CN107110314B

CN107110314B - 滚珠丝杠

Info

Publication number: CN107110314B
Application number: CN201580070805.6A
Authority: CN
Inventors: 藤井健次; 芳野雅彦; 富樫勉
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2015-12-25
Publication date: 2018-10-12
Anticipated expiration: 2035-12-25
Also published as: DE112015005818B4; DE112015005818T5; CN107110314A; JP5951873B2; US20170335933A1; US10274061B2; JP2016125661A

Abstract

本发明提供能够减少滚珠的负载分布的偏差从而实现滚珠丝杠的长寿命化的滚珠丝杠。在螺母(2)的凸缘(2‑2)侧的一端部(6)比螺母(2)的与凸缘(2‑2)相反的一侧的另一端部(7)更接近丝杠轴(1)的固定侧的端部(9)的滚珠丝杠中，在螺母(2)的轴向上配置有至少两个循环路(5a～5c)，最接近螺母(2)的凸缘(2‑2)的循环路(5a)的滚珠(3a)的直径比最远离螺母(2)的凸缘(2‑2)的循环路(5c)的滚珠(3c)的直径小。

Description

滚珠丝杠

技术领域

本发明涉及在丝杠轴与螺母之间以能够滚动运动的方式夹设有多个滚珠的滚珠丝杠。

背景技术

滚珠丝杠具备丝杠轴、螺母、以及夹设在丝杠轴与螺母之间的多个滚珠(例如，参照专利文献1)。在丝杠轴的外周面形成有供滚珠进行滚动运动的螺旋的滚珠滚行槽。在螺母的内周面形成有与丝杠轴的滚珠滚行槽对置且供滚珠进行滚动运动的螺旋的负载滚珠滚行槽。通过滚珠的滚动运动能够得到轻快的移动，因此滚珠丝杠被用作将旋转运动变换为直线运动、或者将直线运动变换为旋转运动的机械要素。

为了使滚珠循环，在螺母设置有将螺母的负载滚珠滚行槽的一端与另一端连接的返回路。返回路构成循环路的一部分。但使丝杠轴相对于螺母相对旋转时，夹设在丝杠轴与螺母之间的滚珠在它们之间进行滚动运动。滚动至螺母的负载滚珠滚行槽的一端的滚珠进入返回路，在经由返回路后，返回螺母的负载滚珠滚行槽的另一端。然后，再次滚动至负载滚珠滚行槽的一端。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-30809号公报

发明内容

发明要解决的课题

在螺母设置有作为用于向对象部件安装的安装部的凸缘。当使滚珠丝杠工作时，螺母相对于丝杠轴沿轴向移动，轴向负载经由凸缘作用于螺母。当螺母上作用有轴向负载时，夹设在丝杠轴的滚珠滚行槽与螺母的负载滚珠滚行槽之间的滚珠被压缩，螺母以及丝杠轴上作用有来自滚珠的反作用力。

典型的螺母以及丝杠轴为钢制，近似刚体。但是，螺母以及丝杠轴是能够弹性变形的物体，因此在螺母上作用有轴向负载时，由于来自滚珠的反作用力，螺母和丝杠轴也在轴向上略微弹性变形。螺母以及丝杠轴的轴向的变形量根据距成为负载作用位置的螺母的凸缘的距离而变化(对于这一点，详细情况后述)。丝杠轴的滚珠滚行槽与螺母的负载滚珠滚行槽之间的间隙也根据距螺母的凸缘的距离而变化，接近凸缘的间隙比远离凸缘的间隙小。因此，配置在接近凸缘的间隙的滚珠上作用有比配置在远离凸缘的间隙的滚珠大的负载。这种滚珠的负载分布的偏差可能会成为使滚珠丝杠的寿命降低的一个因素。

因此，本发明的目的在于提供能够减少滚珠的负载分布的偏差从而实现滚珠丝杠的长寿命化的滚珠丝杠。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的一方式一种滚珠丝杠，具备：丝杠轴，其在外周面具有螺旋的滚珠滚行槽；螺母，其在内周面具有与所述滚珠滚行槽对置的螺旋的负载滚珠滚行槽，并且具有用于向对象部件安装的安装部；多个滚珠，所述多个滚珠以能够滚动运动的方式夹设在所述丝杠轴的所述滚珠滚行槽与所述螺母的所述负载滚珠滚行槽之间；以及循环路，其具有将所述螺母的所述负载滚珠滚行槽的一端与另一端连接的返回路，使所述多个滚珠循环，其中，所述螺母的所述安装部侧的一端部比所述螺母的与所述安装部相反的一侧的另一端部更接近所述丝杠轴的固定侧的端部，在所述螺母的轴向上配置有至少两个循环路，最接近所述螺母的所述安装部的循环路中的滚珠的直径比最远离所述螺母的所述安装部的循环路中的滚珠的直径小。

本发明的另一方式涉及一种滚珠丝杠，具备：丝杠轴，其在外周面具有螺旋的滚珠滚行槽；螺母，其在内周面具有与所述滚珠滚行槽对置的螺旋的负载滚珠滚行槽，并且具有用于向对象部件安装的安装部；多个滚珠，所述多个滚珠以能够滚动运动的方式夹设在所述丝杠轴的所述滚珠滚行槽与所述螺母的所述负载滚珠滚行槽之间；以及循环路，其具有将所述螺母的所述负载滚珠滚行槽的一端与另一端连接的返回路，使所述多个滚珠循环，其中，所述螺母的所述安装部侧的一端部比所述螺母的与所述安装部相反的一侧的另一端部更远离所述丝杠轴的固定侧的端部，在所述螺母的轴向上配置有至少两个循环路，在所述螺母的截面积比所述丝杠轴的截面积大的情况下，最接近所述螺母的所述安装部的循环路中的滚珠的直径比最远离所述螺母的所述安装部的循环路中的滚珠的直径大，在所述螺母的截面积比所述丝杠轴的截面积小的情况下，最接近所述螺母的所述安装部的循环路中的滚珠的直径比最远离所述螺母的所述安装部的循环路中的滚珠的直径小。

发明效果

根据本发明，能够在至少两个循环路间使滚珠的负载均衡化。因此，能够减少滚珠的负载分布的偏差，从而实现滚珠丝杠的长寿命化。另外，即便不对螺母的负载滚珠滚行槽进行特殊的加工，也能够减少滚珠的负载分布的偏差，因此滚珠丝杠的制造也变得容易。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的滚珠丝杠的外观立体图。

图2是上述滚珠丝杠的立体图(包含沿着螺母的轴线的剖面)。

图3是螺母的凸缘上作用有轴向负载的滚珠丝杠的剖视图(负载Fa作用于丝杠轴的固定端侧时)。

图4是示出在螺母的凸缘上作用有轴向负载时作用于滚珠的反作用力的滚珠丝杠的剖视图。

图5是示出距螺母凸缘端面的距离与螺母以及丝杠轴的轴向槽位移的关系的曲线图。

图6是示出距螺母凸缘端面的距离与轴向槽位移差(螺母-丝杠轴)的关系的曲线图。

图7是示出滚珠的负载分布的曲线图。

图8是示出滚珠的负载分布的曲线图(图中的●表示滚珠直径变更前，图中的○表示滚珠直径变更后)。

图9是本发明的第二实施方式的滚珠丝杠的立体图(包含沿着螺母的轴线的剖面)。

图10是本发明的第三实施方式的滚珠丝杠的俯视图。

图11是螺母的凸缘上作用有轴向负载的滚珠丝杠的剖视图(负载Fa作用于丝杠轴1的自由端侧时)。

图12是示出作用有图11所示的负载时的、距螺母凸缘端面的距离与螺母以及丝杠轴的轴向槽位移的关系的曲线图。

图13是本发明的第四实施方式的滚珠丝杠的俯视图。

图14是示出距螺母凸缘端面的距离与滚珠负载的关系的曲线图(图14的(a)是螺母截面积＞丝杠轴截面积的情况，图14的(b)是螺母截面积＜丝杠轴截面积的情况)。

图15是示出距螺母凸缘端面的距离与滚珠负载的关系的曲线图(图15的(a)是螺母截面积＞丝杠轴截面积的情况，图15的(b)是螺母截面积＜丝杠轴截面积的情况)。

具体实施方式

<第一实施方式>

以下，参照附图对本发明的第一实施方式的滚珠丝杠进行详细说明。图1示出本实施方式的滚珠丝杠的外观立体图。如图1所示，滚珠丝杠具备丝杠轴1、以及包围丝杠轴1且与丝杠轴1共用轴线的螺母2。

在丝杠轴1的外周面形成有具有恒定的导程的螺旋的滚珠滚行槽1a。滚珠滚行槽1a是剖面形状呈将两个圆弧组合而成的尖拱槽。尖拱槽的圆弧的半径比滚珠3(参照图2)的半径大。滚珠3与丝杠轴1的滚珠滚行槽1a在二点接触。滚珠滚行槽1a的条数能够适当设定为一条、二条、三条等，在本实施方式中，示出一条滚珠滚行槽。

图2示出将螺母沿着轴线剖开的滚珠丝杠的立体图。螺母2具备圆筒的主体部2-1、以及设置于主体部2-1的轴向的一端部且作为安装部的凸缘2-2。在凸缘2-2开设有用于将螺母2安装于对象部件的安装孔(未图示)。在螺母2的内周面形成有与丝杠轴1的滚珠滚行槽1a对置的螺旋的负载滚珠滚行槽2a。负载滚珠滚行槽2a的导程以及条数与滚珠滚行槽1a的导程以及条数相等。负载滚珠滚行槽2a也是剖面形状呈将两个圆弧组合而成的尖拱槽。滚珠3与螺母2的负载滚珠滚行槽2a在二点接触。

如图1所示，在螺母2安装有用于使滚珠3循环的返回管4a、4b、4c。返回管4a、4b、4c呈U字形。返回管4a、4b、4c的两端的脚部贯通螺母2，直至螺母2的负载滚珠滚行槽2a。在返回管4a、4b、4c形成有将螺母2的负载滚珠滚行槽2a的一端与另一端连接的返回路。滚动至螺母2的负载滚珠滚行槽2a的一端的滚珠3进入返回管4a、4b、4c的返回路内，在通过返回管4a、4b、4c的返回路后，返回螺母2的负载滚珠滚行槽2a的另一端。由螺母2的负载滚珠滚行槽2a以及返回管4a、4b、4c的返回路构成循环路5a、5b、5c。

在本实施方式中，在螺母2沿轴向配置有三个返回管4a、4b、4c。由三个返回管4a、4b、4c在轴向上构成三个循环路5a、5b、5c。以下，将三个循环路5a、5b、5c从接近螺母2的凸缘2-2的一侧朝向远离螺母2的凸缘2-2的一侧设为第一循环路5a、第二循环路5b、第三循环路5c。第一至第三循环路5a、5b、5c在螺母2的轴向上相互分离。

图2所示的螺母2的负载滚珠滚行槽2a的圈数是2.5圈。返回管4a、4b、4c的返回路将2.5圈的负载滚珠滚行槽2a的一端与另一端连接。当然，螺母2的负载滚珠滚行槽2a的圈数不限定于2.5圈，能够与允许负载相应地设定为1圈、1.5圈、2圈、2.5圈、3圈、3.5圈等任意的圈数。

当使丝杠轴1相对于螺母2旋转时，螺母2沿轴向进行直线运动。如图3所示，在螺母2进行直线运动时，螺母2的凸缘2-2上作用有轴向负载Fa。当螺母2的凸缘2-2上作用有轴向负载Fa时，滚珠3上作用有压缩负载。而且，螺母2以及丝杠轴1上作用有来自滚珠3的反作用力。

以下，参照图3以及图4对螺母2上作用有轴向Fa的负载时的螺母2以及丝杠轴1的变形进行说明。在图3以及图4中示出将返回管4a、4b、4c取下后的状态，但实际上存在有返回管4a、4b、4c，滚珠3按循环路5a、5b、5c被划分。

如上述那样，在螺母2的凸缘2-2上作用有轴向负载Fa时，滚珠3上作用有压缩负载，螺母2以及丝杠轴1上作用有来自滚珠3的反作用力。来自滚珠3的反作用力沿接触角线L1的方向作用。在此，接触角线L1是将滚珠3与负载滚珠滚行槽2a的接触点、滚珠3与滚珠滚行槽1a的接触点连接的线。

螺母2以及丝杠轴1是刚体，若假定仅滚珠3弹性变形，则由于滚珠3的压缩变形，螺母2沿轴向(图中右方向)位移。螺母2的负载滚珠滚行槽2a也与接近或远离凸缘2-2无关地同样沿轴向(图中右方向)位移。

但是，螺母2以及丝杠轴1不是刚体，是能够弹性变形的物体。螺母2以及丝杠轴1因来自滚珠3的反作用力P_N1～P_N5、P_S1～P_S5以如下方式弹性变形。

首先，对丝杠轴1的弹性变形进行说明。丝杠轴1的滚珠滚行槽1a上作用有来自滚珠3的反作用力P_S1～P_S5。具体地说，滚珠滚行槽1a5上作用有P_S5的反作用力，滚珠滚行槽la4上作用有P_S4的反作用力，滚珠滚行槽la3上作用有P_S3的反作用力，滚珠滚行槽1a2上作用有P_S2的反作用力，滚珠滚行槽1a1上作用有P_S1的反作用力。当丝杠轴1在右端(图4的▲的位置)被固定时，丝杠轴1的滚珠滚行槽1a1～1a5的朝向轴向(右方向)的弹性变形量越远离螺母2的凸缘2-2则越大。即，最远离凸缘2-2的左侧的滚珠滚行槽1a1向轴向(右方向)位移的程度最大。图5的单点划线示出丝杠轴1的滚珠滚行槽1a的轴向位移。如图5的曲线图的下侧的线所示，越远离螺母2的凸缘2-2的端面8(参照图3、图4)，则丝杠轴1的滚珠滚行槽1a的轴向(右方向)位移越大。需要说明的是，图5的曲线图的线被分为三个是由于存在有三个循环路5a、5b、5c。

图3、图4的▲的位置是丝杠轴1的固定侧的端部9。例如，在丝杠轴1的轴向上的一端部是固定端而另一端部是自由端的情况下，固定端是丝杠轴1的固定侧的端部9。另外，在丝杠轴1的轴向的两端部被轴承支承为能够旋转的情况下，被构成为承受更大的轴向负载的轴承支承的一端部是固定侧的端部9。

接下来，对螺母2的弹性变形进行说明。螺母2的凸缘2-2侧的一端部6比螺母2的与凸缘2-2相反的一侧的另一端部7更接近丝杠轴1的固定侧的端部9。螺母2的凸缘2-2上作用有轴向负载Fa，负载滚珠滚行槽2a上作用有来自滚珠3的反作用力P_N1～P_N5。轴向负载Fa的朝向与反作用力P_N1～P_N5的朝向相互为相反方向。具体地说，在螺母2的负载滚珠滚行槽2a5上从滚珠3作用有P_N5的反作用力，负载滚珠滚行槽2a4上作用有P_N4的反作用力，负载滚珠滚行槽2a3上作用有P_N3的反作用力，负载滚珠滚行槽2a2上作用有P_N2的反作用力，负载滚珠滚行槽2a1上作用有P_N1的反作用力。负载滚珠滚行槽2a1～2a5因作用于凸缘2-2的轴向负载Fa而向轴向(右方向)位移，但因来自滚珠3的反作用力而越远离凸缘2-2则越向左方向位移。其结果是，接近凸缘2-2的最右侧的负载滚珠滚行槽2a5向轴向(右方向)位移的程度最大，越远离凸缘2-2则向轴向(右方向)的位移量越少。图5的双点划线示出螺母2的滚珠滚行槽2a的轴向位移。如图5的曲线图的上侧的线所示，螺母2的接近凸缘2-2的端面8(参照图3、图4)的负载滚珠滚行槽2a的向轴向(右方向)的位移大。越远离螺母2的凸缘2-2的端面8则负载滚珠滚行槽2a的向轴向(右方向)的位移越小。

从螺母2的负载滚珠滚行槽2a1～2a5的轴向(右方向)的位移减去丝杠轴1的滚珠滚行槽1a1～1a5的轴向(右方向)的位移，从而求出轴向的间隙的变化量。图5的实线表示从螺母的负载滚珠滚行槽2a1～2a5的轴向的位移减去丝杠轴1的滚珠滚行槽1a1～1a5的位移而得到的值。图6从图5的曲线图中仅抽出该位移差。在该图6的曲线图的纵轴将间隙的变化量表示为“轴向槽位移差(螺母-丝杠轴)”。如该图6的曲线图所示，越接近螺母2的凸缘2-2，则轴向槽位移差越以二次曲线的方式增大。在此，轴向槽位移差增大是指间隙变小。因此，负载滚珠滚行槽2a与滚珠滚行槽1a之间的轴向的间隙越接近螺母2的凸缘2-2越小。图6的曲线图的线被分为三个是由于存在有三个循环路5a、5b、5c。

图7示出滚珠3的负载分布。图7的曲线图的横轴是距凸缘端面的距离，图7的曲线图的纵轴是滚珠负载。如上述的图6所示，越接近凸缘2-2，则负载滚珠滚行槽2a与滚珠滚行槽1a之间的轴向的间隙越小。因此，如图7所示，越接近凸缘2-2，则滚珠3的负载越以二次曲线的方式增大。图7的曲线图的线起伏的原因在于，因丝杠轴1的周向的位置而导致滚珠3的负载不同。图7的曲线图示出各循环路由3.5圈的负载滚珠滚行槽2a构成的例子。各循环路在如图2所示由2.5圈的负载滚珠滚行槽2a构成的情况下也呈现出同样的倾向。

图7所示的滚珠3的负载分布的偏差成为使滚珠3的寿命降低的原因。为了减少滚珠3的负载分布的偏差，使接近螺母2的凸缘2-2的循环路5a(参照图2)的滚珠直径比远离螺母2的凸缘2-2的循环路5b、5c的滚珠直径小。在本实施方式中，如图2所示，配置有第一至第三循环路5a～5c，因此使第一循环路5a的滚珠3a的直径比第二循环路5b的滚珠3b的直径小，使第二循环路5b的滚珠3b的直径比第三循环路5c的滚珠3c的直径小。换言之，将第一循环路5a的滚珠3a的直径设为较小，将第二循环路5b的滚珠3b的直径设为中等，将第三循环路5c的滚珠3c的直径设为较大。当然，各循环路5a～5c的多个滚珠3a～3c的直径相等。换言之，在各个循环路5a～5c中，滚珠3a～3c的大小被统一为相同。实际上，使用同一批的钢球(ball lot：在认为相同的条件下制造，作为相同部件而进行处理的一定数量的钢球)。

在此，在第一至第三循环路5a～5c分别收容有多个滚珠3a～3c。第一循环路5a的滚珠3a的直径是指收容于第一循环路5a的多个滚珠3a的直径的平均值。同样，第二循环路5b的滚珠3b的直径是收容于第二循环路5b的多个滚珠3b的直径的平均值，第三循环路5c的滚珠3c的直径是收容于第三循环路5c的多个滚珠3c的直径的平均值。另外，对于各滚珠3a、3b、或3c的直径的测定方法，能够使用“JIS B1501滚动轴承-钢球”中确定的平均直径(meanball diameter)D_Wm。平均直径是指一个钢球的实测直径的最大值与最小值的算术平均值。

第一至第三循环路5a～5c的滚珠直径之差的计算方法如下所述。首先，由图6求出第一循环路5a与第二循环路5b的平均槽位移差δ₂₁，并求出第二循环路5b与第三循环路5c的平均槽位移差δ₃₂。在该例子中，求得δ₂₁＝15.4μm，δ₃₂＝5.8μm。在计算差时，将各循环路5a～5c的轴向的中央的位移差设为平均槽位移δ₁～δ₃。

接下来，δ₂₁以及δ₃₂是轴向的位移差，因此将δ₂₁以及δ₃₂变换为接触角方向的位移差ΔD。利用导程角γ(参照图4)、接触角α(参照图4)，ΔD能够由以下的数学式1求出。

[数学式1]

ΔD＝δ×Cosγ×Sinα

当设为δ₂₁＝15.4μm，γ＝4.4°，α＝55°时，ΔD₂₁＝δ₂₁×Cosγ×Sinα＝12.5μm，ΔD₃₂＝δ₃₂×Cosγ×Sinα＝4.7μm。若将ΔD₂₁设为第一循环路5a与第二循环路5b的滚珠直径之差，将ΔD₃₂设为第二循环路5b与第三循环路5c的滚珠直径之差，则能够与间隙的变化相应地使滚珠直径变化。

最终，不改变第二循环路5b的滚珠直径，使第一循环路5a的滚珠直径比第二循环路5b的滚珠直径小12.5μm。而且，使第三循环路5c的滚珠直径比第二循环路5b的滚珠直径大4.7μm。像这样，通过使第二循环路5b的滚珠直径与第一循环路5a的滚珠直径之差比第三循环路5c的滚珠直径与第二循环路5b的滚珠直径之差大，能够减少如图7所示那样越接近凸缘2-2越以二次曲线的方式增大的滚珠3的负载分布的偏差。

图8是在滚珠直径的变更前与变更后对滚珠的负载分布进行比较的图。图中●是变更前，图中○是变更后。通过变更滚珠直径，从而负载分布的偏差得到改善，滚珠负载均衡化。在滚珠直径的变化的前后计算滚珠丝杠的寿命，寿命延长为约1.5倍。根据本实施方式，不对螺母2的负载滚珠滚行槽2a进行特殊的加工，能够减少滚珠3的负载分布的偏差，因此滚珠丝杠的制造也变得容易。

需要说明的是，即便螺母2的凸缘2-2上作用有朝向与图3的轴向负载Fa相反的方向的负载(朝向图3的左方向的负载)，通过如上述那样变更滚珠直径，能够改善负载分布的偏差。其原因在于，如在丝杠轴1的弹性变形、螺母2的弹性变形部分说明那样，丝杠轴1在越接近丝杠轴1的固定侧的端部9则刚性越高而不易变形。螺母2越接近凸缘2-2则刚性越高而不易变形。因此，越接近凸缘2-2，则螺母2以及丝杠轴1越不易变形，滚珠3上作用有越大的负载。另一方面，越远离凸缘2-2，则螺母2以及丝杠轴1越容易变形，作用于滚珠3的负载越小。

另外，在上述第一实施方式中，在螺母中沿轴向配置有三个循环路，将第一循环路的滚珠的直径设为较小，将第二循环路的滚珠的直径设为中等，将第三循环路的滚珠的直径设为较大，但如图7所示，第二循环路的滚珠的负载与第三循环路的滚珠的负载之差较小，因此也可以将第二循环路的滚珠的直径设为与第三循环路的滚珠的直径相等。

<第二实施方式>

图9示出本发明的第二实施方式的滚珠丝杠的立体图。在上述第一实施方式中，对在螺母中沿轴向配置有三个循环路的例子进行了说明，但也可以如图9所示在螺母2中沿轴向配置有两个循环路5a、5b。在该情况下，使接近螺母2的凸缘2-2的循环路5a的滚珠3a的直径比远离螺母的凸缘2-2的循环路5b的滚珠3b的直径小即可。

<第三实施方式>

图10示出本发明的第三实施方式的滚珠丝杠的俯视图。在第三实施方式中，在螺母2中沿轴向配置有四个循环路5a～5d。图10的▲的位置是丝杠轴1的固定侧的端部9。四个循环路5a～5d从接近螺母2的凸缘2-2的一侧朝向远离的一侧依次为第一循环路5a、第二循环路5b、第三循环路5c、第四循环路5d。而且，第一循环路5a的滚珠直径为F1，第二循环路5b的滚珠直径为F2，第三循环路5c的滚珠直径为F3，第四循环路5d的滚珠直径为F4。

在第三实施方式的滚珠丝杠中，具有F1＜F2＜F3＜F4的关系。若像这样选定滚珠直径F1～F4，则能够与第一实施方式的滚珠丝杠同样地改善负载分布的偏差。另外，具有(F2-F1)＞(F3-F2)＞(F4-F3)的关系。若像这样选定滚珠直径F1～F4，则能够减少越接近凸缘2-2越以二次曲线的方式增大的滚珠3的负载分布的偏差。需要说明的是，优选将作为基准的滚珠直径设为F4，以F3、F2、F1的顺序依次减小滚珠直径。

<第四实施方式>

如图11所示，存在螺母2的凸缘2-2侧的一端部6同螺母2的与凸缘2-2相反的一侧的另一端部7相比远离丝杠轴1的固定侧的端部9的情况。图12是示出在图11所示的滚珠丝杠中凸缘2-2上作用有负载Fa时，丝杠轴1的滚珠滚行槽1a以及螺母2的负载滚珠滚行槽2a的变形的曲线图。如图12所示，丝杠轴1的滚珠滚行槽1a以及螺母2的负载滚珠滚行槽2a均越远离螺母2的凸缘2-2的端面8(图11参照)则轴向(右方向)位移越小。如图12的实线所示，螺母2的负载滚珠滚行槽2a与丝杠轴1的滚珠滚行槽1a的位移差在暂时减小后增加。但是，图12所示的位移差不会增大至图5的实线所示的位移差的程度。即，在作用有图11所示的负载Fa时，与作用有图3所示的负载Fa时相比，滚珠3的负载分布的偏差虽相对较小，但仍然产生偏差。本发明的第四实施方式的滚珠丝杠的目的在于改善该负载分布的偏差。

图13示出本发明的第四实施方式的滚珠丝杠的俯视图。图13的▲的位置是丝杠轴1的固定侧的端部9。在本实施方式中，螺母2的凸缘2-2侧的一端部6比螺母2的与凸缘2-2相反的一侧的另一端部7更远离丝杠轴1的固定侧的端部9。在螺母2中沿轴向配置有三个循环路5a～5c。三个循环路5a～5c从接近螺母2的凸缘2-2的一侧朝向远离的一侧依次为第一循环路5a、第二循环路5b、第三循环路5c。第一循环路5a的滚珠直径为F1，第二循环路5b的滚珠直径为F2，第三循环路5c的滚珠直径为F3。

图12所示的位移差(螺母-轴)的向右上倾斜的倾向的原因在于，在图12的位移特性中丝杠轴位移的幅度比螺母位移的幅度大。这是由螺母2与丝杠轴1的轴向的刚性差造成的，若为相同的材质，则螺母2的截面积比丝杠轴1的截面积大。以下，分为螺母2的截面积比丝杠轴1的截面积大的情况(螺母截面积＞丝杠轴截面积)、螺母2的截面积比丝杠轴1的截面积小的情况(螺母截面积＜丝杠轴截面积)来进行说明。

需要说明的是，螺母2的截面积是与轴向正交的平面内的螺母2的截面积。通过从根据螺母2的外径以及内径计算出的面积中扣除与负载滚珠滚行槽2a1～2a5(参照图4)相应量，能够计算出螺母2的截面积。在此，凸缘2-2的截面积不考虑返回管4a～4c的扣除量。另外，丝杠轴1的截面积是与轴向正交的平面内的丝杠轴1的截面积。通过从根据丝杠轴1的外径计算出的面积中扣除与滚珠滚行槽1a1～1a5(参照图4)相应的量，能够计算出丝杠轴1的截面积。

图14的(a)是示出螺母截面积＞丝杠轴截面积的情况下的滚珠负载的曲线图。在螺母截面积＞丝杠轴截面积的情况下，丝杠轴1的轴向刚性比螺母2的轴向的刚性低，与图12同样地，丝杠轴位移的幅度比螺母位移的幅度大。因此，与图12示出的倾向同样地，位移差(螺母-轴)具有向右上倾斜的倾向，如图14的(a)所示，滚珠负载也具有向右上倾斜的倾向。因此，在螺母截面积＞丝杠轴截面积的情况下，通过设为F1＞F2＞F3，从而改善负载分布的偏差。但是，如图14的(a)所示，第一循环路5a的滚珠负载与第二循环路5b的滚珠负载大致相等。因此，也可以设为F1＝F2＞F3。

图14的(b)示出螺母截面积＜丝杠轴截面积的情况下的滚珠负载。在该情况下，丝杠轴1的轴向刚性比螺母2的轴向的刚性高，丝杠轴位移的幅度比螺母位移的幅度小。因此，与图12示出的倾向相反地，位移差(螺母-轴)具有向右下倾斜的倾向，如图14的(b)所示，滚珠负载也具有向右下倾斜的倾向。因此，在螺母截面积＜丝杠轴截面积的情况下，通过设为F1＜F2＜F3，从而改善负载分布的偏差。但是，如图14的(b)所示，第二循环路5b的滚珠负载与第三循环路5c的滚珠负载大致相等。因此，也可以设为F1＜F2＝F3。

图15的(a)、(b)是在滚珠直径的变更前与变更后对滚珠的负载分布进行比较的图。图15的(a)是螺母截面积＜丝杠轴截面积的情况，图15的(b)是螺母截面积＜丝杠轴截面积的情况。图中●是变更前，图中□是变更后。通过变更滚珠直径，从而负载分布的偏差得到改善，滚珠负载均衡化。

本发明不限定于具体化为上述实施方式，在不变更本发明的主旨的范围内能够具体化为各种实施方式。

在上述实施方式中，对在螺母中由返回管构成将负载滚珠滚行槽的一端与另一端连接的返回路的例子进行了说明，但也可以由与螺母的轴线平行的贯通孔以及安装于贯通孔的两端的端部零件构成返回路。

在上述实施方式中，将丝杠轴的滚珠滚行槽以及螺母的负载滚珠滚行槽的剖面形状设为由两个圆弧构成的尖拱槽，但也可以设为由单一的圆弧构成的弧形槽。

上述第一实施方式中的第一至第三循环路的滚珠直径之差的计算方法仅为一例，也可以采用其他计算方法。

在上述实施方式中，丝杠轴相对于螺母的旋转是相对旋转，可以是丝杠轴旋转，也可以是螺母旋转。

在上述实施方式中，对单一的螺母的例子进行了说明，但也可以将二个以上的小螺母连结而形成一个螺母。在该情况下，将二个以上的小螺母视为一个螺母，选定至少两个循环路的滚珠直径即可。

在上述实施方式中，对将循环路设为二～四个的例子进行了说明，但也可以将循环路设为五个以上。

产业上的可利用性

本发明的滚珠丝杠适用于滚珠丝杠上作用有较大的轴向负载的冲压机械、弯曲加工机、注射成形机、压缩成形机等的用途。这是因为通过减少滚珠的负载分布的偏差，从而实现滚珠丝杠的长寿命化。但是，本发明的滚珠丝杠的用途并不特别限定。

本说明书以2014年12月26日申请的日本2014-265564以及2015年12月24日申请的日本特愿2015-251693为基础。其内容全部包含于此。

附图标记说明

1…丝杠轴；1a…滚珠滚行槽；2…螺母；2a…负载滚珠滚行槽；2-2…凸缘；3…滚珠；4a、4b、4c…返回管(返回路)；5a…第一循环路；5b…第二循环路；5c…第三循环路；6…螺母的凸缘侧的一端部(螺母的安装部侧的一端部)；7…螺母的与凸缘相反的一侧的另一端部(螺母的与安装部相反的一侧的另一端部)；9…丝杠轴的固定侧的端部。

Claims

1.一种滚珠丝杠，其具备：

丝杠轴，其在外周面具有螺旋的滚珠滚行槽；

螺母，其在内周面具有与所述滚珠滚行槽对置的螺旋的负载滚珠滚行槽，并且具有用于向对象部件安装的安装部；

多个滚珠，所述多个滚珠以能够滚动运动的方式夹设在所述丝杠轴的所述滚珠滚行槽与所述螺母的所述负载滚珠滚行槽之间；以及

循环路，其具有将所述螺母的所述负载滚珠滚行槽的一端与另一端连接的返回路，使所述多个滚珠循环，

其中，

所述螺母的所述安装部侧的一端部比所述螺母的与所述安装部相反的一侧的另一端部更接近所述丝杠轴的固定侧的端部，

在所述螺母的轴向上配置有至少两个循环路，

最接近所述螺母的所述安装部的循环路中的滚珠的直径比最远离所述螺母的所述安装部的循环路中的滚珠的直径小。

2.根据权利要求1所述的滚珠丝杠，其特征在于，

在所述螺母的轴向上，从接近所述螺母的所述安装部的一侧朝向远离所述安装部的一侧配置有至少第一循环路至第三循环路，

所述第一循环路中的滚珠的直径比所述第二循环路中的滚珠的直径小，

所述第二循环路中的滚珠的直径为所述第三循环路中的滚珠的直径以下。

3.根据权利要求2所述的滚珠丝杠，其特征在于，

所述第二循环路的滚珠的直径与所述第一循环路的滚珠的直径之差比所述第三循环路的滚珠的直径与所述第二循环路的滚珠的直径之差大。

4.一种滚珠丝杠，其具备：

丝杠轴，其在外周面具有螺旋的滚珠滚行槽；

其中，

所述螺母的所述安装部侧的一端部比所述螺母的与所述安装部相反的一侧的另一端部更远离所述丝杠轴的固定侧的端部，

在所述螺母的轴向上配置有至少两个循环路，

所述螺母的截面积比所述丝杠轴的截面积大，最接近所述螺母的所述安装部的循环路中的滚珠的直径比最远离所述螺母的所述安装部的循环路中的滚珠的直径大。

5.根据权利要求4所述的滚珠丝杠，其特征在于，

所述第一循环路中的滚珠的直径为所述第二循环路中的滚珠的直径以上，所述第二循环路中的滚珠的直径比所述第三循环路中的滚珠的直径大。

6.根据权利要求5所述的滚珠丝杠，其特征在于，

所述第一循环路中的滚珠的直径与所述第二循环路中的滚珠的直径之差比所述第二循环路中的滚珠的直径与所述第三循环路中的滚珠的直径之差小。

7.一种滚珠丝杠，其具备：

丝杠轴，其在外周面具有螺旋的滚珠滚行槽；

其中，

在所述螺母的轴向上配置有至少两个循环路，

所述螺母的截面积比所述丝杠轴的截面积小，最接近所述螺母的所述安装部的循环路中的滚珠的直径比最远离所述螺母的所述安装部的循环路中的滚珠的直径小。

8.根据权利要求7所述的滚珠丝杠，其特征在于，

所述第一循环路中的滚珠的直径比所述第二循环路中的滚珠的直径小，所述第二循环路中的滚珠的直径为所述第三循环路中的滚珠的直径以下。

9.根据权利要求8所述的滚珠丝杠，其特征在于，

所述第二循环路中的滚珠的直径与所述第一循环路中的滚珠的直径之差比所述第三循环路中的滚珠的直径与所述第二循环路中的滚珠的直径之差大。