的螺帽構件(3)，上述螺帽構件(3)的各無限循環路(40)，包括：上述滾珠(4)一邊負荷著載重一邊滾動並分別對應上述N條滾動槽(20)的N個負荷部(32)，及連結互相鄰接的負荷部彼此使上述滾珠(4)在上述N條的滾動槽(20)之間移動的N個無負荷部(33)。

Description

滾珠螺桿裝置
本發明是有關旋轉運動與直線運動可相互轉換的滾珠螺桿裝置。
滾珠螺桿裝置為旋轉運動與直線運動可相互變換的機械元件，在各種機床、搬運裝置、產業用機器人等之中，多用於將伺服馬達產生的旋轉運動轉換成直線運動的目的。上述滾珠螺桿裝置，具備：多數的滾珠；在外圍面形成有該等滾珠滾動之螺旋狀的滾動槽的螺桿軸；及透過滾珠螺合於上述螺桿軸的周圍的螺帽構件。又，上述螺帽構件具備上述滾珠的無限循環路。該螺帽構件的無限循環路，具備：上述滾珠在上述螺桿軸與上述螺帽構件之間一邊負荷著載重一邊滾動的負荷通路，及連接上述負荷通路的兩端使得上述滾珠僅上述滾動槽之一至數卷量回流的無負荷通路。
形成於上述螺桿軸的螺旋狀的滾動槽是以一定的導程所形成。所謂「導程」為上述螺桿軸一旋轉時上述螺帽構件朝軸向前進的距離，該導程越大上述螺桿軸旋轉時可使上述螺帽構件以高速移動。為使滾珠螺桿裝置的額定負荷的提升，或相對於上述螺桿軸之上述螺帽構件的剛性的提升，將上述導程大的螺桿軸形成多條螺紋，在該螺桿軸的外圍面形成複數螺旋狀的滾動槽。並且，對應多條螺紋的上述螺帽構件具備與上述滾動槽的條數相同之迴路數的滾珠的無限循環路，以謀求在上述螺桿軸與上述螺帽構件之間負荷載重之滾珠數量的增加。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開2010-106895
通常，設置在上述螺帽構件的上述無限循環路中，上述負荷通路的長度是設定成上述螺桿軸的周圍約一捲繞量或約數捲繞量。這是為了一邊充分確保上述負荷通路的長度一邊使得負荷載重的滾珠數最大化，以使得連結該負荷通路的兩端之上述無負荷通路的構築容易化。
其一方，將上述負荷通路的長度設定於上述螺桿軸的周圍約一捲繞量以上時，上述螺帽構件的軸向長度即使最低也會變得比形成在上述螺桿軸的上述滾動槽的導程長。因此，如上述的多條螺紋，與上述滾動槽的導程大的螺桿軸組合的螺帽構件不能縮短軸向長度，因此謀求螺帽構件的小型化困難。
本發明是鑒於如以上的課題所研創而成，其目的為提供一種所謂多條螺紋式的滾珠螺桿裝置，可以將螺桿軸的軸向相關的無限循環路的長度設定比滾動槽的導程短，並可充分確保上述負荷通路的長度，一邊具有充分的載重負荷能力一邊可使螺帽構件小型化。
亦即，本發明的滾珠螺桿裝置，具備：設置N條(N為2以上的整數)具有相同導程之滾動槽，在外圍面沿著軸向以1/N的間距存在有該等N條的滾動槽，並沿著周圍方向以等間隔均等配置有該等N條的滾動槽的螺桿軸；在上述滾動槽滾動的滾珠；及透過上述滾珠組裝於上述螺桿軸，並具有一至複數的使上述滾珠僅圍繞上述螺桿軸的周圍一周之無限循環路的螺帽構件。在此滾珠螺桿裝置中，上述螺帽構件的各無限循環路，包括：上述滾珠一邊負荷著載重一邊滾動並分別對應上述N條滾動槽的N個負荷部，及連結互相鄰接的負荷部彼此使上述滾珠在上述N條的滾動槽之間移動的N個無負荷部。
根據本發明，在具有滾動槽為大導程的所謂多條螺紋式的滾珠螺桿裝置中，可以將螺桿軸的軸向相關的無限循環路的長度設定比滾動槽的導程短，並可充分確保上述負荷通路的長度，一邊具有充分的載重負荷能力一邊可使螺帽構件小型化。
以下，使用添附圖示詳細說明本發明的滾珠螺桿裝置。
第1圖是表示運用本發明的滾珠螺桿裝置的一例。此滾珠螺桿裝置1是由：螺桿軸2，在外圍面形成有螺旋狀的滾珠的滾動槽20，及圓筒狀的螺帽構件3，透過多述的滾珠螺合於上述螺桿軸20的周圍所構成。又，上述螺帽構件3具備上述滾珠的無限循環路。上述滾珠是介於上述螺桿軸2與螺帽構件3之間，例如將上述螺桿軸2相對於上述螺帽構件3旋轉，藉以使該螺帽構件3朝著上述螺桿軸2的軸向移動，或使得上述螺帽構件3相對於上述螺桿軸2旋轉，藉以使該螺桿軸2朝著上述螺帽構件3的軸向移動。
上述螺桿軸2為所謂多條螺紋，在該螺桿軸2的外圍面形成有複數條的滾動槽20。第1圖表示的滾珠螺桿裝置是在上述螺桿軸2的外圍面形成有3條的滾動槽20，該等滾動槽20具有相同的導程。因此，在上述螺桿軸2的外圍面是以沿著軸向以上述導程的1/3的間距存在有上述滾動槽20，並且，在該螺桿軸2的外圍面沿著周圍方向以等間隔均等配置有3條的滾動槽20。又，互相鄰接的滾動槽20之間為螺峰部21，該螺峰部21是表示上述螺桿軸2的外徑。再者，形成於上述螺桿軸2的上述滾動槽20的條數只要是兩條以上的複數，則可適當變更設計。
上述螺帽構件3是具有上述螺桿軸2插通的貫通孔形成為圓筒狀。上述螺帽構件是由形成環狀的複數的螺帽元件3a、3b、3c所構成，該等螺帽元件3a、3b、3c是沿著上述螺桿軸2的軸向重疊配置。上述螺帽元件是由一對的端部元件3a、3b，及夾持在該等端部元件3a、3b之間的中間元件3c所構成。第1圖表示的例是在一對的端部元件3a、3b之間配置兩片的中間元件3c。上述一對的端部元件3a、3b為相同形狀的構件，配置成彼此相反方向地相對。又，兩片的中間元件3c為彼此相同形狀的構件。
第2圖是表示從上述螺帽構件3卸下上述端部元件3a後的狀態的分解透視圖。在互相鄰接的上述螺帽元件3a、3b、3c的接合部，設有圍繞上述螺桿軸2的周圍一周之滾珠4的無限循環路40。亦即，在彼此相鄰的上述端部元件3a與上述中間元件3c的邊界部、上述兩片中間元件3c的邊界部、上述中間元件3c與上述端部元件3b的邊界部設有滾珠4的無限循環路40，上述螺帽構件3的整體設有三迴路的無限循環路40。
上述無限循環路40的迴路數是可對應中間元件3c的片數任意地增減。例如，在一對端部元件3a、3b之間夾持一片的上述中間元件3c時，將兩迴路的無限循環路40設置於上述螺帽構件3。並且，上述中間元件3c的片數為三片時，在上述螺帽構件3設置四迴路的無限循環路40。另外，也可不使用上述中間元件，直接接合一對的端部元件彼此，藉此只將一迴路的無限循環路40設置在上述螺帽構件3。
第3圖是表示上述端部元件3a、3b的透視圖，第4圖是表示上述中間元件3c的透視圖。上述端部元件3a、3b及上述中間元件3c是形成具有比上述螺桿軸2的外徑大的內徑的環狀，與鄰接的其他螺帽元件3a、3b、3c的接合面30是形成曲面狀。上述端部元件3a、3b僅將軸向一方的端面形成為上述接合面30，上述中間元件3c是將軸向的兩端面形成為上述接合面30，此點是上述端部元件3a、3b與上述中間元件3c的不同。
在上述端部元件3a、3b及上述中間元件3c的內周圍面與上述接合面30的角部形成有成為上述滾珠4之無限循環路40的循環槽31。例如，上述端部元件3a與上述中間元件3c鄰接的邊界部是使上述端部元件3a的循環槽31與上述中間元件3c的循環槽31相對地組合，藉此構築上述滾珠4的無限循環路40。上述端部元件3a、3b僅在軸向一方的端面具有上述循環槽31，上述中間元件3c是在軸向的兩端面具有上述循環槽31。
形成於上述端部元件3a、3b或上述中間元件3c之一條的循環槽31是對應設置在上述螺桿軸2的複數條的滾動槽20。如相對於上述螺桿軸2設置N條(N為2以上的自然數)的滾動槽20時，上述一條的循環槽31是以N個負荷部32及N個無負荷部33所構成。上述負荷部32是與上述螺桿軸2的滾動槽20相對，滾珠4是在該負荷部32與上述螺桿軸2的滾動槽20之間一邊負荷著載重一邊滾動。另一方面，上述無負荷部33是連結上述負荷部32彼此，並與上述螺桿軸的螺峰部21相對，在該無負荷部33滾動的滾珠4被從載重釋放而越過上述螺桿軸2的螺峰部21。並且，該等負荷部32及無負荷部33是沿著上述循環槽31的周圍方向交替地設置，其結果上述循環槽31成為環狀。第3圖及第4圖表示的上述端部元件3a、3b及上述中間元件3c是對應相對於上述螺桿軸2形成有三條滾動槽20的場合，上述循環槽31具有三組上述負荷部32及上述無負荷部33的組合。
上述循環槽32是設置在上述端部元件3a、3b或上述中間元件3c的內周圍面與上述接合面30的角部，因此上述接合面30是形成沿著上述循環槽31的軌道，即上述無限循環路40的軌道的曲面狀。
第5圖及第6圖是表示將滾珠排列於設置在上述端部元件3a、3b的循環槽31的樣子，第6圖是從箭頭A方向觀察第5圖表示之端部元件3a、3b的正面圖。包括於一條循環槽31的複數組的上述負荷部32及上述無負荷部33是均等配置在上述螺桿軸2的周圍。第6圖是對應在上述螺桿軸2形成有三條滾動槽20的例，因此將該等螺桿軸2的周圍分別以120度分割配置三組的上述負荷部32及上述無負荷部33的組合。因此，上述螺桿軸2具有N條滾動槽的場合，將螺桿軸的周圍360分割成N個，均等地配置N組的上述負荷部32及上述無負荷部33的組合。
第6圖中的一點虛線是表示上述螺桿軸2的外徑。包括於一條循環槽31的複數的負荷部32是分別對應形成於上述螺桿軸2之不同的滾動槽20，上述滾珠4是於上述負荷部32在上述滾動槽20滾動。另一方面，上述無負荷部33是連結互相鄰接的負荷部32彼此，在該無負荷部33滾動的滾珠4越過上述螺桿軸的螺峰部21，在互相鄰接的滾動槽20之間移動。在上述負荷部32滾動的滾珠4是在上述螺桿軸2的周圍一邊呈螺旋狀公轉一邊朝著該螺桿軸2的軸向移動，但上述無負荷部33是使滾珠4朝著與該方向相反的軸向移動，將滾珠4傳遞至下一負荷部32。因此，上述滾珠4循環的無限循環路40在上述螺桿軸2的周圍形成如波浪起伏的軌動。
再者，第5圖及第6圖雖表示相對於上述端部元件3a、3b的循環槽31排列滾珠4的狀態，但是相對於上述中間元件3c的循環槽32排列滾珠4的場合也與此相同。上述端部元件3a、3b雖僅在軸向一方的端面具有循環槽32，但上述中間元件3c是在軸向的兩端面具有相同的循環槽32，不同點僅在於此點。
並且，將如以上所構成的上述端部元件3a、3b及上述中間元件3c重疊於上述螺桿軸2的軸向，藉此完成具有複數迴路的無限循環路40的螺帽構件3。上述端部元件3a、3b及上述中間元件3c的結合是可使用將該等軸向貫穿的螺栓來進行。或者，也可設置具有上述端部元件3a、3b及上述中間元件3c的收容空間的筒狀的殼體，封閉插入上述端部元件3a、3b及上述中間元件3c的上述收容空間，藉此構築上述螺帽構件3。設置上述殼體的場合，可以將上述螺帽構件3固定於其他機器用的突緣部設置在該殼體，可使上述端部元件3a、3b或上述中間元件3c的形狀單純化。
第7圖是立體表示排列於上述無限循環路40的滾珠4與形成在上述螺桿軸2的三條滾動槽20a、20b、20c的關係的圖，圖中的一點虛線是分別表示上述滾動槽20a、20b、20c。此時，上述無限循環路40具有三組上述負荷部32及上述無負荷部33的組合，各負荷部32是對應三條滾動槽20a、20b、20c的其中之一。
如上述，滾珠4在上述無限循環路40內循環時，上述負荷部32中沿著上述螺桿軸2的滾動槽20(第7圖中的一點虛線)在螺桿軸2的周圍呈螺旋狀地公轉，朝著該螺桿軸2的軸向進行。上述滾動槽20在螺桿軸2的周圍旋轉一周時僅軸向進行一導程量，但上述負荷部32及上述無負荷部33的組是分別以120度三等分設置在上述螺桿軸2的周圍，因此在一個負荷部32滾動的滾珠4朝著螺桿軸2的軸向僅進行導程的1/3。亦即，將N條滾動槽20設置於上述螺桿軸2時，針對包括於上述無限循環路40的N個負荷部32，沿著各負荷部32的螺桿軸2的軸向的長度成為滾動槽20的導程的1/N。
另一方面，將N條滾動槽20設置於上述螺桿軸2時，在無限循環路40的一迴路包括有N個負荷部32，因此包括於該無限循環路40之一迴路的負荷部32的全長是成為與上述滾動槽20在螺桿軸2的周圍旋轉一周的長度大致相等。因此，在上述螺桿軸2與上述螺帽構件3之間可充分確保負荷載重之滾珠的個數。
因此，本發明的滾珠螺桿裝置中，相對於上述滾動槽20的導程可設定小的各無限循環路40之軸向的長度，即沿著上述螺桿軸2的軸向之無限循環路40的寬度，在運用於上述導程設定為大的多條螺紋式的滾珠螺桿裝置時，可使上述螺帽構件3的軸向長度縮短化，而可獲得其小型化。
又，即便獲得上述螺帽構件3的小型化的場合，仍可充分確保在上述螺桿軸2與上述螺帽構件3之間負荷著載重的滾珠4的數量，不致降低載重的負荷能力地獲得上述螺帽構件3的小型化。
此外，包括於一迴路之無限循環路40的複數的負荷部32及無負荷部33的組合，在從均等配置於上述螺桿軸2周圍的點，即使上述螺桿軸2或螺帽構件3的任意之一旋轉的場合，相對於旋轉中心之滾珠4的舉動的平衡仍就良好。因此，伴隨著上述螺桿軸2或螺帽構件3的旋轉的振動產生困難，可以高速旋轉上述螺桿軸2或螺帽構件3加以使用。
亦即，根據本發明，藉著大導程的多條式的螺桿軸2與小型的螺帽構件3的組合，可實現機械裝置之可高速搬運的滾珠螺桿裝置1。
以上說明的實施形態中，上述螺帽構件3雖是由複數的螺帽元件3a、3b、3c的組合所構成，但只要可將包括上述複數的負荷部32及複數的無負荷部33的無限循環路40形成於螺帽構件3的內周圍面，該螺帽構件3也可以是單一的構件。例如，如第8圖表示，也可以將形成有上述無負荷部33的棋子狀的轉向器34從該螺帽構件3的外圍面嵌合於螺帽構件3，藉此在上述螺帽構件的內周圍面設置無負荷部33。
1‧‧‧滾珠螺桿裝置 2‧‧‧螺桿軸 3‧‧‧螺帽構件 3a、3b、3c‧‧‧螺帽元件 4‧‧‧滾珠 20‧‧‧滾動槽 32‧‧‧負荷部 33‧‧‧無負荷部 40‧‧‧無限循環路
第1圖是表示運用本發明的滾珠螺桿裝置之一例的透視圖。
第2圖為第1圖表示之滾珠螺桿裝置的分解透視圖。
第3圖是表示螺帽構件之端部元件的透視圖。
第4圖是表示螺帽構件之中間元件的透視圖。
第5圖是表示將滾珠排列於螺帽構件之端部元件的狀態的透視圖。
第6圖是表示第5A圖箭頭方向視圖。
第7圖是表示螺桿軸的滾動槽與滾珠之無限循環路的關係的說明圖。
第8圖是表示螺帽構件之其他例的縱剖面圖。
3a、3b‧‧‧螺帽元件
30‧‧‧接合面
31‧‧‧循環槽
32‧‧‧負荷部
33‧‧‧無負荷部

Claims (4)

  1. 一種滾珠螺桿裝置(1)，具備：螺桿軸(2)，設有N條(N為2以上的整數)具有相同導程之滾動槽(20)，在外圍面沿著軸向以1/N的間距存在有該等N條的滾動槽，並沿著周圍方向以等間隔均等配置有該等N條的滾動槽；滾珠(4)，在上述滾動槽(20)滾動；及螺帽構件(3)，透過上述滾珠(4)組裝於上述螺桿軸(2)，並具有一至複數的使上述滾珠(4)僅圍繞上述螺桿軸(2)的周圍一周的無限循環路(40)，其特徵為：上述螺帽構件(3)的各無限循環路(40)，包括：上述滾珠(4)一邊負荷著載重一邊滾動並分別對應上述N條滾動槽(20)的N個負荷部(32)，及連結互相鄰接的負荷部彼此使上述滾珠(4)在上述N條的滾動槽(20)之間移動的N個無負荷部(33)。
  2. 如請求項1記載的滾珠螺桿裝置，其中，上述負荷部(32)與上述無負荷部(33)的組合為一組，在上述螺桿軸(2)的周圍均等配置有N組。
  3. 如請求項2記載的滾珠螺桿裝置，其中，沿著上述螺桿軸(2)的軸向的各負荷部(32)的長度為各滾動槽(20)之導程的1/N。
  4. 如請求項1記載的滾珠螺桿裝置，其中，上述螺帽構件(3)具備沿著上述螺桿軸(2)的軸向重疊配置的複數的螺帽元件(3a、3b、3c)， 在互相鄰接的上述螺帽元件(3a、3b、3c)的接合部，形成有一迴路包括上述N個負荷部(32)及上述N個無負荷部(33)之上述滾珠(4)的無限循環路(40)。
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