JP5144348B2 - 温調器を備えた加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、加工機械の周囲を取り囲む空間に温度調節された空気を供給する温調器を備えた加工装置に関する。

加工装置は、支持部と該支持部に対して運動可能な可動部とを含んでおり、可動部を支持部に対して運動可能に支持するために空気軸受などの気体軸受を利用することがある。この気体軸受には温度調節された気体が供給されることが一般的である。しかしながら、周囲温度の変化などによってもワークや加工機械に熱変位が起き加工精度を悪化させるので、気体軸受に供給する気体の温度調節をするだけでは十分ではない。

そこで、従来は、特許文献１及び特許文献２に記載のように、加工機械をカバーで取り囲んで加工室を形成し、加工室内に温度調節した空気を供給して、加工機械の周囲温度を制御するようにしていた。

特開２００７−１８５７７０号公報 特開２００６−１０２９３９号公報

しかしながら、従来のように、加工室全体の温度調節を行うための設備の導入、運用には大きなコストが要求されるという問題がある。また、特許文献１に記載の加工機械では、外部から導入した空気を空調機で温度調節した後にカバーで覆われた空間内に供給し、カバー内の空気をカバーの外部に排出するようにしており、カバー内の空気を循環させていない。このため、外部の空気の温度が大きく変化したときには空調機に大きな負荷がかかる問題がある。一方、特許文献２に開示の加工機械設備では、加工室内の空気を循環させているが、加工室に供給された空気の一部が加工領域を通った後に切屑排出装置を経て回収されるので、循環する空気に加工液のミストなどが混入し得る。このため、ミストなどを除去するためのフィルタが必要となるという問題がある。

よって、本願発明の目的は、従来技術に存する問題を解決して、加工機械を取り囲むカバーの外部の温度変化の影響を抑制しつつ低コストで加工機械の熱変形を防止し、加工機械の加工精度を向上させることにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、工具と被加工物とを相対移動させて加工する加工装置であって、支持部と、該支持部に対して気体軸受を介して運動可能に支持された少なくとも一つの可動部とを有し、工具及び被加工物の少なくとも一方を前記少なくとも一つの可動部に取り付けて前記工具と前記被加工物とを互いに対して相対移動させて加工する加工機械と、前記加工機械とを取り囲むカバーと、前記カバーによって取り囲まれた空間を、前記工具で前記被加工物を加工する空間である加工領域と、加工機械領域とに仕切る仕切部材と、所定温度に調節された気体を前記気体軸受に供給する第１の温調器と、所定温度に調節された気体を前記加工機械領域に供給した後に回収し前記気体を前記加工機械領域内で循環させる第２の温調器とを備え、前記仕切部材に前記可動部が通って延びる貫通孔が設けられており、前記加工機械領域は前記貫通孔を除いて密閉されており、前記仕切部材の前記貫通孔の周縁部と前記可動部の外周部との間にラビリンス構造が設けられており、該ラビリンス構造を通る気体は前記加工機械領域から前記加工領域に流れることを特徴とする温調器を備えた加工装置が提供される。

本発明の加工装置では、加工機械をカバーで取り囲んだ空間を仕切部材で加工領域と加工機械領域とに分割し、第２の温調器によって所定の温度に調節した気体を加工機械領域内で循環させる。したがって、循環させない場合と比較して加工機械領域内の気体の温度変化は小さく、また、第２の温調器によって所定の温度に調節した気体を循環させなければならない空間が限定されているので、第２の温調器の負担が小さい一方、加工機械領域はほぼ一定の温度に保たれるので、加工機械の熱変形を抑えることができる。また、加工機械領域は仕切部材とカバーとによって取り囲まれ、加工機械の可動部を加工領域に突出させるために仕切部材に設けられた貫通孔を除いて密閉されている。その上、加工機械領域には、第１の温調器から気体軸受に供給された気体が排出されるため、貫通孔を通る気体は加工機械領域から加工領域へ流れることになり、加工機械領域の外部からほとんど気体が侵入しないようになっている。したがって、加工機械領域外の温度変化が加工機械領域内の温度に与える影響が少なくなり、第２の温調器の負荷がさらに小さくなる。

さらに、仕切部材の貫通孔の外縁部と貫通孔を通って延びる可動部の外周部との間にはラビリンス構造が設けられており、ラビリンス構造によって、仕切部材に対する可動部の運動を許容しつつ加工領域から加工機械領域への切屑や加工液ミストなどの侵入を防止するようになっている。また、上述したように貫通孔すなわちラビリンス構造を通る気体は加工機械領域から加工領域へ流れるようになっている。したがって、加工領域の切屑や加工液ミストがラビリンス構造を通って加工機械領域に侵入することはなく、これにより第２の温調器にフィルタを設ける必要性をなくしている。

前記第１の温調器と前記第２の温調器は、供給する気体の温度を独立して調節することができることが好ましい。
また、前記加工機械は空気バネを介して設置面に設置されていることが好ましい。
また、前記仕切部材が変形可能であることが好ましい。

本発明によれば、ほぼ密閉された空間である加工機械領域内で温度調節された気体を循環させるので、加工機械領域はほぼ一定の温度に維持され、加工機械の熱変形を抑制することができる。また、加工機械領域はほぼ密閉されているので、加工機械領域外の温度変化が加工機械領域内の温度に与える影響が少なく、加工機械領域内の温度を一定に保つ際の温調器の負荷も小さくなる。また、加工領域と加工機械領域とを仕切る仕切板に設けられた貫通孔の外縁部と貫通孔を通る可動部の外周部との間にはラビリンス構造が設けられているので、加工領域の切屑や加工液ミストなどが加工領域から加工機械領域に侵入することはなく、温調器にフィルタを設ける必要もない。したがって、低コストで加工機械の熱変形を抑制し加工精度を向上させることが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について説明する。
最初に、図１を参照して、本発明の加工装置１０の全体構成を説明する。なお、以下の説明において、図１の紙面に垂直な方向をＸ軸方向、図１の上下方向をＹ軸方向、図１の左右方向をＺ軸方向とする。加工装置１０は、工具（図示せず）を用いて被加工物（図示せず）を加工する加工機械１２と、加工機械１２の周囲を取り囲み加工室を形成するカバー１４とを備える。図１に示される加工機械１２は、水平方向に延びる支持面を有した水平テーブル１６と垂直方向に延びる支持面を有した垂直テーブル１８とを備え、用途に応じて一方のテーブルに主軸アタッチメント及び／又は工具（図示せず）を取り付け、他方のテーブルに被加工物（図示せず）を取り付けることができるプラットフォームマシンタイプの工作機械である。

加工機械１２は、工場の床面などの設置面２０上に設置される機械ベース２２と、機械ベース２２上に設置される基台２４と、基台２４上にＸ軸方向（図１の紙面垂直な方向）に移動可能に設けられたＸ軸スライダ２６と、基台２４上にＺ軸方向（図１の左右方向）に移動可能に設けられたＺ軸スライダ２８と、Ｚ軸スライダ２８上にＹ軸方向（図１の上下方向）に移動可能に設けられたＹ軸スライダ３０とを備える。基台２４は、空気ばね３２を介して機械ベース２２に固定されていることが好ましい。このように、空気ばね３２を用いて基台２４を機械ベース２２と直接接触させることなく設置することにより、設置面２０や外気の影響で機械ベース２２が温度変化を起こした場合でも基台２４が機械ベース２２の温度変化の影響を受けにくくなり、基台２４の熱変形を防いで加工精度を向上させる効果を奏することができるようになる。

図１に示されている実施形態では、Ｘ軸スライダ２６は、空気軸受３４を介して基台２４上に支持されており、摩擦の影響を殆ど受けずにＸ軸送り機構（図示せず）によって基台２４に対して駆動される。一方、Ｚ軸スライダ２８は、滑り軸受を介して基台２４上に支持されており、Ｚ軸送り機構（図示せず）によって基台２４に対してＺ軸方向に駆動され、Ｙ軸スライダ３０は、滑り軸受を介してＺ軸スライダ２８上に支持されており、Ｙ軸送り機構（図示せず）によってＺ軸スライダ２８に対してＹ軸方向に駆動される。しかしながら、Ｚ軸スライダ２８を空気軸受を介して基台２４上に支持すると共に、Ｙ軸スライダ３０を空気軸受を介してＺ軸スライダ２８上に支持することも可能である。

Ｘ軸スライダ２６上には、水平テーブル１６が、空気軸受３６を介して、上下方向すなわちＹ軸と平行に延びる第１の回転軸線Ｏ１周りに回転可能に支持されている一方、Ｙ軸スライダ３０上には、垂直テーブル１８が、空気軸受３８を介して、Ｚ軸と平行に水平方向に延びる第２の回転軸線Ｏ２周りに回転可能に支持されている。水平テーブル１６及び垂直テーブル１８には、それぞれ、主軸アタッチメント及び／又は工具や被加工物を取り付けるための把持機構（図示せず）が設けられている。

加工装置１０には、コンプレッサなどの圧縮空気源から供給される圧縮空気を予め定められた温度又は温度範囲に調節する空気軸受圧縮空気用温調器４０が設けられており、水平テーブル１６の空気軸受３４，３６及び垂直テーブル１８の空気軸受３８には、空気軸受圧縮空気用温調器４０から、機械ベース２２、基台２４、Ｘ軸スライダ２６、Ｙ軸スライダ３０及びＺ軸スライダ２８に設けられた圧縮空気流路４２を通して予め設定された温度又は温度範囲に調節された圧縮空気が供給されるようになっている。

カバー１４によって取り囲まれた空間は、柔軟なシートのような変形可能な材料から構成された仕切部材４４によって、工具で被加工物を加工するための空間である加工領域４６と、それ以外の空間であり加工機械１２が配置される加工機械領域４８とに仕切られている。仕切部材４４には貫通孔５０が形成されており、加工機械領域４８に配置された加工機械１４の可動部である水平テーブル１６及び垂直テーブル１８が貫通孔５０を通って加工領域４６まで延び、水平テーブル１６及び垂直テーブル１８に固定された主軸アタッチメント及び／又は工具や被加工物を加工領域４６内に配置できるようになっている。一方、加工領域４６のカバー１４には、加工領域４６内の空気をカバー１４の外部に排出するための排出部５２が設けられている。排出部５２は、排気用の穴形状であってもよく、カバー１４を構成する板金等の隙間であってもよい。

また、可動部である水平テーブル１６及び垂直テーブル１８の外周面と仕切部材４４の貫通孔５０の周縁部との間には、ラビリンス構造５４がそれぞれ設けられている。例えば垂直テーブル１８の外周面と仕切部材４４の貫通孔５０の周縁部との間に形成されたラビリンス構造５４は、図２に示されているように、可動部である垂直テーブル１８の外周部に形成され且つ支持部であるＹ軸スライダ３０の側にのみ開口した垂直テーブル１８の回転軸線Ｏ２方向に細長く延びる環状ポケット部５６と、少なくとも一部が環状ポケット５６内に挿入されたスリーブ部５８と、支持部であるＹ軸スライダ３０から延び且つスリーブ部５８を垂直テーブル１８と非接触を保つように垂直テーブル１８の外周面に対して間隔をあけて支持するスリーブ支持部材６０とから構成されている。スリーブ支持部材６０は、スリーブ部５８の周囲から半径方向外方に向かって延びる環状の半径方向延長部６０ａと、半径方向延長部６０ａの外周部から回転軸線Ｏ２方向に延びる円筒部６０ｂと、円筒部６０ｂとＹ軸スライダ３０とを接続する接続部６０ｃとから構成されており、仕切部材４４がスリーブ支持部材６０の円筒部６０ｂの外周面に固定されている。水平テーブル１６の外周面と仕切部材４４の貫通孔５０の周縁部との間にも、垂直テーブル１８の外周面と仕切部材４４の貫通孔５０の周縁部に設けられたラビリンス構造５４と同様のラビリンス構造５４が設けられているが、同様の構造であるので、ここでは説明を省略する。

このようなラビリンス構造５４を設けることにより、仕切部材４４に対する水平テーブル１６や垂直テーブル１８のような可動部の回転を許容しながら、加工の際に加工領域４６で発生する切屑や加工液のミストが貫通孔５０を通して加工機械領域４８に侵入することを防いでいる。なお、ラビリンス構造５４は、加工の際に加工領域４６で発生する切屑や加工液のミストが貫通孔５０を通して加工機械領域４８に侵入することを防ぐことができればよく、図２に示される構成に限定されるものではない。

また、仕切部材４４は、柔軟なシートのような変形可能な素材から構成されているので、Ｘ軸スライダ２６、Ｙ軸スライダ３０及びＺ軸スライダ２８の移動により水平テーブル１６や垂直テーブル１８がＸ軸、Ｙ軸又はＺ軸方向に移動したときでも、仕切部材４４が変形して水平テーブル１６又は垂直テーブル１８の移動にラビリンス構造５４と共に追随できる。なお、ラビリンス構造５４のスリーブ部５８は、支持部であるＸ軸スライダ２６又はＹ軸スライダ３０に固定されたスリーブ支持部材６０によって支持されているので、可動部である水平テーブル１６又は垂直テーブル１８が移動してもスリーブ部５８と水平テーブル１６又は垂直テーブル１８との相対位置が変化することはなく、ラビリンス構造５４の相対位置関係を維持することができる。

さらに、カバー１４及び仕切部材４４によって仕切られる加工機械領域４８には、機内温調器６２が接続されている。機内温調器６２は、予め設定された温度又は温度範囲に調節された空気を供給ダクト６４を通して加工機械領域４８に供給する。図１に示されているように、機内温調器６２から供給ダクト６４を通して供給される空気は、拡散板６６を通過させた後に加工機械領域４８内に流通させることが好ましい。これにより、供給ダクト６４から供給される空気の流速を落とし、供給される空気が乱流になることを防止することができる。加工機械領域４８に供給された空気は、回収ダクト６８を通して機内温調器６２に回収され、再び予め設定された温度又は温度範囲に調節された後に供給ダクト６４を通して加工機械領域４８に供給される。このようにして、機内温調器６２により、所定の温度又は温度範囲に調節された空気が加工機械領域４８内を循環させられる。

次に、図１及び図２に示されている実施形態の加工装置１０の作用について説明する。
本実施形態の加工装置１０では、Ｘ軸スライダ２６及びＹ軸スライダ３０を含む支持部と水平テーブル１６及び垂直テーブル１８のような可動部との間に空気軸受３６，３８を用いており、固体摩擦が生じないため、摩擦熱が発生しにくくなって軸受部に発生する熱を低減させることができるだけでなく、摩擦抵抗が少ないのでテーブルなどの可動部の駆動にモータを使用しても駆動電力が少なくてすみ、モータの発熱を低減させることができる。この結果、加工機械１２の熱変形が抑制され、加工精度を向上させることにつながる。

また、空気軸受３４，３６，３８には、空気軸受圧縮空気用温調器４０によって、加工機械１２の内部に設けられた圧縮空気流路４２を通して所定の温度又は温度範囲に調節された空気が供給される。この圧縮空気流路４２は加工機械１２の内部に張り巡らされて設けられているため、Ｘ軸スライダ２６、Ｙ軸スライダ３０、Ｚ軸スライダ２８、水平テーブル１６及び垂直テーブル１８の駆動などにより生じた熱を吸収して加工機械１２を冷却し、加工機械１２の内部の温度を一定に保って加工機械１２の熱変形を抑制する機能も果たす。

さらに、加工機械１２が配置される加工機械領域４８は、カバー１４及び仕切部材４４によって仕切られほぼ密閉された空間になっており、カバー１４の外部からの空気の流入がほとんどなく、しかも機内温調器６２によって所定の温度又は温度範囲に調節された空気が内部で循環させられるようになっているので、加工機械領域４８は、加工装置１２の外部の温度変化の影響を受けずにほぼ一定の温度に維持され、加工機械１２に熱変形が生じることを抑制することができる。これにより加工精度を向上させることができる。

また、各空気軸受３４，３６，３８に供給された圧縮空気は、図２に示されているように、空気軸受面を経て加工機械領域４８に排出される。加工機械領域４８は上述したようにほぼ密閉されているため、加工機械領域４８に排出された圧縮空気は、加工機械領域４８内を循環する空気と混合した後、その一部がラビリンス構造５４を通して加工領域４６に流出し、さらに加工領域４６の排出部５２を通してカバー１４の外部に排出される。このようにラビリンス構造５４内を加工機械領域４８から加工領域４６に空気が流れるため、加工領域４６で発生した切屑や加工液ミストが上記の空気の流れに妨げられてラビリンス構造５４を通して加工機械領域４８に侵入することが防止されると共に、ラビリンス構造５４を通して加工領域４６に流入する空気により加工領域４６を一定の温度に保ち加工機械の熱変形を抑制することもできる。さらに、加工領域４６内の空気がラビリンス構造５４を通して加工機械領域４８に流入することが防止されるので、加工機械領域４８にカバー１４の外部の空気が流入することがなくなり、加工機械領域４８の温度を一定に維持し、加工機械の熱変形を抑制する効果が高められる。

加えて、空気軸受３４，３６，３８に圧縮空気を供給する空気軸受圧縮空気用温調器４０と、加工機械領域４８に空気を循環させる機内温調器６２が別個に設けられているので、空気軸受３４，３６，３８に供給する圧縮空気と加工機械領域４８に供給される空気とは独立して温度又は温度範囲の設定ができる。空気軸受３４，３６，３８に供給される圧縮空気は空気軸受部から排出される際の断熱膨張や加工機械１２の発熱の影響を受ける一方、加工機械領域４８に供給される空気は供給ダクト６４の通過時の熱の授受や拡散板６６の通過の際の断熱膨張の影響を受ける。これに対し、本実施形態の加工装置１０によれば、それぞれの影響を別個に考慮して、加工機械領域４８内に供給されたときにほぼ同一の温度になるように、空気軸受圧縮空気用温調器４０と機内温調器６２に温度又は温度範囲を設定することが可能になる。また、空気軸受圧縮空気用温調器４０の設定温度又は設定温度範囲を一定にする一方で、加工機械領域４８内の温度に応じて機内温調器６２の設定温度又は設定温度範囲を変更することも可能となる。

さらに、空気の温度制御を行うためには、温調器から供給される空気の温度を検出するための温度センサが必要となる。しかしながら、温度センサは、それぞれの温調器に関連付けて別個に設けられ、例えば空気軸受圧縮空気用温調器４０に関連付けられた温度センサ７０がカバー１４の外部に設けられ、機内温調器６２に関連付けられた温度センサ７２がカバー１４の内部に設けられる場合があり得る。温度センサがカバー１４の外部に設置される場合、温調器から供給される空気は、カバー１４の内部に到達する前にカバー１４の外部の外気の温度の影響を受けてしまう。このため、カバー１４の内外の空気の温度差が小さいときにはほとんど影響ないが、カバー１４の内外の空気の温度差が大きいときには温調器から供給される空気が温度センサ設置箇所を通過後に温度が変化する可能性がある。例えば、上記の例の場合、空気軸受圧縮空気用温調器４０に関連付けられた温度センサ７０がカバー１４の外部に設けられるので、この温度センサ７０によって測定された温度が実際にカバー１４内に到達した空気の温度と異なる可能性があり、空気軸受圧縮空気用温調器４０の設定温度又は設定温度範囲は、その温度変化を見越した値にする必要がある。本実施形態の加工装置１０によれば、空気軸受圧縮空気用温調器４０と機内温調器６２の調節温度又は調節温度範囲を独立して設定することができ、上記のような場合にも対応することが可能である。

以上、プラットフォームマシンタイプの加工機械１２を使用した加工装置１０を例に本発明の実施形態を説明したが、本発明は図示される実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、加工機械１２としてプラットフォームマシンタイプの工作機械を使用しているが、本発明の加工機械１２は、支持部に対して空気軸受３４，３６，３８を介して運動可能に支持された可動部を少なくとも一つ備え且つ工具と被加工物とを相対移動させて加工できるようになっていればよく、例えば空気軸受を備えたマシニングセンタや旋盤などとしてもよい。

本発明による温調器を備えた加工装置の全体構成図である。 図１の垂直テーブル付近のラビリンス構造の拡大図である。

符号の説明

１０ 加工装置
１２ 加工機械
１４ カバー
１６ 水平テーブル
１８ 垂直テーブル
３４ 空気軸受
３６ 空気軸受
３８ 空気軸受
４０ 空気軸受圧縮空気用温調器
４４ 仕切部材
４６ 加工領域
４８ 加工機械領域
５０ 貫通孔
５４ ラビリンス構造
６２ 機内温調器

Claims (4)

1. 工具と被加工物とを相対移動させて加工する加工装置であって、
   支持部と、該支持部に対して気体軸受を介して運動可能に支持された少なくとも一つの可動部とを有し、工具及び被加工物の少なくとも一方を前記少なくとも一つの可動部に取り付けて前記工具と前記被加工物とを互いに対して相対移動させて加工する加工機械と、
   前記加工機械を取り囲むカバーと、
   前記カバーによって取り囲まれた空間を、前記工具で前記被加工物を加工する空間である加工領域と、加工機械領域とに仕切る仕切部材と、
   所定温度に調節された気体を前記気体軸受に供給する第１の温調器と、
   所定温度に調節された気体を前記加工機械領域に供給した後に回収し前記気体を前記加工機械領域内で循環させる第２の温調器と、
   を備え、前記仕切部材に前記可動部が通って延びる貫通孔が設けられており、前記加工機械領域は前記貫通孔を除いて密閉されており、前記仕切部材の前記貫通孔の周縁部と前記可動部の外周部との間にラビリンス構造が設けられており、該ラビリンス構造を通る気体は前記加工機械領域から前記加工領域に流れることを特徴とする温調器を備えた加工装置。
2. 前記第１の温調器と前記第２の温調器は、供給する気体の温度を独立して調節することができる、請求項１に記載の温調器を備えた加工装置。
3. 前記加工機械は空気バネを介して設置面に設置されている、請求項１又は請求項２に記載の温調器を備えた加工装置。
4. 前記仕切部材が変形可能である、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の温調器を備えた加工装置。

Images