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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen Walzenkäfig, der in einer direkt wirkenden Führungseinrichtung, einer Walzenschraube oder ähnlichem verwendet wird, und bei dem eine Walze, die in einem umlaufenden Weg abwälzt, so gehalten wird, dass sie drehbar/verschiebbar ist.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Eine Walzenschraube, die Walzen zwischen einer Schraubenwelle und einem Mutterelement zwischengeschaltet hat, ist bekannt. Wenn die Schraubenwelle relativ zu dem Mutterelement gedreht wird, macht das Mutterelement eine Hin- und Herbewegung in einer Richtung der Achse der Schraubenwelle. Die Walzen machen eine Wälzbewegung, so dass sie um den äußeren Umfang einer Schraubennut zwischen der Schraubenwelle und dem Mutterelement laufen. Somit laufen die Walzen in einem Walzenumlaufweg um. Eine helixförmige Walzenabwälznut ist in der Schraubenwelle geformt. Der Walzenumlaufweg, der eine helixförmige Lastabwälznut entsprechend der Walzen Abwälznut enthält, ist in dem Mutterelement geformt. In der Walzenschraube kann die Vielzahl von Walzen in dem Walzenumlaufweg so angeordnet sein, dass sie parallel zueinander sind, damit die Achsen von benachbarten Walzen näherungsweise parallel zueinander gehalten werden, oder die Vielzahl von Walzen kann in dem Walzenumlaufweg so angeordnet sein, dass die Walzen einander kreuzen, dass sich die Achsen von benachbarten Walzen schneiden.
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Im allgemeinen machen im Fall einer Walzenschraube der Voll-Walzenart, bei der nur Walzen in dem Walzenumlaufweg angeordnet sind, die jeweiligen Walzen keine konsistente Bewegung, so dass jede der Walzen in einer Ebene nach unten fällt, die die Achse der Walze enthält und die Richtung der Bewegung der Walze um ein Festklemmen zu bewirken. Somit können sich die Walzen nicht bewegen, während sie in dem Walzenumlaufweg angeordnet sind. Obwohl es sich nicht auf eine Walzenschraube bezieht, ist ein gürtelartiger Kugelfkäfig zum drehbar/verschiebbar Halten einer Vielzahl von Kugeln einer Kugelschraube bekannt, um einen geordneten Umlauf der Kugeln zu ermöglichen (beispielsweise aus der
JP A-11-223258 ). Der Kugelkäfig hält die Kugeln in der Form einer linearen Kette, so dass benachbarte Kugeln der Vorderseite und Rückseite sich glatt bewegen können.
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Andererseits ist ein Käfig zum Halten von korrespondierenden Walzen, die in einem Umlaufweg einer direkt wirkenden Führungseinrichtung angeordnet und aufgenommen sind, bekannt (siehe
JP-A-60-205013 ).
17 zeigt solche Käfige, die in dem Walzenumlaufweg der direkt wirkenden Führungseinrichtung umlaufen. Eine Vielzahl von Walzen
1 ist kreuzangeordnet in dem Walzenführungsweg
2, so dass die Achsen von benachbarten Walzen
1 einander schneiden. Die Richtung der Walzen
1 wird zweidimensional zwischen einem linearen Lastdurchgang
2a und einem U-förmigen Richtungsänderungsdurchgang
2b verändert.
18 ist eine Vorderansicht eins Käfigs
3 mit einer Walze
1, gesehen in der Bewegungsrichtung davon.
19 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A aus
18. Aufgrund der kreuzenden Anordnung der Walzen
1 ist der Walzenumlaufweg
2 im wesentlichen wie ein Rechteck im Querschnitt geformt. Die Käfige
3 halten die Walzen
1 in Behälterlöchern
3a der Käfige
3 drehbar/verschiebbar und individuell und entsprechend, wobei die äußeren Umfänge
1a der Walzen
1 teilweise leicht freigelegt sind. Die Dicke des Käfigs
3 (die radiale Dicke der Walzen) ist näherungsweise gleich derjenigen der Walze
1 gesetzt. Wie es in den Zeichnungen gezeigt ist, bildet die Form des Käfigs
3 die von der Vorderseite in der Richtung der Bewegung zu sehen ist, ein Rechteck, das näherungsweise gleich der Querschnittsform des Walzenumlaufwegs
2 ist, so dass die Walze
1 durch den Käfig
3 geführt werden kann. Wie es in
17 gezeigt ist, sind zwei Endoberflächen
3a und
3b, die einen Winkel bilden, der nicht kleiner als 90° ist, an zwei Enden der benachbarten Käfige
3 in deren Bewegungsrichtung geformt. Wenn der Käfig
3 sich auf dem linearen Lastdurchgang
2a befindet, ist eine Endoberfläche
3a so positioniert, dass sie näherungsweise senkrecht zu dem Lastdurchgang
2a ist. Wenn sich der Käfig
3 auf dem U-förmigen Richtungsänderungsdurchgang
2b befindet, ist die andere Endoberfläche
3b in die Richtung des Radius des Richtungsänderungsdurchgangs
2b gerichtet. Somit laufen die Käfige
3 mit den Walzen
1 in dem Walzenumlaufweg
2 um, wobei die Endoberflächen
3a und
3b von benachbarten Käfigen
3 einander drücken.
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Bei dem Kugelkäfig des Stands der Technik, der Kugeln in der Gestalt einer geraden Kette hält, zeichnet jedoch der Umlaufweg der Kugelschraube eine Schraubenlinie. Somit wird der Kugelkäfig so schraubenlinienförmig verwunden, dass Last auf den Kugelkäfig aufgebracht wird. Es ist eine Gefahr vorhanden, dass der Kugelkäfig durch diese Last beschädigt wird.
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Auf der anderen Seite sind die Käfige 3, durch die die Walzen 1, die in dem Walzenführungsweg 2 der direkt wirkenden Führungseinrichtung angeordnet und aufgenommen sind, individuell gehalten werden, an den Fall angepasst, in dem der lineare Lastdurchgang und der U-förmige Richtungsänderungsdurchgang auf eine Ebene positioniert sind, so dass die Richtung der Walzen 1 zweidimensional geändert wird. Beispielsweise ist in einem Umlaufweg einer Walzenschraube jedoch keine zweidimensionale Richtungsänderung, sondern eine dreidimensionale Richtungsänderung vorhanden und entsprechend kann eine Verwindungsbewegung um die Bewegungsrichtung verlangt werden. Bei den vorher erwähnten Käfigen 3 wird den umlaufenden Käfigen 3 nicht ermöglicht, dass sie sich leicht um die Achsen der Walzen 1 jeweils drehen, so dass die Käfige 3 kaum solch eine komplexe Bewegung ausführen können. Dies ist, da die Gestalt jedes Käfigs 3 geformt ist, dass sie näherungsweise gleich der Querschnittsgestalt des Walzenumlaufwegs 2 ist, und da benachbarte Käfige 3 in Oberflächenkontakt miteinander an großflächigen, flachen Endoberflächen 3a und 3b sind. Weiterhin kann ein Schmiermittel kaum zwischen den Käfig 3 und eine korrespondierende Walze 1 eindringen, da der Umfang der Walze 1, außer einem Teil des äußeren Umfangs 1a, mit dem Käfig 3 bedeckt ist. Somit kann die Walze 1 nicht ausreichend geschmiert werden. Weiterhin ist näherungsweise der gesamte Querschnitt des Walzenumlaufwegs 2 mit dem Käfig 3 bedeckt. Es besteht ein Problem dahingehend, dass ein Stützelement zum Stützen des Käfigs 3 um den Käfig 3 vom Herunterfallen von dem Gleitelement zu hindern, wenn das Gleitelement aus der Laufschiene entfernt wird, kaum in dem Umlaufweg vorgesehen wird.
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Die
GB 2 361 286 offenbart einen Walzenkäfig, der in einer Walzenführungseinrichtung verwendet wird, wobei die Walze aus Sicht von einer Seitenoberfläche des Käfigs auf einer Diagonalen angeordnet ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das oben stehende Ziel zu erreichen, und daher einen Walzenkäfig vorzusehen, der glatt umlaufen kann, selbst unter einem komplexen kinetischen Zustand, wie einem dreidimensionalen Richtungsänderungsdurchgang, und bei dem Schmieröl ausreichend den Walzen zugeführt werden kann, und eine direkt wirkende Führungseinrichtung und eine Walzenschraube vorzusehen, die solche Walzenkäfige verwenden.
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Die vorliegende Erfindung wird unten stehend beschrieben.
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Um das Problem zu lösen, sieht der Erfinder der vorliegenden Erfindung ein System vor, bei dem Walzen, die in einem Umlaufweg umlaufen, nicht in der Gestalt einer geraden Kette gehalten werden, sondern in Walzenkäfigen individuell gehalten werden, so dass die Walzen in einem Umlaufweg umlaufen, wobei der rückseitige Walzenkäfig den vorderseitigen Walzenkäfig drückt. Ferner, da lineare Bereiche und gekrümmte Bereiche hauptsächlich in dem Umlaufweg vorhanden sind, berücksichtigt die Erfinder die Gestalt von jedem Ende des Walzenkäfigs in einer Bewegungsrichtung davon, so dass eine Druckkraft glatt in sowohl den linearen Bereichen als auch in den gekrümmten Bereichen übertragen wird. Weiterhin sieht der Erfinder ein System vor, bei dem Walzenkäfige umlaufen können, wobei ihnen erlaubt wird, sich leicht um die Achsen der Walzen jeweils zu drehen, wenn die Walzenkäfige umlaufen, wobei sie einander pressen. Entsprechend können die Walzenkäfige auf einen dreidimensionalen, komplexen Umlaufweg unter der Annahme angepasst werden, dass die Walzen in dem Umlaufweg angeordnet sind und die Achsen von benachbarten Walzen im wesentlichen parallel zueinander gehalten werden.
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Insbesondere ist gemäß einem ersten Aspekt der vorliegende Erfindung eine Walzenkäfiganordnung vorgesehen, die Walzenkäfige 15 zum individuellen und korrespondierenden Aufnehmen einer Vielzahl von Walzen 7 hat, die in einem Walzenumlaufweg umlaufen, der lineare und gekrümmte Bahnen umfasst, wobei: jeder der Walzenkäfige 15 dünn gestaltet ist, um gegenüberliegende Seitenoberflächen der Walze 7 und vordere und rückwärtige Oberflächen der Walze 7 in einer Bewegungsrichtung der Walze 7 zu halten; ein linearer Führungsbereich 16a, 17a (auch als Linearführungsbereich bezeichnet) und ein gekrümmter Führungsbereich 16b, 17b (auch als Krümmungsführungsbereich bezeichnet), die sich in einem Neigungswinkel voneinander unterscheiden, in gegenüberliegenden Endoberflächen des Walzenkäfigs 15 in einer Bewegungsrichtung des Walzenkäfigs 15 geformt sind; und der lineare Führungsbereich 16a, 17a des Walzenkäfigs 15 in Berührung mit einem benachbarten Walzenkäfig 15 in der linearen Bahn kommt und der gekrümmte Führungsbereich 16b, 17b des Walzenkäfigs 15 in Kontakt mit einem benachbarten Walzenkäfig 15 in der gekrümmten Bahn kommt. Durch das Vorsehen des Walzenkäfiganordnung wird daher das oben erwähnte Problem gelost. Die Dicke des Walzenkäfigs 15 wird ausgewählt, dass sie nicht größer als 90%, vorzugsweise nicht größer als 60%, des Walzendurchmessers ist.
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Gemäß dieser Erfindung können in sowohl linearen Bahnen als auch gekrümmten Bahnen, die eine Umlaufbahn bilden, benachbarte Walzenkäfige einander drücken, ohne die Position einer Walze zu beeinträchtigen, die sich vorderseitig in der Richtung der Bewegung der Walze befindet. Somit können Walzen ausgerichtet werden, dass ein glatter Umlauf erzielt werden kann. Weiterhin, da der Walzenkäfig dünn gestaltet ist, werden die folgenden Wirkungen erzielt.
- (1) Benachbarte Walzenkäfige können einander drücken, wobei ihnen erlaubt wird, dass sie sich leicht um die Achsen von entsprechenden Walzen jeweils drehen. Als eine Folge kann der Walzenkäfig als ein Walzenkäfig erzielt werden, der für einen komplexen Umlaufweg, wie einen dreidimensionalen Richtungsänderungsdurchgang oder einen helixförmigen Lastabwälzdurchgang, der wie eine Schraube gestaltet ist, geeignet ist.
- (2) Ein großer Raum kann zum Aufnehmen von Schmieröl in dem Umlaufweg sichergestellt werden. Somit können die Walzen ausreichend geschmiert werden.
- (3) Ein Element zum Verhindern des Herunterfallens zum Stützen des Walzenkäfigs kann in dem Umlaufweg vorgesehen werden, so dass der Walzenkäfig nicht aus dem Mutterelement fallen kann, oder ähnlichem.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Walzenanordnung vorgesehen, die Walzenkäfige 31 zum individuellen und entsprechenden Zurückhalten einer Vielzahl von Walzen 7 hat, die in einem Walzenumlaufweg, der lineare und gekrümmte Bahnen beinhaltet, umlaufen, wobei: jeder der Walzenkäfige 31 dünn gestaltet ist, um die gegenüberliegenden Seitenoberflächen der Walze 7 zu halten, und entweder die vordere oder die rückwärtige Oberfläche der Walze 7 in einer Bewegungsrichtung der Walze 7; ein linearer Führungsbereich 32a und ein gekrümmter Führungsbereich 32b, die sich in ihrem Neigungswinkel unterscheiden, in einer Endoberfläche des Walzenkäfigs 31 in einer Bewegungsrichtung des Walzenkäfigs 31 geformt sind; und der lineare Führungsbereich 32a des Walzenkäfigs 31 in Kontakt mit einer benachbarten Walze 7 in der linearen Bahn kommt und der gekrümmte Führungsbereich 32b des Walzenkäfigs 31 in Kontakt einer benachbarten Walze 7 in der gekrümmten Bahn kommt. Durch das Vorsehen der Walzenkäfiganordnung wird das oben erwähnte Problem daher gelöst.
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Gemäß dieser Erfindung hält zusätzlich zu dem gleichen Betrieb und der gleichen Wirkung wie derjenigen der vorher erwähnten Erfindung der Walzenkäfig entweder die vordere oder die rückwärtige Oberfläche einer entsprechenden Walze in der Bewegungsrichtung der Walze. Somit wird der Raum, der durch einen Walzenkäfig in dem Umlaufweg eingenommen wird, reduziert, so dass die Anzahl der Walzen erhöht werden kann. Entsprechend kann die Lastkapazität einer direkt wirkenden Führungseinrichtung oder Walzenschraube, die solche Walzenkäfige verwendet, erhöht werden.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird bei dem ersten Aspekt der Erfindung jeder der linearen Führungsbereiche 16a, 17a und der gekrümmten Führungsbereiche 16b, 17b des Walzenkäfigs 15 geformt, dass er eine gekrümmte Oberfläche ist, die wie ein kreisförmiger Bogen im Querschnitt geformt ist, so dass sie in einen linearen Kontakt mit dem benachbarten Walzenkäfig 15 kommt.
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Gemäß dieser Erfindung können benachbarte Walzenkäfige einander drücken, während ihnen mit Sicherheit ermöglicht wird, dass sie sich leicht um die Achsen der entsprechenden Walzen jeweils drehen.
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Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung ist bei dem zweiten Aspekt der Erfindung jeder der linearen Führungsbereiche 32a und gekrümmten Führungsbereiche 32b des Walzenkäfigs 15 als eine gekrümmte Oberfläche in Übereinstimmung mit einem äußeren Umfang der Walze 7 geformt.
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Gemäß dieser Erfindung können eine Walzen und ein Walzenkäfig, die einander benachbart sind, einander drücken, wobei dem Walzenkäfig mit Sicherheit ermöglicht wird, dass er sich leicht um die Achse einer entsprechenden Walze dreht. Ferner, da der Walzenkäfig in Oberflächenkontakt mit einer Walze kommt, die sich an der Vorderseite oder Rückseite in der Bewegungsrichtung des Walzenkäfigs befindet, kann ein Berührungsoberflächendruck reduziert werden.
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Gemäß einem fünfen Aspekt der Erfindung ist bei der Walzenkäfiganordnung, wie sie den ersten oder dritten Aspekt entspricht, ein Gelenkvorsprung 26 an einem Schnittpunkt zwischen dem linearen Führungsbereich 16a und dem gekrümmten Führungsbereich 16b in einer Endoberfläche des Walzenkäfigs 25 vorgesehen; und eine Gelenkaussparung 27 ist an einem Schnittpunkt zwischen dem linearen Führungsbereich 17a und dem gekrümmten Führungsbereich 17b in der anderen Endoberfläche des Walzenkäfigs 25 vorgesehen, so dass die Gelenkaussparung 27 mit dem Gelenkvorsprung 26 eines benachbarten Walzenkäfigs in Eingriff kommt.
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Gemäß dieser Erfindung wird dem Walzenkäfig nur ermöglicht, dass er um ein Gelenk schwingt, das durch eine Kombination des Gelenkvorsprungs und der Gelenkaussparung gebildet wird, in einer Ebene, die die Achse einer entsprechenden Walze und die Bewegungsrichtung der Walze enthält. Somit kann verhindert werden, dass die Walze herunterfällt, selbst an einer Grenze, in der ein Übergang von einer linearen Bahn zu einer gekrümmten Bahn auftritt. Somit kann ein glatter Umlauf der Walze sichergestellt werden.
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Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung sind bei einem der ersten bis fünften Aspekte Vorsprünge 20, die ein Herunterfallen verhindern, auf entweder dem Walzenkäfig 15 oder den gegenüberliegenden Seitenoberflächen der Walze 7 geformt; und Aussparungen 21 zum Verhindern des Herunterfallens sind in dem anderen von dem Walzenkäfig und den gegenüberliegenden Seitenoberflächen der Walze geformt, so dass die Vorsprünge zum Verhindern des Herunterfallens in die Aussparungen zum Verhindern des Herunterfallens eingepasst werden.
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Gemäß dieser Erfindung kann verhindert werden, dass die Walze aus dem Walzenkäfig fällt. beispielsweise kann selbst in dem Fall, in dem ein Gleitelement, wie ein Mutterelement, aus der Bahnschiene entfernt wird, der Walzenkäfig verhindern, dass die Walze aus dem Gleitelement herunterfällt, so dass verhindert werden kann, dass die Walze von dem Gleitelement fällt.
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Gemäß einem siebten Aspekt der Erfindung ist bei einem der ersten bis sechsten Aspekte eine Dicke des Walzenkäfigs 15 gewählt, dass sie nicht kleiner als 50% eines Durchmessers der Walze ist. Wenn eine kegelförmige Walze als jede der Walzen verwendet wird, bedeutet der Ausdruck ”Walzendurchmesser”, der hier verwendet wird, den kleinsten Walzendurchmesser.
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Wenn die Dicke von jedem der Walzenkäfige kleiner als 50% des Walzendurchmessers ist, dringt das vordere Ende des nachfolgenden Walzenkäfigs in dem Umlaufweg in die Lücke zwischen dem vorderseitigen Walzenkäfig und der Walzenabwälznut ein, so dass benachbarte Walzenkäfige einander überlappen. Als Folge ist eine Gefahr vorhanden, dass der Umlauf der Walzen stoppen könnte. Wenn die Dicke von jedem der Walzenkäfige nicht kleiner als 50% des Walzendurchmessers ist, können solche benachbarten Walzenkäfige daran gehindert werden, einander zu überlappen.
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Ferner ist gemäß der Erfindung auch eine direkt wirkende Führungseinrichtung vorgesehen, die umfasst: eine Bahnwelle 41, 51, die eine Walzenabwälzoberfläche 41a, 51a enthält; ein Gleitelement 42, 52, das einen Walzenumlaufweg umfasst, der eine Lastabwälzoberfläche 42a, 52a entsprechend der Walzenabwälzoberfläche 41a, 51a umfasst, wobei das Gleitelement 42, 52 an der Bahnwelle 41, 51 angepasst ist, so dass es frei bewegbar relativ zu der Bahnwelle 41, 51 ist; eine Vielzahl von Walzenpaaren 40, 53, die in dem Walzenumlaufweg angeordnet und darin aufgenommen sind, so dass sie in Übereinstimmung mit der Bewegung des Gleitelements 42, 52 relativ zu der Bahnwelle 41, 51 umlaufen; und eine Vielzahl von Walzenkäfigen 15 zum Halten der Vielzahl von Walzen 43, 53 individuell und entsprechend, so dass die Vielzahl von Walzen 43, 53 drehbar/verschiebbar ist, wobei: die Vielzahl von Walzen 43, 53 angeordnet und aufgenommen ist, so dass die Achsen von benachbarten Walzen 43, 53 näherungsweise parallel zueinander gehalten werden; jeder der Walzenkäfige 15 dünn gestaltet ist, um gegenüberliegende Seitenoberflächen einer entsprechenden der Walzen 7 und vordere und rückwärtige Oberflächen der Walze 7 in einer Bewegungsrichtung der Walze 7 zu halten; ein linearer Führungsbereich 16a, 17a und ein gekrümmter Führungsbereich 16b, 17b, die sich im Neigungswinkel voneinander unterscheiden, in jeder der gegenüberliegenden Endoberflächen des Walzenkäfigs 15 in einer Bewegungsrichtung des Walzenkäfigs 15 geformt sind; und der lineare Führungsbereich 16a, 17a des Walzenkäfigs 15 in Kontakt mit einem benachbarten Walzenkäfig 15 in einer linearen Bahn und der gekrümmte Führungsbereich 16b, 17b des Walzenkäfigs 15 in Kontakt mit einem benachbarten Walzenkäfig 15 in einer gekrümmten Bahn kommt.
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Weiterhin ist gemäß der Erfindung auch eine direkt wirkende Führungseinrichtung vorgesehen, die umfasst: eine Bahnwelle 41, 51, die eine Walzenabwälzoberfläche 41a, 51a enthält ein Gleitelement 42, 52, das einen Walzenumlaufweg umfasst, der eine Lastabwälzoberfläche 42a, 52a entsprechend der Walzenabwälzoberfläche 41a, 51a umfasst, wobei das Gleitelement 42, 52 in die Bahnwelle 41, 51 eingepasst ist, so dass es frei bewegbar relativ zu der Bahnwelle 41, 51 ist; eine Vielzahl von Walzen 43, 53, die in dem Walzenumlaufweg angeordnet und aufgenommen sind, so dass sie in Übereinstimmung mit der Bewegung des Gleitelements 42, 52 relativ zu der Bahnwelle 41, 51 umlaufen; und eine Vielzahl von Walzenkäfigen 15 zum Halten der Vielzahl von Walzen 43, 53 individuell und entsprechend, so dass die Vielzahl von Walzen 43, 53 drehbar/verschiebbar ist, wobei: die Vielzahl von Walzen 43, 53 angeordnet und aufgenommen ist, so dass die Achsen von benachbarten Walzen 43, 53 näherungsweise parallel zueinander gehalten werden; jeder der Walzenkäfige 31 dünn gestaltet ist, um gegenüberliegenden Seitenoberflächen einer entsprechenden der Walzen 7 und entweder eine vordere oder eine rückwärtige Oberfläche der Walze 7 in einer Bewegungsrichtung der Walze 7 zu halten; ein linearer Führungsbereich 32a und ein gekrümmter Führungsbereich 32b, die sich in ihrem Neigungswinkel unterscheiden, in einer Endoberfläche des Walzenkäfigs 31 in einer Bewegungsrichtung des Walzenkäfigs 31 geformt sind; und der lineare Führungsbereich 32a des Walzenkäfigs 31 in Kontakt mit einer benachbarten Walze 7 in einer linearen Bahn kommt und der gekrümmten Führungsbereich 32b des Walzenkäfigs 31 in Kontakt mit einer benachbarten Walze 7 in einer gekrümmten Bahn kommt.
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Weiterhin ist gemäß der Erfindung auch eine Walzenschraube vorgesehen, die umfasst: eine Bahnwelle 5, die eine helixförmige Walzenabwälzoberfläche 5a enthält; ein Gleitelement 6, das einen Walzenumlaufweg 8 umfasst, der eine helixförmige Walzenabwälzoberfläche da enthält, die der Walzenabwälzoberfläche 5a entspricht, wobei das Gleitelement 6 in die Bahnwelle 5 eingepasst ist, so dass es frei bewegbar relativ zu der Bahnwelle 5 ist; eine Vielzahl von Walzen 7, die in dem Walzenumlaufweg 8 angeordnet und aufgenommen sind, so dass sie in Übereinstimmung mit der Bewegung des Gleitelements 6 relativ zu der Bahnwelle 5 umlaufen; und eine Vielzahl von Walzenkäfigen 15 zum Halten der Vielzahl von Walzen 7 individuell und entsprechend, so dass die Vielzahl von Walzen 7 drehbar/verschiebbar ist, wobei: die Vielzahl von Walzen 7 angeordnet und aufgenommen ist, so dass Achsen von benachbarten Walzen 7 näherungsweise parallel zueinander gehalten werden, jeder der Walzenkäfige 15 dünn gestaltet ist, dass er gegenüberliegende Oberflächen einer entsprechenden der Walzen 7 und vordere und rückwärtige Oberflächen der Walzen 7 in einer Bewegungsrichtung der Walze 7 hält; ein linearer Führungsbereich 16a, 17a und ein gekrümmter Führungsbereich 16b, 17b, die sich in dem Neigungswinkel voneinander unterscheiden, in jeder der gegenüberliegenden Endoberflächen des Walzenkäfigs 15 in einer Bewegungsrichtung des Walzenkäfigs 15 geformt sind; und der lineare Führungsbereich 16a, 17a des Walzenkäfigs 15 in Kontakt mit einem benachbarten Walzenkäfig 15 in einer linearen Bahn kommt und der gekrümmte Führungsbereich 16b, 17b des Walzenkäfigs 15 in Kontakt mit einem benachbarten Walzenkäfig 15 in einer gekrümmten Bahn kommt.
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Weiterhin ist gemäß der Erfindung auch eine Walzenschraube vorgesehen, die umfasst: eine Bahnwelle 5, die eine helixförmige Walzenabwälzoberfläche 5a umfasst; ein Gleitelement 6, das einen Walzenumlaufweg 8 umfasst, der eine helixförmige Lastabwälzoberfläche 6a entsprechend der Walzenabwälzoberfläche 5a umfasst, wobei das Gleitelement 6 in die Bahnwelle 5 eingepasst ist, so dass es frei bewegbar relativ zu der Bahnwelle 5 ist; eine Vielzahl von Walzen 7, die in dem Walzenumlaufweg 8 angeordnet und aufgenommen sind, so dass sie in Übereinstimmung mit der Bewegung des Gleitelements 6 relativ zu der Bahnwelle 5 umlaufen; und eine Vielzahl von Walzenkäfigen 15 zum Halten der Vielzahl von Walzen 7 individuell und entsprechend, so dass die Vielzahl von Walzen 7 drehbar/verschiebbar ist, wobei: die Vielzahl von Walzen 7 angeordnet und aufgenommen ist, so dass Achsen von benachbarten Walzen 7 näherungsweise parallel zueinander gehalten werden; jeder der Walzenkäfige 31 dünn gestaltet ist, um gegenüberliegende Seitenoberflächen einer entsprechenden der Walzen 7 zu halten, und entweder eine vordere oder eine rückwärtige Oberfläche der Walze 7 in einer Bewegungsrichtung der Walze 7; ein linearer Führungsbereich 32a und ein gekrümmter Führungsbereich 32b, die im Neigungswinkel unterschiedlich sind, in einer Endoberfläche des Walzenkäfigs 31 in einer Bewegungsrichtung des Walzenkäfigs 31 geformt sind; und der lineare Führungsbereich 32a des Walzenkäfigs 31 in Kontakt mit einer benachbarten Walze 7 in einer linearen Bahn kommt und der gekrümmte Führungsbereich 32b des Walzenkäfigs 31 in Kontakt mit einer benachbarten Walze in einer gekrümmten Bahn kommt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Walzenschraube zeigt, bei der Walzenkäfige gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet sind;
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2 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Rückkehrrohr zeigt, das in der Walzenschraube beinhaltet ist;
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3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Schraubenwelle in der Walzenschraube zeigt;
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4 ist eine Vorderansicht, die eine Kombination eines Walzenkäfigs und einer Walze in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 ist eine Seitenansicht, die eine Kombination eines Walzenkäfigs und einer Walze in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 ist eine Unteransicht, die eine Kombination eines Walzenkäfigs und einer Walze in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 ist eine Ansicht, die Walzenkäfige und Walzen zeigt, die in einem Walzenschraubenumlaufweg umlaufen;
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8 ist eine Ansicht, die Walzen und Walzenkäfige zeigt, die in einem helixförmigen Lastabwälzdurchgang umlaufen;
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9 ist eine Ansicht, die ein Beispiel zeigt, in dem benachbarte Walzenkäfige einander überlappen;
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10 ist eine Ansicht, die Walzenkäfige zeigt, die in einem Umlaufweg angeordnet sind, gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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11 ist eine Vorderansicht, die eine Kombination eines Walzenkäfigs und einer Walze in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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12 ist eine Seitenansicht, die eine Kombination eines Walzenkäfigs und einer Walze in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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13 ist eine Unteransicht, die eine Kombination eines Walzenkäfigs und einer Walze in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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14A ist eine Draufsicht, die ein Beispiel zeigt, in dem Walzenkäfige und Walzen in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Linie ausgerichtet sind;
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14B ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel zeigt, in dem Walzenkäfige und Walzen in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Linie ausgerichtet sind;
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14C ist eine Unteransicht, die ein Beispiel zeigt, in dem Walzenkäfige und Walzen in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Linie ausgerichtet sind;
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15 ist eine Ansicht, die eine lineare Führung zeigt, in der Walzenkäfige gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet sind (teilweise einschließlich eines Querschnitts in einer Richtung senkrecht zu einer Führungsschiene);
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16 ist eine Ansicht, die einen Spline zeigt, bei dem Walzenkäfige gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet sind;
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17 ist eine Ansicht, die Käfige zeigt, die in einem Walzenumlaufweg einer direkt wirkenden Führungseinrichtung des Stands der Technik umlaufen;
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18 ist eine Ansicht, die eine Kombination eines Käfigs und einer Walze gemäß dem Stand der Technik zeigt; und
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19 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A aus 18.
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DETAILLIETE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nun wird eine Beschreibung detaillierter von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gegeben.
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1 zeigt eine Walzenschraube, bei der Walzenkäfige gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet sind. Die Walzenschraube umfasst eine Schraubenwelle 5 (Bahnwelle), ein Mutterelement 6 (Gleitelement), und eine Vielzahl von Walzen 7. Die Schraubenwelle 5 hat eine helixförmige Walzenabwälznut 5 in ihrer äußeren Umfangsoberfläche, so dass die helixförmige Walzenabwälznut 5a als eine Walzenabwälzoberfläche dient. Das Mutterelement 6 hat einen Walzenumlaufweg in seiner inneren Umfangsoberfläche geformt. Der Walzenumlaufweg umfasst eine helixförmige Lastabwälznut 6a, so dass die helixförmige Lastabwälznut 6a als eine Lastabwälzoberfläche entsprechend der Walzenabwälznut 5a dient. Das Mutterelement 6 ist an die Schraubenwelle 5 aufgepasst, so dass sie relativ bewegbar sind. Die Vielzahl von Walzen 7 ist in dem Walzenumlaufweg angeordnet und aufgenommen und läuft in Übereinstimmung mit der Relativbewegung des Mutterelements 6 zur Schraubenwelle 5 um. Die Vielzahl von Walzen 7 ist in dem Walzenumlaufweg so angeordnet und aufgenommen, dass Achsen von benachbarten Walzen 7 im wesentlichen parallel zueinander gehalten werden. In dem Walzenumlaufweg wird ein Lastabwälzdurchgang 8 zwischen der Walzenabwälznut 5a, der Schraubenwelle 5 und der Lastabwälznut 6a des Mutterelements 6 geformt. Das Mutterelement 6 hat ein Rückkehrrohr. Das Rückkehrrohr bildet einen Rückkehrdurchgang ohne Last, durch den ein Ende des Lastabwälzdurchgangs 8 mit dem anderen Ende des Lastabwälzdurchgangs 8 in Verbindung steht.
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2 zeigt das Rückkehrrohr 9. Das Rückkehrrohr 9 hat einen Körperbereich 9b und gegenüberliegende Endbereiche 9a, die in bezug auf den Körperbereich 9b gebogen sind. Die gegenüberliegenden Endbereiche 9a sind in den Lastabwälzdurchgang eingepasst, so dass ein Abstand von einigen Schraubensteigungen zwischen den gegenüberliegenden Endbereichen 9a verbleibt. Dabei ist das Rückkehrrohr 9 an dem Mutterelement 6 durch Rohrdrücken angebracht.
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3 zeigt die Schraubenwelle 5. Die helixförmige Walzenabwälznut 5a, die eine vorbestimmte Steigung hat, ist in der äußeren Umfangsoberfläche der Schraubenwelle 5 geformt. Die Walzenabwälznut 5a ist im Querschnitt wie ein Trapezoid gestaltet. Jede der Walzen 7 wälzt sich auf einer Wandoberfläche 12a oder 12b der Walzenabwälznut 5a ab.
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Wie es in 1 gezeigt ist, ist das Mutterelement 6 im wesentlichen wie ein Zylinder gestaltet. Die helixförmige Lastabwälznut 6a, die eine Steigung hat, die gleich der Steigung der Schraubenwelle 5 ist, ist in der inneren Umfangsoberfläche des Mutterelements 6 geformt. Die Lastabwälznut 6a ist ebenfalls wie ein Trapezoid im Querschnitt geformt. Ein Vorsprung 10 zum Bilden der Lastabwälznut 6a des Mutterelements 6 ist in die Walzenabwälznut 5a eingepasst, so dass der innere Durchmesser des Mutterelements 6 kleiner ist als der äußere Durchmesser der Schraubenwelle 5. Jede der Walzen 7 wälzt sich auf einer Wandoberfläche 11a oder 11b der Lastabwälznut 6a ab. Die Lastabwälznut 6a des Mutterelements 6 kann in der Mitte versetzt sein. Somit ist bis zu der Position des Versatzes ein Raum zum Anordnen der Walzen 7 zwischen der Wandoberfläche 12b der Walzenabwälznut 5a und der Wandoberfläche 11b der Lastabwälznut 6a geformt, und, nach der Versatzposition, ist ein Raum zum Anordnen der Walzen 7 zwischen der Wandoberfläche 12a der Walzenabwälznut 5a und der Wandoberfläche 11a der Lastabwälznut 6a geformt. Rückkehrrohrpasslöcher sind in dem Mutterelement 6 geformt, so dass die gegenüberliegenden Seiten des Rückkehrrohrs 9 in die Löcher jeweils eingeführt werden. Die Rückkehrrohrpasslöcher erstrecken sich in die Lastabwälznut 6a.
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Wie es aus 2 offensichtlich ist, hat das Rückkehrrohr 9 gegenüberliegende Endbereiche 9a, die um etwa 90° in bezug auf den Körperbereich 9b gebogen sind. Das heißt, das Rückkehrrohr 9 ist im wesentlichen in der Art eines Doppelgehäuses geformt. Ein Querschnitt des Rückkehrdurchgangs ohne Last des Rückkehrrohrs 9 wird in Übereinstimmung mit der Gestalt jeder Walze 7 bestimmt. Wie es in 2 gezeigt ist, sind die gegenüberliegenden Endbereiche 9a nicht parallel zueinander, so dass die jeweiligen Richtungen der gegenüberliegenden Endbereiche 9a einen Torsionswinkel θ1 bilden (der sich in Übereinstimmung mit dem Steigungswinkel ändert).
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4 und 6 zeigen Walzenkäfige 15 und Walzen 7, die in der Walzenschraube beinhaltet sind. 4 ist eine Ansicht (Vorderansicht) in einer Richtung senkrecht zur Richtung der Achse jeder Walze 7 und senkrecht zur Richtung der Bewegung jeder Walze 7. 5 ist eine Ansicht (Seitenansicht) aus der Richtung der Bewegung jeder Walze 7. 6 ist eine Ansicht (Unteransicht) aus der Achsenrichtung jede Walze 7. Walzenkäfige 15 der gleichen Anzahl wie derjenigen der Walzen 7 sind vorgesehen, um die Walzen 7 individuell aufzunehmen. Jeder der Walzenkäfige 15 ist dünn gestaltet, dass er eine vordere und rückwärtige Oberfläche einer entsprechenden Walze 7 in der Bewegungsrichtung der Walze 7 hält. Die frontale Gestalt des Walzenkäfigs 15 (gesehen aus der Richtung senkrecht zur Achse der Walze und senkrecht zur Bewegungsrichtung der Walze) ist wie ein Rahmen geformt. Die Dicke W jeder Seitenoberfläche des Walzenkäfigs 15 ist gesetzt, dass sie in einem Bereich von 50% bis 90%, vorzugsweise in einem Bereich von 50% bis 60% des Durchmessers der Walze ist. Dabei wird, wenn eine kegelförmige Walze als Walze 7 verwendet wird, der minimale Durchmesser der Walze eingesetzt.
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Ein linearer Führungsbereich 16a (auch als Linearführungsbereich bezeichnet) und ein gekrümmter Führungsbereich 16b (auch als Krümmungsführungsbereich bezeichnet), die sich im Neigungswinkel voneinander unterscheiden, sind in einer Endoberfläche 16 eines Walzenkäfigs 15 in der Bewegungsrichtung des Walzenkäfigs 15 geformt. Ein linearer Führungsbereich 17a und ein gekrümmter Führungsbereich 17b, die sich im Neigungswinkel voneinander unterscheiden, sind in der anderen Endoberfläche 17 des Walzenkäfigs 15 in der Bewegungsrichtung des Walzenkäfigs 15 geformt. Die linearen Führungsbereiche 16a und 17a sind so geformt, dass sie im wesentlichen parallel zur Achse jeder Walze 7 sind. Die gekrümmten Führungsbereiche 16b und 17b sind so geformt, dass die gekrümmten Führungsbereiche 16b und 17b in radialen Richtungen jeweils gerichtet sind, wenn Walzenkäfige in einer gekrümmten Bahn angeordnet sind. Das heißt, in einer gekrümmten Bahn kommen die gekrümmten Führungsbereiche 16b und 17b des Walzenkäfigs 15 in Kontakt mit benachbarten Walzenkäfigen 15, und in einer linearen Bahn kommen die linearen Führungsbereiche 16a und 17a des Walzenkäfigs 15 in Kontakt mit benachbarten Walzenkäfigen 15. Die linearen Führungsbereiche 16a und 17a und die gekrümmten Führungsbereiche 16b und 17b des Walzenkäfigs 15 sind geformt, dass sie abschnittsweise kreisförmige, bogenförmige, gekrümmte Oberflächen sind, so dass sie in linearen Kontakt mit benachbarten Walzenkäfigen 15 kommen (siehe 6). Wie es in 5 gezeigt ist, sind vier Ecken von Seitenoberflächen des Walzenkäfigs 15 abgeschnitten, dass sie abgeschrägte Bereiche 18 sind. Somit kann verhindert werden, dass der Walzenkäfig 15 mit der Schraubenwelle 5 in Wechselwirkung tritt, selbst in dem Fall, in dem die Achse 19 der Walze 7 nicht senkrecht zur Mittellinie 5c der Schraubenwelle 5 angeordnet ist, sondern wenn sie geneigt unter einem Winkel α ist, wie es in 1 gezeigt ist. Wie es in 4 gezeigt ist, ist ein Paar von Vorsprüngen zum Verhindern des Herunterfallens 20, 20 auf oberen und unteren Bereichen des Walzenkäfigs 15 auf der Seite der Walze 7 geformt. Weiterhin ist ein Paar von Aussparungen 21, 21 auf der Seitenoberfläche der Walze 7 geformt, so dass die Aussparungen 21 zu den Vorsprüngen 20, 20 passen. Somit hält der Walzenkäfig 15 die Walze 7, so dass sich die Walze 7 um ihre Achse 19 drehen kann. Dabei können die Vorsprünge 20 zum Verhindern des Herunterfallens auf der Seite der Walze 7 vorgesehen werden, wobei die Aussparungen 21 zum Verhindern des Herunterfallens auf der Seite des Walzenkäfigs 15 vorgesehen werden können. Der Walzenkäfig 15 ist aus einem Kunstharz oder ähnlichem als einem Rohmaterial durch Spritzguss oder ähnliches gefertigt.
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Eine Kegelwalze kann als Walze 7 verwendet werden. Der Scheitel Q des Konus der Kegelwalze befindet sich auf der Mittellinie 5c der Schraubenwelle 5. Somit wälzt die Kegelwalze ohne Rutschen zwischen der Lastabwälznut 6a und der Walzenabwälznut 5a ab. Dabei können die Querschnittsform der Walzenabwälznut 5a, die Querschnittsform der Lastabwälznut 6a und die Seitengestalt der Walze frei gewählt werden in Übereinstimmung mit der Last, Genauigkeit usw., die von der Walzenschraube verlangt wird.
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Wie es in 1 gezeigt ist, werden, wenn die Schraubenwelle 5 gedreht wird, Walzen 7 und Walzenkäfige 15, die in dem Lastabwälzdurchgang 8 in der Richtung des Umfangs der Schraubenwelle 5 abwälzen, wobei sie einer Last unterliegen, durch das Rückkehrrohr 9 aufgenommen. Die aufgenommenen Walzen 7 und Walzenkäfige 15 gelangen durch das Rückkehrrohr 9. Dann werden die Walzen 7 und Walzenkäfige 15 zum Lastabwälzdurchgang 8 zurückgeführt, nach dem Abstand einiger Schraubensteigungen. Wenn die Richtung der Drehung der Schraubenwelle 5 umgedreht wird, laufen die jeweiligen Walzen 7 in umgekehrter Richtung um. Dabei kann das Mutterelement 6 in dem Zustand gedreht werden, dass die Schraubenwelle 5 als stationäre Seite vorgesehen wird. Auch in diesem Fall können die Walzen 7 auf der vorher erwähnten Weise umlaufen.
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7 zeigt Walzen 7 und Walzenkäfige 15, die in dem Rückkehrrohr 9 und dem Lastabwälzdurchgang 8 umlaufen. Wie es in 7 gezeigt ist, drückt in einer linearen Bahn (in einem Rückkehrrohr 9), die einen Umlaufweg bildet, ein linearen Führungsbereich 16a eines Walzenkäfigs 15, der sich an der rückwärtigen Seite in der Bewegungsrichtung 1 der Walze 7 befindet, einen linearen Führungsbereich 17a eines anderen Walzenkäfigs 15, der sich an der Vorderseite befindet. In einer gekrümmten Bahn (in einem Lastabwälzdurchgang 8) drückt der gekrümmte Führungsbereich 16b des rückseitigen Walzenkäfigs 15 den gekrümmten Führungsbereich 17b des vorderseitigen Walzenkäfigs 15. Sowohl in der linearen Bahn als auch in der gekrümmten Bahn kann der rückseitige Walzenkäfig 15 den vorderseitigen Walzenkäfig 15 drücken, ohne die Position der Walze 7 zu beeinträchtigen, die sich in der rückwärtigen Seite in der Bewegungsrichtung der Walzen befindet. Wenn eine Kegelwalze als jede der Walzen 7 verwendet wird, insbesondere in einer linearen Bahn, neigt die Walze 7 dazu, in einer Ebene zu fallen, die die Achse und die Bewegungsrichtung der Walze enthält. In der linearen Bahn kommen lineare Führungsbereiche 16a und 17a von benachbarten Walzenkäfigen 15 in engen Kontakt miteinander, wohingegen in der gekrümmten Bahn gekrümmten Führungsbereiche 16b und 17b der benachbarten Walzenkäfige 15 in engen Kontakt miteinander kommen. Als Folge sind die Walzen 7 so ausgerichtet, dass ein glatter Umlauf erzielt werden kann. In den meisten Fallen hat der Rückkehrdurchgang 9 in einer Nichtlastregion eine lineare Bahn, eine kreisförmige Bogenbahn, eine lineare Bahn und eine kreisförmige Bogenbahn. Wenn die Krümmung eines kreisförmigen Bogens 24 des Rückkehrrohrs 9 zusammenfallend mit der Krümmung des Lastabwälzdurchgangs 8 gestaltet ist, können Walzen 7 ausgerichtet werden, dass ein glatter Umlauf erzielt werden kann. Dies ist, da gekrümmte Führungsbereiche 16b und 17b von benachbarten Walzenkäfigen 15 in engen Kontakt miteinander selbst in dem kreisförmigen Bogenbereich des Rückkehrrohrs 9 kommen. Wenn die Krümmung des kreisförmigen Bogens 24 des Rückkehrwegs 9 nicht mit der Krümmung des Lastabwälzdurchgangs 8 zusammenfällt, können die gekrümmten Führungsbereiche 16b und 17b weiter in zwei Bereiche getrennt werden, die in ihrem Neigungswinkel unterschiedlich sind. Das heißt, Führungsbereiche können in drei Bereiche getrennt werden, beispielsweise einen linearen Führungsbereich, einen gekrümmten Führungsbereich für den Lastabwälzdurchgang und einen gekrümmten Führungsbereich für das Rückkehrrohr.
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Wie es oben beschrieben ist, ist der Lastabwälzdurchgang 8 der Walzenschraube helixförmig geformt. Wie es oben unter Bezug auf 2 beschrieben ist, hat das Rückkehrrohr zum Ändern der Richtung der aufgenommenen Walze 7 eine Torsion (Torsionswinkel θ1) um die Bewegungsrichtung der Walze. Das heißt, bei der Walzenschraube ändern die Walzen 7 und Walzenkäfige 15 ihre Richtungen dreidimensional und machen eine komplexe Bewegung. Die vorher beschriebenen Walzenkäfige 15 sind für solch eine komplexe Bewegung angepasst. Wie es in 5 gezeigt ist, ist die Dicke W jeder Seite jedes Walzenkäfigs 15 klein gehalten. Weiterhin sind die linearen Führungsbereiche 16a und 17a (die in engem Kontakt sein sollen) und die gekrümmten Führungsbereiche 16b und 17b (die in engem Kontakt sein sollen) von benachbarten Walzenkäfigen 15 wie kreisförmige Bögen im Querschnitt geformt, so dass sie miteinander in linearen Kontakt kommen. Somit drücken solche benachbarten Walzenkäfige 15 einander, wobei ihnen ermöglicht wird, sich leicht um die Achsen der entsprechenden Walzen 7 jeweils zu drehen. Als Folge ändern die Walzenkäfige 15 frei ihre Richtung dreidimensional mit entsprechenden Walzen 7, jeweils, so dass eine komplexe Bewegung, die von der Walzenschraube in dieser Ausführungsform verlangt wird, gemacht werden kann. Insbesondere, wenn die Achse 19 jeder Walze 7 nicht senkrecht zur Mittellinie 5c der Schraubenwelle 5, sondern geneigt unter einem bestimmten Winkel ist, wie es in 1 gezeigt ist, läuft die Walze 7 in einer schirmartigen, gekrümmten Bahn um. Daher müssen benachbarte Walzenkäfige 15 in engen Kontakt miteinander kommen, wobei ein Kreuzungswinkel β zwischen den benachbarten Walzenkäfigen 15 konstant gehalten wird, wie es in 8 gezeigt ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung drücken benachbarte Walzenkäfige 15 einander, wobei ihnen ermöglicht wird, sich leicht um die Achsen von entsprechenden Walzen 7 jeweils zu drehen. Entsprechend können Walzenkäfige 15, die ausreichend an eine solche Umlaufform angepasst sind, erhalten werden.
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Da jeder der Walzenkäfige 15 dünn gemacht ist, kann ein großer Raum zum Aufnehmen von Schmieröl in dem Umlaufweg sichergestellt werden. Somit können die Walzen 7 ausreichend geschmiert werden. Weiterhin, da jeder der Walzenkäfige 15 dünn gestaltet ist, kann eine große Lücke zwischen den Walzenkäfigen 15 und der Lastabwälznut 6a eingenommen werden. Somit kann ein Stützelement zum Stützen der Walzenkäfige 15 in dem Umlaufweg vorgesehen werden, um zu verhindern, dass die Walzenkäfige 15 aus dem Mutterelement 6 oder ähnlichem fallen.
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9 zeigt den Fall, in dem die Dicke jedes Walzenkäfigs 15 ausgewählt ist, dass sie kleiner als 50% des Walzendurchmessers ist. Wenn die Dicke des Walzenkäfigs 15 kleiner als 50% des Walzendurchmessers gemacht wird, dringt das vordere Ende des nachfolgenden Walzenkäfigs 15 in die Lücke zwischen dem vorderseitigen Walzenkäfig 15 und der Walzenabwälznut 5a ein, so dass benachbarte Walzenkäfige 15 einander überlappen können. Als Folge ist eine Gefahr vorhanden, dass der Umlauf der Walzen 7 stoppen kann. Wenn die Dicke des Walzenkäfigs 15 ausgewählt wird, dass sie nicht kleiner als 50% des Walzendurchmessers ist, können benachbarte Walzenkäfige 15 daran gehindert werden, einander zu überlappen, wie es oben beschrieben ist.
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10 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die Walzen und Walzenkäfige betrifft, die in der Walzenschraube beinhaltet sind. Jeder der Walzenkäfige 25 hat im wesentlichen die gleiche Konfiguration wie diejenige der Walzenkäfige 15 gemäß der ersten Ausführungsform. Der Walzenkäfig 25 hat weiter einen Gelenkvorsprung 26 und eine Gelenkaussparung 27, die zu dem Gelenkvorsprung 26 des benachbarten Walzenkäfigs 25 passt. Der Gelenkvorsprung 26 ist an einem Schnittpunkt zwischen dem linearen Führungsbereich 16a und dem gekrümmten Führungsbereich 16b auf einer Endoberfläche des Walzenkäfigs 25 in der Bewegungsrichtung der Walze 7 vorgesehen. Die Gelenkaussparung 27 ist an einem Schnittpunkt zwischen dem linearen Führungsbereich 17a und dem gekrümmten Führungsbereich 17b auf der anderen Endoberfläche des Walzenkäfigs 25 vorgesehen. Da der Gelenkvorsprung 26 und die Gelenkaussparung 27 auf der vorher erwähnten Weise vorgesehen sind, kann der Walzenkäfig 25 nur um ein Gelenk schwingen, das durch eine Kombination des Gelenkvorsprungs 26 und der Gelenkaussparung 27 gebildet wird, in einer Ebene, die die Achse einer entsprechenden Walze 7 und die Bewegungsrichtung 1 der Bewegung der Walze 7 enthält. Somit kann verhindert werden, dass die Walze 7 herunterfällt, selbst an der Grenze, an der die Walze sich von der linearen Bahn zur gekrümmten Bahn bewegt. Somit kann ein glatter Umlauf der Walze 7 sichergestellt werden.
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11 bis 13 und 14A bis 14C zeigen eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die Walzenkäfige betrifft, die in der Walzenschraube beinhaltet sind. 11 ist eine Ansicht (Vorderansicht) aus einer Richtung senkrecht zur Achse jeder Walze 7 und senkrecht zur Richtung (1) der Bewegung der Walze 7. 12 ist eine Ansicht (Seitenabschnitt) von der rückwärtigen Seite in der Bewegungsrichtung der Walze 7. 13 ist eine Ansicht (Unteransicht) aus der Richtung der Achse der Walze 7. 14A bis 14C sind Ansichten, die den Fall zeigen, in dem Walzenkäfige mit Walzen 7 in einer Linie ausgerichtet sind. In dieser Ausführungsform ist jeder der Walzenkäfige 31 dünn gestaltet, um nur die gegenüberliegenden Seitenoberflächen einer entsprechenden Walze 7 und die Vorderoberfläche der gleichen Walze 7 in der Bewegungsrichtung der Walze 7 zu halten. Jeder der Walzenkäfige 31 ist in der Vorderansicht U-förmig gestaltet. Die Dicke W jeder Seite des Walzenkäfigs 31 ist gewählt, dass sie in einem Bereich von 50% bis 90%, vorzugsweise in einem Bereich von 50% bis 60%, des Walzendurchmessers ist.
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Ein linearer Führungsbereich 32a und ein gekrümmter Führungsbereich 32b die sich im Neigungswinkel voneinander unterscheiden, sind in einer Endoberfläche des Walzenkäfigs 31 in dessen Bewegungsrichtung geformt. Der lineare Führungsbereich 32a ist unter einem vorbestimmten Winkel in bezug auf die Achse der Walze 7 geneigt, so dass die Achsen von benachbarten Walzen 7 parallel zueinander gehalten werden. Der gekrümmte Führungsbereich 32b ist so geneigt, dass die Walzenkäfige 31 in radialen Richtungen gerichtet sind, wenn die Walzenkäfige 31 in einer gekrümmten Bahn angeordnet sind. Das heißt, in einer gekrümmten Bahn kommt der gekrümmte Führungsbereich 32 in Kontakt mit einer benachbarten Walze 7, und in einer linearen Bahn kommt der lineare Führungsbereich 32a in Kontakt mit der benachbarten Walze 7. Der lineare Führungsbereich 32a und der gekrümmte Führungsbereich 32b sind als eine gekrümmte Oberfläche entsprechend dem äußeren Umfang der Walze 7 geformt.
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Entsprechend diesem Walzenkäfig 31 können der Walzenkäfig 31 und eine zum Walzenkäfig 31 benachbarte Walze 7 einander drücken, wobei dem Walzenkäfig 31 ermöglicht wird, sich leicht um die Achse einer entsprechenden Walze 7 auf die gleiche Weise zu drehen, wie bei dem Walzenkäfig 15 in der ersten Ausführungsform. Somit kann der Walzenkäfig 31 den gleichen Betrieb und die gleichen Wirkungen wie diejenigen des Walzenkäfigs 15, die in der ersten Ausführungsform erzielt sind, erfüllen. Weiterhin, da der Walzenkäfig 31 in Oberflächenkontakt mit einer Walze 7 kommt, die sich an der Vorderseite oder Rückseite in der Bewegungsrichtung der Walze befindet, kann ein Kontaktoberflächendruck ebenfalls reduziert werden.
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Im Beispiel dieser Walzenschraube werden Walzen 7, die in der Walzenabwälznut 5a der Schraubenwelle 5 sich abwälzen, durch das Rückkehrrohr 9 aufgenommen und um einige Steigungen zurückgebracht. Alternativ kann ein Ablenkungselement zum Einfangen von Walzen 7 in dem Mutterelement 6 vorgesehen werden. Das heißt, eine der Walzen 7, die auf der Walzenabwälznut 5a der Schraubenwelle 5 läuft, kann aus der Walzenabwälznut 5a durch das Ablenkelement genommen werden, so dass die Walze 7 über den äußeren Durchmesserbereich der Schraubenwelle 5 springt und vor einer Steigung zur Walzenabwälznut 5a zurückkehrt. Obwohl es nicht gezeigt ist, kann eine Walzenschraube des sogenannten Seitenabdecktyps verwendet werden. Das heißt, das Mutterelement 6 wird durch einen Mutterkörper gebildet, der eine Lastabwälznut darin geformt hat, und Seitenabdeckungen, die an gegenüberliegenden Enden des Mutterkörpers angebracht sind. Eine Walzenrückkehrdurchgang ist in dem Mutterkörper geformt. Ein Verbindungsdurchgang, durch den die Lastabwälznut und der Rückkehrdurchgang miteinander in Verbindung stehen, ist in jeder der Seitenabdeckungen geformt.
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Die Walzenaufnahme gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht nur auf die Walzenschraube beschränkt, sondern kann auf eine direkt wirkende Führungseinrichtung, wie eine Linearführung oder einen Spline angewendet werden. Insbesondere kann der Walzenkäfig gemäß der vorliegenden Erfindung angepasst an eine direkt wirkende Führungseinrichtung werden, außer in dem Fall, in dem jede Walze zweidimensional in einer Ebene senkrecht zur Achse der Walze umläuft. Das heißt, der Walzenkäfig gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf eine direkt wirkende Führungseinrichtung angepasst werden, die einen Umlaufweg hat, der so komplex ist, dass der Weg gebogen ist, wobei die Walze verwunden wird.
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15 zeigt eine lineare Führung, in der Walzenkäfige 15 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet sind. Die lineare Führung ist eine gut bekannte Einrichtung zum Führen eines bewegbaren Körpers, wie einem Tisch auf einem stationären Bereich, wie einem Bett oder einem Sattel. Die lineare Führung hat eine Führungsschiene 41 (Bahnwelle), einen sich bewegenden Block (Gleitelement) 42 und eine Vielzahl von Walzen 43. Die Führungsschiene 41 ist auf dem stationären Bereich angebracht und hat eine Walzenabwälznut 41a, die entlang der Richtung von dessen Länge geformt ist, so dass die Walzenabwälznut 41 als eine Walzenabwälzoberfläche dient. Der sich bewegende Block 42 ist an der Führungsschiene 41 angebracht, so dass sie relativ bewegbar sind. Ein Walzenumlaufweg, der eine Lastabwälznut 42a entsprechend der Walzenabwälznut 41a der Führungsschiene 41 enthält, ist in dem sich bewegenden Block 42 geformt, so dass die Lastabwälznut 42a als eine Lastabwälzoberfläche dient. Die Vielzahl von Walzen 43 ist in dem Walzenumlaufweg angeordnet und aufgenommen und läuft in dem Walzenumlaufweg in Übereinstimmung mit der Relativbewegung des sich bewegenden Blocks 42 zur Führungsschiene 41 um. Die Vielzahl von Walzen 43 ist in den Walzenkäfigen 15 individuell und entsprechend gehalten. Die Walzen 43 sind angeordnet und aufgenommen in dem Walzenumlaufweg, so dass die Achsen der Walzen 43 im wesentlichen parallel zueinander gehalten werden. Durch den endlosen Umlauf der Walzen 43 macht der sich bewegende Block 42, der die Walzen stützt, eine lineare Bewegung entlang der Führungsschiene 41.
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Die Führungsschiene 41 ist schlank länglich, dass sie ein Rechteck im Querschnitt bildet. Eine Walzenabwälznut 41a, die als eine Bahn dient, wenn eine Walze 43 sich abwälzt, ist in sowohl der linken als auch der rechten Seitenoberfläche der Führungsschiene 41 geformt, so dass sie sich über die gesamte Länge der Führungsschiene erstreckt. Obwohl 15 den Fall zeigt, in dem die Führungsschiene linear ist, kann die Erfindung auch auf den Fall angewendet werden, in dem die Schiene gekrümmt ist. Obwohl 15 den Fall zeigt, in dem zwei Walzenabwälznuten 41a links und rechts vorgesehen sind, kann die Erfindung auch auf den Fall angewendet werden, in dem die Anzahl von Walzenabwälznuten variierend in Übereinstimmung mit dem Zweck der Verwendung der linearen Führung oder ähnlichem verändert wird.
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Der sich bewegende Block 42 wird grob durch eine Kombination eines sich bewegenden Körpers 44 und ein Paar von Seitenabdeckungen (nicht gezeigt) geformt, die an gegenüberliegenden Enden des sich bewegenden Körpers 44 angebracht sind. Zwei Lastabwälznuten 42a entsprechend den Walzenabwälznuten 41a sind in dem sich bewegenden Körper 44 vorgesehen. Die Kombination der Lastabwälznuten 42a und der Walzenabwälznuten 41a bildet zwei Lastabwälzdurchgänge C zwischen der Führungsschiene 41 und dem sich bewegenden Block 42.
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Zwei Rückkehrdurchgänge D, die sich parallel zu den Lastabwälzdurchgängen C jeweils erstrecken, und Richtungsänderungsdurchgänge B zum Verbinden der Lastabwälzdurchgänge C mit den Rückkehrdurchgängen D sind jeweils weiter in dem sich bewegenden Körper 44 vorgesehen. Die Kombination der Lastabwälzdurchgänge C, der Rückkehrdurchgänge D und dem Paar von Richtungsänderungsdurchgängen zum Verbinden der Lastabwälzdurchgänge C mit den Rückkehrdurchgängen D jeweils bildet einen Walzenumlaufweg. Jeder der Richtungsänderungsdurchgänge B hat eine dreidimensionale komplexe Bahn.
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Wenn sich der sich bewegende Block 42 entlang der Führungsschiene 41 bewegt, wälzt die Walze 43 in dem Lastabwälzdurchgang C von einem Ende zum anderen Ende ab, wobei die Walze 43 eine Last von dem sich bewegenden Block 42 erfährt. Dann wird jede der Walzen 43 durch einen Richtungsänderungsdurchgang B eingefangen und zu dem Rückkehrdurchgang D gebracht. Die Walze 43 wird weiter zu einem Ende des Lastabwälzdurchgangs C durch den gegenüberliegenden Richtungsänderungsdurchgang B zurückgebracht. Bei dieser Gelegenheit drückt in den Lastabwälzdurchgängen C und Rückkehrdurchgängen D, die eine lineare Bahn bilden, der lineare Führungsbereich des rückwärtigen Walzenkäfigs 15 den linearen Führungsbereich des vorderseitigen Walzenkäfigs 15. In dem Richtungsänderungsdurchgang B, der eine gekrümmte Bahn bildet, drückt der gekrümmte Führungsbereich des rückseitigen Walzenkäfigs 15 den gekrümmten Führungsbereich des vorderseitigen Walzenkäfigs 15. Sowohl in der linearen Bahn als auch in der gekrümmten Bahn kann der rückseitige Walzenkäfig 15 den vorderseitigen Walzenkäfig 15 drücken, ohne die Position der Walze 7 zu beeinträchtigen, die sich in der Vorderseite in der Bewegungsrichtung der Walzen befindet.
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Wie es oben beschrieben ist, ist jede Seitenoberfläche des Walzenkäfigs 15 dünn gestaltet, und der lineare Führungsbereich und der gekrümmte Führungsbereich zum Bringen von benachbarten Walzenkäfigen in engen Kontakt miteinander sind wie kreisförmige Bögen im Querschnitt geformt, so dass sie in linearen Kontakt mit benachbarten Walzenkäfigen kommen. Somit drücken benachbarte Walzenkäfige einander, während ihnen ermöglicht wird, sich leicht um die Achsen der entsprechenden Walzen jeweils zu drehen. Auf solch eine Weise können die Walzenkäfige 15 mit den Walzen 43 ihre Richtung frei dreidimensional ändern. Somit können die Walzenkäfige 15 solch eine komplexe Bewegung machen, wie diejenige, die von den Richtungsänderungsdurchgängen B der linearen Führung in dieser Ausführungsform verlangt wird.
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Obwohl diese Ausführungsform den Fall gezeigt hat, in dem die Relativbewegung des sich bewegenden Blocks 42 zur Führungsschiene 41 linear gestaltet ist, kann die vorliegende Erfindung vorzugsweise auch auf eine Führungseinrichtung angewendet werden, die so konfiguriert ist, dass die Relativbewegung gekrümmt ist.
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16 zeigt einen Spline, in dem Walzenkäfige gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet sind. Der Spline hat eine Splinewelle 51 und einen äußeren Zylinder 52. Die Splinewelle 51 dient als ein Bahnelement, wohingegen der äußere Zylinder 52 als ein Gleitelement dient. Der äußere Zylinder 52 ist auf der Splinewelle 51 montiert, so dass er durch eine Vielzahl von Walzen 53 bewegbar ist. Die Vielzahl von Walzen 53 ist in Walzenkäfigen 15 individuell gehalten, die in der ersten Ausführungsform erzielt werden. Weiterhin werden die Achsen von benachbarten Walzen im wesentlichen parallel zueinander gehalten.
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Die Splinewelle 51 ist wie eine Säule eines tatsächlichen Kreises geformt. Eine Vielzahl von Walzenabwälznuten 51a, die als Walzenbahnen wirken und als Walzenabwälzoberflächen dienen, die sich in der radialen Richtung der Splinewelle 51 erstrecken, sind in einer Oberfläche der Splinewelle 51 geformt. Beispielsweise sind sechs Walzenabwälznuten 51a geformt.
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Der äußere Zylinder 52, der auf die Splinewelle 51 montiert ist, hat Lastabwälznuten 52a, die den Walzenabwälznuten 51a entsprechen. Die Lastabwälznuten 52a dienen als Lastabwälzoberflächen. Eine Vielzahl von Walzen 53 ist in dem Walzenumlaufweg so angeordnet, dass die Walzen 53 zusätzlich zur linearen Bewegung des äußeren Zylinders 52 relativ zu der Splinewelle 51 umlaufen. Ein Lastabwälzdurchgang C ist zwischen jeder Lastabwälznut 52a, die in dem äußeren Zylinder 52 geformt ist, und einer entsprechenden Walzenabwälznut 51a, die in der Splinewelle 51 geformt ist, geformt. Ein Nichtlastrückkehrdurchgang D ist benachbart zu jedem Lastabwälzdurchgang C geformt. In dem Nichtlastrückkehrdurchgang D wälzen Walzen 53, die von der Last freigegeben sind, ab. Ein Richtungsänderungsdurchgang B zum Verbinden jedes Lastabwälzdurchgangs C mit einem entsprechenden Nichtlastrückkehrdurchgang D ist weiter in dem äußeren Zylinder 52 geformt. Der Richtungsänderungsdurchgang B hat eine dreidimensionale, komplexe Bahn, wie diejenige der linearen Führung.
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Wenn der äußere Zylinder 52 relativ zu der Splinewelle 51 bewegt wird, wälzt die Walze 53 in dem Nichtlastabwälzdurchgang C ab, wobei sie Last erfährt. Somit ändert die Walze 53 ihre Richtung in dem Richtungsänderungsdurchgang B und bewegt sich zu dem Nichtlastrückkehrdurchgang D. In dem Nichtlastrückkehrdurchgang D bewegt sich die Walze 53 in der umgekehrten Richtung gegen den Lastabwälzdurchgang C. Die Walzen 53, die sich in dem Nichtlastrückkehrdurchgang D bewegen, ändern ihre Richtung wiederum in dem anderen Richtungsänderungsdurchgang B und kehren zu dem Nichtlastrückkehrdurchgang C wiederum zurück. Dabei drückt in den Lastabwälzdurchgängen C und Nichtlastrückkehrdurchgängen D, die lineare Bahnen bilden, der lineare Führungsbereich des rückseitigen Walzenkäfigs 15 den linearen Führungsbereich des vorderseitigen Walzenkäfigs 15. In dem Richtungsänderungsdurchgang B, der eine gekrümmte Bahn bildet, drückt der gekrümmte Führungsbereich des rückseitigen Walzenkäfigs 15 den gekrümmten Führungsbereich des vorderseitigen Walzenkäfigs 15. Sowohl in der linearen Bahn als auch in der gekrümmten Bahn kann der rückseitige Walzenkäfig 15 den vorderseitigen Walzenkäfig 15 drücken, ohne die Position der Walze 53 zu beeinträchtigen, die sich vorne in der Bewegungsrichtung der Walze befindet.
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Weiterhin ist jede Seitenoberfläche des Walzenkäfigs 15 dünn gestaltet, und der lineare Führungsbereich und gekrümmte Führungsbereich zum Bringen benachbarter Walzenkäfige 15 in engen Kontakt miteinander sind wie kreisförmige Bögen im Querschnitt geformt, so dass sie in linearen Kontakt mit benachbarten Walzenkäfigen kommen. Somit drücken benachbarte Walzenkäfige 15 einander, wobei sie sich leicht um die Achsen von entsprechenden Walzen jeweils drehen können. Auf solch eine Weise können die Walzenkäfige 15 mit den Walzen 53 ihre Richtung frei dreidimensional ändern. Somit können die Walzenkäfige 15 eine solche komplexe Bewegung machen, wie sie von den Richtungsänderungsdurchgängen B der Splines in dieser Ausführungsform verlangt wird.
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Wie es oben beschrieben ist, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Walzenkäfig dünn gestaltet, um gegenüberliegende Seitenoberflächen einer entsprechenden Walze und vordere und rückwärtige Oberflächen der Walze in der Bewegungsrichtung der Walze zu halten. Ein linearer Führungsbereich und ein gekrümmter Führungsbereich, die sich im Neigungswinkel voneinander unterscheiden, sind in jeder Endoberfläche des Walzenkäfigs in der Bewegungsrichtung des Walzenkäfigs geformt. Somit kommt in der gekrümmten Bahn der gekrümmte Führungsbereich in Kontakt mit einem benachbarten Walzenkäfig. In der linearen Bahn kommt der lineare Führungsbereich in Kontakt mit einem benachbarten Walzenkäfig. Somit kann in sowohl der linearen Bahn als auch der gekrümmten Bahn, die eine Umlaufbahn bilden, der rückwärtige Walzenkäfig den vorderseitigen Walzenkäfig drücken, ohne die Position der Walze zu beeinträchtigen, die sich vorne in der Bewegungsrichtung der Walzen befindet. Somit können die Walzen ausgerichtet werden, dass ein glatter Umlauf erzielt werden kann. Ferner, da der Walzenkäfig dünn gestaltet ist, werden die folgenden Wirkungen erzielt.
- (1) Benachbarte Walzenkäfige können einander drücken, wobei ihnen ermöglicht wird, sich leicht um die Achsen von entsprechenden Walzen jeweils zu drehen. Als eine Folge kann der Walzenkäfig als ein Walzenkäfig erzielt werden, der für einen komplexen Umlaufweg, wie einen dreidimensionalen Richtungsänderungsdurchgang oder einen helixförmigen Lastabwälzdurchgang, der wie eine Schraube geformt ist, geeignet ist.
- (2) Ein großer Raum kann sichergestellt werden, um Schmieröl in dem Umlaufweg zu bevorraten. Somit können die Walzen ausreichend geschmiert werden.
- (3) Ein Element zum Verhindern des Herunterfallens zum Stützen des Walzenkäfigs kann in dem Umlaufweg vorgesehen werden, so dass der Walzenkäfig am Herunterfallen aus dem Mutterelement oder ähnlichem gehindert wird.