(57)【要約】【課題】冷却によってナットが収縮したときにも、動摩擦トルクが上昇しにくいボールねじ装置を提供する。【解決手段】ねじ軸１０と、複数の転動体３０を介してねじ軸１０に螺合するナット２０と、ナット２０を冷却する冷却手段４０とを備えたボールねじ装置であり、ねじ軸１０のねじ溝１０ａとナット２０のねじ溝２０ａとの間には、予圧方向を引張り方向として２点接触状態で予圧を付与された複数の転動体３０が組み込まれている。ナット２１、２２及び間座５０には循環路２１c、２２c及び第二の貫通孔５２が形成され、これらに冷却媒体が供給されて冷却手段を構成する。循環路２１c、２２cと第二の貫通孔５２との間には密封手段７０が設けられている。冷却用貫通孔２０b、２０c、チューブ４、冷却液導入配管５及び冷却液排出配管６は各々の流路断面の形状及び面積が同じかほぼ同じであって、各々が直列に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一のねじ軸と、複数の転動体を介して前記ねじ軸に螺合する複数のナットと、軸方向に配列された前記複数のナット間に配置される間座と、前記ナットを冷却する冷却手段とを備え、
前記転動体が、予圧方向を引張り方向として２点接触状態で予圧を付与され、
前記冷却手段が、前記複数のナットの少なくとも一のナット軸方向に沿って形成された複数の冷却用貫通孔及び該冷却用貫通孔に対応して前記間座に形成された貫通穴を含み、
隣り合う冷却用貫通孔は、断面形状および断面積が同じかほぼ同じであり、前記ナットの軸方向端部で、これらの冷却用貫通孔が、流路断面の形状および面積が同じかほぼ同じである流路形成部材で直列に接続されて流路をなし、該流路の入口および出口に、流路断面の形状および面積が同じかほぼ同じである冷却媒質導入配管および冷却媒質排出配管が直列に接続され、
前記複数のナットの少なくとも一のナットに形成された前記冷却用貫通孔の一方の開口部と、前記間座に形成された前記貫通穴の一方の開口部との間に生じるすきまを密封する密封手段が設けられることを特徴とするボールねじ装置。
【請求項２】
前記密封手段は、前記複数のナットの少なくとも一のナットの前記間座との接触面における前記貫通穴の一方の開口部を囲むように形成された第１の収容部と、該第１の収容部に収容された円環状の弾性部材とを有することを特徴とする請求項１に記載のボールねじ装置。
【請求項３】
前記密封手段は、前記間座の、前記複数のナットの少なくとも一のナットとの接触面における前記貫通穴の一方の開口部を囲むように形成された第２の収容部と、該第２の収容部に収容された円環状の弾性部材とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のボールねじ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールねじ装置に関し、特に、ナットを冷却可能なボールねじ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、送りねじ軸と、該送りねじ軸に螺合して相対的に回転可能とされた送りナットとを有するねじ装置では、回転時に点接触又は面接触が生じるため、熱源（例えば、前記送りナット）に冷却手段が設けられることがあった。
このようなねじ装置としては、前記冷却手段（熱交換器）として、冷媒が循環する冷却パイプを前記送りナット内に配設したねじ装置が開示されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５２−６３５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されたねじ装置では、熱交換器によって冷却された送りナットに熱収縮が生じ、結果として、トルクが上昇する問題があった。
具体的に、ねじ装置の温度上昇値θは、下記式（１）で表される。なお、下記式（１）において、ｔは経過時間、ＣＭはねじ装置の熱容量、βはねじ装置からの単位時間、単位温度差あたりの放熱量、Ｑはナットから発生する単位時間当たりの熱量である。
【０００５】
【数１】
2012092917.tif 000003
【０００６】
また、式（１）におけるＱは、下記式（２）で表される。なお、下記式（２）において、Ｔは動摩擦トルク、ｎは軸回転数である。
Ｑ＝Ｔｘ６０ｎｘ２π／１０００＝０．１２πｎＴ・・・・・・式（２）
特許文献１に示されているように、送りナットを単に冷却すると、式（１）のβが大きくなるが、上述のように同時にトルクが上昇してしまうと、式（２）よりＱも大きくなってしまい、Ｑ／βで得られる温度上昇値は大きくなる。従って、送りナットを単に冷却することにより、トータルとしての冷却効率は落ちてしまうという問題があった。
【０００７】
ここで、図１０及び図１１は予圧形式ごとの予圧方向とナットの熱収縮方向との関係を示した模式図である。図１０は予圧方向を圧縮方向とした２点接触状態の予圧形式を示す図であり、図１１はオーバーサイズボール予圧状態を示す図である。
図１０及び図１１に示すように、ボールねじ装置１は、ねじ軸１０と、ねじ軸１０に対し、複数の転動体３０を介して螺合するナット２０とを有する。転動体３０は、ねじ軸１０のねじ溝１０ａとナット２０のねじ溝２０ａとの間で予圧が付与されている。
【０００８】
ナット２０が冷却されて中心方向へ向かう熱収縮ｆが起きた場合、図１０及び図１１に示す予圧状態では、予圧荷重Ｆa0を高くする方向にナット２０が収縮してしまい、動摩擦トルクが上昇してしまう。そこで、本発明は上記の問題点に着目してなされたものであり、その目的は、冷却によってナットが収縮したときにも、動摩擦トルクが上昇しにくいボールねじ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明者が鋭意検討を重ねた結果、トータルの予圧荷重がほとんど増加しない予圧形式を採用することにより、冷却によってナットが収縮したときにも動摩擦トルクが上昇しにくいことを知見した。
本発明は、本発明者による前記知見に基づくものであり、上記課題を解決するための本発明の請求項１に係るボールねじ装置は、一のねじ軸と、複数の転動体を介して前記ねじ軸に螺合する複数のナットと、軸方向に配列された前記複数のナット間に配置される間座と、前記ナットを冷却する冷却手段とを備え、前記転動体が、予圧方向を引張り方向として２点接触状態で予圧を付与され、前記冷却手段が、前記複数のナットの少なくとも一のナット軸方向に沿って形成された複数の冷却用貫通孔及び該冷却用貫通孔に対応して前記間座に形成された貫通穴を含み、隣り合う冷却用貫通孔は、断面形状および断面積が同じかほぼ同じであり、前記ナットの軸方向端部で、これらの冷却用貫通孔が、流路断面の形状および面積が同じかほぼ同じである流路形成部材で直列に接続されて流路をなし、該流路の入口および出口に、流路断面の形状および面積が同じかほぼ同じである冷却媒質導入配管および冷却媒質排出配管が直列に接続され、前記複数のナットの少なくとも一のナットに形成された前記冷却用貫通孔の一方の開口部と、前記間座に形成された前記貫通穴の一方の開口部との間に生じるすきまを密封する密封手段が設けられることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の請求項１に係るボールねじ装置によれば、冷却手段がナットに具備されると共に、前記ナットの予圧方式を引張り方向の２点接触予圧としたので、径方向への収縮は予圧荷重を高める方向に作用するが軸方向への収縮はこれを軽減するように作用するため、トータルの予圧荷重はほとんど増加しない。従って、冷却によってナットが収縮したときにも、動摩擦トルクが上昇しにくいボールねじ装置を提供することができる。また、本発明の請求項１に係るボールねじ装置によれば、隣り合う冷却用貫通孔を、これらと断面積が異なる流路形成部材を接続して流路を形成したものと比較して、流路内を流れる冷却媒質の圧力損失が小さいため、冷却効率が高いものとなる。更にまた、本発明の請求項１に係るボールねじ装置によれば、ダブルナット予圧が付与され、複数のナットに形成された循環路と、間座を貫通する貫通穴とを繋ぐことで複数のナットを同時に冷却でき、間座の貫通穴の開口部とナットの循環路の開口部との間に密着部材を設けることで冷却媒体の漏れを防止することができる。したがって、ダブルナット予圧ボールねじを効率的に冷却でき、かつナットから冷却媒体の漏れを防止することができるボールねじ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るボールねじ装置の第１の実施形態における構成を示す軸方向に沿う断面図である。
【図２】図１のボールねじ装置のA矢視図である。
【図３】本発明に係るボールねじ装置の第１の実施形態において引張方向を予圧方向とした２点接触状態の予圧状態と収縮との関係を示す図である。
【図４】本発明に係るボールねじ装置の第２の実施形態における構成を示す軸方向に沿う断面図である。
【図５】実施例２における密封手段の構成を示す軸方向に沿う断面図である。
【図６】実施例２における別の密封手段の構成を示す軸方向に沿う断面図である。
【図７】実施例１のボールねじ装置を駆動し、ナットを冷却したときのナットの温度上昇値とトルクを同時に測定した結果を示すグラフである。
【図８】比較例１のボールねじ装置を駆動し、ナットを冷却したときのナットの温度上昇値とトルクを同時に測定した結果を示すグラフである。
【図９】比較例１のボールねじ装置の構成を示す軸方向に沿う断面図である。
【図１０】予圧方向を圧縮方向とした２点接触状態の予圧状態と収縮との関係を示す図である。
【図１１】オーバーサイズボール予圧状態と収縮との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
以下、本発明に係るボールねじ装置の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係るボールねじ装置の第１の実施形態における構成を示す軸方向に沿う断面図である。
図１に示すように、本実施形態のボールねじ装置１は、ねじ軸１０と、ナット２０とを有する。ねじ軸１０及びナット２０は、複数の転動体３０を介して螺合している。ナット２０は、ねじ軸１０の外径より大きい内径で筒状に形成されている。ナット２０の内周面には、ねじ軸１０の外周面に螺旋状に形成されたねじ溝１０ａに対向するようにねじ溝２０ａが形成されている。ねじ溝１０ａとねじ溝２０ａとによって形成された転動路において転動体３０は転動可能とされている。
【００１３】
本実施形態のボールねじは、図１に示すように、半円弧状のチューブ（流路形成部材）４と、冷却液導入配管（冷却媒質導入配管）５と、冷却液排出配管（冷却媒質排出配管）６と、コネクタ７１〜７４とを備えている。図１において、ボール循環部材およびシールは省略されている。
【００１４】
ナット２０には、軸方向に貫通する２つの冷却用貫通孔２０ｂ，２０ｃが、ナット２０の直径方向で対向する位置に形成されている。ナット２０のフランジ２０ｄ側の端部で、これらの冷却用貫通孔２０ｂ，２０ｃが半円弧状のチューブ４により接続されている。チューブ４の一端と冷却用貫通孔２０ｂは、コネクタ７１で連結されている。チューブ４の他端と冷却用貫通孔２０ｃは、コネクタ７２で連結されている。これにより、冷却用貫通孔２０ｂ、２０ｃとチューブ４からなる流路が形成されている。
【００１５】
冷却用貫通孔２０ｂのチューブ４が接続されていない端部が、コネクタ７３を介して冷却液導入配管５と接続されている。冷却用貫通孔２０ｃのチューブ４が接続されていない端部が、コネクタ７４を介して冷却液排出配管６と接続されている。すなわち、この流路の入口および出口は、冷却用貫通孔２０ｂ，２０ｃのチューブ４で接続されていない端部に設けてある。図２に図１のボールねじ装置１のA矢視図を示す。
【００１６】
これにより、冷却液は、冷却液導入配管５→コネクタ７３→ナット２０の冷却用貫通孔２０ｂ→コネクタ７１→チューブ４→コネクタ７２→ナット１の冷却用貫通孔２０ｃ→コネクタ７４→冷却液排出配管６の順に流れる。この冷却液の流れにおいて、直接的には冷却用貫通孔２０ｂ、２０ｃ内の冷却水の流れにより、ナット２０が冷却される。
この実施形態のボールねじによれば、ナット２０の冷却用貫通孔２０ｂ、２０ｃとチューブ４からなる流路、この流路の出入り口に接続される冷却液導入配管５と冷却液排出配管６の全てにおいて、流路断面（流路の断面形状および断面積）が同じであるため、冷却液の圧力損失が小さくなる。よって、冷却効率が高くなり、冷却液供給用ポンプの負担も軽減される。
【００１７】
また、２つの冷却用貫通孔２０ｂ、２０ｃが冷却液導入配管５に対して直列に接続されていることから、流速が一定に保持されるため、２つの冷却用貫通孔２０ｂ、２０ｃが冷却液導入配管５に対して並列に接続されている場合のように、分岐点で流路断面が大きくなって流速が低下する場合と比較して、冷却効果が高くなる。
【００１８】
ねじ軸１０のねじ溝１０ａと、ナット２０のねじ溝２０ａとの間には、予圧方向を引張り方向として、予圧荷重Ｆa0でオフセットリード予圧（２点接触予圧）された複数の転動体３０が組み込まれている。
図３は、引張方向を予圧方向とした２点接触状態の予圧状態と収縮との関係を示す図である。
【００１９】
図３に示すように、引張方向の２点接触予圧をナット２０に与えた場合は、径方向への熱収縮ｆ1は予圧荷重Ｆa0を高める方向に作用するが、軸方向への熱収縮ｆ2はこれを軽減するように作用するため、トータルの予圧荷重はほとんど増加しない。
このため、本発明に係るボールねじ装置１では、引張方向の２点接触予圧をナット２０に与えることにより、ナット２０を冷却しても予圧トルクが増大することなく効率的にボールねじ装置１全体を冷却することができる。
【００２０】
（第２の実施形態）
図４は、本発明に係るボールねじ装置の第２の実施形態を示す図である。図４に示すように、本実施形態は、第１の実施形態が予圧方式として、オフセットリード予圧を採用したのに対し、ダブルナット予圧方式を採用している。
【００２１】
具体的には、図４に示すように、本実施形態のボールねじ装置１は、共通のねじ軸１０に、複数の転動体３０を介して螺合する第１のナット２１及び第２のナット２２と、間座５０とを有する。間座５０は、第１のナット２１及び第２のナット２２の内径とほぼ同じ内径を有する円環状をなし、第１のナット２１と第２のナット２２との相対回転を阻止する。また、間座５０が設けられることによって、第１のナット２１及び第２のナット２２のそれぞれのねじ溝２１ａ，２２ａと、ボールねじ１０のねじ溝１０ａとの間に組み込まれる複数の転動体３０に予圧荷重Ｆa0で２点接触状態の予圧が与えられている。なお、予圧方向は第１の実施形態と同様に引張方向である。
【００２２】
次に、第２の実施形態における密封手段を図面５を参照にして以下に説明する。第１のナット２１及び第２のナット２２と、間座５０との間には、密封手段７０が設けられている。具体的には、第１のナット２１及び第２のナット２２のそれぞれの間座５０との接触面２１ｂ，２２ｂに、循環路２１ｃ、２２ｃの一方（接触面２１ｂ，２２ｂ側）の開口部を囲むように第１の収容部（凹部）２１ｄ、２２ｄが形成されている。そして、第１の収容部２１ｄ、２２ｄには、循環路２１ｃ，２２ｃを囲む円環状の弾性部材７１が設置されている。弾性部材７１は、例えば、Ｏリング等である。密封手段７０は、第１の収容部２１ｄ、２２ｄと弾性部材７１とを有してなる。このようにして第１のナット２１及び第２のナット２２と、間座５０との間に密封手段７０が設けられることにより、この部分から冷却媒体が漏れない構造となっている。なお、密封手段７０は密封状態を確実にするものであって、間座５０との密封状態が十分であれば、密封手段７０は、第１のナット２１及び第２のナット２２のいずれかであってもよく、第１の収容部２１ｄ、２２ｄの両方に必ず設けられなくともよい。
【００２３】
また、第２の実施形態における別の密封手段を図面６を参照して説明する。本実施形態に係るボールねじ装置は、密封手段の構成が前述の密封手段の実施形態と異なるだけであるので、同じ符号を付した同様の構成については説明を省略する。
図６に示すように、本実施形態は、間座５０とナット２１，２２との間に設置される密封手段７０を間座５０側に形成したことを特徴とする。具体的には、間座５０における第１のナット２１に対向する一方の面５０ａ、及び間座５０における第２のナット２２に対向する他方の面５０ｂのそれぞれに、第２の貫通穴５２の一方の開口部分を囲むように第２の収容部（凹部）５１が形成され、これら第２の収容部５１に弾性部材（例えば、Ｏリング等）７１が設置されている。密封手段７０は、第２の収容部５１と弾性部材７１とを有してなる。なお、密封手段７０は密封状態を確実にするものであって、間座５０との密封状態が十分であれば、密封手段７０は、第１のナット２１及び第２のナット２２のいずれかであってもよく、第２の収容部５１，５１が両面５０ａ，５０ｂの両面に必ず設けられなくともよい。
【００２４】
このように、密封手段７０を間座５０側に形成したことにより、例えば、間座５０側に第２の収容部５１を形成すればいいので、従来のナットをそのまま用いることができ、製造コストを低減させることができる。
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに、種々の変更、改良を行うことができる。例えば、弾性部材を収容する収容部は、間座の一方の面側では、ナット（第１のナット又は第２のナット）に形成され、間座の他方の面側では、間座に形成されてもよい。また、弾性部材は、ナット側に設けることがより好ましい。これは、予圧量を間座の厚さで調整するために、間座側に弾性部材を設置すると、予圧調整（間座加工）のたびに弾性部材を着脱する煩わしさを解消できる利点があるからである。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明に係るボールねじ装置の実施例について説明する。
図７は、前述の第１の実施形態のボールねじ装置（図１参照）を実施例１のボールねじ装置として駆動し、駆動の途中でナットを冷却したときのナットの温度上昇値とトルクを同時に測定した結果を示すグラフである。
また、図８は、比較例１のボールねじ装置を駆動し、駆動の途中でナットを冷却したときのナットの温度上昇値とトルクを同時に測定した結果を示すグラフである。
【００２６】
実施例１及び比較例１のボールねじ装置の構成を表１に示し、実施例１及び比較例１の駆動条件を表２に示し、実施例１及び比較例１の冷却条件を表３に示す。
ここで、比較例１のボールねじ装置の構成は、図９に示すように、ねじ溝１０ａとねじ溝２０ａとの間において、予圧荷重Ｆa0でオーバーサイズボール予圧（４点接触予圧）された複数の転動体３０が組み込まれている点が実施例１と異なる。
なお、図７及び図８において、ナットの温度が急激に低下したときが、冷却開始時である。
【００２７】
【表１】
2012092917.tif 000004
【００２８】
【表２】
2012092917.tif 000005
【００２９】
【表３】
2012092917.tif 000006
【００３０】
図７及び図８に示すように、実施例１及び比較例１ともに、冷却を開始すればナットの温度が低下することが分かるが、実施例１のボールねじ装置の方が、軸の温度低下が大きいことが分かる。ボールねじ装置駆動の送り系ではテーブル精度に直接的に影響する軸の温度変化が重要になる。
【００３１】
また、トルクの変化に着目すると、比較例１では、冷却前の約２倍までトルクが上昇している。これは、冷却によってナットが熱収縮をおこし、その熱収縮の方向が予圧方向と一致し、予圧荷重が高くなっているためである。この発熱が、冷却による放熱効果を薄め、結果的にトータルとしての冷却効果が小さくなっている。また、過大予圧を招き、結果としてボールねじ装置の寿命を低下させてしまう。
【００３２】
これに対して、実施例１のボールねじ装置のトルクは、冷却前後でほとんど変化していない。これは冷却によるナットの熱収縮の方向の中で径方向は予圧荷重を高めるが軸方向は予圧荷重を低くする方向に作用し、これらが相互に作用しているためである。この結果、実施例１のボールねじ装置では、ナットの熟収縮の影響を受けず、高い冷却効果が得られる。
【００３３】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに、種々の変更、改良を行うことができる。
【符号の説明】
【００３４】
１    ボールねじ装置
１０  ねじ軸
２０  ナット
２１  第１のナット
２２  第２のナット
３０  転動体
５０  間座
５１  第２の収容部
７０  密封手段
７１  弾性部材
【図１】
2012092917.tif 000007
【図２】
2012092917.tif 000008
【図３】
2012092917.tif 000009
【図４】
2012092917.tif 000010
【図５】
2012092917.tif 000011
【図６】
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【図７】
2012092917.tif 000013
【図８】
2012092917.tif 000014
【図９】
2012092917.tif 000015
【図１０】
2012092917.tif 000016
【図１１】
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