JP2000018363A - 送りねじ機構の冷却装置 - Google Patents

送りねじ機構の冷却装置

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JP2000018363A
JP2000018363A JP10186428A JP18642898A JP2000018363A JP 2000018363 A JP2000018363 A JP 2000018363A JP 10186428 A JP10186428 A JP 10186428A JP 18642898 A JP18642898 A JP 18642898A JP 2000018363 A JP2000018363 A JP 2000018363A
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Japan
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cooling
screw shaft
ring member
ball screw
ball
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English (en)
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Hiroya Watanabe
紘也 渡邉
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隆夫 伊達
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Shibaura Machine Co Ltd
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Toshiba Machine Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 送りねじ機構の発熱源を局部的に効果的に冷
却し、高速、高精度な送りねじ機構の実現を図ること。 【解決手段】 ボールねじ軸1と、ボールねじ軸1に螺
合するボールナット3とを有する送りねじ機構の冷却装
置において、ボールナット3の端部にボールねじ軸1を
取り囲む円筒状の冷却リング部材11を取り付け、冷却
リング部材11に形成された冷却通路13に冷却液を供
給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、送りねじ機構の
冷却装置に関し、特に工作機械で使用される精密送り用
のボールねじ式の送りねじ機構の冷却装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】工作機械のワークテーブルや刃物台等の
ための直線送り装置として、モータの回転運動を直線運
動に変換する送りねじ機構が知られており、工作機械の
高精度化の要求から、ボールねじ軸と、前記ボールねじ
軸に螺合するボールナットとによるボールねじ式のもの
が多く使用されている。
【0003】ボールねじ式の送りねじ機構は、間座等を
使用してねじ螺合部に予圧を掛けることができるから、
がたがなく、転がり摩擦になるので摩擦力が小さくて伝
達効率がよく、スティックスリップ等も小さくできると
云う優れた特徴を有している。
【0004】最近の益々の工作機械の高速化の要望によ
り、ワークテーブルや刃物台等の送り速度が毎分十メー
トルを越える高速になっており、この高速化によりボー
ルねじ式の送りねじ機構でも発熱量が増大し、ボールね
じ軸の熱膨張によってピッチ誤差が大きくなり、またね
じ螺合部の予圧が過大になり、送りねじ機構の寿命が短
縮されたり、破損すると云う不具合が発生する。
【0005】上述のような不具合の発生を回避するため
に、送りねじ機構の温度上昇を抑制する必要が生じてい
る。
【0006】送りねじ機構の温度上昇を抑制する対策と
して、ねじ螺合部の予圧を低減して発熱量を低下させる
こと、冷却油をボールねじ軸にかけたり、ミスト空気を
ボールねじ軸に吹き付けたり、ボールねじ軸の軸心に設
けた冷却油通路に冷却油を供給するなどしてボールねじ
軸を冷却すること、ボールナットの保持体に冷却油通路
を設けてこの冷却油通路に冷却油を供給してボールナッ
ト保持体、ボールナットを介してボールナットとボール
ねじ軸との螺合部を冷却すること等が考えられている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ねじ螺合部の
予圧を低減すると、ねじ剛性が低下し、直線送り機構の
伝達係数が低下し、送りねじ機構の動的性能が低下する
と云う問題が生じる。
【0008】ボールねじ軸に冷却油をかけてボールねじ
軸を冷却すると、高速回転しているホールねじ軸によっ
て冷却油が飛散して環境が悪化したり、冷却油が撹拌さ
れて流体摩擦により発熱したりする問題が生じる。
【0009】ミスト空気によるボールねじ軸の冷却で
は、冷却油の撹拌による発熱等は生じないが、ボールね
じ軸の冷却を充分に行うことが難しい。
【0010】ボールねじ軸の軸心に設けた冷却油通路に
冷却油を供給する場合には、細長いボールねじ軸に貫通
孔を形成しなければならず、また回転しているボールね
じ軸に冷却油を供給すめために、回転継手が必要にな
る。また、この冷却では、発熱源(ボールナットとボー
ルねじ軸との螺合部)を局部的に冷却するのではなく、
ボールねじ軸全体を冷却することになるから、過冷却に
よる収縮変形によって逆スラスト力が発生することを避
けるために、あまり低温の冷却油を使用することができ
ず、しかも熱拡散されたボールねじ軸全体を冷却するか
ら、ボールねじ軸と冷却油との間の温度勾配が小さく成
らざるを得ず、熱交換効率が悪いと云う問題がある。
【0011】ボールナットの保持体に形成された冷却油
通路に冷却油を供給することにより冷却は、ボールナッ
ト保持体、ボールナットを介してボールナットとボール
ねじ軸との螺合部を冷却するものであるから、ボールね
じ軸の冷却を効果的に行うことができない。
【0012】この発明は、上述の如き問題点に着目して
なされたものであり、送りねじ機構の発熱源を局部的に
効果的に冷却し、高速、高精度な送りねじ機構の実現を
図ることができる送りねじ機構の冷却装置を提供するこ
とを目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項1に記載の発明による送りねじ機構の冷却
装置は、ボールねじ軸と、前記ボールねじ軸に螺合する
ボールナットとを有する送りねじ機構の冷却装置におい
て、前記ボールナットの端部に前記ボールねじ軸を取り
囲む円筒状の冷却リング部材を有し、前記冷却リング部
材に形成された冷却通路に冷却液を供給するものであ
る。
【0014】この発明による送りねじ機構の冷却装置で
は、冷却リング部材は冷却通路に冷却液を供給されるこ
とにより、ボールナットとの螺合部、すなわち発熱部の
極く近くにおいて、ボールねじ軸を局部的に冷却する。
【0015】請求項2に記載の発明による送りねじ機構
の冷却装置は、前記冷却リング部材が高熱伝導性材料に
より構成され、外周部を高断熱性のアウタライナにより
被覆されているものである。
【0016】この発明による送りねじ機構の冷却装置で
は、冷却リング部材が高熱伝導性材料で構成されていか
ら、冷却リング部材に熱がよく伝わり、冷却リング部材
によるボールねじ軸の冷却が効果的に行われ、外周部を
高断熱性のアウタライナによって被覆されているから、
外周部における他のよりの熱吸収がないことによって
も、冷却リング部材によるボールねじ軸の冷却が効果的
に行われる。また、冷却リング部材に伝わった熱が外部
へ放散することもなく、新たな熱問題を生じることがな
い。
【0017】請求項3に記載の発明による送りねじ機構
の冷却装置は、前記冷却リング部材の内周部は前記ボー
ルねじ軸の外周形状に対して補形をなし、前記ボールね
じ軸の外周面に対して微小間隙をおいて面対向している
ものである。
【0018】この発明による送りねじ機構の冷却装置で
は、冷却リング部材の内周部がボールねじ軸の外周形状
に対して補形をなし、ボールねじ軸の外周面に対して微
小間隙をおいて面対向しているから、ボールねじ軸と冷
却リング部材との間の熱交換効率が向上する。
【0019】請求項4に記載の発明による送りねじ機構
の冷却装置は、前記冷却通路に供給する冷却液を流量を
計量制御する流量制御弁と、前記流量制御弁による冷却
液を流量制御を送りねじ機構の送り速度と送りねじ機構
の軸推力との関数として行う制御装置とを有しているも
のである。
【0020】この発明による送りねじ機構の冷却装置で
は、流量制御弁による冷却液の流量制御が送りねじ機構
の送り速度と送りねじ機構の軸推力との関数として行わ
れるから、螺合部の発熱量に適合してボールねじ軸の冷
却が適切に行われる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下にこの発明の実施の形態を図
面を用いて詳細に説明する。
【0022】図1はこの発明による冷却装置を組み込ま
れた送りねじ機構の一つの実施の形態を示している。
【0023】図1において、1は図示されていないモー
タにより回転駆動されるボールねじ軸を、3はワークテ
ーブル等に固定されたナット保持体5に固定されボール
ねじ軸1に螺合したボールナットを、7はボールナット
3を循環するボールを各々示している。ボールナット3
は軸方向に2分割され、その分割体の間に間座9を挿入
されていることにより、ボール7を介してボールねじ軸
1に引張予荷重を設定する。
【0024】ボールナット3の両端部にボールねじ軸1
を取り囲む円筒状の冷却リング部材11が固定装着され
ている。冷却リング部材11には冷却通路13が形成さ
れており、冷却通路13には冷却液が供給されるように
なっている。
【0025】冷却リング部材11はアルミニウムや亜鉛
合金等の高熱伝導性材料により構成され、外周部をステ
ンレス鋼、ベクライト、セラミツクス等の高断熱性のア
ウタライナ15により被覆されている。
【0026】冷却リング部材11の内周部はボールねじ
軸1の外周形状に対して補形をなしいる。すなわち、冷
却リング部材11は内周部に、ボールねじ軸1のボール
溝1aに微小間隙をおいて面対向する半円形断面の螺旋
突条17を有している。
【0027】冷却リング部材11の冷却通路13に対す
る冷却液の供給は、油圧ポンプ19によって油タンク2
1より汲み上げられ、圧力調整弁23によって圧力設定
された圧油を電流比例流量制御弁25により計量制御さ
れた流量をもって供給される。
【0028】電流比例流量制御弁25は、冷却リング部
材11の冷却通路13に供給する冷却液の流量を計量制
御するものであり、制御装置27によって電流制御され
る。
【0029】制御装置27は、送りねじ機構の送り速度
と、送りねじ機構の軸推力に関するデータを入力し、送
り速度と軸推力の関数として電流比例流量制御弁25の
電流制御を行う。
【0030】なお、送りねじ機構の送り速度は工作機械
の数値制御装置より取り込みことができ、軸推力は送り
ねじ駆動モータの電流値(トルク)より知ることができ
る。
【0031】上述のような構成により、冷却リング部材
11は冷却通路13に冷却油を供給されることで、ボー
ルナット3との螺合部、すなわち発熱部の極く近くにお
いて、ボールねじ軸1を局部的に冷却する。これによ
り、ねじ軸全体を冷却する場合とは違って、極低温の冷
却油を使用でき、温度勾配が大きく、熱交換効率がよい
冷却状態をもってボールねじ軸1の温度上昇部分を局部
的に効果的に冷却できる。
【0032】これにより、高速回転でも、ボールねじ軸
1の熱膨張が抑制され、高速、高精度な送りねじ機構が
具現される。
【0033】また、冷却リング部材11が高熱伝導性材
料で構成されていから、ボールねじ軸1より冷却リング
部材11に熱がよく伝わり、冷却リング部材11による
ボールねじ軸11の冷却が効果的に行われ、しかも外周
部を高断熱性のアウタライナ15によって被覆されてい
るから、外周部における他のよりの熱吸収がなく、この
ことによっても、冷却リング部材11によるボールねじ
軸1の冷却が効果的に行われる。また、冷却リング部材
11に伝わった熱が外部へ放散することもなく、新たな
熱問題を生じることもない。
【0034】また、冷却リング部材11の内周部が螺旋
突条17によってボールねじ軸1の外周形状に対して補
形をなし、ボールねじ軸1の外周面に対して微小間隙を
おいて面対向しているから、ボールねじ軸1と冷却リン
グ部材11との間の熱交換効率が向上し、このことによ
ってもボールねじ軸1の温度上昇部分の局部的な冷却が
効果的に行われる。
【0035】また、ボールねじ軸1と冷却リング部材1
1との微小間隙を5〜10ミクロン程度に設定すること
により、ボールねじ軸1の高速回転下で、微小間隙に潤
滑油が巻き込まれ、動圧ハイブリッドナットとしての機
能も果たし、機械振動を減衰する効果も生じる。
【0036】また、上述のような制御より、電流比例流
量制御弁25による冷却液の流量制御が送りねじ機構の
送り速度と送りねじ機構の軸推力との関数として行われ
るから、螺合部の発熱量に適合してボールねじ軸1の冷
却が過不足なく適切に行われる。
【0037】以上に於ては、この発明を特定の実施の形
態について詳細に説明したが、この発明は、これに限定
されるものではなく、この発明の範囲内にて種々の実施
の形態が可能であることは当業者にとって明らかであろ
う。
【0038】
【発明の効果】以上の説明から理解される如く、請求項
1に記載の発明による送りねじ機構の冷却装置によれ
ば、冷却リング部材は冷却通路に冷却液を供給されるこ
とにより、ボールナットとの螺合部、すなわち発熱部の
極く近くにおいて、ボールねじ軸を局部的に冷却から、
ボールねじ軸の温度上昇部分を局部的に効果的に冷却で
きる。これにより、高速回転でも、ボールねじ軸の熱膨
張が抑制され、高速、高精度な送りねじ機構を実現でき
るようになる。
【0039】請求項2に記載の発明による送りねじ機構
の冷却装置によれば、冷却リング部材が高熱伝導性材料
で構成されていから、冷却リング部材に熱がよく伝わ
り、冷却リング部材によるボールねじ軸の冷却が効果的
に行われ、外周部を高断熱性のアウタライナによって被
覆されているから、外周部における他のよりの熱吸収が
ないことによっても、冷却リング部材によるボールねじ
軸の冷却が効果的に行われる。また、冷却リング部材に
伝わった熱が外部へ放散することもなく、新たな熱問題
を生じることがない。
【0040】請求項3に記載の発明による送りねじ機構
の冷却装置によれば、冷却リング部材の内周部がボール
ねじ軸の外周形状に対して補形をなし、ボールねじ軸の
外周面に対して微小間隙をおいて面対向しているから、
ボールねじ軸と冷却リング部材との間の熱交換効率が向
上し、高速回転でも、ボールねじ軸の熱膨張が抑制さ
れ、高速、高精度な送りねじ機構を実現できるようにな
る。
【0041】請求項4に記載の発明による送りねじ機構
の冷却装置によれば、流量制御弁による冷却液の流量制
御が送りねじ機構の送り速度と送りねじ機構の軸推力と
の関数として行われるから、螺合部の発熱量に適合して
ボールねじ軸の冷却が適切に行われ、高速回転でも、ボ
ールねじ軸の熱膨張が抑制され、高速、高精度な送りね
じ機構を実現できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による冷却装置を組み込まれた送りね
じ機構の一つの実施の形態を示す説明図である。
【符号の説明】
1 ボールねじ軸 3 ボールナット 5 ナット保持体 7 ボール 9 間座 11 冷却リング部材 13 冷却通路 15 アウタライナ 17 螺旋突条 19 油圧ポンプ 21 油タンク 23 圧力調整弁 25 電流比例流量制御弁 27 制御装置

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ボールねじ軸と、前記ボールねじ軸に螺
    合するボールナットとを有する送りねじ機構の冷却装置
    において、 前記ボールナットの端部に前記ボールねじ軸を取り囲む
    円筒状の冷却リング部材を有し、前記冷却リング部材に
    形成された冷却通路に冷却液を供給することを特徴とす
    る送りねじ機構の冷却装置。
  2. 【請求項2】 前記冷却リング部材は高熱伝導性材料に
    より構成され、外周部を高断熱性のアウタライナにより
    被覆されていることを特徴とする請求項1に記載の送り
    ねじ機構の冷却装置。
  3. 【請求項3】 前記冷却リング部材の内周部は前記ボー
    ルねじ軸の外周形状に対して補形をなし、前記ボールね
    じ軸の外周面に対して微小間隙をおいて面対向している
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の送りねじ機
    構の冷却装置。
  4. 【請求項4】 前記冷却通路に供給する冷却液を流量を
    計量制御する流量制御弁と、前記流量制御弁による冷却
    液を流量制御を送りねじ機構の送り速度と送りねじ機構
    の軸推力との関数として行う制御装置とを有する請求項
    1〜3の何れかに記載の送りねじ機構の冷却装置。
JP10186428A 1998-07-01 1998-07-01 送りねじ機構の冷却装置 Pending JP2000018363A (ja)

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