(57)【要約】  タンデム軸相当の軸数以上に制御軸を増やすことなく、タンデム駆動の利点を維持しつつ剛性の高いチルト機能を実現する。  ２自由度のパラレル機構の可動部の送りを実現する。第１の送りねじ軸１４に第１の可動部基台１２を、第２の送りねじ軸２４に第２の可動部基台２２を螺合させる。第１の可動部基台１２には支持軸１８により主軸頭３１が揺動自在に結合される。主軸頭３１から下方に延伸した延伸レバー３２の先端の連結軸３３が、第２の可動部基台２２に設けられた斜めのリニアガイド２８の案内子２９に回転自在に結合され第２の可動部基台２２に連結される。
2007148620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交３軸であるＸ、Ｙ、Ｚ軸の内、任意の１軸に沿って同期２軸送りされる可動部を有する工作機械であって、
前記可動部を送る２組の駆動軸が、前記任意の１軸以外の２軸の内、どちらか一方の軸に沿う相対位置がずれていることと、
前記可動部を同期送りする際に直線案内される第１の直線案内に直線移動自在に案内され前記２組の駆動軸のうち一方の駆動軸により駆動される第１の可動部基台と、
前記可動部を同期送りする際に直線案内される第２の直線案内に直線移動自在に案内され前記２組の駆動軸のうち他方の駆動軸により駆動される第２の可動部基台と、
前記第１の可動部基台に前記可動部が揺動自在に取り付けられていることと、
前記第１の可動部基台に対する前記第２の可動部基台の相対運動により前記可動部が前記任意の１軸以外の２軸の内、他方の軸回りを揺動運動するように可動部と第２の可動部基台とを連結するリンク機構と、
を備えることを特徴とする可動部旋回可能な工作機械。
【請求項２】
前記リンク機構が、
前記可動部から延伸され一体となった係合子と、
前記第２の可動部基台に設けられ、前記可動部の揺動に伴う前記係合子の円弧運動のうち前記他方の駆動軸の軸方向と垂直な成分を吸収可能な、ストロークを有するガイドと、
を備え、
前記係合子は前記ガイドに案内されていること、
を特徴とする請求項１に記載の可動部旋回可能な工作機械。
【請求項３】
前記ガイドが、リニアガイドであり前記駆動軸の軸方向に対して斜めに設けられている、ことを特徴とする請求項２に記載の可動部旋回可能な工作機械。
【請求項４】
前記可動部が、主軸頭である、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の可動部旋回可能な工作機械。
【請求項５】
前記可動部が、テーブルである、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の可動部旋回可能な工作機械。
【請求項６】
前記可動部が、コラムである、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の可動部旋回可能な工作機械。
【請求項７】
前記ガイドがリニアガイドであり、前記係合子を前記駆動軸の軸方向に対して直交する方向に移動可能に案内している、ことを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の可動部旋回可能な工作機械。
【請求項８】
前記主軸頭が、主軸軸線が水平となる角度と鉛直となる角度との間で９０°旋回可能であり、前記係合子は前記ガイドに水平方向に移動可能に案内されている、ことを特徴とする請求項４に記載の可動部旋回可能な工作機械。
【請求項９】
前記第１の可動部基台に前記可動部を揺動自在に取付ける支持軸と、前記第２の可動部基台と前記可動部とを連結するリンク機構の連結軸とを結ぶ線が、前記主軸軸線に対して４５°傾斜されている、ことを特徴とする請求項４または８に記載の可動部旋回可能な工作機械。
【請求項１０】
前記主軸頭の重心位置を、前記第１の可動部基台に前記可動部を揺動自在に取付ける支持軸と、前記第２の可動部基台と前記可動部とを連結するリンク機構の連結軸との間の距離の１／２に設定した、ことを特徴とする請求項４または８に記載の可動部旋回可能な工作機械。
【請求項１１】
前記主軸頭の重心位置を、前記支持軸と前記連結軸との間の距離の１／２に設定した、ことを特徴とする請求項９に記載の可動部旋回可能な工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の主軸頭やテーブルを旋回移動させながら直線移動させることのできる可動部旋回移動可能な工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
負荷のかかる主軸頭（Ｙ軸）やテーブル（Ｚ軸）に、同期２軸送り、つまりタンデム駆動を採用して高剛性と追随性の良さを追求した工作機械は公知である。【０００３】
また、主軸チルト機構の付いた５軸マシニングセンタとして、チルト機構部に旋回制御軸を付加しビルトインされたダイレクトモータで主軸を旋回させるものが知られている。【０００４】
そして、主軸頭を昇降させるだけではなく旋回させることのできるものとして、特許文献１には、リンク機構を用いたものが開示されている。これは、その図２、図３に示されているように、一本の固定されたボールねじ９上にサーボモータ１１、１１で上下駆動される２つの移動体４、５を上下に設け、一方の移動体５に主軸頭２を回転体３により旋回自在に取り付け、主軸頭２が固定された回転体３の一端と他方の移動体４とをリンク７で連結したものである。
【特許文献１】特開２００３−３３６７１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のチルト機構部に旋回制御軸を付加しダイレクトモータをビルトインしたものでは、ビルトインされたダイレクトモータで主軸をチルトするため主軸を余り大きくできない。このため、機械の大きさに比べて加工能力が低いという問題点があった。また、旋回制御軸用のモータ、エンコーダ等が追加となりコストアップになる、ビルトインされた旋回制御軸用モータのサーボ保持能力がそのまま剛性となるため高剛性化にはサイズアップが必須になる、といった問題点があった。【０００６】
特許文献１のものでは、ボールねじ９が一本であるためタンデム駆動のものに比べ剛性と追随性に劣るという課題があった。【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためなされたものであり、その目的とするところは、タンデム駆動の利点を維持しつつ剛性の高いチルト機能を備えた可動部旋回可能な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】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明では、チルトに旋回機構を用いず、２自由度（直線軸、旋回軸）のパラレル機構を採用し、タンデム駆動の２軸を利用してパラレル機構の工作機械とする。【０００９】
すなわち、本発明では、直交３軸であるＸ、Ｙ、Ｚ軸の内、任意の１軸に沿って同期２軸送りされる可動部を有する工作機械であって、前記可動部を送る２組の駆動軸が、前記任意の１軸以外の２軸の内、どちらか一方の軸に沿う相対位置がずれていることと、前記可動部を同期送りする際に直線案内される第１の直線案内に直線移動自在に案内され前記２組の駆動軸のうち一方の駆動軸により駆動される第１の可動部基台と、前記可動部を同期送りする際に直線案内される第２の直線案内に直線移動自在に案内され前記２組の駆動軸のうち他方の駆動軸により駆動される第２の可動部基台と、前記第１の可動部基台に前記可動部が揺動自在に取り付けられていることと、前記第１の可動部基台に対する前記第２の可動部基台の相対運動により前記可動部が前記任意の１軸以外の２軸の内、他方の軸回りを揺動運動するように可動部と第２の可動部基台とを連結するリンク機構と、を備えることを特徴とする可動部旋回可能な工作機械が提供される。【００１０】
上記のように構成すると、２組の駆動軸を完全に同期して移動させると第１の可動部基台と第２の可動部基台が完全に同期して直線案内上を直線移動する。このため、第１の可動部基台と第２の可動部基台は一体となったものと見做すことができ、可動部はその姿勢を保ったまま同期２軸送り、つまりタンデム駆動される。このため、タンデム駆動特有の高い剛性と高い追随性を発揮する。そして、一方の駆動軸（静止していても移動していても良い）に対して他方の駆動軸を相対的に移動させると、第１の可動部基台に対して第２の可動部基台が相対的に移動する。このため、リンク機構で連結された可動部が揺動（旋回）する。リンク機構による旋回であるから高い剛性と高い位置決め速度を得ることができる。このように２自由度のパラレル機構を実現したので、タンデム軸相当の軸数以上に制御軸を増やすことなく、チルト機能を実現でき、コストの低減を図れるという効果がある。また、旋回のための制御軸を持たないため省スペースとなる、パラレル機構を採用したため高剛性である、という顕著な効果を奏する。したがって、高能力の大きな主軸も搭載することができる。【００１１】
ここで、第２の態様の発明として、前記リンク機構が、前記可動部から延伸され一体となった係合子と、前記第２の可動部基台に設けられ、前記可動部の揺動に伴う前記係合子の円弧運動のうち前記他方の駆動軸の軸方向と垂直な成分を吸収可能な、ストロークを有するガイドと、を備え、前記係合子は前記ガイドに案内されていること、を特徴とすることができる。このように構成すると、可動部の旋回可能範囲が広く、かつ、剛性の高いリンク機構とすることができるという効果がある。【００１２】
また、第３の態様の発明として、前記ガイドが、リニアガイドであり前記駆動軸の軸方向に対して斜めに設けられている、ことを特徴とすることができる。このように構成すると、リニアガイドであるので、より剛性の高いリンク機構とすることができるという効果がある。【００１３】
第４の態様の発明として、前記可動部が、主軸頭である、ことを特徴とすることができる。このように構成すると、主軸頭を旋回することができる工作機械とすることができる。【００１４】
第５の態様の発明として、前記可動部が、テーブルである、ことを特徴とすることができる。このように構成すると、テーブルを旋回又はチルトすることができる工作機械とすることができる。【００１５】
第６の態様の発明として、前記可動部が、コラムである、ことを特徴とすることができる。このように構成すると、コラムを旋回又は傾動することができる工作機械とすることができる。【００１６】
第７の態様の発明として、前記ガイドがリニアガイドであり、前記係合子を前記駆動軸の軸方向に対して直交する方向に移動可能に案内している、ことを特徴とすることができる。このように構成すると、可動部の全旋回領域において、可動部の旋回モーメントの方向と係合子の移動方向がほぼ直交する関係となり、これにより、特異点が発生せず、加工負荷に対する可動部の剛性を向上できる工作機械とすることができる。【００１７】
第８の態様の発明として、前記主軸頭が、主軸軸線が水平となる角度と鉛直となる角度との間で９０°旋回可能であり、前記係合子は前記ガイドに水平方向に移動可能に案内されている、ことを特徴とすることができる。このように構成すると、主軸頭の全旋回領域において、主軸頭の旋回モーメントの方向と係合子の移動方向がほぼ直交する関係となり、これにより、特異点が発生せず、加工負荷に対する主軸頭の剛性を向上できる工作機械とすることができる。【００１８】
第９の態様の発明として、前記第１の可動部基台に前記可動部を揺動自在に取付ける支持軸と、前記第２の可動部基台と前記可動部とを連結するリンク機構の連結軸とを結ぶ線が、前記主軸軸線に対して４５°傾斜されている、ことを特徴とすることができる。このように構成すると、主軸頭を水平状態から４５°旋回するに必要な第１の可動部基台に対する第２の可動部基台の移動量と、主軸頭をさらに鉛直状態まで４５°旋回するに必要な第１の可動部基台に対する第２の可動部基台の移動量は同じにすることができ、主軸頭を全旋回領域に亘ってほぼ同一の旋回速度で旋回できるとともに、主軸頭を９０°旋回させるに必要な係合子の進退移動量を最小にできる工作機械とすることができる。【００１９】
第１０の態様の発明として、前記主軸頭の重心位置を、前記第１の可動部基台に前記可動部を揺動自在に取付ける支持軸と、前記第２の可動部基台と前記可動部とを連結するリンク機構の連結軸との間の距離の１／２に設定した、ことを特徴とすることができる。このように構成すると、主軸頭の自重を支持軸と連結軸とで均等に分担することができ、これによって、加工反力に対する負荷特性を向上することができ、高速、高加減速を実現でき、サイクルタイムの短縮が可能な工作機械とすることができる。【００２０】
第１１の態様の発明として、前記主軸頭の重心位置を、前記支持軸と前記連結軸との間の距離の１／２に設定した、ことを特徴とすることができる。このように構成すると、主軸頭の自重を支持軸と連結軸とで均等に分担することができるばかりでなく、主軸頭を全旋回領域に亘ってほぼ同一の旋回速度で旋回できるとともに、主軸頭を９０°旋回させるに必要な係合子の進退移動量を最小にできる工作機械とすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明の工作機械は、２自由度のパラレル機構の可動部の送りを実現したので、タンデム軸相当の軸数以上に制御軸を増やすことなく、タンデム駆動の利点を維持しつつ剛性の高いチルト機能を実現することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る工作機械の基本構成を説明する斜視図であり、主軸頭が水平な場合を示す。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る工作機械の基本構成を説明する斜視図であり、主軸頭が４５°の場合を示す。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る工作機械の基本構成を説明する斜視図であり、主軸頭が下向きの場合を示す。
【図４】本発明が適用された工作機械を示す斜視図であり、主軸頭が水平な場合を示す。
【図５】本発明が適用された工作機械を示す斜視図であり、主軸頭が４５°の場合を示す。
【図６】本発明が適用された工作機械を示す斜視図であり、主軸頭が下向きの場合を示す。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る工作機械の基本構成を説明する概要図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る工作機械の作動状態を示すもので、（Ａ）は主軸頭が水平に保持された状態を示し、（Ｂ）は主軸頭が４５°傾斜された状態を示し、（Ｃ）は主軸頭が鉛直に保持された状態を示す。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る工作機械の制御特性を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る工作機械の基本構成を説明する概要図である。
【符号の説明】
【００２３】
１１  第１の直線案内
１２  第１の可動部基台
１３  案内
１４  第１の送りねじ軸
１５  第１のサーボモータ
１８  支持軸
２１  第２の直線案内
２２  第２の可動部基台
２３  案内
２４  第２の送りねじ軸
２５  第２のサーボモータ
２８、６３  リニアガイド
３１  主軸頭（可動体）
３２  延伸レバー
３３  連結軸（係合子）
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る工作機械の基本構成を説明する斜視図である。コラムは省いて図示していない。工作機械の前方（図面左方）に一対の第１の直線案内１１、１１が図示しないコラムに固定され垂直に上下に走っている。第１の直線案内１１、１１には第１の可動部基台１２が４つの案内１３（内２つを図示）により案内され上下に移動自在に支持されている。第１の直線案内１１の近傍にボールスクリューからなる第１の送りねじ軸１４（本発明の駆動軸に相当する）が回転自在に図示しないコラムに支承されている。第１の送りねじ軸１４は第１の直線案内１１、１１に平行で上下に走っている。第１の送りねじ軸１４の上端は第１のサーボモータ１５の出力軸に連結され回転駆動される。第１のサーボモータ１５はブラケット１６を介してコラムの頂上に固定されている。第１の送りねじ軸１４は第１の可動部基台１２に固定された送りナット（図示しない）と螺合し、第１の可動部基台１２を第１のサーボモータ１５の回転位置に応じて上下に移動する。第１の可動部基台１２には前方に突出した突出部１７が設けられており、その突出部１７に支持軸１８が水平に支承されている。【００２５】
同様に、工作機械の後方（図面右方）に一対の第２の直線案内２１、２１が図示しないコラムに固定され、第１の直線案内１１、１１と平行に上下に走っている。第２の直線案内２１、２１には第２の可動部基台２２が４つの案内２３（内２つを図示）により案内され上下に移動自在に支持されている。第２の直線案内２１の近傍にボールスクリューからなる第２の送りねじ軸２４（本発明の駆動軸に相当する）が回転自在に図示しないコラムに支承されている。第２の送りねじ軸２４は第１及び第２の直線案内１１、１１、２１、２１に平行で上下に走っている。第２の送りねじ軸２４の上端は第２のサーボモータ２５の出力軸に連結され回転駆動される。第２のサーボモータ２５はブラケット２６を介してコラムの頂上に固定されている。第２の送りねじ軸２４は第２の可動部基台２２に固定された送りナット（図示しない）と螺合し、第２の可動部基台２２を第２のサーボモータ２５の回転位置に応じて上下に移動する。第２の可動部基台２２には前方に突出する三角形部２７が一体に設けられ、その水平に対して４５°の角度をなす稜線部にリニアガイド２８が設けられている。リニアガイド２８に案内されて案内子２９が斜めに直線移動自在である。【００２６】
第１の可動部基台１２の突出部１７に設けられた支持軸１８により、主軸頭３１が揺動自在に支承されている。主軸頭３１は主軸モータを擁し主軸に工具を保持して工作物を切削加工する。主軸頭３１は本発明の可動部を構成する。主軸頭３１の中央部付近に下方に延伸して延伸レバー３２が固定されている。延伸レバー３２の先端は、第２の可動部基台２２の斜めのリニアガイド２８を走行する案内子２９に、連結軸３３により回転自在に結合されている。リニアガイド２８、案内子２９、延伸レバー３２、連結軸３３は主軸頭３１を揺動運動させるリンク機構を構成する。延伸レバー３２の先端の連結軸３３は係合子を構成する。ここで、第１及び第２の直線案内１１、１１、２１、２１がなす四角形を考えると、２本の送りねじ軸１４、２４は対角の位置に配置されている。つまり、２本の送りねじ軸１４、２４が、主軸頭３１を同期送りする際に直線案内される面（第１の直線案内１１、１１を含む面）からの距離が互いに異なった位置に配設されていることになる。また、リニアガイド２８は、主軸頭３１の旋回に伴う延伸レバー３２の先端の連結軸３３の円弧運動のうち第２の送りねじ軸２４に垂直な成分を吸収可能なストロークを有する。【００２７】
以上の構成に基づき作動について説明する。２つのサーボモータ１５、２５を同期して回転させ第１の送りねじ軸１４と第２の送りねじ軸２４を完全に同期して回転させると、第１の可動部基台１２と第２の可動部基台２２が完全に同期してそれぞれの直線案内１１、１１、２１、２１上を直線移動する。このため、第１の可動部基台１２と第２の可動部基台２２は一体となったものと見做すことができ、主軸頭３１はその姿勢を保ったまま同期２軸送り、つまりタンデム駆動される。このため、タンデム駆動特有の高い剛性と高い追随性を発揮する。【００２８】
仮に、第１の送りねじ軸１４を停止したまま第２の送りねじ軸２４を回転駆動し第２の可動部基台２２を上昇させたとする。すると、第２の可動部基台２２の上昇にしたがって主軸頭３１が傾き、案内子２９が斜めのリニアガイド２８を徐々に上昇する。同時に、主軸頭３１が支持軸１８を中心として旋回し徐々に頭を下げる。図２は、主軸頭３１が４５°傾いた状態を示す斜視図である。この状態では、案内子２９がリニアガイド２８の最も上の位置まで移動している。さらに第２の可動部基台２２を上昇させると、案内子２９がリニアガイド２８を下降し始め主軸頭３１が４５°よりさらに傾く。図３は、主軸頭が９０°傾いた状態を示す斜視図である。この状態では、案内子２９はリニアガイド２８の下の位置まで戻っている。【００２９】
このように、第１の可動部基台１２に対して第２の可動部基台２２を上昇させることにより、主軸頭３１を水平位置から９０°傾いて下を向いた状態まで旋回させることができる。逆に、第１の可動部基台１２に対して第２の可動部基台２２を下降させることにより、主軸頭を９０°傾いた状態から水平な状態に復帰させることができる。【００３０】
ここでは、第１の送りねじ軸１４を停止した状態で説明したが、問題となるのは第１の可動部基台１１と第２の可動部基台２２との相対的な位置関係であるから、第１及び第２の送りねじ軸１４、２４を回転駆動し主軸頭３１を昇降させている状態で、第２の送りねじ軸２４を第１の送りねじ軸１４の回転に対して相対的に回転させることにより第１の可動部基台１１と第２の可動部基台２２との相対的な位置関係を変化させ、主軸頭３１を昇降送りさせながら旋回送りすることができる。【００３１】
図４は、上記の基本構成を適用した工作機械を示す斜視図である。ベッド４１上に直線案内４２、４２が設けられ、その直線案内４２、４２によりコラム４５が左右（Ｘ方向）に移動自在に設置されている。コラム４５の移動位置は図示しないＸ軸サーボモータによりＸ軸送りねじ軸４３を介して制御される。コラム４５内には図１乃至図３で説明したパラレル機構が搭載されている。コラム４５の上には対角の位置に第１のサーボモータ１５と第２のサーボモータ２５が配設されている。第１のサーボモータ１５で前方の第１の可動部基台１２の位置を制御し、第２のサーボモータ２５で後方の第２の可動部基台２２の位置を制御する。第１の可動部基台１２に水平な支持軸１８により主軸頭３１が揺動可能に支持されている。主軸頭３１の後方は、前述のように、コラム４５に隠れたリンク機構により第２の可動部基台２２に連結されている。以下、同じ部材には同じ符号を付して説明を省略する。第１及び第２のサーボモータ１５、２５は主軸頭３１を上下させるＹ軸モータとしての機能と、主軸頭３１を旋回させるＡ軸モータとしての機能を兼ね備えている。【００３２】
また、この工作機械はタンデム駆動されるテーブルを備えている。テーブルベッド５１上に直線案内が設けられ、その直線案内によりテーブルベース５３が前後（Ｚ軸）方向に移動自在である。テーブルベース５３の上には工作物を載置するテーブル５６が設けられる。テーブルベース５３の移動位置は、同期送りされる２つのＺ軸サーボモータ５４、５４により駆動される２本のＺ軸送りねじ軸５５、５５により駆動制御される。【００３３】
図５，図６は主軸頭３１を旋回させた状態での工作機械を示す斜視図である。ここでは主軸頭３１を旋回させるのに、図１乃至図３とは異なり、第２の可動部基台２２を固定し第１の可動部基台１２を下降させることにより行っている。このため主軸頭３１の旋回と共に主軸頭３１の下降が伴っている。【００３４】
図４に座標軸が記載してある。直交３軸のＸ軸Ｙ軸Ｚ軸とその各軸に平行な軸線回りに回転するＡ軸Ｂ軸Ｃ軸である。Ｘ軸はコラム４５の左右の移動、Ｙ軸は主軸頭３１の上下の移動、Ｚ軸はテーブル５６の前後の移動である。Ａ軸は主軸頭３１の旋回運動である。Ｂ軸Ｃ軸の回転移動は上記の実施の形態では行わない。上記の実施の形態では、直交３軸であるＸ、Ｙ、Ｚ軸の内、任意の１軸（Ｙ軸）に沿って同期２軸送りされる可動部（主軸頭３１）を有する工作機械であって、前記可動部（主軸頭３１）を送る２組の駆動軸（送りねじ軸１４、２４）が、前記任意の１軸（Ｙ軸）以外の２軸（Ｘ軸、Ｚ軸）の内、どちらか一方の軸（Ｚ軸）に沿う相対位置がずれていることと、第１の可動部基台１２に対する第２の可動部基台２２の相対運動により前記可動部（主軸頭３１）が前記任意の１軸（Ｙ軸）以外の２軸（Ｘ軸、Ｚ軸）の内、他方の軸（Ｘ軸）回りを揺動運動するように可動部（主軸頭３１）と第２の可動部基台２２とを連結するリンク機構と、を備えている。【００３５】
図７及び図８は本発明の第２の実施の形態を示すもので、第１の実施の形態と異なる点は、主軸頭３１の旋回に伴う延伸レバー３２の先端の連結軸３３の円弧運動のうち第２の可動部基台２２の移動方向（第２の送りねじ軸２４の軸線方向）に垂直な成分を吸収するために、リニアガイド２８によって案内子２９を第２の可動部基台２２の移動方向に垂直な水平方向に移動可能に案内したことである。【００３６】
すなわち、第２の実施の形態においては、図７及び図８（Ａ）に示すように、第１の実施の形態で述べたと同様に、第１及び第２の可動部基台１２、２２が、第１及び第２の送りねじ軸１４、２４（図１参照）によって、上下方向（Ｙ軸方向）に平行に移動されるようになっており、第１の可動部基台１２には、主軸頭３１が水平な支持軸１８によって旋回可能に支持され、主軸頭３１は主軸の軸線ＡＬが図８（Ａ）に示す水平となる原位置から図８（Ｃ）に示す鉛直（下向き）となる旋回位置まで９０°旋回可能となっている。なお、以下の説明における主軸の軸線ＡＬの向きは、特に断りがない限り、主軸頭３１が原位置に位置決めされている状態でのものをいう。【００３７】
主軸頭３１には、主軸の軸線ＡＬと直交する鉛直下方向に延伸する延伸レバー３２が固着されている。なお、図８（Ｃ）に示す主軸の軸線ＡＬが鉛直（下向き）となっている状態では、水平に延びる延伸レバー３２の先端は第１の直線案内１１と第２の直線案内２１の中間位置まで延在されている。一方、第２の可動部基台２２には、Ｚ軸方向に平行な水平なリニアガイド６３が設けられている。リニアガイド６３には、案内子６４がＺ軸方向に平行な水平方向に直線移動可能に案内されている。案内子６４には上記した延伸レバー３２の先端が支持軸１８に平行な連結軸３３によって揺動可能に連結されている。これにより、延伸レバー３２が主軸頭３１とともに支持軸１８の回りに旋回されると、延伸レバー３２の先端の連結軸３３の円弧運動に伴い、案内子６４がリニアガイド６３に案内されて、Ｚ軸方向に平行な水平方向に直線移動される。【００３８】
また、第２の可動部基台２２に主軸頭３１を旋回可能に支持する支持軸１８と、延伸レバー３２と案内子６４を揺動可能に連結する連結軸３３とを結ぶ直線ＳＬは、図７に示すように、主軸軸線ＡＬに対して４５°傾斜するように設定されている。これにより、主軸頭３１が図８（Ａ）に示す原位置から図８（Ｂ）に示す４５°傾斜した角度に旋回されると、上記した支持軸１８と連結軸３３を結ぶ直線ＳＬは、水平線に一致する。主軸頭３１が図８（Ｂ）に示す状態よりさらに４５°旋回され、主軸軸線ＡＬが鉛直となる図８（Ｃ）に示す位置まで旋回されると、支持軸１８と連結軸３３を結ぶ直線ＳＬは、水平線に対して４５°傾斜される。そして、主軸頭３１の旋回によって、連結軸３３は支持軸１８を中心とした円弧軌跡ＣＬに沿って移動するため、案内子６４はリニアガイド６３に沿って水平方向に進退されることになる。【００３９】
上記したように、第２の実施の形態においては、リニアガイド６３によって案内子６４を第２の可動部基台２２の移動方向に垂直な水平方向に移動可能に案内することによって、主軸頭３１の旋回に伴う延伸レバー３２の先端の連結軸３３の円弧運動のうち第２の可動部基台２２の移動方向に垂直な成分を吸収するように構成したので、主軸頭３１の全旋回領域において、主軸頭３１の旋回モーメントの方向と案内子６４の移動方向がほぼ直交する関係となり、これにより、特異点が発生せず、加工負荷に対する主軸頭３１の剛性を向上できるようになる。【００４０】
また、第２の実施の形態においては、支持軸１８と連結軸３３とを結ぶ直線ＳＬの角度を、主軸軸線ＡＬに対して４５°に設定したので、主軸頭３１を水平状態から４５°旋回するに必要な第１の可動部基台１２に対する第２の可動部基台２２の移動量と、主軸頭３１をさらに鉛直状態まで４５°旋回するに必要な第１の可動部基台１２に対する第２の可動部基台２２の移動量は同じとなる。これによって、第２の可動部基台２２を昇降する第２のサーボモータ２５（図１参照）の定速回転で、主軸頭３１を全旋回領域に亘ってほぼ同一の旋回速度で旋回できるようになる。しかも、主軸頭３１を９０°旋回させるに必要な案内子６４の進退移動量を最小とすることができる。【００４１】
図９は、主軸軸線ＡＬに対する支持軸１８と連結軸３３を結ぶ直線ＳＬの角度をパラメータにして、主軸頭３１の旋回角度に対する第１の可動部基台１２と第２の可動部基台２２との相対移動量（第１の可動部基台１２を固定として考えれば第２の可動部基台２２の座標位置）の関係を示す制御特性図で、線図Ａが本実施の形態の直線ＳＬを主軸軸線ＡＬに対して４５°傾斜した場合、線図Ｂ、Ｃが直線ＳＬを主軸軸線ＡＬに対してそれぞれ９０°、０°とした場合の特性を示す。同図より、本実施の形態の４５°の場合には、９０°、０°の場合に比較して、第１の可動部基台２１と第２の可動部基台２２との相対移動量に対する主軸頭３１の旋回角度をほぼ一定割合で変化させることが理解できる。【００４２】
図１０は本発明の第３の実施の形態を示すもので、第２の実施の形態と異なる点は、主軸頭３１の旋回による主軸頭３１の自重に対する第１および第２の可動部基台１２、２２に係る負荷の変動を抑制できるようにしたものである。【００４３】
すなわち、第３の実施の形態においては、図１０に示すように、上記した支持軸１８の位置を、主軸頭３１を挟んで連結軸３３の反対側に配置するとともに、主軸頭３１の重心位置ＧＰが支持軸１８と連結軸３３との間の距離の１／２の位置に一致するように、設定している。【００４４】
なお、第３の実施の形態においても、第２の可動部基台２２にリニアガイド６３が水平に設けられ、このリニアガイド６３に案内子６４が、Ｚ軸方向に平行な水平方向に直線移動可能に案内され、この案内子６４に連結軸３３を介して主軸頭３１が揺動可能に連結されている。【００４５】
このように、第３の実施の形態においては、主軸頭３１の重心位置ＧＰを支持軸１８と連結軸３３との間の距離の１／２に設定したことにより、主軸頭３１の重心位置を、主軸頭３１の旋回位置に拘らず、常に支持軸１８と連結軸３３との間の距離の１／２の位置に一致させることができ、主軸頭３１の自重を支持軸１８と連結軸３３とで均等に分担することができる。これによって、加工反力に対する負荷特性を向上することができ、高速、高加減速を実現でき、サイクルタイムの短縮に寄与できるようになる。【００４６】
以上、本発明を実施するための一実施の形態について説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良及び設計変更が可能である。たとえば、前記実施の形態では、駆動軸としてボールスクリューからなる送りねじ軸を適用した例について説明したが、送りねじ軸に換えてリニアモータであっても構わない。また、主軸頭をＡ軸回りに旋回させる構成について説明したが、リンク機構を変えてＣ軸回りに旋回させる構成としても良い。【００４７】
可動部が主軸頭の場合について説明したが、可動部は主軸頭、テーブル、コラムのいずれであっても良い。可動部が主軸頭の場合は、主軸頭はＹ軸方向に同期２軸送りされ，Ａ軸又はＣ軸回りに旋回される。可動部がテーブルの場合は、Ｚ軸方向に同期２軸送りされＢ軸又はＡ軸回りに旋回される。可動部がコラムの場合は、Ｘ軸方向に同期２軸送りされＢ軸又はＣ軸回りに旋回される。テーブルを旋回させる場合、図４に示す例では、リンク機構を付加してもＢ軸回りにしか旋回できないが、２本のＺ軸送りねじ軸５５のＹ軸に沿う相対的な位置関係をずらせて、Ａ軸回りに旋回可能としても良い。コラムを旋回させる場合、図４に示す例では、Ｘ軸送りねじ軸４３が単軸であるので旋回できないが、同期２軸送りとし、Ｘ軸送りねじ軸の位置をＺ軸に沿って相対的な位置関係をずらせばＢ軸回りの旋回が、Ｙ軸に沿って相対的な位置関係をずらせばＣ軸回りの旋回が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明に係る可動部旋回可能な工作機械は、主軸頭やテーブルを旋回移動させるとともに直線移動させる工作機械に用いるのに適している。
【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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【図１０】
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【国際調査報告】
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