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1、(10)申请公布号 CN 103620267 A (43)申请公布日 2014.03.05 CN 103620267 A (21)申请号 201380001674.7 (22)申请日 2013.06.06 2012-129847 2012.06.07 JP F16H 25/24(2006.01) F16H 25/22(2006.01) (71)申请人 日本精工株式会社 地址 日本东京都 (72)发明人 进藤雅史 水口淳二 (74)专利代理机构 北京三友知识产权代理有限 公司 11127 代理人 李辉 徐丹 (54) 发明名称 滚珠丝杠装置 (57) 摘要 提供滚珠丝杠装置， 即使螺母被冷却， 。
2、冷 却能力也不易降低。为此， 具有 ： 丝杠轴 （10） ； 螺母 （20） ， 其通过多个滚动体 （30）与丝杠轴 （10）螺合 ； 以及冷却单元 （50） ， 其设置于该螺 母 （20）的内部， 在设滚动体 （30）的直径为 DW、 螺母 （20） 的总长度为 L、 轴向间隙为 时， 满足 0.0510-3L 0.005DW。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2013.12.12 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/JP2013/003577 2013.06.06 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/183298 JA 2013.12.12 (5。
3、1)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103620267 A CN 103620267 A 1/1 页 2 1. 一种滚珠丝杠装置， 其特征在于， 该滚珠丝杠装置具有 ： 丝杠轴， 其在外周面形成有滚动槽 ； 螺母， 其在内周面形成有与所述滚动槽对应的滚动槽， 所述螺母通过多个滚动体而与 所述丝杠轴螺合， 所述多个滚动体配设在由所述螺母的滚动槽和所述丝杠轴的滚动槽形成 的滚动体滚动路径中 ； 以及 冷却单元， 其设置于所述螺母的内部， 设所。
4、述滚动体的直径为 DW、 所述螺母的总长度为 L、 轴向间隙为 时， 所述滚珠丝杠装 置满足以下式 （1） ： 0.0510-3L 0.005DW式 （1） 。 2. 根据权利要求 1 所述的滚珠丝杠装置， 其特征在于， 所述丝杠轴与所述螺母之间的 温度差为 30以下。 3.根据权利要求1或2所述的滚珠丝杠装置， 其特征在于， 仅所述丝杠轴的一个端部被 固定。 4.根据权利要求13中的任意一项所述的滚珠丝杠装置， 其特征在于， 所述滚珠丝杠 装置用于注塑成型机。 权 利 要 求 书 CN 103620267 A 2 1/6 页 3 滚珠丝杠装置 技术领域 0001 本发明涉及滚珠丝杠装置， 特。
5、别是涉及在注塑成型机或压力机等对精密机械部件 进行加工的设备用机械中使用的滚珠丝杠装置。 背景技术 0002 以往， 在具有丝杠轴、 和与该丝杠轴螺合并能够相对地旋转的螺母的丝杠装置中， 由于在旋转时发生点接触或面接触， 因而有时会在热源 （例如， 上述螺母） 设置冷却单元。 0003 作为这样的滚珠丝杠装置， 公开了将供制冷剂循环的冷却管作为上述冷却单元 （热交换器） 配设在上述螺母内的滚珠丝杠装置 （例如， 专利文献 1） 。 0004 根据该专利文献 1 所公开的滚珠丝杠装置， 作为冷却单元， 在上述螺母的内部配 设冷却液用贯通孔， 使冷却液在该冷却液用贯通孔中循环。 这样， 由于与对总。
6、长度较长的丝 杠轴进行冷却相比， 对总长度较短的螺母进行冷却时冷却装置会更紧凑， 因此在螺母的内 部配设了冷却液用贯通孔。 0005 通过该结构， 能够提供如下的滚珠丝杠装置 ： 上述螺母当然能够始终进行冷却， 还 能够对作为其它热源的滚珠的附近进行冷却， 其结果是， 即使在螺母由于冷却而收缩时， 动 摩擦转矩也不易上升。另外， 能够提供尽可能地提高冷却效果且不会导致加工效率的过度 降低和压力损失的增加的滚珠丝杠装置。 0006 现有技术文献 0007 专利文献 0008 专利文献 1 ： 日本特开 2010-133556 号公报 发明内容 0009 发明所要解决的课题 0010 然而， 在使。
7、用于以往的注塑成型机等的滚珠丝杠装置中， 在螺母被冷却时， 若丝杠 轴与螺母之间产生温度差， 则丝杠轴和螺母的膨胀长度不同， 丝杠轴的槽与螺母的槽之间 的距离变短， 因此配置有滚动体时的轴向间隙变小。并且， 在该温度差较大的情况下， 存在 间隙消失并在滚珠丝杠装置产生内部负荷的可能性。 这样， 当产生内部负荷时发热量增加， 因此滚珠丝杠装置的冷却效率相对降低， 存在研究的余地。 特别是， 由于使用滚珠丝杠装置 的注塑成型机对塑料等进行加热， 并通过模具进行成型， 因此由来自外部的热影响引起的 温度变化有时会导致成型性降低。 0011 因此， 本发明正是着眼于上述问题点而完成的， 其目的在于， 。
8、提供即使螺母被冷 却， 冷却能力也不易降低的滚珠丝杠装置。 0012 用于解决课题的技术方案 0013 为了实现上述目的， 本发明的一个实施方式的滚珠丝杠装置具有 ： 丝杠轴， 其在外 周面形成有滚动槽 ； 0014 螺母， 其在内周面形成有与所述滚动槽对应的滚动槽， 所述螺母通过多个滚动体 说 明 书 CN 103620267 A 3 2/6 页 4 而与所述丝杠轴螺合， 所述多个滚动体配设在由所述螺母的滚动槽和所述丝杠轴的滚动槽 形成的滚动体滚动路径中 ； 以及 0015 冷却单元， 其设置于所述螺母的内部， 0016 设所述滚动体的直径为 DW、 所述螺母的总长度为 L、 轴向间隙为 时。
9、， 满足以下式 （1） ： 0017 0.0510-3L 0.005DW式 （1） 。 0018 此处， 关于所述滚珠丝杠装置， 所述丝杠轴与所述螺母之间的温度差优选为 30 以下。 0019 另外， 关于所述滚珠丝杠装置， 优选仅所述丝杠轴的一个端部被固定。 0020 另外， 关于所述滚珠丝杠装置， 优选用于注塑成型机。 0021 发明效果 0022 根据本发明， 能够提供即使螺母被冷却， 冷却能力也不易降低的滚珠丝杠装置。 附图说明 0023 图 1 是示出滚珠丝杠装置的一个实施方式中的结构的沿着轴向的剖视图。 0024 图 2 是示出本实施例中的轴向间隙和螺母的总长度的比与内部负荷之间的。
10、关系 的图表。 0025 图 3 是示出对本实施例中的轴向间隙和螺母的总长度的比与内部负荷之间的关 系进行验证的试验机的结构的示意图。 0026 图 4 是示出本实施例中的滚珠丝杠装置的温度与 /L 之间的关系的图表。 0027 图 5 是示出在设外部负荷为 10%Coa 并使 /DW变化时的骑跨发生状况的图表。 具体实施方式 0028 下面， 参照附图对滚珠丝杠装置的一个实施方式进行说明。图 1 是示出滚珠丝杠 装置的一个实施方式中的结构的沿着轴向的剖视图。 0029 如图 1 所示， 本实施方式的滚珠丝杠装置 1 具有丝杠轴 10 和螺母 20。丝杠轴 10 和螺母 20 通过多个滚动体 。
11、30 而螺合。螺母 20 形成为筒状， 其内径比丝杠轴 10 的外径大。 在螺母 20 的内周面， 以与在丝杠轴 10 的外周面形成为螺旋状的螺纹槽 10a 对置的方式形 成有螺纹槽 20a。滚动体 30 能够在由螺纹槽 10a 和螺纹槽 20a 形成的滚动路径 40 中滚动。 0030 另外， 在螺母 20 形成有在轴向上贯通的贯通孔 20b。该贯通孔 20b 被用作冷却介 质的通路， 并且该贯通孔 20b 与用于使冷却介质在贯通孔 20b 内循环的循环装置 （未图示） 连接。该循环装置和贯通孔 20b 构成冷却单元 50。这样， 通过未图示的循环装置使冷却介 质在贯通孔 20b 内循环， 。
12、由此， 螺母 20 被冷却。 0031 根据以上结构， 通过使冷却液通过贯通孔 20b， 从而能够对螺母 20 进行冷却。 0032 而且， 本实施方式的滚珠丝杠装置 1 具有抑制由热位移差引起的内部负荷的产生 的结构。 0033 具体地讲， 当滚珠丝杠装置 1 被驱动而发热时， 丝杠轴 10 和螺母 20 发生热位移。 0034 这里， 以螺母 20 的中心为基准， 利用以下式 （A） 、（B） 来计算螺母 20 的两端部的位 置处的、 丝杠轴 10 与螺母 20 的轴向方向的热位移量。另外， 在下述式 （A） 、（B） 中， LS 说 明 书 CN 103620267 A 4 3/6 页 。
13、5 表示丝杠轴热位移量 （mm） 、 Ln 表示螺母热位移量 （mm） 、 表示线膨胀系数 （1/） 。另 外， L 表示螺母的总长度 （mm） 、 S 表示丝杠轴温度上升值 （） 、 n 表示螺母温度上升值 （） 。 0035 数学式 1 0036 0037 数学式 2 0038 0039 通过使图 1 所示的滚珠丝杠装置 1 驱动， 从而冷却螺母 20， 当丝杠轴 10 与螺母 20 之间产生温度差时， 该热位移量产生差。 0040 并且， 螺母 20 的两端部的位置处的丝杠轴 10 与螺母 20 之间的热位移差成为以下 式 （C） 。并且， 在以下式 （C） 中， 表示丝杠轴与螺母之间的。
14、热位移差 （mm） 。 0041 数学式 3 0042 0043 由于该热位移差， 丝杠轴 10 和螺母 20 的各自的螺纹槽 10a、 20a 的位置相对地错 位， 因此滚珠丝杠装置 1 的轴向间隙变小。 0044 另外， 在温度差较大的情况下， 间隙变为负的， 在滚珠丝杠装置 1 产生内部负荷。 0045 要计算该内部负荷的大小， 只需对滚珠丝杠装置1内的各滚动体30计算由负间隙 引起的负荷， 并取总和即可。 0046 由此， 通过增大滚珠丝杠装置 1 的轴向间隙， 从而能够抑制由热位移差引起的内 部负荷的产生。 0047 此处， 优选滚珠丝杠装置 1 的丝杠轴 10 仅一个端部被固定。特。
15、别是， 在将滚珠丝 杠装置 1 用于注塑成型机的情况下， 优选仅丝杠轴 10 的一个端部由固定于基座的轴承 （未 图示） 支撑为旋转自如。通过这种结构， 能够减少注塑成型机中的滚珠丝杠装置 1 与收纳熔 融树脂的容器之间的干涉。 0048 另外， 从上述式 （C） 可知， 当螺母 20 的总长度变长时， 热位移差变大， 容易产生内 部负荷。 0049 即， 为了抑制由热位移差引起的内部负荷的产生， 需要根据螺母 20 的总长度来增 大轴向间隙。 0050 此处， 一般的滚珠丝杠装置的最高使用温度是螺母 20 的外径温度为 50， 另外， 当丝杠轴的温度超过 80时， 有可能产生润滑脂的劣化和位。
16、于螺母 20 内部的树脂部件的 热变质等， 因此丝杠轴 10 与螺母 20 之间的温度差 （） 取上述各值的差， 设该差为最大 的 30来进行之后的研究。 0051 实施例 说 明 书 CN 103620267 A 5 4/6 页 6 0052 0053 轴向间隙的下限 0054 以下， 参照附图对本发明的实施例进行详细说明。 0055 首先， 对于表 1 所示的 3 种规格的滚珠丝杠装置， 使轴向间隙进行各种变化， 并计 算了 为 30时产生的内部负荷。图 2 示出其结果。另外， 在图 2 中， 由于需要根据螺 母总长度对轴向间隙进行变更， 因此横轴取间隙与总长度的比为 /L。 0056 如。
17、图 2 所示可知， 当 /L 小于 0.0510-3时， 内部负荷上升。这是由于轴向间隙 较小， 因此位于螺母两端侧的滚珠成为负间隙。 0057 表 1 0058 滚珠丝杠装置ABC 轴径 (mm)636380 导程 (mm)162025 钢球直径 (mm)12.715.87519.05 螺母总长度 (mm)200210260 0059 接着， 为了验证该结果而进行了试验。 0060 该试验是使用表 2 所示的规格的滚珠丝杠装置并以表 2 所示的条件进行的。另 外， 图 3 是示出对本实施例中的轴向间隙和螺母的总长度的比与内部负荷之间的关系进行 验证的试验机的结构的示意图。另外， 图 4 示出。
18、该试验结果。 0061 首先， 如图3所示， 在该试验机100设置有弹性单元101， 该弹性单元101对具有使 冷却液循环的冷却单元 50 的滚珠丝杠装置 1 的螺母 20 施加外部负荷。另一方面， 构成为 如下结构 ： 在滚珠丝杠装置 1 的丝杠轴 10 的一个端部经由传动带 102 连接有马达 103， 该 马达 103 的旋转作为丝杠轴 10 的旋转来传递。并且， 在该试验机 100 中， 在温度测定位置 MT 上设置有未图示的温度测定单元。 0062 如图 4 所示， 当 /L 为 0.0510-3以下时， 滚珠丝杠装置的温度上升。这是因为 在螺母的内部产生内部负荷， 滚珠丝杠装置的驱。
19、动时的发热量增加。 0063 根据以上结果， 为了抑制由热位移差引起的内部负荷的产生， 使 /L 为以下范围 即可。 0064 /L 0.0510-3 0065 表 2 说 明 书 CN 103620267 A 6 5/6 页 7 0066 0067 0068 此处， 在 /L 中， L 由来自客户的要求寿命或使用条件来决定， 因此在实际的设计 中增大轴向间隙 。 0069 但是， 当过度增大轴向间隙时， 滚动体的接触面骑跨到螺纹槽的肩部上 （以下称为 骑跨 （乗上） ） ， 有可能会产生滚珠丝杠装置的过早破损等不良影响。 0070 因此， 对增大轴向间隙的上限进行了研究。 0071 此处， 。
20、外部负荷的一般基准为滚珠丝杠装置的额定静负荷 （Coa） 的 10%。 0072 另外， 由于轴向间隙对骑跨的影响会根据滚动体的直径 （DW） 而变化， 因此可以关 注 /DW。 0073 因此， 图 5 示出关于以下表 3 所示的 6 种规格的滚珠丝杠装置， 设外部负荷为 10%Coa 并使 /DW变化时的骑跨发生状况。 0074 表 3 0075 0076 如图 5 所示， 在 /DW为 0.005 以下时， 表 3 所示的 6 种规格的滚珠丝杠装置全部 不会骑跨 （骑跨发生率 =0%） ， 当 /DW超过 0.005 时存在骑跨的规格的滚珠丝杠装置， 当达 到 0.0065 以上时在所有。
21、规格的滚珠丝杠装置中发生骑跨 （骑跨发生率 =100%） 。特别是， 在 /DW为约 0.0055 时， 在表 3 所示的 6 种规格中， 1 个滚珠丝杠装置发生骑跨 （骑跨发生率 =16.6%） ， 在 /DW为约 0.006 时， 在表 3 所示的 6 种规格中， 2 个滚珠丝杠装置发生骑跨 （骑 跨发生率 =33.33%） 。 0077 根据以上结果， /DW优选为以下的范围。 0078 /DW 0.005 说 明 书 CN 103620267 A 7 6/6 页 8 0079 联系轴向间隙对以上结果进行总结 ： 如果将轴向间隙设计为以下式 （1） 的范围， 则能够提供即使螺母被冷却也不。
22、易发生由内部负荷引起的冷却能力下降的滚珠丝杠。 0080 0.0510-3L 0.005DW式 （1） 0081 以上， 虽然对本发明的实施方式进行了说明， 但是本发明不仅限于此， 能够进行各 种变更、 改良。特别是， 通过将本发明的滚珠丝杠装置用于注塑成型机， 能够起到如上所述 的显著的效果。在将本发明的滚珠丝杠装置用于注塑成型机的情况下， 丝杠轴构成为比用 于机床等的滚珠丝杠装置的丝杠轴粗且短。其结果是， 本发明的滚珠丝杠装置作为实现高 循环、 高速、 高负荷的滚珠丝杠装置而发挥功能。 0082 标号说明 0083 1 滚珠丝杠装置 ； 0084 10 丝杠轴 ； 0085 20 螺母 ； 0086 30 滚动体 ； 0087 40 滚动体滚动路径 ； 0088 50 冷却单元。 说 明 书 CN 103620267 A 8 1/3 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103620267 A 9 2/3 页 10 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103620267 A 10 3/3 页 11 图 5 说 明 书 附 图 CN 103620267 A 11 。