TWI557344B

TWI557344B - Ball screw

Info

Publication number: TWI557344B
Application number: TW103110668A
Authority: TW
Inventors: Junji Minakuchi; Yutaka Nagai; Masashi Shindo
Original assignee: Nsk Ltd
Priority date: 2014-03-21
Filing date: 2014-03-21
Publication date: 2016-11-11
Also published as: TW201537068A

Description

滾珠螺桿

本發明係關於滾珠螺桿，特別是關於具備冷卻螺帽功能的螺桿。

以往已知的滾珠螺桿，係具有：螺紋軸、及透過複數的轉動體(例如滾珠)螺合於上述螺紋軸的螺帽，上述螺紋軸與上述螺帽可相對地旋轉。該滾珠螺桿，由於在旋轉時，上述螺紋軸與上述螺帽之間會藉由點接觸或面接觸而產生摩擦熱，於是設有用來冷卻該摩擦部的冷卻部。

作為以往滾珠螺桿之冷卻部的設置型態，舉例有：軸心冷卻方式、及螺帽冷卻方式。上述軸心冷卻方式，係將上述螺紋軸作為冷卻對象而將冷卻部設在上述螺紋軸的型態。作為該軸心冷卻方式的一例，舉例有：使上述螺紋軸成為中空，並在上述螺紋軸內流動冷卻媒體的構造。且，上述螺帽冷卻方式，係將上述螺帽作為冷卻對象而將上述冷卻部設在上述螺帽的型態。

在此，上述軸心冷卻方式，在採用於大型、長條的滾珠螺桿裝置時，由於為了在上述螺紋軸挖出中空孔所需的成本會成為問題，故多採用螺帽冷卻方式。

作為採用這種螺帽冷卻方式的滾珠螺桿，舉例有專利文戲1所揭示的技術。此專利文獻1，具體而言，係將冷卻媒體流通於沿著軸方向設在螺帽的流路，而冷卻該螺帽的技術。

〔先前技術文獻〕〔專利文獻〕

[專利文獻1]日本特開2010-133556號公報

近年來大型、長條之滾珠螺桿的主流，係採用雙螺帽預壓的滾珠螺桿，在這種滾珠螺桿中，重要之處在於：有效率地冷卻複數的螺帽，且抑制冷卻媒體在分解、組裝時、及維護時的洩漏。

但是，即使將專利文獻1所揭示之滾珠螺桿適用於採用雙螺帽預壓的滾珠螺桿時，在提供能有效率地冷卻複數的螺帽、以及抑制冷卻媒體的洩漏之取得這些平衡的滾珠螺桿上，仍有改善的餘地。

本發明係為了解決上述課題而完成者，其目的在於提供一種滾珠螺桿，其冷卻效率優異，且能抑制冷卻媒體在分解、組裝、甚至維護時的洩漏，並能取得這些的平衡。

為了達成上述目的，本發明之實施型態的滾珠螺桿，具有：螺紋軸，其於外周面形成有螺旋溝；和兩個螺帽，其於內周面具有與上述螺旋溝對向的螺旋溝，且透過配置在該螺旋溝與上述螺紋軸之螺旋溝之間的複數之滾珠，與上述螺紋軸螺合；及預壓施加構件，其施加預壓於上述滾珠，於上述兩個螺帽各自獨立地設置有冷卻部，這些上述冷卻部，係以上述兩個螺帽之間為基準，以成為對稱的方式分別配設於上述螺帽。

亦即，本發明之實施型態的滾珠螺桿，具有：螺紋軸，其於外周面形成有螺旋溝；和兩個螺帽，其於內周面具有與上述螺旋溝對向的螺旋溝，且透過配置在該螺旋溝與上述螺紋軸之螺旋溝之間的複數之滾珠，與上述螺紋軸螺合；及預壓施加構件，其施加預壓於上述滾珠，於上述兩個螺帽各自獨立地設置有冷卻部(冷卻機構)，這些上述冷卻部，係以上述兩個螺帽之間為基準，以成為對稱的方式分別配設於上述螺帽。且，上述兩個螺帽係連結或連接或鄰接地組裝。

在此，關於上述滾珠螺桿，上述冷卻部為可供冷卻媒體通過的流路，且該流路具有：沿著上述軸方向的軸方向流路、及與上述軸方向垂直設置的圓周方向流路的至少任一者為佳。亦即，該冷卻部具有供冷卻媒體通過的流路來作為各自獨立的路徑。這些流路係包含軸方向流路及圓周方向流路的至少任一者。上述軸方向流路，係在上述螺帽之內周與上述螺帽之外周之間設在軸方向上的流路。且，上述圓周方向流路，係在上述螺帽之內周與上述螺帽之外周之間，正交於上述螺帽的軸而設置的流路。如此般，上述冷卻部係構成：於上述螺帽各自獨立並循環有上述冷卻媒體。

且，上述滾珠螺桿係於每個上述螺帽設置有：連結於上述流路並使冷卻媒體流入的流入孔、及連結於上述流路並使冷卻媒體排出的排出孔為佳。亦即，每個螺帽以各自至少具有一組以上之作為冷卻媒體之流入部的流入孔及作為流出部的排出孔的型態為佳。

且，上述滾珠螺桿，其上述預壓施加構件，係與上述兩個螺帽同軸地配置在上述兩個螺帽之間的墊片為佳。

又，作為上述預壓施加構件，可使用以下構造：使用上述螺帽間之位置調整所致的定位預壓、和彈簧等彈性體所致之定壓預壓、及使用流體壓或壓電元件等致動器來設定既定的預壓負載的可變控制預壓等。更具體而言，可使用以下構造：使上述預壓的構造配置在上述螺帽之間，讓複數的螺帽彼此成為互相按壓，或是互相拉扯的型態。

根據本發明，可提供一種滾珠螺桿，其冷卻效率優異，且能抑制冷卻媒體在分解、組裝、甚至維護時的洩漏，並能取得這些的平衡。

1‧‧‧滾珠螺桿

100‧‧‧第一螺帽

150‧‧‧冷卻部

200‧‧‧第二螺帽

250‧‧‧冷卻部

300‧‧‧螺紋軸

100A‧‧‧本體部

100a‧‧‧內周面

101‧‧‧螺旋溝

110‧‧‧蓋

111‧‧‧密封材料

115‧‧‧密封材料

120、121‧‧‧管

122‧‧‧按壓板

123~125‧‧‧螺絲

127‧‧‧連結構件

128‧‧‧墊片

129、130‧‧‧密封材料

151‧‧‧流入孔

152~154‧‧‧流路

155‧‧‧排出孔

200A‧‧‧本體部

200a‧‧‧內周面

201‧‧‧凸緣部

210‧‧‧蓋

211‧‧‧密封材料

215‧‧‧平面部

220、221‧‧‧管

222‧‧‧按壓板

223~225‧‧‧螺絲

251‧‧‧流入孔

252~256‧‧‧流路

257‧‧‧排出孔

300a‧‧‧外周面

301‧‧‧螺旋溝

A‧‧‧面

B‧‧‧轉動體

圖1為表示本發明之滾珠螺桿之實施型態之構造的側面圖。

圖2為表示本發明之滾珠螺桿之實施型態之構造的部份剖面圖。

圖3為表示本發明之滾珠螺桿之實施型態之構造的側面圖。

以下，參照圖式說明滾珠螺桿的實施型態。

圖1為表示滾珠螺桿之實施型態之構造的側面圖。且，圖2為表示滾珠螺桿之實施型態之構造的部份剖面圖。且，圖3為表示滾珠螺桿之實施型態之構造的側面圖，並將流路放大來強調表示。

如圖1所示般，本實施型態的滾珠螺桿1，具有：兩個螺帽(第一螺帽100、第二螺帽200)、和螺紋軸300、及設在兩個螺帽之間並對前述滾珠施加預壓的預壓施加構件。

<螺帽>

第一螺帽100，具有：內徑比螺紋軸300的外徑更大之形成為筒狀的本體部100A、和蓋110、及管120、121。蓋110，係以未圖示之螺絲等在本體部100A之一方端部透過密封材料111來安裝。且，管120、121係在本體部100A之外周面之中設在密封材料115的轉動體循環用構件，且藉由以螺絲123~125連結至第一螺帽100的按壓板122來固定。第一螺帽100，亦即無凸緣類型的螺帽。

第二螺帽200，具有：內徑比螺紋軸300的外徑更大之形成為筒狀的本體部200A、和設在其一方端部的凸緣部201、和蓋210、及管220、221。蓋210，係以未圖示之螺絲等在本體部200A之端部透過密封材料211來安裝。且，管220、221係在本體部200A之外周面之中設在平面部215的轉動體循環用構件，係藉由以螺絲223~225連結至第二螺帽200的按壓板222來固定。

在此，如圖2所示般，於第一螺帽100的內周面100a，形成有螺旋溝101，該螺旋溝101，與在螺紋軸300之外周面300a形成為螺旋狀的螺旋溝301相對向。且，於第二螺帽200的內周面200a，亦形成有螺旋溝201，該螺旋溝201，與螺紋軸300的螺旋溝301相對向。然後，藉由設在螺旋溝101與螺旋溝201之間的複數轉動體B，使在螺紋軸300、及螺紋軸300之軸方向同軸排列的第一螺帽100及第二螺帽200螺合。如此一來，藉由螺旋溝301與螺旋溝101、201所形成的轉動路，可使轉動體B轉動，且螺紋軸300與第一螺帽100及第二螺帽200可在軸方向相對移動。

<預壓施加構件>

如圖1及圖2所示般，在第一螺帽100的另一方端部、以及第二螺帽200的另一方端部之間，以與第一螺帽100及第二螺帽200同軸地透過密封材料129、130設有墊片128。且，透過該墊片128及密封材料129、130，使第一螺帽100與第二螺帽200藉由連結構件127連結。連結構件127，在圖1及圖2中雖然為一個，但亦可因應必要以複數個連結構件127連結第一螺帽100及第二螺帽200的複數個位置。

如此般，藉由使第一螺帽100與第二螺帽200透過墊片128以連結構件127來連結，墊片128及連結構件127會發揮作為預壓施加構件的功能，亦即成為施加定位置預壓的型態。然後，本實施型態的滾珠螺桿1，係藉由對第一螺帽100及第二螺帽200施加拉扯方向的兩點接觸預壓，來抵銷因第一螺帽100及第二螺帽200的冷卻所導致之預壓扭矩增大，可有效率地冷卻第一螺帽100及第二螺帽200。

作為上述預壓施加構件，並不限於上述螺帽100、200之間的位置調整所致之定位置預壓，可選擇使用以下構造：彈簧等彈性體所致之定壓預壓、及使用流體壓或壓電元件等致動器來設定既定的預壓負載的可變控制預壓等。

<冷卻部>

分別在第一螺帽100及第二螺帽200，獨立設置用來冷卻各自螺帽100、200的冷卻部150、250。然後，該等之冷卻部150、250，係以兩個螺帽100、200之間(例如，通過墊片128之軸方向的中間點，並與軸方向正交的面A(參照圖2))為基準，以成為對稱的方式分別配設於螺帽100、200。藉由如上述般設置冷卻部150、250，能保持作為滾珠螺桿裝置的重量平衡，且不妨礙平滑的驅動。在此，冷卻部150、250的型態，係以兩個螺帽100、200之間為基準以成為對稱的方式配設，只要能各自獨立冷卻第一螺帽100及第二螺帽200的話即可，沒有特別限制，可因應目的適當選擇。

冷卻部150、250，係例如圖1及圖2所示般，為分別在第一螺帽100及第二螺帽200穿孔，使冷卻媒體可通過的複數流路152~154、252~256。該等流路，以具有沿著軸方向的軸方向流路、以及與軸方向正交設置的圓周方向流路之至少任一者為佳。上述「軸方向流路」，舉例有在第一螺帽100內沿著軸方向的軸方向流路152、154、以及在第二螺帽200內沿著軸方向的軸方向流路253、255。在這些軸方向流路152、154、253、255之中，軸方向流路152與軸方向流路253，係在兩個螺帽100、200之間對稱設置的流路。且，軸方向流路154與軸方向流路255，係在兩個螺帽100、200之間對稱設置的流路。

且，上述「圓周方向流路」，舉例有在第一螺帽100內與軸方向正交且沿著圓周方向設置的圓周方向流路153、以及在第二螺帽200內與軸方向正交且沿著圓周方向設置的圓周方向流路252、254、256。在這些圓周方向流路153、252、254、256之中，圓周方向流路153與軸方向流路254，係在兩個螺帽100、200之間對稱設置的流路。如上述般，冷卻部150、250係構成為可在螺帽100、200各自獨立地循環冷卻媒體。

且，本實施型態的滾珠螺桿1，以在第一螺帽100設置有：連結於流路152~154，使冷卻媒體流入的流入孔151、及使冷卻媒體排出的排出孔155為佳。且，本實施型態的滾珠螺桿1，以在第二螺帽200設置有：連結於流路252~256，使冷卻媒體流入的流入孔251、及使冷卻媒體排出的排出孔257為佳。亦即，分別在各個螺帽100、200具有：冷卻媒體之流入部的流入孔151、251、以及排出部的排出孔155、257之至少一組以上的型態為佳。

藉此，如圖1~3所示般，第一螺帽100的冷卻部150，係藉由以下所構成：在蓋110的端部設置於軸方向的流入部151、和軸方向流路152、和圓周方向流路 153、和軸方向流路154、以及在蓋110的端部設置於軸方向的排出部155。亦即，對於第一螺帽100形成有一個獨立系統的流路。且流路只要分別在螺帽100、200為獨立的話亦可為兩個系統以上。

且，如圖1~圖3所示般，第二螺帽200的冷卻部250，係藉由以下所構成：在凸緣部201的外周設在與軸正交之方向的流入部251、和圓周方向流路252、和軸方向流路253、和圓周方向流路254、和軸方向流路255、和圓周方向流路256、以及在凸緣部201的外周設在與軸正交之方向的排出部257。亦即，對於第二螺帽200形成有一個獨立系統的流路。且流路只要分別在螺帽100、200為獨立的話亦可為兩個系統以上。

在此，於流入部151、251及排出部155、257，設有配管連結用的管用錐形螺紋，可連接這些配管來供給及排出冷卻媒體。

<冷卻媒體>

作為上述冷卻媒體，可使用作為流體的各種氣體及液體。作為氣體，除了空氣或壓縮空氣以外，還可使用氮氣、惰性氣體(氬氣等)、烴(丁烷、異丁烷等)、氦、氨、二氧化碳等、甚至這些的混合物。作為液體，除了水以外，還可使用於水添加防鏽劑的冷卻液、於水添加各種添加劑的冷卻液、或是作為冷卻媒體油的各種油。具體來說可使用礦物油、動植物油、及合成油。這些可因應使用環境等來適當選擇即可。進一步，冷卻媒體係以受到溫度管理、以及流量管理為佳。特別是將冷卻媒體在亂流狀態下使用較佳。

且，在本實施型態中，係對每個螺帽獨立地進行溫度管理，例如亦可進行預壓控制。

此外，流入部和排出部的位置、大小、各流路的剖面形狀、及剖面積等，可因應使用條件來適當調整。

根據本實施型態的滾珠螺桿，由於可使預壓荷重變大，故可順利地適用在稱為大型(螺紋軸300的外徑尺寸大約為80mm以上)的滾珠螺桿上。

根據本實施型態的滾珠螺桿，由於可獨立地使冷卻媒體在各個螺帽上循環，故冷卻效率良好。藉由該良好的冷卻效率，首先會使螺帽冷卻，冷卻的效果係從螺帽內周的螺旋溝傳達到轉動體的滾珠處，進一步傳達到螺紋軸的螺旋溝而使螺紋軸亦冷卻，認為可抑制因發熱而導致之預壓變化或潤滑的惡化。該冷卻的效果，在預壓荷重高到某個程度，且螺旋溝與轉動體保持在接觸狀態的情況下，能發揮更進一步的效果。因此，本發明之滾珠螺桿係適用於較大型的滾珠螺桿。

又，根據本實施型態的滾珠螺桿，即使是在難以採用稱為軸心冷卻方式的長條(大約4m以上)滾珠螺桿，可在不軸心冷卻的狀態下使用，但必要的話亦可併用軸心冷卻。

且，根據本實施型態的滾珠螺桿，由於用來冷卻之冷卻媒體的流路，係獨立設置於各個螺帽，於是例如當有必要在複數的螺帽之中交換其中幾個螺帽等維護時，只要遮斷對各自之冷卻媒體流路的配管，即可有效地抑制維護時之冷卻媒體的洩漏。

因此，本實施型態的滾珠螺桿，可適合使用在特別需要加工精度，亦即在有進行維護的大型工作機械之使用在直線動作部份的滾珠螺桿。

且，本實施型態的滾珠螺桿由於冷卻效率優異，故預壓荷重的變化、及螺紋軸長度的變化較少，由於可抑制過度的發熱，故潤滑劑的劣化亦較少，因此滾珠螺桿之發熱所致之直線動作部份之定位精度的惡化較少，亦即可長期地維持轉矩變動較少之安定的運作，由於即使在長條的螺紋軸亦可發揮其效果，故特別適用於大型精密加工用工作機械之使用在直線動作部份的滾珠螺桿。又，亦可與軸心冷卻併用。

本實施型態的滾珠螺桿，適用於大型精密加工用工作機械之使用在直線動作部份的滾珠螺桿。

以上，針對本發明的實施型態進行了說明，但本發明並不限定於此，可進行各種變更及改良。