JP5877890B2 - ねじ装置用冷却ノズル及び運動案内装置用冷却ノズル - Google Patents

Description

本発明は、ねじ装置を冷却するためのねじ装置用冷却ノズル及び運動案内装置を冷却するための運動案内装置用冷却ノズルに関する。

回転運動を直線運動に変換し、又は直線運動を回転運動に変換する機械要素として、ボールねじ等のねじ装置が知られている。典型的なねじ装置は、ねじ軸と、ナットと、互いに対向するねじの螺線溝とナットの螺線溝との間に転がり運動可能に介在する複数の転動体と、を備える。転動体の転がり運動を利用することで、軽快な動きが得られるので、回転運動−直線運動の運動変換用の機械要素として広く用いられている。

この種のねじ装置を高負荷及び／又は高速で作動させると、摩擦熱が原因でねじ装置が発熱することがある。ねじ装置が発熱すると、ねじ軸が膨張して送り精度が低下したり、ねじ軸とナットの温度差に起因して転動体に与えられる予圧が上昇したり、樹脂部品が破損し易くなる等の問題がある。発熱する環境で使用されるねじ装置にあっては、ねじ装置を冷却することが重要な課題になっている。

従来のねじ装置用システムとして、ねじ軸を中空化し、ねじ軸の中空空間に冷却液を通すもの、ナットに冷却通路を加工し、ナットの冷却通路に冷却液を通すもの（例えば特許文献１参照）等が知られている。

また、例えば工作機械のテーブルの運動を案内する運動案内装置が知られている。運動案内装置は、案内レールと、案内レールにボール、ローラ等の多数の転動体を介して相対移動可能に組み付けられるブロックと、を備える。テーブルはボールねじ、リニアモータ等の駆動装置によって駆動される。テーブルの運動は運動案内装置によって案内される。転動体の転がり運動を利用してテーブルの運動を案内することで、テーブルの軽快な動きが得られる。

剛性を高めるために、運動案内装置には予圧、すなわち案内レールとブロックとで挟まれる転動体の荷重が付与される。また、ブロックにはシール部材が装着される。このため、運動案内装置には摩擦が存在する。運動案内装置を高負荷及び／又は高速で作動させると、摩擦が原因で運動案内装置が発熱する。この発熱は、レール及びブロックを熱膨張させてテーブルの送り精度の低下を招いたり、レール及びブロックが取り付けられる構成部品を熱膨張させたりする。高精度でテーブルを移動させるために、運動案内装置の冷却が必要になる。

従来の運動案内装置用冷却システムとして、特許文献２には、運動案内装置の案内レールに冷却水用の溝を形成し、この溝に冷却水を供給し、案内レールを冷却したものが開示されている。特許文献３には、運動案内装置のブロックに冷却水用の通路を形成し、この通路に冷却水を供給し、ブロックを冷却したものが開示されている。

特開２００２−３１０２５８号公報 特表２００８−５４４１８５号公報 特開２０１２−２３３５２２号公報

しかし、従来のねじ装置用冷却システムにあっては、ねじ軸又はナットに冷却通路を加工するのが困難であり、また、冷却液の漏れを防ぐ必要があるので、そのためのシール機構が必要になるという課題がある。ねじ装置を空冷することができれば、液体冷却のこの課題を解決することができるが、液体冷却に比べて冷却効率が低いという新たな課題が生ずる。

また、従来の運動案内装置用冷却システムにあっても、案内レール及び／又はブロックに冷却水用の溝及び／又は通路を加工するのが困難であり、また、冷却水の漏れを防ぐ必要があるので、そのためのシール機構が必要になるという課題がある。運動案内装置を空冷することができれば、この課題を解決することができるが、液体冷却に比べて冷却効率が低いという新たな課題が生ずる。

そこで本発明は、ねじ装置を効果的に気体冷却することができるねじ装置用冷却ノズル、冷却ノズル付きねじ装置及びねじ装置用冷却システムを提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、運動案内装置を効果的に気体冷却することができる運動案内装置用冷却ノズル、冷却ノズル付き運動案内装置及び運動案内装置用冷却システムを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の第一の態様は、ねじ軸及びナットの少なくとも一方を冷却するためのねじ装置用冷却ノズルであって、前記冷却ノズルは、前記ねじ軸及び前記ナットの少なくとも一方を囲むように配置され、前記冷却ノズルは、気体が導入される内部通路と、前記内部通路に導入された気体流を放出させる開口と、前記開口に隣接して設けられ、前記開口から放出される気体流を曲げる偏向面と、前記冷却ノズルの外側の気体を引き込む誘導路と、を有するねじ装置用冷却ノズルである。

上記他の課題を解決するために、本発明の第二の態様は、案内レール及びこの案内レールに転動体を介して相対移動可能に組み付けられるブロックの少なくとも一方を冷却するための運動案内装置用冷却ノズルであって、前記冷却ノズルは、気体が導入される内部通路と、前記内部通路に導入された気体流を放出させる開口と、前記開口に隣接して設けられ、前記開口から放出される気体流を曲げる偏向面と、前記冷却ノズルの外側の気体を引き込む誘導路と、を有する運動案内装置用冷却ノズルである。

本発明の第一の態様によれば、冷却ノズルの開口から放出される気体流は偏向面に沿って曲げられる。気体流が曲げられると、コアンダ効果によって偏向面上には低圧領域が生じ、冷却ノズル外側の気体が誘導路を経由して引き込まれる。誘導路を経由して引き込まれた気体流は、開口から放出される気体流に同伴するので、開口から放出される気体流が増幅される。この増幅された気体流で冷却することで、気体冷却であっても、ねじ装置を効果的に冷却することができる。

本発明の第二の態様によれば、冷却ノズルの開口から放出される気体流は偏向面に沿って曲げられる。気体流が曲げられると、コアンダ効果によって偏向面上には低圧領域が生じ、冷却ノズル外側の気体が誘導路を経由して引き込まれる。誘導路を経由して引き込まれた気体流は、開口から放出される気体流に同伴するので、開口から放出される気体流が増幅される。この増幅された気体流で案内レール及び／又はブロックを冷却することで、気体冷却であっても、運動案内装置を効果的に冷却することができる。

本発明の第一の実施形態のねじ装置用ノズルが取り付けられたボールねじの斜視図である（冷却ノズルをストレート側に取り付けた例）。 本実施形態のねじ装置用冷却ノズルが取り付けられたボールねじの斜視図である（冷却ノズルをフランジ側に取り付けた例）。 上記冷却ノズルの斜視図である。 上記冷却ノズルの分解斜視図である。 上記冷却ノズルの斜視図（図３のV-V線断面図）である。 図６（ａ）は上記冷却ノズルの内部通路及び開口の拡大図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のVI部拡大図である。 上記冷却ノズルの分割ノズルを分離させた状態を示す斜視図である。 上記冷却ノズルの他の例を示す斜視図である。 本実施形態の冷却システムの模式図である。 上記冷却ノズルから流れ出る空気流を示す模式図である。 本発明の第二の実施形態のねじ装置用ノズルが取り付けられたボールねじの斜視図である。 上記冷却ノズルの斜視図（図１２（ａ）は図１１と同方向からみた冷却ノズルの正面側の斜視図、図１２（ｂ）は冷却ノズルの背面側の斜視図）である。 ボールねじの温度測定結果を示すグラフである（図１３（ａ）は冷却ノズルに圧縮空気を導入しないときの比較例を示し、図１３（ｂ）、図１３（ｃ）、図１３（ｄ）はそれぞれ冷却ノズルに０．２ＭＰａ、０．３５ＭＰａ、０．４ＭＰａの圧縮空気を導入したときの本発明例を示す）。 １８０分経過後のボール、ナット、ねじ軸の温度を比較したグラフである。 騒音レベルを比較したグラフである。 本発明の一実施形態の運動案内装置用冷却ノズルが取り付けられたリニガイドの斜視図である。 上記リニアガイドの垂直断面図（図１６のXVII-XVII線断面図）である。 上記冷却ノズルの斜視図（図１８（ａ）は冷却ノズルの外観斜視図、図１８（ｂ）は図１８（ａ）のｂ−ｂ線を断面にした斜視図）である 上記冷却ノズルの垂直断面図（図１８（ａ）のｂ−ｂ線断面図）である。

以下、添付図面を参照して、本発明の第一の実施形態のねじ装置用冷却システム（以下、単に冷却システムという）を説明する。本実施形態の冷却システムは、ねじ装置としてのボールねじを冷却するのに用いられる。図１に示すように、ナット２の軸方向の端部には、冷却ノズル４が取り付けられる。冷却ノズル４には、気体を導入する手段（後述する）から気体としての空気が導入される。冷却ノズル４は、ねじ軸１の軸方向に円筒状の空気流を放出する。ねじ軸１を回転させると、ナット２がねじ軸１の軸線方向に往復運動する。冷却ノズル４は、ナット２と一緒に軸方向に移動しながら円筒状の空気流を放出する。ねじ軸１は、その回りを囲む円筒状の空気流によって冷却される。

図１に示すように、冷却ノズル４はナット２のストレート２ｂ側（非フランジ側）の端部に取り付けられることもあるし、図２に示すように、ナット２のフランジ２ａ側の端部に取り付けられることもあるし、ナット２のストレート２ｂ側及びフランジ２ａ側の両方に取り付けられることもある。

ボールねじは、公知のものであり、外周面に螺旋状の転動体転走溝１ａが形成されるねじ軸１と、内周面にねじ軸１の転動体転走溝１ａに対向する螺旋状の負荷転動体転走溝（ナット２の内周面に形成されるので図示せず）が形成されるナット２と、ねじ軸１の転動体転走溝１ａとナット２の負荷転動体転走溝との間に配列される複数のボール（ナット２の内側に配置されるの図示せず）と、複数のボールを循環させるように、ナット２に取り付けられ、ナット２の負荷転動体転走溝の一端と他端を接続する無負荷戻し路を有する循環部品３ａ〜３ｃと、を備える。

冷却ノズル４の特徴は、以下のとおりである。冷却ノズル４は、環状であり、ねじ軸１を囲むように配置される。冷却ノズル４の内周とねじ軸１の外周との間には、隙間があり、冷却ノズル４は、ねじ軸１から離れている。

図３は、ナット２から取り外した冷却ノズル４の斜視図を示す。冷却ノズル４は、後述する開口７（図５参照）よりも上流側にナット２に接続される接続部５を有する。冷却ノズル４の接続部５には、接続部５の外側の空気を内側に取り込む取込み口６が設けられる。取込み口６は、冷却ノズル４の外側の空気を引き込む誘導路１０の一部を構成する（図５参照）。取込み口６から取り込まれた空気流は、誘導路１０を経由して開口７から放出される空気流に同伴する。取込み口６は、例えば接続部５に周方向に一定の間隔で空けられた複数の貫通孔からなる。取込み口６の形状及び個数は特に限定されるものではなく、単一又は複数本のスリットからなってもよい。

冷却ノズル４の軸方向の端部には、ナット２の端部に取り付けるためのフランジ９が形成される。フランジ９は、ナット２の外側に嵌められる。フランジ９の外周には、冷却ノズル４をナット２に取り付けるための雌ねじ９ａが加工される。この雌ねじ９ａには、冷却ノズル４をナット２に取り付けるための締結部材としてのボルトが螺合する。

図４の冷却ノズル４の分解斜視図に示すように、この実施形態の冷却ノズル４は、環状の第一部材１１と、第一部材１１の内側に嵌められる環状の第二部材１２と、を備える。第一部材１１と第二部材１２との間に、空気が導入される内部通路８、及び空気流を放出する開口７が画定される（図５参照）。第一及び第二部材１１，１２は、樹脂の成形品又はアルミ等の金属製である。第一及び第二部材１１，１２を樹脂の成形品にすれば、これらの製造が容易になる。第一及び第二部材１１，１２をアルミ等の金属製にすれば、これらの伝熱性が向上し、冷却効率が向上する。第一部材１１と第二部材１２とは、ボルト等の締結部材によって結合される。

図５は、図３のV−V線断面図を示す。内部通路８は、環状である。内部通路８の断面形状は、軸方向に細長い略楕円である。内部通路８は、第一部材１１の内周面と第二部材１２の外周面によって画定される。第一部材１１には、内部通路８に連通する空気導入口１３が形成される。内部通路８には、空気導入口１３から空気が導入される。内部通路８の軸方向の一端部には、内部通路８の幅を狭めるような段差１４が形成される。段差１４は、空気導入口１３から導入された空気を環状の内部通路８に充満させ、内部通路８に繋がる開口７に空気を均等に流す役割を持つ。段差１４は、第二部材１２に一体に形成される。

図６は、開口７の詳細図を示す。図６（ａ）に示すように、開口７は、内部通路８の軸方向の一端部に連続していて、内部通路８と同心の環状である。開口７は、第一部材１１の内壁１６と第二部材１２の外壁１７によって画定される。図６（ｂ）に示すように、開口７の断面は、円弧状に湾曲したスリットに形成される。開口７は、内部通路８に繋がる入口２１から途中２２まで、下流に向かって内壁１６と外壁１７との間の幅が狭くなる第一のテーパ領域Ｓ１と、その途中２２から出口２３まで、下流に向かって内壁１６と外壁１７との間の幅が広くなる第二のテーパ領域Ｓ２と、を有する。

開口７の最小隙間は、例えば５０μｍ以上１１０μ以下に設定される。なお、図６（ｂ）には、分かり易くするために、開口７の隙間を大きくしたものを図示している。

図６（ｂ）に示すように、開口７の下流側には、偏向面２７が隣接して位置する。偏向面２７は、第二部材１２の内周に形成される。開口７は、空気流を偏向面２７上に向ける。偏向面２７は、コアンダ効果を生じさせる表面、すなわち表面に隣接する開口７から出る空気流が、表面に吸い付けられて、表面に沿って曲げられる表面である。空気流が曲げられると、偏向面２７上には低圧領域が生じ、空気が引き込まれる。偏向面２７は、環状である。偏向面２７は、内径が開口７の出口から下流に向かって一旦狭まり、その後内径が広がるような曲面に形成される。

図６（ａ）に示すように、冷却ノズル４は、偏向面２７の下流側に配置されるディフューザ２８を有する。ディフューザ２８は、偏向面２７に送り出される空気の流れを一段と助けるディフューザ表面を有する。ディフューザ表面は、下流に向かって内径が広がる円錐形に形成される。ディフューザ表面は、偏向面２７と異なり、表面に沿って空気流を曲げるものではない。断面でみたとき、曲線領域が偏向面２７であり、直線領域がディフューザ表面である。断面で見たとき、ディフューザ表面と冷却ノズル４の中心線とのなす角度θは、例えば１５°以上１６°以下に設定される。

図６（ａ）に示すように、冷却ノズル４は、開口７の上流側に外気を引き込む誘導路１０を有する。誘導路１０は、冷却ノズル４の外側の空気を取り込む取込み口６と、取込み口６から取り込まれた空気を開口７の出口２３に誘導する誘導面１９と、を有する。誘導面１９は、環状であり、取込み口６の下流側に位置する。誘導面１９は、開口７に向かって幅が狭くなるテーパに形成される。

図６（ａ）に示すように、冷却ノズル４は、下流側の端面にエッジ２９を有する。エッジ表面は、外周から内周のディフューザ表面に近づくに従って下流側に突出するような曲面に形成される。

図７に示すように、本実施形態の冷却ノズル４は、中心線に沿った断面で半円状に二分割された分割ノズル４−１，４−２からなる。冷却ノズル４をナット２に取り付け易くするためである。冷却ノズル４を分割することで、既に機械に組み込まれているボールねじにも冷却ノズル４を取り付けることが可能になる。分割ノズル４−１，４−２は、ボルト等の締結部材によって結合される。

各分割ノズル４−１，４−２には、半円状の内部通路８、半円状の開口７、半円状の偏向面２７が形成される。各分割ノズル４−１，４−２の内部通路８の周方向の端部及び開口７の周方向の端部には、空気が漏れ出るのを防止する区画壁３０ａ，３０ｂが形成される（図４も参照）。各分割ノズル４−１，４−２には、区画された内部通路８に空気を導入するための空気導入口１３が形成される。なお、環状の内部通路８及び環状の開口７は、区画壁３０ａ，３０ｂによって区画されるが、このような場合も含めて、内部通路８及び開口７は、実質的に環状であるという。

図８は、本実施形態の冷却ノズル４の他の例を示す。本実施形態の冷却ノズル４は、半円状の分割ノズル４−１，４−２に二分割されるが、この例のノズル４は、円環状に形成されていて、中心線に沿って二分割されていない。ただし、冷却ノズル４の内部に内部通路８及び開口７を形成する必要があるので、第一部材１１及び第二部材１２には分割される。この例のように、冷却ノズル４を完全な環状にすることもできる。

図９は、気体を導入する手段の模式図を示す。冷却ノズル４の空気導入口１３には、コンプレッサ等の圧縮機３１に繋がるエアー配管３２が接続される。エアー配管３２には、圧力調節器としての減圧弁３３が取り付けられる。冷却ノズル４には、圧縮機３１で圧縮された空気が導入される。圧縮空気の圧力は、減圧弁３３で例えば０．２ＭＰａ以上０．５ＭＰａ（ゲージ圧）以下に調整される。なお、冷却ノズル４に空気を導入する手段として、冷却ノズル専用のファン等の送風機を設けることもできる。

図１０を参照しつつ冷却システムの動作を説明する。まず、冷却ノズル４の空気導入口１３にエアー配管３２を接続し、空気導入口１３に圧縮空気を導入する（図の矢印（１）参照）。空気導入口１３に導入された空気流は、環状の内部通路８内を互いに反対方向に進む二つの空気流に分けられる。そして、内部通路８内に充満する。

次に、空気流は、内部通路８に連続する開口７に入り、開口７の第一のテーパ領域Ｓ１で絞られて加速する。加速された空気流は、一次空気流として開口７の出口２３から出る（図の矢印（２）参照）。

開口７から出た一次空気流は、偏向面２７上に向けられる。一次空気流は、偏向面２７に沿いながら流れ、偏向面２７によって曲げられる。偏向面２７上には、コアンダ効果によって低圧領域が生ずるので、図中矢印（４）で示す二次空気流が誘導路１０を経由して引き込まれる。ねじ軸１とナット２との間には転動体が介在するので、ねじ軸１とナット２との間から空気を取り込むことは困難である。接続部５に取込み口６を設けて接続部５の外側から空気を取り込むことで十分に空気を取り込むことができる。二次空気流は、一次空気流に同伴し、一次空気流を増幅させる。増幅した空気流を矢印（３）で示す。一次空気流と二次空気流を合算した空気の流量は、一次空気流の流量の例えば１０倍以上になる。

図中矢印（３）で示す空気流は、ディフューザ２８によってより強い空気流となる。ディフューザ２８を通過した空気流は、冷却ノズル４の端面のエッジ２９を通過する図中矢印（５）で示す空気流をさらに巻きこむ。最終的に冷却ノズル４から吹き出される空気流を図中矢印（６）で示す。図中矢印（６）で示す空気流の流量は、図中矢印（３）で示す空気流の流量と図中矢印（５）で示す空気流の流量とを合算したものになる。

増幅された空気流は、ねじ軸１を囲むようにねじ軸１の軸方向に流れる。増幅された空気流でねじ軸１を冷却することで、空冷であっても、ねじ軸１を効果的に冷却することができる。ナット２はねじ軸１の軸方向に往復運動するので、ねじ軸１の軸方向の長範囲に亘ってねじ軸１が冷却される。ねじ軸１を冷やすことで、ねじ軸１だけでなく、ボール及びナット２も冷やされる。

図１１は、本発明の第二の実施形態の冷却ノズル４１が取り付けられたボールねじを示す。図１１に示すように、ナット２の軸方向の端部には、冷却ノズル４１が取り付けられる。冷却ノズル４１は、圧縮空気が導入される空気導入口１３を有する。冷却ノズル４１は、ねじ軸１の軸方向に円筒状の空気流を放出する。ねじ軸１を回転させると、ナット２がねじ軸１の軸線方向に往復運動する。冷却ノズル４１は、ナット２と一緒に軸方向に移動しながら円筒状の空気流を放出する。ねじ軸１は、その回りを囲む円筒状の空気流によって冷却される。ねじ軸１、ナット２の構成は、図１に示すものと同一なので、同一の符号を附してその説明を省略する。

図１２は、冷却ノズル４１の斜視図を示す（図１２（ａ）は図１１と同方向からみた冷却ノズル４１の正面側の斜視図であり、図１２（ｂ）は冷却ノズル４１の背面側の斜視図である）。図１２（ａ）に示すように、この実施形態の冷却ノズル４１でもナット２との接続部５に取込み口４２が設けられる。第一の実施形態の冷却ノズル４では、取込み口６が丸い孔から構成される（図３参照）のに対し、第二の実施形態の冷却ノズル４１では、取込み口４２が円周方向に細い長いスリット４２ａ，４２ｂから構成される。円周方向に並べられた複数のスリット４２ａが一つのスリット列を構成し，円周方向に並べられた複数のスリット４２ｂが一つのスリット列を構成する。そして、一方のスリット列のスリット４２ａと他方のスリット列のスリット４２ｂとは円周方向に位相がずれている。第二の実施形態の冷却ノズル４１のように、取込み口４２をスリット４２ａ，４２ｂから構成することで、取込み口４２からの空気の吸込み量を確保した上で冷却ノズル４１の軸方向の寸法を短くすることができる。

また、上記第一の実施形態の冷却ノズル４では、冷却ノズル４の軸方向の端部には、ナット２の外側に嵌められるフランジ９が設けられる（図３参照）のに対し、第二の実施形態の冷却ノズル４１では、図１２（ｂ）に示すように、冷却ノズル４１の軸方向の端部には、ナット２の内側に嵌められるリング形のカラー４３が設けられる。カラー４３には、冷却ノズル４１をナット２に取り付けるための雌ねじ４４が加工される。この雌ねじ４４には、冷却ノズル４１をナット２に取り付けるための締結部材としてのねじ、ボルト等が螺合する。第二の実施形態の冷却ノズル４１のように、冷却ノズル４１をナット２の内側に嵌めることで、ナット２にシール部材を取り付けるスペースを確保することができる。

第二の実施形態の冷却ノズル４１のその他の構成、例えば、冷却ノズル４１が環状の第一部材１１と第一部材１１の内側に嵌められる環状の第二部材１２とから構成される点、第一部材１１と第二部材１２との間に開口７が画定される点、開口７の下流側に偏向面２７が隣接して位置する点、偏向面２７の下流側にディフューザ２８が隣接して位置する点、開口７の上流側に取込み口４２から取り込まれた空気を開口７に誘導する誘導面１９が形成される点、冷却ノズル４１が中心線に沿った断面で半円状に二分割された分割ノズル４−１，４−２からなる点は、第一の実施形態の冷却ノズル４と同一なので、同一の符号を附してその説明を省略する。

なお、本発明のボールねじ用冷却ノズルは、上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々な実施形態に変更可能である。

例えば、上記実施形態では、ナットに冷却ノズルを取り付け、ねじ軸に向かって空気流を流しているが、ナットに冷却ノズルを取り付け、ナットに向かって空気流を流すこともできる。また、ねじ軸に冷却ノズルを取り付け、ねじ軸及び／又はナットに向かって空気流を流すこともできる。

上記実施形態では、ナットに取り付けた冷却ノズルからねじ軸に向かって空気流を流しているが、冷却ノズルにねじ軸用開口とナット用開口とを設け、冷却ノズルからねじ軸及びナットに向かって空気流を流すこともできる。

上記実施形態では、冷却ノズルをナットと別体にし、冷却ノズルをナットに取り付けているが、冷却ノズルをナット又はねじ軸と一体にすることもできる。

上記実施形態では、ねじ装置としてボールねじを用いているが、ローラねじ、すべりねじを用いることもできる。

上記実施形態では、気体として空気を用いているが、窒素ガス、ハロゲンガス等を用いることもできる。気体流に霧状の液体を混在させることでもできる。

上記実施形態では、冷却ノズルをねじ軸と軸方向に重なった位置に配置しているが、冷却ノズルをねじ軸から軸方向にずれた位置に配置することもできる。

ボールねじのナットに本実施形態の冷却ノズルを取り付け、ボールねじを作動させながら冷却ノズルからねじ軸の軸方向に空気を流した。ボールねじの作動条件は、表１のとおりである。

冷却ノズルに０．２ＭＰａ、０．３５ＭＰａ、０．４ＭＰａの圧縮空気を導入し、ねじ軸の表面、ナットの表面、ボールの温度変化を測定した。温度測定は、１０、３０、６０、９０、１２０、１５０、１８０分経過毎に行われた。

図１３に温度測定の結果を示す。図１３（ａ）は、冷却ノズルに圧縮空気を導入しないときの温度変化を示す。図１３（ａ）に示すように、ボールねじを冷却しないとき、時間の経過と共に、ボール、ナット、ねじ軸の温度が上昇した。１８０分経過後には、ボール、ナット、ねじ軸の温度がそれぞれ５３．５℃、５０．０℃、５６．６℃まで上昇した。

図１３（ｂ）、図１３（ｃ）、図１３（ｄ）は、それぞれ冷却ノズルに０．２ＭＰａ、０．３５ＭＰａ、０．４ＭＰａの圧縮空気を導入したときの温度変化を示す。これらの図に示すように、冷却ノズルに圧縮空気を供給したとき、３０分経過後には、温度がほぼ一定になった。

そして、空気圧を高くすればするほど、ボール、ナット、ねじ軸の温度は低下した。図１３（ｂ）に示すように、冷却ノズルに０．２ＭＰａの圧縮空気を導入したとき、１８０分経過後には、ボール、ナット、ねじ軸の温度がそれぞれ４２．４（１１．１）℃、３９．４（１０．６）℃、４１．０（１５．６）℃まで低下した。括弧内は、ボールねじを冷却しないときからの温度低下を示す。

図１３（ｃ）に示すように、冷却ノズルに０．３５ＭＰａの圧縮空気を導入したとき、１８０分経過後には、ボール、ナット、ねじ軸の温度がそれぞれ３８．１（１５．４）℃、３６．２（１３．８）℃、３３．６（２３．０）℃まで低下した。

図１３（ｄ）に示すように、冷却ノズルに０．４ＭＰａの圧縮空気を導入したとき、１８０分経過後には、ボール、ナット、ねじ軸の温度がそれぞれ３５．１（１８．１）℃、３１．８（１８．２）℃、２９．０（２７．６）℃まで低下した。

図１４は、図１３（ａ）〜（ｄ）に示す１８０分経過後のボール、ナット、ねじ軸の温度を比較したグラフである。冷却ノズルに圧縮空気を導入することで、導入しない場合に比べて、高い冷却効果が得られることがわかる。また、ねじ軸だけでなく、ボール、ナットも効果的に冷却できることがわかる。

特許文献１に記載の発明のように、ナットを水冷したところ、ナットだけが冷却されてねじ軸が冷却されず、ナットとねじ軸の温度差が助長された。そして、ナットとねじ軸の膨張量の差が生じ、ボールに大きな圧力が働き、冷却しているつもりが却ってボールの発熱の原因を招いていた。本実施例のように、ねじ軸を空冷することで、ナット、ねじ軸、ボールの温度差も少なくすることができ、ナット水冷の上記の問題も解決できた。

図１５は、冷却ノズルに圧縮空気を導入しないとき（冷却なし）、０．２ＭＰａ、０．３５ＭＰａ、０．４ＭＰａの圧縮空気を導入したときとで、騒音を比較したグラフである。空気圧を０．４ＭＰａにすると、ボールねじ自体の走行音を上回る騒音レベルになった。このため、０．３５ＭＰａ以下に設定することが望ましい。

図１６は、本発明の一実施形態の運動案内装置用冷却ノズル５１ａ，５１ｂが取り付けられた運動案内装置としてのリニアガイドの斜視図を示す。以下においては、水平面に配置した案内レール５２を長さ方向から見たときの各方向、すなわち図１６に示す左右方向、上下方向及び前後方向を用いてリニアガイドの構成を説明する。もちろん、リニアガイドの配置は、このような左右、上下及び前後に限定されるものではない。

図１６に示すように、リニアガイドは、前後方向に細長い案内レール５２と、案内レール５２に前後方向に移動可能に組み付けられるブロック５４と、を備える。リニアガイドの案内レール５２及びブロック５４は公知のものである。案内レール５２には、ボール、ローラ等の転動体が転がり運動する複数条の転動体転走部５２ａが長さ方向に沿って形成される。案内レール５２は、上面５２−１、左右一対の側面５２−２、及び底面５２−３を有する。案内レール５２の上面５２−１には、案内レール５２を相手部品に取り付けるためのボルト挿入孔５２ｂが長さ方向に一定のピッチで形成される。

ブロック５４は案内レール５２に跨るように案内レール５２に組み付けられる。ブロック５４は、ブロック本体５５と、ブロック本体５５の前後方向の両端面に取り付けられる一対のエンドキャップ５３ａ，５３ｂと、を備える。エンドキャップ５３ａ，５３ｂの端面には、必要に応じてエンドシール、潤滑剤供給装置等のオプションが取り付けられる。

図１７はリニアガイドの長さ方向に直交する断面図（図１６のXVII-XVII線断面図）を示す。ブロック本体５５は、案内レール５２の上面５２−１に対向する中央部５５−１と、案内レール５２の側面５２−２に対向する一対の脚部５５−２を有して、断面コの字形に形成される。ブロック本体５５の内面には、案内レール５２の転動体転走部５２ａに対向する負荷転動体転走部５５ａ、及び負荷転動体転走部５５ａに平行な戻し路５５ｂが形成される。エンドキャップ５３ａ，５３ｂには、負荷転動体転走部５５ａと戻し路５５ｂを接続するＵ字形の方向転換路が形成される。

負荷転動体転走部５５ａ、戻し路５５ｂ、一対の方向転換路によって転動体循環路が構成される。転動体循環路には多数の転動体５６が収容される。リニアガイドの剛性を高めるために、リニアガイドには予圧が付与され、転動体転走部５２ａと負荷転動体転走部５５ａとに挟まれる転動体５６が圧縮される。案内レール５２に対してブロック５４を相対的に移動させると、転動体５６がこれらの間で転がり運動する。なお、案内レール５２に対するブロック５４の移動は相対的なものであり、ブロック５４が移動することも、案内レール５２が移動することもある。

図１６に示すように、ブロック５４の前後方向の両端面には、一対の冷却ノズル５１ａ，５１ｂが取り付けられる。冷却ノズル５１ａ，５１ｂは、案内レール５２に対向する内面に開口６１（図１８（ｂ）参照）を有する。開口６１から空気流を吹き出すことで、案内レール５２を冷却する。冷却ノズル５１ａ，５１ｂの導入口５７には、冷却ノズル５１ａ，５１ｂに圧縮空気を供給するチューブが接続される。

図１８（ａ）は冷却ノズル５１ａの外観斜視図を示し、図１８（ｂ）は図１８（ａ）のｂ−ｂ線を断面にした斜視図を示す。冷却ノズル５１ａと冷却ノズル５１ｂは同一の構成であるので、冷却ノズル５１ａの構成のみを説明する。図１８（ａ）に示すように、冷却ノズル５１ａは、案内レール５２の上面５２−１に対向する中央部５１−１と、案内レール５２の側面５２−２に対向する一対の脚部５１−２と、を有してコ字形である。図１８（ｂ）に示すように、開口６１は、中央部５１−１に配置される上面側開口６１ａと、脚部５１−２に配置される側面側開口６１ｂと、を有する。また、冷却ノズル５１ａは、ブロック５４に接続される接続部５８に、接続部５８の外側の空気を内側に取り込む取込み口５９ａ，５９ｂを有する。取込み口５９ａ，５９ｂは、中央部５１−１及び脚部５１−２に形成される。取込み口５９ａ，５９ｂは、冷却ノズル５１ａの外側の空気を引き込む誘導路６０ａ，６０ｂ（図１９参照）の一部を構成する。冷却ノズル５１ａは、ねじ等の締結部材によってエンドキャップ５３ａに取り付けられる。冷却ノズル５１ａには締結部材の通し孔６５が形成される。

冷却ノズル５１ａは、案内レール５２の長さ方向の一端側の第一部材６２と、他端側の第二部材６３と、を備える。第一部材６２と第二部材６３との間に、空気が導入される内部通路６４及び案内レール５２に向かって空気流を放出する開口６１が画定される。内部通路６４は、冷却ノズル５１ａの中央部５１−１を左右方向に細長く延び、左右方向の両端部で折れ曲って脚部５１−２を下方向に延びる。第一部材６２及び第二部材６３は樹脂又は金属製である。第一部材６２と第二部材６３とはねじ等の締結部材で接合される。

図１９は冷却ノズル５１ａの垂直断面図（図１８（ａ）のｂ-ｂ線断面図）を示す。図１９に示すように、上面側開口６１ａは、第一部材６２の開口構成面６２ａと第二部材６３の開口構成面６３ａによって画定される。上面側開口６１ａは内部通路６４に連通する。上面側開口６１ａの断面は、円弧状に湾曲したスリットに形成される。上面側開口６１ａは、入口から出口に向かって、開口構成面６２ａと開口構成面６３ａとの間の幅が一旦狭くなる第一のテーパ領域Ｓ１と、その後徐々に幅広くなる第二のテーパ領域Ｓ２と、を有する。上面側開口６１ａの下流側には、偏向面６６ａが隣接して位置する。偏向面６６ａは、断面が円弧の曲面からなる。偏向面６６ａの断面を円弧の替わりに多角形に形成することもできる。偏向面６６ａは、上面側開口６１ａから放出される空気流を表面に吸い付け、表面に沿って曲げる。空気流が曲げられると、コアンダ効果によって偏向面６６ａ上に低圧領域が生じ、空気が引き込まれる。上面側開口６１ａの上流側に取込み口５９ａと誘導面６７ａとから構成される誘導路６０ａが設けられる。空気は上面側開口６１ａの上流側に位置する誘導路６０ａに沿って引き込まれる。引き込まれた空気流は、上面側開口６１ａから放出される気体流に同伴する。増幅された空気流は、傾斜面６８ａに沿って案内レール５２の上面５２−１に向かう。

冷却ノズル５１ａの脚部５１−２には、側面側開口６１ｂが設けられる。上面側開口６１ａと同様に、側面側開口６１ｂの下流側には、偏向面６６ｂが隣接して位置する。偏向面６６ｂの下流側には、傾斜面６８ｂが隣接して位置する。側面側開口６１ｂの上流側に取込み口５９ｂと誘導面６７ｂとから構成される誘導路６０ｂが設けられる。側面側開口６１ｂから空気流を放出すると、コアンダ効果によって偏向面６６ｂ上に低圧領域が生じ、空気が誘導路６０ｂに沿って引き込まれる。引き込まれた空気流は、側面側開口６１ｂから放出される空気流に同伴する。増幅された空気流は、傾斜面６８ｂに沿って案内レール５２の側面５２−２に向かう。

本実施形態の運動案内装置用冷却ノズルによれば、増幅された空気流で案内レール５２を冷却することで、気体冷却であっても、リニアガイドを効果的に冷却することができる。

なお、本発明の運動案内装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で他の実施形態に具現化できる。例えば、上記実施形態では、運動案内装置としてリニアガイドを用いているが、ボールスプライン、ボールブッシュを用いることもできる。

１…ねじ軸，２…ナット，４，４１…冷却ノズル（ねじ装置用），４−１，４−２…分割ノズル，５…接続部，６，４２…取込み口，７…開口，８…内部通路，１０…誘導路，１６…内壁，１７…外壁，２７…偏向面，２８…ディフューザ，２９…エッジ，３１…圧縮機（気体を導入する手段），３２…エアー配管（気体を導入する手段），３３…減圧弁（圧力調整器、気体を導入する手段），５１ａ，５１ｂ…冷却ノズル（運動案内装置用），５２…案内レール，５４…ブロック，５６…転動体，６４…内部通路，６１ａ，６１ｂ…開口，６６ａ，６６ｂ…偏向面，６０ａ，６０ｂ…誘導路

Claims (7)

1. ねじ軸及びナットの少なくとも一方を冷却するためのねじ装置用冷却ノズルであって、
   前記冷却ノズルは、前記ねじ軸及び前記ナットの少なくとも一方を囲むように配置され、
   前記冷却ノズルは、気体が導入される内部通路と、前記内部通路に導入された気体流を放出させる開口と、前記開口に隣接して設けられ、前記開口から放出される気体流を曲げる偏向面と、前記冷却ノズルの外側の気体を引き込む誘導路と、を有するねじ装置用冷却ノズル。
2. 前記冷却ノズルは、前記開口よりも上流側に前記ナット又は前記ねじ軸に接続される接続部を有し、
   前記誘導路は、前記接続部の外側の気体を前記接続部の内側に取り込む取込み口を有することを特徴とする請求項１に記載のねじ装置用冷却ノズル。
3. 前記冷却ノズルは、前記冷却ノズルの下流側の端面に外周から内周に近づくに従って下流側に突出するエッジを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のねじ装置用冷却ノズル。
4. 前記冷却ノズルは、円弧状の複数の分割ノズルを結合してなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のねじ装置用冷却ノズル。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のねじ装置用冷却ノズルと、
   前記ねじ軸及び前記ナットを有するねじ装置と、を備える冷却ノズル付きねじ装置。
6. 請求項１ないし４のいずれかに記載のねじ装置用冷却ノズルと、
   前記冷却ノズルの前記内部通路に気体を導入する手段と、を備えるねじ装置用冷却システム。
7. 案内レール及びこの案内レールに転動体を介して相対移動可能に組み付けられるブロックの少なくとも一方を冷却するための運動案内装置用冷却ノズルであって、
   前記冷却ノズルは、気体が導入される内部通路と、前記内部通路に導入された気体流を放出させる開口と、前記開口に隣接して設けられ、前記開口から放出される気体流を曲げる偏向面と、前記冷却ノズルの外側の気体を引き込む誘導路と、を有する運動案内装置用冷却ノズル。
   
   

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