(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動装置によって回転させられるねじ軸が、その両端を一対のブラケットにそれぞれサポートベアリングを介して支承され、上記一対のブラケット間のねじ軸に、該ねじ軸の回転でねじ軸の軸方向に移動体と一緒に移動させられる可動ナットが螺着された工作機械等の送り装置において、少なくとも一方のブラケットのサポートベアリングの内輪の内端面と該内端面の内側に内端面と向き合わせてねじ軸に設けられた段部との間にねじ軸の熱膨張変位を吸収する、周方向に溝が形成された筒状部材からなる吸収手段が設けられてなり、
ねじ軸の一端の支承に関与した部材のねじ軸軸方向の総剛性と、ねじ軸の他端の支承に関与した部材のねじ軸軸方向の総剛性が、吸収手段によってほぼ等しくされたことを特徴とする工作機械等の送り装置。
【請求項２】
回転駆動装置によって回転させられるねじ軸が、その両端を一対のブラケットにそれぞれサポートベアリングを介して支承され、上記一対のブラケット間のねじ軸に、該ねじ軸の回転でねじ軸の軸方向に移動体と一緒に移動させられる可動ナットが螺着された工作機械等の送り装置において、少なくとも一方のブラケットのサポートベアリングの内輪の内端面と該内端面の内側に内端面と向き合わせてねじ軸に設けられた段部との間にねじ軸の熱膨張変位を吸収する、材質的に弾性を与えられた弾性カラーからなる吸収手段が設けられてなり、
ねじ軸の一端の支承に関与した部材のねじ軸軸方向の総剛性と、ねじ軸の他端の支承に関与した部材のねじ軸軸方向の総剛性が、吸収手段によってほぼ等しくされたことを特徴とする工作機械等の送り装置。
【請求項３】
吸収手段は、回転駆動装置が支持された一方のブラケット側に設けられたことを特徴とする請求項１又は２記載の工作機械等の送り装置。
【請求項４】
吸収手段は、回転駆動装置が支持された一方のブラケットと反対の他方のブラケット側に設けられたことを特徴とする請求項１又は２記載の工作機械等の送り装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の工作機械等の送り装置において、ねじ軸の中間位置をゼロ点として移動体の移動を制御することを特徴とする送り制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ねじ軸に螺着された可動ナットを回転駆動装置によるねじ軸の回転で動かしてテーブル等の移動体をねじ軸の軸方向に移動させる工作機械等の送り装置及び移動体の送り制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械の送り装置として図６に示すものが知られている。これについて説明すると、ボールねじ軸１はその両端を一対のブラケット２，３にサポートベアリング４，５を介して支承されている。ねじ軸１は周方向に回転自在であり、一対のブラケット２，３の間にボールナット（可動ナット）７が螺着されている。
【０００３】
ねじ軸１の一端には、サーボモータ（回転駆動装置）８の出力軸９が軸継手１０で連結されており、モータ８でねじ軸１を回転させると、可動ナット７が動いてテーブル等の移動体１１をねじ軸１の軸方向に移動させるようになっている。モータ８はブラケット２に支持されている。
【０００４】
ブラケット２の内側のサポートベアリング４の内輪４ａの内端面と該内端面の内側に内端面と向き合わせて設けられた段部１ａとの間、及びブラケット３の内側のサポートベアリング５の内輪５ａの内端面と該内端面の内側に内端面と向き合わせてねじ軸１のねじ部１ｂに螺着された締付ナット（段部）１３との間に、鋼性のカラー１４，１５がそれぞれ設けられている。鋼性カラー１４，１５は位置調整用であり、ねじ軸１の所定位置にサポートベアリング４，５を固定している。符号１６及び１７はねじ軸１のねじ部１ｃ，１ｄに螺着されてサポートベアリング４，５を固定している締付ナット、１９はブラケット３に取り付けられたベアリング押えである。
【０００５】
上記の構成とされた送り装置にあっては、送り作動に伴って生じるボールねじ軸１とボールナット７間の摩擦熱で温度が上昇しねじ軸１が熱膨張するので、セミクローズドループで制御される移動体１１の停止位置が変化する。
【０００６】
そこで従来においては、例えばねじ軸１を中空にしてこれに冷却油を流したり、或いは、可動ナット７をオイルエアー潤滑してオイルを含むエアーで送り装置を冷却するなど、もっぱら、昇温を防止して停止位置の変位を極力小さく抑えている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
昇温を防止して位置変化を小さく抑える方式は、熱膨張の原因を直接絶つものであるから、それなりの効果を得ることができる。しかし、それだけでは限界があり、位置変化のさらなる微小化を望むべくもない。
【０００８】
ところで、移動体１１の位置変化量（ねじ軸１の熱膨張変位量）は、ねじ軸１の両端の支承に関与した部材、すなわちブラケット２、サポートベアリング４、カラー１４、及びブラケット３、サポートベアリング５、カラー１５、締付ナット１３，１６が、ねじ軸１の熱膨張を抑え込む力（剛性）によって左右される。
【０００９】
具体例を述べるとブラケット２側のねじ軸軸方向の総剛性ＫＭは次式（１）によって、またブラケット３側のねじ軸軸方向の総剛性ＫＥは次式（２）によってそれぞれ示される。
【００１０】
１／ＫＭ＝（１／ＫＭＢ）＋（１／ＫＢＭ）＋（１／ＫＣＭ）  ……（１）
１／ＫＥ＝（１／ＫＢＢ）＋（１／ＫＢＥ）＋（１／ＫＣＥ）＋（１／ＫＢＣ）＋（１／ＫＮ）  ……（２）
ここで、
ＫＭＢ；ブラケット２の剛性
ＫＢＭ；サポートベアリング４の剛性
ＫＣＭ；カラー１４の剛性
ＫＢＢ；ブラケット３の剛性
ＫＢＥ；サポートベアリング５の剛性
ＫＣＥ；カラー１５の剛性
ＫＢＣ；ベアリング押え１９の剛性
ＫＮ；締付ナット１３の剛性
【００１１】
ねじ軸１が温度上昇で伸びブラケットの反力との間で釣合った状態では次式（３）に示すようになる。
ＫＭ×λＭ＝ＫＥ×λＥ  ……（３）
ここで、
λＭ；ねじ軸１のブラケット２側の変位量
λＥ；ねじ軸１のブラケット３側の変位量
【００１２】
図７は上記をモデル化したものであり、この図７でｌは送り作動前のねじ軸１と等しい長さ、Ｌは送り作動に伴う昇温で熱膨張したねじ軸１の長さであり、（ｌ＋λＭ＋λＥ）と等しい。
【００１３】
上記において、ＫＭ＝ＫＥならば、ねじ軸１の左右両端側の変位量λＭ、λＥは等しくなる（λＭ＝λＥ）。したがって、ＫＭ＝ＫＥとされた送り装置にあっては、ねじ軸１の中間（ストロークの中央）をゼロ点（原点）として移動体１１の送りを制御すると、ねじ軸１の熱膨張に起因する位置変化を両端に均等に振り分けて所定範囲に収めることができる。
【００１４】
従来においては、上記を全く考慮することなく、求められる送り性能や強度等のみに基づき各構成部材の材質、形状、寸法等を定めて送り装置を製作しているのが実状である。この場合、ブラケット２はモータ８を支持する関係で強度を強めてあるなどの理由によりブラケット２側の剛性ＫＭがブラケット３側の剛性ＫＥよりも大きくなるのが普通である。
【００１５】
したがって、移動体１１の停止位置の変化を両側に均等に配分することができず、例えば図８に示すように、アルミ部品を加工する実用サイクルにおいて、フライス加工の面位置がブラケット３側で所定範囲を越えて極端に大きくなるという不都合が生じる。
【００１６】
本発明は、ねじ軸の熱膨張に起因する位置変化を両端に均等に配分して所定範囲に収めることができる工作機械等の送り装置及び送り制御方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る工作機械等の送り装置は、回転駆動装置によって回転させられるねじ軸が、その両端を一対のブラケットにそれぞれサポートベアリングを介して支承され、上記一対のブラケット間のねじ軸に、該ねじ軸の回転でねじ軸の軸方向に移動体と一緒に移動させられる可動ナットが螺着された工作機械等の送り装置において、少なくとも一方のブラケットのサポートベアリングの内輪の内端面と該内端面の内側に内端面と向き合わせてねじ軸に設けられた段部との間にねじ軸の熱膨張変位を吸収する吸収手段を設けた構成とした。
【００１８】
ねじ軸の一端の支承に関与した部材のねじ軸軸方向の総剛性と、ねじ軸の他端の支承に関与した部材のねじ軸軸方向の総剛性を、吸収手段によってほぼ等しくすることが好ましい。
【００１９】
吸収手段を、回転駆動装置が支持された一方のブラケット側に設けることも、また回転駆動装置が支持された一方のブラケットと反対の他方のブラケット側に設けることもできる。
【００２０】
吸収手段を、周方向に溝が形成された筒状部材とすることも、材質的に弾性を与えられた弾性カラーとすることもできる。
【００２１】
また、本発明に係る送り制御方法は、上記構成とされた工作機械等の送り装置において、ねじ軸の中間位置をゼロ点として移動体の移動を制御する構成とした。
【００２２】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
図１ないし図３は本発明に係る工作機械等の送り装置の一実施例を示す。なお、図６の従来の送り装置と同一の部材等には同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
【００２３】
図１と図２において符号２１は筒状部材（吸収手段）である。筒状部材２１の外周面と内周面には、その周方向に溝２１ａ，２１ｂが形成されており、それらの溝２１ａ，２１ｂによって中心軸線方向に適度な弾性が付与されている。
【００２４】
筒状部材２１は、ねじ軸１の熱膨張変位を吸収するもので、ブラケット２の内側のサポートベアリング４の内輪４ａの内端面４ｂと該内端面４ｂの内側に内端面４ｂと向き合わせてねじ軸１に形成された段部１ａとの間に、従来のカラー１４（図６）に替えて嵌め込まれている。
【００２５】
そして、筒状部材２１の剛性は、ブラケット２側の総剛性ＫMとブラケット３側の総剛性ＫEが同一となる値に調整されている。
【００２６】
また、符号２２はカラーである。カラー２２は大径部２２ａと小径部２２ｂを有し、ブラケット３の内側のサポートベアリング５の内輪５ａの内端面５ｂと該内端面５ｂの内側に内端面５ｂと向き合わせてねじ軸１のねじ部１ｂに螺着された締付ナット（段部）１３との間に大径部２２ａを入れるとともに、ねじ軸１とサポートベアリング５の内輪５ａとの間に小径部２２ｂを挿入して嵌め込まれている。
【００２７】
カラー２２は、必要な剛性を持つ内径の大きなサポートベアリング５の使用を可能にしている。
【００２８】
上記の構成とされた工作機械等の送り装置においては、ねじ軸１の中間、すなわち送りストロークの中央をゼロ点として移動体１１の送り移動を制御する。筒状部材２１による剛性調整により、ブラケット２側の総剛性ＫMとブラケット３側の総剛性ＫEが等しくされているので、ねじ軸１の熱変位量はその両端において等しくなり、移動体１１の位置変化がブラケット２側とブラケット３側に均等に配分される結果、位置変化量を小さい所定範囲内に収めることができる。
【００２９】
図４は図８の場合と同一の試験を行った結果を示すものであり、熱変位がブラケット３側に大きく偏った従来例に比較して、フライス加工の面位置が左右においてはほぼ等しくなり、したがって熱変位の上限値が小さくなるという期待通りの好結果が得られたことが分かる。
【００３０】
筒状部材２１とカラー２２は、必要とする負荷容量のサポートベアリング４，５の使用を可能にし、サポートベアリング４，５の寿命設計の自由度を大きくしている。
【００３１】
図５は本発明に係る工作機械等の送り装置の他の実施例を示す。この送り装置の場合は、ブラケット３の内側のサポートベアリング５の内輪５ａの内端面５ｂと該内端面５ｂの内側に内端面５ｂと向き合わせてねじ軸１に形成された段部１ｅとの間に、弾性カラー（吸収手段）３１と鋼製カラー３２，３３が、鋼製カラー３２，３３の間に弾性カラー３１を挟んで嵌め込まれている。弾性カラー３１は、アルミニウムやプラスチック或いはそれらと同効の材料によって製作され、材質的に適度な弾性が与えられている。
【００３２】
この例の場合も、弾性カラー３１の剛性は、ブラケット２（図６又は図１）側の総剛性ＫMとブラケット３側の総剛性ＫEが同一となる値に調整される。
【００３３】
したがって、この例の送り装置においても図１ないし図３の送り装置と全く同一の作用効果が得られる。
【００３４】
図の筒状部材２１は、内外両面に３個の溝２１ａ，２１ｂを有し、鋼製とされているが、溝の個数と形状、及び材質は上記に限られるものではなく、必要に応じて変更することができる。また、図１及び図２の筒状部材２１に替えて弾性カラー３１を用いることも、図４の弾性カラー３１を筒状部材２１に替えることもできる。吸収手段は、通常、ブラケット２側とブラケット３側のいずれか一方に設けるが、場合によっては両方に設けてもよい。
【００３５】
ねじ軸１両端の剛性が同一でなく、したがって中間位置からのねじ軸両端の熱変位量に差がある場合は、ねじ軸両端の熱変位量が等しくなるねじ軸１の位置をゼロ点として移動体１１の送り移動を制御する。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る工作機械等の送り装置は、回転駆動装置によって回転させられるねじ軸が、その両端を一対のブラケットにそれぞれサポートベアリングを介して支承され、上記一対のブラケット間のねじ軸に、該ねじ軸の回転でねじ軸の軸方向に移動体と一緒に移動させられる可動ナットが螺着された工作機械等の送り装置において、少なくとも一方のブラケットのサポートベアリングの内輪の内端面と該内端面の内側に内端面と向き合わせてねじ軸に設けられた段部との間にねじ軸の熱膨張変位を吸収する吸収手段が設けられた構成とされているので、一対のブラケットに支承されたねじ軸の両端の剛性を等しくして熱変位を両端に均等に配分することができる。また、吸収手段は、必要とする負荷容量のサポートベアリングの使用を可能にするので、サポートベアリングの寿命設計の自由度が向上する効果がある。
【００３７】
ねじ軸の一端の支承に関与した部材のねじ軸軸方向の総剛性と、ねじ軸の他端の支承に関与した部材のねじ軸軸方向の総剛性を、吸収手段によってほぼ等しくした構成とすると、熱変位量がねじ軸の両端において等しくなり、移動体の位置変位が一対のブラケットの両方に均等に配分されるようになる。
【００３８】
また、本発明に係る送り制御方法は、ねじ軸の一端の支承に関与した部材のねじ軸軸方向の総剛性と、ねじ軸の他端の支承に関与した部材のねじ軸軸方向の総剛性が、吸収手段によってほぼ等しくされた送り装置において、ねじ軸の中間位置をゼロ点として移動体の移動を制御するものであるから、移動体の位置変化量を左右に均等に配分して小さい所定範囲内に収め、位置変化の上限値を低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る工作機械等の送り装置の一実施例を示す断面図である。
【図２】図１の送り装置に使用されている筒状部材の拡大断面図である。
【図３】図１の右側のブラケット及びカラー等の拡大断面図である。
【図４】図１の送り装置の熱変位の試験結果を示す図である。
【図５】本発明に係る工作機械等の送り装置の他の実施例を示す断面図である。
【図６】従来の送り装置の断面図である。
【図７】ねじ軸両端の剛性と熱変位の関係を示す図である。
【図８】図６の従来の送り装置の熱変位の試験結果を示す図である。
【符号の説明】
１  ボルねじ軸
１ａ，１ｅ  段部
２  ブラケット
４，５  サポートベアリング
４ａ，５ａ  内輪
４ｂ，５ｂ  内端面
７  可動ナット（ボールナット）
８  モータ（回転駆動装置）
１１  移動体
１３  段部（締付ナット）
２１  筒状部材（吸収手段）
２１ａ，２１ｂ  溝
３１  弾性カラー（吸収手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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