專利名稱：滾珠絲杠的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及滾珠絲杠，特別是涉及對滾珠絲杠驅(qū)動時產(chǎn)生的螺母的熱膨脹進行控制的技木。
背景技術(shù)：
作為冷卻滾珠絲杠的螺母的現(xiàn)有技術(shù)，例如公開了專利文獻I和2記載的技木。在專利文獻I記載的技術(shù)中，沿螺母的軸向設(shè)置貫通孔，使冷卻介質(zhì)通過該貫通孔來冷卻螺母。此外，在專利文獻2中說明了如下內(nèi)容通過冷卻螺母，螺母根據(jù)預(yù)壓方式向使預(yù)壓載荷升高的方向收縮。并且，通過使螺母的預(yù)壓方式采用向拉伸方向的兩點接觸預(yù)壓，從而解決了因螺母的熱收縮而使預(yù)壓載荷升高時動摩擦轉(zhuǎn)矩上升的問題。專利文獻I :日本特開2002-310258號公報專利文獻2 :日本特開2010-133556號公報然而，專利文獻I記載的技術(shù)以單純地冷卻螺母為目的，因此無法與驅(qū)動條件相應(yīng)地控制螺母的剛性。此外，對于專利文獻2記載的技術(shù)也是同樣的，通過采用向拉伸方向的兩點接觸預(yù)壓作為螺母的預(yù)壓方式，從而預(yù)壓載荷基本不會因螺母的熱壓縮而變化，因而能夠抑制動摩擦轉(zhuǎn)矩的上升，但是在積極地控制螺母的剛性方面有所不足。

實用新型內(nèi)容因此，本實用新型正是著眼于這樣的問題點而完成的，其目的在于提供一種滾珠絲杠以及滾珠絲杠的螺母剛性的控制方法，其能夠與驅(qū)動條件的變化相應(yīng)地積極地控制螺母的剛性。為了解決上述課題，本實用新型中的第一方案為ー種滾珠絲杠，其具備絲杠軸，所述絲杠軸在外周面具有螺旋狀的螺紋槽；以及螺母，所述螺母在內(nèi)周面具有與所述絲杠軸的螺紋槽對置的螺紋槽，并且所述螺母隔著多個滾動體以能夠相對移動的方式外嵌于所述絲杠軸，所述滾動體裝填在所述對置的螺紋槽之間，所述滾珠絲杠的特征在干，從預(yù)壓形式來說，所述滾珠絲杠為壓縮方向預(yù)壓滾珠絲杠、過大滾珠預(yù)壓滾珠絲杠或者當無負載時在所述螺母或所述絲杠軸的軸向上設(shè)置游隙而形成的微隙滾珠絲杠，所述滾珠絲杠具備溫度調(diào)節(jié)構(gòu)件，所述溫度調(diào)節(jié)構(gòu)件能夠冷卻和加熱所述螺母；以及控制部，所述控制部通過利用該溫度調(diào)節(jié)構(gòu)件冷卻或加熱所述螺母來控制預(yù)壓載荷和螺母剛性。 根據(jù)第一方案的滾珠絲杠，由于該滾珠絲杠具備溫度調(diào)節(jié)構(gòu)件，所述溫度調(diào)節(jié)構(gòu)件能夠冷卻和加熱螺母；以及控制部，所述控制部通過以該溫度調(diào)節(jié)構(gòu)件冷卻或加熱螺母來控制預(yù)壓載荷和螺母剛性，因此能夠與驅(qū)動條件的變化相應(yīng)地積極地控制螺母的剛性。S卩，預(yù)壓載荷與螺母剛性存在下述算式(I)所示的關(guān)系，螺母的剛性與預(yù)壓載荷的1/3次方成比例。此外，圖I是示出冷卻了壓縮預(yù)壓滾珠絲杠的螺母的情況下的溫度與驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的變化的曲線圖，由該圖可知，通過冷卻螺母，螺母發(fā)生熱收縮，預(yù)壓載荷升高，結(jié)果驅(qū)動轉(zhuǎn)矩升高了。根據(jù)以上可知，通過管理滾珠絲杠的螺母的溫度來積極地使預(yù)壓變化，結(jié)果是能夠控制螺母的剛性。算式I
(FaO V/3Kn=O. 8 X K · I-— …算式⑴
、ε * し a ノ
ΚΝ 預(yù)壓載荷變化后W酬性值[Ν/μηψ、
Kt K寸ー覽表的剛性值[Ν/μηι]
Fa0=預(yù)壓載荷[N]
ε剛性計算基準系數(shù)(ε=0.1) ·■
I Cei基本動額定載荷[N]-J在此，在第一方案的滾珠絲杠中，當通過溫度調(diào)節(jié)構(gòu)件冷卻螺母時，螺母在軸向和徑向上收縮，此時，如果預(yù)壓形式為壓縮預(yù)壓滾珠絲杠的話，通過徑向和軸向各自的收縮，預(yù)壓載荷増大，從而總體的預(yù)壓載荷大幅地増大。另ー方面，在加熱時，相反地總體的預(yù)壓載荷大幅地減小。因此，其特征在于，如果本實用新型的滾珠絲杠為壓縮預(yù)壓滾珠絲杠的話，預(yù)壓載荷及螺母剛性的變化相對于溫度的變化的比例大。此外，在第一方案的滾珠絲杠中，如果預(yù)壓形式為過大滾珠預(yù)壓滾珠絲杠的話，在冷卻時，通過螺母的收縮，在徑向和軸向上預(yù)壓均増大。另ー方面，在加熱的情況下，通過螺母的膨脹，在徑向上預(yù)壓減小，不過在軸向上通過膨脹使得預(yù)壓増大，因此總體上預(yù)壓沒有變化。即，在過大滾珠預(yù)壓滾珠絲杠中，其特征在于，冷卻時預(yù)壓増加，但加熱時預(yù)壓沒有變化。此外，在第一方案的滾珠絲杠中，如果預(yù)壓形式為微隙滾珠絲杠的話，在冷卻時，通過分別在徑向和軸向上收縮而成為預(yù)壓滾珠絲杠。因而，在需要剛性時(例如加工吋)，能夠通過冷卻螺母來作為預(yù)壓滾珠絲杠而提高預(yù)壓載荷從而提高螺母剛性。另ー方面，在搬送等高速移動時,通過加熱螺母而成為微隙滾珠絲杠，由此,能夠?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動時的動摩擦轉(zhuǎn)矩的降低和由預(yù)壓載荷的降低得到的壽命的増加。在此，優(yōu)選的是，在第一方案的滾珠絲杠中，所述溫度調(diào)節(jié)構(gòu)件具有管，該管呈螺旋狀地圍繞所述螺母的外周，通過使液體在該管內(nèi)循環(huán)來冷卻或加熱所述螺母。此外，優(yōu)選的是，所述溫度調(diào)節(jié)構(gòu)件具有管，該管在所述螺母的內(nèi)周且沿所述對置的螺紋槽之間配置，通過使液體在該管內(nèi)循環(huán)來冷卻或加熱所述螺母。如果是這樣的結(jié)構(gòu)的話，在對螺母的整周均勻地進行溫度管理的方面是優(yōu)選的，由此，能夠進行更加穩(wěn)定的預(yù)壓管理和剛性管理。此外，本實用新型中的第二方案為ー種控制用于滾珠絲杠的螺母的剛性的方法，所述滾珠絲杠具備絲杠軸，所述絲杠軸在外周面具有螺旋狀的螺紋槽；以及螺母，所述螺母在內(nèi)周面具有與所述絲杠軸的螺紋槽對置的螺紋槽，并且所述螺母隔著多個滾動體以能夠相對移動的方式外嵌于所述絲杠軸，所述滾動體裝填在所述對置的螺紋槽之間，并且所述滾珠絲杠的預(yù)壓形式為壓縮方向預(yù)壓滾珠絲杠、過大滾珠預(yù)壓滾珠絲杠或者當無負載時在所述螺母或所述絲杠軸的軸向上設(shè)置游隙而形成的微隙滾珠絲杠，該滾珠絲杠的螺母剛性的控制方法的特征在于，通過利用能夠冷卻和加熱所述螺母的溫度調(diào)節(jié)構(gòu)件冷卻或加熱所述螺母來控制預(yù)壓載荷和螺母剛性。根據(jù)第二方案的滾珠絲杠的螺母剛性的控制方法，通過以能夠冷卻和加熱螺母的溫度調(diào)節(jié)構(gòu)件冷卻或加熱螺母來控制預(yù)壓載荷和螺母剛性，因此能夠與上述第一方案同樣地與驅(qū)動條件的變化相應(yīng)地積極地控制螺母的剛性。實用新型效果如上所述，根據(jù)本實用新型，能夠與驅(qū)動條件的變化相應(yīng)地積極地控制螺母的剛性。

圖I是示出滾珠絲杠的轉(zhuǎn)矩和溫度變化的關(guān)系的一個示例的曲線圖。圖2是說明本實用新型的滾珠絲杠的第一實施方式(外周螺旋型的溫度調(diào)整構(gòu)件+壓縮方向預(yù)壓滾珠絲杠)的圖。圖3是本實用新型的滾珠絲杠的第一實施方式(壓縮方向預(yù)壓滾珠絲杠)的沿軸線方向的剖視圖。另外，在該圖中，對于外周螺旋型的溫度調(diào)整構(gòu)件，是以將軸向的貫通孔
(32)簡化后的形象圖示的(下面，在除圖7以外的其他圖中是相同的)。圖4是說明本實用新型的滾珠絲杠的第一實施方式的作用效果(冷卻吋)的圖。圖5是說明本實用新型的滾珠絲杠的第一實施方式的作用效果(加熱時)的圖。圖6是說明本實用新型的滾珠絲杠的第二實施方式(內(nèi)周螺旋型的溫度調(diào)整構(gòu)件)的圖。圖7是說明本實用新型的滾珠絲杠的第三實施方式的冷卻結(jié)構(gòu)的圖，該圖的(a)是從軸向觀察的主視圖，(b)是將螺母沿軸線剖開示出的側(cè)視圖。圖8是本實用新型的滾珠絲杠的第四實施方式(過大滾珠預(yù)壓滾珠絲杠)的沿軸線方向的剖視圖。圖9是本實用新型的滾珠絲杠的第五實施方式(微隙滾珠絲杠)的沿軸線方向的剖視圖。標號說明I :滾珠絲杠；10 :絲杠軸；15 :滾動體；20 :螺母；30 :溫度調(diào)節(jié)構(gòu)件；32 :管(冷卻介質(zhì)的通道)；34 :循環(huán)裝置；36:熱交換機；40 :溫度計(溫度測量構(gòu)件);50 :控制部。
具體實施方式
[0044]下 面，適當?shù)貐⒖几綀D對本實用新型的一個實施方式進行說明。如圖2所示，本第一實施方式的滾珠絲杠I具有絲杠軸10，其在外周面具有螺旋狀的螺紋槽IOa ;以及螺母20，其在內(nèi)周面具有與該絲杠軸10的螺紋槽IOa對置的螺紋槽20a。螺母20形成為具有比絲杠軸10的外徑大的內(nèi)徑的筒狀。并且，通過隔著多個滾動體15進行螺合，螺母20以能夠相對移動的方式外嵌于絲杠軸10，所述多個滾動體15滾動自如地裝填于對置的螺紋槽10a、20a彼此之間。此處，在本例中，如圖3所示，在絲杠軸10的螺紋槽IOa與螺母20的螺紋槽20a之間，在設(shè)預(yù)壓方向為壓縮方向、并由此施加預(yù)壓載荷FaO從而形成了偏置導(dǎo)程預(yù)壓(壓縮方向預(yù)壓滾珠絲杠)的狀態(tài)下，組裝有多個滾動體15。回到圖2，在螺母20上卷繞有呈螺旋狀地圍繞螺母20的外周面20b的管32。該管32被用作冷卻介質(zhì)的通道，管32的兩端與循環(huán)裝置34連接，所述循環(huán)裝置34用于使冷卻介質(zhì)在管32內(nèi)循環(huán)。該循環(huán)裝置34具有熱交換機36，由該循環(huán)裝置34和管32構(gòu)成溫度調(diào)節(jié)構(gòu)件30。由此，被循環(huán)裝置34內(nèi)的熱交換機36冷卻或加熱的、管32內(nèi)的冷卻介質(zhì)借助循環(huán)裝置34在管32內(nèi)循環(huán)，從而能夠冷卻或加熱螺母20。在本例中，形成為被用作冷卻介質(zhì)通道的管32呈螺旋狀地圍繞螺母20的外周面20b的外周螺旋型溫度調(diào)整構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，因此如圖2的(a)中以標號H表示冷卻范圍(由虛線和陰影所示的范圍)那樣，在整體均勻地冷卻或加熱螺母20的方面是優(yōu)選的。進而，在本例中，在螺母20的表面附設(shè)有溫度計40作為溫度測量構(gòu)件，通過該溫度計40取得的溫度測量的信息被輸入控制部50?？刂撇?0構(gòu)成為具有微型計算機，除了溫度測量的信息之外，還從對組裝有該滾珠絲杠I的設(shè)備進行控制的計算機向控制部50輸入與驅(qū)動條件相關(guān)的信息(例如，要求低速高精度的加工時的驅(qū)動信息、要求高速移動但對停止精度要求不那么高的高速移動時的驅(qū)動信息等)。并且，該控制部50基于上述取得的溫度測量信息和驅(qū)動條件的變化信息來控制上述熱交換機36和循環(huán)裝置34，將螺母20的溫度控制成與驅(qū)動條件對應(yīng)的預(yù)定溫度。下面，參考圖4和圖5，說明利用控制部50實現(xiàn)的達到與驅(qū)動條件對應(yīng)的預(yù)定溫度的控制的作用機理和效果。另外，圖4和圖5為表示在以壓縮方向為預(yù)壓方向的上述第一實施方式的滾珠絲杠I (壓縮方向預(yù)壓滾珠絲杠)中，利用由上述控制部50實現(xiàn)的熱交換機36和循環(huán)裝置34的控制運轉(zhuǎn)來冷卻或加熱螺母時的螺母收縮的關(guān)系的圖。如圖4所示，在對螺母20施加了朝向壓縮方向的兩點接觸預(yù)壓的狀態(tài)的壓縮方向預(yù)壓滾珠絲杠中，在冷卻螺母20時，徑向的熱收縮fl向提高上述預(yù)壓載荷FaO的方向進行作用(參考該圖的(a))，并且軸向的熱收縮f2也向提高預(yù)壓載荷FaO的方向進行作用(參考該圖的(b))。由此，總體的預(yù)壓大幅地増加(參考該圖的(C))。另ー方面，如圖5所示，在該壓縮方向預(yù)壓滾珠絲杠中，在加熱螺母20時，徑向的熱膨脹fl向減小預(yù)壓載荷FaO的方向進行作用(參考該圖的(a))，并且軸向的熱膨脹f2也向減小預(yù)壓載荷FaO的方向進行作用(參考該圖的(b))。由此，總體的預(yù)壓大幅地減小(參考該圖的(C))。因此，在該第一實施方式的滾珠絲杠I (對螺母20施加壓縮方向的兩點接觸預(yù)壓的滾珠絲杠)中，通過冷卻或加熱螺母20，能夠使總體的預(yù)壓大幅地增加或減小。由此，能夠與驅(qū)動條件的變化相應(yīng)地高效積極地控制滾珠絲杠I的螺母20的剛性。另外，本實用新型涉及的滾珠絲杠以及滾珠絲杠的螺母剛性的控制方法并不限定于上述實施方式，只要不脫離本實用新型的主_，當然能夠進行各種變形。例如，在上述第一實施方式中，對形成為用作冷卻介質(zhì)的通道的管32呈螺旋狀地圍繞螺母20的外周面20b的外周螺旋型溫度調(diào)整構(gòu)件的例子進行了說明，然而不限定于此，也可以如圖6所示的本實用新型的滾珠絲杠的第二實施方式那樣，構(gòu)成為將管32設(shè)在螺母20的內(nèi)周面20c上的內(nèi)周螺旋型溫度調(diào)整構(gòu)件。另外，在圖6中，省略了循環(huán)裝置34、溫度計40和控制部50的圖示。在該圖所示的第二實施方式中，形成為這樣的結(jié)構(gòu)采用螺母20內(nèi)的滾動體15的循環(huán)通道為多條的多條結(jié)構(gòu)，其中，設(shè)置不供滾動體15循環(huán)的條并在該條上配置管32。如果是這樣的結(jié)構(gòu)的話，則與第一實施方式同樣地，如圖6的(a)中以標號H表示冷卻范圍那樣，在整體均勻地冷卻或加熱螺母20的方面是優(yōu)選的。并且，在該效果的基礎(chǔ)上，與第一實施方式那樣的外周螺旋型溫度調(diào)整構(gòu)件相比，在螺母20的內(nèi)部具有冷卻用的流路，因此螺母20相對于冷卻或加熱的熱膨脹引起的變形的響應(yīng)性高。在此，如果是第一或第二實施方式那樣的內(nèi)外周螺旋型的溫度調(diào)整構(gòu)件，則在整體均勻地冷卻或加熱螺母20的方面是優(yōu)選的，然而本實用新型不限于此，例如也可以如圖7所示的第三實施方式那樣，采用軸向的貫通孔32(在本例中，如該圖的(a)所示，沿周向等間隔地設(shè)有四處)作為用作冷卻介質(zhì)的通道的管32。然而，在該情況下，如圖7的(a)中以標號H示出冷卻范圍那樣，在整體均勻地冷卻或加熱螺母20的方面是不充分的，不過在簡化結(jié)構(gòu)方面是優(yōu)選的。此外，在上述實施方式中，對滾珠絲杠I的預(yù)壓形式為壓縮方向預(yù)壓滾珠絲杠的例子進行了說明，然而滾珠絲杠I的預(yù)壓形式也不限于此，也可以是過大滾珠預(yù)壓滾珠絲杠、微隙滾珠絲杠。例如，圖8所示的第四實施方式是滾珠絲杠I的預(yù)壓形式為過大滾珠預(yù)壓滾珠絲杠的例子。另外，由于除了預(yù)壓方式以外能夠采用與上述說明的第一至第三實施方式相同的結(jié)構(gòu)，因此對預(yù)壓方式以外的結(jié)構(gòu)省略說明。該滾珠絲杠I為如下的過大滾珠預(yù)壓滾珠絲杠組裝以滾動自如的方式裝填在對置的螺紋槽10a、20a彼此之間的、直徑比螺紋槽10a、20a彼此的相對距離稍大的多個滾動體15，從而施加預(yù)壓。如果預(yù)壓形式為過大滾珠預(yù)壓滾珠絲杠的話，在冷卻時，通過螺母的收縮，在徑向和軸向上預(yù)壓均増大。另ー方面，在加熱的情況下，通過螺母的膨脹，在徑向上預(yù)壓減小，不過在軸向上通過膨脹使得預(yù)壓増大了，因此總體上預(yù)壓沒有變化。即，在過大滾珠預(yù)壓滾珠絲杠中，其特征在于，冷卻時預(yù)壓増大，而加熱時預(yù)壓沒有變化。由于存在這樣的特征，在過大滾珠預(yù)壓滾珠絲杠中，借助由上述控制部50實現(xiàn)的熱交換機36和循環(huán)裝置34的控制運轉(zhuǎn)，來冷卻或加熱螺母20，由此與施加了預(yù)期的預(yù)壓的通常時相比預(yù)壓并未降低，因此能夠確保最低限度的剛性，在進行重切削等的情況下能夠通過冷卻來提高剛性。另外，圖9所示的第五實施方式是滾珠絲杠I的預(yù)壓形式為微隙滾珠絲杠的例子。另外，由于除了預(yù)壓方式以外均采用與上述說明的第一至第三實施方式相同的結(jié)構(gòu)，因此對預(yù)壓方式以外的結(jié)構(gòu)省略說明。 該滾珠絲杠I為如下的微隙滾珠絲杠組裝以滾動自如的方式裝填在對置的螺紋槽10a、20a彼此之間的、直徑比螺紋槽10a、20a彼此的相對距離稍小的多個滾動體15而形成間隙，從而形成為在螺母或絲杠軸的軸向上設(shè)置游隙。微隙滾珠絲杠中，雖然存在與設(shè)置間隙的量對應(yīng)的側(cè)隙(バックラッシュ)，但是與預(yù)壓滾珠絲杠相比驅(qū)動時的溫度上升較低，并且驅(qū)動時的動摩擦轉(zhuǎn)矩也較低，因此適于沒有定位精度要求的高速驅(qū)動。[0062] 如果預(yù)壓形式為微隙滾珠絲杠的話，在冷卻時，通過在徑向和軸向分別收縮而成為預(yù)壓滾珠絲杠。因而，在需要剛性時(例如加工吋)，能夠通過冷卻螺母來作為預(yù)壓滾珠絲杠而提高預(yù)壓載荷從而提高螺母剛性。另ー方面，在搬送等高速移動時，通過加熱螺母而成為微隙滾珠絲杠，由此，能夠?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動時的動摩擦轉(zhuǎn)矩的降低和由預(yù)壓載荷的降低得到的壽命的増加。
權(quán)利要求1.一種滾珠絲杠，其具備絲杠軸，所述絲杠軸在外周面具有螺旋狀的螺紋槽；以及螺母，所述螺母在內(nèi)周面具有與所述絲杠軸的螺紋槽對置的螺紋槽，并且所述螺母隔著多個滾動體以能夠相對移動的方式外嵌于所述絲杠軸，所述滾動體裝填在所述對置的螺紋槽之間，所述滾珠絲杠的特征在于， 從預(yù)壓形式來說，所述滾珠絲杠為壓縮方向預(yù)壓滾珠絲杠、過大滾珠預(yù)壓滾珠絲杠或者當無負載時在所述螺母或所述絲杠軸的軸向上設(shè)置游隙而形成的微隙滾珠絲杠， 所述滾珠絲杠具備溫度調(diào)節(jié)構(gòu)件，所述溫度調(diào)節(jié)構(gòu)件能夠冷卻和加熱所述螺母；以及控制部，所述控制部通過利用該溫度調(diào)節(jié)構(gòu)件冷卻或加熱所述螺母來控制預(yù)壓載荷和螺母剛性。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的滾珠絲杠，其特征在于， 所述溫度調(diào)節(jié)構(gòu)件具有管，該管呈螺旋狀地圍繞所述螺母的外周，通過使液體在該管內(nèi)循環(huán)來冷卻或加熱所述螺母。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的滾珠絲杠，其特征在于， 所述溫度調(diào)節(jié)構(gòu)件具有管，該管在所述螺母的內(nèi)周且沿所述對置的螺紋槽之間配置，通過使液體在該管內(nèi)循環(huán)來冷卻或加熱所述螺母。
專利摘要本實用新型提供一種滾珠絲杠，其與滾珠絲杠的驅(qū)動條件的變化相應(yīng)地積極地控制螺母的剛性。從預(yù)壓形式來說，滾珠絲杠為壓縮方向預(yù)壓滾珠絲杠、過大滾珠預(yù)壓滾珠絲杠或當無負載時在所述螺母或所述絲杠軸的軸向上設(shè)置游隙而形成的微隙滾珠絲杠，控制用于上述滾珠絲杠的螺母的剛性的方法中，通過利用能夠冷卻和加熱螺母的溫度調(diào)節(jié)構(gòu)件冷卻或加熱螺母來控制預(yù)壓載荷和螺母剛性。
文檔編號F16H25/24GK202402583SQ20112053763
公開日2012年8月29日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月30日
發(fā)明者水口淳二, 高橋和馬 申請人:日本精工株式會社