专利名称：滚柱丝杠的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使滚柱可滚动运动地夹设在丝杠轴与螺母部件之间的滚柱丝杠。
背景技术：
公开有使滚珠可滚动运动地夹设在丝杠轴与螺母部件之间的滚珠丝杠。滚珠夹设在形成于丝杠轴的外周面的螺旋状滚珠滚道槽、和形成于螺母部件的内周面的螺旋状负载滚珠滚道槽之间。若丝杠轴相对于螺母部件相对地旋转，则多个滚珠在丝杠轴的滚珠滚道槽及螺母部件的负载滚珠滚道槽上滚动。
若使用滚珠丝杠，则可减小使丝杠轴相对于螺母部件旋转时的摩擦系数，所以将其实际应用于工作机械的定位机构、进给机构、或自行车的转向装置等。但是，由于滚珠与该滚珠周围的丝杠轴的滚珠滚道槽、螺母部件的负载滚珠滚道槽之间的接触近似为点接触，所以存在施加于滚珠丝杠上的容许载荷不能很大的缺点。
为了使容许载荷变大，例如专利文献1、2那样，公开有滚柱丝杠，其使用了滚柱来代替滚珠。
专利文献1特开平11-210858号公报专利文献2实开平6-87764号公报滚柱丝杠多用于施加较大载荷的状态。对滚柱丝杠要求的性能中，作为不可欠缺的性能来说，列举有刚性。若在滚柱与滚柱滚道槽之间存在间隙、即松动，或即使不存在松动但刚性不足，则组装有滚柱丝杠的机械进行工作的点发生位移，从而缺少准确性。另外，在快速运转后停止时，机械发生振动很难稳定下来。
在滚动轴承领域，为了提高刚性，公开有施加预压的技术。关于使用滚柱作为滚动体的滚柱丝杠，例如如专利文献1和2所述方案的滚柱丝杠还没有制品化，对滚柱丝杠施加预压的技术也没有开发。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种滚柱丝杠，可根据滚柱丝杠的结构而适当施加预压，从而提高滚柱丝杠的刚性。
下面，对本发明进行说明。另外，为了容易理解本发明，用括号标注出附图标记，但是本发明并不限于图示的方式。
为了解决上述问题，发明的技术方案1的特征在于，具有丝杠轴(1)，在外周面形成有截面V字状的螺旋状滚柱滚道槽(1a)；螺母部件(2)，在内周面形成有与前述滚柱滚道槽(1a)对置的截面V字状的螺旋状负载滚柱滚道槽(2a)；多个滚柱(6)，收容在前述滚柱滚道槽(1a)与前述负载滚柱滚道槽(2a)之间；前述多个滚柱(6)具有滚柱α组，承受前述丝杠轴(1)的轴线方向的一方向((1))的载荷；滚柱β组，以在从前述滚柱的行进方向观察的状态下其轴线与前述滚柱α组正交的方式交叉排列，并承受与前述一方向相反的方向((2))的载荷；前述多个滚柱(6)，使用直径(D)比前述滚柱滚动的前述滚柱滚道槽的壁面(1a)、和与该壁面(1a)对置的前述滚柱滚动的负载滚柱滚道槽的壁面(2a)之间的距离还要大的所谓超尺寸的滚柱。
发明的技术方案2的特征在于，具有丝杠轴(1)，在外周面形成有截面V字状的螺旋状滚柱滚道槽(1a)；螺母部件(2)，在内周面形成有与前述滚柱滚道槽(1a)对置的截面V字状的螺旋状负载滚柱滚道槽(2a)；多个滚柱(6)，收容在前述滚柱滚道槽(1a)与前述负载滚柱滚道槽(2a)之间；前述螺母部件(2)的前述负载滚柱滚道槽(2a)具有中央槽(22)，其螺距比前述丝杠轴(1)的螺距(P1)要大；一对端部槽(23、24)，形成在中央槽(22)的两侧，其螺距与前述丝杠轴(1)的螺距(P1)相等。
发明的技术方案3的特征在于，具有丝杠轴(1)，在外周面形成有截面V字状的螺旋状滚柱滚道槽(1a)；螺母部件(2)，在内周面形成有与前述滚柱滚道槽(1a)对置的截面V字状的螺旋状负载滚柱滚道槽(2a)；多个滚柱(6)，收容在前述滚柱滚道槽(1a)与前述负载滚柱滚道槽(2a)之间；前述螺母部件(2)沿轴线方向分离成第1螺母部件(12)和第2螺母部件(12)，在前述第1螺母部件(12)与前述第2螺母部件(12)之间夹设垫片(13)，从而可分别对收容在前述第1螺母部件(12)内的多个第1螺母用滚柱(6)、及收容在前述第2螺母部件(12)中的多个第2螺母用滚柱(6)施加压缩载荷。
根据发明的技术方案1，通过施加预压，如上述那样，滚柱α组和滚柱β组两者承受载荷，所以承受载荷的滚柱数目加倍。因此，对于作用的外力，可有效地利用在螺母部件内存在的滚柱，并使负载分布，使得本来不承受载荷的滚柱也承受载荷，从而使刚性提高。与此相对，关于滚柱的直径，若使用比滚柱滚道槽的壁面与负载滚柱滚道槽的壁面之间的距离(规定尺寸)还小的滚柱，则承受轴线方向载荷的滚柱仅为α组或β组一方。因此，承受载荷的滚柱数目减半。
根据发明的技术方案2，通过施加预压，可得到刚性提高的滚柱丝杠。
根据发明的技术方案3，通过施加预压，可得到刚性提高的滚柱丝杠。
图1是表示本发明一实施方式的滚柱丝杠的剖视图。
图2是表示丝杠轴的侧视图。
图3是滚柱滚道槽与负载滚柱滚道槽的详细剖视图。
图4是表示由载荷和预压引起的位移关系的曲线图。
图5是表示返回管的图。
图6是表示夹设在滚柱间的隔板。
图7是表示本发明第2实施方式的滚柱丝杠的剖视图。
图8是本发明第3实施方式的螺母部件的俯视图。
图9是本发明第3实施方式的滚柱丝杠的放大剖视图。
附图标记说明1丝杠轴1a滚柱滚道槽2螺母部件2a负载滚柱滚道槽6滚柱22中央槽23、24端部槽
12、12分离螺母(第1螺母部件、第2螺母部件)13垫片具体实施方式
图1表示本发明一实施方式的滚柱丝杠。滚柱丝杠具有丝杠轴1，在外周面形成有螺旋状的滚柱滚道槽1a；螺母部件2，在内周面形成有与前述滚柱滚道槽1a对应的螺旋状的负载滚柱滚道槽2a，并且可相对旋转地安装到丝杠轴1上。在螺母部件2上，作为返回部件安装有返回管4，所述返回管将丝杠轴1的滚柱滚道槽1a与螺母部件2的负载滚柱滚道槽2a之间的负载滚柱滚道通路3的一端与另一端连接起来。在返回管4的内部，沿轴线方向形成有截面四边形的滚柱返回通路5，在本实施方式中为正方形的滚柱返回通路5。
在丝杠轴1的滚柱滚道槽1a与螺母部件2的负载滚柱滚道槽2a之间的负载滚柱滚道通路3、和返回管4内的滚柱返回通路5上，排列·收容有多个滚柱6。伴随着丝杠轴1相对于螺母部件2的相对旋转，螺母部件2相对于丝杠轴1沿丝杠轴1的轴线方向作相对直线运动。此时，滚柱6在滚柱滚道槽1a与负载滚柱滚道槽2a之间作滚动运动。滚动到负载滚柱滚道槽2a的一端的滚柱6被导入返回管4内的滚柱返回通路5中，并返回几个螺牙前的负载滚柱滚道槽2a的另一端。由此，滚柱6在由负载滚柱滚道通路3与滚柱返回通路5构成的滚柱循环通路中循环。
图2表示丝杠轴1。在丝杠轴1的外周，形成有具有规定的导程的螺旋状滚柱滚道槽1a。滚柱滚道槽1a的截面呈V字状，其开度角设为90度。螺纹可使用单线螺纹、双线螺纹、三线螺纹等各种螺纹，在本实施方式中使用双线螺纹。
图3表示丝杠轴1的滚柱滚道槽1a与螺母部件2的负载滚柱滚道槽2a的详细图。在螺母部件2上，形成有与滚柱滚道槽1a对置的螺旋状负载滚柱滚道槽2a。螺母部件2的负载滚柱滚道槽2a的截面也呈V字状，其开度角设为90度。丝杠轴1的滚柱滚道槽1a的螺距与螺母部件2的负载滚柱滚道槽2a的螺距在槽的全长范围内均相等。由滚柱滚道槽1a与负载滚柱滚道槽2a形成截面四边形、在本实施方式中为正方形的负载滚柱滚道通路3。在负载滚柱滚道通路3中，多个滚柱6交叉排列，以使在沿着负载滚柱滚道通路观察的状态下邻接的滚柱6的旋转轴7、8相互正交。
滚珠丝杠中，滚珠承受轴的轴线方向的一方向和与该一方向相反的另一方向的载荷。与此相对，滚柱6其周面被压缩在滚柱滚道槽1a的一方的壁面、和与该壁面对置的负载滚柱滚道槽2a的一方的壁面之间，由此承受载荷，所以只承受丝杠轴1的轴线方向的一方向的载荷。如本实施方式那样，通过将滚柱6交叉排列，可承受丝杠轴1的轴线方向的一方向(1)及另一方向(2)的载荷。将承受丝杠轴1的轴线方向的一方向(1)的载荷的滚柱称为α组，将承受另一方向(2)的载荷的滚柱称为β组。为使往复运动较好地平衡，优选α组的滚柱与β组的滚柱数目相同。
另外，在本实施方式中，滚柱α与滚柱β交替地以α、β、α、β、α、β、α、β......的方式排列，但是若存在滚柱α组与滚柱β组，则除此之外，还可以以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。
滚柱6的直径D比轴线方向的长度L要大。关于滚柱6的直径D，使用比滚柱滚道槽1a的壁面9、和与该壁面9对置的负载滚柱滚道槽2a的壁面10之间的距离还要大的所谓超尺寸的滚柱。因此，在负载滚柱滚道通路3内滚柱发生弹性变形，与之相称的载荷作为预压载荷而存在于螺母部件2的内部。由于滚柱6交叉配置在负载滚柱滚道通路3内，所以从滚柱6施加给螺母部件2的载荷作用于邻接的滚柱6、6相互排斥的方向。在初始状态下，在各滚柱6上作用有预压载荷A，上下左右方向载荷平衡。从该状态起，使轴线方向的载荷P作用于螺母部件2，螺母部件2沿轴线方向发生位移δ。由于螺母部件2的位移，使滚柱α组的各滚柱6的载荷相应地增加B，成为A+B，滚柱β组的各滚轮的载荷相应减少C，成为A-C。
图4详细表示它们的关系。由于插入超尺寸的滚柱6而施加预压，所以在初始状态下，滚柱α组的滚柱发生δ1的弹性变形，滚柱β组的滚柱发生δ2的弹性变形。此时产生的载荷为预压载荷A。因此，若作用轴线方向的载荷P而产生轴线方向的位移δ，则滚柱α组中位移沿着弹性位移线图而增加，滚柱β组中位移沿着弹性位移线图而减少。由此，作用于滚柱α组的载荷为A+B，作用于滚柱β组的载荷为A-C。因此，作用载荷P分成B和C，且改变方向而作用于滚柱α组和滚柱β组。即使该状态改变，内部载荷也必须平衡，所以用下式简略表示，(A+B)-(A-C)-P＝0∴B+C＝P。
施加预压使刚性提高，是因为承受载荷的滚柱数目增多，每个滚柱的载荷减少。若使用滚柱6的直径比规定尺寸还小的没有预压的滚柱，则承受轴线方向载荷的滚柱6仅为α组或β组一方。但是，通过施加预压，如上述那样，滚柱α组和滚柱β组两者承受载荷，所以承受载荷的滚柱数目加倍。因此，对于作用的外力，可有效地利用在螺母部件2内存在的滚柱6，并使负载分布，使得本来不承受载荷的滚柱6也承受载荷。
如图3所示，在丝杠轴1的滚轮滚道槽1a与螺母部件2的负载滚柱滚道槽2a的各槽底部上，沿着槽还形成避让槽1b、2b。在滚柱6的上表面与周围面之间的交叉部分、和底面与周围面之间的交叉部分上带有圆弧6a。由于滚柱6的轴线方向的尺寸L比滚柱6的直径要小，所以在滚动运动时，有时滚柱6偏移，滚柱6的圆弧6a与避让槽1b、2b接触。若在滚柱6上施加预压，则容易产生这种偏移现象。为了不在滚柱6偏移时产生阻力而妨碍滚柱6的旋转，将避让槽1b、2b的圆弧的半径设定得比滚柱的圆弧的半径更大。另外，通过形成避让槽1b、2b，使得不必切削加工V字槽的尖端，所以不用说也提高切削加工性。
图5表示安装在螺母部件2上的返回管4。在螺母部件2上，与用于循环的滚柱列对应地安装有多个返回管4。返回管4将负载滚柱滚道通路3的一端与另一端连接起来，使滚动到负载滚柱滚道通路3的一端的滚柱6返回到相距几个螺牙的负载滚柱滚道通路3的另一端。在返回管4的内部，沿着轴线方向形成截面正方形的滚柱返回通路5。该返回管4具有直线状延伸的中央部14、和从中央部的两侧大致90°折曲的一对端部15，其整体形状形成为门形。端部15包括曲率一定的圆弧部15a、和从圆弧部15a延伸的直线状的前端部15b。如图5(a)所示，前端部15b从丝杠轴1的侧方观察的状态下，向导程角方向且相互相反的方向倾斜。另外，如图5(c)所示，在从丝杠轴1的轴线方向观察的状态下，前端部15b朝向负载滚柱滚道通路的切线方向。在返回管4安装在螺母部件2上并且返回管4的中央部14沿水平方向配置的状态下，返回管4的端部的前端28延伸到包含丝杠轴1的轴线的水平面17上。
与交叉滚柱环那样的环状滚柱滚道通路相比，在螺旋状负载滚柱滚道通路3中滚柱6的轴线以导程角倾斜。为使滚柱顺利地循环，在滚柱6从负载滚柱滚道通路3导入到返回管4内时，或从返回管4内返回到负载滚柱滚道通路3时，滚柱6的姿势相当重要。通过使滚柱6以倾斜导程角的姿势从返回管4返回负载滚柱滚道通路3，从返回管4进入负载滚柱滚道通路3时，滚柱6的姿势不会发生变化(不会产生滚柱6的轴线倾斜即歪斜现象)，可使滚柱6顺利地返回负载滚柱滚道通路3。另外也可使滚柱6从负载滚柱滚道通路3顺利地导入返回管4内。
为了避免返回管4与丝杠轴1的螺纹牙之间的干涉，在前端部15b上，形成有沿滚柱6的轨道的中心线的拱形的切口18。从丝杠轴1的轴线方向观察，切口18的形状形成为圆弧形状。另外，在切口18的内侧，形成有在从丝杠轴1的轴线方向观察的状态下进入到螺纹牙的内部的滚柱引导部19。滚柱引导部19的位置处的、滚柱返回通路5的截面形状为四边形，在本实施方式中形成为正方形。由于设置滚柱引导部19，所以与返回管4的轴线正交的面上的滚柱返回通路5的截面形状形成为正方形的区间变长。因此，可使未形成截面正方形的滚柱返回通路5的间隙h减小，并使负载滚柱滚道通路3与滚柱返回通路5的截面连续。
图6表示夹设在滚柱6之间的隔板31。在隔板31的两端，形成有形状与相邻的滚柱6的外周面符合并且与滚柱6的外周面滑动自如地接触的曲面状凹部31a、31a。曲面状凹部31a、31a以可使滚柱交叉排列的方式形成，其曲率半径设定得比滚柱6的半径稍大一些。
图7表示本发明第2实施方式的滚柱丝杠。丝杠轴1、螺母部件2、滚柱6的基本结构与上述第1实施方式一样，所以赋予同一附图标记并省略其说明。在本实施方式中，螺母部件2的负载滚柱滚道槽2a的中央部分的中央槽22的一螺距P2设定得比丝杠轴的螺距P1稍大一些。另外，将中央槽22的两侧的端部槽23、24的螺距P3设定得与丝杠轴的螺距P1相等。
通过将螺母部件2的负载滚柱滚道槽2a如上述那样形成，而对端部槽23一侧的滚柱6施加图中(1)所示的预压载荷(压缩载荷)，并对端部槽24一侧的滚柱6施加图中(2)所示的预压载荷(压缩载荷)。通过对滚柱6施加预压载荷，可得到刚性高的滚柱丝杠。
滚柱6以邻接的滚柱的轴线正交的方式交叉配置。另外，虽然未图示，但是在丝杠轴1的滚柱滚道槽1a与螺母部件2的负载滚柱滚道槽2a之间滚动的滚柱6借助返回管循环。
图8及图9表示本发明第3实施方式的滚柱丝杠。图8表示螺母部件的俯视图，图9表示施加了预压载荷的滚柱丝杠的放大剖视图。在本实施方式中，螺母部件2的2个分离螺母12、12沿轴线方向分离，在2个分离螺母12、12之间夹设有垫片13。丝杠轴1、分离螺母12(相当于上述第1实施方式的螺母部件2)、滚柱6、返回管4的结构与上述第1实施方式的滚柱丝杠大致相同，所以施加同一附图标记，并省略其说明。
分离螺母12、12的各负载滚柱滚道槽2a的螺距与丝杠轴1的滚柱滚道槽1a的螺距相等。由于使垫片13夹设在分离螺母12、12之间，所以垫片13的两侧的负载滚柱滚道槽2a、2a之间的距离P2为P2＝n×P1+α1(α1垫片的厚度、P1负载滚柱滚道槽1a的螺距、n任意的整数)。由于丝杠轴1的负载滚柱滚道槽1a的螺距P1始终一定，所以通过夹设垫片13，而使垫片13的两侧的负载滚柱滚道槽2a、2a之间的距离P2扩大垫片13的厚度的量。由此，对一方的分离螺母12内的滚柱6施加图中(1)所示的预压载荷(压缩载荷)，并另一方的分离螺母12内的滚柱6施加图中(2)所示的预压载荷(压缩载荷)。通过对滚柱6施加预压载荷，可得到刚性高的滚柱丝杠。
在各个分离螺母12、12中，多个滚柱6以从滚柱的行进方向观察滚柱6的轴线朝向同一方向的方式排列，即所谓的平行排列。另外，为了能承受相互相反方向的预压载荷(1)、(2)，一方的分离螺母12内的滚柱6以相对于另一方的分离螺母12内的滚柱6，从滚柱6的行进方向观察的轴线正交的方式排列。另外，在各个分离螺母12、12中，在丝杠轴1的滚柱滚道槽1a与螺母部件2的负载滚柱滚道槽2a之间滚动的滚柱6借助返回管循环。另外，除此之外，在各个分离螺母12中，也可使滚柱6交叉排列，并使交叉排列的滚柱借助返回管循环。
另外，本发明的实施方式在不变更本发明的宗旨的范围内存在各种变更。例如，在本实施方式中，可通过返回管使滚柱循环，但是本发明也可用于不具有返回管并且不使滚柱循环这种类型的滚柱丝杠。
权利要求
1.一种滚柱丝杠，其特征在于，具有丝杠轴，在外周面形成有截面V字状的螺旋状滚柱滚道槽；螺母部件，在内周面形成有与前述滚柱滚道槽对置的截面V字状的螺旋状负载滚柱滚道槽；多个滚柱，收容在前述滚柱滚道槽与前述负载滚柱滚道槽之间；前述多个滚柱具有滚柱α组，承受前述丝杠轴的轴线方向的一方向的载荷；滚柱β组，以在从前述滚柱的行进方向观察的状态下其轴线与前述滚柱α组正交的方式交叉排列，并承受与前述一方向相反方向的载荷；前述多个滚柱，使用直径比前述滚柱滚动的前述滚柱滚道槽的壁面、和与该壁面对置且前述滚柱滚动的负载滚柱滚道槽的壁面之间的距离还要大的所谓超尺寸的滚柱。
2.一种滚柱丝杠，其特征在于，具有丝杠轴，在外周面形成有截面V字状的螺旋状滚柱滚道槽；螺母部件，在内周面形成有与前述滚柱滚道槽对置的截面V字状的螺旋状负载滚柱滚道槽；多个滚柱，收容在前述滚柱滚道槽与前述负载滚柱滚道槽之间；前述螺母部件的前述负载滚柱滚道槽具有中央槽，其螺距比前述丝杠轴的螺距要大；一对端部槽，形成在中央槽的两侧，其螺距与前述丝杠轴的螺距相等。
3.一种滚柱丝杠，其特征在于，具有丝杠轴，在外周面形成有截面V字状的螺旋状滚柱滚道槽；螺母部件，在内周面形成有与前述滚柱滚道槽对置的截面V字状的螺旋状负载滚柱滚道槽；多个滚柱，收容在前述滚柱滚道槽与前述负载滚柱滚道槽之间；前述螺母部件沿轴线方向分离成第1螺母部件和第2螺母部件，在前述第1螺母部件与前述第2螺母部件之间夹设垫片，从而可分别对收容在前述第1螺母部件内的多个第1螺母用滚柱、及收容在前述第2螺母部件中的多个第2螺母用滚柱施加压缩载荷。
全文摘要
滚柱丝杠具有丝杠轴(1)，在外周面形成有螺旋状滚柱滚道槽(1a)；螺母部件(2)，在内周面形成有与滚柱滚道槽对置的螺旋状负载滚柱滚道槽(1a)；多个滚柱(6)，收容在滚柱滚道槽(1a)与负载滚柱滚道槽(2a)之间；多个滚柱(6)交叉排列，另外，关于多个滚柱(6)的直径(D)，使用比规定尺寸大的超尺寸的滚柱。根据这样的滚柱丝杠，可对应于滚柱丝杠的结构而施加适当的预压，因此可提高滚柱丝杠的刚性。
文档编号F16H25/22GK1871460SQ20048003079
公开日2006年11月29日 申请日期2004年9月6日 优先权日2003年10月20日
发明者寺町彰博, 道冈英一, 丹羽宏, 西村健太郎 申请人:Thk株式会社