JP2015182199A - 工作機械の熱変形防止構造、及び、それを備えた工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】工作機械の発熱体や周囲の温度変化による構造体の各部位同士の温度差を低減させることができ、構造体の熱変形を効果的に防止し、工作機械の高精度化を実現することができる工作機械の熱変形防止構造を提供する。
【解決手段】本発明の工作機械２の熱変形防止構造１は、上下方向に延びるように設けられ、工作機械の一部を構成する中空の柱状の構造体１４，１６と、この構造体の内部に形成され、液体３８を収容する液体収容部４０と、この液体収容部に収容されている液体の温度を液体収容部全体に亘って均一化することにより、構造体の各部位同士の温度差を低減させて構造体の熱変形を防止する熱変形防止手段と、を有し、この熱変形防止手段は、液体収容部内の液体を撹拌する撹拌手段４２と、液体収容部の内周面に設けられて液体収容部内の液体の移動を促進する熱伝達促進手段Ｒと、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、工作機械の熱変形防止構造、及び、それを備えた工作機械に係り、特に、工作機械の発熱体や周囲の温度変化による熱変形を防止する工作機械の熱変形防止構造、及び、それを備えた工作機械に関する。

従来から、工作機械を構成する構造体には、一般的に鋳鉄や鋼鉄が用いられるが、構造体の温度が変化することにより熱変形が生じ、位置決め精度や真直度精度及び直角度精度等が悪化する。このように構造体の温度が変化する要因としては、例えば、周囲温度の変化や工作機械自体の発熱が挙げられる。
また、工作機械は、一般的に建物内に設置されるが、外気温に合わせて室温も変化してしまうという問題があり、このような室温変化を最小限に抑えるために空調管理をしている場合についても、ドアの開閉等によって室温変化を無くすことが困難であるという問題がある。
さらに、工作機械を駆動するモータやベアリング等の機器や部品自体が発熱し、工作機械の構造体に熱が伝わるという問題もあり、工作機械の発熱体には冷却液を循環させていることも多いが、構造体に熱が伝わるのを無くすことは困難であるという問題もある。
また、工作機械の構造体の温度変化の速度は、外部との温度差や構造体の熱の伝わりやすさ（熱伝導率や熱伝達率）と熱容量で決まるが、このうち外部との温度差については工作機械の置かれた環境に影響される。特に、熱の伝わりやすさと熱容量については、構造体や周辺要素の材質や体積に影響される。さらに、実際の工作機械においては、部位ごとに偏った温度変化が生じるため、構造体の曲がりを含めた複雑な変形が生じるにもかかわらず、工作機械のコストや重量が制約されるため、構造体の内部は空洞（空気）になっている場合も多く、部位ごとに生ずる温度差を無くすことは難しいという問題もある。

これに対し、工作機械の周囲温度や発熱体の温度変化を抑制する技術として、構造体に熱伝導率の小さい断熱板を貼り付ける方法も知られている。特に、柱状又は梁状の構造体においては、部位ごとの温度差によって曲げ変形が生じやすいという深刻な問題があるため、例えば、上下方向に延びる柱状の構造体の前後方向或いは左右方向において熱の伝わり方が均等となるように、断熱板を設けることにより熱変形を抑制する方法もなされている。
しかしながら、このような方法では、構造体の内部が空洞であり、構造体の各部位同士の温度差を効果的に低減させることができないため、構造体の熱変形を十分に抑制することができず、工作機械において要求される精度を十分に達成することができないという問題がある、また、構造体の外部に断熱板を設ける分だけ、構造体自体の大きさや設置スペースも制限されるという問題もある。

そこで、工作機械の熱変形を防止する熱変形防止構造の他の形態として、例えば、特許文献１や特許文献２に記載されているように、工作機械を構成する中空の柱状の構成部材である構造体の中空部内に水や油等の液体を充填したものも知られている。特許文献１では、構成体の中空部内の液体に気体を吹き込んで循環させることにより、また、特許文献２では、構成体の中空部内の液体を自然対流させることにより、それぞれ、外気温度変化に対する構成部材の各部位同士の温度差を低減させ、構造体の熱変形を抑制している。
しかしながら、特許文献１に記載されているように、構造体の中空部内の液体に気体を吹き込んだり、特許文献２に記載されているように、液体の自然対流を利用したりするのみでは、構造体の中空部内に収容されている液体が撹拌され難い領域もあり、液体全体に亘って十分に撹拌されず、液体の温度を中空部全体に亘って効率よく均一化するのが難しいという問題がある。

さらに、特許文献３には、工作機械の基台となるベッドの内部全体に形成された空洞部に液体を充満させ、この液体について配管を介してポンプで循環させることにより、ベットの各部の温度を均一化するものも開示されている。しかしながら、特許文献３では、工作機械の水平方向に延びるように配置されたベッドに関する記載がなされているにすぎず、工作機械の上下方向に延びるように設けられ、部位ごとの温度差によって曲げ変形が生じやすい中空の柱状の構造体に関する熱変形防止構造については、何ら開示も示唆もされていない。

特開昭６１−１１１８６６号公報 特開昭６１−１１１８６７号公報 特開２００４−６６４３７号公報

そこで、本発明は、上述した従来技術の問題を解決するためになされたものであり、工作機械の発熱体や周囲の温度変化による構造体の各部位同士の温度差を低減させることができ、構造体の熱変形を効果的に防止し、工作機械の高精度化を実現することができる工作機械の熱変形防止構造を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明は、工作機械の発熱体や周囲の温度変化による熱変形を防止する工作機械の熱変形防止構造であって、上下方向に延びるように設けられ、工作機械の一部を構成する中空の柱状の構造体と、この構造体の内部に形成され、液体を収容する液体収容部と、この液体収容部に収容されている液体の温度を上記液体収容部全体に亘って均一化することにより、上記構造体の各部位同士の温度差を低減させて上記構造体の熱変形を防止する熱変形防止手段と、を有し、上記熱変形防止手段は、上記液体収容部内の液体を撹拌する撹拌手段と、上記液体収容部の内周面に設けられて上記液体収容部内の液体の移動又は上記液体との熱交換を促進する熱伝達促進手段と、を備えていることを特徴としている。
このように構成された本発明においては、熱変形防止手段の撹拌手段により、構造体の液体収容部内の液体を撹拌し、液体収容部の内周面に設けられた熱変形防止手段の熱伝達促進手段により、液体収容部内の液体の移動又は液体との熱交換を促進することができる。これにより、液体収容部に収容されている液体の温度を液体収容部全体に亘って均一化し、工作機械の発熱体や周囲の温度変化による構造体の各部位同士の温度差を低減させることができ、構造体の熱変形を効果的に防止することができる。したがって、工作機械の高精度化を実現することができる。

本発明において、好ましくは、上記熱変形防止手段の撹拌手段は、上記液体収容部内に設けられて回転することにより上記液体を撹拌する羽根車を備えている。
このように構成された本発明においては、熱変形防止手段の撹拌手段である羽根車が回転することにより、構造体の液体収容部内の液体を効果的に撹拌することができるため、液体収容部に収容されている液体の温度を液体収容部全体に亘って効果的に均一化することができる。したがって、工作機械の発熱体や周囲の温度変化による構造体の各部位同士の温度差を確実に低減させることができ、構造体の熱変形をより効果的に防止することができる。

本発明において、好ましくは、上記熱変形防止手段の熱伝達促進手段は、上記液体収容部の内周面の角部を弧状に形成する曲がり面を備えている。
このように構成された本発明においては、熱変形防止手段の熱伝達促進手段が、液体収容部の内周面の角部を弧状に形成する曲がり面を備えていることにより、撹拌手段で撹拌されている液体収容部内の液体をスムーズに移動させて、液体の撹拌を効果的に促進させることができる。したがって、液体収容部に収容されている液体の温度を液体収容部全体に亘ってより効果的に均一化することができる。よって、構造体の強度と重量を確保しつつ、工作機械の発熱体や周囲の温度変化による構造体の各部位同士の温度差をより確実に低減させることができ、構造体の熱変形をさらにより効果的に防止することができる。

本発明において、好ましくは、上記熱変形防止手段の熱伝達促進手段は、上記液体収容部の内周面から内側に突出し且つ周方向に沿って螺旋状に形成された螺旋状のリブを備えていてもよい。
このように構成された本発明においては、熱変形防止手段の熱伝達促進手段が、液体収容部の内周面から内側に突出し且つ周方向に沿って螺旋状に形成された螺旋状のリブを備えていることにより、撹拌手段で撹拌されている液体収容部内の液体を螺旋状のリブに沿ってスムーズに移動させて、液体収容部内の上下方向に循環させることができるため、液体の撹拌を効果的に促進させることができる。また、液体の対流が構造体の液体収容部内全体に亘って効果的に広がるため、液体収容部に収容されている液体の温度をより効果的に均一化することができる。よって、構造体の強度と重量を確保しつつ、工作機械の発熱体や周囲の温度変化による構造体の各部位同士の温度差をより確実に低減させることができ、構造体の熱変形をさらにより効果的に防止することができる。

本発明において、好ましくは、上記熱変形防止手段の熱伝達促進手段は、上記液体収容部の内周面から内側に突出し且つ上記構造体の長手方向に延びるように形成された複数の縦リブを備えていてもよい。
このように構成された本発明においては、熱変形防止手段の熱伝達促進手段が、液体収容部の内周面から内側に突出し且つ構造体の長手方向に延びるように形成された複数の縦リブを備えていることにより、液体収容部の内周面の表面積が縦リブを設けていない場合に比べて増加するため、撹拌手段で撹拌されている液体収容部内の液体と縦リブとの熱交換量を増加させることができる。したがって、構造体の強度と重量を確保しつつ、液体収容部に収容されている液体の温度をより効果的に均一化することができるため、工作機械の発熱体や周囲の温度変化による構造体の各部位同士の温度差をより確実に低減させることができ、構造体の熱変形をさらにより効果的に防止することができる。

本発明において、好ましくは、上記熱変形防止手段の撹拌手段は、上記液体収容部内の液体を圧送することにより循環させるポンプを備えていてもよい。
このように構成された本発明においては、熱変形防止手段の撹拌手段であるポンプの圧送により、構造体の液体収容部内の液体を効果的に撹拌することができるため、液体収容部に収容されている液体の温度を液体収容部全体に亘って効果的に均一化することができる。したがって、工作機械の発熱体や周囲の温度変化による構造体の各部位同士の温度差を確実に低減させることができ、構造体の熱変形をより効果的に防止することができる。

本発明において、好ましくは、上記液体収容部は、密封手段により密封されている。
このように構成された本発明においては、液体収容部が密封手段によって密封されていることにより、液体収容部内の液体が外部へ蒸発することを防ぐことができ、メンテナンスの負担を軽減することができる。

本発明において、好ましくは、上記熱変形防止手段の撹拌手段は、上記液体収容部内の液体に空気を供給することにより循環させるエアレーション装置を備え、上記液体収容部の上方は大気開放されている。
このように構成された本発明においては、熱変形防止手段の撹拌手段であるエアレーション装置が液体収容部内の液体に空気を供給して循環させることにより、構造体の液体収容部内の液体を効果的に撹拌することができるため、液体収容部に収容されている液体の温度を液体収容部全体に亘って効果的に均一化することができる。したがって、工作機械の発熱体や周囲の温度変化による構造体の各部位同士の温度差を確実に低減させることができ、構造体の熱変形をさらにより効果的に防止することができる。

本発明において、好ましくは、上記液体収容部内の液体は、防腐性及び防錆性を有する添加物を含む水である。
このように構成された本発明においては、液体収容部内の液体が、防腐性及び防錆性を有する添加物を含む水であるため、液体自体の腐食や構造体の液体収容部の腐食を抑制することができる。したがって、腐食による液体の交換や液体収容部の交換の頻度を抑制し、工作機械の発熱体や周囲の温度変化による構造体の各部位同士の温度差を確実に低減させることができ、構造体の熱変形を効果的に防止し、工作機械の高精度化を実現することができる。

本発明において、好ましくは、上記液体収容部内の液体はオイルであり、上記熱変形防止手段の撹拌手段は、上記液体収容部内の上記オイルを冷却して循環させるオイルクーラ循環装置を備えていてもよい。
このように構成された本発明においては、熱変形防止手段の撹拌手段であるオイルクーラ循環装置が液体収容部内のオイルを冷却して循環させることにより、構造体の液体収容部内のオイルを効果的に撹拌することができると共に、液体収容部に収容されているオイルの温度を液体収容部全体に亘って効果的に均一化することができる。したがって、工作機械の発熱体や周囲の温度変化による構造体の各部位同士の温度差を確実に低減させることができ、構造体の熱変形をより効果的に防止することができる。

本発明において、好ましくは、上記構造体は、上下方向に延びるように形成されて互いに水平方向に間隔を置いて配置されて対をなす第１の構造体及び第２の構造体であり、これら第１の構造体及び第２の構造体の各々には、上記液体収容部及び上記熱変形防止手段がそれぞれ設けられている。
このように構成された本発明においては、上下方向に延びるように形成されて互いに水平方向に間隔を置いて配置された対をなす第１の構造体及び第２の構造体の構造体の各々に液体収容部及び熱変形防止手段がそれぞれ設けられていることにより、各構造体自体の熱変形をより効果的に防止することができ、工作機械の高精度化を実現することができる。

また、本発明は、上記熱変形防止構造を備えた工作機械である。
このように構成された本発明においては、工作機械の発熱体や周囲の温度変化による構造体の各部位同士の温度差を確実に低減させることができ、構造体の熱変形を効果的に防止することができる。したがって、工作機械の高精度化を実現することができる。

本発明の工作機械の熱変形防止構造によれば、工作機械の発熱体や周囲の温度変化による構造体の各部位同士の温度差を低減させることができ、構造体の熱変形を効果的に防止し、工作機械の高精度化を実現することができる。

本発明の第１実施形態による熱変形防止構造が組み込まれた工作機械を斜め前方から見た概略斜視図である。 本発明の第１実施形態による熱変形防止構造を示す正面断面図である。 本発明の第１実施形態による熱変形防止構造のコラム構造体において、内周部分が見えるように部分的に破断して拡大した部分拡大斜視図である。 本発明の第２実施形態による熱変形防止構造のコラム構造体において、内周部分が見えるように部分的に破断して拡大した部分拡大斜視図である。 本発明の第３実施形態による熱変形防止構造のコラム構造体において、内周部分が見えるように部分的に破断して拡大した部分拡大斜視図である。 本発明の第４実施形態による熱変形防止構造を示す正面断面図である。 本発明の第５実施形態による熱変形防止構造を示す正面断面図である。 本発明の第６実施形態による熱変形防止構造を示す正面断面図である。

以下、図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態による熱変形防止構造について説明する。
まず、図１は、本発明の第１実施形態による熱変形防止構造が組み込まれた工作機械を斜め前方から見た概略斜視図である。
図１に示すように、本発明の第１実施形態による熱変形防止構造１が組み込まれた工作機械２は、建屋内に設置され、正面から見たときに、主軸４を支える構造体６が門の形をしているマシニングセンタであり、いわゆる「門形マシニングセンタ」とも呼ばれている。この工作機械２は、基台となるベッド８を備え、このベッド８の上面には、前後方向に延びるようにガイド溝１０が形成され、このガイド溝１０に沿って前後方向に移動可能にテーブル１２が設けられている。

また、構造体６は鋳鉄又は鋼鉄で成形されており、ベッド８及びテーブル１２の両側には、構造体６の一部であり且つ上下方向に延びる一対の中空の柱状の構造体であるコラム構造体１４，１６が設けられている。
さらに、これらのコラム構造体１４，１６は、互いに工作機械２の水平（左右）方向に間隔を置いて配置されており、コラム構造体１４，１６の互いに対向する内側面の上方には、構造体６の一部であり且つ水平（左右）方向に延びるブリッジ構造体１８が架橋するように設けられている。このブリッジ構造体１８の前面及びコラム構造体１４，１６の前面の上方領域には、左右方向に延びるガイド溝２０が設けられ、このガイド溝２０に沿って工作機械２の左右方向に移動可能にサドル部材２２が取り付けられている。

また、ブリッジ構造体１８のガイド溝２０には、その長手方向に延びるように送りねじ２４が設けられ、この送りねじ２４の両端部は、各ベアリング２６，２８によって軸回りに回転可能に支持されている。さらに、一方のベアリング２８には、送りねじ２４を軸回りに回転させるモータ３０が設けられており、このモータ３０が駆動することにより送りねじ２４が回転駆動し、サドル部材２２がガイド溝２０に沿って工作機械２の左右方向に移動するようになっている。

また、サドル部材２２には、主軸４を上下動させるためのモータ３２と、主軸４を軸回りに回転させるためのモータ３４がそれぞれ設けられており、これらのモータ３２，３４の作動により、主軸４の下端部で保持されている工具３６の上下動作や回転動作が調整されるようになっている。

なお、上述した送りねじ２４、ベアリング２６，２８、及び、モータ３０，３２，３４等の工作機械２の各構成要素については、それぞれが作動することにより発熱をするものであるため、工作機械２の発熱体となっている。

つぎに、図１〜図３により、本発明の第１実施形態による熱変形防止構造１の詳細について説明する。
まず、図２は、本発明の第１実施形態による熱変形防止構造を示す正面断面図であり、図３は、本発明の第１実施形態による熱変形防止構造のコラム構造体において、内周部分が見えるように部分的に破断して拡大した部分拡大斜視図である。

図１及び図２に示すように、本発明の第１実施形態による熱変形防止構造１の各コラム構造体１４，１６の内部には、液体３８を収容する液体収容部４０が形成されている。この液体収容部４０に収容されている液体３８としては、防腐性及び防錆性を有する添加物を含む水が用いられており、液体３８自体の腐食を防ぐと共に、鋳鉄又は鋼鉄で成形されたコラム構造体１４，１６の液体収容部４０の錆等による腐食を防ぐことができるようになっている。

つぎに、図２に示すように、本実施形態による熱変形防止構造１は、液体収容部４０に収容されている液体３８の温度を液体収容部４０全体に亘って均一化することにより、各コラム構造体１４，１６における各部位同士の温度差を低減させて各コラム構造体１４，１６の熱変形を防止する熱変形防止手段として、液体収容部４０内の液体３８を撹拌する撹拌手段である羽根車４２を備えている。この羽根車４２は、羽根４２ａの回転軸４２ｂが上下方向に延びるように配置され、この回転軸４２ｂの中心軸線Ｃ１が各コラム構造体１４，１６の長手方向の各中心軸線Ａ１，Ａ２とほぼ一致するように配置されている。

また、液体収容部４０の上方に形成される開口部４０ａは、密封手段である蓋体４４により密封されており、液体収容部４０内の液体３８が外部へ蒸発することを防ぐことができ、メンテナンスの負担を軽減することができるようになっている。また、回転軸４２ｂの上端部は、蓋体４４を貫き、蓋体４４の上面のほぼ中心に設けられたモータ４４と接続されている。このモータ４４の駆動により、回転軸４２ｂが回転し、羽根車４２が回転することにより、液体収容部４０内の液体３８が常時撹拌されるようになっている。

つぎに、図３に示すように、本実施形態による熱変形防止構造１は、各コラム構造体１４，１６の熱変形を防止する熱変形防止手段として、液体収容部４０内の液体３８の移動を促進する熱伝達促進手段である曲がり面Ｒが、液体収容部４０の内周面４０ｂの角部４０ｃを弧状に形成されている。これにより、羽根車４２で撹拌されている液体収容部４０内の液体３８について、その流れの一例を図３に示すように、液体収容部４０の内周面４０ｂの曲がり面Ｒに沿ってスムーズに移動させることができ、液体３８の撹拌を促進することができるようになっている。この結果、液体収容部４０に収容されている液体３８の温度を液体収容部４０の全体に亘って効果的に均一化することができるようになっている。

つぎに、図１〜図３を参照して、上述した本発明の第１実施形態による熱変形防止構造１の作用について説明する。
まず、稼働中の工作機械２においては、送りねじ２４、各ベアリング２６，２８、及び、各モータ３０，３２，３４，４６等の工作機械２の各構成要素が、それぞれの作動により発熱体となって、工作機械２の周囲の温度変化や、コラム構造体１４，１６やブリッジ構造体１８の各部位の温度に影響を及ぼしている状態となっている。
しかしながら、その一方で、各コラム構造体１４，１６においては、本発明の第１実施形態による熱変形防止構造１により、羽根車４２の羽根４２ａが常時回転し、各コラム構造体１４，１６の液体収容部４０内の液体３８が常時撹拌される。この撹拌された液体３８は、液体収容部４０の内周面４０ｂの曲がり面Ｒに沿ってスムーズに移動し、液体３８の撹拌がさらに促進されるため、液体収容部４０に収容されている液体３８の温度が液体収容部４０の全体に亘って常時均一化される。
この結果、工作機械２の発熱体や周囲の温度変化による構造体６（特に、コラム構造体１４，１６）の各部位同士の温度差を低減させることができ、構造体６（特に、コラム構造体１４，１６）の熱変形を効果的に防止することができる。したがって、工作機械２の高精度化を実現することができる。

また、本実施形態による熱変形防止構造１によれば、各コラム構造体１４，１６の液体収容部４０の上方の開口部４０ａが蓋体４４によって密封されていることにより、液体収容部４０内の液体３８が外部へ蒸発することを防ぐことができ、メンテナンスの負担を軽減することができる。

さらに、本実施形態による熱変形防止構造１によれば、各コラム構造体１４，１６の液体収容部４０内の液体３８として、防腐性及び防錆性を有する添加物を含む水が用いられているため、液体３８自体の腐食を防ぐと共に、鋳鉄又は鋼鉄で成形されたコラム構造体１４，１６の液体収容部４０の錆等による腐食を防ぐことができる。したがって、腐食による液体３８の交換や液体収容部４０の交換の頻度を抑制し、工作機械２の発熱体や周囲の温度変化による構造体６（特に、コラム構造体１４，１６）の各部位同士の温度差を確実に低減させることができ、構造体６（特に、コラム構造体１４，１６）の熱変形を効果的に防止し、工作機械２の高精度化を実現することができる。

また、本実施形態による熱変形防止構造１によれば、上下方向に延びるように形成されて互いに工作機械２の水平（左右）方向に間隔を置いて配置されて対をなすコラム構造体１４，１６の各々に熱変形防止構造１がそれぞれ設けられていることにより、各構造体１４，１６自体の熱変形をより効果的に防止することができ、工作機械２の高精度化を実現することができる。

なお、上述した本実施形態の熱変形防止構造１においては、工作機械２の一例である門形マシニングセンタのコラム構造体１４，１６の各々に適用させた形態について説明したが、工作機械としては、門形マシニングセンタに限定されず、他の種類の工作機械にも適用可能である。すなわち、工作機械を構成する構造体が、各部位の温度差によって曲げ変形等の熱変形が生じやすい中空の柱梁状の構造体を備えた工作機械であれば、他の種類の工作機械にも適用可能である。また、本発明の熱変形防止構造を門形マシニングセンタ以外の工作機械に熱変形防止構造を適用する場合には、中空の柱状の構造体は、対をなしていない複数のものであってもよいし、単一のものであってもよい。

つぎに、図４を参照して、本発明の第２実施形態による熱変形防止構造について説明する。
図４は、本発明の第２実施形態による熱変形防止構造のコラム構造体において、内周部分が見えるように部分的に破断して拡大した部分拡大斜視図である。
ここで、本発明の第２実施形態による熱変形防止構造１００が組み込まれる工作機械の構造については、上述した本発明の第１実施形態による熱変形防止構造１が組み込まれる工作機械２のコラム構造体１４，１６以外の構造部分が同一であるため、図４において、本発明の第１実施形態と同一の部分については同一の符号を付し、これらについて説明を省略し、異なる構造部分のみについて説明する。

図４に示すように、本発明の第２実施形態による熱変形防止構造１００においては、各コラム構造体１１４，１１６の熱変形を防止する熱変形防止手段として、液体収容部１４０内の液体３８の移動を促進する熱伝達促進手段である螺旋状のリブ１４８が、液体収容部１４０の内周面１４０ｂから内側に突出し且つ周方向に沿って螺旋状に形成されている。

上述した本発明の第２実施形態による熱変形防止構造１００によれば、羽根車４２の回転により撹拌されている液体収容部１４０内の液体３８が、螺旋状のリブ１４８の上面に沿ってスムーズに移動し、液体収容部１４０内の上下方向（コラム構造体１１４，１１６の長手方向の中心軸線Ａ１０１，Ａ１０２の方向）に循環することができるため、液体３８の撹拌を効果的に促進させることができる。また、液体３８の対流がコラム構造体１１４，１１６の液体収容部１４０内全体に亘って効果的に広がるため、液体収容部１４０に収容されている液体３８の温度をより効果的に均一化することができる。よって、コラム構造体１１４，１１６の強度と重量を確保しつつ、工作機械の発熱体や周囲の温度変化による各コラム構造体１１４，１１６の各部位同士の温度差をより確実に低減させることができ、各コラム構造体１１４，１１６の熱変形をさらにより効果的に防止することができる。したがって、工作機械の高精度化を実現することができる。

つぎに、図５を参照して、本発明の第３実施形態による熱変形防止構造について説明する。
図５は、本発明の第３実施形態による熱変形防止構造のコラム構造体において、内周部分が見えるように部分的に破断して拡大した部分拡大斜視図である。
ここで、本発明の第３実施形態による熱変形防止構造２００が組み込まれる工作機械の構造については、上述した本発明の第１実施形態による熱変形防止構造１が組み込まれる工作機械２のコラム構造体１４，１６以外の構造部分が同一であるため、図５において、本発明の第１実施形態と同一の部分については同一の符号を付し、これらについて説明を省略し、異なる構造部分のみについて説明する。

図５に示すように、本発明の第３実施形態による熱変形防止構造２００においては、各コラム構造体２１４，２１６の熱変形を防止する熱変形防止手段として、液体収容部２４０内の液体３８との熱交換を促進する熱伝達促進手段である複数の縦リブ２４８が、液体収容部２４０の内周面２４０ｂから内側に突出し且つ各コラム構造体２１４，２１６の長手方向に延びるように形成されている。

上述した本発明の第３実施形態による熱変形防止構造２００によれば、液体収容部２４０の内周面２４０ｂから内側に突出し且つ各コラム構造体２１４，２１６の長手方向に延びるように形成されている複数の縦リブ２４８により、液体収容部２４０の内周面２４０ｂの表面積が、縦リブ２４８を設けていない場合に比べて増加するため、羽根車４２の回転により撹拌されている液体収容部２４０内の液体３８と縦リブ２４８との熱交換量を増加させることができる。したがって、コラム構造体２１４，２１６の強度と重量を確保しつつ、工作機械の発熱体や周囲の温度変化による各コラム構造体２１４，２１６の各部位同士の温度差をより確実に低減させることができ、各コラム構造体２１４，２１６の熱変形をさらにより効果的に防止することができる。よって、工作機械の高精度化を実現することができる。

つぎに、図６を参照して、本発明の第４実施形態による熱変形防止構造について説明する。
図６は、本発明の第４実施形態による熱変形防止構造を示す正面断面図である。
ここで、本発明の第４実施形態による熱変形防止構造３００については、上述した本発明の第１実施形態による熱変形防止構造１の各コラム構造体１４，１６の液体収容部４０内の液体３８を撹拌する羽根車４２に対応する撹拌手段のみが異なっているため、図６において、本発明の第１実施形態と同一の部分については同一の符号を付し、これらについて説明を省略し、異なる構造部分のみについて説明する。

図６に示すように、本発明の第４実施形態による熱変形防止構造３００においては、各コラム構造体１４，１６の液体収容部４０内の液体３８を撹拌する撹拌手段として、液体収容部４０内の液体３８を圧送することにより循環させるポンプ装置３５０を備えている。
このポンプ装置３５０は、蓋体４４上に設けられてモータ（図示せず）及び羽根車（図示せず）が内蔵されたポンプ装置本体３５２を備え、このポンプ装置本体３５２には、液体収容部４０内の中央部よりも上方の位置まで延びて液体３８を吸入する吸入管３５４が設けられている。また、ポンプ装置本体３５２には、吸入管３５４と並列してポンプ装置本体３５２から下方に延びる吐出管３５６が設けられ、この吐出管３５６の下端部の吐出口３５６ａは、液体収容部４０の底部付近に位置している。液体収容部４０内の液体３８は、ポンプ装置本体３５２の作動により、吸入管３５４の吸入口３５４ａからポンプ装置本体３５２内に吸入された後、吐出管３５６に圧送され、吐出口３５６ａから液体収容部４０内に吐出されるようになっている。これにより、液体収容部４０内の液体３８が下方から上方に向かって循環し、液体収容部４０内全体に亘って撹拌されるようになっている。
なお、液体収容部４０の内周面４０ｂについては、角部に上述した第１実施形態の曲がり面Ｒと同様なものを設けてもよいし、上述した第２実施形態の螺旋状のリブ１４８や第３実施形態の縦リブ２４８を設けてもよい。

上述した本発明の第４実施形態による熱変形防止構造３００によれば、撹拌手段であるポンプ装置３５０の圧送により、各コラム構造体１４，１６の液体収容部４０内の液体３８を効果的に撹拌することができるため、液体収容部４０に収容されている液体３８の温度を液体収容部４０全体に亘って効果的に均一化することができる。したがって、工作機械の発熱体や周囲の温度変化による各コラム構造体１４，１６の各部位同士の温度差を確実に低減させることができ、各コラム構造体１４，１６の熱変形をより効果的に防止することができる。よって、工作機械の高精度化を実現することができる。

つぎに、図７を参照して、本発明の第５実施形態による熱変形防止構造について説明する。
図７は、本発明の第５実施形態による熱変形防止構造を示す正面断面図である。
ここで、本発明の第５実施形態による熱変形防止構造４００については、上述した本発明の第１実施形態による熱変形防止構造１の各コラム構造体１４，１６の液体収容部４０内の液体３８を撹拌する羽根車４２に対応する撹拌手段が異なっており、密封手段である蓋体４４が設けられていない点で、第１実施形態による熱変形防止構造１と異なっている。したがって、図７においては、本発明の第１実施形態と同一の部分については同一の符号を付し、これらについて説明を省略し、異なる構造部分のみについて説明する。

図７に示すように、本発明の第５実施形態による熱変形防止構造４００においては、各コラム構造体１４，１６の液体収容部４０内の液体３８を撹拌する撹拌手段として、エアレーション装置４６０が液体収容部４０内の底部に設けられており、液体収容部４０の上方の開口部４０ａは大気開放されている。これにより、エアレーション装置４６０が液体収容部４０内の液体３８に空気４６２を供給し、この空気４６２が液体３８を液体収容部４０内全体に亘って循環させることができるようになっている。
なお、液体収容部４０の内周面４０ｂについては、角部に上述した第１実施形態の曲がり面Ｒと同様なものを設けてもよいし、上述した第２実施形態の螺旋状のリブ１４８や第３実施形態の縦リブ２４８を設けてもよい。

上述した本発明の第５実施形態による熱変形防止構造４００によれば、撹拌手段であるエアレーション装置４６０が液体収容部４０内の液体３８に空気４６２を供給して循環させることにより、各コラム構造体１４，１６の液体収容部４０内の液体３８を効果的に撹拌することができるため、液体収容部４０に収容されている液体３８の温度を液体収容部４０全体に亘って効果的に均一化することができる。したがって、工作機械の発熱体や周囲の温度変化による各コラム構造体１４，１６の各部位同士の温度差を確実に低減させることができ、各コラム構造体１４，１６の熱変形をより効果的に防止することができる。よって、工作機械の高精度化を実現することができる。

つぎに、図８を参照して、本発明の第６実施形態による熱変形防止構造について説明する。
図８は、本発明の第６実施形態による熱変形防止構造を示す正面断面図である。
図８に示すように、本発明の第６実施形態による熱変形防止構造５００においては、液体収容部４０内の液体５３８がオイルである点で、上述した本発明の第５実施形態による熱変形防止構造４００の各コラム構造体１４，１６の液体収容部４０内の液体３８と異なっている。
また、本発明の第６実施形態による熱変形防止構造５００においては、液体５３８を撹拌する撹拌手段について、液体収容部４０内のオイルである液体５３８を冷却して循環させるオイルクーラ循環装置５６０を採用している点で、上述した本発明の第５実施形態による熱変形防止構造４００のエアレーション装置４６０と異なっている。
したがって、図８においては、本発明の第６実施形態と同一の部分については同一の符号を付し、これらについて説明を省略し、異なる構造部分のみについて説明する。

図８に示すように、本発明の第６実施形態による熱変形防止構造５００においては、各コラム構造体１４，１６の液体収容部４０内のオイルである液体５３８を撹拌する手段として、オイルクーラ循環装置５６０が各コラム構造体１４，１６の外部にそれぞれ設けられている。
このオイルクーラ循環装置５６０は、液体収容部４０の上部と下部にそれぞれ設けられて吸入管５６２及び吐出管５６４と、放熱フィン等の放熱手段５６６やオイルポンプ５６８等が設けられた装置本体５７０とを備えている。この装置本体５７０のオイルポンプ５６８が作動することにより、液体収容部４０内の液体５３８が吸入管５６２から装置本体５６２に供給され、この装置本体５７０の放熱手段５６２による放熱によって液体５３８が冷却されるようになっている。そして、冷却された液体５３８は、吐出管５６４から再び液体収容部４０内に供給され、液体収容部４０内の液体５３８が下方から上方に向かって循環し、液体収容部４０内全体に亘って撹拌されるようになっている。
なお、液体収容部４０の内周面４０ｂについては、角部に上述した第１実施形態の曲がり面Ｒと同様なものを設けてもよいし、上述した第２実施形態の螺旋状のリブ１４８や第３実施形態の縦リブ２４８を設けてもよい。

上述した本発明の第６実施形態による熱変形防止構造５００によれば、撹拌手段であるオイルクーラ循環装置５６０が液体収容部４０内のオイルである液体５３８を冷却して循環させることにより、各コラム構造体１４，１６の液体収容部４０内の液体５３８を効果的に撹拌することができると共に、液体収容部４０に収容されている液体５３８の温度を液体収容部４０全体に亘って効果的に均一化することができる。したがって、工作機械の発熱体や周囲の温度変化による各コラム構造体１４，１６の各部位同士の温度差を確実に低減させることができ、各コラム構造体１４，１６の熱変形をより効果的に防止することができる。よって、工作機械の高精度化を実現することができる。

１ 熱変形防止構造
２ 工作機械
４ 主軸
６ 構造体
８ ベッド
１０ ガイド溝
１２ テーブル
１４ コラム構造体（第１の構造体）
１６ コラム構造体（第２の構造体）
１８ ブリッジ構造体
２０ ガイド溝
２２ サドル部材
２４ 送りねじ（発熱体）
２６ ベアリング（発熱体）
２８ ベアリング（発熱体）
３０ モータ（発熱体）
３２ モータ（発熱体）
３４ モータ（発熱体）
３６ 工具
３８ 液体
４０ 液体収容部
４０ａ 液体収容部の上方の開口部
４０ｂ 液体収容部の内周面
４０ｃ 液体収容部の内周面の角部
４２ 羽根車（撹拌手段）
４２ａ 羽根
４２ｂ 回転軸
４４ 蓋体（密封手段）
４６ モータ
Ａ１ コラム構造体の長手方向の中心軸線
Ａ２ コラム構造体の長手方向の中心軸線
Ｃ１ 羽根車の回転軸の中心軸線
Ｒ 曲がり面

Claims (12)

1. 工作機械の発熱体や周囲の温度変化による熱変形を防止する工作機械の熱変形防止構造であって、
   上下方向に延びるように設けられ、工作機械の一部を構成する中空の柱状の構造体と、
   この構造体の内部に形成され、液体を収容する液体収容部と、
   この液体収容部に収容されている液体の温度を上記液体収容部全体に亘って均一化することにより、上記構造体の各部位同士の温度差を低減させて上記構造体の熱変形を防止する熱変形防止手段と、を有し、
   上記熱変形防止手段は、上記液体収容部内の液体を撹拌する撹拌手段と、上記液体収容部の内周面に設けられて上記液体収容部内の液体の移動又は上記液体との熱交換を促進する熱伝達促進手段と、を備えていることを特徴とする工作機械の熱変形防止構造。
2. 上記熱変形防止手段の撹拌手段は、上記液体収容部内に設けられて回転することにより上記液体を撹拌する羽根車を備えている請求項１記載の工作機械の熱変形防止構造。
3. 上記熱変形防止手段の熱伝達促進手段は、上記液体収容部の内周面の角部を弧状に形成する曲がり面を備えている請求項１又は２に記載の工作機械の熱変形防止構造。
4. 上記熱変形防止手段の熱伝達促進手段は、上記液体収容部の内周面から内側に突出し且つ周方向に沿って螺旋状に形成された螺旋状のリブを備えている請求項２に記載の工作機械の熱変形防止構造。
5. 上記熱変形防止手段の熱伝達促進手段は、上記液体収容部の内周面から内側に突出し且つ上記構造体の長手方向に延びるように形成された複数の縦リブを備えている請求項２に記載の工作機械の熱変形防止構造。
6. 上記熱変形防止手段の撹拌手段は、上記液体収容部内の液体を圧送することにより循環させるポンプを備えている請求項１記載の工作機械の熱変形防止構造。
7. 上記液体収容部は、密封手段により密封されている請求項２乃至６の何れか１項に記載の工作機械の熱変形防止構造。
8. 上記熱変形防止手段の撹拌手段は、上記液体収容部内の液体に空気を供給することにより循環させるエアレーション装置を備え、上記液体収容部の上方は大気開放されている請求項１記載の工作機械の熱変形防止構造。
9. 上記液体収容部内の液体は、防腐性及び防錆性を有する添加物を含む水である請求項１乃至８の何れか１項に記載の工作機械の熱変形防止構造。
10. 上記液体収容部内の液体はオイルであり、上記熱変形防止手段の撹拌手段は、上記液体収容部内の上記オイルを冷却して循環させるオイルクーラ循環装置を備えている請求項１記載の工作機械の熱変形防止構造。
11. 上記構造体は、上下方向に延びるように形成されて互いに水平方向に間隔を置いて配置されて対をなす第１の構造体及び第２の構造体であり、これら第１の構造体及び第２の構造体の各々には、上記液体収容部及び上記熱変形防止手段がそれぞれ設けられている請求項１乃至１０の何れかに記載の工作機械の熱変形防止構造。
12. 上記請求項１乃至１１の何れか１項に記載の熱変形防止構造を備えた工作機械。

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