(57)【要約】【課題】加工部位の熱変位がより小さく、時間の経過にともなう変位の変動が小さく、送り軸が倒れにくい構造のコラム型の工作機械を提供すること。【解決手段】コラム８にガイド７でＸ軸方向に移動可能に基体４を取り付ける。基体４に枠体２を取付け固定する。枠体２は、移動体３を囲繞し、ガイド６によって往復移動可能に案内支持する。基体４は、ベース９とベース９から水平方向に張り出すように一体的に形成された複数の吸収体１０とで構成される。ベース９は、ベース９の中央腹面に枠体２の下側と結合する第１結合面１１を有する。また、吸収体１０の端面に、空間１３を挟んで枠体２の上側と結合する第２結合面１２を有する。第１結合面１１は、熱遮断部材１５が設けられ、枠体２からの熱を遮断する。第２結合面１２は、積極的に吸収体１０に熱を伝導して吸収体１０を変形させる。【選択図】  図１
2004351530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コラムに支持され鉛直方向に往復移動する移動体を備えた工作機械において、前記移動体を案内支持する枠体を前記枠体の下側の第１結合部において前記枠体からの熱を遮断する状態で支持するとともに空間を挟んで前記枠体の上側の第２結合部において前記枠体からの熱が伝導する状態で支持し熱によって変形して前記枠体の変形を受容する支持腕を有する基体を備えた工作機械。
【請求項２】
コラムに支持され鉛直方向に往復移動する移動体を備えた工作機械において、
前記移動体を囲繞して前記移動体を往復移動可能に案内支持する枠体と；
前記枠体の側面下側で前記枠体と結合する第１結合面を有し前記コラムに水平１軸方向に往復移動可能に取り付けられるベースと、前記第１結合面の上方に空間を挟んで前記枠体の前記側面上側で前記枠体と結合する第２結合面を有し水平方向に張り出すように前記ベースに一体的に形成される支持腕と、で構成され前記枠体を支持する基体と；
前記第１結合面に設けられ前記枠体と前記基体を結合する熱遮断部材と；
を備えた工作機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コラムに支持される鉛直方向に往復移動可能な移動体を含んで構成される工作機械における局所的な熱膨張に起因する変形による加工部位の熱変位を構造的に小さく抑える技術に関する。特に、コラムまたはコラムに取り付けられる基体に固定された枠体内を移動体が鉛直方向に往復移動する構成の工作機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工具と被加工物とを相対移動させて主に金属材料を所望の形状に加工する工作機械は、工具の種類、被加工物のサイズ、加工形状、加工方法などによって、種々の相対移動の方式が採用されている。例えば、汎用の立形マシニングセンタの場合、主軸となる移動体がコラムに取り付けられ、移動体が鉛直方向に移動する構成である。より具体的には、移動体がコラムに設けられたガイドに沿って移動するスライダである構成と、移動体が枠体に設けられたガイドに案内支持されるクイルである構成がよく知られている。なお、本発明では、丸形棒状の移動体に限らず、角形棒状の移動体も含んでクイルと称する。
【０００３】
近年、リニアモータによって移動体を駆動する、リニアモータ駆動方式の工作機械が実用化されている。リニアモータ駆動方式は、回転型サーボモータとボールねじ機構によって移動体を駆動する方式に比べてバックラッシュ（ｂａｃｋｌａｓｈ）がないなどの利点を有している。工作機械の軸送り装置は高速化が進んでいるが、重量のある移動体を鉛直方向に高速かつ高加速度で往復運動させる場合は、振動を抑制し変形に耐え得る十分な強度と剛性を有する構造体が要求される。この要求は、リニアモータ駆動方式に限られるものではないが、特に、リニアモータ駆動方式の場合は、質量が大きい移動体を移動可能に支持するためにリニアモータの自重が大きくなり、ますます移動体を含む軸送り装置の全体の重量が増して装置が大型化するというジレンマを有しており、工作機械としての加工精度を満足する強度を有する構造を得ることが難しかった。
【０００４】
そこで、本出願人は、リニアモータ駆動方式の実用的な構成を有する工作機械として、特許文献１に開示される装置を提案している。特許文献１に開示される装置は、概略説明すると、基体に枠体を強固に固定し、枠体内に設けられた固定子と枠体内に設けられたガイドで案内支持されて往復移動する移動子であるクイルを有する構造である。高速かつ高加速度で往復運動するクイルを支持するために、枠体は基体のほぼ全面で強固に固定される。この構造の装置は他の構造の装置に比べて移動体に偶力が作用しにくく曲げモーメントが小さい。材質に依存する構造体の剛性が同一であるとした場合、移動体を高速かつ高加速度で移動するときの振動がより軽減される。特許文献１の発明は、工具として重量が比較的重い工具電極を使用し、移動体が加工中に常時上下方向に振動するように移動制御されることが要求される形彫放電加工装置に適用できるように発明されたものであり、過酷な条件であっても高い位置決め精度を得ることができる。
【０００５】
ところで、工作機械では、サーボモータや加工部分などの発熱源があるので、機械が熱膨張によって局部的に変形し、加工部位における変位が発生する、いわゆる熱変位の問題がある。上述したコラム型の工作機械の場合、もともと、適当な環境の温度を想定して所定の位置に加工部位があるように設計されている。したがって、単純に言えば、想定した環境の温度よりも温度が高くなると、加工ヘッドは上に反ったようになり、加工部位が機械の手前側に変位する。逆に、想定した環境温度よりも温度が下がれば、加工ヘッドは下に“おじぎ”をするようになり、加工部位が機械の後側に変位する。それゆえ、発熱源であるサーボモータが設けられている枠体の温度の上昇を見込んで、枠体が膨張し変形したときの位置が所定の加工部位であるように設計されていることが多い。このような設計がされている場合は、加工する前に、いわゆるアイドリングを行って予め構造体を変形させておき、その状態を維持して加工を行なうようにすることで、実質的に加工部位の変位を補償することができる。
【０００６】
しかしながら、発熱源を有する構造体から他の構造体に熱が伝達して局所的に温度が上昇して曲げ変形するときは、加工部位における変位が複雑で再現性が低いために、測定される温度に基づいて位置を補正するようなソフトウェア的な加工部位の変位の補償を難しくする。特に、枠体にリニアモータの固定子が備え付けられた構造の場合、構造体が直接的にサーボモータの発熱の影響を受ける。温度の変化と構造体の変形との間にはタイムラグがある上に、サーボモータの出力の変化により温度も変化するので、構造体の変形の状態は、時間とともに変動する。そのため、加工部位の変位は予測不能に変動し、位置の補正を実際の変位に追従させることが困難である。
【０００７】
図６に、枠体内を移動体が鉛直方向に往復移動する構造の装置の変形を熱解析によりシミュレートした結果が示されている。図７は、環境の温度を２７℃とし、枠体の温度が１℃上がって２８℃になったとしたときの、図６に示す枠体２の前面上端Ａ点と前面下端Ｂ点の位置のデータを採取したものである。図６に記載された数値は、枠体のサイズを示す。
【０００８】
発熱部分を有する枠体２は、温度が他の構造体よりも早く上昇する。一方、枠体２を支持する基体４は、比較的温度が上昇しにくい構成部材である。したがって、枠体２と基体４との間に温度差が生じる。枠体２は基体４にその片側が固定されているので、枠体２が温度の上昇によって全体的に膨張すると、枠体２の基体４に固定されていない側の方が基体４に固定されている側の方よりも大きく膨張する。その結果、枠体２は、曲げ変形する。最初のこの変形は、基体４によってある程度抑えられている。その後、時間が経つにつれて枠体２の熱が基体４に伝導して、基体４の温度が枠体２に遅れて局所的に上昇していく。したがって、図６に示される枠体２の前面上端Ａ点、枠体２と基体４との結合部近傍Ｃ点、基体４のコラム側下端Ｄ点の順に温度が低くなるように温度差が生じ、枠体２と基体４は、Ｄ点を基準にして弓形に反るように変形していく。枠体２に及ぼされる変形の状態は、構造体の形状、材質、大きさなどによって異なる。構造体の温度は変化するので、構造体の変形の状態は時間とともに変化し、加工部位の変位は変動し安定していない。
【０００９】
ところで、図６に示されるようなコラム型の工作機械では、機械の重量を低減し、また機械の重心を低くして安定させる設計が要求される。このとき、周辺部材との干渉の問題から加工ヘッドをあまり低い位置に設けることができない。また、サドルの位置を高くすると機械全体の大きさが大きくなり、重量も増加するので、好ましくない。そのため、移動体を案内支持する枠体に対してその枠体を取り付ける基体が可能な限り低い位置にあるように構成するのがふつうである。とりわけ、基体を、機械の前面から見て左右方向の水平１軸方向（Ｘ軸方向）に移動する移動体とする構造が採用される場合は、ガイド機構と加工部位との距離を可能な限り小さくすることによって位置決め精度の劣化を防止する必要がある。そのため、基体が枠体に対してより低い位置にあるように設計される。このような重要な要件を満足させるために、枠体が基体の上側に取り付けられる。この構造上の特徴によって、温度が上昇して構造体が熱膨張した場合は、枠体２の上側の変形の方が大きく、鉛直方向の送り軸（Ｚ軸）の軸心が傾く。そのため、Ｂ点とＤ点との間の距離を変化させる。送り軸の軸心の傾きは、機械の後側に倒れるように発生するので、加工部位の位置は、おおよそ予め設定されている位置よりも機械の前面側にずれる。
【００１０】
発熱による加工ヘッドの変形は、鉛直方向（Ｚ軸方向）と水平方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に発生する。この変形のメカニズムと加工ヘッドの傾きは複雑であり、かつ時間とともに変動することが知られている。図７に示される測定結果の例を参照すると、例えば、枠体２の上下（Ａ点とＢ点）の水平方向（Ｙ軸方向）の変位の大きさに差が生じていることがわかる。この変位の大きさの差は、既に述べたとおり、鉛直方向における送り軸（Ｚ軸）が傾くことから生じる。加工部位に変位があっても時間の経過にともなう変動がない限り、あるいは上下の鉛直方向における変位の大きさに差が生じていても送り軸が傾いていない限り、ソフトウェア的な補正や冷却システムなどのよってある程度加工精度の低下を防ぐことが可能である。しかしながら、上下の水平方向における変位の大きさに差が生じている場合は、加工部位の変位を修正することは大変困難である。したがって、枠体の変形の大きさや上下の鉛直方向における変位の大きさに差があること以上に、上下の水平方向における変位の大きさに差が生じていることが、重大な問題である。
【００１１】
図に示されていないが、測定値は、構造体の温度が変化することによって時間とともに数値が変動する。鉛直方向の送り軸が傾いているから、鉛直方向に移動する移動体の高さ位置によって加工部位における変位も変動する。そのため、このような測定結果は不安定である。したがって、予め加工部位における水平方向の変位を測定し、その測定結果によってソフトウェア的に位置を補正する方法で誤差を補償することが難しい。このことから、図６に示されるようなコラム型の工作機械では、加工精度のばらつきを抑えることが難しく、近年のより高精度な加工に年々対応しにくくなってきている。なお、この種のコラム型の工作機械は、既に説明されている構造上の特徴以外に、機械がコンパクトであるなど他の構造の工作機械に比べていくつかの利点を有しているが、コラム型の工作機械の利点については、詳細な説明を省略する。
【００１２】
コラム型の工作機械における加工部位における熱変位の基本的な対策として、機械的には、構造体間を断熱材や冷却管で遮断して熱が他の構造体に伝わらないようにすることが考えられる。また、制御的には、多数のセンサを設けて局部の温度変化を検出し、温度変化に対応した局所的な冷却をすることが考えられる（特許文献２または特許文献３参照）。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００２−３４６８４３号公報
【特許文献２】
特公平８−１１３４８号公報
【特許文献３】
特開平１１−７７４５９号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般に、単純に断熱材等を介在させて構造体を結合することは強度上の問題が生じやすい。また、ユニット化された構造体間の熱を完全に遮断したとしても、発熱源を有する枠体と枠体を支持する基体との間に温度差が生じているので、枠体が基体に固定される片持構造である以上、枠体が曲げ変形することは避けられない。多数の部位で温度を測定して局所的に冷却するシステムを採用することは好ましいことではある。しかしながら、温度が変化してから熱変形するまでのタイムラグがあるから、冷却システムで加工部位の変位を小さくするという方法だけでは十分ではない。複雑な変化に完全に対応するように、多数の温度センサや冷却部分を設けることは事実上困難である。加工部位の変位は複雑であり、かつ時間とともに変動する。発熱部分がないときでも、温度の変化の影響を受けやすい構造体と温度の変化の影響を受けにくい構造体との間では温度差が発生することが避けられない。特に、加工部位における変位が時間とともに変動すること、および枠体の上下の水平方向における変位の大きさに差が発生することは、既に述べられているように、ソフトウェア的に誤差を補償する方法を困難にしている。このようなことから、何よりもまず、構造上、熱変形が小さく抑えられ、加工部位における変位が小さい機体であることが望まれる。
【００１５】
本発明は、上記課題に鑑みて、基体に固定された枠体内を移動体が鉛直方向に往復移動する構成の工作機械において、温度の変化に起因する構造体の変形による加工部位における変位をより小さく抑えることができる構造の工作機械を提供することを目的とする。また、仮に、加工部位の変位があっても、時間の経過にともなう加工部位における変位の変動がより小さい構造の工作機械を提供することを目的とする。あるいは、枠体の上下（送り軸上の上下点間）の水平方向における変位の大きさの差がより小さい構造の工作機械を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、コラム（８）に支持され鉛直方向（Ｚ軸方向）に往復移動する移動体（３）を備えた工作機械において、移動体（３）を案内支持する枠体（２）を枠体（２）の下側の第１結合部（２０）において枠体（２）からの熱を遮断する状態で支持するとともに空間（１３）を挟んで枠体（２）の上側の第２結合部（３０）において枠体（２）からの熱が伝導する状態で支持し熱によって変形して枠体（１２）の変形を受容する支持腕（１０）を有する基体を備えた構造にした。
【００１７】
また、本発明は、コラム（８）に支持され鉛直方向（Ｚ軸方向）に往復移動する移動体（３）を備えた工作機械において、移動体（３）を囲繞して移動体（３）を往復移動可能に案内支持する枠体（２）と；枠体（２）の側面下側で枠体（２）と結合する第１結合面（１１）を有しコラム（８）に水平１軸方向に往復移動可能に取り付けられるベース（９）と、第１結合面（１１）の上方に空間（１３）を挟んで枠体（２）の側面上側で枠体（２）と結合する第２結合面（１２）を有し水平方向に張り出すようにベース（９）に一体的に形成される支持腕（１０）と、で構成され枠体（２）を支持する基体（４）と；第１結合面（１１）に設けられ枠体（２）と基体（４）を結合する熱遮断部材（１５）と；を備えた工作機械によって上記課題を解決する。なお、符号は発明をより容易に理解できるように、説明の便宜上付されたものであり、本発明を実施の形態に限定するものではない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図１および図２を用いて本発明の好ましい実施の形態を説明する。加工ヘッド１は、枠体２と、移動体３を含む。以下、枠体２はクイルサポート、移動体３はクイルと称する。クイル３は、サーボモータとして設けられるリニアモータ５によって鉛直方向（Ｚ軸方向）に往復移動する。リニアモータ５の固定子は、クイルサポート２内に取り付けられた図示しないコイルヨークに巻き回された励磁コイルである。クイル３には、励磁コイルに所定の間隙をもって対向するように配列された複数の磁石を含む磁石板が取り付けられ、クイル３が実質的にリニアモータ５の移動子を構成している。クイル３は、クイルサポート２内に挿嵌され、クイルサポート２に設けられた一対のリニアモーションガイド６によって案内支持される。なお、一般に、加工ヘッドは、工具を回転する回転軸を含むものとされるが、本発明では、回転軸を有さない工具または被加工物を鉛直方向に移動する軸を備えているものを含めて加工ヘッドという。
【００１９】
クイルサポート２は、基体４に強固に取付け固定される。以下、基体４をクイルベースと称する。クイルベース４は、図示しないサーボモータによって水平１軸方向（Ｘ軸方向）に往復移動する移動体である。クイルベース４が移動することによって、加工ヘッド１がＸ軸方向に移動する。クイルベース４は、リニアモーションガイド７で案内される。クイルベース４は、リニアモーションガイド７を介して実質的にコラム８に取り付けられる。クイルベース４が移動しない構成の場合は、クイルベース４は、コラム８に直接強固に取付け固定される。
【００２０】
クイルベース４は、図２に示されるように、少なくとも、ベース９と板状の支持腕１０とで構成される。２つの支持腕１０は、それぞれ枠体２に向けて水平方向に張り出すようにベース９に一体的に形成される。図１に示されるように、クイルサポート２は、クイルベース４の第１結合面１１と第２結合面１２とにおいて固定される。第１結合面１１は、ベース９の中央腹面に設けられ、クイルサポート２のコラム８側の側面１７の下側に相当する高さに位置する。第２結合面１２は、第１結合面１１の上方に空間１３を挟んで支持腕１０の先端面に設けられ、クイルサポート２の側面１７の上側に相当する高さに位置する。したがって、クイルサポート２は、上下のバランスが保持されている状態でクイルベース４に取付け固定される。第１結合面１１と第２結合面１２を設けることによって形成される空間１３は、クイルサポート２とクイルベース４との接触面積を小さくしてクイルサポート２からの熱を遮断してクイルベース４に熱を伝導しにくくする作用と、枠体２およびクイルベース４の放熱を促進してクイルベース４の温度を上昇しにくくする作用を有する。
【００２１】
上述した第１結合面１１および第２結合面１２のクイルベース２の側面１７に対する高さ方向の相対位置関係は、重要な意味を有する。具体的には、コラム８の前面に加工ヘッド１が設けられる構造の場合は、機械全体の重量を低減し機械の重心を低くして安定させるために、クイルベース４をクイルサポート２に対して可能な限り低い位置に設置されるように設計される必要がある。特に、図１に示される実施の形態のようにクイルベース４が移動体である構造の場合は、リニアモーションガイド７と図示しない加工部位との距離を可能な限り短くして位置決め精度の劣化を防止するために、ベース９をクイルサポート２に対してより低い位置に設置する必要がある。上記第１結合面１１と第２結合面１２の配置は、上述した要求を満足する。
【００２２】
クイルベース４の第１結合面１１とクイルサポート２の側面１７の下側の結合面１４とが結合する第１結合部２０におけるクイルベース４とクイルサポート２との接触面積は、クイルサポート２を確実に支持できる範囲で可能な限り小さくされる。その結果、第１結合面１１におけるクイルサポート２からの熱をより確実に遮断することができる。また、熱伝導をより確実に遮断するために、必要に応じて強度を維持し得る範囲内で断熱材を介設することができる。要するに、第１結合面１１は、クイルサポート２の熱を可能な限りベース９に伝達しないように構成される。したがって、クイルベース４は、第１結合部２０において実質的に熱を遮断する状態でクイルサポート２を固定する。
【００２３】
一方、第２結合面１２は、むしろクイルサポート２からの熱が伝導するのを積極的に許容する。したがって、クイルベース４は、クイルベース４の第２結合面１２とクイルサポート２の側面１７の上側の結合面１８とが結合する第２結合部３０においてクイルサポート２からの熱が伝導する状態でクイルサポート２を支持する。このとき、図２に示されるように、必要に応じて、第２結合面１２に、熱伝導を阻害しない材質、例えば鉄系の材質のスペーサ１６を設けることができる。スペーサ１６は、一対の支持腕１０が時間によってどのように歪変形しても、第２結合面１２におけるクイルサポート２の取付状態を維持することを助ける。このように、第２結合面１２が熱を積極的に伝導させる構成であるために、第１結合部２０においてベース９が温度変化が小さく変形しにくいのに対して、第２結合部３０における支持腕１０は温度変化を起こしやすく変形しやすい。
【００２４】
実施の形態では、第１結合部２０における接触面積を小さくするために、図２に示されるように、第１結合面１１に複数の取付材１５を設けてクイルサポート２を取り付けている。複数の取付材１５は、第１結合面１１におけるクイルサポート２との接触面積をより小さくして実質的に熱伝導率を低くするので、全体として熱遮断部材に相当する。取付材１５は、例えば、鋼鉄製などの強度を有する金属材料でなる。取付材１５は、取付強度を失わない範囲内で可能な限り広い空間を形成するように設けられる。取付材１５は、少なくとも強度を維持しつつ接触面積を小さくして実質的に熱伝導を低く抑えるものであるならば、他の構成を有するもの、例えば、図示しない複数の孔が設けられた帯板状のものなどに置き換えることができる。
【００２５】
一対の支持腕１０は、ベース９の図示しない鉛直方向の中心軸線を挟んで左右対称に設けられる。支持腕１０は、クイルサポート２から伝わる熱を受けて空間１３に放熱することでベース９に熱が伝達することを防止する。したがって、ベース９の熱変形は抑えられる。また、空間１３が形成されていることから、クイルサポート２の側面１７からの放熱が促進され、クイルサポート２の全体の変形も比較的小さく抑えられる。２つの支持腕１０は、時間の経過とともに、第２結合面１２から熱伝導するクイルサポート２からの熱によってそれぞれ別々に熱膨張して変形する。同時に、クイルサポート２が熱膨張する。支持腕１０は、ベース９から水平方向に張り出されて設けられているので、上下方向に変形することによって、第２結合部１２から伝わるクイルサポート２の変形を受容しクイルサポート２の変形による力を実質的に吸収する。同時に支持腕１０自体が水平方向に膨張することによって、ベース９側の方向に変形してくるクイルサポート２の上側を反対側、つまり機体の前面側に押し戻す。このような支持腕１０は、純粋な板形状である必要はなく、切断面がコ形状あるいはエ形状であるものも含む。
【００２６】
このように、支持腕１０は、クイルサポート２が避けられない温度の上昇によって膨張するときに、クイルサポート２の熱を受けて放熱させる。そして、主に上下方向に歪変形することによって、枠体２の上下方向（Ｚ軸方向）および水平方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）の変形を吸収して、クイルサポート２が変形したときに働く力とクイルサポート２からの熱がベース９に伝達することを防止する。同時に、水平方向に膨張することによって、クイルサポート２を機体の前面方向に押し戻す。その結果、クイルサポート２が変形しても、鉛直方向の送り軸（Ｚ軸）の軸心は実質的に傾かない。逆に、クイルサポート２の温度が下がったときは、空間１３に放熱することによって速やかに支持腕１０の温度も下がるから、クイルサポート２の変形にほぼ追従して復元するように変形する。そのため、支持腕１０は、クイルサポート２の温度が設計上設定されている温度より高くなっても低くなっても、ベース９にその変位の影響をほとんど与えない。
【００２７】
次に、図２ないし図４を用いて、具体的な実施例と本発明のより詳細な作用を説明する。図２にクイルベース４の具体的なサイズを含む適する実施例が示されている。また、図３に、クイルサポート２の具体的なサイズを含む好適な実施例が示されている。実施例は、クイルサポート２とクイルベース４の材質を同じ鋳鉄としている。なお、以下に説明される実施の形態は、設計上の基準となる構造体の温度を機械を稼動させていないときの温度とし、室温が設計された温度に一定に保持されているものとしている。本発明は、室温が一定に保持されているときに、より大きい効果を得られる。このことは、室温が一定に保持されていなければ加工部位における変位を抑制する効果が得られないということを意味するものではない。しかしながら、より大きい効果を得るために、好ましくは、恒温室内あるいは温度制御装置で室温を保持した状態で基準となる構造体の温度を設定する。
【００２８】
リニアモータ５に電力が供給され、リニアモータ５が発熱すると、クイルサポート２の温度は、全体的に上昇していく。そして、クイルサポート２が熱膨張する。図４に示されるように、クイルサポート２の熱は、表面から外気に伝わるとともに、第１結合面１１と第２結合面１２からクイルベース４に伝わろうとする。このとき、第１結合面１１には熱遮断部材（取付材１５、断熱材を設けたときは断熱材も含む）が設けられているので、第１結合部２０では熱が殆ど遮断されている。また、空間１３があるので、この空間１３に面したクイルサポート２の側面１７からの熱は外気に伝わってベース９には伝導しにくい。同時に、ベース９に僅かに伝導する熱は、空間１３に放熱される。したがって、第１結合部２０の近傍の僅かな部分を除き、ベース９は殆どクイルサポート２の温度上昇の影響を受けず、全体的に同じ温度を維持している。
【００２９】
一方、第２結合面１２からは、クイルサポート２の熱が支持腕１０に伝わる。そのため、支持腕１０は膨張して変形する。このとき、支持腕１０は空間１３で開放されている板状体であるから、外気に放熱してベース９に熱を伝えにくくしている。その結果、支持腕１０が張り出すベース９の根元付近における温度の変化は、熱遮断部材がある第１結合面１１における温度の変化に比べて殆ど差がない程度に小さく抑えられる。したがって、この時点で、ベース９は、全体的に局所的な温度の上昇がなく、依然として殆ど変形していないままである。支持腕１０が膨張して変形するとき、支持腕１０がもともと他の構造体に比べて変形しやす板状であるため、他の構造体より容易に上下方向に歪変形する。したがって、クイルサポート２からの力がどのように加わっても、クイルサポート２を支持した状態でクイルサポート２の変形を受容して実質的に変形による力を吸収し、ベース９に伝えない。結局、クイル３の下端Ｅ点とクイルベース４のガイド部分Ｄ点との距離は維持され、Ｅ点の位置は殆ど変化していない。したがって、加工部位の変位がより小さく抑えられている。
【００３０】
同時に、支持腕１０は、水平方向に張り出して設けられているので、水平方向の熱膨張の力によって、クイルベース４の方向に膨張してくるクイルサポート２を反対側に押し戻す。一方、クイルサポート２の下側は、ベース９の温度の上昇が抑えられ変形しない状態で固定されている。したがって、クイルサポート２における第１結合部２０と第２結合部３０の温度差から生じる変形の大きさの違いから、本来は、クイルサポート２は、クイルベース４の方向、言い換えれば機体の後側に反るように変形するはずであるが、逆にクイルサポート２の上側の温度が高くなることによって、支持腕１０によりクイルサポート２が水平方向に押し戻される。クイルサポート２は、従来に比べて相当加工部位の変位が小さく抑えられるが、その下側でも全く変形しないわけではないから、強制的に冷却されることなしで完全に変位がなくなるわけではない。しかしながら、上述した支持腕１０の作用によって、クイルサポート２が変形しても、第１結合面１１と第２結合面１２の水平方向の位置は変わらなくなる。言い換えれば、クイルサポート２の前面上側Ａ点と前面下側Ｂ点の水平方向の変位の大きさが変わらないことであり、結局、鉛直方向の送り軸（Ｚ軸）の軸心が傾いていないということである。
【００３１】
時間の経過とともに、クイルサポート２の温度が変化しクイルサポート２が変形する状態が変化する。しかしながら、支持腕１０が歪変形することによって、クイルサポート２からの何れの方向からの力も柔軟に吸収し、ベース９に伝わらない。同時に、第１結合面１１は熱が遮断されて殆ど変形しないでクイルサポート２を支持したままである。したがって、クイルサポート２と支持腕１０の変形が時間とともに変化するとき、依然としてベース９とクイルサポート２の下側の変形は小さく、加工部位の変位は小さく抑えられたままである。
【００３２】
機械が稼働している時間が長いときは、ベース９の温度も徐々に上がり、やがて変形を生じる程度に高くなることがある。また、環境の温度の上昇によってベース９の温度が全体的に上昇することがある。ベース９がコラム８に固定されているとすると、このときのベース９は、機体の前面側に向かって変形する。そのため、第１結合面１１と第２結合面１２がほぼ同じ量だけ水平方向にずれる。したがって、このずれ量だけ加工部位に変位が発生する。しかしながら、クイルサポート２の上側と下側においてほぼ同じ量だけ変位するため、鉛直方向の送り軸（Ｚ軸）の傾きが発生しない。このことから、上記変形を起因とする加工部位の変位は、ベース９の温度に合致して測定ないし推定可能な範囲のものであり、複雑ではない。結局、実施の形態は、もともとベース９が変形しにくい構造であるが、その構造にもよらず、仮にベース９が変形したとしても、加工位置における変位は安定して小さい。このことは、ソフトウェア的に変位を補正することなどの対策を可能にし、結果的に、加工精度の低下を防止することができる。図５に、図７に示す従来の技術と同一の条件下で同じ点で測定した変位のデータが示されている。ただし、図５の熱応力解析のデータは、図２に示されるクイルベースにおける第２結合面に２０ｍｍ角のスペーサがなく、第２結合面全面で接触したときの結果である。
【００３３】
以上のように、実施の形態は、クイルサポート２の熱変形による加工部位の変位をより小さく抑える。また、時間が経つにつれて熱変形の状態が変化しても加工部位の変位の変動の幅をより小さく抑える。そして、仮にベース９が避けられない熱変形をしたときであっても、クイルサポート２の上下の変位の大きさをほぼ同じにすることができ、加工部位の変位の状態を安定させ、ソフトウェア的な加工部位の変位の補正を有効にする。したがって、結果的に、コラム型の工作機械の加工精度の低下を防止することができる効果を得る。本発明の技術思想において最も重要なことは、クイルサポート２の変形を無理に抑制することではない。本発明は、むしろクイルサポート２の上側の変形を許容することでクイルサポート２の下側の変位を小さくするとともに、上下間における変位の大きさの差を可能な限り小さくする。
【００３４】
支持腕１０の好ましい大きさは、構造体の材質とサイズによって異なるが、図２に示される実施例に材質とサイズが示されているので、実施例を参照し試験もしくはシミュレーションによって得ることができる。また、温度を遮断する第１接触面と枠体のコラム側の側面の接触面との接触面積は可能な限り小さくされるが、構造体のサイズに応じた取付強度を維持するために必要な大きさと構造は、同様に、試験もしくはシミュレーションによって得ることができる。
【００３５】
本発明は、上述した実施の形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で設計的に変更を加えたり、部材を置き換えたり、あるいは他の技術と組み合わせてその効果を高めるなどの応用が可能である。例えば、鋳鉄の構造体をより変形しにくい材質の構造体に置き換えることができる。また、本発明は、既に述べたとおりの目的でなされたものであるから、公知の熱変位を補償する方法の採用を妨げるものではない。例えば、公知の構造体の局所的な冷却システムを適宜組み合わせて採用し、より効果的に本発明を実施することが可能である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の工作機械は、枠体の下側で接触する実質的に枠体の熱と力を遮断する第１結合面を有するベースと、その第１結合面の上方に空間を挟んで枠体の上側で接触する第２結合面を有し水平に張り出すように一体的にベースに形成される支持腕とを設けた基体を備えるものである。本発明の工作機械は、枠体の上側の変形を支持腕で許容し下側の変形を抑止する。時間の経過とともに枠体の温度が変化してもベースの変形を抑制する。仮に基体が変形したときも、鉛直方向の送り軸上の上下における水平方向の変位の大きさを殆ど同じにすることができる。したがって、加工部位の変位はより小さく抑制され、かつ安定し、しかも鉛直方向の送り軸の倒れがより小さくされる。その結果、本発明の工作機械は、加工精度を低下を防止することができる効果を奏する。特に、熱変形に不利であるとされるリニアモータ駆動方式の工作機械であっても加工精度の低下を現在の精密加工の要求を満足する程度に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の加工ヘッド周りの構成を示す側面図である。
【図２】本発明の実施の形態のクイルベースの構成と実施例のサイズを示す斜視図である。
【図３】本発明のクイルサポートの実施例のサイズを示す側面図である。
【図４】本発明の実施の形態における構造体の温度の変化に対する熱変形の状態を示す側面図である。
【図５】本発明の加工ヘッドにおける位置の変位を示す表である。
【図６】従来の加工ヘッドにおける熱変形の状態を示す側面図である。
【図７】従来の加工ヘッドにおける位置の変位を示す表である。
【符号の説明】
１，加工ヘッド
２，クイルサポート（枠体）
３，クイル（移動体）
４，クイルベース（基体）
９，ベース
１０，支持腕
１１，第１結合面
１２，第２結合面
１３，空間
１５，取付材（熱遮断部材）
２０，第１結合部
３０，第２結合部
【図１】
2004351530.tif 000003
【図２】
2004351530.tif 000004
【図３】
2004351530.tif 000005
【図４】
2004351530.tif 000006
【図５】
2004351530.tif 000007
【図６】
2004351530.tif 000008
【図７】
2004351530.tif 000009