JP2015218861A - ボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ボールねじのねじ軸を支持する軸受装置又は軸受装置近傍を効率良く冷却できる冷却機構を備えたボールねじ装置を提供する。
【解決手段】ボールねじ装置１は、ボールねじ１０と、そのねじ軸１１０を支持する１対の軸受装置１０１Ａ，１０１Ｂとを有する。軸受装置１０１Ａのハウジング１３０には、その軸方向に貫通し、冷却媒体を通過させる第１冷却用貫通孔１７０が複数形成される。また、軸受装置１０１Ｂのハウジング２３０には、径方向に貫通し、冷却媒体を通過させる第２冷却用貫通孔２７１が設けられる。ねじ軸１１０内には、ねじ軸１１０の軸方向に沿って冷却媒体を通過させる第３冷却用貫通孔２７２と、第２冷却用貫通孔２７１と第３冷却用貫通孔２７２とを連結する第４冷却用貫通孔２７３とが形成される。
【選択図】図１

Description

この発明は、ボールねじと、そのボールねじのねじ軸の端部を回転自在に支持する軸受装置とを有するボールねじ装置に関する。

ボールねじは、内周面に螺旋溝が形成されたナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、ナットの螺旋溝とねじ軸の螺旋溝とで形成される軌道に配置されたボールと、を備えている。
工作機械、射出成形機、半導体素子製造装置等の精密送り機構として使用されるボールねじは、高速、高サイクルで使用されると高温になり、ねじ軸やナットに熱変形が生じる（ねじ軸は熱膨張により伸びる）。これに伴い、ボールの負荷分布異常や作動性の悪化が生じて、送り機構としての位置決め精度が悪化する。そのため、高い位置決め精度が要求されるボールねじでは、ねじ軸、ナット、及びねじ軸の端部に配置された軸受装置を冷却する対策が施されている。

特許文献１には、ボールねじと転がり軸受を冷却する構成が開示されている。具体的には、図１４に示すように、ねじ軸１００６の端部を回転自在に支持する転がり軸受１００５の外輪が内嵌されるハウジング１００３と、移動体１００２がナット１００７に固定されたボールねじとが特許文献１に開示されている。そして、ハウジング１００３と本体フレーム１００１との隙間δ_１、及びナット１００７と移動体１００２との隙間δ_２に断熱材としての機能を備えたスペーサ（断熱カラー）がそれぞれ設けられている。

実開平０１−１１７８４７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術には、転がり軸受の冷却効率の点で改善の余地がある。具体的には、ハウジングの外周部を冷却しており、発熱源である軸受装置及びその近傍ではないため、効率的な冷却がなされないという点である。
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、ボールねじのねじ軸の端部を回転自在に支持する転がり軸受、又は軸受装置の近傍を効率的に冷却できるボールねじ装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のある態様のボールねじ装置は、内周面に螺旋溝が形成されたナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、上記ナットの螺旋溝と上記ねじ軸の螺旋溝とで形成される軌道に配置されたボールとを備えたボールねじと、
上記ねじ軸の両端部を支持する少なくとも１対の軸受装置とを有し、
上記１対の軸受装置のうち一方の軸受装置は、上記端部に嵌合して上記ねじ軸と一体に回転する内輪と、該内輪の外周面に配設された複数の転動体を介して上記内輪を回転可能に支持する外輪とにより形成された複数の軸受と、
上記外輪の外周面と当接する内周面を有して上記ねじ軸を回転可能に支持するハウジングとを備え、
上記ハウジングの両端部を貫通し、冷却媒体を通過させる第１冷却用貫通孔が上記ハウジングの軸方向に沿って複数形成され、
上記１対の軸受装置のうち他方の軸受装置は、上記端部に嵌合して上記ねじ軸と一体に回転する内輪と、該内輪の外周面に配設された複数の転動体を介して上記内輪を回転可能に支持する外輪とにより形成された複数の軸受と、
上記外輪の外周面と当接する内周面を有して上記ねじ軸を回転可能に支持するハウジングとを備え、
上記ハウジングの外周面と内周面とを貫通し、冷却媒体を通過させる第２冷却用貫通孔が上記ハウジングの径方向に沿って１つ以上形成され、
上記ねじ軸の軸方向に沿って冷却媒体を通過させる第３冷却用貫通孔が上記ねじ軸内に形成され、
第２冷却用貫通孔と第３冷却用貫通孔とを連結する第４冷却用貫通孔が上記ねじ軸内に形成されている。

第１冷却用貫通孔をこのように配置することにより、ハウジングの外側よりも転がり軸受に近いハウジングの内部に設けた第１冷却用貫通孔を使用してハウジングの円周方向で均一な冷却を行うことができるため、ハウジングの外側を空冷する特許文献１の方法よりも、ボールねじのねじ軸の端部を回転自在に支持する転がり軸受を効率良く冷却できる。また、第１冷却用貫通孔が３〜６本形成されてもよい。
また、第２〜第４冷却用貫通孔を配設することにより、ハウジングの外側よりも転がり軸受に近いハウジングの内部に設けた冷却用貫通孔を使用してハウジングの円周方向で均一な冷却を行うことができる。よって、ハウジングの外側を空冷する特許文献１の方法よりも、ボールねじのねじ軸の端部を回転自在に支持する転がり軸受を効率良く冷却できる。

ここで、上記ボールねじ装置においては、第１冷却用貫通孔を連通する溝部が、上記ハウジングの端面に形成されることが好ましい。
また、上記ボールねじ装置においては、第１冷却用貫通孔が、継手部材を介して配管によりハウジングの外部で連結されていることが好ましい。
また、上記ボールねじ装置においては、第１冷却用貫通孔が、上記ハウジングの周方向に沿って均等に配置されることが好ましい。
また、上記ボールねじ装置においては、第１冷却用貫通孔が３〜６本形成されることが好ましい。

ここで、上記ボールねじ装置においては、第２冷却用貫通孔が、上記１対の軸受装置のうち他方の軸受装置の上記軸受と上記ナットとの間に配設されてもよく、上記軸受の上記ナットと反対側に配置されてもよい。
また、上記ボールねじ装置においては、上記１対の軸受装置のうち他方の軸受装置が上記ねじ軸の一方の端部を支持されてもよい。
また、上記ボールねじ装置においては、上記軸受装置が上記ねじ軸の両方の端部を支持されてもよい。
また、上記ボールねじ装置においては、上記複数の軸受はＤＢ形であってもよい。

また、上記ボールねじ装置においては、上記軸受が、単列アンギュラ玉軸受、単列円すいころ軸受、複列アンギュラ玉軸受、複列円すいころ軸受のいずれかであってもよい。
また、上記ボールねじ装置においては、第２冷却用貫通孔が、継手部材を介して配管によりハウジングの外部で連結されてもよい。
また、上記ボールねじ装置においては、第２冷却用貫通孔が、上記ハウジングの径方向に沿って均等に配設されてもよい。

本発明のボールねじ装置によれば、ボールねじのねじ軸の端部を回転自在に支持する転がり軸受又は軸受装置の近傍を効率良く冷却することができる。

ボールねじ装置の第１実施形態における構成を示す正面図である。 ボールねじ装置の第１実施形態における第１軸受装置の構成を示す正面図である。 図２のａ矢視図である。 図２のｂ矢視図である。 図４のＶ−Ｖ断面図である。 図２の第１軸受装置を構成する押え蓋を示す平面図である。 ボールねじ装置の第１実施形態における第２軸受装置の構成を示す図であり、（ａ）は部分断面図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図である。 ボールねじ装置の第２実施形態における第２軸受装置の構成を示す部分断面図である。 ボールねじ装置の第３実施形態の他の例における構成を示す正面図である。 ボールねじ装置の第４実施形態における軸受装置の構成を示す正面図である。 ボールねじ装置の第４実施形態における軸受装置の構成を示す右側面図である。 ボールねじ装置の第４実施形態における軸受装置の構成を示す左側面図である。 ボールねじ装置の第４実施形態における軸受装置の構成を示す軸方向に沿った断面図である。 従来のボールねじ装置の構成を示す図である。

（第１実施形態）
以下、ボールねじ装置の第１実施形態について、図面を参照して説明する。
この実施形態のボールねじ装置１は、図１に示すように、ボールねじ１０と、このボールねじ１０のねじ軸１１０を支持する軸受装置１０１とを有する。
ここで、ねじ軸１１０の一方の端部（同図右側の軸端）には、駆動プーリ５０が装着され、電動モータ（図示せず）の回転運動が動力伝達機構を介してこの駆動プーリ５０に伝達されて、ボールねじ１０が駆動されるようになっている。以下、駆動プーリ５０に近い側（図示しない電動モータに近い側）の第１軸受装置１０１Ａを「モータ側の軸受装置１０１Ａ」、駆動プーリ５０から遠い側（図示しない電動モータから遠い側）の第２軸受装置１０１Ｂを「非モータ側の軸受装置１０１Ｂ」ということがある。

＜ボールねじ＞
ボールねじ１０は、ねじ軸１１０と、ナット２０と、ねじ軸１１０の外周面及びナット２０の内周面それぞれに対向して形成された螺旋溝に転動自在に充填されたボール（図示せず）とを有してなる。そして、ボールを介してねじ軸１１０に螺合されているナット２０とねじ軸１１０とを相対回転運動させると、ボールの転動を介してねじ軸１１０とナット２０とが軸方向に相対移動するようになっている。
すなわち、ボールねじ装置１は、ボールねじ１０のねじ軸１１０の少なくとも一方の端部が軸受装置１０１Ａ，１０１Ｂを介してブラケット３０に回転自在に支持されるとともに、ナット２０が図示しないテーブルに対して固定されている。

＜軸受装置＞
本実施形態のボールねじ装置１は、ねじ軸１１０の両端部を支持する少なくとも１対の軸受装置１０１Ａ，１０１Ｂを有する。
［第１軸受装置］
１対の軸受装置１０１Ａ，１０１Ｂのうち、一方の軸受装置１０１Ａ（以下、第１軸受装置１０１Ａということがある）は、図５に示すように、ボールねじ１０のねじ軸１１０の少なくとも一方の軸受嵌合部１１２を回転自在に支持する二個の転がり軸受１２０Ａ，１２０Ｂと、両転がり軸受１２０Ａ，１２０Ｂの外輪１２３Ａ，１２３Ｂが内嵌されるハウジング１３０とを有する。また、軸受装置１０１（図１）は、転がり軸受１２０Ａ，１２０Ｂの内輪２１２，１２１の軸方向への移動を制限するスペーサ１５０およびロックナット１４０と、外輪１２３Ａ，１２３Ｂの軸方向への移動を制限する押え蓋１６０とを有する。さらに、軸受装置１０１は、図２〜図５に示すように、継手部材１７６ａ〜１７６ｄ，１７７ａ〜１７７ｄと、複数の配管１９０と、押え蓋１６０をハウジング１３０に固定するボルト１９５とを有する。

ねじ軸１１０の軸受嵌合部１１２は小径部となっていて、その段差部と一方の転がり軸受１２０Ａの内輪１２１との間に、スペーサ１５０が配置されている。他方の転がり軸受１２０Ｂの内輪１２１の外側（他方の転がり軸受１２０Ｂを基準として一方の転がり軸受１２０Ａが設けられた側と反対側）にもスペーサ１５０が配置され、さらにその外側にロックナット１４０が配置されている。転がり軸受１２０Ａ，１２０Ｂの外輪１２３，１２３は、ハウジング１３０の内周面の大径部に配置されている。一方の転がり軸受１２０Ａの外輪１２３の端面が段差面に当接し、他方の転がり軸受１２０Ｂの外輪１２３が押え蓋１６０の端面に当接している。

図２〜図５に示すように、ハウジング１３０の軸方向の一端にはフランジ部１３２が形成されている。フランジ１３２には、ボルト１９５を螺合させる雌ねじ１３２ａと、取付用のボルトを挿入するボルト穴１３２ｂが形成されている。ハウジング１３０には、また、軸方向に貫通する４本の冷却用貫通孔１７１〜１７４が、円周方向に等間隔で形成されている。各冷却用貫通孔１７１〜１７４の両端部に、管用テーパー雌ねじ部１７５が形成されている。

図６に示すように、押え蓋１６０は、ねじ軸１１０が遊嵌される大きさの中心穴１６１を有する円板状部材であって、ボルト１９５の頭部側を配置するボルト穴１６２が、円周方向の８カ所に等間隔で形成されている。これらのボルト穴１６２は、ハウジング１３０の雌ねじ１３２ａに対応する位置に設けてある。また、押え蓋１６０の外周部には、ハウジング１３０の各冷却用貫通孔１７１〜１７４に対応する位置に、凹部１６３が形成されている。

組立時には、先ず、一方のスペーサ１５０を、ねじ軸１１０の軸受嵌合部１１２の段差部に接触させて取り付けた後、ハウジング１３０とねじ軸１１０の軸受嵌合部１１２との間に転がり軸受１２０Ａ，１２０Ｂを取り付ける。次に、押え蓋１６０の中心穴１６１をねじ軸１１０に通して、押え蓋１６０をハウジング１３０のフランジ１３２側に配置し、ボルト１９５を押え蓋１６０のボルト穴１６２から挿入してフランジ１３２の雌ねじ１３２ａに螺合する。次に、他方のスペーサ１５０をねじ軸１１０の軸受嵌合部１１２に取り付けて、ロックナット１４０を締め付ける。これにより、転がり軸受１２０Ａ，１２０Ｂの外輪１２３，１２３がハウジング１３０に固定され、内輪１２１，１２１がねじ軸１１０の軸受嵌合部１１２に固定される。

この状態で、押え蓋１６０の凹部１６３から各継手部材１７６ａ〜１７６ｄ，１７７ａ〜１７７ｄを入れて、図５に示すように、その先端部（管用テーパー雄ねじ部）を各冷却用貫通孔１７１〜１７４の管用テーパー雌ねじ部１７５に螺合する。これにより、図２〜図４に示すように、ハウジング１３０の各冷却用貫通孔１７１〜１７４の両端に、各継手部材１７６ａ〜１７６ｄ，１７７ａ〜１７７ｄが連結された状態となる。

そして、フランジ１３２側の継手部材１７６ａと継手部材１７６ｄとを配管１９０で連結する。フランジ１３２側の継手部材１７６ｂに冷却媒体導入用配管１９０を接続する。フランジ１３２側の継手部材１７６ｃに冷却媒体排出用配管１９０を接続する。ハウジング１３０のフランジ１３２が形成されていない側では、継手部材１７７ａと継手部材１７７ｂとを配管１９０で連結し、継手部材１７７ｃと継手部材１７７ｄとを配管１９０で連結する。

この実施形態のボールねじにおいて、冷却媒体導入用配管１９０から導入された冷却媒体は、継手部材１７６ｂ→ハウジング１３０の冷却用貫通孔１７２→継手部材１７７ｂ→配管１９０→継手部材１７７ａ→ハウジング１３０の冷却用貫通孔１７１→継手部材１７６ａ→配管１９０→継手部材１７６ｄ→ハウジング１３０の冷却用貫通孔１７４→継手部材１７７ｄ→配管１９０→継手部材１７７ｃ→ハウジング１３０の冷却用貫通孔１７３→継手部材１７６ｃ→冷却媒体排出用配管１９０の順に流れる。この冷却媒体の流れによりハウジング１３０が冷却される。

したがって、この実施形態の軸受装置によれば、ハウジング１３０の円周方向で均一な冷却がなされるため、ハウジング１３０、転がり軸受１２０Ａ，１２０Ｂ、ねじ軸１１０の軸受嵌合部１１２が周方向で均一に冷却されて、熱変形が抑制される。これに伴い、転がり軸受１２０Ａ，１２０Ｂが効率良く冷却されるため、転がり軸受１２０Ａ，１２０Ｂのボールの負荷分布異常や作動性の悪化を防ぐことができる。

［第２軸受装置］
また、１対の軸受装置１０１Ａ，１０１Ｂのうち、他方の軸受装置１０１Ｂ（以下、第２軸受装置１０１Ｂということがある）は、図７（ａ）に示すように、ボールねじ１０（図１）のねじ軸１１０の端部２１２を回転自在に支持する二個の転がり軸受２２０Ａ，２２０Ｂと、両転がり軸受２２０Ａ，２２０Ｂの外輪２２３Ａ，２２３Ｂが内嵌されるハウジング２３０とを有する。また、第２軸受装置１０１Ｂは、転がり軸受２２０Ａ，２２０Ｂの内輪２２１Ａ，２２１Ｂの軸方向への移動を制限するスペーサ２５０及びロックナット２４０と、外輪２２３Ａ，２２３Ｂの軸方向への移動を制限する押え蓋２６０とを有する。さらに、第２軸受装置１０１Ｂは、図７（ａ）に示すように、継手部材２７０と、配管２８０と、押え蓋２６０をハウジング２３０に固定するボルト２９５とを有する。

ねじ軸１１０の端部２１２は小径部となっていて、その段差部と一方の転がり軸受２２０Ａの内輪２２１Ａとの間に、スペーサ２５０が配置されている。他方の転がり軸受２２０Ｂの内輪２２１Ｂの外側（他方の転がり軸受２２０Ｂを基準として一方の転がり軸受２２０Ａが設けられた側と反対側）にもスペーサ２５０が配置され、さらにその外側にロックナット２４０が配置されている。転がり軸受２２０Ａ，２２０Ｂの外輪２２３Ａ，２２３Ｂは、ハウジング２３０の内周面の大径部に配置されている。一方の転がり軸受２２０Ａの外輪２２３Ａの端面が段差面に当接し、他方の転がり軸受２２０Ｂの外輪２２３Ｂが押え蓋２６０の端面に当接している。
図７（ａ）に示すように、ハウジング２３０の軸方向の一端にはフランジ２３２が形成されている。フランジ２３２には、ボルト２９５を螺合させる雌ねじ２３２ａと、取付用のボルトを挿入するボルト穴２３２ｂが形成されている。

［第２冷却用貫通孔〜第４冷却用貫通孔］
ここで、ハウジング２３０には、ハウジング２３０の内周面と外周面とを貫通する第２冷却用貫通孔２７１が設けられている。この第２冷却用貫通孔２７１は、ハウジング２３０の径方向に沿って１つ以上形成される。また、本実施形態では、第２冷却用貫通孔２７１が、軸受２２０を基準として、ナット２０とは反対側に配置されている。この第２冷却用貫通孔２７１内に冷却媒体が通過する。

また、ねじ軸１１０内には、そのねじ軸１１０の軸方向に沿って冷却媒体を通過させる第３冷却用貫通孔２７２が設けられている。また、ねじ軸１１０内には、第２冷却用貫通孔２７１と第３冷却用貫通孔２７２とを連結する第４冷却用貫通孔２７３が形成されている。例えば、第３冷却用貫通孔２７２がねじ軸１１０の軸方向の中心に穿設され、この第３冷却用貫通孔２７２の一端部２７２ａに連結する第４冷却用貫通孔２７３がねじ軸１１０の径方向にねじ軸１１０を貫通して１つ以上設けられている。なお、冷却用媒体は、第３冷却用貫通孔２７２の他端部２７２ｂに接続されたポンプ（図示せず）などにより、第２冷却用貫通孔２７１のハウジング２３０の外周面側の開口部２７１ａから導入され、第３冷却用貫通孔２７２の他端部２７２ｂから排出される。

ここで、スペーサ２５０には、第２冷却用貫通孔２７１、及び第４冷却用貫通孔２７３に連通する貫通孔２５１が設けられている。すなわち、第２冷却用貫通孔２７１は、スペーサ２５０に設けられた貫通孔２５１を介して第４冷却用貫通孔２７３に連結されている。また、第２冷却用貫通孔２７１は、ハウジング２３０の内周面側の開口部２７１ａ付近に１対のシール部材２９０が設けられている。これら１対のシール部材２９０，２９０は、背面配置されている。このような構成により冷却媒体がハウジング２３０からねじ軸１１０側に流れたり、ねじ軸１１０からハウジング２３０側へ流れても、シール部材２９０によって、冷却媒体が漏れることがないため、効率よく冷却することができる。

シール部材２９０の材料としては、熱伝達率、耐摩耗性、含水性（耐薬品性）を考慮すると、ニトリルゴム、アクリルゴム、シリコンゴム、フッ素ゴム等のゴム材料が挙げられ、これらの中でも、ニトリルゴムが好ましい。
また、シール部材２９０の他の材料として、熱伝達率、耐摩耗性、含水性（耐薬品性）を考慮すると、ポリスチレン系、ポリオレフイン系、塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系などの熱可塑性エラストマ材料が挙げられる。これらの中でも、塩化ビニル系が好ましい。

ここで、本実施形態のボールねじ装置は、ボールねじを支持する両端の軸受の組合せをＤＢ形（ＤＢ組合せ）としている。このような構成とすることにより、ねじ軸が撓まないという効果を奏する。また、モータ側の軸受装置１０１Ａはモータの発熱によって軸受の温度が高くなるため、モータ側の軸受装置１０１Ａの軸受の温度を低くする必要がある。よって、冷却水の冷媒の温度を非モータ側の軸受装置１０１Ｂより低くするか、あるいは、冷媒量を増加させる。

また、軸受の組み合わせとして、モータ側の軸受装置１０１Ａを、ＤＢ形（ＤＢ組合せ）、及びＤＴ形（ＤＴ組合せ）とし、非モータ側の軸受装置１０１Ｂを、ＤＢ形（ＤＢ組合せ）、ＤＴ形（ＤＴ組合せ）、ＤＦ形（ＤＦ組合せ）、又は単列とする。
さらに、本実施形態のボールねじ装置において支持されるボールねじとしては、エンドデフレクタ式、チューブ式、こま式、エンドキャップ式が挙げられる。特に、モータ側の軸受装置１０１Ａの軸受をＤＢ形（ＤＢ組合せ）とすることにより、ねじ軸が振れ回らないという効果を奏する。

ここで、軸受２２０はラジアル方向（径方向）だけでなくアキシアル方向（軸方向）の荷重も負荷する必要があるため、アンギュラ玉軸受や円すいころ軸受が使われる。しかし、非モータ側では軸受２２０の組合せをＤＢ形（背面組合せ）として、軸受２２０の内輪２２１側に軸方向の圧縮力が加わり、予圧を与える。一方、アンギュラ玉軸受を２個使った場合であるが、軸受２２０の組合せがＤＢ形（背面組合せ）であれば、軸受２２０の内輪２２１側に軸方向の圧縮力が加えられ、予圧を与えることができるので、いくつ使用してもよい。

［冷却媒体］
本実施形態に用いられる冷却媒体としては、流体として各種の気体、液体が使用できる。気体としては、空気あるいは圧縮空気の他、窒素、不活性ガス（アルゴン等）、炭化水素（ブタン、イソブタン等）、ヘリウム、アンモニア、二酸化炭素等、更にはこれらの混合物が使用できる。液体としては、水の他、水に防錆剤を加えたクーラント、水に各種添加剤を加えたクーラント、もしくは冷媒油として各種の油も使用できる。具体的には鉱油、動植物油、合成油が使用できる。これらは使用環境等に応じて適宜選択すれば良い。更に、冷却媒体は温度管理されており、流量も管理されていることが好ましい。特に、冷却媒体を乱流状態で使用するのが好ましい。
ここで、回転している軸受装置においては、外輪１２３Ａ，１２３Ｂ、内輪１２１Ａ，１２１Ｂ、転動体１２２の順に温度が高い傾向がある。

以上説明したように、本実施形態では、軸受装置１０１Ａは、ねじ軸１１０内を通ってハウジング１３０を冷却しているため、軸受装置１０１Ａの内輪１２１Ａ，１２１Ｂ、外輪１２３Ａ，１２３Ｂ、転動体１２２も冷却できる。そのため、ハウジング１３０を通過して外輪を冷却している軸受装置１０１Ｂよりも軸受装置１０１Ａのほうが、冷却効果が大きい。したがって、軸受装置１０１Ａに発生する熱量は軸受装置１０１Ｂに発生する熱量よりも大きい。また、発生する熱量が大きいため、軸受装置１０１Ａのほうが表面温度は高い。熱は温度の高いほうから低いほうへ移るため、軸受装置１０１Ａに発生した熱は軸受装置１０１Ｂのほうへ移る。そのため、軸受装置１０１の表面温度は低くなる。

（第２実施形態）
次に、ボールねじ装置の第２実施形態について図面を参照して説明する。図８は、ボールねじの第２実施形態における構成を示す軸方向に沿った断面図である。本実施形態のボールねじ装置１は、ハウジング２３０における第２冷却用貫通孔２７１の設置位置が異なる以外は第１実施形態と同様の構成である。以下、第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略又は簡略にし、異なる構成を中心に説明する。

図８（ａ）に示すように、ボールねじ装置１は、ハウジング２３０の内周面と外周面とを貫通する第２冷却用貫通孔２７１がハウジング２３０に設けられている。この第２冷却用貫通孔２７１は、ハウジング２３０の径方向に沿って１つ以上形成される。また、本実施形態では、第２冷却用貫通孔２７１が、軸受２２０とナット２０との間に配置されている。この第２冷却用貫通孔２７１内に冷却媒体が通過する。

また、ねじ軸１１０内には、そのねじ軸１１０の軸方向に沿って冷却媒体を通過させる第３冷却用貫通孔２７２が設けられている。また、ねじ軸１１０内には、第２冷却用貫通孔２７１と第３冷却用貫通孔２７２とを連結する第４冷却用貫通孔２７３が形成されている。例えば、第３冷却用貫通孔２７２がねじ軸１１０の軸方向の中心に穿設され、この第３冷却用貫通孔２７２の一端部２７２ａに連結する第４冷却用貫通孔２７３がねじ軸１１０の径方向にねじ軸１１０を貫通して１つ以上設けられている。なお、冷却用媒体は、第３冷却用貫通孔２７２の他端部２７２ｂに接続されたポンプ（図示せず）などにより、第２冷却用貫通孔２７１のハウジング２３０の外周面側の開口部２７１ａから導入され、第３冷却用貫通孔２７２の他端部２７２ｂから排出される。

ここで、スペーサ２５０には、第２冷却用貫通孔２７１、及び第４冷却用貫通孔２７３に連通する貫通孔２５１が設けられている。すなわち、第２冷却用貫通孔２７１は、スペーサ２５０に設けられた貫通孔２５１を介して第４冷却用貫通孔２７３に連結されている。また、第２冷却用貫通孔２７１は、ハウジング２３０の内周面側の開口部２７１ａ付近に１対のシール部材２９０が設けられている。これら１対のシール部材２９０，２９０は、背面配置されている。

（第３実施形態）
次に、ボールねじ装置の第３実施形態について図面を参照して説明する。図９は、ボールねじの第３実施形態における構成を示す軸方向に沿った断面図である。本実施形態のボールねじ装置１は、ナットの冷却機能を備えた以外は第１実施形態及び第２実施形態と同様の構成である。以下、第１実施形態及び第２実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略又は簡略にし、異なる構成を中心に説明する。
図９に示すように、ボールねじ装置１は、ボールねじ１０と、このボールねじ１０のねじ軸１１０を支持する上述の軸受装置１０１とを有する。

ここで、ボールねじ１０のナット２０には、ナット２０を軸方向に貫通する複数の冷却用貫通孔２１ａ〜２１ｄが円周方向に等間隔で形成されている。ナット２０の各冷却用貫通孔２１ａ〜２１ｄの両端には、それぞれ継手部材３１ａ〜３１ｄ，３２ａ〜３２ｄが連結されている。
そして、フランジ２２側の継手部材３１ａと継手部材３１ｄとが配管３３で連結されている。また、フランジ２２側の継手部材３１ｂに冷却液導入用配管３４が接続されている。また、フランジ２２側の継手部材３１ｃには冷却液排出用配管３５が接続されている。

一方、ナット２０のフランジ２２が形成されていない側の端部では、継手部材３２ａと継手部材３２ｂとが配管３６で連結され、継手部材３２ｃと継手部材（図示せず）とが配管３７で連結されている。
このような構成をなすボールねじ１０は、冷却液導入用配管３４から冷却液が導入されることによって、その冷却液が、
継手部材３１ｂ→冷却用貫通孔２１ｂ→配管３６→継手部材３２ａ→冷却用貫通孔２１ａ→継手部材３１ａ→配管３３→継手部材３１ｄ→冷却用貫通孔２１ｄ→配管３７→冷却用貫通孔２１ｃ→継手部材３１ｃ→冷却液排出用配管３５の順に流れる。その結果、この冷却液の流れによりナット２０が冷却される。

（第４実施形態）
次に、ボールねじ装置の第４実施形態について図面を参照して説明する。図１０は、ボールねじ装置の第４実施形態における構成を示す正面図である。また、図１１は、ボールねじ装置の第４実施形態における構成を示す右側面図である。また、図１２は、ボールねじ装置の第４実施形態における構成を示す左側面図である。また、図１３は、ボールねじの第４実施形態における構成を示す軸方向に沿った断面図である。
図１０〜図１３に示すように、第１軸受装置１０１Ａは、ねじ軸１１０を回転可能に支持する複列の転がり軸受１２０と、転がり軸受１２０を収容するハウジング１３０とを備えている。

＜転がり軸受＞
図１３に示すように、転がり軸受１２０は、ねじ軸１１０の端部に嵌合してねじ軸１１０と一体に回転する二つの内輪１２１，１２１を有しており、これら内輪１２１，１２１の内周面１２１ａ，１２１ａには、複数の転動体１２２を介して内輪１２１を回転可能に支持する外輪１２３，１２３がそれぞれ設けられている。
転がり軸受１２０の内輪１２１は、ねじ軸１１０に形成された段部とロックナット１４０とにより所定位置に位置決めされている。このロックナット１４０はねじ軸１１０の端部に螺嵌されており、ロックナット１４０と内輪１２１との間のねじ軸１１０の外周には、例えば皿バネ又はコイルバネあるいは縦弾性係数の金属等からなるスペーサ１５０が設けられている。

また、転がり軸受１２０の内輪１２１は、ロックナット１４０の締付け力により前述した段部１１１に押圧されており、この段部１１１と内輪１２１との間のねじ軸１１０の外周には、例えば皿バネ又はコイルバネあるいは縦弾性係数の金属等からなるスペーサ１５０が設けられている。
なお、転がり軸受１２０の内輪１２１はねじ軸１１０に形成された段部１１１とロックナット１４０とにより所定位置に位置決めされている。

＜ハウジング＞
ハウジング１３０は、例えば、円筒形状をなす。また、図１３に示すように、ハウジング１３０の内周面１３０ａは、転がり軸受１２０の外周面（外輪１２３の外周面１２３ａ）に嵌合している。したがって、ハウジング１３０は、ねじ軸１１０を回転可能に支持することとなる。
また、図１３に示すように、ハウジング１３０の外周面は、図示しないベアリングサポートの内周面と摺動可能に嵌合している。すなわち、ハウジング１３０を介してベアリングサポート（図示せず）が転がり軸受１２０を支持している。

＜押え蓋＞
転がり軸受１２０の外輪１２３は、ハウジング１３０の内周面１３０ａに形成された段部１３１及び第２の押え蓋１６０Ｂにより所定位置に位置決めされている。この押え蓋１６０Ａ，１６０Ｂは、複数のボルト２００によりハウジング１３０の軸方向の端面１３０ｂ，１３０ｂに取り付けられている（図１３参照）。

＜冷却用貫通孔＞
ハウジング１３０には、ハウジング１３０の両端部（両端面）を軸方向に貫通する第１冷却用貫通孔１７０が複数形成されている。これら第１冷却用貫通孔１７０は、ハウジング１３０の外周面に沿って、又は同一円周上に配置されることが好ましく、均等に配置されることがさらに好ましい。なお、これら第１冷却用貫通孔１７０は、冷却媒体を通過させるために設けられるものである。冷却媒体は、複数の第１冷却用貫通孔１７０のいずれかに連結された冷却管１９０によって供給又は排出される。冷却管１９０は、冷却媒体を供給し、かつ冷却媒体を回収して再び冷却機能を備えさせて再び供給させる冷却媒体循環装置（図示せず）に連結されている。

＜溝部＞
ハウジング１３０の端面１３０ｂ，１３０ｂには、第１冷却用貫通孔１７０の開口部を連通する溝部１８０が端面１３０ｂ，１３０ｂの外周に沿って形成されていることが好ましい。このように設けられた溝部１８０は、ガスケット１８５を介して、第１の押え蓋１６０Ａ又は第２の押え蓋１６０Ｂにより密封されることで、第１冷却用貫通孔１７０に連通する流路Ｂ〜Ｄ（図１１及び図１２参照）が形成される。溝部１８０が形成される形態を採用することにより、ハウジング１３０に第１冷却用貫通孔１７０のみが形成された形態よりも第１冷却用貫通孔１７０に通過させる冷却媒体を供給するための部品点数を減少させ、結果としてコストの低減が図れる。

ここで、上述のように、流路は、溝部１８０と、第１の押え蓋１６０Ａ又は第２の押え蓋１６０Ｂとにより形成されるが、第１の押え蓋１６０Ａ及び第２の押え蓋１６０Ｂの溝部１８０に対向する面は平坦であることが好ましい。第１の押え蓋１６０Ａ及び第２の押え蓋１６０Ｂの溝部１８０に対向する面に、溝部１８０に対応する別の溝部を形成すると、フランジの組違いなどにより流路が好適に形成されない場合があり、加工コストも低減でき、製品管理も容易であるからである。

［冷却用貫通孔の設置位置］
複数形成される第１冷却用貫通孔１７０の設置位置としては、ハウジング１３０の周方向に沿って均等に配置することが好ましい。しかし、第１冷却用貫通孔１７０が２本である場合、すなわち、第１冷却用貫通孔１７０が均等配置（１８０°等配）では、第１冷却用貫通孔１７０から離れた部分では温度が高くなるため、温度勾配が発生し、転がり軸受１２０の外輪１２３の断面形状はラグビーボール状になる。これにより、転がり軸受１２０の外輪１２３の真円度（円筒度）が低下し、転がり軸受１２０への負荷が不均一となるため作動性などに影響が出やすくなってしまうので、好ましくない。

［冷却用貫通孔の本数］
また、第１冷却用貫通孔１７０の本数を増やすことで、転がり軸受１２０のより大きな冷却効果が得られると共に、転がり軸受１２０の外輪１２３の真円度（円筒度）が向上すると考えられるが、無闇に第１冷却用貫通孔１７０の本数を増やすべきではない。それは、第１冷却用貫通孔１７０の本数を増やすということは、ハウジング１３０の強度低下も意味し、結果として、ボールねじ軸の支持剛性を低下させることにつながってしまうためである。

加えて、第１冷却用貫通孔１７０の加工は縦長比が大きいため、加工に手間がかかりコストを上昇させてしまう。
そこで、本実施形態では、図１０〜図１３に示すように、第１冷却用貫通孔１７０の本数を４本としているが、構造により第１冷却用貫通孔１７０を均等に４本設けることが難しい場合には３本でもよい。

［冷却媒体の循環経路］
このように第１冷却用貫通孔１７０が形成された軸受装置１０１においては、図１０〜図１３に示すように、冷却管１９１から供給された冷却媒体が、「Ａ」部分で冷却管１９１に連結された冷却用貫通孔１７１に流入し、流路「Ｂ」を経て冷却用貫通孔１７２に流入し、流路「Ｃ」を経て冷却用貫通孔１７３に流入し、流路「Ｄ」を経て冷却用貫通孔１７４に流入し、「Ｅ」部分で連結された冷却管１９２から排出される。

このように、軸受装置１０１では、ハウジング１３０に複数の第１冷却用貫通孔１７０を設け、それら第１冷却用貫通孔１７０と、溝部１８０及び第１の押え蓋１６０Ａあるいは第２の押え蓋１６０Ｂによって形成される流路に冷却媒体を流すことで、発熱源である軸受の直近部を効率的に冷却することができる。その結果、転がり軸受１２０の発熱を抑制することができ、熱膨張によるボールねじとねじ軸１１０との間の伸びを減少させ、位置決め精度などを向上させることができる。

また、第１冷却用貫通孔１７０を均等に配置することで、温度分布が均一に近づき、不均一な熱変形を抑えることができるため、転がり軸受１２０の内部におけるボール（転動体１２２）の負荷分布異常や作動性の悪化を防ぐことができる。ここで、軸受装置１０１においては、冷却管１９０（１９１，１９２）がねじ軸１１０の軸受嵌合部１１２側（ねじ溝が形成されていない部分）に配置されてもよい。また、軸受装置１０１においては、冷却管１９０（１９１，１９２）がフランジ１３２側に配置されてもよい。

冷却管１９０（１９１，１９２）がねじ軸１１０の軸受嵌合部１１２側に配置される、すなわち、第１冷却用貫通孔１７０がねじ軸１１０の軸受嵌合部１１２側に配置されることによって、ねじ軸１１０のねじ溝が形成された側に第１冷却用貫通孔１７０を配置した場合に比べて、ボールねじのナット（図示せず）の移動範囲に影響を与えないため、ボールねじのナット（図示せず）の移動範囲を大きくできる。

また、冷却管１９０（１９１，１９２）がフランジ１３２側に配置される、すなわち、第１冷却用貫通孔１７０がフランジ１３２側に配置されることによって、冷却管１９０（１９１，１９２）を組み付けたまま、ハウジング１３０を図示しないハウジング固定部材（例えば、ベアリングサポートなど）に組み付けることができる。具体的に、ハウジング１３０を上記ハウジング固定部材に組み付けるにあたっては、図１３において、ハウジング１３０に対して、矢印の向きに上記ハウジング固定部材を組み付けることとなる。すなわち、ハウジング１３０におけるフランジ１３２が形成されていない側（第１の押え蓋１６０Ａが設けられた側）に冷却管１９０（１９１，１９２）を配置すると、ハウジング１３０を上記ハウジング固定部材に組み付けた後に、冷却管１９０（１９１，１９２）を組み付ける必要がある。しかし、冷却管１９０（１９１，１９２）がフランジ１３２側に配置された態様では、ハウジング１３０を上記ハウジング固定部材に組み付ける際に、冷却管１９０（１９１，１９２）が干渉しない。したがって、冷却管１９０（１９１，１９２）がフランジ１３２側に配置されることによって、冷却管１９０（１９１，１９２）を組み付けたまま、ハウジング１３０を上記ハウジング固定部材に組み付けることができる。

以上、ボールねじ装置の各実施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、上述した実施形態ではボールねじのねじ軸を支持する軸受として複列転がり軸受を例示したが、これに限定されるものではなく、単列転がり軸受であってもよい。また、各実施形態のボールねじ装置は、ナットを冷却するナット冷却装置と併用されることが好ましい。ボールねじの軸芯冷却では、ねじ軸内部に冷却経路が形成されるため軸受も冷却されるが、ナット冷却の場合にはナットが移動する部分しか冷却されず、軸受に対する冷却効果は期待できない場合に有効だからである。このため、ナット冷却では軸受の冷却も必要となる。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

１ ボールねじ装置
１０ ボールねじ
１０１ 軸受装置
１１０ ねじ軸
１２０ 転がり軸受
１２１ 内輪
１２２ 転動体
１２３ 外輪
１３０ ハウジング
１３２ フランジ
１４０ ロックナット
１５０ スペーサ
１６０ 押え蓋
１７０ 第１冷却用貫通孔
１８０ 溝部
１９０ 冷却管
２７１ 第２冷却用貫通孔
２７２ 第３冷却用貫通孔
２７３ 第４冷却用貫通孔

Claims (13)

1. 内周面に螺旋溝が形成されたナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、前記ナットの螺旋溝と前記ねじ軸の螺旋溝とで形成される軌道に配置されたボールとを備えたボールねじと、
   前記ねじ軸の両端部を支持する少なくとも１対の軸受装置とを有し、
   前記１対の軸受装置のうち一方の軸受装置は、前記端部に嵌合して前記ねじ軸と一体に回転する内輪と、該内輪の外周面に配設された複数の転動体を介して前記内輪を回転可能に支持する外輪とにより形成された複数の軸受と、
   前記外輪の外周面と当接する内周面を有して前記ねじ軸を回転可能に支持するハウジングとを備え、
   前記ハウジングの両端部を貫通し、冷却媒体を通過させる第１冷却用貫通孔が前記ハウジングの軸方向に沿って複数形成され、
   前記１対の軸受装置のうち他方の軸受装置は、前記端部に嵌合して前記ねじ軸と一体に回転する内輪と、該内輪の外周面に配設された複数の転動体を介して前記内輪を回転可能に支持する外輪とにより形成された複数の軸受と、
   前記外輪の外周面と当接する内周面を有して前記ねじ軸を回転可能に支持するハウジングとを備え、
   前記ハウジングの外周面と内周面とを貫通し、冷却媒体を通過させる第２冷却用貫通孔が前記ハウジングの径方向に沿って１つ以上形成され、
   前記ねじ軸の軸方向に沿って冷却媒体を通過させる第３冷却用貫通孔が前記ねじ軸内に形成され、
   第２冷却用貫通孔と第３冷却用貫通孔とを連結する第４冷却用貫通孔が前記ねじ軸内に形成されたことを特徴とするボールねじ装置。
2. 第１冷却用貫通孔を連通する溝部が、前記ハウジングの端面に形成された請求項１に記載のボールねじ装置。
3. 第１冷却用貫通孔が、継手部材を介して配管によりハウジングの外部で連結されている請求項１又は２に記載のボールねじ装置。
4. 第１冷却用貫通孔が、前記ハウジングの周方向に沿って均等に配置された請求項１〜３の何れか一項に記載のボールねじ装置。
5. 第１冷却用貫通孔が３〜６本形成された請求項１〜４の何れか一項に記載のボールねじ装置。
6. 第２冷却用貫通孔が、前記１対の軸受装置のうち他方の軸受装置の前記軸受と前記ナットとの間に配設された請求項１に記載のボールねじ装置。
7. 第２冷却用貫通孔が、前記１対の軸受装置のうち他方の軸受装置の前記軸受の前記ナットと反対側に配置された請求項１に記載のボールねじ装置。
8. 前記軸受装置が前記ねじ軸の一方の端部を支持する請求項１に記載のボールねじ装置。
9. 前記軸受装置が前記ねじ軸の両方の端部を支持する請求項１に記載のボールねじ装置。
10. 前記１対の軸受装置に設けられる複数の軸受のうち少なくとも何れか一方はＤＢ形である請求項１に記載のボールねじ装置。
11. 前記１対の軸受装置に設けられる複数の軸受のうち少なくとも何れか一方軸受が、単列アンギュラ玉軸受、単列円すいころ軸受、複列アンギュラ玉軸受、複列円すいころ軸受のいずれかである請求項１に記載のボールねじ装置。
12. 第２冷却用貫通孔が、継手部材を介して配管によりハウジングの外部で連結されている請求項１に記載のボールねじ装置。
13. 第２冷却用貫通孔が、前記ハウジングの径方向に沿って均等に配設された請求項１に記載のボールねじ装置。

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