JP2019039477A

JP2019039477A - Ball screw shaft and machine tool using ball screw shaft

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Publication number: JP2019039477A
Application number: JP2017161052A
Authority: JP
Inventors: 敬介臼田; Keisuke Usuda; 伸充堀; Nobumitsu Hori
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2017-08-24
Filing date: 2017-08-24
Publication date: 2019-03-14
Anticipated expiration: 2037-08-24
Also published as: JP6939247B2

Abstract

To provide a ball screw shaft capable of accurately performing position control without providing an ancillary device even when temperature rises, and a machine tool using the ball screw shaft.SOLUTION: A ball screw shaft 13a comprises: an outside shaft 26 formed into a cylinder shape out of a metal material having a first coefficient of linear expansion, and comprising a hollow part 26a inside the cylinder; and an inside shaft 27 formed out of a material having a second coefficient of linear expansion smaller than the first coefficient of linear expansion, and arranged in the hollow part 26a of the outside shaft 26 integrally with the outside shaft 26.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、ボールねじ軸及びボールねじ軸を用いた工作機械に関する。 The present invention relates to a ball screw shaft and a machine tool using the ball screw shaft.

従来、工作機械等では、公知のボールねじを利用して工具又は工作物を所望の位置まで直線移動させ位置決めを行なう技術がある。しかし、通常、工作機械によって加工を実施すると、各モータの発熱、及び加工による発熱等の各種要因によって工作機械は昇温する。そして、工具又は工作物の移動に伴うボールねじの回転やナット内のボールとの接触などにより、ボールねじを構成するボールねじ軸も昇温する。このため、ボールねじ軸は、自身の材質が有する固有の線膨張係数に応じて、昇温した温度分だけ軸線方向に伸長する。従って、制御装置がボールねじの駆動モータの回転制御を常温時における場合と同様の指令値で制御すると、工具の移動量がボールねじ軸の伸長分に応じて所望の値からずれてしまう虞がある。 Conventionally, in a machine tool or the like, there is a technique for performing positioning by linearly moving a tool or a workpiece to a desired position using a known ball screw. However, normally, when machining is performed by a machine tool, the temperature of the machine tool increases due to various factors such as heat generated by each motor and heat generated by machining. Then, the temperature of the ball screw shaft constituting the ball screw is also raised by the rotation of the ball screw accompanying the movement of the tool or the workpiece or the contact with the ball in the nut. For this reason, the ball screw shaft extends in the axial direction by the temperature increased in accordance with the inherent linear expansion coefficient of its own material. Therefore, if the control device controls the rotation control of the ball screw drive motor with the same command value as at normal temperature, the movement amount of the tool may deviate from a desired value according to the extension of the ball screw shaft. is there.

これに対し、例えば特許文献１の工作機械では、ボールねじ２に螺合するナット５の温度を逐次測定し、測定したナットの温度からボールねじのねじ軸全長に亘る温度を推定し、推定温度に基づいて軸線方向における寸法変化量を算出して寸法変化量に応じた分だけ駆動モータの制御量を補正（熱変位補正）している。 On the other hand, for example, in the machine tool disclosed in Patent Document 1, the temperature of the nut 5 screwed into the ball screw 2 is sequentially measured, and the temperature over the entire length of the screw shaft of the ball screw is estimated from the measured nut temperature. The amount of dimensional change in the axial direction is calculated based on this, and the control amount of the drive motor is corrected (thermal displacement correction) by an amount corresponding to the amount of dimensional change.

特開平７−１８６００５号公報JP 7-186005 A

しかしながら、特許文献１の工作機械では、熱変位補正を行なうため、付帯装置が多数必要となる。このため、部品点数が多くなりシステムが複雑になる。 However, the machine tool of Patent Document 1 requires a large number of auxiliary devices in order to perform thermal displacement correction. This increases the number of parts and complicates the system.

そこで、本発明は、温度上昇時においても付帯装置を設けずに精度よく位置制御が可能なボールねじ軸及びボールねじ軸を用いた工作機械を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a ball screw shaft and a machine tool using the ball screw shaft that can accurately control the position without providing an accessory device even when the temperature rises.

（１．ボールねじ軸）
本発明に係るボールねじ軸は、第一線膨張係数を有する金属材料によって円筒状に形成され円筒内側に中空部を備える外側軸と、前記第一線膨張係数よりも小さな第二線膨張係数を有する材料によって形成され、前記外側軸の前記中空部に前記外側軸と一体的に配置される内側軸と、を備える。 (1. Ball screw shaft)
The ball screw shaft according to the present invention has an outer shaft formed in a cylindrical shape by a metal material having a first linear expansion coefficient and having a hollow portion inside the cylinder, and a second linear expansion coefficient smaller than the first linear expansion coefficient. And an inner shaft that is integrally formed with the outer shaft in the hollow portion of the outer shaft.

これにより、ボールねじ軸は金属材料で形成された外側軸が第一線膨張係数に従って軸線方向に伸長しようとしても、外側軸の中空部に外側軸と一体的に配置された第一線膨張係数よりも小さな第二線膨張係数で形成された内側軸によって、その伸長を規制される。従って、ボールねじ軸が昇温しても、従来技術のように、昇温した温度をセンサで測定し、測定した温度変化に基づいて制御量を補正する必要がないので、付帯設備を設けずとも精度よくボールねじの位置制御ができる。 As a result, the ball screw shaft has a first linear expansion coefficient arranged integrally with the outer shaft in the hollow portion of the outer shaft even if the outer shaft formed of a metal material tries to extend in the axial direction according to the first linear expansion coefficient. Its extension is regulated by an inner shaft formed with a smaller second linear expansion coefficient. Therefore, even if the temperature of the ball screw shaft rises, it is not necessary to measure the raised temperature with a sensor and correct the control amount based on the measured temperature change as in the prior art. Both can control the position of the ball screw with high accuracy.

（２．ボールねじ軸を用いた工作機械）
本発明に係る工作機械は、上記ボールねじ軸を用いた工作機械であって、ボールねじ軸を用いて構成されるボールねじの作動により、工具又は工作物の位置が直線移動して位置決めされる。このように本発明に係る温度変化に対して寸法変化が小さなボールねじ軸が、工作機械において重要な要素である工具又は工作物の位置決めを行なうボールねじに適用されるので、精度よく工作物が作製できる。 (2. Machine tools using ball screw shafts)
A machine tool according to the present invention is a machine tool using the ball screw shaft, and the position of the tool or workpiece is linearly moved by the operation of the ball screw configured using the ball screw shaft. . As described above, the ball screw shaft having a small dimensional change with respect to a temperature change according to the present invention is applied to a ball screw for positioning a tool or a work piece which is an important element in a machine tool. Can be made.

本発明に係る工作機械の第一実施形態の研削盤の平面図である。1 is a plan view of a grinding machine of a first embodiment of a machine tool according to the present invention. 図１に示すII−II矢視断面図である。It is II-II arrow sectional drawing shown in FIG. 図２に示すＰ視方向から視たボールねじ軸の端面の図である。FIG. 3 is a diagram of an end face of a ball screw shaft viewed from the P viewing direction shown in FIG. 2. 変形態様におけるボールねじ軸の軸線方向断面図（模式図）である。It is an axial direction sectional view (schematic diagram) of a ball screw shaft in a modification.

＜第一実施形態＞
（１．工作機械の概要）
本発明に係るボールねじ軸を用いた工作機械の第一実施形態について図面を参照して説明する。なお、第一実施形態における工作機械は、図１に示す研削盤１である。具体的には、研削盤１は、軸状の工作物の研削が可能な砥石台トラバース型円筒研削盤である。なお、図１において、Ｚ軸方向は、トラバース方向である。Ｘ軸方向は、トラバース方向と直角な水平方向である。また、Ｙ軸方向は、トラバース方向と直角な鉛直方向である。図１に示すように、研削盤１は、主として、ベッド１０、主軸台２０、心押台３０、砥石支持装置４０及び制御装置５０を備える。 <First embodiment>
(1. Outline of machine tools)
A first embodiment of a machine tool using a ball screw shaft according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the machine tool in 1st embodiment is the grinding machine 1 shown in FIG. Specifically, the grinding machine 1 is a grindstone traverse type cylindrical grinding machine capable of grinding an axial workpiece. In FIG. 1, the Z-axis direction is the traverse direction. The X-axis direction is a horizontal direction perpendicular to the traverse direction. The Y-axis direction is a vertical direction perpendicular to the traverse direction. As shown in FIG. 1, the grinding machine 1 mainly includes a bed 10, a headstock 20, a tailstock 30, a grindstone support device 40, and a control device 50.

ベッド１０は、直方体状に形成され、設置面（床）上に固定される。このベッド１０の上面には一対のＺ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂが設けられる。一対のＺ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂは、Ｚ軸方向に延在し相互に平行に配置され固定される。一対のＺ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂは、砥石支持装置４０を構成する砥石台トラバースベース４１をＺ軸方向に摺動可能とするものである。 The bed 10 is formed in a rectangular parallelepiped shape and is fixed on an installation surface (floor). A pair of Z-axis guide rails 11 a and 11 b are provided on the upper surface of the bed 10. The pair of Z-axis guide rails 11a and 11b extend in the Z-axis direction and are arranged and fixed in parallel to each other. The pair of Z-axis guide rails 11 a and 11 b are configured to allow the grindstone base traverse base 41 constituting the grindstone support device 40 to slide in the Z-axis direction.

そして、一対のＺ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂの間には、Ｚ軸ボールねじ１２、及びＺ軸モータ１２ｂが配置される。Ｚ軸ボールねじ１２は、砥石台トラバースベース４１をＺ軸方向に駆動する装置である。Ｚ軸モータ１２ｂは、Ｚ軸ボールねじ１２を構成するＺ軸ボールねじ軸１２ａ（本発明のボールねじ軸に相当）を回転駆動し、Ｚ軸ボールねじ１２を作動させる。 A Z-axis ball screw 12 and a Z-axis motor 12b are disposed between the pair of Z-axis guide rails 11a and 11b. The Z-axis ball screw 12 is a device that drives the grinding wheel base traverse base 41 in the Z-axis direction. The Z-axis motor 12b rotationally drives a Z-axis ball screw shaft 12a (corresponding to the ball screw shaft of the present invention) constituting the Z-axis ball screw 12 to operate the Z-axis ball screw 12.

主軸台２０は、主軸台本体２１、主軸２２、主軸モータ２３及び主軸センタ２４を備える。主軸２２は、主軸台本体２１に相対回転可能に挿通支持される。主軸台本体２１は、主軸２２の軸方向がＺ軸方向と一致し、且つ一対のＺ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂと平行になるようにベッド１０の上面に固定される。 The headstock 20 includes a headstock body 21, a main shaft 22, a main shaft motor 23, and a main shaft center 24. The main shaft 22 is inserted and supported by the main shaft base body 21 so as to be relatively rotatable. The headstock body 21 is fixed to the upper surface of the bed 10 so that the axial direction of the main shaft 22 coincides with the Z-axis direction and is parallel to the pair of Z-axis guide rails 11a and 11b.

主軸モータ２３は、図１における主軸２２の左端に設けられる。主軸２２は、主軸モータ２３の駆動により主軸台本体２１に対してＺ軸回りに回転駆動される。主軸センタ２４は、軸状の工作物Ｗの軸方向一端を支持するよう、図１における主軸２２の右端に取り付けられる。 The spindle motor 23 is provided at the left end of the spindle 22 in FIG. The spindle 22 is driven to rotate about the Z axis with respect to the spindle head body 21 by driving of the spindle motor 23. The spindle center 24 is attached to the right end of the spindle 22 in FIG. 1 so as to support one end of the axial workpiece W in the axial direction.

心押台３０は、心押台本体３１及び心押センタ３２を備える。心押センタ３２は、心押台本体３１に相対回転可能に挿通支持される。心押台本体３１は、心押センタ３２の軸方向がＺ軸方向と一致し、且つ心押センタ３２の回転軸が主軸２２の回転軸と同軸となるようベッド１０の上面に固定される。すなわち、心押センタ３２は、主軸センタ２４と工作物Ｗの軸方向両端を支持してＺ軸回りに回転可能に配置される。心押センタ３２は、工作物Ｗの長さに応じて心押台本体３１の右端面からの突出量の調整が可能に構成される。 The tailstock 30 includes a tailstock body 31 and a tailstock center 32. The tailstock center 32 is inserted into and supported by the tailstock body 31 so as to be relatively rotatable. The tailstock body 31 is fixed to the upper surface of the bed 10 so that the axial direction of the tailstock center 32 coincides with the Z-axis direction, and the rotational axis of the tailstock center 32 is coaxial with the rotational axis of the main shaft 22. That is, the tailstock center 32 is disposed so as to be rotatable about the Z axis while supporting both ends of the spindle center 24 and the workpiece W in the axial direction. The tailstock center 32 is configured so that the amount of protrusion from the right end surface of the tailstock body 31 can be adjusted according to the length of the workpiece W.

砥石支持装置４０は、砥石台トラバースベース４１、砥石台４２及び円盤状の砥石車４３（本発明の工具に相当）を備える。砥石台トラバースベース４１は、矩形の平板状に形成される。上述したように、砥石台トラバースベース４１は、ベッド１０の上面において一対のＺ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂ上をＺ軸方向に摺動可能に配置される。 The grindstone support device 40 includes a grindstone base traverse base 41, a grindstone base 42, and a disk-shaped grindstone wheel 43 (corresponding to the tool of the present invention). The grinding wheel base traverse base 41 is formed in a rectangular flat plate shape. As described above, the grinding wheel base traverse base 41 is disposed on the upper surface of the bed 10 so as to be slidable on the pair of Z-axis guide rails 11a and 11b in the Z-axis direction.

砥石台トラバースベース４１は、Ｚ軸ボールねじ軸１２ａ（ボールねじ軸）と図略のボール（鋼球）を介して螺合する図略のＺ軸ナット部材に連結される。なお、Ｚ軸ボールねじ軸１２ａ、図略のボール及び図略のＺ軸ナット部材によってＺ軸ボールねじ１２が構成される。 The grinding wheel base traverse base 41 is connected to a Z-axis nut member (not shown) that is screwed with a Z-axis ball screw shaft 12a (ball screw shaft) via a ball (steel ball) (not shown). The Z-axis ball screw 12 is constituted by the Z-axis ball screw shaft 12a, the unillustrated ball and the unillustrated Z-axis nut member.

そして、Ｚ軸モータ１２ｂの駆動によりＺ軸ボールねじ軸１２ａが回転されると、Ｚ軸ボールねじ軸１２ａと螺合するＺ軸ナット部材がボール（図略）を介してＺ軸ボールねじ軸１２ａの軸線方向に移動される。これにより、Ｚ軸ナット部材と連結される砥石台トラバースベース４１が一対のＺ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂに沿って移動される。 When the Z-axis ball screw shaft 12a is rotated by driving the Z-axis motor 12b, a Z-axis nut screw member that engages with the Z-axis ball screw shaft 12a is inserted into the Z-axis ball screw shaft 12a via a ball (not shown). It is moved in the axial direction. Thereby, the grindstone base traverse base 41 connected to the Z-axis nut member is moved along the pair of Z-axis guide rails 11a and 11b.

砥石台トラバースベース４１の上面には、砥石台４２を摺動可能とする一対のＸ軸ガイドレール４１ａ，４１ｂが、Ｘ軸方向に延在し、且つ、相互に平行に配置される。砥石台トラバースベース４１の上面の一対のＸ軸ガイドレール４１ａ，４１ｂの間には、砥石台４２をＸ軸方向に駆動するためのＸ軸ボールねじ１３、及びＸ軸ボールねじ１３を構成するＸ軸ボールねじ軸１３ａ（本発明のボールねじ軸に相当）を回転駆動するＸ軸モータ１３ｂが配設される。 A pair of X-axis guide rails 41 a and 41 b that allow the grinding wheel table 42 to slide are extended on the upper surface of the grinding wheel table traverse base 41 in the X-axis direction and arranged in parallel to each other. Between the pair of X-axis guide rails 41 a and 41 b on the upper surface of the grinding wheel base traverse base 41, an X-axis ball screw 13 for driving the grinding wheel base 42 in the X-axis direction and an X-axis ball screw 13 are configured. An X-axis motor 13b that rotates the shaft ball screw shaft 13a (corresponding to the ball screw shaft of the present invention) is disposed.

砥石台４２は、図２に示すように、Ｘ軸ボールねじ軸１３ａ（ボールねじ軸）と図略のボール（鋼球）を介して螺合するＸ軸ナット部材１３ｃに連結される。なお、Ｘ軸ボールねじ軸１３ａ、図略のボール及びＸ軸ナット部材１３ｃによってＸ軸ボールねじ１３が構成される。 As shown in FIG. 2, the grindstone base 42 is connected to an X-axis nut member 13c that is screwed with an X-axis ball screw shaft 13a (ball screw shaft) via a ball (steel ball) (not shown). The X-axis ball screw 13 is constituted by the X-axis ball screw shaft 13a, the ball (not shown) and the X-axis nut member 13c.

そして、Ｘ軸モータ１３ｂの駆動によりＸ軸ボールねじ軸１３ａが回転されると、Ｘ軸ボールねじ軸１３ａと螺合するＸ軸ナット部材１３ｃがボール（図略）を介してＸ軸ボールねじ軸１３ａの軸線方向に移動される（図２の矢印Ａｒ１参照）。これにより、Ｘ軸ナット部材１３ｃと連結される砥石台４２が一対のＸ軸ガイドレール４１ａ，４１ｂに沿って移動される。 When the X-axis ball screw shaft 13a is rotated by the drive of the X-axis motor 13b, the X-axis nut member 13c that is screwed with the X-axis ball screw shaft 13a passes through the ball (not shown) to the X-axis ball screw shaft. 13a is moved in the axial direction (see arrow Ar1 in FIG. 2). Thereby, the grindstone base 42 connected to the X-axis nut member 13c is moved along the pair of X-axis guide rails 41a and 41b.

砥石台４２は、図１に示すように、砥石台本体４４，回転軸部材４５及びベルト・プーリ機構４６を備える。砥石台本体４４は、図略の軸受を介して回転軸部材４５をＺ軸方向に延在する軸線周りに回転可能に支持する。回転軸部材４５の一端には、円盤状の砥石車４３が回転軸部材４５と同軸で固定される。また、砥石台本体４４の上面には、砥石回転用モータ４７が固定される。砥石回転用モータ４７は、ベルト・プーリ機構４６と接続され、ベルト・プーリ機構４６及びベルト・プーリ機構４６と接続される回転軸部材４５を介して砥石車４３を回転駆動する。 As shown in FIG. 1, the grinding wheel head 42 includes a grinding wheel head main body 44, a rotating shaft member 45, and a belt / pulley mechanism 46. The grindstone base body 44 supports the rotary shaft member 45 so as to be rotatable around an axis extending in the Z-axis direction via a bearing (not shown). A disc-shaped grinding wheel 43 is fixed to one end of the rotating shaft member 45 coaxially with the rotating shaft member 45. A grinding wheel rotating motor 47 is fixed to the upper surface of the grinding wheel base main body 44. The grinding wheel rotating motor 47 is connected to the belt / pulley mechanism 46 and rotationally drives the grinding wheel 43 via the belt / pulley mechanism 46 and the rotating shaft member 45 connected to the belt / pulley mechanism 46.

制御装置５０は、Ｚ軸方向及びＸ軸方向における工作物Ｗに対する砥石車４３（工具）の相対位置を制御して、工作物Ｗの外周面の研削を実施する。具体的には、制御装置５０は、各モータ２３，４７を制御して、工作物Ｗ及び砥石車４３をＺ軸回りに回転させる。また、制御装置５０は、各モータ１２ｂ，１３ｂを回転制御して、Ｚ軸ボールねじ１２及びＸ軸ボールねじ１３を作動させ、Ｚ軸ナット部材（図略）及びＸ軸ナット部材１３ｃの各軸線方向における直線移動量を制御する。 The control device 50 performs grinding of the outer peripheral surface of the workpiece W by controlling the relative position of the grinding wheel 43 (tool) with respect to the workpiece W in the Z-axis direction and the X-axis direction. Specifically, the control device 50 controls the motors 23 and 47 to rotate the workpiece W and the grinding wheel 43 around the Z axis. Further, the control device 50 controls the rotation of the motors 12b and 13b to operate the Z-axis ball screw 12 and the X-axis ball screw 13, and the axes of the Z-axis nut member (not shown) and the X-axis nut member 13c. Controls the amount of linear movement in the direction.

これにより、各ナット部材に連結される砥石台トラバースベース４１及び砥石台４２の各移動量を制御し、延いては砥石車４３の移動量を制御する。なお、本実施形態において制御装置５０は、研削盤周りの雰囲気温度、及び研削盤１（工作機械）の各部の温度変化に関わらず、予め設定された指令値に従って、砥石車４３をＺ軸方向又はＸ軸方向に移動させる制御を行なう。 Thereby, each movement amount of the grinding wheel base traverse base 41 and the grinding wheel base 42 connected to each nut member is controlled, and the movement amount of the grinding wheel 43 is controlled. In this embodiment, the control device 50 moves the grinding wheel 43 in the Z-axis direction according to a preset command value regardless of the ambient temperature around the grinding machine and the temperature change of each part of the grinding machine 1 (machine tool). Alternatively, control for moving in the X-axis direction is performed.

（２．ボールねじ軸の詳細）
次に、Ｚ軸ボールねじ軸１２ａ（ボールねじ軸に相当）及びＸ軸ボールねじ軸１３ａ（ボールねじ軸に相当）について、詳細に説明する。ただし、Ｚ軸ボールねじ軸１２ａは、Ｘ軸ボールねじ軸１３ａと同様の構成を備える。このため、代表として、Ｘ軸ボールねじ軸１３ａのみについて詳細に説明し、Ｚ軸ボールねじ軸１２ａについての詳細な説明は省略する。図３に示すように、Ｘ軸ボールねじ１３を構成するＸ軸ボールねじ軸１３ａは、外側軸２６、内側軸２７及び接着層２８を備える。 (2. Details of the ball screw shaft)
Next, the Z-axis ball screw shaft 12a (corresponding to the ball screw shaft) and the X-axis ball screw shaft 13a (corresponding to the ball screw shaft) will be described in detail. However, the Z-axis ball screw shaft 12a has the same configuration as the X-axis ball screw shaft 13a. Therefore, as a representative, only the X-axis ball screw shaft 13a will be described in detail, and a detailed description of the Z-axis ball screw shaft 12a will be omitted. As shown in FIG. 3, the X-axis ball screw shaft 13 a constituting the X-axis ball screw 13 includes an outer shaft 26, an inner shaft 27, and an adhesive layer 28.

（２−１．外側軸２６）
外側軸２６は、第一線膨張係数α１を有する金属材料によって円筒状に形成され円筒内側に中空部２６ａを備える。本実施形態において、金属材料は鉄系材料とする。鉄系材料とは、鉄を主成分とする金属からなる材料をいう。鉄系材料の一例としては、クロムモリブデン鋼、ステンレス鋼、炭素鋼等が挙げられる。ただし、外側軸２６の材質は、これらに限定されるものではなく、鉄系材料であれば、どのようなものでもよい。なお、参考のため記載しておくと、クロムモリブデン鋼の第一線膨張係数α１は、１２．３Ｘ１０^−６／℃程度、ステンレス鋼の第一線膨張係数α１は、９．９〜１７．３Ｘ１０^−６／℃程度、炭素鋼の第一線膨張係数α１は、９．６〜１１．６Ｘ１０^−６／℃程度である。 (2-1. Outer shaft 26)
The outer shaft 26 is formed in a cylindrical shape by a metal material having a first linear expansion coefficient α1, and includes a hollow portion 26a inside the cylinder. In the present embodiment, the metal material is an iron-based material. The iron-based material refers to a material made of a metal whose main component is iron. Examples of iron-based materials include chrome molybdenum steel, stainless steel, carbon steel, and the like. However, the material of the outer shaft 26 is not limited to these, and any material may be used as long as it is an iron-based material. For reference, the first linear expansion coefficient α1 of chromium molybdenum steel is about 12.3 × 10 ⁻⁶ / ° C., and the first linear expansion coefficient α1 of stainless steel is 9.9 to 17.3 × 10. ^{About −6} / ° C., the first linear expansion coefficient α1 of the carbon steel is about 9.6 to 11.6 × 10 ⁻⁶ / ° C.

また、外側軸２６は、外周面２６ｂに螺旋状に形成された外周ボール転動溝２６ｂ１を備える。外周ボール転動溝２６ｂ１は、外側軸２６の径方向外側に配置されるＸ軸ナット部材１３ｃの内周面（図略）に形成される内周ボール転動溝（図略）と対向し、内周ボール転動溝との間で図略のボールの循環路を形成する。Ｘ軸ナット部材１３ｃは、外側軸２６と内側軸２７（以下で詳細に説明する）とがＸ軸ボールねじ軸１３ａを構成した状態（図２，図３参照）において、内周ボール転動溝と外側軸２６の外周ボール転動溝２６ｂ１との間に図略のボールを介した状態でＸ軸ボールねじ軸１３ａ（外側軸２６）と螺合される。 The outer shaft 26 includes an outer peripheral ball rolling groove 26b1 formed in a spiral shape on the outer peripheral surface 26b. The outer peripheral ball rolling groove 26b1 faces an inner peripheral ball rolling groove (not shown) formed on the inner peripheral surface (not shown) of the X-axis nut member 13c disposed on the outer side in the radial direction of the outer shaft 26. A ball circulation path (not shown) is formed between the inner peripheral ball rolling grooves. The X-axis nut member 13c has an inner peripheral ball rolling groove when the outer shaft 26 and the inner shaft 27 (described in detail below) constitute the X-axis ball screw shaft 13a (see FIGS. 2 and 3). And the outer peripheral ball rolling groove 26b1 of the outer shaft 26 are screwed into the X-axis ball screw shaft 13a (outer shaft 26) in a state where a ball (not shown) is interposed.

（２−２．内側軸２７）
内側軸２７は、第二線膨張係数α２を有する材料によって、円筒状（又は円柱状）に形成される。ここで、第二線膨張係数α２は、上述した外側軸２６が有する第一線膨張係数α１よりも小さい（α２＜α１）。また、本実施形態において、内側軸２７の軸線方向長さＬ１（図略）は、外側軸２６の軸線方向長さＬ２（図略）と同じとする（Ｌ１＝Ｌ２）。そして、内側軸２７は、外側軸２６の中空部２６ａに配置される。 (2-2. Inner shaft 27)
The inner shaft 27 is formed in a cylindrical shape (or columnar shape) with a material having the second linear expansion coefficient α2. Here, the second linear expansion coefficient α2 is smaller than the first linear expansion coefficient α1 of the outer shaft 26 described above (α2 <α1). In the present embodiment, the axial length L1 (not shown) of the inner shaft 27 is the same as the axial length L2 (not shown) of the outer shaft 26 (L1 = L2). The inner shaft 27 is disposed in the hollow portion 26 a of the outer shaft 26.

本実施形態において、内側軸２７を形成する材料は、炭素繊維強化プラスチック（以後、ＣＦＲＰとのみ称す場合がある）である。そして、内側軸２７は、ＣＦＲＰの炭素繊維の配向方向の少なくとも一部が、外側軸２６（Ｘ軸ボールねじ１３）の軸線方向と一致するよう形成される。なお、図３において、ＣＦＲＰの炭素繊維Ｑの配向方向が外側軸２６の軸線方向と一致する状態を、模式図で示す。 In the present embodiment, the material forming the inner shaft 27 is carbon fiber reinforced plastic (hereinafter sometimes referred to as only CFRP). The inner shaft 27 is formed such that at least a part of the orientation direction of the CFRP carbon fiber coincides with the axial direction of the outer shaft 26 (X-axis ball screw 13). In addition, in FIG. 3, the state with which the orientation direction of the carbon fiber Q of CFRP corresponds with the axial direction of the outer side shaft 26 is shown with a schematic diagram.

ＣＦＲＰの線膨張係数である第二線膨張係数α２は、０．２〜０．４Ｘ１０^−６／℃程度である。つまり、第二線膨張係数α２は、第一線膨張係数α１に対し非常に小さい。また、ＣＦＲＰは、炭素繊維の配向方向における引張弾性率が、約１５０〜３００ＧＰａであり、極めて高い。 The second linear expansion coefficient α2, which is the linear expansion coefficient of CFRP, is about 0.2 to 0.4 × 10 ⁻⁶ / ° C. That is, the second linear expansion coefficient α2 is very small with respect to the first linear expansion coefficient α1. CFRP has an extremely high tensile modulus of about 150 to 300 GPa in the orientation direction of carbon fibers.

つまり、ＣＦＲＰの炭素繊維の配向方向の少なくとも一部が、外側軸２６（Ｘ軸ボールねじ１３）の軸線方向と一致するよう形成された内側軸２７は、熱の影響を受け昇温しても炭素繊維の配向方向における熱膨張量は小さい。また、内側軸２７は、高弾性率であるため、外側軸２６の膨張に起因して内側軸２７に作用する力による伸びで破壊されにくい。 In other words, the inner shaft 27 formed such that at least a part of the orientation direction of the carbon fiber of the CFRP coincides with the axial direction of the outer shaft 26 (X-axis ball screw 13) is heated by the influence of heat. The amount of thermal expansion in the orientation direction of the carbon fibers is small. Further, since the inner shaft 27 has a high elastic modulus, the inner shaft 27 is not easily broken due to elongation caused by the force acting on the inner shaft 27 due to the expansion of the outer shaft 26.

図３に示すように、本実施形態においては、常温時において、中空部２６ａの内周面２６ａ１の内径φＡが、内側軸２７の外周面２７ａの外径φＢよりも若干大きくなるよう形成される（φＡ＞φＢ）。つまり、常温時においては、内側軸２７の外周面２７ａと中空部２６ａの内周面２６ａ１との間には、若干の隙間ｔを有する。隙間ｔには、接着剤が充填され、硬化し接着層２８を形成する。 As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the inner diameter φA of the inner peripheral surface 26a1 of the hollow portion 26a is formed to be slightly larger than the outer diameter φB of the outer peripheral surface 27a of the inner shaft 27 at room temperature. (ΦA> φB). That is, at normal temperature, there is a slight gap t between the outer peripheral surface 27a of the inner shaft 27 and the inner peripheral surface 26a1 of the hollow portion 26a. The gap t is filled with an adhesive and hardens to form the adhesive layer 28.

そして、硬化した接着層２８の接着剤によって、内側軸２７の外周面２７ａと中空部２６ａの内周面２６ａ１との間が強固に接着される。つまり、内側軸２７が外側軸２６の中空部２６ａに接着層２８（接着剤）を介して外側軸２６と一体的に配置される。 Then, the outer adhesive surface 27a of the inner shaft 27 and the inner peripheral surface 26a1 of the hollow portion 26a are firmly bonded by the cured adhesive of the adhesive layer 28. That is, the inner shaft 27 is disposed integrally with the outer shaft 26 in the hollow portion 26a of the outer shaft 26 via the adhesive layer 28 (adhesive).

本実施形態において、接着剤は、例えば二液性のエポキシ樹脂系接着剤である。二液性のエポキシ樹脂系接着剤は、公知の接着剤である。通常、二液性のエポキシ樹脂系接着剤を接着剤として使用する場合、使用前に分離して保管されるエポキシ基を含有する液状の化合物（主剤）と、アミン類や酸無水物などで形成される液状の硬化剤との二種の液を使用直前に混合する。そして、混合後の混合接着剤（以降、二液を混合した状態のエポキシ樹脂系接着剤を「混合接着剤」と称す）を接着させたい二部材間に充填（配置）する。その後、混合接着剤は硬化し二部材を強固に接着する。ただし、接着剤は、上記で説明した二液性に限らず、一液性の接着剤であっても良い。 In the present embodiment, the adhesive is, for example, a two-component epoxy resin adhesive. The two-component epoxy resin adhesive is a known adhesive. Normally, when two-component epoxy resin adhesive is used as an adhesive, it is formed with a liquid compound (main agent) containing an epoxy group that is separated and stored before use, and amines or acid anhydrides. The two liquids with the liquid curing agent to be mixed are mixed immediately before use. Then, the mixed adhesive after mixing (hereinafter, the epoxy resin adhesive in a state where the two liquids are mixed is referred to as “mixed adhesive”) is filled (arranged) between the two members to be bonded. Thereafter, the mixed adhesive is cured and firmly bonds the two members. However, the adhesive is not limited to the two-component type described above, and may be a one-component adhesive.

（３．作用）
次に、研削盤１に用いられたＸ軸ボールねじ１３（Ｚ軸ボールねじ１２）の作用について説明する。研削盤１が始動されると、制御装置５０は、Ｘ軸モータ１３ｂ（Ｚ軸モータ１２ｂ）を回転制御して、Ｘ軸ボールねじ１３（Ｚ軸ボールねじ１２）を作動させ、Ｘ軸ナット部材１３ｃ（Ｚ軸ナット部材（図略））の軸線方向における直線移動量を制御する。 (3. Action)
Next, the operation of the X-axis ball screw 13 (Z-axis ball screw 12) used in the grinding machine 1 will be described. When the grinding machine 1 is started, the control device 50 controls the rotation of the X-axis motor 13b (Z-axis motor 12b), operates the X-axis ball screw 13 (Z-axis ball screw 12), and the X-axis nut member. 13c (Z-axis nut member (not shown)) controls the amount of linear movement in the axial direction.

これにより、Ｘ軸ナット部材１３ｃ（Ｚ軸ナット部材（図略））に連結される砥石台４２（砥石台トラバースベース４１）の移動量を制御し、延いては砥石車４３の移動量を制御する。上述したように、制御装置５０は、ボールねじ軸の温度、研削盤周りの雰囲気温度、及び研削盤１（工作機械）の各部の温度変化に関わらず、予め設定された指令値に従って、砥石車４３をＺ軸方向又はＸ軸方向に移動させる制御を行なう。これにより、工作物Ｗの研削を予め設定されたプログラムに基づき行なう。 Thereby, the movement amount of the grinding wheel base 42 (grinding wheel base traverse base 41) connected to the X-axis nut member 13c (Z-axis nut member (not shown)) is controlled, and the movement amount of the grinding wheel 43 is controlled. To do. As described above, the control device 50 performs the grinding wheel according to the preset command value regardless of the temperature of the ball screw shaft, the ambient temperature around the grinding machine, and the temperature change of each part of the grinding machine 1 (machine tool). Control for moving 43 in the Z-axis direction or the X-axis direction is performed. Thereby, the workpiece W is ground based on a preset program.

研削盤１の始動時においては、研削盤１自体の温度はそれほど高温にはなっておらず常温近傍にある。このため、内側軸２７の外周面２７ａ及び中空部２６ａの内周面２６ａ１は残留応力、特に熱に基づく残留応力を一切有しておらずＸ軸ボールねじ１３（Ｚ軸ボールねじ１２）の軸線方向における寸法変化はない。これにより、制御装置５０が、予め設定された指令値に従って、砥石車４３をＺ軸方向又はＸ軸方向に移動させる制御を行ない工作物Ｗの研削を行なっても、砥石車４３の位置は精度よく制御されるので、工作物Ｗを精度よく研削できる。 When the grinder 1 is started, the temperature of the grinder 1 itself is not so high and is in the vicinity of the normal temperature. For this reason, the outer peripheral surface 27a of the inner shaft 27 and the inner peripheral surface 26a1 of the hollow portion 26a have no residual stress, in particular, no residual stress due to heat, and the axis of the X-axis ball screw 13 (Z-axis ball screw 12). There is no dimensional change in direction. As a result, even if the control device 50 performs the control of moving the grinding wheel 43 in the Z-axis direction or the X-axis direction according to a preset command value and grinds the workpiece W, the position of the grinding wheel 43 is accurate. Since it is well controlled, the workpiece W can be accurately ground.

しかしながら、工作物Ｗの研削が進んでくると、ボールねじ軸自体の昇温、研削盤１自体の発熱、及び研削される工作物Ｗの発熱等によって、Ｘ軸ボールねじ１３（Ｚ軸ボールねじ１２）が昇温する。このため、Ｘ軸ボールねじ１３（Ｚ軸ボールねじ１２）を構成する、鉄系材料（例えばクロムモリブデン鋼）で形成された外側軸２６が、クロムモリブデン鋼の第一線膨張係数α１の大きさに応じて軸線方向に線膨張（伸長）しようとする。 However, as the grinding of the workpiece W proceeds, the X-axis ball screw 13 (Z-axis ball screw) is caused by the temperature rise of the ball screw shaft itself, the heat generation of the grinding machine 1 itself, the heat generation of the workpiece W to be ground, and the like. 12) temperature rises. Therefore, the outer shaft 26 made of an iron-based material (for example, chrome molybdenum steel) constituting the X-axis ball screw 13 (Z-axis ball screw 12) has a magnitude of the first linear expansion coefficient α1 of chrome molybdenum steel. In response to this, it tries to linearly expand (extend) in the axial direction.

これにより、外側軸２６は、外側軸２６の中空部２６ａの内周面２６ａ１に接着される接着層２８との接着界面に対し線膨張（伸長）方向にせん断応力を付与する。これに伴い、接着層２８、及び接着層２８と外周面２７ａで接着される内側軸２７を軸線方向に引張ることになる。 As a result, the outer shaft 26 applies a shear stress in the linear expansion (extension) direction to the adhesive interface with the adhesive layer 28 adhered to the inner peripheral surface 26a1 of the hollow portion 26a of the outer shaft 26. Accordingly, the adhesive layer 28 and the inner shaft 27 bonded to the adhesive layer 28 at the outer peripheral surface 27a are pulled in the axial direction.

しかしながら、内側軸２７は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）で形成されるとともに、ＣＦＲＰの炭素繊維の配向方向の多く（少なくとも一部に相当）が、外側軸２６（Ｘ軸ボールねじ１３）の軸線方向と一致するよう形成される。 However, the inner shaft 27 is made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP), and many of the orientation directions of the carbon fibers of CFRP (corresponding to at least a part) are the axis of the outer shaft 26 (X-axis ball screw 13). It is formed to match the direction.

また、上述したように、ＣＦＲＰの線膨張係数である第二線膨張係数α２は、第一線膨張係数α１より非常に小さい。また、ＣＦＲＰは、炭素繊維の配向方向における弾性率、及び引張り強度が、鉄系材料に対して極めて高い。 Further, as described above, the second linear expansion coefficient α2 that is the linear expansion coefficient of CFRP is much smaller than the first linear expansion coefficient α1. In addition, CFRP has an extremely high elastic modulus and tensile strength in the orientation direction of carbon fibers compared to iron-based materials.

このため、内側軸２７が接着層２８を介し、伸長しようとする外側軸２６に引っ張られても、内側軸２７は、大きく伸長することはない。即ち、内側軸２７が接着層２８を介して外側軸２６の伸長を規制するので、Ｘ軸ボールねじ１３として全長が変化することはない。なお、Ｚ軸ボールねじ１２についても同様である。これにより、制御装置５０が、温度変化に関わらず、予め設定された指令値に従って、砥石車４３をＺ軸方向又はＸ軸方向に移動させる制御を行ない工作物Ｗの研削を行なっても、砥石車４３の位置は精度よく制御されるので、工作物Ｗを精度よく研削できる。 For this reason, even if the inner shaft 27 is pulled by the outer shaft 26 to be extended via the adhesive layer 28, the inner shaft 27 does not extend greatly. That is, since the inner shaft 27 restricts the extension of the outer shaft 26 via the adhesive layer 28, the total length of the X-axis ball screw 13 does not change. The same applies to the Z-axis ball screw 12. Thus, even if the control device 50 performs the control of moving the grinding wheel 43 in the Z-axis direction or the X-axis direction according to a preset command value regardless of the temperature change, Since the position of the vehicle 43 is controlled with high accuracy, the workpiece W can be ground with high accuracy.

（４．その他）
なお、上記実施形態では、工作機械を研削盤１として説明した。しかし、この態様に限らず、変形例として工作機械は、公知のマシニングセンタ（縦型及び横型、図略）であっても良い。この場合、マシニングセンタ（縦型及び横型）において、工具を駆動させる三つの駆動軸として相互に直交する三つの直進軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）を作動させる各ボールねじに本発明に係るボールねじを適用すればよい。これによっても上記実施形態と同様の効果が得られる。また、上記以外にも、ボールねじを使用する工作機械であれば、どのようなものにも適用できる。また、本発明に係るボールねじは、工作機械に限らず、ボールねじを使用する工作機械以外のどのような装置にも適用可能である。 (4. Other)
In the above embodiment, the machine tool is described as the grinding machine 1. However, not limited to this aspect, the machine tool may be a known machining center (vertical type and horizontal type, not shown) as a modified example. In this case, in the machining center (vertical type and horizontal type), the ball screw according to the present invention is used for each ball screw that operates three linear axes (X, Y, Z axes) orthogonal to each other as three drive axes for driving the tool. Should be applied. This also provides the same effect as the above embodiment. In addition to the above, the present invention can be applied to any machine tool that uses a ball screw. The ball screw according to the present invention is not limited to a machine tool, and can be applied to any device other than a machine tool using a ball screw.

また、上記実施形態では、Ｘ軸ボールねじ１３（Ｚ軸ボールねじ１２）において、内側軸２７の軸線方向長さＬ１（図略）は、外側軸２６の軸線方向長さＬ２（図略）と同じであるとして説明した（Ｌ１＝Ｌ２）。しかし、この態様には限らない。外側軸２６のうち、軸線方向において、機能上膨張を許容しない部分にのみ、内側軸２７を外側軸２６と一体的に配置し、膨張を許容してもよい部分には、内側軸２７を配置しなくてもよい。これによっても十分な効果は得られる。 In the above embodiment, in the X-axis ball screw 13 (Z-axis ball screw 12), the axial length L1 (not shown) of the inner shaft 27 is equal to the axial length L2 (not shown) of the outer shaft 26. It was described as being the same (L1 = L2). However, it is not limited to this aspect. Of the outer shaft 26, the inner shaft 27 is disposed integrally with the outer shaft 26 only in a portion that does not allow functional expansion in the axial direction, and the inner shaft 27 is disposed in a portion that may allow expansion. You don't have to. This also provides a sufficient effect.

また、上記実施形態では、内側軸２７の外周面２７ａと外側軸２６の中空部２６ａの内周面２６ａ１との間の隙間ｔに混合接着材を充填し硬化させて、内側軸２７と外側軸２６とを一体的に配置すると説明した。しかし、この態様には限らない。外側軸を加熱した後、加熱によって内径が拡大した中空部に内側軸を挿入し、外側軸の冷却後に内側軸と外側軸とを一体的に配置する公知の焼き嵌めによって、各ボールねじ軸を形成してもよい。なお、このとき、接着層は不要である。これによっても相応の効果が得られる。 Further, in the above embodiment, the gap t between the outer peripheral surface 27a of the inner shaft 27 and the inner peripheral surface 26a1 of the hollow portion 26a of the outer shaft 26 is filled with a mixed adhesive and cured, so that the inner shaft 27 and the outer shaft 26 has been described as an integral arrangement. However, it is not limited to this aspect. After heating the outer shaft, the inner shaft is inserted into a hollow portion whose inner diameter is expanded by heating, and after cooling the outer shaft, each ball screw shaft is fixed by a well-known shrinkage fitting in which the inner shaft and the outer shaft are integrally arranged. It may be formed. At this time, the adhesive layer is unnecessary. This also provides a reasonable effect.

また、上記実施形態では、内側軸２７を炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）で形成した。しかし、この態様にはかぎらない。内側軸２７は、線膨張係数が、外側軸２６の第一線膨張係数α１より非常に小さければ、他の材質で形成されてもよい。例えばインバー（不変鋼）やセラミック（例えば、アドセラム等）でもよい。インバーは、常温付近で熱膨張率が比較的小さい合金であり、スーパーインバー、ステンレスインバー、Ｆｅ−Ｐｔ合金、Ｆｅ−Ｐｄ合金、３６％ニッケル鋼などが知られている。ちなみに、３６％ニッケル鋼の線膨張係数は、１．４×１０^−６／℃である。 In the above embodiment, the inner shaft 27 is made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP). However, this embodiment is not limited. The inner shaft 27 may be formed of other materials as long as the linear expansion coefficient is much smaller than the first linear expansion coefficient α1 of the outer shaft 26. For example, invar (invariant steel) or ceramic (for example, adceram) may be used. Invar is an alloy having a relatively small coefficient of thermal expansion near normal temperature, and super invar, stainless invar, Fe—Pt alloy, Fe—Pd alloy, 36% nickel steel, and the like are known. Incidentally, the linear expansion coefficient of 36% nickel steel is 1.4 × 10 ⁻⁶ / ° C.

また、上記実施形態では、内側軸素材を形成する際、一方向に配向された炭素繊維によって形成するものとして説明した。しかし、この態様には限らない。炭素繊維は、直交、又は所定の角度を有して二方向以上に配向された状態で形成されてもよい。ただし、配向方向のうち一方向は、内側軸の軸線方向と一致していることが好ましい。これによっても十分な効果が期待できる。 Moreover, in the said embodiment, when forming an inner-shaft raw material, it demonstrated as what is formed with the carbon fiber orientated in one direction. However, it is not limited to this aspect. The carbon fibers may be formed in a state of being orthogonal or having a predetermined angle and oriented in two or more directions. However, it is preferable that one of the orientation directions coincides with the axial direction of the inner axis. A sufficient effect can be expected also by this.

また、上記実施形態では、砥石車４３（工具）の位置をボールねじ１３（１２）によって制御し位置決めする態様とした。しかしながら、この態様には限らず、砥石車４３（工具）の位置及び工作物Ｗの位置、又は工作物Ｗのみの位置をボールねじによって制御する態様であっても良い。 Moreover, in the said embodiment, it was set as the aspect which controls and positions the position of the grinding wheel 43 (tool) with the ball screw 13 (12). However, the present invention is not limited to this mode, and a mode in which the position of the grinding wheel 43 (tool) and the position of the workpiece W, or the position of only the workpiece W is controlled by a ball screw may be used.

また、上記実施形態の態様に限らず、変形態様として、図４の模式図に示すように、内側軸を例えば等分で二分割し、第一内側軸１２７ａ及び第二内側軸１２７ｂとして、外側軸２６の中空部２６ａに配置しても良い。このとき、第一内側軸１２７ａ及び第二内側軸１２７ｂは、それぞれ外側軸２６の中空部２６ａに中空部２６ａの両端から各々挿入して配置するものとする。ここで、第一内側軸１２７ａ及び第二内側軸１２７ｂの各外周面と中空部２６ａの内周面２６ａ１との間には接着層２８を備える。また、外側軸２６の中空部２６ａに配置された第一内側軸１２７ａ及び第二内側軸１２７ｂは、対向する各端面間に隙間βを有するよう配置する。ただし、隙間βは無くても良い。 Moreover, not only the aspect of the said embodiment but as a deformation | transformation aspect, as shown to the schematic diagram of FIG. 4, an inner side axis | shaft is divided into two equally, for example, and it is outer side as the 1st inner side axis | shaft 127a and the 2nd inner side axis | shaft 127b. You may arrange | position in the hollow part 26a of the axis | shaft 26. FIG. At this time, the first inner shaft 127a and the second inner shaft 127b are respectively inserted into the hollow portion 26a of the outer shaft 26 from both ends of the hollow portion 26a. Here, an adhesive layer 28 is provided between the outer peripheral surfaces of the first inner shaft 127a and the second inner shaft 127b and the inner peripheral surface 26a1 of the hollow portion 26a. The first inner shaft 127a and the second inner shaft 127b disposed in the hollow portion 26a of the outer shaft 26 are disposed so as to have a gap β between the opposing end surfaces. However, the gap β may not be present.

内側軸２７を第一内側軸１２７ａ及び第二内側軸１２７ｂに二分割したことにより、内側軸が長軸でかつ一本で形成される場合と比べ、外側軸２６の軸線（軸心）に対する内側軸の軸線（軸心）のずれ量を抑制することができる。また、第一内側軸１２７ａ及び第二内側軸１２７ｂの対向する各端面間に隙間βを設けたことにより、第一内側軸１２７ａと第二内側軸１２７ｂとの間の干渉が防止できる。 By dividing the inner shaft 27 into the first inner shaft 127a and the second inner shaft 127b, compared to the case where the inner shaft is a long axis and is formed as a single shaft, the inner shaft 27 is located on the inner side with respect to the axis (axial center) of the outer shaft 26. A shift amount of the axis (axis) of the shaft can be suppressed. Further, by providing the gap β between the opposing end surfaces of the first inner shaft 127a and the second inner shaft 127b, interference between the first inner shaft 127a and the second inner shaft 127b can be prevented.

また、上記実施形態によれば、内側軸２７の炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）の繊維の配向方向の少なくとも一部が、外側軸２６の軸線方向と一致するよう形成したが、この態様には限らない。内側軸２７の炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）の繊維の配向方向は、外側軸２６の軸線方向に対して、０度から２０度程度の小さな傾きを有して形成されても良い。 Moreover, according to the said embodiment, at least one part of the orientation direction of the fiber of the carbon fiber reinforced plastic (CFRP) of the inner side axis | shaft 27 was formed so that it might correspond with the axial direction of the outer side axis | shaft 26. Absent. The orientation direction of the carbon fiber reinforced plastic (CFRP) fiber of the inner shaft 27 may be formed with a small inclination of about 0 to 20 degrees with respect to the axial direction of the outer shaft 26.

（５．実施形態による効果）
上記実施形態によれば、ボールねじ軸１３ａ（１２ａ）は、第一線膨張係数α１を有する金属材料である鉄系材料（例えば、クロムモリブデン鋼）によって円筒状に形成され円筒内側に中空部２６ａを備える外側軸２６と、第一線膨張係数α１よりも小さな第二線膨張係数α２を有する材料によって形成され、外側軸２６の中空部２６ａに外側軸２６と一体的に配置される内側軸２７と、を備える。 (5. Effect by embodiment)
According to the above embodiment, the ball screw shaft 13a (12a) is formed in a cylindrical shape by an iron-based material (for example, chromium molybdenum steel) that is a metal material having the first linear expansion coefficient α1, and the hollow portion 26a is formed inside the cylinder. And an inner shaft 27 formed of a material having a second linear expansion coefficient α2 smaller than the first linear expansion coefficient α1 and disposed integrally with the outer shaft 26 in the hollow portion 26a of the outer shaft 26. And comprising.

これにより、ボールねじ軸１３ａ（１２ａ）は鉄系材料（金属材料）で形成された外側軸２６が第一線膨張係数α１に従って軸線方向に伸長しようとしても、外側軸２６の中空部２６ａに外側軸２６と一体的に配置された第一線膨張係数α１よりも小さな第二線膨張係数α２で形成された内側軸２７によって、その伸長を規制される。従って、ボールねじ軸１３ａ（１２ａ）が昇温しても、従来技術のように、昇温した温度をセンサで測定し、測定した温度変化に基づいて制御量を補正する必要がないので、使用する部品点数が抑制でき、機械を簡素化できる。 As a result, the ball screw shaft 13a (12a) is formed on the outside of the hollow portion 26a of the outer shaft 26 even when the outer shaft 26 formed of an iron-based material (metal material) tries to extend in the axial direction according to the first linear expansion coefficient α1. The expansion is regulated by the inner shaft 27 formed with the second linear expansion coefficient α2 smaller than the first linear expansion coefficient α1 disposed integrally with the shaft 26. Accordingly, even when the temperature of the ball screw shaft 13a (12a) is increased, it is not necessary to measure the increased temperature with a sensor and correct the control amount based on the measured temperature change as in the prior art. The number of parts to be reduced can be suppressed, and the machine can be simplified.

また、上記実施形態によれば、内側軸２７を形成する材料は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）である。ＣＦＲＰの第二線膨張係数α２は、外側軸２６の第一線膨張係数α１より非常に小さい。このため、内側軸２７は、熱の影響を受け昇温してもほとんど熱膨張しない。これにより、外側軸２６が第一線膨張係数α１に従って軸線方向に伸長しようとしても、外側軸２６の伸長を効果的に規制することができる。 Moreover, according to the said embodiment, the material which forms the inner side axis | shaft 27 is a carbon fiber reinforced plastic (CFRP). The second linear expansion coefficient α2 of the CFRP is much smaller than the first linear expansion coefficient α1 of the outer shaft 26. For this reason, the inner shaft 27 is hardly thermally expanded even when the temperature is increased due to the influence of heat. Thereby, even if the outer shaft 26 tries to extend in the axial direction according to the first linear expansion coefficient α1, the extension of the outer shaft 26 can be effectively restricted.

また、上記実施形態によれば、内側軸２７の炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）の繊維の配向方向の少なくとも一部が、外側軸２６の軸線方向と一致する。このため、内側軸２７は、熱の影響を受け昇温しても、特に炭素繊維の配向方向である軸線方向における熱膨張は小さい。また、配向方向における引張りに対して特に高弾性率である。これにより、外側軸２６が第一線膨張係数α１に従って軸線方向に伸長しようとしても、外側軸２６の伸長をより効果的に規制することができる。 Further, according to the embodiment, at least a part of the orientation direction of the carbon fiber reinforced plastic (CFRP) fiber of the inner shaft 27 coincides with the axial direction of the outer shaft 26. For this reason, even if the inner shaft 27 is heated by the influence of heat, the thermal expansion in the axial direction, which is the orientation direction of the carbon fibers, is particularly small. In addition, the elastic modulus is particularly high with respect to tension in the orientation direction. Thereby, even if the outer shaft 26 tries to extend in the axial direction according to the first linear expansion coefficient α1, the extension of the outer shaft 26 can be more effectively regulated.

また、上記実施形態の変形態様によれば、ボールねじ軸の内側軸は第一内側軸１２７ａ及び第二内側軸１２７ｂを備え、第一内側軸１２７ａ及び第二内側軸１２７ｂはそれぞれ外側軸２６の中空部２６ａに中空部２６ａの両端から各々挿入されて配置される。これにより、内側軸が長軸でかつ一本で形成される場合と比べ、外側軸２６の軸線（軸心）に対する内側軸の軸線（軸心）のずれ量を抑制することができる。 Further, according to the modification of the above embodiment, the inner shaft of the ball screw shaft includes the first inner shaft 127 a and the second inner shaft 127 b, and the first inner shaft 127 a and the second inner shaft 127 b are respectively the outer shaft 26. The hollow portion 26a is inserted and arranged from both ends of the hollow portion 26a. Thereby, compared with the case where an inner axis | shaft is a long axis and it forms with one, the deviation | shift amount of the axis line (axial center) of the inner axis | shaft with respect to the axial line (axial center) of the outer side axis | shaft 26 can be suppressed.

また、上記実施形態の変形態様によれば、外側軸２６の中空部２６ａに配置された第一内側軸１２７ａ及び第二内側軸１２７ｂは、対向する各端面間に隙間βを有する。これにより、第一内側軸１２７ａと第二内側軸１２７ｂとの間の干渉が防止できる。 Moreover, according to the deformation | transformation aspect of the said embodiment, the 1st inner side shaft 127a and the 2nd inner side shaft 127b arrange | positioned at the hollow part 26a of the outer side shaft 26 have the clearance gap (beta) between each opposing end surface. Thereby, interference between the 1st inner side shaft 127a and the 2nd inner side shaft 127b can be prevented.

また、上記実施形態によれば、工作機械は、上記ボールねじ軸１３ａ（１２ａ）を用いた研削盤１であって、ボールねじ軸１３ａ（１２ａ）を用いて構成されるボールねじ１３（１２）の作動により、砥石車４３（工具）が直線移動して位置決めされる。 Moreover, according to the said embodiment, the machine tool is the grinding machine 1 using the said ball screw shaft 13a (12a), Comprising: The ball screw 13 (12) comprised using the ball screw shaft 13a (12a) By this operation, the grinding wheel 43 (tool) is linearly moved and positioned.

このように本発明に係る温度変化に対して寸法変化が小さなボールねじ軸１３ａ（１２ａ）が、研削盤１（工作機械）の作動において重要な要素である砥石車４３（工具）の位置決めを行なうボールねじに適用されるので、精度よく工作物が作製できる。 Thus, the ball screw shaft 13a (12a) having a small dimensional change with respect to the temperature change according to the present invention positions the grinding wheel 43 (tool) which is an important element in the operation of the grinding machine 1 (machine tool). Since it is applied to a ball screw, a workpiece can be produced with high accuracy.

１；研削盤（工作機械）、１２ａ；Ｚ軸ボールねじ軸、１３ａ；Ｘ軸ボールねじ軸、２６；外側軸、２６ａ；中空部、２６ａ１；内周面、２６ｂ；外周面、２７；内側軸、２７ａ；外周面、２８；接着層、４３；砥石車（工具）、Ｗ；工作物、 α１；第一線膨張係数、 α２；第二線膨張係数。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Grinding machine (machine tool), 12a; Z-axis ball screw shaft, 13a; X-axis ball screw shaft, 26; Outer shaft, 26a; Hollow part, 26a1; Inner peripheral surface, 26b: Outer peripheral surface, 27; 27a; outer peripheral surface, 28; adhesive layer, 43; grinding wheel (tool), W; workpiece, α1; first linear expansion coefficient, α2; second linear expansion coefficient.

Claims

An outer shaft formed in a cylindrical shape by a metal material having a first linear expansion coefficient and having a hollow portion inside the cylinder;
A ball screw shaft comprising: an inner shaft formed of a material having a second linear expansion coefficient smaller than the first linear expansion coefficient, and disposed integrally with the outer shaft in the hollow portion of the outer shaft.

The ball screw shaft according to claim 1, wherein the material forming the inner shaft is a carbon fiber reinforced plastic.

The ball screw shaft according to claim 2, wherein an orientation direction of the carbon fiber reinforced plastic fiber of the inner shaft coincides with an axial direction of the outer shaft.

The inner shaft comprises a first inner shaft and a second inner shaft;
The ball screw according to any one of claims 1 to 3, wherein the first inner shaft and the second inner shaft are respectively inserted into the hollow portion of the outer shaft from both ends of the hollow portion. axis.

5. The ball screw shaft according to claim 4, wherein the first inner shaft and the second inner shaft disposed in the hollow portion of the outer shaft have a gap between respective opposing end surfaces.

A machine tool using the ball screw shaft according to any one of claims 1 to 5,
A machine tool using a ball screw shaft in which a tool or a workpiece is linearly moved and positioned by operation of a ball screw configured using the ball screw shaft.