(57)【要約】      （修正有）【課題】クイルの進出移動により発生する回動モーメントの少なくとも一部を相殺可能なバランスモーメントを発生させるバランスモーメント発生手段を有する横型工作機械のバランス装置を提供すること。【解決手段】クイル６が最大限退入した基準位置から進出方向へ移動した移動量を検知する移動量検知手段と、移動量検知手段で検知された移動量が所定値以上のとき、クイル６及び主軸７の重量と移動量により主軸ヘッド５に作用する回動モーメントの少なくとも一部を相殺するバランスモーメントを発生させるバランスモーメント発生手段と、を備えたことを特徴とする横型工作機械のバランス装置。【選択図】図１
2011031338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コラムと、このコラムに昇降可能に装備された主軸ヘッドと、この主軸ヘッドに装備され主軸ヘッドに対して水平方向へ進退可能なクイルと、このクイルに回転可能に支持された主軸と、主軸ヘッドを昇降駆動するヘッド駆動手段と、前記クイルを進退駆動するクイル駆動手段と、前記主軸を回転駆動する主軸駆動手段とを備えた横型工作機械のバランス装置において、
前記クイルが最大限退入した基準位置から進出方向へ移動した移動量を検知する移動量検知手段と、
前記移動量検知手段で検知された前記移動量が所定値以上のとき、前記クイル及び主軸の重量と前記移動量により主軸ヘッドに作用する回動モーメントの少なくとも一部を相殺するバランスモーメントを発生させるバランスモーメント発生手段と、
を備えたことを特徴とする横型工作機械のバランス装置。
【請求項２】
前記主軸ヘッドの重量の少なくとも一部を支える付勢力を発生させるガススプリングを設けたことを特徴とする請求項１に記載の横型工作機械のバランス装置。
【請求項３】
前記バランスモーメント発生手段は、前記主軸ヘッドに固定されたシリンダ本体およびこのシリンダ本体に対して進退可能なピストンロッドを有する流体圧シリンダと、この流体圧シリンダに圧縮流体を供給する増圧器と、前記流体圧シリンダに供給される圧縮流体の流体圧を調整する流体圧調整手段と、前記移動量検知手段から前記移動量を示す信号を受けて前記流体圧調整手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の横型工作機械のバランス装置。
【請求項４】
前記主軸ヘッドの重量の少なくとも一部を支える付勢力を発生させる流体圧シリンダを設け、
前記バランスモーメント発生手段は、前記流体圧シリンダと、この流体圧シリンダに圧縮流体を供給する増圧器と、前記流体シリンダに供給される圧縮流体の流体圧を調整する流体圧調整手段と、前記移動量検知手段から前記移動量を示す信号を受けて前記流体圧調整手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の横型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、横型工作機械のバランス装置に関し、特に主軸を支持するクイルの進出移動により主軸ヘッドに作用する回動モーメントの少なくとも一部を相殺するバランスモーメントを発生するバランスモーメント発生手段を設けたものに関する。
【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、主軸ヘッドの重量の一部又は全部を支持可能なエアシリンダ（バランスシリンダ）を設ける技術が実用に供されている。例えば、特許文献１に記載のマシニングセンタのエアバランサーにおいては、横型の主軸ヘッドを支持するエアシリンダを設け、このエアシリンダに加圧エアを給排する空圧制御装置を設け、主軸ヘッドが昇降するときも常時エアシリンダ内に一定圧の加圧エアを維持するように構成して主軸ヘッドの全重量を支持可能に構成してある。
【０００３】
他方、特許文献２に記載の工作機械用主軸バランサにおいては、立型工作機械のコラムの上端部に立向きのプル型ガススプリングを倒立姿勢に取り付け、そのピストンロッドの下端を主軸ヘッドに連結してある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１２６９０７号公報
【特許文献２】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のマシニングセンタは、通常の横向きの主軸を有する横型マシニングセンタであるが、主軸ヘッドの重量をエアシリンダで支持することで目的を達成できる。特許文献２の主軸バランサは、立型工作機械に適用されたものであり、主軸ヘッドの重量をガススプリングで支持することで目的を達成できる。
【０００６】
しかし、中ぐり加工に供するクイルを有する横型工作機械の場合、主軸を回転可能に支持するクイルが主軸ヘッドの前方へ突出するように進出した進出状態（伸長状態）になると、主軸ヘッドにクイル及び主軸の重量による回動モーメントが作用するため、主軸ヘッドを昇降駆動する昇降駆動機構のサーボモータの負荷が増大し、前記回動モーメントによる主軸ヘッドとコラム間のガイド部のガイドブロックやガイドレールに微小弾性変形が生じて機械加工精度が低下し、前記ガイド部が摩耗しやすくなる、等の問題がある。こうした課題は、特許文献１，２の技術では到底解決できない。
【０００７】
本発明の目的は、前記クイルの進出移動により発生する回動モーメントの少なくとも一部を相殺可能なバランスモーメントを発生させるバランスモーメント発生手段を有する横型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】
【０００８】
請求項１の横型工作機械のバランス装置は、コラムと、このコラムに昇降可能に装備された主軸ヘッドと、この主軸ヘッドに装備され主軸ヘッドに対して水平方向へ進退可能なクイルと、このクイルに回転可能に支持された主軸と、主軸ヘッドを昇降駆動するヘッド駆動手段と、前記クイルを進退駆動するクイル駆動手段と、前記主軸を回転駆動する主軸駆動手段とを備えた横型工作機械のバランス装置において、前記クイルが最大限退入した基準位置から進出方向へ移動した移動量を検知する移動量検知手段と、前記移動量検知手段で検知された前記移動量が所定値以上のとき、前記クイル及び主軸の重量と前記移動量により主軸ヘッドに作用する回動モーメントの少なくとも一部を相殺するバランスモーメントを発生させるバランスモーメント発生手段とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
請求項２の横型工作機械のバランス装置は、請求項１の発明において、前記主軸ヘッドの重量の少なくとも一部を支える付勢力を発生させるガススプリングを設けたことを特徴としている。
【００１０】
請求項３の横型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、前記バランスモーメント発生手段は、前記主軸ヘッドに固定されたシリンダ本体およびこのシリンダ本体に対して進退可能なピストンロッドを有する流体圧シリンダと、この流体圧シリンダに圧縮流体を供給する増圧器と、前記流体圧シリンダに供給される圧縮流体の流体圧を調整する流体圧調整手段と、前記移動量検知手段から前記移動量を示す信号を受けて前記流体圧調整手段を制御する制御手段とを有することを特徴としている。
【００１１】
請求項４の横型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、前記主軸ヘッドの重量の少なくとも一部を支える付勢力を発生させる流体圧シリンダを設け、前記バランスモーメント発生手段は、前記流体圧シリンダと、この流体圧シリンダに圧縮流体を供給する増圧器と、前記流体圧シリンダに供給される圧縮流体の流体圧を調整する流体圧調整手段と、前記移動量検知手段から前記移動量を示す信号を受けて前記流体圧調整手段を制御する制御手段とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、クイルの移動量を検知する移動量検知手段と、バランスモーメント発生手段を設け、基準位置からのクイルの移動量が所定値以上のとき、クイル及び主軸の重量と前記移動量により主軸ヘッドに作用する回動モーメントの少なくとも一部を相殺するバランスモーメントを発生させるため、主軸ヘッドを昇降駆動する昇降駆動機構のサーボモータの負荷を軽減し、前記回動モーメントによる主軸ヘッドとコラム間のガイド部の微小弾性変形による機械加工精度の低下を防止し、昇降駆動機構のガイド部のガイドブロックやガイドレールの摩耗を低減することができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、前記主軸ヘッドの重量の少なくとも一部を支える付勢力を発生させるガススプリングを設けたため、主軸ヘッドを昇降駆動する昇降駆動機構のサーボモータの負荷を軽減し、動作速度を高めることができる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、バランスモーメント発生手段が、流体圧シリンダと、この流体圧シリンダに圧縮流体を供給する増圧器と、前記流体圧シリンダに供給される圧縮流体の流体圧を調整する流体圧調整手段と、クイルの移動量に基づいて流体圧調整手段を制御する制御手段とを有するため、流体圧シリンダと増圧器を利用することでバランスモーメント発生手段の構成を簡単化することができる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、前記主軸ヘッドの重量の少なくとも一部を支える付勢力を発生させる流体圧シリンダを設け、バランスモーメント発生手段が、上記の流体圧シリンダと、この流体圧シリンダに圧縮流体を供給する増圧器と、前記流体圧シリンダに供給される圧縮流体の流体圧を調整する流体圧調整手段と、クイルの移動量に基づいて流体圧調整手段を制御する制御手段とを有するため、前記主軸ヘッドの重量の少なくとも一部を支える付勢力を発生させる流体圧シリンダをバランスモーメント発生手段に兼用することでバランスモーメント発生手段の構成を簡単化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１の第１，第２バランス装置を有する横型工作機械（クイル退入状態）の側面図である。
【図２】図１の横型工作機械（クイル進出状態）の側面図である。
【図３】上記横型工作機械の制御系のブロック図である。
【図４】バランスモーメント発生制御のフローチャートである。
【図５】電空レギュレータのデューティ率を示すマップの線図である。
【図６】電磁リリーフ弁のデューティ率を示すマップの線図である
【図７】実施例２の第１，第２バランス装置を有する横型工作機械（クイル退入状態）の側面図である。
【図８】実施例３の第１，第２バランス装置を有する横型工作機械（クイル退入状態）の側面図である。
【図９】図５の横型工作機械（クイル進出状態）の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、中ぐり加工に適した横型工作機械であって横向きの主軸を回転自在に支持するクイルを備えた横型工作機械のバランス装置に関し、前記クイルの進出移動により主軸ヘッドに作用する回動モーメントの少なくとも一部を相殺するバランスモーメントを発生させるバランスモーメント発生手段を設けたものである。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】
【００１８】
図１、図２に示すように、横型工作機械１は、基台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とを有する。図１に図示の矢印Ｆ、矢印Ｒ、矢印Ｕ、矢印Ｌの方向を夫々、前方、後方、上方、下方とし、正面から視たときの左右方向を左右方向として説明する。
【００１９】
基台２は、前部基台２ａとこれよりも高さの大きい後部基台２ｂとを有し、後部基台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と頂部連結材３ｂとを有する。テーブル４は、前部基台２ａの上に左右方向（Ｘ軸方向）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、前部基台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３３（図３参照）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。
【００２０】
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Ｙ軸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。
【００２１】
主軸ヘッド５をＹ軸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と後部基台２ｂに回転可能に取り付けられたボールネジ軸と、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３４（図１、図３参照）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。
【００２２】
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３２とが連結されている。
【００２３】
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３５（図３参照）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３６（図３参照）で駆動される。
【００２４】
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３２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３２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。
【００２５】
次に、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第１バランス装置１０について説明する。この第１バランス装置１０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倒立姿勢に配設された１対のガススプリング１１で構成されている。ガススプリング１１のシリンダ本体１１ａは主軸ヘッド５の左右の側面に連結部材１２を介して固定され、ガススプリング１１のピストンロッド１１ｂの下端が後部基台２ｂの上面に当接している。ガススプリング１１の内部のガス充填室には圧縮窒素ガス（例えば、ガス圧７〜１０ＭＰａ）が充填され、ピストンロッド１１ｂが下方へ付勢されている。
【００２６】
主軸ヘッド５が上昇するほどガス充填室の容積が増大するため圧縮ガスのガス圧が低下するが、主軸ヘッド５が例えば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、主軸ヘッド５が例えば下限位置のとき、左右両側のガススプリング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してもよい。
【００２７】
次に、クイル６及び主軸７の重量と、クイル６が最大限退入した基準位置（例えば、原点位置）から進出方向（前方）へ移動した移動量により、主軸ヘッド５に発生する回動モーメント（図１，図２において反時計回りの回動モーメント）の少なくとも一部を相殺するバランスモーメントを発生させるバランスモーメント発生手段としての第２バランス装置２０について説明する。第２バランス装置２０は、主軸ヘッド５の前端近傍部の左右両側に倒立姿勢に配置された１対のエアシリンダ２１とエア供給排出手段２２とを有する。エアシリンダ２１のシリンダ本体２１ａは、主軸ヘッド５に連結部材２３を介して固定され、ピストンロッド２１ｂが後部基台２ｂの上面に当接している。
【００２８】
次に、上記１対のエアシリンダ２１へ加圧エアを給排するエア供給排出手段２２について説明する。エア供給排出手段２２は、加圧エア供給源２４と、電空レギュレータ２６と、ブースタ２７と、電磁リリーフ弁２９とを備えている。加圧エア供給源２４からブースタ２７へ通ずるエア通路２５ａに、制御ユニット３０で制御される電磁比例ソレノイドを備えた電空レギュレータ２６が介装されている。電空レギュレータ２６は、その電磁比例ソレノイドを駆動する駆動パルスのデューティ率が大きくなる程、ブースタ２７に供給する１次エア圧を高くするように構成されている。ブースタ２７の吸入ポートにはチェック弁２７ａが設けられ、ブースタ２７の吐出ポートにもチェック弁２７ｂが設けられ、この吐出ポートがエア通路２５ｂによりエアシリンダ２１のヘッド側のエア作動室に接続されている。
【００２９】
制御ユニット３０は、クイル６が最大限退入した基準位置から進出方向（前方）への移動量が所定値以上のとき、主軸ヘッド５に作用する前記回動モーメント（コラムを前倒し側へ回動させようとするモーメント）の大部分を相殺するバランスモーメントを発生させる付勢力をエアシリンダ２１が発生するように、電空レギュレータ２６を介してブースタ２７に供給する１次側の加圧エアのエア圧を調整し、エアシリンダ２１に供給する加圧エアのエア圧を制御する。尚、前記クイル６の前記「移動量」の算出については後述する。
【００３０】
チェック弁２７ｂとエアシリンダ２１の間でエア通路２５ｂから分岐するエア通路２８には、電磁比例ソレノイドを備えた電磁リリーフ弁２９が介装され、この電磁リリーフ弁２９は制御ユニット３０により制御される。この電磁リリーフ弁２９は、バランスモーメントが過大にならないように、エアシリンダ２１に供給される加圧エアをリリーフさせることでエア圧を調整する。電磁リリーフ弁２９は、その電磁比例ソレノイドを駆動する駆動パルスのデューティ率が大きくなる程、リリーフ量が増し、電磁リリーフ弁２９の１次側エア圧が低下する。尚、分岐エア通路２５ｃにはもう１つのエアシリンダ２１が接続されている。
【００３１】
次に、横型工作機械１及び第２バランス装置２０の制御系について説明する。
図３に示すように、横型工作機械１を制御する制御ユニット３０には、操作パネル３１と、主軸モータ３２を駆動する駆動回路３２ａと、Ｘ軸モータ３３を駆動する駆動回路３３ａと、Ｙ軸モータ３４を駆動する駆動回路３４ａと、第１Ｚ軸モータ３５を駆動する駆動回路３５ａと、第２Ｚ軸モータ３６を駆動する駆動回路３６ａと、電空レギュレータ２６を駆動する駆動回路２６ａと、電磁リリーフ弁２９を駆動する駆動回路２９ａ等が電気的に接続されている。上記のモータ３２〜３６は夫々エンコーダを有するサーボモータであり、夫々、制御ユニット３０により速度制御と位置制御が施される。
【００３２】
制御ユニット３０は、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭを含むコンピュータと、入出力インタフェイス等を有し、ＲＯＭには各軸のモータ３２〜３６を駆動制御する制御プログラムが格納されており、ワークを機械加工する数値制御加工プログラムを、上記制御プログラムで解析し処理しながら、各軸のモータ３２〜３６を駆動制御してワークを機械加工する。
【００３３】
制御ユニット３０のＲＡＭには、各軸の現在位置データが更新しつつ記憶されているため、第１，第２Ｚ軸モータ３５，３６で駆動される第１，第２クイル６ａ，６ｂについての現在位置データから、クイル６が最大限退入した基準位置から進出方向へ移動した移動量を算出することができる。つまり、制御ユニット３０はクイル６の移動量を検知する「移動量検知手段」に相当する。
【００３４】
ところで、クイル６の移動量が小さいうちは回動モーメントがさほど悪影響を及ぼさないことに鑑み、本実施例では、クイル６の前記移動量が所定値Ｃ（例えば、２００ｍｍ）以上になったときに、第２バランス装置２０を作動させて、クイル６及び主軸７の重量と、クイル６の前記移動量により主軸ヘッド５に作用する回動モーメントの大部分を相殺するバランスモーメントを発生させる。
【００３５】
次に、制御ユニット３０により実行されるバランスモーメント発生制御について図４〜図６に基づいて説明する。尚、図４において、Ｓｉ（ｉ＝１，２，・・・）はステップを示す。横型工作機械１の電源投入と共にこの制御が開始されると、最初に、Ｓ１において、第１Ｚ軸モータ３５で移動駆動される第１クイル６ａの基準位置からの移動量ｚ１と、第２Ｚ軸モータ３６で移動駆動される第２クイル６ｂの基準位置からの移動量ｚ２とがＲＡＭのメモリから読み込まれる。次に、Ｓ２において、クイル６の移動量ｚ＝（ｚ１＋ｚ２）が所定値Ｃ以上か否か判定され、その判定がＹｅｓの場合はＳ３へ移行し、また、その判定がＮｏの場合はＳ４へ移行する。
【００３６】
Ｓ３においては、予め設定してＲＯＭに格納されているマップＭ１，Ｍ２と移動量ｚから、電空レギュレータ２６のデューティ率と、電磁リリーフ弁２９のデューティ率が演算される。マップＭ１は、横軸を移動量ｚとし、縦軸を電空レギュレータ２６の電磁比例ソレノイドを駆動する駆動パルスのデューティ率とするマップである。このマップＭ１に基づいて、移動量ｚが所定値Ｃ未満のときはブースタ２７に加圧エアを供給しない。移動量ｚが所定値Ｃ以上に増大すると、（ｚ−Ｃ）に比例してデューティ率を増大させる。
前記マップＭ１は、主軸ヘッド５に作用する前記回動モーメントの大部分を相殺するバランスモーメントをエアシリンダ２１により発生させるようなエア圧の加圧エアを増圧器２７から発生させるように設定されている。
【００３７】
マップＭ２は、横軸を移動量ｚとし、縦軸を電磁リリーフ弁２９の電磁比例ソレノイドを駆動する駆動パルスのデューティ率とするマップである。このマップＭ２に基づいて、移動量ｚが所定値Ｃ未満のときはデューティ率を１００％にして最大限リリーフ状態にし、移動量ｚが所定値Ｃ以上に増大すると、（ｚ−Ｃ）に比例してデューティ率を減少させ、エアシリンダ２１のエア圧を増大させる。
【００３８】
但し、移動量ｚを共通として、マップＭ１によりブースタ２７の１次エア圧を介して設定されるブースタ２７の２次エア圧（吐出圧）に比べて、マップＭ２により設定される電磁リリーフ弁２９の１次側エア圧（エアシリンダ２１のエア圧）は、小さな所定圧Δｐ（例えば、０．０５ＭＰａ）だけ高い圧力になるようにマップＭ１，Ｍ２が設定されている。それ故、バランスモーメントを発生するようにエアシリンダ２１に圧力制御した加圧エアを供給しながら、主軸ヘッド５の下降時に、エアシリンダ２１内のエア圧が増大する際に、その増大するエア圧を迅速にリリーフさせることができる。
【００３９】
次に、移動量ｚが所定値Ｃ未満の場合は、Ｓ４において電空レギュレータ２６のデューティ率が０％に設定され且つ電磁リリーフ弁２９のデューティ率が１００％に設定される。次に、Ｓ５においては、Ｓ３又はＳ４にて設定されたデューティ率に対応する制御信号が、電空レギュレータ２６の駆動回路２６ａと、電磁リリーフ弁２９の駆動回路２９ａに夫々出力され、その後Ｓ１へリターンする。こうして、前記（ｚ−Ｃ）の値の増大に応じて、ブースタ２７の１次エア圧を増大させてブースタ２７からエアシリンダ２１へ供給する加圧エアのエア圧を増大させ、クイル６及び主軸７の重量とクイル６の前記移動量ｚにより主軸ヘッド５に作用する回動モーメントの大部分を相殺するバランスモーメントを発生させる。
【００４０】
尚、ブースタ２７は、それに付属のバルブ類を自動的に切換えることで、往復作動を繰り返すように構成されているが、吐出する加圧エアのエア圧と、エアシリンダ２１内のエア圧とが等しくなると加圧エアの吐出を停止する。
一方、クイル６の移動量ｚが所定値Ｃ未満の場合には、電空レギュレータ２６のデューティ率を０％に設定してブースタ２７を停止状態に維持すると共に、電磁リリーフ弁２９のデューティ率を１００％に設定して最大限のリリーフ状態にする。
【００４１】
ところで、上記のバランスモーメント発生制御は、主軸ヘッド５の高さ位置に無関係に実行されるが、ブースタ２７の作動中又は停止中に、主軸ヘッド５の高さ位置が変化すると、エアシリンダ２１内のエア圧が変化する。例えば、主軸ヘッド５が上昇すると、エアシリンダ２１内のエア圧が低下するため、ブースタ２７が作動を継続又は再開してエアシリンダ２１内のエア圧が高められる。また、主軸ヘッド５が下降すると、エアシリンダ２１内のエア圧が増大するため、電磁リリーフ弁２９からのリリーフがなされる。このようにして、エアシリンダ２１内のエア圧が、適切な圧力に制御されて適切な大きさのバランスモーメントが発生する。
【００４２】
ここで、制御ユニット３０が、クイル６が最大限退入した基準位置から進出方向へ移動した移動量ｚを検知する「移動量検知手段」に相当する。制御ユニット３０と電空レギュレータ２６と電磁リリーフ弁２９が、エアシリンダ２１に供給される加圧エア（圧縮流体）のエア圧（流体圧）を制御する「流体圧調整手段」に相当する。
【００４３】
以上の横型工作機械１の第１，第２バランス装置１０，２０の作用、効果について説明する。第１バランス装置１０を設け、主軸ヘッド５の重量の大部分を、１対のガススプリング１１で支持するように構成したため、Ｙ軸サーボモータ３４の負荷が軽減されるうえ、主軸ヘッド５の昇降動作速度を高めることができる。
【００４４】
第２バランス装置２０を設け、前記クイル６の移動量ｚが所定値Ｃ以上のとき、クイル６及び主軸７の重量と前記移動量ｚにより主軸ヘッド５に作用する回動モーメントの大部分を相殺するバランスモーメントを発生させるため、主軸ヘッド５を昇降駆動するＹ軸サーボモータ３４の負荷を軽減し、前記回動モーメントによる主軸ヘッド５とコラム３間のガイドブロックやガイドレールの微小弾性変形による機械加工精度の低下を防止し、上記ガイドブロックやガイドレールの摩耗を低減することができる。
【００４５】
バランスモーメント発生用のシリンダとしてエアシリンダ２１を採用したため、不要な圧縮ガス（加圧エア）を大気中に放出できるため、圧縮ガス回路を簡単化できる。
電空レギュレータ２６と電磁リリーフ弁２９を採用したため、エア圧の圧力制御を精密に行うことができる。特に電磁リリーフ弁２９を設けたため、主軸ヘッド５の昇降によりバランスモーメントが過大になるのを確実に防止することができる。
【００４６】
尚、（１）エアシリンダ２１内のエア圧を検出する圧力センサを設け、その圧力センサからの検出信号を用いて、電空レギュレータ２６と電磁リリーフ弁２９を制御するように構成してもよい。（２）クイル６の移動量ｚが所定値Ｃ以上の範囲に限定せずに、移動量ｚ＞０の全範囲において、バランスモーメントを発生させるように構成してもよい。
【実施例２】
【００４７】
図７に示すように、本実施例は、油圧方式の第２バランス装置２０Ａを設けた横型工作機械１Ａの例である。前記エアシリンダ２１の代わりに油圧シリンダ２１Ａを設け、前記エア供給排出手段２２の代わりに、油圧供給排出手段２２Ａを設けてある。その他の構成については実施例１と同様であるので、同様の構成要素に同一符号を付けて図示し説明を省略する。
油圧シリンダ２１Ａのヘッド側の油圧作動室には油が充填されている。油圧シリンダ２１Ａのシリンダ本体２１ｃは連結部材２３Ａを介して主軸ヘッド５に固定され、油圧シリンダ２１Ａのピストンロッド２１ｄの下端が後部基台２ｂの上面に当接している。
【００４８】
油圧供給源４０から油圧シリンダ２１Ａへ連なる油路４１には、電磁油圧レギュレータ４２が介装され、油路４１から分岐したリリーフ油路４３には電磁リリーフ弁４４が介装されている。油圧供給源４０は、電動モータ４０ａと、この電動モータ４０ａで駆動される油圧ポンプ４０ｂと、油タンク４０ｃとを有する。尚、分岐油路４１ａには、もう１つの油圧シリンダ２１Ａが接続されている。
【００４９】
前記電磁油圧レギュレータ４２は、前記電空レギュレータ２６と同様の特性のもので、電磁比例ソレノイドを駆動する駆動パルスのデューティ率を大きくする程、圧力調整された２次側の油圧が高くなる。電磁リリーフ弁４４は、前記電磁リリーフ弁２９と同様の特性のもので、電磁比例ソレノイドを駆動する駆動パルスのデューティ率を大きくする程、１次側の油圧（油圧シリンダ２１Ａ側の油圧）が低くなる。前記実施例１と同様に、油圧シリンダ２１Ａにより、前記クイル６の移動量ｚが所定値Ｃ以上のとき、クイル６及び主軸７の重量と前記移動量ｚにより主軸ヘッド５に作用する回動モーメントの大部分を相殺するバランスモーメントを発生させるように、制御ユニット３０により、電磁油圧レギュレータ４２と電磁リリーフ弁４４が駆動制御される。
【００５０】
前記マップＭ１と類似のマップに基づいて電磁油圧レギュレータ４２のデューティ率を制御し、前記マップＭ２と類似のマップに基づいて電磁リリーフ弁４４のデューティ率を制御するが、クイル６の移動量ｚを共通として、電磁油圧レギュレータ４２で圧力調整された油圧（２次側油圧）に対して、電磁リリーフ弁４４のリリーフ圧（１次側油圧）が小さな所定圧（例えば、０．０５ＭＰａ）だけ高くなるように、上記の２つのマップが設定されている。それ故、バランスモーメントを発生するように油圧シリンダ２１Ａに制御した油圧を供給しながら、主軸ヘッド５の下降時に、油圧シリンダ２１Ａ内の油圧が増大する際に、その増大する油圧を迅速にリリーフさせることができる。
【００５１】
この横型工作機械１Ａにおいては、油圧シリンダ２１Ａによりバランスモーメントを発生させるように構成してあるため、油圧シリンダ２１Ａは前記エアシリンダ２１よりもコンパクトであるから、主軸ヘッド５の周辺の狭いスペースに装備する上で有利である。その他、実施例１と同様の作用、効果を奏する。
尚、実施例１と同様に、（１）油圧シリンダ２１Ａ内の油圧を検出する圧力センサを設け、その圧力センサからの検出信号を用いて、電磁油圧レギュレータ４２と電磁リリーフ弁４４を制御するように構成してもよい。（２）クイル６の移動量ｚが所定値Ｃ以上の範囲に限定せずに、移動量ｚ＞０の全範囲において、バランスモーメントを発生させるように構成してもよい。
【実施例３】
【００５２】
図８、図９に示すように、本実施例は、第１バランス装置１０Ｂのガスシリンダ２１Ｂを活用した第２バランス装置２０Ｂを設けた横型工作機械１Ｂの例である。第１バランス装置１０Ｂは、実施例１のガススプリング１１と同様のガススプリング１１の他に、実施例１のエアシリンダ２１の代わりのガスシリンダ２１Ｂとを有する。１対のガススプリング１１は主軸ヘッド５の後部に対応する位置における左右両側に配設され、１対のガスシリンダ２１Ｂは主軸ヘッド５の前部に対応する位置における左右両側に配設されている。
【００５３】
ガスシリンダ２１Ｂのシリンダ本体２１ｅは主軸ヘッド５に連結部材２３Ｂを介して固定され、そのピストンロッド２１ｆの下端が後部基台２ｂの上面に当接している。第１バランス装置１０Ｂは、１対のガススプリング１１と１対のガスシリンダ２１Ｂにより、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ように構成されている。尚、Ｙ軸ボールネジ機構のボールネジ軸３４ａが、主軸ヘッド５の片側において、ガススプリング１１とガスシリンダ２１Ｂの間に配設されている。
【００５４】
第２バランス装置２０Ｂは、上記１対のガススプリング２１Ｂと、このガススプリング２１Ｂに圧縮窒素ガスを供給したり排出したりするガス供給排出手段２２Ｂとを有する。  ガス供給排出手段２２Ｂは、加圧エア供給源２４と、この加圧エア供給源２４にエア通路２５ａで接続されたブースタ２７Ｂと、エア通路２５ａに介装された電空レギュレータ２６Ｂと、圧縮窒素ガスを収容した窒素ガスボンベ５０と、この窒素ガスボンベ５０からブースタ２７Ｂの吸入ポートに通ずるガス通路５１に介装されたレギュレータ５２と、ブースタ２７Ｂの吐出ポートをガスシリンダ２１Ｂのヘッド側のガス作動室に接続するガス通路２５ｄと、このガス通路２５ｄから分岐した分岐ガス通路２５ｅに介装された電磁リリーフ弁２９Ｂとを有する。
【００５５】
前記レギュレータ５２は、窒素ガスボンベ５０から供給される圧縮窒素ガスのガス圧を例えば、約３.0ＭＰａ程度の圧力に減圧してブースタ２７Ｂへ供給する。前記ガスシリンダ２１Ｂには、第１バランス装置１０Ｂの機能達成のため、常時設定圧（例えば、5.0 ＭＰａ）の圧縮窒素ガスを充填しておくことが必要であると共に、第２バランス装置２０Ｂの機能達成の為にバランスモーメントを発生させる際には、上記の設定圧とバランスモーメント発生用ガス圧を加算したガス圧の圧縮窒素ガスを充填する。
【００５６】
電空レギュレータ２６Ｂとブースタ２７Ｂと電磁リリーフ弁２９Ｂは、実施例１のものと同様であり、制御ユニット３０により、実施例１のマップＭ１，Ｍ２と類似のマップに基づいて、電空レギュレータ２６Ｂと電磁リリーフ弁２９Ｂが駆動制御される。但し、ブースタ２７Ｂからガスシリンダ２１Ｂに供給する圧縮窒素ガスのガス圧は実施例１のものよりも格段に高く、また、電磁リリーフ弁２９Ｂの設定リリーフ圧も実施例１のものよりも格段に高くなっている点で、実施例１と異なっている。
【００５７】
クイル６の移動量ｚを共通として、ブースタ２７Ｂの１次エア圧を介して設定される２次側ガス圧（吐出圧）に比較して、電磁リリーフ弁２９Ｂの１次側ガス圧（ガスシリンダ２１Ｂのガス圧）は、小さな所定圧Δｐ（例えば、０．０５ＭＰａ）だけ高い圧力になるように、上記の２つのマップが設定されている。それ故、バランスモーメントを発生するようにガスシリンダ２１Ｂに圧力制御した圧縮窒素ガスを供給しながら、主軸ヘッド５の下降時に、ガスシリンダ２１Ｂ内のガス圧が増大する際に、その増大するガス圧を迅速にリリーフさせることができる。
【００５８】
本実施例の第２バランス装置２０Ｂは、第１バランス装置１０Ｂのガスシリンダ２１Ｂを利用してバランスモーメントを発生させるように構成したため、第２バランス装置２０Ｂの製作費を低減可能である。その他、実施例１と同様の作用、効果を奏する。
尚、実施例１と同様に、（１）ガスシリンダ２１Ｂ内のガス圧を検出する圧力センサを設け、その圧力センサからの検出信号を用いて、電空レギュレータ２６Ｂと電磁リリーフ弁２９Ｂを制御するように構成してもよい。（２）クイル６の移動量ｚが所定値Ｃ以上の範囲に限定せずに、移動量ｚ＞０の全範囲において、バランスモーメントを発生させるように構成してもよい。
【００５９】
次に、前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
（１）前記横型工作機械１のテーブル４はＸ軸方向へ移動する構成のものであったが、テーブル４を固定的に設け、コラム３をＸ軸方向へ移動駆動する構成の工作機械にも本発明を同様に適用可能である。
（２）前記クイル６は、第１，第２クイル６ａ，６ｂとを有するが、クイル６は１本のクイルで構成される場合もある。
【００６０】
（３）エアシリンダに加圧エアを供給するのに、ブースタを省略してコンプレッサから供給するように構成してもよい。
（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ある。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
金属製ワークを中ぐり加工する横型工作機械に適用して、昇降駆動用モータの負荷を軽減し、切削加工精度を高め、機械の耐久性を高めることができる。
【符号の説明】
【００６２】
１，１Ａ，１Ｂ        横型工作機械
３                    コラム
５                    主軸ヘッド
６，６ａ，６ｂ        クイル，第１，第２クイル
７                    主軸
１０，１０Ｂ          第１バランス装置
１１                  ガススプリング
２０，２０Ａ，２０Ｂ  第２バランス装置
２１                  エアシリンダ
２１Ａ                油圧シリンダ
２１Ｂ                ガスシリンダ
２２                  エア供給排出手段
２２Ａ                油圧供給排出手段
２２Ｂ                ガス供給排出手段
２６，２６Ｂ          電空レギュレータ
２７，２７Ｂ          ブースタ
２９，２９Ｂ          電磁リリーフ弁
３０                  制御ユニット
３４                  Ｙ軸モータ
３４ａ                ボールネジ軸
４２                  電磁油圧レギュレータ
４４                  電磁リリーフ弁
５０                  窒素ガスボンベ
【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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【図９】
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