JP2011052721A - ボールねじ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ナット1に、軸方向に貫通する同じ断面の冷却用貫通孔12a,12bを形成する。ナット1の一端で、これらの冷却用貫通孔12a,12bを、同じ流路断面の半円弧状のチューブ(流路形成部材)4により接続する。冷却用貫通孔12aのチューブ4が接続されていない端部に、流路断面が同じ冷却液導入配管5を接続する。冷却用貫通孔12bのチューブ4が接続されていない端部に、流路断面が同じ冷却液排出配管6を接続する。コネクタ71〜74の流路断面も、冷却用貫通孔12a,12b、チューブ4、冷却液導入配管5、および冷却液排出配管6と同じにする。
【選択図】図5
Description
工作機械、射出成形機、半導体素子製造装置等の精密送り機構として使用されるボールねじは、高温になると、ねじ軸やナットの熱変形により、ボールの負荷分布異常や作動性の悪化が生じて、送り機構としての位置決め精度等に影響を及ぼすため、冷却した状態で使用されている。
また、この文献には、ナットに冷却用貫通孔を6個設けた例として、隣り合う2個の貫通孔を連結する凹部(スロット)を設けた端部キャップを、ナットの両端に漏洩防止用パッキングを介して固定したものが記載されている。この例では、冷却用貫通孔の断面積がこれに接続された凹部の断面積より小さいため、流路に断面積の変化が生じることで、流路内を流れる冷却媒質の圧力損失が大きくなる。
図1に示すように、上流側の流路101の断面積A1 が下流側の流路102の断面積A2 より小さい場合、損失ヘッドh’は、流路101の平均流速をV1 、流路102の平均流速をV2 、重力加速度をgとした時に、ベルヌーイの定理から下記の(1) 式で表される。
h=(V1 −V2 )/2g=ζ・V1 2 /2g‥‥(1)
ただし、ζ=(1−A1 /A2 )2 である。
(1) 式から、A1 ≒A2 の時に損失ヘッドhが最小となることが分かる。
h’=(V2 −V1 )/2g=ζ’・V2 2 /2g‥‥(2)
ただし、ζ’=(A1 /A2 −1)2 である。
(2) 式から、A1 ≒A2 の時に損失ヘッドh’が最小となることが分かる。
以上のことから、上流側の流路101の断面積A1 と下流側の流路102の断面積A2 を同じにすることで、圧力損失を低減できることが分かる。
なお、この圧力損失を小さくできる効果が特に発揮されるのは、油等の粘性が高いもの(動粘度係数1.585mm2 /s以上)を流した場合と、乱流(レイノルズ数が3000以上)の場合である。
図3に示すように、断面の形状および面積が同じ4つの流路を、断面の形状および面積が同じ流体導入配管に対して並列に接続した場合、各流路への分岐点で流路断面積が各流路の4倍となる。これに対して、断面の形状および面積が同じ4つの流路を直列に接続して、その一端に断面の形状および面積が同じである流体導入配管を接続した場合、流路断面積は変化しない。
V=Q/A‥‥(3)
(3) 式から、冷却媒質の流速が大きいほど放熱量が大きくなって冷却効果は高くなるため、流路断面積が大きくなるほど逆に冷却効果は小さくなることが分かる。
以上のことから、複数の冷却流路を接続する際には、並列でなく直列で接続する方が高い冷却効果が得られることが分かる。
この実施形態のボールねじは、図5および6に示すように、ナット1と、ねじ軸2と、ボール3と、半円弧状のチューブ(流路形成部材)4と、冷却液導入配管(冷却媒質導入配管)5と、冷却液排出配管(冷却媒質排出配管)6と、コネクタ71〜74とを備えている。図5および6において、ボール循環部材およびシールは省略されている。
ナット1には、軸方向に貫通する2つの冷却用貫通孔12a,12bが、ナット1の直径方向で対向する位置に形成されている。ナット1のフランジ11側の端部で、これらの冷却用貫通孔12a,12bが半円弧状のチューブ4により接続されている。チューブ4の一端と冷却用貫通孔12aは、コネクタ71で連結されている。チューブ4の他端と冷却用貫通孔12bは、コネクタ72で連結されている。これにより、冷却用貫通孔12a,12bとチューブ4からなる流路が形成されている。
この実施形態のボールねじによれば、ナット1の冷却用貫通孔12a,12bとチューブ4からなる流路、この流路の出入り口に接続される冷却液導入配管5と冷却液排出配管6の全てにおいて、流路断面(流路の断面形状および断面積)が同じであるため、冷却液の圧力損失が小さくなる。よってい、冷却効率が高くなり、冷却液供給用ポンプの負担も軽減される。
11 フランジ
12a 冷却用貫通孔
12b 冷却用貫通孔
2 ねじ軸
3 ボール
4 チューブ(流路形成部材)
5 冷却液導入配管
50 流路の入口
6 冷却液排出配管
60 流路の出口
71〜74 コネクタ
Claims (1)
- 内周面に螺旋溝が形成されたナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、ナットの螺旋溝とねじ軸の螺旋溝で形成される軌道溝の間に配置されたボールと、を備えたボールねじであって、
ナットを軸方向に貫通する複数の冷却用貫通孔を有し、隣り合う冷却用貫通孔は、断面形状および断面積が同じかほぼ同じであり、ナットの軸方向端部で、これらの冷却用貫通孔が、流路断面の形状および面積が同じかほぼ同じである流路形成部材で直列に接続されて流路をなし、この流路の入口および出口に、流路断面の形状および面積が同じかほぼ同じである冷却媒質導入配管および冷却媒質排出配管が直列に接続されているボールねじ。
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-
2009
- 2009-08-31 JP JP2009200082A patent/JP5407671B2/ja active Active
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