(57)【要約】【課題】小型のリンクヘッドを有するコンパクトなパラレルメカニズムを備えた工作機械を提供する。【解決手段】リンクヘッド３０１を上面部及び下面部に配設された回転ジョイント３５５に回転可能に接続されたリンク集合体３５１により、直動ジョイント３５３を介して支持し、また、リンクヘッド３０１を上面部及び下面部に配設された回転ジョイント３５４に回転可能に接続されたリンク集合体３５０により支持する構成とし、リンクヘッド３０１の外部に加工ツール５０１を回転駆動するための回転モータを搭載する構成とした。【選択図】図２
2009023056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベッドと、
一端が第１の回動部を介して第１の軸線の回りに互いに回動可能に接続され、他端が前記ベッドに対してそれぞれ前記第１の軸線と平行な軸線の回りに回動可能かつ前記第１の軸線と直交する第２の軸線に沿って移動可能に支持された１対のリンクから構成される第１のリンク機構と、
前記第１の軸線方向において前記第１のリンク機構の外側に配置され、一端が第２の回動部を介して前記第１の軸線と平行な軸線の回りに互いに回動可能に接続され、他端が前記ベッドに対してそれぞれ前記第１の軸線と平行な軸線の回りに回動可能かつ前記第２の軸線に沿って移動可能に支持された１対のリンクから構成される第２のリンク機構と、
前記各リンクの他端を前記ベッドに対して前記第２の軸線に沿ってそれぞれ移動させる駆動機構と、
前記第１の回動部が、前記第１の軸線と直交する一軸線方向に、前記第１のリンク機構の前記１対のそれぞれのリンクにより対向する位置から両持ち支持されて、前記第１の軸線と直交する一軸線方向に相対移動可能に接続され、また、前記第２の回動部が、前記第２のリンク機構の前記１対のそれぞれのリンクにより対向する位置から両持ち支持されて、前記第１の回動部の接続位置とは前記第１の軸線と直交する方向にオフセットされた位置で相対移動不能に接続され、回転駆動される加工ツールを備えたリンクヘッドとを有し、
前記リンクヘッドは、前記加工ツールを回転駆動するための回転駆動部を前記リンクヘッドの外部に搭載し、また、前記駆動機構を制御することにより、前記リンクヘッドを前記第１の軸線と直交する平面内での移動と前記第１の軸線と平行な軸回りの回転動作を行うことを特徴とするパラレルメカニズムを備えた工作機械。
【請求項２】
前記回転駆動部は、前記第２の回動部と同心状に配置されて回転する駆動モータであることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記第２の回動部の前記回動軸は、前記回動軸方向に中空部が形成された中空構造とされ、前記中空部を前記駆動モータのモータ軸が貫通した構成とされていることを特徴とする請求項２に記載の工作機械。
【請求項４】
前記駆動モータは、前記加工ツールをトラクションドライブ方式により回転駆動することを特徴とする請求項２または３に記載の工作機械。
【請求項５】
前記リンクヘッドは、前記第１のリンク機構により上下対向する位置から両持ち支持され、また、前記第２のリンク機構により上下対向する位置から両持ち支持されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば被加工物（ワーク）を加工するための工具（加工ツール）を変位させる場合に駆動力伝達機構として用いるパラレルメカニズムを備えた工作機械に関する。
【０００２】
周知のように、工作機械には研削盤及び旋盤・フライス盤等があり、これら各種の工作機械はその加工内容に応じて選択的に用いられる。
【０００３】
このような工作機械においては、砥石，切削工具等の工具を支持する主軸頭や、ワークを支持するテーブル等を所望の位置に移動させたり、所望の角度で回動させたりすることにより、ワークと工具とを相対的に変位させて研削や切削等の加工が行われる。
【０００４】
近年、この種の工作機械には、高剛性・高精度・高速性を実現する機構として有効であることから、ベースからリンクヘッドまでが並列に連結されたリンクを有するパラレルメカニズム及びこれを備えた工作機械が知られている（例えば特許文献１）。
【０００５】
この工作機械のパラレルメカニズムは、リンクヘッドの３自由度の回動及び移動の少なくとも一方の制御が可能であって、リンクヘッドを駆動するための４個のアクチュエータと、これら４個のアクチュエータにそれぞれ接続される４個のリンクを含み、リンクヘッドに接続されるリンク集合体とを備え、これらリンク集合体とリンクヘッドとの間に介在する回転ジョイントを直動ジョイントを介して接続することにより、リンクヘッドに対して一軸線方向に相対移動可能とされている。
【０００６】
このように構成されたパラレルメカニズムにおいては、回転ジョイントがリンクヘッド上で移動可能であるため、各構成部品の加工精度や構成部品同士の組付精度が悪い場合や、またリンクが使用時等の熱変化によって伸縮する場合等の機構パラメータＰに起因する各種誤差を吸収することができ、これら寸法誤差に起因する構成部品及びアクチュエータへの過負荷の発生を抑制することができる。
【特許文献１】特開２００７−１４４５３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１の工作機械によると、砥石等の加工ツールを回転駆動するためのモータはリンクヘッドの内部に配置されたビルトイン型とされており、リンクヘッド自体が大型化してしまう。このため、リンク機構が大型化してコンパクトなパラレルメカニズムを備えた工作機械を構成することが困難であった。
【０００８】
従って、本発明の目的は、小型のリンクヘッドを有するコンパクトなパラレルメカニズムを備えた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】
【０００９】
［１］本発明は、上記目的を達成するために、ベッドと、一端が第１の回動部を介して第１の軸線の回りに互いに回動可能に接続され、他端が前記ベッドに対してそれぞれ前記第１の軸線と平行な軸線の回りに回動可能かつ前記第１の軸線と直交する第２の軸線に沿って移動可能に支持された１対のリンクから構成される第１のリンク機構と、前記第１の軸線方向において前記第１のリンク機構の外側に配置され、一端が第２の回動部を介して前記第１の軸線と平行な軸線の回りに互いに回動可能に接続され、他端が前記ベッドに対してそれぞれ前記第１の軸線と平行な軸線の回りに回動可能かつ前記第２の軸線に沿って移動可能に支持された１対のリンクから構成される第２のリンク機構と、前記各リンクの他端を前記ベッドに対して前記第２の軸線に沿ってそれぞれ移動させる駆動機構と、前記第１の回動部が、前記第１の軸線と直交する一軸線方向に、前記第１のリンク機構の前記１対のそれぞれのリンクにより対向する位置から両持ち支持されて、前記第１の軸線と直交する一軸線方向に相対移動可能に接続され、また、前記第２の回動部が、前記第２のリンク機構の前記１対のそれぞれのリンクにより対向する位置から両持ち支持されて、前記第１の回動部の接続位置とは前記第１の軸線と直交する方向にオフセットされた位置で相対移動不能に接続され、回転駆動される加工ツールを備えたリンクヘッドとを有し、前記リンクヘッドは、前記加工ツールを回転駆動するための回転駆動部を前記リンクヘッドの外部に搭載し、また、前記駆動機構を制御することにより、前記リンクヘッドを前記第１の軸線と直交する平面内での移動と前記第１の軸線と平行な軸回りの回転動作を行うことを特徴とするパラレルメカニズムを備えた工作機械を提供する。
［２］前記回転駆動部は、前記第２の回動部と同心状に配置されて回転する駆動モータであることを特徴とする上記［１］に記載の工作機械であってもよい。
［３］また、前記第２の回動部の前記回動軸は、前記回動軸方向に中空部が形成された中空構造とされ、前記中空部を前記駆動モータのモータ軸が貫通した構成とされていることを特徴とする上記［２］に記載の工作機械であってもよい。
［４］また、前記駆動モータは、前記加工ツールをトラクションドライブ方式により回転駆動することを特徴とする上記［１］または［２］に記載の工作機械であってもよい。
［５］また、前記リンクヘッドは、前記第１のリンク機構により上下対向する位置から両持ち支持され、また、前記第２のリンク機構により上下対向する位置から両持ち支持されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の工作機械であってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、小型のリンクヘッドを有するコンパクトなパラレルメカニズムを備えた工作機械を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（本発明の実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る工作機械の全体を説明するために示す平面図である。図２は、本発明の実施の形態に係る工作機械の要部を説明するために示す斜視図である。図３は、図２におけるリンクヘッド部分のＡ−Ａ断面を示す断面図である。図４は、本発明の実施の形態に係る工作機械の制御装置を説明するために示すブロック図である。なお、以下の説明においては、互いに直交する３つの方向をそれぞれｚ軸（第２の軸線）方向（図１における主軸方向）及びｘ軸（第３の軸線）方向（図１における紙面に平行かつｚ軸に直交する方向）・ｙ軸（第１の軸線）方向（図１における紙面に垂直でｚ軸に直交する方向）とする。
【００１２】
（工作機械の全体構成）
図１及び図２において、符号１で示す工作機械は、例えば円筒研削盤からなり、工作機械本体２及び制御装置３・付属装置（図示せず）から大略構成されている。
【００１３】
（工作機械本体２の構成）
工作機械本体２は、図１に示すように、ワークＷを回転駆動可能に支持するワーク支持駆動ユニット１００と、砥石等の加工ツール５０１が着脱可能に装着されるホイール回転主軸ユニット２００と、リンクヘッド３０１をツール取付側に保持するパラレルメカニズム３００とを備えている。
【００１４】
（ワーク支持駆動ユニット１００の構成）
ワーク支持駆動ユニット１００は、主軸台ベース１０１及び左右２つの主軸台１０３を有し、ベッド（基台）１０上の前方端部（図１では下側）に載置されている。主軸台ベース１０１の背面部（図１では上側）には、左右（ｚ軸）方向に所定の間隔をもって並列し、かつｚ軸方向に延在する左右２つの主軸台スライドガイド１０２が配設されている。左右２つの主軸台１０３は、それぞれが対応する主軸台スライドガイド１０２上にｚ軸方向に沿って移動自在に配設されている。そして、各主軸台スライドガイド１０２上における所定の位置に位置決めされ、その両中心部間でワークＷを挟持するように構成されている。左右２つの主軸台１０３には、それぞれ主軸１０５を所定の回転数で回転駆動する主軸駆動モータ１０４が搭載されている。
【００１５】
（ホイール回転主軸ユニット２００の構成）
ホイール回転主軸ユニット２００は、加工ツール５０１の被把持部を把持可能なホイール回転主軸２０１及びこのホイール回転主軸２０１を回転駆動するツール駆動モータ４０１を有し、リンクヘッド３０１に搭載されている。そして、ツール駆動モータ４０１の回転駆動力をトラクションドライブ方式によりホイール回転主軸２０１に伝達し、さらにホイール回転主軸２０１上の加工ツール５０１を所定の回転数で回転駆動するように構成されている。
【００１６】
（パラレルメカニズム３００の構成）
パラレルメカニズム３００は、図２に示すように、１対のリンク集合体（リンク機構）３５０，３５１を有する多自由度（直線２軸及び回転１軸の３自由度）リンク機構からなり、ワーク支持駆動ユニット１００の後方に配設され、かつベッド１０の立ち上がり部（図示せず）にｚ軸方向に延びるスライダ案内用のレール３６０，３６３を介して片持ち支持されている。そして、前述したようにツール取付側にリンクヘッド３０１を保持するように構成されている。スライダ案内用のレール３６０，３６３は、ｚ軸方向に延び、ｙ軸方向に互いに所定の間隔をもって並列する位置に配置されている。
【００１７】
リンクヘッド３０１は、リンク集合体３５０，３５１のリンクヘッド側端部によって保持され、ベッド１０に対しｙ軸と直交する同一の仮想面（移動・回動仮想面）上でｙ軸回りに回動し、かつｘ軸・ｚ軸の２方向に移動し得るように構成されている。
【００１８】
リンクヘッド３０１の上面部及び下面部には、加工ツール５０１の回転軸線Ｔと平行なリニアガイド３５２及びこのリニアガイド３５２上を矢印方向に移動可能な被検出部付きの直動ジョイント（変位機構）３５３がそれぞれ配設されている。直動ジョイント３５３には、回転ジョイント３５４にリンクヘッド３０１の移動・回動仮想面内で回転軸線Ｔに沿って並列する第１の回動部（接続部）であって、ｙ軸と平行な軸線の回りに回転する１自由度の回転ジョイント３５５が配設されている。これにより、回転ジョイント３５５が直動ジョイント３５３と共にリニアガイド３５２上を移動される。また、リンクヘッド３０１の上面部には、直動ジョイント３５３の被検出部（スリット）３５３Ａを検出し、両回転ジョイント３５４，３５５間の距離Ｌの誤差を検出するためのリニアスケール等の位置センサ３８０（図４に示す）が配設されている。
【００１９】
図３に示すように、リンクヘッド３０１の上面部及び下面部において、回転ジョイント３５５は、リンクヘッド３０１の上面部及び下面部に設けられたリニアガイド３５２に立設された直動ジョイント軸３７１と軸受３７２、軸受３７２の内輪間に配置されるスペーサ３７３、および、軸受３７２にプリロードをかけて固定する止輪３７４で構成されている。リンク３５１Ａ、３５１Ｂはそれぞれ軸受３７２を介して直動ジョイント軸３７１に回転可能に取付けられている。尚、リンクヘッド３０１の上面部及び下面部に設けられた直動ジョイント３５３は、リニアガイド３５２により上面部及び下面部で独立に移動可能であるが、直動ジョイント軸３７１をリンクヘッド３０１を一部中空にしてそこを貫通させて上下共通の軸とすることにより、リンクヘッド３０１の上面部及び下面部における直動ジョイント３５３の移動を共通とする構成としてもよい。
【００２０】
リンクヘッド３０１の上面部及び下面部には、回転ジョイント３５５の配設位置とは直動ジョイント３５３の移動方向にオフセットされた位置で移動不能な第２の回動部（接続部）であって、ｙ軸と平行な軸線の回りに回転する１自由度の回転ジョイント３５４がそれぞれ配設されている。
【００２１】
すなわち、リンクヘッド３０１は、上面部及び下面部に配設された回転ジョイント３５５に回転可能に接続されたリンク集合体３５１により、直動ジョイント３５３を介して、上下方向から挟み込まれるように両持ちで支持されている。また、リンクヘッド３０１は、上面部及び下面部に配設された回転ジョイント３５４に回転可能に接続されたリンク集合体３５０により、上下方向から挟み込まれるように両持ちで支持されている。
【００２２】
尚、上記したように、リンクヘッド３０１は、第１のリンク機構（３５１Ａ、３５１Ｂ）により上下対向する位置から両持ち支持され、また、第２のリンク機構（３５０Ａ、３５０Ｂ）により上下対向する位置から両持ち支持されているが、それぞれ上または下方向からの片持ち支持であってもよい。片持ち支持の場合は、リンク３５０Ａ、３５０Ｂ、３５１Ａ、３５１Ｂは後述するような略コの字形状でなくてよい。
【００２３】
リンク集合体３５０，３５１は、リンクヘッド３０１の移動・回動仮想面を水平面とする位置に配置され、リンク３５０Ａ，３５０Ｂ，３５１Ａ，３５１Ｂの重力（ｙ軸）方向寸法が幅広の寸法に設定されている（リンク３５０Ａ，３５０Ｂは、略コの字形状で、３５１Ａ，３５１Ｂと共にｙ軸方向に厚さをもつ板状部材である）。
【００２４】
すなわち、リンク集合体（第１のリンク機構）３５１と、ｙ軸方向において第１のリンク機構の外側に配置されたリンク集合体（第２のリンク機構）３５０とが所定の位置関係で配設されており、リンク集合体（第１のリンク機構）３５１とリンク集合体（第２のリンク機構）３５０との干渉を回避するために、リンク３５０Ａ，３５０Ｂを略コの字形状で形成することで、リンク集合体（第１のリンク機構）３５１とリンク集合体（第２のリンク機構）３５０とが入れ子構造とされている。
【００２５】
ここで、スライダ案内用のレール３６０，３６３は、重力方向に並設され、スライダ３６１，３６２，３６４，３６５を水平方向に案内するように構成されている。リンク３５１Ａ，３５１Ｂのヘッドリンク側端部はリンクヘッド３０１を挟み込むようにして直動ジョイント３５３を介して回転ジョイント３５５に移動・回動可能に連結され、そのレール側端部はスライダ案内用のレール３６３にスライダ３６４，３６５及び回転ジョイント３８３，３８４を介して移動・回動可能に連結されている。また、リンク３５０Ａ，３５０Ｂのヘッドリンク側端部はヘッドリンク３０１に回転ジョイント３５４を介して回動可能に連結され、そのレール側端部はスライダ案内用のレール３６０にスライダ３６１，３６２及び回転ジョイント３８１，３８２を介して移動・回動可能に連結されている。
【００２６】
一方のリンク集合体（第１のリンク機構）３５１は、ヘッドリンク３０１の移動・回動仮想面（リンク集合体３５１が配置される仮想面と平行な仮想面）と平行な仮想面上で揺動可能な２つのリンク３５１Ａ，３５１Ｂを有し、この２つのリンクのｙ軸方向の中心はリンク集合体３５０のｙ軸方向の中心と略一致するよう配設されている。
【００２７】
リンク３５１Ａは、一方側のリンク端部がスライダ案内用のレール３６３にスライダ３６４及び回転ジョイント３８３を介して移動・回動可能に連結され、他方側のリンク端部がリンクヘッド３０１に直動ジョイント３５３及び回転ジョイント３５５を介して移動・回動可能に連結されている。そして、アクチュエータ３５８によってスライダ案内用のレール３６３上を、また直動ジョイント３５３及び回転ジョイント３５５を介してリニアガイド３５２上をそれぞれ移動し得るように構成されている。ここで、回転ジョイント３８３は、ｙ軸と平行な軸線の回りに回転する１自由度のジョイントとして機能する。
【００２８】
リンク３５１Ｂは、一方側のリンク端部がスライダ案内用のレール３６３にスライダ３６５及び回転ジョイント３８４を介して移動・回動可能に連結され、他方側のリンク端部がリンクヘッド３０１に直動ジョイント３５３及び回転ジョイント３５５を介して移動・回動可能に連結されている。そして、アクチュエータ３５９によってスライダ案内用のレール３６３上を移動し、かつリンク３５１Ａ（回転ジョイント３８３）に対して接近・離間し得るように、また直動ジョイント３５３及び回転ジョイント３５５を介してリニアガイド３５２上を移動し得るようにそれぞれ構成されている。ここで、回転ジョイント３８４は、ｙ軸と平行な軸線の回りに回転する１自由度のジョイントとして機能する。
【００２９】
他方のリンク集合体（第２のリンク機構）３５０は、リンクヘッド３０１の移動・回動仮想面と平行な仮想面上で揺動可能な２つのリンク３５０Ａ，３５０Ｂを有している。
【００３０】
リンク３５０Ａは、一方側のリンク端部がベッド１０上におけるスライダ案内用のレール３６０にスライダ３６１及び回転ジョイント３８１を介して移動・回動可能に連結され、他方側のリンク端部が回転ジョイント３５４に回動可能に連結されている。そして、アクチュエータ３５６によってスライダ案内用のレール３６０上を移動し得るように構成されている。ここで、回転ジョイント３８１は、ｙ軸と平行な軸線の回りに回転する１自由度のジョイントとして機能する。
【００３１】
リンク３５０Ｂは、一方側のリンク端部がスライダ案内用のレール３６０にスライダ３６２及び回転ジョイント３８２を介して移動・回動可能に連結され、他方側のリンク端部が回転ジョイント３５４に回動可能に連結されている。そして、アクチュエータ３５７によってスライダ案内用のレール３６０上を移動し、リンク３５０Ａ（回転ジョイント３８１）に対して接近・離間し得るように構成されている。ここで、回転ジョイント３８２は、ｙ軸と平行な軸線の回りに回転する１自由度のジョイントとして機能する。
【００３２】
図３に示すように、リンクヘッド３０１の上面部において、リンクヘッドハウジング３０２には中空部が形成された中空構造の回動軸３９１が固定されている。回転ジョイント３５４は、回動軸３９１、軸受３９２、軸受３９２の内輪間に配置されるスペーサ３９３、および、軸受３９２にプリロードをかけて固定する止輪３９４で構成されている。リンク３５０Ａ、３５０Ｂは、軸受３９２を介して回動軸３９１を中心として回転可能に連結されている。
【００３３】
一方、リンクヘッド３０１の下面部においては、中空部を有しない回動軸３９５がリンクヘッドハウジング３０２に固定され、上面部と同様に、回転ジョイント３５４が、回動軸３９５、軸受３９６、軸受３９６の内輪間に配置されるスペーサ３９７、および、軸受３９６にプリロードをかけて固定する止輪３９８で構成されている。下面部側においても、同様に、リンク３５０Ａ、３５０Ｂは、軸受３９６を介して回動軸３９５を中心として回転可能に連結されている。
【００３４】
リンクヘッド３０１の上面部において、加工ツール５０１を回転駆動するための回転駆動部としてのツール駆動モータ４０１が、回動軸３９１と同心状（同軸）に固定された状態でリンクヘッド３０１の外部に搭載されている。ツール駆動モータ４０１のモータ軸４０２は、その先端部に回転駆動力を伝達するためのテーパ面４０３が形成されており、モータ軸４０２は回動軸３９１の中空部を貫通し、テーパ面４０３は後述するホイール回転主軸２０１のテーパ面２０２と接する構成とされている。
【００３５】
ツール駆動モータ４０１およびモータ軸４０２と直交する方向には、加工ツール５０１を回転駆動するためのホイール回転主軸２０１が軸受４１２を介してリンクヘッドハウジング３０２に回転可能に取付けられている。ホイール回転主軸２０１は、段付き形状とされ、両端を軸受４１２で支持され、止輪４１３で軸受４１２にプリロードをかけた状態で軸方向の固定がされている。また、ホイール回転主軸２０１には、回転駆動力が伝達されるテーパ面２０２が形成され、このテーパ面２０２は、モータ軸４０２のテーパ面４０３と接する位置に所定の角度関係で形成されている。
【００３６】
（工作機械１の加工ツールの回転駆動）
工作機械１がワークＷを加工する場合において、ツール駆動モータ４０１の回転駆動力は、トラクションドライブ方式により加工ツール５０１に伝達される。トラクションドライブ方式は、テーパ面４０３とテーパ面２０２との間における油膜を介した転がりによる動力伝達方式であり、ツール駆動モータ４０１の回転がテーパ面４０３、２０２を介してホイール回転主軸２０１に伝達されて、ホイール回転主軸２０１に装着された砥石軸等の加工ツール５０１は所定の回転数で回転駆動され、ワークＷに種々の加工を施す。尚、ツール駆動モータ４０１からホイール回転主軸２０１への回転駆動力の伝達はこれに限られず、油膜を介さずに摩擦により回転動力を伝達するフリクションドライブ方式や、ギヤ、ベルト等による動力伝達方式であってもよい。
【００３７】
（制御装置３の構成）
制御装置３は、図４に示すように、ＣＰＵ（中央演算処理装置）７１及びメモリ７２・インターフェイス（Ｉ／Ｆ）７３〜７５を備え、直交座標系で与えられるリンクヘッド３０１の移動位置情報に対応する指令値Ｕを機構パラメータＰに基づいてアクチュエータ３５６〜３５９の出力値に変換し、これら各アクチュエータ３５６〜３５９を駆動制御するように構成されている。
【００３８】
（ＣＰＵ７１の構成）
ＣＰＵ７１は、メモリ７２あるいは外部記憶装置７８に記憶された加工プログラムを読み出し解析し、直交座標系で与えられるリンクヘッド３０１の移動位置・姿勢情報を機構パラメータＰに基づき各アクチュエータ３５６〜３５９への駆動指令値に変換してサーボモータユニット８０へ出力する。
【００３９】
（メモリ７２の構成）
メモリ７２には、加工ツール５０１による実加工処理を実行するための加工プログラムや機構パラメータＰ等の各種情報が記憶されている。
【００４０】
（インターフェース７３〜７５の構成）
インターフェース７３には、アクチュエータ（サーボモータ）３５６〜３５９を駆動するサーボモータユニット８０（８１〜８４）が接続されている。サーボモータユニット８１〜８４は、ＣＰＵ７１からの指令値に基づいてアクチュエータ３５６〜３５９をそれぞれ駆動し、これら各アクチュエータ３５６〜３５９のモータ回転検出用エンコーダ３１〜３４からの出力によってフィードバック制御を実行する。インターフェース７４には、加工データ等を入力するためのキーボード（ＫＢ）７６及び加工データや工作機械１の状態等を表示する画像表示装置（ＣＲＴ）７７・加工データを記憶する外部記憶装置７８が接続されている。インターフェース７５には位置センサ３８０が接続されている。
【００４１】
（付属装置の構成）
付属装置は、オイル供給装置・冷却装置・エア供給装置・クーラント供給装置と、これら装置を工作機械本体２に接続するダクト装置等とから構成されている。
【００４２】
（工作機械１のリンクヘッドの動作）
次に、本実施の形態に係る工作機械の動作につき、図５〜図８を用いて説明する。図５は、本発明の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドのｘ軸平行動作を説明するために示す平面図である。図６は、本発明の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドの回動動作を説明するために示す平面図である。図７は、本発明の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドのｘ−ｚ軸平行動作を説明するために示す平面図である。図８は、本発明の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドのｘ−ｚ軸平行・回動動作を説明するために示す平面図である。
【００４３】
（ｘ軸平行動作）
図５に実線で示す初期位置から回転ジョイント３８１，３８２（スライダ３６１，３６２）を同一の移動量ｚ１で互いに離間する方向にスライダ案内用のレール３６０に沿って移動させるとともに、回転ジョイント３８３，３８４（スライダ３６４，３６５）を同一の移動量ｚ２で互いに離間する方向にスライダ案内用のレール３６３に沿って移動させると、加工ツール５０１の回転軸線Ｔを基準線Ｏに合致させた状態でリンクヘッド３０１がｘ軸方向に移動して図５に２点鎖線で示す位置に配置される。移動量ｚ１、ｚ２は、各リンク３５０Ａ，３５０Ｂ，３５１Ａ，３５１Ｂのリンク長（ＲＬ１，ＲＬ２，ＲＬ３，ＲＬ４）から、リンクヘッド３０１がｘ軸方向に移動するように決定される。
【００４４】
（回動動作）
図６に実線で示す初期位置から回転ジョイント３８１，３８２（スライダ３６１，３６２）を、例えば、互いに異なる移動量ｚ１，ｚ２で移動させるとともに、回転ジョイント３８３，３８４（スライダ３６４，３６５）を互いに異なる移動量ｚ３，ｚ４で移動させると、リンクヘッド３０１がｙ軸を中心に時計方向に回動して例えば加工ツール５０１の回転軸線Ｔを基準線Ｏと直角にした状態で図６に２点鎖線で示す位置に配置される。移動量ｚ１〜ｚ４は、各リンク３５０Ａ，３５０Ｂ，３５１Ａ，３５１Ｂのリンク長（ＲＬ１，ＲＬ２，ＲＬ３，ＲＬ４）から、リンクヘッド３０１がｙ軸を中心に時計方向に回動するように決定される。また、反時計方向に回動させることも可能である。
【００４５】
（ｘ−ｚ軸平行動作）
図７に実線で示す初期位置から回転ジョイント３８１，３８２（スライダ３６１，３６２）を互いに異なる移動量ｚ１，ｚ２でそれぞれ移動させるとともに、回転ジョイント３８３，３８４（スライダ３６４，３６５）を互いに異なる移動量ｚ３，ｚ４でそれぞれ移動させると、リンクヘッド３０１が斜方に移動して図７に２点鎖線で示す位置に平行移動して配置される。移動量ｚ１〜ｚ４は、各リンク３５０Ａ，３５０Ｂ，３５１Ａ，３５１Ｂのリンク長（ＲＬ１，ＲＬ２，ＲＬ３，ＲＬ４）から、リンクヘッド３０１が平行移動するように決定される。
【００４６】
（ｘ−ｚ軸平行・回動動作）
図８に実線で示す移動位置から回転ジョイント３８１，３８２（スライダ３６１，３６２）を互いに異なる移動量ｚ１，ｚ２でそれぞれ移動させるとともに、回転ジョイント３８３，３８４（スライダ３６４，３６５）を互いに異なる移動量ｚ３，ｚ４でそれぞれ移動させると、リンクヘッド３０１が斜方に移動するとともに、ｙ軸を中心に時計方向に回動して図８に２点鎖線で示す位置に配置される。この場合、回転ジョイント３８４（スライダ３６５）の移動量ｚ４は、（ｘ−ｚ軸平行動作）の場合における回転ジョイント３８４（スライダ３６５）の移動量ｚ４より大きい移動量に設定されている。また、移動量ｚ１〜ｚ４は、各リンク３５０Ａ，３５０Ｂ，３５１Ａ，３５１Ｂのリンク長（ＲＬ１，ＲＬ２，ＲＬ３，ＲＬ４）から、リンクヘッド３０１が平行移動及び回転移動するように決定される。
【００４７】
このように、本実施の形態においては、リンクヘッド３０１をｘ軸及びｚ軸に沿って移動させるとともに、ｙ軸回りに回動させることにより、リンクヘッド３０１の位置及び姿勢を制御し、左右２つの主軸台１０３によって挟持されたワークＷに対する加工を行うことができる。
【００４８】
この場合、スライダ３６１，３６２，３６４，３６５を位置決めすると、リンクヘッド３０１上の回転ジョイント３５４，３５５の位置がそれぞれ決定されるため、リンクヘッド３０１の移動・回動位置（加工ツール５０１の先端位置）が決定される。このため、リンクヘッド３０１を所望の移動・回動位置に位置決めするには、これら移動・回動位置から特定の演算式（逆変換式）に基づいてスライダ３６１，３６２，３６４，３６５の位置を演算し、これら演算値に対応する位置にスライダ３６１，３６２，３６４，３６５を移動させる。
【００４９】
図９は、本発明の実施の形態に係る工作機械におけるスライダの位置を求める手順を説明するために示す平面図である。特定の逆変換式を用いてスライダ３６１，３６２，３６４，３６５の位置（移動量）を求める手順について説明する。ここで、加工ツール５０１の先端位置の座標を（ｘ，ｚ，Ｂ）とすると、回転ジョイント３５４の座標（ｘ1，ｚ1）及び回転ジョイント３５５の座標（ｘ2，ｚ2）を求めると、次に示すようになる。
【００５０】
【数１】
2009023056.tif 000003
【００５１】
これより、アクチュエータ３５６〜３５９によるスライダ３６１，３６２，３６４，３６５の移動量（アクチュエータの座標）Ｕ＝（Ｕ1，Ｕ2，Ｕ3，Ｕ4）は、次のように求められる。
【００５２】
【数２】
2009023056.tif 000004
【００５３】
なお、スライド原点位置（ＳＬＯ１ｘ，ＳＬＯ１ｚ，ＳＬＯ２ｘ，ＳＬＯ２ｚ，ＳＬＯ３ｘ，ＳＬＯ３ｚ，ＳＬＯ４ｘ，ＳＬＯ４ｚ）及びスライド角度（ＳＬＡ１，ＳＬＡ２，ＳＬＡ３，ＳＬＡ４）・リンク長（ＲＬ１，ＲＬ２，ＲＬ３，ＲＬ４）は、図９に示すようなパラレルメカニズム３００の機構パラメータＰである。但し、本実施例では、上記の一般式において、スライダ３６１，３６２，３６４，３６５は、それぞれスライダ案内用のレール３６０，３６３上を移動する構成としているので、スライド角度（ＳＬＡ１，ＳＬＡ２，ＳＬＡ３，ＳＬＡ４）はゼロである。
【００５４】
このようにして求められるアクチュエータ座標Ｕにスライダ３６１，３６２，３６４，３６５を位置決めすることにより、リンクヘッド３０１の位置及び姿勢、すなわち、（ｘ、ｚ、Ｂ）を制御することができる。この場合、回転ジョイント３５４と回転ジョイント３５５のｘ−ｚ平面での距離Ｌを逆変換式の中で定数としているため、直動ジョイント３５３（図２に示す）はリンクヘッド３０１に対して理論上は変位しない。ところが、現実には、パラレルメカニズム３００を構成する各構成部品の製造誤差，組付誤差あるいは温度変化等の使用環境や長期使用による経年変化等により機構パラメータＰは理論値通りではなく誤差を含むため、直動ジョイント３５３は変位してこれら誤差を吸収する。
【００５５】
本実施の形態においては、リンクヘッドがｘ軸平行動作・ｚ軸平行動作・ｙ軸回りの回動動作を行うことができる。すなわち、リンクヘッド３０１は３自由度をもって動作することが可能である。図１０（ａ）及び（ｂ）は、リンクが３つである場合と比べてリンクが４つである場合の利点について説明するために示す平面図である。リンクヘッド３０１が３自由度の動作を達成するためには、図１０（ａ）に示すように３つのリンク３５０Ａ，３５０Ｂ，３５１Ａをそれぞれ駆動する３つの駆動機構（アクチュエータ）を備えることが必要十分条件である。これに対して、本実施の形態におけるパラレルメカニズム３００は、図１０（ｂ）に示すように４つのリンク３５０Ａ，３５０Ｂ，３５１Ａ，３５１Ｂをそれぞれ駆動する４つの駆動機構（アクチュエータ３５６〜３５９）を備えている。これには冗長な駆動機構が存在する。冗長な駆動機構を備えた他の理由は、パラレルメカニズムの課題である特異点が存在しないためである。冗長な自由度をもたない図１０（ａ）の構成では、Ｕ１軸，Ｕ２軸を固定し、Ｕ３軸がリンクヘッド３０１を回動させようとした場合、２つの回転ジョイント３５４，３５５を結ぶ線分にリンク３５１Ａが整列する状態においてＵ３軸を移動させることができない、いわゆる過可動特異点が存在する。これに対して、本実施の形態においては、図１０（ｂ）に示すように冗長な駆動軸（この状態ではＵ４軸）を有するため、特異点が存在しない。
【００５６】
（本発明の実施の形態の効果）
以上説明した本発明の実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。
【００５７】
（１）加工ツール５０１を回転駆動するためのツール駆動モータ４０１は、回動軸３９１と同心状（同軸）に固定された状態でリンクヘッド３０１の外部に搭載されており、リンクヘッドハウジング３０２の内部に組み込まれたビルトイン型ではない。このため、リンクヘッド３０１は小型形状にできてコンパクトなパラレルメカニズムが可能となり、このパラレルメカニズムを備えた工作機械により、リンクヘッド３０１（加工ツール５０１）の加工時の回転半径が小さくでき、加工範囲の大きな工作機械が可能となる。
（２）ツール駆動モータ４０１の回転駆動力は、トラクションドライブ方式により加工ツール５０１に伝達される構成としているので、加工精度および加工動力に優れた工作機械が可能となる。
（３）請求項５に記載した構成、すなわち、リンクヘッド３０１を回転ジョイント３５４および回転ジョイント３５５によりそれぞれ上下対向する位置から両持ち支持する構成としているので、ツール駆動モータ４０１をリンクヘッド３０１の外部に搭載していても剛性に優れたパラレルメカニズムを備えた工作機械が可能となる。
【００５８】
以上、本発明の工作機械を上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。
【００５９】
（１）実施の形態では、リンク３５０Ａ，３５０Ｂ，３５１Ａ，３５１Ｂが水平面内で移動する構成としたが、上記示したパラレルメカニズム３００全体を傾け、リンク３５０Ａ，３５０Ｂ，３５１Ａ，３５１Ｂが垂直面内で移動する構成としてもよい。
【００６０】
（２）実施の形態では、各スライダ案内用のレール３６０，３６５をｙ軸方向のみならずｘ軸方向にも離間させて平行に配置する場合について説明したが、本発明はｘ軸方向には離間させる必要はなく、ベッド１０（立ち上がり部）の同一平面状に両スライダ案内用のレール３６０，３６５を取り付けるようにしてもよい。
【００６１】
（３）実施の形態では、砥石又はエンドミルを加工ツール５０１とする工作機械１に適用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば旋削用電着ホイール等の旋削工具あるいはレーザ焼入れヘッド等の熱処理工具・表面仕上げ工具等を加工ツールとする他の工作機械に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る工作機械の全体を説明するために示す平面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る工作機械の要部を説明するために示す斜視図である。
【図３】図３は、図２におけるリンクヘッド部分のＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る工作機械の制御装置を説明するために示すブロック図である。
【図５】図５は、本発明の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドのｘ軸平行動作を説明するために示す平面図である。
【図６】図６は、本発明の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドの回動動作を説明するために示す平面図である。
【図７】図７は、本発明の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドのｘ−ｚ軸平行動作を説明するために示す平面図である。
【図８】図８は、本発明の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドのｘ−ｚ軸平行・回動動作を説明するために示す平面図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態に係る工作機械におけるスライダの位置を求める手順を説明するために示す平面図である。
【図１０】図１０（ａ）及び（ｂ）は、リンクが３つである場合と比べてリンクが４つである場合の利点について説明するために示す平面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１…工作機械
２…工作機械本体
３…制御装置
１０…ベッド
１０Ａ…立ち上がり部
３１〜３４…モータ回転検出用エンコーダ
７１…ＣＰＵ
７２…メモリ
７３〜７５…インターフェース
７６…キーボード
７７…画像表示装置
７８…外部記憶装置
８０〜８４…サーボモータユニット
１００…ワーク支持駆動ユニット
１０１…主軸台ベース
１０２…主軸台スライドガイド
１０３…主軸台
１０４…主軸駆動モータ
１０５…主軸
２００…ホイール回転主軸ユニット
２０１…ホイール回転主軸
３００…パラレルメカニズム
３０１…リンクヘッド
３０２…リンクヘッドハウジング
３５０，３５１…リンク集合体
３５０Ａ，３５０Ｂ，３５１Ａ，３５１Ｂ…リンク
３５２…リニアガイド
３５３…直動ジョイント
３５３Ａ…被検出部
３５４，３５５，３８１〜３８４…回転ジョイント
３５６〜３５９…アクチュエータ
３６０，３６３…スライダ案内用のレール
３６１，３６２，３６４，３６５…スライダ
３７１…直動ジョイント軸
３７２、３９２、３９６、４１２…軸受
３７３、３９３、３９７…スペーサ
３７４、３９４、３９８、４１３…止輪
３８０…位置センサ
３９１、３９５…回動軸
４０１…ツール駆動モータ
４０２…モータ軸
４０３，２０２…テーパ面
５０１…加工ツール
Ｏ…基準線
Ｔ…回転軸線
Ｗ…ワーク
【図１】
2009023056.tif 000005
【図２】
2009023056.tif 000006
【図３】
2009023056.tif 000007
【図４】
2009023056.tif 000008
【図５】
2009023056.tif 000009
【図６】
2009023056.tif 000010
【図７】
2009023056.tif 000011
【図８】
2009023056.tif 000012
【図９】
2009023056.tif 000013
【図１０】
2009023056.tif 000014