JP2005133764A - 送り軸装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 送り機構のモータの発熱が基台に伝達されるのを防止すること。
【解決手段】 ねじ軸とナットを備えた工作機械等の送り機構のねじ軸１に冷却液が流通する中心孔１ａを形成する。冷却液温度調節装置６１から冷却液を中心孔１ａに導入し、モータ２３を基台５に取付ける中空密閉構造のモータブラケット２１の内部にねじ軸１の中心孔１ａを流通した冷却液を放出して溜め、この冷却液を外部へ排出するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、工作機械、測定機、産業機械等の送り機構で使用するねじ軸における発熱による熱変形を防止し、ねじ軸を回転駆動するモータの発熱による基台の熱変形を防止した送り軸装置に関する。

工作機械、測定機、産業機械等の送り軸装置には、ボールねじナット機構が使用され、移動体が基台上を往復移動する構造が多くとられている。ねじ軸が基台に取付けられたモータにより回転駆動されると、ねじ軸とナットとの相対運動による発熱でねじ軸が熱膨張したり、モータからの発熱により基台が熱変形するという不都合が生じている。これを解消するために種々の冷却機能を有した送り軸装置が開発されている。

特許文献１には、工作機械の送り機構をなすねじ軸に係合するナットに冷却液通路を形成し、冷却液通路内に冷却液源からの冷却液を供給、循環させて、ナットを直接的に冷却することにより、ねじ軸の発熱による熱変形を低減するようにした工作機械の送り軸冷却装置が開示されている。特許文献１には、更に、ねじ軸を回転駆動するモータを基台側部に取付けるモータブラケットの内側に、モータからの熱がねじ軸に伝達されるのを防止するための、冷却通路を備えたジャケットブロックを設けた構成を開示している。
特開２０００−２４８７６号公報

特許文献１のモータブラケットは、該モータブラケットを取付けた工作機械の稼動頻度が低い場合には優れた冷却性能を発揮する。然しながら、ジャケットブロックに形成した冷却通路の内径を大きくすることができないために、冷却液の供給量が大きくなると冷却通路での圧力損失が非常に大きくなる問題がある。そのために、稼動頻度が高くなると、モータの発熱に対して十分な冷却液を供給することができなくなり、熱が基台またはベッドに伝達され、加工精度が低下する問題がある。

本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、モータの発熱に対して十分な冷却液を供給可能にした送り軸装置を提供することを目的としている。

前述の目的を達成するため本発明によれば、送りねじナット機構のねじ軸をモータで回転し、ナットが固定された移動体を基台上で往復移動させる送り軸装置において、前記ねじ軸に冷却液が流通する軸線方向の中心孔を形成し、前記ねじ軸と前記モータの出力軸とを連結する継手を収納する中空密閉構造のモータブラケットを介して前記モータを前記基台に固定し、前記ねじ軸の前記モータブラケットと反対側の前記中心孔に冷却液を導入して前記中心孔を流通した冷却液を前記モータブラケットの内部に放出し、前記モータブラケットの内部に溜まった冷却液を前記モータブラケットに形成した排出口から排出するように構成した送り軸装置が提供される。

ねじ軸の中心孔に導入された冷却液は、中心孔を流通することによりねじ軸を冷却する。そして中心孔からモータブラケットの内部へ放出された冷却液はモータブラケットに溜まり、溜った冷却液はモータブラケットの排出口から排出される。モータブラケットの内部に冷却液が溜まることによって、モータと基台とが熱的に遮断され、モータの発熱が基台に伝達されない。

また、前記ねじ軸の中心孔に導入された冷却液は、前記中心孔を流通すると同時に前記ねじ軸を回転支持する軸受にも供給される請求項１に記載の送り軸装置が提供される。ねじ軸を回転支持する軸受にも冷却液が供給されることにより、軸受からの発熱も小さくなる。

また、前記モータブラケットの排出口から排出した冷却液を回収し、その液温を所定温度に調節した後前記ねじ軸の中心孔に導入する冷却液温度調節装置を設けた請求項１又は２に記載の送り軸装置が提供される。これにより調温された冷却液がねじ軸、軸受、モータブラケットに循環することになり、送り軸全体の温度を最適な範囲に維持することができる。

本発明によれば、ねじ軸の中心孔に冷却液を流通させ、ねじ軸を冷却するようにしたので、冷却液温度調節装置よりの温度制御された冷却液で確実にねじ軸の冷却制御を行うことができる。更に、モータを基台に取付けるモータブラケットを中空部材により形成し、該モータブラケット内にねじ軸の中心孔を流通した冷却液を放出させ、モータブラケット内に溜まった冷却液を外部に排出するようにしたので、工作機械の稼動頻度が高くなっても十分な冷却液を供給することができ、従って、モータで発生する熱が基台に伝達されることがなく、モータ発熱による基台の熱変形が防止される。

図１は本発明実施形態のねじ軸に沿って切断した側断面図である。
図１を参照すると、ねじ軸１は水平軸線（Ｘ軸と称する）に沿って延設され、その両端において工作機械等の基台を形成するベッド３に形成された支持部５ａ、５ｂにボールベアリング７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂを介して回転自在に支持されている。ベッド３には、また、Ｘ軸案内レール１１が延設されており、該Ｘ軸案内レール１１に沿って滑動するガイド１３を備えた移動体（コラム、テーブル、サドル等）１５が設けられている。移動体１５の下方部分には、ナットブラケット１７を介してナット１９が取付けられており、該ナット１９はねじ軸１と係合し、工作機械等の移動体１５のための送りねじ機構を形成している。

ねじ軸１はその中心軸線に沿って中心孔１ａが形成されており、該中心孔１ａは、ねじ軸１の端部１ｃに設けられたロータリジョイント３５および冷却液供給管路６３を介し冷却液温度調節装置６１に連通している。冷却液温度調節装置６１は、冷却液を供給するためのポンプ（図示せず）、冷却液の温度を所定温度に調節するための冷却装置（図示せず）やヒータ（図示せず）、冷却液を貯留するためのタンク等を含むことができる。

ねじ軸１においてボールベアリング７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂの位置に対応する部分には、放射方向に形成された複数の供給通路１ｄ、１ｅが形成され、また、該供給通路１ｄ、１ｅに連通する通路３７ａ、３７ｂがボールベアリング７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂの各々の外輪に形成されており、中心孔１ａに導入された冷却液が供給通路１ｄ、１ｅおよび通路３７ａ、３７ｂを介して各ボールベアリング内部に流入できるようになっている。

ねじ軸１においてロータリジョイント３５の反対側の端部は、半径すき間２７を有した継手２５を介して、サーボモータ２３の出力軸２３ａに連結されている。サーボモータ２３は、断面が円形の中空状の部材から成るモータブラケット２１を介してベッド３の支持部５ｂに取付けられている。モータブラケット２１内には、ボールベアリング９ａ、９ｂが、カラー４３ａ、４３ｂ、内輪押え４９ａおよび外輪押え４９ｂにより所定位置に配置、固定されている。

モータブラケット２１の外側の端部の開口部は、エンドプレート２１ａにより閉鎖されており、サーボモータ２３はモータブラケット２１に取付けられている。モータブラケット２１とエンドプレート２１ａとの間には、モータブラケット２１の開口部に沿ってシール部材（図示せず）が配設される。更に、モータブラケット２１とねじ軸１およびサーボモータ２３の出力軸２３ａとの間にはシール部材２９ａ、２９ｂが設けられており、これにより、モータブラケット２１の内部は密閉空間となる。また、モータブラケット２１の側壁には冷却液の排出口３１が形成されており、排出口３１および冷却液回収管路６９を介して、モータブラケット２１の内部空間は冷却液温度調節装置６１に連通している。

ボールベアリング７ａ、７ｂは、支持部５ａにおいてカラー４１ａ、４１ｂ、内輪押え４７ａおよび外輪押え４７ｂにより所定位置に配置、固定されている。ボールベアリング７ａ、７ｂの両側より冷却液が外部に漏れないようシール部材４５が設けられている。ボールベアリング７ａ、７ｂの間のカラー４１ａの外周部には冷却液回収通路３９に連通する排出通路５１が形成されており、ボールベアリング７ａ、７ｂに供給された冷却液は、排出通路５１、冷却液回収通路３９および冷却液回収管路６５を介して冷却液温度調節装置６１に回収される。

本実施形態ではナット冷却手段が更に設けられている。図１を参照すると、移動体１５のナットブラケット１７に嵌入固定されているナット１９にナット冷却液通路５３が形成されている。ナット冷却液通路５３は、ナット１９のボール通路に影響しない位置に設けられている。ナット１９には、また、冷却液通路５３に連通する供給通路５５および回収通路５７を備えた冷却液供給ブロック５９が固定されており、供給通路５５および回収通路５７は、冷却液供給管路７１および冷却液回収管路７３を介して冷却液温度調節装置６１に連通している。

なお、ナット１９はねじ軸１に沿って移動するので、冷却液供給管路７１および冷却液回収管路７３は少なくとも部分的にフレキシブルチューブを用いることが好ましい。さらに、本実施形態では、ナット１９は、その中心軸線に平行に形成された４本の通路を有しており、該通路の各々は、中心軸線に垂直な通路により隣接する２つの通路に連結されて１本の冷却液通路が形成されているが、２本づつ２組の通路により冷却液通路を形成してもよい。また、本実施形態では、ナット１９に予圧調整用プレート１９ａが設けられているが、設けられていない場合でも冷却効果には影響はない。

以下、本実施形態の作用を説明する。
サーボモータ２３が回転しねじ軸１が回転することにより、移動体１５はその回転方向に従い矢印Ｘで示すようにＸ軸案内レール１１に沿って往復移動する。その際、ねじ軸１とナット１９との間の摩擦およびサーボモータ２３の鉄損、銅損により熱が発生する。こうした熱によりねじ軸１およびベッド３が熱変形する。そこで、本実施形態では、冷却液温度調節装置６１から所定温度に調節された冷却液を送り軸の各部へ供給することにより、これを防止している。

すなわち、冷却液温度調節装置６１において所定温度に調節された冷却液が、該冷却液温度調節装置６１より供給管路６３、ロータリジョイント３５を介してねじ軸１の中心孔１ａに導入される。この冷却液の一部は、ねじ軸１の供給通路１ｄおよびボールベアリング７ａ、７ｂの各々の通路３７ａを通ってボールベアリング７ａ、７ｂ内へ流入し、該ボールベアリング７ａ、７ｂを冷却した後に、カラー４１ｂの排出通路５１、支持部５ａの冷却液回収通路３９および冷却液回収管路６５を介して冷却液温度調節装置６１に回収される。

ねじ軸１の中心孔１ａに導入された冷却液のうち、ボールベアリング７ａ、７ｂ内へ流入しなかった残りの部分は、中心孔１ａに沿って流通しながらねじ軸１を内部から冷却し、ボールベアリング９ａ、９ｂ側へ至る。そこで、この冷却液の一部は、ねじ軸１の供給通路１ｅおよびボールベアリング９ａ、９ｂの各々の通路３７ｂを通ってボールベアリング９ａ、９ｂ内へ流入し、該ボールベアリング９ａ、９ｂを冷却した後に、モータブラケット２１の内部空間３９に放出される。

ボールベアリング９ａ、９ｂ内へ流入しなかった残りの部分は、更に中心孔１ａに沿って流通し、中心孔１ａの先端開口および継手２５の半径すき間２７を介してモータブラケット２１の内部空間３９に放出される。モータブラケット２１の内部空間３９に放出され溜った冷却液は、サーボモータ２３において発生する熱の一部を受け取り、モータブラケット２１の側壁に形成された排出口３１および冷却液回収管路６９を介して冷却液温度調節装置６１へ回収される。

更に、ねじ軸１と螺合しているナット１９は、冷却液温度調節装置６１から冷却液供給管路７１を介して冷却液が供給ブロック５９の供給通路５５、ナット冷却液通路５３を通って供給され、供給ブロック５９の回収通路５７、冷却液回収管路７３を介して冷却液温度調節装置６１に回収される。

本発明実施形態のねじ軸に沿って切断した側断面図である。

符号の説明

１…ねじ軸
１ａ…中心孔
３…ベッド
１５…移動体
１９…ナット
２１…モータブラケット
２３…サーボモータ
２５…継手
２７…半径すき間
３１…排出口
３９…内部空間
５３…ナット冷却液通路
５９…供給ブロック
６１…冷却液温度調節装置
６３…冷却液供給管路
６５…冷却液回収管路
６９…冷却液回収管路
７１…冷却液供給管路
７３…冷却液回収管路

Claims (3)

1. 送りねじナット機構のねじ軸をモータで回転し、ナットが固定された移動体を基台上で往復移動させる送り軸装置において、
   前記ねじ軸に冷却液が流通する軸線方向の中心孔を形成し、
   前記ねじ軸と前記モータの出力軸とを連結する継手を収納する中空密閉構造のモータブラケットを介して前記モータを前記基台に固定し、
   前記ねじ軸の前記モータブラケットと反対側の前記中心孔に冷却液を導入して前記中心孔を流通した冷却液を前記モータブラケットの内部に放出し、
   前記モータブラケットの内部に溜まった冷却液を前記モータブラケットに形成した排出口から排出するように構成した送り軸装置。
2. 前記ねじ軸の中心孔に導入された冷却液は、前記中心孔を流通すると同時に前記ねじ軸を回転支持する軸受にも供給される請求項１に記載の送り軸装置。
3. 前記モータブラケットの排出口から排出した冷却液を回収し、その液温を所定温度に調節した後前記ねじ軸の中心孔に導入する冷却液温度調節装置を設けた請求項１又は２に記載の送り軸装置。

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