(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２本のボールネジを上下方向に延びるようにコラムに固定し、ボールネジナットをスピンドルヘッドに回転可能に取付け、固定状態のボールネジに対してボールネジナットを回転させることによりコラムに対してスピンドルヘッドを上下方向に移動させる構成とし、さらに、ボールネジからコラムに伝わる熱を低減させるためにコラムとボールネジの端部との間に断熱材が取りつけられており、かつ、ボールネジナットを回転させるためのモータがスピンドルヘッド側に設けられており、モータは、コラムから離れた状態でスピンドルヘッドに固定されていて、モータで発生した熱が、コラムに伝わる前に、ボールネジに伝わり、モータで発生する熱がコラムに伝わりにくくなっており、かつ、２本のボールネジが平行に配置され、コラム、ボールネジ及びスピンドルヘッドが面対称に配置されていることを特徴とする工作機械。
【請求項２】
ボールネジナットを回転させるためのモーターとして、中空サーボモーターを用いて、ボールネジナットは、中空サーボモーターの内部の回転子導体に取り付けられており、ボールネジナットを回転させることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
ボールネジナットを回転させるためのモーターとして、サーボモーターを用い、スピンドルヘッドの上部中央に支持手段を介してサーボモータが設置されており、歯車機構を介してボールネジナットを回転させることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールネジとボールネジナットを使用してスピンドルヘッドを移動させるタイプの工作機械に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ボールネジとボールネジナットを使用してスピンドルヘッドを移動させる工作機械は、ボールネジがコラムに対して回転するようになっていた。
【０００３】
さらに、ボールネジを回転させるためのモーターは、コラム側に設けられていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
周知のように、コラムに設けられているモーターは相当な熱を発生する。その熱はコラムに伝わる。
【０００５】
ボールネジは、上端と下端がコラムに回転自在に支持されている。そのようなボールネジの回転支持部にも相当な摩擦熱が生じる。この熱も、コラムに伝わる。
【０００６】
コラムには、前述の２種の熱が伝達され、相乗的にコラムの熱変形の原因となっていた。
【０００７】
コラムの熱変形に対する補正はきわめて困難なものである。
【０００８】
また、ボールネジが回転する方式では、ボールネジの質量が大きいため、慣性モーメントが大きくなり、小型モータを使用する場合、ボールネジの回転を遅くせざるをえず、応答速度が遅くなるという欠点があった。
【０００９】
本発明は、コラムに伝わる熱をできるだけ低減し、コラムの熱変形を抑えるとともに、応答速度を速くできる工作機械を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決手段の一つは、２本のボールネジを上下方向に延びるようにコラムに固定し、ボールネジナットをスピンドルヘッドに回転可能に取付け、固定状態のボールネジに対してボールネジナットを回転させることによりコラムに対してスピンドルヘッドを上下方向に移動させる構成とし、さらに、ボールネジからコラムに伝わる熱を低減させるためにコラムとボールネジの端部との間に断熱材が取りつけられており、かつ、ボールネジナットを回転させるためのモータがスピンドルヘッド側に設けられており、モータは、コラムから離れた状態でスピンドルヘッドに固定されていて、モータで発生した熱が、コラムに伝わる前に、ボールネジに伝わり、モータで発生する熱がコラムに伝わりにくくなっており、かつ、２本のボールネジが平行に配置され、コラム、ボールネジ及びスピンドルヘッドが面対称に配置されていることを特徴とする工作機械である。
【００１１】
【効果】
ボールネジは回転しないので、ボールネジ両端部での、ボールネジの回転による摩擦熱は全く生じない。
【００１２】
また、ボールネジナットはボールネジよりも軽く、慣性モーメントが小さいので、小型モータであっても、ボールネジより速く回転させることができる。したがって、スピンドルヘッドをより速く移動させることができる。さらにボールネジからコラムに伝わる熱を低減させるためにコラム（１）とボールネジ（８）の端部との間に断熱材（２１）を取りつけ、モーターをコラム側に設けると、モーターで発生する熱を、コラムに伝わりにくくすることができる。つまり、モータで発生した熱が、コラムに伝わる前に、ボールネジに伝わり、モータで発生する熱がコラムに伝わりにくくなっている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、ボールネジとボールネジナットを使用してスピンドルヘッドを移動させるタイプの工作機械に関する。ボールネジをコラムに固定し、ボールネジナットをスピンドルヘッドに回転可能に取付ける。従来のものとは全く逆に、固定状態のボールネジに対してボールネジナットを回転させる。ボールネジナットを回転させるためのモータがコラムでなく、そこから離れたスピンドルヘッド側に設けられている。そのようなボールネジナットを回転させるためのモーターとして、中空サーボモーターを用いてボールネジナットを回転させたり、サーボモーターを用いて歯車機構を介してボールネジナットを回転させる。とくに、２本のボールネジが平行に配置され、コラム、ボールネジ及びスピンドルヘッドが面対称に配置されているとき、コラムの熱変形の影響を最小にできる。
【００１４】
【実施例】
図１は、本発明の第１実施例による工作機械の一部を示す斜視図である。図２は、図１の工作機械を示す正面図である。図４は、図２の一部を拡大した部分断面図である。
【００１５】
図１、２、４において、ボールネジ８は、２本が平行に配置され、各上下端がコラム１に固定されている。中空サーボモーター１０は、スピンドルヘッド２に固定されている。
【００１６】
図４に示すように、ボールネジナット９は、中空サーボモーター１０の内部の回転子導体１６に取り付けられている。ボールネジナット９は、ボール１２を介してボールネジ８と螺合している。
【００１７】
なお、１３はラジアル軸受、１５は固定子鉄心である。
【００１８】
中空サーボモーター１０が、制御装置４により駆動されると、中空サーボモーター１０内の回転子導体１６が回転し、ボールネジナット９が回転する。ボールネジナット９の回転とともに、ガイド１１に沿ってスピンドルヘッド２が上下に移動する。
【００１９】
使用に際しては、工作物（図示せず）が載置された工作機械テーブル（図示せず）を所定の位置に設定し、スピンドル３のＺ方向の位置を設定し、さらにＹ方向のスピンンドルヘッド２の位置を設定して、工作物を加工する。
【００２０】
さらに、スピンドルヘッド２のＹ方向の位置の設定を説明する。制御装置４からの信号により中空サーボモーター１０が駆動され、ボールネジナット９が回転し、スピンドルヘッド２が所定の位置に来る。そのときにボールネジナット９の回転が止まり、スピンドルヘッド２の位置が設定される。
【００２１】
中空サーボモータ１０は、コラム１から離れた状態でスピンドルヘッド２に固定されている。中空サーボモータ１０で発生した熱は、コラム１に伝わる前に、ボールネジ８に伝わり、そこで空気中へ放熱される。それゆえ、中空サーボモータ１０で発生する熱がコラム１に伝わりにくくなっている。
【００２２】
また、ボールネジ８は、コラム１に固定されており、回転することはないので、ボールネジ８の端部とコラム１との接触部分で、回転による摩擦熱が生じることはない。
【００２３】
したがって、コラム１に伝わる熱が大幅に低減でき、コラム１の熱変形を抑えることができる。
【００２４】
さらに、ボールネジナット９を回転させてスピンドルヘッド２を上下に移動させる構成であると、ボールネジナット９はボールネジ８に比して質量が軽く、慣性モーメントが小さいので、高速で回転させることができる。すなわち、高速でスピンドルヘッド２を上下に移動させることができ、より速い応答速度が得られる。
【００２５】
図３は、本発明の第２実施例を示す。
【００２６】
図３においては、２本のボールネジ８が互いに平行に配置され、上下端がコラム１に固定されている。２個のボールネジナット９の各々はスピンドルヘッド２の上端の両側に回転可能に取り付けられている。ボールネジナット９の上部にはギヤ１９が固定されている。スピンドルヘッド２の上部中央には、支持手段２０を介して、サーボモーター１７が設置されている。サーボモーター１７の回転部の先端には、ギヤ１８が取り付けられている。ギヤ１８は、左右のボールネジナット９の上部に取り付けられた２つのギヤ１９とかみ合っている。これらのギア１８とギヤ１９は歯車機構の一例である。
【００２７】
サーボモータ１７が駆動され、ギヤ１８が回転する。すると、ギヤ１８とかみ合うギヤ１９も回転し、ボールネジナット９が回転する。そして、ボールネジナット９の回転に伴って、スピンドルヘッド２が上下に移動する。
【００２８】
また、図示していないが、コラム１の上部にはサーボモーター１７が最上位置に上昇したときに抜けるための穴が設けてある。
【００２９】
この第２実施例の場合、サーボモータ１７は、スピンドルヘッド２の上部中央に支持手段２０を介して設置されている。この支持手段２０は、全体又は一部を断熱性の材料で構成するのが好ましい。そうでない場合でも、第２実施例は、第１実施例よりもさらにコラム１から離れたところに（支持手段２０、スピンドルヘッド２、ボールネジ８を介して）サーボモータ１７が設置されているので、サーボモータ１７からコラム１には熱が伝わりにくい構成となっている。
【００３０】
第２実施例（図３）においては、サーボモーター１７を１個使用しているが、サーボモータ１７は、複数個使用してもよいし、スピンドルヘッド２の下部に取り付けることもできる。
【００３１】
図５は第３実施例を示す。
【００３２】
図５においては、中空サーボモータ１０がスピンドルヘッド２の上部と下部の両方に取り付けられている。
【００３３】
図６は、ボールネジ８とコラム１との固定部分を示している。コラム１とボールネジ８の端部２２の間に、断熱材２１が取り付けられている。このようにすると、ボールネジ８からコラム１に伝わる熱がさらに低減される。それゆえ、コラム１の熱変形をさらに抑えることができる。
【００３４】
また、前述の第１〜第３実施例では、すべてスピンドルヘッド２の移動方向は垂直方向になっている。
【００３５】
以上説明したように、本発明によれば、ボールネジ８はコラムに固定されているので、コラム１とボールネジ８の端部２２の間に、断熱材２１が取り付けられているので、ボールネジの両端部での、回転による摩擦熱は一切生ずることはない。しかも、ボールネジからコラム１とボールネジ８の端部２２の間に、断熱材２１が取り付けられているので、コラムに伝わる熱が大幅に低減され、コラムの熱変形を抑えることができる。
【００３６】
また、ボールネジナットはボールネジよりも軽く慣性モーメントが小さいので、高速回転をさせることが容易である。したがって、スピンドルヘッドをより速く移動させることができ、より速い応答速度が得られる。
【００３７】
さらに、本発明においては、スピンドルヘッドを移動するためのモーターがコラムから離れたところに配置されており、モーターで発生する熱がコラムに伝わりにくい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例による工作機械の一部を示す斜視図。
【図２】  図１の第１実施例を示す正面図。
【図３】  本発明の第２実施例による工作機械の一部を示す正面図。
【図４】  図２の工作機械の一部を拡大して示す部分断面図。
【図５】  本発明の第３実施例による工作機械の一部を示す正面図。
【図６】  本発明の工作機械におけるボールネジとコラムとの固定部分の変形例を示す正面図。
【符号の説明】
１    コラム
２    スピンドルヘッド
３    スピンドル
４    制御装置
８    ボールネジ
９    ボールネジナット
１０  中空サーボモーター
１３  ラジアル軸受
１５  固定子鉄心
１７  サーボモーター
１８  ギヤ
１９  ギヤ
２１  断熱材
【図１】
0003948546.tif 000002
【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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