JPH09192957A - バランスエアシリンダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バランスエアシリンダの潤滑切れの生じ易い
摺動部へ安定した潤滑を行なえるようにし、シリンダ動
作の安定化、高速化に資するバランスエアシリンダ装置
を提供する。 【解決手段】 工作機械の垂直軸に沿って上下に移動す
る構造物にピストンロッド２２を連結しヘッド側のシリ
ンダ室２６を加圧室とし、ロッド側のシリンダ室２７を
大気に開放し、構造物の荷重を支持するようにした縦形
のバランスエアシリンダ装置であって、所定量の潤滑油
１００を前記ロッド側シリンダ室２７の底部に溜め、ピ
ストンロッド２２が挿通する貫通孔３２の内周面に周方
向に潤滑溝３５を形成するとともに、この潤滑溝に潤滑
剤Ｇを充填する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、門形の工作機械等
において、クロスレールなどの構造物を支持するバラン
スエアシリンダ装置に係り、特に、ロッドやピストンの
摺動部へ安定した潤滑を行なえるようにし、シリンダ動
作の長期安定化ならびに高速化を図ったバランスエアシ
リンダ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】大型の工作機械の中には、門形のマシニ
ングセンタや、ガントリーミラーなどのように門形の構
造をもった工作機械がある。この種の門形工作機械で
は、左右のコラムの間に水平な桁であるクロスレールが
懸架されている。このクロスレールは、それ自体がコラ
ムの案内面に沿って昇降できるとともに、主軸頭を水平
移動させるための案内面をもっているものがある。図６
は、クロスレールに沿って主軸頭が水平に左右運動する
工作機械を示した図である。２Ａ、２Ｂがコラムで、４
は、このコラム２Ａ、２Ｂに水平に懸架されたクロスレ
ールである。６は主軸頭であり、この主軸頭６はクロス
レール４を移動しながら、主軸を保持するラム１０のく
り出しによる切削と同時にクロスレール４の昇降による
切削を行なうことができる。

【０００３】従来、クロスレール４の昇降機構には、ボ
ールねじ・ナット機構が用いられている。クロスレール
４は、その左右両端部に組み込まれたボールナットを介
して、ボールねじ１２ａ、１２ｂによって懸垂された構
造となっている。このため、クロスレール４上を移動す
る主軸頭６の位置によって左右のボールねじ１２ａ、１
２ｂに作用するスラスト荷重は大きく変動することにな
る。

【０００４】このため、ボールねじ１２ａ、１２ｂに
は、通常、カウンタバランス方式がとられる。大型機の
場合には、構造物がかなりの重量を持ち、ボールねじも
長尺になるので、ボールねじの付加による伸縮も量的に
かなりの大きな値となるからである。

【０００５】この種のカウンタバランスに使われるバラ
ンスエアシリンダ１３ａ、１３ｂは、基本的に無給油シ
リンダとして使われてきたが、長期にわたって安定した
円滑な動作を確保するために、シリンダのロッドカバー
と、ピストンロッドの間をシールするパッキンにグリー
スを塗付したり、潤滑機能を付加したテフロン系のプラ
スチック材料からなるパッキンを用いている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
バランスエアシリンダは、無給油方式のシリンダであっ
たため、初期の潤滑は確保されるものの、その後の潤滑
油の補給を行なえないために、機械の稼働が長期間にわ
たると、潤滑切れが発生することがあった。潤滑が足り
なくなると、シリンダには、ステック現象が起こり、機
械全体の振動や、摩擦抵抗の増大によって機械のバラン
ス系が狂い、機械精度の不安定化の原因となる。特に、
最近の高速化の進んだ機械では、バランスエアシリンダ
の潤滑切れの問題が顕著となり、適切な潤滑の確保が課
題とされている。

【０００７】そこで、本発明の目的は、前記従来技術の
有する問題点を解消し、バランスエアシリンダの潤滑切
れの生じ易い摺動部へ安定した潤滑を行なえるように
し、シリンダ動作の安定化、高速化に資するバランスエ
アシリンダ装置を提供することにある。

【０００８】また、本発明の他の目的は、安定した潤滑
が施されるように、潤滑切れの生じる前に適切に潤滑油
が補給されるようにしたバランスエアシリンダ装置を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、工作機械の垂直軸に沿って上下に移動
する構造物にピストンロッドを連結しヘッド側のシリン
ダ室を加圧室とし、ロッド側のシリンダ室を大気に開放
し、前記構造物の荷重を支持するようにした縦形のバラ
ンスエアシリンダ装置において、所定量の潤滑油を前記
ヘッド側シリンダ室の底部に溜め、前記ピストンロッド
が挿通する貫通孔の内周面に周方向に潤滑溝を形成する
とともに、この潤滑溝に潤滑剤を充填可能にしたことを
特徴とするものである。

【００１０】本発明によれば、ピストンロッドが摺動す
る貫通孔にグリースなどの潤滑材が封入されているの
で、シリンダの動作している間、上下動しているピスト
ンロッドの摺動面には常時グリースなどの潤滑材で潤滑
される。また、ピストンによって区画されるヘッド側と
ロッド側のシリンダ室のうち、ロッド側のシリンダ室に
溜っている潤滑油によって、シリンダ、ピストンの摺動
面は十分に潤滑される。

【００１１】本発明の好適な実施形態によれば、前記ピ
ストンの外周面と、前記貫通孔に各々低摩擦抵抗の合成
樹脂材質のウェアリングが装着され、これにより、直接
ピストン、ピストンロッドのメタル接触がなくなり、ま
た、摩擦抵抗を低減し、シリンダ動作を高速化できる。

【００１２】また、長期間にわたって安定した潤滑を確
保するために、本発明のバランスエアシリンダ装置は、
前記垂直軸についてのＮＣ軸指令データから前記構造物
の移動距離を積算する手段と、積算移動距離と設定値と
を比較する手段と、積算移動距離が設定値を越えた場合
に作動し、バランスシリンダのロッド側シリンダ室に潤
滑油を補給する自動給油装置を備えるものである。

【００１３】この発明によれば、クロスレールなど機械
の構造物でバランスエアシリンダが支持する構造物の積
算移動距離を、ＮＣ指令データから算出し、この積算距
離が一定距離を越えたところで、自動的に潤滑油が補給
されるようになっている。このため、機械を長期間稼働
している間にも、潤滑油が不足する前に適宜ロッド側の
シリンダ室に補給される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるバランスエア
シリンダの一実施形態について添付の図面を参照して説
明する。

【００１５】図４は、バランスエアシリンダ装置が適用
されるシステムの空圧回路図である。

【００１６】１８がバランスエアシリンダで、工作機械
のクロスレール５０の両端でその荷重の一部がバランス
エアシリンダ１８で支持されている。５２は、エア源、
５３はエアの圧力を高めるためのブースタである。この
ブースタ５３から吐出されたエアは、逆止弁５４の下流
に設けられたエアタンク５５に蓄圧され、バランスエア
シリンダ１８には所定の圧力に保たれて供給される。５
６は、エアの圧力の低下を検知する圧力スイッチを示
す。

【００１７】図１は、バランスエアシリンダの断面図で
ある。２０はシリンダチューブ、２１はピストン、２２
がピストンロッドであり、シリンダチューブ２０の両端
部には、ヘッドカバー２３、ロッドカバー２４が取り付
けられていてシリンダ本体を構成している。ヘッドカバ
ー２３には、入口ポート２５が開口しており、この入口
ポート２５には、エア供給配管が接続されて所定圧のエ
アがヘッド側のシリンダ室２６に供給されるようになっ
ている。

【００１８】一方、ロッド側のシリンダ室２７は、ロッ
ドカバー２４の出口ポート２８を介して大気に開放され
ている。このバランスエアシリンダでは、ピストン２１
の外周部には、ピストンパッキン２９、ウェアリング３
０が装着されており、ピストン２１はピストンパッキン
２９、ウェアリング３０を介してシリンダチューブ２０
の内周面を摺動するようになっている。ピストンパッキ
ン２９は、ピストン２１が移動するときに、ヘッド側の
シリンダ室２６のエアが漏洩しないようしシールし、ウ
ェアリング３０は、ピストン２１が直接的にシリンダチ
ューブ２０の内周面に金属接触しないようにして、ピス
トンの摩耗を防ぐものである。これらのピストンパッキ
ン２９、ウェアリング３０の材質としては、摩擦抵抗値
の小さいパッキン材料であるテフロン系の合成樹脂が採
用されている。

【００１９】また、ピストン２１回りの摺動面を潤滑す
るために、ロッド側のシリンダ室２７には、所定量の潤
滑油１００が予め溜められている。バランスエアシリン
ダは、縦形であるので、潤滑油１００は、最大限ピスト
ン２１の上昇限にある位置でのロッドカバー２４の底面
との間のギャップＳ以下の深さで溜まるような油量であ
る。

【００２０】ピストンロッド２２は、その先端部側は、
ロッドカバー２４の中心を貫通する貫通孔３２を挿通し
て外部に延び、工作機械のクロスレール（図示せず）に
連結されている。ピストンロッド２２は直接的に貫通孔
３２の内周面と金属接触しないように、貫通孔３２の内
周面に同軸的に組み入れたウェアリング３３ａ、３３ｂ
と摺動するようになっている。また、ワイパリング３４
が最上段に装着されており、このワイパリング３４によ
ってピストンロッド２２の外周面に付着した異物が除去
されて、ウェアリング３３ａ、３３ｂの摺動面と、ピス
トンロッド２２の外周面との間に異物が入り込むのを防
止している。これらのウェアリング３３ａ、３３ｂ、ワ
イパリング３４の材質としては、摩擦抵抗値の小さなテ
フロン系の合成樹脂が採用されている。

【００２１】また、ロッドカバー２４には、ピストンロ
ッドが摺動する部分の潤滑のための潤滑溝として、貫通
孔３２の内周面には、周方向に形成したグリース溝３５
が、上段のウェアリング３３ａと、下段のウェアリング
３３ｂとの間に形成されている。このグリース溝３５に
は、グリースＧが封入されている。グリースＧを補給す
るために、ロッドカバー２４には、グリース溝３５に通
じる通路３６が半径方向に形成されて、その入口部に
は、グリースニップル３７が取り付けられている。

【００２２】次に、以上のように構成されるバランスエ
アシリンダでは、ロッド側のシリンダ室２７に溜ってい
る潤滑油１００は、ピストン２１の上下の移動につれて
動くので、ピストン２１の外周面と、シリンダチューブ
２０の内周面との間には、常に、潤滑される。また、ピ
ストンロッド２２の上下の動きとともに、グリース溝３
５のグリースＧが潤滑の必要な摺動面に塗付される。こ
うしてバランスエアシリンダの作動時間が長期間にわた
っても、その間、十分な潤滑によって安定したシリンダ
動作を確保できる。

【００２３】潤滑油を補給する場合は、図２において、
グリース溝３５へは、例えば、手動のグリースポンプ
（図示せず）を用いて、ニップル３７からグリースを補
給すればよい。また、ロッド側のシリンダ室２７への潤
滑油の補給は、ピストン２１をロッドカバー２４の下面
との間に所定のギャップＳを保つシリンダの上昇限まで
上昇させておいてから、次のようにして行なう。

【００２４】その際、ドレンコック６０は、閉じてお
き、エアブリーザ６１を接続する三方継手６２に設けた
給油口プラグ６２を取り外して給油口から補給する。潤
滑油をギャップＳの分だけ補給したら、ドレンコック６
０を開けて余分な油を抜けば、ロッド側のシリンダ室２
７への潤滑油の補給はシリンダの上昇限をうまく利用し
て必要な量を補給できる。

【００２５】次に、本発明の他の実施形態について説明
する。この実施形態では、バランスエアシリンダへの潤
滑油の補給は、油切れが生じる前に自動的に補給される
ように構成されている。

【００２６】図５は、バランスエア調整装置の構成を模
式的に示したブロック図であり、図中、６４０は工作機
械のＮＣ装置を示す。

【００２７】このＮＣ装置６４は、入力された指令デー
タから、図示されないテーブルの移動、コラムの一面を
案内面とするクロスレール５０の昇降、クロスレール５
０の一面を案内面とする主軸頭（図示せず）の移動など
複数の軸についての位置を数値制御することができる。
クロスレール５０の移動については、その移動軸である
垂直軸について、位置を検出しながら、サーボ制御部６
５によってボールねじ６６を駆動するサーボモータ６７
を制御し、目標位置に制御する。

【００２８】工作機械が稼働している間は、クロスレー
ル５０の垂直軸移動量をＮＣ指令データから取り込み、
この移動量は、積算カウンタ６８で積算される。この積
算値と、あらかじめ、バランスエアシリンダ１８への潤
滑油の補給時期の基準として設定されている設定値とが
比較器６９で比較される。この比較の結果、移動距離の
積算値が設定値を越えると、サーボ制御部６５には、ク
ロスレール５０を上昇端位置に停止させる信号が送出さ
れるとともに、警報ランプ７０が点灯される。

【００２９】クロスレール５０の上昇端位置は、すなわ
ち、バランスエアシリンダ１８の上昇位置にも対応す
る。７２はバランスエアシリンダ１８に潤滑油を自動給
油する装置であり、電磁弁、モータ、ポンプ、タンクな
どから構成される。クロスレール５０の移動距離の積算
値が設定値を越えると、自動給油装置７２には、作動開
始の信号が送出される。

【００３０】図３は、自動給油に対応したバランスエア
シリンダの断面図である。この場合、自動給油装置７２
から延びる給油チューブ７４の末端部は、ロッドカバー
２４に形成された油路７６に接続されている。また、ロ
ッドカバー２４の出口ポート２８には、三方継手７７を
介してエアブリーザ７８と、廃油缶７９が取り付けられ
ている。

【００３１】前記したように、ピストン２１がロッドカ
バー２４の下面との間に所定のギャップＳを保つシリン
ダの上昇限まで上昇した位置が、クロスレールの上昇限
位置に対応しているとともに給油位置であり、この位置
で、自動給油装置７２から潤滑油がロッド側のシリンダ
室２７に供給される。潤滑油の供給量は、ギャップＳに
対応する量を自動供給装置７２のポンプの吐出流量との
関係で時間換算してタイマにより制御されれる。なお、
潤滑油の補給の前は、通常の給油時間の数倍の時間だけ
潤滑油を送り、シリンダ室２７内の沈殿物質等を撹拌し
て潤滑油といっしょに廃油缶７９に排出するようにして
洗浄をするようにするとよい。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ピストンロッドが摺動する貫通孔にグリース
などの潤滑剤が封入される潤滑溝が設けられているの
で、シリンダの動作している間、上下動しているピスト
ンロッドの摺動面には常時グリースなどの潤滑剤で潤滑
される。また、ピストンによって区画されるヘッド側と
ロッド側のシリンダ室のうち、ロッド側のシリンダ室に
溜っている潤滑油によって、シリンダとピストンの摺動
面は十分に潤滑されるので、シリンダ動作の安定性、信
頼性を向上させることができる。

【００３３】また、請求項３に記載の発明によれば、バ
ランスエアシリンダが支持する構造物の積算移動距離
を、ＮＣ指令信号から算出し、この積算距離が一定距離
を越えたところで、自動的に潤滑油が補給されるように
なっている。このため、機械を長期間稼働している間に
も、潤滑油が不足する前に適宜ロッド側のシリンダ室に
補給されるので、潤滑切れを未然に防止して、シリンダ
動作の信頼性をさらに高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるバランスエアシリンダ装置の一実
施形態を示す断面図。

【図２】同実施形態によるバランスエアシリンダ装置に
手動で潤滑油を補給するときのピストンの位置を示す断
面図。

【図３】同実施形態によるバランスエアシリンダ装置に
自動で潤滑油を補給するときのピストンの位置を示す断
面図。

【図４】バランスエアシリンダ装置の空気圧系統を示す
模式図。

【図５】自動給油装置を備える他の実施形態によるバラ
ンスエアシリンダ装置のブロック構成図。

【図６】バランスエアシリンダによるクロスレールを支
持する構造を示す説明図。

【符号の説明】

１８ バランスエアシリンダ ２０ シリンダチューブ ２１ ピストン ２２ ピストンロッド ２５ 入口ポート ２６ ヘッド側シリンダ室 ２７ ロッド側シリンダ室 ２８ 出口ポート ３０ ウェアリング ３２ 貫通孔 ３３ ウェアリング ３５ グリース溝（潤滑溝） ３７ グリースニップル ５０ クロスレール １００ 潤滑油 Ｇ グリース Ｓ エアギャップ

【手続補正書】

【提出日】平成８年２月５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】このため、ボールねじ１２ａ、１２ｂに
は、通常、カウンタバランスエアがとられる。大型機の
場合には、構造物がかなりの重量を持ち、ボールねじも
長尺になるので、ボールねじの負荷による伸縮も量的に
かなりの大きな値となるからである。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、工作機械の垂直軸に沿って上下に移動
する構造物にピストンロッドを連結しヘッド側のシリン
ダ室を加圧室とし、ロッド側のシリンダ室を大気に開放
し、前記構造物の荷重を支持するようにした縦形のバラ
ンスエアシリンダ装置において、所定量の潤滑油を前記
ロッド側シリンダ室の底部に溜め、前記ピストンロッド
が挿通する貫通孔の内周面に周方向に潤滑溝を形成する
とともに、この潤滑溝に潤滑剤を充填可能にしたことを
特徴とするものである。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】本発明によれば、ピストンロッドが摺動す
る貫通孔にグリースなどの潤滑剤が封入されているの
で、シリンダの動作している間、上下動しているピスト
ンロッドの摺動面には常時グリースなどの潤滑剤で潤滑
される。また、ピストンによって区画されるヘッド側と
ロッド側のシリンダ室のうち、ロッド側のシリンダ室に
溜っている潤滑油によって、シリンダ、ピストンの摺動
面は十分に潤滑される。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】一方、ロッド側のシリンダ室２７は、ロッ
ドカバー２の出口ポート２８を介して大気に開放されて
いる。このバランスエアシリンダでは、ピストン２１の
外周部には、ピストンパッキン２９、ウェアリング３０
が装着されており、ピストン２１はピストンパッキン２
９、ウェアリング３０を介してシリンダチューブ２０の
内周面を摺動するようになっている。ピストンパッキン
２９は、ピストン２１が移動するときに、ヘッド側のシ
リンダ室２６のエアが漏洩しないようにシールし、ウェ
アリング３０は、ピストン２１が直接的にシリンダチュ
ーブ２０の内周面に金属接触しないようにして、ピスト
ン２１の摩耗を防ぐものである。これらのピストンパッ
キン２９、ウェアリング３０の材質としては、摩擦抵抗
値の小さいパッキン材料であるテフロン系の合成樹脂が
採用されている。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２６】図５は、自動給油機能を有するバランスエ
アシリンダ装置の構成を模式的に示したブロック図であ
り、図中、６４は工作機械のＮＣ装置を示す。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３１】前記したように、ピストン２１がロッドカ
バー２４の下面との間に所定のギャップＳを保つシリン
ダの上昇限まで上昇した位置が、クロスレールの上昇限
位置に対応しているとともに給油位置であり、この位置
で、自動給油装置７２から潤滑油がロッド側のシリンダ
室２７に供給される。潤滑油の供給量は、ギャップＳに
対応する量を自動供給装置７２のポンプの吐出流量との
関係で時間換算してタイマにより制御される。なお、潤
滑油の補給の前は、通常の給油時間の数倍の時間だけ潤
滑油を送り、シリンダ室２７内の沈殿物質等を撹拌して
潤滑油といっしょに廃油缶７９に排出するようにして洗
浄をするようにするとよい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 覚 張 勝 治 静岡県沼津市大岡2068の３ 東芝機械株式 会社沼津事業所内 (72)発明者 黒 部 昌 徳 静岡県沼津市大岡2068の３ 東芝機械株式 会社沼津事業所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工作機械の垂直軸に沿って上下に移動する
   構造物にピストンロッドを連結しヘッド側のシリンダ室
   を加圧室とし、ロッド側のシリンダ室を大気に開放し、
   前記構造物の荷重を支持するようにした縦形のバランス
   エアシリンダ装置において、 所定量の潤滑油を前記ヘッド側シリンダ室の底部に溜
   め、前記ピストンロッドが挿通する貫通孔の内周面に周
   方向に潤滑溝を形成するとともに、この潤滑溝に潤滑剤
   を充填可能にしたことを特徴とするバランスエアシリン
   ダ装置。
2. 【請求項２】前記ピストンの外周面と、前記貫通孔に各
   々低摩擦抵抗の合成樹脂材質のウェアリングを装着した
   ことを特徴とする請求項１に記載のバランスエアシリン
   ダ装置。
3. 【請求項３】前記垂直軸についてのＮＣ軸指令データか
   ら前記構造物の移動距離を積算する手段と、 積算移動距離と設定値とを比較する手段と、 積算移動距離が設定値を越えた場合に作動し、バランス
   シリンダのロッド側シリンダ室に潤滑油を補給する自動
   給油装置を備えることを特徴とする請求項１に記載のバ
   ランスエアシリンダ装置。