(57)【要約】【課題】熱補償機能を有する送り駆動装置において、軸受破壊防止・寿命安定化及びり軸剛性の安定による加工精度の向上を目的とする。【解決手段】ボールねじ７の他端側を支持するアンギュラ軸受６，１６は、ボールねじ７に対する張力状態を実現する張力用アンギュラ軸受６と、ボールねじ７に対する圧縮状態を実現する圧縮用アンギュラ軸受１６とを組み合わせて構成し、アンギュラ軸受６，１６の外輪５及びベアリングハウジング３の双方に対して当接するホルダ１８と、ベアリングハウジング３に固定された枠体２０と、ホルダ１８と枠体２０との軸方向の隙間に圧入される弾性部材１９からなる固定部１００を設け、弾性部材１９は、圧縮用アンギュラ軸受１６に作用する軸方向荷重が一定値を超えないようベアリングハウジング３に対する外輪５の位置を弾性的に変位させると共に圧縮用アンギュラ軸受１６に作用する軸方向荷重が一定値以下のときにはベアリングハウジング３に対して外輪５をホルダ１８にて剛性的に固定する。【選択図】図１
2008298250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールねじの両端をそれぞれアンギュラ軸受を介して回転自在に支持すると共に前記ボールねじの一端側にはモータを接続する一方、前記ボールねじの他端側から当該ボールねじに対して軸方向の予張力を付与する送り駆動装置において、前記ボールねじの他端側を支持する前記アンギュラ軸受は、前記ボールねじに対する張力状態を実現する張力用アンギュラ軸受と、前記ボールねじに対する圧縮状態を実現する圧縮用アンギュラ軸受とを組み合わせて構成し、前記圧縮用アンギュラ軸受に作用する軸方向荷重が一定値を超えないよう前記軸受のベアリングハウジングに対する外輪の位置を弾性的に変位させる固定部を設けることを特徴とする送り駆動装置。
【請求項２】
前記固定部は、前記圧縮用アンギュラ軸受に作用する軸方向荷重が一定値以下のときには前記ベアリングハウジングに対して前記外輪を剛性的に固定することを特徴とする請求項１記載の送り駆動装置。
【請求項３】
前記固定部は、前記外輪及び前記ベアリングハウジングの双方に対して当接するホルダと、前記ベアリングハウジングに固定された枠体と、前記ホルダと前記枠体との軸方向の隙間に圧入される弾性部材からなり、前記弾性部材は、前記圧縮用アンギュラ軸受に作用する軸方向荷重が一定値を超えないよう前記軸受のベアリングハウジングに対する外輪の位置を弾性的に変位させると共に前記圧縮用アンギュラ軸受に作用する軸方向荷重が一定値以下のときには前記ベアリングハウジングに対して前記外輪を前記ホルダにて剛性的に固定すると共にことを特徴とする請求項２記載の送り駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱補償機能を有する送り駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術に係る送り駆動装置では、ボールねじの両端をアンギュラ軸受で支持し、モータ側はダブルバック（ＤＢ）若しくはダブルフロント（ＤＦ）組み合わせで、両方向の軸方向荷重を負荷している。
一方、テンションエンド側（モータ側の反対側）のアンギュラ軸受においては、ボールねじの温度上昇による熱変位・アンギュラ軸受の負荷過大を抑える為、ボールねじに予張力（プリテンション）を与えて支持している。
【０００３】
即ち、ベースに対して３列のアンギュラ軸受がブラケットにて保持されると共にこれらアンギュラ軸受をボールねじの一端が回転自在に貫通している。ボールねじの軸端には、３列のアンギュラ軸受との間にスペーサを挟んでカラーが装着され、更に、スペーサ及びカラーをアンギュラ軸受に対して押し付けるべく、ナットが螺着されている。ナットの外側には、更に、緩み止めのナットが螺着されている。
【０００４】
３列のアンギュラ軸受においては、何れも、ベアリングハウジングに保持される外輪の内径は軸端側が広く、中央側が狭くなっており、また、ボールねじに嵌合する内輪の外径は軸端側が大きく、中央側が小さくなっている。つまり、３列のアンギュラ軸受は、ボールねじの張力状態を実現しうるものである。
ここで、最も軸端側のアンギュラ軸受の内輪はスペーサに当接し、また、最も中央側のアンギュラ軸受の外輪はベアリングハウジングにより軸方向に拘束されている。
【０００５】
従って、ナットによる螺着量を調整することによって、カラー、スペーサを介して、３列のアンギュラ軸受に対して力を作用させることができ、これにより、３列のアンギュラ軸受においては、軸受転動体を間に挟んで、内輪と外輪との間には軸方向に対して斜め方向の力が作用する一方、その反作用として、カラー、スペーサを介して、ボールねじに対して軸方向の予張力が付与される。
【０００６】
更に、スペーサには凸部が形成され、この凸部とカラーとの間には皿バネが圧入されている。皿バネは、温度上昇によりボールねじが熱変形し、カラーとスペーサとの間に軸方向の隙間が形成されたときに伸張し、スペーサを介してアンギュラ軸受に対し一定の張力を付与するものである。
ここで、ボールねじが温度上昇により熱変形を起こすと、ボールねじに作用する予張力は、徐々に小さくなる。そして、最終的には予張力がなくなり、カラーとスペーサとの間に軸方向の隙間が生じ、皿バネが伸張してアンギュラ軸受に対して一定の張力が付与される。つまり、カラーとスペーサとの位置関係が変わらない定位置予圧から、皿バネによる定圧予圧に変わることになる。
【０００７】
また、テンションエンド側位置付近で加減速等による荷重が作用し、予張力と逆向きの荷重が加わり、ボールねじに加わっていた予張力がなくなると、上記と同様に定位置予圧から定圧予圧に変わることになる。
【０００８】
ボールねじに予張力がなくなった場合の問題点は以下の１．〜５．の通りである。
１．ボールねじが両側固定から片側固定となり、軸剛性が１／２〜１／４に低下する。これにより伸び方向の固有振動数は１／１．４〜１／２となり、制御性が悪化する。さらに、形状精度・加工面品位が悪化する。
【０００９】
２．定圧予圧の時、アンギュラ軸受の内輪は皿バネから荷重を受けて位置を固定されるが、ボールねじが変位するため、アンギュラ軸受内輪とボールねじとの間ですべり変位を吸収する。本来、内輪とボールねじとは比較的タイトに固定するが、このため、ルーズとする必要があり、高速回転時に内輪とボールねじの間で回転方向のスベリが発生し早期破損の可能性がある。
【００１０】
３．定圧予圧の時、加減速等の瞬間的荷重がかかった場合、アンギュラ軸受とボールねじのハメアイがタイトであるとスベリが追従せず、アンギュラ軸受の予張力が抜け、軸受転動体の滑りが発生する可能性がある。
【００１１】
４．ボールねじの想定熱変位量の予張力を与えるためには、負荷能力の高い軸受を必要とする。
しかし、高負荷軸受は大径軸受となり、製作コストが大きい。また、多数の軸受で負荷する場合には、多数の軸受に均等に荷重負荷させることができない。
【００１２】
５．ボールねじの予張力量が大きくなるため、運転状態による送り軸剛性変化が大きく加工精度の劣化原因となる。
【特許文献１】特許第２７７３６５３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来技術に係る他の送り駆動装置においては、図３にテンションエンド側を示すように、モータ側と同様にダブルバックの組み合わせにより、ボールねじ０７の熱変位想定量の半分程度の予張力を掛けておき、ボールねじ０７が熱変位するに従い、張力状態から圧縮（コンプレッション）状態に推移するようにしたものが知られている。
【００１４】
即ち、図３に示すように、ベース０１に対して２列のアンギュラ軸受０６及び２列のアンギュラ軸受０１６がブラケット０２にて保持されると共にこれらアンギュラ軸受０６，０１６をボールねじ０７の一端が回転自在に貫通している。ボールねじ０７の軸端には、スペーサ０１２が装着され、更に、スペーサ０１２をアンギュラ軸受０６，０１６に対して押し付けるべく、ナット０８が螺着されている。ナット０８の外側には、更に、緩み止めのナット０９が螺着されている。
【００１５】
軸端寄りの２列のアンギュラ軸受０６においては、ベアリングハウジング０３に保持される外輪０５の内径は軸端側が広く、中央側が狭くなっており、また、ボールねじ０７に嵌合する内輪０４の外径は軸端側が大きく、中央側が小さくなっている。つまり、２列のアンギュラ軸受０６は、ボールねじ０７の張力状態を実現しうるものである。
【００１６】
一方、中央寄りの２列のアンギュラ軸受０１６においては、ベアリングハウジング０３に保持される外輪０１５の内径は軸端側が狭く、中央側が広くなっており、また、ボールねじ０７に嵌合する内輪０１４の外径は軸端側が小さく、中央側が大きくなっている。つまり、２列のアンギュラ軸受０１６は、ボールねじ０７の圧縮状態を実現しうるものである。
ここで、最も軸端側のアンギュラ軸受０６の内輪０４はスペーサ０１１に当接し、その外輪０５は軸受押さえ蓋０１３によりベアリングハウジング０３に固定されている。また、最も中央側のアンギュラ軸受０１６の外輪０５はベアリングハウジング０３により軸方向に拘束され、ベアリングハウジング０３とブラケット０２との軸方向の隙間には現合カラー０１７が介装されている。
【００１７】
従って、現合カラー０１７の厚みを調整することにより、スペーサ０１２を介して、４列のアンギュラ軸受０６，０１６に対して、図中左向きの力が作用すると、２列のアンギュラ軸受０６においては、軸受転動体を間に挟んで、内輪０４と外輪０５との間には図中矢印で示すように軸方向に対して斜めの力が作用する一方、その反作用として、スペーサ０１２を介して、ボールねじ０７に対して軸方向の予張力を付与することができる。
ここで、予張力としては、ボールねじ０７の熱変位想定量の半分程度とし、ボールねじ０７が熱変位するに従い、張力状態から圧縮状態に推移するようにする。
【００１８】
即ち、図２に一点鎖線Ａで示すように、初期状態（室温時）には、ボールねじ０７に作用する予張力と同じ大きさの荷重が２列のアンギュラ軸受０６に作用するが、ボールねじ０７温度上昇に伴う熱変形に従って、その値は徐々に減少し、予張力がなくなると荷重も０となる。
更に、温度上昇による熱変形に従って、ボールねじ０７に圧縮力が作用すると、図２に二点鎖線Ｂで示すように、ボールねじ０７に作用する圧縮力と同じ大きさの荷重が２列のアンギュラ軸受０１６に作用することとなる。このときは、２列のアンギュラ軸受０１６においては、軸受転動体を間に挟んで、内輪０４と外輪０５との間には図中矢印（白抜き）で示すように軸方向に対して斜めの力が作用する。
【００１９】
そして、温度上昇による熱変形が熱変位想定量に到達すると、２列のアンギュラ軸受０１６にはボールねじ０７に作用する予張力と同じ大きさの荷重が作用することになる。
更に、ボールねじ０７が想定される熱上昇値（熱上昇想定値）を超えて温度上昇して、想定以上の熱変位をした場合には、２列のアンギュラ軸受０１６には、図２に一点鎖線Ｂで示すように、ボールねじ０７に付与された予張力を超える荷重が作用する。
【００２０】
ここで、２列のアンギュラ軸受０１６は熱変位想定量を超えても限界荷重までは荷重に耐えられるが、限界荷重を超えると早期破壊となるおそれがあった。
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、熱補償機能を有する送り駆動装置において、軸受破壊防止・寿命安定化及び軸剛性の安定による加工精度の向上を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係る送り駆動装置は、ボールねじの両端をそれぞれアンギュラ軸受を介して回転自在に支持すると共に前記ボールねじの一端側にはモータを接続する一方、前記ボールねじの他端側から当該ボールねじに対して軸方向の予張力を付与する送り駆動装置において、前記ボールねじの他端側を支持する前記アンギュラ軸受は、前記ボールねじに対する張力状態を実現する張力用アンギュラ軸受と、前記ボールねじに対する圧縮状態を実現する圧縮用アンギュラ軸受とを組み合わせて構成し、前記圧縮用アンギュラ軸受に作用する軸方向荷重が一定値を超えないよう前記軸受のベアリングハウジングに対する外輪の位置を弾性的に変位させる固定部を設けることを特徴とする。
【００２２】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係る送り駆動装置は、請求項１において、前記圧縮用アンギュラ軸受に作用する軸方向荷重が一定値以下のときには前記ベアリングハウジングに対して前記外輪を剛性的に固定することを特徴とする。
【００２３】
上記課題を解決する本発明の請求項３に係る送り駆動装置は、請求項２において、前記固定部は、前記外輪及び前記ベアリングハウジングの双方に対して当接するホルダと、前記ベアリングハウジングに固定された枠体と、前記ホルダと前記枠体との軸方向の隙間に圧入される弾性部材からなり、前記弾性部材は、前記圧縮用アンギュラ軸受に作用する軸方向荷重が一定値を超えないよう前記軸受のベアリングハウジングに対する外輪の位置を弾性的に変位させると共に前記圧縮用アンギュラ軸受に作用する軸方向荷重が一定値以下のときには前記ベアリングハウジングに対して前記外輪を前記ホルダにて剛性的に固定すると共にことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の請求項１に係る送り駆動装置によれば、圧縮用アンギュラ軸受に作用する軸方向荷重が一定値を超えないようベアリングハウジングに対する外輪の位置を弾性的に変位させる固定部を設けたので、ボールねじが温度上昇による熱変位を生じた場合でも、固定部がベアリングハウジングに対する外輪の位置を弾性的に変位させるので、圧縮用アンギュラ軸受に作用する軸方向荷重が一定値を超えず、従って、圧縮用アンギュラ軸受に限界荷重が作用することがなく、そのため、軸受破壊防止・寿命安定化が図れるという効果を奏する。
【００２５】
本発明の請求項２に係る送り駆動装置によれば、圧縮用アンギュラ軸受に作用する軸方向荷重が一定値以下のときには外輪をそのベアリングハウジングに対して剛性的に固定する固定部を設けたので、圧縮用アンギュラ軸受の剛性が高められ、送り軸剛性の安定による加工精度の向上が図れるという効果を奏する。
【００２６】
本発明の請求項３に係る送り駆動装置によれば、圧縮用アンギュラ軸受の外輪及びベアリングハウジングの双方に対して当接するホルダと、ベアリングハウジングに固定された枠体と、ホルダと枠体との軸方向の隙間に圧入される弾性部材からなる固定部を設け、弾性部材が、圧縮用アンギュラ軸受に作用する軸方向荷重が一定値を超えないようベアリングハウジングに対する外輪の位置を弾性的に変位させると共に圧縮用アンギュラ軸受に作用する軸方向荷重が一定値以下のときにはベアリングハウジングに対して外輪をホルダにて剛性的に固定するので、圧縮用アンギュラ軸受に限界荷重が作用することがなく、軸受破壊防止・寿命安定化が図れるという効果を奏すると共に、圧縮用アンギュラ軸受の剛性を高められ、送り軸剛性の安定による加工精度の向上が図れるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に実施例として説明する態様が本発明を実施するための最良の形態である。
【実施例１】
【００２８】
本発明の第１の実施例に係る送り駆動装置を図１に示す。図１は、テンションエンド側のみを示し、モータ側は省略している。
本実施例においても、モータ側と同様に、ボールねじ７の熱変位想定量の半分程度の予張力を掛けておき、ボールねじ７が熱変位するに従い、張力状態から圧縮状態に推移するようにしている。
【００２９】
即ち、図１に示すように、ベース１に対して２列のアンギュラ軸受６及び２列のアンギュラ軸受１６がブラケット２にて保持されると共にこれらアンギュラ軸受６，１６をボールねじ７の一端が回転自在に貫通している。ボールねじ７の軸端には、スペーサ１２が装着され、更に、スペーサ１２をアンギュラ軸受６，１６に対して押し付けるべく、ナット８が螺着されている。ナット８の外側には、更に、緩み止めのナット９が螺着されている。
軸端寄りの２列のアンギュラ軸受６においては、ベアリングハウジング３に保持される外輪５の内径は軸端側が広く、中央側が狭くなっており、また、ボールねじ７に嵌合する内輪４の外径は軸端側が大きく、中央側が小さくなっている。つまり、２列のアンギュラ軸受６は、ボールねじ７の張力状態を実現しうるものである。
【００３０】
一方、中央寄りの２列のアンギュラ軸受１６においては、ベアリングハウジング３に保持される外輪１５の内径は軸端側が狭く、中央側が広くなっており、また、ボールねじ７に嵌合する内輪１４の外径は軸端側が小さく、中央側が大きくなっている。つまり、２列のアンギュラ軸受１６は、ボールねじ７の圧縮状態を実現しうるものである。
ここで、最も中央側のアンギュラ軸受１６の外輪５はベアリングハウジング３により軸方向に拘束され、ベアリングハウジング３とブラケット２との軸方向の隙間には現合カラー１７が介装されている。
【００３１】
また、最も軸端側のアンギュラ軸受６の内輪４はスペーサ１１に当接し、その外輪５は固定部１００により弾性的及び剛性的に固定されている。
固定部１００は、２列のアンギュラ軸受１６に作用する荷重が熱変位想定量を超えないよう、ベアリングハウジング３に対する外輪５の位置を弾性的に変位させ、更に、２列のアンギュラ軸受１６に作用する荷重が熱変位想定量以下のときには、ベアリングハウジング３に対して外輪５を剛性的に固定するものである。
【００３２】
即ち、ベアリングハウジング３の軸端側には枠体２０が突出すると共に、外輪５に対して向かい合うよう内側に折れ曲がっており、皿バネ（弾性部材）１９を介して、外輪５及びベアリングハウジング３の間にホルダ１８が装着されている。ホルダ１８は、外輪５及びベアリングハウジング３の内周近傍の双方に当接するよう段差が付いたものである。
皿バネ（弾性部材）１９は、理想的には、２列のアンギュラ軸受１６に作用する荷重が熱変位想定量の半分以下のときには、外輪５をホルダ１８にて剛性的に固定する程度の剛性を持つと共に、２列のアンギュラ軸受１６に作用する荷重が熱変位想定量を超えないよう、ベアリングハウジング３に対する外輪５の位置を図中右方へ弾性的に変位させる程度の弾性を持つものである。
【００３３】
従って、ナット８による螺着量を調整することによって、スペーサ１２を介して、４列のアンギュラ軸受６，１６に対して、図中左向きの力が作用すると、２列のアンギュラ軸受６においては、軸受転動体を間に挟んで、内輪４と外輪５との間には図中矢印で示すように軸方向に対して斜めの力が作用する一方、その反作用として、スペーサ１２を介して、ボールねじ７に対して軸方向の予張力を付与することができる。
ここで、予張力としては、ボールねじ７の熱変位想定量の半分程度とし、ボールねじ７が熱変位するに従い、張力状態から圧縮状態に推移するようにする。
【００３４】
即ち、図２に一点鎖線Ａで示すように、初期状態（室温時）には、ボールねじ７に作用する予張力と同じ大きさの荷重が２列のアンギュラ軸受６に作用するが、ボールねじ７の温度上昇に伴う熱変形に従って、その値は徐々に減少し、予張力がなくなると荷重も零となる。
更に、温度上昇による熱変形に従って、ボールねじ７に圧縮力が作用すると、図２に二点鎖線Ｂで示すように、ボールねじ７に作用する圧縮力と同じ大きさの荷重が２列のアンギュラ軸受１６に作用することとなる。このときは、２列のアンギュラ軸受１６においては、軸受転動体を間に挟んで、内輪４と外輪５との間には図中矢印（白抜き）で示すように軸方向に対して斜めの力が作用する
【００３５】
そして、温度上昇による熱変形が熱変位想定量に到達すると、２列のアンギュラ軸受１６にはボールねじ７に作用する予張力と同じ大きさの荷重が作用することになる。
更に、ボールねじ７が想定される熱上昇値（熱上昇想定値）を超えて温度上昇して、想定以上の熱変位をした場合には、皿ばね１９が弾性変形して、ホルダ１８が図１において右方へ変位するので、図２中に実線Ｃで示すように、２列のアンギュラ軸受１６にはそれ以上の荷重は加わらない。つまり、熱変位想定量を超えた場合には、定圧予圧に切り替わるのである。
【００３６】
従って、２列のアンギュラ軸受１６には熱変位想定量を超える荷重が作用せず、早期破壊を未然に防止できるという効果を奏するものである。
また、テンションエンド側位置付近で加減速等による荷重が作用し、予張力と逆向きの荷重が加わり、ボールねじ７に加わっていた予張力がなくなることが考えられる。
そのため、皿ばね１９は、テンションエンド側位置付近に作用する加減速等によって生じる荷重を熱変位想定量に加えて、剛性及び弾性を持つように設計し、ボールねじ７に加わっていた予張力の抜けを防止しても良い。
【００３７】
また、皿ばね１９は、図２に実線Ｅで示すように、２列のアンギュラ軸受１６に作用する荷重が熱変位想定量以下のときには、外輪５をホルダ１８にて剛性的に固定する程度の剛性を持つ点、つまり、剛体として機能する点において、特許文献１とは明確に相違するものである。
【００３８】
即ち、特許文献１においては、例えば、図１に示すように、ボールねじ（符号８で示す）が圧縮状態に至ると、ボールねじの圧縮状態を実現する軸受（符号７で示す）が皿ばね（符号２４で示す）にて弾性的に変位しうる状態となるため、その剛性は、図２中破線Ｄで示す通り相当低いものとなる。
これに対し、本実施例においては、ボールねじ７の圧縮状態においても、熱上昇想定値までは、皿バネ１９にて外輪５をベアリングハウジング３に剛性的に固定するので、つまり、皿バネ１９が弾性体ではなく剛体として機能するため、図２に実線Ｅで示すように、２列のアンギュラ軸受１６が張力状態にある場合と同様な剛性を確保できるのである。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、熱補償機能を有する送り駆動装置に関するものであり、工作機械全般、産業機械全般に広く利用可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施例に係る送り駆動装置（テンションエンド側）を示す断面図である。
【図２】熱上昇（ボールねじの熱変位）に対する軸受荷重及び軸受剛性を対比して示すグラフである。
【図３】他の従来技術に係る送り駆動装置（テンションエンド側）を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  ベース
２  ブラケット
３  ベアリングハウジング
４，１４  内輪
５，１５  外輪
６，１６  アンギュラ軸受
７  ボールねじ
８  ナット
９  緩み止めナット
１２  スペーサ
１７  現合カラー
１８  ホルダ
１９  皿バネ
２０  ブラケット
１００  固定部
【図１】
2008298250.tif 000003
【図２】
2008298250.tif 000004
【図３】
2008298250.tif 000005