(57)【要約】      （修正有）【課題】電源遮断時に主軸ヘッドの落下を防止するリニア駆動式工作機械のブレーキ装置として電源遮断時にガススプリングのシリンダ部材を制動するように構成したバランサ装置を提供する。【解決手段】リニア駆動式工作機械のバランサ装置５は、主軸ヘッドの自重の一部をキャンセルするように主軸ヘッドに固定されたシリンダ部材を有するガススプリングを有し、このバランサ装置に、電源遮断時に主軸ヘッド２の落下を防止するブレーキ装置２５を設け、ブレーキ装置は、コラム３に固定されてシリンダ部材２１に外嵌されたケース部材と、このケース部材に支持され且つシリンダ部材に外嵌されたコレット部材と、ケース部材に装備され、電源遮断時にコレット部材を径縮小状態に圧縮してシリンダ部材を制動するブレーキ状態に切換えると共に電源非遮断時にコレット部材を径拡大状態に開放してブレーキ状態を解除する駆動手段とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニアモータで駆動される主軸ヘッドとこの主軸ヘッドを昇降自在に案内するコラムとを有するリニア駆動式工作機械に、主軸ヘッドの自重の一部をキャンセルするように主軸ヘッドに固定された鉛直姿勢のシリンダ部材を有するガススプリングを設けたリニア駆動式工作機械のバランサ装置において、
電源遮断時に主軸ヘッドの落下を防止するブレーキ装置を設け、
前記ブレーキ装置は、
前記コラムに固定されてシリンダ部材に外嵌されたケース部材と、
このケース部材に支持され且つ前記シリンダ部材に外嵌されたコレット部材と、
前記ケース部材に装備され、電源遮断時にコレット部材を径縮小状態に圧縮してシリンダ部材を制動するブレーキ状態に切換えると共に電源非遮断時にコレット部材を径拡大状態に開放して前記ブレーキ状態を解除する駆動手段とを備えたことを特徴とするリニア駆動式工作機械のバランサ装置。
【請求項２】
前記コレット部材は、上端側程小径化するテーパ外周面と、上下方向へ延びる少なくとも１つの分断スリットとを有し、径縮小状態に弾性変形可能に構成されたことを特徴とする請求項１に記載のリニア駆動式工作機械のバランサ装置。
【請求項３】
前記駆動手段は、
前記ケース部材内においてコレット部材に外嵌され且つ上端側程小径化して前記テーパ外周面との間に所定の隙間を形成するテーパ内周面を有する筒状部材と、
前記テーパ外周面とテーパ内周面の間のテーパ筒状隙間に装着された複数のボールと、
前記筒状部材をコレット部材に対して相対的に下方へ弾性付勢する複数の圧縮バネと、
前記筒状部材をコレット部材に対して相対的に上方へ駆動可能な流体圧シリンダとを有することを特徴とする請求項２に記載のリニア駆動式工作機械のバランサ装置。
【請求項４】
前記流体圧シリンダは、前記筒状部材からなるピストン部材と、このピストン部材に上方向きの流体圧を作用させる環状流体作動室とを有することを特徴とする請求項３に記載のリニア駆動式工作機械のバランサ装置。
【請求項５】
前記流体圧シリンダの環状流体作動室に加圧エア供給源から加圧エアを導入するエア通路と、エア通路に介装され電源遮断時に環状流体作動室内の流体圧を外部へ放出可能な電磁方向切換弁とを設けたことを特徴とする請求項４に記載のリニア駆動式工作機械のバランサ装置。
【請求項６】
前記筒状部材の下端近傍部の内周部に、前記複数のボールを下方から受け止める環状ボール受部材を設けたことを特徴とする請求項２に記載のリニア駆動式工作機械のバランサ装置。
【請求項７】
前記複数の圧縮バネの代わりに、制動用流体圧シリンダを設けたことを特徴とする請求項３に記載のリニア駆動式工作機械のバランサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニア駆動式工作機械のバランサ装置に関し、特に、電源遮断時にガススプリングからなるバランサ装置に設けたブレーキ装置により、主軸ヘッドを制動することで主軸ヘッドの落下を防止するように構成したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、リニア駆動式工作機械において、主軸ヘッドをリニアモータの駆動により、コラムで案内しながら昇降駆動し、主軸ヘッドの主軸を電動モータで駆動して、ワークの加工を行っている。この種の工作機械では、重量が重い主軸ヘッドをリニアモータで昇降駆動しなければならないため、リニアモータへの負荷が大きくなり、主軸ヘッドの昇降の応答性が低下する。そこで、リニアモータへの負荷を軽減し応答性を向上させるため、主軸ヘッドにはこの主軸ヘッドの自重の一部をキャンセルするためのバランサ装置が設けられる場合がある。
【０００３】
ところで、リニアモータは、磁力により主軸ヘッドを昇降駆動するので、終業時や停電や断線などにより工作機械への電力供給が遮断された場合に、この磁力が消磁されると主軸ヘッドが落下する虞がある。従って、電源遮断時に主軸ヘッドの落下を防止するためのブレーキ装置を主軸ヘッドに設ける必要がある。これらブレーキ装置としては、例えば、特許文献１〜３に記載されているような、種々のものが実用化されている。
【０００４】
特許文献１に記載の放電加工装置の軸送り装置においては、可動子（主軸ヘッド）の移動軸にカウンタバランスウェイトを作用させるエアシリンダが設けられ、停電時には、このエアシリンダのピストンロッドを、圧縮コイルバネの付勢力によりレバー部材で挟持固定することでブレーキするブレーキ機構が設けられている。通常の稼働時には、加圧エアによりピストンロッドの固定が解除される。
【０００５】
特許文献２に記載のロック付エアクッションシリンダ装置においては、このシリンダ装置は、ピストンロッドに遊嵌状に外嵌されたロックリングと、このロックリングを傾斜方向に付勢するスプリングとからロック機構を構成し、通常の稼働時には、このロックリングは加圧エアによりピストンロッドに対して直交方向の姿勢になって、ロックを解除している。停電時には、加圧エアの供給が停止することで、スプリングの付勢力によりロックリングが傾斜状態になってピストンロッドを固定する。特許文献３に記載の工作機械において、ピストンロッドをロックするロック機構に、特許文献２のロック機構と同様のロック機構が適用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許３３１５９４５号公報
【特許文献２】特開２００３−３３６６０５号公報
【特許文献３】特開２００７−９８４８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献１〜３のブレーキ機構やロック機構では、ピストンロッドの表面をブレーキ面としてレバー部材やロックリングで挟持することで、ピストンロッドを制動する。工作機械の電源は毎日の夕刻の終業時に遮断されるため、工作機械の電源の遮断が頻繁に繰り返されてブレーキ状態にされることで、ピストンロッドの表面を徐々に傷付けてしまう虞がある。
【０００８】
ところで、ガススプリングからなるバランサ装置を採用した場合、ガススプリングに充填された圧縮窒素ガスは例えば７〜１０ＭＰａと高圧であるため、ピストンロッドとシリンダ部材との間の微小隙間からも圧縮窒素ガスのリークが生じやすい。そのため、ガススプリングのピストンロッドの表面は鏡面状に研磨加工されている。しかし、前記のように、ピストンロッドの外周面を挟持するようなブレーキ装置を設けた場合には、ピストンロッドの外周面に微小凹凸が発生してピストンロッドとシリンダ部材との間のガス密性が低下し、ガススプリングの圧縮窒素ガスが外部にリークしやすくなり、バランサ装置の耐久性が著しく低下してしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は、電源遮断時にガススプリングのシリンダ部材を制動することで主軸ヘッドの落下を防止するブレーキ装置を設けたリニア駆動式工作機械のバランサ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１のリニア駆動式工作機械のバランサ装置は、リニアモータで駆動される主軸ヘッドとこの主軸ヘッドを昇降自在に案内するコラムとを有するリニア駆動式工作機械に、主軸ヘッドの自重の一部をキャンセルするように主軸ヘッドに固定された鉛直姿勢のシリンダ部材を有するガススプリングを設けたリニア駆動式工作機械のバランサ装置において、電源遮断時に主軸ヘッドの落下を防止するブレーキ装置を設け、前記ブレーキ装置は、前記コラムに固定されてシリンダ部材に外嵌されたケース部材と、このケース部材に支持され且つ前記シリンダ部材に外嵌されたコレット部材と、前記ケース部材に装備され、電源遮断時にコレット部材を径縮小状態に圧縮してシリンダ部材を制動するブレーキ状態に切換えると共に電源非遮断時にコレット部材を径拡大状態に開放して前記ブレーキ状態を解除する駆動手段とを備えたことを特徴としている。
【００１１】
請求項２のリニア駆動式工作機械のバランサ装置は、請求項１の発明において、前記コレット部材は、上端側程小径化するテーパ外周面と、上下方向へ延びる少なくとも１つの分断スリットとを有し、径縮小状態に弾性変形可能に構成されたことを特徴としている。
【００１２】
請求項３のリニア駆動式工作機械のバランサ装置は、請求項２の発明において、前記駆動手段は、前記ケース部材内においてコレット部材に外嵌され且つ上端側程小径化して前記テーパ外周面との間に所定の隙間を形成するテーパ内周面を有する筒状部材と、前記テーパ外周面とテーパ内周面の間のテーパ筒状隙間に装着された複数のボールと、前記筒状部材をコレット部材に対して相対的に下方へ弾性付勢する複数の圧縮バネと、前記筒状部材をコレット部材に対して相対的に上方へ駆動可能な流体圧シリンダとを有することを特徴としている。
【００１３】
請求項４のリニア駆動式工作機械のバランサ装置は、請求項３の発明において、前記流体圧シリンダは、前記筒状部材からなるピストン部材と、このピストン部材に上方向きの流体圧を作用させる環状流体作動室とを有することを特徴としている。
【００１４】
請求項５のリニア駆動式工作機械のバランサ装置は、請求項４の発明において、前記流体圧シリンダの環状流体作動室に加圧エア供給源から加圧エアを導入するエア通路と、エア通路に介装され電源遮断時に環状流体作動室内の流体圧を外部へ放出可能な電磁方向切換弁とを設けたことを特徴としている。
【００１５】
請求項６のリニア駆動式工作機械のバランサ装置は、請求項２の発明において、前記筒状部材の下端近傍部の内周部に、前記複数のボールを下方から受け止める環状ボール受部材を設けたことを特徴としている。
【００１６】
請求項７のリニア駆動式工作機械のバランサ装置は、請求項３の発明において、前記複数の圧縮バネの代わりに、制動用流体圧シリンダを設けたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明によれば、リニアモータで駆動される主軸ヘッドとこの主軸ヘッドを昇降自在に案内するコラムとを有するリニア駆動式工作機械に、主軸ヘッドの自重の一部をキャンセルするように主軸ヘッドに固定された鉛直姿勢のシリンダ部材を有するガススプリングを設けたリニア駆動式工作機械のバランサ装置において、電源遮断時に主軸ヘッドの落下を防止するブレーキ装置を設けたので、工作機械への電源遮断時にブレーキ装置により主軸ヘッドの落下を防止することができる。
【００１８】
このブレーキ装置は、前記コラムに固定されてシリンダ部材に外嵌されたケース部材と、このケース部材に支持され且つ前記シリンダ部材に外嵌されたコレット部材と、前記ケース部材に装備され、電源遮断時にコレット部材を径縮小状態に圧縮してシリンダ部材を制動するブレーキ状態に切換えると共に電源非遮断時にコレット部材を径拡大状態に開放して前記ブレーキ状態を解除する駆動手段とを備えたので、電源遮断時に駆動手段によりコレット部材を径縮小状態に圧縮して、シリンダ部材を制動することで、主軸ヘッドの落下を防止することができる。
【００１９】
電源非遮断時に、駆動手段によりコレット部材を径拡大状態に開放することで、主軸ヘッドのブレーキ状態を解除することができる。シリンダ部材にケース部材とコレット部材を外嵌し、制動時にコレット部材でシリンダ部材の外周面を挟持するように構成したので、ガススプリングのピストンロッドの外周面を傷付けることがない。従って、ガススプリングのシリンダ部材とピストンロッドと間のガス密性を維持し、バランサ装置の耐久性を確保することができる。
【００２０】
請求項２の発明によれば、前記コレット部材は、上端側程小径化するテーパ外周面と、上下方向へ延びる少なくとも１つの分断スリットとを有し、径縮小状態に弾性変形可能に構成されたので、駆動手段によりコレット部材を径縮小状態に圧縮することができる。
【００２１】
請求項３の発明によれば、前記駆動手段は、前記ケース部材内においてコレット部材に外嵌され且つ上端側程小径化して前記テーパ外周面との間に所定の隙間を形成するテーパ内周面を有する筒状部材と、前記テーパ外周面とテーパ内周面の間のテーパ筒状隙間に装着された複数のボールと、前記筒状部材をコレット部材に対して相対的に下方へ弾性付勢する複数の圧縮バネと、前記筒状部材をコレット部材に対して相対的に上方へ駆動可能な流体圧シリンダとを有するので、複数の圧縮バネにより筒状部材を下方へ弾性付勢し、筒状部材のテーパ内周面が複数のボールを介してコレット部材のテーパ外周面に係合し、コレット部材を径縮小状態に圧縮することで制動状態を維持できる。従って、複数の圧縮バネの弾性力でシリンダ部材を制動するので、停電時や断線時にも確実に主軸ヘッドを制動してブレーキ状態に維持することができる。
【００２２】
コレット部材のテーパ外周面と筒状部材のテーパ内周面との間に複数のボールを介在させているため、低摩擦状態となり、筒状部材からの荷重をコレット部材に効率よく伝達することができる。電源非遮断時には、流体圧シリンダに流体圧が供給可能であるため、流体圧シリンダにより筒状部材を上方へ駆動し、テーパ外周面とテーパ内周面との係合を解除して、コレット部材を径拡大状態に開放することで、シリンダ部材を非制動状態に維持することができる。
【００２３】
請求項４の発明によれば、前記流体圧シリンダは、前記筒状部材からなるピストン部材と、このピストン部材に上方向きの流体圧を作用させる環状流体作動室とを有するので、電源非遮断時に環状流体作動室に流体圧を供給し、流体圧でピストン部材を上方へ駆動し筒状部材からなるピストン部材を上方に駆動することができる。
【００２４】
請求項５の発明によれば、前記流体圧シリンダの環状流体作動室に加圧エア供給源から加圧エアを導入するエア通路と、エア通路に介装され電源遮断時に環状流体作動室内の流体圧を外部へ放出可能な電磁方向切換弁とを設けたので、電源遮断時に電磁方向切換弁を環状流体作動室内の加圧エアを外部へ放出する位置に切り換えて、環状流体作動室を大気開放状態にし、シリンダ部材を確実に制動状態にすることができる。
【００２５】
請求項６の発明によれば、前記筒状部材の下端近傍部の内周部に、前記複数のボールを下方から受け止める環状ボール受部材を設けたので、環状ボール受部材により複数のボールが環状隙間から離脱するのを防止することができる。
【００２６】
請求項７の発明によれば、前記複数の圧縮バネの代わりに、制動用流体圧シリンダを設けたので、電源遮断時に制動用流体圧シリンダの付勢力によりコレット部材を径縮小状態に圧縮して、シリンダ部材を制動するブレーキ状態にすることで、主軸ヘッドの落下を防止することができる。制動用流体圧シリンダにより、強力な制動力を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例１に係るバランサ装置（ガススプリングが最大伸長状態）を設けたリニア駆動式工作機械の側面図である。
【図２】リニア駆動式工作機械（ガススプリングが最大退入状態）の側面図である。
【図３】リニア駆動式工作機械の平面図である。
【図４】ガススプリングとブレーキ装置の側面図である。
【図５】ブレーキ装置の平面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】実施例２に係るブレーキ装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２９】
先ず、本発明のバランサ装置５が設けられた立形のリニア駆動式工作機械１の全体構成について説明する。
図１〜図３に示すように、リニア駆動式工作機械１（以下、工作機械１という）は、主軸ヘッド２と、この主軸ヘッド２を昇降自在に案内するコラム３と、主軸ヘッド２を駆動するリニアモータ４などを有している。この工作機械１には、主軸ヘッド２の自重の一部をキャンセルしてリニアモータ４の負荷を軽減するバランサ装置５が主軸ヘッド２に設けられている。尚、図１の上下を上下とし、左右を前後として説明する。
【００３０】
主軸ヘッド２は、フレーム部材６と、フレーム部材６の前部に鉛直軸心回りに回転自在に支持され工具を下端部に着脱可能に装着する為の主軸８と、主軸８を回転駆動する電動モータ９などを有する。電動モータ９は、フレーム部材６の前部の上端部に取り付けられて主軸８に連結されている。電動モータ９は、制御ユニット１１に電気的に接続され、この制御ユニット１１により駆動制御されて、主軸８と共に工具が回転駆動される。
【００３１】
コラム３の前端部には鉛直に延びる左右１対のガイドレール１２が設けられ、主軸ヘッド２のフレーム部材６の後端部に左右２対のスライド１３が固着され、１対のガイドレール１２に２対のスライド１３が係合されて、主軸ヘッド２が昇降自在に案内されている。
【００３２】
図３に示すように、リニアモータ４は、左右１対のコイルヨーク１５と左右１対の磁石板１６などから構成されている。１対のコイルヨーク１５は、コラム３の前端部に主軸ヘッド２を左右両側から挟んで対向するように設けられ、各コイルヨーク１５は鉛直方向に所定間隔おきに配置された複数のコイルを有する。一方、１対の磁石板１６は、主軸ヘッド２の左右の両側面に設けられ、上下方向に設定間隔を空けて配置された複数の永久磁石片を有する。１対のコイルヨーク１５の複数のコイルに供給する電流を制御することで、永久磁石とコイルとの間に発生する磁力により主軸ヘッド２を昇降駆動する。
【００３３】
次に、バランサ装置５について説明する。
図１〜図８に示すように、バランサ装置５は、ガススプリング２０とブレーキ装置２５などから構成されている。バランサ装置５は、このガススプリング２０により主軸ヘッド２を上方へ付勢し、ガススプリング２０に充填された圧縮窒素ガスの付勢力によりリニアモータ４の負荷を軽減するように構成されている。
【００３４】
ガススプリング２０は、主軸ヘッド２の自重の一部をキャンセルするように主軸ヘッド２の内部に鉛直姿勢で配設されている。ガススプリング２０は、シリンダ部材２１と、ピストンロッド２２と、ガス作動室（図示略）と、ガス作動室に充填された圧縮窒素ガスなどを有し、シリンダ部材２１は、そのシリンダ部材２１の下端部に固定されたブラケット２４を介して主軸ヘッド２に固定されている。このシリンダ部材２１からピストンロッド２２が下方へ延び、ピストンロッド２２の下端がコラム３の下部に当接している。シリンダ部材２１内のガス作動室に圧縮窒素ガス（例えば、ガス圧７〜１０ＭＰａ）が充填され、ピストンロッド２４を下方へ強力に付勢している。
【００３５】
次に、ブレーキ装置２５について説明する。
図４〜図８に示すように、ブレーキ装置２５は、ガススプリング２０のシリンダ部材２１に外嵌されている。ブレーキ装置２５は、ケース部材２６と、ケース部材２６に支持され、シリンダ部材２１に外嵌されたコレット部材２７と、ケース部材２６に装備された駆動手段２９などを備えている。このブレーキ装置２５は、電源遮断時にガススプリング２０のシリンダ部材２１を制動するブレーキ状態にすることで、主軸ヘッド２の落下を防止するように構成されている。
【００３６】
次に、ケース部材２６について説明する。
図６，図７に示すように、ケース部材２６は、金属製の筒状本体部３１と、金属製の環状板部３２とから構成されている。ケース部材２６は、シリンダ部材２１に僅かの隙間をもって遊嵌状に外嵌されている。ケース部材２６は、コラム３の前部に突出状に設けられた連結部２８に８本のボルト２８ａにより固定され、この連結部２８を介してケース部材２６はコラム３に支持されている。
【００３７】
筒状本体部３１の内周部には、上方から下方に向けて、環状板部３２が装着される環状板部装着部３３、大径孔部３４、大径孔部３４よりも小径の小径孔部３５、シリンダ部材２１が僅かの隙間をもって挿通されるシリンダ挿通孔３６とが順々に形成されている。筒状本体部３１の上端近傍部の外周部には、フランジ部３７が形成され、このフランジ部３７には８つのボルト孔３１ａが周方向等間隔に形成されている。
【００３８】
環状板部３２は、シリンダ部材２１を挿通させる為に中央部に形成されたシリンダ挿通孔３８と、外周部に周方向等間隔に形成された８つのボルト孔３２ａとを有している。環状板部３２は、これら８つのボルト孔３２ａと筒状本体部３１の８つのボルト孔３１ａとが一致するように環状板部装着部３３に装着され、８本のボルト２８ａで連結部２８に固定されている。環状板部３２には、シリンダ部材２１の軸心を挟んで対向するように２本のボルト（図示略）が挿通される２つのボルト挿通孔３２ｂが形成されている。２つのボルト挿通孔３２ｂは、後述する駆動手段２９を固定するために使用される。
筒状本体部３１の挿通孔３６と環状板部３２の挿通孔３８には、シリンダ部材２１に付着した塵や埃などが外部からケース部材２６の内部に侵入するのを防止するための１対のダストシール３９ａ，３９ｂが設けられている。
【００３９】
次に、コレット部材２７について説明する。
図６，図７に示すように、コレット部材２７は、環状に形成された金属製のものであって、上端側程小径化するテーパ外周面４１と、上下方向へ延びる１つの分断スリット４２と、シリンダ部材２１が挿通されるシリンダ挿通孔４３とを有し、シリンダ部材２１の外周面に密着する径縮小状態に弾性変形可能に構成されている。コレット部材２７は、ケース部材２６に支持され且つシリンダ部材２１に僅かな隙間をもって外嵌されている。
【００４０】
コレット部材２７の下端が、ケース部材２６の環状底面４０に当接され、コレット部材２７の上端と環状板部３２の下端面との間には僅かな隙間が形成されている。コレット部材２７のテーパ外周面４１の上端部には、後述する複数のボール４６が上方に離脱するのを規制する環状規制部４４が形成されている。尚、分断スリット４２は必ずしも１つである必要はなく、複数の分断スリット４２を形成してもよい。
【００４１】
次に、駆動手段２９について説明する。
図６，図７に示すように、駆動手段２９は、金属製の筒状部材４５と、複数のボール４６と、複数の圧縮バネ４７と、流体圧シリンダ４８などを備えている。駆動手段２９は、ケース部材２６に装備され、電源遮断時にコレット部材２７を径縮小状態に圧縮してシリンダ部材２１を制動するブレーキ状態に切換えると共に電源非遮断時にコレット部材２７を径拡大状態に開放して前記ブレーキ状態を解除するように構成されている。
【００４２】
筒状部材４５は、本体筒部５１と小径筒部５２とから一体的に構成され、本体筒部５１が大径孔部３４に摺動自在に挿入され、小径筒部５２が小径孔部３５に摺動自在に挿入されている。この筒状部材４５は、ケース部材２６内においてコレット部材２７に外嵌され且つ上端側程小径化してテーパ外周面４１との間に後述のボール４６の直径と等しい隙間を形成するテーパ内周面５３を有する。本体筒部５１の上端部には、シリンダ部材２１の軸心を挟んで対向するように２つのボルト孔５１ａが形成されている。
【００４３】
複数のボール４６（鋼球）は、テーパ外周面４１とテーパ内周面５３の間のテーパ筒状隙間５４に密集状に充填した状態に装着されている。筒状部材４５の下端近傍部の内周部に、複数のボール４６を下方から受け止める環状ボール受部材５５が設けられている。尚、１つの分断スリット４２に、ボール４６がスリット４２に係合するのを防止する係合防止部材を設けても良い。
【００４４】
複数の圧縮バネ４７は、筒状部材４５と環状板部３２に亙って周方向等間隔に形成された複数のバネ装着部５７に夫々圧縮状に装着されている。複数の圧縮バネ４７は、筒状部材４５をコレット部材２７に対して相対的に下方へ弾性付勢する。流体圧シリンダ４８に加圧エアが供給されていない状態では、複数の圧縮バネ４７により筒状部材４５を下方へ弾性付勢し、テーパ内周面５３が複数のボール４６を介してテーパ外周面４１に係合し、コレット部材２７を径縮小状態に弾性変形させる。流体圧シリンダ４８に加圧エアが供給されている状態では、図６、図７に示すように、筒状部材４５を上方へ駆動し、テーパ外周面４１とテーパ内周面５３との係合を解除して、コレット部材２７を径拡大状態に開放する。尚、本発明では、複数の圧縮バネ４７と複数のバネ装着部５７は６組又は８組設けられている。
【００４５】
次に、流体圧シリンダ４８について説明する。
図６、図７に示すように、流体圧シリンダ４８は、筒状部材４５からなるピストン部材と、ケース部材２６の大径孔部３４からなるシリンダ孔と、このピストン部材４５に上方向きの加圧エア（流体圧に相当する）を作用させる環状流体作動室５８とを有している。流体圧シリンダ４８は、ブレーキ状態を解除する場合に、ピストン部材４５（筒状部材４５）をコレット部材２７に対して相対的に上方へ駆動可能に構成されている。
【００４６】
環状流体作動室５８は、ケース部材２６とピストン部材４５とで区画された環状空間から構成されている。環状流体作動室５８は、ケース部材２６に形成されたエア供給路５９を介して、加圧エア供給源６０から加圧エアが供給される。この環状流体作動室５８に加圧エアが供給されている場合は、複数の圧縮バネ４７の付勢力に抗してピストン部材４５を上方へ駆動し、ブレーキ解除状態にする。ピストン部材４５とシリンダ孔３４には、環状流体作動室５８内を気密に保持する為の１対の環状シール部材５９ａ，５９ｂが装着されている。
【００４７】
図６に示すように、このバランサ装置５には、流体圧シリンダ４８の環状流体作動室５８に加圧エア供給源６０から加圧エアを導入するエア通路６１と、エア通路６１に介装され電源遮断時に環状流体作動室５８内の加圧エアを外部へ放出可能な電磁方向切換弁６２とが設けられている。エア通路６１の上流側は加圧エア供給源６０に接続され、下流側はブレーキ装置２５のエア供給路５９に接続されている。電磁方向切換弁６２は、制御ユニット１１によりソレノイド６３をオン・オフすることで切り換えられる。
【００４８】
図６に示す状態は、電磁方向切換弁６２のソレノイド６３をオンにして供給位置に切り換えた状態を示す。加圧エア供給源６０からエア通路６１とエア供給路５９とを介して環状流体作動室５８に加圧エアが供給され、非制動状態になっている。電源遮断時には電磁方向切換弁６２のソレノイド６３をオフすることにより排出位置に切換えて、環状流体作動室５８を大気開放状態にし、制動状態にする。尚、電磁方向切換弁６２には、排気時の音を減衰させるためのサイレンサ６４も設けられている。
【００４９】
このブレーキ装置２５をガススプリング２０へ組み付ける時やメンテナンスをする時には、２本のボルトを環状板部３２のボルト挿通孔３２ｂに挿通し、筒状部材４５のボルト孔５１ａに夫々螺着する。これにより、複数の圧縮バネ４７の付勢力に抗して、筒状部材４５をケース部材２６の環状板部３２に引き寄せて固定し、テーパ外周面４１をテーパ内周面５３との係合を解除し、コレット部材２７を径拡大状態に維持することができる。
【００５０】
次に、本発明の工作機械１のバランサ装置５の作用及び効果について説明する。
先ず、工作機械１の電源が投入される前は、制御ユニット１１は停止しているので、電磁方向切換弁６２が排出位置を維持し、ブレーキ装置５の環状流体作動室５８が大気開放状態となり、複数の圧縮バネ４７の付勢力により、筒状部材４５が下方へ弾性付勢され、テーパ外周面４１が複数のボール４６を介してテーパ内周面５３と係合してコレット部材２７が径縮小状態に圧縮されている。このコレット部材２７により、ガススプリング２０のシリンダ部材２１を制動し、主軸ヘッド２がコラム３に対して固定されている。
【００５１】
工作機械１の電源が投入されると、制御ユニット１１により電磁方向切換弁６２を図６に示す供給位置に切り換えて、加圧エア供給源６０から環状流体作動室５８に加圧エアを供給する。加圧エアが、複数の圧縮バネ４７の付勢力に抗して筒状部材４５（ピストン部材）を上方へ駆動し、テーパ外周面４１をテーパ内周面５３との係合を解除して、コレット部材２７を径拡大状態に開放することで、ブレーキ装置２５によるシリンダ部材２１を制動するブレーキ状態を解除する。その後、この工作機械１は、バランサ装置５のガススプリング２０の上方への弾性付勢により主軸ヘッド２の自重の一部をキャンセルしながら種々の加工に供される。
【００５２】
ここで、終業時における工作機械の電源の遮断や、停電や断線などにより工作機械１への電力供給が遮断された場合、制御ユニット１１からソレノイド６３への通電が停止すると、電磁方向切換弁６２が排出位置に切り換えられ、環状流体作動室５８の加圧エアが外部に排出されて大気開放状態になる。この状態になると、複数の圧縮バネ４７により筒状部材４５が下方へ弾性付勢され、テーパ外周面４１が複数のボール４６を介してテーパ内周面５３に係合して、コレット部材２７を径縮小状態に圧縮してシリンダ部材２１を制動する制動状態になることで、主軸ヘッド２の落下を防止する。
【００５３】
このように、リニアモータ４で駆動される主軸ヘッド２とこの主軸ヘッド２を昇降自在に案内するコラム３と有する工作機械１に、主軸ヘッド２の自重の一部をキャンセルするように主軸ヘッド２に固定された鉛直姿勢のシリンダ部材２１を有するガススプリング２０を設けた工作機械１のバランサ装置５において、電源遮断時に主軸ヘッド２の落下を防止するブレーキ装置２５を設けたので、工作機械１への電源遮断時にブレーキ装置２５によりバランサ装置５を介して主軸ヘッド２の落下を防止することができる。
【００５４】
このブレーキ装置２５は、コラム３に固定されてシリンダ部材２１に外嵌されたケース部材２６と、このケース部材２６に支持され且つシリンダ部材２１に外嵌されたコレット部材２７と、ケース部材２６に装備され、電源遮断時にコレット部材２７を径縮小状態に圧縮してシリンダ部材２１を制動するブレーキ状態に切換えると共に電源非遮断時にコレット部材２７を径拡大状態に開放してブレーキ状態を解除する駆動手段２９とを備えたので、電源遮断時に駆動手段２９によりコレット部材２７を径縮小状態に圧縮して、シリンダ部材２１を制動するブレーキ状態にすることで、主軸ヘッド２の落下を防止することができる。
【００５５】
電源非遮断時に、駆動手段２９によりコレット部材２７を径拡大状態に開放して、主軸ヘッド２のブレーキ状態を解除することができる。シリンダ部材２１にケース部材２６とコレット部材２７を外嵌し、制動時にコレット部材２７でシリンダ部材２１の外周面を挟持するように構成したので、シリンダ部材２１の外周面に傷がつくことはあっても、ガススプリング２０のピストンロッド２４の外周面を傷つけることがない。従って、スプリング２０のガス密性を維持し、バランサ装置５の耐久性を確保することができる。
【００５６】
コレット部材２７は、上端側程小径化するテーパ外周面４１と、上下方向へ延びる少なくとも１つの分断スリット４２とを有し、径縮小状態に弾性変形可能に構成されたので、駆動手段２９によりコレット部材２７を径縮小状態に圧縮することができる。
【００５７】
駆動手段２９は、ケース部材２６内においてコレット部材２７に外嵌され且つ上端側程小径化してテーパ外周面４１との間に所定の隙間を形成するテーパ内周面５３を有する筒状部材４５と、テーパ外周面４１とテーパ内周面５３の間のテーパ筒状隙間５４に装着された複数のボール４６と、筒状部材４５をコレット部材２７に対して相対的に下方へ弾性付勢する複数の圧縮バネ４７と、筒状部材４５をコレット部材２７に対して相対的に上方へ駆動可能な流体圧シリンダ４８とを有するので、次の効果を奏する。
【００５８】
複数の圧縮バネ４７により筒状部材４５を下方へ弾性付勢し、筒状部材４５のテーパ内周面５３が複数のボール４６を介してコレット部材２７のテーパ外周面４１に係合し、コレット部材２７を径縮小状態に圧縮することで制動状態を維持できる。従って、複数の圧縮バネ４７の弾性力でシリンダ部材２１を制動するので、停電時や断線時にも確実に主軸ヘッド２を制動してブレーキ状態に維持することができる。コレット部材のテーパ外周面と筒状部材のテーパ内周面との間に複数のボールを介在させているため、低摩擦状態となり、筒状部材からの荷重をコレット部材に効率よく伝達することができる。電源非遮断時には、流体圧シリンダ４８に加圧エアが供給可能なので、流体圧シリンダ４８により筒状部材４５を上方へ駆動し、テーパ外周面４１とテーパ内周面５３との係合を解除して、コレット部材２７を径拡大状態に開放することで、非制動状態に維持することができる。
【００５９】
流体圧シリンダ４８は、筒状部材４５からなるピストン部材４５と、このピストン部材４５に上方向きの流体圧を作用させる環状流体作動室５８とを有するので、環状流体作動室５８に流体圧を供給し、加圧エアでピストン部材４５を上方へ駆動し、筒状部材４５からなるピストン部材を上方に駆動することができる。
【００６０】
流体圧シリンダ４８の環状流体作動室５８に加圧エア供給源６０から加圧エアを導入するエア通路６１と、エア通路６１に介装され電源遮断時に環状流体作動室５８内の加圧エアを外部へ放出可能な電磁方向切換弁６２とを設けたので、電源遮断時に電磁方向切換弁６２により環状流体作動室５８内の加圧エアを外部へ放出可能に切り換えるので、環状流体作動室５８を大気開放状態にし、確実にシリンダ部材２１を制動状態にすることができる。
【００６１】
筒状部材４５の下端近傍部の内周部に、複数のボール４６を下方から受け止める環状ボール受部材５５を設けたので、環状ボール受部材５５により複数のボール４６が環状隙間から離脱するのを防止することができる。
【実施例２】
【００６２】
次に、前記実施例１のブレーキ装置２５を部分的に変更した実施例２に係るブレーキ装置２５Ａについて図８に基づいて説明する。但し、実施例１と同じ構成要素には同じ参照符号を付して説明を省略し、異なる構成要素についてのみ説明する。このブレーキ装置２５Ａの駆動手段２９Ａにおいては、前記複数の圧縮バネ４７の代わりに、複数の油圧シリンダ７０（制動用流体圧シリンダに相当する）が設けられている。
【００６３】
図８に示すように、複数の油圧シリンダ７０は、筒状部材４５と環状板部３２に亙って形成された複数のシリンダ装着部７１に夫々装着されている。油圧シリンダ７０は、シリンダ部材７２と、ピストン部材７３と、油圧作動室７４などを備えている。ピストン部材７３は、シリンダ部材７２のシリンダ孔に油密摺動自在に装着され、ピストン部材７３の進出側の先端面は、シリンダ装着部７１の底面（筒状部材４５に形成された底面）に当接されている。複数の油圧作動室７４は、油圧給排口７５を介して油圧アキュムレータ７７に接続されて、油圧アキュムレータ７７から油圧が供給されている。この複数のピストン部材７３による筒状部材４５に対する作用力（押圧力）は、環状流体作動室５８に供給される加圧エアによる作用力よりも小さい。
【００６４】
電源非遮断時には、加圧エアにより筒状部材４５を上方へ駆動し、バランサ装置５を非制動状態にする。このとき、複数の油圧作動室７４内の油圧の一部は油圧アキュムレータ７７に蓄圧される。電源遮断時には、実施例１と同様に加圧エアの供給が停止し、環状流体作動室５８内が大気開放状態になるので、油圧アキュムレータ７７の油圧が油圧作動室７４に供給され、筒状部材４５を下方へ駆動して制動状態にする。
【００６５】
複数の圧縮バネ４７の代わりに、油圧シリンダ７０（制動用流体圧シリンダ）を設けたので、電源遮断時に油圧シリンダ７０の付勢力によりコレット部材２７を径縮小状態に圧縮して、シリンダ部材２１を制動するブレーキ状態にすることで、主軸ヘッド２の落下を防止することができる。油圧シリンダ７０により、強力な制動力を発生させることができる。その他の構成、作用及び効果は、前記実施例１と同様であるので説明は省略する。
【００６６】
次に、前記実施例１，２を部分的に変更した変更例について説明する。
［１］前記実施例１，２の電磁方向切換弁６２の構成は一例に過ぎず、電源非遮断時に環状流体作動室５８に加圧エア供給源６０から加圧エアが供給し、電源遮断時に環状流体作動室５８の加圧エアを排出する構成のものであればよく、種々の構成の電磁方向切換弁を適用可能である。
【００６７】
［２］前記実施例１，２の加圧エア供給源６０とエア通路６１に代えて油圧供給源と油路を設けても良い。ブレーキ状態を解除する場合、環状流体作動室内に油圧を供給して、ピストン部材４５を上方に駆動する。ブレーキ状態のときの環状流体作動室内の油圧は、油路を介して油圧タンクに排出される。
【００６８】
［３］前記実施例１，２の主軸ヘッド２に対するリニアモータ４とバランサ装置５の配置は、一例を示すものに過ぎない。例えば、バランサ装置５を主軸ヘッド２の一方又は両方の側面に設け、主軸ヘッド２後端面に磁石板１６を装着し、コラム３前端面にコイルヨーク１５を設けた構成のリニアモータ４であってもよい。
［４］その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能で、本発明はそのような変更形態も包含するものである。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明のリニア駆動式工作機械のバランサ装置は、種々のリニア駆動式工作機械に設けることができる。また、リニア駆動式工作機械以外の工作機械にも利用可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１     リニア駆動式工作機械
２     主軸ヘッド
３     コラム
４     リニアモータ
５     バランサ装置
２０   ガススプリング
２１   シリンダ部材
２５，２５Ａ  ブレーキ装置
２６   ケース部材
２７   コレット部材
２９，２９Ａ  駆動手段
３２   環状板部
４１   テーパ外周面
４２   分断スリット
４５   筒状部材
４５   ピストン部材
４６   ボール
４７   圧縮バネ
４８   流体圧シリンダ
５３   テーパ内周面
５４   テーパ筒状隙間
５５   環状ボール受部材
５８   環状流体作動室
６０   加圧エア供給源
６１   エア通路
６２   電磁方向切換弁
７０   油圧シリンダ
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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