(57)【要約】【課題】構成部品の破損等の発生を防止しつつ、リンク相互間の干渉がなく可動範囲が大きく、また、リンクヘッドの剛性が大きいパラレルメカニズム及びこれを備えた工作機械を提供する。【解決手段】リンクヘッド３０１を上面部及び下面部に配設された回転ジョイント３５５に回転可能に接続されたリンク集合体３５１により、直動ジョイント３５３を介して、上下方向から両持ちで支持し、また、リンクヘッド３０１を上面部及び下面部に配設された回転ジョイント３５４に回転可能に接続されたリンク集合体３５０により、上下方向から両持ちで支持する構成とした。【選択図】図２
2008296295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベッドと、
一端が第１の回動部を介して第１の軸線の回りに互いに回動可能に接続され、他端が前記ベッドに対してそれぞれ前記第１の軸線と平行な軸線の回りに回動可能かつ前記第１の軸線と直交する第２の軸線に沿って移動可能に支持された１対のリンクから構成される第１のリンク機構と、
前記第１の軸線方向において前記第１のリンク機構の外側に配置され、一端が第２の回動部を介して前記第１の軸線と平行な軸線の回りに互いに回動可能に接続され、他端が前記ベッドに対してそれぞれ前記第１の軸線と平行な軸線の回りに回動可能かつ前記第２の軸線に沿って移動可能に支持された１対のリンクから構成される第２のリンク機構と、
前記各リンクの他端を前記ベッドに対して前記第２の軸線に沿ってそれぞれ移動させる駆動機構と、
前記第１の回動部が、前記第１の軸線と直交する一軸線方向に、前記第１のリンク機構の前記１対のそれぞれのリンクにより対向する位置から両持ち支持されて、前記第１の軸線と直交する一軸線方向に相対移動可能に接続され、また、前記第２の回動部が、前記第２のリンク機構の前記１対のそれぞれのリンクにより対向する位置から両持ち支持されて、前記第１の回動部の接続位置とは前記第１の軸線と直交する方向にオフセットされた位置で相対移動不能に接続されたリンクヘッドとを備え、
前記駆動機構を制御することにより、前記リンクヘッドが前記第１の軸線と直交する平面内での移動と前記第１の軸線と平行な軸回りの回動が可能であることを特徴とするパラレルメカニズム。
【請求項２】
前記駆動機構は、前記リンクの他端をそれぞれ回動可能に接続し、前記第２の軸線に沿って駆動させる直動アクチュエータからなることを特徴とする請求項１に記載のパラレルメカニズム。
【請求項３】
前記直動アクチュエータは、前記ベッド上に固定された各リンク機構毎に共通のガイドレールと、このガイドレールに沿って各リンク毎に移動するスライダとを含み、
前記第１のリンク機構に対応する前記共通のガイドレールと前記第２のリンク機構に対応する前記共通のガイドレールとは、前記第２の軸線に沿って延び、前記第１の軸線方向に所定の間隔をもって並列する位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のパラレルメカニズム。
【請求項４】
前記第１のリンク機構に対応する前記共通のガイドレールと前記第２のリンク機構に対応する前記共通のガイドレールとは、前記第１の軸線及び前記第２の軸線のいずれもと直交する第３の軸線方向に所定の間隔をもって並列する位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のパラレルメカニズム。
【請求項５】
工具又はワークの一方が前記リンクヘッドに、他方が前記ベッドにそれぞれ取り付けられることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のパラレルメカニズムを備えた工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば被加工物（ワーク）を加工するための工具（加工ツール）を変位させる場合に駆動力伝達機構として用いるパラレルメカニズム及びこれを備えた工作機械に関する。
【０００２】
周知のように、工作機械には研削盤及び旋盤・フライス盤等があり、これら各種の工作機械はその加工内容に応じて選択的に用いられる。
【０００３】
このような工作機械においては、砥石，切削工具等の工具を支持する主軸頭や、ワークを支持するテーブル等を所望の位置に移動させたり、所望の角度で回動させたりすることにより、ワークと工具とを相対的に変位させて研削や切削等の加工が行われる。
【０００４】
近年、この種の工作機械には、高剛性・高精度・高速性を実現する機構として有効であることから、ベースからリンクヘッドまでが並列に連結されたリンクを有するパラレルメカニズムを備えたものが注目されてきており、例えば図１０に示すような工作機械（一部）が知られている（例えば特許文献１）。
【０００５】
この工作機械のパラレルメカニズムにつき、図１０を用いて説明すると、符号１５０で示すパラレルメカニズムは、工作機械におけるベースとしての基台（図示せず）に摺動台１５１を介して移動・回動可能に配設されたリンクヘッド１５２と、このリンクヘッド１５２と基台（レール）との間にアクチュエータ（図示せず）によって駆動可能に介在する４つの作動杆１５３〜１５６とを備えている。
【０００６】
リンクヘッド１５２は、作動杆１５３〜１５６の一方側端部（反レール側端部）に保持され、作動杆１５３〜１５６の駆動によって基台上を摺動台１５１と共に移動・回動し得るように構成されている。リンクヘッド１５２には、砥石等の加工ツール１７０が回転自在に保持されている。
【０００７】
作動杆１５３，１５４は、リンク挿通部１５３Ａ，１５４Ａを有し、各一方側端部がリンクヘッド１５２上で共通の軸支部１５７を介して互いに回動可能に連結され、各他方側端部がレール１５８上のスライダ１５９，１６０に軸支部１６１，１６２を介して回動可能にそれぞれ連結されている。
【０００８】
作動杆１５５，１５６は、それぞれリンク挿通部１５３Ａ，１５４Ａに挿通され、作動杆１５３，１５４にそれぞれ交差するように構成されている。そして、各一方側端部がリンクヘッド１５２上で共通の軸支部１６３を介して互いに回動可能に連結され、各他方側端部がレール１５８と平行なレール１６４上のスライダ１６５，１６６に軸支部１６７，１６８を介して回動可能にそれぞれ連結されている。
【０００９】
軸支部１５７はリンクヘッド１５２上で砥石側に接近する位置に、また軸支部１６３はリンクヘッド１５２上で軸支部１５７から反砥石側に所定の寸法をもって離間する位置にそれぞれ配置されている。
【００１０】
このように構成されたパラレルメカニズム１５０においては、各アクチュエータの駆動によってスライダ１５９，１６０がレール１５８上を、またスライダ１６５，１６６がレール１６４上をそれぞれ摺動すると、作動杆１５３〜１５６が駆動し、この駆動動作に伴いリンクヘッド１５２が基台上を摺動台１５１と共に移動したり、あるいは回動したりすることが可能となる。
【特許文献１】特開２００３−２９１０４２号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、特許文献１によると、次の（１）〜（４）に示す問題があった。
（１）軸支部１５７，１６３がリンクヘッド１５２上で移動不能に配置されているため、軸支部１５７の位置がスライダ１５９，１６０の摺動位置で、また軸支部１６３の位置がスライダ１６５，１６６の摺動位置でそれぞれ決定されていた。この結果、各構成部品の加工精度や構成部品同士の組付精度が悪いと、また作動杆１５３〜１５６が使用時等の熱変化によって伸縮すると、両軸支部１５７，１６３間の設計寸法と実測寸法とに寸法差が生じ、構成部品が破損したり、アクチュエータに過負荷が生じたりする。
【００１２】
（２）作動杆１５５，１５６がそれぞれリンク挿通部１５３Ａ，１５４Ａに挿通して作動杆１５３，１５４に交差する構造であるため、作動杆同士の干渉を回避する必要上、作動杆１５３，１５４及び作動杆１５５，１５６の回動角を十分に大きい角度に設定することができず、リンクヘッド１５２の移動・回動動作として所望の移動・回動動作を得ることができない。
【００１３】
（３）作動杆１５３，１５４及び作動杆１５５，１５６が同一の仮想面上で加工ツール１７０の回転軸線と直角な仮想軸線に関して対称な位置に配置されているため、作動杆１５３〜１５６及びレール１５８，１６４の設置スペースとして広いスペースを確保する必要が生じ、機構全体が大型化する。
【００１４】
（４）作動杆１５３，１５４及び作動杆１５５，１５６が可動部であるリンクヘッド１５２を上側でのみ支持し、上側からのみ駆動するので、重力方向以外からの力に対して剛性が小さい。
【００１５】
従って、本発明の目的は、構成部品の破損等の発生を防止しつつ、リンク相互間の干渉がなく可動範囲が大きく、また、リンクヘッドの剛性が大きいパラレルメカニズム及びこれを備えた工作機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
［１］本発明は、上記目的を達成するために、ベッドと、一端が第１の回動部を介して第１の軸線の回りに互いに回動可能に接続され、他端が前記ベッドに対してそれぞれ前記第１の軸線と平行な軸線の回りに回動可能かつ前記第１の軸線と直交する第２の軸線に沿って移動可能に支持された１対のリンクから構成される第１のリンク機構と、前記第１の軸線方向において前記第１のリンク機構の外側に配置され、一端が第２の回動部を介して前記第１の軸線と平行な軸線の回りに互いに回動可能に接続され、他端が前記ベッドに対してそれぞれ前記第１の軸線と平行な軸線の回りに回動可能かつ前記第２の軸線に沿って移動可能に支持された１対のリンクから構成される第２のリンク機構と、前記各リンクの他端を前記ベッドに対して前記第２の軸線に沿ってそれぞれ移動させる駆動機構と、前記第１の回動部が、前記第１の軸線と直交する一軸線方向に、前記第１のリンク機構の前記１対のそれぞれのリンクにより対向する位置から両持ち支持されて、前記第１の軸線と直交する一軸線方向に相対移動可能に接続され、また、前記第２の回動部が、前記第２のリンク機構の前記１対のそれぞれのリンクにより対向する位置から両持ち支持されて、前記第１の回動部の接続位置とは前記第１の軸線と直交する方向にオフセットされた位置で相対移動不能に接続されたリンクヘッドとを備え、前記駆動機構を制御することにより、前記リンクヘッドが前記第１の軸線と直交する平面内での移動と前記第１の軸線と平行な軸回りの回動が可能であることを特徴とするパラレルメカニズムを提供する。
［２］前記駆動機構は、前記リンクの他端をそれぞれ回動可能に接続し、前記第２の軸線に沿って駆動させる直動アクチュエータからなることを特徴とする上記［１］に記載のパラレルメカニズムであってもよい。
［３］また、前記直動アクチュエータは、前記ベッド上に固定された各リンク機構毎に共通のガイドレールと、このガイドレールに沿って各リンク毎に移動するスライダとを含み、前記第１のリンク機構に対応する前記共通のガイドレールと前記第２のリンク機構に対応する前記共通のガイドレールとは、前記第２の軸線に沿って延び、前記第１の軸線方向に所定の間隔をもって並列する位置に配置されていることを特徴とする上記［２］に記載のパラレルメカニズムであってもよい。
［４］また、前記第１のリンク機構に対応する前記共通のガイドレールと前記第２のリンク機構に対応する前記共通のガイドレールとは、前記第１の軸線及び前記第２の軸線のいずれもと直交する第３の軸線方向に所定の間隔をもって並列する位置に配置されていることを特徴とする上記［２］に記載のパラレルメカニズムであってもよい。
［５］また、本発明は、上記目的を達成するために、工具又はワークの一方が前記リンクヘッドに、他方が前記ベッドにそれぞれ取り付けられることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のパラレルメカニズムを備えた工作機械を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、構成部品の破損等の発生を防止しつつ、リンク相互間の干渉がなく可動範囲が大きく、また、リンクヘッドの剛性が大きいパラレルメカニズム及びこれを備えた工作機械を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（本発明の実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る工作機械の全体を説明するために示す平面図である。図２は、本発明の実施の形態に係る工作機械の要部を説明するために示す斜視図である。図３は、本発明の実施の形態に係る工作機械の制御装置を説明するために示すブロック図である。なお、以下の説明においては、互いに直交する３つの方向をそれぞれｚ軸（第２の軸線）方向（図１における主軸方向）及びｘ軸（第３の軸線）方向（図１における紙面に平行かつｚ軸に直交する方向）・ｙ軸（第１の軸線）方向（図１における紙面に垂直でｚ軸に直交する方向）とする。
【００１９】
（工作機械の全体構成）
図１及び図３において、符号１で示す工作機械は、例えば円筒研削盤からなり、工作機械本体２及び制御装置３・付属装置（図示せず）から大略構成されている。
【００２０】
（工作機械本体２の構成）
工作機械本体２は、図１に示すように、ワークＷを回転駆動可能に支持するワーク支持駆動ユニット１００と、砥石等の加工ツール５０１が着脱可能に装着されるホイール回転主軸ユニット２００と、リンクヘッド３０１をツール取付側に保持するパラレルメカニズム３００とを備えている。
【００２１】
（ワーク支持駆動ユニット１００の構成）
ワーク支持駆動ユニット１００は、主軸台ベース１０１及び左右２つの主軸台１０３を有し、ベッド（基台）１０上の前方端部（図１では下側）に載置されている。主軸台ベース１０１の背面部（図１では上側）には、左右（ｚ軸）方向に所定の間隔をもって並列し、かつｚ軸方向に延在する左右２つの主軸台スライドガイド１０２が配設されている。左右２つの主軸台１０３は、それぞれが対応する主軸台スライドガイド１０２上にｚ軸方向に沿って移動自在に配設されている。そして、各主軸台スライドガイド１０２上における所定の位置に位置決めされ、その両中心部間でワークＷを挟持するように構成されている。左右２つの主軸台１０３には、それぞれ主軸１０５を所定の回転数で回転駆動する主軸駆動モータ１０４が搭載されている。
【００２２】
（ホイール回転主軸ユニット２００の構成）
ホイール回転主軸ユニット２００は、加工ツール５０１の被把持部を把持可能なホイール回転主軸２０１及びこのホイール回転主軸２０１を回転駆動するホイール回転主軸駆動モータ（図示せず）を有し、リンクヘッド３０１に搭載されている。そして、ホイール回転主軸駆動モータの回転駆動力をホイール回転主軸２０１に伝達し、さらにホイール回転主軸２０１上の加工ツール５０１を所定の回転数で回転駆動するように構成されている。
【００２３】
（パラレルメカニズム３００の構成）
パラレルメカニズム３００は、図２に示すように、１対のリンク集合体（リンク機構）３５０，３５１を有する多自由度（直線２軸及び回転１軸の３自由度）リンク機構からなり、ワーク支持駆動ユニット１００の後方に配設され、かつベッド１０の立ち上がり部（図示せず）にｚ軸方向に延びるスライダ案内用のレール３６０，３６３を介して片持ち支持されている。そして、前述したようにツール取付側にリンクヘッド３０１を保持するように構成されている。スライダ案内用のレール３６０，３６３は、ｚ軸方向に延び、ｙ軸方向に互いに所定の間隔をもって並列する位置に配置されている。
【００２４】
リンクヘッド３０１は、リンク集合体３５０，３５１のリンクヘッド側端部によって保持され、ベッド１０に対しｙ軸と直交する同一の仮想面（移動・回動仮想面）上でｙ軸回りに回動し、かつｘ軸・ｚ軸の２方向に移動し得るように構成されている。
【００２５】
リンクヘッド３０１の上面部及び下面部には、加工ツール５０１の回転軸線Ｔと平行なジョイント案内用のレール３５２及びこのジョイント案内用のレール３５２上を矢印方向に移動可能な被検出部付きの直動ジョイント（変位機構）３５３がそれぞれ配設されている。直動ジョイント３５３には、回転ジョイント３５４にリンクヘッド３０１の移動・回動仮想面内で回転軸線Ｔに沿って並列する第１の回動部（接続部）であって、ｙ軸と平行な軸線の回りに回転する１自由度の回転ジョイント３５５が配設されている。これにより、回転ジョイント３５５が直動ジョイント３５３と共にジョイント案内用のレール３５２上を移動される。また、リンクヘッド３０１の上面部には、直動ジョイント３５３の被検出部（スリット）３５３Ａを検出し、両回転ジョイント３５４，３５５間の距離Ｌの誤差を検出するためのリニアスケール等の位置センサ３８０（図３に示す）が配設されている。
【００２６】
リンクヘッド３０１の上面部及び下面部には、回転ジョイント３５５の配設位置とは直動ジョイント３５３の移動方向にオフセットされた位置で移動不能な第２の回動部（接続部）であって、ｙ軸と平行な軸線の回りに回転する１自由度の回転ジョイント３５４がそれぞれ配設されている。
【００２７】
すなわち、リンクヘッド３０１は、上面部及び下面部に配設された回転ジョイント３５５に回転可能に接続されたリンク集合体３５１により、直動ジョイント３５３を介して、上下方向から挟み込まれるように両持ちで支持されている。また、リンクヘッド３０１は、上面部及び下面部に配設された回転ジョイント３５４に回転可能に接続されたリンク集合体３５０により、上下方向から挟み込まれるように両持ちで支持されている。
【００２８】
リンク集合体３５０，３５１は、リンクヘッド３０１の移動・回動仮想面を水平面とする位置に配置され、リンク３５０Ａ，３５０Ｂ，３５１Ａ，３５１Ｂの重力（ｙ軸）方向寸法が幅広の寸法に設定されている（リンク３５０Ａ，３５０Ｂは、略コの字形状で、３５１Ａ，３５１Ｂと共にｙ軸方向に厚さをもつ板状部材である）。
【００２９】
すなわち、リンク集合体（第１のリンク機構）３５１と、ｙ軸方向において第１のリンク機構の外側に配置されたリンク集合体（第２のリンク機構）３５０とが所定の位置関係で配設されており、リンク集合体（第１のリンク機構）３５１とリンク集合体（第２のリンク機構）３５０との干渉を回避するために、リンク３５０Ａ，３５０Ｂを略コの字形状で形成することで、リンク集合体（第１のリンク機構）３５１とリンク集合体（第２のリンク機構）３５０とが入れ子構造とされている。
【００３０】
ここで、スライダ案内用のレール３６０，３６３は、重力方向に並設され、スライダ３６１，３６２，３６４，３６５を水平方向に案内するように構成されている。リンク３５１Ａ，３５１Ｂのヘッドリンク側端部はリンクヘッド３０１を挟み込むようにして直動ジョイント３５３を介して回転ジョイント３５５に移動・回動可能に連結され、そのレール側端部はスライダ案内用のレール３６３にスライダ３６４，３６５及び回転ジョイント３８３，３８４を介して移動・回動可能に連結されている。また、リンク３５０Ａ，３５０Ｂのヘッドリンク側端部はヘッドリンク３０１に回転ジョイント３５４を介して回動可能に連結され、そのレール側端部はスライダ案内用のレール３６０にスライダ３６１，３６２及び回転ジョイント３８１，３８２を介して移動・回動可能に連結されている。
【００３１】
一方のリンク集合体（第１のリンク機構）３５１は、ヘッドリンク３０１の移動・回動仮想面（リンク集合体３５１が配置される仮想面と平行な仮想面）と平行な仮想面上で揺動可能な２つのリンク３５１Ａ，３５１Ｂを有し、この２つのリンクのｙ軸方向の中心はリンク集合体３５０のｙ軸方向の中心と略一致するよう配設されている。
【００３２】
リンク３５１Ａは、一方側のリンク端部がスライダ案内用のレール３６３にスライダ３６４及び回転ジョイント３８３を介して移動・回動可能に連結され、他方側のリンク端部がリンクヘッド３０１に直動ジョイント３５３及び回転ジョイント３５５を介して移動・回動可能に連結されている。そして、アクチュエータ３５８によってスライダ案内用のレール３６３上を、また直動ジョイント３５３及び回転ジョイント３５５を介してジョイント案内用のレール３５２上をそれぞれ移動し得るように構成されている。ここで、回転ジョイント３８３は、ｙ軸と平行な軸線の回りに回転する１自由度のジョイントとして機能する。
【００３３】
リンク３５１Ｂは、一方側のリンク端部がスライダ案内用のレール３６３にスライダ３６５及び回転ジョイント３８４を介して移動・回動可能に連結され、他方側のリンク端部がリンクヘッド３０１に直動ジョイント３５３及び回転ジョイント３５５を介して移動・回動可能に連結されている。そして、アクチュエータ３５９によってスライダ案内用のレール３６３上を移動し、かつリンク３５１Ａ（回転ジョイント３８３）に対して接近・離間し得るように、また直動ジョイント３５３及び回転ジョイント３５５を介してジョイント案内用のレール３５２上を移動し得るようにそれぞれ構成されている。ここで、回転ジョイント３８４は、ｙ軸と平行な軸線の回りに回転する１自由度のジョイントとして機能する。
【００３４】
他方のリンク集合体（第２のリンク機構）３５０は、リンクヘッド３０１の移動・回動仮想面と平行な仮想面上で揺動可能な２つのリンク３５０Ａ，３５０Ｂを有している。
【００３５】
リンク３５０Ａは、一方側のリンク端部がベッド１０上におけるスライダ案内用のレール３６０にスライダ３６１及び回転ジョイント３８１を介して移動・回動可能に連結され、他方側のリンク端部が回転ジョイント３５４に回動可能に連結されている。そして、アクチュエータ３５６によってスライダ案内用のレール３６０上を移動し得るように構成されている。ここで、回転ジョイント３８１は、ｙ軸と平行な軸線の回りに回転する１自由度のジョイントとして機能する。
【００３６】
リンク３５０Ｂは、一方側のリンク端部がスライダ案内用のレール３６０にスライダ３６２及び回転ジョイント３８２を介して移動・回動可能に連結され、他方側のリンク端部が回転ジョイント３５４に回動可能に連結されている。そして、アクチュエータ３５７によってスライダ案内用のレール３６０上を移動し、リンク３５０Ａ（回転ジョイント３８１）に対して接近・離間し得るように構成されている。ここで、回転ジョイント３８２は、ｙ軸と平行な軸線の回りに回転する１自由度のジョイントとして機能する。
【００３７】
（制御装置３の構成）
制御装置３は、図３に示すように、ＣＰＵ（中央演算処理装置）７１及びメモリ７２・インターフェイス（Ｉ／Ｆ）７３〜７５を備え、直交座標系で与えられるリンクヘッド３０１の移動位置情報に対応する指令値Ｕを機構パラメータＰに基づいてアクチュエータ３５６〜３５９の出力値に変換し、これら各アクチュエータ３５６〜３５９を駆動制御するように構成されている。
【００３８】
（ＣＰＵ７１の構成）
ＣＰＵ７１は、メモリ７２あるいは外部記憶装置７８に記憶された加工プログラムを読み出し解析し、直交座標系で与えられるリンクヘッド３０１の移動位置・姿勢情報を機構パラメータＰに基づき各アクチュエータ３５６〜３５９への駆動指令値に変換してサーボモータユニット８０へ出力する。
【００３９】
（メモリ７２の構成）
メモリ７２には、加工ツール５０１による実加工処理を実行するための加工プログラムや機構パラメータＰ等の各種情報が記憶されている。
【００４０】
（インターフェース７３〜７５の構成）
インターフェース７３には、アクチュエータ（サーボモータ）３５６〜３５９を駆動するサーボモータユニット８０（８１〜８４）が接続されている。サーボモータユニット８１〜８４は、ＣＰＵ７１からの指令値に基づいてアクチュエータ３５６〜３５９をそれぞれ駆動し、これら各アクチュエータ３５６〜３５９のモータ回転検出用エンコーダ３１〜３４からの出力によってフィードバック制御を実行する。インターフェース７４には、加工データ等を入力するためのキーボード（ＫＢ）７６及び加工データや工作機械１の状態等を表示する画像表示装置（ＣＲＴ）７７・加工データを記憶する外部記憶装置７８が接続されている。インターフェース７５には位置センサ３８０が接続されている。
【００４１】
（付属装置の構成）
付属装置は、オイル供給装置・冷却装置・エア供給装置・クーラント供給装置と、これら装置を工作機械本体２に接続するダクト装置等とから構成されている。
【００４２】
（工作機械１の動作）
次に、本実施の形態に係る工作機械の動作につき、図４〜図７を用いて説明する。図４は、本発明の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドのｘ軸平行動作を説明するために示す平面図である。図５は、本発明の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドの回動動作を説明するために示す平面図である。図６は、本発明の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドのｘ−ｚ軸平行動作を説明するために示す平面図である。図７は、本発明の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドのｘ−ｚ軸平行・回動動作を説明するために示す平面図である。
【００４３】
（ｘ軸平行動作）
図４に実線で示す初期位置から回転ジョイント３８１，３８２（スライダ３６１，３６２）を同一の移動量ｚ１で互いに離間する方向にスライダ案内用のレール３６０に沿って移動させるとともに、回転ジョイント３８３，３８４（スライダ３６４，３６５）を同一の移動量ｚ２で互いに離間する方向にスライダ案内用のレール３６３に沿って移動させると、加工ツール５０１の回転軸線Ｔを基準線Ｏに合致させた状態でリンクヘッド３０１がｘ軸方向に移動して図４に２点鎖線で示す位置に配置される。移動量ｚ１、ｚ２は、各リンク３５０Ａ，３５０Ｂ，３５１Ａ，３５１Ｂのリンク長（ＲＬ１，ＲＬ２，ＲＬ３，ＲＬ４）から、リンクヘッド３０１がｘ軸方向に移動するように決定される。
【００４４】
（回動動作）
図５に実線で示す初期位置から回転ジョイント３８１，３８２（スライダ３６１，３６２）を、例えば、互いに異なる移動量ｚ１，ｚ２で移動させるとともに、回転ジョイント３８３，３８４（スライダ３６４，３６５）を互いに異なる移動量ｚ３，ｚ４で移動させると、リンクヘッド３０１がｙ軸を中心に時計方向に回動して例えば加工ツール５０１の回転軸線Ｔを基準線Ｏと直角にした状態で図４に２点鎖線で示す位置に配置される。移動量ｚ１〜ｚ４は、各リンク３５０Ａ，３５０Ｂ，３５１Ａ，３５１Ｂのリンク長（ＲＬ１，ＲＬ２，ＲＬ３，ＲＬ４）から、リンクヘッド３０１がｙ軸を中心に時計方向に回動するように決定される。また、反時計方向に回動させることも可能である。
【００４５】
（ｘ−ｚ軸平行動作）
図６に実線で示す初期位置から回転ジョイント３８１，３８２（スライダ３６１，３６２）を互いに異なる移動量ｚ１，ｚ２でそれぞれ移動させるとともに、回転ジョイント３８３，３８４（スライダ３６４，３６５）を互いに異なる移動量ｚ３，ｚ４でそれぞれ移動させると、リンクヘッド３０１が斜方に移動して図６に２点鎖線で示す位置に平行移動して配置される。移動量ｚ１〜ｚ４は、各リンク３５０Ａ，３５０Ｂ，３５１Ａ，３５１Ｂのリンク長（ＲＬ１，ＲＬ２，ＲＬ３，ＲＬ４）から、リンクヘッド３０１が平行移動するように決定される。
【００４６】
（ｘ−ｚ軸平行・回動動作）
図７に実線で示す移動位置から回転ジョイント３８１，３８２（スライダ３６１，３６２）を互いに異なる移動量ｚ１，ｚ２でそれぞれ移動させるとともに、回転ジョイント３８３，３８４（スライダ３６４，３６５）を互いに異なる移動量ｚ３，ｚ４でそれぞれ移動させると、リンクヘッド３０１が斜方に移動するとともに、ｙ軸を中心に時計方向に回動して図７に２点鎖線で示す位置に配置される。この場合、回転ジョイント３８４（スライダ３６５）の移動量ｚ４は、（ｘ−ｚ軸平行動作）の場合における回転ジョイント３８４（スライダ３６５）の移動量ｚ４より大きい移動量に設定されている。また、移動量ｚ１〜ｚ４は、各リンク３５０Ａ，３５０Ｂ，３５１Ａ，３５１Ｂのリンク長（ＲＬ１，ＲＬ２，ＲＬ３，ＲＬ４）から、リンクヘッド３０１が平行移動及び回転移動するように決定される。
【００４７】
このように、本実施の形態においては、リンクヘッド３０１をｘ軸及びｚ軸に沿って移動させるとともに、ｙ軸回りに回動させることにより、リンクヘッド３０１の位置及び姿勢を制御し、左右２つの主軸台１０３によって挟持されたワークＷに対する加工を行うことができる。
【００４８】
この場合、スライダ３６１，３６２，３６４，３６５を位置決めすると、リンクヘッド３０１上の回転ジョイント３５４，３５５の位置がそれぞれ決定されるため、リンクヘッド３０１の移動・回動位置（加工ツール５０１の先端位置）が決定される。このため、リンクヘッド３０１を所望の移動・回動位置に位置決めするには、これら移動・回動位置から特定の演算式（逆変換式）に基づいてスライダ３６１，３６２，３６４，３６５の位置を演算し、これら演算値に対応する位置にスライダ３６１，３６２，３６４，３６５を移動させる。
【００４９】
次に、特定の逆変換式を用いてスライダ３６１，３６２，３６４，３６５の位置（移動量）を求める手順について説明する。ここで、加工ツール５０１の先端位置の座標を（ｘ，ｚ，Ｂ）とすると、回転ジョイント３５４の座標（ｘ1，ｚ1）及び回転ジョイント３５５の座標（ｘ2，ｚ2）を求めると、次に示すようになる。
【００５０】
【数１】
2008296295.tif 000003
【００５１】
これより、アクチュエータ３５６〜３５９によるスライダ３６１，３６２，３６４，３６５の移動量（アクチュエータの座標）Ｕ＝（Ｕ1，Ｕ2，Ｕ3，Ｕ4）は、次のように求められる。
【００５２】
【数２】
2008296295.tif 000004
【００５３】
なお、スライド原点位置（ＳＬＯ１ｘ，ＳＬＯ１ｚ，ＳＬＯ２ｘ，ＳＬＯ２ｚ，ＳＬＯ３ｘ，ＳＬＯ３ｚ，ＳＬＯ４ｘ，ＳＬＯ４ｚ）及びスライド角度（ＳＬＡ１，ＳＬＡ２，ＳＬＡ３，ＳＬＡ４）・リンク長（ＲＬ１，ＲＬ２，ＲＬ３，ＲＬ４）は、図９に示すようなパラレルメカニズム３００の機構パラメータＰである。但し、本実施例では、上記の一般式において、スライダ３６１，３６２，３６４，３６５は、それぞれスライダ案内用のレール３６０，３６３上を移動する構成としているので、スライド角度（ＳＬＡ１，ＳＬＡ２，ＳＬＡ３，ＳＬＡ４）はゼロである。
【００５４】
このようにして求められるアクチュエータ座標Ｕにスライダ３６１，３６２，３６４，３６５を位置決めすることにより、リンクヘッド３０１の位置及び姿勢、すなわち、（ｘ、ｚ、Ｂ）を制御することができる。この場合、回転ジョイント３５４と回転ジョイント３５５のｘ−ｚ平面での距離Ｌを逆変換式の中で定数としているため、直動ジョイント３５３（図２に示す）はリンクヘッド３０１に対して理論上は変位しない。ところが、現実には、パラレルメカニズム３００を構成する各構成部品の製造誤差，組付誤差あるいは温度変化等の使用環境や長期使用による経年変化等により機構パラメータＰは理論値通りではなく誤差を含むため、直動ジョイント３５３は変位してこれら誤差を吸収する。
【００５５】
本実施の形態においては、リンクヘッドがｘ軸平行動作・ｚ軸平行動作・ｙ軸回りの回動動作を行うことができる。すなわち、リンクヘッド３０１は３自由度をもって動作することが可能である。リンクヘッド３０１が３自由度の動作を達成するためには、図８（ａ）に示すように３つのリンク３５０Ａ，３５０Ｂ，３５１Ａをそれぞれ駆動する３つの駆動機構（アクチュエータ）を備えることが必要十分条件である。これに対して、本実施の形態におけるパラレルメカニズム３００は、図８（ｂ）に示すように４つのリンク３５０Ａ，３５０Ｂ，３５１Ａ，３５１Ｂをそれぞれ駆動する４つの駆動機構（アクチュエータ３５６〜３５９）を備えている。これには冗長な駆動機構が存在する。冗長な駆動機構を備えた他の理由は、パラレルメカニズムの課題である特異点が存在しないようにするためである。冗長な自由度をもたない図８（ａ）の構成では、Ｕ１軸，Ｕ２軸を固定し、Ｕ３軸がリンクヘッド３０１を回動させようとした場合、２つの回転ジョイント３５４，３５５を結ぶ線分にリンク３５１Ａが整列する状態においてＵ３軸を移動させることができない、いわゆる過可動特異点が存在する。これに対して、本実施の形態においては、図８（ｂ）に示すように冗長な駆動軸（この状態ではＵ４軸）を有するため、特異点が存在しない。
【００５６】
（本発明の実施の形態の効果）
以上説明した本発明の実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。
【００５７】
（１）回転ジョイント３５５がリンクヘッド３０１上で移動可能であるため、各構成部品の加工精度や構成部品同士の組付精度が悪い場合や、またリンク３５０Ａ，３５０Ｂ，３５１Ａ，３５１Ｂが使用時等の熱変化によって伸縮する場合等の機構パラメータＰに起因する各種誤差を吸収することができ、これら寸法誤差に起因する構成部品及びアクチュエータへの過負荷発生を防止することができる。
【００５８】
（２）各リンク集合体３５０，３５１が互いに入れ子構造のパラレルメカニズムとして構成されているため、リンク３５０Ａ，３５０Ｂとリンク３５１Ａ，３５１Ｂとが互いに交差することがない。これにより、リンク３５０Ａ，３５０Ｂ及びリンク３５１Ａ，３５１Ｂの回動角を十分に大きい角度に設定することができ、リンクヘッド３０１の移動・回動動作として所望の移動・回動動作を得ることができる。また、リンク集合体３５０，３５１及びスライダ案内用のレール３６０，３６３の設置スペースを縮小することができ、機構全体の小型化を図ることができる。
【００５９】
（３）リンク３５０Ａ，３５０Ｂ，３５１Ａ，３５１Ｂの重力（ｙ軸）方向寸法が幅広の寸法に設定されているため、リンク３５０Ａ，３５０Ｂ，３５１Ａ，３５１Ｂの重力方向の撓みを抑制することができ、リンク３５０Ａ，３５０Ｂ，３５１Ａ，３５１Ｂの撓みによる位置決め誤差等を小さくすることができる。
【００６０】
（４）リンクヘッド３０１を上面部及び下面部に配設された回転ジョイント３５５に回転可能に接続されたリンク集合体３５１により、直動ジョイント３５３を介して、上下方向から挟み込まれるように両持ちで支持し、また、リンクヘッド３０１を上面部及び下面部に配設された回転ジョイント３５４に回転可能に接続されたリンク集合体３５０により、上下方向から挟み込まれるように両持ちで支持する構成としたので、重力方向以外からの力に対しての剛性を大きくすることができる。これにより、高精度なパラレルリンク機構が可能となり、この機構を使用することで、高精度な工作機械を提供することが可能となる。
【００６１】
以上、本発明の工作機械を上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。
【００６２】
（１）実施の形態では、リンク３５０Ａ，３５０Ｂ，３５１Ａ，３５１Ｂが水平面内で移動する構成としたが、上記示したパラレルメカニズム３００全体を傾け、リンク３５０Ａ，３５０Ｂ，３５１Ａ，３５１Ｂが垂直面内で移動する構成としてもよい。
【００６３】
（２）実施の形態では、各スライダ案内用のレール３６０，３６５をｙ軸方向のみならずｘ軸方向にも離間させて平行に配置する場合について説明したが、本発明はｘ軸方向には離間させる必要はなく、ベッド１０（立ち上がり部）の同一平面状に両スライダ案内用のレール３６０，３６５を取り付けるようにしてもよい。
【００６４】
（３）実施の形態では、直動ジョイント３５３がリンク集合体３５１と連結するように配置されている場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、リンク集合体３５０と連結するように配置してもよい。
【００６５】
（４）実施の形態では、制御対象としての加工ツール５０１がリンクヘッド３０１にホイール回転主軸ユニット２００を介して保持されるパラレルメカニズム３００である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、リンクヘッドにワークを保持するパラレルメカニズムであってもよい。
【００６６】
（５）実施の形態では、砥石又はエンドミルを加工ツール５０１とする工作機械１に適用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば旋削用電着ホイール等の旋削工具あるいはレーザ焼入れヘッド等の熱処理工具・表面仕上げ工具等を加工ツールとする他の工作機械に適用し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態に係る工作機械の全体を説明するために示す平面図。
【図２】本発明の実施の形態に係る工作機械の要部を説明するために示す斜視図。
【図３】本発明の実施の形態に係る工作機械の制御装置を説明するために示すブロック図。
【図４】本発明の実施の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドのｘ軸平行動作を説明するために示す平面図。
【図５】本発明の実施の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドの回動動作を説明するために示す平面図。
【図６】本発明の実施の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドのｘ−ｚ軸平行動作を説明するために示す平面図。
【図７】本発明の実施の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドのｘ−ｚ軸平行・回動動作を説明するために示す平面図。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、リンクが３つである場合と比べてリンクが４つである場合の利点について説明するために示す平面図。
【図９】本発明の実施の形態に係る工作機械におけるスライダの位置を求める手順を説明するために示す平面図。
【図１０】従来のパラレルメカニズムを説明するために示す斜視図。
【符号の説明】
【００６８】
１…工作機械
２…工作機械本体
３…制御装置
１０…ベッド
１０Ａ…立ち上がり部
３１〜３４…モータ回転検出用エンコーダ
７１…ＣＰＵ
７２…メモリ
７３〜７５…インターフェース
７６…キーボード
７７…画像表示装置
７８…外部記憶装置
８０〜８４…サーボモータユニット
１００…ワーク支持駆動ユニット
１０１…主軸台ベース
１０２…主軸台スライドガイド
１０３…主軸台
１０４…主軸駆動モータ
１０５…主軸
１５０，３００…パラレルメカニズム
１５１…ホルダ
１５２，３０１…リンクヘッド
１５３〜１５６…作動杆
１５３Ａ，１５４Ａ…リンク挿通部
１５７，１６３，１６１，１６２，１６７，１６８…軸支部
１５８，１６４…レール
１５９，１６０，１６５，１６６，３６１，３６２，３６４，３６５…スライダ
１７０，５０１…加工ツール
２００…ホイール回転主軸ユニット
２０１…ホイール回転主軸
３５０，３５１…リンク集合体
３５０Ａ，３５０Ｂ，３５１Ａ，３５１Ｂ…リンク
３５２…ジョイント案内用のレール
３５３…直動ジョイント
３５３Ａ…被検出部
３５４，３５５，３８１〜３８４，４１１〜４１４，５１１〜５１４…回転ジョイント
３５６〜３５９…アクチュエータ
３６０，３６３…スライダ案内用のレール
３１１…ｘ軸直動テーブル
３１２…Ｃ軸回転テーブル
３８０…位置センサ
Ｏ…基準線
Ｔ…回転軸線
Ｗ…ワーク
【図１】
2008296295.tif 000005
【図２】
2008296295.tif 000006
【図３】
2008296295.tif 000007
【図４】
2008296295.tif 000008
【図５】
2008296295.tif 000009
【図６】
2008296295.tif 000010
【図７】
2008296295.tif 000011
【図８】
2008296295.tif 000012
【図９】
2008296295.tif 000013
【図１０】
2008296295.tif 000014