直线传动装置 【技术领域】
本发明涉及的是具有截面大致U字形的轨道部件和设置在轨道部件内的、两侧面有导轨部、中央有滚珠丝杠部一体化结构的移动部件的传动装置。
背景技术
如图11所示，公开的直线传动装置具有截面大致U字形的外轨1、设在外轨1内地、两侧面有导轨部2a、2a、中央有滚珠丝杠部2b一体化结构的内滑块2。
对导轨部2a、2a的构成进行说明。在外轨1的相对的一对内壁面1a、1a上，分别形成上下2条滚珠滚动槽1b、1b。另一方面，在设在外轨1内的内滑块2的两个侧面形成与外轨1的滚珠滚动槽1b、1b相对的负载滚动槽2c、2c，在相对的滚珠滚动槽1b、1b和负载滚动槽2c、2c之间中介有多个能够滚动的滚珠3。
对丝杠部2b的结构进行说明。在内滑块2的中央贯穿有丝杠轴4。在丝杠轴4的外周面形成螺旋形的滚珠滚动槽。在内滑块2的贯穿孔中与滚珠滚动槽相对应地形成螺旋形的负载滚珠滚动槽。
【发明内容】
由于这样的直线传动装置凝缩了导轨部2a、2a和滚珠丝杠部2b，以最小的隔离件具有高刚性、高精度的传动装置的功能。因此，多在半导体制造装置、液晶制造装置、医疗相关等的清洁环境下使用。在清洁环境下，要求传动装置的扬尘少、传动装置所产生的声音小。
为了降低传动装置的扬尘，用壳体覆盖含有传动装置导轨部的驱动部分、或再在壳体内部进行空气吸引。但是，即使用壳体覆盖含有传动装置导轨部的驱动部分，由于从滑动部分依然产生尘土，因此不是根本的解决对策。
而且，在直线传动装置的滚珠丝杠部2b上，为提高定位精度通常施加预压，但是，直线传动装置的内滑块2与通常的由丝杠轴和螺母所构成的滚珠丝杠不同、导轨部2a、2a和滚珠丝杠部2b为一体化结构，因此，制造工序上，不采用象通常的滚珠丝杠那样，通过将螺母上所形成的滚珠滚动槽的相位错开而施加预压的方式，取而代之地采用填充直径比丝杠轴4和内滑块2之间的缝隙大上若干的加大尺寸滚珠的所谓加大尺寸的预压方式。在填充加大尺寸滚珠的预压方式的情况下，为使滚珠顺畅地循环，在加大尺寸的滚珠之间填充半径小上若干的隔离件滚珠。但是，如果填充隔离件滚珠，承受与之相对应的载荷的滚珠的数量减少，轴方向能够承载的载荷就会降低。
因此，本发明的目的使提供一种能够实现低扬尘及低噪音、且轴线方向能够承载的载荷也大的直线传动装置。
以下对本发明进行说明。另外，为了易于理解本发明，将附图的附图标记标在括号中，但本发明并不由此仅限于图示的形式。
本发明人为了防止滚动体之间的金属接触、且使滚动体整列运动，在导轨部和丝杠部的滚动体之间设有两端具有与滚动体曲面相对应的凹部的隔离件。而且，着眼于导轨部的滚动体的循环运动是用U字形的方向转换通路连接直线形的负载滚动路和直线形的回行通路的一个平面内的2维运动、以及丝杠部滚动体的循环运动是螺旋形的复杂3维运动，用带状部件将填充到导轨部的多个隔离件连接成一串，使填充到丝杠部的多个隔离件相互分离，这样也防止了滚动体与其周围的循环路的接触。
具体的是，权利要求1的发明以具有下述特征的直线传动装置解决了上述课题，包括具有相对内壁面(7a、7a)的截面大致U字形的轨道部件(7)、夹在上述内壁面(7a、7a)之间的移动部件(8)、以及贯穿上述移动部件(8)的丝杠轴(9)，在上述轨道部件(8)的内壁面(7a、7a)上形成滚动体滚动部(11)，在上述移动部件(8)的两个侧面形成与上述滚动体滚动部(11)相对应的负载滚动体滚动部(19)，为了使在上述滚动体滚动部(11)和上述负载滚动体滚动部(19)之间滚动的滚动体(28...)循环，在上述移动部件(8)上设有与上述负载滚动体滚动部(19)隔着一定间隔平行延伸的滚动体回行通路(C)、及连接上述负载滚动体滚动部(19)和上述滚动体回行通路(C)的方向转换通路(B)，在上述丝杠轴(9)的外周面形成螺旋形的丝杠轴用滚动体滚动部(9a)，在上述移动部件(8)的贯穿孔中形成与上述丝杠轴用滚动体滚动部(9a)相对应的丝杠轴用负载滚动体滚动部(15a)，在上述移动部件(8)上设有使在上述丝杠轴用滚动体滚动部(9a)和丝杠轴用负载滚动体滚动部(15a)之间滚动的丝杠轴用滚动体(3 3...)循环的丝杠轴用滚动体回行通路(E)，其特征在于，在上述滚动体(28...)之间，设有多个两端具有与上述滚动体(28...)的曲面相对应的曲面形凹部(30a...)的隔离件(30...)，该多个隔离件(30...)用具有挠性的带状部件连接成一串，在上述丝杠轴用滚动体(33...)之间，设有多个两端具有与上述丝枉轴用滚动体(33...)的曲面相对应的曲面形凹部、并相互分离的隔离件(35...)，在上述移动部件(8)上设有沿着上述负载滚动体滚动部(19)的两侧边缘延伸的、当从上述轨道部件(7)取下上述移动部件(8)时防止由上述带状部件(31、31)和上述隔离件(30...)保持的滚动体(28...)从上述移动部件(8)脱落的保持部件(17)。
依据本发明，通过在填充到导轨部和丝杠部的滚动体之间装入具有与滚动体的曲面相对应的凹部的隔离件，能防止金属制的滚动体之间的金属接触。而且，由于将填充到在平面内作2维运动的导轨部的多个隔离件用带状部件连接成一串，滚动体在一定的轨道内循环，能够进一步防止滚动体与其周围的循环通路不需要的接触、实现低扬尘和低噪音。另一方面，在丝杠部，由于不仅停留在2维的方向转换，有必要进行3维方向转换，甚至有必要在行进方向周围进行弯曲运动，通过使多个隔离件没有带状部件连接地分离，能够防止滚动体与其周围的循环通路不需要的接触。由于能够防止滚动体之间及滚动体与其周围的循环通路不需要的接触，因此可实现低扬尘和低噪音。
而且，通过填充两端具有与滚动体的曲面相对应的曲面形凹部的隔离件，与使用间隔滚珠的情况相比，能够缩短滚动体之间的距离。因此，可获得轴线方向能够承受载荷大的直线传动装置。
而且，权利要求2的发明，其特征在于，在权利要求1所记载的直线传动装置中，在由上述负载滚动体滚动部(19、A)、上述滚动体回行通路(B)、上述方向转换通路(B)所构成的滚动体循环路上设有引导上述带状部件(31、31)的导向部(16a、26)。
依据本发明，由于带状部件由设在滚动体循环路中的导向部引导，带状部件在较一定的轨道内循环，由带状部件所连接的多个隔离件及介于多个隔离件之间的滚动体也在较一定的轨道内循环。
再有，权利要求3的发明，其特征在于，在权利要求1或权利要求2所记载的直线传动结构中，构成上述滚动体回行通路(C)的回行通路构成部件(16)、构成上述方向转换通路(B)的内周侧的方向转换通路内周侧构成部件(25)、构成上述方向转换通路(B)的外周侧的方向转换通路外周侧构成部件(18)、及上述保持部件(17)与上述移动部件(8)的本体为分体地由树脂成形。
依据本发明，在导轨部，由于金属接触仅限于滚动体与轨道部件的滚动体滚动部、及滚动体和移动部件的负载滚动体滚动部，所以能进一步抑制扬尘和噪音。
【附图说明】
图1所示为本发明实施方式之一的直线传动装置的重要部位的立体图(含有一部分截面图)。
图2所示为上述直线传动装置的立体分解图。
图3所示为上述直线传动装置的俯视图。
图4所示为上述直线传动装置的侧视图(显示了部分截面图)。
图5为图4的V-V线处的剖视图。
图6为保持部件的俯视图。
图7为保持部件的侧视图。
图8为图7的VIII-VIII线处的剖视图。
图9所示为收纳在丝杠部的滚珠循环路中的滚珠和隔离件的立体图。
图10所示为收纳在导轨部的滚珠循环路中的滚珠和挡环的示意图。
图11所示为现有技术的直线传动装置的立体图。
【具体实施方式】
图1至图4所示为本发明实施方式之一的直线传动装置。图1所示为本发明实施方式之一的直线传动装置的重要部位的立体图(含有一部分截面图)，图2所示为立体分解图，图3所示为俯视图，图4所示为侧视图。直线传动装置具有作为截面大致为U字形的轨道部件的外轨7和设在外轨内的、两侧面有导轨部、中央有滚珠丝杠部并形成一体结构的、作为移动部件的内滑块8。用未图示的电动马达等驱动源使与内滑块8旋合的丝杠轴9转动，内滑块8沿着外轨7做直线运动。这样的直线传动装置由于导轨部与滚珠丝杠部为一体结构，因此以最小的空间而具有高刚性、高精度的传动功能。
首先对直线传动装置的导轨部进行说明。外轨7的截面大致为U字形状，并具有相互反作用的一对内壁面7a、7 a。在内壁面7a、7a上，形成了贯穿全长范围内的凹槽10、10，在各凹槽10的上下角部形成了作为滚动体滚动部的2条滚珠滚动槽11、11。即，滚珠滚动槽11...在外轨7的一对内壁面7a、7a的上下分别设有2条合计4条。该滚珠滚动槽11...由截面具有比滚珠半径大上若干的曲率的单一的圆弧、即圆弧槽构成。如图3和图4所示，在外轨7的纵向的两端设有能够转动自如地支承丝杠轴9的支承轴套13、14。支承轴套13、14与外轨7通过螺栓等连接机构连接。在支承轴套13上安装有驱动源，在驱动源的输出轴和丝杠轴之间中介有连轴节。
如图1和图2所示，在外轨7的内壁面7a、7a之间夹有内滑块8。内滑块8包括滑块本体15、嵌入到滑块本体15中的树脂成形体(回行通路的构成部件16...及保持部件17、17)、安装在滑块本体15两个端面的端盖18、18。
在滑块本体15的两个侧面，形成与外轨7的滚珠滚动槽11、11相对的上下2条作为负载滚动体滚动槽的负载滚珠滚动槽19、19。即，在滑块本体15的两侧面的上下分别设有2条合计4条的负载滚珠滚动槽19...。该负载滚珠滚动槽也是由断面具有比滚珠半径大上若干的曲率的单一的圆弧、即圆弧槽构成。在外轨7的滚珠滚动槽11和内滑块8的负载滚珠滚动槽19之间形成作为使滚珠循环的滚珠循环通路(滚动体循环通路)的一部分的负载滚珠滚动通路。
图5所示为直线传动装置的截面图。基于该图，对滚珠列的切角线进行说明。这里所说的滚珠列的切角线是指连接外轨7的滚珠滚动槽11和滚珠的切点与内滑块8的负载滚珠滚动槽19和滚珠的切点的线。该直线传动装置中，由于设有4条负载滚珠滚动通路，所以存在4条切角线。上侧的2条切角线①从传动装置的中心面向外侧地从水平方向向斜上方倾斜例如45度角，下侧的2条切角线②从传动装置的中心面向外侧地从水平方向向斜下方倾斜例如45度角。这样，可以获得负载径向(下方向)、径向的反向(上方向)、横方向(含有左右两个方向)四个方向载荷的直线传动装置。
如图1和图2所示，在滑块本体的左右形成与上下2条负载滚珠滚动槽19、19隔着一定间隔平行延伸的2条贯穿孔21、21。构成滚珠回行通路的树脂制回行通路构成部件16...插入到该贯穿孔21...中。在该回行通路构成部件16...中，形成沿其轴线方向延伸的、用于引导后述的挡环带状部件的导向槽16a(导向部)(参照图5)。
在内滑块8上，设有连接着负载滚珠滚动路和滚珠回行通路的、使滚珠循环的U字管形方向转换通路。由这些负载滚珠滚动通路、方向转换通路和滚珠回行通路构成环形滚珠循环通路。该滚珠循环通路分别在内滑块的左右形成2条合计4条。各滚珠循环通路形成于同一平面内，滚珠在滚珠循环通路内作2维循环。而且，在该滚珠循环通路中设有遍及全周的用于引导挡环带状部件的导向部。
在方向转换通路的外周一侧，形成作为方向转换通路外周一侧构成部件的端盖18、在方向转换通路的内周一侧，形成作为方向转换通路内周一侧构成部件的保持部件17。通过组合这些端盖18和保持部件17，形成用于引导方向转换通路中的挡环带状部件的导向槽(导向部)。
图6至图8所示为保持部件。保持部件17具有沿负载滚珠滚动槽19两侧边缘延伸的、当从外轨7取下内滑块8时防止保持在挡环处的滚珠从外轨脱落的保持部24、和设在保持部24纵向两端的构成方向转换通路的内周侧的方向转换通路内周侧构成部25。如果将该保持部件17安装在滑块本体15上，形成用于与滑块本体15的外侧一面协动地引导挡环带状部件的导向部26...(导向槽)。
保持部24由用于保持填充在下侧滚珠循环路的挡环的下侧的第1保持部24c、用于保持填充在下侧滚珠循环路的挡环的上侧、同时还保持填充在上侧滚珠循环路的挡环的下侧的第2保持部24b和用于保持填充在上侧滚珠循环路的挡环的上侧的第2保持部24a构成。各方向转换通路内周侧构成部25形成半圆的大致圆弧形。
这些保持部件17、17、回行通路构成部件16...和端盖18、18分别与滑块本体15分体地树脂成形，组装到滑块本体15上。
如图2所示，在各循环路中填充有由挡环27转动、滑动自如地保持的多个滚珠28...。挡环2 7具有介于滚珠间的多个隔离件30...和一连串地连接该隔离件30两侧边缘的带状部件31、31(参照图10)。隔离件30...形成圆筒形、其圆筒的外径设定得比滚珠28...的直径小。在各隔离件30的轴线方向的两端与滚珠28对应地形成具有与该滚珠28半径大致相等的曲率半径的曲面形凹部的球面凹部30a、30a。将隔离件30...配置在滚珠28...之间，隔离件30...的轴线位于连接滚珠28...中心的线上。为使滚珠28...间的距离形成为所必要的最小限，隔离件30...轴线方向的长度设定得短。
带状部件31、31厚度一定，与隔离件30侧面的两侧连接。该带状部件31、31具有挠性以能够与方向转换通路柔软地对应。在带状部件31、31与滚珠28的干涉位置上形成具有与滚珠28半径大致相等的曲率半径的切口。带状部件31、31比滚珠28...的两侧边缘突出，该突出部分由设在滚珠循环路上的导向部引导。而且，带状部件31、31的纵向两端角带有圆度31a...。隔离件30...和带状部件31、31以合成树脂等为原材料通过注塑成形等形成一体。
接着对直线传动装置的丝杠部进行说明。如图1所示，丝杠轴9贯穿于内滑块8的中央部。在丝杠轴9的外周面形成作为螺旋形的丝杠轴用滚动体滚动部的丝杠轴用滚珠滚动槽9a。该丝杠轴用滚珠滚动槽9a的截面形状由比丝杠轴用滚珠33的半径大上若干的曲率半径的两个圆弧所构成的尖拱形成。另一方面，在滑块本体15的贯穿孔中形成作为与丝杠轴用滚珠滚动槽9a相对应的丝杠轴用负载滚动体滚动部的丝杠轴用负载滚珠滚动槽15a。该丝杠轴用负载滚珠滚动槽15a的截面形状也由比丝杠轴用滚珠33的半径大上若干的曲率半径的两个圆弧所构成的尖拱形成。在丝杠轴9的丝杠轴用滚珠滚动槽9a和滑块本体15的负载滚珠滚动槽15a之间构成滚珠循环路的负载滚动路。
丝杠轴9的丝杠轴用滚珠滚动槽9a与滚珠3 3是2点接触，滑块本体15的丝杠用负载滚珠滚动槽15a与滚珠33也是2点接触。即，滚珠33合计为4点与丝杠轴9的丝杠轴用滚珠滚动槽9a和滑块本体15的丝杠用负载滚珠滚动槽15a接触。作为施加预压的方式，采用填充直径比丝杠轴9和滑块本体15之间的缝隙大上若干的加大尺寸滚珠的所谓加大尺寸方式。
在内滑块8上设有使在丝杠轴用滚珠滚动槽9a和丝杠轴用负载滚珠滚动槽15a之间滚动的滚珠循环的回行管34。通过该回行管34形成连通负载滚动路的一端和另一端的丝杠轴用滚珠回行通路(丝杠轴用滚动体回行通路)。
回行管34呈圆形截面，两个端部相对于本体部分大约被90°折弯，形成大致门形形状。两个脚部不平行，各自的指向方向与螺纹升角相应地扭曲。在回行管34的两端部形成用于上掬在负载滚动路滚动的滚珠的切口。回行管34的两侧部隔着几个节距的间隔嵌入到上述负载滚动路中。而且，该回行管34设在内滑块8的下面，即与外轨7的上面相对的一侧，通过管压板固定到内滑块8上。通过将回行管34设在内滑块8的下面一侧，可以自由地利用内滑块8的上面一侧，基座等的组装变得容易。
在负载滚动路中填充有多个丝杠轴用滚珠33...。在多个滚珠33...之间中介有相互分离的多个隔离件35...。隔离件形成圆筒形，其圆筒的外径比滚珠33...的直径设定得小，其轴线方向的长度比滚珠33...的直径设定得小。在隔离件35...轴线方向的两端与滚珠33对应地形成作为与该滚珠33的半径大致相等的曲率半径的曲面形凹部的球面凹部。将隔离件35...配置在滚珠33...之间，隔离件35...的轴线位于连接滚珠33...中心的线上。为使滚珠33...间的距离形成为所必要的最小限，隔离件35...轴线方向的长度设定得短。
如果使丝杠轴9转动，一边在负载滚动路内承受载荷一边向圆周方向滚动的滚珠33...在回行管34的两端部的前端被上掬。被上掬的滚珠33...通过回行管36内后，从隔着数个节距间隔的两个端部的前端再返回到负载滚动路上。如果在丝杠轴9的转动方向上反转，滚珠33...沿着该相反路线循环。
图9所示为收纳在丝杠部的滚珠循环路内的滚珠33...和隔离件35...。图10所示为收纳在导轨部的滚珠循环路中的滚珠28...和挡环27。在导轨部和丝杠部，通过在填充的滚珠33...、28...之间装入具有与滚珠33...、28...的曲面相对应的凹部的隔离件35...、30...，能防止金属制的滚珠之间的金属接触、实现低扬尘和低噪音。
如图10所示，在导轨部的滚珠循环路中，滚珠28...在平面内作2维运动。即在直线形的负载滚动路A→U字形的方向转换通路B→直线形的回行通路C→U字形的方向转换通路B中循环。在方向转换通路B中，挡环27的带状部件31可自由弯曲。填充到导轨部的多个隔离件30...由于用带状部件连成一串，滚珠28...在一定的轨道内循环，可防止滚珠28......与其周围的循环通路不需要的接触。而且，由于带状部件31通过设在滚珠循环路中的导向部引导，带状部件31在较一定的轨道内循环，与带状部件31连接的多个隔离件30...和介于多个隔离件30...之间的滚珠28...也在较一定的轨道内循环。
特别是，通过采用与金属制的滑块本体分体的树脂成形回行通路构成部件16...、保持部件17...和端盖18、18，在导轨部，金属接触仅限于负载滚动路。因此，能进一步抑制扬尘。
另一方面，如图9所示，丝杠部的负载滚动路D形成螺旋形，而且，滚珠回行通路E(回行管)如上所述那样具有绕滚珠33...的行进方向的扭曲。即在丝杠部，滚珠33...和隔离件35...进行三维方向转换、以复杂的形式运动。通过使多个隔离件35...没有带状部件连接地分离，可防止滚珠33...和其周围的循环通路不需要的接触。而且，在丝杠部，通过填充两端具有与滚珠33...的曲面相对应的曲面形凹部的隔离件35...取代传统的间隔滚珠，与使用间隔滚珠的情况相比，能够缩短滚珠之间的距离。因此，能够承受载荷的滚珠33...的数量不会减少。
参照图2对上述的直线传动装置的组装方法进行说明。首先将丝杠轴9插入到滑块本体15内，在丝杠轴9和滑块本体15之间交替地填充滚珠33...和隔离件35...。在回行管34中也填充滚珠33...和隔离件35...，并将回行管34安装到滑块本体15上。这样，就完成了滑块本体15与丝杠轴9的组装。
接着，在滑块本体15的贯穿孔21...中插入回行通路构成部件16...，在滑块本体15的两个侧面组装上保持部件17、17。而且，在滑块本体15的一个端面上安装端盖18。接着将由挡环27定位、保持的滚珠28...从与端盖18的安装一侧相反的一侧插入到导轨部的滚珠循环路中。而且，将余下的端盖18组装到滑块本体15的另一端面上。最后，将内滑块8插入到外轨7内，将支持丝杠轴两端的支承轴套13、14固定在外轨7的两端。
另外，不仅可使用滚珠作为滚动体，也可使用圆筒状的滚柱。
如上说明那样，依据本发明，在导轨部的滚动体之间，设有多个两端具有与滚动体曲面相对应的曲面形凹部的隔离件，该多个隔离件被具有挠性的带状部件连接成一串。另一方面，在丝杠部的丝杠轴用滚动体之间设有多个两端具有与滚动体曲面相对应的曲面形凹部的、相互分离的隔离件。通过在填充到导轨部和丝杠部的滚动体间，装入具有与滚动体曲面相对应的凹部的隔离件，能够防止金属制的滚动体之间的金属接触。而且，由于用带状部件将填充到在平面内作2维运动的导轨部的多个隔离件连接成一串，滚动体在一定的轨道内循环，能进一步防止滚动体与其周围的循环通路不需要的接触。在丝杠部，由于不仅停留在2维的方向转换，有必要进行3维方向转换，甚至有必要在行进方向周围进行扭曲运动，通过使多个隔离件没有带状部件连接地分离来防止滚动体与其周围的循环通路不需要的接触。由于能够防止滚动体之间及滚动体与其周围的循环通路不需要的接触，因此可实现低扬尘和低噪音。