桥式滚珠丝杠及其制造方法与流程

本发明涉及一种使用在各种机器工具中(诸如电动卸料机以及攻丝中心等)或者汽车的电动转向系统以及致动器等中的滚珠丝杠，尤其涉及使用桥构件用于循环滚珠的桥式滚珠丝杠及其制造方法。

背景技术：

滚珠丝杠包括：螺纹轴，在其外周上形成有螺旋形螺纹槽；螺母，在其内周上形成有螺旋形螺纹槽并且与螺纹轴匹配；大量滚珠，其收纳在由对置的螺纹槽形成的滚动轨道内；以及循环机构，其用于使滚动轨道成为循环轨道并且例如用作运动转换机构以通过旋转螺母来线性地驱动螺纹轴。

总之，滚珠丝杠中存在各种类型的滚珠循环机构，其中之一是桥式的。桥式滚珠丝杠具有螺纹槽的连接轨道，并且桥构件安装在螺母上用于使滚动轨道成为循环轨道，其结构较简单且紧凑。

在这种桥式滚珠丝杠中，用于循环滚珠的桥构件装配在形成在螺母的柱形筒部处的通孔中。但是，在滚珠传递部中会引起台肩，滚珠传递部连接螺母的螺纹槽以及在桥构件的内表面上形成为“s”状曲线的循环凹槽。这些台肩会引起异常噪声，因而降低滚珠丝杠的寿命。公知的滚珠丝杠51示出在图6中，其能够解决这些问题。滚珠丝杠51包括：螺纹轴52，在其外周上形成有螺旋形螺纹槽52a；螺母53，在其内周上形成有螺纹槽53a且与螺纹轴52匹配；以及大量滚珠54，其收纳在由对置的螺纹槽52a、53a形成的滚动轨道内。并非是桥构件，该滚珠丝杠51使用通过对螺母53的内周进行塑性加工所形成的循环凹槽(连接轨道)53b，然后螺纹槽53a由旋转工具切割形成。

现有技术的该滚珠丝杠能够实现在螺母53的螺纹槽53a和循环凹槽53b之间引导滚珠54而不引起异常噪声或者转矩变化(卡住等)，因而能够抑制寿命降低(例如，见下文专利文献1)。

但是，现有技术的该方法由于塑性加工以及切割加工的振动而不能够避免生成这些台肩或者边缘。此外，由旋转工具形成螺纹槽53a需要非常长的周期，因而由于增加的制造成本而不是优选的。

另一方面，提出一种示出在图7中的滚珠丝杠59。在该滚珠丝杠59中，滚珠57设定在螺母55的螺纹槽56中，桥构件58具有安装在螺母55上的循环凹槽(连接凹槽)58a。当组装滚珠丝杠59时，能够通过如下方式有效地消除螺母55的螺纹槽56和桥构件58的循环凹槽58a之间的台肩：将涂覆有涂层60的桥构件58安装在桥构件58的边界表面58b、使螺母55与螺纹轴接合、使滚珠57在螺纹槽56和循环凹槽58a之间循环以及将涂层60的突出部60a从螺纹槽56的表面56a切割进螺纹槽56，桥构件58与螺纹槽56的表面56a形成边界(例如，见下文的专利文献2)。

现有技术的文献

专利文献

专利文献1：jp2012-82961a

专利文献2：jp2014-145463a

技术实现要素：

本发明要解决的问题

但是，在现有技术的滚珠丝杠59中，担心涂层60会因滚动滚珠57的重复通过而剥离，因而滚珠丝杠的耐久性、可靠性以及寿命会受损，此外异常噪声还会因剥离的碎片引起。

发明人聚焦于对滚珠传递部的塑性加工，其中，桥构件的连接凹槽和螺母的螺纹槽在滚珠传递部处连接，本发明的目的是提供一种具有低制造成本的桥式滚珠丝杠，其具有改进的耐久性以及可靠性，能够防止生成异常噪声，同时能够使滚珠传递部的台肩得以消除及平滑。

解决问题的手段

为了实现本发明的目的，提供了一种根据本发明根据权利要求1的桥式滚珠丝杠，其包括：螺纹轴，在其外周上形成有螺旋形螺纹槽；螺母，在其内周上形成有螺旋形螺纹槽并且与螺纹轴匹配；多个滚珠，其收纳在由对置的螺纹槽形成的滚动轨道内；以及桥构件，每个桥构件在其内表面上形成有连接凹槽用于使滚动轨道成为循环轨道，并且装配在形成在螺母的筒部上的桥窗口中，桥式滚珠丝杠的特征在于，至少在桥构件的连接凹槽与螺母的滚珠传递部之间的连接部通过塑性加工平滑地形成。

由于本发明的桥式滚珠丝杠包括桥构件，每个桥构件在内表面上形成有连接凹槽用于使滚动轨道成为循环轨道，并且装配在形成在螺母的筒部上的桥窗口中，并且桥式滚珠丝杠的特征在于，至少在桥构件的连接凹槽与螺母的滚珠传递部之间的连接部通过塑性加工平滑地形成，能够提供一种具有低制造成本的桥式滚珠丝杠，其具有改进的耐久性以及可靠性，并且能够防止生成因滚珠的通过引起的异常噪声，同时使滚珠传递部的台肩得以消除以及平滑。

正如权利要求2限定的，优选的是，螺母的螺纹槽的滚珠传递部延续至桥构件的连接凹槽的端部并且形成为具有预定曲率半径的凸形表面。这使得能够平滑地形成位于连接凹槽和滚珠传递部之间的连接部。

正如权利要求3限定的，还优选的是，桥构件由烧结金属形成，烧结金属由mim(金属注射成型)形成。这使得，虽然桥构件需要高加工精度并且具有复杂构造，但是能够将桥构件形成为具有期望的精确构造以及尺寸。

正如权利要求4限定的，优选的是，螺母的桥窗口的径向外侧开口部具有接合部，该接合部的直径大于桥窗口的直径，通过对桥构件的径向外周的若干点进行塑性变形而将桥构件固定至螺母，使得它们紧密接触接合部。

根据权利要求5的一种用于制造桥式滚珠丝杠的方法，桥式滚珠丝杠包括：螺纹轴，在其外周上形成有螺旋形螺纹槽；螺母，在其内周上形成有螺旋形螺纹槽并且与螺纹轴匹配；多个滚珠，其收纳在由对置的螺纹槽形成的滚动轨道内；以及桥构件，每个桥构件的内表面上形成有连接凹槽用于使所述滚动轨道成为循环轨道，并且装配在形成在螺母的筒部上的桥窗口中，其特征在于，该方法包括步骤：在已经将桥构件装配在螺母的桥窗口中之后将具有突起的柱形心轴插入螺母；并且将心轴的突起按压至桥构件的连接凹槽以及螺母的螺纹槽的滚珠传递部这两者上，以通过塑性加工在桥构件和螺母之间形成连接部。

根据用于制造桥式滚珠丝杠的方法，由于桥式滚珠丝杠包括：桥构件，每个桥构件的内表面上形成有连接凹槽用于使所述滚动轨道成为循环轨道，并且装配在形成在螺母的筒部上的桥窗口中，并且其特征在于，该方法包括步骤：在已经将桥构件装配在螺母的桥窗口中之后将具有突起的柱形心轴插入螺母中；并且将心轴的突起按压至桥构件的连接凹槽以及螺母的螺纹槽的滚珠传递部这两者上，以通过塑性加工在桥构件和螺母之间形成连接部，因此能够平滑地形成位于桥构件的连接凹槽与螺母的滚珠传递部之间的连接部，还能够提供一种具有低制造成本的桥式滚珠丝杠，其具有改进的耐久性以及可靠性，并且能够防止生成因滚珠的通过引起的异常噪声，同时使滚珠传递部的台肩得以消除以及平滑。

正如权利要求6限定的，优选的是，心轴的每个突起形成为具有如下构造，其包括：桥形成部，其对应于桥构件的连接凹槽；以及连接部，其对应于螺母的螺纹槽的滚珠传递部。这使得能够平滑地形成位于桥构件的连接凹槽和螺母的螺纹槽之间的连接部。

正如权利要求7限定的，还优选的是，在心轴被水平地支撑的状态下将布置于螺母上方并且限制桥构件的上表面的上模降低，然后在螺母被上模和心轴夹住且支撑的状态下进一步降低上模以对桥构件的连接凹槽和螺母的螺纹槽之间的连接部进行塑性加工，同时执行桥构件的上表面的塑性变形以通过对桥构件的上表面进行敛缝而将桥构件固定至螺母的桥窗口。这使得能够防止桥构件在桥构件的外表面的塑性加工期间移动，因而能够防止在连接凹槽和螺纹槽之间生成台肩。因此，能够实现有效地固定桥构件并且降低制造成本。

正如权利要求8限定的，优选的是，在塑性加工之后通过同时热处理来硬化螺母和桥构件。这能够使得无需现有技术的高频回火处理，其用于防止当将桥构件敛缝以及固定至螺母时生成裂纹，因而降低制造成本。

本发明的效果

根据本发明的桥式滚珠丝杠，由于其包括：螺纹轴，在其外周上形成有螺旋形螺纹槽；螺母，在其内周上形成有螺旋形螺纹槽并且与螺纹轴配合；多个滚珠，其收纳在由对置的螺纹槽形成的滚动轨道内；以及桥构件，每个桥构件的内表面上形成有连接凹槽，用于使滚动轨道成为循环轨道，并且装配在形成在螺母的筒部上的桥窗口中，其特征在于，至少在桥构件的连接凹槽以及螺母的滚珠传递部之间的连接部通过塑性加工平滑地形成，能够提供一种具有低制造成本的桥式滚珠丝杠，其具有改进的耐久性以及可靠性，并且能够防止生成因滚珠的通过引起的异常噪声，同时使滚珠传递部的台肩得以消除以及平滑。

此外，根据本发明的用于制造桥式滚珠丝杠的方法，由于其包括：螺纹轴，在其外周上形成有螺旋形螺纹槽；螺母，在其内周上形成有螺旋形螺纹槽并且与螺纹轴配合；多个滚珠，其收纳在由对置的螺纹槽形成的滚动轨道内；以及桥构件，每个桥构件的内表面上形成有连接凹槽，用于使滚动轨道成为循环轨道，并且装配在形成在螺母的筒部上的桥窗口中，并且其特征在于，该方法包括步骤：在已经将桥构件装配在螺母的桥窗口中之后将具有突起的柱形心轴插入螺母；并且将心轴的突起按压至桥构件的连接凹槽以及螺母的螺纹槽的滚珠传递部这两者上以通过塑性加工在桥构件和螺母之间形成连接部，因此能够平滑地形成桥构件的连接凹槽与螺母的滚珠传递部之间的连接部，还能够提供一种具有低制造成本的桥式滚珠丝杠，其具有改进的耐久性以及可靠性，并且能够防止生成因滚珠的通过引起的异常噪声，同时使滚珠传递部的台肩得以消除以及平滑。

附图说明

图1的(a)是示出本发明的桥式滚珠丝杠的一个优选实施例的平面图；

图1的(b)是图1的(a)的纵向截面图；

图2的(a)是示出本发明的螺母的纵向截面图；

图2的(b)是示出图2的(a)螺母的螺纹槽的滚珠传递部的局部截面图；

图3是示出用于制造本发明的桥式滚珠丝杠的方法的说明图；

图4的(a)是示出用于图3的作业的心轴的平面图；

图4的(b)是图4的(a)的立体图；

图5的(a)是沿着图1的线v-v截取的截面说明图并且示出在作业之前的状态；

图5的(b)是沿着图1的线v-v截取的截面说明图，示出在作业期间的状态；

图6是示出现有技术的滚珠丝杠的纵向截面图；以及

图7是示出在调节现有技术的桥式滚珠丝杠之前在桥构件的循环凹槽以及螺母的螺纹槽之间的台肩的示意图。

具体实施方式

用于实施本发明的一个模式是一种用于制造桥式滚珠丝杠的方法，桥式滚珠丝杠包括：螺纹轴，在其外周上形成有螺旋形螺纹槽；螺母，在其内周上形成有螺旋形螺纹槽并且与螺纹轴配合；多个滚珠，其收纳在由对置的螺纹槽形成的滚动轨道内；以及桥构件，每个桥构件的内表面上形成有连接凹槽，用于使滚动轨道成为循环轨道，并且装配在形成在螺母的筒部上的桥窗口中，其特征在于，在已经将桥构件装配在螺母的桥窗口中之后将具有突起的柱形心轴插入螺母，并且在心轴被水平地支撑的状态下将布置于螺母上方且限制桥构件的上表面的上模降低，然后在螺母由上模和心轴夹住且支撑的状态下进一步降低上模以对在桥构件的连接凹槽和螺母的螺纹槽之间的连接部进行塑性加工，同时执行桥构件的上表面的塑性变形以通过将桥构件的上表面敛缝而将桥构件固定至螺母的桥窗口。

实施例

下文将参考附图描述本发明的一个优选实施例。图1的(a)是示出本发明的桥式滚珠丝杠的一个优选实施例的平面图；图1的(b)是图1的(a)的纵向截面图；图2的(a)是示出本发明的螺母的纵向截面图；图2的(b)是示出图2的(a)的螺母的螺纹槽的滚珠传递螺母的局部截面图；图3是示出用于制造本发明的桥式滚珠丝杠的方法的说明视图；图4的(a)是示出用于图3的作业的心轴的平面图；图4的(b)是图4的(a)的立体图；图5的(a)是沿着图1的线v-v截取的截面说明图，示出在作业之前的状态；以及图5的(b)是沿着图1的线v-v截取的截面说明图，示出在作业期间的状态。

示出在图1的(a)和(b)的桥式滚珠丝杠1包括：螺纹轴2，在其外周上形成有螺旋形螺纹槽2a；螺母3，在其内周上形成有螺旋形螺纹槽3a并且接合螺纹轴2；多个滚珠4，其收纳在由对置的螺纹槽2a、3a形成的滚动轨道内；以及桥构件5，其用于循环滚珠4。

每个螺纹槽2a、3a的截面构造能够是圆弧或者哥特式弧形构造中的任意一种。但是，在该实施例中采用哥特式弧形构造，这是由于其能够具有与滚珠4的较大接触角度并且设定较小轴向间隙。这能够具有较大刚度来抵抗轴向负荷，因而能够抑制振动的生成。

螺母3由中碳渗碳钢形成，诸如包括0.30至0.35重量百分比的c的scm430或者scm435等。桥窗口6、6形成在螺母3的柱形筒部上。每个桥窗口6具有大致圆形构造并且延伸通过外表面以及内表面，局部地切断螺纹槽3a。具有对应于桥窗口6的圆形构造的每个桥构件5被装配到桥窗口6中。连接凹槽5a将螺纹槽3a的相邻一圈相互连接，连接凹槽5a形成在桥构件5的内周上并且与螺纹槽3a的大致一圈协作形成滚珠4的滚动轨道。收纳在滚动轨道的螺纹槽2a、3a之间的大量滚珠4沿着螺纹槽2a、3a滚动并且被引导至桥构件5的连接凹槽5a，然后越过螺纹轴2的螺纹并且返回至螺纹槽3a并且再次沿着螺纹槽2a、3a滚动。在该情况下，虽然桥窗口6和桥构件5的图示的构造是圆形，但是能够使用其他构造，诸如椭圆。

如图2的(a)所示，桥构件5的连接凹槽5a形成为“s”状曲线以平滑连接相互相邻的螺纹槽3a、3a以及位于连接凹槽5a和螺纹槽3a之间。此外，设定连接凹槽5a的深度，使得滚珠4能够越过连接凹槽5a的桥构件5内的螺纹轴2的螺纹槽2a的螺纹。

在本实施例中，桥构件5通过用于模制成型金属粉末的注射成型机由烧结合金形成。在该注射成型中，金属粉末和包括塑料以及蜡状物的粘结剂首先通过混合和捏和机被混合以及捏和以由混合和捏和的材料形成圆球。圆球被进料至注射成型机的料斗，然后在加热以及融化状态下被推进模具，并且通过所谓的mim(金属注射成型)最终形成桥构件。虽然物件需要高制造技术并且具有难以形成的构造，但是mim方法能够易于将合金材料模制烧结为具有期望精确构造以及尺寸的物件。

用于烧结合金的金属粉末的能够渗碳的一个例子为scm415，其包括0.13wt％的c、0.21wt％的ni、1.1wt％的cr、0.04wt％的cu、0.76wt％的mn、0.19wt％的mo、si0.20wt％，剩余为fe等。

除了用于由上述mim形成的烧结合金的金属粉末，存在烧结合金粉末的例子，诸如是fe、mo和ni(雾化合金铁粉以及熔融钢，其中，合金部件均匀分布在颗粒中)的完全合金粉末或者部分合金粉末(在该合金粉末中，部分合金粉末粘附至纯铁粉)。尤其，它们的一个例子是混合类型合金粉末(商标名称jip21sx，日本的jfe钢铁公司生产)，在该例子中，预制合金铜粉包括按重量计算2％的fe、按重量计算1％的ni以及经由粘接剂粘附至精细ni粉、cu粉以及石墨粉的mo。由于马氏体相比率相对于烧结主体的金属结构增加，同时增加烧结之后的冷却速度(高于50℃/min)，该混合类型合金粉末能够获得较高机械强度(张力强度以及硬度)，以消除烧结之后的热处理，因而能够提供具有高准确度的桥构件5。优选添加按重量计算0.5至1.5％的mo以改善硬化能力，优选添加按重量计算2至4％的ni以改善烧结主体的韧性。

在桥构件5已经从螺母3的径向外侧安装在螺母3的桥窗口6中之后，能够通过如下方式来执行将滚珠4并入桥式滚珠丝杠1中：使螺母3抵接螺纹轴2的一端；旋转螺母3同时将滚珠4顺序引入螺纹槽2a、3a之间的空间中；然后沿着螺纹轴2移动螺母3。可替换地，在桥构件5已经安装在桥窗口6中之后，使用临时轴能够类似地引入滚珠4。

如图2的(b)所示，由于滚珠传递部7处的尺寸等的变化生成台肩δ(由交叉影线示出)，其中，桥构件5的连接凹槽5a以及螺母3的螺纹槽3a在桥构件5装配在螺母3的桥窗口6中的状态下被连接。申请人已经注意到滚珠传递部7的台肩δ的塑性加工。也即，通过将与桥构件5装配的螺母3按压至柱形心轴8使螺母3的桥窗口6的边缘部进行塑性变形，来形成滚珠传递部7，柱形心轴8具有s状突起9，每个突起9具有对应于桥构件5的连接凹槽5a的构造。

更具体地，如图3所示，在桥构件5已经装配在螺母3的桥窗口6中之后，将心轴(下模)8插入螺母3。然后，在保持心轴8水平的情况下，将布置于螺母3上方的上模10降低，然后在螺母3被夹在上模10和心轴8之间的状态下进一步降低上模10以将桥构件5的连接凹槽5a和连接至连接凹槽5a的螺母3的螺纹槽3a的构造塑性变形为突起9的构造。

如图4的(a)和图4的(b)所示，心轴8在其外周上形成有s状突起9，每个突起9具有的构造对应于桥构件5的连接凹槽5a的构造。形成突起9的外周表面，使得其具有如下构造，该构造包括：桥形成部(中央部)9a，其对应于桥构件5的连接凹槽5a；以及连接部9b、9b，其对应于螺母3的螺纹槽3a的滚珠传递部7。此外，心轴8的主体的外径小于螺母3的内径以便防止心轴8与螺母3干涉。

然后，将参考图5描述对桥构件5的连接凹槽5a和螺母3的滚珠传递部7的塑性加工。如图5的(a)所示，在螺母3的滚珠传递部7处产生台肩δ，其中，桥构件5的连接凹槽5a和螺母3的螺纹槽3a在桥构件5装配在螺母3的桥窗口6中的状态下被连接。桥构件5的上表面被上模(图5未示出)约束以防止沿径向向外脱离桥构件5。通过在螺母3被夹在上模和心轴8之间的状态下从该状态进一步降低上模，桥构件5的连接凹槽5a以及连接至连接凹槽5a的螺母3的滚珠传递部7塑性变形为突起9的外周构造。由于每个滚珠传递部7被设定为使得其具有延续至连接凹槽5a的端部的期望曲率半径r的凸形圆弧(图2的(b))，因此能够平滑地形成连接凹槽5a和滚珠传递部7之间的连接部。

根据本发明的塑性加工，能够同时将桥构件5的连接凹槽5a和螺母3的螺纹槽3a的滚珠传递部7形成为期望构造。因此，由于消除了滚珠传递部7处的台肩并且平滑地形成连接凹槽5a和滚珠传递部7之间的连接部，因此能够提供具有低制造成本的桥式滚珠丝杠，其具有改进的耐久性以及可靠性，并且能够防止生成因滚珠的通过引起的异常噪声。

虽然描述了桥构件5先前通过mim由烧结合金粉末形成，但是连接凹槽5a能够在mim上被抛光至最终构造和尺寸，或者中间构造和尺寸。也即，连接凹槽5a能够形成一种尺寸，使其余的塑性加工边缘小于最终尺寸，然后通过先前描述的心轴8形成最终构造和尺寸。

如图1的(b)所示，螺母3的桥窗口6的径向外侧开口部(接合部)6a形成为具有朝向径向外侧逐渐增加的直径的锥形形状，通过对桥构件5的外周5b的若干(在图示的实施例中四个)点进行局部挤压以及塑性变形直到它们紧密接触开口部6a，能够将桥构件5固定至螺母3。

根据本实施例，如图3所示，外周表面5b被上模10塑性变形，同时在螺母3被夹在上模10和心轴8之间的状态下对桥构件5的连接凹槽5a和螺母3的滚珠传递部7进行塑性加工。这使得能够防止桥构件5在桥构件5的外周表面5b的塑性加工期间移动，因而能够防止在连接凹槽5a和滚珠传递部7之间产生台肩。此外，进一步能够有效地固定桥构件5，因而降低滚珠丝杠的制造成本。

如图5所示，螺母3的桥窗口6的径向外侧开口部6b具有的内径大于桥构件5的外径，桥窗口6的径向内侧开口部6c具有的内径与桥构件5的外径相同或者与其具有较小干涉。这使得能够执行将桥构件5插入桥窗口6中的操作而不使桥构件5倾斜，并且在塑性加工期间获得桥构件5的材料的平滑流动，因而能够防止在桥窗口6上生成过度应力。

进一步根据本实施例，螺母3和桥构件5在塑性加工之后被渗碳淬火并且以受控温度进行回火。使得能够消除高频回火处理，用于防止在将桥构件挤压至螺母期间生成裂纹等，因而降低制造成本。螺母3的表面通过渗碳淬火至58到64hrc(桥构件5：硬化至30至40hrc)而被硬化。当螺母3由包括0.30至0.35wt％的碳的中碳渗碳钢(诸如scm430或者scm435)形成时，能够降低用于渗碳淬火的热处理时间，还能抑制在表面中生成晶界氧化层。

已经参考优选实施例描述了本发明。显而易见地，通过阅读以及理解前述具体实施方式，本领域普通技术人员能够修改以及更改。由于它们落入了附随的权利要求或者其等同物的范围内，因此本发明旨在视为包括迄今为止的所有这种更改以及修改。

工业应用性

本发明的桥式滚珠丝杠能够应用至用于汽车的电气致动器的各种桥式滚珠丝杠。

附图标记的说明

1桥式滚珠丝杠

2螺纹轴

2a、3a螺纹槽

3螺母

4滚珠

5桥构件

5a连接凹槽

5b桥构件的外周表面

6桥窗口

6a、6b桥窗口的径向外侧开口部

6c桥窗口的径向内侧开口部

7滚珠传递部

8心轴

9突起

9a桥形成部

9b连接部

10上模

51、59滚珠丝杠

52螺纹轴

52a、53a、55a、56螺纹槽

53、55螺母

53b、58a循环凹槽

54、57滚珠

56a螺纹槽的表面

58桥构件

58b边界表面

60涂层

60a突出部

δ台肩