JP2018141467A - 放熱部材、軸受装置、ボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で、軸受装置の温度上昇を抑えることができる放熱部材、高速で回転し遠心力が生じても強固に固定することができる放熱部材を備えた軸受装置、及び、その軸受装置を備えたボールねじ装置を提供する。
【解決手段】ボールねじ装置１００のねじ軸３を回転可能に支持する軸受装置２に用いられ、軸受装置２に隣接し、ねじ軸３に外嵌して固定される放熱部材１１、放熱部材１１を備えた軸受装置２、及び、軸受装置２を備えたボールねじ装置１００とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、工作機械、射出成形機、半導体製造装置などに用いられるボールねじ装置のねじ軸を回転可能に支持する軸受装置で発生する熱を放熱する放熱部材、その放熱部材を備えた軸受装置、及び、その軸受装置によって支持されるボールねじ装置に関する。

ボールねじ装置は、駆動時に、ボール、ナット、ねじ軸、ねじ軸を回転可能に支持する軸受において摩擦が生じ、摩擦熱が発生する。また、ねじ軸又はナットを回転させるためにモータを取り付けた場合、そのモータの駆動によっても熱が発生する。これらの熱は、ボールねじ装置を熱膨張させ、高い位置決め精度を阻害する。

そこで、特許文献１に記載のねじ軸は、内部にヒートパイプを設け、ねじ軸の外周部に放熱用のフィンを設けることで、ねじ軸の熱をヒートパイプが吸収し、フィンから放熱するものとしている。

また、特許文献２に記載の工作機械の送り装置は、ねじ軸の内部に冷却用の液体を封入し、その液体が蒸発することで、ねじ軸に発生した熱を奪い、その蒸気を冷却フィンを有する放熱管で冷やし凝縮して、再びねじ軸の熱を奪って蒸発するものとしている。

特開昭６２−１７３１４３号公報 特開２００２−１１３６３８号公報

しかしながら、上記特許文献に記載の発明では、ボールねじ装置にヒートパイプを挿入する必要があり、構造が複雑になる。また、ねじ軸を支持する軸受装置は必ずしも冷却されるわけではなく、軸受装置の温度が上がってしまうおそれがある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、簡単な構造で、軸受装置の温度上昇を抑えることができる放熱部材、高速で回転し遠心力が生じても強固に固定することができる放熱部材を備えた軸受装置、及び、その軸受装置を備えたボールねじ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、
外周面に螺旋状の第１の転動溝が形成されたねじ軸と、
内周面に前記第１の転動溝に対向する第２の転動溝が形成され、前記第１の転動溝と前記第２の転動溝の間に転動可能に収容された複数のボールを介して前記ねじ軸に外嵌したナットと、
前記ねじ軸を回転可能に支持する軸受と、
前記軸受を収容し、被取付部に固定されるハウジングと、
筒状の基部と前記基部から周方向に延在するフィンを備え、前記基部が、前記軸受と軸方向に並んで配置され、前記ねじ軸に外嵌して固定されたこと、を特徴とするボールねじ装置を提供する。

好ましくは、前記軸受と前記基部の間で前記ねじ軸に外嵌するカラーを有する。

また、好ましくは、前記放熱部材が、前記ハウジングの少なくとも一方に配置する。

また、好ましくは、前記放熱部材が、さらに、前記ねじ軸と前記基部の間に介在するカラーを有する。

また、好ましくは、前記放熱フィンは、軸方向の寸法が前記基部の軸方向の寸法と略同じ長方形の板状をしている。

また、好ましくは、前記放熱フィンは、軸方向の寸法が前記基部の軸方向の寸法よりも小さい長方形の板状をしている。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、簡単な構造で、軸受装置の温度上昇を抑えることができる放熱部材、高速で回転し遠心力が生じても強固に固定することができる放熱部材を備えた軸受装置、及び、その軸受装置を備えたボールねじ装置を提供することができる。

本願の第１実施形態に係るボールねじ装置の軸受装置を中心軸線方向に切断した切断面を示す断面図である。 本願の第１実施形態に係る軸受装置の図１に示すII−II切断面における断面図である。 本願の第１実施形態に係るボールねじ装置のナットを示す図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）を左側から見た側面図、（ｃ）は（ａ）を右側から見た側面図である。

以下、図面を参照しながら本願の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本願の第１実施形態に係るボールねじ装置１００の軸受装置２をねじ軸３の中心軸線方向に切断した切断面を示す断面図である。図１においてねじ軸３は側面を示している。

ボールねじ装置１００は、両端部を除いて外周面に螺旋状の転動溝（第１の転動溝）が形成された円柱状のねじ軸３と、円筒状をして内側にねじ軸３が通され、内周面にねじ軸３の転動溝に対向する転動溝（第２の転動溝）が形成されたナット４と（図３参照）、ねじ軸３の転動溝とナット４の転動溝の間に転動可能に収容された複数のボールと、前記ねじ軸３の端部に外嵌し、工作機械などの被取付部に取り付けられ、ねじ軸３を回転可能に支持する軸受装置２を主な構成要素としている。

軸受装置２は、円筒状のハウジング５と、ハウジング５内に収容され、ねじ軸３に外嵌した一対の転がり軸受６、７と、ハウジング５の一方の端部に取り付けられ転がり軸受６、７とハウジング５の軸方向の相対移動を阻止する押え蓋８と、ねじ軸３に外嵌し、前記転がり軸受６、７の両側に配置され、間座としても働く強度部材である一対のカラー１０ａ、１０ｂと、ハウジング５に隣接してねじ軸３に外嵌した放熱部材１１と、ねじ軸３の端部側に配置され、ねじ軸３に形成された雄ねじ部３ａにねじ込まれたロックナット１２とから構成されている。

ハウジング５は、一方の端部側で内周部の一部が縮径した縮径段部５ａと、他方の端部側で外周面から径方向外方へ突出した一対のフランジ５ｂ、５ｃを有する（図２参照）。転がり軸受６、７の外輪は、縮径段部５ａと押さえ蓋８の間で固定されている。フランジ５ｂ、５ｃは、軸方向に貫通した複数の貫通孔５ｄ、５ｅが周方向に略等間隔に形成されている。貫通孔５ｄ、５ｅには不図示のねじが通され、そのねじによってハウジング５が工作機械などの被取付部に取り付けられる。フランジ５ｂ、５ｃの径方向内側のハウジング５の部分には、端部側から軸方向に穿孔されたねじ孔５ｆが複数形成されている。押え蓋８は、ねじ孔５ｆにねじ込まれた複数のねじ９によってハウジング５に固定されている。

押え蓋８は、円環状をしており、径方向内側部分から軸方向に突出した環状突部８ａを有している。環状突部８ａは、フランジ５ｂ、５ｃ側でハウジング５の径方向内側に挿入され、ねじ９の締め付けにより、軸受６の外輪をハウジング５の縮径段部５ａ側に押し付け、固定している。押え蓋８の径方向内側にはカラー１０ｂが配置されている。

図２は、図１に示すII−II切断面を示す断面図である。放熱部材１０は円形の板状をし、ねじ軸３に固定されており、ねじ軸３の回転と共に回転する。

図３は、本願の第１実施形態に係るボールねじ装置１００のナット４を示す図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）を左側から見た側面図、（ｃ）は（ａ）を右側から見た側面図である。

ナット４は、内周面に螺旋状の転動溝が形成された円筒部４ａと、円筒部４ａの一方の端部の外周面から径方向外側に突出したフランジ４ｂとを有している。円筒部４ａには、軸方向に貫通した冷却用貫通孔４ｃが周方向に略等間隔に４本形成されている。そのうち１つの冷却用貫通孔４ｃの端部には、冷却液を供給する供給管１３が接続されている。４本の冷却用貫通孔４ｃは、連結管１５ａ、１５ｂ、１５ｃによって接続され、供給管１３から続く一連の冷却液の通路を形成し、終端部を構成する冷却用貫通孔４ｃの端部には排出管１６が接続されている。供給管１３と排出管１６は、不図示の冷却液循環装置に接続される。これにより、ナット４は、ナット４とねじ軸３とボールとの間の摩擦により発生する摩擦熱を冷却液が奪い、温度の上昇を抑えるものとしている。

ナット４の上記冷却機構により、ナット４とナット４が移動する範囲内にあるねじ軸３の部分での過度の温度上昇は抑えされるが、ナット４が届かないねじ軸３の端部に配置される軸受やモータ等による発熱に対しては効果は薄い。そこで、本実施形態においては、上述のように放熱部材１１を設けることにより、ねじ軸３の端部における温度上昇を抑えるものとしている。特に、放熱部材１１がカラー１０ａに接し、カラー１０ａが軸受６に接し、軸受６が軸受７に接していることにより、軸受６、７で発生した摩擦熱が放熱部材１１まで伝わり易いため、効果的に摩擦熱を放熱することができる。カラー１０ａと放熱部材１１の材料としては、熱伝導率が高い材料ほど良く、熱伝導率の高い銅材やアルミ材とすることが好ましい。また、樹脂を用いることもできるし、放熱材料でコーティングすることもできる。ねじ軸３を回転させる場合、フィン１１ｃがねじ軸３と共に回転し、周辺の空気を攪拌するため、更に放熱効果が向上し、ねじ軸３の端部における温度上昇をより抑えることができる。以上のように、本実施形態によれば、軸受装置２のみならず、ボールねじ装置１００全体の温度上昇を抑えることができる。

なお、本願発明の理解を助けるため、実施形態について詳細な説明を行ったが、本願発明はこれに限られず、種々の変更、改良等が可能である。

例えば、ハウジング５に軸方向に貫通した空気穴を形成しても良い。これにより、軸受装置の熱を更に放出することができる。

以上によれば、簡単な構造で、軸受装置の温度上昇を抑えることができる放熱部材、その放熱部材を備えた軸受装置、及び、その軸受装置を備えたボールねじ装置を提供することができる。

１００ ボールねじ装置
２ 軸受装置
３ ねじ軸
４ ナット
４ａ 円筒部
５ ハウジング
６、７ 転がり軸受
８ 押え蓋
９ ねじ
１０ａ、１０ｂ カラー
１１ 放熱部材
１２ ロックナット
１３ 供給管
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ 連結管
１６ 排出管

Claims (1)

1. 外周面に螺旋状の第１の転動溝が形成されたねじ軸と、
   内周面に前記第１の転動溝に対向する第２の転動溝が形成され、前記第１の転動溝と前記第２の転動溝の間に転動可能に収容された複数のボールを介して前記ねじ軸に外嵌したナットと、
   前記ねじ軸を回転可能に支持する軸受と、
   前記軸受を収容し、被取付部に固定されるハウジングと、
   筒状の基部と前記基部から周方向に延在する放熱部材を備え、前記基部が、前記軸受と軸方向に並んで配置され、前記ねじ軸に外嵌して固定されたこと、を特徴とするボールねじ装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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