(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に伸長する中空部を有する中空ボールねじを基台に設け、前記中空ボールねじに螺合するナットを移動体に取り付け、前記中空ボールねじを駆動モータにより回転させることにより前記移動体を移動させる工作機械の送り軸としての前記中空ボールねじを冷却する送り軸冷却構造において、前記中空ボールねじの中空部内に軸方向に沿って圧入される第１の冷却管と、該第１の冷却管内に挿入される第２の冷却管を備え、前記第１の冷却管及び第２の冷却管に冷却媒体を流すことにより前記中空ボールねじを冷却する工作機械の送り軸冷却構造であって、前記第１の冷却管は、前記中空ボールねじの中空部に圧入される金属製パイプにより構成され、前記第２の冷却管は、前記第１の冷却管内に挿入される該第１の冷却管より小径の金属製パイプであって、その軸方向に直交する断面に小径の中心部と、該中心部からそれぞれ分離して前記第１の冷却管の内周面まで伸びて該内周面に接する少なくとも４葉以上の複数の葉状部を等角度間隔に有する形状に形成されていることを特徴とする工作機械の送り軸冷却構造。    
【請求項２】
軸方向に伸長する中空部を有する中空ボールねじを基台に設け、前記中空ボールねじに螺合するナットを移動体に取り付け、前記中空ボールねじを駆動モータにより回転させることにより前記移動体を移動させる工作機械の送り軸としての前記中空ボールねじを冷却する送り軸冷却構造において、前記中空ボールねじの中空部内に軸方向に沿って圧入される第１の冷却管と、該第１の冷却管外に挿入される第２の冷却管を備え、前記第１の冷却管及び第２の冷却管に冷却媒体を流すことにより前記中空ボールねじを冷却する工作機械の送り軸冷却構造であって、前記第１の冷却管は、前記中空ボールねじの中空部に圧入される金属製パイプであって、その周面に等角度間隔に分離して軸方向に伸長するように少なくとも４個以上の複数の凹部が形成され、前記第２の冷却管は、前記第１の冷却管外に前記各凹部に篏合固定するように挿入される少なくとも４個以上の複数の小径の金属製パイプにより構成されていることを特徴とする工作機械の送り軸冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の送り軸冷却構造に関し、特に、工作機械の直線軸方向の駆動用の中空ボールねじへ熱交換率の高いパイプを挿入して冷却する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工作機械の直線軸方向の移動機構における送り軸として駆動用のボールねじが使用されることが多い。この移動機構で高速の駆動が繰り返されるとボールねじが発熱し、この熱で上記直線軸方向の送り精度等が低下するのを防止する必要がある。そこで、工作機械の送り軸の駆動用ボールねじの発熱対策としてボールねじの内部等に冷却媒体を流す等している。
【０００３】
例えば、特許文献１記載の従来例では、中空ボールねじの中空部へ丸穴パイプを圧入し、当該丸穴パイプ内に冷却媒体を流すことで中空ボールねじの発熱を抑制するようにしている。また、例えば、特許文献２載の従来例では、ボールねじのナット側に削成した冷却媒体通孔内に冷却媒体を供給・循環させてボールねじナットを直接的に冷却することにより、ボールねじの発熱による熱変形を低減させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６１−７３９５７号公報
【特許文献２】特開２０００−２４８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年、工作機械の加工速度の向上が益々求められ、上記一軸方向の送りにも高い精度が要求されるため、より効果的な発熱対策が切望されている。しかしながら、上記特許文献１記載の従来例では、中空ボールねじの中空部を流れる冷却媒体は、丸穴パイプの周面積（内周面及び外周面の面積）を介して中空ボールねじを内側から冷却するが、何も細工が為されていない丸穴パイプのため伝熱面積が大きくないので、十分な冷却効果が得られないという問題があった。
【０００６】
また、上記特許文献２記載の従来例は、基台に設けられたボールねじに螺合するボールねじナットを移動体に取り付け、上記ボールねじを駆動モータにより回転させることにより前記移動体を移動させる工作機械において、上記移動体に取り付けられたボールねじナットのボール転動溝の近傍に冷却媒体通路を穿設し、該冷却媒体通路に冷却媒体を供給・循環させて上記ボールねじナットの発熱部が冷却されるように構成しているものの、ボールねじ側の冷却は上記特許文献１記載の従来例と同様に中空部へ圧入した丸穴パイプ内に冷却媒体を流すだけであり、不十分と言わざるを得ない。また、移動体に取り付けたボールねじナット側に冷却媒体を供給するので、冷却媒体の供給機構や経路が複雑になるという問題がある。そこで、より簡単な構造でボールねじ側の冷却を十分に行える技術の開発が望まれる。
【０００７】
本発明は上述のような事情から為されたものであり、その目的は、簡単な構成で工作機械の送り軸に用いられる駆動用の中空ボールねじを効果的に冷却することが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の工作機械の送り軸冷却構造は、軸方向に伸長する中空部を有する中空ボールねじを基台に設け、前記中空ボールねじに螺合するナットを移動体に取り付け、前記中空ボールねじを駆動モータにより回転させることにより前記移動体を移動させる工作機械の送り軸としての前記中空ボールねじを冷却する送り軸冷却構造において、前記中空ボールねじの中空部内に軸方向に沿って圧入される第１の冷却管と、該第１の冷却管内に挿入される第２の冷却管を備え、前記第１の冷却管及び第２の冷却管に冷却媒体を流すことにより前記中空ボールねじを冷却する工作機械の送り軸冷却構造であって、前記第１の冷却管は、前記中空ボールねじの中空部に圧入される金属製パイプにより構成され、前記第２の冷却管は、前記第１の冷却管内に挿入される該第１の冷却管より小径の金属製パイプであって、その軸方向に直交する断面に小径の中心部と、該中心部からそれぞれ分離して前記第１の冷却管の内周面まで伸びて該内周面に接する少なくとも４葉以上の複数の葉状部を等角度間隔に有する形状に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
前記中空ボールねじの中空部に設けられる冷却媒体の流路は、第１の冷却管と該第１の冷却管内に挿入される第２の冷却管とにより形成されているので、その分伝熱面積が大きくなるので、中空ボールねじを効果的に冷却することが可能になる。
【００１２】
更に、上記目的を達成するため、本発明の工作機械の送り軸冷却構造は、軸方向に伸長する中空部を有する中空ボールねじを基台に設け、前記中空ボールねじに螺合するナットを移動体に取り付け、前記中空ボールねじを駆動モータにより回転させることにより前記移動体を移動させる工作機械の送り軸としての前記中空ボールねじを冷却する送り軸冷却構造において、前記中空ボールねじの中空部内に軸方向に沿って圧入される第１の冷却管と、該第１の冷却管外に挿入される第２の冷却管を備え、前記第１の冷却管及び第２の冷却管に冷却媒体を流すことにより前記中空ボールねじを冷却する工作機械の送り軸冷却構造であって、前記第１の冷却管は、前記中空ボールねじの中空部に圧入される金属製パイプであって、その周面に等角度間隔に分離して軸方向に伸長するように少なくとも４個以上の複数の凹部が形成され、前記第２の冷却管は、前記第１の冷却管外に前記各凹部に篏合固定するように挿入される少なくとも４個以上の複数の小径の金属製パイプにより構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡単な構成で工作機械の送り軸に用いられる駆動用の中空ボールねじを効果的に冷却することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明が適用される工作機械における中空ボールねじの使用箇所を示す概略斜視図である。
【図２】本発明が適用される工作機械の直線軸方向の移動機構と、その送り軸としての中空ボールねじを示す一部を断面とした側面図である。
【図３】本発明の実施形態の送り軸冷却構造を示す図であり、（ａ）は、本発明の実施例１における冷却構造、（ｂ）は、本発明の実施例２における冷却構造、（ｃ）は、本発明の実施例３における冷却構造、をそれぞれ示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明が適用される工作機械における中空ボールねじの使用箇所を示す概略斜視図である。図１に示すように、本発明が適用される工作機械１００は、ベッド１１０と、ベッド１１０上に載置された加工ベース部１３０とを備えている。また、ベッド１１０の片側には、加工ベース部１３０に対して接近又は離反可能とするため、Ｚ軸方向に摺動可能なコラム１７０が立設されている。この摺動動作は、図示しないコラム駆動モータによる。また、そのコラム１７０の加工ベース部１３０側の側面には、コラム１７０に対して鉛直方向（Ｙ軸方向）に摺動可能なヘッド１２５が設けられている。この摺動動作は、図示しないヘッド駆動モータによる。尚、ヘッド１２５には、スピンドル軸が懸架支持され、そのスピンドル軸には、Ｚ軸に同軸で工具が着脱可能となっており、その工具は、主軸モータ（図示せず）により回転駆動可能となっている。従って、ヘッド１２５のコラム１７０に対する摺動に伴って、ヘッド、スピンドル軸、工具、及び主軸モータも、コラム１７０に対してＹ軸方向に移動可能となっている。
【００１６】
図１において、加工ベース部１３０には、図示しないワークが設置されるテーブル１１４が設置されている。加工ベース部１３０は、図示しないモータによりＸ軸方向に摺動可能となっている。さて、上述した工作機械１００におけるＸ軸方向における加工ベース部１３０の摺動には、中空ボールねじ１４０が用いられている。この中空ボールねじ１４０にナット１４５が螺合し、このナット１４５が加工ベース部１３０に固定されていることで、図示しないモータが回転すると、中空ボールねじ１４０及びナット１４５を介して加工ベース部１３０がＸ軸方向に摺動する。また、Ｚ軸方向におけるコラム１７０の摺動には、中空ボールねじ１５０が用いられている。この中空ボールねじ１５０にナット１５５が螺合し、このナット１５５がコラム１７０に固定されていることで、図示しないモータが回転すると、中空ボールねじ１５０及びナット１５５を介してコラム１７０がＺ軸方向に摺動する。更に、Ｙ軸方向におけるヘッド１２５の摺動には、中空ボールねじ１６０が用いられている。この中空ボールねじ１６０にナット１６５が螺合し、このナット１６５がヘッド１２５に固定されていることで、図示しないモータが回転すると、中空ボールねじ１６０及びナット１６５を介してヘッド１２５がＺ軸方向に摺動する。
【００１７】
このように、工作機械１００は、加工ベース部１３０、ヘッド１２５及びコラム１７０という移動体のそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸上の摺動に、中空ボールねじ１４０、１６０、１５０が用いられている。これら中空ボールねじ１４０、１６０、１５０と各ナット１４５、１６５、１５５が螺合し、この各ナット１４５、１６５、１５５が各移動体に固定されていることで、図示しない各モータが回転すると、中空ボールねじ１４０、１６０、１５０及び各ナット１４５、１６５、１５５を介して移動体が、それぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に摺動する。近年、工作機械の加工速度の向上が益々求められ、上記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸という各一軸方向の送りも高速化され、且つ高い精度が要求される。しかしながら高速で摺動が繰り返されるとため、中空ボールねじ１４０、１６０、１５０と各ナット１４５、１６５、１５５の螺合部分が発熱し、発熱による駆動部の変形等により送り精度も低下してしまう。そこで、従来より中空ボールねじ１４０、１６０、１５０や各ナット１４５、１６５、１５５を冷却することが行われているが、本発明の実施形態では、より簡単な構成で工作機械の送り軸に用いられる駆動用の中空ボールねじを効果的に冷却するために、主として中空ボールねじ１４０、１６０、１５０の冷却を以下のように実施している。
【００１８】
図２は、本発明が適用される工作機械１００の直線軸方向の移動機構と、その送り軸としての中空ボールねじ１５０（１４０、１６０）を示す一部を断面とした側面図である。尚、それぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸という摺動方向は異なるが、各中空ボールねじ及び各ナットを中心とした送り軸及び移動機構、また、中空ボールねじの冷却構造は、中空ボールねじ１４０、１６０、１５０で同様であるので、以下は、中空ボールねじ１５０及びその冷却構造についてのみ説明する。
【００１９】
本発明が適用される工作機械１００では、軸方向に伸長する中空部５０を有する中空ボールねじ１５０を基台としてのベッド１１０に設け、中空ボールねじ１５０に螺合するナット１５５を移動体としてのコラム１７０に取り付け、中空ボールねじ１５０を駆動モータにより回転させることにより移動体としてのコラム１７０を移動させる工作機械１００の送り軸としての中空ボールねじ１５０を冷却する送り軸冷却構造を備えており、中空ボールねじ１５０の中空部５０内に軸方向に沿って圧入される第１の冷却管７０と、第１の冷却管７０内に挿入される第２の冷却管８０（後述する図３参照）を備え、第１の冷却管７０及び第２の冷却管８０に冷却媒体を流すことにより中空ボールねじ１５０を冷却する。尚、冷却媒体としては一般に潤滑油を用いるが、水をベースとした切削油を用いることもできる。
【００２０】
さて、主要部外周面に螺旋溝１１を有するねじ軸１２は、基台１９上に固定されたブラケツト１３及び１４内にそれぞれ設けられた一組の玉軸受１５，１６及び１７，１８により、その両端部を軸支されている。玉軸受１５，１６はブラケツト１３の内面とねじ軸１２の外面との間に嵌合しており、玉軸受１７，１８はブラケツト１４の内面とねじ軸１２の外面との間に嵌合している。中空ボールねじ１５０は、その軸の中心に穿孔された貫通孔としての中空部５０と、この中空部５０に圧入された金属パイプにより形成される第１の冷却管７０と、第１の冷却管７０内に挿入される第２の冷却管８０（後述する図３参照）を有している。
【００２１】
以上の構成から分るように、基台１９としてのベッド１１０上にブラケツト１３，１４を介して設けた中空ボールねじ１５０の中空部５０に圧入された金属パイプにより形成される第１の冷却管７０と第１の冷却管７０内に挿入される第２の冷却管８０は、冷却媒体を送るための冷却媒体流路を形成している。したがつて外部のポンプ（図示せず）から送られる冷却媒体がこの冷却媒体流路を流れることにより、中空ボールねじ１５０の冷却を行うようになっている。
【００２２】
以上のように、中空ボールねじの中空部に単なる丸穴パイプを圧入するだけの従来例とは異なり、本発明の実施形態の送り軸冷却構造では、中空ボールねじ１５０の中空部５０に金属パイプから成る第１の冷却管７０と第１の冷却管７０内に挿入される第２の冷却管８０から成る冷却媒体流路を形成し、この冷却媒体流路に冷却媒体を流すことにより、中空ボールねじ１５０の冷却を行う。このため、従来例に比べて、第２の冷却管８０がある分だけ伝熱面積が大きくなるので、十分な冷却効果が得られ易い。そして、伝熱面積をより大きくするために、第１の冷却管７０と第２の冷却管８０の形状や相互の位置関係等に様々な技術的工夫を施している。図３は、本発明の実施形態の送り軸冷却構造を示す図であり、（ａ）は、本発明の実施例１における冷却構造、（ｂ）は、本発明の実施例２における冷却構造、（ｃ）は、本発明の実施例３における冷却構造、をそれぞれ示す。
【００２３】
［実施例１］
図３（ａ）に示すように、本発明の実施例１に係る冷却構造では、第１の冷却管７０は、中空ボールねじ１５０の中空部５０に圧入される金属製パイプにより構成され、第２の冷却管８０は、第１の冷却管７０内に挿入される第１の冷却管７０より小径の金属製パイプにより構成されている。即ち、金属パイプから成る第１の冷却管７０と同軸で第１の冷却管７０よりも小さい径の金属パイプにより第２の冷却管８０を構成している。そして、これら第１の冷却管７０と第２の冷却管８０とにより冷却媒体流路を形成し、この冷却媒体流路に冷却媒体を流すようにしている。尚、本実施例では、第２の冷却管８０内（同図に８０Ａで示す）だけでなく、第１の冷却管７０の内周面と第２の冷却管８０の外周面との間（同図に７０Ａで示す）にも冷却媒体を流すようにしている。このように、本実施例では、第２の冷却管８０がある分だけ伝熱面積が大きくなるので、冷却効果をより高めることができる。尚、本発明としては、少なくとも第１の冷却管と第１の冷却管内に挿入される第２の冷却管を備えていれば良く、例えば、第２の冷却管内に同軸に挿入される更に小径の第３の冷却管を備えていても良い。
【００２４】
［実施例２］
図３（ｂ）に示すように、本発明の実施例２に係る冷却構造では、第１の冷却管７０は、中空ボールねじ１５０の中空部５０に圧入される金属製パイプにより構成され、第２の冷却管８０は、第１の冷却管７０内に挿入される金属製パイプであって、その軸方向に直交する断面に小径の中心部８０Ｓと、中心部８０Ｓからそれぞれ分離して第１の冷却管７０の内周面まで伸びて該内周面に接する複数の葉状部８０Ｌを等角度間隔に有する形状に形成されている。このように、本実施例では、第１の冷却管７０内に断面が多葉状管となる第２の冷却管８０を有するのが特徴である。尚、複数の葉状部８０Ｌは、その先端が第１の冷却管７０の内周面まで伸びて該内周面に接するように形成され、第１の冷却管７０内に挿入（圧入）される。第１の冷却管７０と第２の冷却管８０相互間の伝熱面積・効率が高まるからである。そして、これら第１の冷却管７０と第２の冷却管８０とにより冷却媒体流路を形成し、この冷却媒体流路に冷却媒体を流すようにしている。尚、本実施例では、第２の冷却管８０内（同図に８０Ｂで示す）だけでなく、第１の冷却管７０の内周面と第２の冷却管８０の外面との間（同図に７０Ｂで示す）にも冷却媒体を流すようにしている。このように、本実施例では、第２の冷却管８０の存在だけでなく、第２の冷却管８０の断面形状からも伝熱面積が大きくなるので、更に冷却効果を高めることができる。尚、第２の冷却管８０は、断面が多葉状管となるような複数の葉状部８０Ｌを備えており、例えば、４葉の十文字型でも良い。図３（ｂ）に示す例は６葉である。尚、各葉状部８０Ｌは相互に等角度間隔である。
【００２５】
［実施例３］
図３（ｃ）に示すように、本発明の実施例３に係る冷却構造では、第１の冷却管７０は、中空ボールねじ１５０の中空部５０に圧入される金属製パイプであって、その周面に等角度間隔に分離して軸方向に伸長するように複数（図示の実施例では４個）の凹部７０Ｍが形成され、第２の冷却管８０は、第１の冷却管７０外に各凹部７０Ｍに嵌合固定するように挿入される複数（図示の実施例では４個）の小径の金属製パイプ８０Ｅにより構成されている。このように、本実施例では、第１の冷却管７０そのものが単なる丸穴パイプではなく、特殊な断面形状を有して伝熱面積が大きくなっている。また、第２の冷却管８０は、複数の小径の金属製パイプ８０Ｅにより構成され、しかも第１の冷却管７０内ではなく、その外に各凹部７０Ｍに嵌合固定するように挿入（圧入）されるのが特徴である。このように、第２の冷却管８０の各小径の金属製パイプ８０Ｅは、第１の冷却管７０の各凹部７０Ｍに嵌合固定するように挿入（圧入）されるので、第１の冷却管７０と第２の冷却管８０相互間の伝熱面積・効率が高まる。尚、複数の小径の金属製パイプ８０Ｅは、その周面の一部が中空ボールねじ１５０の中空部５０の内周面に接しているように挿入（圧入）される。また、第１の冷却管７０の各凸部７０Ｎも、その（周）面の一部が中空ボールねじ１５０の中空部５０の内周面に接しているように圧入される。このような構成により、第１の冷却管７０及び第２の冷却管８０と中空ボールねじ１５０との伝熱面積・効率が高まるからである。そして、これら第１の冷却管７０と第２の冷却管８０とにより冷却媒体流路を形成し、この冷却媒体流路に冷却媒体を流すようにしている。尚、本実施例では、第１の冷却管７０内（同図に７０Ｃで示す）だけでなく、各小径の金属製パイプ８０Ｅ内（同図に８０Ｃで示す）にも冷却媒体を流すようにしている。このように、本実施例では、第２の冷却管８０、即ち、複数の小径の金属製パイプ８０Ｅの存在だけでなく、第１の冷却管７０の断面形状や各小径の金属製パイプ８０Ｅとの嵌合固定状態からも伝熱面積が大きくなるので、更に冷却効果を高めることができる。尚、小径の金属製パイプ８０Ｅは、４個でなくても良いし、必ずしも断面が円形でなくても良い。また、第１の冷却管７０の各凹部７０Ｍは、各金属製パイプ８０Ｅと嵌合固定される形状であり、相互に等角度間隔である。
【００２６】
尚、本発明の実施形態（実施例１、２及び３）に係る冷却構造では、圧入するパイプには多様な材質のものを選択できる。一般のステンレス管を用いれば低コストで製造できる。また仕上面のよいアルミニウム管を用いれば、熱伝導がよく、腐食されにくい等の利点を有する中空ボールねじを得ることが出来る。また、銅性のパイプを用いれば、コストはやや高くなるが、熱伝導に優れるので、高い冷却効果が得られる
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上に述べた実施形態（実施例１、２及び３）では、その中空部内に圧入される第１の冷却管と第１の冷却管の内／外に挿入される第２の冷却管を備える中空ボールねじに本発明を適用したが、これに限られないのは、勿論である。本発明は、少なくとも第１の冷却管と第１の冷却管の内／外に挿入される第２の冷却管を備えていれば良く、例えば、第１又は第２の冷却管の内／外に挿入される第３の冷却管を備えている等、第１、第２に加え、更に一以上の冷却管を備えていても良い。
【符号の説明】
【００２８】
１１  螺旋溝、  １２  ねじ軸、  １３、１４  ブラケツト、
１５、１６、１７、１８  玉軸受、  １９  基台、  ５０  中空部、
７０  第１の冷却管、  ８０  第２の冷却管、  １００  工作機械、  １１０  ベッド、
１４０、１５０、１６０  中空ボールねじ、  １４５、１５５、１６５  ナット、
１７０  移動体（コラム）
【図１】
0006785527.tif 000002
【図２】
0006785527.tif 000003
【図３】
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