专利名称：滚柱丝杠及滚柱丝杠的无负载滚柱返回通路的设计方法
技术领域：
本发明涉及一种在丝杠轴和螺母之间夹设有可滚动运动的滚柱的滚 柱丝杠及该滚柱丝杠的无负载滚柱返回通路的设计方法。
背景技术：
由于在丝杠轴和螺母之间夹设有可滚动运动的滚柱的滚柱丝杠可降 低丝杠轴相对于螺母旋转时的摩擦系数，因此，在机床 机器人的定位机 构、进给机构、或汽车的转向装置等中被广泛应用。
近年，为增大许用载荷，开发了用滚柱代替滚珠的滚柱丝杠。滚柱丝 杠由丝杠轴、螺母及多个滚柱构成，所述丝杠轴在外周面具有螺旋状的滚 柱滚道部，所述螺母在螺母的内周面具有与丝杠轴的滚柱滚道部对置的螺 旋状的负载滚柱滚道部，所述多个滚柱夹设在丝杠轴和螺母之间并可滚动 运动。滚柱伴随螺母相对于丝杠轴的相对旋转而在丝杠轴和螺母之间滚动 运动。滚动到螺母的负载滚柱滚道部的一端的滚柱被导入设于螺母的无负 载滚柱返回通路内。并经由无负载滚柱返回通路再次返回负载滚柱滚道的 另一端。
滚珠能够在四面八方的任一方向滚动。但是，滚柱的滚动方向被限定 于一个方向。为了使滚柱从无负载滚柱返回通路向负载滚柱滚道顺利地转 移，则需要在无负载滚柱返回通路和负载滚柱滚道的连接部分，使在无负 载滚柱返回通路内的滚柱的姿势与在负载滚柱滚道内的滚柱的姿势一致。
根据该要求，如图18及图19所示，扭曲无负载滚柱返回通路51的中途， 使在无负载滚柱返回通路51中移动时滚柱52的姿势改变(使滚柱52的 中心轴倾斜)(例如参照专利文献l)。并且，无负载滚柱返回通路51的截 面形状形成为与沿滚柱52的中心轴的滚柱52的截面形状相似的四边形。 专利文献1:日本特开平11-210858号公报。
发明内容
如图20所示，发明者为了使无负载滚柱返回通路的截面形状形成为 与滚柱53的截面形状相似的四边形，扫描滚柱53的截面来设计无负载滚 柱返回通路。具体的是，将无负载滚柱返回通路的滚柱53的中心轴的移 动轨迹设计为带状的面的形状，并使带状的面的形状的移动轨迹54扭曲。 并且，使该带状的面的形状的移动轨迹54平行移动滚柱直径加上间隙的 距离来设计无负载滚柱返回通路的壁面55。最初打算在这样设计的无负载 滚柱返回通路内以游隙少的状态收容滚柱53。
但是，将无负载滚柱返回通路的截面形状作成与沿滚柱53的中心轴 的截面形状相似的四边形，滚柱53与无负载滚柱返回通路的壁面55干涉。 干涉的原因是，位于圆筒形状的滚柱53的外形线56的前后的突起57、58。 仅扫描滚柱53的截面，只是以包括滚柱53的外形线56的一个截面捕获 滚柱53的形状，并没有考虑滚柱53的外形线56的前后部分的突起。当 为了消除干涉而相似地扩大无负载滚柱返回通路的截面形状时，反使滚柱 53的游隙变大。这种滚柱的游隙会导致滚柱的循环不良。
虽然开发了滚柱丝杠，但是并没有被产品化。原因在于当实际试作时， 很难使滚柱顺利移动。认为上述的无负载滚柱返回通路的现有的设计方法 也成为妨碍滚柱顺利循环的主要原因。
因此，本发明的目的在于提供一种能够使滚柱顺利移动的无负载滚柱 返回通路的新形状，以及滚柱丝杠的无负载滚柱返回通路的新的设计方 法。 .
以下对本发明进行说明。为使本发明容易理解，将附图的参照符号标 上括号，但本发明并不由此而限定于图示的方式。
为解决上述课题，技术方案1所述的发明提供一种滚柱丝杠，包括 丝杠轴(1)，其在外周面具有螺旋状的滚柱滚道部(la);螺母(2、 36)， 其在内周面具有与所述滚柱滚道部(la)对置的螺旋状的负载滚柱滚道部 (2a、 36a)，并具有连接所述负载滚柱滚道部(2a、 36a)的一端和另一端 的无负载滚柱返回通路(10、 32);以及多个滚柱(4)，其并行排列在滚 柱循环路径中，使相邻滚柱(4)的轴线保持大致平行，所述滚柱循环路 径由所述滚柱滚道部(la)和所述负载滚柱滚道部(2a、 36a)之间的负载滚柱滚道(9)及所述无负载滚柱返回通路(10、 32)构成，所述滚柱丝
杠的特征在于，所述无负载滚柱返回通路(10、 32)的长度方向的至少一 部分(10a、 32a)被扭曲，以使所述滚柱(4)在无负载滚柱返回通路(10、 32)中移动时所述滚柱(4)的中心轴(13)倾斜，并且，在所述无负载 滚柱返回通路(10、 32)的被扭曲的部分的截面形状中，与所述滚柱(4)
的侧面对置的一对侧面对应部(25c、 25d)分别朝向所述无负载滚柱返回 通路(10、 32)的内侧形成为凸形状。
技术方案2所述的发明提供一种滚柱丝杠，包括丝杠轴(1)，其在 外周面具有螺旋状的滚柱滚道部(la);螺母(2、 36)，其在内周面具有 与所述滚柱滚道部(la)对置的螺旋状的负载滚柱滚道部(2a、 36a)，并 具有连接所述负载滚柱滚道部(2a、 36a)的一端和另一端的无负载滚柱 返回通路(10、 32);以及多个滚柱(4)，其并行排列在滚柱循环路径中， 使相邻滚柱(4)的轴线保持大致平行，所述滚柱循环路径由所述滚柱滚 道部(la)和所述负载滚柱滚道部(2a、 36a)之间的负载滚柱滚道(9) 及所述无负载滚柱返回通路(10、 32)构成，所述滚柱丝杠的特征在于， 所述无负载滚柱返回通路(10、 32)的长度方向的至少一部分(10a、 32a) 被扭曲，以使所述滚柱(4)在无负载滚柱返回通路(10、 32)中移动时 所述滚柱(4)的中心轴(13)倾斜，并且，在所述无负载滚柱返回通路
(10、 32)的被扭曲的部分的截面形状中，与所述滚柱(4)的端面对置 的一对端面对应部(25a、 25b)分别朝向所述无负载滚柱返回通路(10、 32)的外侧形成为凸形状。
技术方案3所述的发明提供一种滚柱丝杠，包括丝杠轴(1)，其在 外周面具有螺旋状的滚柱滚道部(la);螺母(2、 36)，其在内周面具有 与所述滚柱滚道部(la)对置的螺旋状的负载滚柱滚道部(2a、 36a)，并 具有连接所述负载滚柱滚道部(2a、 36a)的一端和另一端的无负载滚柱 返回通路(10、 32);以及多个滚柱(4)，其并行排列在滚柱循环路径中， 使相邻滚柱(4)的轴线保持大致平行，所述滚柱循环路径由所述滚柱滚 道部(la)和所述负载滚柱滚道部(2a、 36a)之间的负载滚柱滚道(9) 及所述无负载滚柱返回通路(10、 32)构成，所述滚柱丝杠的特征在于， 所述无负载滚柱返回通路(10、 32)的长度方向的至少一部分(10a、 32a)被扭曲，以使所述滚柱(4)在无负载滚柱返回通路(10、 32)中移动时 所述滚柱(4)的中心轴(13)倾斜，在所述无负载滚柱返回通路(10、 32)的被扭曲的部分的截面形状中，与所述滚柱(4)的侧面对置的一对 侧面对应部(25c、 25d)分别朝向所述无负载滚柱返回通路(10、 32)的 内侧形成为凸形状，并且，在所述无负载滚柱返回通路(10、 32)的被扭 曲的部分的截面形状中，与所述滚柱(4)的端面对置的一对端面对应部 (25a、 25b)分别朝向所述无负载滚柱返回通路(10、 32)的外侧形成为 凸形状。
技术方案4所述的发明在技术方案1至3中任一项所述的滚柱丝杠的 基础上，其特征在于，与所述负载滚柱滚道(9)连接的所述无负载滚柱 返回通路(10、 32)的两端部的截面形状形成为与沿所述滚柱(4)的中 心轴(13)的截面形状相似的四边形。
技术方案5所述的发明在技术方案4所述的滚柱丝杠的基础上，其特 征在于，所述无负载滚柱返回通路(10、 32)的所述两端部使所述滚柱(4) 保持相同的姿势沿直线状轨道移动。
技术方案6所述的发明在技术方案1至5中任一项所述的滚柱丝杠的 基础上，其特征在于，所述无负载滚柱返回通路(10、 32)由使滚柱(4) 沿直线状轨道移动的直线通路(10a、 32a)与使滚柱(4)沿曲线状轨道 移动的方向转换路(10b、 32b)组合而成，所述无负载滚柱返回通路(10、 32)的所述直线通路(10a、 32a)被扭曲，以使所述滚柱(4)在所述直 线通路(10a、 32a)中移动时所述滚柱(4)的中心轴(13)倾斜，所述 无负载滚柱返回通路(10、 32)的所述方向转换路(10b、 32b)未被扭曲， 以使所述滚柱(4)在所述方向转换路(10b、 32b)中移动时所述滚柱(4) 的中心轴(13)不会倾斜。
技术方案7所述的发明提供一种滚柱丝杠的无负载滚柱返回通路的设 计方法，所述滚柱丝杠包括丝杠轴(1)，其在外周面具有螺旋状的滚柱 滚道部(la);螺母(2、 36)，其在内周面具有与所述滚柱滚道部(la) 对置的螺旋状的负载滚柱滚道部(2a、 36a)，并具有连接所述负载滚柱滚 道部(2a、 36a)的一端和另一端的无负载滚柱返回通路(10、 32);以及 多个滚柱(4)，其排列在由所述滚柱滚道部(la)和所述负载滚柱滚道部(2a、 36a)之间的负载滚柱滚道(9)及所述无负载滚柱返回通路(10、 32)构成的滚柱循环路径中，所述滚柱丝杠的无负载滚柱返回通路的设计 方法的特征在于，其包括将在所述无负载滚柱返回通路(10、 32)中的 所述滚柱(4)的中心点的移动轨迹(17、 18)设计成线形的线设计工序； 使所述滚柱(4)的中心轴(13)沿所述线形的移动轨迹(17、 18)移动， 将所述滚柱(4)的中心轴(13)的移动轨迹(20)设计为带状的面的形 状，并使所述带状的面的形状的移动轨迹(20)的长度方向的至少一部分 扭曲的面设计工序；以及使滚柱(4)沿所述带状的面的形状的移动轨迹
(20)移动来设计所述无负载滚柱返回通路(10、 32)的无负载滚柱返回 通路设计工序。
技术方案8所述的发明在技术方案7所述的滚柱丝杠的无负载滚柱返 回通路的设计方法的基础上，其特征在于，在所述无负载滚柱返回通路设 计工序中，利用比实际使用的滚柱(4)的直径及高度稍大的假想滚柱(21)。
根据技术方案1至3中任一项所述的发明，无负载滚柱返回通路的截 面形状并不是与沿滚柱的中心轴的截面形状相似的四边形，而成为滚柱的 移动轨迹的截面形状。由此，获得具有滚柱能够通过的最小限度的间隙的 无负载滚柱返回通路。
根据技术方案4所述的发明，通过使无负载滚柱返回通路的两端部的 截面形状与负载滚柱滚道的截面形状近似，能够使滚柱从无负载滚柱返回 通路向负载滚柱滚道顺利地转移。
根据技术方案5所述的发明，能够使滚柱从无负载滚柱返回通路向负 载滚柱滚道更加顺利地转移。
根据技术方案6所述的发明，由于并不使滚柱沿曲线状的轨道移动的 方向转换路扭曲，因此，能够防止在方向转换路中，滚柱发生倾斜而使滚 柱活动性变差。
根据技术方案7或8所述的发明，能够使无负载滚柱滚道的截面形状 并不是与沿滚柱的中心轴的截面形状相似的四边形，而是设定为滚柱的移 动轨迹的截面形状。
图1是表示本发明的第一实施方式的滚柱丝杠的立体图。
图2是上述滚柱丝杠的分解立体图。
图3是表示在负载滚柱滚道中排列的滚柱的立体图。
图4是表示丝杠轴的侧视图。
图5是表示螺母的图(图中(A)表示主视图，(B)表示剖视图，(C) 表示后视图)。
图6是表示滚柱中心点移动轨迹的图(图中(A)表示从丝杠轴的轴 线方向看的移动轨迹，(B)表示从丝杠轴的侧方看的移动轨迹)。
图7是表示滚柱的中心轴的移动轨迹的图。
图8是表示沿移动轨迹移动的假想滚柱的图。
图9是表示假想滚柱的集合的图。
图IO是表示设计的无负载滚柱返回通路的壁面的图。
图11是表示设计的无负载滚柱返回通路的直线通路的图。
图12是表示设计的无负载滚柱返回通路的直线通路的图。图13是表示无负载滚柱返回通路的截面形状的图(图(A)表示形成 为长方形的示例，图(B)表示形成为不规则的四边形的示例)。
图14是表示无负载滚柱返回通路的截面形状的图。
图15是表示本发明的第二实施方式的滚柱丝杠的螺母的图。
图16是螺母的俯视图。
图17是螺母的剖视图。
图18是现有的滚柱丝杠的剖视图。
图19是表示现有的滚柱丝杠的被扭曲的无负载滚柱返回通路的图。 图20是表示无负载滚柱返回通路与滚柱的干涉的图。 图中la-滚柱滚道槽(滚柱滚道部)，l-丝杠轴，2、 36-螺母，2a、 36a-负载滚柱滚道槽(负载滚柱滚道部)，4-滚柱，7-直线通路结构构件(循 环构件)，8-方向转换路结构构件(循环构件)，9-负载滚柱滚道，10、 32-无负载滚柱返回通路，10a、 32a-直线通路，10b、 32b-方向转换路，13、 13a、 13b-中心轴，16、 17、 18-线形的移动轨迹，20-面的形状的移动轨迹， 21-假想滚柱，24-无负载滚柱返回通路的截面形状，25a、 25b-端面对应部，25c、 25d-侧面对应部，33-回管(循环构件)，38、 39、 40-线形的移动轨迹。
具体实施例方式
以下基于附图对本发明的实施方式进行详细说明，图l及图2表示本 发明的一实施方式的滚柱丝杠。
图l表示滚柱丝杠的立体图。滚柱丝杠具备丝杠轴l，其在外周面
形成有螺旋状的作为滚柱滚道部的滚柱滚道槽la;螺母2，其在内周面形 成有与滚柱滚道槽la对置的螺旋状的作为负载滚柱滚道部的负载滚柱滚 道槽2a。在丝杠轴1的滚柱滚道槽la和螺母2的负载滚柱滚道槽2a之间 的负载滚柱滚道中排列有多个滚柱4。在滚柱4之间夹设有防止滚柱彼此
接触的隔环(y亍一于)5。为了防止在丝杠轴1的表面附着的异物进入
螺母2的内部，以及为了防止润滑油从螺母2内部泄露而在螺母2的轴线 方向的两端安装密封构件6。
如图2所示，在螺母2上安装有循环构件7、 8。在循环构件7、 8形 成有连接螺母2的负载滚柱滚道槽2a的一端和另一端的无负载滚柱返回 通路10。当使螺母2相对于丝杠轴1相对地旋转时，多个滚柱4在滚柱滚 道槽la和负载滚柱滚道槽2a之间的负载滚柱滚道9中滚动运动。滚动到 负载滚柱滚道9的一端的滚柱4经由循环构件7、 8的无负载滚柱返回通 路10后，返回到几圈前的负载滚柱滚道9的另一端。
循环构件7、 8由直线通路结构构件7和设于直线通路结构构件7的 两端的一对方向转换路结构构件8构成。在螺母2上形成有与丝杠轴1的 轴线平行延伸的贯通孔11，在该贯通孔11插入有管状的直线通路结构构 件7。在直线通路结构构件7上形成有使滚柱沿直线状的轨道移动的直线 通路10a。直线通路10a与丝杠轴1的轴线平行地直线状延伸。
在螺母2的轴线方向两端面安装有方向转换路结构构件8。在方向转 换路结构构件8上形成有使滚柱沿曲线状如圆弧状的轨道移动的方向转换 路10b。方向转换路结构构件8被二分割为圆弧状的轨道的外周侧8a和内 周侧8b。这些方向转换路结构构件8的外周侧8a及内周侧8b分别具有凸 缘部。使方向转换路结构构件8的外周侧8a及内周侧8b重合并定位在螺母2的端面，用螺栓等固定装置将凸缘部固定在螺母2的端面。由于直线 通路结构构件7的两端嵌入方向转换路结构构件8，因此，通过将方向转
换路结构构件8固定在螺母2上，直线通路结构构件7也被固定在螺母2上。
图3表示在负载滚柱滚道9中排列的滚柱4a、 4b。在该图中，为表示 在负载滚柱滚道中排列的滚柱4a、 4b而使螺母2透明。滚柱丝杠有两条 螺纹。即，在丝杠轴1的外周面形成有两条螺旋状的滚柱滚道槽la，在螺 母2的内周面也形成有两条螺旋状的负载滚柱滚道槽2a。并为能够对应两 条滚道槽而在螺母2上也安装两组循环构件7、 8。
在两条负载滚柱滚道9中的一条负载滚柱滚道9中，排列有能够承受 丝杠轴1轴线方向的一个方向(1)的载荷的滚柱4a。多个滚柱4a并行排 列在该负载滚柱滚道9中，使相邻滚柱4a的轴线保持大致平行。在图3 中仅示出每圈有一个滚柱4a，但实际上沿负载滚柱滚道的全周充填有多个 滚柱4a。在剩余的一条负载滚柱滚道9中排列有能承受丝杠轴1的轴线方 向的相反方向(2)的载荷的滚柱4b。多个滚柱4b并行排列在该负载滚柱 滚道9中，使相邻滚柱4b的轴线实质地保持平行。
此外，在该实施方式中，为能承受丝杠轴的轴线方向的两个方向的载 荷而将滚柱丝杠设定为两条螺纹，但是，在仅承受丝杠轴的轴线方向的一 方的载荷即可的情况下，也可以将滚柱丝杠设定为一条螺纹，并且，除此 之外也可以设定为三条螺纹。
如图3所示，在负载滚柱滚道中，滚柱4a、 4b的中心轴13a、 13b通 过丝杠轴1的轴线。即使滚柱4a、 4b在丝杠轴1的周围的任一位置，滚 柱4a、 4b的中心轴13a、 13b都通过丝杠轴1的轴线。由此，能够防止滚 柱4a、 4b在负载滚柱滚道9中移动时滚柱4a、 4b倾斜而引起偏斜。由于 滚柱4a、 4b以这种姿势排列在负载滚柱滚道9中，因此严格地说，相邻 的滚柱4a彼此或滚柱4b彼此的轴线并不平行。但是，由于相邻的滚柱4a 彼此或滚柱4b彼此的轴线接近平行，因此可以说是大致平行。
图4表示丝杠轴1。在丝杠轴1的外周面形成有具有规定导程的截面 大致V字形状的两条螺旋状的滚柱滚道槽la。在一条滚柱滚道槽la中并 行排列有能够负载丝杠轴1的轴线方向的一个方向(1)的载荷的滚柱4a，在另一条滚柱滚道槽la中并行排列有能够负载丝杠轴1的轴线方向的相
反方向(2)的载荷的滚柱4b。
图5表示螺母2。在螺母2上形成有与丝杠轴1的滚柱滚道槽la对置 并具有规定的导程的截面大致V字形状的两条螺旋状的负载滚柱滚道槽 2a。在螺母2上开设有用于插入直线通路结构构件7的贯通孔11。在螺母 2的端面形成有用于安装方向转换路结构构件8的凹部15。由于在该实施 方式中滚柱丝杠为两条，因此，在螺母上安装有两组循环构件7、 8。
图6表示在一条负载滚柱滚道及无负载滚柱返回通路中移动的滚柱的 中心点的移动轨迹。图6 (A)表示从丝杠轴1的轴线方向看的移动轨迹， 图6 (B)表示从丝杠轴1的侧方看的移动轨迹。在负载滚柱滚道9中， 滚柱4的中心点的移动轨迹16的形状是，在丝杠轴1的螺旋状的滚柱滚 道槽la或螺母2的负载滚柱滚道槽2a的形状上加上滚柱4的半径而形成。 由此，移动轨迹16从丝杠轴1的轴线方向看时为半径为RCD/2的圆形状， 从丝杠轴1的侧方看时为螺旋形状。
如果掌握了在负载滚柱滚道9中的滚柱4的中心点的螺旋状的移动轨 迹16，则将该中心点的移动轨迹16的两端沿切线方向延伸。在无负载滚 柱返回通路10的直线通路10a中，滚柱4的中心点的移动轨迹17成为与 丝杠轴1的中心线lb平行的直线。将沿切线方向延伸的移动轨迹16和在 直线通路10a的移动轨迹17用曲线状例如曲率半径为R的圆弧连接，从 而获得在方向转换路10b中的滚柱4的中心点的移动轨迹18。由此，能够 将无负载滚柱返回通路10中的滚柱4的中心点的移动轨迹17、 18设计为 线形。
下面，如图7所示，使滚柱4的中心轴13沿线形的中心点的移动轨 迹16 18移动，将滚柱4的中心轴13的移动轨迹设计为带状的面的形状。 在该图中，Al、 A5为无负载滚柱返回通路10的两端部的区域，A2、 A4 为方向转换路10b的区域，A3为直线通路10a的区域。为了使滚柱从无 负载滚柱返回通路10向负载滚柱滚道9顺利地移动，需要使在无负载滚 柱返回通路10的两端部的滚柱4的姿势与在负载滚柱滚道9内的滚柱4 的姿势一致。并且，在并行排列滚柱4的情况下，需要不使滚柱4反转即 可返回负载滚柱滚道9。根据这些要求，使无负载滚柱返回通路10的长度方向的至少一部分扭曲，以使在无负载滚柱返回通路10中移动时的滚柱4
的中心轴倾斜。在该实施方式中，使直线通路10a扭曲，并使滚柱4的中 心轴在直线通路10a的入口和出口倾斜约90度。由此，在直线通路10a 的区域A3，滚柱4的中心轴的移动轨迹20成为被扭曲的带状的面的形状。 该直线通路10a的扭曲率(滚柱4的移动距离与滚柱4的中心轴的倾斜角 度之比) 一定。
在方向转换路10b的区域A2、 A4中，滚柱4的中心轴的移动轨迹20 未被扭曲。这是为了防止当滚柱4沿圆弧状的轨道移动时，滚柱4的中心 轴倾斜而使滚柱4的活动性变差。在方向转换路10b中，移动轨迹20呈 将带沿圆弧弯折的形状。
即使在无负载滚柱返回通路10的两端部的与负载滚柱滚道9连接的 部分的区域A1-1、 A5-l中，滚柱4的中心轴的移动轨迹20也未被扭曲。 在该区域Al-l、 A5-l中，无负载滚柱返回通路10的两端部使滚柱保持相 同姿势沿直线状轨道移动。另一方面，在与方向转换路10b连接的部分的 区域Al-2、 A5-2中，为与方向转换路10b相连，滚柱4的中心轴的移动 轨迹20被扭曲。在区域Al-2、 A5-2中，滚柱4的中心轴的移动轨迹20 成为被扭曲的带状的面的形状。
以上所述的A1 A5的区域为无负载滚柱返回通路10的区域。无负 载滚柱返回通路10形成于在螺母2上安装的循环构件7、 8。在该无负载 滚柱返回通路10中，在滚柱4的周围有微小的间隙，滚柱4被后续的滚 柱推压而移动。另一方面，A1 A5的区域以外的螺旋状区域为负载滚柱 滚道9的区域。这里，滚柱4被夹在丝杠轴1的滚柱滚道槽la和螺母2 的负载滚柱滚道槽2a之间而承受载荷。滚柱4伴随丝杠轴1相对于螺母2 的相对旋转而滚动运动，并以螺旋状移动。
严格地说，在负载滚柱滚道9的端部，为了使滚柱4从负载滚柱滚道 9向无负载滚柱返回通路10、或从无负载滚柱返回通路10向负载滚柱滚 道9的转移顺利进行，在螺母2的负载滚柱滚道槽2a设置有凸起。如果 设置凸起，则当从负载滚柱滚道9向无负载滚柱返回通路转移时，滚柱4 在负载滚柱滚道9的端部所承受的载荷被逐渐释放，滚柱4最终不承受载 荷。在本实施方式中，设有这种凸起的部分也称作负载滚柱滚道9。下面，如图8所示，使假想滚柱21沿带状的面的形状的移动轨迹20 移动来设计无负载滚柱返回通路10。这里，利用比实际使用的滚柱4直径 及高度稍大的假想滚柱21。并且，使假想滚柱21沿移动轨迹20移动(更 详细的是，使假想滚柱21缓慢移动，使假想滚柱21的中心轴与线形的移 动轨迹17、 18正交，且假想滚柱21的中心轴位于被扭曲的带状的面内)。 可知在使假想滚柱21移动(例如从(1)移动到(2))时假想滚柱21的 中心轴倾斜。图9表示缓慢移动的假想滚柱21的集合。如该图9所示， 使具有体积的假想滚柱21移动而获得扫描曲面22。并且，如图10所示， 根据图9的扫描曲面22作出无负载滚柱返回通路的壁面23。
图11及图12表示根据上述的设计方法而设计的无负载滚柱返回通路 10的直线通路10a。当剖开直线通路10a的截面(更准确的是与滚柱4的 中心点的线的移动轨迹17正交的面内的截面)时，其截面形状24并不是 四边形，而是呈鼓状特征的形状。
图13表示现有的无负载滚柱返回通路的截面形状与本实施方式的无 负载滚柱返回通路10的直线通路10a的截面形状的比较。如图13 (A) 所示，现有的无负载滚柱返回通路的截面形状为与沿滚柱4的中心线的滚 柱4的截面形状相似的四边形，例如形成为长方形。与之相对，在本实施 方式的无负载滚柱返回通路10的直线通路10a的截面形状中，与滚柱4 的侧面对置的一对侧面对应部25c、 25d分别朝向无负载滚柱返回通路10 的内侧形成为凸形状。更详细的是，侧面对应部25c、 25d的中央部28最 凹，从中央部28向端部27 (图中左右端部)凹度逐渐变浅。另外，与滚 柱4的端面对置的一对端面对应部25a、 25b分别朝向无负载滚柱返回通 路10的外侧形成为凸形状。更详细的是，端面对应部25a、 25b的中央部 26向外侧突起最大，从中央部26向端部27 (图中上下的端部)突起逐渐 变小。端面对应部25a、 25b及侧面对应部25c、 25d的凸形状可以由曲线 构成，也可以由组合多个线段而成的多边形构成。
如图14所示，实际的是，侧面对应部25c、 25d的中央部28的凹度 极其微小，侧面对应部25c、 25d的中央部28之间的距离Ll与侧面对应 部25c、 25d的端部27的距离L2的差值微小。
无负载滚柱返回通路10的两端部(与负载滚柱滚道9连接的区域Al-l、 A5-l)的截面形状形成为与沿滚柱4的中心轴的截面形状相似的四 边形。负载滚柱滚道9的截面形状为与沿滚柱4的中心轴的截面形状相同 的四边形。通过将无负载滚柱返回通路10的两端部的截面形状与负载滚 柱滚道9的截面形状近似，能够使滚柱4从无负载滚柱返回通路10向负 载滚柱滚道9顺利地转移。
图15表示本发明的第二实施方式的滚柱丝杠的螺母。在该实施方式 中，用回管方式的滚柱丝杠代替所谓端盖方式的滚柱丝杠。本发明也能够 适用使用回管方式的滚柱丝杠。
在回管方式的滚柱丝杠中，无负载滚柱返回通路32形成在回管33内。 回管33由主体部34和一对脚部35构成，所述主体部34形成有无负载滚 柱返回通路32的方向转换路32b，所述一对脚部35形成有直线通路32a。 滚柱丝杠与上述第一实施方式的滚柱丝杠同样地为两条螺纹。回管33虽 然也安装于螺母36的上下两个部位，但在该实施方式中省略了下侧的回
方向转换路32b只是使滚柱沿圆弧状的轨道移动，并没被扭曲。在方 向转换路32b中，滚柱的中心轴始终朝向水平方向。方向转换路32b的截 面形状形成为与沿滚柱的中心轴的截面形状相似的四边形。
另一方面，脚部35的直线通路32a被扭曲。为了不使经由无负载滚 柱返回通路32的滚柱反转(不改变滚柱承受的载荷的方向)即可返回负 载滚柱滚道，必须使一对脚部35的扭转角度合计为90度。为使在螺母36 的负载滚柱滚道槽36a内的滚柱的姿势与在方向转换路32b内的姿势一 致， 一方的脚部35被扭曲约10度。为了不使在方向转换路32b内的滚柱 反转即可返回螺母36的负载滚柱滚道槽36a，剩下的脚部35被扭曲约80 度。
图16表示螺母的俯视图，图17表示螺母的剖视图。在螺母36上开 设有延伸到负载滚柱滚道槽36a的一对贯通孔37。在该一对贯通孔37插 入有回管33的一对脚部35。在回管方式的滚柱丝杠中，螺母36的负载滚 柱滚道槽36a的端部在与螺母36的中心线36b平行的水平面内终止。
无负载滚柱返回通路32与端盖方式的滚柱丝杠同样地被如下设计。 首先，使在负载滚柱滚道中的滚柱的中心点的螺旋状的移动轨迹38的两端沿切线方向延伸。并且，使沿该切线方向延伸的移动轨迹39与在方向
转换路32b中的滚柱的中心点的圆弧状的移动轨迹用垂直线40 (参照图 15)连接。优选使沿切线方向延伸的移动轨迹39与方向转换路32b的移 动轨迹直接相连。在如果使移动轨迹39沿切线方向延伸则会突破脚部35 的情况下，设置垂直线40。
然后，使滚柱的中心轴沿线形的移动轨迹39、 40移动，从而使滚柱 的中心轴的移动轨迹成为带状的面的形状，并使带状的面的形状的移动轨 迹在脚部35内扭曲。并且，使滚柱沿带状的面的形状的移动轨迹移动来 设计无负载滚柱返回通路32。在设计的无负载滚柱返回通路中，被扭曲的 直线通路的截面形状成为如图13 (B)所示的不规则的四边形。没有被扭 曲的方向转换路32b以及两端部的截面形状成为与如图13 (A)所示的滚 柱截面形状相似的四边形。
本发明并不限定于上述实施方式，能够在不变更本发明宗旨的范围内 进行各种变更。例如，滚柱除使用圆筒形的滚柱之外，也可以使用圆锥形 的锥形滚柱。
本说明书基于2006年4月28日申请的日本特愿2006-126613。其内
容全部包含于此。
权利要求
1. 一种滚柱丝杠，包括丝杠轴，其在外周面具有螺旋状的滚柱滚道部；螺母，其在内周面具有与所述滚柱滚道部对置的螺旋状的负载滚柱滚道部，并具有连接所述负载滚柱滚道部的一端和另一端的无负载滚柱返回通路；以及多个滚柱，其并行排列在滚柱循环路径中，使相邻滚柱的轴线保持大致平行，所述滚柱循环路径由所述滚柱滚道部和所述负载滚柱滚道部之间的负载滚柱滚道及所述无负载滚柱返回通路构成，所述滚柱丝杠的特征在于，所述无负载滚柱返回通路的长度方向的至少一部分被扭曲，以使所述滚柱在无负载滚柱返回通路中移动时所述滚柱的中心轴倾斜，并且，在所述无负载滚柱返回通路的被扭曲的部分的截面形状中，与所述滚柱的侧面对置的一对侧面对应部分别朝向所述无负载滚柱返回通路的内侧形成为凸形状。
2. —种滚柱丝杠，包括丝杠轴，其在外周面具有螺旋状的滚柱滚道部；螺母，其在内周面具有与所述滚柱滚道部对置的螺旋状的负载滚柱滚 道部，并具有连接所述负载滚柱滚道部的一端和另一端的无负载滚柱返回 通路；以及多个滚柱，其并行排列在滚柱循环路径中，使相邻滚柱的轴线保持大 致平行，所述滚柱循环路径由所述滚柱滚道部和所述负载滚柱滚道部之间 的负载滚柱滚道及所述无负载滚柱返回通路构成，所述滚柱丝杠的特征在于，所述无负载滚柱返回通路的长度方向的至少一部分被扭曲，以使所述 滚柱在无负载滚柱返回通路中移动时所述滚柱的中心轴倾斜，并且，在所述无负载滚柱返回通路的被扭曲的部分的截面形状中，与 所述滚柱的端面对置的一对端面对应部分别朝向所述无负载滚柱返回通 路的外侧形成为凸形状。
3. —种滚柱丝杠，包括丝杠轴，其在外周面具有螺旋状的滚柱滚道部；螺母，其在内周面具有与所述滚柱滚道部对置的螺旋状的负载滚柱滚 道部，并具有连接所述负载滚柱滚道部的一端和另一端的无负载滚柱返回 通路；以及多个滚柱，其并行排列在滚柱循环路径中，使相邻滚柱的轴线保持大 致平行，所述滚柱循环路径由所述滚柱滚道部和所述负载滚柱滚道部之间 的负载滚柱滚道及所述无负载滚柱返回通路构成，所述滚柱丝杠的特征在于，所述无负载滚柱返回通路的长度方向的至少一部分被扭曲，以使所述 滚柱在无负载滚柱返回通路中移动时所述滚柱的中心轴倾斜，在所述无负载滚柱返回通路的被扭曲的部分的截面形状中，与所述滚 柱的侧面对置的一对侧面对应部分别朝向所述无负载滚柱返回通路的内 侧形成为凸形状，并且，在所述无负载滚柱返回通路的被扭曲的部分的截面形状中，与 所述滚柱的端面对置的一对端面对应部分别朝向所述无负载滚柱返回通 路的外侧形成为凸形状。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的滚柱丝杠，其特征在于，与所述负载滚柱滚道连接的所述无负载滚柱返回通路的两端部的截 面形状形成为与沿所述滚柱的中心轴的截面形状相似的四边形。
5. 根据权利要求4所述的滚柱丝杠，其特征在于， 所述无负载滚柱返回通路的所述两端部使所述滚柱保持相同的姿势沿直线状轨道移动。
6. 根据权利要求1至5的任一项所述的滚柱丝杠，其特征在于， 所述无负载滚柱返回通路由使滚柱沿直线状轨道移动的直线通路与使滚柱沿曲线状轨道移动的方向转换路组合而成，所述无负载滚柱返回通路的所述直线通路被扭曲，以使所述滚柱在所 述直线通路中移动时所述滚柱的中心轴倾斜，所述无负载滚柱返回通路的所述方向转换路未被扭曲，以使所述滚柱 在所述方向转换路中移动时所述滚柱的中心轴不会倾斜。
7. —种滚柱丝杠的无负载滚柱返回通路的设计方法，所述滚柱丝杠 包括丝杠轴，其在外周面具有螺旋状的滚柱滚道部；螺母，其在内周面具有与所述滚柱滚道部对置的螺旋状的负载滚柱滚 道部，并具有连接所述负载滚柱滚道部的一端和另一端的无负载滚柱返回通路；以及多个滚柱，其排列在由所述滚柱滚道部和所述负载滚柱滚道部之间的 负载滚柱滚道及所述无负载滚柱返回通路构成的滚柱循环路径中，所述滚柱丝杠的无负载滚柱返回通路的设计方法的特征在于，包括将所述无负载滚柱返回通路中的所述滚柱的中心点的移动轨迹设计 成线形的线设计工序；使所述滚柱的中心轴沿所述线形的移动轨迹移动，将所述滚柱的中心 轴的移动轨迹设计成带状的面的形状，并使所述带状的面的形状的移动轨 迹的长度方向的至少一部分扭曲的面设计工序；以及使滚柱沿所述带状的面的形状的移动轨迹移动来设计所述无负载滚 柱返回通路的无负载滚柱返回通路设计工序。
8. 根据权利要求7所述的滚柱丝杠的无负载滚柱返回通路的设计方 法，其特征在于，在所述无负载滚柱返回通路设计工序中，利用比实际使用的滚柱的直 径及高度稍大的假想滚柱。
全文摘要
本发明提供一种能够使滚柱顺利移动的无负载滚柱返回通路的新形状。滚柱丝杠的滚柱的循环路径由负载滚柱滚道和无负载滚柱返回通路构成。使无负载滚柱返回通路(10)扭曲，以使滚柱(4)在无负载滚柱返回通路(10)移动时滚柱的中心轴倾斜。在无负载滚柱返回通路(10)的被扭曲部分的截面形状中，与滚柱(4)的端面对置的一对侧面对应部(25c)、(25d)分别朝向无负载滚柱返回通路(10)内侧形成为凸形状。
文档编号F16H25/22GK101432549SQ20078001545
公开日2009年5月13日 申请日期2007年4月26日 优先权日2006年4月28日
发明者咲山隆, 宫原庄志, 芳野雅彦 申请人:Thk株式会社