(57)【要約】      （修正有）【課題】ロッド部材とシール部材間に作用する摩擦力を大幅に低減可能にし、機械加工精度の低下を防止可能な工作機械のバランス装置を提供する。【解決手段】工作機械１におけるコラム３に昇降可能に装備された主軸ヘッド５の重量の少なくとも一部を支持するガススプリング１１を有する工作機械のバランス装置１０において、ガススプリング１１は、シリンダ本体１２と、このシリンダ本体内の圧縮ガスが充填されたガス収容室と、このガス収容室のガス圧を受圧してシリンダ本体外へ下方へ延び且つシリンダ本体１２に対して進退可能なロッド部材１４を備え、工作機械１の本体機枠２に装備された電動モータを有し、ロッド部材１４の下端部に回転駆動力を入力可能な回転駆動手段１５と、ロッド部材１４に作用する軸力を工作機械１の本体機枠２に支持するスラスト軸受機構１６とを設けた工作機械のバランス装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械におけるコラムに昇降可能に装備された主軸ヘッドの重量の少なくとも一部を支持するガススプリングを有する工作機械のバランス装置において、
前記ガススプリングは、シリンダ本体と、このシリンダ本体内の圧縮ガスが充填されたガス収容室と、このガス収容室のガス圧を受圧してシリンダ本体外へ下方へ延び且つシリンダ本体に対して進退可能なロッド部材を備え、
前記工作機械の本体機枠に装備された電動モータを有し、前記ロッド部材の下端部に回転駆動力を入力可能な回転駆動手段と、
前記ロッド部材に作用する軸力を工作機械の本体機枠に支持するスラスト軸受機構とを設けたことを特徴とする工作機械のバランス装置。
【請求項２】
工作機械におけるコラムに昇降可能に装備された主軸ヘッドの重量の少なくとも一部を支持する流体圧シリンダを有する工作機械のバランス装置において、
前記流体圧シリンダは、シリンダ本体と、このシリンダ本体内の圧縮流体が収容された流体収容室と、この流体収容室の流体圧を受圧してシリンダ本体外へ下方へ延び且つシリンダ本体に対して進退可能なロッド部材を備え、
前記工作機械の本体機枠に装備された電動モータを有し、前記ロッド部材の下端部に回転駆動力を入力可能な回転駆動手段と、
前記ロッド部材に作用する軸力を工作機械の本体機枠に支持するスラスト軸受機構とを設けたことを特徴とする工作機械のバランス装置。
【請求項３】
前記回転駆動手段は、前記電動モータの出力軸に連結された駆動側回転部材と、ロッド部材の下端部に連結され且つ駆動側回転部材と非接触の従動側回転部材とを含むマグネットカップリングを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械のバランス装置。
【請求項４】
前記従動側回転部材は、内周側に複数の永久磁石を取り付けた円筒部と、この円筒部から外周側へ張り出すフランジ部とを備え、
前記スラスト軸受機構は、本体機枠と前記フランジ部との間に介装されたスラスト軸受を備えたことを特徴とする請求項３に記載の工作機械のバランス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械のバランス装置に関し、特に主軸ヘッドの重量を支持するガススプリングのロッド部材にシール部材から作用する摩擦力を低減し、主軸ヘッドを昇降駆動する昇降駆動手段の負荷を低減するようにし、また高精度加工を可能に構成したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の主軸ヘッドを昇降駆動する昇降駆動手段の負荷を軽減する為に、工作機械のコラムに昇降可能に装備された主軸ヘッドの重量の一部又は全部をガススプリングに支持させるようにしたバランス装置が実用に供されている。例えば、特許文献１に記載の工作機械用主軸バランサにおいては、縦型工作機械のコラムの上端部に縦向きのプル型ガススプリングを倒立姿勢に取り付け、ロッド部材の下端を主軸ヘッドに固定している。
【０００３】
ガススプリングはシリンダ本体とロッド部材と内部に充填された圧縮ガスを有し、ガススプリングにより主軸ヘッドを上方へ持ち上げ付勢する状態を維持し、工作機械の昇降駆動機構により主軸ヘッドが下降駆動されると、ガススプリングのシリンダ本体に対してロッド部材が伸長し、主軸ヘッドが上昇駆動されるとシリンダ本体に対してロッド部材が退入する。
他方、工作機械用主軸バランサに、プッシュ型のガススプリングを採用する場合には、主軸ヘッドにガススプリングを倒立姿勢に取り付け、ガススプリングのロッド部材の下端を基台で支持する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２００７／０９９６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の主軸バランサにおいては、シリンダ本体のロッド側端壁にロッドガイド部材が固定され、このロッドガイド部材にロッド挿通孔が形成され、ロッド部材がロッド挿通孔にシール部材を介して気密摺動自在に挿通されている。ガススプリングに充填されている圧縮ガスのガス圧は７〜１０ＭＰａ程度と非常に高圧であり、圧縮ガスは微小隙間からリークし易いため、また、前記シール部材はロッド部材に緊密に外嵌されている関係上、ロッド部材とシール部材間には大きな静止摩擦力や動摩擦力が作用する。
【０００６】
ロッド部材がシリンダ本体に対して相対的に進退移動する際に、移動開始時には、ロッド部材とシール部材間に大きな静止摩擦力が作用し、移動開始後にはロッド部材とシール部材間に動摩擦力が作用する。そのため、ロッド部材やシール部材が磨耗し易くなって耐久性も低下するうえ、主軸ヘッドを昇降駆動する昇降駆動手段の負荷も大きくなる。
【０００７】
さらに、加工時において、昇降駆動手段により主軸ヘッドが上昇又は下降の移動と停止とを頻繁に繰り返すような場合に、主軸ヘッド移動中には動摩擦力が作用し、停止状態から移動開始するときには、大きな静止摩擦力が作用するため、摩擦力の大きさが一定でないから、主軸ヘッドの位置制御の誤差が大きくなり、機械加工精度が低下する。例えば、ワークを円弧形状に加工する場合、前記主軸ヘッドの位置制御の誤差により、工具の移動軌跡は、所定の円弧軌跡からずれてしまい、所謂、象限突起と呼ばれる誤差が発生する。
【０００８】
そこで、本願出願人は、ガススプリングのシリンダ本体のロッド側端壁のうち、ロッド部材の外周側のスリーブ部分を別体に構成し、このスリーブ部分を回転駆動する回転駆動手段を設け、加工中は常に動摩擦とすることで負荷抵抗を低減することを提案した（特願２００９−２６８６０７号）。
【０００９】
しかし、回転駆動手段はギヤ機構を介して回転駆動力を入力する構成になるため、回転駆動手段の振動がガススプリングを介して主軸ヘッドに伝播し、機械加工精度の低下を招くという問題がある。しかも、回転駆動手段をガススプリングの付近で主軸ヘッドに装備しなければならないため、主軸ヘッドの周辺に設置スペースを必要とするうえ、主軸ヘッドの重量が増大し、主軸ヘッドを昇降駆動する昇降駆動手段の負荷が増大するという問題もある。
【００１０】
本発明の目的は、主軸ヘッド支持用ガススプリングのシリンダ本体に対してロッド部材が進退移動する際に、ロッド部材とシール部材間に作用する摩擦力を大幅に低減可能にし、機械加工精度の低下を防止可能な工作機械のバランス装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の工作機械のバランス装置は、工作機械におけるコラムに昇降可能に装備された主軸ヘッドの重量の少なくとも一部を支持するガススプリングを有する工作機械のバランス装置において、前記ガススプリングは、シリンダ本体と、このシリンダ本体内の圧縮ガスが充填されたガス収容室と、このガス収容室のガス圧を受圧してシリンダ本体外へ下方へ延び且つシリンダ本体に対して進退可能なロッド部材を備え、前記工作機械の本体機枠に装備された電動モータを有し、前記ロッド部材の下端部に回転駆動力を入力可能な回転駆動手段と、前記ロッド部材に作用する軸力を工作機械の本体機枠に支持するスラスト軸受機構とを設けたことを特徴としている。
【００１２】
請求項２の工作機械のバランス装置は、工作機械におけるコラムに昇降可能に装備された主軸ヘッドの重量の少なくとも一部を支持する流体圧シリンダを有する工作機械のバランス装置において、前記流体圧シリンダは、シリンダ本体と、このシリンダ本体内の圧縮流体が収容された流体収容室と、この流体収容室の流体圧を受圧してシリンダ本体外へ下方へ延び且つシリンダ本体に対して進退可能なロッド部材を備え、前記工作機械の本体機枠に装備された電動モータを有し、前記ロッド部材の下端部に回転駆動力を入力可能な回転駆動手段と、前記ロッド部材に作用する軸力を工作機械の本体機枠に支持するスラスト軸受機構とを設けたことを特徴としている。
【００１３】
請求項３の工作機械のバランス装置は、請求項１又は２の発明において、前記回転駆動手段は、前記電動モータの出力軸に連結された駆動側回転部材と、ロッド部材の下端部に連結され且つ駆動側回転部材と非接触の従動側回転部材とを含むマグネットカップリングを有することを特徴としている。
請求項４の工作機械のバランス装置は、請求項３の発明において、前記従動側回転部材は、内周側に複数の永久磁石を取り付けた円筒部と、この円筒部から外周側へ張り出すフランジ部とを備え、前記スラスト軸受機構は、本体機枠と前記フランジ部との間に介装されたスラスト軸受を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、工作機械の本体機枠に装備された電動モータを有し、前記ロッド部材の下端部に回転駆動力を入力可能な回転駆動手段を設けたので、回転駆動手段でロッド部材に回転駆動力を与えて回転させ、ガススプリングのシリンダ本体のシール部材からロッド部材に作用する摩擦力を静止摩擦の約１／１０の動摩擦にすることができ、主軸ヘッドが昇降を開始する時の始動摩擦を格段に小さくすることができる。その結果、ロッド部材やシール部材の摩擦を低減でき、主軸ヘッドを昇降駆動する昇降駆動手段の負荷を低減することができ、それらの耐久性を高めることができる。
【００１５】
ロッド部材とシール部材間に作用する摩擦力を小さく安定させることができるため、主軸ヘッドが上昇と下降を頻繁に繰り返すような場合でも、主軸ヘッドの昇降中の摩擦力と、昇降開始時の摩擦力の差を小さくできるため、主軸ヘッドを位置制御する精度を確実に高めることができる。
【００１６】
また、電動モータを本体機枠に装備するため、回転駆動手段を下方側の本体機枠側に装備可能となり、主軸ヘッドの周辺に回転駆動手段を配置するスペースが不要なるうえ、回転駆動手段の重量で主軸ヘッドの重量が増すことないから、主軸ヘッドを昇降駆動する昇降駆動手段の負荷が増大することもない。
【００１７】
さらに、ガススプリングのロッド部材に作用する軸力を工作機械の本体機枠に支持するスラスト軸受機構を設けたので、回転駆動されるロッド部材が受ける軸力をスラスト軸受機構で支持することができるため、回転駆動手段の負荷を軽減できる。
【００１８】
請求項２の発明は、請求項１の発明におけるガススプリングの代わりに流体圧シリンダを適用した点で相違するのみであるので、請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果が得られる。
【００１９】
請求項３の発明によれば、前記回転駆動手段は、電動モータの出力軸に連結された駆動側回転部材と、ロッド部材の下端部に連結され且つ駆動側回転部材と非接触の従動側回転部材とを含むマグネットカップリングを有するため、回転駆動手段の電動モータ側の振動がロッド部材と主軸ヘッドに伝播することがないから、前記の振動により機械加工の精度が低下するのを確実に防止することができる。
【００２０】
請求項４の発明によれば、従動側回転部材に形成したフランジ部をスラスト軸受機構に活用するため部材数を節減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例１に係るバランス装置を有する横型工作機械の側面図である。
【図２】バランス装置のガススプリングの縦断面図である。
【図３】回転駆動手段のマグネットカップリングとスラスト軸受機構の拡大断面図である。
【図４】実施例２に係る工作機械のバランス装置の要部構成図である。
【図５】実施例３に係る工作機械のバランス装置の要部構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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】
【００２３】
図１に示すように、横型工作機械１は、本体機枠２と、コラム３と、テーブル４と、主軸ヘッド５と、この主軸ヘッド５に装備されたクイル６と、クイル６に回転自在に装備された主軸７と、バランス装置１０などを備えている。
【００２４】
本体機枠２は、前部機枠２ａと後部機枠２ｂとを有し、後部機枠２ｂ上にコラム３が立設されている。コラム３は４本の柱部材３ａと頂部連結部材３ｂとを有する。テーブル４は、前部機枠２ａの上に左右方向（Ｘ軸方向、図１の紙面直交方向）へ移動自在に設けられ、テーブル４はＸ軸ガイド機構（図示略）によりＸ軸方向へ案内されている。テーブル４をＸ軸方向へ駆動する為のＸ軸ボールネジ機構（図示略）が設けられている。このＸ軸ボールネジ機構は、前部機枠２ａに回転可能に設けられたボールネジ軸と、テーブル４に固定されてボールネジ軸に螺合したボールネジナットと、ボールネジ軸を駆動するＸ軸サーボモータ（図示略）とを有する。尚、上記のテーブル４を案内し、Ｘ軸方向へ移動駆動する機構は、公知の横型工作機械と同様である。
【００２５】
主軸ヘッド５はコラム３に上下方向（Ｙ軸方向）へ昇降可能に設けられている。主軸ヘッド５は、左側の２本の柱部材３ａと右側の２本の柱部材３ａの間に配設され、Ｙ軸ガイド機構（図示略）により上下方向へ移動自在に案内されている。Ｙ軸ガイド機構は、４本の柱部材３ａの内面に夫々設けられた４本の案内レール８と、主軸ヘッド５に固定されて４本の案内レール８に夫々係合した８つの案内ブロックとを有する。
【００２６】
主軸ヘッド５を上下方向へ駆動する為のＹ軸ボールネジ機構（図示略）が設けられている。このＹ軸ボールネジ機構は、コラム３の頂部連結部材３ｂと後部機枠２ｂに回転可能に取り付けられたボールネジ軸（図示略）と、主軸ヘッド５に連結されて上記ボールネジ軸に螺合したボールネジナットと、ボールネジ軸を駆動するＹ軸サーボモータ１３とを有する。尚、上記の主軸ヘッド５を案内し、Ｙ軸方向へ移動駆動する機構は、公知の横型工作機械と同様である。
【００２７】
クイル６は、主軸ヘッド５に前後方向へ向けて水平姿勢に設けられ、前後方向へ移動自在に設けられている。クイル６は、大径の第１クイル６ａと、この第１クイル６ａよりも小径で第１クイル６ａ内に退入可能な第２クイル６ｂとを有し、第２クイル６ｂに主軸７とこの主軸７を回転駆動する主軸モータ（図示略）とが連結されている。
【００２８】
第１クイル６ａを主軸ヘッド５に対して前後方向（Ｚ軸方向）へ水平移動自在に案内する第１Ｚ軸ガイド機構（図示略）と、主軸ヘッド５に対して第１クイル６ａを前後方向へ駆動する第１Ｚ軸ボールネジ機構（図示略）と、第２クイル６ｂを第１クイル６ａに対して前後方向（Ｚ軸方向）へ水平移動自在に案内する第２Ｚ軸ガイド機構（図示略）と、主軸ヘッド５に対して第２クイル６ｂを前後方向へ駆動する第２Ｚ軸ボールネジ機構（図示略）とが設けられている。第１Ｚ軸ボールネジ機構のボールネジ軸は第１Ｚ軸サーボモータ（図示略）で駆動され、また、第２Ｚ軸ボールネジ機構のボールネジ軸は第２Ｚ軸サーボモータ（図示略）で駆動される。
【００２９】
主軸７は第２クイル６ｂに相対回転自在に支持され、主軸モータを支持するモータ支持部材は、第１，第２Ｚ軸ガイド機構により前後方向へ案内され且つ第２Ｚ軸ボールネジ機構のボールネジナットに連結されている。主軸モータの出力軸はカップリングを介して第２クイル６ｂに連結されている。尚、上記の第１，第２クイル６ａ，６ｂをＺ軸方向に案内し、Ｚ軸方向に駆動する機構は、公知の中ぐり用横型工作機械と同様である。
【００３０】
次に、バランス装置１０について図１〜図３に基づいて説明する。
バランス装置１０は、主軸ヘッド５の重量の大部分を支える付勢力を発生させる装置である。バランス装置１０は、主軸ヘッド５を支持する左右１対のガススプリング１１と、１対のガススプリング１１のロッド部材１４の下端部に回転駆動力を夫々入力可能な１対の回転駆動手段１５と、１対のロッド部材１４に作用する軸力を夫々支持する１対のスラスト軸受機構１６とを備えている。
【００３１】
１対のガススプリング１１は、主軸ヘッド５の前後方向中間位置における左右両側に鉛直の倒立姿勢に配設され、１対のガススプリング１１により主軸ヘッド５の重量の大部分を支持して主軸ヘッド５を昇降駆動するＹ軸サーボモータの負荷を軽減する為のプッシュ型のガススプリングである。ガススプリング１１は、シリンダ本体１２と、このシリンダ本体１２内の圧縮ガス（例えば、７〜１０ＭＰａの圧縮窒素ガスＧ）が充填されたガス収容室１７と、シリンダ本体１２のロッド側端壁部１２ａを挿通してシリンダ本体１２外へ下方へ延びるロッド部材１４とを備えている。
【００３２】
主軸ヘッド５が上昇するほどロッド部材１４のガス収容室１７への突入長さが減少し、ガス収容室１７の容積が増大し、圧縮ガスのガス圧が低下する。例えば、主軸ヘッド５が中間高さ位置のとき、左右両側の１対のガススプリング１１で発生する付勢力が主軸ヘッド５の全重量に等しく設定されている。但し、これに限定されるものではなく、１対のガススプリング１１により主軸ヘッド５の全重量の大部分を支持可能であればよい。
【００３３】
前記ロッド部材１４は、シリンダ本体１２のロッド側端壁１２ａのロッド挿通孔２１を挿通して鉛直下方へ延び、その下端が回転駆動手段１５に連結され且つスラスト軸受機構１６で支持されている。ロッド部材１４は、ガス収容室１７の圧縮窒素ガスＧのガス圧を受圧して下方へ付勢され、その反力により主軸ヘッド５を上方へ付勢している。ロッド部材１４の上端部分には、ロッド部材１４が下方へ抜け出すのを防止する為のストッパ部材１４ａが固定されている。このストッパ部材１４ａは、シリンダ本体１２のロッド挿通孔２１よりも大径であり、ガス収容室１７の内径よりも小径である。
【００３４】
シリンダ本体１２は、その上端部にヘッド側端壁部材１８を有し、ヘッド側端壁部材１８の軸心部分に縦向きの貫通孔１８ａが形成され、この貫通孔１８ａにチェック弁を有するガス充填口金１８ｂがガス密に組み込まれ、このガス充填口金１８ｂからガス収容室１７に圧縮窒素ガスＧを充填することができる。ヘッド側端壁部材１８は複数のボルトにてシリンダ本体１２の本体筒部に固定されている。
【００３５】
前記シリンダ本体１２は、支持部材２０と分割支持部材１９を介して主軸ヘッド５に固定されている。支持部材２０は、厚い直方体ブロックに１対のフランジ部を一体形成したもので、主軸ヘッド５の左右の側面に４本のボルト２０ａにより固定されている。分割支持部材１９は、支持部材２０の縦向きの装着穴２０ｂに例えば内嵌されている。
【００３６】
分割支持部材１９には、ロッド部材１４が挿通するロッド挿通孔１９ａが形成されている。ロッド挿通孔１９ａにロッド部材１４を挿通させた状態で、シリンダ本体１２が分割支持部材１９の上面に当接され、分割支持部材１９は複数のボルト２２でシリンダ本体１２に固定されている。尚、ロッド挿通孔１９ａの下端部には、ダストシール２３が装着されている。ロッド部材１４の外周面とロッド挿通孔１９ａの周面間には微小な隙間が形成されているため、両者間には摩擦力が殆ど作用しない。
【００３７】
ロッド側端壁１２ａには、ロッド部材１４がガス密摺動自在に挿通するロッド挿通孔２１が形成されている。ロッド挿通孔２１内においてロッド部材１４の外周側には、ガス収容室１７の圧縮ガスをガス密にシールする環状のシール部材２４と、低摩擦の金属材料又は合成樹脂材料からなるブッシュ２５が装着されている。
【００３８】
次に、ロッド部材１４を回転駆動する回転駆動手段１５とスラスト軸受機構１６について図１〜図３に基づいて説明する。
回転駆動手段１５は、ロッド部材１４の鉛直下方において後部機枠２ｂに装備された電動モータ２６と、この電動モータ２６の回転駆動力をロッド部材１４に非接触にて伝達するマグネットカップリング２７等を有する。後部機枠２ｂ内に形成した収容室２８に、後部機枠２ｂに固定されたモータ取付け台２９と、電動モータ２６とが収容されている。電動モータ２６は、その出力軸２６ａをモータ取付け台２９の天板２９ａの開口３０に挿通した状態で天板２９ａの下面に固定されている。
【００３９】
前記マグネットカップリング２７は、電動モータ２６の出力軸２６ａにキー２６ｂを介して相対回転不能に連結された駆動側回転部材３１と、ロッド部材１４の下端部分にキー１４ａを介して相対回転不能に連結され且つ駆動側回転部材３１と非接触の従動側回転部材３２とを備えている。
駆動側回転部材３１の軸心と従動側回転部材３２の軸心は同心である。駆動側回転部材３１は円柱形状に形成されている。従動側回転部材３２の下半部には、駆動側回転部材３１の上半部の外側を囲む円筒部３２ａと、この円筒部３２ａから外周側へ張り出すフランジ部３２ｂとを有する。従動側回転部材３２の上半部は円錐台状に形成されている。
【００４０】
駆動側回転部材３１の上半部の外周部には、複数の永久磁石片３３が周方向適当間隔おきに取り付けられ、複数の永久磁石片３３はＮ極とＳ極とが周方向に交互に位置するように配置されている。従動側回転部材３２の円筒部３２ａの内周部には、複数の永久磁石片３４が周方向適当間隔おきに取り付けられ、複数の永久磁石片３４はＮ極とＳ極とが周方向に交互に位置するように配置されている。駆動側回転部材３１の複数の永久磁石片３３の外周面と、従動側回転部材３２の複数の永久磁石片３４の内周面との間には小さな隙間３５が形成され、常時非接触状態が維持されている。
【００４１】
このマグネットカップリング２７においては、電動モータ２６により駆動側回転部材３１が回転駆動されると、複数の永久磁石片３３，３４の磁力を介して従動側回転部材３２へ回転駆動力が伝達され、ロッド部材１４が回転駆動される。駆動側回転部材３１と従動側回転部材３２は接触していないため、駆動側回転部材３１と従動側回転部材３２間において、ギヤ機構のように振動が発生することはなく、電動モータ２６及び駆動側回転部材３１から従動側回転部材３２へ振動が伝播することがない。
【００４２】
スラスト軸受機構１６は、後部機枠２ｂの上面と従動側回転部材３２のフランジ部３２ｂとの間に介装されたスラスト軸受１６ａを主体として構成されている。ガススプリング１１のロッド部材１４はガス圧により下方へ強力に付勢されているが、ロッド部材１４に作用する軸力がスラスト軸受機構１６により支持され、ロッド部材１４を円滑に回転させることができる。尚、スラスト軸受１６ａをボールベアリングで構成しているが、ローラベアリングで構成してもよい。
【００４３】
次に、横型工作機械１のバランス装置１０の作用・効果について説明する。  
ガススプリング１１により主軸ヘッド５の重量の大部分を支持するため、主軸ヘッド５の昇降の自由度を確保しつつ、主軸ヘッド５を昇降駆動するＹ軸サーボモータ１３の負荷を大幅に軽減することができる。
【００４４】
Ｙ軸サーボモータ１３により主軸ヘッド５が下降駆動されると、ガススプリング１１のシリンダ本体１２も一体的に下降するため、シリンダ本体１２に対してロッド部材１４が退入する。Ｙ軸サーボモータ１３により主軸ヘッド５が上昇駆動されると、ガススプリング１１のシリンダ本体１２も一体的に上昇するため、シリンダ本体１２に対してロッド部材１４が下方へ伸長していく。
【００４５】
バランス装置１０においては、工作機械１の稼働中には、回転駆動手段１５の電動モータ２６を常時駆動し、マグネットカップリング２７を介してロッド部材１４に回転駆動力を入力し、ロッド部材１４を回転させるため、シリンダ本体１２のロッド側端壁１２ａのシール部材２４とロッド部材１４間には静止摩擦の約１／１０の大きさの動摩擦が作用することになる。そのため、主軸ヘッド５が昇降を開始する時の始動摩擦を格段に小さくすることができる。その結果、ロッド部材１４やシール部材２４間の摩擦を低減でき、主軸ヘッド５を昇降駆動するＹ軸サーボモータ１３の負荷を低減することができ、それらの耐久性を高めることができる。
【００４６】
ロッド部材１４とシール部材２４間に作用する摩擦力を小さく低減できるため、主軸ヘッド５が上昇と下降を頻繁に繰り返すような場合でも、主軸ヘッド５の昇降中の摩擦力と、昇降開始時の摩擦力の差を小さくできるため、主軸ヘッド５を位置制御する精度を確実に高めることができる。
【００４７】
また、電動モータ２６を後部機枠２ｂに装備するため、回転駆動手段１５を下方側の本体機枠２側に装備可能となり、主軸ヘッド５の周辺に回転駆動手段１５を配置するスペースが不要になるうえ、回転駆動手段１５の重量で主軸ヘッド５の重量が増すことないから、主軸ヘッド５を昇降駆動するＹ軸サーボモータ１３の負荷が増大することもない。
【００４８】
さらに、ガススプリング１１のロッド部材１４に作用する軸力を工作機械１の本体機枠２に支持するスラスト軸受機構１６を設けたので、回転駆動されるロッド部材１４が受ける軸力をスラスト軸受機構１６で支持することができるため、回転駆動手段１５の負荷を軽減できる。
【００４９】
前記回転駆動手段１５は、電動モータ２６の出力軸２６ａに連結された駆動側回転部材３１と、ロッド部材１４の下端部に連結され且つ駆動側回転部材３１と非接触の従動側回転部材３２とを含むマグネットカップリング２７を有するため、回転駆動手段１５の電動モータ２６側の振動がロッド部材１４と主軸ヘッド５に伝播することがないから、前記の振動により機械加工の精度が低下するのを確実に防止することができる。
また、従動側回転部材３２に形成したフランジ部３２ｂをスラスト軸受機構１６に活用するため部材数を節減することができる。尚、精密な機械加工が必要な場合にだけ電動モータ２６を回転駆動してロッド部材１４を回転させてもよい。
【実施例２】
【００５０】
次に、実施例２の工作機械のバランス装置について説明する。
この実施例２のバランス装置１Ａは、前記ガススプリング１１の代わりに、エアシリンダ１１Ａを適用した装置である。実施例１と同様の構成要素に同一符号を付して説明を省略する。図４に示すように、エアシリンダ１１Ａは、主軸ヘッドに装備されて主軸ヘッドの重量の少なくとも一部を支持可能なものである。エアシリンダ１１Ａは、倒立姿勢のシリンダ本体４０と、シリンダ本体４０内を気密摺動自在に仕切るピストン４１と、このピストン４１から下方へシリンダ本体４０外へ鉛直に延びるロッド部材４２と、シリンダ本体４０内のピストン４１の上側に形成され加圧エアが収容される加圧エア収容室４３とを有する。尚、シリンダ本体４０内のピストン４１の下側のロッド側室は大気開放されている。前記ロッド部材４２の下端部は、スラスト軸受機構１６を介して回転駆動手段１５に連結されている。
【００５１】
加圧エア収容室４３に加圧エアを供給する加圧エア供給系は、加圧エア（例えば、圧力 0．5 ＭＰａ）を供給可能な加圧エア供給源４４と、この加圧エア供給源４４から加圧エア収容室４３へ延びるエア通路４５であって配管とエアホースで構成されたエア通路４５と、このエア通路４５に介装された減圧弁４６などを有する。前記減圧弁４６を介してシリンダ本体４０内の加圧エア収容室４３には、一定圧力の加圧エアが充填され、ピストン４１が加圧エア収容室４３の加圧エアにより下方へ付勢されて、ロッド部材４２を下方へ付勢し、その反力により主軸ヘッドの重量の少なくとも一部を支持する。
【００５２】
このエアシリンダ１１Ａにおいて、前記ピストン４１の下側のロッド側室は大気開放されているため、シリンダ本体４０のロッド側端壁のロッド挿通孔には、ダストシール以外にシール部材を設ける必要はない。しかし、ピストン４１の外周側を気密にシールするシール部材がピストン４１に設けられている。このバランス装置１Ａにおいては、ピストン４１の外周側に装着されたシール部材による摩擦抵抗を格段に低減することができ、その他、実施例１のバランス装置１と同様の作用、効果が得られる。
【実施例３】
【００５３】
次に、実施例３の工作機械のバランス装置について説明する。
この実施例３のバランス装置１Ｂは、前記ガススプリング１１の代わりに、油圧シリンダ１１Ｂを適用した装置である。実施例１と同様の構成要素に同一符号を付して説明を省略する。図５に示すように、油圧シリンダ１１Ｂは、主軸ヘッドに装備されて主軸ヘッドの重量の少なくとも一部を支持可能なものである。油圧シリンダ１１Ｂは、倒立姿勢のシリンダ本体５０と、シリンダ本体５０内を気密摺動自在に仕切るピストン５１と、このピストン５１から下方へシリンダ本体５０外へ鉛直に延びるロッド部材５２と、シリンダ本体５０内のピストン５１の上側に形成され油圧が収容される油圧作動室５３とを有する。尚、シリンダ本体５０内のピストン５１の下側のロッド側室は大気開放されている。前記ロッド部材５２の下端部は、スラスト軸受機構１６を介して回転駆動手段１５に連結されている。
【００５４】
油圧作動室５３に油圧を供給する油圧供給系は、油圧（例えば、圧力10.0ＭＰａ）を供給可能な油圧供給源５４と、この油圧供給源５４から油圧作動室５３へ延びる油圧通路５５であって配管とエアホースで構成された油圧通路５５と、この油圧通路５５に介装されたリリーフ弁５６と、このリリーフ弁５６よりも下流側において油圧通路５５に接続されたアキュムレータ５７などを有する。油圧供給源５４は、油圧ポンプ５４ａと、ポンプ駆動モータ５４ｂと、油タンク５４ｃなどを備えている。
【００５５】
前記リリーフ弁５６を介してシリンダ本体５０内の油圧作動室５３には、一定圧力の油圧が充填され、ピストン５１が油圧作動室５３の油圧により下方へ付勢されて、ロッド部材５２を下方へ付勢し、その反力により主軸ヘッドの重量の少なくとも一部を支持する。  この油圧シリンダ１１Ｂにおいて、前記ピストン５１の下側のロッド側室は大気開放されているため、シリンダ本体５０のロッド側端壁のロッド挿通孔には、ダストシール以外にシール部材を設ける必要はない。しかし、ピストン５１の外周側を油密にシールするシール部材がピストン５１に設けられている。このバランス装置１Ｂにおいては、ピストン５１の外周側に装着されたシール部材による摩擦抵抗を格段に低減することができ、その他、実施例１のバランス装置１と同様の作用、効果が得られる。
【００５６】
前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
１］前記マグネットカップリング２７の代わりに、ディスク型のマグネットカップリングを適用してもよい。 また、マグネットカップリング２７やディスク型のマグネットカップリングをスラスト軸受機構１６より低い位置（本体機枠２の内部側）に配置することもできる。
【００５７】
２］前記実施例は、中ぐり用横型工作機械１に本発明を適用した場合を例にして説明したが、本発明は昇降駆動される主軸ヘッドを有する種々の工作機械（通常の横型工作機械、縦型工作機械も含む）に適用できることは勿論である。
３］その他、当業者であれば、本発明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ある。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
コラムに昇降駆動可能に装備された主軸ヘッドを有する工作機械における、主軸ヘッドを昇降駆動する昇降駆動手段の負荷を軽減し、機械加工精度を高めることができる。
【符号の説明】
【００５９】
Ｇ      圧縮窒素ガス
１      工作機械
２      本体機枠
３      コラム
５      主軸ヘッド
１０    バランス装置
１１    ガススプリング
１１Ａ  エアシリンダ
１１Ｂ  油圧シリンダ
１２    シリンダ本体
１４    ロッド部材
１５    回転駆動手段
１６    スラスト軸受機構
１６ａ  スラスト軸受
１７    ガス収容室
２６    電動モータ
２６ａ  出力軸
２７    マグネットカップリング
３１    駆動側回転部材
３２    従動側回転部材
３２ａ  円筒部
３２ｂ  フランジ部
３３，３４  永久磁石
４０    シリンダ本体
４１    ピストン
４２    ロッド部材
４３    加圧エア収容室
４４    加圧エア源
５０    シリンダ本体
５１    ピストン
５２    ロッド部材
５３    油圧作動室
【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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