JP6939247B2

JP6939247B2 - ボールねじ軸及びボールねじ軸を用いた工作機械

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Publication number: JP6939247B2
Application number: JP2017161052A
Authority: JP
Inventors: 敬介臼田; 伸充堀
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2017-08-24
Filing date: 2017-08-24
Publication date: 2021-09-22
Anticipated expiration: 2037-08-24
Also published as: JP2019039477A

Description

本発明は、ボールねじ軸及びボールねじ軸を用いた工作機械に関する。

従来、工作機械等では、公知のボールねじを利用して工具又は工作物を所望の位置まで直線移動させ位置決めを行なう技術がある。しかし、通常、工作機械によって加工を実施すると、各モータの発熱、及び加工による発熱等の各種要因によって工作機械は昇温する。そして、工具又は工作物の移動に伴うボールねじの回転やナット内のボールとの接触などにより、ボールねじを構成するボールねじ軸も昇温する。このため、ボールねじ軸は、自身の材質が有する固有の線膨張係数に応じて、昇温した温度分だけ軸線方向に伸長する。従って、制御装置がボールねじの駆動モータの回転制御を常温時における場合と同様の指令値で制御すると、工具の移動量がボールねじ軸の伸長分に応じて所望の値からずれてしまう虞がある。

これに対し、例えば特許文献１の工作機械では、ボールねじ２に螺合するナット５の温度を逐次測定し、測定したナットの温度からボールねじのねじ軸全長に亘る温度を推定し、推定温度に基づいて軸線方向における寸法変化量を算出して寸法変化量に応じた分だけ駆動モータの制御量を補正（熱変位補正）している。

特開平７−１８６００５号公報

しかしながら、特許文献１の工作機械では、熱変位補正を行なうため、付帯装置が多数必要となる。このため、部品点数が多くなりシステムが複雑になる。

そこで、本発明は、温度上昇時においても付帯装置を設けずに精度よく位置制御が可能なボールねじ軸及びボールねじ軸を用いた工作機械を提供することを目的とする。

（１．ボールねじ軸）
本発明の第一の態様に係るボールねじ軸は、第一線膨張係数を有する金属材料によって円筒状に形成され円筒内側に中空部を備える外側軸と、前記第一線膨張係数よりも小さな第二線膨張係数を有する材料によって形成され、前記外側軸の前記中空部に前記外側軸と一体的に配置される内側軸と、を備え、前記内側軸を形成する前記材料は、炭素繊維強化プラスチックであり、前記内側軸の前記炭素繊維強化プラスチックの繊維の配向方向が、前記外側軸の軸線方向と一致する。
本発明の第二の態様に係るボールねじ軸は、第一線膨張係数を有する金属材料によって円筒状に形成され円筒内側に中空部を備える外側軸と、前記第一線膨張係数よりも小さな第二線膨張係数を有する材料によって形成され、前記外側軸の前記中空部に前記外側軸と一体的に配置される内側軸と、を備え、前記内側軸は、第一内側軸及び第二内側軸を備え、前記第一内側軸及び前記第二内側軸は、それぞれ前記外側軸の前記中空部に前記中空部の両端から各々挿入されて配置される。

これにより、ボールねじ軸は金属材料で形成された外側軸が第一線膨張係数に従って軸線方向に伸長しようとしても、外側軸の中空部に外側軸と一体的に配置された第一線膨張係数よりも小さな第二線膨張係数で形成された内側軸によって、その伸長を規制される。従って、ボールねじ軸が昇温しても、従来技術のように、昇温した温度をセンサで測定し、測定した温度変化に基づいて制御量を補正する必要がないので、付帯設備を設けずとも精度よくボールねじの位置制御ができる。

（２．ボールねじ軸を用いた工作機械）
本発明に係る工作機械は、上記ボールねじ軸を用いた工作機械であって、ボールねじ軸を用いて構成されるボールねじの作動により、工具又は工作物の位置が直線移動して位置決めされる。このように本発明に係る温度変化に対して寸法変化が小さなボールねじ軸が、工作機械において重要な要素である工具又は工作物の位置決めを行なうボールねじに適用されるので、精度よく工作物が作製できる。

本発明に係る工作機械の第一実施形態の研削盤の平面図である。図１に示すII−II矢視断面図である。図２に示すＰ視方向から視たボールねじ軸の端面の図である。変形態様におけるボールねじ軸の軸線方向断面図（模式図）である。

＜第一実施形態＞
（１．工作機械の概要）
本発明に係るボールねじ軸を用いた工作機械の第一実施形態について図面を参照して説明する。なお、第一実施形態における工作機械は、図１に示す研削盤１である。具体的には、研削盤１は、軸状の工作物の研削が可能な砥石台トラバース型円筒研削盤である。なお、図１において、Ｚ軸方向は、トラバース方向である。Ｘ軸方向は、トラバース方向と直角な水平方向である。また、Ｙ軸方向は、トラバース方向と直角な鉛直方向である。図１に示すように、研削盤１は、主として、ベッド１０、主軸台２０、心押台３０、砥石支持装置４０及び制御装置５０を備える。

ベッド１０は、直方体状に形成され、設置面（床）上に固定される。このベッド１０の上面には一対のＺ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂが設けられる。一対のＺ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂは、Ｚ軸方向に延在し相互に平行に配置され固定される。一対のＺ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂは、砥石支持装置４０を構成する砥石台トラバースベース４１をＺ軸方向に摺動可能とするものである。

そして、一対のＺ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂの間には、Ｚ軸ボールねじ１２、及びＺ軸モータ１２ｂが配置される。Ｚ軸ボールねじ１２は、砥石台トラバースベース４１をＺ軸方向に駆動する装置である。Ｚ軸モータ１２ｂは、Ｚ軸ボールねじ１２を構成するＺ軸ボールねじ軸１２ａ（本発明のボールねじ軸に相当）を回転駆動し、Ｚ軸ボールねじ１２を作動させる。

主軸台２０は、主軸台本体２１、主軸２２、主軸モータ２３及び主軸センタ２４を備える。主軸２２は、主軸台本体２１に相対回転可能に挿通支持される。主軸台本体２１は、主軸２２の軸方向がＺ軸方向と一致し、且つ一対のＺ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂと平行になるようにベッド１０の上面に固定される。

主軸モータ２３は、図１における主軸２２の左端に設けられる。主軸２２は、主軸モータ２３の駆動により主軸台本体２１に対してＺ軸回りに回転駆動される。主軸センタ２４は、軸状の工作物Ｗの軸方向一端を支持するよう、図１における主軸２２の右端に取り付けられる。

心押台３０は、心押台本体３１及び心押センタ３２を備える。心押センタ３２は、心押台本体３１に相対回転可能に挿通支持される。心押台本体３１は、心押センタ３２の軸方向がＺ軸方向と一致し、且つ心押センタ３２の回転軸が主軸２２の回転軸と同軸となるようベッド１０の上面に固定される。すなわち、心押センタ３２は、主軸センタ２４と工作物Ｗの軸方向両端を支持してＺ軸回りに回転可能に配置される。心押センタ３２は、工作物Ｗの長さに応じて心押台本体３１の右端面からの突出量の調整が可能に構成される。

砥石支持装置４０は、砥石台トラバースベース４１、砥石台４２及び円盤状の砥石車４３（本発明の工具に相当）を備える。砥石台トラバースベース４１は、矩形の平板状に形成される。上述したように、砥石台トラバースベース４１は、ベッド１０の上面において一対のＺ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂ上をＺ軸方向に摺動可能に配置される。

砥石台トラバースベース４１は、Ｚ軸ボールねじ軸１２ａ（ボールねじ軸）と図略のボール（鋼球）を介して螺合する図略のＺ軸ナット部材に連結される。なお、Ｚ軸ボールねじ軸１２ａ、図略のボール及び図略のＺ軸ナット部材によってＺ軸ボールねじ１２が構成される。

そして、Ｚ軸モータ１２ｂの駆動によりＺ軸ボールねじ軸１２ａが回転されると、Ｚ軸ボールねじ軸１２ａと螺合するＺ軸ナット部材がボール（図略）を介してＺ軸ボールねじ軸１２ａの軸線方向に移動される。これにより、Ｚ軸ナット部材と連結される砥石台トラバースベース４１が一対のＺ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂに沿って移動される。

砥石台トラバースベース４１の上面には、砥石台４２を摺動可能とする一対のＸ軸ガイドレール４１ａ，４１ｂが、Ｘ軸方向に延在し、且つ、相互に平行に配置される。砥石台トラバースベース４１の上面の一対のＸ軸ガイドレール４１ａ，４１ｂの間には、砥石台４２をＸ軸方向に駆動するためのＸ軸ボールねじ１３、及びＸ軸ボールねじ１３を構成するＸ軸ボールねじ軸１３ａ（本発明のボールねじ軸に相当）を回転駆動するＸ軸モータ１３ｂが配設される。

砥石台４２は、図２に示すように、Ｘ軸ボールねじ軸１３ａ（ボールねじ軸）と図略のボール（鋼球）を介して螺合するＸ軸ナット部材１３ｃに連結される。なお、Ｘ軸ボールねじ軸１３ａ、図略のボール及びＸ軸ナット部材１３ｃによってＸ軸ボールねじ１３が構成される。

そして、Ｘ軸モータ１３ｂの駆動によりＸ軸ボールねじ軸１３ａが回転されると、Ｘ軸ボールねじ軸１３ａと螺合するＸ軸ナット部材１３ｃがボール（図略）を介してＸ軸ボールねじ軸１３ａの軸線方向に移動される（図２の矢印Ａｒ１参照）。これにより、Ｘ軸ナット部材１３ｃと連結される砥石台４２が一対のＸ軸ガイドレール４１ａ，４１ｂに沿って移動される。

砥石台４２は、図１に示すように、砥石台本体４４，回転軸部材４５及びベルト・プーリ機構４６を備える。砥石台本体４４は、図略の軸受を介して回転軸部材４５をＺ軸方向に延在する軸線周りに回転可能に支持する。回転軸部材４５の一端には、円盤状の砥石車４３が回転軸部材４５と同軸で固定される。また、砥石台本体４４の上面には、砥石回転用モータ４７が固定される。砥石回転用モータ４７は、ベルト・プーリ機構４６と接続され、ベルト・プーリ機構４６及びベルト・プーリ機構４６と接続される回転軸部材４５を介して砥石車４３を回転駆動する。

制御装置５０は、Ｚ軸方向及びＸ軸方向における工作物Ｗに対する砥石車４３（工具）の相対位置を制御して、工作物Ｗの外周面の研削を実施する。具体的には、制御装置５０は、各モータ２３，４７を制御して、工作物Ｗ及び砥石車４３をＺ軸回りに回転させる。また、制御装置５０は、各モータ１２ｂ，１３ｂを回転制御して、Ｚ軸ボールねじ１２及びＸ軸ボールねじ１３を作動させ、Ｚ軸ナット部材（図略）及びＸ軸ナット部材１３ｃの各軸線方向における直線移動量を制御する。

これにより、各ナット部材に連結される砥石台トラバースベース４１及び砥石台４２の各移動量を制御し、延いては砥石車４３の移動量を制御する。なお、本実施形態において制御装置５０は、研削盤周りの雰囲気温度、及び研削盤１（工作機械）の各部の温度変化に関わらず、予め設定された指令値に従って、砥石車４３をＺ軸方向又はＸ軸方向に移動させる制御を行なう。

（２．ボールねじ軸の詳細）
次に、Ｚ軸ボールねじ軸１２ａ（ボールねじ軸に相当）及びＸ軸ボールねじ軸１３ａ（ボールねじ軸に相当）について、詳細に説明する。ただし、Ｚ軸ボールねじ軸１２ａは、Ｘ軸ボールねじ軸１３ａと同様の構成を備える。このため、代表として、Ｘ軸ボールねじ軸１３ａのみについて詳細に説明し、Ｚ軸ボールねじ軸１２ａについての詳細な説明は省略する。図３に示すように、Ｘ軸ボールねじ１３を構成するＸ軸ボールねじ軸１３ａは、外側軸２６、内側軸２７及び接着層２８を備える。

（２−１．外側軸２６）
外側軸２６は、第一線膨張係数α１を有する金属材料によって円筒状に形成され円筒内側に中空部２６ａを備える。本実施形態において、金属材料は鉄系材料とする。鉄系材料とは、鉄を主成分とする金属からなる材料をいう。鉄系材料の一例としては、クロムモリブデン鋼、ステンレス鋼、炭素鋼等が挙げられる。ただし、外側軸２６の材質は、これらに限定されるものではなく、鉄系材料であれば、どのようなものでもよい。なお、参考のため記載しておくと、クロムモリブデン鋼の第一線膨張係数α１は、１２．３Ｘ１０^−６／℃程度、ステンレス鋼の第一線膨張係数α１は、９．９〜１７．３Ｘ１０^−６／℃程度、炭素鋼の第一線膨張係数α１は、９．６〜１１．６Ｘ１０^−６／℃程度である。

また、外側軸２６は、外周面２６ｂに螺旋状に形成された外周ボール転動溝２６ｂ１を備える。外周ボール転動溝２６ｂ１は、外側軸２６の径方向外側に配置されるＸ軸ナット部材１３ｃの内周面（図略）に形成される内周ボール転動溝（図略）と対向し、内周ボール転動溝との間で図略のボールの循環路を形成する。Ｘ軸ナット部材１３ｃは、外側軸２６と内側軸２７（以下で詳細に説明する）とがＸ軸ボールねじ軸１３ａを構成した状態（図２，図３参照）において、内周ボール転動溝と外側軸２６の外周ボール転動溝２６ｂ１との間に図略のボールを介した状態でＸ軸ボールねじ軸１３ａ（外側軸２６）と螺合される。

（２−２．内側軸２７）
内側軸２７は、第二線膨張係数α２を有する材料によって、円筒状（又は円柱状）に形成される。ここで、第二線膨張係数α２は、上述した外側軸２６が有する第一線膨張係数α１よりも小さい（α２＜α１）。また、本実施形態において、内側軸２７の軸線方向長さＬ１（図略）は、外側軸２６の軸線方向長さＬ２（図略）と同じとする（Ｌ１＝Ｌ２）。そして、内側軸２７は、外側軸２６の中空部２６ａに配置される。

本実施形態において、内側軸２７を形成する材料は、炭素繊維強化プラスチック（以後、ＣＦＲＰとのみ称す場合がある）である。そして、内側軸２７は、ＣＦＲＰの炭素繊維の配向方向の少なくとも一部が、外側軸２６（Ｘ軸ボールねじ１３）の軸線方向と一致するよう形成される。なお、図３において、ＣＦＲＰの炭素繊維Ｑの配向方向が外側軸２６の軸線方向と一致する状態を、模式図で示す。

ＣＦＲＰの線膨張係数である第二線膨張係数α２は、０．２〜０．４Ｘ１０^−６／℃程度である。つまり、第二線膨張係数α２は、第一線膨張係数α１に対し非常に小さい。また、ＣＦＲＰは、炭素繊維の配向方向における引張弾性率が、約１５０〜３００ＧＰａであり、極めて高い。

つまり、ＣＦＲＰの炭素繊維の配向方向の少なくとも一部が、外側軸２６（Ｘ軸ボールねじ１３）の軸線方向と一致するよう形成された内側軸２７は、熱の影響を受け昇温しても炭素繊維の配向方向における熱膨張量は小さい。また、内側軸２７は、高弾性率であるため、外側軸２６の膨張に起因して内側軸２７に作用する力による伸びで破壊されにくい。

図３に示すように、本実施形態においては、常温時において、中空部２６ａの内周面２６ａ１の内径φＡが、内側軸２７の外周面２７ａの外径φＢよりも若干大きくなるよう形成される（φＡ＞φＢ）。つまり、常温時においては、内側軸２７の外周面２７ａと中空部２６ａの内周面２６ａ１との間には、若干の隙間ｔを有する。隙間ｔには、接着剤が充填され、硬化し接着層２８を形成する。

そして、硬化した接着層２８の接着剤によって、内側軸２７の外周面２７ａと中空部２６ａの内周面２６ａ１との間が強固に接着される。つまり、内側軸２７が外側軸２６の中空部２６ａに接着層２８（接着剤）を介して外側軸２６と一体的に配置される。

本実施形態において、接着剤は、例えば二液性のエポキシ樹脂系接着剤である。二液性のエポキシ樹脂系接着剤は、公知の接着剤である。通常、二液性のエポキシ樹脂系接着剤を接着剤として使用する場合、使用前に分離して保管されるエポキシ基を含有する液状の化合物（主剤）と、アミン類や酸無水物などで形成される液状の硬化剤との二種の液を使用直前に混合する。そして、混合後の混合接着剤（以降、二液を混合した状態のエポキシ樹脂系接着剤を「混合接着剤」と称す）を接着させたい二部材間に充填（配置）する。その後、混合接着剤は硬化し二部材を強固に接着する。ただし、接着剤は、上記で説明した二液性に限らず、一液性の接着剤であっても良い。

（３．作用）
次に、研削盤１に用いられたＸ軸ボールねじ１３（Ｚ軸ボールねじ１２）の作用について説明する。研削盤１が始動されると、制御装置５０は、Ｘ軸モータ１３ｂ（Ｚ軸モータ１２ｂ）を回転制御して、Ｘ軸ボールねじ１３（Ｚ軸ボールねじ１２）を作動させ、Ｘ軸ナット部材１３ｃ（Ｚ軸ナット部材（図略））の軸線方向における直線移動量を制御する。

これにより、Ｘ軸ナット部材１３ｃ（Ｚ軸ナット部材（図略））に連結される砥石台４２（砥石台トラバースベース４１）の移動量を制御し、延いては砥石車４３の移動量を制御する。上述したように、制御装置５０は、ボールねじ軸の温度、研削盤周りの雰囲気温度、及び研削盤１（工作機械）の各部の温度変化に関わらず、予め設定された指令値に従って、砥石車４３をＺ軸方向又はＸ軸方向に移動させる制御を行なう。これにより、工作物Ｗの研削を予め設定されたプログラムに基づき行なう。

研削盤１の始動時においては、研削盤１自体の温度はそれほど高温にはなっておらず常温近傍にある。このため、内側軸２７の外周面２７ａ及び中空部２６ａの内周面２６ａ１は残留応力、特に熱に基づく残留応力を一切有しておらずＸ軸ボールねじ１３（Ｚ軸ボールねじ１２）の軸線方向における寸法変化はない。これにより、制御装置５０が、予め設定された指令値に従って、砥石車４３をＺ軸方向又はＸ軸方向に移動させる制御を行ない工作物Ｗの研削を行なっても、砥石車４３の位置は精度よく制御されるので、工作物Ｗを精度よく研削できる。

しかしながら、工作物Ｗの研削が進んでくると、ボールねじ軸自体の昇温、研削盤１自体の発熱、及び研削される工作物Ｗの発熱等によって、Ｘ軸ボールねじ１３（Ｚ軸ボールねじ１２）が昇温する。このため、Ｘ軸ボールねじ１３（Ｚ軸ボールねじ１２）を構成する、鉄系材料（例えばクロムモリブデン鋼）で形成された外側軸２６が、クロムモリブデン鋼の第一線膨張係数α１の大きさに応じて軸線方向に線膨張（伸長）しようとする。

これにより、外側軸２６は、外側軸２６の中空部２６ａの内周面２６ａ１に接着される接着層２８との接着界面に対し線膨張（伸長）方向にせん断応力を付与する。これに伴い、接着層２８、及び接着層２８と外周面２７ａで接着される内側軸２７を軸線方向に引張ることになる。

しかしながら、内側軸２７は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）で形成されるとともに、ＣＦＲＰの炭素繊維の配向方向の多く（少なくとも一部に相当）が、外側軸２６（Ｘ軸ボールねじ１３）の軸線方向と一致するよう形成される。

また、上述したように、ＣＦＲＰの線膨張係数である第二線膨張係数α２は、第一線膨張係数α１より非常に小さい。また、ＣＦＲＰは、炭素繊維の配向方向における弾性率、及び引張り強度が、鉄系材料に対して極めて高い。

このため、内側軸２７が接着層２８を介し、伸長しようとする外側軸２６に引っ張られても、内側軸２７は、大きく伸長することはない。即ち、内側軸２７が接着層２８を介して外側軸２６の伸長を規制するので、Ｘ軸ボールねじ１３として全長が変化することはない。なお、Ｚ軸ボールねじ１２についても同様である。これにより、制御装置５０が、温度変化に関わらず、予め設定された指令値に従って、砥石車４３をＺ軸方向又はＸ軸方向に移動させる制御を行ない工作物Ｗの研削を行なっても、砥石車４３の位置は精度よく制御されるので、工作物Ｗを精度よく研削できる。

（４．その他）
なお、上記実施形態では、工作機械を研削盤１として説明した。しかし、この態様に限らず、変形例として工作機械は、公知のマシニングセンタ（縦型及び横型、図略）であっても良い。この場合、マシニングセンタ（縦型及び横型）において、工具を駆動させる三つの駆動軸として相互に直交する三つの直進軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）を作動させる各ボールねじに本発明に係るボールねじを適用すればよい。これによっても上記実施形態と同様の効果が得られる。また、上記以外にも、ボールねじを使用する工作機械であれば、どのようなものにも適用できる。また、本発明に係るボールねじは、工作機械に限らず、ボールねじを使用する工作機械以外のどのような装置にも適用可能である。

また、上記実施形態では、Ｘ軸ボールねじ１３（Ｚ軸ボールねじ１２）において、内側軸２７の軸線方向長さＬ１（図略）は、外側軸２６の軸線方向長さＬ２（図略）と同じであるとして説明した（Ｌ１＝Ｌ２）。しかし、この態様には限らない。外側軸２６のうち、軸線方向において、機能上膨張を許容しない部分にのみ、内側軸２７を外側軸２６と一体的に配置し、膨張を許容してもよい部分には、内側軸２７を配置しなくてもよい。これによっても十分な効果は得られる。

また、上記実施形態では、内側軸２７の外周面２７ａと外側軸２６の中空部２６ａの内周面２６ａ１との間の隙間ｔに混合接着材を充填し硬化させて、内側軸２７と外側軸２６とを一体的に配置すると説明した。しかし、この態様には限らない。外側軸を加熱した後、加熱によって内径が拡大した中空部に内側軸を挿入し、外側軸の冷却後に内側軸と外側軸とを一体的に配置する公知の焼き嵌めによって、各ボールねじ軸を形成してもよい。なお、このとき、接着層は不要である。これによっても相応の効果が得られる。

また、上記実施形態では、内側軸２７を炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）で形成した。しかし、この態様にはかぎらない。内側軸２７は、線膨張係数が、外側軸２６の第一線膨張係数α１より非常に小さければ、他の材質で形成されてもよい。例えばインバー（不変鋼）やセラミック（例えば、アドセラム等）でもよい。インバーは、常温付近で熱膨張率が比較的小さい合金であり、スーパーインバー、ステンレスインバー、Ｆｅ−Ｐｔ合金、Ｆｅ−Ｐｄ合金、３６％ニッケル鋼などが知られている。ちなみに、３６％ニッケル鋼の線膨張係数は、１．４×１０^−６／℃である。

また、上記実施形態では、内側軸素材を形成する際、一方向に配向された炭素繊維によって形成するものとして説明した。しかし、この態様には限らない。炭素繊維は、直交、又は所定の角度を有して二方向以上に配向された状態で形成されてもよい。ただし、配向方向のうち一方向は、内側軸の軸線方向と一致していることが好ましい。これによっても十分な効果が期待できる。

また、上記実施形態では、砥石車４３（工具）の位置をボールねじ１３（１２）によって制御し位置決めする態様とした。しかしながら、この態様には限らず、砥石車４３（工具）の位置及び工作物Ｗの位置、又は工作物Ｗのみの位置をボールねじによって制御する態様であっても良い。

また、上記実施形態の態様に限らず、変形態様として、図４の模式図に示すように、内側軸を例えば等分で二分割し、第一内側軸１２７ａ及び第二内側軸１２７ｂとして、外側軸２６の中空部２６ａに配置しても良い。このとき、第一内側軸１２７ａ及び第二内側軸１２７ｂは、それぞれ外側軸２６の中空部２６ａに中空部２６ａの両端から各々挿入して配置するものとする。ここで、第一内側軸１２７ａ及び第二内側軸１２７ｂの各外周面と中空部２６ａの内周面２６ａ１との間には接着層２８を備える。また、外側軸２６の中空部２６ａに配置された第一内側軸１２７ａ及び第二内側軸１２７ｂは、対向する各端面間に隙間βを有するよう配置する。ただし、隙間βは無くても良い。

内側軸２７を第一内側軸１２７ａ及び第二内側軸１２７ｂに二分割したことにより、内側軸が長軸でかつ一本で形成される場合と比べ、外側軸２６の軸線（軸心）に対する内側軸の軸線（軸心）のずれ量を抑制することができる。また、第一内側軸１２７ａ及び第二内側軸１２７ｂの対向する各端面間に隙間βを設けたことにより、第一内側軸１２７ａと第二内側軸１２７ｂとの間の干渉が防止できる。

また、上記実施形態によれば、内側軸２７の炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）の繊維の配向方向の少なくとも一部が、外側軸２６の軸線方向と一致するよう形成したが、この態様には限らない。内側軸２７の炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）の繊維の配向方向は、外側軸２６の軸線方向に対して、０度から２０度程度の小さな傾きを有して形成されても良い。

（５．実施形態による効果）
上記実施形態によれば、ボールねじ軸１３ａ（１２ａ）は、第一線膨張係数α１を有する金属材料である鉄系材料（例えば、クロムモリブデン鋼）によって円筒状に形成され円筒内側に中空部２６ａを備える外側軸２６と、第一線膨張係数α１よりも小さな第二線膨張係数α２を有する材料によって形成され、外側軸２６の中空部２６ａに外側軸２６と一体的に配置される内側軸２７と、を備える。

これにより、ボールねじ軸１３ａ（１２ａ）は鉄系材料（金属材料）で形成された外側軸２６が第一線膨張係数α１に従って軸線方向に伸長しようとしても、外側軸２６の中空部２６ａに外側軸２６と一体的に配置された第一線膨張係数α１よりも小さな第二線膨張係数α２で形成された内側軸２７によって、その伸長を規制される。従って、ボールねじ軸１３ａ（１２ａ）が昇温しても、従来技術のように、昇温した温度をセンサで測定し、測定した温度変化に基づいて制御量を補正する必要がないので、使用する部品点数が抑制でき、機械を簡素化できる。

また、上記実施形態によれば、内側軸２７を形成する材料は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）である。ＣＦＲＰの第二線膨張係数α２は、外側軸２６の第一線膨張係数α１より非常に小さい。このため、内側軸２７は、熱の影響を受け昇温してもほとんど熱膨張しない。これにより、外側軸２６が第一線膨張係数α１に従って軸線方向に伸長しようとしても、外側軸２６の伸長を効果的に規制することができる。

また、上記実施形態によれば、内側軸２７の炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）の繊維の配向方向の少なくとも一部が、外側軸２６の軸線方向と一致する。このため、内側軸２７は、熱の影響を受け昇温しても、特に炭素繊維の配向方向である軸線方向における熱膨張は小さい。また、配向方向における引張りに対して特に高弾性率である。これにより、外側軸２６が第一線膨張係数α１に従って軸線方向に伸長しようとしても、外側軸２６の伸長をより効果的に規制することができる。

また、上記実施形態の変形態様によれば、ボールねじ軸の内側軸は第一内側軸１２７ａ及び第二内側軸１２７ｂを備え、第一内側軸１２７ａ及び第二内側軸１２７ｂはそれぞれ外側軸２６の中空部２６ａに中空部２６ａの両端から各々挿入されて配置される。これにより、内側軸が長軸でかつ一本で形成される場合と比べ、外側軸２６の軸線（軸心）に対する内側軸の軸線（軸心）のずれ量を抑制することができる。

また、上記実施形態の変形態様によれば、外側軸２６の中空部２６ａに配置された第一内側軸１２７ａ及び第二内側軸１２７ｂは、対向する各端面間に隙間βを有する。これにより、第一内側軸１２７ａと第二内側軸１２７ｂとの間の干渉が防止できる。

また、上記実施形態によれば、工作機械は、上記ボールねじ軸１３ａ（１２ａ）を用いた研削盤１であって、ボールねじ軸１３ａ（１２ａ）を用いて構成されるボールねじ１３（１２）の作動により、砥石車４３（工具）が直線移動して位置決めされる。

このように本発明に係る温度変化に対して寸法変化が小さなボールねじ軸１３ａ（１２ａ）が、研削盤１（工作機械）の作動において重要な要素である砥石車４３（工具）の位置決めを行なうボールねじに適用されるので、精度よく工作物が作製できる。

１；研削盤（工作機械）、１２ａ；Ｚ軸ボールねじ軸、１３ａ；Ｘ軸ボールねじ軸、２６；外側軸、２６ａ；中空部、２６ａ１；内周面、２６ｂ；外周面、２７；内側軸、２７ａ；外周面、２８；接着層、４３；砥石車（工具）、Ｗ；工作物、 α１；第一線膨張係数、 α２；第二線膨張係数。

Claims

第一線膨張係数を有する金属材料によって円筒状に形成され円筒内側に中空部を備える外側軸と、
前記第一線膨張係数よりも小さな第二線膨張係数を有する材料によって形成され、前記外側軸の前記中空部に前記外側軸と一体的に配置される内側軸と、
を備え、
前記内側軸を形成する前記材料は、炭素繊維強化プラスチックであり、
前記内側軸の前記炭素繊維強化プラスチックの繊維の配向方向が、前記外側軸の軸線方向と一致する、ボールねじ軸。
前記内側軸は、第一内側軸及び第二内側軸を備え、
前記第一内側軸及び前記第二内側軸は、それぞれ前記外側軸の前記中空部に前記中空部の両端から各々挿入されて配置される、請求項１に記載のボールねじ軸。
第一線膨張係数を有する金属材料によって円筒状に形成され円筒内側に中空部を備える外側軸と、
前記第一線膨張係数よりも小さな第二線膨張係数を有する材料によって形成され、前記外側軸の前記中空部に前記外側軸と一体的に配置される内側軸と、
を備え、
前記内側軸は、第一内側軸及び第二内側軸を備え、
前記第一内側軸及び前記第二内側軸は、それぞれ前記外側軸の前記中空部に前記中空部の両端から各々挿入されて配置される、ボールねじ軸。
前記外側軸の前記中空部に配置された前記第一内側軸及び前記第二内側軸は、対向する各端面間に隙間を有する、請求項２又は３に記載のボールねじ軸。
請求項１−４の何れか１項に記載の前記ボールねじ軸を用いた工作機械であって、
前記ボールねじ軸を用いて構成されるボールねじの作動により、工具又は工作物が直線移動して位置決めされるボールねじ軸を用いた工作機械。