(57)【要約】  主軸ユニットを安定的に上方へ引っ張り付勢して、主軸ユニットを昇降駆動する昇降駆動手段の負荷を確実に且つ効果的に軽減し、既存の工作機械に容易に適用することができて、耐久性に優れ、小型化でき、簡単な構造で製作コスト的に有利になる、工作機械用主軸バランサを提供する。  主軸バランサ３０は、シリンダ本体３２とロッド３３と圧縮ガスとを有するガススプリング３１を備え、このガススプリング３１が主軸ユニット１０の上方位置に配設され、ガススプリング３１のロッド３３に作用する付勢力により主軸ユニット１０を上方へ引っ張り付勢できるように、ロッド３３の下端部が主軸ユニット１０に連結され、このガススプリング３１の付勢力により昇降駆動機構２０の負荷が軽減される。
2007099632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具を装着する為の主軸とこの主軸を回転駆動する電動モータとを有する主軸ユニットと、この主軸ユニットを昇降駆動する昇降駆動手段とを備えた工作機械において、
シリンダ本体と、シリンダ本体に対して少なくとも前記主軸ユニットの昇降ストロークにほぼ等しい所定ストローク進退移動可能で少なくとも一端側部分がシリンダ本体の一端部から外部へ突出したロッドと、シリンダ本体の内部の少なくとも一部に収容され且つ前記ロッドをその一端側部分のシリンダ本体からの突出量が減少する退入方向へ付勢する圧縮ガスとを有するガススプリングを備え、
前記ガススプリングのロッドに作用する付勢力により前記主軸ユニットを上方へ引っ張り付勢できるように前記ロッドの一端部が主軸ユニットに連結され、
前記ガススプリングの付勢力により前記昇降駆動手段の負荷を軽減するように構成された、
ことを特徴とする工作機械用主軸バランサ。
【請求項２】
前記ロッドの基端部に、シリンダ本体に気密摺動自在に内嵌されたピストン部が形成され、前記シリンダ本体の内部のうち前記ピストン部よりもロッド側に前記圧縮ガスが収容された圧縮ガス作動室が形成され、この圧縮ガス作動室とは独立に形成されて圧縮ガスが充填され且つガス連通路により圧縮ガス作動室に連通された圧縮ガス充填室が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の工作機械用主軸バランサ。
【請求項３】
前記シリンダ本体は、前記ピストン部が内嵌される内筒と、この内筒の径方向外側に位置する外筒とを有し、この内筒と外筒との間に前記圧縮ガス作動室が形成されたことを特徴とする請求項２に記載の工作機械用主軸バランサ。
【請求項４】
前記ロッドは、前記一端側部分を形成する一端側ロッド部と、この一端側ロッド部よりも大径でその基端部に同軸状に連結されてシリンダ本体の他端部から外部へ突出する他端側ロッド部とを有し、前記シリンダ本体の内部のほぼ全域に前記圧縮ガスが収容された圧縮ガス作動室が形成され、
前記一端側ロッド部と他端側ロッド部の連結部がシリンダ本体の内部に収容され、その連結部に前記圧縮ガス作動室の圧縮ガスのガス圧を受圧する環状の受圧部が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の工作機械用主軸バランサ。
【請求項５】
前記ガススプリングのシリンダ本体が、主軸ユニットの上方位置に鉛直姿勢で配設され、前記ロッドの一端部が主軸ユニットの上端部に連結されたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の工作機械用主軸バランサ。
【請求項６】
前記ロッドの一端部がチェーン部材とスプロケットを介して主軸ユニットの上端部に連結されたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の工作機械用主軸バランサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガススプリングにより主軸ユニットを上方へ引っ張り付勢して、主軸ユニットを昇降駆動する昇降駆動手段の負荷を軽減可能な工作機械用主軸バランサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マシニングセンタ等の工作機械には、工具を装着する為の主軸とこの主軸を回転駆動する電動モータとを有する主軸ユニットが設けられ、この主軸ユニットが昇降駆動機構により支持されて昇降駆動される。この種の昇降駆動機構は、通常、鉛直のボールネジシャフトと、このボールネジシャフトに螺合されて主軸ユニットに連結されたボールネジナットと、電動モータとを有し、電動モータでボールネジシャフトを回転駆動することにより、ボールネジナットと共に主軸ユニットを昇降駆動するように構成されている。【０００３】
しかし、この種の工作機械では、昇降駆動機構により重量が重い主軸ユニットを支持して昇降駆動しなければならないため、昇降駆動機構の負荷が大きくなる。従って、主軸ユニットの上下方向の位置精度が低下する虞があること、主軸ユニットの昇降速度の一層の高速化を実現するのが難しいこと、昇降駆動機構が大型化し製作コストが高価になること、等の問題が生じる。そこで、工作機械の昇降駆動機構の負荷を軽減するようにした種々の主軸バランサが実用に供されている（例えば、特許文献１〜４参照）。【０００４】
特許文献１の主軸バランサは、主軸ユニットの上側に設けられた油圧シリンダと、油圧シリンダのピストンで仕切られた両油室に接続された方向切換弁と、方向切換弁を介して油圧シリンダに油圧を供給する油圧供給機構と、方向切換弁を切換え制御する制御装置とを備え、油圧シリンダのピストンロッドが下方へ延びて主軸ユニットに連結されている。昇降駆動機構により主軸ユニットを昇降駆動する際に、主軸ユニットの昇降に同期して油圧シリンダのピストンロッドを伸縮駆動すると共に、その油圧シリンダにより主軸ユニットの重量と略同等の上向きの力を発生させる。【０００５】
特許文献２の主軸バランサは、引っ張りバネとチェーンとスプロケットを備え、引っ張りバネがコラムの内部に鉛直に配設され、チェーンが主軸ユニットの上側においてスプロケットにＵターン状に掛装されている。引っ張りバネの下端部がベッドに連結され、チェーンの両端部が引っ張りバネの上端部と主軸ユニットに連結され、この引っ張りバネによりチェーンとスプロケットを介して主軸ユニットが上方へ引っ張り付勢される。この主軸バランサには、引っ張りバネの振動を制振する制振装置が必要になる。【０００６】
一方、本願出願人は、特許文献３、４のように、ガススプリングを備えた主軸バランサを提案し実用化している。この主軸バランサでは、ガススプリングが、圧縮ガスが充填されたシリンダ本体と、シリンダ本体に進退移動可能に挿通されたロッドとを有する。ガススプリングは主軸ユニットとその下側のベッドとの間に介在して下向きに配設され、シリンダ本体が主軸ユニットに内嵌状に装着され、前記圧縮ガスによりシリンダ本体に対してロッドが下方へ付勢され、ロッドの下端部がベッドで受け止められて、このガススプリングにより主軸ユニットが押し上げ付勢される。【０００７】
【特許文献１】特開平６−２９７２１７号公報
【特許文献２】特開２００３−１９１１４５号公報
【特許文献３】特開２００２−９６２２９号公報
【特許文献４】特開２００２−２５４２６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の主軸バランサでは、昇降駆動機構により主軸ユニットを昇降駆動する際、油圧シリンダにより主軸ユニットの重量と略同等の上向きの力を発生させるように、制御装置で方向切換弁を制御するのが難しい。それ故、主軸ユニットが油圧シリンダによる制約を受けて高速で昇降することが難しく、油圧シリンダの他に方向切換弁と油圧供給機構と制御装置等を設けなければならないため、構造が複雑化し製作コストが高価になる。【０００９】
特許文献２の主軸バランサでは、引っ張りバネにより主軸ユニットを上方へ引っ張り付勢するが、この引っ張りバネは主軸ユニットの昇降と共に弾性変形して伸縮するため、引っ張りバネの所期の機能を維持して、主軸ユニットの昇降ストロークを大きくするこが難しく、しかも、引っ張りバネでは、初期張力が必要であり、端部には応力集中も起こるため、劣化や破損する虞が高く、主軸ユニットを安定的に上方へ引っ張り付勢することができない。また、引っ張りバネ用の制振装置が必要になるため、構造を簡単化し製作コストを低減するのに不利である。【００１０】
特許文献３，４の主軸バランサでは、ガススプリングにより主軸ユニットが上方へ付勢されるので、特許文献１，２の問題点は改善される。しかし、このガススプリングは、主軸ユニットを下側から押し上げ付勢するものであり、主軸ユニットとその下側のベッドとの間に介在して配置されるため、このガススプリングが機械加工作業等の邪魔になる虞があり、しかも、主軸ユニットにシリンダ本体を装着する必要があるため、既存の工作機械に容易に適用することが難しい。【００１１】
また、主軸ユニットの大型化によりその重量が重くなり、更に、昇降駆動機構では、主軸ユニットと共にシリンダ本体を昇降駆動することになり、つまり、ガススプリングが非常に重量が重い主軸ユニットとシリンダ本体を押し上げ付勢することになるため、ガススプリングが大型化する。尚、ガススプリングを上下逆向きに配置して、シリンダ本体をベッドに装着した場合も、同等の課題が生じる。【００１２】
本発明の目的は、主軸ユニットを安定的に上方へ引っ張り付勢して、主軸ユニットを昇降駆動する昇降駆動手段の負荷を確実に且つ効果的に軽減し、既存の工作機械に容易に適用することができて、耐久性に優れ、小型化でき、簡単な構造で製作コスト的に有利になる、工作機械用主軸バランサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の工作機械用主軸バランサは、工具を装着する為の主軸とこの主軸を回転駆動する電動モータとを有する主軸ユニットと、この主軸ユニットを昇降駆動する昇降駆動手段とを備えた工作機械において、シリンダ本体と、シリンダ本体に対して少なくとも前記主軸ユニットの昇降ストロークにほぼ等しい所定ストローク進退移動可能で少なくとも一端側部分がシリンダ本体の一端部から外部へ突出したロッドと、シリンダ本体の内部の少なくとも一部に収容され且つ前記ロッドをその一端側部分のシリンダ本体からの突出量が減少する退入方向へ付勢する圧縮ガスとを有するガススプリングを備え、前記ガススプリングのロッドに作用する付勢力により前記主軸ユニットを上方へ引っ張り付勢できるように前記ロッドの一端部が主軸ユニットに連結され、前記ガススプリングの付勢力により前記昇降駆動手段の負荷を軽減するように構成されたことを特徴とする。【００１４】
請求項１の発明において、前記ロッドの基端部に、シリンダ本体に気密摺動自在に内嵌されたピストン部が形成され、前記シリンダ本体の内部のうち前記ピストン部よりもロッド側に前記圧縮ガスが収容された圧縮ガス作動室が形成され、この圧縮ガス作動室とは独立に形成されて圧縮ガスが充填され且つガス連通路により圧縮ガス作動室に連通された圧縮ガス充填室が設けられてもよい（請求項２）。【００１５】
前記圧縮ガス充填室は、ガススプリングと別体に設けられてもよいし、ガススプリングに一体に設けられてもよい。前記後者の場合、前記シリンダ本体は、前記ピストン部が内嵌される内筒と、この内筒の径方向外側に位置する外筒とを有し、この内筒と外筒との間に前記圧縮ガス作動室が形成されてもよい（請求項３）。【００１６】
請求項１の発明において、前記ロッドは、前記一端側部分を形成する一端側ロッド部と、この一端側ロッド部よりも大径でその基端部に同軸状に連結されてシリンダ本体の他端部から外部へ突出する他端側ロッド部とを有し、前記シリンダ本体の内部のほぼ全域に前記圧縮ガスが収容された圧縮ガス作動室が形成され、前記一端側ロッド部と他端側ロッド部の連結部がシリンダ本体の内部に収容され、その連結部に前記圧縮ガス作動室の圧縮ガスのガス圧を受圧する環状の受圧部が形成されてもよい（請求項４）。【００１７】
請求項１〜４の発明において、前記ガススプリングのシリンダ本体が、主軸ユニットの上方位置に鉛直姿勢で配設され、前記ロッドの一端部が主軸ユニットの上端部に連結されてもよい（請求項５）。また、前記ロッドの一端部がチェーン部材とスプロケットを介して主軸ユニットの上端部に連結されてもよい（請求項６）。【００１８】
また、請求項１のガススプリングを備え、前記ガススプリングのシリンダ本体に作用する付勢力により前記主軸ユニットを上方へ引っ張り付勢できるように前記シリンダ本体の他端部が主軸ユニットに連結され、前記ガススプリングの付勢力により前記昇降駆動手段の負荷を軽減するように構成されてもよい。この場合、請求項２〜４の発明を適用可能であり、請求項５，６の発明において、ロッドの一端部の代わりにシリンダ本体の他端部としたものを適用可能である。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の工作機械用主軸バランサによれば、伸縮自在のガススプリングにより、主軸ユニットの昇降の自由度を確保しながら、主軸ユニットを確実に上方へ引っ張り付勢し、主軸ユニットが昇降している状態でも、主軸ユニットに対してその重量と略同等の上向きの力を発生させて、主軸ユニットを効果的に支持できる。つまり、主軸ユニットの重量に応じて、ガススプリングのサイズ及び形状と圧縮ガスの圧力を適宜設定し、その圧縮ガスの圧力を利用して、ガススプリングにより主軸ユニットを安定的に上方へ引っ張り付勢して、昇降駆動手段の負荷を確実に且つ効果的に軽減でき、その結果、昇降駆動手段を小型化でき、昇降駆動手段による主軸ユニットの上下方向の位置精度つまり機械加工精度を確実に高め、主軸ユニットの昇降速度の一層の高速化を実現可能になる。【００２０】
しかも、ガススプリングを主軸ユニットとその下側のベッドとの間に介在させずに、工作機械作業等の邪魔にならないように配置でき、しかも、主軸ユニットにガススプリングを装着不要になるため、主軸ユニットに特別なガススプリングの取り付け構造を設ける必要もなく、ロッドと主軸ユニットとの連結も簡単に行えるので、既存の工作機械に容易に適用することが可能になる。ガススプリングは、引っ張りバネとは違って耐久性に優れ、シリンダ本体に収容された圧縮ガスが減少しても容易に補充して再起可能になる。主軸ユニットにガススプリングを装着不要になるため、主軸ユニットを必要以上に大型化する必要がなく、その主軸ユニットのみをガススプリングで付勢すればよいので、ガススプリングを小型化でき、構造も簡単になり製作コスト的に有利になる。【００２１】
請求項２の工作機械用主軸バランサによれば、ロッドの基端部に、シリンダ本体に気密摺動自在に内嵌されたピストン部が形成されているので、ロッドをシリンダ本体に進退移動自在に確実にガイドでき、シリンダ本体の内部のうちピストン部よりもロッド側に圧縮ガスが収容された圧縮ガス作動室が形成されているので、この圧縮ガス作動室の圧縮ガスによりロッドを退入方向へ確実に付勢することができ、この圧縮ガス作動室とは独立に形成されて圧縮ガスが充填され且つガス連通路により圧縮ガス作動室に連通された圧縮ガス充填室が設けられているので、ロッドの進退移動による圧縮ガス作動室の体積変化は大きいが、その際の圧縮ガスのガス圧の変化量を抑制して、主軸ユニットを略一定の付勢力で引っ張り付勢することができる。【００２２】
請求項３の工作機械用主軸バランサによれば、シリンダ本体は、ピストン部が内嵌される内筒と、この内筒の径方向外側に位置する外筒とを有し、この内筒と外筒との間に圧縮ガス作動室が形成されているので、ガススプリングに圧縮ガス作動室を一体にコンパクトに設けることができ、主軸バランサの全体的な構造をコンパクトにして、既存の工作機械への取り付け等に有利になる。【００２３】
請求項４の工作機械用主軸バランサによれば、ロッドは、一端側部分を形成する一端側ロッド部と、この一端側ロッド部よりも大径でその基端部に同軸状に連結されてシリンダ本体の他端部から外部へ突出する他端側ロッド部とを有するので、ロッドをシリンダ本体に進退移動自在に確実にガイドでき、シリンダ本体の内部のほぼ全域に圧縮ガスが収容された圧縮ガス作動室が形成され、一端側ロッド部と他端側ロッド部の連結部がシリンダ本体の内部に収容され、その連結部に圧縮ガス作動室の圧縮ガスのガス圧を受圧する環状の受圧部が形成されているので、ロッドを抜け止めした状態で圧縮ガスにより退入方向へ確実に付勢することができ、ロッドの進退移動による圧縮ガス作動室の体積変化、つまり、圧縮ガスのガス圧の変化量を抑制して、主軸ユニットを略一定の付勢力で引っ張り付勢することができる。また、シリンダ本体の内面にはロッドが直接摺動しないため、シリンダ本体の内面に精密な鏡面加工が不要になるため、シリンダ本体の製造面で有利になる。【００２４】
請求項５の工作機械用主軸バランサによれば、ガススプリングのシリンダ本体が、主軸ユニットの上方位置に鉛直姿勢で配設され、ロッドの一端部が主軸ユニットの上端部に連結されているので、構造を極力簡単化して、主軸ユニットを上方へ確実に引っ張り付勢することができる。【００２５】
請求項６の工作機械用主軸バランサによれば、ロッドの一端部がチェーン部材とスプロケットを介して主軸ユニットの上端部に連結されているので、ガススプリングを配置する自由度を高めて、主軸ユニットを上方へ確実に引っ張り付勢することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例１の主軸バランサを含む工作機械の側面図である。
【図２】実施例１のガススプリングの縦断面図である。
【図３】実施例２のガススプリングの縦断面図である。
【図４】実施例３のガススプリングの縦断面図である。
【図５】実施例４のガススプリングの縦断面図である。
【図６】実施例５の主軸バランサを含む工作機械の側面図である。
【符号の説明】
【００２７】
Ｍ  工作機械
１０  主軸ユニット
１３  主軸
１４  工具
１５  電動モータ
２０  昇降駆動機構
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ  工作機械用主軸バランサ
３１，３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ  ガススプリング
３２，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ  シリンダ本体
３３，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ  ロッド
３４  圧縮ガス
４０  内筒
４０ａ  ガス連通路
４０ｂ  ガス連通ポート
４１  外筒
５０，５０Ｂ，５０Ｃ  圧縮ガス作動室
５１，５１Ａ  圧縮ガス充填室
５１ａ  ガスホース
５５  ピストン部
８０，８０Ｃ  一端側ロッド部
８１，８１Ｃ  他端側ロッド部
８２，８２Ｃ  連結部
８５，８５Ｃ  受圧部
９５  チェーン部材
９６  スプロケット
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の工作機械用主軸バランサは、シリンダ本体と、シリンダ本体に対して少なくとも主軸ユニットの昇降ストロークにほぼ等しい所定ストローク進退移動可能で少なくとも一端側部分がシリンダ本体の一端部から外部へ突出したロッドと、シリンダ本体の内部の少なくとも一部に収容され且つロッドをその一端側部分のシリンダ本体からの突出量が減少する退入方向へ付勢する圧縮ガスとを有するガススプリングを備え、ガススプリングのロッドに作用する付勢力により主軸ユニットを上方へ引っ張り付勢できるようにロッドの一端部が主軸ユニットに連結されている。
【実施例１】
【００２９】
図１に示すように、本発明の工作機械用主軸バランサ３０（以下、主軸バランサ３０という）は、立型のマシニングセンタ等の工作機械Ｍに適用されている。尚、図１の矢印Ａの方向を前方として説明する。【００３０】
工作機械Ｍは、コラム１と、コラム１に昇降可能にガイドされた主軸ユニット１０と、主軸ユニット１０を昇降駆動する昇降駆動機構２０等が備えられ、この工作機械Ｍに、主軸ユニット１０を支持して昇降駆動機構２０の負荷を軽減するガススプリング３１を備えた工作機械用主軸バランサ３０（以下、主軸バランサ３０という）が付設されている。【００３１】
コラム１の前端部には、鉛直のガイドレール２が設けられ、主軸ユニット１０のフレーム部材１１の後端部にスライダ１２が固着され、ガイドレール２にスライダ１２が係合されて、主軸ユニット１０が昇降自在にガイドされている。【００３２】
主軸ユニット１０は、フレーム部材１１と、フレーム部材１１の前部に鉛直軸心回りに回転自在に支持され工具１４を下端部に着脱可能に装着する為の主軸１３と、主軸１３を回転駆動する電動モータ１５とを有する。電動モータ１５は、フレーム部材１１の前部の上部側に取り付けられて主軸１３に直結されている。電動モータ１５は、制御装置１６に電気的に接続され、この制御装置１６により駆動制御されて、主軸１３と共に工具１４が回転駆動される。【００３３】
昇降駆動機構２０は、コラム１の上端部側に取り付られた電動モータ２１と、電動モータ２１に直結されて下方へ延びる鉛直のボールネジシャフト２２と、ボールネジシャフト２２に螺合されて主軸ユニット１０に連結部２４を介して連結されたボールネジナット２３とを有する。電動モータ２１は、制御装置１６に電気的に接続され、この制御装置１６により駆動制御されて、ボールネジシャフト２２が回転駆動されると、ボールネジナット２３と共に主軸ユニット１０が昇降駆動される。【００３４】
次に、主軸バランサ３０について詳細に説明する。
図１、図２に示すように、主軸バランサ３０は、ガススプリング３１により主軸ユニット１０を上方へ引っ張り付勢し、このガススプリング３１の付勢力により昇降駆動機構２０の負荷を軽減するように構成されている。【００３５】
ガススプリング３１は、主軸ユニット１０の上方位置に鉛直姿勢で配設されている。ガススプリング３１は、シリンダ本体３２とロッド３３と圧縮ガス３４（例えば、圧縮窒素ガス）とを有し、シリンダ本体３２が、例えば、ブラケット３５によりコラム１の前壁部に固定され、このシリンダ本体３２からロッド３３が下方へ延びている。【００３６】
図２に示すように、シリンダ本体３２は、内筒４０と、内筒４０の径方向外側に位置する外筒４１と、内筒４０及び外筒４１の上下両端部に固着された上側端壁部材４２及び下側端壁部材４３と、下側端壁部材４３に固定されたロッドガイド部材４４とを有する。外筒４１と上下両端壁部材４２，４３の間はシール部材４５，４６でシールされている。【００３７】
内筒４０にはロッド３３のピストン部５５が気密摺動自在に内嵌され、そのために、内筒４０の内面に鏡面加工が施されている。内筒４０の下端側部分に複数の貫通孔からなるガス連通路４０ａが形成されている。上側端壁部材４２にはエア抜き孔４２ａが形成され、下側端壁部材４３にはロッドガイド取付孔４３ａが形成されている。【００３８】
ロッドガイド部材４４は、筒状部４４ａと筒状部４４ａの下端部から張り出す鍔状の当接部４４ｂとを有し、筒状部４４ａがロッドガイド取付孔４３ａに内嵌され、筒状部４４ａと下側端壁部材４３との間がシール部材４７によりシールされている。また、当接部４４ｂが下側端壁部材４３に下側から当接して固定され、この状態で、筒状部４４ａが下側端壁部材４３よりも上側へ突出して、筒状部４４ａの上端部がガス連通路４０ａより少し上方に位置している。ピストン部５５が筒状部４４ａの上端部に係止されると下方へ移動不能となり、ガス連通路４０ａがピストン部５５によって塞がれることはない。【００３９】
シリンダ本体３２の内部には、ピストン部５５の下側において、ロッド５５と筒状部４４ａと下側端壁部材４３と内筒４０とで囲まれた部分に、圧縮ガス３４が収容された圧縮ガス作動室５０が形成され、内筒４０と外筒４１との間において、内筒４０と外筒４１と上下両端壁部材４２，４３とで囲まれた部分に、圧縮ガス３４が充填された圧縮ガス充填室５１が形成されている。このように、ガススプリング３１には、圧縮ガス作動室５０と、圧縮ガス作動室５０とは独立に形成された圧縮ガス充填室５１とが一体に設けられ、圧縮ガス充填室５１はガス連通路４０ａにより圧縮ガス作動室５０に連通されている。【００４０】
ロッド３３は、シリンダ本体３２に対して少なくとも主軸ユニット１０の昇降ストロークにほぼ等しい所定ストローク進退移動可能に、ロッド３３及びシリンダ本体３２の長さ等が設定されている。ロッド３３は、その上端部に形成されたピストン部５５と、ピストン部５５から下方へ延びるロッド部５６とを有し、ピストン部５５が内筒４０にシール部材５７を介して気密摺動自在に内嵌され、ロッド部５６が、ロッドガイド部材４４にシール部材５８を介して気密摺動自在に挿通され下方外部へ突出している。【００４１】
ピストン部５５の下面のロッド部５６の回りに環状の受圧部５５ａが形成され、この受圧部５５ａが圧縮ガス作動室５０の圧縮ガス３４のガス圧を受圧して、ロッド３３が上方へ付勢されている。ここで、Ｗ（ガススプリング３１の付勢力）≒Ｐ（圧縮ガス３４のガス圧）×Ｓ（受圧部５５ａの面積）となり、Ｗが主軸ユニット１０の重量と同等になるように、圧縮ガス３４のガス圧Ｐと受圧部５５ａの面積Ｓが設定されている。【００４２】
ロッド部５６の下端部にはネジ軸部５６ａが設けられ、このネジ軸部５６ａにロックナット５９が螺合されている。一方、主軸ユニット１０のフレーム部材１１の上端部にネジ穴１１ａが形成され、このネジ穴１１ａにネジ軸部５６ａが螺合され、ロックナット５９がフレーム部材１１の上面に圧着されて、ロッド３３の下端部が主軸ユニット１０の上端部に連結されている。尚、ネジ軸部５６ａに対するロックナット５９の螺合位置を調節することで、ロッド３３と主軸ユニット１０との連結位置を微調節することができる。【００４３】
上記主軸バランサ３０の作用・効果について説明する。
前記のように、ガススプリング３１がシリンダ本体３２とロッド３３と圧縮ガス３４とを有し、このガススプリング３１を主軸ユニット１０の上方位置に鉛直姿勢で配設し、ロッド３３の下端部を主軸ユニット１０の上端部に連結して、ガススプリング３１により主軸ユニット１０を上方へ引っ張り付勢することができる。【００４４】
そして、ガススプリング３１により主軸ユニット１０が上方へ引っ張り付勢された状態を維持して、昇降駆動機構２０により主軸ユニット１０が下降駆動されると、ガススプリング３１のシリンダ本体３２に対してロッド３３が進出して、ガススプリング３１が伸長し、昇降駆動機構２０により主軸ユニット１０が上昇駆動されると、ガススプリング３１のシリンダ本体３２に対してロッド３３が退入して、ガススプリング３１が収縮する。【００４５】
このように、伸縮自在のガススプリング３１により、構造を極力簡単化して、主軸ユニット１０の昇降の自由度を確保しながら、主軸ユニット１０を確実に上方へ引っ張り付勢し、主軸ユニット１０が静止している状態は勿論、昇降している状態でも、主軸ユニット１０に対してその重量と略同等の上向きの力を発生させて、主軸ユニット１０を効果的に支持することができる。【００４６】
つまり、主軸ユニット１０の重量に応じて、ガススプリング３１のサイズ及び形状と圧縮ガス３４の圧力を適宜設定し、その圧縮ガス３４の圧力を利用して、ガススプリング３１により主軸ユニット１０を安定的に上方へ引っ張り付勢して、昇降駆動機構２０の負荷を確実に且つ効果的に軽減でき、その結果、昇降駆動機構２０を小型化でき、昇降駆動機構２０による主軸ユニット１０の上下方向の位置精度つまり機械加工精度を確実に高め、主軸ユニット１０の昇降速度の一層の高速化を実現可能になる。【００４７】
しかも、ガススプリング３１を主軸ユニット１０とその下側のベッドとの間に介在させずに、工作機械作業等の邪魔にならないように配置でき、しかも、主軸ユニット１０にガススプリング３１を装着不要になるため、主軸ユニット１０に特別なガススプリング３１の取り付け構造を設ける必要もなく、ロッド３３と主軸ユニット１０との連結も簡単に行えるので、既存の工作機械Ｍに容易に適用することが可能になる。【００４８】
ガススプリング３１は、引っ張りバネとは違って耐久性に優れ、シリンダ本体３２に収容された圧縮ガス３４が減少しても容易に補充して再起可能になる。主軸ユニット１０にガススプリング３１を装着不要になるため、主軸ユニット１０を必要以上に大型化する必要がなく、その主軸ユニット１０のみをガススプリング３１で付勢すればよいので、ガススプリング３１を小型化でき、構造も簡単になり製作コスト的に有利になる。【００４９】
ロッド３３の上端部に、シリンダ本体３２に気密摺動自在に内嵌されたピストン部５５を形成したので、ロッド３３をシリンダ本体３２に進退移動自在に確実にガイドでき、シリンダ本体３２の内部のうちピストン部５５よりもロッド側（下側）に圧縮ガス３４が収容された圧縮ガス作動室５０を形成したので、この圧縮ガス作動室５０の圧縮ガス３４によりロッド３３を上方へ確実に付勢することができ、この圧縮ガス作動室５０とは独立に形成されて圧縮ガス３４が充填され且つガス連通路４０ａにより圧縮ガス作動室５０に連通された圧縮ガス充填室５１を設けたので、ロッド３３の進退移動による圧縮ガス作動室５０の体積変化は大きいが、その際の圧縮ガス３４のガス圧の変化量を抑制して、主軸ユニット１０を略一定の付勢力で引っ張り付勢することができる。【００５０】
シリンダ本体３２は、ピストン部５５が内嵌される内筒４０と、この内筒４０の径方向外側に位置する外筒４１とを有し、この内筒４０と外筒４１との間に圧縮ガス作動室５１を形成したので、ガススプリング３１に圧縮ガス作動室５１を一体にコンパクトに設けることができ、主軸バランサ３０の全体的な構造をコンパクトにして、既存の工作機械Ｍへの取り付け等に有利になる。
【実施例２】
【００５１】
図３に示すように、主軸バランサ３０Ａは、ガススプリング３１Ａと、ガススプリング３１Ａと別体に設けられた圧縮ガス充填室５１Ａとを備え、このガススプリング３１Ａを、実施例１のガススプリング３１の代わりに工作機械Ｍに適用したものである。尚、実施例１と同じものには同一符号を付して説明を省略する。【００５２】
ガススプリング３１Ａは、シリンダ本体３２Ａとロッド３３と圧縮ガス３４とを有し、シリンダ本体３２Ａは、実施例１のシリンダ本体３２において、外筒４１を省略し、内筒４０と上側端壁部材４２と下側端壁部材４３を部分的に変更した形に形成され、シリンダ本体３２Ａの内部に圧縮ガス作動室５０が形成されている。【００５３】
シリンダ本体３２Ａは、筒部材４０Ａと、筒部材４０Ａの上下両端部に固着された上側端壁部材４２Ａ及び下側端壁部材４３Ａと、下側端壁部材４３Ａに固定されたロッドガイド部材４４とを有する。筒部材４０Ａが実施例１の内筒４０に相当するものであり、この筒部材４０Ａには、実施例１の複数の連通路４０ａの代わりに、圧縮ガス作動室５０に臨む連通ポート４０ｂが形成されている。筒部材４０Ａと上下両端壁部材４２Ａ，４３Ａの間はシール部材４５Ａ，４６Ａでシールされている。上側端壁部材４２Ａにエア抜き孔４２ａが形成され、下側端壁部材４３Ａにロッドガイド取付孔４３ａが形成されている。【００５４】
圧縮ガス充填ユニット５１Ａａに、圧縮ガス３４が充填された圧縮ガス充填室５１Ａが設けられ、この圧縮ガス充填ユニット５１Ａａから延びるガスホース５１Ａｂが連通ポート４０ｂ接続されて、ガス連通路に相当するガスホース５１Ａｂと連通ポート４０ｂにより、圧縮ガス作動室５０と圧縮ガス充填室５１Ａが連通されている。この主軸バランサ３０Ａによれば、ガススプリング３１Ａを実施例１のガススプリング３１よりも小型化でき、ガススプリング３１Ａの設置スペースを小さくできる点で有利になる。その他は実施例１と同様の作用・効果を奏する。
【実施例３】
【００５５】
図４に示すように、主軸バランサ３０Ｂは、ガススプリング３１Ｂを備え、このガススプリング３１Ｂを、実施例１のガススプリング３１の代わりに工作機械Ｍに適用したものである。ガススプリング３１Ｂは、シリンダ本体３２Ｂとロッド３３Ｂと圧縮ガス３４とを有し、シリンダ本体３２Ｂからロッド３３が上下両方へ延び、シリンダ本体３２Ｂの内部のほぼ全域に圧縮ガス３４が収容された圧縮ガス作動室５０Ｂが形成されている。【００５６】
シリンダ本体３２Ｂは、筒部材６０と、筒部材６０の上下両端部に固着された上側端壁部材６１及び下側端壁部材６２と、上側端壁部材６１に固定された上側ロッドガイド部材６３と、下側端壁部材６２に固定された下側ロッドガイド部材６４とを有する。筒部材６０と上下両端壁部材６１，６２の間はシール部材６５，６６でシールされ、上下両端壁部材６１，６２にはロッドガイド取付孔６１ａ，６２ａが形成されている。【００５７】
上側ロッドガイド部材６３は、筒状部６３ａと筒状部６３ａの上端部から張り出す鍔状の当接部６３ｂとを有し、筒状部６３ａがロッドガイド取付孔６１ａに内嵌され、筒状部６３ａと上側端壁部材６１との間がシール部材６７によりシールされている。筒状部６３ａの内面部において、上端部にダストシール７０が装着され、その下側にシール部材７１が装着され、その下側に凹部６３ｃが形成されて、その凹部６３ｃに潤滑用のグリス７２が充填され、その下側に摺動性が良いロッドガイド７３が装着されている。尚、凹部６３ｃには潤滑用のオイルを充填してもよいし、何も充填しないでもよい。【００５８】
下側ロッドガイド部材６４は、筒状部６４ａと筒状部６４ａの下端部から張り出す鍔状の当接部６４ｂとを有し、筒状部６４ａがロッドガイド取付孔６２ａに内嵌され、筒状部６４ａと下側端壁部材６２との間がシール部材６８によりシールされている。筒状部６４ａの内面部において、下端部にダストシール７５が装着され、その上側にシール部材７６が装着され、その上側に凹部６４ｃが形成されて、その凹部６４ｃに潤滑用のグリス７７が充填され、その上側に摺動性が良いロッドガイド７８が装着されている。尚、凹部６４ｃには潤滑用のオイルを充填してもよいし、何も充填しないでもよい。【００５９】
ロッド３３Ｂは、シリンダ本体３２Ｂに対して少なくとも主軸ユニット１０の昇降ストロークにほぼ等しい所定ストローク進退移動可能に、ロッド３３Ｂ及びシリンダ本体３２Ｂの長さ等が設定されている。ロッド３３Ｂは、シリンダ本体３２Ｂの下側ロッドガイド部材６４から下方外部へ突出する下端側部分を形成する一端側ロッド部８０と、一端側ロッド部８０よりも大径でその上端部に同軸状に連結されてシリンダ本体３２Ｂの上側ロッドガイド部材６３から上方外部へ突出する他端側ロッド部８１とを有する。【００６０】
一端側ロッド部８０が下側ロッドガイド部材６４にロッドガイド７８を介して摺動自在に挿通され、この一端側ロッド部８０と下側ロッドガイド部材６４との間が、ダストシール７５、シール部材７６、グリス７７によりシールされ、他端側ロッド部８１が上側ロッドガイド部材６３にロッドガイド７３を介して摺動自在に挿通され、この他端側ロッド部８１と上側ロッドガイド部材６３との間が、ダストシール７０、シール部材７１、グリス７２によりシールされている。【００６１】
一端側ロッド部８０と他端側ロッド部８１の連結部８２がシリンダ本体３２Ｂの内部に収容され、その連結部８２においては、一端側ロッド部８０の上端部に設けられたネジ軸部８３が、他端側ロッド部８１よりも大径の円板状の係止部材８４を介して他端側ロッド部８１に螺合されて、一端側ロッド部８０と他端側ロッド部８１が連結され、これらロッド部８０，８１に係止部材８４が固定されている。【００６２】
係止部材８４が上側ロッドガイド部材６３の筒状部６３ａに当接すると、ロッド３２Ｂが上限位置になり、係止部材８４が下側ロッドガイド部材６４の筒状部６４ａに当接すると、ロッド３２Ｂが下限位置になり、ロッド３２Ｂは、ロッド部８０，８１がロッドガイド部材６４，６３に挿通された状態を維持して、この上限位置と下限位置との間で抜け止めされた状態で進退移動可能になる。【００６３】
係止部材８４の下面の一端側ロッド部８０の回りに環状の受圧部８５が形成され、この受圧部８５が圧縮ガス作動室５０Ｂの圧縮ガス３４のガス圧を受圧して、ロッド３３Ｂが上方へ付勢されている。ここで、Ｗ（ガススプリング３１Ｂの付勢力）≒Ｐ（圧縮ガス３４のガス圧）×Ｓ（受圧部８５の面積）となり、Ｗが主軸ユニット１０の重量と同等になるように、圧縮ガス３４のガス圧Ｐと受圧部８５の面積Ｓ（つまり、一端側ロッド部８０と他端側ロッド部８１の直径）が設定されている。【００６４】
一端側ロッド部８０の下端部にはネジ軸部８７が設けられ、このネジ軸部８７にロックナット８８が螺合され、実施例１と同様に、主軸ユニット１０のフレーム部材１１のネジ穴１１ａにネジ軸部８７が螺合され、ロックナット８８がフレーム部材１１の上面に圧着されて、ロッド３３Ｂの下端部が主軸ユニット１０の上端部に連結されている。【００６５】
この主軸バランサ３０Ｂによれば、ロッド３３Ｂは、シリンダ本体３２Ｂの下側ロッドガイド部材６４から下方外部へ突出する下端側部分を形成する一端側ロッド部８０と、この一端側ロッド部８０よりも大径でその基端部に同軸状に連結されてシリンダ本体３２Ｂの下側ロッドガイド部材６３から上方外部へ突出する他端側ロッド部８１とを有するので、ロッド３３Ｂをシリンダ本体３２Ｂに進退移動自在に確実にガイドできる。【００６６】
そして、シリンダ本体３２Ｂの内部のほぼ全域に圧縮ガス３４が収容された圧縮ガス作動室５０Ｂを形成し、一端側ロッド部８０と他端側ロッド部８１の連結部８２をシリンダ本体３２Ｂの内部に収容し、その連結部８２に圧縮ガス作動室５０Ｂの圧縮ガス３４のガス圧を受圧する環状の受圧部８５を形成したので、ロッド３３Ｂを抜け止めした状態で圧縮ガス３４により上方へ確実に付勢することができ、ロッド３３Ｂの進退移動による圧縮ガス作動室５０Ｂの体積変化、つまり、圧縮ガス３４のガス圧の変化量を抑制して、主軸ユニット１０を略一定の付勢力で引っ張り付勢することができる。【００６７】
また、シリンダ本体３２Ｂの内面にはロッド３３Ｂが直接摺動しないため、シリンダ本体３２Ｂ（筒部材６０）の内面に精密な鏡面加工が不要になるため、シリンダ本体３２Ｂの製造面で有利になる。このガススプリング３１Ｂでは、シリンダ本体３２Ｂの直径を比較的に大径に形成し、一端側ロッド部８０を小径化し過ぎることなく、受圧部８５の面積を大きくして、付勢力を大きくすることができ、大重量の主軸ユニット１０を上方へ確実に付勢することができる。その他は基本的に実施例１と同様の作用・効果を奏する。
【実施例４】
【００６８】
図５に示すように、主軸バランサ３０Ｃは、ガススプリング３１Ｃを備え、このガススプリング３１Ｃを、実施例１のガススプリング３１の代わりに工作機械Ｍに適用したものである。このガススプリング３１Ｃは、シリンダ本体３２Ｃ、ロッド３３Ｃ、圧縮ガス３４を有し、シリンダ本体３２Ｃは、圧縮ガス作動室５０Ｃ、筒部材６０Ｃ、上側端壁部材６１Ｃ、下側端壁部材６２Ｃ、上側ロッドガイド部材６３Ｃ、下側ロッドガイド部材６４Ｃを有し、ロッド３３Ｃは、一端側ロッド部８０Ｃ、他端側ロッド部８１Ｃ、係止部８４Ｃと受圧部８５Ｃを有する連結部８２Ｃを有する。【００６９】
このガススプリング３１Ｃは、実施例３のガススプリング３１Ｂとサイズ・形状が異なるが基本的に同じ構成であるので、詳細な説明を省略する。但し、このガススプリング３１Ｃには、圧縮ガス作動室５０Ｃに圧縮ガス３４を補充し、また、その圧縮ガス３４のガス圧を調節するための手段として、一端側ロッド部８０Ｃと上側ロッドガイド部材６３Ｃに、圧縮ガス作動室５０Ｃと外部とを繋ぐガス通路９０，９１が形成され、ガス通路９０にチェック弁９２が設けられている。【００７０】
そして、ガス通路９０に所定のガス供給装置（図示略）を接続して、圧縮ガス３４の補充とガス圧の調節を行うことが可能になる。この主軸バランサ３０Ｃによれば、ガススプリング３１Ｃを小型化して、小重量の主軸ユニット１０を上方へ付勢するものに最適なものとなる。その他は実施例３と同様の作用・効果を奏する。尚、圧縮ガス作動室に圧縮ガスを補充し、また、その圧縮ガスのガス圧を調節するための手段を、実施例１〜３のガススプリング３１，３１Ａ，３１Ｂに備えてもよい。
【実施例５】
【００７１】
図６に示すように、主軸バランサ３０Ｄは、ガススプリング３１Ｄを備え、ガススプリング３１Ｄのロッド３３Ｄの一端部がチェーン部材９５とスプロケット９６，９７を介して主軸ユニット１０の上端部に連結されている。この主軸バランサ３０Ｄが適用された工作機械Ｍは実施例１のものと同様であり、主軸バランサ３０Ｄのシリンダ本体３２Ｄは、例えば、ブラケット３５Ｄによりコラム１の後壁部に固定され、このシリンダ本体３２Ｄからロッド３３Ｄが上方へ延びている。【００７２】
スプロケット９６は、ガススプリング３１Ｄの上方位置に配置されて、コラム１に固定されたブラケット９６ａに回転自在に支持され、スプロケット９７は、主軸ユニット１０の上方位置に配置されて、コラム１に固定されたブラケット９７ａに回転自在に支持され、チェーン部材９５の両端部がロッド３３Ｄの上端部と主軸ユニット１０の上端部に連結された状態で、チェーン部材９５が、スプロケット９６，９７に掛装されている。ガススプリング３１Ｄとしては、実施例１〜４のガススプリング３１，３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを適用可能である。【００７３】
この主軸バランサ３０Ｄによれば、ロッド３３Ｄの一端部をチェーン部材９５とスプロケット９６，９７を介して主軸ユニット１０の上端部に連結したので、ガススプリング３１Ｄを配置する自由度を高めて、主軸ユニット１０を上方へ確実に引っ張り付勢することができる。故に、例えば、ガススプリング３１Ｄをコラム１の上壁に横向き姿勢に取り付けて、或いは、その他の種々の位置に種々の姿勢でガススプリング３１Ｄを取り付けて、そのロッド３３Ｄと主軸ユニット１０をチェーン部材とスプロケットを介して連結して、主軸ユニット１０を上方へ引っ張り付勢することが可能になる。
【実施例６】
【００７４】
図示省略するが、ガススプリングのシリンダ本体に作用する付勢力により主軸ユニットを上方へ引っ張り付勢できるようにシリンダ本体の他端部が主軸ユニットに連結され、ガススプリングの付勢力により昇降駆動機構の負荷を軽減するように構成してもよい。この場合、ガススプリングとして、実施例１〜５のガススプリング３１，３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄを適用可能である。【００７５】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、前記開示事項以外の種々の変更を付加して実施可能であり、また、主軸ユニットと主軸ユニットを昇降駆動する昇降駆動機構とを備えた種々の工作機械に本発明を適用可能である。
【図１】
2007099632.tif 000003
【図２】
2007099632.tif 000004
【図３】
2007099632.tif 000005
【図４】
2007099632.tif 000006
【図５】
2007099632.tif 000007
【図６】
2007099632.tif 000008
【国際調査報告】
2007099632.tif 000009
2007099632.tif 000010
2007099632.tif 000011
2007099632.tif 000012