JP2001334433A - 荷重バランス保持機能を有する送り駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ストロークの大きな油圧シリンダを必要とせ
ずに、荷重バランスをとるための油圧バランスシリンダ
の必要とする油量を必要最少限として、荷重バランスを
保持しながら主軸頭などの移動体を鉛直方向に送る。 【解決手段】 鉛直方向に延び駆動モータ２０により回
転駆動されるボールねじ２２と、移動体１０に固定され
ボールねじ２２の回転を移動体１０の鉛直方向の運動に
転換する送りナット２６と、送りナット２６の下部と連
結され移動体１０の重量とバランスする支持力を発生す
る油圧バランスシリンダ３０と、ボールねじ２２に螺合
するとともに油圧バランスシリンダ３０とキー３１を介
して連結され、油圧バランスシリンダ３０が支持力を発
生したときに移動体１０の荷重を受ける支持ナット２８
と、ボールねじ２２の上端部を支持する上軸受け２３お
よび支持ナット２８を介してボールねじ２２にかかる移
動体１０の荷重を支持する下軸受け２４と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械、産業機
械において主軸頭などの移動体を鉛直に移動させるため
の送り駆動装置に係り、特に、移動体との荷重バランス
を保持する機能をボールねじ送り機構に付加した送り駆
動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械、産業機械では、移動体を送る
装置にはボールねじ送り機構が一般に採用されている
が、重量の大きな移動体を鉛直に昇降させる場合には、
ボールねじへの負荷荷重を低減するために重量バランス
装置を送り装置とは別に設ける必要がある。例えば、上
下に昇降する主軸頭を備えた横中ぐり盤等の工作機械で
は、主軸頭並びにクロスレールの重量に見合ったバラン
スウェイトをチェーン、プーリを介してコラム内に吊り
下げ、このバランスウェイトで重量バランスを取るよう
にしたものや、主軸頭並びにクロスレールの重量を流体
圧シリンダによってバランスさせるようにしたものがあ
る。

【０００３】流体圧シリンダを用いた重量バランス装置
では、送りネジ機構により駆動されて昇降する主軸頭や
クロスレールの昇降運動に連動して流体圧シリンダのピ
ストンが移動して、流体圧シリンダの圧力で主軸頭やク
ロスレールの重量を支持する。この種のバランス装置の
従来技術としては、例えば、実願昭６３−１３２５３２
号公報に記載されているのを挙げることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バラン
スウェイトにより重量バランスをとるタイプのもので
は、コラムには、主軸頭とクロスレールの重量に加え
て、これと同じ重量のバランスウェイトがさらに加わる
ため、コラム自体の移動質量が増大し、コラムを移動さ
せるための送り機構のボールねじにかかる負荷が大きく
なるという問題がある。例えば、主軸頭とクロスレール
の合計重量が数トンにもなる大型の機械では、一挙にコ
ラムの移動質量が増大する。

【０００５】他方、流体圧シリンダによる重量バランス
をとるタイプのものでは、主軸頭の重量、昇降距離に対
応した容量およびストロークをもっている流体圧シリン
ダを必要とする。したがって、機械の大型化、高速化に
伴って主軸頭の重量が大きくなり、また高速に移動させ
るためには、大容量の流体圧シリンダを必要とする。そ
して、流体圧シリンダに供給するエア量や圧油量も増大
することから、大容量の空圧タンクユニットや油圧ポン
プが必須となる。しかも、主軸頭が昇降に伴ってピスト
ンが動く流体圧シリンダでは、圧力変動を補償するため
に供給、排出されるエアや圧油の流量が多く、流体圧回
路でのエネルギー損失が大きくなりエネルギ効率の点で
問題がある。

【０００６】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、特に、ストロークの大きな油圧
シリンダを必要とせずに、荷重バランスをとるための油
圧バランスシリンダの必要とする油量を必要最少限とし
て、荷重バランスを保持しながら主軸頭などの移動体を
鉛直方向に送ることを可能とする荷重バランス保持機能
を有する送り駆動装置を提供することにある。

【０００７】

【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、鉛直方向に延びる機械の案内面に沿っ
て、昇降自在とした移動体を駆動する送り駆動装置にお
いて、鉛直方向に延び駆動モータにより回転駆動される
ボールねじと、前記移動体に固定されボールねじの回転
を移動体の鉛直方向の運動に転換する送りナットと、前
記送りナットの下部と連結され前記移動体の重量とバラ
ンスする支持力を発生する油圧バランスシリンダと、前
記ボールねじに螺合するとともに前記油圧バランスシリ
ンダとキーを介して連結され、前記油圧バランスシリン
ダが支持力を発生したときに前記移動体の荷重を受ける
支持ナットと、前記ボールねじの上端部を支持する上軸
受けおよび前記支持ナットを介して前記ボールねじにか
かる移動体の荷重を支持する下軸受けと、を備えること
を特徴とするものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明による荷重バランス
機能を有する送り駆動装置の一実施形態について、添付
の図面を参照しながら説明する。図２は、本発明による
荷重バランス機能を有する送り駆動装置が適用される横
中ぐり盤の側面図、図３は同横中ぐり盤の正面を示す図
である。本実施の形態は、横中ぐり盤の主軸頭を移動体
として主軸頭をコラムの鉛直な案内面に沿って昇降させ
る垂直軸の送り駆動機構に適用したものである。

【０００９】図２、図３において、１０は、横中ぐり盤
の主軸頭を示す。この主軸頭１０において、主軸１１が
クイル１２によって回転自在に保持されている。また、
主軸頭１０の内部においては、主軸１１を駆動するスピ
ンドルモータが内蔵されている。主軸１１は、主軸頭１
０の内部に主軸１１と平行に設けられた図示されないボ
ールねじ送りの駆動機構によってクイル１２と一体に軸
線方向に進退可能に構成されている。

【００１０】主軸頭１０は、コラム１４の鉛直な案内面
のガイド１５に沿って昇降自在になっており、図１に示
す垂直軸の送り駆動装置によって駆動される。なお、コ
ラム１４自体は、ベッド１６の案内面に沿って図示しな
い送り機構により移動するようになっている。

【００１１】図１において、２０は、送り駆動装置の駆
動モータである。２２は、鉛直方向に延びる送り軸を構
成するボールねじで、上軸受け２３と下軸受け２４によ
って回転自在に支持されている。このうち、下軸受け２
４には、大きなスラスト荷重を支持できる頑丈な軸受が
用いられる。駆動モータ２０の出力軸には、駆動側の小
歯車２１が軸着されており、この小歯車２１には、ボー
ルねじ２２の上端部に取り付けられた従動側の大歯車２
５が噛み合うようになっている。

【００１２】主軸頭１０の内部には、ボールねじ２２に
螺合している送りナット２６が固定されており、ボール
ねじ２２の回転は送りナット２６を介して主軸頭１０の
上下直線運動に転換される。ボールねじ２２には、送り
ナット２６とは別に支持ナット２８が下方に螺合してお
り、この支持ナット２８は、主軸頭１０側とは連結して
おらず、従って、ボールねじ２２の回転を上下直線運動
に転換して主軸頭１０に伝えることはせず、主軸頭１０
の重量を油圧バランスシリンダ３０を介して受けるよう
になっている。

【００１３】すなわち、上位に位置する送りナット２６
と下位に位置する支持ナット２８の間には、油圧バラン
スシリンダ３０を介在させるための間隔が置かれてお
り、この間隔に油圧バランスシリンダ３０がボールねじ
２２と同軸に配置される。この場合、送りナット２６の
下端部に主軸頭１０の重量を支えられるように油圧バラ
ンスシリンダ３０が固定されている一方、油圧バランス
シリンダ３０は支持ナット２８とキー３１を介して連結
されており、このキー３１によってピストン３２の動き
に伴って支持ナット２８はわずかに軸方向への移動が許
容されるが、回転はキー３１によって規制されるように
なっている。このような油圧バランスシリンダ３０のピ
ストン３２は、ボールねじ２２に摺動自在に嵌合してい
る。また、油圧バランスシリンダ３０の内部には、ピス
トン３２の中段に油室３３が形成されていおり、ピスト
ン３２の下端面は、支持ナット２８に当接するようにな
っている。

【００１４】次に、本実施形態の作用について説明す
る。駆動モータ２０がボールねじ２２を回転駆動する
と、ボールねじ２２の回転は送りナット２６によって主
軸頭１０の上下直線運動に転換されるので、主軸頭１０
は鉛直方向に送られていくことになる。

【００１５】一方、油圧バランスシリンダ３０が作動し
ていない場合には、主軸頭１０の重量は、送りナット２
６に直接かかるため、非常に大きな負荷が加わることに
なる。そこで、本実施例では、送りナット２６に主軸頭
１０の重量が加わらないように支持力を発生させるた
め、油圧バランスシリンダ３０の油室３３に主軸頭１０
の重量に見合った圧力の圧油が供給される。油室３３に
導入された圧油がピストン３２をわずかに押し下げる
と、ピストン３２の下端面が支持ナット２８に当接して
いることから、油圧バランスシリンダ３０には主軸頭１
０の重量とバランスする支持力が発生し、主軸頭１０の
重量と支持力が送りナット２６において釣合い、重量が
荷重負荷として加わらないようにすることができる。そ
して、油圧バランスシリンダ３０で発生する支持力の反
力を荷重としてキー３１に規制されて回ることなく支持
ナット２８が受けるので、主軸頭１０が送られる過程で
は、主軸頭１０の荷重を支持ナット２８、ボールねじ２
２を介して下部軸受２４で支えることができる。

【００１６】このようにして送りナット２６と支持ナッ
ト２８の間に油圧バランスシリンダ３０を設けることに
より、送りナット２６では主軸頭１０の重量と油圧バラ
ンスシリンダ３０の支持力とをバランスさせることがで
きるため、送りナット２６には、主軸頭１０の大きな重
量が実質的にかからなくなるのと同じであるので、送り
ナット２６の荷重による軸方向の変位が誤差として加わ
ることがなく、位置決め精度を向上させることができ
る。

【００１７】そして、油圧バランスシリンダ３０は送り
ナット２６と支持ナット２８とともに移動しながら重量
バランスをとるようになっているので、従来のように主
軸頭のストロークに対応する長いストロークの油圧シリ
ンダが必要なくなり、油圧力で主軸頭１０の重量を支持
するだけの必要最小限の油量により重量バランスをとる
ことが可能となる。

【００１８】さらに、基本的に垂直軸の送り駆動機構に
重量バランス機能を持たせられるために、コラム１４に
対しては、その移動質量を増大させることがない。

【００１９】

【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、ストロークの大きな油圧シリンダを必要とせ
ずに、荷重バランスをとるための油圧バランスシリンダ
の必要とする油量を必要最少限として、荷重バランスを
保持しながら送りナットに荷重がかからないようにして
主軸頭などの移動体を鉛直方向に送るときの位置決め精
度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による荷重バランス機能を有する送り駆
動装置の一実施形態を示す一部断面側面図。

【図２】図１の送り駆動装置が適用された横中ぐり盤の
側面図。

【図３】同横中ぐり盤の正面図。

【符号の説明】

１０ 主軸頭 １１ 主軸 １２ クイル １４ コラム １６ ベッド ２０ 駆動モータ ２１ 小歯車 ２２ ボールねじ ２３ 上軸受 ２４ 下軸受 ２５ 大歯車 ２６ 送りナット ２８ 支持ナット ３０ 油圧バランスシリンダ ３１ キー ３２ ピストン ３３ 油室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関 東 広 幸 静岡県沼津市大岡2068の３ 東芝機械株式 会社沼津本社内 Ｆターム(参考） 3C048 BB01 BC03 DD02 EE08

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鉛直方向に延びる機械の垂直軸の案内面に
   沿って、昇降自在とした移動体を駆動する送り駆動装置
   において、 鉛直方向に延び駆動モータにより回転駆動されるボール
   ねじと、 前記移動体に固定されボールねじの回転を移動体の鉛直
   方向の運動に転換する送りナットと、 前記送りナットの下部と連結され前記移動体の重量とバ
   ランスする支持力を発生する油圧バランスシリンダと、 前記ボールねじに螺合するとともに前記油圧バランスシ
   リンダとキーを介して連結され、前記油圧バランスシリ
   ンダが支持力を発生したときに前記移動体の荷重を受け
   る支持ナットと、 前記ボールねじの上端部を支持する上軸受けおよび前記
   支持ナットを介して前記ボールねじにかかる移動体の荷
   重を支持する下軸受けと、を備えることを特徴とする荷
   重バランス保持機能を有する送り駆動装置。