專利名稱：滾柱絲杠的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種使?jié)L柱可滾動運動地夾設在絲杠軸與螺母部件之間的滾柱絲杠。
背景技術：
公開有使?jié)L珠可滾動運動地夾設在絲杠軸與螺母部件之間的滾珠絲杠。滾珠夾設在形成于絲杠軸的外周面的螺旋狀滾珠滾道槽、和形成于螺母部件的內周面的螺旋狀負載滾珠滾道槽之間。若絲杠軸相對于螺母部件相對地旋轉，則多個滾珠在絲杠軸的滾珠滾道槽及螺母部件的負載滾珠滾道槽上滾動。
若使用滾珠絲杠，則可減小使絲杠軸相對于螺母部件旋轉時的摩擦系數(shù)，所以將其實際應用于工作機械的定位機構、進給機構、或自行車的轉向裝置等。但是，由于滾珠與該滾珠周圍的絲杠軸的滾珠滾道槽、螺母部件的負載滾珠滾道槽之間的接觸近似為點接觸，所以存在施加于滾珠絲杠上的容許載荷不能很大的缺點。
為了使容許載荷變大，例如專利文獻1、2那樣，公開有滾柱絲杠，其使用了滾柱來代替滾珠。
專利文獻1特開平11-210858號公報專利文獻2實開平6-87764號公報滾柱絲杠多用于施加較大載荷的狀態(tài)。對滾柱絲杠要求的性能中，作為不可欠缺的性能來說，列舉有剛性。若在滾柱與滾柱滾道槽之間存在間隙、即松動，或即使不存在松動但剛性不足，則組裝有滾柱絲杠的機械進行工作的點發(fā)生位移，從而缺少準確性。另外，在快速運轉后停止時，機械發(fā)生振動很難穩(wěn)定下來。
在滾動軸承領域，為了提高剛性，公開有施加預壓的技術。關于使用滾柱作為滾動體的滾柱絲杠，例如如專利文獻1和2所述方案的滾柱絲杠還沒有制品化，對滾柱絲杠施加預壓的技術也沒有開發(fā)。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種滾柱絲杠，可根據(jù)滾柱絲杠的結構而適當施加預壓，從而提高滾柱絲杠的剛性。
下面，對本發(fā)明進行說明。另外，為了容易理解本發(fā)明，用括號標注出附圖標記，但是本發(fā)明并不限于圖示的方式。
為了解決上述問題，發(fā)明的技術方案1的特征在于，具有絲杠軸(1)，在外周面形成有截面V字狀的螺旋狀滾柱滾道槽(1a)；螺母部件(2)，在內周面形成有與前述滾柱滾道槽(1a)對置的截面V字狀的螺旋狀負載滾柱滾道槽(2a)；多個滾柱(6)，收容在前述滾柱滾道槽(1a)與前述負載滾柱滾道槽(2a)之間；前述多個滾柱(6)具有滾柱α組，承受前述絲杠軸(1)的軸線方向的一方向((1))的載荷；滾柱β組，以在從前述滾柱的行進方向觀察的狀態(tài)下其軸線與前述滾柱α組正交的方式交叉排列，并承受與前述一方向相反的方向((2))的載荷；前述多個滾柱(6)，使用直徑(D)比前述滾柱滾動的前述滾柱滾道槽的壁面(1a)、和與該壁面(1a)對置的前述滾柱滾動的負載滾柱滾道槽的壁面(2a)之間的距離還要大的所謂超尺寸的滾柱。
發(fā)明的技術方案2的特征在于，具有絲杠軸(1)，在外周面形成有截面V字狀的螺旋狀滾柱滾道槽(1a)；螺母部件(2)，在內周面形成有與前述滾柱滾道槽(1a)對置的截面V字狀的螺旋狀負載滾柱滾道槽(2a)；多個滾柱(6)，收容在前述滾柱滾道槽(1a)與前述負載滾柱滾道槽(2a)之間；前述螺母部件(2)的前述負載滾柱滾道槽(2a)具有中央槽(22)，其螺距比前述絲杠軸(1)的螺距(P1)要大；一對端部槽(23、24)，形成在中央槽(22)的兩側，其螺距與前述絲杠軸(1)的螺距(P1)相等。
發(fā)明的技術方案3的特征在于，具有絲杠軸(1)，在外周面形成有截面V字狀的螺旋狀滾柱滾道槽(1a)；螺母部件(2)，在內周面形成有與前述滾柱滾道槽(1a)對置的截面V字狀的螺旋狀負載滾柱滾道槽(2a)；多個滾柱(6)，收容在前述滾柱滾道槽(1a)與前述負載滾柱滾道槽(2a)之間；前述螺母部件(2)沿軸線方向分離成第1螺母部件(12)和第2螺母部件(12)，在前述第1螺母部件(12)與前述第2螺母部件(12)之間夾設墊片(13)，從而可分別對收容在前述第1螺母部件(12)內的多個第1螺母用滾柱(6)、及收容在前述第2螺母部件(12)中的多個第2螺母用滾柱(6)施加壓縮載荷。
根據(jù)發(fā)明的技術方案1，通過施加預壓，如上述那樣，滾柱α組和滾柱β組兩者承受載荷，所以承受載荷的滾柱數(shù)目加倍。因此，對于作用的外力，可有效地利用在螺母部件內存在的滾柱，并使負載分布，使得本來不承受載荷的滾柱也承受載荷，從而使剛性提高。與此相對，關于滾柱的直徑，若使用比滾柱滾道槽的壁面與負載滾柱滾道槽的壁面之間的距離(規(guī)定尺寸)還小的滾柱，則承受軸線方向載荷的滾柱僅為α組或β組一方。因此，承受載荷的滾柱數(shù)目減半。
根據(jù)發(fā)明的技術方案2，通過施加預壓，可得到剛性提高的滾柱絲杠。
根據(jù)發(fā)明的技術方案3，通過施加預壓，可得到剛性提高的滾柱絲杠。


圖1是表示本發(fā)明一實施方式的滾柱絲杠的剖視圖。
圖2是表示絲杠軸的側視圖。
圖3是滾柱滾道槽與負載滾柱滾道槽的詳細剖視圖。
圖4是表示由載荷和預壓引起的位移關系的曲線圖。
圖5是表示返回管的圖。
圖6是表示夾設在滾柱間的隔板。
圖7是表示本發(fā)明第2實施方式的滾柱絲杠的剖視圖。
圖8是本發(fā)明第3實施方式的螺母部件的俯視圖。
圖9是本發(fā)明第3實施方式的滾柱絲杠的放大剖視圖。
附圖標記說明1絲杠軸1a滾柱滾道槽2螺母部件2a負載滾柱滾道槽6滾柱22中央槽23、24端部槽
12、12分離螺母(第1螺母部件、第2螺母部件)13墊片具體實施方式
圖1表示本發(fā)明一實施方式的滾柱絲杠。滾柱絲杠具有絲杠軸1，在外周面形成有螺旋狀的滾柱滾道槽1a；螺母部件2，在內周面形成有與前述滾柱滾道槽1a對應的螺旋狀的負載滾柱滾道槽2a，并且可相對旋轉地安裝到絲杠軸1上。在螺母部件2上，作為返回部件安裝有返回管4，所述返回管將絲杠軸1的滾柱滾道槽1a與螺母部件2的負載滾柱滾道槽2a之間的負載滾柱滾道通路3的一端與另一端連接起來。在返回管4的內部，沿軸線方向形成有截面四邊形的滾柱返回通路5，在本實施方式中為正方形的滾柱返回通路5。
在絲杠軸1的滾柱滾道槽1a與螺母部件2的負載滾柱滾道槽2a之間的負載滾柱滾道通路3、和返回管4內的滾柱返回通路5上，排列·收容有多個滾柱6。伴隨著絲杠軸1相對于螺母部件2的相對旋轉，螺母部件2相對于絲杠軸1沿絲杠軸1的軸線方向作相對直線運動。此時，滾柱6在滾柱滾道槽1a與負載滾柱滾道槽2a之間作滾動運動。滾動到負載滾柱滾道槽2a的一端的滾柱6被導入返回管4內的滾柱返回通路5中，并返回幾個螺牙前的負載滾柱滾道槽2a的另一端。由此，滾柱6在由負載滾柱滾道通路3與滾柱返回通路5構成的滾柱循環(huán)通路中循環(huán)。
圖2表示絲杠軸1。在絲杠軸1的外周，形成有具有規(guī)定的導程的螺旋狀滾柱滾道槽1a。滾柱滾道槽1a的截面呈V字狀，其開度角設為90度。螺紋可使用單線螺紋、雙線螺紋、三線螺紋等各種螺紋，在本實施方式中使用雙線螺紋。
圖3表示絲杠軸1的滾柱滾道槽1a與螺母部件2的負載滾柱滾道槽2a的詳細圖。在螺母部件2上，形成有與滾柱滾道槽1a對置的螺旋狀負載滾柱滾道槽2a。螺母部件2的負載滾柱滾道槽2a的截面也呈V字狀，其開度角設為90度。絲杠軸1的滾柱滾道槽1a的螺距與螺母部件2的負載滾柱滾道槽2a的螺距在槽的全長范圍內均相等。由滾柱滾道槽1a與負載滾柱滾道槽2a形成截面四邊形、在本實施方式中為正方形的負載滾柱滾道通路3。在負載滾柱滾道通路3中，多個滾柱6交叉排列，以使在沿著負載滾柱滾道通路觀察的狀態(tài)下鄰接的滾柱6的旋轉軸7、8相互正交。
滾珠絲杠中，滾珠承受軸的軸線方向的一方向和與該一方向相反的另一方向的載荷。與此相對，滾柱6其周面被壓縮在滾柱滾道槽1a的一方的壁面、和與該壁面對置的負載滾柱滾道槽2a的一方的壁面之間，由此承受載荷，所以只承受絲杠軸1的軸線方向的一方向的載荷。如本實施方式那樣，通過將滾柱6交叉排列，可承受絲杠軸1的軸線方向的一方向(1)及另一方向(2)的載荷。將承受絲杠軸1的軸線方向的一方向(1)的載荷的滾柱稱為α組，將承受另一方向(2)的載荷的滾柱稱為β組。為使往復運動較好地平衡，優(yōu)選α組的滾柱與β組的滾柱數(shù)目相同。
另外，在本實施方式中，滾柱α與滾柱β交替地以α、β、α、β、α、β、α、β......的方式排列，但是若存在滾柱α組與滾柱β組，則除此之外，還可以以α、α、α......、β、β、β......的方式排列，或以α、α、β、β、α、α、β、β......的方式排列。
滾柱6的直徑D比軸線方向的長度L要大。關于滾柱6的直徑D，使用比滾柱滾道槽1a的壁面9、和與該壁面9對置的負載滾柱滾道槽2a的壁面10之間的距離還要大的所謂超尺寸的滾柱。因此，在負載滾柱滾道通路3內滾柱發(fā)生彈性變形，與之相稱的載荷作為預壓載荷而存在于螺母部件2的內部。由于滾柱6交叉配置在負載滾柱滾道通路3內，所以從滾柱6施加給螺母部件2的載荷作用于鄰接的滾柱6、6相互排斥的方向。在初始狀態(tài)下，在各滾柱6上作用有預壓載荷A，上下左右方向載荷平衡。從該狀態(tài)起，使軸線方向的載荷P作用于螺母部件2，螺母部件2沿軸線方向發(fā)生位移δ。由于螺母部件2的位移，使?jié)L柱α組的各滾柱6的載荷相應地增加B，成為A+B，滾柱β組的各滾輪的載荷相應減少C，成為A-C。
圖4詳細表示它們的關系。由于插入超尺寸的滾柱6而施加預壓，所以在初始狀態(tài)下，滾柱α組的滾柱發(fā)生δ1的彈性變形，滾柱β組的滾柱發(fā)生δ2的彈性變形。此時產(chǎn)生的載荷為預壓載荷A。因此，若作用軸線方向的載荷P而產(chǎn)生軸線方向的位移δ，則滾柱α組中位移沿著彈性位移線圖而增加，滾柱β組中位移沿著彈性位移線圖而減少。由此，作用于滾柱α組的載荷為A+B，作用于滾柱β組的載荷為A-C。因此，作用載荷P分成B和C，且改變方向而作用于滾柱α組和滾柱β組。即使該狀態(tài)改變，內部載荷也必須平衡，所以用下式簡略表示，(A+B)-(A-C)-P＝0∴B+C＝P。
施加預壓使剛性提高，是因為承受載荷的滾柱數(shù)目增多，每個滾柱的載荷減少。若使用滾柱6的直徑比規(guī)定尺寸還小的沒有預壓的滾柱，則承受軸線方向載荷的滾柱6僅為α組或β組一方。但是，通過施加預壓，如上述那樣，滾柱α組和滾柱β組兩者承受載荷，所以承受載荷的滾柱數(shù)目加倍。因此，對于作用的外力，可有效地利用在螺母部件2內存在的滾柱6，并使負載分布，使得本來不承受載荷的滾柱6也承受載荷。
如圖3所示，在絲杠軸1的滾輪滾道槽1a與螺母部件2的負載滾柱滾道槽2a的各槽底部上，沿著槽還形成避讓槽1b、2b。在滾柱6的上表面與周圍面之間的交叉部分、和底面與周圍面之間的交叉部分上帶有圓弧6a。由于滾柱6的軸線方向的尺寸L比滾柱6的直徑要小，所以在滾動運動時，有時滾柱6偏移，滾柱6的圓弧6a與避讓槽1b、2b接觸。若在滾柱6上施加預壓，則容易產(chǎn)生這種偏移現(xiàn)象。為了不在滾柱6偏移時產(chǎn)生阻力而妨礙滾柱6的旋轉，將避讓槽1b、2b的圓弧的半徑設定得比滾柱的圓弧的半徑更大。另外，通過形成避讓槽1b、2b，使得不必切削加工V字槽的尖端，所以不用說也提高切削加工性。
圖5表示安裝在螺母部件2上的返回管4。在螺母部件2上，與用于循環(huán)的滾柱列對應地安裝有多個返回管4。返回管4將負載滾柱滾道通路3的一端與另一端連接起來，使?jié)L動到負載滾柱滾道通路3的一端的滾柱6返回到相距幾個螺牙的負載滾柱滾道通路3的另一端。在返回管4的內部，沿著軸線方向形成截面正方形的滾柱返回通路5。該返回管4具有直線狀延伸的中央部14、和從中央部的兩側大致90°折曲的一對端部15，其整體形狀形成為門形。端部15包括曲率一定的圓弧部15a、和從圓弧部15a延伸的直線狀的前端部15b。如圖5(a)所示，前端部15b從絲杠軸1的側方觀察的狀態(tài)下，向導程角方向且相互相反的方向傾斜。另外，如圖5(c)所示，在從絲杠軸1的軸線方向觀察的狀態(tài)下，前端部15b朝向負載滾柱滾道通路的切線方向。在返回管4安裝在螺母部件2上并且返回管4的中央部14沿水平方向配置的狀態(tài)下，返回管4的端部的前端28延伸到包含絲杠軸1的軸線的水平面17上。
與交叉滾柱環(huán)那樣的環(huán)狀滾柱滾道通路相比，在螺旋狀負載滾柱滾道通路3中滾柱6的軸線以導程角傾斜。為使?jié)L柱順利地循環(huán)，在滾柱6從負載滾柱滾道通路3導入到返回管4內時，或從返回管4內返回到負載滾柱滾道通路3時，滾柱6的姿勢相當重要。通過使?jié)L柱6以傾斜導程角的姿勢從返回管4返回負載滾柱滾道通路3，從返回管4進入負載滾柱滾道通路3時，滾柱6的姿勢不會發(fā)生變化(不會產(chǎn)生滾柱6的軸線傾斜即歪斜現(xiàn)象)，可使?jié)L柱6順利地返回負載滾柱滾道通路3。另外也可使?jié)L柱6從負載滾柱滾道通路3順利地導入返回管4內。
為了避免返回管4與絲杠軸1的螺紋牙之間的干涉，在前端部15b上，形成有沿滾柱6的軌道的中心線的拱形的切口18。從絲杠軸1的軸線方向觀察，切口18的形狀形成為圓弧形狀。另外，在切口18的內側，形成有在從絲杠軸1的軸線方向觀察的狀態(tài)下進入到螺紋牙的內部的滾柱引導部19。滾柱引導部19的位置處的、滾柱返回通路5的截面形狀為四邊形，在本實施方式中形成為正方形。由于設置滾柱引導部19，所以與返回管4的軸線正交的面上的滾柱返回通路5的截面形狀形成為正方形的區(qū)間變長。因此，可使未形成截面正方形的滾柱返回通路5的間隙h減小，并使負載滾柱滾道通路3與滾柱返回通路5的截面連續(xù)。
圖6表示夾設在滾柱6之間的隔板31。在隔板31的兩端，形成有形狀與相鄰的滾柱6的外周面符合并且與滾柱6的外周面滑動自如地接觸的曲面狀凹部31a、31a。曲面狀凹部31a、31a以可使?jié)L柱交叉排列的方式形成，其曲率半徑設定得比滾柱6的半徑稍大一些。
圖7表示本發(fā)明第2實施方式的滾柱絲杠。絲杠軸1、螺母部件2、滾柱6的基本結構與上述第1實施方式一樣，所以賦予同一附圖標記并省略其說明。在本實施方式中，螺母部件2的負載滾柱滾道槽2a的中央部分的中央槽22的一螺距P2設定得比絲杠軸的螺距P1稍大一些。另外，將中央槽22的兩側的端部槽23、24的螺距P3設定得與絲杠軸的螺距P1相等。
通過將螺母部件2的負載滾柱滾道槽2a如上述那樣形成，而對端部槽23一側的滾柱6施加圖中(1)所示的預壓載荷(壓縮載荷)，并對端部槽24一側的滾柱6施加圖中(2)所示的預壓載荷(壓縮載荷)。通過對滾柱6施加預壓載荷，可得到剛性高的滾柱絲杠。
滾柱6以鄰接的滾柱的軸線正交的方式交叉配置。另外，雖然未圖示，但是在絲杠軸1的滾柱滾道槽1a與螺母部件2的負載滾柱滾道槽2a之間滾動的滾柱6借助返回管循環(huán)。
圖8及圖9表示本發(fā)明第3實施方式的滾柱絲杠。圖8表示螺母部件的俯視圖，圖9表示施加了預壓載荷的滾柱絲杠的放大剖視圖。在本實施方式中，螺母部件2的2個分離螺母12、12沿軸線方向分離，在2個分離螺母12、12之間夾設有墊片13。絲杠軸1、分離螺母12(相當于上述第1實施方式的螺母部件2)、滾柱6、返回管4的結構與上述第1實施方式的滾柱絲杠大致相同，所以施加同一附圖標記，并省略其說明。
分離螺母12、12的各負載滾柱滾道槽2a的螺距與絲杠軸1的滾柱滾道槽1a的螺距相等。由于使墊片13夾設在分離螺母12、12之間，所以墊片13的兩側的負載滾柱滾道槽2a、2a之間的距離P2為P2＝n×P1+α1(α1墊片的厚度、P1負載滾柱滾道槽1a的螺距、n任意的整數(shù))。由于絲杠軸1的負載滾柱滾道槽1a的螺距P1始終一定，所以通過夾設墊片13，而使墊片13的兩側的負載滾柱滾道槽2a、2a之間的距離P2擴大墊片13的厚度的量。由此，對一方的分離螺母12內的滾柱6施加圖中(1)所示的預壓載荷(壓縮載荷)，并另一方的分離螺母12內的滾柱6施加圖中(2)所示的預壓載荷(壓縮載荷)。通過對滾柱6施加預壓載荷，可得到剛性高的滾柱絲杠。
在各個分離螺母12、12中，多個滾柱6以從滾柱的行進方向觀察滾柱6的軸線朝向同一方向的方式排列，即所謂的平行排列。另外，為了能承受相互相反方向的預壓載荷(1)、(2)，一方的分離螺母12內的滾柱6以相對于另一方的分離螺母12內的滾柱6，從滾柱6的行進方向觀察的軸線正交的方式排列。另外，在各個分離螺母12、12中，在絲杠軸1的滾柱滾道槽1a與螺母部件2的負載滾柱滾道槽2a之間滾動的滾柱6借助返回管循環(huán)。另外，除此之外，在各個分離螺母12中，也可使?jié)L柱6交叉排列，并使交叉排列的滾柱借助返回管循環(huán)。
另外，本發(fā)明的實施方式在不變更本發(fā)明的宗旨的范圍內存在各種變更。例如，在本實施方式中，可通過返回管使?jié)L柱循環(huán)，但是本發(fā)明也可用于不具有返回管并且不使?jié)L柱循環(huán)這種類型的滾柱絲杠。
權利要求
1.一種滾柱絲杠，其特征在于，具有絲杠軸，在外周面形成有截面V字狀的螺旋狀滾柱滾道槽；螺母部件，在內周面形成有與前述滾柱滾道槽對置的截面V字狀的螺旋狀負載滾柱滾道槽；多個滾柱，收容在前述滾柱滾道槽與前述負載滾柱滾道槽之間；前述多個滾柱具有滾柱α組，承受前述絲杠軸的軸線方向的一方向的載荷；滾柱β組，以在從前述滾柱的行進方向觀察的狀態(tài)下其軸線與前述滾柱α組正交的方式交叉排列，并承受與前述一方向相反方向的載荷；前述多個滾柱，使用直徑比前述滾柱滾動的前述滾柱滾道槽的壁面、和與該壁面對置且前述滾柱滾動的負載滾柱滾道槽的壁面之間的距離還要大的所謂超尺寸的滾柱。
2.一種滾柱絲杠，其特征在于，具有絲杠軸，在外周面形成有截面V字狀的螺旋狀滾柱滾道槽；螺母部件，在內周面形成有與前述滾柱滾道槽對置的截面V字狀的螺旋狀負載滾柱滾道槽；多個滾柱，收容在前述滾柱滾道槽與前述負載滾柱滾道槽之間；前述螺母部件的前述負載滾柱滾道槽具有中央槽，其螺距比前述絲杠軸的螺距要大；一對端部槽，形成在中央槽的兩側，其螺距與前述絲杠軸的螺距相等。
3.一種滾柱絲杠，其特征在于，具有絲杠軸，在外周面形成有截面V字狀的螺旋狀滾柱滾道槽；螺母部件，在內周面形成有與前述滾柱滾道槽對置的截面V字狀的螺旋狀負載滾柱滾道槽；多個滾柱，收容在前述滾柱滾道槽與前述負載滾柱滾道槽之間；前述螺母部件沿軸線方向分離成第1螺母部件和第2螺母部件，在前述第1螺母部件與前述第2螺母部件之間夾設墊片，從而可分別對收容在前述第1螺母部件內的多個第1螺母用滾柱、及收容在前述第2螺母部件中的多個第2螺母用滾柱施加壓縮載荷。
全文摘要
滾柱絲杠具有絲杠軸(1)，在外周面形成有螺旋狀滾柱滾道槽(1a)；螺母部件(2)，在內周面形成有與滾柱滾道槽對置的螺旋狀負載滾柱滾道槽(1a)；多個滾柱(6)，收容在滾柱滾道槽(1a)與負載滾柱滾道槽(2a)之間；多個滾柱(6)交叉排列，另外，關于多個滾柱(6)的直徑(D)，使用比規(guī)定尺寸大的超尺寸的滾柱。根據(jù)這樣的滾柱絲杠，可對應于滾柱絲杠的結構而施加適當?shù)念A壓，因此可提高滾柱絲杠的剛性。
文檔編號F16H25/22GK1871460SQ20048003079
公開日2006年11月29日 申請日期2004年9月6日 優(yōu)先權日2003年10月20日
發(fā)明者寺町彰博, 道岡英一, 丹羽宏, 西村健太郎 申請人:Thk株式會社