(57)【要約】【課題】本発明は、軸心の調整の難しさを低減し得る直動機構、バランサ装置および工作機械を提供する。【解決手段】直動機構３０は、シャフト３２と、シャフト３２が挿通可能な貫通孔３４Ｏを有するベース部材３４と、貫通孔３４Ｏに配置されるシャフト３２とベース部材３４との間に設けられ、シャフト３２に加圧流体を導くことでベース部材３４に対してシャフト３２をスライド可能に支持する静圧軸受３６と、静圧軸受３６とベース部材３４との間に設けられ、弾性により静圧軸受３６を支持する環状部材３８と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと、
前記シャフトが挿通可能な貫通孔を有するベース部材と、
前記貫通孔に配置される前記シャフトと前記ベース部材との間に設けられ、前記シャフトに加圧流体を導くことで前記ベース部材に対して前記シャフトをスライド可能に支持する静圧軸受と、
前記静圧軸受と前記ベース部材との間に設けられ、弾性により前記静圧軸受を支持する環状部材と、
を備える直動機構。
【請求項２】
請求項１に記載の直動機構であって、
前記静圧軸受および前記ベース部材の少なくとも一方に溝が形成され、前記溝の内部に前記環状部材が配置される、直動機構。
【請求項３】
請求項１または２に記載の直動機構を有し、ガイド軸に沿って移動可能なスライダに働く重力を軽減するバランサ装置であって、
前記貫通孔の一方の開口側を覆うように前記ベース部材に固定され、前記開口から突出する前記シャフトが挿入される内部空間を有するシリンダと、
前記シリンダの前記内部空間に連通される配管に設けられ、前記シリンダの前記内部空間における圧縮ガスのガス圧を所定圧に調整するレギュレータと、
を備え、
前記シャフトは、前記ガイド軸に沿って設けられ、
前記ベース部材は、前記スライダに固定され、前記スライダに連動して移動する、バランサ装置。
【請求項４】
請求項３に記載のバランサ装置を有する工作機械であって、
前記ガイド軸と、
前記スライダと、
前記スライダを前記ガイド軸に沿って移動させる駆動部と、
を備える工作機械。
【請求項５】
請求項４に記載の工作機械であって、
前記駆動部は、リニアモータである、工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガイド軸に沿ってスライド可能なスライダに働く重力を軽減するバランサ装置と、そのバランサ装置を有する工作機械と、バランサ装置などに用いられる直動機構とに関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械では、上下方向にガイドする垂直軸を移動可能なスライダに主軸ヘッドなどが取り付けられており、そのスライダに働く重力が大きくなる傾向にある。このため、工作機械にバランサ装置が設けられる場合がある。
【０００３】
例えば、下記特許文献１の工作機械では、上下移動自在の主軸ヘッドが取り付けられる空圧シリンダと、その空圧シリンダ内に挿入されるピストンと、ピストンを支持する空気静圧軸受とを有する空気静圧バランサが開示されている。この空気静圧バランサは、空圧シリンダ内に高圧エアを供給することで、主軸ヘッドの自重によって生じる重力負荷を軽減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２９７５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１の空気静圧バランサを組み立てるときに、主軸ヘッドの軸芯に対してピストンの軸芯が僅かにでも傾いた場合、空気静圧軸受から空圧シリンダ内の高圧エアが吹き出すことで空気静圧バランサが振動源になってしまうことが懸念される。このため、高精度で軸芯を調整することが求められるが、その調整は難しい傾向にある。
【０００６】
そこで、本発明は、軸心の調整の難しさを低減し得る直動機構、バランサ装置および工作機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様は、直動機構であって、シャフトと、前記シャフトが挿通可能な貫通孔を有するベース部材と、前記貫通孔に配置される前記シャフトと前記ベース部材との間に設けられ、前記シャフトに加圧流体を導くことで前記ベース部材に対して前記シャフトをスライド可能に支持する静圧軸受と、前記静圧軸受と前記ベース部材との間に設けられ、弾性により前記静圧軸受を支持する環状部材と、を備える。
【０００８】
本発明の第２の態様は、上記の直動機構を有し、ガイド軸に沿って移動可能なスライダに働く重力を軽減するバランサ装置であって、前記貫通孔の一方の開口側を覆うように前記ベース部材に固定され、前記開口から突出する前記シャフトが挿入される内部空間を有するシリンダと、前記シリンダの前記内部空間に連通される配管に設けられ、前記シリンダの前記内部空間における圧縮ガスのガス圧を所定圧に調整するレギュレータと、を備え、前記シャフトは、前記ガイド軸に沿って設けられ、前記ベース部材は、前記スライダに固定され、前記スライダに連動して移動する。
【０００９】
本発明の第３の態様は、上記のバランサ装置を有する工作機械であって、前記ガイド軸と、前記スライダと、前記スライダを前記ガイド軸に沿って移動させる駆動部と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、予め決められた規定位置からシャフトの軸芯が傾いても、静圧軸受からシャフトに導かれる加圧流体により環状部材が変形することで、シャフトの軸芯に沿うように静圧軸受が移動し、静圧軸受がシャフトの軸方向に移動可能な状態が維持できる。したがって、軸心の調整の難しさを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】工作機械を示す模式図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
【図３】図２に示す直動機構を拡大した図である。
【図４】変形例１の形態を図２と同じ視点で示す断面図である。
【図５】変形例２の形態を図３と同じ視点で示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明について、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。
【００１３】
〔実施の形態〕
図１は工作機械１０を示す模式図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。図１および図２では上下方向が示されている。下方向は、重力が働く方向であり、上方向は、重力が働く方向とは逆の方向である。なお、上下方向（鉛直方向）と直交する方向は水平方向である。
【００１４】
図１および図２に示すように、工作機械１０は、基台１２、ガイド軸１４、スライダ１６、駆動部１８（図２参照）、コンプレッサー２０（図１参照）およびバランサ装置２２を有する。
【００１５】
基台１２は、ガイド軸１４およびバランサ装置２２を設置するための台である。基台１２には、コンプレッサー２０から出力される圧縮ガスを流すための流路１２Ａ（図２参照）が形成される。
【００１６】
ガイド軸１４は、スライダ１６をガイドする軸であり、基台１２に固定される。本実施の形態では、一対のガイド軸１４が鉛直方向（上下方向）に沿って略平行に延びている。なお、ガイド軸１４は、１つであっても３つ以上であってもよい。また、ガイド軸１４は、地平面（水平方向の面）に対して傾斜する方向に沿って延びていてもよい。
【００１７】
スライダ１６は、ガイド軸１４に沿って移動可能なものである。このスライダ１６には、主軸台などが取り付けられる。
【００１８】
駆動部１８（図２参照）は、スライダ１６をガイド軸１４に沿って移動させるものである。本実施の形態では、駆動部１８は、一対のコイル１８Ａおよび一対の磁石１８Ｂを有するリニアモータである。
【００１９】
一対のコイル１８Ａは、スライダ１６に固定される取付部材ＣＭに取り付けられており、当該取付部材ＣＭを挟んで互いに対向するように配置される。一対の磁石１８Ｂは、一対のガイド軸１４の各々に１つずつ取り付けられており、当該ガイド軸１４に沿って互いに対向するように配置される。なお、駆動部１８は、モータと、そのモータの回転力をスライダ１６に伝達するボールねじおよびナットなどの動力伝達機構とを有するものであってもよい。
【００２０】
コンプレッサー２０は、ガスを圧縮し、圧縮した圧縮ガスを出力するものである。このコンプレッサー２０の配管２０Ａの一端は、基台１２に形成される流路１２Ａの入力端に接続される。なお、ガスの具体例としては、空気、あるいは、窒素が挙げられる。
【００２１】
バランサ装置２２は、スライダ１６に働く重力を軽減するものであり、一対の直動機構３０を備える。一対の直動機構３０は対称に配置される。一対の直動機構３０の構造は互いに同じであるため、ここでは、１つの直動機構３０の構造のみについて説明する。図３は、図２の直動機構３０を拡大した図である。図２および図３に示すように、直動機構３０は、シャフト３２、ベース部材３４、静圧軸受３６および環状部材３８を有する。
【００２２】
シャフト３２は、基台１２に固定され、ガイド軸１４に沿って設けられる。シャフト３２は、ガイド軸１４とは非接触の状態であり、ガイド軸１４における磁石１８Ｂの配置側とは逆側に配置される。本実施の形態では、シャフト３２には、コンプレッサー２０から出力される圧縮ガスを流すための流路３２Ａが形成される。この流路３２Ａの入力端は、基台１２に形成される流路１２Ａの出力端に接続される。
【００２３】
ベース部材３４は、スライダ１６に固定され、当該スライダ１６に連動して移動する。ベース部材３４は、例えば板状に形成されており、スライダ１６に固定される一端側からシャフト３２に向かって略水平方向に延びている。ベース部材３４には、シャフト３２が挿通可能な貫通孔３４Ｏが形成される。
【００２４】
静圧軸受３６は、シャフト３２に加圧流体を導くことで、ベース部材３４に対してシャフト３２をスライド可能に支持するものである。すなわち、静圧軸受３６は、シャフト３２に加圧流体を導くことでシャフト３２の軸方向に移動可能である。加圧流体は、加圧された流体であり、静圧軸受３６の外部から静圧軸受３６に供給される。流体の具体例としては、空気や窒素などのガス、あるいは、潤滑油が挙げられる。なお、静圧軸受３６に供給される加圧流体は、コンプレッサー２０から出力される圧縮ガスであってもよい。
【００２５】
静圧軸受３６は、ベース部材３４の貫通孔３４Ｏに配置されるシャフト３２とベース部材３４との間に設けられる。静圧軸受３６の外周面には環状の溝３６Ｇ（図３参照）が２つ形成される。２つの溝３６Ｇは、シャフト３２が延びる方向（鉛直方向）に沿って互いに間隔をあけて形成される。
【００２６】
環状部材３８は、弾性により静圧軸受３６を支持するものであり、ベース部材３４と静圧軸受３６との間に設けられる。環状部材３８の具体例としては、ゴム性のＯリングが挙げられる。本実施の形態では、図３に示すように、静圧軸受３６の外周面に形成される２つの溝３６Ｇに環状部材３８が１つずつ配置され、配置された各々の環状部材３８が弾性により静圧軸受３６を支持する。
【００２７】
環状部材３８は、弾性により静圧軸受３６を支持することで、静圧軸受３６からシャフト３２に導かれる流体により変形する。したがって、環状部材３８は、シャフト３２の軸芯がガイド軸１４に対して傾いていても、その軸芯に沿うように静圧軸受３６を移動させることができる。つまり、静圧軸受３６は、シャフト３２の向きに合わせて環状部材３８の変形分だけ移動することができ、シャフト３２の軸方向に移動可能な状態が維持される。なお、環状部材３８は、静圧軸受３６の外周面に形成される溝３６Ｇに配置されることで、静圧軸受３６により支持されるシャフト３２が延びる方向に環状部材３８がずれることを抑制し易くなる。
【００２８】
バランサ装置２２は、図１および図２に示すように、上記の直動機構３０に加えて、シリンダ４０およびレギュレータ４２（図１参照）を備える。
【００２９】
シリンダ４０は、一対のベース部材３４の各々に１つずつ固定される。具体的には、シリンダ４０は、ベース部材３４に設けられた貫通孔３４Ｏの一方の開口側を覆うようにベース部材３４に固定されており、当該一方の開口から突出するシャフト３２が挿入される内部空間を有する。
【００３０】
スライダ１６が駆動部１８によりガイド軸１４に沿って移動すると、スライダ１６に固定されるベース部材３４と、そのベース部材３４に固定されるシリンダ４０とは、スライダ１６に連動して移動する。シリンダ４０は、具体的には、スライダ１６に連動してシリンダ４０の内部空間に挿入されたシャフト３２に沿って往復する。
【００３１】
シリンダ４０の内部空間には、基台１２に形成される流路１２Ａおよびシャフト３２に形成される流路３２Ａを介して、コンプレッサー２０の配管２０Ａが連通される。したがって、コンプレッサー２０から出力される圧縮ガスは、流路１２Ａ、３２Ａを介してシリンダ４０の内部空間に流入する。シリンダ４０の内部空間に流入した圧縮ガスは、静圧軸受３６および環状部材３８によってシールされる。
【００３２】
具体的には、静圧軸受３６がシャフト３２に導く加圧流体によって静圧軸受３６とシャフト３２との間の隙間がシールされ、環状部材３８によって環状部材３８とベース部材３４との間の隙間がシールされる。つまり、静圧軸受３６は、上記のようにシャフト３２を支持する機能に加えて、シリンダ４０の内部空間を封止する機能を兼ねている。また、環状部材３８は、上記のように静圧軸受３６の移動を許容しながら静圧軸受３６を支持する機能に加えて、シリンダ４０の内部空間を封止する機能を兼ねている。
【００３３】
レギュレータ４２は、コンプレッサー２０の配管２０Ａに設けられており、シリンダ４０の内部空間における圧縮ガスのガス圧を所定圧に調整する。所定圧は、スライダ１６の重量およびスライダ１６に取り付けられる部材の重量に応じて設定される。つまり、スライダ１６に働く重力に相当する圧力が設定される。したがって、レギュレータ４２は、シリンダ４０の内部空間における圧縮ガスによりスライダ１６に働く重力をキャンセルまたは軽減することができる。この結果、駆動部１８の負荷が軽減され、当該駆動部１８によりスライダ１６を滑らかに移動させることができる。
【００３４】
〔変形例〕
以上、本発明の一例として上記実施の形態が説明されたが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることはもちろんである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００３５】
（変形例１）
図４は、変形例１の形態を図２と同じ視点で示す断面図である。変形例１のバランサ装置２２では、基台１２の流路１２Ａおよびシャフト３２の流路３２Ａがなくなり、配管２０Ａの一端がシリンダ４０に接続される。つまり、配管２０Ａは、上記実施の形態では、基台１２の流路１２Ａおよびシャフト３２の流路３２Ａを介して、シリンダ４０の内部空間に連通されていたのに対し、変形例１では、シリンダ４０の内部空間に直接的に連通されている。
【００３６】
このようにシリンダ４０の内部空間に直接的に配管２０Ａが連通されていても、上記実施の形態と同様に、レギュレータ４２によってシリンダ４０の内部における圧縮ガスのガス圧を所定圧に調整することができる。
【００３７】
（変形例２）
図５は、変形例２の形態を図３と同じ視点で示す図である。変形例２の直動機構３０では、ベース部材３４において静圧軸受３６に対向する面側に環状の溝３４Ｇが２つ形成される。２つの溝３４Ｇは、シャフト３２が延びる方向（鉛直方向）に沿って互いに間隔をあけて形成される。各々の溝３４Ｇには環状部材３８が配置される。
【００３８】
このように環状部材３８を配置するための溝３４Ｇがベース部材３４に形成されても、上記実施の形態と同様に、静圧軸受３６により支持されるシャフト３２が延びる方向に環状部材３８がずれることを抑制し易くなる。なお、図５に示す例では、静圧軸受３６に形成された溝３６Ｇがなくなっているが、あってもよい。つまり、静圧軸受３６およびベース部材３４の少なくとも一方に溝３６Ｇ、３４Ｇが形成されていれば、環状部材３８のずれを抑制し易くなる。
【００３９】
（変形例３）
上記実施の形態および変形例２では、溝３６Ｇ、３４Ｇの数が２つであったが、１つであってもよく、３つ以上であってもよい。なお、溝３６Ｇ、３４Ｇがなくてもよい。また、上記実施の形態および変形例２では、溝３６Ｇ、３４Ｇの形状が環状であったが、環状でなくてもよい。また、上記実施の形態および変形例２では、溝３６Ｇ、３４Ｇが１つの環状部材３８を配置可能なものであったが、複数の環状部材３８を配置可能なものであってもよい。
【００４０】
（変形例４）
上記実施の形態および変形例２では、環状部材３８の数が２つであったが、１つであってもよく、３つ以上であってもよい。なお、環状部材３８が複数である場合、互いに間隔をあけて環状部材３８が配置されていてもよく、接触する状態で環状部材３８が配置されてもよい。
【００４１】
（変形例５）
上記実施の形態では、直動機構３０がバランサ装置２２に用いられたが、バランサ装置２２以外のものに用いられてもよい。
【００４２】
（変形例６）
上記実施の形態および変形例１〜５は、矛盾の生じない範囲で任意に組み合わされてもよい。
【００４３】
〔実施の形態から得られる発明〕
以上の実施の形態および変形例から把握しうる発明について、以下に記載する。
【００４４】
（第１の発明）
第１の発明は、直動機構（３０）であって、シャフト（３２）と、シャフト（３２）が挿通可能な貫通孔（３４Ｏ）を有するベース部材（３４）と、貫通孔（３４Ｏ）に配置されるシャフト（３２）とベース部材（３４）との間に設けられ、シャフト（３２）に流体を導くことでベース部材（３４）に対してシャフト（３２）をスライド可能に支持する静圧軸受（３６）と、静圧軸受（３６）とベース部材（３４）との間に設けられ、弾性により静圧軸受（３６）を支持する環状部材（３８）と、を備える。
【００４５】
この直動機構（３０）では、予め決められた規定位置からシャフト（３２）の軸芯が傾いても、静圧軸受（３６）からシャフト（３２）に導かれる加圧流体により環状部材（３８）が変形する。これにより、静圧軸受（３６）がシャフト（３２）の軸芯に沿って移動可能な位置に移動できる。したがって、直動機構（３０）によれば、軸心の調整の難しさを低減することができる。
【００４６】
静圧軸受（３６）およびベース部材（３４）の少なくとも一方に溝（３４Ｇ、３６Ｇ）が形成され、溝（３４Ｇ、３６Ｇ）の内部に環状部材（３８）が配置されてもよい。これにより、静圧軸受（３６）により支持されるシャフト（３２）が延びる方向に環状部材（３８）がずれることを抑制し易くなる。
【００４７】
（第２の発明）
第２の発明は、上記の直動機構（３０）を有し、ガイド軸（１４）に沿って移動可能なスライダ（１６）に働く重力を軽減するバランサ装置（２２）である。バランサ装置（２２）は、貫通孔（３４Ｏ）の一方の開口側を覆うようにベース部材（３４）に固定され、開口から突出するシャフト（３２）が挿入される内部空間を有するシリンダ（４０）と、シリンダ（４０）の内部空間に連通される配管（２０Ａ）に設けられ、シリンダ（４０）の内部空間における圧縮ガスのガス圧を所定圧に調整するレギュレータ（４２）と、を備える。シャフト（３２）は、ガイド軸（１４）に沿って設けられ、ベース部材（３４）は、スライダ（１６）に固定され、スライダ（１６）に連動して移動する。
【００４８】
このバランサ装置（２２）では、ガイド軸（１４）に対してシャフト（３２）の軸芯が傾いても、静圧軸受（３６）からシャフト（３２）に導かれる加圧流体により環状部材（３８）が変形する。これにより、静圧軸受（３６）がシャフト（３２）の軸芯に沿って移動可能な位置に移動できる。したがって、バランサ装置（２２）によれば、軸心の調整の難しさを低減することができる。
【００４９】
（第３の発明）
第３の発明は、上記のバランサ装置（２２）を有する工作機械（１０）であって、ガイド軸（１４）と、スライダ（１６）と、スライダ（１６）をガイド軸（１４）に沿って移動させる駆動部（１８）と、を備える。
【００５０】
この工作機械（１０）では、上記のバランサ装置（２２）を有するため、ガイド軸（１４）に対してシャフト（３２）の軸芯が傾いても、静圧軸受（３６）がシャフト（３２）の軸芯に沿って移動可能な位置に移動できる。したがって、工作機械（１０）によれば、軸心の調整の難しさを低減することができる。
【００５１】
駆動部（１８）は、リニアモータであってもよい。バランサ装置（２２）によりスライダ（１６）に働く重力が軽減されるため、リニアモータによりスライダ（１６）を滑らかに移動させることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１０…工作機械                          １２…基台
１４…ガイド軸                          １６…スライダ
１８…駆動部                            ２０…コンプレッサー
２２…バランサ装置                      ３０…直動機構
３２…シャフト                          ３４…ベース部材
３６…静圧軸受                          ３８…環状部材
４０…シリンダ                          ４２…レギュレータ
【図１】
2020082245.tif 000003
【図２】
2020082245.tif 000004
【図３】
2020082245.tif 000005
【図４】
2020082245.tif 000006
【図５】
2020082245.tif 000007