KR20150100878A - 볼 나사 장치 - Google Patents

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유타카 나가이
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닛본 세이고 가부시끼가이샤
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Abstract

볼 나사의 나사축을 지지하는 베어링 장치 또는 베어링 장치 근방을 효율적으로 냉각할 수 있는 냉각 기구를 구비한 볼 나사 장치를 제공한다. 그러기위해, 볼 나사 장치(1)는, 볼 나사(10)와, 그 나사축(110)이 적어도 한쪽의 단부를 지지하는 베어링 장치(101)를 가진다. 베어링 장치(101)는, 나사축(110)을 회전 가능하게 지지하는 하우징(130)을 가진다. 하우징(130)에는, 그 축방향으로 관통하여, 냉각 매체를 통과시키는 냉각용 관통구멍(170)이 복수 개 형성된다. 또한, 베어링 장치(101)의 롤링 베어링(120A, 120B)의 조합의 형식을, 롤링 베어링(120A, 120B)의 내륜측에 축방향의 압축력을 가함으로써 예압을 부여하는 방식인 DB형(배면 조합형)으로 하고 있다.

Description

볼 나사 장치{BALL SCREW DEVICE}
이 발명은, 볼 나사와, 그 볼 나사의 나사축의 단부를 회전이 자유롭게 지지하는 베어링 장치를 가지는 볼 나사 장치에 관한 것이다.
볼 나사는, 내주면에 나선홈이 형성된 너트와, 외주면에 나선홈이 형성된 나사축과, 너트의 나선홈과 나사축의 나선홈으로 형성되는 궤도에 배치된 볼을 구비하고 있다.
공작기계, 사출 성형기, 반도체 소자 제조 장치 등의 정밀 이송 기구로서 사용되는 볼 나사는, 고속, 고사이클로 사용되면 고온이 되어, 나사축이나 너트에 열변형이 생긴다(나사축은 열팽창에 의해 늘어난다). 이에 수반하여, 볼의 부하 분포 이상이나 작동성의 악화가 생겨, 이송 기구로서의 위치 결정 정밀도가 악화된다. 그러므로, 높은 위치 결정 정밀도가 요구되는 볼 나사에서는, 나사축, 너트, 및 나사축의 단부에 배치된 베어링 장치를 냉각하는 대책이 시행되고 있다.
특허문헌 1에는, 나사축의 단부를 회전이 자유롭게 지지하는 롤링 베어링의 외륜이 내감되는 하우징과, 하우징에 단열재를 개재시켜 고정된 본체 프레임과의 사이, 및 너트와, 너트에 단열재를 개재시켜 고정된 이동체와의 사이에 극간을 마련하여, 각 극간에 냉각용의 공기를 보내 넣음으로써, 상기 너트와 롤링 베어링을 냉각하는 것이 기재되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 너트에 냉각 기구를 구비한 볼 나사가 기재되어 있다.
일본국 실개 평 01-117847호 공보 일본국 특개 2011-17419호 공보 일본국 특개 20610307호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 기술에는, 롤링 베어링의 냉각 효율의 점에서 개선의 여지가 있다. 구체적으로는, 하우징의 외주부를 냉각하고 있어, 발열원인 베어링 장치 및 그 근방은 아니기 때문에, 효율적인 냉각이 이루어지지 않는다고 하는 문제점이 있다.
그래서, 본 발명은 상기의 문제점에 착목하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 볼 나사의 나사축의 단부를 회전이 자유롭게 지지하는 롤링 베어링, 또는 베어링 장치의 근방을 효율적으로 냉각할 수 있는 볼 나사 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 양태의 볼 나사 장치는, 내주면에 나선홈이 형성된 너트와, 외주면에 나선홈이 형성된 나사축과, 너트의 나선홈과 나사축의 나선홈으로 형성되는 궤도에 배치된 볼을 구비한 볼 나사와, 상기 나사축의 단부를 지지하는 베어링 장치를 가지고, 그 베어링 장치는, 상기 단부에 감합하여 상기 나사축과 일체로 회전하는 내륜과, 그 내륜의 외주에 배설된 복수 개의 전동체를 개재시켜 상기 내륜을 회전 가능하게 지지하는 외륜과, 상기 외륜의 외주면과 당접하는 내주면을 가지고, 상기 나사축을 회전 가능하게 지지하는 하우징을 구비하고, 상기 하우징의 양단부를 관통하여, 냉각 매체를 통과시키는 냉각용 관통구멍이 상기 하우징의 축방향을 따라 복수 개 형성되어 있다.
여기서, 상기 볼 나사 장치는, 상기 베어링 장치가 상기 나사축의 한쪽의 단부를 지지하여도 좋다.
또한, 상기 볼 나사 장치는, 상기 나사축의 한쪽의 단부를 지지하는 상기 베어링 장치에, 상기 하우징의 양단부를 관통하고, 냉각 매체를 통과시키는 상기 냉각용 관통구멍이 상기 하우징의 축방향을 따라 복수 개 형성되며, 또한 상기 나사축의 다른 쪽의 단부를 지지하는 베어링 장치에는, 냉각 매체를 통과시키는 냉각용 관통구멍이 형성되어 있지 않아도 무방하다.
또한, 상기 볼 나사 장치는, 상기 베어링 장치가 상기 나사축의 양쪽의 단부를 지지하여도 좋다. 그리고, 이들 베어링 장치의 각각에, 상기 하우징의 양단부를 관통하고, 냉각 매체를 통과시키는 상기 냉각용 관통구멍이 상기 하우징의 축방향을 따라 복수 개 형성되어도 좋다.
또한, 상기 볼 나사 장치는, 상기 냉각용 관통구멍을 연통하는 홈부가, 상기 하우징의 단면에 형성되어도 좋다.
또한, 상기 냉각용 관통구멍이, 이음 부재를 개재시켜 배관에 의해 하우징의 외부에서 연결되어 있는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 상기 냉각용 관통구멍이, 상기 하우징의 둘레방향을 따라 균등하게 배치되어도 좋다.
상기 냉각용 관통구멍을 이와 같이 배치함으로써, 하우징의 외측보다도 롤링 베어링에 가까운 하우징의 내부에 마련한 냉각용 관통구멍을 사용하여 하우징의 원주 방향에서 균일한 냉각을 행할 수 있기 때문에, 하우징의 외측을 공냉하는 특허문헌 1의 방법보다도, 볼 나사의 나사축의 단부를 회전이 자유롭게 지지하는 롤링 베어링을 효율적으로 냉각할 수 있다.
또한, 상기 냉각용 관통구멍이 3 ~ 6개 형성되어도 좋다.
상기 냉각용 관통구멍의 수가 많을수록 냉각 효과를 높일 수가 있는데, 하우징의 기계적 강도가 저하되고, 가공 코스트도 커진다. 또한, 상기 냉각용 관통구멍이 2 개인 경우는, 원주 방향으로 등간격으로 배치되어 있어도, 배치 간격이 크기 때문에, 온도 구배가 발생하여 하우징이 타원형상으로 열변형하기 쉬워진다. 따라서, 상기 냉각용 관통구멍을 3개 이상 6개 이하의 범위에서 가지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 냉각용 관통구멍이 상기 나사축의 단부측, 또는 플랜지 측에 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 볼 나사 장치는, 상기 하우징에 방열부를 마련하여도 좋다.
또한, 상기 볼 나사 장치는, 상기 복수 개의 베어링의 각각의 외륜의 축방향으로의 이동을 제한하는 누름 덮개를 가지고, 그 누름 덮개에 방열부를 마련하여도 좋다.
또한, 상기 볼 나사 장치는, 냉각 매체를 통과시키는 냉각용 통로가 상기 나사축에 천공(穿孔)되고, 그 냉각용 통로는 상기 나사축의 축방향에 있어서의 상기 복수 개의 베어링에 대응하는 위치까지 천공되어 있어도 좋다.
또한, 상기 볼 나사 장치는, 볼 나사의 나사축의 양단부에 마련되는 2 개의 베어링 장치의 적어도 어느 한쪽의 베어링 장치로서, 상기 복수 개의 베어링이 DF형이어도 좋다.
본 발명의 볼 나사 장치에 의하면, 볼 나사의 나사축의 단부를 회전이 자유롭게 지지하는 롤링 베어링 또는 베어링 장치의 근방을 효율적으로 냉각할 수 있다.
도 1은 볼 나사 장치의 제1 실시 형태에 있어서의 구성을 나타내는 정면도이다.
도 2는 볼 나사 장치의 제1 실시 형태에 있어서의 베어링 장치의 구성을 나타내는 정면도이다.
도 3은 도 2의 a화살표 방향에서 본 도면이다.
도 4는 도 2의 b화살표 방향에서 본 도면이다.
도 5는 도 4의 V-V단면도이다.
도 6은 도 2의 베어링 장치를 구성하는 누름 덮개를 나타내는 평면도이다.
도 7은 볼 나사 장치의 제1 실시 형태의 다른 예에 있어서의 구성을 나타내는 정면도이다.
도 8은 볼 나사 장치의 제2 실시 형태에 있어서의 베어링 장치의 구성을 나타내는 정면도이다.
도 9는 볼 나사 장치의 제2 실시 형태에 있어서의 베어링 장치의 구성을 나타내는 우측면도이다.
도 10은 볼 나사 장치의 제2 실시 형태에 있어서의 베어링 장치의 구성을 나타내는 좌측면도이다.
도 11은 볼 나사 장치의 제2 실시 형태에 있어서의 베어링 장치의 구성을 나타내는 축방향을 따른 단면도이다.
도 12는 볼 나사 장치의 제3 실시 형태에 있어서의 베어링 장치의 구성을 나타내는 축방향을 따른 단면도이다.
도 13은 볼 나사 장치의 제4 실시 형태에 있어서의 베어링 장치의 구성을 나타내는 도면으로, (a)는 정면도, (b)는 좌측면도, (c)는 우측면도이다.
도 14는 볼 나사 장치의 제5 실시 형태에 있어서의 베어링 장치의 구성을 나타내는 도면으로, (a)는 정면도, (b)는 우측면도, (c)는 방열부의 우측면도, (d)는 핀(fin)의 사시도이다.
도 15는 볼 나사 장치의 제6 실시 형태에 있어서의 베어링 장치의 구성을 나타내는 도면으로, (a)는 정면도, (b)는 우측면도, (c)는 핀을 마련한 프레임체의 우측면도이다.
도 16은 볼 나사 장치의 제7 실시 형태에 있어서의 구성을 나타내는 정면도이다.
도 17은 볼 나사 장치의 제7 실시 형태에 있어서의 구성을 나타내는 도면으로, (a)는 비모터측의 베어링 장치의 정면도, (b)는 나사축의 축방향을 따른 단면도 및 주요부 확대도, (c)는 나사축의 좌측면도이다.
도 18은 볼 나사 장치의 제8 실시 형태에 있어서의 구성을 나타내는 축방향을 따른 단면도이다.
도 19은 볼 나사 장치의 제9 실시 형태에 있어서의 구성을 나타내는 도면으로, (a)는 볼 나사 장치의 정면도, (b)는 비모터측의 베어링 장치의 정면도, (c)는 모터측의 베어링 장치의 정면도이다.
(제1 실시 형태)
이하, 볼 나사 장치의 제1 실시 형태에 대해, 도면을 참조하여 설명한다.
이 실시 형태의 볼 나사 장치(1)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 볼 나사(10)와, 이 볼 나사(10)의 나사축(110)을 지지하는 베어링 장치(101)를 가진다.
여기서, 나사축(110)의 한쪽의 단부(동 도면 우측의 축단)에는, 구동 풀리(60)가 장착되고, 전동 모터(도시하지 않음)의 회전운동이 동력 전달 기구를 개재시켜 이 구동 풀리(60)에 전달되어, 볼 나사(10)가 구동되도록 되어 있다. 이하, 구동 풀리(60)에 가까운 쪽(도시하지 않은 전동 모터에 가까운 쪽)의 베어링 장치(101B)를 "모터측의 베어링 장치(101B)", 구동 풀리(60)로부터 먼 쪽(도시하지 않은 전동 모터로부터 먼 쪽)의 베어링 장치(101A)를 "비모터측의 베어링 장치(101A)"라고 하는 일이 있다.
<볼 나사>
볼 나사 장치(1)는, 나사축(110)과, 너트(20)와, 나사축(110)의 외주면 및 너트(20)의 내주면 각각에 대향하여 형성된 나선홈에 전동이 자유롭게 충전된 볼(도시하지 않음)을 가지고 이루어진다. 그리고, 볼을 개재시켜 나사축(110)에 나합되어 있는 너트(20)와 나사축(110)을 상대 회전운동 시키면, 볼의 전동을 개재시켜 나사축(110)과 너트(20)가 축방향으로 상대 이동하도록 되어 있다.
볼 나사 장치(1)는, 볼 나사(10)의 나사축(110)의 적어도 한쪽의 단부가 베어링 장치(101A, 101B)를 개재시켜 브라켓(40)에 회전이 자유롭게 지지되는 동시에, 너트(20)가 테이블(50)에 대해 고정되어 있다.
<베어링 장치>
베어링 장치(101)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 볼 나사(10)의 나사축(110)의 적어도 한쪽의 단부(112)를 회전이 자유롭게 지지하는 2 개의 롤링 베어링(120, 120)과, 양 롤링 베어링(120, 120)의 외륜(123, 123)이 내감되는 하우징(130)을 가진다. 또한, 베어링 장치(101)는, 롤링 베어링(120, 120)의 내륜(212, 121)의 축방향으로의 이동을 제한하는 칼라(collar, 150) 및 록 너트(140)와, 외륜(123, 123)의 축방향으로의 이동을 제한하는 누름 덮개(160)를 가진다. 게다가 베어링 장치(101)는, 도 2 내지 도 5에 나타내는 바와 같이, 이음 부재(176a~176d), (177a~177d)와, 복수 개의 배관(190)과, 누름 덮개(160)를 하우징(130)에 고정하는 볼트(195)를 가진다.
나사축(110)의 단부(112)는 소경부로 되어 있고, 그 단차부와 한쪽의 롤링 베어링(120A)의 내륜(121)과의 사이에, 칼라(150)가 배치되어 있다. 다른쪽의 롤링 베어링(120B)의 내륜(121)의 외측(다른 쪽의 롤링 베어링(120B)을 기준으로 하여 한쪽의 롤링 베어링(120A)이 마련된 쪽과 반대측)에도 칼라(150)가 배치되고, 나아가 그 외측에 록 너트(140)가 배치되어 있다. 롤링 베어링(120A, 120B)의 외륜(123, 123)은, 하우징(130)의 내주면의 대경부에 배치되어 있다. 한쪽의 롤링 베어링(120A)의 외륜(123)의 단면이 단차면에 당접되고, 다른 쪽의 롤링 베어링(120B)의 외륜(123)이 누름 덮개(160)의 단면에 당접되어 있다.
도 2 내지 도 5에 나타내는 바와 같이, 하우징(130)의 축방향의 일단에는 플랜지(132)가 형성되어 있다. 플랜지(132)에는, 볼트(195)를 나합시키는 암나사(132a)와, 부착용의 볼트를 삽입하는 볼트구멍(132b)이 형성되어 있다. 하우징(130)에는, 또한, 축방향으로 관통하는 4 개의 냉각용 관통구멍(171~174)이, 원주 방향으로 등간격으로 형성되어 있다. 각 냉각용 관통구멍(171~174)의 양단부에, 관(管)용 테이퍼 암 나사부(175)가 형성되어 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 누름 덮개(160)는, 나사축(110)이 유감(遊嵌)되는 크기의 중심구멍(161)을 가지는 원판형상 부재로서, 볼트(195)의 두부(頭部)측을 배치하는 볼트구멍(162)이, 원주 방향의 8 개소에 등간격으로 형성되어 있다. 이들의 볼트구멍(162)은, 하우징(130)의 암나사(132a)에 대응하는 위치에 마련되어 있다. 또한, 누름 덮개(160)의 외주부에는, 하우징(130)의 각 냉각용 관통구멍(171~174)에 대응하는 위치에, 오목부(163)가 형성되어 있다.
조립시에는, 우선, 한쪽의 칼라(150)를, 나사축(110)의 단부(112)의 단차부에 접촉시켜 부착한 후, 하우징(130)과 나사축(110)의 단부(112)와의 사이에 롤링 베어링(120A, 120B)을 부착한다. 다음으로, 누름 덮개(160)의 중심구멍(161)을 나사축(110)으로 통과하여, 누름 덮개(160)를 하우징(130)의 플랜지(132) 측에 배치하고, 볼트(195)를 누름 덮개(160)의 볼트구멍(162)으로부터 삽입하여 플랜지(132)의 암나사(132a)에 나합한다. 다음으로, 다른 쪽의 칼라(150)를 나사축(110)의 단부(112)에 부착하여, 록 너트(140)를 체결한다. 이로써, 롤링 베어링(120A, 120B)의 외륜(123, 123)이 하우징(130)에 고정되고, 내륜(121, 121)이 나사축(110)의 단부(112)에 고정된다.
이 상태에서, 누름 덮개(160)의 오목부(163)로부터 각 이음 부재(176a~176d), (177a~177d)를 넣어, 도 5에 나타내는 바와 같이, 그 선단부(관용 테이퍼 수나사부)를 각 냉각용 관통구멍(171~174)의 관용 테이퍼 암 나사부(175)에 나합한다. 이로써, 도 2 내지 도 4에 나타내는 바와 같이, 하우징(130)의 각 냉각용 관통구멍(171~174)의 양단에, 각 이음 부재(176a~176d), (177a~177d)가 연결된 상태로 된다.
그리고, 플랜지(132)측의 이음 부재(176a)와 이음 부재(176d)를 배관(190)으로 연결한다. 플랜지(132)측의 이음 부재(176b)에 냉각 매체 도입용 배관(190)을 접속한다. 플랜지(132)측의 이음 부재(176c)에 냉각 매체 배출용 배관(190)을 접속한다. 하우징(130)의 플랜지(132)가 형성되어 있지 않은 쪽에서는, 이음 부재(177a)와 이음 부재(177b)를 배관(190)으로 연결하고, 이음 부재(177c)와 이음 부재(177d)를 배관(190)으로 연결한다.
이 실시 형태의 볼 나사에 있어서, 냉각 매체 도입용 배관(190)으로부터 도입된 냉각 매체는, 이음 부재(176b)→하우징(130)의 냉각용 관통구멍(172)→이음 부재(177b)→배관(190)→이음 부재(177a)→하우징(130)의 냉각용 관통구멍(171)→이음 부재(176a)→배관(190)→이음 부재(176d)→하우징(130)의 냉각용 관통구멍(174)→이음 부재(177d)→배관(190)→이음 부재(177c)→하우징(130)의 냉각용 관통구멍(173)→이음 부재(176c)→냉각 매체 배출용 배관(190)의 순서로 흐른다. 이 냉각 매체의 흐름에 의해 하우징(130)이 냉각된다.
따라서, 이 실시 형태의 베어링 장치에 의하면, 하우징(130)의 원주 방향에서 균일한 냉각이 이루어지기 때문에, 하우징(130), 롤링 베어링(120A, 120B), 나사축(110)의 단부(112)가 둘레방향으로 균일하게 냉각되어, 열변형이 억제된다. 이에 수반하여, 롤링 베어링(120A, 120B)이 효율적으로 냉각되기 때문에, 롤링 베어링(120A, 120B)의 볼의 부하 분포 이상이나 작동성의 악화를 막을 수가 있다.
여기서, 본 실시 형태의 변형예로서 볼 나사 장치(1)는, 베어링 장치(101)가 나사축(110)의 한쪽의 단부를 지지하여도 좋다. 그리고, 볼 나사 장치(1)는, 나사축(110)의 한쪽의 단부를 지지하는 베어링 장치(101)에, 하우징(130)의 양단부를 관통하고, 냉각 매체를 통과시키는 냉각용 관통구멍(171~174)이 하우징(130)의 축방향을 따라 복수 개 형성되며, 또한 나사축(110)의 다른 쪽의 단부를 지지하는 베어링 장치에는, 냉각 매체를 통과시키는 냉각용 관통구멍이 형성되어 있지 않아도 무방하다.
또한, 볼 나사 장치(1)는, 베어링 장치(101)가 나사축(110)의 양쪽의 단부를 지지하여도 좋다. 그리고, 이들 베어링 장치(101, 101)의 각각에, 하우징(130)의 양단부를 관통하고, 냉각 매체를 통과시키는 냉각용 관통구멍(171~174)이 하우징(130)의 축방향을 따라 복수 개 형성되어도 좋다.
또한, 예를 들어 특허문헌 2와 같이, 너트에만 냉각 기구를 구비한 볼 나사에서는, 나사축의 냉각이 너트의 이동 범위에서만 행해져서, 나사축의 단부에 대한 냉각 효과를 기대할 수 없기 때문에, 위에서 설명한 베어링 장치를 병용하는 것이 유용하다.
구체적으로는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 볼 나사 장치(1)는, 볼 나사(10)와, 이 볼 나사(10)의 나사축(110)을 지지하는 위에서 설명한 베어링 장치(101)를 가진다.
여기서, 볼 나사(10)의 너트(20)에는, 너트(20)를 축방향으로 관통하는 복수 개의 냉각용 관통구멍(21a~21d)이 원주 방향으로 등간격으로 형성되어 있다. 너트(20)의 각 냉각용 관통구멍(21a~21d)의 양단에는, 각각 이음 부재(31a~31d), (32a~32d)가 연결되어 있다.
그리고, 플랜지(22)측의 이음 부재(31a)와 이음 부재(31d)가 배관(33)으로 연결되어 있다. 또한, 플랜지(22)측의 이음 부재(31b)에 냉각액 도입용 배관(34)이 접속되어 있다. 또한, 플랜지(22)측의 이음 부재(31c)에는 냉각액 배출용 배관(35)이 접속되어 있다.
한편, 너트(20)의 플랜지(22)가 형성되어 있지 않은 쪽의 단부에서는, 이음 부재(32a)와 이음 부재(32b)가 배관(36)으로 연결되고, 이음 부재(32c)와 이음 부재(32d)가 배관(37)으로 연결되어 있다.
이와 같은 구성을 이루는 볼 나사(10)는, 냉각액 도입용 배관(34)으로부터 냉각액이 도입됨으로써, 그 냉각액이, 이음 부재(31b)→냉각용 관통구멍(21b)→배관(36)→이음 부재(32a)→냉각용 관통구멍(21a)→이음 부재(31a)→배관(33)→이음 부재(31d)→냉각용 관통구멍(21d)→배관(37)→냉각용 관통구멍(21c)→이음 부재(31c)→냉각액 배출용 배관(35)의 순서로 흐른다. 그 결과, 이 냉각액의 흐름에 의해 너트(20)가 냉각된다.
(제2 실시 형태)
다음으로, 볼 나사 장치의 제2 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 8은, 볼 나사 장치의 제2 실시 형태에 있어서의 구성을 나타내는 정면도이다. 또한, 도 9는, 볼 나사 장치의 제2 실시 형태에 있어서의 구성을 나타내는 우측면도이다. 또한, 도 10은, 볼 나사 장치의 제2 실시 형태에 있어서의 구성을 나타내는 좌측면도이다. 또한, 도 11은, 볼 나사의 제2 실시 형태에 있어서의 구성을 나타내는 축방향을 따른 단면도이다.
도 8 내지 도 11에 나타내는 바와 같이, 베어링 장치(101)는, 볼 나사의 나사축(110)을 회전 가능하게 지지하는 복렬(複列)의 롤링 베어링(120)과, 롤링 베어링(120)을 수용하는 하우징(130)을 구비하고 있다.
<롤링 베어링>
도 11에 나타내는 바와 같이, 롤링 베어링(120)은, 나사축(110)의 단부에 감합되어 나사축(110)과 일체로 회전하는 2 개의 내륜(121, 121)을 가지고 있고, 이들 내륜(121, 121)의 내주면(121a, 121a)에는, 복수 개의 전동체(122)를 개재시켜 내륜(121)을 회전 가능하게 지지하는 외륜(123, 123)이 각각 마련되어 있다.
롤링 베어링(120)의 내륜(121)은, 나사축(110)에 형성된 단부와 록 너트(140)에 의해 소정 위치에 위치 결정되어 있다. 이 록 너트(140)는 나사축(110)의 단부에 나감되어 있고, 록 너트(140)와 내륜(121)과의 사이의 나사축(110)의 외주에는, 예를 들어 접시 용수철 또는 코일 용수철 혹은 세로 탄성 계수의 금속 등으로 이루어지는 칼라(150)가 마련되어 있다.
또한, 롤링 베어링(120)의 내륜(121)은, 록 너트(140)가 체결력에 의해 앞에서 설명한 단부(111)에 압압되어 있고, 이 단부(111)와 내륜(121)과의 사이의 나사축(110)의 외주에는, 예를 들어 접시 용수철 또는 코일 용수철 혹은 세로 탄성 계수의 금속 등으로 이루어지는 칼라(150)가 마련되어 있다.
그리고 롤링 베어링(120)의 내륜(121)은 나사축(110)에 형성된 단부(111)와 록 너트(140)에 의해 소정 위치에 위치 결정되어 있다.
<하우징>
하우징(130)은, 예를 들어, 원통 형상을 이룬다. 또한, 도 11에 나타내는 바와 같이, 하우징(130)의 내주면(130a)은, 롤링 베어링(120)의 외주면(외륜(123)의 외주면(123a))에 감합되어 있다. 따라서, 하우징(130)은, 나사축(110)을 회전 가능하게 지지하게 된다.
또한, 도 11에 나타내는 바와 같이, 하우징(130)의 외주면은, 도시하지 않은 베어링 서포트의 내주면과 접동 가능하게 감합되어 있다. 즉, 하우징(130)을 개재시켜 베어링 서포트(도시하지 않음)가 롤링 베어링(120)을 지지하고 있다.
<누름 덮개>
롤링 베어링(120)의 외륜(123)은, 하우징(130)의 내주면(130a)에 형성된 단부(131) 및 제2의 누름 덮개(160B)에 의해 소정 위치에 위치 결정되어 있다. 이 누름 덮개(160A, 160B)는, 복수 개의 볼트(200)에 의해 하우징(130)의 축방향의 단면(130b, 130b)에 부착되어 있다(도 11 참조).
<냉각용 관통구멍>
하우징(130)에는, 하우징(130)의 양단부(양단면)를 축방향으로 관통하는 냉각용 관통구멍(170)이 복수 개 형성되어 있다. 이들 냉각용 관통구멍(170)은, 하우징(130)의 외주면을 따라, 또는 동일 원주상에 배치되는 것이 바람직하고, 균등하게 배치되는 것이 더욱 바람직하다. 그리고 이들 냉각용 관통구멍(170)은, 냉각 매체를 통과시키기 위해 마련되는 것이다. 냉각 매체는, 복수 개의 냉각용 관통구멍(170)의 어느 하나에 연결된 냉각관(190)에 의해 공급 또는 배출된다. 냉각관(190)은, 냉각 매체를 공급하며, 또한 냉각 매체를 회수하여 다시 냉각 기능을 구비시켜 다시 공급시키는 냉각 매체 순환 장치(도시하지 않음)에 연결되어 있다.
<홈부>
하우징(130)의 단면(130b, 130b)에는, 냉각용 관통구멍(170)의 개구부를 연통하는 홈부(180)가 단면(130b, 130b)의 외주를 따라 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 마련된 홈부(180)는, 개스킷(185)을 개재시켜, 제1의 누름 덮개(160A) 또는 제2의 누름 덮개(160B)에 의해 밀봉됨으로써, 냉각용 관통구멍(170)에 연통하는 유로(B~D)(도 9 및 도 10 참조)가 형성된다. 홈부(180)가 형성되는 형태를 채용함으로써, 하우징(130)에 냉각용 관통구멍(170)만이 형성된 형태보다도 냉각용 관통구멍(170)에 통과시키는 냉각 매체를 공급하기 위한 부품 점수를 감소시켜, 결과적으로 코스트의 저감을 도모할 수 있다.
여기서, 위에서 설명한 바와 같이, 유로는, 홈부(180)와, 제1의 누름 덮개(160A) 또는 제2의 누름 덮개(160B)에 의해 형성되되, 제1의 누름 덮개(160A) 및 제2의 누름 덮개(160B)의 홈부(180)에 대향하는 면은 평탄한 것이 바람직하다. 제1의 누름 덮개(160A) 및 제2의 누름 덮개(160B)의 홈부(180)에 대향하는 면에, 홈부(180)에 대응하는 다른 홈부를 형성하면, 플랜지의 세트 잘못 등에 의해 유로가 적합하게 형성되지 않는 경우가 있어, 가공 코스트도 저감시킬 수 있고, 제품 관리도 용이하기 때문이다.
[냉각용 관통구멍의 설치 위치]
복수 개 형성되는 냉각용 관통구멍(170)의 설치 위치로서는, 하우징(130)의 둘레방향을 따라 균등하게 배치하는 것이 바람직하다. 그러나, 냉각용 관통구멍(170)이 2 개인 경우, 즉, 냉각용 관통구멍(170)이 균등 배치(180°등배)에서는, 냉각용 관통구멍(170)으로부터 떨어진 부분에서는 온도가 높아지기 때문에, 온도 구배가 발생하고, 롤링 베어링(120)의 외륜(123)의 단면 형상은 럭비볼 형상이 된다. 이로써, 롤링 베어링(120)의 외륜(123)의 진원도(원통도)가 저하되고, 롤링 베어링(120)으로의 부하가 불균일하게 되기 때문에 작동성 등에 영향이 생기기 쉬워져 버리므로, 바람직하지 않다.
[냉각용 관통구멍의 갯수]
또한, 냉각용 관통구멍(170)의 갯수를 늘림으로써, 롤링 베어링(120)의 것보다 큰 냉각 효과를 얻을 수 있는 동시에, 롤링 베어링(120)의 외륜(123)의 진원도(원통도)가 향상된다고 생각되나, 함부로 냉각용 관통구멍(170)의 갯수를 늘려서는 안된다. 그것은, 냉각용 관통구멍(170)의 갯수를 늘린다고 하는 것은, 하우징(130)의 강도 저하도 의미하고, 결과적으로, 볼 나사축의 지지 강성을 저하시키는 것에 연결되어 버리기 때문이다.
더하여, 냉각용 관통구멍(170)의 가공은 종방향 길이의 비가 크기 때문에, 가공에 시간이 들어 코스트를 상승시켜 버린다.
그래서 본 실시 형태에서는, 도 8 내지 도 10에 나타내는 바와 같이, 냉각용 관통구멍(170)의 갯수를 4 개로 하고 있되, 구조에 따라 냉각용 관통구멍(170)을 균등하게 4 개 마련하는 것이 어려운 경우에는 3 개라도 무방하다.
[냉각 매체의 순환 경로]
이와 같이 냉각용 관통구멍(170)이 형성된 베어링 장치(101)에 있어서는, 도 8 내지 도 10에 나타내는 바와 같이, 냉각관(191)으로부터 공급된 냉각 매체가, "A"부분에서 냉각관(191)에 연결된 냉각용 관통구멍(171)에 유입되고, 유로 "B"를 거쳐 냉각용 관통구멍(172)에 유입되고, 유로 "C"를 거쳐 냉각용 관통구멍(173)에 유입되고, 유로 "D"를 거쳐 냉각용 관통구멍(174)에 유입되고, "E"부분에서 연결된 냉각관(192)으로부터 배출된다.
이와 같이, 베어링 장치(101)에서는, 하우징(130)에 복수 개의 냉각용 관통구멍(170)을 마련하고, 그들 냉각용 관통구멍(170)과, 홈부(180) 및 제1의 누름 덮개(160A) 혹은 제2의 누름 덮개(160B)에 의해 형성되는 유로에 냉각 매체를 흘림으로써, 발열원인 베어링의 직근부를 효율적으로 냉각할 수가 있다. 그 결과, 롤링 베어링(120)의 발열을 억제할 수가 있어 열팽창에 의한 볼 나사와 나사축(110)과의 사이의 늘어남을 감소시키고, 위치 결정 정밀도 등을 향상시킬 수가 있다.
또한, 냉각용 관통구멍(170)을 균등하게 배치함으로써, 온도 분포가 균일에 가까워지고, 불균일한 열변형을 억제할 수가 있기 때문에, 롤링 베어링(120)의 내부에 있어서의 볼(전동체(122))의 부하 분포 이상이나 작동성의 악화를 막을 수가 있다. 여기서, 베어링 장치(101)에 있어서는, 냉각관(190)(191, 192)이 나사축(110)의 단부(112)측(나사 홈이 형성되어 있지 않은 부분)에 배치되어도 좋다. 또한, 베어링 장치(101)에 있어서는, 냉각관(190)(191, 192)이 플랜지(132) 측에 배치되어도 좋다.
냉각관(190)(191, 192)이 나사축(110)의 단부(112) 측에 배치된다, 즉, 냉각용 관통구멍(170)이 나사축(110)의 단부(112) 측에 배치됨으로써, 나사축(110)의 나사 홈이 형성된 측에 냉각용 관통구멍(170)을 배치한 경우에 비해, 볼 나사의 너트(도시하지 않음)의 이동 범위에 영향을 주지 않기 때문에, 볼 나사의 너트(도시하지 않음)의 이동 범위를 크게 할 수 있다.
또한, 냉각관(190)(191, 192)이 플랜지(132) 측에 배치된다, 즉, 냉각용 관통구멍(170)이 플랜지(132) 측에 배치됨으로써, 냉각관(190)(191, 192)을 조립한 채로, 하우징(130)을 도시하지 않은 하우징 고정 부재(예를 들어, 베어링 서포트 등)에 조립할 수가 있다. 구체적으로, 하우징(130)을 상기 하우징 고정 부재에 조립함에 있어서는, 도 11에 있어서, 하우징(130)에 대해, 화살표 방향으로 상기 하우징 고정 부재를 조립하게 된다. 즉, 하우징(130)에 있어서의 플랜지(132)가 형성되어 있지 않은 쪽(제1의 누름 덮개(160A)가 마련된 쪽)에 냉각관(190)(191, 192)을 배치하면, 하우징(130)을 상기 하우징 고정 부재에 조립한 후에, 냉각관(190)(191, 192)을 조립할 필요가 있다. 그러나, 냉각관(190)(191, 192)이 플랜지(132) 측에 배치된 양태에서는, 하우징(130)을 상기 하우징 고정 부재에 조립할 때에, 냉각관(190)(191, 192)이 간섭되지 않는다. 따라서, 냉각관(190)(191, 192)이 플랜지(132) 측에 배치됨으로써, 냉각관(190)(191, 192)을 조립한 채로, 하우징(130)을 상기 하우징 고정 부재에 조립할 수가 있다.
(제3 실시 형태)
다음으로, 볼 나사 장치의 제3 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 12는, 볼 나사의 제3 실시 형태에 있어서의 구성을 나타내는 축방향을 따른 단면도이다. 본 실시 형태의 볼 나사 장치(301)는, 제2 실시 형태와 대략 같은 구성이다. 이하, 제2 실시 형태와 같은 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략 또는 간략하게 하고, 다른 구성을 중심으로 설명한다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 롤링 베어링(120)은, 나사축(110)의 단부에 감합되어 나사축(110)과 일체로 회전하는 2 개의 내륜(121, 121)을 가지고 있고, 이들 내륜(121, 121)의 내주면(121a, 121a)에는, 복수 개의 전동체(122)를 개재시켜 내륜(121)을 회전 가능하게 지지하는 외륜(123, 123)이 각각 마련되어 있다.
롤링 베어링(120)의 외륜(123)은, 하우징(130)의 내주면(130a)에 형성된 단부(131) 및 제2의 누름 덮개(160B)에 의해 소정 위치에 위치 결정되어 있다.
롤링 베어링(120)의 내륜(121)은, 나사축(110)에 형성된 나사축 외경부(111)와 록 너트(140)에 의해 칼라(150)를 개재시켜 소정 위치에 위치 결정되어 있다. 록 너트(140)는 나사축(110)의 단부에 나감되어 있고, 이 록 너트(140)의 체결력에 의해 롤링 베어링(120)의 내륜(121)에 축방향의 압축력을 가함으로써, 롤링 베어링(120)의 예압을 주고 있다.
일반적으로 볼 나사 장치에 사용되는 롤링 베어링은, 레이디얼 방향(지름 방향)뿐만이 아니라 액시얼 방향(축방향)의 하중도 부하 할 필요가 있기 때문에, 앵귤러 볼 베어링이나 원추 롤링 베어링이 사용되는 경우가 많다. 본 실시 형태에서는, 롤링 베어링(120)의 조합의 형식을, 롤링 베어링(120)의 내륜 측에 축방향의 압축력을 가함으로써 예압을 주는 방식인 DB형(배면 조합형)으로 하고 있다. 본 실시 형태에서는 롤링 베어링(120)에 앵귤러 볼 베어링을 2 개 조합하여 사용한 것을 나타낸다.
베어링 장치(101)에서는, 냉각에 의해 롤링 베어링(120)의 외륜측의 온도가 내륜측의 온도에 비해 낮아진다. 이 때문에, 롤링 베어링(120)의 외륜측이 지름 방향으로 수축하는 동시에 축방향으로도 수축한다. DB형(배면 조합형)에서는 롤링 베어링(120)의 내륜 측에 축방향의 압축력을 가함으로써 예압을 부여하는데, 냉각에 의한 롤링 베어링(120)의 외륜측의 지름 방향으로의 수축은 예압의 증가로 이어지되, 축방향으로의 수축은 예압의 감소로 이어진다. 이로써, 냉각에 의해서도 예압의 변화가 적은 볼 나사 장치가 실시 가능하게 된다.
한편, 롤링 베어링(120)의 조합의 형식을, 롤링 베어링(120)의 외륜 측에 축방향의 압축력을 가함으로써 예압을 주는 방식인 DF형(정면 조합형)으로 한 경우를 설명한다. 냉각에 의해 롤링 베어링(120)의 외륜측의 온도가 내륜측의 온도에 비해 낮아지면, 롤링 베어링(120)의 외륜측이 지름 방향으로 수축되는 동시에 축방향으로도 수축된다. DF형(정면 조합형)으로 한 경우에는, 냉각에 의한 롤링 베어링(120)의 외륜측의 지름 방향과 축방향으로의 수축은 모두 예압의 증가로 이어져 버린다. 예압이 오르면 발열량이 커지기 때문에 냉각에 의한 효과가 손상되어 버린다.
본 실시 형태에서는 롤링 베어링(120)에 앵귤러 볼 베어링을 2 개 조합하여 사용한 것을 나타냈는데, 베어링의 조합 형식이 DB형(배면 조합형)이면, 2 개에 한정하지 않고 몇 개 사용하여도 좋다. 또한, 본 실시 형태에서는 롤링 베어링(120)에 단열(單列) 앵귤러 볼 베어링을 사용한 것을 나타냈는데, DB형(배면 조합형)이면 단열 원추 롤링 베어링 등 다른 베어링을 사용할 수도 있다. 또한, 내륜 측에 축방향의 압축력을 가함으로써 예압을 주는 방식(DB형)인 복렬 앵귤러 볼 베어링이나 복렬 원추 롤링 베어링 등의 복렬 베어링을 사용할 수도 있다.
(제4 실시 형태)
다음으로, 볼 나사 장치의 제4 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 13은, 볼 나사 장치의 제4 실시 형태에 있어서의 구성을 나타내는 도면으로, (a)는 정면도, (b)는 좌측면도, (c)는 우측면도이다. 베어링 장치(101)는, 제2 실시 형태와 대략 같은 구성이다. 이하, 제2 실시 형태와 같은 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략 또는 간략하게 하고, 다른 구성을 중심으로 설명한다.
도 13(a)에 나타내는 바와 같이, 베어링 장치(101)는, 냉각 효과를 높이기 위해, 보조 냉각용 관통구멍(175)이 다른 냉각용 관통구멍(170)과 마찬가지로 복수 개 마련되어 있다. 그리고, 이들 보조 냉각용 관통구멍(175)은, 냉각 매체를 그 내부에 유입시키는 냉각관(193), 및 보조 냉각용 관통구멍(175)으로부터 냉각 매체를 배출하는 냉각관(194)에 연결되어 있다. 또한, 보조 냉각용 관통구멍(175)은, 목적에 따라 냉각용 관통구멍(171~174)에 연결되어도 좋고, 이들 냉각용 관통구멍(171~174)에 독립적으로 마련되어도 좋다.
이 냉각용 관통구멍(보조 냉각구멍)(175)이 마련됨으로써, 냉각 효율이 보다 향상된다.
그리고 보조 냉각용 관통구멍(175)은, 도 13(b), (c)에 나타내는 바와 같이, 나사축(110)의 축을 기준으로 하여 점대칭에 위치하도록 마련되어도 좋다.
(제5 실시 형태)
다음으로, 볼 나사 장치의 제5 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 14는, 볼 나사 장치의 제5 실시 형태에 있어서의 구성을 나타내는 도면으로, (a)는 정면도, (b)는 우측면도, (c)는 방열부의 우측면도, (d)는 핀의 사시도이다. 베어링 장치(101)는, 제2 실시 형태와 대략 같은 구성이다. 이하, 제2 실시 형태와 같은 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략 또는 간략하게 하고, 다른 구성을 중심으로 설명한다.
도 14(a) 내지 (d)에 나타내는 바와 같이, 베어링 장치(101)는, 하우징(130)에 방열부(200)가 마련되어 있다. 이 방열부(200)는, 하우징(130)(예를 들어 플랜지(132))의 외주면에 소정의 체결여유 가지고 감합하는 프레임체(201)와, 프레임체(201)의 외주면에 복수 개 마련된 핀(202)을 가진다.
핀(202)은, 도 14(d)에 나타내는 바와 같이, 하우징(130)에 축적된 열을 방출하기 쉽게, 하우징(130)에 마련하였을 때의 축방향에 수직인 방향(레이디얼 방향)을 가늘어지는 형상으로 마련된다. 또한, 핀(202)이 공기 저항을 받아, 너트의 이동을 방해하지 않도록, 핀(202)의 선단을 가늘게 하는 것이 바람직하다. 또한, 핀(202)은, 프레임체(201)의 둘레방향으로 등배위로 마련되는 것이 바람직하고, 인접하는 핀(202, 202)의 설치 위치와 프레임체(201)의 축방향과의 이루는 각도θ가 15°~ 90°의 범위에서 등배위에 마련되는 것이 보다 바람직하다.
여기서, 프레임체(201) 및 핀(202)의 재료로서는, 열전도성이 좋은 알루미늄, 황강(黃鋼), 티탄 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 프레임체(201) 및 핀(202)의 가공이 하기 쉬우며 또한 열전도율이 높은 알루미늄이 바람직하다.
(제6 실시 형태)
다음으로, 볼 나사 장치의 제6 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 15는, 볼 나사 장치의 제6 실시 형태에 있어서의 구성을 나타내는 도면으로, (a)는 정면도, (b)는 우측면도, (c)는 핀을 마련한 프레임체의 우측면도이다. 베어링 장치(101)는, 제5 실시 형태와 대략 같은 구성이다. 이하, 제5 실시 형태와 같은 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략 또는 간략하게 하고, 다른 구성을 중심으로 설명한다.
도 15(a) 내지 (c)에 나타내는 바와 같이, 베어링 장치(101)는, 하우징(130)에 방열부(200)가 마련되어 있다. 이 방열부(200)는, 누름 덮개(160B)의 외주면에 소정의 체결여유를 가지고 감합되는 프레임체(201)와, 프레임체(201)의 외주면에 복수 개 마련된 핀(202)을 가진다.
(제7 실시 형태)
다음으로, 볼 나사 장치의 제7 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 16은, 볼 나사 장치의 제7 실시 형태에 있어서 사용되는 볼 나사 장치의 정면도이다. 또한, 도 17은, 볼 나사 장치의 제7 실시 형태에 있어서의 구성을 나타내는 도면으로, (a)는 볼 나사 장치에 있어서의 비모터측의 볼 나사 장치의 정면도, (b)는 나사축의 축방향을 따른 단면도 및 주요부 확대도, (c)는 나사축의 좌측면도이다.
도 16에 나타내는 바와 같이, 볼 나사 장치(1)는, 볼 나사(10)의 나사축(110)의 양 축단이 베어링 장치(101A, 101B)를 개재시켜 브라켓(30)에 회전이 자유롭게 지지되는 동시에, 너트(20)가 테이블(40)에 대해 고정되어 있다.
그리고, 나사축(110)의 한쪽의 단부(동 도면 우측의 축단)에는, 구동 풀리(50)가 장착되고, 전동 모터(도시하지 않음)의 회전운동이 동력 전달 기구를 개재시켜 이 구동 풀리(50)에 전달되어, 볼 나사(10)가 구동되게 되어 있다. 이하, 구동 풀리(50)에 가까운 쪽(도시하지 않은 전동 모터에 가까운 쪽)의 베어링 장치(101B)를 "모터측의 베어링 장치(101B)", 구동 풀리(50)로부터 먼 쪽(도시하지 않은 전동 모터로부터 먼 쪽)의 베어링 장치(101A)를 "비모터측의 베어링 장치(101A)"라고 하는 경우가 있다. 또한, 본 실시 형태의 베어링 장치(101A, 101B)는, 위에서 설명한 베어링 장치(101)와 같은 구성을 이루는 베어링 장치이다(도 17(a) 참조).
여기서, 볼 나사는, 나사축(110)과, 너트(20)와, 나사축(110)의 외주면 및 너트(20)의 내주면 각각에 대향하여 형성된 나선홈에 전동이 자유롭게 충전된 볼을 가지고 이루어진다. 그리고, 볼을 개재시켜 나사축(110)에 나합되어 있는 너트(20)와 나사축(110)을 상대 회전운동 시키면, 볼의 전동을 개재시켜 나사축(110)과 너트(20)가 축방향으로 상대 이동하도록 되어 있다.
또한, 도 16 및 도 17(b)에 나타내는 바와 같이, 나사축(110)에 있어서의 비모터측의 베어링 장치(101A)에 의해 지지되는 측의 단부 근방에는, 냉각 매체를 통과시키는 냉각용 통로(113)가 천공되어 있다. 이 냉각용 통로(113)는 나사축(110)의 축방향에 있어서의 비모터측의 베어링 장치(101A)를 구성하는 복수 개의 베어링에 대응하는 위치까지 천공되어 있다.
구체적으로, 냉각용 통로(113)는, 나사축(110)의 비모터측의 베어링 장치(101A)의 단부에 개구된 유입구(113A)로부터, 비모터측의 베어링 장치(101A)를 구성하는 복수 개의 베어링에 대응하는 위치까지 천공되고, 여기서 나사축(110)의 단부 측으로 되꺾여, 그 단부 근방의 측면으로 개구된 유출구(113B)에 연통되어 이루어진다.
그리고, 나사축(110)의 비모터측의 베어링 장치(101A)의 단부에는, 유출측 실링(sealing, 61)을 개재시켜 유입측 실링(60)이 장착되어 있다. 이 유입측 실링(60)에는, 유입구(113A)에 연통하는 유입구(60A), 및 유출구(113B)에 연통하는 유출구(60B)가 형성되어 있고, 유입구(60A) 및 유출구(60B)가 배관을 개재시켜 도시하지 않은 냉각 매체 순환 장치에 접속되어 있다. 그리고 이 냉각 매체 순환 장치가, 상기 냉각 매체 순환 장치에 대응하여도 좋다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, "비모터측의 베어링 장치(101A)"의 냉각을 "너트 냉각" 및 "나사축(110)의 내부의 냉각"으로 하고, "모터측의 베어링 장치(101B)"의 냉각을 "너트 냉각"으로 하고 있다. 이것은, 나사축(110)의 모터측의 단부가 전동 모터(도시하지 않음)에 접속되어 있기 때문에, 나사축(110)의 그 단부에 냉각용 관통구멍을 마련하여, 나사축(110)의 내부를 냉각하는 것이 어렵기 때문이다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 비모터측의 베어링 장치(101A)에 의해 지지되는 측의 나사축(110)의 단부 근방에 냉각용 관통구멍을 마련하였다. 그리고 본 실시 형태에 있어서는, 비모터측의 베어링 장치(101A)의 냉매 온도가 낮아져, 비모터측의 베어링 장치(101A)의 고정력이 떨어지지 않도록, 비모터측의 베어링 장치(101A)의 냉매 온도는 모터측보다 높게 하는 것이 바람직하다.
여기서, 특허문헌 3에는, 폴 나사축의 내부를 관통하여 형성되고, 냉각용 유체를 유동시키는 볼 나사축 내 유로구멍을 구비하고 있다.
그러나, 축내 유로구멍을 가진 나사축은, "관통된" 중공축(中空軸)이기 때문에, 중실축(中實軸)에 비해, 굽힘 모멘트에 의해 휨이 커진다. 그 때문에, 축내 유로구멍을 가지는 나사축은, 중실축의 나사 축에 비해, 회전할 때마다 발생하는 반복 전단 응력이 크기 때문에, 축내 유로구멍을 가지는 나사축은 중실축의 나사 축에 비해 열을 발생하고, 고온이 된다. 축내 유로구멍을 통과하는 냉각용 유체(냉매)는 따뜻해지기 때문에, 냉각 효과는 없어진다.
이에 대해, 본 실시 형태의 볼 나사 장치는, 냉각 매체를 통과시키는 냉각용 관통구멍이 나사축(110)에 천공되고, 그 냉각용 관통 구멍은 나사축(110)의 축방향에 있어서의 복수 개의 베어링에 대응하는 위치까지 천공되어 있다. 이 구성에 의해, 종래와 같이 나사 축에 냉각용 관통구멍을 "관통시킨" 것에 비해 굽힘 모멘트에 대해 강성이 높아진다고 하는 효과를 가진다.
따라서, 본 실시 형태에 의하면, 구동시의 굽힘 모멘트에 의한 나사축의 휨을 저감하면서 냉각 효율을 향상시키는 볼 나사 장치를 제공할 수가 있다.
(제8 실시 형태)
다음으로, 볼 나사 장치의 제8 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 18은, 볼 나사 장치의 제8 실시 형태에 있어서의 구성을 나타내는 축방향을 따른 단면도이다. 베어링 장치(101)는, 제2 실시 형태와 대략 같은 구성이다. 이하, 제2 실시 형태와 같은 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략 또는 간략하게 하고, 다른 구성을 중심으로 설명한다.
도 18에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 볼 나사 장치는, 베어링(101)의 조합을 DF조합으로 하고 있다. 종래의 기술에서는, 나사축(110)의 열팽창을 캔슬하는 방법으로서 프리텐션을 가하는 것을 들고 있다. 이 프리텐션은, 나사축(110)에 베어링(101)을 마련함에 있어서, 위치 결정을 정밀도 좋게 하기 위해, 나사축(110)의 온도 상승이 2 ℃ ~ 3 ℃정도에 상당하는 예장력(予張力)을 주는 작업이다. 이 프리텐션을 가함으로써 베어링(101)의 하중은 증가하고, 발열하는 것은 피하지 못하고, 결과적으로 이 열이 나사축(110)에 전해져, 나사축(110)이 다시 팽창하는 요인이 된다. 특히, DB조합의 베어링을 냉각한 것만으로는, 열팽창을 억제하는 효과를 얻기 어려웠다.
그래서, 본 실시 형태의 볼 나사 장치는, 열팽창에 발생하는 응력을 완화하기 위해, 베어링(101)의 조합을 DF조합으로 하여 냉각하고 있다.
(제9 실시 형태)
다음으로, 볼 나사 장치의 제9 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 19는, 볼 나사 장치의 제9 실시 형태에 있어서의 구성을 나타내는 도면으로, (a)는 볼 나사 장치의 정면도, (b)는 볼 나사 장치에 있어서의 비모터측의 볼 나사 장치의 정면도, (c)는 볼 나사 장치에 있어서의 모터측의 볼 나사 장치의 정면도이다. 그리고, 도 19(a)에서는, 유입측 실링(60)을 생략하고 있다. 베어링 장치(101)는, 제7 실시 형태와 대략 같은 구성이다. 이하, 제7 실시 형태와 같은 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략 또는 간략하게 하고, 다른 구성을 중심으로 설명한다.
도 19(a) 내지 (c)에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 볼 나사 장치는, 볼 나사를 지지하는 양단의 베어링의 조합을 DB형(DB조합)으로 하고 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 나사축이 휘지 않는다고 하는 효과를 가져온다. 또한, 모터측의 베어링 장치(101B)는 모터의 발열에 의해 베어링의 온도가 높아지기 때문에, 모터측의 베어링 장치(101B)의 베어링의 온도를 낮게 할 필요가 있다. 따라서, 냉각수의 냉매의 온도를 비모터측의 베어링 장치(101A)보다 낮게 하거나, 혹은, 냉매량을 증가시킨다.
또한, 베어링의 조합으로서, 모터측의 베어링 장치(101B)를, DB형(DB조합), 및 DT형(DT조합)으로 하고, 비모터측의 베어링 장치(101A)를, DB형(DB조합), DT형(DT조합), DF형(DF조합), 또는 단열로 한다.
더욱이, 본 실시 형태의 볼 나사 장치에 있어서 지지되는 볼 나사로서는, 엔드 디플렉터식, 튜브식, 롤러식, 엔드 캡식을 들 수 있다. 특히, 모터측의 베어링 장치의 베어링을 DB형(DB조합)으로 함으로써, 나사축이 회전시 떨리지 않는다고 하는 효과를 가져온다.
이상, 볼 나사 장치의 각 실시 형태에 대해 설명해 왔는데, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 다양한 변경, 개량을 행할 수 있다. 예를 들어, 위에서 설명한 실시 형태에서는 볼 나사의 나사축을 지지하는 베어링으로서 복렬 롤링 베어링을 예시하였는데, 이에 한정되는 것은 아니고, 단열 롤링 베어링이어도 좋다. 또한, 각 실시 형태의 볼 나사 장치는, 너트를 냉각하는 너트 냉각 장치와 병용되는 것이 바람직하다. 볼 나사의 축심(軸芯) 냉각에서는, 나사축 내부에 냉각 경로가 형성되기 때문에 베어링도 냉각되지만, 너트 냉각의 경우에는 너트가 이동하는 부분 밖에 냉각되지 않고, 베어링에 대한 냉각 효과는 기대할 수 없는 경우에 유효하기 때문이다. 그러므로, 너트 냉각에서는 베어링의 냉각도 필요하다. 또한, 각 실시 형태를 적절히 조합하여도 좋다.
본 발명에서의 냉각 매체로서는, 유체로서 각종의 기체, 액체를 사용할 수 있다. 기체로서는, 공기 혹은 압축 공기 외에, 질소, 불활성 가스(아르곤 등), 탄화수소(부탄, ISO 부탄 등), 헬륨, 암모니아, 이산화탄소 등, 나아가서는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 액체로서는, 물 외에, 물에 방청제를 가한 쿨런트, 물에 각종 첨가제를 가한 쿨런트, 혹은 냉매유로서 각종의 기름도 사용할 수 있다. 구체적으로는 광유, 동식물유, 합성유를 사용할 수 있다. 이들은 사용 환경 등에 따라서 적절하게 선택하면 된다. 더욱이, 냉각 매체는 온도 관리되어 있고, 유량도 관리되고 있는 것이 바람직하다. 특히, 냉각 매체를 난류 상태로 사용하는 것이 바람직하다.
1: 볼 나사 장치
10: 볼 나사
101: 베어링 장치
110: 나사축
120: 롤링 베어링
121: 내륜
122: 전동체
123: 외륜
130: 하우징
132: 플랜지
140: 록 너트
150: 칼라
160: 누름 덮개
170: 냉각용 관통구멍
180: 홈부
190: 냉각관

Claims (16)

  1. 내주면에 나선홈이 형성된 너트와, 외주면에 나선홈이 형성된 나사축과, 상기 너트의 나선홈과 상기 나사축의 나선홈으로 형성되는 궤도에 배치된 볼을 구비한 볼 나사와,
    상기 나사축의 단부를 지지하는 베어링 장치를 가지고,
    그 베어링 장치는, 상기 단부에 감합되어 상기 나사축과 일체로 회전하는 내륜과, 그 내륜의 외주면에 배설된 복수 개의 전동체를 개재시켜 상기 내륜을 회전 가능하게 지지하는 외륜에 의해 형성된 복수 개의 베어링과,
    상기 외륜의 외주면과 당접되는 내주면을 가지고 상기 나사축을 회전 가능하게 지지하는 하우징을 구비하고,
    상기 하우징의 양단부를 관통하고, 냉각 매체를 통과시키는 냉각용 관통구멍이 상기 하우징의 축방향을 따라 복수 개 형성된 것을 특징으로 하는 볼 나사 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 베어링 장치가 상기 나사축의 한쪽의 단부를 지지하는 것을 특징으로 하는 볼 나사 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 나사축의 한쪽의 단부를 지지하는 상기 베어링 장치에, 상기 하우징의 양단부를 관통하고, 냉각 매체를 통과시키는 상기 냉각용 관통구멍이 상기 하우징의 축방향을 따라 복수 개 형성되고,
    상기 나사축의 다른 쪽의 단부를 지지하는 베어링 장치에는, 냉각 매체를 통과시키는 냉각용 관통구멍이 형성되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 볼 나사 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 베어링 장치가 상기 나사축의 양쪽의 단부를 지지하는 것을 특징으로 하는 볼 나사 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 베어링 장치의 각각에, 상기 하우징의 양단부를 관통하고, 냉각 매체를 통과시키는 상기 냉각용 관통구멍이 상기 하우징의 축방향을 따라 복수 개 형성된 것을 특징으로 하는 볼 나사 장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수 개의 베어링은 DB형인 것을 특징으로 하는 볼 나사 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베어링이, 단열(單列) 앵귤러 볼 베어링, 단열 원추 롤링 베어링, 복렬(複列) 앵귤러 볼 베어링, 복렬 원추 롤링 베어링의 어느 하나인 것을 특징으로 볼 나사 장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각용 관통구멍을 연통하는 홈부가, 상기 하우징의 단면에 형성된 것을 특징으로 하는 볼 나사 장치.
  9. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각용 관통구멍이, 이음 부재를 개재시켜 배관에 의해 하우징의 외부에서 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 볼 나사 장치.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각용 관통구멍이, 상기 하우징의 둘레방향을 따라 균등하게 배치된 것을 특징으로 하는 볼 나사 장치.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각용 관통구멍이 3 ~ 6 개 형성된 것을 특징으로 하는 볼 나사 장치.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각용 관통구멍이 상기 나사축의 단부측, 또는 플랜지 측에 배치된 것을 특징으로 하는 볼 나사 장치.
  13. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징에 방열부를 마련한 것을 특징으로 하는 볼 나사 장치.
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 복수 개의 베어링의 각각의 외륜의 축방향으로의 이동을 제한하는 누름 덮개를 가지고, 그 누름 덮개에 방열부를 마련한 것을 특징으로 하는 볼 나사 장치.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉각 매체를 통과시키는 냉각용 통로가 상기 나사 축에 천공(穿孔)되고, 그 냉각용 통로는 상기 나사축의 축방향에 있어서의 상기 복수 개의 베어링에 대응하는 위치까지 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 볼 나사 장치.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    볼 나사의 나사축의 양단부에 마련되는 2 개의 베어링 장치의 적어도 어느 한쪽의 베어링 장치로서, 상기 복수 개의 베어링이 DF형인 것을 특징으로 하는 볼 나사 장치.
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