JP2002096229A - 工作機械用主軸バランサ - Google Patents

工作機械用主軸バランサ

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JP2002096229A JP2000281303A JP2000281303A JP2002096229A JP 2002096229 A JP2002096229 A JP 2002096229A JP 2000281303 A JP2000281303 A JP 2000281303A JP 2000281303 A JP2000281303 A JP 2000281303A JP 2002096229 A JP2002096229 A JP 2002096229A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 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
でき、そのガススプリングのシール性を高めると共に潤
滑を良好に行うことかできる工作機械用主軸バランサを
提供する。 【解決手段】 圧縮ガスＧが充填されたシリンダ本体３
２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を有するガススプリン３１を立
て向き姿勢に設け、このガススプリン３１により主軸ユ
ニットを支持して昇降駆動機構の負荷を軽減する。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４
２，４３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
これら油充填室４４，４５に潤滑油Ｌを充填するように
した。

Description

【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油充填室を形
成し、前記油充填室に潤滑油を充填する油充填手段を設
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油充填室が形成さ
れ、油充填手段によりこの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】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】請求項２の工作機械用主軸バランサは、請
求項１の発明において、前記油充填手段は、潤滑油が貯
留される油タンクと、この油タンクを油充填室に接続す
る油路とを有することを特徴とするものである。油充填
手段の油タンクと油路により、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、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、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】請求項３の工作機械用主軸バランサは、請
求項２の発明において、前記油充填手段は、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
ことを特徴とするものである。加圧手段により油タンク
内の潤滑油を圧縮エアを介して加圧し、その加圧された
潤滑油を油路を介して油充填室に供給できる。
【００２１】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、前記油充填室に接続され油充填
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たことを特徴とするものであ
る。油充填室内のガスを排出通路から排出して、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、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することができる。
【００２２】請求項５の工作機械用主軸バランサは、請
求項３の発明において、前記油充填室に接続され油充填
室内のガスを排出する為の排出通路と、この排出通路を
通って油充填室から排出される潤滑油を収容する排出側
タンクを設けたことを特徴とするものである。油充填室
内のガスを排出通路から排出して、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することができる。排出側タン
クに収容された潤滑油も再利用可能となる。
【００２３】請求項６の工作機械用主軸バランサは、請
求項２の発明において、前記油充填手段は油タンク内の
潤滑油を加圧して油充填室に供給する油圧ポンプを有
し、前記油充填室に接続され油充填室内の潤滑油とガス
を前記油タンクに排出する為の排出通路を設けたことを
特徴とするものである。
【００２４】油圧ポンプにより油タンク内の潤滑油を加
圧して油充填室に供給でき、油充填室に供給された分の
潤滑油が油充填室から排出通路を介して油タンクに排出
される。つまり、油圧ポンプにより潤滑油を強制的に循
環させることができるため、この潤滑油によりガススプ
リングを冷却する冷却性能を高めることができる。油充
填室内のガスを排出通路から排出して、油充填室に潤滑
油を確実に充填しておくことができる。
【００２５】請求項７の工作機械用主軸バランサは、請
求項１〜６の何れかの発明において、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８の工作機械用主軸バランサは、請
求項７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１
１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１
１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
部側に取付られた電動モータ２１と、この電動モータ２
１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１
６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３
０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４０
ａ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３
１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４
０ｇ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４
０ｇ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６
１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６
１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６
９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７
０，７１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６
１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には逆止弁７２が設けられ、排出油路７０，７
１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４２，４
３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４２，４
３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４
４，４５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４
４，４５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、逆止弁８３が設け
ら、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＝０．８ＭＰ
ａ）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４
４，４５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を仕切りる仕切り部４
０ｈによる絞り抵抗を大きくするように構成したり、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】３〕図５の主軸バランサ３０Ｃでは、油充
填室４４，４５に潤滑油Ｌを充填する油充填機構９０
が、油タンク９１、油路９２，９３、油タンク９１内の
潤滑油Ｌを加圧して油路９２，９３を介して油充填室４
４，４５に供給する油圧ポンプ９４を有し、油路９２に
は逆止弁９２ａが設けられている。そして、第２油充填
室４５に接続され油充填室内４４，４５の潤滑油Ｌとガ
スを油タンク９１に排出する為の排出通路９５，９６が
設けられている。
【００６２】油タンク９１は大気開放状のタンクであ
り、この油タンク９１から潤滑油Ｌはフィルタ９５ａ、
油通路９５ｂ、逆止弁９５ｃを介して油圧ポンプ９４へ
導入される。尚、油圧ポンプ９４を駆動する圧縮エア
は、圧縮エア供給源（図示略）から延びるエア通路９６
に設けたレギュレータ９７により減圧されて油圧ポンプ
９４に供給される。尚、第１，第２油充填室４４，４５
を仕切りる仕切り部４０による絞り抵抗は小さいものと
する。
【００６３】この主軸バランサ３０Ｃによれば、油圧ポ
ンプ９４により油タンク９１内の潤滑油Ｌを加圧して油
充填室４４，４５に供給でき、油充填室４４，４５に供
給された分の潤滑油Ｌが油充填室４４，４５から排出通
路９５，９６を介して油タンク９１に排出され還流す
る。つまり、油圧ポンプ９４により潤滑油Ｌを強制的に
循環させることができるため、潤滑油Ｌによりガススプ
リング３１を冷却する冷却性能を高めることができる。
油充填室４５内のガスを排出通路９５，９６から排出し
て、油充填室４４，４５に潤滑油を確実に充填しておく
ことができる。
【００６４】４〕図６の主軸バランサ３０Ｄ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１
０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３０Ｄ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が、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】５〕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】６〕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〜３０Ｄ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軽減すること
ができるため、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、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】請求項２の工作機械用主軸バランサによれ
ば、油充填手段は、潤滑油が貯留される油タンクと、こ
の油タンクを油充填室に接続する油路とを有するので、
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、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、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】請求項３の工作機械用主軸バランサによれ
ば、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
実に供給できる。
【００７３】請求項４の工作機械用主軸バランサによれ
ば、油充填室に接続され油充填室内のガスを排出する為
の排出通路を設けたので、油充填室内のガスを排出通路
から排出して、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たので、油
タンクに還流した潤滑油を再利用することができ、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。
【００７４】請求項５の工作機械用主軸バランサによれ
ば、油充填室に接続され油充填室内のガスを排出する為
の排出通路を設けたので、油充填室内のガスを排出通路
から排出して、油充填室に潤滑油を確実に充填しておく
ことができ、排出通路を通って油充填室から排出される
潤滑油を収容する排出側タンクを設けたので、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。
【００７５】請求項６の工作機械用主軸バランサによれ
ば、油充填手段は油タンク内の潤滑油を加圧して油充填
室に供給する油圧ポンプを有するので、油圧ポンプによ
り油タンク内の潤滑油を加圧して油充填室に供給するこ
とができる。油充填室に接続され油充填室内の潤滑油と
ガスを前記油タンクに排出する為の排出通路を設けたの
で、油充填室内のガスを排出通路から排出して、油充填
室に潤滑油を充填した状態に確実に維持することがで
き、排出通路を通って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して油タンク
から油路を介して油充填室に供給することができる。そ
して、油圧ポンプにより潤滑油を強制的に循環させるこ
とができるため、この潤滑油によりガススプリングを冷
却する冷却性能を高めることができる。
【００７６】請求項７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８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の要部縦断
面図である。
【図６】第４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〜３０Ｄ 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 ６２，６３，９２，９３ 油路 ６７ 加圧機構 ７０，７１，８０，８１，９５，９６ 排出通路 ８２，８７ 排出側タンク ９４ 油圧ポンプ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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油充填室を形成し、 前記油充填室に潤滑油を充填する油充填手段を設けたこ
    とを特徴とする工作機械用主軸バランサ。
  2. 【請求項２】 前記油充填手段は、潤滑油が貯留される
    油タンクと、この油タンクを油充填室に接続する油路と
    を有する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。
  3. 【請求項３】 前記油充填手段は、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。
  4. 【請求項４】 前記油充填室に接続され油充填室内のガ
    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。
  5. 【請求項５】 前記油充填室に接続され油充填室内のガ
    スを排出する為の排出通路と、この排出通路を通って油
    充填室から排出される潤滑油を収容する排出側タンクを
    設け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。
  6. 【請求項６】 前記油充填手段は油タンク内の潤滑油を
    加圧して油充填室に供給する油圧ポンプを有し、前記油
    充填室に接続され油充填室内の潤滑油とガスを前記油タ
    ンクに排出する為の排出通路を設け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。
  7. 【請求項７】 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１〜６の何れかに
    記載の工作機械用主軸バランサ。
  8. 【請求項８】 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７に記載の工作機械用主軸バランサ。
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