滚珠螺杆机构 【技术领域】
本发明涉及一种滚珠螺杆机构，在该滚珠螺杆机构中，螺母构件通过滚珠旋在滚珠螺杆轴上，并且通过该滚珠螺杆机构，在旋转驱动源的驱动作用下，螺母构件沿滚珠螺杆轴轴向移动。
技术背景
在此以前，滚珠螺杆机构已经为公众所知，滚珠螺杆机构安装有螺杆轴，在该螺杆轴的外周表面开有螺旋槽，圆柱形螺母构件设置在螺杆轴的外周侧，滚珠通过螺旋槽设置在螺杆轴和螺母构件之间。
在这种滚珠螺杆机构中，例如，诸如马达等旋转驱动源与螺杆轴相连，并且通过螺杆轴的转动，螺杆轴的转动运动通过滚珠转换成螺母构件的直线运动，从而，螺母构件沿螺杆轴的轴线移动。
对于上述滚珠螺杆机构，伴随着螺母构件的轴向移动，滚珠需要在螺母构件和螺杆轴之间循环滚动。由于这样，例如，在日本公开专利公布第2005-048845号中公开的滚珠螺杆机构中，端构件分别设置在具有循环通道的螺母构件的两端上，并且回路沿螺母构件的轴向设置，该螺母构件与端构件内连。然后，当螺母构件沿螺杆轴移动时，安装在螺母构件和螺杆轴之间的滚珠从螺母构件一端侧上的螺旋槽移出，通过一个端构件中的循环通路进入滚珠回路，通过另一端构件的循环通路，滚珠再一次被移入螺母构件另一端侧处的螺旋槽，这样安装在螺母构件和螺杆轴之间的滚珠实现了循环滚动。
然而，在上述传统技术中，因为滚珠循环滚动所通过的滚珠回路设置在螺杆轴穿过螺母构件通过的孔的外周侧面上，因此在径向向外方向上，螺母构件的直径需要扩大对应于滚珠回路部分的量。结果，螺母构件的尺寸变大。
而且，为了能相对于螺母构件沿轴向返回滚珠，形成滚珠回路的工艺步骤变得麻烦。此外，因为端构件被构造成能够安装进螺母构件的两端内部，因此在螺母构件中，端构件的形状以及端构件位于螺母构件内的附接区域的形状复杂。结果，螺母构件的制造和装配过程复杂，滚珠螺杆机构的生产率降低。
【发明内容】
本发明的总体目的是提供一种滚珠螺杆机构，这种滚珠螺杆机构直径更小，而滚珠螺杆机构的生产率能够提高。
本发明的特征在于：外周表面上开有第一滚珠螺旋凹槽的滚珠螺杆轴；形状为圆柱形的螺母构件，该螺母构件在其内周表面上具有第二滚珠螺旋凹槽，该螺母构件设置在滚珠螺杆轴的外周侧面上，并且通过安装在第二滚珠螺旋凹槽和第一滚珠螺旋凹槽之间的滚珠与滚珠螺杆轴螺旋接合；以及分别与螺母构件轴向上的两端相连的循环构件，该循环构件用于通过设置在螺母构件的外部上的循环通道从螺母构件的移动方向上一端侧向螺母构件的另一端侧循环滚珠，其中，循环构件包括安装在螺母构件上的主体部和与主体部连接的圆柱部。
通过以下描述并结合通过图例显示本发明优选实施例的附图，本发明的上述及其他目的、特征和优点将变得显而易见。
【附图说明】
图1是根据本发明的第一实施例的滚珠螺杆机构的外部立体图；
图2是图1所示滚珠螺杆机构的部分剖切分解立体图；
图3是沿图1所示的滚珠螺杆机构的轴向剖切的纵剖视图；
图4是图1所示的滚珠螺杆机构的平面图；
图5是沿图1的V-V线剖切的剖视图；
图6是构成部分的滚珠螺杆机构的第一和第二返回构件地简单立体图；
图7是根据本发明的第二实施例的滚珠螺杆机构的外部立体图；
图8是图7所示滚珠螺杆机构的部分剖切分解立体图；以及
图9是沿图7所示的滚珠螺杆机构的轴向剖切的纵剖视图。
【具体实施方式】
在图1中，附图标记10表示根据本发明的第一实施例的滚珠螺杆机构。
滚珠螺杆机构10，如图1至4所示，包括沿轴向(箭头A和B的方向)伸展的长滚珠螺杆轴12、可移动地插在滚珠螺杆轴12的外周侧面上的移动螺母(螺母构件)14、以及成对设置的第一返回构件(循环构件)18和第二返回构件(循环构件)20，通过这些返回构件，钢珠16在滚珠螺杆轴12和移动螺母14之间循环。
例如，滚珠螺杆轴12由金属材料制成，并且在其外周表面上沿滚珠螺杆轴12的轴向(箭头A和B的方向)形成有螺旋形的第一螺旋凹槽22，第一螺旋凹槽22的横截面凹陷成大致半圆形，并被形成为使部分的钢珠16能够嵌入第一螺旋凹槽22的内部。
移动螺母14形成为圆柱形，一对安装部分24a、24b分别设置在其一端14a侧(在箭头A的方向)和另一端14b侧(在箭头B的方向)，在移动螺母14的外周表面上，每个安装部大致切成矩形。安装部24a、24b沿圆周方向相对于移动螺母14的轴线相互错开，并且形成为从移动螺母14的外周侧穿到移动螺母14的内周侧(参看图4)。
另一方面，沿移动螺母14的轴向开出的螺旋形的第二螺旋凹槽26设置在移动螺母14的内周表面上，在滚珠螺杆轴12插穿移动螺母14内部的情况下，第二螺旋凹槽26形成为与第一螺旋凹槽22面对并且平行。即，第一螺旋凹槽22和第二螺旋凹槽26两者形成为螺旋形，且两者都沿同一方向。
与第一螺旋凹槽22的方式一样，第二螺旋凹槽26的横截面形成为半圆形，以便插入到第一螺旋凹槽22中的钢珠16也插入到第二螺旋凹槽26中。因此，滚珠螺杆轴12和移动螺母14彼此通过钢珠16螺旋接合。
例如，第一和第二返回构件18、20由树脂材料制成。如图2至6所示，第一和第二返回构件18、20包括：主体部28a、28b，各主体部28a、28b分别被安装到移动螺母14的安装部24a、24b中；从主体部28a、28b的端面伸出的圆柱部30a、30b；以及形成在主体部28a、28b以及圆柱部30a、30b内部的回路(循环通道)32，钢珠16通过该回路32在移动螺母14和滚珠螺杆轴12之间循环滚动。
第一和第二返回构件18、20以下方式设置，即主体部28a、28b形成为对应于安装部24a、24b的形状的块状，主体部28a、28b盖住安装部24a、24b，并且通过诸如粘接、扣套等方式固定到移动螺母14的一端14a和另一端14b(参看图1和4)。结果，第一和第二返回构件18、20构成移动螺母14的一部分。
在主体部28a、28b中，其面对滚珠螺杆轴12的内壁表面的横截面形成为拱形，该拱形具有和移动螺母14的内周表面一样的曲率半径。回路32的相应部分分别在主体部28a、28b的内壁表面上开口。
进一步说，凸出部34设置在主体部28a、28b的内壁表面上，朝向回路32并且相对于内壁表面向外延伸。凸出部34与回路32平行设置。面对回路32的内表面的横截面为半圆形并且与回路32相连。
此外，当钢珠16从回路32移向移动螺母14的第二螺旋凹槽26时，以及当钢珠16从第二螺旋凹槽26移入回路32时，钢珠16由凸出部34导引。即，凸出部34起到在第一、第二返回构件18、20和移动螺母14之间导引钢珠16的运动的导引作用。
圆柱部30a、30b形成有预定长度，且相对于主体部28a、28b的侧面垂直伸出。另外，当第一和第二返回构件18、20分别安装在移动螺母14上时，圆柱部30a、30b分别与移动螺母14的外周表面抵靠，圆柱部30a、30b布置得大致相对于移动螺母14和滚珠螺杆轴12的轴线平行，并且圆柱部30a和圆柱部30b的各自的端面以相互面对的关系共轴设置，彼此抵靠。
回路32的截面大致为L形，从而从每一个主体部28a、28b贯穿至每一个圆柱部30a、30b的内部。回路32包括第一通道36，第一通道36主要设置在每一个主体部28a、28b中，并在每一个主体部28a、28b内壁表面上开口。回路32进一步包括第二通道38，第二通道38沿每一个圆柱部30a、30b直线延伸，并在圆柱部的另一端开口。另外，第一通道36和第二通道38连接在一起并且形成得彼此大致垂直。回路32通道直径设成能使钢珠16通过其中移动。
第一通道36形成为大致形成在移动螺母14中的第二螺旋凹槽26类似的螺旋形。当第一和第二返回构件18、20装入移动螺母14的安装部24a、24b时，第一通道36的端部与分别延伸至安装部24a、24b的第二螺旋凹槽26的端部相连。
因此，包括第一通道36的回路32和移动螺母14中的第二螺旋凹槽26一起构成滚槽，从而使钢珠16能够通过第一通道36在回路32和第二螺旋凹槽26之间移动。
第二通道38从其开口端延伸至每一个主体部28a、28b的内部，并与第一通道36的一端相连。结果，第一通道36和第二通道38相通。
根据本发明的第一实施例的滚珠螺杆机构10的构造基本如上所述。接下来，说明关于滚珠螺杆机构10的装配。
首先，第一返回构件18安装在移动螺母14的一端14a侧(箭头A的方向)上。更具体地说，第一返回构件18设置成使圆柱部30a位于移动螺母14的另一端14b侧(箭头B的方向)，并且圆柱部30a抵靠在移动螺母14的外周表面。另一方面，主体部28a安装于安装部24a，使得凸出部34面向移动螺母14的内周表面。另外，通过粘接、扣套(retrainingring)等手段(未示出)使主体部28a相对于安装部24a固定。
结果，第一返回构件18的第一通道36处于与第二螺旋凹槽26的一端相连的状态，第二螺旋凹槽26设置在移动螺母14的内周表面上。
接下来，滚珠螺杆轴12已经穿过移动螺母14的内部后，多个钢珠16相继从第一返回构件18的第二通道38被塞入回路32。结果，钢珠16相继沿回路32移至第一通道36侧，并且，通过第一通道36的开口，钢珠16被供至移动螺母14的第二螺旋凹槽26和滚珠螺杆轴12的第一螺旋凹槽22。
另外，钢珠16以螺旋方式沿第二螺旋凹槽26和滚珠螺杆轴12的第一螺旋凹槽22移动，同时被保持在那里。更具体地说，多个钢珠16通过第一和第二螺旋槽22、26被保持在滚珠螺杆轴12的外周表面和移动螺母14的内周表面之间。
接下来，多个钢珠16被放到第二返回构件20的回路32，并且钢珠16通过润滑油被保持在回路32中，该润滑油覆盖在第一和第二通道36、38表面。更具体地说，利用具有预定粘性的润滑油，可以防止钢珠16滚出回路32。
最后，第二返回构件20的主体部28b被设置在安装部24b中，该安装部24b形成在移动螺母14的另一端14b，圆柱部30b布置得朝着移动螺母14的一端14a侧(箭头A的方向)以便紧靠移动螺母14的外周表面，并且进一步说，圆柱部30b的端表面抵靠第一返回构件18的圆柱部30a的端表面(参看图1和3)。因此，第一和第二返回构件18、20中的圆柱部30a、30b彼此紧靠，并且回路32处于与各第二气道38相通的状态(参看图3)。结果，由第一和第二返回构件18、20的回路32以及第一和第二螺旋凹槽22、26组成循环通路，钢珠16能够在该循环通路中循环滚动，而多个钢珠16在回路32和第一、第二螺旋凹槽22、26中处于被保持状态。
进一步说，第二返回构件20中的第一通道36与设置在移动螺母14的内周表面上的第二螺旋凹槽26的另一端相连。
另外，与第一返回构件18的方式一样，第二返回构件20通过粘接、扣套等手段(未示出)相对于安装部24b被一体地固定。
接下来将说明以前述方式装配的滚珠螺杆机构10的操作和效果。在这里，此处的说明是在这样的情况下进行的：未被图示的旋转驱动源(例如，步进马达)与组成滚珠螺杆机构10的滚珠螺杆轴12的一端相连，使移动螺母14移向其一端14a侧(箭头A的方向)。
首先，旋转驱动源转动，从而滚珠螺杆轴12被驱动，于是滚珠螺杆轴12的旋转力被传递给通过多个钢珠16与滚珠螺杆轴12螺旋接合的移动螺母14。移动螺母14从其一端14a侧(箭头A的方向)沿滚珠螺杆轴12的轴向移动。因为移动螺母14的移动在转动方向上被未图示的止转装置限制，因此移动螺母14不能转动而只能沿轴向(箭头A的方向)移动。
这时，在移动螺母14的一端14a侧(箭头A的方向)，钢珠16连续地从第一和第二螺旋凹槽22、26被传送进第一返回构件18的第一通道36，与此同时，移动螺母14在移动，预先装载在回路32内的钢珠16被其它从第一通道36传送而来的钢珠16压迫，由此钢珠16沿回路32在与移动螺母14的前进方向(箭头A的方向)相反的方向上移动。
另外，在被迫朝第二返回构件20侧移动以后，钢珠16到达第二返回构件20的第一通道36，并在移动螺母14的另一端14b侧(箭头B的方向)被供给并载入第一和第二螺旋凹槽22、26。
具体而言，多个钢珠16循环通过第一和第二返回构件18、20的设置在移动螺母14外周侧面上的圆柱部30a、30b，并再一次被供入移动螺母14和滚珠螺杆轴12之间的区域。
换句话说，多个钢珠16从第一通道36通过第二通道38循环，并且再一次从另一个第一通道36传送至移动螺母14和滚珠螺杆轴12之间的区域。
进一步说，钢珠16由第一返回构件18的凸出部34从第一和第二螺旋凹槽22、26平稳可靠地引导至第一通道36，与此同时，钢珠16由第二返回构件20的凸出部34从第一通道36平稳可靠地引导并重新载入第一和第二螺旋凹槽22、26。
另一方面，通过颠倒电源(未示出)供给旋转驱动源的电流的特性(极性)，滚珠螺杆轴12反向转动，于是滚珠螺杆轴12的旋转力被传递给通过钢珠16与滚珠螺杆轴12螺旋适配的移动螺母14。因此，移动螺母14从其另一端14b侧沿滚珠螺杆轴12的轴向(箭头B的方向)移动。
这时，由于移动螺母14的移动，钢珠16沿第一和第二螺旋凹槽22、26移动，到达移动螺母14的另一端14b侧(箭头B的方向)后，钢珠16被送进第二返回构件20的第一通道36。
另外，预装入回路32的钢珠16被从第二返回构件20的第一通道36传送而来的别的钢珠16压迫，由此钢珠16在与移动螺母14的前进方向(箭头B的方向)相反的方向(箭头A的方向)沿回路32的第二通道38移动。进一步说，钢珠16到达第一返回构件18的第一通道36，于是在移动螺母14的一端14a侧(箭头A的方向)它们被供应载入第一和第二螺旋凹槽22、26。
具体而言，从在移动螺母14的前进方向上的一端分离的多个钢珠16，在第一、第二返回构件18、20的回路32内在与移动螺母14的前进方向相反的方向上移动，然后再从移动螺母14与自身前进方向相反的那一侧的端部返回至移动螺母14和滚珠螺杆轴12之间的区域。
如此，当移动螺母14在滚珠螺杆轴12的转动作用下沿轴向(箭头A和B的方向)移动时，保持在滚珠螺杆轴12和移动螺母14之间的钢珠16通过设置在移动螺母14外部上的回路32连续循环。
在上述方式中，根据第一实施例，结构被设置成当多个钢珠16随着移动螺母14的移动循环时，钢珠16能够在移动螺母14的外侧(径向向外方向)通过设置在第一和第二返回构件18、20中的回路32循环。因此，与用于循环钢珠16的通道(滚珠回路)设置在螺母构件中的传统滚珠螺杆机构相比，能够减小移动螺母14的径向尺寸。结果，移动螺母14在其径向上的尺寸能够做得更小，于是，包括移动螺母14的滚珠螺杆机构10的尺寸能够被减小。
更具体地说，对于这种滚珠螺杆机构10，因为第一和第二返回构件18、20的圆柱部30a、30b设置在移动螺母14的外周侧上，所以在其包括圆柱部30a、30b的区域中，滚珠螺杆机构10的径向尺寸大致和传统滚珠螺杆机构一样。然而，除了设置圆柱部30a、30b的区域之外，移动螺母14的径向尺寸制造得比传统滚珠螺杆机构更小。因此，与在整个圆周上沿径向向外膨起传统滚珠螺杆机构相比，滚珠螺杆机构10在径向上的尺寸能够被减少。
进一步说，通过简单操作，第一和第二返回构件18、20被安装到设置在移动螺母14的一端14a和另一端14b中的安装部24a、24b中，能够提供一种构成滚珠循环通道的结构，通过这种结构，钢珠16通过设置在第一和第二返回构件18、20中的回路32循环。而且，由于第一和第二返回构件18、20是由诸如树脂等材料模铸而成的模制组件，因此，制造回路32的工艺步骤是不必要的，因而滚珠螺杆机构10能够容易形成。结果，包括第一和第二返回构件18、20的滚珠螺杆机构10的生产率能够被提高，同时可以降低生产成本。
而且，因为第一返回构件18和第二返回构件20具有相同的形状，所以这种零件能够通用，并且与第一和第二返回构件具有各自不同形状的情况相比，成本能够被减少。
更进一步说，因为即使在第一和第二螺旋凹槽22、26中的螺旋凹槽(螺纹)的间隔具有小导程的情况下，以及在螺旋凹槽的间隔具有大导程的情况下，滚珠螺杆机构10都能被使用，因此，滚珠螺杆机构10的使用条件不受限制，该机构能够被广泛的使用。
接下来，图7至9显示了根据本发明的第二实施例的滚珠螺杆机构100。与根据第一实施例的滚珠螺杆机构相同的滚珠螺杆机构100的组件被标识以相同的附图标记，且其详细说明被省略。
根据第二实施例的滚珠螺杆机构100与根据第一实施例的滚珠螺杆机构10的不同之处于，返回构件102包括三个组件，即：一对基部构件104、106、以及连接一个基部构件104和另一个基部构件106的圆柱构件108。
如图7至9所示，返回构件102由诸如树脂材料制成。基部构件104、106安装进移动螺母14的相应的安装部24a、24b。圆柱构件108的两端分别装入形成在基部构件104、106的端面处的切槽110a、110b。
形成为与形成在移动螺母14上的安装部24a、24b形状相对应的块状的基部构件104、106覆盖住安装部24a、24b。
在基部构件104、106中，其面对滚珠螺杆轴12内壁表面的横截面为拱形，该拱形具有和移动螺母14的内周表面一样的曲率半径。回路32的相应部分在基部构件104、106的内壁表面上开口。
圆柱构件108是沿自身轴向具有预定长度的管状体。在圆柱构件108内部，连通通道112用于在移动螺母14和滚珠螺杆轴12之间循环钢珠16。圆柱构件108连接在一基部构件104和另一基部构件106之间，用于连通基部构件104、106的回路32与连通通道112。钢珠16，比方说，通过圆柱构件108从一基部构件104循环到另一基部构件106。
在上述方式中，在第二实施例中，返回构件102由一对基部构件104、106和连接一基部构件104与另一基部构件106的圆柱构件108组成。因而，比方说，即使当移动螺母14相对于滚珠螺杆轴12的螺纹数目有所改变，只要以另一个具有适当长度的圆柱构件替代圆柱构件108，就能够可靠而方便地应对移动螺母14在纵向长度上的改变。
具体而言，在返回构件102中，圆柱构件108可以从基部构件104、106上拆下来。因而，即使当移动螺母14在纵向上的长度发生改变，也可以通过调节圆柱构件108的长度轻易地满足这种改变。因为不必为多种类型的移动螺母14配置单独的返回构件，因此能够减少制造成本。
根据本发明的滚珠螺杆机构不局限于上述实施例，并且在不背离本发明的基本要旨的情况下，各种结构可以被采用并且/或者修改是理所当然的事。