專利名稱：直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用了具有螺旋軸和螺母部件的旋轉(zhuǎn)直動(dòng)變換機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件。
背景技術(shù)：
基于效率提高得到的耗費(fèi)電力的削減及環(huán)境負(fù)荷的降低的觀點(diǎn)，推進(jìn)液壓系統(tǒng)的電動(dòng)化。最近，使用這種電動(dòng)化的技術(shù)，將以往使用了液壓缸的推力生成裝置替換成電動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件的動(dòng)向推高。對(duì)于如液壓缸那樣需要產(chǎn)生大的推力的電動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件，要求承受大的推力，且長(zhǎng)壽命。作為電動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件所需要的旋轉(zhuǎn)直動(dòng)變換機(jī)構(gòu)，雖然滾珠絲杠已被實(shí)用化，但是在將電動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件替換成液壓缸來使用的情況下，在螺母部件發(fā)生的偏負(fù)載使?jié)L珠絲杠的壽命降低，成為大的課題。該偏負(fù)載是由于螺母部件和與驅(qū)動(dòng)對(duì)象物連結(jié)的被驅(qū)動(dòng)部件因加工和/或安裝的誤差或可動(dòng)部的晃動(dòng)等相對(duì)地微小傾斜進(jìn)而接觸部向外周方向偏移而發(fā)生的。并且，若發(fā)生偏負(fù)載，則作用于螺旋軸和螺母部件的多個(gè)接觸部上的負(fù)載變得不均勻，作用于一部分的接觸部上的負(fù)載增大。電動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件所使用的旋轉(zhuǎn)直動(dòng)變換機(jī)構(gòu)的大多數(shù)如滾珠絲杠中的滾珠那樣借助于滾動(dòng)體使螺旋軸和螺母部件接觸，但是若在螺母部件上發(fā)生偏負(fù)載，則在其接觸部上發(fā)生的赫茲應(yīng)力增大，提前發(fā)生制動(dòng)，使旋轉(zhuǎn)直動(dòng)變換機(jī)構(gòu)的壽命降低。因此，需要防止在螺母部件發(fā)生的偏負(fù)載，即、要求使作用于螺旋軸和螺母部件的各接觸部上的負(fù)載均勻化。對(duì)于防止在螺母部件上發(fā)生的偏負(fù)載，以往考慮了以下的對(duì)策。專利文獻(xiàn)1所記載的技術(shù)是，由聯(lián)軸器連結(jié)驅(qū)動(dòng)部件與被驅(qū)動(dòng)部件，該聯(lián)軸器由分別配置成軸相互正交的圓柱狀的配合部件和滑動(dòng)自如地保持該配合部件的圓形孔構(gòu)成， 并由聯(lián)軸器吸收驅(qū)動(dòng)部件與被驅(qū)動(dòng)部件的微小傾斜。另外，專利文獻(xiàn)2的“滾珠絲杠式移動(dòng)裝置”、專利文獻(xiàn)3的“滾珠絲杠”、以及專利文獻(xiàn)4的“滾珠絲杠裝置及注塑成型機(jī)的電動(dòng)型開閉裝置”所記載的技術(shù)是在滾珠絲杠式直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件的螺母部件與被驅(qū)動(dòng)部件之間安裝有具有自動(dòng)調(diào)心功能的部件。特別地，利用在專利文獻(xiàn)2中加工成凸曲面的部件、在專利文獻(xiàn)3及專利文獻(xiàn)4中加工成球面的部件，吸收螺母部件與被驅(qū)動(dòng)部件的傾斜，防止偏負(fù)載?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 特開平03_2觀538號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 特開2003-307^4號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 實(shí)開平05-066360號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)4 特開2002-327826號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題這些現(xiàn)有技術(shù)能夠吸收螺母部件和被驅(qū)動(dòng)部件的微小傾斜并使負(fù)載作用于螺旋軸的中心軸上。然而，盡管如此可知卻不能使作用于螺旋軸和螺母部件之間的多個(gè)接觸部上的負(fù)載均勻化。為了進(jìn)一步延長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)直動(dòng)變換機(jī)構(gòu)的壽命，需要進(jìn)一步降低該殘留的不均勻性， 進(jìn)一步降低該殘留的不均勻性對(duì)在大推力用的電動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件所使用的旋轉(zhuǎn)直動(dòng)變換機(jī)構(gòu)特別有效。在由螺旋軸和螺母部件構(gòu)成的一般的旋轉(zhuǎn)直動(dòng)變換機(jī)構(gòu)中，作用于螺母部件的外力作用于螺旋軸的中心軸上，此時(shí)，假設(shè)從螺旋軸與螺母部件的多個(gè)接觸部作為反作用力作用于螺母部件上的接觸力是均勻的。在從軸向觀察，該多個(gè)接觸部在大致同心圓上以大致等間隔配置在圓周方向上的情況下，各接觸力的軸向成分的合力的作用點(diǎn)大致在螺旋軸的中心軸上，由于大小及作用線都一致，因此該接觸力與作用于螺母部件上的外力大致平衡。然而，由于螺旋軸與螺母部件的接觸部配置成螺旋狀，并位于相互在軸向偏移的位置上，因此，由于各接觸部的接觸力的軸直角方向成分，在螺母部件上發(fā)生繞與螺旋軸的中心軸正交的軸的力矩，其作為不平衡力矩而殘留。即、在外力作用于螺旋軸的中心軸上的情況下，各接觸部的接觸力以均勻的狀態(tài)進(jìn)行平衡是不成立的，與假設(shè)矛盾。因此，當(dāng)外力作用于螺旋軸的中心軸上時(shí)，各接觸部的接觸力不均勻，會(huì)在螺母部件上發(fā)生偏負(fù)載(力矩負(fù)載)，降低旋轉(zhuǎn)直動(dòng)變換機(jī)構(gòu)的壽命。本發(fā)明在使用了旋轉(zhuǎn)直動(dòng)變換機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件中，通過使作用于螺旋軸與螺母部件的各接觸部上的負(fù)載均勻化，從而實(shí)現(xiàn)承受大推力而且能確保長(zhǎng)壽命的直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件。用于解決課題的方案作為防止或降低該不平衡力矩也就是偏負(fù)載的一個(gè)對(duì)策，考慮了使作用于螺母部件上的外力從螺旋軸的中心軸上向預(yù)定的徑向偏移預(yù)定距離的方案。認(rèn)為理想的是作用于最佳負(fù)載作用點(diǎn)上。如果多個(gè)接觸點(diǎn)的負(fù)載均勻，則作為反作用力從螺旋軸作用到螺母部件的接觸力的軸向成分的合力的作用點(diǎn)大致在螺旋軸的中心軸上。因此，通過使外力的作用位置從螺旋軸的中心軸偏移，從而形成力偶，能夠利用該偏移距離和偏移方向來調(diào)整該力偶的大小和力矩的方向，由此，能夠抵消力偶和不平衡力矩。此時(shí)，就螺母部件而言，各接觸點(diǎn)的負(fù)載以均勻的狀態(tài)進(jìn)行著平衡。也就是說各接觸點(diǎn)的負(fù)載均勻。完全抵消該不平衡力矩的力偶(外力)的作用點(diǎn)是最佳負(fù)載作用點(diǎn)，該最佳負(fù)載作用點(diǎn)能夠從螺旋軸與螺母部件的接觸部的配置狀態(tài)定量地算出。
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為了使各接觸點(diǎn)的負(fù)載均勻，本發(fā)明采用以下結(jié)構(gòu)。作為本發(fā)明的方案之一的直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件，具有螺旋軸；與螺旋軸螺紋結(jié)合的螺母部件；與驅(qū)動(dòng)對(duì)象物連結(jié)的被驅(qū)動(dòng)部件；以及連結(jié)螺母部件和被驅(qū)動(dòng)部件且具有相互大致正交的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的接觸力均勻化機(jī)構(gòu)(聯(lián)軸器)，利用相對(duì)于螺旋軸的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使螺母部件在軸向上進(jìn)行進(jìn)退運(yùn)動(dòng)，利用螺母部件的進(jìn)退運(yùn)動(dòng)，并借助于聯(lián)軸器及被驅(qū)動(dòng)部件，對(duì)驅(qū)動(dòng)對(duì)象物給與直動(dòng)運(yùn)動(dòng)。并且，上述直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件的特征在于，將接觸力均勻化機(jī)構(gòu)的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸在螺旋軸的方向上投影時(shí)的交點(diǎn)位置從螺旋軸的旋轉(zhuǎn)軸向徑向偏移。該應(yīng)偏移的徑向(距離中心軸的方向)及距離大致由螺旋軸與螺母部件的接觸部的配置狀態(tài)決定。這樣使交點(diǎn)位置在徑向上偏移，使接觸力均勻化機(jī)構(gòu)的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) (擺動(dòng)運(yùn)動(dòng))，從而能夠吸收螺母部件和被驅(qū)動(dòng)部件之間的微小傾斜。并且，將兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸在螺旋軸的方向上投影時(shí)的交點(diǎn)位置成為相對(duì)于螺母部件固定的外力作用點(diǎn)，使該作用點(diǎn)與由螺旋軸和螺母部件的接觸部的配置狀況決定的最佳負(fù)載作用點(diǎn)一致。由此，能夠抵消在螺母部件上發(fā)生的不平衡力矩，能使作用于各接觸部的負(fù)載均勻化，能夠防止或降低在螺母部件上發(fā)生的偏負(fù)載。另外，作為本發(fā)明的方案之一的直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件，以如下方式使用在螺母部件與被驅(qū)動(dòng)部件之間傳遞負(fù)載時(shí)，傳遞壓縮方向的負(fù)載，不傳遞拉伸方向的負(fù)載。也就是，作為本發(fā)明的方案之一的直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件假想為例如以如下方式使用螺母部件相對(duì)于螺旋軸在上下方向上驅(qū)動(dòng)。另外，即使在水平方向上使用直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件的情況下，假想為從直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件的一個(gè)方向利用彈簧等作用負(fù)載的機(jī)構(gòu)、或在直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件的一方形成有L字手柄的機(jī)構(gòu)。通過如此地使用這種直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件，從而螺母部件和被驅(qū)動(dòng)部件傳遞單向的外力，負(fù)載方向不會(huì)不同，螺母部件的最佳負(fù)載作用點(diǎn)的位置固定，在這樣固定的最佳負(fù)載作用點(diǎn)上作用外力。另外，在水平方向上使用這種直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件的情況下，優(yōu)選在螺母部件的進(jìn)退方向的兩側(cè)連結(jié)兩個(gè)接觸力均勻化機(jī)構(gòu)，兩個(gè)接觸力均勻化機(jī)構(gòu)與同一被驅(qū)動(dòng)部件連結(jié)。另外，即使在水平方向上不使用直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件的情況下，對(duì)于對(duì)直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件作用雙方向的負(fù)載的情況下，優(yōu)選在螺母部件的進(jìn)退方向的兩側(cè)連結(jié)兩個(gè)接觸力均勻化機(jī)構(gòu)，這兩個(gè)接觸力均勻化機(jī)構(gòu)與同一被驅(qū)動(dòng)部件連結(jié)。通過具有這種結(jié)構(gòu)，即使在螺母部件的最佳負(fù)載作用點(diǎn)因外力的方向而不同的情況下，也能根據(jù)外力的方向改變傳遞該外力的接觸力均勻化機(jī)構(gòu)所作用的力的位置(方向)，無論外力的方向如何，都能夠使外力作用于最佳負(fù)載作用點(diǎn)上。另外，作為本發(fā)明的方案之一的直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件，特別優(yōu)選螺旋軸和螺母部件通過旋轉(zhuǎn)支撐在螺母部件上的多個(gè)滾柱來接觸，構(gòu)成利用了滾動(dòng)副的滾柱絲杠機(jī)構(gòu)。由于具有這種滾柱絲杠機(jī)構(gòu)，與在小滾珠的點(diǎn)接觸部上發(fā)生大的赫茲應(yīng)力的滾珠絲杠相比較，滾柱的接觸部為線接觸的滾柱絲杠能夠降低赫茲應(yīng)力。 也就是，如果滾柱絲杠的大小為與滾珠絲杠為相同程度，則能夠承受更大的推力，
如果耐推力為相同程度則能夠更加小型化。 在此使用的滾柱絲杠優(yōu)選向螺旋軸傳遞來自單向的推力負(fù)載的滾柱的數(shù)量是三個(gè)，將其在軸向上各錯(cuò)開螺旋導(dǎo)程的大致1/3，配置成在圓周方向上錯(cuò)開2 π (rad)/30這樣，由于螺旋軸與螺母部件的接觸部為三個(gè)，即使在構(gòu)成部件上略微存在寸法誤差，全部滾柱也能夠可靠地與螺旋軸接觸并支撐負(fù)載。另外，使用滾柱的數(shù)量為三個(gè)的滾柱絲杠，將螺旋軸的旋轉(zhuǎn)軸規(guī)定為Z軸、將通過三個(gè)滾柱中的配置在軸向中央的滾柱與螺旋軸的接觸部中心并與上述Z軸正交的軸規(guī)定為Y軸、將與上述ζ軸和上述Y軸雙方正交的軸規(guī)定為X軸、將螺旋軸的導(dǎo)程規(guī)定為L(zhǎng) (mm)、 將通過滾柱與螺旋齒側(cè)面的接觸部的螺旋導(dǎo)程角規(guī)定為Y (rad)、將使^平面繞Y軸旋轉(zhuǎn) Y后的平面上的螺旋齒側(cè)面與滾柱的接觸部的中央附近的切線與TL平面所成的角度規(guī)定為 α (rad)。這種情況下，優(yōu)選將接觸力均勻化機(jī)構(gòu)的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸在螺旋軸的方向上投影時(shí)的交點(diǎn)位置在徑向上距Z軸大致是如下距離數(shù)學(xué)式1_、3L、::an r -. cos"a !'nH...(數(shù) 1)，繞Z軸的角度距X軸大致是如下角度數(shù)學(xué)式權(quán)利要求
1.一種直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件，具有螺旋軸；與上述螺旋軸螺紋結(jié)合的螺母部件；與驅(qū)動(dòng)對(duì)象物連結(jié)的被驅(qū)動(dòng)部件；以及連結(jié)上述螺母部件和上述被驅(qū)動(dòng)部件的聯(lián)軸器，通過相對(duì)于上述螺旋軸的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使上述螺母部件在軸向上進(jìn)行進(jìn)退運(yùn)動(dòng)，利用上述螺母部件的進(jìn)退運(yùn)動(dòng)，并通過上述聯(lián)軸器及上述被驅(qū)動(dòng)部件，從而在軸向上驅(qū)動(dòng)上述驅(qū)動(dòng)對(duì)象物，上述直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件的特征在于，上述聯(lián)軸器具有相互大致正交的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，將這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸在上述螺旋軸的方向上投影時(shí)的交點(diǎn)位置從上述螺旋軸的中心軸向徑向偏移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件，其特征在于，上述螺旋軸和上述螺母部件通過旋轉(zhuǎn)支撐在上述螺母部件上的多個(gè)滾柱而接觸，構(gòu)成利用滾動(dòng)副的滾柱絲杠機(jī)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件，其特征在于，在螺旋軸上傳遞來自單向的推力負(fù)載的滾柱的數(shù)量為三個(gè)，將這三個(gè)滾柱在軸向上錯(cuò)開螺旋導(dǎo)程的大致1/3，配置成在圓周方向上各錯(cuò)開2 π (rad)/30
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件，其特征在于，在將螺旋軸的旋轉(zhuǎn)軸規(guī)定為Z軸、將通過三個(gè)滾柱中的配置在軸向中央的滾柱與螺旋軸的接觸部中心并與上述Z軸正交的軸規(guī)定為Y軸、將與上述Z軸和上述Y軸雙方正交的軸規(guī)定為X軸、將螺旋軸的導(dǎo)程規(guī)定為L(zhǎng)(mm)、將通過滾柱與螺旋齒側(cè)面的接觸部的螺旋導(dǎo)程角規(guī)定為Y (rad)、將使^平面繞Y軸旋轉(zhuǎn)γ后的平面上的螺旋齒側(cè)面與滾柱的接觸部的中央附近的切線與)(Z平面所成的角度規(guī)定為α (rad)的情況下，將上述聯(lián)軸器的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸在上述螺旋軸的方向上投影時(shí)的交點(diǎn)位置，在徑向距上述 Z軸大致是如下距離
5.一種電動(dòng)叉式升降車，其特征在于，將權(quán)利要求1所述的直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件用于升降。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件，其特征在于，在上述螺母部件與上述被驅(qū)動(dòng)部件之間傳遞負(fù)載時(shí)，傳遞壓縮方向的負(fù)載，不傳遞拉伸方向的負(fù)載。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件，其特征在于，在上述螺母部件的進(jìn)退方向的兩側(cè)連結(jié)兩個(gè)聯(lián)軸器，兩個(gè)聯(lián)軸器與同一被驅(qū)動(dòng)部件連結(jié)。
8.一種直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件，具有螺旋軸；與上述螺旋軸螺紋結(jié)合且具有通過旋轉(zhuǎn)支撐的三個(gè)滾柱而與上述螺旋軸接觸的滾柱絲杠機(jī)構(gòu)的螺母部件；與驅(qū)動(dòng)對(duì)象物連結(jié)的被驅(qū)動(dòng)部件；以及連結(jié)上述螺母部件和上述被驅(qū)動(dòng)部件的聯(lián)軸器，通過相對(duì)于上述螺旋軸的相對(duì)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使上述螺母部件在軸向上進(jìn)行進(jìn)退運(yùn)動(dòng)， 利用上述螺母部件的進(jìn)退運(yùn)動(dòng)，并通過上述聯(lián)軸器及上述被驅(qū)動(dòng)部件，從而對(duì)上述驅(qū)動(dòng)對(duì)象物給與直動(dòng)運(yùn)動(dòng)，上述直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件的特征在于，上述聯(lián)軸器具有處于相互扭轉(zhuǎn)的位置關(guān)系的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，將這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸在上述螺旋軸的方向上投影時(shí)的交點(diǎn)位置在從上述螺旋軸的旋轉(zhuǎn)軸向相對(duì)于上述螺母部件的行進(jìn)的方向位于上述三個(gè)滾柱中最前的滾柱的位置的方向上偏移。
9. 一種電動(dòng)叉式升降車，其特征在于， 將權(quán)利要求8所述的直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件用于升降。
全文摘要
本發(fā)明防止在直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件的螺母部件上發(fā)生的偏負(fù)載，以螺母部件的長(zhǎng)壽命化為目的。用具有相互大致正交的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的接觸力均勻化機(jī)構(gòu)連結(jié)螺母部件和被驅(qū)動(dòng)部件，吸收螺母部件和被驅(qū)動(dòng)部件的微小傾斜，防止邊緣荷載的發(fā)生，并且通過將兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸在螺旋軸方向上投影時(shí)的交點(diǎn)位置相對(duì)于螺母部件設(shè)定在最佳負(fù)載作用點(diǎn)上，從而使從被驅(qū)動(dòng)部件傳遞的外力作用于該作用點(diǎn)上，將作用于螺母部件與螺旋軸的各接觸部上的負(fù)載均勻化，防止在螺母部件上發(fā)生的偏負(fù)載。
文檔編號(hào)B66F9/08GK102472376SQ201080036298
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
發(fā)明者山田弘幸, 平工賢二, 早瀨功, 落合正巳 申請(qǐng)人:日立建機(jī)株式會(huì)社