(57)【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を有し昇降駆動手段により昇降駆動される主軸ユニットを有する工作機械において、
圧縮ガスが充填されたシリンダ本体とこのシリンダ本体のロッド側端壁部材を挿通して延びるロッドを有するガススプリングであって、前記主軸ユニットを支持して昇降駆動手段の負荷を軽減するガススプリングを立て向き姿勢に設け、
前記ロッド側端壁部材の内部に、ロッド側端壁部材とロッドの間をシールする上下１対の環状シール部材を設けると共に、これら環状シール部材の間においてロッド側端壁部材とロッドの間に、環状の第１油充填室を形成するとともに、第１油充填室よりもロッドの基端側に第１油充填室から間隔をあけて環状の第２油充填室を形成し、
前記第１，第２油充填室に潤滑油を充填する油充填手段を設け、
前記油充填手段は、潤滑油が貯留される油タンクと、この油タンクを第１油充填室に接続する油路と、この油路に設けられ第１油充填室から油タンクへの潤滑油の逆流を防止する第１逆止弁と、油タンク内の潤滑油を圧縮エアを介して加圧する加圧手段とを有し、
前記第２油充填室を油タンクに接続し第２油充填室内のガスを排出する為の排出通路を設け、この排出通路を通って第２油充填室から排出される潤滑油を油タンクに還流させるように構成し、
前記排出通路に油タンクから第２油充填室への潤滑油とエアの流入を防止する第２逆止弁を設けるとともに、第１，第２油充填室及び前記油路と排出通路内の空気を外部へ排出する為の開閉弁を排出通路に接続して設けた、
ことを特徴とする工作機械用主軸バランサ。
【請求項２】
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を有し昇降駆動手段により昇降駆動される主軸ユニットを有する工作機械において、
圧縮ガスが充填されたシリンダ本体とこのシリンダ本体のロッド側端壁部材を挿通して延びるロッドを有するガススプリングであって、前記主軸ユニットを支持して昇降駆動手段の負荷を軽減するガススプリングを立て向き姿勢に設け、
前記ロッド側端壁部材の内部に、ロッド側端壁部材とロッドの間をシールする上下１対の環状シール部材を設けると共に、これら環状シール部材の間においてロッド側端壁部材とロッドの間に、環状の第１油充填室を形成するとともに、第１油充填室よりもロッドの基端側に第１油充填室から間隔をあけて環状の第２油充填室を形成し、
前記第１，第２油充填室に潤滑油を充填する油充填手段を設け、
前記油充填手段は、潤滑油が貯留される油タンクと、この油タンクを第１油充填室に接続する油路と、この油路に設けられ第１油充填室から油タンクへの潤滑油の逆流を防止する第１逆止弁と、油タンク内の潤滑油を圧縮エアを介して加圧する加圧手段とを有し、
前記第２油充填室を排出側タンクに接続し第２油充填室内のガスを排出する為の排出通路を設け、この排出通路を通って第２油充填室から排出される潤滑油を排出側タンクに収容するように構成し、
前記排出通路に排出側タンクから第２油充填室への潤滑油とエアの流入を防止する第２逆止弁を設けるとともに、第１，第２油充填室及び前記油路と排出通路内の空気を外部へ排出する為の開閉弁を排出通路に接続して設けた、
ことを特徴とする工作機械用主軸バランサ。
【請求項３】
前記シリンダ本体が主軸ユニットに固定され、このシリンダ本体からロッドが下方へ延びるように配設されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械用主軸バランサ。
【請求項４】
前記シリンダ本体内の下部に圧縮ガスをシールする為の潤滑油を充填したことを特徴とする請求項３に記載の工作機械用主軸バランサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は工作機械用主軸バランサに関し、特に、立て向き姿勢に設けたガススプリングにより主軸ユニットを支持して、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にしたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
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とも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り、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し、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。しかも、重い主軸ユニットを支持する昇降駆動機構が大型化し製作コストが高価になるという問題もある。
【０００４】
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主軸バランサが実用に供されている。例えば、特開平６−２９７２１７号公報には、主軸ユニットの上側に固定的に設けた油圧シリンダであって、ピストンロッドが下方へ延びその先端部が主軸ユニットに連結さ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を備えた主軸バランサが開示されている。
【０００５】
こ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、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ともに、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て、昇降駆動機構の負荷を軽減することが可能になる。尚、ワーク加工時に主軸ユニットに下方推力が必要な場合は、油圧シリンダにより主軸ユニットを下降駆動し、その駆動力で下方推力を発生させることはできる。
【０００６】
一方、本願出願人は主軸バランサとしてガススプリングを適用したものを提案し実用化しつつある。一般に、ガススプリングは、圧縮ガスが充填されたシリンダ本体と、このシリンダ本体のロッド側端壁部材を挿通して延びるロッドを有するが、シリンダ本体内の圧縮ガスは徐々にリークしてガス圧が低下するため、定期的にシリンダ本体内に圧縮ガスを補充する必要がある。
【０００７】
シリンダ本体内の圧縮ガスがリークするのを抑制するには、特に、シリンダ本体のロッド側端壁部材とそれを挿通するロッドの間をシールするシール構造が極めて重要である。しかし、従来のガススプリングにおける前記シール構造は、ロッド側端壁部材とロッドの間に１又は複数の環状シール部材だけを設けた構造であるため、シリンダ本体内の圧縮ガスがリークするのを効果的に抑制することは難しい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の工作機械において、主軸バランサを設けていないものでは、前述のように、重い主軸ユニットを昇降駆動機構により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り、昇降駆動機構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、重い主軸ユニットを支持する昇降駆動機構が大型化し製作コストが高価になること、等の問題がある。
【０００９】
特開平６−２９７２１７号公報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、油圧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。
【００１０】
一方、本願出願人が提案し実用化しつつある主軸バランサとしてガススプリングを適用したものでは、特に重い主軸ユニットを支持する為にシリンダ本体内の圧縮ガスのガス圧を高圧に設定することもあり、前述のように、ガススプリングのシリンダ本体のロッド側端壁部材とロッドの間をシールするシール構造として環状シール部材を設けるだけでは、シリンダ本体内の圧縮ガスがリークするのを確実に防止することが難しい。
【００１１】
例えば、ガススプリングのロッドの表面に、研磨加工を施す際の研磨傷や異物による傷が形成されたり異物のかみ込みが生じることがあるが、主軸ユニットが昇降を停止した状態、つまりロッドの伸縮が停止した状態で、前記傷や異物と環状シール部材の位置が一致すると、その傷や異物により形成される隙間を介してシリンダ本体内の圧縮ガスが外部へリークする虞が生じる。このように、従来のガススプリングを適用した主軸バランサでは、シリンダ本体のロッド側端壁部材とロッドの間をシールする高いシール性を確保することが難しい。
【００１２】
更に、従来のガススプリングを適用した主軸バランサでは、シリンダ本体のロッド側端壁部材とロッドの間や環状シール部材に潤滑油を供給することが難しいため、ロッド側端壁部材及び環状シール部材とロッドとの摺動部分の潤滑を良好に行うことが難しく、これら部材が磨耗し易いという問題がある。そして、これらの部材が磨耗すると、ロッド側端壁部材とロッド間からシリンダ本体内の圧縮ガスがリークし易くなるという問題が生じる。
【００１３】
本発明の目的は、工作機械用主軸バランサにおいて、ガススプリングを用い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すること、ガススプリングのシリンダ本体のロッド側端壁部材とロッドの間をシールするシール性を高めること、ロッド側端壁部材及び環状シール部材とロッドとの摺動部分の潤滑を良好に行いこれらの部材の耐久性を高めること、等である。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
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を有し昇降駆動手段により昇降駆動される主軸ユニットを有する工作機械において、圧縮ガスが充填されたシリンダ本体とこのシリンダ本体のロッド側端壁部材を挿通して延びるロッドを有するガススプリングであって、前記主軸ユニットを支持して昇降駆動手段の負荷を軽減するガススプリングを立て向き姿勢に設け、前記ロッド側端壁部材の内部に、ロッド側端壁部材とロッドの間をシールする上下１対の環状シール部材を設けると共に、これら環状シール部材の間においてロッド側端壁部材とロッドの間に、環状の第１油充填室を形成するとともに、第１油充填室よりもロッドの基端側に第１油充填室から間隔をあけて環状の第２油充填室を形成し、前記第１，第２油充填室に潤滑油を充填する油充填手段を設け、前記油充填手段は、潤滑油が貯留される油タンクと、この油タンクを第１油充填室に接続する油路と、この油路に設けられ第１油充填室から油タンクへの潤滑油の逆流を防止する第１逆止弁と、油タンク内の潤滑油を圧縮エアを介して加圧する加圧手段とを有し、前記第２油充填室を油タンクに接続し第２油充填室内のガスを排出する為の排出通路を設け、この排出通路を通って第２油充填室から排出される潤滑油を油タンクに還流させるように構成し、前記排出通路に油タンクから第２油充填室への潤滑油とエアの流入を防止する第２逆止弁を設けるとともに、第１，第２油充填室及び前記油路と排出通路内の空気を外部へ排出する為の開閉弁を排出通路に接続して設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
この工作機械用主軸バランサでは、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支持することができる。主軸ユニットが昇降している状態でも、ガススプリングにより、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、昇降駆動手段の負荷を確実且つ効果的に軽減でき、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ることが可能になる。しかも、昇降駆動手段の負荷軽減により、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。
【００１６】
ロッド側端壁部材の内部に、ロッド側端壁部材とロッドの間をシールする上下１対の環状シール部材が設けられ、これら環状シール部材の間においてロッド側端壁部材とロッドの間に、環状の第１油充填室が形成されるとともに、第１油充填室よりもロッドの基端側に第１油充填室から間隔をあけて環状の第２油充填室が形成され、油充填手段によりこの第１，第２油充填室に潤滑油が充填される。１対の環状シール部材と第１，第２油充填室に充填された潤滑油により、シリンダ本体のロッド側端壁部材とロッドの間をシールするシール性を高めることができる。
【００１７】
例えば、ロッドの表面に研磨加工を施す際の研磨傷や異物による傷が形成されたり異物のかみ込みが生じることがある。このような場合でも、上下１対の環状シール部材によりロッド側端壁部材とロッドの間を軸心方向に２重にシールすることができるため、更に、１対の環状シール部材の間の第１，第２油充填室に充填された潤滑油のシール効果により、前記傷や異物と環状シール部材の位置が一致しても、その傷や異物により形成される隙間を介してシリンダ本体内の圧縮ガスが外部へリークするのを確実に防止することができる。
【００１８】
第１，第２油充填室に充填された潤滑油により、ロッド側端壁部材及び環状シール部材とロッドとの摺動部分の潤滑を良好に行うことができるため、これらの部材の耐久性を高めることができ、磨耗による圧縮ガスのリークを極力防止できる。このように、ロッド側端壁部材、ロッド、環状シール部材の耐久性も高めて、シリンダ本体内の圧縮ガスがリークするのをより確実に防止することが可能となる。
【００１９】
また、油充填手段の油タンクと油路により、第１，第２油充填室に潤滑油を確実に充填することができる。油路を介して油タンクを第１油充填室に接続した状態で主軸ユニットを昇降させるように構成でき、これにより、面倒な潤滑油の充填作業を簡略化して、常時、第１，第２油充填室に潤滑油を充填しておくことが可能となるため、第１，第２油充填室の潤滑油によるシールと潤滑の機能を確実に達成することができる。
【００２０】
油充填手段は、油タンク内の潤滑油を圧縮エアを介して加圧する加圧手段を有するので、加圧手段により加圧された油タンク内の潤滑油を油路を介して第１，第２油充填室に供給できる。ここで、油タンクを第１油充填室に接続する油路に設けられた第１逆止弁により、第１油充填室から油タンクへの潤滑油の逆流を防止することができる。
【００２１】
第２油充填室を油タンクに接続し第２油充填室内のガスを排出する為の排出通路を設け、この排出通路を通って第２油充填室から排出される潤滑油を油タンクに還流させるように構成し、第１，第２油充填室及び油路と排出通路内の空気を外部へ排出する為の開閉弁を排出通路に接続して設けたので、開閉弁を開けて、第１，第２油充填室及び油路と排出通路内の空気を排出通路から外部へ排出して、第１，第２油充填室に潤滑油を確実に充填しておくことができる。排出通路を通って第２油充填室から排出される潤滑油を油タンクに還流させ、その潤滑油を再利用することができ、第２油充填室から排出された分の潤滑油を、油タンクから油路を介して第１，第２油充填室に自動的に供給することができる。また、シリンダ本体内から第２油充填室内に漏れ出したガスを排出通路から排出でき、これにより、第１，第２油充填室に潤滑油を確実に充填しておくことができる。ここで、第２油充填室を油タンクに接続する排出通路に設けられた第２逆止弁により、油タンクから第２油充填室への潤滑油とエアの流入を防止することができる。
【００２２】
請求項２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を有し昇降駆動手段により昇降駆動される主軸ユニットを有する工作機械において、圧縮ガスが充填されたシリンダ本体とこのシリンダ本体のロッド側端壁部材を挿通して延びるロッドを有するガススプリングであって、前記主軸ユニットを支持して昇降駆動手段の負荷を軽減するガススプリングを立て向き姿勢に設け、前記ロッド側端壁部材の内部に、ロッド側端壁部材とロッドの間をシールする上下１対の環状シール部材を設けると共に、これら環状シール部材の間においてロッド側端壁部材とロッドの間に、環状の第１油充填室を形成するとともに、第１油充填室よりもロッドの基端側に第１油充填室から間隔をあけて環状の第２油充填室を形成し、前記第１，第２油充填室に潤滑油を充填する油充填手段を設け、前記油充填手段は、潤滑油が貯留される油タンクと、この油タンクを第１油充填室に接続する油路と、この油路に設けられ第１油充填室から油タンクへの潤滑油の逆流を防止する第１逆止弁と、油タンク内の潤滑油を圧縮エアを介して加圧する加圧手段とを有し、前記第２油充填室を排出側タンクに接続し第２油充填室内のガスを排出する為の排出通路を設け、この排出通路を通って第２油充填室から排出される潤滑油を排出側タンクに収容するように構成し、前記排出通路に排出側タンクから第２油充填室への潤滑油とエアの流入を防止する第２逆止弁を設けるとともに、第１，第２油充填室及び油路と排出通路内の空気を外部へ排出する為の開閉弁を排出通路に接続して設けたことを特徴とするものである。
【００２３】
この工作機械用主軸バランサでは、排出通路を通って第２油充填室から排出される潤滑油を排出側タンクに収容し、その潤滑油を再利用することができ、第２油充填室から排出された分の潤滑油を、油タンクから油路を介して第１，第２油充填室に自動的に供給することができる。その他は、請求項１と基本的に同様の作用を奏する。
【００２４】
【００２５】
請求項３の工作機械用主軸バランサは、請求項１又は２の発明において、前記シリンダ本体が主軸ユニットに固定され、このシリンダ本体からロッドが下方へ延びるように配設されたことを特徴とするものである。昇降駆動手段により主軸ユニットとともにガススプリングのシリンダ本体が昇降駆動されて、シリンダ本体に対してロッド部材が伸縮する。
【００２６】
請求項４の工作機械用主軸バランサは、請求項３の発明において、前記シリンダ本体内の下部に圧縮ガスをシールする為の潤滑油を充填したことを特徴とするものである。シリンダ本体内の下部に充填された潤滑油により、シリンダ本体のロッド側端壁部材とロッドの間から圧縮ガスがリークするのを一層確実に抑制できるとともに、ロッド側端壁部材とロッドとの摺動部分を潤滑してその磨耗によるガス漏れも確実に防止することができる。主軸ユニットにシリンダ本体が倒立状に配設されるため、特別な構造を付加することなく、シリンダ本体の内部空間の少なくとも下端部に潤滑油を充填できる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、立型のマシニングセンタ等の工作機械に本発明を適用した場合の一例である。尚、図１の矢印Ａの方向を前方として説明する。
【００２８】
最初に、工作機械Ｍについて簡単に説明する。図１に示すように、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を含む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。
【００２９】
前記コラム１の前端部には、少なくとも左右１対の鉛直ガイドレール２が設けられ、これらガイドレール２に、主軸ユニット１０のフレーム部材１１の後端部に固着された複数のスライダ１２が摺動自在に係合している。コラム１のうちガイドレール２の下端部側には、ガススプリング３１のロッド５０の下端部が当接する受止め部３が設けられている。
【００３０】
前記主軸ユニット１０は、フレーム部材１１と、このフレーム部材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、この主軸１３を回転駆動する電動モータ１５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付られて主軸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とともに工具１４が回転駆動される。
【００３１】
前記昇降駆動機構２０は、コラム１の上端部側に取付けられた電動モータ２１と、この電動モータ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、この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とともに主軸ユニット１０が昇降駆動される。
【００３２】
次に、前記主軸バランサ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を立て向き姿勢に設け、このガススプリング３１により主軸ユニット１０を支持して、主軸ユニット１０を昇降駆動する昇降駆動機構２０の負荷を軽減する。
【００３３】
ガススプリング３１は、ガス圧Ｐ１（例えば、Ｐ１＝７ＭＰａ）の圧縮ガスＧ（例えば、圧縮窒素ガス）が充填されたシリンダ本体３２と、このシリンダ本体３２のロッド側端壁部材４０を挿通して延びるロッド５０を有し、シリンダ本体３２が主軸ユニット１０に鉛直姿勢で挿通状に固定され、このシリンダ本体３２からロッド５０が下方へ延びるように倒立状に配設されている。Ｗ（ガススプリングの付勢力）≒Ｐ１×Ａ（ロッド５０の断面積）となり、ガススプリングの付勢力Ｗが主軸ユニット１０の重さと同等になるように、シリンダ本体３２内の圧縮ガスＧのガス圧Ｐ１とロッド５０の断面積Ａが設定される。
【００３４】
図２に示すように、シリンダ本体３２は、主軸ユニット１０のユニットフレーム１１に内嵌されるスリーブ部材３３、スリーブ部材３３の上端と下端を気密に塞ぐヘッド側端壁部材３４とロッド側端壁部材４０を有する。ヘッド側端壁部材３４はＯリング３５を介してスリーブ部材３３の上端部に内嵌されて螺合連結され、ロッド側端壁部材４０の上端部分がＯリング４１を介してスリーブ部材３３の下端部に内嵌されて螺合連結されている。
【００３５】
ヘッド側端壁部材３４の軸心部分に立向きの貫通孔３４ａが形成され、この貫通孔３４ａにチェック弁３６を有するガス充填口金が気密に組込まれ、このチェック弁３６を介してシリンダ本体３２の内部に圧縮ガスＧを充填することができる。ロッド側端壁部材４０のうち上端から約１／４部分がシリンダ部材３３に内嵌され、シリンダ部材３３の下側に位置する残りの約３／４部分は、シリンダ部材３３よりも外周側へ張出し、その張出した部分が主軸ユニット１０のユニットフレーム１１に下側から当接し、複数のボルト（図示略）で固定されている。
【００３６】
ロッド側端壁部材４０には、ロッド５０が気密摺動自在に挿通するロッド挿通孔４０ａが形成されている。このロッド側端壁部材４０の内部に、ロッド側端壁部材４０とロッド５０の間をシールする上下１対の環状シール部材４２，４３が設けられ、これら環状シール部材４２，４３の間においてロッド側端壁部材４０とロッド５０の間に環状の第１，第２油充填室４４，４５が形成されている。
【００３７】
ロッド側端壁部材４０のロッド挿通孔４０ａに臨む部分に複数の環状凹部４０ｂ〜４０ｆが形成され、ロッド側端壁部材４０の上端付近と下端付近の環状凹部４０ｂ，４０ｅに前記環状シール部材４２，４３が装着され、環状凹部４０ｅの下側の環状凹部４０ｆにもダストシール４６が装着されている。環状凹部４０ｂ，４０ｅの間の環状凹部４０ｄ，４０ｃが、夫々第１，第２油充填室４４，４５の一部を構成している。ここで、第１，第２油充填室４４，４５は軸心方向にある程度長めに構成され、その油充填室４４，４５に充填された潤滑油Ｌによりシール性と潤滑性を高め得るように構成してある。
【００３８】
また、ロッド側端壁部材４０の内部には、第１油充填室４４からその外周側の供給ポート６３ａに延びる油路６３と、第２油充填室４５からその外周側の排出ポート７０ａに延びる排出通路７０が形成されている。油路６３は供給ポート６３ａを介して可撓性のあるホース部材で構成された油路６２に接続され、排出通路７０は排出ポート７０ａを介して可撓性のあるホース部材で構成された排出通路７１に接続されている。
【００３９】
さて、ロッド５０の上端部には、ナット部材５１が外嵌状に螺合されている。このナット部材５１はロッド挿通孔４０ａよりも大径であり、ロッド５０の抜け止めとして機能する。ナット部材５１はシリンダ部材３３の内径よりも小径であり、このガススプリング３１は所謂ロッド型のガススプリングである。つまり、主軸ユニット１０の昇降ストローク（ロッド５０の伸縮ストローク）に対して、シリンダ本体３２内の圧縮ガスＧの体積変化量を小さくしてガス圧変化量を小さくすることができ、これにより、常時ガススプリング３１により主軸ユニット１０が主軸ユニット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を効果的に支持できる。
【００４０】
シリンダ本体３２内の下部において、ロッド側端壁部材４０の上端部に上方から油充填凹部４０ｇが形成され、この油充填凹部４０ｇに圧縮ガスＧをシールする為の潤滑油Ｌａが充填されている。油充填凹部４０ｇはすり鉢状に形成され、その底面がナット部材５１よりも大径に形成され、ナット部材５１が油充填凹部４０ｇの底面に当接すると、ロッド５０が最大限突出した状態になる。
【００４１】
この主軸バランサ３０には、第１油充填室４４及び第１油充填室４４を介して第２油充填室４５に潤滑油Ｌを充填する油充填機構６０が設けられている。この油充填機構６０は、潤滑油Ｌが貯留される密閉状の油タンク６１と、油タンク６１を第１油充填室４４に接続する油路６２，６３と、油タンク６１内の潤滑油Ｌを圧縮エアを介して加圧する加圧機構６７を備え、油タンク６１が油路６２，６３を介して第１油充填室４４に接続された状態で、主軸ユニット１０を昇降できるように構成されている。油路６２には第１逆止弁６４が設けられ、油路６２，６３を介して第１油充填室４４から油タンク６１への潤滑油Ｌの逆流を防止する。
【００４２】
加圧機構６７は、圧縮エアを供給する圧縮エア供給源（図示略）と、圧縮エア供給源に油タンク６１を接続するエア通路６８と、エア通路６８に設けられ加圧エア供給源からのエア圧を減圧するレギュレータ６９を有する。油タンク６１内の潤滑油Ｌよりも上側の上層部にレギュレータ６９を介してエア圧Ｐ２（例えば、Ｐ２＝０．５ＭＰａ）に減圧された加圧エアが充填され、この加圧エアにより油タンク６１内の潤滑油Ｌが加圧される。
【００４３】
また、主軸バランサ３０には、第２油充填室４５に接続され第２油充填室４５内のガスを排出する為の排出通路７０，７１が設けられ、この排出通路７０，７１を通って第２油充填室４５から排出される潤滑油Ｌを油タンク６１に還流させるように構成してある。排出ポート７０ａから延びる排出通路７１は油タンク６１の潤滑油Ｌよりも上側の上層部に接続され、この排出通路７１には第２逆止弁７２が設けられ、排出油路７０，７１を介して油タンク６１から第２油充填室４５への潤滑油Ｌと圧縮エアの流入を防止する。
【００４４】
尚、排出通路７１には開閉弁７３が接続され、油充填室４４，４５に潤滑油Ｌが充填されていない状態から、油充填機構６０により油充填室４４，４５に潤滑油Ｌを充填する際、開閉弁７３を開いて、油充填室４４，４５及び油路６２，６３と排出通路７０，７１内の空気を外部へ排出することができる。
【００４５】
上記主軸バランサ３０の作用・効果について説明する。圧縮ガスＧが充填された立て向き姿勢のガススプリング３１により、主軸ユニット１０の昇降の自由度を確保して、主軸ユニット１０を支持することができる。ガススプリング３１により主軸ユニット１０の重量と略同等の上向きの力を発生させるように設定できるため、昇降駆動機構２０の負荷を軽減できる。
【００４６】
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も一体的に下降するため、シリンダ本体３２に対してロッド５０が退入（収縮）し、また、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も一体的に上昇するため、シリンダ本体３２に対してロッド５０が伸長していく。
【００４７】
このように、昇降駆動機構２０により主軸ユニット１０とともにガススプリング３１のシリンダ本体３２が昇降駆動されて、シリンダ本体３２に対してロッド５０が伸縮するが、このガススプリング３１はロッド５０がシリンダ本体３２の内径よりも小径のロッド型ガススプリングであるため、主軸ユニット１０の昇降ストローク（ロッド５０の伸縮ストローク）に対して、シリンダ本体３２内の圧縮ガスＧの体積変化量を小さくしガス圧変化量を小さくすることができる。これにより、主軸ユニット１０が静止している状態では勿論昇降している状態でも、ガススプリング３１により、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主軸ユニット１０を効果的に支持することができ、昇降駆動機構２０の負荷を確実に且つ効果的に軽減することができる。
【００４８】
昇降駆動機構２０の負荷軽減により、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り、更に、昇降駆動機構２０の負荷を確実に軽減できることから、昇降駆動機構２０も小型化できるし、ガススプリング３１を立て向き姿勢に設けるだけの簡単な構造であるので、製作コスト的に非常に有利になる。
【００４９】
そして、このシリンダバランサ３０では、ロッド側端壁部材４０の内部に、ロッド側端壁部材４０とロッド５０の間をシールする上下１対の環状シール部材４２，４３を設け、これら環状シール部材４２，４３の間においてロッド側端壁部材４０とロッド５０の間に環状の油充填室４４，４５を形成し、油充填機構６０により油充填室４４，４５に潤滑油Ｌを充填することができる。つまり、１対の環状シール部材４２，４３と油充填室４４，４５に充填された潤滑油Ｌを設け、第１，第２油充填室４４，４５を軸心方向にある程度長めに構成したので、シリンダ本体３２のロッド側端壁部材４０とロッド５０の間をシールするシール性を格段に高めることができる。
【００５０】
ロッド５０の表面に研磨加工を施す際の研磨傷や異物による傷が形成されたり異物のかみ込みが生じることがあるが、上下１対の環状シール部材４２，４３によりロッド側端壁部材５０とロッド５０の間を軸心方向に２重にシールすることができるため、更に、１対の環状シール部材４２，４３の間の油充填室４４，４５に充填された潤滑油Ｌのシール効果により、前記傷や異物と環状シール部材４２，４３の位置が一致しても、その傷や異物により形成される隙間を介してシリンダ本体３２内の圧縮ガスＧが外部へリークするのを確実に防止できる。
【００５１】
更に、油充填室４４，４５に充填された潤滑油Ｌにより、ロッド側端壁部材４０及び環状シール部材４２，４３とロッド５０との摺動部分の潤滑を良好に行うことができるため、これら部材４２，４３の耐久性を高めることができ圧縮ガスＧのリークを極力防止できる。このように、ロッド５０、環状シール部材４２，４３の耐久性も高めて、シリンダ本体３２内の圧縮ガスＧがリークするのをより効果的に抑制することが可能となる。
【００５２】
油充填機構６０は、潤滑油Ｌが貯留される油タンク６１と、この油タンク６１を第１油充填室４４に接続する油路６２，６３とを有するので、油充填室４４，４５に潤滑油Ｌを確実に充填することができる。油路６２，６３を介して油タンク６１を第１油充填室４４に接続した状態で、主軸ユニット１０を昇降させるように構成でき、これにより、面倒な潤滑油の充填作業を簡略化して、常時、油充填室４４，４５に潤滑油Ｌを充填しておくことができるため、油充填室４４，４５の潤滑油Ｌによるシールと潤滑の機能を確実に達成することができる。
【００５３】
油充填機構６０は、油タンク６１内の潤滑油Ｌを圧縮エアを介して加圧する加圧機構６７を有するので、この加圧機構６７により油タンク６１内の潤滑油Ｌを圧縮エアを介して加圧し、その加圧された潤滑油Ｌを油路６２，６３を介して油充填室４４，４５に供給することができる。第２油充填室４５に接続され第２油充填室４５内のガスを排出する為の排出通路７０，７１を設けたので、シリンダ本体３２内から第２油充填室４５内に漏れ出したガスを排出通路７０，７１から油タンク６１内に排出することができ、これにより、油充填室４４，４５に潤滑油Ｌを確実に充填しておくことができる。
【００５４】
排出通路７０，７１を通って第２油充填室４５から排出される潤滑油Ｌを油タンク６１に還流させるように構成したので、油タンク６１に還流した潤滑油Ｌを再利用することができ、油充填室４４，４５から排出された分の潤滑油Ｌを、油タンク６１から油路６２，６３を介して油充填室４４，４５に自動的に供給することができる。但し、排出通路７１は、前記加圧機構６７による圧縮エアを収容した密閉状の油タンク６１に接続されているため、油充填室４４，４５内の潤滑油Ｌが油タンク６１に不要に還流するのを防止することができる。
【００５５】
シリンダ本体３２を主軸ユニット１０に固定し、シリンダ本体３２からロッド５０が下方へ延びるように倒立状に配設したので、シリンダ本体３２内の下部に圧縮ガスＧをシールする為の潤滑油Ｌａを充填することができる。つまり、この潤滑油Ｌａにより、シリンダ本体３２のロッド側端壁部材４０とロッド５０の間から圧縮ガスＧがリークするのを一層確実に抑制できるとともに、ロッド側端壁部材４０とロッド５０との摺動部分を潤滑してその磨耗によるガス漏れも確実に防止することができる。
【００５６】
前記実施形態の変更形態について説明する。尚、前記実施形態と基本的に同じものには同一符号を付し、特に変更箇所以外の説明は省略する。
【００５７】
１〕図３の主軸バランサ３０Ａには、ガススプリング３１の第２油充填室４５に接続され第２油充填室４５内のガスを排出する為の排出通路８０，８１と、排出通路８０，８１を通って第２油充填室４５から排出される潤滑油Ｌを収容する排出側タンク８２が設けられている。尚、排出通路８０には、第２逆止弁８３が設けられ、開閉弁８４が接続されている。排出側タンク８２は密閉状に構成され、その排出側タンク８２の潤滑油Ｌよりも上側の上層部にガス通路８５が接続され、そのガス通路８５に、ガス圧Ｐ３（例えば、Ｐ３＝０．８ＭＰａ）で作動するリリーフ弁８６が設けられている。
【００５８】
この主軸バランサ３０Ａでは、第２油充填室４５内のガスを排出通路８０，８１から排出して、油充填室４４，４５に潤滑油Ｌを確実に充填しておくことができる。排出通路８０，８１を通って油充填室４４，４５から排出される潤滑油Ｌを排出側タンク８２に収容し、その排出された分の潤滑油Ｌを油タンク６１から油路６２，６３を介して油充填室４４，４５に自動的に供給することができる。排出側タンク８２に収容された潤滑油Ｌも再利用可能となる。
【００５９】
排出側タンク８２に排出されたガスや潤滑油Ｌにより、排出側タンク８２内のガス圧はリリーフ弁８６が作動する最大Ｐ３まで加圧される。そして、排出側タンク８２内のガス圧が略最大圧力になった状態で、油充填室４４，４５内の潤滑油Ｌが排出側タンク８２に不要に排出されるのを防止することができる。
【００６０】
２〕図４の主軸バランサ３０Ｂは、図３の主軸バランサ３０Ａにおいて、ガス通路８５及びリリーフ弁８６を省略すると共に、排出側タンク８２の代わりに、ガス排出口８７ａを有する大気開放状の排出側タンク８７を設けたものである。但し、排出タンク８７内の潤滑油Ｌが圧縮ガスで加圧されなくても、油充填室４４，４５内の潤滑油Ｌが排出側タンク８７に不要に排出されないようにするために、ロッド側端壁部材４０のうち第１，第２油充填室４４，４５を仕切る仕切り部４０ｈによる絞り抵抗を大きくするように構成してもよい、また図示していないが、排出通路８０や８１に絞り弁を別途設けるようにしてもよい。
【００６１】
【００６２】
【００６３】
【００６４】
３〕図５の主軸バランサ３０Ｃでは、ガススプリング３１のシリンダ本体３２が、主軸ユニット１０の後部の下方位置においてコラム１に挿通状に固定的に配設され、このシリンダ本体３２からロッド５０が上方へ延びるように配設され、ロッド５０の上端部が主軸ユニット１０の後部下端面に当接して受け止められている。尚、ロッド５０の先端部分に長さ調節機構９８を有する。
【００６５】
この主軸バランサ３０Ｃでは、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のロッド５０が一体的に下降して退入し、また、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も一体的に上昇して伸長していく。基本的に、前記主軸バランサ３０と略同様の作用・効果が得られる。
【００６６】
４〕主軸バランサのガスシリンダの数や取付位置については、前記実施形態の態様に限定されない。例えば、２組以上のガスシリンダを立て向き姿勢にして並列状に配設してもよいし、シリンダ本体３２を主軸ユニット１０やコラム１に固定可能であればそれらに挿通させて固定する必要もない。また、例えば、１又は複数のガスシリンダを、ボールネジシャフト２２に沿って配設して主軸ユニット１０を支持するように構成してもよい。
【００６７】
５〕ロッド型のガススプリング３１の代わりに、ロッド５０に連結されたピストンをシリンダ本体３２に気密摺動自在に内嵌させたピストン型のガススプリングを適用してもよい。尚、前記主軸バランサ３０，３０Ａ〜３０Ｃは一例を示すものに過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形を付加した形態で実施可能であり、また、上記工作機械Ｍに限らず、主軸ユニットとその主軸ユニットを昇降駆動する昇降駆動機構を有する種々の工作機械に適用可能である。
【００６８】
【発明の効果】
請求項１の工作機械用主軸バランサによれば、ガススプリングを立て向き姿勢に設けて、主軸ユニットを支持して昇降駆動手段の負荷を確実且つ効果的に軽減でき、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ることが可能になり、しかも、昇降駆動手段の負荷軽減により、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。
【００６９】
そして、ロッド側端壁部材の内部の１対の環状シール部材と第１，第２油充填室に充填された潤滑油により、ガススプリングのシリンダ本体のロッド側端壁部材とロッドの間をシールするシール性を高めることができ、また、ロッドの表面に研磨加工を施す際の研磨傷や異物による傷が形成されたり異物のかみ込みが生じることがあるが、上下１対の環状シール部材によりロッド側端壁部材とロッドの間を軸心方向に２重にシールすることができるため、更に、１対の環状シール部材の間の第１，第２油充填室に充填された潤滑油のシール効果により、前記傷や異物と環状シール部材の位置が一致しても、その傷や異物により形成される隙間を介してシリンダ本体内の圧縮ガスが外部へリークするのを確実に防止することができる。
【００７０】
更に、第１，第２油充填室に充填された潤滑油により、ロッド側端壁部材及び環状シール部材とロッドとの摺動部分の潤滑を良好に行うことができるため、これら部材の耐久性を高めることができ、磨耗による圧縮ガスのリークを極力防止できる。このように、ロッド側端壁部材、ロッド、環状シール部材の耐久性も高めて、シリンダ本体内の圧縮ガスがリークするのをより確実に防止することが可能となる。
【００７１】
また、油充填手段は、潤滑油が貯留される油タンクと、この油タンクを第１油充填室に接続する油路とを有するので、第１，第２油充填室に潤滑油を確実に充填することができる。油路を介して油タンクを第１油充填室に接続した状態で主軸ユニットを昇降させるように構成でき、これにより、面倒な潤滑油の充填作業を簡略化して、常時、第１，第２油充填室に潤滑油を充填しておくことが可能になるため、第１，第２油充填室の潤滑油によるシールと潤滑の機能を確実に達成することができる。
【００７２】
また、油充填手段は、油タンク内の潤滑油を圧縮エアを介して加圧する加圧手段を有するので、加圧手段により油タンク内の潤滑油を加圧して油路を介して油充填室に確実に供給でき、油タンクを第１油充填室に接続する油路に設けられ第１逆止弁により、第１油充填室から油タンクへの潤滑油の逆流を防止することができる。
【００７３】
また、第２油充填室を油タンクに接続し第２油充填室内のガスを排出する為の排出通路を設け、この排出通路を通って第２油充填室から排出される潤滑油を油タンクに還流させるように構成し、第１，第２油充填室及び油路と排出通路内の空気を外部へ排出する為の開閉弁を排出通路に接続して設けたので、開閉弁を開けて、第１，第２油充填室及び油路と排出通路内の空気を排出通路から外部へ排出して、第１，第２油充填室に潤滑油を確実に充填しておくことができ、排出通路を通って第２油充填室から排出される潤滑油を油タンクに還流させ、その潤滑油を再利用することができ、第２油充填室から排出された分の潤滑油を、油タンクから油路を介して第１，第２油充填室に自動的に供給できる。また、シリンダ本体内から第２油充填室内に漏れ出したガスを排出通路から排出でき、これにより、第１，第２油充填室に潤滑油を確実に充填しておくことができる。ここで、第２油充填室を油タンクに接続する排出通路に設けられた第２逆止弁により、油タンクから第２油充填室への潤滑油とエアの流入を防止することができる。
【００７４】
請求項２の工作機械用主軸バランサによれば、排出通路を通って油充填室から排出される潤滑油を排出側タンクに収容し、油充填室から排出された分の潤滑油を油タンクから油路を介して油充填室に自動的に供給できる。排出側タンクに収容された潤滑油も再利用可能となる。その他は、請求項１と基本的に同様の効果を奏する。
【００７５】
【００７６】
請求項３の工作機械用主軸バランサによれば、シリンダ本体が主軸ユニットに固定され、このシリンダ本体からロッドが下方へ延びるように配設されているので、昇降駆動手段により主軸ユニットとともにガススプリングのシリンダ本体を昇降駆動して、シリンダ本体に対してロッド部材を伸縮させることができる。
【００７７】
請求項４の工作機械用主軸バランサによれば、シリンダ本体内の下部に圧縮ガスをシールする為の潤滑油を充填したので、その潤滑油により、シリンダ本体のロッド側端壁部材とロッドの間から圧縮ガスがリークするのを一層確実に抑制できるとともに、ロッド側端壁部材とロッドとの摺動部分を潤滑してその磨耗によるガス漏れも確実に防止することができる。主軸ユニットにシリンダ本体が倒立状に配設されるため、特別な構造を付加することなく、シリンダ本体の内部空間の少なくとも下端部に潤滑油を充填できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る主軸バランサを含む工作機械の側面図である。
【図２】主軸バランサの要部縦断面図である。
【図３】第１の変更形態に係る主軸バランサの要部縦断面図である。
【図４】第２の変更形態に係る主軸バランサの要部縦断面図である。
【図５】第３の変更形態に係る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】
Ｇ  圧縮ガス
Ｌ，Ｌａ  潤滑油
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〜３０Ｃ  主軸バランサ
３１  ガススプリング
３２  シリンダ本体
４０  ロッド側端壁部材
４２，４３  環状シール部材
４４，４５  第１，第２油充填室
５０  ロッド
６０，９０  油充填機構
６１，９１  油タンク
６２，６３  油路
６７  加圧機構
７０，７１，８０，８１  排出通路
８２，８７  排出側タンク
【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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