JP4732170B2

JP4732170B2 - 工作機械の直動案内装置

Info

Publication number: JP4732170B2
Application number: JP2005518080A
Authority: JP
Inventors: 秦介菅田; 義秀瀬尾; 正槇山
Original assignee: Horkos Corp
Current assignee: Horkos Corp
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2025-02-18
Also published as: WO2005077597A1; JPWO2005077597A1; DE112005000326B4; DE112005000326T5

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の直動案内装置に関し、特に、軸受に装備される担持体の熱変形を防止するための構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械には、ワークを加工する場合にワークを取り付けたテーブルが動くタイプと、工具を取り付けた主軸が動くタイプの２つのタイプがある。図１３に示したものは、後者のタイプであって、米国特許第６５１９８２３号明細書に記載されている。
【０００３】
図１３において、コラム１に、Ｘ軸方向に動くＸ軸用サドル２と、Ｙ軸方向に動くＹ軸用サドル３とが装備されている（Ｚ軸方向に動くテーブルが装備されている例については、説明を省略する。）。Ｘ、Ｙ軸用のサドル２，３は、それぞれボールネジ４、５で駆動される。Ｘ、Ｙ軸用のサドル２，３は、それぞれレール６，７上を鞍状の軸受８，９を介して直線的に滑動する。鞍状の軸受１１上に担持され、ワークを加工する主軸１０も、同様にしてレール１２上をＺ軸方向に滑動する。
【０００４】
本発明では、ワークを加工する工作機械において、レール上を滑動する軸受と、この軸受上に装備されるテーブル、サドル、主軸などの担持体とを含めて直動案内装置と称する。
【０００５】
従来の直動案内装置としては、特開平５−３２１９３２号公報に示されるように、軸方向に形成した複数の転送溝を外周面上に有し、転送溝に沿って走行する多数のボールを介して鞍状のベアリング本体を滑動自在に支持する長尺の直動軸受用中空軌道台において、僅かに平行でない一対の軌道台に装備された直動軸受を滑らかに走行させるために、弾性限度内で変形して２列並行誤差を吸収しうる程度に薄肉とされた中空構造の筒状体で軌道台を構成し、この軌道台の中空部分に冷却剤を流して軌道台の熱変形を回避するものが知られている。
【０００６】
熱変形の対策として、例えば、特開２００２−３７２１１９号公報に示されるように、ボールネジ軸受の発熱源である転動ボールの冷却に着目したものがあるが、主軸またはワークを取り付けたテーブル、スライドなどの担持体を軸受に装備してレール上を滑動させる場合、２本のレールで４点の軸受固定を必要とするため、高速で滑動させると軸受の機械的な熱変形が生じ、精度が出しにくいという欠点があった。
【０００７】
すなわち、図１２で説明すると、図１２（ａ）において、符号Ｒはレール、符号Ｕは軸受、符号Ｔは担持体を構成するテーブルである。仮にレールＲ，Ｒの間隔を５００ｍｍとし、レールＲ，Ｒの上に幅が１５００ｍｍのテーブルＴが軸受Ｕを介して滑動自在に装備されているとする。テーブルＴおよび軸受Ｕの熱膨張率を１×１０−５ｍｍ／℃として、軸受Ｕのみが１０℃上昇したとしても、軸受高さＤを１００ｍｍとしたとき、テーブルＴは０．０１ｍｍしか熱変形しない。
【０００８】
しかしながら、テーブルＴが局部的に熱をもち１０℃上昇すると、テーブルＴの端部の変形は約０．２６ｍｍとなり、変形量が約２６倍になることが判明した。図１２（ｂ）は、テーブルＴの端部が変形した状態を示している。
【０００９】
このようにテーブルＴが変形するのは、テーブルＴが局部的に熱せられて熱的バランスが崩れた結果であり、この変形によって加工精度が維持できなくなる。そこで、高速での加工精度を向上するためには、如何にしてテーブルＴの変形を最小限に抑えるかが重要な課題となる。
【発明の開示】
【００１０】
本発明の目的は、軸受に装備される担持体を有する工作機械の直動案内装置において、軸受から担持体に熱が伝わらないようにして担持体の熱変形を防止し、高速滑動時の加工精度を向上させた工作機械の直動案内装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、軸受と担持体との間に断熱を兼ねたスペーサを介在させ、軸受から担持体への熱伝播をスペーサで遮断することにより、担持体の熱変形を防止し、高速滑動時の加工精度を向上させた工作機械の直動案内装置を提供することにある。
【００１２】
本発明では、転動体を介してレール上を滑動する軸受と、この軸受上に装備される担持体とを有する工作機械の直動案内装置において、軸受から担持体への熱の伝播を遮断するための断熱層が設けられる。断熱層の設置場所については、次のような種々の形態が考えられる。
（１）軸受内部の転動体と軸受上面との間に断熱層を設ける。
（２）軸受と担持体との間に断熱層を設ける。
（３）軸受と担持体との間にスペーサを介在させ、このスペーサに断熱層を設ける。
（４）上記（１）、（２）、（３）の２つ以上を組み合わせる。
【００１３】
このように直動案内装置の特定の場所に断熱層を設けることによって、軸受から担持体への熱の伝播が遮断されるので、担持体の熱変形を防止して加工精度を向上させることができる。
【００１４】
本発明の実施形態では、断熱層が断熱材または冷却剤を流す層からなる。冷却剤は気体、液体、気液混合流体（ミストを含む）のいずれでもよい。上記（１）の場合は軸受の上面に冷却剤を流し、（２）の場合は担持体の下面に冷却剤を流し、（３）の場合はスペーサの上面もしくは下面（または両方）に冷却剤を流すことにより、軸受の熱を冷却剤で吸収することができる。
【００１５】
本発明の実施形態では、断熱層が冷却剤の環流する溝部から構成される。この溝部は、全体的な熱的バランスをとるような形で、軸受からの熱を満遍なく吸収できるように配置されていることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の他の実施形態では、断熱層が、軸受の転動体近傍または軸受上面に設けられた第１の断熱層と、担持体または担持体と軸受との間に介在するスペーサに設けられた第２の断熱層とから構成される。断熱層を２つの層から構成することにより、軸受の熱が担持体へ一層伝わりにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による直動案内装置の第１実施例を示す図である。
【図２】発明による直動案内装置の第２実施例を示す図である。
【図３】本発明による直動案内装置の第３実施例を示す図である。
【図４】本発明による直動案内装置の第４実施例を示す図である。
【図５】本発明による直動案内装置の第５実施例を示す図である。
【図６】本発明による直動案内装置の第６実施例を示す図である。
【図７】本発明による直動案内装置の第７実施例を示す図である。
【図８】スペーサの変形例を示す図である。
【図９】本発明における断熱構造の各種パターンを示す図である。
【図１０】本発明による直動案内装置の第８実施例を示す図である。
【図１１】本発明が適用される直動案内装置の一例を示す外形図である。
【図１２】熱によるテーブルの変形を説明する図である。
【図１３】従来の工作機械の一例を示す外観図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１１は、本発明が適用される直動案内装置の一例を示した外形図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。側面図（ａ）は、正面図（ｂ）を矢印Ｋの方向から見た左側面を表している。図を簡単にするため、ここでは転動体の図示は省略している。２１は達磨形状のレール、２２は鞍状の軸受である。軸受２２は、図示しない転動体を介して、レール２１を把持した状態でレール上を滑動する。符号Ｓは、後述する冷却剤用導管の埋栓である。図１１の構造は、従来のものと同じであって、埋栓Ｓを除いて以下に述べる各実施例に共通のものである。
【実施例１】
【００１９】
図１は、実施例１を示している。本実施例は、担持体が装備される軸受内部の上面付近に冷却剤の流れる断熱層を設けた例である。
【００２０】
図１（ａ）、（ｂ）は、レール２１と軸受２２とを有する直動案内装置（以下単に「装置」という。）を示しており、（ａ）は装置の断面図、（ｂ）は装置の平面図である。断面図（ａ）は平面図（ｂ）のＡ−Ａ断面での矢視図である。２３は、レール２１と軸受２２との間に介在して周知の滑動作用を行う転動ボールである。転動体としては、球状、円筒状、針状など種々のものがあるが、ここでは球状の転動ボールの例で説明する（実施例２以下においても同様）。３１〜３３は冷却剤が環流する導管、３０は冷却剤が入る入口導管、３４は冷却剤が出る出口導管、Ｓは導管３１〜３３の端部に設けられた埋栓である。
【００２１】
図１（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、担持体であるテーブルの一端部を示しており、（ｃ）はテーブル２４の側面図、（ｄ）はテーブル２４の断面図、（ｅ）はテーブル２４の平面図である。断面図（ｄ）は平面図（ｅ）のＢ−Ｂ断面での矢視図である。２８，３６は冷却剤が環流する導管、２５，２７は冷却剤が入る入口導管、２６，３７は冷却剤が出る出口導管である。
【００２２】
テーブル２４は、上述した軸受２２の上面に、接合（もしくは嵌合）により装備される。軸受２２とテーブル２４との接合部分は、液漏れがないように密閉構造になっている。テーブル２４が軸受２２に装備された状態では、軸受２２の入口導管３０とテーブル２４の導管２８とが連通し、軸受２２の出口導管３４とテーブル２４の導管３６とが連通する。
【００２３】
図１（ｂ）、（ｅ）を参照して、図示しない冷却剤供給部から供給される冷却剤は、入口導管２５を通ってテーブル２４の入口導管２７に入り、導管２８を経て、図１（ｂ）の２点鎖線２９で示すように軸受２２の入口導管３０に入る。その後、冷却剤は、コ字状に配列された内部の導管３１、３２、３３を経て、２点鎖線３５で示すように軸受２２の出口導管３４から出る。出口導管３４から出た冷却剤は、テーブル２４内の導管３６、出口導管３７を通って出口導管２６に導かれ、出口導管２６から熱を吸収した冷却剤が排出される。
【００２４】
図１においては、導管３１、３３によって断熱層が構成される。導管３２は、導管３１、３３を繋ぐ繋管である。そして、冷却剤が導管３１、３２、３３を周回して軸受２２の内部を環流する構造となっている。断熱層を構成する導管３１、３３は、軸受２２の内部で上下２列の転動ボール２３近傍の上方にあって、転動ボール２３と軸受２２の上面との間に位置している。したがって、軸受２２を高速でレール２１上を滑動させた場合でも、転動ボール２３を熱源とする軸受２２の熱は、導管３１、３３を流れる冷却剤によって吸収され、軸受２２からテーブル２４への熱の伝播が遮断されるので、テーブル２４の熱変形を防止して加工精度を向上させることができる。
【００２５】
また、図１では、熱源となる上下２列の転動ボール２３の近傍で、かつ転動ボール２３の列に沿うように、断熱層である導管３１、３３が設けられている。このため、断熱層は熱源を広くカバーすることになるので、熱源からテーブル２４へ伝わろうとする熱を効果的に遮断することができる。また、断熱層を軸受２２の内部に設けることで、熱がテーブル２４へ伝播する前の段階で熱を遮断することができ、テーブル２４の熱変形を確実に防止することができる。さらに、軸受２２本体の熱変形を防止できる効果もある。
【００２６】
なお、導管の大きさ、および複数本の導管の配列組み合わせなどは、アプリケーションに応じた冷却効果の度合いを考慮して設計される。以下の実施例においても同様である。
【実施例２】
【００２７】
図２は、実施例２を示している。本実施例は、担持体が装備される軸受の上面に冷却剤の流れる断熱層を設けた例である。図２（ａ）、（ｂ）は、レール２１と軸受２２とを有する直動案内装置（以下単に「装置」という。）を示しており、（ａ）は装置の断面図、（ｂ）は装置の平面図である。断面図（ａ）は平面図（ｂ）のＡ−Ａ断面での矢視図である。２３は、レール２１と軸受２２との間に介在して周知の滑動作用を行う転動ボールである。４０は、軸受２２の上面３９に掘削された冷却剤の流れる溝部、４１は溝部４０の入口部、４２は溝部４０の出口部である。
【００２８】
図２（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、担持体であるテーブルの一端部を示しており、（ｃ）はテーブル２４の側面図、（ｄ）はテーブル２４の断面図、（ｅ）はテーブル２４の平面図である。断面図（ｄ）は平面図（ｅ）のＢ−Ｂ断面での矢視図である。２８，３６，４４は冷却剤が環流する導管、２５，２７は冷却剤が入る入口導管、２６は冷却剤が出る出口導管である。
【００２９】
テーブル２４は、上述した軸受２２の上面に、接合（もしくは嵌合）により装備される。軸受２２とテーブル２４との接合部分は、液漏れがないように密閉構造になっている。テーブル２４が軸受２２に装備された状態では、軸受２２の溝部４０における入口部４１とテーブル２４の導管２８とが連通し、軸受２２の溝部４０における出口部４２とテーブル２４の導管３６とが連通する。
【００３０】
図２（ｂ）、（ｅ）を参照して、図示しない冷却剤供給部から供給される冷却剤は、入口導管２５を通ってテーブル２４の入口導管２７に入り、導管２８を経て、図２（ｂ）の２点鎖線３８で示すように軸受２２の溝部４０の入口部４１に流れ込む。流れ込んだ冷却剤は、軸受２２の上面３９全体に広がる逆Ｓ字状の溝部４０を矢印のごとく環流して出口部４２に至り、２点鎖線４３で示すように軸受２２から排出されて、テーブル２４内の出口導管３６、導管４４を通って出口導管２６に導かれ、出口導管２６から熱を吸収した冷却剤が排出される。
【００３１】
図２においては、溝部４０によって断熱層が構成される。そして、冷却剤が逆Ｓ字状の溝部４０を周回して軸受２２の上面３９を環流する構造となっている。断熱層を構成する溝部４０は、軸受２２とテーブル２４との間に位置している。したがって、軸受２２を高速でレール２１上を滑動させた場合でも、転動ボール２３を熱源とする軸受２２の熱は、溝部４０を流れる冷却剤によって吸収され、軸受２２からテーブル２４への熱の伝播が遮断されるので、テーブル２４の熱変形を防止して加工精度を向上させることができる。
【００３２】
また、図２では、断熱層である溝部４０が軸受２２の上面３９の全体に広がっていて熱源を幅広くカバーするため、熱源からテーブル２４へ伝わろうとする熱を効果的に遮断することができる。溝部４０の横方向に延びる部分は、転動ボール２３の列に沿った横方向の熱を吸収し、溝部４０の縦方向に延びる部分は、軸受２２の熱分布を均一化する。また、断熱層を軸受２２の上面３９に設けることで、熱がテーブル２４へ伝播する前の段階で熱を遮断することができ、テーブル２４の熱変形を確実に防止することができる。
【００３３】
また、断熱層を溝部４０で構成することで、断熱層の設計自由度を確保できるという利点もある。断熱層に求められる機能は、冷却剤を目的の熱源に積極的に導き、かつ、熱源で暖められた冷却剤を滞ることなく速やかに外部へ排出することであるが、このためには、断熱層が一方通行であって逆流しない構造となっていることが望ましい。そこで、断熱層を溝部とすることで、熱源の位置や発生する熱量の熱的分布にあわせて、断熱層の経路や形状を自由に設計することができる。また、エンドミルによる任意の形状の溝加工が簡単にできる。
【００３４】
たとえば、熱源付近では、溝部を蛇行させることにより、冷却剤が熱源の熱を吸収する時間を長くし、熱源から遠いところでは、溝を直線形状とすることにより、熱を吸収した冷却剤を速やかに外部へ排出することが可能となる。
【００３５】
なお、溝部の深さや配列、局部的な幅の大小などの組み合わせは、アプリケーションに応じた冷却効果の度合いを考慮して設計される。以下の実施例においても同様である。
【実施例３】
【００３６】
図３は、実施例３を示している。本実施例は、断熱層を、軸受の転動体近傍に設けられた第１の断熱層と、軸受の上面に設けられた第２の断熱層とから構成した例であって、基本的には上述した実施例１と実施例２とを組み合わせたものに相当する。
【００３７】
図３（ａ）、（ｂ）は、レール２１と軸受２２とを有する直動案内装置（以下単に「装置」という。）を示しており、（ａ）は装置の断面図、（ｂ）は装置の平面図である。断面図（ａ）は平面図（ｂ）のＡ−Ａ断面での矢視図である。２３は、レール２１と軸受２２との間に介在して周知の滑動作用を行う転動ボールである。４９、５０、５３〜５５は軸受２２の内部に設けられた冷却剤が環流する導管、３０は冷却剤が入る入口導管、４０は軸受２２の上面３９に掘削された冷却剤の流れる溝部、Ｓは導管４９、５４の端部に設けられた埋栓である。溝部４０はＳ字状に形成されており、一端において導管５０と連通し、他端において導管５３と連通している。
【００３８】
図３（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、担持体であるテーブルの一端部を示しており、（ｃ）はテーブル２４の側面図、（ｄ）はテーブル２４の断面図、（ｅ）はテーブル２４の平面図である。断面図（ｄ）は平面図（ｅ）のＢ−Ｂ断面での矢視図である。２８，３６，４４は冷却剤が環流する導管、２５，２７は冷却剤が入る入口導管、２６は冷却剤が出る出口導管である。
【００３９】
テーブル２４は、上述した軸受２２の上面に、接合（もしくは嵌合）により装備される。軸受２２とテーブル２４との接合部分は、液漏れがないように密閉構造になっている。テーブル２４が軸受２２に装備された状態では、軸受２２の入口導管３０とテーブル２４の導管２８とが連通し、軸受２２の登り導管５５とテーブル２４の導管３６とが連通する。
【００４０】
図３（ｂ）、（ｅ）を参照して、図示しない冷却剤供給部から供給される冷却剤は、入口導管２５を通ってテーブル２４の入口導管２７に入り、導管２８を経て、図３（ｂ）の２点鎖線３８で示すように軸受２２の入口導管３０に入る。その後、冷却剤は、転動ボール２３の列の上側に位置する導管４９を流れ、登り導管５０を通って軸受２２の上面３９に出る。軸受２２の上面３９には溝部４０があり、冷却剤は溝部４０を２点鎖線５１で示すように流れる。そして、出口５２において、冷却剤は軸受２２の内部に下降する下り導管５３を通って、転動ボール２３の列の上側に位置する導管５４を流れ、登り導管５５を通って２点鎖線４３で示すように軸受２２から出る。軸受２２から出た冷却剤は、テーブル２４内の導管３６、４４を通って出口導管２６に導かれ、出口導管２６から熱を吸収した冷却剤が排出される。
【００４１】
図３においては、導管４９、５４によって第１の断熱層が構成され、溝部４０によって第２の断熱層が構成される。そして、冷却剤が導管４９、溝部４０、導管５４を周回して軸受２２の上面および内部を環流する構造となっている。第１の断熱層を構成する導管４９、５４は、熱源となる転動ボール２３近傍の上方にあり、第２の断熱層を構成する溝部４０は、軸受２２の上面３９の全体に広がっていて熱源を幅広くカバーしている。したがって、第１の断熱層と第２の断熱層とを併用することにより、熱源で発生した熱をより効率良く吸収することができ、軸受２２を高速でレール２１上を滑動させた場合でも、軸受２２の熱はテーブル２４へ伝わりにくくなるので、テーブル２４の熱変形を防止して加工精度を向上させることができる。
【実施例４】
【００４２】
図４は、実施例４を示している。本実施例は、冷却剤を流す溝部を担持体に形成した例である。
【００４３】
図４（ａ）、（ｂ）は、レール２１と軸受２２とを有する直動案内装置（以下単に「装置」という。）を示しており、（ａ）は装置の断面図、（ｂ）は装置の平面図である。断面図（ａ）は平面図（ｂ）のＡ−Ａ断面での矢視図である。２３は、レール２１と軸受２２との間に介在して周知の滑動作用を行う転動ボールである。本実施例では、軸受２２に冷却剤の流れる導管や溝部は設けられていない。
【００４４】
図４（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、担持体であるテーブルの一端部を示しており、（ｃ）はテーブル２４の側面図、（ｄ）はテーブル２４の断面図、（ｅ）はテーブル２４の平面図である。断面図（ｄ）は平面図（ｅ）のＢ−Ｂ断面での矢視図である。２８，３６，４４は冷却剤が環流する導管、４５は冷却剤が環流する溝部、２５，２７は冷却剤が入る入口導管、２６は冷却剤が出る出口導管である。溝部４５は、テーブル２４の下面４８に逆Ｓ字状に形成されており、一端において導管２８と連通し、他端において導管３６と連通している。テーブル２４は、上述した軸受２２の上面に、接合（もしくは嵌合）により装備される。軸受２２とテーブル２４との接合部分は、液漏れがないように密閉構造になっている。
【００４５】
図４（ｄ）、（ｅ）を参照して、図示しない冷却剤供給部から供給される冷却剤は、入口導管２５を通ってテーブル２４の入口導管２７に入り、導管２８を経て、テーブル２４の下面４８に形成された溝部４５の入口部４６に流れ込む。入口部４６に流れ込んだ冷却剤は、テーブル２４の下面４８全体に広がる逆Ｓ字状の溝部４５を矢印４７のごとく環流して出口部４２に至り、テーブル２４内の出口導管３６、導管４４を通って出口導管２６に導かれ、出口導管２６から熱を吸収した冷却剤が排出される。
【００４６】
図４においては、溝部４５によって断熱層が構成される。そして、冷却剤が逆Ｓ字状の溝部４５を周回してテーブル２４の下面４８を環流する構造となっている。断熱層を構成する溝部４５は、軸受２２とテーブル２４との間に位置している。したがって、軸受２２を高速でレール２１上を滑動させた場合でも、転動ボール２３を熱源とする軸受２２の熱は、溝部４５を流れる冷却剤によって吸収され、軸受２２からテーブル２４への熱の伝播が遮断されるので、テーブル２４の熱変形を防止して加工精度を向上させることができる。
【００４７】
また、断熱層を溝部４５で構成することで、実施例２（図２）の場合と同様に、断熱層の設計自由度を確保できるという効果がある。さらに、本実施例においては溝部４５がテーブル２４に設けられるので、軸受２２には断熱のための特別の加工が不要となり、軸受２２の形状や大きさが制限を受けないという効果もある。
【００４８】
【実施例５】
図５は、実施例５を示している。本実施例は、断熱層を、軸受の転動体近傍に設けられた第１の断熱層と、担持体の下面に設けられた第２の断熱層とから構成した例であって、基本的には上述した実施例１と実施例４とを組み合わせたものに相当する。
【００４９】
図５（ａ）、（ｂ）は、レール２１と軸受２２とを有する直動案内装置（以下単に「装置」という。）を示しており、（ａ）は装置の断面図、（ｂ）は装置の平面図である。断面図（ａ）は平面図（ｂ）のＡ−Ａ断面での矢視図である。２３は、レール２１と軸受２２との間に介在して周知の滑動作用を行う転動ボールである。５５〜５７、６２〜６４は軸受２２の内部に設けられた冷却剤が環流する導管、Ｓは導管５６、６３の端部に設けられた埋栓である。
【００５０】
図５（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、担持体であるテーブルの一端部を示しており、（ｃ）はテーブル２４の側面図、（ｄ）はテーブル２４の断面図、（ｅ）はテーブル２４の平面図である。断面図（ｄ）は平面図（ｅ）のＢ−Ｂ断面での矢視図である。２８，６７，６８は冷却剤が環流する導管、２５，２７は冷却剤が入る入口導管、２６は冷却剤が出る出口導管、５８はテーブル２４の下面４８に掘削された冷却剤の流れる溝部である。溝部５８はＳ字状に形成されている。
【００５１】
テーブル２４は、上述した軸受２２の上面に、接合（もしくは嵌合）により装備される。軸受２２とテーブル２４との接合部分は、液漏れがないように密閉構造になっている。テーブル２４が軸受２２に装備された状態では、軸受２２の導管５５とテーブル２４の導管２８とが連通し、軸受２２の登り導管６４とテーブル２４の導管６７とが連通し、軸受２２の導管５７とテーブル２４の溝部５８の入口部５９とが連通し、軸受２２の導管６２とテーブル２４の溝部５８の出口部６１とが連通する。
【００５２】
図５（ｂ）、（ｅ）を参照して、図示しない冷却剤供給部から供給される冷却剤は、入口導管２５を通ってテーブル２４の入口導管２７に入り、導管２８を経て、図５（ｂ）の２点鎖線４９で示すように軸受２２の導管５５に入る。その後、冷却剤は、転動ボール２３の列の上側に位置する導管５６を流れ、登り導管５７を経て、テーブル２４の下面４８に設けられている溝部５８の入口部５９に流れ込んだ後、溝部５８を矢印６０で示すように流れる。そして、溝部５８の出口部６１において、冷却剤は軸受２２の導管６２に入り、転動ボール２３の列の上側に位置する導管６３を流れ、登り導管６４を通って２点鎖線６５で示すように軸受２２から出る。軸受２２から出た冷却剤は、テーブル２４内の導管６７、６８を通って出口導管２６に導かれ、出口導管２６から熱を吸収した冷却剤が排出される。
【００５３】
図５においては、導管５６、６３によって第１の断熱層が構成され、溝部５８によって第２の断熱層が構成される。そして、冷却剤が導管５６、溝部５８、導管６３を周回して軸受２２の内部およびテーブル２４の下面４８を環流する構造となっている。第１の断熱層を構成する導管５６、６３は、熱源となる転動ボール２３近傍の上方にあり、第２の断熱層を構成する溝部５８は、テーブル２４の下面４８の全体に広がっていて熱源を幅広くカバーしている。したがって、第１の断熱層と第２の断熱層とを併用することにより、熱源で発生した熱をより効率良く吸収することができ、軸受２２を高速でレール２１上を滑動させた場合でも、軸受２２の熱はテーブル２４へ伝わりにくくなるので、テーブル２４の熱変形を防止して加工精度を向上させることができる。
【実施例６】
【００５４】
図６は、実施例６を示している。本実施例は、軸受と担持体との間にスペーサを介在させ、このスペーサに冷却剤の流れる断熱層を設けた例である。
図６（ａ）、（ｂ）は、レール２１と軸受２２とを有する直動案内装置（以下単に「装置」という。）を示しており、（ａ）は装置の断面図、（ｂ）は装置の平面図である。断面図（ａ）は平面図（ｂ）のＡ−Ａ断面での矢視図である。２３は、レール２１と軸受２２との間に介在して周知の滑動作用を行う転動ボールである。本実施例では、軸受２２に冷却剤の流れる導管や溝部は設けられていない。
【００５５】
図６（ｃ）、（ｄ）は、スペーサを示しており、（ｃ）はスペーサ７０の断面図、（ｄ）はスペーサ７０の平面図である。断面図（ｃ）は平面図（ｄ）のＢ−Ｂ断面での矢視図である。７３，７８は冷却剤が環流する導管、７４は冷却剤が環流する溝部である。溝部７４は、スペーサ７０の下面７１に逆Ｓ字状に形成されており、一端において導管７３と連通し、他端において導管７８と連通している。スペーサ７０は断熱効果の大きい材料から形成することも可能である。例えば、ガラス繊維等の補強材に熱硬化性樹脂を含浸させたシートを積層して加熱・加圧した高強度断熱板や、超微細なヒュームドシリカと赤外線不透過物質で構成され、空気分子の運動を規制する微細なマイクロポア構造を有する低熱伝導率断熱材などをスペーサ７０の材料として用いることができる。
【００５６】
図６（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）は、担持体であるテーブルの一端部を示しており、（ｅ）はテーブル２４の側面図、（ｆ）はテーブル２４の断面図、（ｇ）はテーブル２４の平面図である。断面図（ｆ）は平面図（ｇ）のＣ−Ｃ断面での矢視図である。２８，３６，４４は冷却剤が環流する導管、２５，２７は冷却剤が入る入口導管、２６は冷却剤が出る出口導管である。
【００５７】
テーブル２４は、上述した軸受２２の上面に、スペーサ７０を介して接合（もしくは嵌合）により装備される。軸受２２とスペーサ７０との接合部分、およびテーブル２４とスペーサ７０との接合部分は、液漏れがないように密閉構造になっている。テーブル２４が軸受２２に装備された状態では、スペーサ７０の導管７３とテーブル２４の導管２８とが連通し、スペーサ７０の導管７８とテーブル２４の導管３６とが連通する。
【００５８】
図６（ｄ）、（ｇ）を参照して、図示しない冷却剤供給部から供給される冷却剤は、入口導管２５を通ってテーブル２４の入口導管２７に入り、導管２８を経て、図６（ｄ）の２点鎖線７２で示すように、スペーサ７０の導管７３へ入る。導管７３へ入った冷却剤は、スペーサ７０の下面７１に形成された溝部７４の入口部７５に流れ込み、スペーサ７０の下面７１全体に広がる逆Ｓ字状の溝部７４を矢印のごとく環流する。そして、出口部７６に至った冷却剤は、導管７８を通って２点鎖線７７で示すようにスペーサ７０から出た後、テーブル２４内の導管３６、４４を通って出口導管２６に導かれ、出口導管２６から熱を吸収した冷却剤が排出される。
【００５９】
図６においては、スペーサ７０の溝部７４によって断熱層が構成される。そして、冷却剤が逆Ｓ字状の溝部７４を周回してスペーサ７０の下面７１を環流する構造となっている。断熱層を構成する溝部７４は、軸受２２とテーブル２４との間に位置している。したがって、軸受２２を高速でレール２１上を滑動させた場合でも、転動ボール２３を熱源とする軸受２２の熱は溝部７４を流れる冷却剤によって吸収され、軸受２２からテーブル２４への熱の伝播が遮断されるので、テーブル２４の熱変形を防止して加工精度を向上させることができる。
【００６０】
断熱層が設けられるスペーサ７０は、工作機械の種類や用途に応じて厚さを自由に決定できるので、軸受２２とテーブル２４との間にスペーサ７０を設けることにより、テーブル２４を軸受２２の熱源（転動ボール２３の列）から任意の距離に配置することができ、テーブル２４に熱を伝わりにくくすることができる。また、断熱層を溝部７４で構成することで、断熱層の経路や形状を自由に設計することができ、エンドミルによる溝加工や厚さ調整加工も簡単にできる。さらに、スペーサ７０に対して任意の複雑な加工を施すことも可能となる。
【００６１】
図６においては、スペーサ７０の下面に断熱層（溝部７４）を設けた例を示したが、断熱層をスペーサ７０の内部あるいは上面に設けてもよい。また、図５においては、第２の断熱層（溝部５８）をテーブル２４に設けた例を示したが、軸受２２とテーブル２４との間にスペーサ７０を介在させた場合には、第２の断熱層をスペーサ７０に設けてもよい。
【実施例７】
【００６２】
図７は、実施例７を示している。本実施例は、図６の実施例の変形例である。図７（ａ）、（ｂ）はスペーサに溝部と導管を設ける場合の例であって、（ａ）はスペーサ７０の断面図、（ｂ）はスペーサ７０の平面図である。断面図（ａ）は平面図（ｂ）のＡ−Ａ断面での矢視図である。８０、８６は冷却剤が環流する導管、８３は冷却剤が環流する溝部である。溝部８３は、スペーサ７０の下面７１にＳ字状に形成されている。
【００６３】
このスペーサ７０は、図５（ａ）、（ｂ）に示したような２列の導管５６、６３を有する軸受２２の上面に載置される。また、スペーサ７０の上には、図６（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）に示した構造のテーブル２４が載置される。テーブル２４が軸受２２に装備された状態では、スペーサ７０の導管８０と軸受２２の導管５５とが連通し、スペーサ７０の導管８０とテーブル２４の導管２８とが連通する。また、スペーサ７０の導管８６と軸受２２の導管６４とが連通し、スペーサ７０の導管８６とテーブル２４の導管３６とが連通する。また、溝部８３の一方の端部８２は軸受２２の導管５７と連通し、溝部８３の他方の端部８５は軸受２２の導管６２と連通する。
【００６４】
図７（ｂ）、図５（ｂ）および図６（ｇ）を参照して、図示しない冷却剤供給部から供給される冷却剤は、入口導管２５を通ってテーブル２４の入口導管２７に入り、導管２８を経て、図７（ｂ）の２点鎖線８１で示すように、スペーサ７０の導管８０へ入る。導管８０へ入った冷却剤は、図５（ｂ）に示す軸受２２の導管５５を経て導管５６を流れ、導管５７を経て、図７（ｂ）に示すスペーサ７０の下面７１に形成された溝部８３の端部８２に流れ込む。端部８２に流れ込んだ冷却剤は、矢印８４で示すようにＳ字状の溝部８３を環流し、端部８５において図５（ｂ）に示す軸受２２の導管６２に入り、導管６３を流れる。その後、冷却剤は、導管６４を登り、図７（ｂ）に示すスペーサ７０の導管８６を通り、２点鎖線８７で示すように導管８６から出て、図６（ｇ）に示すテーブル２４の導管３６、導管４４を通って出口導管２６に導かれ、出口導管２６から熱を吸収した冷却剤が排出される。
【００６５】
図７（ｃ）、（ｄ）はスペーサ７０に導管のみを設ける例である。（ａ）はスペーサ７０の断面図、（ｂ）はスペーサ７０の平面図である。断面図（ａ）は平面図（ｂ）のＡ−Ａ断面での矢視図である。８０、８６は冷却剤が流れる導管である。本実施例では、スペーサ７０に冷却剤が環流する溝部は設けられていない。
【００６６】
このスペーサ７０は、図３（ａ）、（ｂ）に示したような２列の導管４９、５４とＳ字状の溝部４０とを有する軸受２２の上面に載置される。また、スペーサ７０の上には、図３（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示した構造のテーブル２４が載置される。テーブル２４が軸受２２に装備された状態では、スペーサ７０の導管８０と軸受２２の導管３０とが連通し、スペーサ７０の導管８０とテーブル２４の導管２８とが連通する。また、スペーサ７０の導管８６と軸受２２の導管５５とが連通し、スペーサ７０の導管８６とテーブル２４の導管３６とが連通する。
【００６７】
図７（ｄ）、図３（ｂ）および図３（ｅ）を参照して、図示しない冷却剤供給部から供給される冷却剤は、入口導管２５を通ってテーブル２４の入口導管２７に入り、導管２８を経て、図７（ｄ）の２点鎖線８１で示すように、スペーサ７０の導管８０へ入る。導管８０へ入った冷却剤は、図３（ｂ）に示す軸受２２の導管３０を経て導管４９を流れ、導管５０を経て、溝部４０へ流れ込む。溝部４０へ流れ込んだ冷却剤は、矢印５１で示すようにＳ字状の溝部４０を環流し、導管５３、５４、５５を経て、図７（ｄ）に示すスペーサ７０の導管８６を通り、２点鎖線８７で示すように導管８６から出て、図３（ｅ）に示すテーブル２４の導管３６、導管４４を通って出口導管２６に導かれ、出口導管２６から熱を吸収した冷却剤が排出される。
【００６８】
図８は、スペーサ７０の変形例を示している。各図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、スペーサ７０の平面図およびＤ−Ｄ断面での矢視図を示している。前述した図６の場合は、スペーサ７０に冷却剤の流れる溝部７４を設けることで断熱層を構成したが、図８の場合は、断熱材を用いることで断熱層を構成している。
【００６９】
図８（ａ）はセラミック等の断熱材Ｈでスペーサ７０を構成した例、図８（ｂ）は一般鋼材ＳＴで断熱材Ｈを挟んでスペーサ７０を構成した例、図８（ｃ）は一般鋼材ＳＴの中に断熱材Ｈを埋設または嵌合（分割嵌合）させてスペーサ７０を構成した例である。
【００７０】
このように断熱材Ｈで断熱層を構成した場合は、図６のように溝部７４で断熱層を構成して冷却剤を環流させる場合に比べて断熱効率は劣るが、一般鋼材に比較して熱伝導率が１／４０００である市販の断熱材を用いることにより、実用上十分な断熱効果を得ることができる。図８の実施形態は、スペース的に冷却剤の導管等の冷却剤供給設備が設置できない場合に有効である。
【００７１】
断熱材としては、セラミックのほかに、熱伝導率が０．００２、０．００７７、０．００９といった高強度断熱板（商品名ＥＬＧ−１４）や、ヒュームドシリカを材料とした低熱伝導率断熱材等の市販の断熱材を使用することができる。
【００７２】
図１〜図５で示した実施例においても、軸受２２またはテーブル２４に導管や溝を設けることが構造上困難な場合は、導管や溝に代えて、上述した断熱材を設けることができる。この場合も、冷却剤を環流させる場合に比べて熱の吸収度合いは低下するが、実用上は十分効果がある。
【００７３】
なお、軸受２２またはテーブル２４に導管や溝などの断熱層を設ける場合は、スペーサ７０は断熱層を有しないものであってもよい。このようなスペーサ７０を用いた場合も、工作機械の種類や用途に応じてスペーサ７０の厚さを自由に決定できるので、軸受２２とテーブル２４との間にスペーサ７０を設けることにより、テーブル２４を軸受２２から任意の距離に配置することができ、テーブル２４に熱を伝わりにくくすることができる。
【００７４】
以上のように、スペーサ７０を用いると、断熱構造の多彩な組み合わせが可能となり、しかも、テーブル２４の熱による変形を簡単な構造で防ぐことが可能となる。
【００７５】
図９は、そのような組み合わせによる断熱構造の例を示している。図９において、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）が軸受２２とテーブル２４との間にスペーサ７０を設けた３層構造の例であって、レール２１、軸受２２、スペーサ７０およびテーブル２４からなる構成に、断熱層となる冷却剤環流用の溝部Ｇが設けられている。
【００７６】
図９（ｃ）は、溝部Ｇを軸受２２に設け、入口導管２５および出口導管２６をテーブル２４に設けた例である。
【００７７】
図９（ｄ）は、溝部Ｇ、入口導管２５および出口導管２６をテーブル２４に設けた例である。
【００７８】
図９（ｅ）は、溝部Ｇを軸受２２に設け、入口導管２５および出口導管２６をスペーサ７０に設けた例である。
【００７９】
図９（ｆ）は、溝部Ｇ、入口導管２５および出口導管２６を軸受２２に設けた例である。
【００８０】
図９（ｇ）は、溝部Ｇをスペーサ７０に設け、入口導管２５および出口導管２６をテーブル２４に設けた例である。
【００８１】
図９（ｈ）は、第１の断熱層（溝部Ｇ）を軸受２２の上面に設け、第２の断熱層（溝部Ｇ）をスペーサ７０の上面に設け、入口導管２５および出口導管２６をスペーサ７０に設けて、導管２５、２６を各断熱層で共用した例である。
【００８２】
図９（ｉ）は、第１の断熱層（溝部Ｇ）をスペーサ７０の下面に設け、第２の断熱層（溝部Ｇ）をスペーサ７０の上面に設け、入口導管２５および出口導管２６をスペーサ７０に設けて、導管２５、２６を各断熱層で共用した例である。
【００８３】
なお、図９（ａ）、（ｂ）はスペーサ７０を用いない場合の例であって、（ａ）では軸受２２に溝部Ｇが設けられており、（ｂ）ではテーブル２４に溝部Ｇが設けられている。
【００８４】
以上の図９に示したパターン以外にも、断熱層の数や設ける場所については種々のパターンが考えられ、必要に応じて所望のパターンを選択することができる。
【実施例８】
【００８５】
図１０は、実施例８を示している。今まで述べた実施例においては、溝部がＳ字状（または逆Ｓ字状）に形成されていたが、溝部の形状は他にも考えられる。図１０には、そのような溝部の形状の変形例が示されている。
【００８６】
図１０（ａ１）、（ａ２）は第１の変形例であって、（ａ１）は軸受２２の平面図、（ａ２）はテーブル２４の平面図を示す。図１０（ｂ１）、（ｂ２）は第２の変形例であって、（ｂ１）は軸受２２の平面図、（ｂ２）はテーブル２４の平面図を示す。図１０（ｃ１）、（ｃ２）は第３の変形例であって、（ｃ１）は軸受２２の平面図、（ｃ２）はテーブル２４の平面図を示す。
【００８７】
図１０（ａ１）、（ａ２）を参照して、第１の変形例の概略を説明する。本実施例では、溝部Ｇは単純なＳ字状（または逆Ｓ字状）ではなく、転動ボール２３の列に平行な部分が蛇行しており、この蛇行部分において熱吸収効果を上げる工夫をしている。また、蛇行部分とほぼ直交する部分によって、全体的な熱的バランスをとるようにしている。
【００８８】
テーブル２４の入口導管２５から流れ込んだ冷却剤は、導管２８を通って軸受２２の溝部Ｇの入口部９１に入り、溝部Ｇを部分的に蛇行しながら環流して出口部９２に至り、テーブル２４の導管３６、４４を通って出口導管２６に導かれ、出口導管２６から熱を吸収した冷却剤が排出される。
【００８９】
図１０（ｂ１）、（ｂ２）を参照して、第２の変形例の概略を説明する。本実施例では、溝部Ｇは、転動ボール２３の列と平行に配列された複数の平行溝と、これらの平行溝の両側にあって、転動ボール２３の列と直交するように配列された一対の直交溝とからなる。このように平行溝と直交溝とを配列することで、熱吸収効果を上げるとともに、直交溝を設けることでバランスよく熱を吸収して、熱的バランスをとるようにしている。
【００９０】
テーブル２４の入口導管２５から流れ込んだ冷却剤は、導管２８を通って軸受２２の溝部Ｇの入口部９１に入り、溝部Ｇを縦横に流れて出口部９２に至り、テーブル２４の導管３６、４４を通って出口導管２６に導かれ、出口導管２６から熱を吸収した冷却剤が排出される。
【００９１】
図１０（ｃ１）、（ｃ２）を参照して、第３の変形例の概略を説明する。本実施例では、溝部Ｇは渦巻き状に形成されており、転動ボール２３の列と平行な部分と、転動ボール２３の列と直交する部分とを有している。これによって、第２の変形例と同様に、熱吸収効果を上げるとともに、軸受２２の全体にわたってバランスよく熱を吸収して、熱的バランスをとるようにしている。
【００９２】
テーブル２４の入口導管２５から流れ込んだ冷却剤は、導管２８を通って軸受２２の溝部Ｇの入口部９１に入り、溝部Ｇを中心に向かって渦巻き状に流れて出口部９２に至り、テーブル２４の導管３６、９３、４４を通って出口導管２６に導かれ、出口導管２６から熱を吸収した冷却剤が排出される。なお、図１０（ｃ２）のＳは、導管９３の埋栓である。
【００９３】
本発明は、以上説明したように、冷却剤の環流する溝部や断熱材などからなる断熱層を設けたものであるから、軸受２２からテーブル２４への熱の伝播を断熱層によって遮断することができる。この結果、テーブル２４の熱変形を防止して、加工精度を向上させることができる。
【００９４】
また、図６〜図８で示した実施例によれば、軸受２２とテーブル２４との間にスペーサ７０を介在させることによって、非常に簡単な構造で軸受２２からテーブル２４への熱伝播を遮断でき、テーブル２４の熱変形を防止して、加工精度を向上させることができる。また、スペーサ７０に断熱層を設け、この断熱層に冷却剤を流す構造とすることで、軸受２２の熱はテーブル２４に一層伝わりにくくなり、加工精度がより向上する。
【００９５】
上記の実施例では、軸受２２に装備する担持体としてテーブル２４を例に挙げたが、担持体がワーク加工を行う主軸であっても、同じ効果が得られる。担持体としては、テーブルや主軸以外に、スライド（キャリッジともいう）なども考えられる。
【００９６】
また、上記の実施例では、冷却剤の環流する溝部を軸受２２の上面や、テーブル２４またはスペーサ７０の下面に設けた例を挙げたが、導管と溝部とをスペーサ７０の内部に設けてもよい。この場合は、スペーサ７０を２分割することで、導管や溝部を容易に形成できる。

Claims

転動体を介してレールを把持した状態でレール上を滑動する軸受と、この軸受の上面に装備され軸受と共に移動する担持体とを有する工作機械の直動案内装置において、
前記軸受内部の、前記転動体と軸受上面との間に、前記軸受から前記担持体への前記転動体を熱源とする熱の伝播を遮断する導管からなる断熱層が設けられ、
前記導管は、レールの両側に位置する各転動体の上方において、各転動体の列に沿うように軸受の滑動方向へ延びる部分と、これらの部分と連通し、当該部分に対して軸受上面に沿って側方へ延びる部分とを有し、
前記導管を周回して流れる冷却材により、前記熱の伝播を遮断することを特徴とする工作機械の直動案内装置。
転動体を介してレールを把持した状態でレール上を滑動する軸受と、この軸受の上面に装備され軸受と共に移動する担持体とを有する工作機械の直動案内装置において、
前記軸受と担持体との間に、前記軸受から前記担持体への前記転動体を熱源とする熱の伝播を遮断する溝部からなる断熱層が設けられ、
前記溝部は、レールの両側に位置する各転動体の上方において、各転動体の列に沿うように軸受の滑動方向へ延びる部分と、これらの部分と連通し、当該部分に対して軸受上面に沿って側方へ延びる部分とを有し、
前記溝部を周回して流れる冷却材により、前記熱の伝播を遮断することを特徴とする工作機械の直動案内装置。
転動体を介してレールを把持した状態でレール上を滑動する軸受と、この軸受の上面に装備され軸受と共に移動する担持体とを有する工作機械の直動案内装置において、
前記軸受と前記担持体との間に介在するスペーサを備え、
前記スペーサに、前記軸受から前記担持体への前記転動体を熱源とする熱の伝播を遮断する溝部からなる断熱層が設けられ、
前記溝部は、レールの両側に位置する各転動体の上方において、各転動体の列に沿うように軸受の滑動方向へ延びる部分と、これらの部分と連通し、当該部分に対して軸受上面に沿って側方へ延びる部分とを有し、
前記溝部を周回して流れる冷却材により、前記熱の伝播を遮断することを特徴とする工作機械の直動案内装置。
転動体を介してレールを把持した状態でレール上を滑動する軸受と、この軸受の上面に装備され軸受と共に移動する担持体とを有する工作機械の直動案内装置において、
前記軸受と前記担持体との間に介在するスペーサを備え、
前記軸受または前記担持体に、前記軸受から前記担持体への前記転動体を熱源とする熱の伝播を遮断する導管または溝部からなる断熱層が設けられ、
前記導管または溝部は、レールの両側に位置する各転動体の上方において、各転動体の列に沿うように軸受の滑動方向へ延びる部分と、これらの部分と連通し、当該部分に対して軸受上面に沿って側方へ延びる部分とを有し、
前記導管または溝部を周回して流れる冷却材により、前記熱の伝播を遮断することを特徴とする工作機械の直動案内装置。
請求項１ないし４のいずれかに記載の工作機械の直動案内装置において、
前記断熱層は、前記軸受の前記転動体近傍または軸受上面に設けられた第１の断熱層と、前記担持体または担持体と軸受との間に介在するスペーサに設けられた第２の断熱層とからなることを特徴とする工作機械の直動案内装置。