JP2010240815A - 工作機械の直動案内装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動に対して抗力を発現して固定すると共に、熱変位などの静的な変化を吸収しつつ固定することができる工作機械の直動案内装置を提供することにある。
【解決手段】直線状に延在し、摺動面を有する左案内レールと、左案内レールの摺動面に対して摺動可能な摺動体４１を備え、左案内レールに沿って移動可能なハウジング４２とを具備し、ハウジング４２が、摺動体４１を左案内レールの摺動面に対して進退させる進退装置を有し、この進退装置が、ハウジング４２内に設けられた油圧シリンダ４４と、油圧シリンダ４４に収装されその先端部に摺動体４１が設けられたピストンロッド４５と、油圧シリンダ４４への油圧が流通する油圧通路７０と、油圧通路４６に設けられ、前記油圧の流量を絞る油圧絞り機構９０とを備えた。
【選択図】図３

Description

本発明は、往復直線運動する物体をその移動方向に案内する直動案内装置に関する。

工作機械などの産業機械では、所定軸の直線運動をする機械部品をその移動方向に案内する装置として、直動案内装置が一般に使用されている。この直動案内装置における案内方式としては、大きく分けて転がり案内方式と滑り案内方式との二つの案内方式がある。この滑り案内方式は、接触滑り案内方式と動圧滑り案内方式と静圧滑り案内方式とにさらに分けられる。

転がり案内方式とは、案内レールの摺動面およびスライダの摺動面に軌道溝を形成し、この軌道溝にローラやボールなどの転動体を配置し、転動体を介してスライダを支持する方式である。一方、滑り案内方式のうち接触滑り案内方式とは、軸方向に長く延びる案内レールと、案内レールに嵌め込まれ案内レールに沿って移動可能なスライダとが潤滑油を介して滑り接触する方式である。また、動圧滑り案内方式とは、案内レールの摺動面およびスライダの摺動面のうち少なくとも何れか一方の摺動面に溝などの動圧発生手段を形成し、スライダの移動の際に案内レールの摺動面との間に加圧した潤滑油を強制的に供給して、流体潤滑膜を形成してスライダを支持する方式である。さらに、静圧案内方式とは、案内レールの摺動面とスライダの摺動面との間に加圧した潤滑油を強制的に供給し、流体潤滑膜を形成してスライダを支持する方式である（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１には、くさび状に勾配が付けられたギブをピストンなどの押圧手段で押圧・変形させて摺動部の隙間（流体潤滑膜）を調整する工作機械の案内装置が開示されている。

実開平４−４５６４７号公報（例えば、［第１図］，［第２図］など参照）

しかしながら、上述した特許文献１に記載の工作機械の案内装置では、ワークを加工する工具などによる振動に対して抗力を発現してコラムベースをベッドに固定することができるものの、コラムベースが熱膨張した場合に、この熱膨張によるコラムベースの熱変位を吸収することができなかった。特に、コラムベースに立設するコラムが門形であると共に大型であり、工作機械が温度調整された環境に設置されていない場合には、コラムの熱膨張による熱変位量が大きく、この熱変位を吸収することができなかった。また、コラムベースがベッド上に設けられた２条のレール上を走行可能に設けられるとともに、熱変位を吸収するために一方のレールの片方の側面との間に隙間を設けており、この一方のレールの片方の側面に対してコラムベースを固定できず、その分剛性を低下させていた。

そこで、本発明は、前述した問題に鑑み提案されたもので、振動に対して抗力を発現して固定すると共に、熱変位などの静的な変化を吸収しつつ固定することができる工作機械の直動案内装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決する第１の発明に係る工作機械の直動案内装置は、
直線状に延在し、摺動面を有する第一部材と、
前記第一部材の摺動面に対して摺動可能な摺動体を備え、当該第一部材に沿って相対的に移動可能な第二部材とを具備し、
前記第二部材が、前記摺動体を前記第一部材の摺動面に対して進退させる進退手段を有し、
前記進退手段が、前記第二部材内に設けられたシリンダと、前記シリンダに収装されその先端部に前記摺動体が設けられたピストンロッドと、前記シリンダへの流体が流通する流体通路と、前記流体通路に設けられ、前記流体の流量を絞る流体流量絞り機構とを備えた
ことを特徴とする。

上述した課題を解決する第２の発明に係る工作機械の直動案内装置は、
第１の発明に係る工作機械の直動案内装置であって、
前記流体流量絞り機構が、前記流体通路の内壁部との間に隙間をもって配置される軸体で構成される
ことを特徴とする。

上述した課題を解決する第３の発明に係る工作機械の直動案内装置は、
第１の発明または第２の発明に係る工作機械の直動案内装置であって、
前記進退手段が、前記第二部材の移動方向の複数箇所に設けられる
ことを特徴とする。

本発明に係る工作機械の直動案内装置によれば、上述した構成にすることで、振動に対して抗力を発現して固定すると共に、熱変位などの静的な変化を吸収しつつ固定することができる。その結果、剛性の低下を抑制できる。

本発明の第一番目の実施形態に係る工作機械の直動案内装置を適用したガントリ形マシニングセンタを示す概略図である。 図１における囲み線ＩＩの拡大図である。 本発明の第一番目の実施形態に係る工作機械の直動案内装置の平面図である。 図３におけるＩＶ−ＩＶ線断面図である。 本発明の第一番目の実施形態に係る工作機械の直動案内装置の正面図である。 図５におけるＶＩ−ＶＩ線断面図である。 本発明の第一番目の実施形態に係る工作機械の直動案内装置が具備する油圧絞り機構における軸体の斜視図である。

本発明に係る工作機械の直動案内装置の各実施形態について、詳細に説明する。

［第一番目の実施形態］
本発明に係る工作機械の直動案内装置の第一番目の実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
図１は、本発明の第一番目の実施形態に係る工作機械の直動案内装置を適用したガントリ形マシニングセンタを示す概略図である。図２は、図１における囲み線ＩＩの拡大図である。図３は、本発明の第一番目の実施形態に係る工作機械の直動案内装置の平面図であり、図４は、図３におけるＩＶ−ＩＶ線断面図である。図５は、本発明の第一番目の実施形態に係る工作機械の直動案内装置の正面図であり、図６は、図５におけるＶＩ−ＶＩ線断面図である。図７は、本発明の第一番目の実施形態に係る工作機械の直動案内装置が具備する油圧絞り機構における軸体の斜視図である。

本実施形態では、ガントリ形マシニングセンタ、具体的には、門形コラムにおける左右コラムの一方の下端部に設けられたコラムベースとベッドとの間に適用した場合について説明する。

本実施形態に係る工作機械は、図１に示すように、移動不能に設けられたテーブル２と、テーブル２の両側に設けられた左右一対のベッド３，４とを有する。これら左右のベッド３，４の上には、門形コラム５が設けられている。門形コラム５の左右のコラム本体６，７の上部にはクロスレール８が掛け渡され、このクロスレール８にはサドル９が水平方向（図中左右方向：Ｘ軸方向）に往復移動自在に支持されている。このサドル９にはラム１０が鉛直方向（図中上下方向：Ｚ軸方向）に往復移動自在に支持されている。

上述した工作機械では、門形コラム５がベッド３，４上にてＸ軸方向に直交する水平方向（図中紙面に垂直な方向：Ｙ軸方向）に直線運動可能に設けられている。

左ベッド３の上部には、上方へ突出すると共に、左ベッド３の外側へ突出し、Ｙ軸方向（図面紙面に垂直な方向）へ延在する形状である案内レール２１，２２が２条設けられている。これら案内レール２１，２２は、Ｘ軸方向にて並列に配置されている。ここで、上述した左コラム本体６の下部にはコラムベース１２が設けられている。このコラムベース１２の下部には下方へ突出する突出部２３，２４，２５が３条設けられている。左側突出部２３および中央突出部２４が左案内レール２１に摺接可能に形成される一方、右側突出部２５が右案内レール２２と隙間Ｄ３をもって形成されている。なお、左側突出部２３の下端には、左案内レール２１の突出部２１ｃを下側から支持する支持部材２６が設けられている。右側突出部２５の下端には、右案内レール２２の突出部２２ｃを下側から支持する支持部材２７が設けられている。よって、左コラム本体６は案内レール２１，２２上を当該案内レール２１，２２に沿ってＹ軸方向へ移動できるが、Ｘ軸方向へは移動不能になっている。

右ベッド４の上部には、図１および図２に示すように、上方へ突出すると共に、右ベッド４の外側へ突出し、Ｙ軸方向（図面紙面に垂直な方向）へ延在する形状である案内レール３１，３２が２条設けられている。これら案内レール３１，３２は、Ｘ軸方向にて並列に配置されている。ここで、上述した右コラム本体７の下部にはコラムベース１１が設けられている。そして、このコラムベース１１の下部には下方へ突出する突出部３３，３４，３５が３条設けられており、コラムベース１１が案内レール３１，３２に沿って相対的に移動可能になっている。左案内レール３１の上面３１ｄが、コラムベース１１の左凹部１１ａに摺接可能に形成されている。右案内レール３２の上面３２ｄがコラムベース１１の右凹部１１ｂに摺接可能に形成されている。右案内レール３２の右側部３２ａと右側突出部３５の左側部３５ｂとの間には隙間Ｄ１が設けられている。なお、左側突出部３３の下端には、左案内レール３１の突出部３１ｃを下側から支持する支持部材３６が設けられている。右側突出部３５の下端には、右案内レール３２の突出部３２ｃを下側から支持する支持部材３７が設けられている。

左側突出部３３の右側部３３ａと左案内レール３１（第一部材）の左側部３１ｂとの間に、摺動体４１を備えたハウジング４２（第二部材）が設けられ、ハウジング４２が左側突出部３３の右側部３３ａおよび左凹部１１ａに固定されている。また、中央突出部３４の左側部３４ｂと左案内レール３１の右側部３１ａとの間に、摺動体４１を備えたハウジング４２が同様に設けられ、ハウジング４２が中央突出部３４の左側部３４ｂおよび左凹部１１ａに固定されている。

ハウジング４２には、図１〜図６に示すように、摺動体４１を左案内レール３１の左側部（摺動面）３１ｂまたは右側部（摺動面）３１ａに対して進退させる進退装置（進退手段）が設けられている。この進退装置は、ハウジング４２内に設けられた油圧シリンダ（シリンダ）４４と、油圧シリンダ４４に収装されその先端部に摺動体４１が設けられたピストンロッド４５とを備えている。進退装置は、油圧シリンダ４４への流体である油圧５１が流通する油圧通路（流体通路）７０をさらに備えている。なお、ピストンロッド４５の凹部４５ａ内にＯリング４７が配置されており、このＯリング４７によりシリンダ４４内の油圧５１の漏れを防いでいる。

進退装置は、ハウジング４２の移動方向の複数箇所、図示例では３箇所に設けられている。このように進退装置を複数箇所に設けることで、摺動体４１の左案内レール３１に対する進退移動を円滑に行うことができる。

油圧通路７０は、導入部７１と分配部７２と連絡部７３と排出部８１〜８３とを有する。導入部７１は系外の油圧供給源（図示せず）と連通し、図４および図５に示すように、左右方向へ直線状に延在して設けられており、この導入部７１によりハウジング４２の内部へ油圧５１を導入している。分配部７２は導入部７１と油圧シリンダ４４とに連通して設けられている。連絡部７３は、図４および図５に示すように、上下方向へ延在する形状であり、導入部７１と具体的には後述する第一排出部８１とに連通して設けられている。排出部は、図４および図５に示すように、左右方向へ直線状に延在する第一排出部８１と、この第一排出部８１に連通し上下方向に直線状に延在する第二排出部８２と、この第二排出部８２の下端部近傍と系外とに連通し、左右方向へ直線状に延在する第三排出部８３とを有する。第一排出部８１の直径が、左端部近傍ではそれ以外の箇所と比べて径小に形成されている。よって、油圧通路７０の導入部７１に導入された油圧５１は、導入部７１、分配部７２を通って各油圧シリンダ４４へ供給されるとともに、連絡部７３、排出部８１〜８３を通って系外へ排出される。なお、連絡部７３の上端部、第二排出部８２の上端部には閉塞部材６１がそれぞれ配置されている。また、第一排出部８１の右端部に閉塞部材６２が配置されている。

よって、油圧通路７０を介して油圧シリンダ４４へ油圧５１を給排することにより、左側突出部３３と左案内レール３１の間に配置される摺動体４１にあっては摺動体４１を左案内レール３１の左側部（摺動面）３１ｂに対して進退移動させることができ、中央突出部３４と左案内レール３１の間に配置される摺動体４１にあっては摺動体４１を左案内レール３１の右側部（摺動面）３１ａに対して進退移動させることができる。

上述した油圧通路７０における第一排出部８１には、油圧５１の流量を絞る油圧絞り機構（流体流量絞り機構）９０が設けられる。油圧絞り機構９０としては、図６および図７に示すように、油圧通路７０の第一排出部８１の内壁部８１ａとの間に隙間Ｄ２をもって配置される軸体９１が挙げられる。この軸体９１は、一方の端部に閉塞部材６２に係止する係止部９１ａが形成され、この一方の端部近傍および他方の端部近傍における周面に溝９１ｂ，９１ｃがそれぞれ形成されている。そして、この軸体９１における両方の端部近傍以外にあっては、第一排出部８１の直径よりも径小に形成されている。よって、第一排出部８１内に軸体９１を配置することで、油圧５１が、油圧通路７０の第一排出部８１、第二排出部８２、および第三排出部８３を通って系外へ排出する際に、軸体９１によりその流量が制限されており、じわじわと流れるようになっている。

なお、摺動体４１には、潤滑油を供給する潤滑油供給通路（図示せず）が設けられており、当該摺動体４１の摺動面４１ａに潤滑油が供給されている。

よって、本実施形態に係る工作機械の直動案内装置により、機械の固定側である案内レール（第１部材）３１に沿って、コラムベース１１が摺動体４１を介して移動可能になっている。

コラムベース１１を右ベッド４の所定位置に配置した後に、油圧５１を油圧通路７０の導入部７１および分配部７２を介して油圧シリンダ４４内へ供給することで、ピストンロッド４５が前進する。これにより、摺動体４１が右ベッド４の左案内レール３１に対し押圧してコラムベース１１が右ベッド４の左案内レール３１に固定される。

ここで、上述した構成の直動案内装置によりコラムベース１１を右ベッド４に固定したときに、ラム１０に取り付けられた工具などの振動がコラムベース１１を介して直動案内装置に作用した場合と、左右のコラム本体６，７の熱膨張による力がコラムベース１１を介して直動案内装置に作用した場合について説明する。

ラム１０に取り付けられた工具などの振動がコラムベース１１を介して直動案内装置に作用した場合には、ピストンロッド４５を後進させる力が当該ピストンロッド４５に作用して油圧シリンダ４４内の油圧５１を油圧回路７０へ排出しようとするものの、油圧絞り機構９０により油圧回路７０から系外への油圧５１の排出量を制限しており、油圧５１がじわじわとしか流れない。そのため、油圧絞り機構９０がピストンロッド４５を後進させる力に対して抗力を発現している。言い換えると、直動案内装置は、上述した振動に対して抗力を発現しつつ、コラムベース１１を右ベッド４の左案内レール３１に固定している。

左右のコラム本体６，７の熱膨張による力がコラムベース１１を介して直動案内装置に作用した場合には、ピストンロッド４５を後進させる力が当該ピストンロッド４５に作用し、この力が熱膨張の大きさに応じて徐々に大きくなる。このとき、油圧５１が、油圧シリンダ４４内から、油圧回路７０の分配部７２および連絡部７３、第一排出部８１、油圧絞り機構９０、第二排出部８２、第三排出部８３を通って系外へ徐々に排出される。これにより、直動案内装置が、コラムベース１１を右ベッド３の左案内レール３１に対して固定しつつ、上述した熱膨張による力を吸収することができる。

したがって、本実施形態に係る工作機械の直動案内装置によれば、上述した構成にすることで、振動に対して抗力を発現して固定すると共に、熱変位などの静的な変化を吸収しつつ固定することができる。その結果、コラムベース１１を一方の案内レールの側部に対して固定せず自由端にすることによる剛性の低下を防ぐことができる。

［他の実施形態］
上述した第一番目の実施形態では、コラムベース１１と右ベッド４の左案内レール３１との間に適用した工作機械の直動案内装置を用いて説明したが、クロスレールとサドルとの間などに適用した工作機械の直動案内装置とすることも可能である。このような箇所に適用した工作機械の直動案内装置であっても、上述した第一番目の実施形態に係る工作機械の直動案内装置と同様な作用効果を奏する。

また、上述した第一番目の実施形態では、油圧通路７０の第一排出部８１の内壁部８１ａとの間に隙間Ｄ２をもって配置される軸体９１で構成される油圧絞り機構９０を具備する工作機械の直動案内装置を用いて説明したが、油圧通路７０の第一排出部８１の直径よりも径小に形成されたキャピラリで構成される油圧絞り機構を具備する工作機械の直動案内装置とすることも可能である。このような工作機械の直動案内装置であっても、上述した第一番目の実施形態に係る工作機械の直動案内装置と同様な作用効果を奏する。

本発明に係る工作機械の直動案内装置によれば、振動に対して抗力を発現して固定すると共に、熱変位などの静的な変化を吸収しつつ固定することができる。その結果、剛性の低下を抑制できるため、工作機械産業などで有益に利用することができる。

２ テーブル
３ 左ベッド
４ 右ベッド
５ 門形コラム
６ 左コラム本体
７ 右コラム本体
８ クロスレール
９ サドル
１０ ラム
１１ コラムベース
２１，２２ 案内レール
２３，２４，２５ 突出部
３１，３２ 案内レール
３３，３４，３５ 突出部
３６，３７ 支持部材
４１ 摺動体
４２ ハウジング
４４ 油圧シリンダ
４５ ピストンロッド
４７ Ｏリング
５１ 油圧
７０ 油圧通路
７１ 導入部
７２ 分配部
７３ 連絡部
８１ 第一排出部
８２ 第二排出部
８３ 第三排出部
９０ 油圧絞り機構
９１ 軸体

Claims (3)

1. 直線状に延在し、摺動面を有する第一部材と、
   前記第一部材の摺動面に対して摺動可能な摺動体を備え、当該第一部材に沿って相対的に移動可能な第二部材とを具備し、
   前記第二部材が、前記摺動体を前記第一部材の摺動面に対して進退させる進退手段を有し、
   前記進退手段が、前記第二部材内に設けられたシリンダと、前記シリンダに収装されその先端部に前記摺動体が設けられたピストンロッドと、前記シリンダへの流体が流通する流体通路と、前記流体通路に設けられ、前記流体の流量を絞る流体流量絞り機構とを備えた
   ことを特徴とする工作機械の直動案内装置。
2. 請求項１に記載された工作機械の直動案内装置であって、
   前記流体流量絞り機構が、前記流体通路の内壁部との間に隙間を持って配置される軸体で構成される
   ことを特徴とする工作機械の直動案内装置。
3. 請求項１または請求項２に記載された工作機械の直動案内装置であって、
   前記進退手段が、前記第二部材の移動方向の複数箇所に設けられる
   ことを特徴とする工作機械の直動案内装置。

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