JP6540058B2 - 送り装置及び工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、送り装置及び送り装置を備える工作機械に関する。

従来から特許文献１の図１に示されるように、移動体と、移動体に螺合されたネジ軸と、ネジ軸を回転させるモータとを有する工作機械の送り装置が有る。移動体上には、工作物や工作物を加工するための工具（以下適宜、物体と略す）が取り付けられる。移動体及び物体を合わせた重心位置は、移動体とネジ軸との螺合位置よりも高い位置にある。これにより、モータがネジ軸を回転させて、移動体がネジ軸の回転に伴って軸線方向に移動すると、移動体及び移動体に取り付けられた物体がこれらの重心位置において留まろうとする。このため、移動体が上記螺合位置において進行方向を前方とした場合の左右方向の軸線を回転中心として回転しようとして、移動体にピッチングが生じる。移動中の移動体にピッチングが生じると、移動体に取り付けられた物体の挙動が安定せず、移動体に取り付けられた工作物や工具が上向きに又は下向き僅かに移動する。すると、移動体に取り付けられた工作物や工具が正規の位置からずれるので、工作機械の加工精度が低下する。

移動体と螺合しているネジ軸が回転すると、移動体との螺合部分で発生する摩擦熱によってネジ軸が昇温して熱膨張する。このネジ軸の熱膨張を抑制するために、ネジ軸の軸心に形成された冷却水通路に冷却水を流通させて、ネジ軸を冷却する構造とすることもできる。しかし、このような構造では、冷却水通路の形成によってネジ軸の径方向の寸法が大型化し、送り装置が大型化する。また、ネジ軸の軸心に冷却水を流通させる機構を設けることから、送り装置の構造が複雑化し、送り装置の製造コストが高くなる。そこで、ネジ軸の軸心に冷却水を流通させる構造の代わりに、ネジ軸の一端を軸線方向に関して固定端とし、ネジ軸の他端を軸線方向に関して自由端とする構造とするのが一般的である。しかしながら、このような構造では、移動体の位置がネジ軸の固定端から遠くなるに従って、ネジ軸の弾性変形による影響が大きくなり、ネジ軸による移動体の送り剛性が低下する。すると、工作機械の加工量が不安定となり、工作機械の加工精度が低下する。

ネジ軸の回転方向に対する慣性モーメントや、移動体及び物体の進行方向の慣性モーメントに対応するために、モータ及びネジ軸を並列にそれぞれ２つ設けた送り装置がある（特許文献１の図１示）。このような送り装置において、移動体及び物体を合わせた重心の水平方向の位置が、並列に設けられた一対のネジ軸の中間位置から一方側のネジ軸側にずれている場合には、それぞれのネジ軸に作用する移動体及び物体によるラジアル荷重が不均衡となる。これにより、水平方向に関して、移動体及び物体を合わせた重心位置に近いほうのネジ軸には、他方のネジ軸と比べて大きなラジアル荷重が作用するので、上記重心位置に近いほうのネジ軸の寿命が低下する。

特開２００３−２５１７８号公報

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、移動体に生じるピッチングを抑制できる送り装置、及び、加工精度を向上させることができる工作機械を提供することを目的とする。

本発明の第一の送り装置は、ベースと、前記ベースに対して軸線方向に移動可能な移動体と、前記軸線方向に平行に前記ベースに設けられ、且つ、前記ベースに回転可能に支持される第一ネジ軸と、前記第一ネジ軸と別体であり、前記軸線方向に平行に前記ベースに設けられ、且つ、前記ベースに回転可能に支持される第二ネジ軸と、前記ベースに取り付けられ、前記第一ネジ軸を回転させる第一駆動源と、前記ベースに取り付けられ、前記第二ネジ軸を回転させる第二駆動源と、前記移動体に設けられ、前記第一ネジ軸に螺合し、前記第一ネジ軸の回転に伴って前記軸線方向に移動する第一ナットと、前記移動体に設けられ、前記第二ネジ軸に螺合し、前記第二ネジ軸の回転に伴って前記軸線方向に移動する第二ナットと、を備え、前記移動体は、前記ベースの上面に載置され、且つ、物体が取り付けられ、前記第一ナット及び前記第二ナットは、前記軸線方向に異なる位置に配置され、前記第一ナットは、前記移動体及び前記物体を合わせた重心位置より前記軸線方向の一方側に設けられ、前記第二ナットは、前記移動体及び前記物体を合わせた重心位置より前記軸線方向の他方側に設けられる。
本発明の第二の送り装置は、ベースと、前記ベースに対して軸線方向に移動可能な移動体と、前記軸線方向に平行に前記ベースに設けられる第一ネジ軸と、前記ベースに取り付けられ、前記第一ネジ軸の軸線方向一方側を回転可能に支持する第一支持部と、前記ベースに取り付けられ、前記第一ネジ軸の軸線方向他方側を回転可能に支持する第二支持部と、前記第一ネジ軸と別体であり、前記軸線方向に平行に前記ベースに設けられる第二ネジ軸と、前記ベースに取り付けられ、前記第二ネジ軸の軸線方向一方側を回転可能に支持する第三支持部と、前記ベースに取り付けられ、前記第二ネジ軸の軸線方向他方側を回転可能に支持する第四支持部と、前記ベースに取り付けられ、前記第一ネジ軸を回転させる第一駆動源と、前記ベースに取り付けられ、前記第二ネジ軸を回転させる第二駆動源と、前記移動体に設けられ、前記第一ネジ軸に螺合し、前記第一ネジ軸の回転に伴って前記軸線方向に移動する第一ナットと、前記移動体に設けられ、前記第二ネジ軸に螺合し、前記第二ネジ軸の回転に伴って前記軸線方向に移動する第二ナットと、を備え、前記ベースには、前記移動体の軸線方向において、前記第一支持部、前記第二支持部、前記第三支持部及び前記第四支持部の順番で配置され、前記第一ナット及び前記第二ナットは、前記軸線方向に異なる位置に配置される。

このような構成によって、第一ネジ軸及び第二ネジ軸を回転させて、移動体を移動させる場合に、第一ネジ軸と第一ナットとの相対回転により移動体に生じるピッチングの大きさと、第二ネジ軸と第二ナットとの相対回転により移動体に生じるピッチングの大きさとは異なる。ここで、ピッチングとは、軸線方向に直交し、且つ、移動体がベースに対して配置される方向に直交する方向の回転である。従って、ナットが軸線方向に一カ所の場合に比べて、軸線方向に異なる位置に配置される第一ナットと第二ナットにより、移動体に生じるピッチングを抑制できる。このため、移動体に取り付けられた工作物や工具等の物体の正規の位置からのずれを抑制することができ、工作機械の加工精度を向上させることができる。

本実施形態の送り装置の上面図である。 図１のＡ−Ａ断面図であり、本実施形態の送り装置の側断面図である。 図２のＢ部拡大図である。 比較例の送り装置の上面図である。 図４のＣ−Ｃ断面図であり、比較例の送り装置の側断面図である。

（送り装置及び工作機械の構成）
図１〜図３に基づき、本実施形態の送り装置１００及び工作機械１０００の構成について説明する。送り装置１００は、旋盤、研削盤等の工作機械１０００の機械的要素であり、移動体２に取り付けられた物体８０を移動させるものである。移動体２は、例えば、工作物が取り付けられベッドに対して直動するテーブル、エンドミルなどの工具を保持する主軸装置が取り付けられコラム又はベッドに対して直動するサドル、サドルが取り付けられベッドに対して直動するコラム、砥石車を保持しベッドに対して直動する砥石台テーブルなどである。以下においては、移動体２は、物体８０としての工具を載置するテーブルを例に挙げる。

図１〜図３に示すように、送り装置１００は、ベース１、移動体２、ガイド部材３、第一ネジ軸１１、第二ネジ軸１２、第一モータ２１、第二モータ２２、第一軸受３１〜第四軸受３４、制御部５０、第一ナット５１、第二ナット５２を有している。なお、図１〜図３において、紙面左右方向を軸線方向、紙面右側を前方（一方）、紙面左側を後方（他方）とする。また、図１において、紙面上下方向、つまり、軸線方向と直交する方向を幅方向とする。また、図２及び図３において、紙面上下方向を上下方向とする。

図１及び図２に示すように、ベース１は、基部１ａと、第一支持部１ｂ〜第四支持部１ｅとが一体に構成されている。基部１ａは、ブロック形状である。第一支持部１ｂ〜第四支持部１ｅは、基部１ａの上面から上方に突出形成されている。第一支持部１ｂ〜第四支持部１ｅは、軸線方向に関して基部１ａの前方側（一方側）から後方側（他方側）に順番に形成されている。第一支持部１ｂは、基部１ａの前方側（一方側）の端部に形成されている。第四支持部１ｅは、基部１ａの後方側（他方側）の端部に形成されている。第二支持部１ｃと第三支持部１ｄは、軸線方向に関して基部１ａの中央部分に、互いに隣接して設けられている。

図１に示すように、複数（本実施形態では２つ）のガイド部材３が、軸線方向に沿って、幅方向に並列してベース１に取り付けられている。複数のガイド部材３は、移動体２に係合している。ガイド部材３は、例えば、リニアモーション（ＬＭ）ガイドである。このような構造によって、移動体２は、ベース１の上面に載置され、ベース１に対して軸線方向に移動可能に、ベース１に取り付けられている。

図１に示すように、第一ネジ軸１１及び第二ネジ軸１２は、軸線方向に平行に設けられている。第一ネジ軸１１と第二ネジ軸１２は、別体である。第一ネジ軸１１及び第二ネジ軸１２は、後述の構造によって、これらの両端がベース１に回転可能に支持されている。第一ネジ軸１１の軸線と第二ネジ軸１２の軸線は、同軸に配置されている。本実施形態では、第一ネジ軸１１の軸線と第二ネジ軸１２の軸線は、ベース１の幅方向の中央部分において、一直線（図１に示す一点鎖線）上に設けられている。第一ネジ軸１１は、ベース１の前方側（一方側）に設けられている。第二ネジ軸１２は、ベース１の後方側（他方側）に設けられている。なお、ネジ軸１１、１２は、ボールネジや送りネジである。

図２及び図３に示すように、第一ネジ軸１１は、基端側（前端側）から先端側（後端側）に向かって、基端側軸受部１１ａ、第一ネジ部１１ｂ、先端側軸受部１１ｃが形成されている。基端側軸受部１１ａ及び先端側軸受部１１ｃは円柱形状である。第一ネジ部１１ｂの外周面には、ネジ溝が形成されている。

第一ネジ軸１１の基端（一端、前端）である基端側軸受部１１ａは、第一支持部１ｂに固定された第一軸受３１によって軸支されている。図３に示すように、第一軸受３１は、ボールベアリングであり、内輪３１ａ、内輪３１ａの外周側に配置された外輪３１ｂ、内輪３１ａと外輪３１ｂの間に配置された複数のボール３１ｃとから構成されている。なお、内輪３１ａと外輪３１ｂは、軸線方向に対して移動不能となっている。本実施形態では、２つの第一軸受３１が軸線方向に並列に設けられている。２つの第一軸受３１は、第一支持部１ｂに軸線方向に貫通形成された第一固定穴１ｆ内に嵌合して取り付けられている。後方側の第一軸受３１の外輪３１ｂの後端は、第一固定穴１ｆの後方側に形成された段差１ｇに当接している。このため、２つの第一軸受３１の第一支持部１ｂに対する後方への移動が阻止される。前方側の第一軸受３１の外輪３１ｂの前端は、第一固定穴１ｆに全周にわたって形成されたリング溝１ｈに取り付けられたＣリング６１に当接している。このため、２つの第一軸受３１の第一支持部１ｂに対する前方への移動が阻止される。このような構造によって、２つの第一軸受３１が、第一支持部１ｂに軸線方向に関し移動不能に固定されている。

基端側軸受部１１ａは、２つの第一軸受３１の内輪３１ａ内に挿通している。第一ネジ部１１ｂの外径は基端側軸受部１１ａの外径よりも大きくなっていて、第一ネジ部１１ｂと基端側軸受部１１ａの間には段差１１ｇが形成されている。後方側の第一軸受３１の内輪３１ａの後端は、段差１１ｇと当接し、第一軸受３１の第一ネジ軸１１に対する後方への移動が阻止されている。基端側軸受部１１ａの外周面には、リング溝１１ｄが全周にわたって形成されている。リング溝１１ｄには、Ｃリング１１ｈが取り付けられている。Ｃリング１１ｈは、前方側の第一軸受３１の内輪３１ａの前端と当接し、第一軸受３１の第一ネジ軸１１に対する前方への移動が阻止されている。このような構造によって、第一ネジ軸１１の基端（一端）である基端側軸受部１１ａは、第一軸受３１によって、第一ネジ軸１１の軸線方向に関して移動不能に軸支されている。

第一ネジ軸１１の先端（他端、後端）である先端側軸受部１１ｃは、第二支持部１ｃに固定された第二軸受３２によって軸支されている。第二軸受３２は、ボールベアリングであり、内輪３２ａ、外輪３２ｂ、及び複数のボール３２ｃとから構成されている。外輪３２ｂは内輪３２ａの外周側に設けられている。複数のボール３２ｃは、内輪３２ａと外輪３２ｂの間に設けられている。内輪３２ａの外周面には、複数のボール３２ｃが係合するボール溝３２ｄが１周形成されている。一方で、外輪３２ｂの内周面には、ボール３２ｃが係合するボール溝は形成されていない。このため、内輪３２ａと外輪３２ｂは、軸線方向に移動可能となっている。なお、外輪３２ｂの内周面にボール３２ｃが係合するボール溝が形成され、内輪３２ａの内周面にボール溝が形成されていない実施形態であっても差し支え無い。

第二軸受３２は、第二支持部１ｃに軸線方向に貫通形成された第二固定穴１ｉ内に嵌合して取り付けられている。第二軸受３２の外輪３２ｂの前端は第二固定穴１ｉの前方側に形成された段差１ｊに当接している。このため、第二軸受３２の外輪３２ｂの第二支持部１ｃに対する前方への移動が阻止される。第二軸受３２の外輪３２ｂの後端は、第二固定穴１ｉに形成されたリング溝１ｋに取り付けられたＣリング６２に当接している。このため、第二軸受３２の外輪３２ｂの第二支持部１ｃに対する後方への移動が阻止される。

先端側軸受部１１ｃは、第二軸受３２の内輪３２ａ内に挿通している。第一ネジ部１１ｂの外径は、先端側軸受部１１ｃの外径よりも大きくなっていて、第一ネジ部１１ｂと先端側軸受部１１ｃの間には、段差１１ｋが形成されている。第二軸受３２の内輪３２ａの前端は、段差１１ｋと当接している。このため、第二軸受３２の内輪３２ａの先端側軸受部１１ｃに対する前方への移動が阻止される。先端側軸受部１１ｃの外周面には、リング溝１１ｅが全周にわたって形成されている。リング溝１１ｅには、Ｃリング１１ｆが取り付けられている。Ｃリング１１ｆは、第二軸受３２の内輪３２ａの後端と当接している。このため、第二軸受３２の内輪３２ａの先端側軸受部１１ｃに対する後方への移動が阻止される。上述したように、内輪３２ａと外輪３２ｂは、移動方向に移動可能となっている。このため、先端側軸受部１１ｃは、軸線方向に関して移動可能となっている。この結果、第一ネジ軸１１が熱膨張した場合に、先端側軸受部１１ｃが後方側（先端側）に移動し（図３のｍ１）、第一ネジ軸１１の湾曲等の変形が防止される。また、第一ネジ軸１１が熱収縮した場合に、先端側軸受部１１ｃが前方側（基端側）に移動し（図３のｍ２）、第一ネジ軸１１が引っ張られる方向に作用する応力の発生が防止される。

第一モータ２１（第一駆動原）は、第一ネジ軸１１を回転させるものである。図２や図３に示すように、第一モータ２１（第一駆動原）は、ベース１の第一支持部１ｂの前端面に取り付けられている。第一モータ２１の回転軸２１ａは、第一固定穴１ｆ内に挿通し、カップリング等の第一連結部材４１によって、第一ネジ軸１１の基端側軸受部１１ａに連結している。

図２に示すように、第二ネジ軸１２は、基端側（後端側）から先端側（前端側）に向かって、基端側軸受部１２ａ、第二ネジ部１２ｂ、先端側軸受部１２ｃが形成されている。基端側軸受部１２ａ及び先端側軸受部１２ｃは、円柱形状である。第二ネジ部１２ｂの外周面には、ネジ溝が形成されている。なお、第一ネジ部１１ｂのネジ溝と、第二ネジ部１２ｂのネジ溝は、同一方向に形成されている。

第二ネジ軸１２の基端（後端、軸線方向の他方側の端部）である基端側軸受部１２ａは、第四支持部１ｅに固定された第三軸受３３によって軸線方向に移動不能に軸支されている。なお、基端側軸受部１２ａが第四支持部１ｅに固定された第三軸受３３に軸支されている構造は、上述したように第一ネジ軸１１の基端側軸受部１１ａが第一支持部１ｂに固定された第一軸受３１によって軸支されている構造と同様の構造である。

第二ネジ軸１２の先端（前端、軸線方向の一方側の端部）である先端側軸受部１２ｃは、第三支持部１ｄに固定された第四軸受３４によって軸線方向に関して移動可能に軸支されている。このため、第二ネジ軸１２が、熱膨張によって軸線方向に伸びたとしたとしても、第二ネジ軸１２の先端が前方に移動し、第二ネジ軸１２の湾曲等の変形が防止される。また、第二ネジ軸１２が熱収縮した場合に、先端側軸受部１２ｃが後方側（基端側）に移動し、第二ネジ軸１２が引っ張られる方向に作用する応力の発生が防止される。なお、先端側軸受部１２ｃが第三支持部１ｄに固定された第四軸受３４に軸支されている構造は、上述したように第一ネジ軸１１の先端側軸受部１１ｃが第二支持部１ｃに固定された第二軸受３２によって軸支されている構造と同様の構造である。

第二モータ２２（第二駆動原）は、第二ネジ軸１２を回転させるものである。図２に示すように、第二モータ２２（第二駆動原）は、ベース１の第四支持部１ｅの後端面に取り付けられている。第二モータ２２の回転軸２２ａは、第四支持部１ｅに形成された第三固定穴１ｍ内に挿通し、カップリング等の第二連結部材４２によって、第二ネジ軸１２の基端側軸受部１２ａに連結している。なお、第一モータ２１の回転方向と第二モータ２２の回転方向は異なっている。本実施形態では、第一モータ２１及び第二モータ２２は、サーボモータである。

図２に示すように、第一ネジ軸１１の後端部（第一端部）と、第二ネジ軸１２の前端部（第二端部）とは対向している。そして、第一ネジ軸１１の後端部（第一端部）と第二ネジ軸１２の前端部（第二端部）との離間距離ａ（図２示）は、第一ネジ軸１１及び第二ネジ軸１２が最大に熱膨張した場合に、第一ネジ軸１１の後端部（第一端部）と第二ネジ軸１２の前端部（第二端部）とが当接しない寸法に設定されている。

移動体２は、基部２ａ、第一突出部２ｂ、及び第二突出部２ｃとから構成されている。基部２ａは、ブロック状であり、工具や工作物（工具や工作物を基部２ａに取り付けるための取付部を含む）等の物体８０が取り付けられている。図２に示す実施形態では、物体８０は刃物台８１及び刃物台８１に取り付けられる工具８２である。なお、図２には、工作機械１０００を構成するチャック５０１、及び、チャック５０１に取り付けられる工作物５０２を図示する。また、送り装置１００が用いられる工作機械１０００は旋盤である。

第一突出部２ｂは、基部２ａの前端部分（一端部分）の下部から下方に伸びるように形成されている。第一突出部２ｂには、第一ナット５１が設けられている。第一ナット５１は、移動体２における軸線方向の中央より前方側（一方側）に設けられている。第一ナット５１には、第一ネジ軸１１の第一ネジ部１１ｂが螺合している。第一ネジ軸１１の回転に伴って、第一ナット５１が軸線方向に移動し、移動体２が軸線方向に移動する。

第二突出部２ｃは、基部２ａの後端部分（他端部分）の下部から下方に伸びるように形成されている。第二突出部２ｃには、第二ナット５２が設けられている。第二ナット５２は、移動体２における軸線方向の中央より後方側（他方側）に設けられている。第二ナット５２には、第二ネジ軸１２の第二ネジ部１２ｂが螺合している。第二ネジ軸１２の回転に伴って、第二ナット５２が軸線方向に移動し、移動体２が軸線方向に移動する。

図１や図２に示すように、第一ナット５１及び第二ナット５２は、軸線方向に異なる位置に配置されている。なお、ネジ軸１１、１２が、ボールネジである場合には、ネジ軸１１、１２のネジ部１１ｂ、１２ｂとナット５１、５２の間には、複数のボールが設けられ、ナット５１、５２には当該複数のボールを循環させる循環機構が設けられている。

図２に示すように、第一ナット５１は、移動体２及び物体８０を合わせた重心位置９９（以下適宜、重心位置９９と略す）より軸線方向の前方側（一方側）に設けられている。第二ナット５２は、重心位置９９より軸線方向の後方側（他方側）に設けられている。言い換えると、軸線方向に関して、移動体２及び移動体２に取り付けられている物体８０を合わせた重心位置９９は、第一ネジ軸１１と移動体２の第一ナット５１との螺合部分である第一螺合部９１と、第二ネジ軸１２と移動体２の第二ナット５２との螺合部分である第二螺合部９２との間に位置している。

制御部５０は、第一モータ２１及び第二モータ２２に駆動電流を供給して、第一モータ２１と第二モータ２２を異なる方向に回転させる。なお、第一ネジ軸１１と第二ネジ軸１２の回転方向は、同一である。モータ２１、２２によって、ネジ軸１１、１２が回転されると、ネジ軸１１、１２とナット５１、５２との相対回転によって、ネジ軸１１、１２の回転量に応じた移動量だけ移動体２は前方又は後方に移動する。

（本実施形態の効果）
上述した説明から明らかなように、図１や図２に示すように、送り装置１００は、ベース１と、ベース１に対して所定の軸線方向に移動可能な移動体２と、軸線方向に平行にベース１に設けられ、且つ、ベース１に回転可能に支持される第一ネジ軸１１と、第一ネジ軸１１と別体であり、軸線方向に平行にベース１に設けられ、且つ、ベース１に回転可能に支持される第二ネジ軸１２と、ベース１に取り付けられ、第一ネジ軸１１を回転させる第一モータ２１（第一駆動源）と、ベース１に取り付けられ、第二ネジ軸１２を回転させる第二モータ２２（第二駆動源）と、移動体２に設けられ、第一ネジ軸１１に螺合し、第一ネジ軸１１の回転に伴って軸線方向に移動する第一ナット５１と、移動体２に設けられ、第二ネジ軸１２に螺合し、第二ネジ軸１２の回転に伴って軸線方向に移動する第二ナット５２と、を備え、第一ナット５１及び第二ナット５２は、軸線方向に異なる位置に配置される。

このような構成によって、第一ネジ軸１１及び第二ネジ軸１２を回転させて、移動体２を移動させる場合に、第一ネジ軸１１と第一ナット５１との相対回転により移動体２に生じるピッチングの大きさと、第二ネジ軸１２と第二ナット５２との相対回転により移動体２に生じるピッチングの大きさとは異なる。ここで、ピッチングとは、軸線方向に直交し、且つ、移動体２がベース１に対して配置される方向に直交する方向の回転である。従って、ナットが軸線方向に一カ所に配置された場合と比べて、軸線方向に異なる位置に配置される第一ナット５１と第二ナット５２により、移動体２に生じるピッチングを抑制できる。このため、移動体２に取り付けられた工作物や工具等の物体８０の正規の位置からのずれを抑制することができ、工作機械１０００の加工精度を向上させることができる。

また、第一ナット５１は、移動体２における軸線方向の中央より前方側（一方側）に設けられている。そして、第二ナット５２は、移動体２における軸線方向の中央より後方側（他方側）設けられている。これにより、第一ネジ軸１１と第一ナット５１との相対回転により移動体２に生じるピッチングと、第二ネジ軸１２と第二ナット５２との相対回転により移動体２に生じるピッチングとを、反対方向に作用させることができる。従って、移動体２に生じるピッチングをより確実に抑制できる。

図２に示すように、移動体２は、ベース１の上面に載置され、且つ、物体８０が取り付けられている。そして、第一ナット５１は、移動体２及び物体８０を合わせた重心位置９９より軸線方向の前方側（一方側）に設けられている。そして、第二ナット５２は、移動体２及び物体８０を合わせた重心位置９９より軸線方向の後方（他方側）に設けられている。このような構成による効果を以下に記載する。

移動体２がベース１に対して前方側（一方側）から後方側（他方側）に移動する場合には、第一ネジ軸１１と第一ナット５１との相対回転によって、移動体２は後方側（他方側）に押される。重心位置９９は第一ナット５１の後方側（他方側）に位置している。このため、第一ネジ軸１１によって移動体２が後方側（他方側）に押されると、移動体２及び物体８０がこれらの重心位置９９に留まろうとするので、移動体２が第一ナット５１（第一螺合部９１）を中心に時計回りに回転しようとして、移動体２及び物体８０が上向きに移動しようとする（図２に示す白抜き矢印）。

また、移動体２がベース１に対して前方側（一方側）から後方側（他方側）に移動する場合には、第二ネジ軸１２と第二ナット５２との相対回転によって、移動体２は後方側（他方側）に引っ張られる。重心位置９９は第二ナット５２（第二螺合部９２）の前方側（一方側）に位置している。このため、第二ネジ軸１２によって移動体２が後方側（他方側）に引っ張られると、移動体２及び物体８０がこれらの重心位置９９に留まろうとするので、移動体２が第二ナット５２（第二螺合部９２）を中心に時計回りに回転しようとして、移動体２及び物体８０が下向きに移動しようとする（図２に示す黒塗り矢印）。

このように、第一ネジ軸１１の回転によって移動体２及び物体８０が上向きに移動しようとする一方で、第二ネジ軸１２の回転によって移動体２及び物体８０が下向きに移動しようとする。このため、第一ネジ軸１１の回転によって移動体２及び物体８０を上向きに移動させようとするピッチングと、第二ネジ軸１２の回転によって移動体２及び物体８０を下向きに移動させようとするピッチングとが相殺される。上記とは逆に、移動体２がベース１に対して後方側（他方側）から前方側（一方側）に移動する場合もまた、同様に、第一ネジ軸１１の回転によって移動体２及び物体８０を下向きに移動させようとするピッチングと、第二ネジ軸１２の回転によって移動体２及び物体８０を上向きに移動させようとするピッチングとが相殺される。

このように、第一ネジ軸１１と第一ナット５１との相対回転により移動体２及び物体８０に生じるピッチングと、第二ネジ軸１２と第二ナット５２の相対回転により移動体２及び物体８０に生じるピッチングとを、反対方向に作用させることができる。従って、移動体２に生じるピッチングをより確実に抑制できる。この結果、移動中の移動体２に取り付けられた物体８０の挙動が安定し、移動体２に取り付けられた工作物や工具等の物体８０が正規の位置からずれないので、工作機械１０００の加工精度が低下しない。

図１に示すように、第一ネジ軸１１の軸線と第二ネジ軸１２の軸線は、同軸に配置されている。これにより、図１に示すように、移動体２と物体８０を合わせた幅方向の重心位置９９が、第一ネジ軸１１や第二ネジ軸１２の軸線からずれていたとしても、第一ネジ軸１１及び第二ネジ軸１２に作用する移動体２及び物体８０によるラジアル荷重が不均衡とならない。このため、第一ネジ軸１１及び第二ネジ軸１２のうちいずれか一方の寿命の低下が防止される。なお、ラジアル荷重とは、第一ネジ軸１１及び第二ネジ軸１２の軸線方向と直交する方向に作用する荷重であり、本実施形態では図２において垂直方向の荷重である。

図２に示すように、第一ネジ軸１１及び第二ネジ軸１２は、両端をベース１に回転可能に支持されている。これにより、第一ネジ軸１１及び第二ネジ軸１２の両端部が、軸線方向と直交する径方向に拘束されているので、第一ネジ軸１１及び第二ネジ軸１２の一端が径方向に解放されている構造と比較して、第一ネジ軸１１及び第二ネジ軸１２が高速回転した場合に、第一ネジ軸１１及び第二ネジ軸１２が自励振動（発散振動）によって破壊されることが抑制される。

図２に示すように、第一軸受３１は第一ネジ軸１１の両端のうち一方（前方）の端部を軸線方向に関して移動不能に軸支し、第二軸受３２は第一ネジ軸１１の両端のうち他方（後方）の端部を軸線方向に関して移動可能に軸支している。そして、第三軸受３３は第二ネジ軸１２の両端のうち一方（後方）の端部を軸線方向に関して移動不能に軸支し、第四軸受３４は第二ネジ軸１２の両端のうち他方（前方）の端部を軸線方向に関して移動可能に軸支している。

このように、ネジ軸１１、１２の両端のうち一方の端部が軸線方向に移動不能となっている一方で、ネジ軸１１、１２の両端のうち他方の端部が軸線方向に移動可能となっているので、ネジ軸１１、１２とナット５１、５２との摩擦によって、ネジ軸１１、１２が熱膨張した場合に、ネジ軸１１、１２の湾曲等の変形が防止される。また、ネジ軸１１、１２の軸心に冷却水を流通させる機構を設けることなく、ネジ軸１１、１２が熱膨張した場合に、ネジ軸１１、１２の湾曲等の変形が防止されるので、冷却水通路の形成によってネジ軸１１、１２の径方向の寸法が大型化することなく、送り装置１００の製造コストが高くならない。また、ネジ軸１１、１２が熱収縮した場合に、ネジ軸１１、１２が引っ張られる方向に作用する応力の発生が防止される。

図２に示すように、軸線方向に関し移動不能に軸支する第一軸受３１は、第一ネジ軸１１の両端のうち軸線方向の前方側（一方側）の端部を軸支している。また、軸線方向に関し移動可能に軸支する第二軸受３２は、第一ネジ軸１１の両端のうち軸線方向の後方側（他方側）の端部を軸支している。また、軸線方向に関し移動不能に軸支する第三軸受３３は、第二ネジ軸１２の両端のうち軸線方向の後方側（他方側）の端部を軸支している。また、軸線方向に関し移動可能に軸支する第四軸受３４は、第二ネジ軸１２の両端のうち軸線方向の前方側（一方側）の端部を軸支している。このような構成によって、移動体２の第一ナット５１が第一軸受３１に近接している状態では、第一ネジ軸１１を軸線方向に関し移動不能に軸支している第一軸受３１によって、第一ネジ軸１１の送り剛性が確保される。一方で、移動体２の第一ナット５１が第一軸受３１から遠ざかるに従って、第一ネジ軸１１の送り剛性が低下するが、移動体２の第二ナット５２が第二ネジ軸１２を軸線方向に関し移動不能に軸支している第三軸受３３に近づくので、第二ネジ軸１２の送り剛性が上昇する。このように、移動体２の軸線方向の位置に関わらず、第一ネジ軸１１及び第二ネジ軸１２を合わせた送り剛性が低下しないので、工作機械１０００の加工量が不安定とならず、工作機械１０００の加工精度が低下しない。

上述したように、第一ネジ軸１１の第一ネジ部１１ｂのネジ溝と第二ネジ軸１２の第二ネジ部１２ｂのネジ溝が同一方向に形成されている。これにより、第一ネジ部１１ｂのネジ溝と第二ネジ部１２ｂのネジ溝を形成するのに、同一の転造ダイスで形成することができる。このため、第一ネジ部１１ｂのネジ溝と第二ネジ部１２ｂのネジ溝の軸線方向のピッチがずれずに形成される。この結果、第一ネジ軸１１と第二ネジ軸１２を同じ回転量だけ回転させた場合に、第一ネジ軸１１による移動体２の送り量と、第二ネジ軸１２による移動体２の送り量が同一となり、移動体２を安定して軸線方向に移動させることができる。

図２に示すように、第一ネジ軸１１の端部のうち第一モータ２１（第一駆動原）と接続されている端部と反対側の端部である先端側軸受部１１ｃ（第一端部）と、第二ネジ軸１２の端部のうち第二モータ２２（第二駆動原）と接続されている端部と反対側の端部である先端側軸受部１２ｃ（第二端部）は対向している。そして、先端側軸受部１１ｃ（第一端部）と先端側軸受部１２ｃ（第二端部）との離間距離ａは、第一ネジ軸１１及び第二ネジ軸１２が最大に熱膨張した場合に、先端側軸受部１１ｃ（第一端部）と先端側軸受部１２ｃ（第二端部）とが当接しない寸法に設定されている。このため、ネジ軸１１、１２が回転して、ナット５１、５２との摩擦熱によって、ネジ軸１１、１２が熱膨張したとしても、先端側軸受部１１ｃ（第一端部）と先端側軸受部１２ｃ（第二端部）とが当接しない。このため、先端側軸受部１１ｃ（第一端部）と先端側軸受部１２ｃ（第二端部）との当接によるネジ軸１１、１２の湾曲が防止され、工作機械１０００の加工精度が低下しない。なお、第一ネジ軸１１及び第二ネジ軸１２の最大の熱膨張量は、送り装置１００の設計時に仕様として想定された送り装置１００の最大温度変化量や、送り装置１００の温度変化に伴う上記熱膨張量のシミュレーション結果や送り装置１００の温度変化に伴う上記熱膨張量の実測値などから適宜設定される。

（比較例の説明）
以下に、図４及び図５を用いて、比較例の送り装置２００について説明する。図４や図５に示すように、比較例の送り装置２００では、ベース１０１に２つのネジ軸１１１、１１２と、これらを回転させるための２つのモータ１２１、１２２が設けられている。そして、ネジ軸１１１、１１２が、軸線方向に関して同一箇所において形成されたネジ穴１０２ａ、１０２ｂに螺合している。図５に示す例では、移動体１０２及び移動体１０２に取り付けられた物体１８０を合わせた重心位置１９９（以下適宜、重心位置１９９と略す）が、ネジ軸１１１、１１２と移動体１０２との螺合部１９１、１９２よりも後方側に位置している。

このように構成された、送り装置２００では、ネジ軸１１１、１１２が回転すると、移動体１０２は以下に示すような挙動をする。移動体１０２がベース１０１に対して前方側から後方側に移動する場合には、ネジ軸１１１、１１２によって移動体１０２は後方側に押され、移動体１０２及び物体１８０がこれらの重心位置１９９に留まろうとするので、移動体１０２がネジ軸１１１、１１２との螺合部１９１、１９２を中心に時計回りに回転しようとして、移動体１０２に取り付けられた物体１８０が上向きに移動しようとする（図５に示す白抜き矢印）。一方で、移動体１０２がベース１０１に対して後方側から前方側に移動する場合には、ネジ軸１１１、１１２によって移動体１０２は前方側に引っ張られ、移動体１０２及び物体１８０がこれらの重心位置１９９に留まろうとするので、移動体１０２が螺合部１９１、１９２を中心に反時計回りに回転しようとして、移動体１０２に取り付けられた物体１８０が下向きに移動しようとする（図５に示す黒抜き矢印）。

このように、移動体１０２が螺合部１９１、１９２を回転中心として回転しようとすると、移動中の移動体１０２に取り付けられた物体１８０である工作物や工具の挙動が安定しない。すると、移動体１０２に取り付けられた物体１８０である工作物や工具が上向きに又は下向き僅かに移動し、移動体１０２に取り付けられた工作物や工具が正規の位置からずれるので、送り装置２００を備えた工作機械の加工精度が低下する。

図４や図５に示すように、比較例の送り装置２００では、ネジ軸１１１、１１２の一端がベース１０１に軸線方向に関し移動不能に設けられ軸受１３１、１３２によって軸支され、ネジ軸１１１、１１２の他端がベース１０１に軸線方向に移動可能に設けられた軸受１３３、１３４によって軸支されている。この送り装置２００では、移動体１０２のネジ穴１０２ａ、１０２ｂが、ベース１０１に軸線方向に関し移動不能に設けられた軸受１３１、１３２から遠ざかると、ネジ軸１１１、１１２の弾性変形による影響が大きくなり、ネジ軸１１１、１１２の送り剛性が低下する。

図４に示すように、移動体１０２及び移動体１０２に取り付けられた物体１８０を合わせた幅方向の重心位置１９９が、並列に設けられた一対のネジ軸１１１、１１２の中間位置から一方側のネジ軸１１２側にずれていると、それぞれのネジ軸１１１、１１２に作用するラジアル荷重が不均衡となり、重心位置１９９から近いほうのネジ軸１１１には、他方のネジ軸１１２と比べて大きなラジアル荷重が作用する。このため、重心位置１１９に近いほうのネジ軸１１１の寿命が低下する。

（別の実施形態）
以上説明した実施形態では、図１に示すように、第一ネジ軸１１と第二ネジ軸１２とは一直線上に設けられている。しかし、第一ネジ軸１１と第二ネジ軸１２とが、一直線上に設けられておらず、幅方向にオフセットしている実施形態であっても差し支え無い。この実施形態であっても、軸線方向に関して、移動体２（移動体）及び移動体２に取り付けられる物体８０を合わせた重心位置９９が、第一螺合部９１と第二螺合部９２との間に位置している。このため、上述したように、第一ネジ軸１１によって物体８０を上向き又は下向きに移動させようとする力と、第二ネジ軸１２によって物体８０を下向き又は上向きに移動させようとする力とが相殺されて、移動体２に取り付けられた物体８０が上下方向に移動しない。このため、工作機械１０００の加工精度が低下しない。

以上説明した実施形態の代わりに、以下に示す（１）〜（４）の構成を満たす実施形態であっても差し支え無い。
（１）軸線方向に関し移動不能に軸支する第一軸受３１が、第一ネジ軸１１の両端のうち軸線方向の後方側（他方側）の端部を軸支している。
（２）軸線方向に関し移動可能に軸支する第二軸受３２が、第一ネジ軸１１の両端のうち軸線方向の前方側（一方側）の端部を軸支している。
（３）軸線方向に関し移動不能に軸支する第三軸受３３が、第二ネジ軸１２の両端のうち軸線方向の前方側（一方側）の端部を軸支している。
（４）軸線方向に関し移動可能に軸支する第四軸受３４が、第二ネジ軸１２の両端のうち軸線方向の後方側（他方側）の端部を軸支している。
このような実施形態であっても、移動体２の軸線方向の位置に関わらず、第一ネジ軸１１及び第二ネジ軸１２を合わせた送り剛性が低下すること無く、工作機械１０００の加工量が不安定とならず、工作機械１０００の加工精度が低下しない。

以上説明した実施形態の代わりに、以下に示す（５）〜（８）の構成を満たす実施形態であっても差し支え無い。
（５）軸線方向に関し移動不能に軸支する第一軸受３１が、第一ネジ軸１１の両端のうち軸線方向の前方側（一方側）の端部を軸支している。
（６）軸線方向に関し移動可能に軸支する第二軸受３２が、第一ネジ軸１１の両端のうち軸線方向の後方側（他方側）の端部を軸支している。
（７）軸線方向に関し移動不能に軸支する第三軸受３３が、第二ネジ軸１２の両端のうち軸線方向の前方側（一方側）の端部を軸支している。
（８）軸線方向に関し移動可能に軸支する第四軸受３４が、第二ネジ軸１２の両端のうち軸線方向の後方側（他方側）の端部を軸支している。

以上説明した実施形態の代わりに、以下に示す（９）〜（１２）の構成を満たす実施形態であっても差し支え無い。
（９）軸線方向に関し移動不能に軸支する第一軸受３１が、第一ネジ軸１１の両端のうち軸線方向の後方側（他方側）の端部を軸支している。
（１０）軸線方向に関し移動可能に軸支する第二軸受３２が、第一ネジ軸１１の両端のうち軸線方向の前方側（一方側）の端部を軸支している。
（１１）軸線方向に関し移動不能に軸支する第三軸受３３が、第二ネジ軸１２の両端のうち軸線方向の後方側（他方側）の端部を軸支している。
（１２）軸線方向に関し移動可能に軸支する第四軸受３４が、第二ネジ軸１２の両端のうち軸線方向の前方側（一方側）の端部を軸支している。

上記した（５）〜（８）の構成を満たす実施形態、或いは、上記した（９）〜（１２）の構成を満たす実施形態であっても、第一ネジ軸１１によって物体８０を上向き又は下向きに移動させようとする力と、第二ネジ軸１２によって物体８０を下向き又は上向きに移動させようとする力とが相殺されて、移動体２に取り付けられた物体８０が上下方向に移動しない。このため、工作機械１０００の加工精度が低下しない。

以上説明した実施形態では、第一ネジ軸１１の第一ネジ部１１ｂのネジ溝と第二ネジ軸１２の第二ネジ部１２ｂのネジ溝は同一方向に形成されている。しかし、第一ネジ軸１１の第一ネジ部１１ｂのネジ溝と第二ネジ軸１２の第二ネジ部１２ｂのネジ溝が異なる方向に形成されている実施形態であっても差し支え無い。

以上説明した実施形態では、第一モータ２１はベース１の前方側（一方側）に形成された第一支持部１ｂに設けられ、第二モータ２２はベース１の後方側（他方側）に形成された第四支持部１ｅに設けられている。しかし、第一モータ２１がベース１の中央部分に形成された第二支持部１ｃに設けられ、第二モータ２２がベース１の中央部分に形成された第三支持部１ｄに設けられている実施形態であっても差し支え無い。この実施形態の場合には、第一モータ２１と第二モータ２２の回転方向は反対方向である。

第一モータ２１がベース１の前方側（一方側）に形成された第一支持部１ｂに設けられ、第二モータ２２がベース１の中央部分に形成された第三支持部１ｄに設けられている実施形態であっても差し支え無い。或いは、第一モータ２１がベース１の中央部分に形成された第二支持部１ｃに設けられ、第二モータ２２がベース１の後方側（他方側）に形成された第四支持部１ｅに設けられている実施形態であっても差し支え無い。これらの実施形態の場合には、第一モータ２１と第二モータ２２の回転方向は同一方向である。

以上説明した実施形態では、移動体２に物体８０が取り付けられている。しかし、移動体２に物体８０が取り付けられていない実施形態であっても差し支え無い。この実施形態では、第一ナット５１は、移動体２の重心位置より軸線方向の前方側（一方側）に設けられている。そして、第二ナット５２は、移動体２の重心位置より軸線方向の後方側（他方側）に設けられている。このような構成によって、第一ネジ軸１１と第一ナット５１との相対回転により移動体２に生じるピッチングと、第二ネジ軸１２と第二ナット５２の相対回転により移動体２に生じるピッチングとを、反対方向に作用させることができる。従って、移動体２に生じるピッチングを確実に抑制できる。

以上説明した実施形態では、第一ナット５１や第二ナット５２は、移動体２に設けられている。しかし、移動体２に、第一ネジ軸１１と螺合する第一ナットが形成され、第二ネジ軸１２と螺合する第二ナットが形成されている実施形態であっても差し支え無い。

ネジ軸１１、１２を回転させるモータ２１、２２の代わりに、エアアクチュエータやエンジン等の駆動原を用いた実施形態であっても差し支え無い。

１…ベース、２…移動体、１１…第一ネジ軸、１２…第二ネジ軸、２１…第一モータ（第一駆動原）、２２…第二モータ（第二駆動原）、５１…第一ナット、５２…第二ナット、８０…物体、９９…重心位置、１００…送り装置、１０００…工作機械

Claims (10)

1. ベースと、
   前記ベースに対して軸線方向に移動可能な移動体と、
   前記軸線方向に平行に前記ベースに設けられ、且つ、前記ベースに回転可能に支持される第一ネジ軸と、
   前記第一ネジ軸と別体であり、前記軸線方向に平行に前記ベースに設けられ、且つ、前記ベースに回転可能に支持される第二ネジ軸と、
   前記ベースに取り付けられ、前記第一ネジ軸を回転させる第一駆動源と、
   前記ベースに取り付けられ、前記第二ネジ軸を回転させる第二駆動源と、
   前記移動体に設けられ、前記第一ネジ軸に螺合し、前記第一ネジ軸の回転に伴って前記軸線方向に移動する第一ナットと、
   前記移動体に設けられ、前記第二ネジ軸に螺合し、前記第二ネジ軸の回転に伴って前記軸線方向に移動する第二ナットと、
   を備え、
   前記移動体は、前記ベースの上面に載置され、且つ、物体が取り付けられ、
   前記第一ナット及び前記第二ナットは、前記軸線方向に異なる位置に配置され、
   前記第一ナットは、前記移動体及び前記物体を合わせた重心位置より前記軸線方向の一方側に設けられ、
   前記第二ナットは、前記移動体及び前記物体を合わせた重心位置より前記軸線方向の他方側に設けられる、送り装置。
2. ベースと、
   前記ベースに対して軸線方向に移動可能な移動体と、
   前記軸線方向に平行に前記ベースに設けられる第一ネジ軸と、
   前記ベースに取り付けられ、前記第一ネジ軸の軸線方向一方側を回転可能に支持する第一支持部と、
   前記ベースに取り付けられ、前記第一ネジ軸の軸線方向他方側を回転可能に支持する第二支持部と、
   前記第一ネジ軸と別体であり、前記軸線方向に平行に前記ベースに設けられる第二ネジ軸と、
   前記ベースに取り付けられ、前記第二ネジ軸の軸線方向一方側を回転可能に支持する第三支持部と、
   前記ベースに取り付けられ、前記第二ネジ軸の軸線方向他方側を回転可能に支持する第四支持部と、
   前記ベースに取り付けられ、前記第一ネジ軸を回転させる第一駆動源と、
   前記ベースに取り付けられ、前記第二ネジ軸を回転させる第二駆動源と、
   前記移動体に設けられ、前記第一ネジ軸に螺合し、前記第一ネジ軸の回転に伴って前記軸線方向に移動する第一ナットと、
   前記移動体に設けられ、前記第二ネジ軸に螺合し、前記第二ネジ軸の回転に伴って前記軸線方向に移動する第二ナットと、
   を備え、
   前記ベースには、前記移動体の軸線方向において、前記第一支持部、前記第二支持部、前記第三支持部及び前記第四支持部の順番で配置され、
   前記第一ナット及び前記第二ナットは、前記軸線方向に異なる位置に配置される、送り装置。
3. 前記送り装置は、
   前記移動体と一体的に設けられる第一突出部と、
   前記移動体及び第一突出部と一体的に設けられる第二突出部と、
   を備え、
   前記第一ナットは、前記第一突出部に設けられ、
   前記第二ナットは、前記第二突出部に設けられる、請求項２に記載の送り装置。
4. 前記移動体は、前記ベースの上面に載置され、且つ、物体が取り付けられ、
   前記第一ナットは、前記移動体及び前記物体を合わせた重心位置より前記軸線方向の一方側に設けられ、
   前記第二ナットは、前記移動体及び前記物体を合わせた重心位置より前記軸線方向の他方側に設けられる、請求項２又は３に記載の送り装置。
5. 前記第一ナットは、前記移動体における前記軸線方向の中央より一方側に設けられ、
   前記第二ナットは、前記移動体における前記軸線方向の中央より他方側に設けられる、請求項１−４の何れか一項に記載の送り装置。
6. 前記移動体は、前記ベースの上面に載置され、
   前記第一ナットは、前記移動体の重心位置より前記軸線方向の一方側に設けられ、
   前記第二ナットは、前記移動体の重心位置より前記軸線方向の他方側に設けられる、請求項１−５の何れか一項に記載の送り装置。
7. 前記第一ネジ軸の軸線と前記第二ネジ軸の軸線は、同軸に配置される、請求項１−６の何れか一項に記載の送り装置。
8. 前記第一ネジ軸の前記軸線方向の一方端は、前記ベースに前記軸線方向に移動不能であり且つ回転可能に支持され、
   前記第一ネジ軸の前記軸線方向の他方端は、前記ベースに前記軸線方向に移動可能であり且つ回転可能に支持され、
   前記第二ネジ軸の前記軸線方向の一方端は、前記ベースに前記軸線方向に移動可能であり且つ回転可能に支持され、
   前記第二ネジ軸の前記軸線方向の他方端は、前記ベースに前記軸線方向に移動不能であり且つ回転可能に支持される、請求項１−７の何れか一項に記載の送り装置。
9. 前記第一ネジ軸と前記第二ネジ軸は、同一方向にネジ溝が形成されている、請求項１−８の何れか一項に記載の送り装置。
10. 請求項１−９の何れか一項に記載の送り装置を備える工作機械。

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