(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベッド上に固定されたコラムと、コラムに往復直線移動機構を介して支持され、工具或いはワークを保持するためのヘッドと、前記ベッド上に固定された支持フレームと、支持フレームにより支持され、前記往復直線移動機構に連結されて前記ヘッドを往復直線移動させる移動力付与手段とを備え、前記移動力付与手段は支持フレームにスライド移動機構を介して支持され、前記ヘッドの移動に連動して同方向へスライド移動可能に構成されている工作機械。
【請求項２】
前記移動力付与手段と往復直線移動機構とは、ヘッドの移動方向線に沿って直線的に連結されている請求項１に記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、研削盤等の工作機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４においては従来の平面研削盤を示す。すなわち、コラム６１はベッド６２上に立設されている。ガイドレール６３はコラム６１の前面において上下方向に敷設されている。スライドプレート６４は前記ガイドレール６３に係合されており、コラム６１に支持された昇降用モータ６５の駆動によって昇降可能である。主軸ヘッド６６はスライドプレート６４に固定されている。主軸６７は主軸ヘッド６６に保持され、ワーク用モータ６８の駆動によって回転可能である。ワークＷは主軸６７の下端に設けられたワークチャック６９を介して固定されている。円テーブル７０はベッド６２上において回転可能に設けられており、その上面には砥石面７１が形成されている。
【０００３】
そして、ワークＷを回転させつつ主軸ヘッド６６を下降させ、ワークＷの被研削面を回転される円テーブル７０の砥石面７１に対して押し付けることにより研削処理がなされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記主軸ヘッド６６はコラム６１によって片持ち支持されている。従って、前述したワークＷの砥石面７１に対する押し付けや研削抵抗等の反力によってコラム６１に曲げモーメントが作用される。このため、コラム６１が撓んで砥石面７１とワークＷの被研削面との位置関係がずれ、被研削面を正確に加工することができず、ワークＷに精度が要求される場合に不適当であった。
【０００５】
本発明は上記従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであって、その目的は、ワーク加工時においてヘッドに作用する反力に起因したコラムの撓みを抑制し、高精度加工を実行することが可能な工作機械を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明では、ベッド上に固定されたコラムと、コラムに往復直線移動機構を介して支持され、工具或いはワークを保持するためのヘッドと、前記ベッド上に固定された支持フレームと、支持フレームにより支持され、前記往復直線移動機構に連結されて前記ヘッドを往復直線移動させる移動力付与手段とを備え、前記移動力付与手段は支持フレームにスライド移動機構を介して支持され、前記ヘッドの移動に連動して同方向へスライド移動可能に構成されている工作機械である。
【０００７】
請求項２の発明では、前記移動力付与手段と往復直線移動機構とは、ヘッドの移動方向線に沿って直線的に連結されている。
【０００８】
（作用）
上記構成の請求項１の発明においては、移動力付与手段により往復直線移動機構が駆動されてヘッドが移動され、ワークの加工がなされる。
【０００９】
ここで例えば、工具とワークとが当接された際、その反力がヘッドに作用される。しかし、コラムは単にヘッドを往復直線移動可能に保持するのみで、ヘッドを反力に対抗させているのは移動力付与手段である。そして、移動力付与手段はベッド上においてコラムとは別個に設けられた支持フレームによって支持されている。このため、コラムに対して前記反力に起因した曲げモーメントが作用されることはない。また、前記移動力付与手段は支持フレームにスライド機構を介して支持されており、ヘッドが多軸方向へ移動されても連動可能である。従って、ヘッドがいずれの移動位置にあっても、移動力付与手段は往復直線移動機構を駆動可能である。言い換えれば、本発明は、ヘッドが多軸方向へ移動されるタイプの工作機械においても容易に具体化できる。
【００１０】
ところで、前記反力はヘッドの移動方向と反対側に向かって作用される。そこで請求項２の発明においては、前記移動力付与手段と往復直線移動機構とが、ヘッドの移動方向線に沿って直線的に連結されている。従って、前記ワーク加工時の反力は、往復直線移動機構において集中されることなく直接的に支持フレームに伝達される。
【００１１】
つまり、例えば、往復直線移動機構と移動力付与手段との連結部分が屈曲していた場合、この屈曲部分において反力が集中し、往復直線移動機構がこじれる等の問題が生じる。従って、この往復直線移動機構のこじれ等によってコラムに曲げモーメントが作用されてしまう。また、往復直線移動機構と移動力付与手段との連結部分が直線的であっても、それがヘッドの移動方向線に対して傾斜されていれば、傾斜方向に分力が作用して同様にこの連結部分に反力が集中し易く、前記と同様な問題が生じる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の工作機械を研削盤に具体化した第１及び第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態において第１実施形態と同一又は相当する部材には同じ番号が付してある。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は本実施形態の平面研削盤を示す斜視図であり、直方体形状をなすベッド１１は工場等の床面に載置されている。同じく直方体形状をなすコラム１２はベッド１１上面において後方側に立設されている。一対のガイドレール１３はコラム１２の前面に敷設され、同前面の上下方向に平行配置されている。スライドプレート１４はその裏面四隅（図面には右方の一対のみが表れる）に脚部１５を有している。スライドプレート１４は脚部１５にそれぞれ凹設されたガイド溝１５αを以ってガイドレール１３にスライド移動可能に係合されている。連結部１６はスライドプレート１４の裏面に設けられており、連結部１６にはネジ孔１６αが上下方向へ貫通形成されている。そして、ワークＷを回転可能に保持するための主軸ヘッド１７は、前記スライドプレート１４の表面側に固定されている。
【００１５】
上下送りネジ棒１８は、前記ガイドレール１３と同方向に延び、その上端が移動力付与手段である昇降用モータ１９のギアボックス１９αに連結されている。上下送りネジ棒１８は、その下端部が前記スライドプレート１４のネジ孔１６αに螺通されている。従って、前記主軸ヘッド１７は昇降用モータ１９の駆動により、ガイドレール１３に沿って上下方向へ往復直線移動可能である。つまり、本実施形態においては、前記ガイドレール１３、スライドプレート１４（脚部１５、連結部１６）及び上下送りネジ棒１８等により往復直線移動機構が構成されている。
【００１６】
前記主軸ヘッド１７について詳述すると、図１及び図２に示すように上下方向に開放された円筒空間２１αを有する主軸ホルダ２１は、前記スライドプレート１４の前面に固定されている。主軸２２は円柱状をなし、前記主軸ホルダ２１の円筒空間２１α内に挿入配置されている。上下方向に延びる軸受け用空間２３は、図示しないが前記主軸ホルダ２１において円筒空間２１αの内壁面に等間隔で複数が凹設されている。軸受け用間隙２３内には、オイルポンプＰ及び絞り２４αを有する管路２４を介してオイルが注入される。従って、このオイルが主軸２２と円筒空間２１αの内壁面との間に介在され、この流体軸受け構成によって主軸２２は主軸ホルダ２１に回転可能に受けられている。ワークチャック２５は前記主軸２２の下端部に設けられ、例えば、図示しないバキューム等を用いたエアー吸着によってワークＷを着脱可能に保持する。
【００１７】
略円筒状をなすモータブラケット２６は、前記主軸ホルダ２１の上部において円筒空間２１αの開口を取り囲むようにして固定されている。ワーク用モータ２７は電動モータよりなり、モータブラケット２６の上端部に固定されている。連結軸２８は前記モータブラケット２６内に配置され、その上端部は前記ワーク用モータ２７の駆動軸にカップリング２９を介して連結されている。また、連結軸２８の下端部は、前記主軸２２のセンタ穴２２αに挿入配置されている。
【００１８】
スプリング受け３０はそのボス部３０αを以って前記主軸２２のセンタ穴２２αに挿入固定されている。自重受け用スプリング３１は、スプリング受け３０と前記連結軸２８の先端部に周設されたカラー２８αとの間に介在されている。前記主軸２２、ワークチャック２５及びワークＷ等が、自重受け用スプリング３１を介して連結軸２８に支持されている。加圧用スプリング３２は前記スプリング受け３０とモータブラケット２６との間に介在され、スプリング受け３０を介して主軸２２を下方に付勢している。
【００１９】
そして、ガイド溝３３は前記スプリング受け３０のボス部３０α内壁面において上下方向に凹設されており、ガイド溝３３はボス部３０α内壁面の周方向に等間隔で複数が配置されている。複数のボール収容凹部３４は各ガイド溝３３に対応して、前記連結軸２８の外周面に凹設されている。そして、ボール３５は前記ガイド溝３３及びボール収容凹部３４の溝幅程度の直径を有し、ガイド溝３３と対応するボール収容凹部３４との間に渡って挿入配置されている。従って、前記主軸２２と連結軸２８は、ガイド溝３３及びボール収容凹部３４の内側壁がボール３５によって係止され、相対回転不能である。また、主軸２２と連結軸２８は、上下方向に延びるガイド溝３３によってボール３５が案内されて軸線Ｌ方向に相対移動可能である。
【００２０】
図１に示すように、円テーブル３６は、ベッド１１上面において前方側に配置されている。円テーブル３６は、ベッド１１内に配設されたテーブル用モータ３７によって軸心３６αを中心として回転される。工具としての砥石面３８は、円テーブル３６の上面において幅広円環状に形成されている。なお、円テーブル３６の回転方向は、前記ワークＷの回転方向に対して逆方向である。また、円テーブル３６の軸心３６αは、前記ワークＷの回転中心、つまり軸線Ｌに対して偏心されている。
【００２１】
さて、本実施形態においては、支持フレーム４１がコラム１２とは別個にベッド１１上に立設されており、支持フレーム４１によって前記昇降用モータ１９が支持されている。すなわち、支持フレーム４１は、前記昇降用モータ１９を支持するモータフレーム４２と、モータフレーム４２をコラム１２の直上位置に配置させるための支持脚４３とを備えている。支持脚４３はコラム１２の上面四隅にそれぞれ立設され、モータフレーム４２の裏面四隅をそれぞれ支持している。このように支持フレーム４１とコラム１２との間には支持関係、つまり、一方が他方に支持される関係が存在しない。
【００２２】
次に、上記構成の平面研削盤の作用について説明する。
例えば、シリコンウエハ等の薄板状をなすワークＷは、ワークチャック２５によって保持固定される。この状態でワーク用モータ２７によりワークＷを回転させつつ、昇降用モータ１９の駆動によって主軸ヘッド１７を円テーブル３６に向けて下降させる。この時、円テーブル３６はテーブル用モータ３７によって回転駆動されており、主軸ヘッド１７とともに下降されたワークＷはその被研削面を以って砥石面３８に押し付けられる。従って、被研削面が砥石面３８によって研削処理される。
【００２３】
さて、前記ワークＷを砥石面３８に押し付けた際、主軸ヘッド１７及びスライドプレート１４には押し付け力や研削抵抗等に起因した反力が軸線Ｌに沿って上向きに作用される。ここで前記コラム１２はスライドプレート１４を上下方向へ移動可能に保持しているにすぎず、スライドプレート１４を前記反力に対抗させているのは上下送りネジ棒１８及び昇降用モータ１９を支持する支持フレーム４１である。従って、前記スライドプレート１４に作用される反力は、上下送りネジ棒１８を介して支持フレーム４１により受けられる。その結果、同反力に起因した曲げモーメントがコラム１２に作用されることは殆どなく、コラム１２の撓みを防止できる。
【００２４】
上記構成の本実施形態においては次のような効果を奏する。
（１）コラム１２と支持フレーム４１とは互いの支持関係無くベッド１１上に設けられており、押し付け力や研削抵抗等の反力に起因してコラム１２に曲げモーメントが作用されることが殆どない。従って、コラム１２の撓みに起因したワークＷの被研削面と砥石面３８との位置関係のずれを防止できる。その結果、ワークＷを精度良く加工できる。
【００２５】
（２）スライドプレート１４は、その移動方向線（軸線Ｌ）に沿って延びる上下送りネジ棒１８を介してモータフレーム４２に直線的に連結されている。従って、主軸ヘッド１７が研削時に受ける反力は上下送りネジ棒１８を介して直接的に支持フレーム４１に伝達され、前記（１）の効果が相乗して奏される。
【００２６】
（第２実施形態）
図３においては第２実施形態を示す。本実施形態において主軸ヘッド１７は、多軸（二軸）方向へ移動可能に構成されている。すなわち、一対の第１のガイドレール４５はコラム１２の前面に敷設され、左右方向に平行配置されている。第１のスライドプレート４６はその裏面四隅（図面には右方の一対のみが表れる）に脚部４７を有し、脚部４７に形成されたガイド溝４７αを以って第１のガイドレール４５にスライド移動可能に係合されている。連結部４８は第１のスライドプレート４６の裏面に設けられており、連結部４８にはネジ孔４８αが左右方向へ貫設形成されている。そして、移動力付与手段としての横行用モータ４９は、モータフレーム５０を介して支持フレーム５３の支持脚５４に固定されている。
【００２７】
左右送りネジ棒５１は第１のガイドレール４５と同方向に配置され、その図面右端部は横行用モータ４９の駆動軸に連結されている。また、左右送りネジ棒５１の図面左端は前記第１のスライドプレート４６のネジ孔４８αに螺通されている。従って、前記横行用モータ４９の駆動により、第１のスライドプレート４６は第１のガイドレール４５に沿って左右方向（水平方向）へ往復直線移動可能である。前記第１のガイドレール４５、第１のスライドプレート４６（脚部４７、連結部４８）及び左右送りネジ棒５１等によって第１の往復直線移動機構が構成されている。
【００２８】
上記第１実施形態の往復直線移動機構と同様な構成の第２の往復直線移動機構（１３、１４、１８等）は、前記第１のスライドプレート４６の前面に設けられている。主軸ヘッド１７は、前記第１の往復直線移動機構及び第２の往復直線移動機構（１３、１４、１８等）を介してコラム１２に支持されている。なお、他の部材との判別を容易とするために、第２の往復直線移動機構（１３、１４、１８等）の「スライドプレート１４」を「第２のスライドプレート１４」と呼び代える。
【００２９】
スライド移動機構５２は、支持フレーム５３の支持脚５４とモータフレーム５５との間に介在されている。すなわち、スライド移動機構５２は、ベッド１１上において四本の支持脚５４（一本は図面に表れない）により支持されたガイドフレーム５６と、ガイドフレーム５６の前面に敷設され、左右方向に平行配置された一対の第３のガイドレール５７とを備えている。そして、側面略「Ｌ」字状をなすモータフレーム５５は、その背面四隅（一つは図面に表れない）に脚部５８を有し、脚部５８にそれぞれ凹設されたガイド溝５８αを以って前記第３のガイドレール５７に係合されている。
【００３０】
一対の連動板５９は、モータフレーム５５においてその前方側に固定され、先端部に曲折されたホルダ部５９αを以って、ワーク用モータ２７のハウジング外周を取り囲むようにして配置されている（両者５９，２７に固定関係はない）。従って、第１のスライドプレート４６の左右方向への移動の際に、ワーク用モータ２７が左右いずれかの連動板５９を押動し、前記モータフレーム５５は第１のスライドプレート４６と同方向へ連動して移動される。
【００３１】
本実施形態においても上記第１実施形態と同様に、ワークＷの砥石面３８に対する押し付け力や研削抵抗等に起因して第２のスライドプレート１４に対して上下方向に作用する反力が支持フレーム５３によって受けられてコラム１２の撓みを抑制できる他、次のような効果をも奏する。
【００３２】
（１）ワークＷを砥石面３８に対して押し付け、主軸ヘッド１７を横行させた際に第１のスライドプレート４６に対して左右方向に作用する反力は、左右送りネジ棒５１を介して支持フレーム５３（支持脚５４）で受けられる。従って、同反力に起因したコラム１２の撓みを抑制して、さらにワークＷを精度良く加工できる。
【００３３】
（２）第１のスライドプレート４６は、その移動方向線に沿って延びる左右送りネジ棒５１を介して支持脚５４に直線的に連結されている。従って、主軸ヘッド１７が研削時に受ける左右方向への反力は、左右送りネジ棒５１を介して直接的に支持フレーム５３に伝達され、前記（１）の効果が相乗して奏される。
【００３４】
（３）昇降用モータ１９は、スライド移動機構５２を介して支持フレーム５３により支持されている。従って、主軸ヘッド１７が、第１及び第２の往復直線移動機構により多軸（二軸）方向へ移動される構成の平面研削盤に本発明を容易に具体化できた。
【００３５】
（４）モータフレーム５５に設けられた連動板５９により、モータフレーム５５を主軸ヘッド１７の左右方向への移動に連動可能とした。従って、モータフレーム５５の左右方向への移動のために独立した駆動手段を必要とせず、安価にスライド機構５２を構成できる。また、モータフレーム５５の左右方向への移動の際に、上下送りネジ棒１８に過大な負荷が作用されることを防止できる。つまり、連動板５９構成が無いと、上下送りネジ棒１８がモータフレーム５５に対してその左右方向への移動力を伝達する役目を果たさなければならないからである。
【００３６】
なお、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で以下の態様でも実施できる。
（１）上記実施形態において工作機械は研削盤に具体化されていた。しかし、これに限定されるものではなく、旋盤、中グリ盤、ボール盤、平削り盤・形削り盤、フライス盤、ノコ盤等において具体化しても良い。
【００３７】
（２）上記実施形態においてワークＷは主軸ヘッド１７側に保持されていたが、ワークＷが円テーブル３６側に固定され、主軸ヘッド１７側に砥石車が固定される構成の平面研削盤において具体化しても良い。
【００３８】
（３）主軸ヘッド１７及び主軸ヘッド１７に対向される下部ヘッド（支持体）にそれぞれ砥石車を回転可能（同軸上）に配置し、両砥石車間においてワークＷを挟持して研削するタイプの研削盤において具体化しても良い。
【００３９】
（４）上記実施形態においてテーブルは、回転運動される円テーブル３６であったが、これを変更し、例えば、別例（２）においてテーブルが直線往復運動される角テーブルに具体化しても良い。
【００４０】
（５）上記実施形態の平面研削盤は、所謂、砥石車の端面を用いてワークＷの研削を行うタイプのものであったが、これを変更し、砥石車の外周でワークＷを研削するタイプの平面研削盤に具体化しても良い。
【００４１】
（６）上記実施形態において第１及び第２の往復直線移動機構は、所謂、ネジ棒１８，５１・ネジ孔１６α，４８α構成によってスライドプレート１４，４６を移動させるものであった。しかし、これに限定されるものではなく、例えば、ラック・ギア（ピニオン，ウオーム）構成等の他の直線往復移動機構としても良い。
【００４２】
（７）油圧シリンダや空気圧シリンダ等の流体圧シリンダによってスライドプレート１４，４６を往復直線移動可能としても良い。この場合、シリンダが支持フレームによって支持され、そのロッドがスライドプレートに連結される。
【００４３】
（８）ワークチャック２５はエアー吸着によりワークＷを着脱可能に保持する構成であったが、これを変更し、磁力によってワークＷを吸着する電磁チャックに具体化しても良い。また、ワークチャック２５をクランプ金具とし、ワークＷをクランプ保持するように構成しても良い。
【００４４】
（９）上記第２実施形態において連動板５９を削除し、モータフレーム５５の横行用に専用の電動モータ等の駆動手段を設けること。この場合、駆動手段と横行用モータ４９とが同調されるように制御手段を介在させると良い。
【００４５】
上記実施形態から把握できる技術的思想について記載する。
ベッド１１上に設けられたコラム１２と、コラム１２に往復直線移動機構（１３，１４，１８等）を介して支持され、砥石車（３８）又はワークＷを回転可能に保持するためのヘッド１７と、ヘッド１７に設けられ、ヘッド１７の砥石車（３８）又はワークＷを回転駆動する駆動手段２７と、前記ベッド上に設けられた支持フレーム４１と、支持フレーム４１により支持され、前記往復直線移動機構（１３，１４，１８等）に連結されて前記ヘッド１７を往復直線移動させる移動力付与手段１９と、前記ヘッド１７の移動方向線上に配置され、ヘッド１７の砥石車（３８）に対向してワークＷ或いは、ヘッド１７のワークＷに対向して砥石車（３８）を配置させるテーブル３６とを備えた平面研削盤。
【００４６】
このようにすれば、ワークＷを精度良く加工できる。
【００４７】
【発明の効果】
上記構成の請求項１の発明によれば、ワークを精度良く加工することが可能となる。また、ヘッドが多軸方向へ移動されるタイプの工作機械において本発明を容易に具体化できる。
【００４８】
請求項２の発明によれば、請求項１の効果が相乗して奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  平面研削盤の斜視図。
【図２】  主軸ヘッドの縦断面図。
【図３】  第２実施形態の平面研削盤を示す斜視図。
【図４】  従来の平面研削盤を示す側面図。
【符号の説明】
１２…コラム、１３…往復直線移動機構を構成するガイドレール、１４…同じくスライドプレート、１７…ヘッドとしての主軸ヘッド、１８…往復直線移動機構を構成する上下送りネジ棒、１９…移動力付与手段としての昇降用モータ、４１…支持フレーム、Ｗ…ワーク。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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