專利名稱：直線運動執行元件的制作方法
技術領域：
本發明涉及使用了具有螺旋軸和螺母部件的旋轉直動變換機構的直線運動執行元件。
背景技術：
基于效率提高得到的耗費電力的削減及環境負荷的降低的觀點，推進液壓系統的電動化。最近，使用這種電動化的技術，將以往使用了液壓缸的推力生成裝置替換成電動直線運動執行元件的動向推高。對于如液壓缸那樣需要產生大的推力的電動直線運動執行元件，要求承受大的推力，且長壽命。作為電動直線運動執行元件所需要的旋轉直動變換機構，雖然滾珠絲杠已被實用化，但是在將電動直線運動執行元件替換成液壓缸來使用的情況下，在螺母部件發生的偏負載使滾珠絲杠的壽命降低，成為大的課題。該偏負載是由于螺母部件和與驅動對象物連結的被驅動部件因加工和/或安裝的誤差或可動部的晃動等相對地微小傾斜進而接觸部向外周方向偏移而發生的。并且，若發生偏負載，則作用于螺旋軸和螺母部件的多個接觸部上的負載變得不均勻，作用于一部分的接觸部上的負載增大。電動直線運動執行元件所使用的旋轉直動變換機構的大多數如滾珠絲杠中的滾珠那樣借助于滾動體使螺旋軸和螺母部件接觸，但是若在螺母部件上發生偏負載，則在其接觸部上發生的赫茲應力增大，提前發生制動，使旋轉直動變換機構的壽命降低。因此，需要防止在螺母部件發生的偏負載，即、要求使作用于螺旋軸和螺母部件的各接觸部上的負載均勻化。對于防止在螺母部件上發生的偏負載，以往考慮了以下的對策。專利文獻1所記載的技術是，由聯軸器連結驅動部件與被驅動部件，該聯軸器由分別配置成軸相互正交的圓柱狀的配合部件和滑動自如地保持該配合部件的圓形孔構成， 并由聯軸器吸收驅動部件與被驅動部件的微小傾斜。另外，專利文獻2的“滾珠絲杠式移動裝置”、專利文獻3的“滾珠絲杠”、以及專利文獻4的“滾珠絲杠裝置及注塑成型機的電動型開閉裝置”所記載的技術是在滾珠絲杠式直線運動執行元件的螺母部件與被驅動部件之間安裝有具有自動調心功能的部件。特別地，利用在專利文獻2中加工成凸曲面的部件、在專利文獻3及專利文獻4中加工成球面的部件，吸收螺母部件與被驅動部件的傾斜，防止偏負載。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 特開平03_2觀538號公報專利文獻2 特開2003-307^4號公報專利文獻3 實開平05-066360號公報
專利文獻4 特開2002-327826號公報
發明內容
發明所要解決的課題這些現有技術能夠吸收螺母部件和被驅動部件的微小傾斜并使負載作用于螺旋軸的中心軸上。然而，盡管如此可知卻不能使作用于螺旋軸和螺母部件之間的多個接觸部上的負載均勻化。為了進一步延長旋轉直動變換機構的壽命，需要進一步降低該殘留的不均勻性， 進一步降低該殘留的不均勻性對在大推力用的電動直線運動執行元件所使用的旋轉直動變換機構特別有效。在由螺旋軸和螺母部件構成的一般的旋轉直動變換機構中，作用于螺母部件的外力作用于螺旋軸的中心軸上，此時，假設從螺旋軸與螺母部件的多個接觸部作為反作用力作用于螺母部件上的接觸力是均勻的。在從軸向觀察，該多個接觸部在大致同心圓上以大致等間隔配置在圓周方向上的情況下，各接觸力的軸向成分的合力的作用點大致在螺旋軸的中心軸上，由于大小及作用線都一致，因此該接觸力與作用于螺母部件上的外力大致平衡。然而，由于螺旋軸與螺母部件的接觸部配置成螺旋狀，并位于相互在軸向偏移的位置上，因此，由于各接觸部的接觸力的軸直角方向成分，在螺母部件上發生繞與螺旋軸的中心軸正交的軸的力矩，其作為不平衡力矩而殘留。即、在外力作用于螺旋軸的中心軸上的情況下，各接觸部的接觸力以均勻的狀態進行平衡是不成立的，與假設矛盾。因此，當外力作用于螺旋軸的中心軸上時，各接觸部的接觸力不均勻，會在螺母部件上發生偏負載(力矩負載)，降低旋轉直動變換機構的壽命。本發明在使用了旋轉直動變換機構的直線運動執行元件中，通過使作用于螺旋軸與螺母部件的各接觸部上的負載均勻化，從而實現承受大推力而且能確保長壽命的直線運動執行元件。用于解決課題的方案作為防止或降低該不平衡力矩也就是偏負載的一個對策，考慮了使作用于螺母部件上的外力從螺旋軸的中心軸上向預定的徑向偏移預定距離的方案。認為理想的是作用于最佳負載作用點上。如果多個接觸點的負載均勻，則作為反作用力從螺旋軸作用到螺母部件的接觸力的軸向成分的合力的作用點大致在螺旋軸的中心軸上。因此，通過使外力的作用位置從螺旋軸的中心軸偏移，從而形成力偶，能夠利用該偏移距離和偏移方向來調整該力偶的大小和力矩的方向，由此，能夠抵消力偶和不平衡力矩。此時，就螺母部件而言，各接觸點的負載以均勻的狀態進行著平衡。也就是說各接觸點的負載均勻。完全抵消該不平衡力矩的力偶(外力)的作用點是最佳負載作用點，該最佳負載作用點能夠從螺旋軸與螺母部件的接觸部的配置狀態定量地算出。
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為了使各接觸點的負載均勻，本發明采用以下結構。作為本發明的方案之一的直線運動執行元件，具有螺旋軸；與螺旋軸螺紋結合的螺母部件；與驅動對象物連結的被驅動部件；以及連結螺母部件和被驅動部件且具有相互大致正交的兩個旋轉軸的接觸力均勻化機構(聯軸器)，利用相對于螺旋軸的相對旋轉運動，使螺母部件在軸向上進行進退運動，利用螺母部件的進退運動，并借助于聯軸器及被驅動部件，對驅動對象物給與直動運動。并且，上述直線運動執行元件的特征在于，將接觸力均勻化機構的兩個旋轉軸在螺旋軸的方向上投影時的交點位置從螺旋軸的旋轉軸向徑向偏移。該應偏移的徑向(距離中心軸的方向)及距離大致由螺旋軸與螺母部件的接觸部的配置狀態決定。這樣使交點位置在徑向上偏移，使接觸力均勻化機構的兩個旋轉軸進行旋轉運動 (擺動運動)，從而能夠吸收螺母部件和被驅動部件之間的微小傾斜。并且，將兩個旋轉軸在螺旋軸的方向上投影時的交點位置成為相對于螺母部件固定的外力作用點，使該作用點與由螺旋軸和螺母部件的接觸部的配置狀況決定的最佳負載作用點一致。由此，能夠抵消在螺母部件上發生的不平衡力矩，能使作用于各接觸部的負載均勻化，能夠防止或降低在螺母部件上發生的偏負載。另外，作為本發明的方案之一的直線運動執行元件，以如下方式使用在螺母部件與被驅動部件之間傳遞負載時，傳遞壓縮方向的負載，不傳遞拉伸方向的負載。也就是，作為本發明的方案之一的直線運動執行元件假想為例如以如下方式使用螺母部件相對于螺旋軸在上下方向上驅動。另外，即使在水平方向上使用直線運動執行元件的情況下，假想為從直線運動執行元件的一個方向利用彈簧等作用負載的機構、或在直線運動執行元件的一方形成有L字手柄的機構。通過如此地使用這種直線運動執行元件，從而螺母部件和被驅動部件傳遞單向的外力，負載方向不會不同，螺母部件的最佳負載作用點的位置固定，在這樣固定的最佳負載作用點上作用外力。另外，在水平方向上使用這種直線運動執行元件的情況下，優選在螺母部件的進退方向的兩側連結兩個接觸力均勻化機構，兩個接觸力均勻化機構與同一被驅動部件連結。另外，即使在水平方向上不使用直線運動執行元件的情況下，對于對直線運動執行元件作用雙方向的負載的情況下，優選在螺母部件的進退方向的兩側連結兩個接觸力均勻化機構，這兩個接觸力均勻化機構與同一被驅動部件連結。通過具有這種結構，即使在螺母部件的最佳負載作用點因外力的方向而不同的情況下，也能根據外力的方向改變傳遞該外力的接觸力均勻化機構所作用的力的位置(方向)，無論外力的方向如何，都能夠使外力作用于最佳負載作用點上。另外，作為本發明的方案之一的直線運動執行元件，特別優選螺旋軸和螺母部件通過旋轉支撐在螺母部件上的多個滾柱來接觸，構成利用了滾動副的滾柱絲杠機構。由于具有這種滾柱絲杠機構，與在小滾珠的點接觸部上發生大的赫茲應力的滾珠絲杠相比較，滾柱的接觸部為線接觸的滾柱絲杠能夠降低赫茲應力。 也就是，如果滾柱絲杠的大小為與滾珠絲杠為相同程度，則能夠承受更大的推力，
如果耐推力為相同程度則能夠更加小型化。 在此使用的滾柱絲杠優選向螺旋軸傳遞來自單向的推力負載的滾柱的數量是三個，將其在軸向上各錯開螺旋導程的大致1/3，配置成在圓周方向上錯開2 π (rad)/30這樣，由于螺旋軸與螺母部件的接觸部為三個，即使在構成部件上略微存在寸法誤差，全部滾柱也能夠可靠地與螺旋軸接觸并支撐負載。另外，使用滾柱的數量為三個的滾柱絲杠，將螺旋軸的旋轉軸規定為Z軸、將通過三個滾柱中的配置在軸向中央的滾柱與螺旋軸的接觸部中心并與上述Z軸正交的軸規定為Y軸、將與上述ζ軸和上述Y軸雙方正交的軸規定為X軸、將螺旋軸的導程規定為L (mm)、 將通過滾柱與螺旋齒側面的接觸部的螺旋導程角規定為Y (rad)、將使^平面繞Y軸旋轉 Y后的平面上的螺旋齒側面與滾柱的接觸部的中央附近的切線與TL平面所成的角度規定為 α (rad)。這種情況下，優選將接觸力均勻化機構的兩個旋轉軸在螺旋軸的方向上投影時的交點位置在徑向上距Z軸大致是如下距離數學式1_、3L、::an r -. cos"a !'nH...(數 1)，繞Z軸的角度距X軸大致是如下角度數學式權利要求
1.一種直線運動執行元件，具有螺旋軸；與上述螺旋軸螺紋結合的螺母部件；與驅動對象物連結的被驅動部件；以及連結上述螺母部件和上述被驅動部件的聯軸器，通過相對于上述螺旋軸的相對旋轉運動，使上述螺母部件在軸向上進行進退運動，利用上述螺母部件的進退運動，并通過上述聯軸器及上述被驅動部件，從而在軸向上驅動上述驅動對象物，上述直線運動執行元件的特征在于，上述聯軸器具有相互大致正交的兩個旋轉軸，將這兩個旋轉軸在上述螺旋軸的方向上投影時的交點位置從上述螺旋軸的中心軸向徑向偏移。
2.根據權利要求1所述的直線運動執行元件，其特征在于，上述螺旋軸和上述螺母部件通過旋轉支撐在上述螺母部件上的多個滾柱而接觸，構成利用滾動副的滾柱絲杠機構。
3.根據權利要求2所述的直線運動執行元件，其特征在于，在螺旋軸上傳遞來自單向的推力負載的滾柱的數量為三個，將這三個滾柱在軸向上錯開螺旋導程的大致1/3，配置成在圓周方向上各錯開2 π (rad)/30
4.根據權利要求3所述的直線運動執行元件，其特征在于，在將螺旋軸的旋轉軸規定為Z軸、將通過三個滾柱中的配置在軸向中央的滾柱與螺旋軸的接觸部中心并與上述Z軸正交的軸規定為Y軸、將與上述Z軸和上述Y軸雙方正交的軸規定為X軸、將螺旋軸的導程規定為L(mm)、將通過滾柱與螺旋齒側面的接觸部的螺旋導程角規定為Y (rad)、將使^平面繞Y軸旋轉γ后的平面上的螺旋齒側面與滾柱的接觸部的中央附近的切線與)(Z平面所成的角度規定為α (rad)的情況下，將上述聯軸器的兩個旋轉軸在上述螺旋軸的方向上投影時的交點位置，在徑向距上述 Z軸大致是如下距離
5.一種電動叉式升降車，其特征在于，將權利要求1所述的直線運動執行元件用于升降。
6.根據權利要求1所述的直線運動執行元件，其特征在于，在上述螺母部件與上述被驅動部件之間傳遞負載時，傳遞壓縮方向的負載，不傳遞拉伸方向的負載。
7.根據權利要求1所述的直線運動執行元件，其特征在于，在上述螺母部件的進退方向的兩側連結兩個聯軸器，兩個聯軸器與同一被驅動部件連結。
8.一種直線運動執行元件，具有螺旋軸；與上述螺旋軸螺紋結合且具有通過旋轉支撐的三個滾柱而與上述螺旋軸接觸的滾柱絲杠機構的螺母部件；與驅動對象物連結的被驅動部件；以及連結上述螺母部件和上述被驅動部件的聯軸器，通過相對于上述螺旋軸的相對的旋轉運動，使上述螺母部件在軸向上進行進退運動， 利用上述螺母部件的進退運動，并通過上述聯軸器及上述被驅動部件，從而對上述驅動對象物給與直動運動，上述直線運動執行元件的特征在于，上述聯軸器具有處于相互扭轉的位置關系的兩個旋轉軸，將這兩個旋轉軸在上述螺旋軸的方向上投影時的交點位置在從上述螺旋軸的旋轉軸向相對于上述螺母部件的行進的方向位于上述三個滾柱中最前的滾柱的位置的方向上偏移。
9. 一種電動叉式升降車，其特征在于， 將權利要求8所述的直線運動執行元件用于升降。
全文摘要
本發明防止在直線運動執行元件的螺母部件上發生的偏負載，以螺母部件的長壽命化為目的。用具有相互大致正交的兩個旋轉軸的接觸力均勻化機構連結螺母部件和被驅動部件，吸收螺母部件和被驅動部件的微小傾斜，防止邊緣荷載的發生，并且通過將兩個旋轉軸在螺旋軸方向上投影時的交點位置相對于螺母部件設定在最佳負載作用點上，從而使從被驅動部件傳遞的外力作用于該作用點上，將作用于螺母部件與螺旋軸的各接觸部上的負載均勻化，防止在螺母部件上發生的偏負載。
文檔編號B66F9/08GK102472376SQ201080036298
公開日2012年5月23日 申請日期2010年8月19日 優先權日2009年9月28日
發明者山田弘幸, 平工賢二, 早瀨功, 落合正巳 申請人:日立建機株式會社