(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の直動方向に沿って移動自在に案内される可動部材と、前記直動方向に沿って回転自在に設けられ、前記可動部材に螺合するねじ部が外周に形成された送り軸と、前記送り軸を回転させる駆動手段と、を備え、前記送り軸の回転により前記可動部材を直動方向に移動させる直動装置であって、
前記送り軸の一端部を回転自在に保持し、かつ、当該送り軸の軸方向の移動が規制されている第１の軸受手段と、
前記送り軸の他端部に前記軸方向において固定された転がり軸受と、前記転がり軸受を保持し、かつ前記軸方向に移動可能に支持されたハウジング部材とを有し、前記送り軸の他端部を回転自在に保持し、かつ、当該送り軸の伸縮に応じて前記軸方向に移動可能な第２の軸受手段と、
前記第２の軸受手段の前記軸方向の移動を拘束し、かつ、当該移動の拘束を任意に解放可能なクランプ手段と、
前記ハウジング部材が前記軸方向に移動自在に嵌合する挿入孔が形成された軸受支持部材と、
前記第２の軸受手段を前記送り軸の熱膨張による伸びの方向に向けて所定の力で弾性的に付勢する付勢手段と
を有する直動装置。
【請求項２】
前記クランプ手段は、前記ハウジング部材と連結され、かつ、前記送り軸と同心に配設された連結軸と、
前記連結軸の外周面を締結して前記ハウジング部材の前記軸方向の移動を拘束し、当該連結軸の外周面の締結を解放して前記ハウジング部材の前記軸方向の移動を許容するクランパと
を備える請求項１に記載の直動装置。
【請求項３】
前記クランパは、前記連結軸が挿入される挿入孔が形成された支持部材と、
前記支持部材の挿入孔内に設けられ前記連結軸が嵌合挿入されるスリーブ部材と、
前記支持部材に形成された供給孔を通じて前記スリーブ部材の外周に油圧を供給する油圧供給部と
を有する請求項２に記載の直動装置。
【請求項４】
前記クランパは、前記油圧の供給により前記スリーブと前記連結軸との間に発生する摩擦力によって前記連結軸の前記軸方向の移動を拘束する
請求項３に記載の直動装置。
【請求項５】
前記付勢手段は、前記連結軸の解放側端部を前記送り軸の熱膨張による伸びの方向に所定の力で弾性的に付勢する弾性部材を有する
請求項１〜４のいずれかに記載の直動装置。
【請求項６】
前記駆動手段および前記クランプ手段を駆動制御する制御手段をさらに有し、
前記制御手段は、前記駆動手段の駆動時には前記第２の軸受手段の前記軸方向の移動を拘束するように前記クランプ手段を制御し、前記駆動手段の非駆動時に当該拘束を一時的に解放するように前記クランプ手段を制御する
請求項１〜５のいずれかに記載の直動装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記駆動手段および前記クランプ手段の動作を規定している予め用意されたプログラムを解析処理し、前記駆動手段および前記クランプ手段を駆動制御する制御指令を生成するプログラム解析処理部を有している
請求項６に記載の直動装置。
【請求項８】
前記駆動手段は、前記送り軸の一端部に接続されたサーボモータを有する
請求項１〜７のいずれかに記載の直動装置。
【請求項９】
前記送り軸の伸び量を検出する伸び量検出手段と、
検出された前記伸び量に基づいて前記可動部材の位置を補正する制御指令を前記駆動手段に出力する補正手段をさらに有する
請求項１〜８のいずれかに記載の直動装置。
【請求項１０】
所定の直動方向に沿って移動自在に案内される可動部材と、前記直動方向に沿って回転自在に設けられ、前記可動部材に螺合するねじ部が外周に形成された送り軸と、前記送り軸を回転させる駆動手段と、前記送り軸の一端部を回転自在に保持し、かつ、当該送り軸の軸方向の移動が規制されている第１の軸受手段と、前記送り軸の他端部に前記軸方向において固定された転がり軸受と、前記転がり軸受を保持し、かつ前記軸方向に移動可能に支持されたハウジング部材とを有し、前記送り軸の他端部を回転自在に保持し、かつ、当該送り軸の伸縮に応じて前記軸方向に移動可能な第２の軸受手段と、前記第２の軸受手段の前記軸方向の移動を拘束し、かつ、当該移動の拘束を任意に解放可能なクランプ手段と、前記ハウジング部材が前記軸方向に移動自在に嵌合する挿入孔が形成された軸受支持部材と、前記第２の軸受手段を前記送り軸の熱膨張による伸びの方向に向けて所定の力で弾性的に付勢する付勢手段とを有する直動装置の駆動制御方法であって、
前記クランプ手段によって前記軸方向の移動を拘束するステップと、
前記軸方向の移動が拘束された状態において、前記駆動手段によって前記可動部材を駆動するステップと、
前記可動部材が停止状態において、前記クランプ手段によって前記軸方向の移動の拘束を一時的に解放するステップと
を有する直動装置の駆動制御方法。
【請求項１１】
前記直動装置は、前記駆動手段および前記クランプ手段の動作を規定している予め用意されたプログラムを解析処理し、前記駆動手段および前記クランプ手段を駆動制御する制御指令を生成する制御手段をさらに備えており、
前記プログラムにおいて前記各ステップの動作を規定して、前記各ステップを実行する
請求項１０に記載の直動装置の駆動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、工作機械に適用され、回転運動を直線運動に変換してテーブル等の可動部材を直動させる直動装置およびその駆動制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、工作機械においては、ワークを設置するテーブルや工具を保持する加工ヘッド等を直動させる直動装置には、送り軸にいわゆるボールねじを用い、このボールねじをテーブルや加工ヘッドの一部に螺合させ、ボールねじの回転運動を直線運動に変換してテーブルや加工ヘッドを直動させるものが多用されている。
上記のような直動装置におけるボールねじは、両端部が転がり軸受によって回転自在に保持されており、また、ボールねじの一端にはサーボモータが接続されている。このサーボモータの駆動制御により、任意の位置にテーブルや加工ヘッドを位置決め制御する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような直動装置においては、たとえば、ボールねじを駆動する回転速度が速くなると、摩擦によってボールねじの温度が上昇し、ボールねじが熱膨張して全長が伸びる。
一方、上述したようにボールねじの両端部は、転がり軸受によって回転自在に保持されているが、この転がり軸受はボールねじの軸方向に関しては固定されている。このため、ボールねじが熱膨張によって伸びると、これら転がり軸受には熱膨張による軸方向の力が印加される。
たとえば、転がり軸受に作用する軸方向の力が定格負荷を越えるほど大きくなると、転がり軸受が破損したり、サーボモータの回転負荷が増大してサーボモータが過剰に発熱したりするという不具合が発生しやすい。
【０００４】
従来においては、このような不具合の発生を防止するための方法として、たとえば、ボールねじ内に貫通孔を形成してこの貫通孔に冷却用の油を供給してボールねじの発熱を抑制していたが、この方法では構造が複雑となり、また、装置のコストが上昇するという不利益が存在した。特に、工作機械における切削送り速度を高めたいという要求に応えるためには、ボールねじを直接冷却して転がり軸受へのストレスを緩和する方法では限界がある。
【０００５】
本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであって、送り軸の熱膨張による不具合の発生が防止された直動装置およびその駆動制御方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の直動装置は、所定の直動方向に沿って移動自在に案内される可動部材と、前記直動方向に沿って回転自在に設けられ、前記可動部材に螺合するねじ部が外周に形成された送り軸と、前記送り軸を回転させる駆動手段と、を備え、前記送り軸の回転により前記可動部材を直動方向に移動させる直動装置であって、前記送り軸の一端部を回転自在に保持し、かつ、当該送り軸の軸方向の移動が規制されている第１の軸受手段と、前記送り軸の他端部に前記軸方向において固定された転がり軸受と、前記転がり軸受を保持し、かつ前記軸方向に移動可能に支持されたハウジング部材とを有し、前記送り軸の他端部を回転自在に保持し、かつ、当該送り軸の伸縮に応じて前記軸方向に移動可能な第２の軸受手段と、前記第２の軸受手段の前記軸方向の移動を拘束し、かつ、当該移動の拘束を任意に解放可能なクランプ手段と、前記ハウジング部材が前記軸方向に移動自在に嵌合する挿入孔が形成された軸受支持部材と、前記第２の軸受手段を前記送り軸の熱膨張による伸びの方向に向けて所定の力で弾性的に付勢する付勢手段とを有する。
【０００９】
前記クランプ手段は、前記ハウジング部材と連結され、かつ、前記送り軸と同心に配設された連結軸と、前記連結軸の外周面を締結して前記ハウジング部材の前記送り軸方向の移動を拘束し、当該連結軸の外周面の締結を解放して前記ハウジング部材の前記送り軸方向の移動を許容するクランパとを備える。
【００１０】
前記クランパは、前記連結軸が挿入される挿入孔が形成された支持部材と、前記支持部材の挿入孔内に設けられ前記連結軸が嵌合挿入されるスリーブ部材と、前記支持部材に形成された供給孔を通じて前記スリーブ部材の外周に油圧を供給する油圧供給部とを有する。
【００１１】
前記クランパは、前記油圧の供給により前記スリーブと前記連結軸との間に発生する摩擦力によって前記連結軸の前記送り軸方向の移動を拘束する。
【００１２】
好適には、前記付勢手段は、前記連結軸の解放側端部を前記送り軸の熱膨張による伸びの方向に所定の力で弾性的に付勢する弾性部材を有する。
【００１３】
また、本発明の直動装置は、前記駆動手段および前記クランプ手段を駆動制御する制御手段をさらに有し、前記制御手段は、前記駆動手段の駆動時には前記第２の軸受手段の前記送り軸方向の移動を拘束するように前記クランプ手段を制御し、前記駆動手段の非駆動時に当該拘束を一時的に解放するように前記クランプ手段を制御する。
【００１４】
好適には、前記制御手段は、前記駆動手段および前記クランプ手段の動作を規定している予め用意されたプログラムを解析処理し、前記駆動手段および前記クランプ手段を駆動制御する制御指令を生成するプログラム解析処理部を有している。
【００１５】
前記駆動手段は、前記送り軸の一端部に接続されたサーボモータを有する。
【００１６】
さらに、本発明の直動装置は、前記第２の軸受手段の前記送り軸方向の変位量を検出する変位量検出手段と、検出された前記変位量に基づいて前記可動部材の位置を補正する制御指令を前記駆動手段に出力する補正手段をさらに有する。
【００１７】
本発明の直動装置の駆動制御方法は、所定の直動方向に沿って移動自在に案内される可動部材と、前記直動方向に沿って回転自在に設けられ、前記可動部材に螺合するねじ部が外周に形成された送り軸と、前記送り軸を回転させる駆動手段と、前記送り軸の一端部を回転自在に保持し、かつ、当該送り軸の軸方向の移動が規制されている第１の軸受手段と、前記送り軸の他端部に前記軸方向において固定された転がり軸受と、前記転がり軸受を保持し、かつ前記軸方向に移動可能に支持されたハウジング部材とを有し、前記送り軸の他端部を回転自在に保持し、かつ、当該送り軸の伸縮に応じて前記軸方向に移動可能な第２の軸受手段と、前記第２の軸受手段の前記軸方向の移動を拘束し、かつ、当該移動の拘束を任意に解放可能なクランプ手段と、前記ハウジング部材が前記軸方向に移動自在に嵌合する挿入孔が形成された軸受支持部材と、前記第２の軸受手段を前記送り軸の熱膨張による伸びの方向に向けて所定の力で弾性的に付勢する付勢手段とを有する直動装置の駆動制御方法であって、前記クランプ手段によって前記軸方向の移動を拘束するステップと、前記軸方向の移動が拘束された状態において、前記駆動手段によって前記可動部材を駆動するステップと、前記可動部材が停止状態において、前記クランプ手段によって前記軸方向の移動の拘束を一時的に解放するステップとを有する。
【００１８】
前記直動装置は、前記駆動手段および前記クランプ手段の動作を規定している予め用意されたプログラムを解析処理し、前記駆動手段および前記クランプ手段を駆動制御する制御指令を生成する制御手段をさらに備えており、前記プログラムにおいて前記各ステップの動作を規定して、前記各ステップを実行する。
【００１９】
本発明では、送り軸の軸端部を回転自在に保持している第１および第２の軸受手段のうち、第１の軸受手段は送り軸の軸方向に移動が規制されており、第２の軸受手段は送り軸の軸方向に移動可能になっている。
クランプ手段は、軸方向に移動可能になっている第２の軸受手段の軸方向の移動を拘束している。
送り軸が熱膨張して伸びると、第２の軸受手段は送り軸の伸びに応じて軸方向に移動しようとするが、クランプ手段によって拘束されているため、第１および第２の軸受手段には送り軸からの応力が作用する。
このため、本発明ではクランプ手段による第２の軸受手段の拘束を解放する。第２の軸受手段は、拘束が解放されると軸方向に移動し、第１および第２の軸受手段が送り軸から受ける軸方向の力は解消または軽減される。
【００２０】
また、本発明では、送り軸に熱膨張による応力が発生している場合には、クランプ手段による第２の軸受手段の拘束を解放すると、送り軸が伸びる。送り軸が伸びると、送り軸に螺合している可動部材も変位するため、可動部材の位置が所定の位置からずれてしまう。
このため、本発明では、伸び量検出手段によって送り軸の伸び量を検出し、この伸び量に基づいて補正手段で補正指令を生成して可動部材の位置を補正する。
【００２１】
さらに、本発明では、付勢手段によって第２の軸受手段を送り軸方向に予め付勢しているため、送り軸に熱膨張による応力が発生した状態でクランプ手段による拘束を解放すると、第２の軸受手段は送り軸からのストレスが発生した応力を解消する位置まで確実に移動する。
【００２２】
【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。
第１実施形態
図１は、本発明の直動装置が適用される工作機械の一例を示す構成図である。
図１に示す工作機械は、いわゆる門型のマシニングセンタであって、門型のコラム３８の各軸によって両端部を移動可能に支持されたクロスレール３７に、クロスレール３７上を移動可能に支持されたサドル４４を介してラム４５が鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動可能に設けられている。
【００２３】
サドル４４には、水平方向にクロスレール３７内を通じて図示しないねじ部が形成されており、これに外周にねじ部が形成された送り軸４１が螺合している。
送り軸４１の一端部には、サーボモータ８７が接続されており、送り軸４１はサーボモータ８７によって回転駆動される。
送り軸４１の回転駆動によって、サドル４４はＹ軸方向に移動可能となり、これによってラム４５のＹ軸方向の移動および位置決めが行われる。
【００２４】
さらに、サドル４４には、鉛直方向に方向に図示しないねじ部が形成されており、これに外周にねじ部が形成された送り軸４２がねじ込まれている。送り軸４２の端部には、サーボモータ８８が接続されている。
サーボモータ８８によって送り軸４２が回転駆動され、これによりサドル４４に移動可能に設けられたラム４５のＺ軸方向の移動および位置決めが行われる。
【００２５】
ラム４５内には、主軸モータ３１が内蔵され、主軸モータ３１は、ラム４５の先端に設けられるエンドミルなどの工具Ｔを回転駆動する。
ラム４５の下方には、テーブル３５がＸ軸方向に移動可能に設けられている。テーブル３５には、図示しないねじ部が形成されており、これにＸ軸方向に沿って設けられた図示しない送り軸が螺合しており、この図示しない送り軸にサーボモータ８６が接続されている。
テーブル３５は、サーボモータ８６の回転駆動によってＸ軸方向の移動および位置決めが行われる。
【００２６】
また、２本の門型コラム３８には、図示しないねじ部がそれぞれ形成されており、これに螺合する送り軸３２ａをクロスレール昇降用モータ８９によって回転駆動することによりクロスレール３７は昇降する。
【００２７】
上記のサーボモータ８６、８７、８８およびクロスレール昇降用モータ８９の駆動制御は、ＮＣ装置９１によって行われる。
さらに、工具Ｔは自動工具交換装置（ＡＴＣ）３９によって種々のものに交換可能になっており、各種アタッチメントの交換も自動交換装置（ＡＡＣ）４０によって種々のものに交換可能になっている。
【００２８】
図２は、本発明の直動装置の一実施形態の構成を示す平面図である。なお、本実施形態では、本発明の直動装置を上記したマシニングセンタのクロスレール３７に移動自在に設けられたサドル４４の直動に適用した場合について説明する。
【００２９】
図２において、直動装置１は、上記したマシニングセンタのクロスレール３７に形成された平行な２条のレール部３７ａに移動自在に保持されたサドル４４と、前記レール部３７ａに平行に配設された送り軸４１と、送り軸４１の一端側を回転自在に保持する第１の軸受部２と、送り軸４１の他端部を回転自在に保持する第２の軸受部１１と、送り軸４１の一端側に接続されたサーボモータ８７と、送り軸４１の一端側に設けられたクランプ機構部５１と、ＮＣ装置９１と、制御弁９６と、油圧ポンプＰとから基本的に構成されている。
【００３０】
サドル４４には、ナット部材４５が固定されており、このナット部材４５は送り軸４１のねじ部に螺合するねじ部を備えている。したがって、送り軸４１が回転することにより、サドル４４は図２に示し矢印Ａ１またはＡ２方向に移動する。
なお、サドル４４およびナット部材４５によって本発明の可動部材を構成している。
【００３１】
第１の軸受部２は、送り軸４１の一端部を回転自在に保持しており、第１の軸受部２はクロスレール３７に固定されている。したがって、送り軸４１の軸方向の移動、すなわち、矢印Ａ１およびＡ２方向の移動が規制されている。
第１の軸受部２は、具体的には、たとえば、送り軸４１の一端部に挿入され固着された転がり軸受と、この転がり軸受を固定し保持するハウジング部材とからなり、このハウジング部材がクロスレール３７に固定されている。
転がり軸受は、送り軸４１の一端部に挿入され送り軸４１に固定される内輪と、内輪の外周に設けられハウジング部材に固定される外輪と、これら内輪と外輪との間に設けられるボール等の転動体から構成されている。
このため、送り軸４１は、第１の軸受部２の有する転がり軸受およびハウジング部材に対して軸方向に移動できない。
なお、第１の軸受部２の構造は周知の構造であり、詳細については説明を省略する。
【００３２】
第２の軸受部１１は、送り軸４１の他端部を回転自在に保持し、かつ、送り軸４１の伸縮に応じて軸方向、すなわち、矢印Ａ１およびＡ２方向に移動可能となっている。なお、第２の軸受部１１は本発明の第２の軸受手段の一具体例に対応している。
【００３３】
クランプ機構部５１は、第２の軸受部１１の矢印Ａ１およびＡ２で示す軸方向の移動を拘束し、かつ、移動の拘束を任意に解放可能となっている。なお、クランプ機構部５１は、本発明のクランプ手段の一具体例に対応している。
【００３４】
図３は、図２に示した直動装置１の第２の軸受部１１およびクランプ機構部５１を拡大して示した断面図である。
図３において、第２の軸受部１１は、転がり軸受１２、１３、１４および１５と、ハウジング部材１８とを備えている。
【００３５】
ハウジング部材１８は、転がり軸受１２、１３、１４および１５が嵌合する嵌合孔１８ｂを有する円筒状の部材からなる。
ハウジング部材１８の外周面１８ｃは、クロスレール３７に固定された支持部材３８の挿入孔３８ａに嵌合しており、ハウジング部材１８は送り軸４１の軸方向に支持部材３８によって移動可能に支持されている。
【００３６】
また、ハウジング部材１８の外周には、潤滑油供給ポート１９が設けられている。この潤滑油供給ポート１９は、ハウジング部材１８の外周から嵌合孔１８ｂ内に突出する突出部１８ｄに連通するように形成された潤滑油供給路１８ｄに接続されている。この潤滑油供給ポート１９から潤滑油を供給することにより、潤滑油供給路１８ｄを通じてハウジング部材１８の嵌合孔１８ｂに潤滑油が供給される。
【００３７】
転がり軸受１２および１５は、内輪と外輪との間に玉からなる転動体が挟まれたラジアル軸受である。これら転がり軸受１２および１５の内輪は、送り軸４１のねじ部の非形成部分である端部４１ｂにそれぞれ嵌合挿入されている。転がり軸受１２および１５の外輪は、ハウジング部材１８の嵌合孔１８ｂに嵌合挿入されている。
転がり軸受１３および１４は、送り軸４１のねじ部の非形成部分である端部４１ｂにそれぞれ嵌合挿入されており、これら転がり軸受１３および１４は、２つの輪体にころが挟まれたスラスト軸受である。
【００３８】
転がり軸受１２、１３、１４および１５のそれぞれ間には、カラー部材１６，１７およびハウジング部材１８の嵌合孔１８ｂ内に突出する突出部１８ｄが介在している。
転がり軸受１２のカラー部材１６と当接する端面と反対側の端面は、送り軸４１の端部に形成された段差部４１ａの端面に当接しており、転がり軸受１２は送り軸４１方向の移動が規制されている。
送り軸４１の先端部には、ねじ部４１ｃが形成されており、このネジ部４１ｃには、転がり軸受１５の端面と当接するカラー部材２０を介してナット部材２１が螺合されており、このナット部材２１によって、転がり軸受１５の送り軸４１の先端部からの抜け止めがなされている。
転がり軸受１２、１３、１４および１５は、送り軸４１の端部に形成された段差部４１ａとナット部材２１との挟まれることによって、送り軸４１の軸方向に対して固定されている。
【００３９】
図３において、クランプ機構部５１は、連結軸６０と、クランパ５２と、付勢機構部７１とから構成されている。
なお、付勢機構部７１は本発明の付勢手段を構成している。
【００４０】
連結軸６０は、円柱状の部材から構成されており、第２の軸受部１１側の先端部にハウジング部材１８の嵌合孔１８ｂに嵌合する嵌合部６０ｂと、ハウジング部材１８との連結のためのフランジ部６０ａとを備えており。
連結軸６０の嵌合部６０ｂをハウジング部材１８の嵌合孔１８ｂに嵌合することで、送り軸４１の中心軸と連結軸６０の中心軸は一致するようになっている。
また、連結軸６０のフランジ部６０ａは、ボルト部材６３によってハウジング部材１８に連結されている。
【００４１】
連結軸６０のフランジ部６０ａ側とは反対側の端部は、大径部６０ｃとなっており、この大径部６０ｃはクランパ５２に挿入されている。
このクランパ５２は、連結軸６０の大径部６０ｃの周面を締結してハウジング部材１８の送り軸４１の方向の移動を拘束し、連結軸６０の大径部６０ｃの周面の締結を解放してハウジング部材１８の送り軸方向の移動を許容するように機能する。
【００４２】
クランパ５２は、支持部材５３と、スリーブ部材５５とを備えており、支持部材５３はクロスレール３７に固定されている。
この支持部材５３には、連結軸６０が挿入される挿入孔５３ａが形成されているとともに、外側には油圧供給ポート５３ｂが設けられている。
油圧供給ポート５３ｂは、支持部材５３内に形成された油路５３ｃによって挿入孔５３ａ内と連通している。
【００４３】
スリーブ部材５５は、円筒状の部材からなり、支持部材５３の挿入孔５３ａに挿入されており、内周に連結軸６０の大径部６０ｃが嵌合挿入されている。
スリーブ部材５５の外周面には、周方向に沿って溝部５５ａが形成されており、この溝部５５ａに油路５３ｃを通じて高圧の油が供給される。
また、スリーブ部材５５の溝部５５ａの両端部には、Ｏリング５６がはめ込まれており、溝部５５ａと支持部材５３の挿入孔５３ａとの間をシーリングしている。
スリーブ部材５５の一端側は、支持部材５３の挿入孔５３に形成された段部によって挿入孔５３からの抜け止めがなされており、他端側は連結軸６０に嵌合されたカラー部材５７を介して支持部材５３にボルト５９によって固定されたスリーブ押え部材５８によって抜け止めがなされている。
【００４４】
また、クランパ５２に挿入された連結軸６０の端面６０ｄとスリーブ押え部材５８との間には、連結軸６０の軸方向の移動を許容するように所定量の隙間Ｓが形成されている。
【００４５】
上記構成のクランパ５２は、油圧供給ポート５３ｂを通じてスリーブ部材５５の溝部５５ａに供給された油の油圧によって、スリーブ部材５５が弾性変形して連結軸６０の大径部６０ｃの周面をクランプする。すなわち、スリーブ部材５５の弾性変形によって、スリーブ部材５５内周面と連結軸６０の大径部６０ｃの周面との間に摩擦力が発生し、この摩擦力によって連結軸６０の大径部６０ｃの周面を締結し、連結軸６０の送り軸４１方向の移動を拘束する。
クランパ５２は、溝部５５ａへの油圧の供給を停止すれば、連結軸６０の大径部６０ｃの周面の締結を解放してハウジング部材１８の送り軸方向の移動を許容する。
【００４６】
クランパ５２の油圧供給ポート５３ｂへの油の供給は、上記した油圧ポンプＰによって行われ、油圧の圧力の調整および供給、遮断の制御を上記の制御弁９６によって行う。
【００４７】
付勢機構部７１は、本発明の弾性部材としての皿ばね７３と、皿ばね押え部材７２とを備えており、皿ばね押え部材７２は、スリーブ押え部材５８の中心部に形成された挿入孔５８ａを通じてボルト７６によって連結軸６０の端面６０ｄに連結されている。
また、連結軸６０の端面６０ｄとこれに対向する皿ばね押え部材７２の端面との間には所定の厚さの座金部材７７が介在している。
【００４８】
皿ばね７３は、皿ばね押え部材７２の外周に挿入されており、皿ばね押え部材７２のフランジ部７２ａとスリーブ押え部材５８との間で圧縮されている。
すなわち、皿ばね７３は、皿ばね押え部材７２のフランジ部７２ａとスリーブ押え部材５８との間で圧縮されることにより、弾性力を発生して連結軸６０を送り軸４１が矢印Ａ２の方向、すなわち、熱膨張により伸びる向きに付勢している。
皿ばね７３の弾性力は、座金部材７７の厚さを調整することで、任意に調整することができる。
【００４９】
図４は、上記のＮＣ装置９１の構成を示す構成図である。
図４において、ＮＣ装置９１はＮＣプログラム解析処理・指令分配部９２と、サーボ制御部９３と、サーボドライバ９４と、クランパ駆動制御部９５とを備えている。なお、ＮＣ装置９１は本発明の制御手段を構成しており、ＮＣプログラム解析処理・指令分配部９２は本発明のプログラム解析処理部を構成している。
なお、図４において図示しないが、ＮＣ装置９１はサーボモータ８７を駆動制御するサーボ制御部９３およびサーボドライバ９４以外にも上記した他のサーボモータを駆動制御するサーボ制御部およびサーボドライバを備えている。
【００５０】
ＮＣプログラム解析処理・指令分配部９２は、例えば、マシニングセンタにおいてワークを加工する工具の軌跡データなどを所定の言語でプログラミング化した予め用意されたＮＣプログラミングを解析（解読）処理して軌跡データを各制御軸の移動すべき位置指令に変換し、これを各制御軸に分配する。
また、ＮＣプログラム解析処理・指令分配部９２は、上記のＮＣプログラミングにおいて規定されたクランパ５２の動作を解析処理し、所定の制御指令に変換してクランパ駆動制御部９５に出力する。
【００５１】
サーボ制御部９３は、位置ループ、速度ループおよび電流ループから構成されており、位置ループは、たとえば、ＮＣプログラム解析処理・指令分配部９２からの位置指令（移動量）を受けて、この移動量とサーボモータ８７の回転位置を検出する回転位置検出器８７ａからの位置フィードバック信号との偏差に比例動作を施して、これを速度ループに対する速度指令として出力する。
速度ループは、たとえば、前記速度指令と回転位置検出器８７ａからの位置フィードバック信号のサンプリング時間毎の差分値（速度フィードバック信号）との偏差に比例動作および積分動作を施してトルク指令とし、これを電流ループに出力する。
電流ループは、たとえば、サーボモータ８７の駆動電流から換算したサーボモータ８７の出力トルク信号と上記トルク指令との偏差に比例動作を施して電流指令とし、これをサーボドライバ９４に所定の電気信号に変換して出力する。
【００５２】
サーボドライバ９４は、サーボ制御部９３からの電流指令を増幅した駆動電流をサーボモータ８７に出力する。
サーボモータ８７は駆動電流に応じて駆動され、サーボモータ８７に備わった回転位置検出器８７ａはサーボモータ８７の回転量に応じた検出パルスをサーボ制御部９３に対して出力する。
回転位置検出器８７ａとしては、例えば、光学的に回転量を検出するオプチカルエンコーダや磁気的に回転量を検出するレゾルバ等を用いることができる。
【００５３】
クランパ駆動制御部９５は、ＮＣプログラム解析処理・指令分配部９２から入力された指令に応じて、クランパ９５への油圧の供給および遮断を制御する制御信号やクランパ９５へ供給される油圧を調整する制御信号を制御弁９６の駆動回路に出力する。
【００５４】
次に、上記構成の直動装置１の第２の軸受部１１およびクランプ機構部５１の動作の一例について図５〜図８を参照して説明する。なお、図５および図６はそれぞれクランプ状態にある直動装置のクランプ機構部５１および第２の軸受部１１の状態を示す断面図であり、図７および図８はそれぞれ解放状態にある直動装置のクランプ機構部５１および第２の軸受部１１の状態を示す断面図である。
まず、図５に示すように、クランパ５３の油圧供給ポート５３ｂからスリーブ部材５５の溝部５５ａに油圧を供給すると、連結軸６０の大径部６０ｃの周面はスリーブ部材５５との間の摩擦力によりクランプされ、連結軸６０は軸方向の移動が拘束される。
【００５５】
この状態から、送り軸４１を回転させてサドル４４を駆動する。サドル４４を往復動させているうちに、送り軸４１は、これに螺合するサドル４４のナット部材４５との間の摩擦により発生する熱によって熱膨張し、軸方向に伸びようとする。
このとき、連結軸６０がクランプされているため、ハウジング部材１８も軸方向の移動が拘束されており、このため、送り軸４１は伸びることができず、たとえば、図６に示すように、第２の軸受部１１の転がり軸受１３には、転がり軸受１２の内輪を会して、送り軸４１の段差部４１ａからの力Ｆが直接作用する。第１の軸受部２の転がり軸受にも同様の力が作用する。
送り軸４１が熱膨張により第２の軸受部１１が力Ｆを受けると、この負荷によりサーボモータ８７の負荷も増大する。
【００５６】
このような状態において、クランパ５３の油圧供給ポート５３ｂへの油圧の供給を停止する。クランパ５３の油圧供給ポート５３ｂへの油圧の供給を停止すると、連結軸６０はクランパ５３によるクランプが解放される。
連結軸６０の軸方向の移動の拘束が解放されると、たとえば、図７に示すように、送り軸４１の伸長によって連結軸６０はクランパ５２に対して矢印Ａ２で示す軸方向に変位する。
図７からわかるように、連結軸６０の端面６０ｄとこれに対向するスリーブ押え部材５８の面との間の隙間Ｓは図５に比較して狭くなっている。
【００５７】
連結軸６０の軸方向の移動の拘束が解放されると、送り軸４１が伸びるため、図８に示すように、転がり軸受１２、１３、１４および１５を保持しているハウジング部材１８は、クロスレール３７に固定された支持部材３８に対して矢印Ａ２で示す軸方向に移動する。
すなわち、ハウジング部材１８は支持部材３８の挿入孔３８ａに移動自在に嵌合しているため、ハウジング部材１８はこの挿入孔３８ａ案内されて移動する。
【００５８】
ハウジング部材１８が矢印Ａ２の軸方向に移動して送り軸４１が伸びると、送り軸４１の段差部４１ａから転がり軸受１２を介して１３に作用していた力Ｆが解消される。
この送り軸４１が伸びる動作の際には、連結軸６０は皿ばね７３の弾性力によって矢印Ａ２の軸方向、すなわち、送り軸４１が伸びる方向に付勢されているため、連結軸６０の大径部６０ｃとスリーブ部材５５との間やハウジング部材１８と支持部材３８の挿入孔３８ａとの間に摩擦力が多少作用していても、連結軸６０はクランパ５２に対して速やかに変位し、送り軸４１は確実に伸長し、転がり軸受１２を介して１３に作用していた力Ｆが確実に解消される。
【００５９】
なお、連結軸６０のクランパ５２によるクランプ状態の解放動作は、送り軸４１を駆動していない状態で行うのが好ましい。すなわち、送り軸４１を駆動してサドル４４の位置決めを行っている最中に送り軸４１が伸びると、サドル４４の位置が急にずれてしまう。たとえば、マシニングセンタにおいて、切削加工している最中にサドル４４の位置がずれると、ワークが加工不良となったりする不具合が発生するため、送り軸４１を駆動していないときにクランプ状態の解放を行う。
【００６０】
次に、上記構成の直動装置１の駆動制御方法について図９に示すフローチャートを参照して説明する。
まず、マシニングセンタにおいてワークを加工するためのＮＣプログラムを作成し、このＮＣプログラムの中にクランパ５２による連結軸６０のクランプ動作および解放動作を規定するプログラムを埋め込む（ステップＳ１）。
具体的には、マシニングセンタによるワークの加工を開始する前、すなわち、送り軸４１を未だ駆動していない状態で、クランパ５２によって連結軸６０をクランプする動作を規定するプログラムを上記のＮＣプログラムに埋め込む。
また、たとえば、加工を開始してから所定時間を経過した時点で、かつ、送り軸４１が停止状態にある時点でクランパ５２による連結軸６０のクランプを一時的に解放させるプログラムを上記のＮＣプログラムに埋め込む。
【００６１】
次に、作成したＮＣプログラムをＮＣ装置１のＮＣプログラム解析処理・指令分配部９２にダウンロードし、ＮＣプログラムを実行する（ステップＳ２）。
ＮＣプログラムを実行すると、クランパ５２によって連結軸６０をクランプする動作を規定するプログラムはＮＣプログラム解析処理・指令分配部９２によって解読され、この動作を行うための制御指令がクランパ駆動制御部９５に出力され、制御弁９６によってクランパ５２が動作し、連結軸６０がクランプされる（ステップＳ３）。
【００６２】
次いで、連結軸６０がクランプされた状態で、送り軸４１が駆動されワークの加工が行われる（ステップＳ４）。
送り軸４１が駆動されて、マシニングセンタのサドル４４が繰り返し往復動等を行うと、送り軸４１の温度が上昇し、送り軸４１には熱応力が発生する（ステップ５）。
【００６３】
加工開始から所定の時間が経過し、送り軸４１が停止状態にある時点でクランパ５２による連結軸６０のクランプを一時的に解放させるプログラムが実行され、連結軸６０の軸方向の移動の拘束が解放される（ステップＳ６）。
これにより、送り軸４１は全長が伸び、送り軸４１に発生していた熱応力が解消される。
【００６４】
クランパ５２による連結軸６０のクランプの解放によって送り軸４１が伸びると、再度クランパ５２によって連結軸６０はクランプされ、連結軸６０の軸方向の移動が拘束される（ステップＳ７）。
【００６５】
再び、マシニングセンタによる加工が開始され、送り軸４１は再度駆動される。上記のような動作を繰り返し行うことにより、直動装置１の第１の軸受部２および第２の軸受部１１の転がり軸受に過大な負荷がかかるのを未然に防止できる。また、直動装置１を駆動するサーボモータ８７へ過大な負荷がかかることも防ぐことができる。
【００６６】
なお、送り軸４１の温度が低下して送り軸４１が縮もうとする場合に、クランパ５２が連結軸６０をクランプしていると、送り軸４１には引っ張り応力が発生し、送り軸４１の軸端側の転がり軸受１４、１５に上記した力Ｆとは反対向きの軸方向の力が作用し、上記と同様に直動装置１の第１の軸受部２および第２の軸受部１１の転がり軸受に過大な負荷がかかるおそれがあるが、クランパ５２による連結軸６０のクランプの解放によりこれも防ぐことができる。
【００６７】
また、クランパ５２による連結軸６０のクランプの解放のタイミングは、上記のように所定時間毎に行う構成としてもよいし、ランダムに行ってもよい。また、クランパ５２による連結軸６０のクランプの解放動作の回数も、特に限定されない。
また、上述した実施形態では、直動装置１をマシニングセンタの水平方向に移動するサドル４４に適用した場合について説明したが、本発明はこれに特に限定されるわけではなく、たとえば、他の垂直方向に配置された送り軸に対しても適用可能である。
【００６８】
第２実施形態
図１０は、本発明の直動装置の第２の実施形態に係るＮＣ装置の構成を示す構成図である。
上述した第１の実施形態に係る直動装置１では、クランパ５２による連結軸６０のクランプの解放を行うと、送り軸４１の伸びによってサドル４４の位置がずれてしまい精度のよい位置決めを行うことができす、ワークの高い加工精度等を得ることが難しい。
本実施形態に係るＮＣ装置２０１は、送り軸４１の伸びによって発生するサドル４４の位置ずれを補正する機能を備えている。
【００６９】
図１０に示すＮＣ装置２０１は、位置補正部１０１およびリニアスケール１０２以外の構成については、上述した第１の実施形態に係るＮＣ装置９１と同一の構成である。
図１０において、リニアスケール１０２は、送り軸４１の熱膨張による伸び量を検出するためのものである。なお、リニアスケール１０２は本発明の伸び量検出手段の一具体例に対応している。
【００７０】
リニアスケール１０２は、たとえば、ハウジング１８の軸方向の変位を検出可能な位置や連結軸６０の軸端部の軸方向の変位を検出可能な位置に設けられ、送り軸４１の伸び量に応じた連結軸６０の軸端部やハウジング１８の変位を検出して、たとえば、パルス信号としてＮＣ装置２０１にフィードバックする。
リニアスケール１０２には、たとえば、光学的にハウジング１８の変位や連結軸６０の軸端部の変位を検出するものや磁気的に検出するものを使用することができる。
【００７１】
位置補正部１０１は、本発明の補正手段の一具体例に対応しており、リニアスケール１０２の検出信号１０２ｓが入力され、この検出信号１０２ｓに基づいて、サドル４４の位置ずれを補正する制御指令１０１ｓを生成してサーボ制御部９３に出力する。
また、位置補正部１０１は、サーボ制御部９３にＮＣプログラム解析処理・指令分配部９２から入力されるサドル４４の位置指令等の情報が入力され、ここれらの情報に基づいてサドル４４の位置情報を保持している。
したがって、位置補正部１０１は、サドル４４の位置情報とリニアスケール１０２の検出した送り軸４１の伸び量とからサドル４４の位置ずれ量を算出し、このサドル４４の位置ずれを補正するための補正量を算出する。
なお、送り軸４１の温度が低下して送り軸４１が縮んだ場合の同様に補正される。
【００７２】
以上のように、本実施形態によれば、送り軸４１の熱膨張による伸びを積極的に許容して軸受部やサーボモータにかかる負荷を軽減させることで、装置の信頼性を高め、また、装置の低コスト化を実現でき、さらに、送り軸４１によって生じる可動部材としてのサドル４４の位置ずれを補正することで、高い位置決め精度を達成できる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、送り軸の伸縮による軸受部の負荷の増大を防止することができ、装置の信頼性を向上させることができ、また、装置の高速化に対応することができる。
また、本発明によれば、軸受部に作用する力を軽減するのに、送り軸を直接冷却する必要がなく、装置のコスト低減が可能になる。
さらに、本発明によれば、送り軸の熱膨張によって発生した力を解放したのちに、送り軸の伸長によって可動部材の位置がずれても、これを補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の直動装置が適用される工作機械の一例を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る直動装置の構成を示す平面図である。
【図３】図２の直動装置の要部を拡大して示した断面図である。
【図４】制御装置の構成を示す構成図である。
【図５】クランプ状態にある直動装置のクランプ機構部５１の状態を示す断面図である。
【図６】クランプ状態にある直動装置の第２の軸受部１１の状態を示す断面図である。
【図７】解放状態にある直動装置のクランプ機構部５１の状態を示す断面図である。
【図８】解放状態にある直動装置のクランプ機構部５１の状態を示す断面図である。
【図９】本発明の駆動制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図１０】本発明の直動装置の第２の実施形態に係るＮＣ装置の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
１…直動装置
２…第１の軸受部
１１…第２の軸受部
１２，１３，１４，１５…転がり軸受
１８…ハウジング部材
３７…クロスレール
４１…送り軸
４４…サドル
４５…ナット部材
５１…クランプ機構部
５２…クランパ
５３…支持部材
５３ａ…挿入孔
５３ｂ…油圧供給ポート
５３ｃ…油路
５５…スリーブ部材
６０…連結軸
７１…付勢機構部
７２…皿ばね押し部材
７３…皿ばね
８７…サーボモータ
９１，２０１…ＮＣ装置
９２…ＮＣプログラム解析処理・指令分配部
９３…サーボ制御部
９４…サーボドライバ
９５…クランパ駆動制御部
１０１…位置補正部
１０２…リニアスケール
９６…制御弁
Ｐ…油圧ポンプ
【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】
0003778757.tif 000008
【図８】
0003778757.tif 000009
【図９】
0003778757.tif 000010
【図１０】
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