專利名稱：滾柱絲杠及滾柱絲杠的無負載滾柱返回通路的設計方法
技術領域：
本發明涉及一種在絲杠軸和螺母之間夾設有可滾動運動的滾柱的滾 柱絲杠及該滾柱絲杠的無負載滾柱返回通路的設計方法。
背景技術：
由于在絲杠軸和螺母之間夾設有可滾動運動的滾柱的滾柱絲杠可降 低絲杠軸相對于螺母旋轉時的摩擦系數，因此，在機床 機器人的定位機 構、進給機構、或汽車的轉向裝置等中被廣泛應用。
近年，為增大許用載荷，開發了用滾柱代替滾珠的滾柱絲杠。滾柱絲 杠由絲杠軸、螺母及多個滾柱構成，所述絲杠軸在外周面具有螺旋狀的滾 柱滾道部，所述螺母在螺母的內周面具有與絲杠軸的滾柱滾道部對置的螺 旋狀的負載滾柱滾道部，所述多個滾柱夾設在絲杠軸和螺母之間并可滾動 運動。滾柱伴隨螺母相對于絲杠軸的相對旋轉而在絲杠軸和螺母之間滾動 運動。滾動到螺母的負載滾柱滾道部的一端的滾柱被導入設于螺母的無負 載滾柱返回通路內。并經由無負載滾柱返回通路再次返回負載滾柱滾道的 另一端。
滾珠能夠在四面八方的任一方向滾動。但是，滾柱的滾動方向被限定 于一個方向。為了使滾柱從無負載滾柱返回通路向負載滾柱滾道順利地轉 移，則需要在無負載滾柱返回通路和負載滾柱滾道的連接部分，使在無負 載滾柱返回通路內的滾柱的姿勢與在負載滾柱滾道內的滾柱的姿勢一致。
根據該要求，如圖18及圖19所示，扭曲無負載滾柱返回通路51的中途， 使在無負載滾柱返回通路51中移動時滾柱52的姿勢改變(使滾柱52的 中心軸傾斜)(例如參照專利文獻l)。并且，無負載滾柱返回通路51的截 面形狀形成為與沿滾柱52的中心軸的滾柱52的截面形狀相似的四邊形。 專利文獻1:日本特開平11-210858號公報。
發明內容
如圖20所示，發明者為了使無負載滾柱返回通路的截面形狀形成為 與滾柱53的截面形狀相似的四邊形，掃描滾柱53的截面來設計無負載滾 柱返回通路。具體的是，將無負載滾柱返回通路的滾柱53的中心軸的移 動軌跡設計為帶狀的面的形狀，并使帶狀的面的形狀的移動軌跡54扭曲。 并且，使該帶狀的面的形狀的移動軌跡54平行移動滾柱直徑加上間隙的 距離來設計無負載滾柱返回通路的壁面55。最初打算在這樣設計的無負載 滾柱返回通路內以游隙少的狀態收容滾柱53。
但是，將無負載滾柱返回通路的截面形狀作成與沿滾柱53的中心軸 的截面形狀相似的四邊形，滾柱53與無負載滾柱返回通路的壁面55干涉。 干涉的原因是，位于圓筒形狀的滾柱53的外形線56的前后的突起57、58。 僅掃描滾柱53的截面，只是以包括滾柱53的外形線56的一個截面捕獲 滾柱53的形狀，并沒有考慮滾柱53的外形線56的前后部分的突起。當 為了消除干涉而相似地擴大無負載滾柱返回通路的截面形狀時，反使滾柱 53的游隙變大。這種滾柱的游隙會導致滾柱的循環不良。
雖然開發了滾柱絲杠，但是并沒有被產品化。原因在于當實際試作時， 很難使滾柱順利移動。認為上述的無負載滾柱返回通路的現有的設計方法 也成為妨礙滾柱順利循環的主要原因。
因此，本發明的目的在于提供一種能夠使滾柱順利移動的無負載滾柱 返回通路的新形狀，以及滾柱絲杠的無負載滾柱返回通路的新的設計方 法。 .
以下對本發明進行說明。為使本發明容易理解，將附圖的參照符號標 上括號，但本發明并不由此而限定于圖示的方式。
為解決上述課題，技術方案1所述的發明提供一種滾柱絲杠，包括 絲杠軸(1)，其在外周面具有螺旋狀的滾柱滾道部(la);螺母(2、 36)， 其在內周面具有與所述滾柱滾道部(la)對置的螺旋狀的負載滾柱滾道部 (2a、 36a)，并具有連接所述負載滾柱滾道部(2a、 36a)的一端和另一端 的無負載滾柱返回通路(10、 32);以及多個滾柱(4)，其并行排列在滾 柱循環路徑中，使相鄰滾柱(4)的軸線保持大致平行，所述滾柱循環路 徑由所述滾柱滾道部(la)和所述負載滾柱滾道部(2a、 36a)之間的負載滾柱滾道(9)及所述無負載滾柱返回通路(10、 32)構成，所述滾柱絲
杠的特征在于，所述無負載滾柱返回通路(10、 32)的長度方向的至少一 部分(10a、 32a)被扭曲，以使所述滾柱(4)在無負載滾柱返回通路(10、 32)中移動時所述滾柱(4)的中心軸(13)傾斜，并且，在所述無負載 滾柱返回通路(10、 32)的被扭曲的部分的截面形狀中，與所述滾柱(4)
的側面對置的一對側面對應部(25c、 25d)分別朝向所述無負載滾柱返回 通路(10、 32)的內側形成為凸形狀。
技術方案2所述的發明提供一種滾柱絲杠，包括絲杠軸(1)，其在 外周面具有螺旋狀的滾柱滾道部(la);螺母(2、 36)，其在內周面具有 與所述滾柱滾道部(la)對置的螺旋狀的負載滾柱滾道部(2a、 36a)，并 具有連接所述負載滾柱滾道部(2a、 36a)的一端和另一端的無負載滾柱 返回通路(10、 32);以及多個滾柱(4)，其并行排列在滾柱循環路徑中， 使相鄰滾柱(4)的軸線保持大致平行，所述滾柱循環路徑由所述滾柱滾 道部(la)和所述負載滾柱滾道部(2a、 36a)之間的負載滾柱滾道(9) 及所述無負載滾柱返回通路(10、 32)構成，所述滾柱絲杠的特征在于， 所述無負載滾柱返回通路(10、 32)的長度方向的至少一部分(10a、 32a) 被扭曲，以使所述滾柱(4)在無負載滾柱返回通路(10、 32)中移動時 所述滾柱(4)的中心軸(13)傾斜，并且，在所述無負載滾柱返回通路
(10、 32)的被扭曲的部分的截面形狀中，與所述滾柱(4)的端面對置 的一對端面對應部(25a、 25b)分別朝向所述無負載滾柱返回通路(10、 32)的外側形成為凸形狀。
技術方案3所述的發明提供一種滾柱絲杠，包括絲杠軸(1)，其在 外周面具有螺旋狀的滾柱滾道部(la);螺母(2、 36)，其在內周面具有 與所述滾柱滾道部(la)對置的螺旋狀的負載滾柱滾道部(2a、 36a)，并 具有連接所述負載滾柱滾道部(2a、 36a)的一端和另一端的無負載滾柱 返回通路(10、 32);以及多個滾柱(4)，其并行排列在滾柱循環路徑中， 使相鄰滾柱(4)的軸線保持大致平行，所述滾柱循環路徑由所述滾柱滾 道部(la)和所述負載滾柱滾道部(2a、 36a)之間的負載滾柱滾道(9) 及所述無負載滾柱返回通路(10、 32)構成，所述滾柱絲杠的特征在于， 所述無負載滾柱返回通路(10、 32)的長度方向的至少一部分(10a、 32a)被扭曲，以使所述滾柱(4)在無負載滾柱返回通路(10、 32)中移動時 所述滾柱(4)的中心軸(13)傾斜，在所述無負載滾柱返回通路(10、 32)的被扭曲的部分的截面形狀中，與所述滾柱(4)的側面對置的一對 側面對應部(25c、 25d)分別朝向所述無負載滾柱返回通路(10、 32)的 內側形成為凸形狀，并且，在所述無負載滾柱返回通路(10、 32)的被扭 曲的部分的截面形狀中，與所述滾柱(4)的端面對置的一對端面對應部 (25a、 25b)分別朝向所述無負載滾柱返回通路(10、 32)的外側形成為 凸形狀。
技術方案4所述的發明在技術方案1至3中任一項所述的滾柱絲杠的 基礎上，其特征在于，與所述負載滾柱滾道(9)連接的所述無負載滾柱 返回通路(10、 32)的兩端部的截面形狀形成為與沿所述滾柱(4)的中 心軸(13)的截面形狀相似的四邊形。
技術方案5所述的發明在技術方案4所述的滾柱絲杠的基礎上，其特 征在于，所述無負載滾柱返回通路(10、 32)的所述兩端部使所述滾柱(4) 保持相同的姿勢沿直線狀軌道移動。
技術方案6所述的發明在技術方案1至5中任一項所述的滾柱絲杠的 基礎上，其特征在于，所述無負載滾柱返回通路(10、 32)由使滾柱(4) 沿直線狀軌道移動的直線通路(10a、 32a)與使滾柱(4)沿曲線狀軌道 移動的方向轉換路(10b、 32b)組合而成，所述無負載滾柱返回通路(10、 32)的所述直線通路(10a、 32a)被扭曲，以使所述滾柱(4)在所述直 線通路(10a、 32a)中移動時所述滾柱(4)的中心軸(13)傾斜，所述 無負載滾柱返回通路(10、 32)的所述方向轉換路(10b、 32b)未被扭曲， 以使所述滾柱(4)在所述方向轉換路(10b、 32b)中移動時所述滾柱(4) 的中心軸(13)不會傾斜。
技術方案7所述的發明提供一種滾柱絲杠的無負載滾柱返回通路的設 計方法，所述滾柱絲杠包括絲杠軸(1)，其在外周面具有螺旋狀的滾柱 滾道部(la);螺母(2、 36)，其在內周面具有與所述滾柱滾道部(la) 對置的螺旋狀的負載滾柱滾道部(2a、 36a)，并具有連接所述負載滾柱滾 道部(2a、 36a)的一端和另一端的無負載滾柱返回通路(10、 32);以及 多個滾柱(4)，其排列在由所述滾柱滾道部(la)和所述負載滾柱滾道部(2a、 36a)之間的負載滾柱滾道(9)及所述無負載滾柱返回通路(10、 32)構成的滾柱循環路徑中，所述滾柱絲杠的無負載滾柱返回通路的設計 方法的特征在于，其包括將在所述無負載滾柱返回通路(10、 32)中的 所述滾柱(4)的中心點的移動軌跡(17、 18)設計成線形的線設計工序； 使所述滾柱(4)的中心軸(13)沿所述線形的移動軌跡(17、 18)移動， 將所述滾柱(4)的中心軸(13)的移動軌跡(20)設計為帶狀的面的形 狀，并使所述帶狀的面的形狀的移動軌跡(20)的長度方向的至少一部分 扭曲的面設計工序；以及使滾柱(4)沿所述帶狀的面的形狀的移動軌跡
(20)移動來設計所述無負載滾柱返回通路(10、 32)的無負載滾柱返回 通路設計工序。
技術方案8所述的發明在技術方案7所述的滾柱絲杠的無負載滾柱返 回通路的設計方法的基礎上，其特征在于，在所述無負載滾柱返回通路設 計工序中，利用比實際使用的滾柱(4)的直徑及高度稍大的假想滾柱(21)。
根據技術方案1至3中任一項所述的發明，無負載滾柱返回通路的截 面形狀并不是與沿滾柱的中心軸的截面形狀相似的四邊形，而成為滾柱的 移動軌跡的截面形狀。由此，獲得具有滾柱能夠通過的最小限度的間隙的 無負載滾柱返回通路。
根據技術方案4所述的發明，通過使無負載滾柱返回通路的兩端部的 截面形狀與負載滾柱滾道的截面形狀近似，能夠使滾柱從無負載滾柱返回 通路向負載滾柱滾道順利地轉移。
根據技術方案5所述的發明，能夠使滾柱從無負載滾柱返回通路向負 載滾柱滾道更加順利地轉移。
根據技術方案6所述的發明，由于并不使滾柱沿曲線狀的軌道移動的 方向轉換路扭曲，因此，能夠防止在方向轉換路中，滾柱發生傾斜而使滾 柱活動性變差。
根據技術方案7或8所述的發明，能夠使無負載滾柱滾道的截面形狀 并不是與沿滾柱的中心軸的截面形狀相似的四邊形，而是設定為滾柱的移 動軌跡的截面形狀。
圖1是表示本發明的第一實施方式的滾柱絲杠的立體圖。
圖2是上述滾柱絲杠的分解立體圖。
圖3是表示在負載滾柱滾道中排列的滾柱的立體圖。
圖4是表示絲杠軸的側視圖。
圖5是表示螺母的圖(圖中(A)表示主視圖，(B)表示剖視圖，(C) 表示后視圖)。
圖6是表示滾柱中心點移動軌跡的圖(圖中(A)表示從絲杠軸的軸 線方向看的移動軌跡，(B)表示從絲杠軸的側方看的移動軌跡)。
圖7是表示滾柱的中心軸的移動軌跡的圖。
圖8是表示沿移動軌跡移動的假想滾柱的圖。
圖9是表示假想滾柱的集合的圖。
圖IO是表示設計的無負載滾柱返回通路的壁面的圖。
圖11是表示設計的無負載滾柱返回通路的直線通路的圖。
圖12是表示設計的無負載滾柱返回通路的直線通路的圖。圖13是表示無負載滾柱返回通路的截面形狀的圖(圖(A)表示形成 為長方形的示例，圖(B)表示形成為不規則的四邊形的示例)。
圖14是表示無負載滾柱返回通路的截面形狀的圖。
圖15是表示本發明的第二實施方式的滾柱絲杠的螺母的圖。
圖16是螺母的俯視圖。
圖17是螺母的剖視圖。
圖18是現有的滾柱絲杠的剖視圖。
圖19是表示現有的滾柱絲杠的被扭曲的無負載滾柱返回通路的圖。 圖20是表示無負載滾柱返回通路與滾柱的干涉的圖。 圖中la-滾柱滾道槽(滾柱滾道部)，l-絲杠軸，2、 36-螺母，2a、 36a-負載滾柱滾道槽(負載滾柱滾道部)，4-滾柱，7-直線通路結構構件(循 環構件)，8-方向轉換路結構構件(循環構件)，9-負載滾柱滾道，10、 32-無負載滾柱返回通路，10a、 32a-直線通路，10b、 32b-方向轉換路，13、 13a、 13b-中心軸，16、 17、 18-線形的移動軌跡，20-面的形狀的移動軌跡， 21-假想滾柱，24-無負載滾柱返回通路的截面形狀，25a、 25b-端面對應部，25c、 25d-側面對應部，33-回管(循環構件)，38、 39、 40-線形的移動軌跡。
具體實施例方式
以下基于附圖對本發明的實施方式進行詳細說明，圖l及圖2表示本 發明的一實施方式的滾柱絲杠。
圖l表示滾柱絲杠的立體圖。滾柱絲杠具備絲杠軸l，其在外周面
形成有螺旋狀的作為滾柱滾道部的滾柱滾道槽la;螺母2，其在內周面形 成有與滾柱滾道槽la對置的螺旋狀的作為負載滾柱滾道部的負載滾柱滾 道槽2a。在絲杠軸1的滾柱滾道槽la和螺母2的負載滾柱滾道槽2a之間 的負載滾柱滾道中排列有多個滾柱4。在滾柱4之間夾設有防止滾柱彼此
接觸的隔環(y亍一于)5。為了防止在絲杠軸1的表面附著的異物進入
螺母2的內部，以及為了防止潤滑油從螺母2內部泄露而在螺母2的軸線 方向的兩端安裝密封構件6。
如圖2所示，在螺母2上安裝有循環構件7、 8。在循環構件7、 8形 成有連接螺母2的負載滾柱滾道槽2a的一端和另一端的無負載滾柱返回 通路10。當使螺母2相對于絲杠軸1相對地旋轉時，多個滾柱4在滾柱滾 道槽la和負載滾柱滾道槽2a之間的負載滾柱滾道9中滾動運動。滾動到 負載滾柱滾道9的一端的滾柱4經由循環構件7、 8的無負載滾柱返回通 路10后，返回到幾圈前的負載滾柱滾道9的另一端。
循環構件7、 8由直線通路結構構件7和設于直線通路結構構件7的 兩端的一對方向轉換路結構構件8構成。在螺母2上形成有與絲杠軸1的 軸線平行延伸的貫通孔11，在該貫通孔11插入有管狀的直線通路結構構 件7。在直線通路結構構件7上形成有使滾柱沿直線狀的軌道移動的直線 通路10a。直線通路10a與絲杠軸1的軸線平行地直線狀延伸。
在螺母2的軸線方向兩端面安裝有方向轉換路結構構件8。在方向轉 換路結構構件8上形成有使滾柱沿曲線狀如圓弧狀的軌道移動的方向轉換 路10b。方向轉換路結構構件8被二分割為圓弧狀的軌道的外周側8a和內 周側8b。這些方向轉換路結構構件8的外周側8a及內周側8b分別具有凸 緣部。使方向轉換路結構構件8的外周側8a及內周側8b重合并定位在螺母2的端面，用螺栓等固定裝置將凸緣部固定在螺母2的端面。由于直線 通路結構構件7的兩端嵌入方向轉換路結構構件8，因此，通過將方向轉
換路結構構件8固定在螺母2上，直線通路結構構件7也被固定在螺母2上。
圖3表示在負載滾柱滾道9中排列的滾柱4a、 4b。在該圖中，為表示 在負載滾柱滾道中排列的滾柱4a、 4b而使螺母2透明。滾柱絲杠有兩條 螺紋。即，在絲杠軸1的外周面形成有兩條螺旋狀的滾柱滾道槽la，在螺 母2的內周面也形成有兩條螺旋狀的負載滾柱滾道槽2a。并為能夠對應兩 條滾道槽而在螺母2上也安裝兩組循環構件7、 8。
在兩條負載滾柱滾道9中的一條負載滾柱滾道9中，排列有能夠承受 絲杠軸1軸線方向的一個方向(1)的載荷的滾柱4a。多個滾柱4a并行排 列在該負載滾柱滾道9中，使相鄰滾柱4a的軸線保持大致平行。在圖3 中僅示出每圈有一個滾柱4a，但實際上沿負載滾柱滾道的全周充填有多個 滾柱4a。在剩余的一條負載滾柱滾道9中排列有能承受絲杠軸1的軸線方 向的相反方向(2)的載荷的滾柱4b。多個滾柱4b并行排列在該負載滾柱 滾道9中，使相鄰滾柱4b的軸線實質地保持平行。
此外，在該實施方式中，為能承受絲杠軸的軸線方向的兩個方向的載 荷而將滾柱絲杠設定為兩條螺紋，但是，在僅承受絲杠軸的軸線方向的一 方的載荷即可的情況下，也可以將滾柱絲杠設定為一條螺紋，并且，除此 之外也可以設定為三條螺紋。
如圖3所示，在負載滾柱滾道中，滾柱4a、 4b的中心軸13a、 13b通 過絲杠軸1的軸線。即使滾柱4a、 4b在絲杠軸1的周圍的任一位置，滾 柱4a、 4b的中心軸13a、 13b都通過絲杠軸1的軸線。由此，能夠防止滾 柱4a、 4b在負載滾柱滾道9中移動時滾柱4a、 4b傾斜而引起偏斜。由于 滾柱4a、 4b以這種姿勢排列在負載滾柱滾道9中，因此嚴格地說，相鄰 的滾柱4a彼此或滾柱4b彼此的軸線并不平行。但是，由于相鄰的滾柱4a 彼此或滾柱4b彼此的軸線接近平行，因此可以說是大致平行。
圖4表示絲杠軸1。在絲杠軸1的外周面形成有具有規定導程的截面 大致V字形狀的兩條螺旋狀的滾柱滾道槽la。在一條滾柱滾道槽la中并 行排列有能夠負載絲杠軸1的軸線方向的一個方向(1)的載荷的滾柱4a，在另一條滾柱滾道槽la中并行排列有能夠負載絲杠軸1的軸線方向的相
反方向(2)的載荷的滾柱4b。
圖5表示螺母2。在螺母2上形成有與絲杠軸1的滾柱滾道槽la對置 并具有規定的導程的截面大致V字形狀的兩條螺旋狀的負載滾柱滾道槽 2a。在螺母2上開設有用于插入直線通路結構構件7的貫通孔11。在螺母 2的端面形成有用于安裝方向轉換路結構構件8的凹部15。由于在該實施 方式中滾柱絲杠為兩條，因此，在螺母上安裝有兩組循環構件7、 8。
圖6表示在一條負載滾柱滾道及無負載滾柱返回通路中移動的滾柱的 中心點的移動軌跡。圖6 (A)表示從絲杠軸1的軸線方向看的移動軌跡， 圖6 (B)表示從絲杠軸1的側方看的移動軌跡。在負載滾柱滾道9中， 滾柱4的中心點的移動軌跡16的形狀是，在絲杠軸1的螺旋狀的滾柱滾 道槽la或螺母2的負載滾柱滾道槽2a的形狀上加上滾柱4的半徑而形成。 由此，移動軌跡16從絲杠軸1的軸線方向看時為半徑為RCD/2的圓形狀， 從絲杠軸1的側方看時為螺旋形狀。
如果掌握了在負載滾柱滾道9中的滾柱4的中心點的螺旋狀的移動軌 跡16，則將該中心點的移動軌跡16的兩端沿切線方向延伸。在無負載滾 柱返回通路10的直線通路10a中，滾柱4的中心點的移動軌跡17成為與 絲杠軸1的中心線lb平行的直線。將沿切線方向延伸的移動軌跡16和在 直線通路10a的移動軌跡17用曲線狀例如曲率半徑為R的圓弧連接，從 而獲得在方向轉換路10b中的滾柱4的中心點的移動軌跡18。由此，能夠 將無負載滾柱返回通路10中的滾柱4的中心點的移動軌跡17、 18設計為 線形。
下面，如圖7所示，使滾柱4的中心軸13沿線形的中心點的移動軌 跡16 18移動，將滾柱4的中心軸13的移動軌跡設計為帶狀的面的形狀。 在該圖中，Al、 A5為無負載滾柱返回通路10的兩端部的區域，A2、 A4 為方向轉換路10b的區域，A3為直線通路10a的區域。為了使滾柱從無 負載滾柱返回通路10向負載滾柱滾道9順利地移動，需要使在無負載滾 柱返回通路10的兩端部的滾柱4的姿勢與在負載滾柱滾道9內的滾柱4 的姿勢一致。并且，在并行排列滾柱4的情況下，需要不使滾柱4反轉即 可返回負載滾柱滾道9。根據這些要求，使無負載滾柱返回通路10的長度方向的至少一部分扭曲，以使在無負載滾柱返回通路10中移動時的滾柱4
的中心軸傾斜。在該實施方式中，使直線通路10a扭曲，并使滾柱4的中 心軸在直線通路10a的入口和出口傾斜約90度。由此，在直線通路10a 的區域A3，滾柱4的中心軸的移動軌跡20成為被扭曲的帶狀的面的形狀。 該直線通路10a的扭曲率(滾柱4的移動距離與滾柱4的中心軸的傾斜角 度之比) 一定。
在方向轉換路10b的區域A2、 A4中，滾柱4的中心軸的移動軌跡20 未被扭曲。這是為了防止當滾柱4沿圓弧狀的軌道移動時，滾柱4的中心 軸傾斜而使滾柱4的活動性變差。在方向轉換路10b中，移動軌跡20呈 將帶沿圓弧彎折的形狀。
即使在無負載滾柱返回通路10的兩端部的與負載滾柱滾道9連接的 部分的區域A1-1、 A5-l中，滾柱4的中心軸的移動軌跡20也未被扭曲。 在該區域Al-l、 A5-l中，無負載滾柱返回通路10的兩端部使滾柱保持相 同姿勢沿直線狀軌道移動。另一方面，在與方向轉換路10b連接的部分的 區域Al-2、 A5-2中，為與方向轉換路10b相連，滾柱4的中心軸的移動 軌跡20被扭曲。在區域Al-2、 A5-2中，滾柱4的中心軸的移動軌跡20 成為被扭曲的帶狀的面的形狀。
以上所述的A1 A5的區域為無負載滾柱返回通路10的區域。無負 載滾柱返回通路10形成于在螺母2上安裝的循環構件7、 8。在該無負載 滾柱返回通路10中，在滾柱4的周圍有微小的間隙，滾柱4被后續的滾 柱推壓而移動。另一方面，A1 A5的區域以外的螺旋狀區域為負載滾柱 滾道9的區域。這里，滾柱4被夾在絲杠軸1的滾柱滾道槽la和螺母2 的負載滾柱滾道槽2a之間而承受載荷。滾柱4伴隨絲杠軸1相對于螺母2 的相對旋轉而滾動運動，并以螺旋狀移動。
嚴格地說，在負載滾柱滾道9的端部，為了使滾柱4從負載滾柱滾道 9向無負載滾柱返回通路10、或從無負載滾柱返回通路10向負載滾柱滾 道9的轉移順利進行，在螺母2的負載滾柱滾道槽2a設置有凸起。如果 設置凸起，則當從負載滾柱滾道9向無負載滾柱返回通路轉移時，滾柱4 在負載滾柱滾道9的端部所承受的載荷被逐漸釋放，滾柱4最終不承受載 荷。在本實施方式中，設有這種凸起的部分也稱作負載滾柱滾道9。下面，如圖8所示，使假想滾柱21沿帶狀的面的形狀的移動軌跡20 移動來設計無負載滾柱返回通路10。這里，利用比實際使用的滾柱4直徑 及高度稍大的假想滾柱21。并且，使假想滾柱21沿移動軌跡20移動(更 詳細的是，使假想滾柱21緩慢移動，使假想滾柱21的中心軸與線形的移 動軌跡17、 18正交，且假想滾柱21的中心軸位于被扭曲的帶狀的面內)。 可知在使假想滾柱21移動(例如從(1)移動到(2))時假想滾柱21的 中心軸傾斜。圖9表示緩慢移動的假想滾柱21的集合。如該圖9所示， 使具有體積的假想滾柱21移動而獲得掃描曲面22。并且，如圖10所示， 根據圖9的掃描曲面22作出無負載滾柱返回通路的壁面23。
圖11及圖12表示根據上述的設計方法而設計的無負載滾柱返回通路 10的直線通路10a。當剖開直線通路10a的截面(更準確的是與滾柱4的 中心點的線的移動軌跡17正交的面內的截面)時，其截面形狀24并不是 四邊形，而是呈鼓狀特征的形狀。
圖13表示現有的無負載滾柱返回通路的截面形狀與本實施方式的無 負載滾柱返回通路10的直線通路10a的截面形狀的比較。如圖13 (A) 所示，現有的無負載滾柱返回通路的截面形狀為與沿滾柱4的中心線的滾 柱4的截面形狀相似的四邊形，例如形成為長方形。與之相對，在本實施 方式的無負載滾柱返回通路10的直線通路10a的截面形狀中，與滾柱4 的側面對置的一對側面對應部25c、 25d分別朝向無負載滾柱返回通路10 的內側形成為凸形狀。更詳細的是，側面對應部25c、 25d的中央部28最 凹，從中央部28向端部27 (圖中左右端部)凹度逐漸變淺。另外，與滾 柱4的端面對置的一對端面對應部25a、 25b分別朝向無負載滾柱返回通 路10的外側形成為凸形狀。更詳細的是，端面對應部25a、 25b的中央部 26向外側突起最大，從中央部26向端部27 (圖中上下的端部)突起逐漸 變小。端面對應部25a、 25b及側面對應部25c、 25d的凸形狀可以由曲線 構成，也可以由組合多個線段而成的多邊形構成。
如圖14所示，實際的是，側面對應部25c、 25d的中央部28的凹度 極其微小，側面對應部25c、 25d的中央部28之間的距離Ll與側面對應 部25c、 25d的端部27的距離L2的差值微小。
無負載滾柱返回通路10的兩端部(與負載滾柱滾道9連接的區域Al-l、 A5-l)的截面形狀形成為與沿滾柱4的中心軸的截面形狀相似的四 邊形。負載滾柱滾道9的截面形狀為與沿滾柱4的中心軸的截面形狀相同 的四邊形。通過將無負載滾柱返回通路10的兩端部的截面形狀與負載滾 柱滾道9的截面形狀近似，能夠使滾柱4從無負載滾柱返回通路10向負 載滾柱滾道9順利地轉移。
圖15表示本發明的第二實施方式的滾柱絲杠的螺母。在該實施方式 中，用回管方式的滾柱絲杠代替所謂端蓋方式的滾柱絲杠。本發明也能夠 適用使用回管方式的滾柱絲杠。
在回管方式的滾柱絲杠中，無負載滾柱返回通路32形成在回管33內。 回管33由主體部34和一對腳部35構成，所述主體部34形成有無負載滾 柱返回通路32的方向轉換路32b，所述一對腳部35形成有直線通路32a。 滾柱絲杠與上述第一實施方式的滾柱絲杠同樣地為兩條螺紋。回管33雖 然也安裝于螺母36的上下兩個部位，但在該實施方式中省略了下側的回
方向轉換路32b只是使滾柱沿圓弧狀的軌道移動，并沒被扭曲。在方 向轉換路32b中，滾柱的中心軸始終朝向水平方向。方向轉換路32b的截 面形狀形成為與沿滾柱的中心軸的截面形狀相似的四邊形。
另一方面，腳部35的直線通路32a被扭曲。為了不使經由無負載滾 柱返回通路32的滾柱反轉(不改變滾柱承受的載荷的方向)即可返回負 載滾柱滾道，必須使一對腳部35的扭轉角度合計為90度。為使在螺母36 的負載滾柱滾道槽36a內的滾柱的姿勢與在方向轉換路32b內的姿勢一 致， 一方的腳部35被扭曲約10度。為了不使在方向轉換路32b內的滾柱 反轉即可返回螺母36的負載滾柱滾道槽36a，剩下的腳部35被扭曲約80 度。
圖16表示螺母的俯視圖，圖17表示螺母的剖視圖。在螺母36上開 設有延伸到負載滾柱滾道槽36a的一對貫通孔37。在該一對貫通孔37插 入有回管33的一對腳部35。在回管方式的滾柱絲杠中，螺母36的負載滾 柱滾道槽36a的端部在與螺母36的中心線36b平行的水平面內終止。
無負載滾柱返回通路32與端蓋方式的滾柱絲杠同樣地被如下設計。 首先，使在負載滾柱滾道中的滾柱的中心點的螺旋狀的移動軌跡38的兩端沿切線方向延伸。并且，使沿該切線方向延伸的移動軌跡39與在方向
轉換路32b中的滾柱的中心點的圓弧狀的移動軌跡用垂直線40 (參照圖 15)連接。優選使沿切線方向延伸的移動軌跡39與方向轉換路32b的移 動軌跡直接相連。在如果使移動軌跡39沿切線方向延伸則會突破腳部35 的情況下，設置垂直線40。
然后，使滾柱的中心軸沿線形的移動軌跡39、 40移動，從而使滾柱 的中心軸的移動軌跡成為帶狀的面的形狀，并使帶狀的面的形狀的移動軌 跡在腳部35內扭曲。并且，使滾柱沿帶狀的面的形狀的移動軌跡移動來 設計無負載滾柱返回通路32。在設計的無負載滾柱返回通路中，被扭曲的 直線通路的截面形狀成為如圖13 (B)所示的不規則的四邊形。沒有被扭 曲的方向轉換路32b以及兩端部的截面形狀成為與如圖13 (A)所示的滾 柱截面形狀相似的四邊形。
本發明并不限定于上述實施方式，能夠在不變更本發明宗旨的范圍內 進行各種變更。例如，滾柱除使用圓筒形的滾柱之外，也可以使用圓錐形 的錐形滾柱。
本說明書基于2006年4月28日申請的日本特愿2006-126613。其內
容全部包含于此。
權利要求
1. 一種滾柱絲杠，包括絲杠軸，其在外周面具有螺旋狀的滾柱滾道部；螺母，其在內周面具有與所述滾柱滾道部對置的螺旋狀的負載滾柱滾道部，并具有連接所述負載滾柱滾道部的一端和另一端的無負載滾柱返回通路；以及多個滾柱，其并行排列在滾柱循環路徑中，使相鄰滾柱的軸線保持大致平行，所述滾柱循環路徑由所述滾柱滾道部和所述負載滾柱滾道部之間的負載滾柱滾道及所述無負載滾柱返回通路構成，所述滾柱絲杠的特征在于，所述無負載滾柱返回通路的長度方向的至少一部分被扭曲，以使所述滾柱在無負載滾柱返回通路中移動時所述滾柱的中心軸傾斜，并且，在所述無負載滾柱返回通路的被扭曲的部分的截面形狀中，與所述滾柱的側面對置的一對側面對應部分別朝向所述無負載滾柱返回通路的內側形成為凸形狀。
2. —種滾柱絲杠，包括絲杠軸，其在外周面具有螺旋狀的滾柱滾道部；螺母，其在內周面具有與所述滾柱滾道部對置的螺旋狀的負載滾柱滾 道部，并具有連接所述負載滾柱滾道部的一端和另一端的無負載滾柱返回 通路；以及多個滾柱，其并行排列在滾柱循環路徑中，使相鄰滾柱的軸線保持大 致平行，所述滾柱循環路徑由所述滾柱滾道部和所述負載滾柱滾道部之間 的負載滾柱滾道及所述無負載滾柱返回通路構成，所述滾柱絲杠的特征在于，所述無負載滾柱返回通路的長度方向的至少一部分被扭曲，以使所述 滾柱在無負載滾柱返回通路中移動時所述滾柱的中心軸傾斜，并且，在所述無負載滾柱返回通路的被扭曲的部分的截面形狀中，與 所述滾柱的端面對置的一對端面對應部分別朝向所述無負載滾柱返回通 路的外側形成為凸形狀。
3. —種滾柱絲杠，包括絲杠軸，其在外周面具有螺旋狀的滾柱滾道部；螺母，其在內周面具有與所述滾柱滾道部對置的螺旋狀的負載滾柱滾 道部，并具有連接所述負載滾柱滾道部的一端和另一端的無負載滾柱返回 通路；以及多個滾柱，其并行排列在滾柱循環路徑中，使相鄰滾柱的軸線保持大 致平行，所述滾柱循環路徑由所述滾柱滾道部和所述負載滾柱滾道部之間 的負載滾柱滾道及所述無負載滾柱返回通路構成，所述滾柱絲杠的特征在于，所述無負載滾柱返回通路的長度方向的至少一部分被扭曲，以使所述 滾柱在無負載滾柱返回通路中移動時所述滾柱的中心軸傾斜，在所述無負載滾柱返回通路的被扭曲的部分的截面形狀中，與所述滾 柱的側面對置的一對側面對應部分別朝向所述無負載滾柱返回通路的內 側形成為凸形狀，并且，在所述無負載滾柱返回通路的被扭曲的部分的截面形狀中，與 所述滾柱的端面對置的一對端面對應部分別朝向所述無負載滾柱返回通 路的外側形成為凸形狀。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的滾柱絲杠，其特征在于，與所述負載滾柱滾道連接的所述無負載滾柱返回通路的兩端部的截 面形狀形成為與沿所述滾柱的中心軸的截面形狀相似的四邊形。
5. 根據權利要求4所述的滾柱絲杠，其特征在于， 所述無負載滾柱返回通路的所述兩端部使所述滾柱保持相同的姿勢沿直線狀軌道移動。
6. 根據權利要求1至5的任一項所述的滾柱絲杠，其特征在于， 所述無負載滾柱返回通路由使滾柱沿直線狀軌道移動的直線通路與使滾柱沿曲線狀軌道移動的方向轉換路組合而成，所述無負載滾柱返回通路的所述直線通路被扭曲，以使所述滾柱在所 述直線通路中移動時所述滾柱的中心軸傾斜，所述無負載滾柱返回通路的所述方向轉換路未被扭曲，以使所述滾柱 在所述方向轉換路中移動時所述滾柱的中心軸不會傾斜。
7. —種滾柱絲杠的無負載滾柱返回通路的設計方法，所述滾柱絲杠 包括絲杠軸，其在外周面具有螺旋狀的滾柱滾道部；螺母，其在內周面具有與所述滾柱滾道部對置的螺旋狀的負載滾柱滾 道部，并具有連接所述負載滾柱滾道部的一端和另一端的無負載滾柱返回通路；以及多個滾柱，其排列在由所述滾柱滾道部和所述負載滾柱滾道部之間的 負載滾柱滾道及所述無負載滾柱返回通路構成的滾柱循環路徑中，所述滾柱絲杠的無負載滾柱返回通路的設計方法的特征在于，包括將所述無負載滾柱返回通路中的所述滾柱的中心點的移動軌跡設計 成線形的線設計工序；使所述滾柱的中心軸沿所述線形的移動軌跡移動，將所述滾柱的中心 軸的移動軌跡設計成帶狀的面的形狀，并使所述帶狀的面的形狀的移動軌 跡的長度方向的至少一部分扭曲的面設計工序；以及使滾柱沿所述帶狀的面的形狀的移動軌跡移動來設計所述無負載滾 柱返回通路的無負載滾柱返回通路設計工序。
8. 根據權利要求7所述的滾柱絲杠的無負載滾柱返回通路的設計方 法，其特征在于，在所述無負載滾柱返回通路設計工序中，利用比實際使用的滾柱的直 徑及高度稍大的假想滾柱。
全文摘要
本發明提供一種能夠使滾柱順利移動的無負載滾柱返回通路的新形狀。滾柱絲杠的滾柱的循環路徑由負載滾柱滾道和無負載滾柱返回通路構成。使無負載滾柱返回通路(10)扭曲，以使滾柱(4)在無負載滾柱返回通路(10)移動時滾柱的中心軸傾斜。在無負載滾柱返回通路(10)的被扭曲部分的截面形狀中，與滾柱(4)的端面對置的一對側面對應部(25c)、(25d)分別朝向無負載滾柱返回通路(10)內側形成為凸形狀。
文檔編號F16H25/22GK101432549SQ20078001545
公開日2009年5月13日 申請日期2007年4月26日 優先權日2006年4月28日
發明者咲山隆, 宮原莊志, 芳野雅彥 申請人:Thk株式會社